JP2745552B2 - ベントエクストルーダ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、ベントエクストルーダに関する。更に詳し
くはプラスチック光学繊維の芯成分をなすメタクリル系
重合体を製造する際の該重合体中の未反応モノマを除去
するために有効なベントエクストルーダに関する。

［従来の技術］ 工業的にプラスチック光学繊維を製造する方法として
は、たとえば特公昭53−42261号公報にて提案されてい
るように、芯材となるメタクリル系重合体の連続塊状重
合・連続脱モノマ方式が知られている。又その製造装置
も同公報にて提案されているようにタンク型反応槽及び
ベントエクストルーダが知られている。更に特開昭61−
275705号公報にて提案されているように耐蝕性を考慮し
た材料にて装置が構成されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、これらの装置においても未だ充分でな
い。つまり特公昭53−42261号公報にて提案されている
装置では、脱モノマ処理時の熱酸化劣化の発生に対する
充分な配慮がなされておらず、耐蝕性の充分でない材料
を使用した際は装置材料に起因する不純物が混入し、透
光性能として、満足したものを得ることはできない。又
特開昭61−275705号公報にて提案されている装置におい
ては耐蝕性に優れているため、重合体の熱酸化劣化物及
び熱酸化劣化反応により耐蝕した材料粉などの混入は抑
制でき、かなりの改善が認められるが、硬度があまり大
きくないため、シリンダとスクリュの摺動摩耗粉が発生
しやすく、卓越した透光性を有するプラスチック系光学
繊維用芯材を製造することはできない。

本発明の目的は、光学繊維製造用装置として用いられ
てきた従来のベントエクストルーダの前記問題点を解消
するもので、従来のベントエクストルーダ材料に具備さ
れている剛性及び耐蝕性、耐摩耗性をより一層向上させ
て、卓越させた透光性能を達成し得るプラスチック光学
繊維の芯材を製造するために好適なベントエクストルー
ダを提供するにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は次の構成を有する。

（１） 重合体中の未反応モノマを除去するベントエク
ストルーダにおいて、シリンダおよびスクリュの材料と
して、Cr含有量が10％以上25％以下、Ni含有量が２％以
下であり、かつ硬度がロックウェルＣスケールにて40以
上であるステンレス鋼を用いたことを特徴とするベント
エクストルーダ。

（２） 単軸スクリュウを有するエクストルーダである
ことを特徴とする前記（１）項記載のベントエクストル
ーダ。

（３） プラスチック光ファイバ製造工程において芯成
分製造用に用いられるベントエクストルーダであること
を特徴とする前記（１）項又は（２）項記載のベントエ
クストルーダ。

以下本発明を詳細に説明する。

本発明のベントエクストルーダのシリンダ及びスクリ
ュを構成する金属材料は、Cr含有量10％以上25％以下
で、かつNi含有量が２％以下であるステンレス鋼よりな
ることが必要である。光学繊維の芯材であるメタクリル
系重合体を製造する際には、主モノマであるメタクリル
酸メチルの他に連鎖移動剤としてメルカプタン化合物を
使用することが一般的である。しかしながら、前記メル
カプタン化合物は、化学侵蝕作用が強く、反応液から高
温下で未反応モノマを除去する脱モノマ工程に使用され
るベントエクストルーダの選択には、特にこのメルカプ
タン化合物に対する耐蝕性に着目する必要がある。一般
的にメルカプタン化合物に対する耐蝕性の良い材料とし
ては、アルミニュウム、チタン、ガラスなどが知られて
いる。しかし剛性、加工性などの点から上記材料を使用
してベントエクストルーダを製作することはできない。

又Cr含有量が25％を越えるCr合金鋼では、酸素雰囲気
中でメルカプタン化合物と反応し、硫化クロム化合物を
析出して重合体に混入し、重合体の透光性能を著しく悪
化させる。

更にNi含有量が２％を越えるNi合金鋼では高温下でメ
ルカプタン化合物と反応し硫化ニッケル化合物を析出し
て、重合体に混入し、重合体の透光性能を著しく悪化さ
せてしまう。

なおFeとＣとからなる炭素鋼はメタクリル酸メチルと
高温下で反応し腐蝕を生じる。

以上より、上記元素を主成分とする金属材料は、メル
カプタン化合物もしくはメタクリ酸メチルに対して腐蝕
するため単独で使用することはできない。しかしなが
ら、驚くべきことに、これらの元素の混合比率を特定範
囲としたステンレス鋼においては、上記腐蝕現象は全く
認められず、メルカプタン化合物、メタクリル酸メチル
の相方に対して優れた耐蝕性を有することがわかった。

つまり、メタクリル系重合体から、高温下で未反応モ
ノマ及び連鎖移動剤を除去するベントエクストルーダの
構成材料としてはCr含有量が10％以上25％以下で、かつ
Ni含有量が２％以下であるステンレス鋼が好適である。

次に、ベントエクストルーダの材料としては硬度がロ
ックウェルＣスケールで40以上あることが必要である。
周知のとおりベントエクストルーダは、シリンダの中で
スクリュウが回転することにより、重合体を輸送する際
にシリンダに設けられたベント部より逐次未反応モノマ
を除去して重合体を精製するものである。よって、ベン
トエクストルーダ材料の硬度が低い際には、シリンダと
スクリュウとの摺動による摩耗が起り、摩耗粉が重合体
に混入し、重合体の透光性能を悪化させる。

卓越した透光性能を維持するには、許容される金属摩
耗粉の重合体中での濃度はいかなる金属であっても100p
pb以下にする必要がある。かかる状況を作りだすための
ベントエクストルーダの硬度としてはロックウェルＣス
ケールにて40以上とすることが必要である。なお、シリ
ンダとスクリュウとの摺動摩耗をより一層抑制するため
には、両者の硬度に差異を持たせることが効果的であ
り、その際には経済的効果から、シリンダの硬度がスク
リュウの硬度よりロックウェルＣスケールにて５以上大
きくすることが好ましい。

かかる要件を満す金属材料としては、焼き入れにて硬
度（ロックウェルＣスケール）を40以上まで増大させた
SUS420J₂（Cr12〜14％、Ni0.6％以下）、SUS440C（Cr16
〜18％、Ni0.6％以下）、SKD−11（Cr11〜13％、Ni
0）、HPM−38（CR15.5〜17.5％、Ni1％以下）（日立金
属製）などのステンレス鋼を例示することができる。

上記金属材料を使用することにより、ベントエクスト
ルーダでの重合体の熱酸化劣化、金属材料の腐蝕及び摺
動摩耗は抑制され、製造される重合体はきわめて透光性
能の優れたものとなるが、更に一層の透光性能の向上を
はかるには、ベントエクストルーダを単軸スクリュウよ
り構成することが好ましい。何故ならば単軸スクリュウ
の場合には、シリンダ壁に付着した重合体をスクリュウ
の溝が掻き取りながら前方に重合体を輸送させる機構で
あるのに対し、二軸に代表される多軸スクリュウの場合
は各スクリュウの歯のかみ合せにより、スクリュウ溝に
プールされた重合体を前方に輸送させる機構であるた
め、多軸スクリュウの方が確実にスクリュウ同士の接触
による摩耗が生じるためである。

なお、本発明のベントエクストルーダにて製造するメ
タクリル系重合体としては、メチルメタクリレートを主
成分とする重合体が示され、更に好ましくはメチルメタ
クリレートが80重量％以上であるメタクリル系重合体が
用いられる。

また、ベントエクストルーダにて除去される揮発未反
応モノマの量は特に限定されないが、単軸ベントエクス
トルーダの脱モノマ能力とプラスチック光ファイバの芯
部分となるメタクリル系重合体に要求される残存モノマ
率及び重合工程を含めた工程安定性と経済性を考慮して
決定されるものであり、メタクリル系重合体反応液中30
重量％から60重量％が好ましい。

第１図は、本発明のベントエクストルーダをプラスチ
ック光ファイバ製造工程における芯成分製造用に用いた
場合の重合反応工程を例示する工程フロー図である。

モノマ貯槽１から計量ポンプ２によって芯成分重合体
製造用のモノマが重合反応槽３へと供給される。重合反
応槽３の外側には上部ジャケット４および下部ジャケッ
ト５が配設され、槽内には撹拌機６が配設され、さら
に、窒素供給ライン７及び圧力制御弁８を有するライン
により槽内の圧力が制御される。

この重合反応層３内で重合された反応生成物は、計量
ポンプ９により所定速度で排出され、ベントエクストル
ーダ10へと供給される。

ベントエクストルーダ10は、シリンダ14及びスクリュ
15から主として構成され、反応生成物中からモノマを除
去するためのベント口11が複数設けられている。脱モノ
マされた後の重合体は、ライン13の方向に排出され、光
ファイバ製造用複合紡糸機へと、芯成分として供給され
る。

その複合紡糸機にて、別に供給される鞘成分と芯鞘複
合されプラスチック光ファイバとして紡糸される。

以下実施例に基づき、本発明を更に詳細に説明する。

［実施例］ 実施例１〜２、比較例１ 重合反応貯槽の内容が40およびスクリュウ径40mm、
スクリュウ長1200mm、ベント数５段の一軸スクリュウベ
ントエクストルーダを備えた第１図に示す重合反応装置
を用いて、光学繊維の芯成分であるメチルメタクリレー
ト系重合体を製造した。ここでベント押出機のバレルと
スクリュウは、第１表に示すように、各種の鋼材を用い
て製作した。なお、SUS420J2、SUS440Cは、前記したと
おりに硬度（ロックウェルＣスケール）を40以上まで増
大させたものである。

減圧蒸溜精製したMMAをモノマ貯槽に蓄え、5kg/時間
の速度で重合反応槽に供給した。重合開始剤としてアゾ
−ｔ−オクタン0.0045重量％（対MMA）および連鎖移動
剤としてｎ−ブチルメルカプタン0.175重量％（対MMA）
をそれぞれ重合反応槽へのMMA供給配管にラインミック
スした。重合反応槽には窒素を供給し、反応圧力が4Kg/
cm²ゲージになるように調節した。また、反応温度が135
℃になるように加熱系を調節した。重合反応槽での平均
滞留時間が４時間になるように液面レベルを管理し、反
応生成物は計量ポンプで5Kg/時間の速度で排出し、ベン
トエクストルーダに供給した。

ベントエクストルーダの入口温度は180℃、第１ベン
ト部〜第５ベント部まで徐々に昇温し、押出部で230℃
になるように設定した。

第１ベント部〜第５ベント部の真空度は250,50,50,20
および5torrと順次段階的に増大するように設定した。

ベントエクストルーダから排出される重合体は複合紡
糸機に導き、テトラフルオロプロピルメタクリレート／
メチルメタクリレート＝90/10の組成を有する弗素含有
メタクリレート共重合体を鞘成分として紡糸し、光学繊
維を得た。

なお紡糸温度は242℃、芯成分と鞘成分との重量比は9
2:8とした。芯成分は孔当り6.5g/minの吐出速度で吐出
し、引取り速度は20m/minとした。

得られた光学繊維中の金属含有量および繊維の光学特
性をベントエクストルーダを構成する金属合金の組成と
対比して第１表に示した。

［発明の効果］ 本発明は以下の効果を有する。

ベントエクストルーダの構成材料として、耐蝕性に
優れた特定のステンレス鋼を用いているため、未反応モ
ノマなどとの化学反応物を析出することがない。

このため、光学特性の優れたメタクリル重合体を得
ることができ、該メタクリル重合体を芯成分としたプラ
スチック光学繊維の透光性能は卓越したものとなる。

硬度の高い特定のステンレス鋼をベントエクストル
ーダの構成材料として用いているため、シリンダとスク
リュウとの摺動摩擦粉の発生を極めて微少に抑制するこ
とができ、得られたメタクリル重合体を芯成分としたプ
ラスチック光学繊維の透光性能は極めて優れたものとな
る。

一般の特定のステンレス鋼を用いてベントエクスト
ルーダを構成できるため経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るエクストルーダが組込まれた光
学繊維の製造に使用される芯成分重合体の重合反応プロ
セスの一態様を示すフローシート図である。 1:モノマ貯槽、2:計量ポンプ 3:重合反応槽、4:上部ジャケット 5:下部ジャケット、6:撹拌機、 7:窒素導入ライン、8:圧力制御弁 9:計量ポンプ、10:ベントエクストルーダ 11:複数のベントロ、12:留出系 13:ライン、14:シリンダ 15:スクリュウ

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重合体中の未反応モノマを除去するベント
   エクストルーダにおいて、シリンダおよびスクリュの材
   料として、Cr含有量が10％以上25％以下、Ni含有量が２
   ％以下であり、かつ、硬度がロックウェルＣスケールに
   て40以上であるステンレス鋼を用いたことを特徴とする
   ベントエクストルーダ。
2. 【請求項２】単軸スクリュウを有するエクストルーダで
   あることを特徴とする請求項１記載のベントエクストル
   ーダ。
3. 【請求項３】プラスチック光ファイバ製造工程において
   芯成分製造用に用いられるベントエクストルーダである
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のベントエクスト
   ルーダ。