JP3066085B2 - 高分子量エポキシ樹脂製造用多段反応器 - Google Patents

高分子量エポキシ樹脂製造用多段反応器

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高分子量エポキシ樹脂
製造用多段反応器に関し、より詳細には、エポキシ樹脂
の連続的高分子量化(advancing)のためのその使用に関
する。
【0002】
【従来の技術】エポキシ樹脂の高分子量化(時々溶融と
称される)は、ジグリシジルエーテル樹脂と二価フェノ
ール類とを反応させて、反応で使用するモル比に応じて
高分子量モノエポキシド、ジエポキシドまたはポリエー
テル樹脂が生成されることからなることが既知である。
この反応は、現在しばしば、ビスフェノールAのジグリ
シジルエーテルなどの液体エポキシ樹脂を高分子量化す
ることによって自己の固体エポキシ樹脂を作る樹脂最終
使用者によって使用されている。常用するプロセスは、
大きい反応釜におけるバッチ法である。かかるバッチ処
理の不利は、一様でない製品性能の取得およびバッチ法
において反応釜におけるホットスポットを回避しながら
適当な温度制御を達成するための課題である。終始一貫
した性能および改善された温度制御の課題は、一般原則
として、反応体の連続供給および生成物の連続取り出し
を斟酌した連続攪拌タンク反応器中で処理することによ
って解消される。しかしながら、このことは、かかる連
続処理に固有である比較的大きい逆混合効果がはるかに
広い分子量分布(MWD)を有する生成物を生成させる
ので、追加の課題を発生するであろう。
【0003】連続的高分子量化を押出機中で実施するこ
とが欧州公開特許第193,809号明細書で提案され
ているが、押出機は、不良な混合効率、適当な温度制御
の限定された可能性、および比較的短い長さを有する。
後者は、押出機の短い長さに固有の制限された滞留時間
を解消するためには高い反応温度の使用を必要とする。
その結果、高分子量化された樹脂は、終始一貫した製品
性能を有していなであろうし且つ分子量分布はもう一度
かなり広いであろう。連続的高分子量化のための別の提
案は、米国特許第3,919,169号明細書および米
国特許第4,105,634号明細書に見出され、これ
らの米国特許はパイプライン反応器の使用に基づく。後
者の文献は、比率1.6未満のMWDを示しておらず、
典型的な値は1.7〜1.9である。前者の文献におい
ては、MWDデータは開示されておらず、そこに包含さ
れる実験室用機器は長さ110mの狭いパイプの使用を
言及しており、そのパイプ長さを商業的な大規模のエポ
キシ樹脂改良プラントに望ましい大きさに変換すること
は、パイプ長さが少なくとも500mを必要とするであ
ろう。同様に、米国特許第4,105,634号明細書
に開示のような1.6よりも高いMWD比を得るために
は、長さが少なくとも750mのパイプが必要とされる
であろう。かかる過度の長さは、過度に大きい圧力低下
を解消するために追加の機械的手段を必要とする。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】かくて、比較的狭い分
子量分布と終始一貫した品質との両方を有する最終生成
物を製造できる連続エポキシ樹脂高分子量化法を提供す
るニーズがある。本説明においては、所望の改良樹脂の
分子量分布は、バッチ処理によって得ることができる同
様の高分子量化された樹脂の分子量分布のものと比較し
て定義し且つ「比較的狭い」は「均等バッチ生成物の分
子量分布に本質的に近似すること」を意味する。出願人
による研究は、その課題を解決するためには、新しい反
応器デザインが必要とされることを示した。
【0005】
【課題を解決するための手段】それゆえ、本発明は、液
体反応体および生成物の並流用入口および出口開口部を
備えた円筒ハウジングと、ハウジングの内壁上に装着さ
れた円板状のステーターリングと、中心の回転自在のシ
ャフト上に装着された円板状のローターリングとを具備
し、ステーターリングとステーターリングとの間の各内
容積が1段階と規定され、該ステーターリングはロータ
ーリングと径方向でオーバーラップして配置されてお
り、円板状のローターリングとハウジングの内壁との間
および円板状のステーターリングと中心シャフトの外壁
との間に比較的狭いスリットが残存するように形成され
ており、前記スリットは長さ(L)対幅(W)の比率3
〜12を有し、ステーターリングとローターリングとの
間の軸方向の距離はスリット幅(W)よりも長いことを
特徴とする高分子量エポキシ樹脂製造用多段反応器を提
供する。
【0006】
【実施例】図1は、新規の高分子量エポキシ樹脂製造用
多段反応器の略縦断面図を示す。ここでは、円筒ハウジ
ング (1)の一部分を示す。入口開口部(2)が設け
られており、この入口開口部を通して液体反応体の混合
物は反応器の内容積に供給する。反応器を竪形に装着す
る時に、液体反応混合物は、重力により、または外部ポ
ンプ給送装置(図示せず)により下方向に流れる。反応
生成物は、出口開口部(3)を介して取り出す。中心の
回転自在のシャフト(4)は、駆動装置(図示せず)に
連結されている。シャフトが反応器のハウジングを貫通
する場合には、適当なシーリング手段が設けられる。円
板状ステーターリング(5)はハウジング上に装着され
ており且つ円板状ローターリング(6)は回転自在のシ
ャフト上に装着されている。
【0007】径方向においては、円板状ステーターリン
グおよび円板状ローターリングは、実質的にオーバーラ
ップし、かくて狭い環状スリット7および8をそれぞれ
円板状ローターリングの外周とハウジングの内壁との
間、円板状ステーターリングの内周と回転自在のシャフ
トの外壁との間に残す。これらのスリットの各々は、軸
方向に或る長さ(L)および径方向に或る幅(W)を有
する。LおよびWは、スリット7の場合にはL1および
W1、スリット8の場合にはL2およびW2に細分され
る。本発明においては、比率L1/W1およびL2/W
2の各々は、3〜12の範囲内で選ばれるべきであるこ
とが必須である。好ましい比率は、3.3〜8である。
円板状ステーターリングと円板状ローターリングとの間
の軸方向の距離は、Wよりも長くあるべきである。従っ
て、液体反応体が反応器の次の段階に流入する際に通過
する前記スリットの各々は、段を規定するリング間に残
る通路よりも狭い。かくて、制限流の面積は、スリット
で生じ、これらのスリットにおいて液体反応体は段にお
ける実質的に水平の流れに関して増大された垂直流量を
有する。この制限は、各制限流帯の所要の最小長さと一
緒に、1つの段階から前のものへの逆混合の発生を実質
的に完全に回避し、且つ段階間に逆混合は何も無いか実
質的に無く、反応器中の反応体の合計滞留時間は完全に
均一であるのに非常に近くなる。円板状ステーターリン
グおよび円板状ローターリングは、通常、それぞれL
2、L1と対応する厚さを有する円形の平らなディスク
の形態に作るであろう。ディスクが中空内部空間を備え
ている時には、例えば、欧州公開特許第105,436
号明細書に開示のような方法で冷却剤または熱媒を循環
するためのかかる中空内部空間を使用することによって
利益を得ることができる。
【0008】また、反応器を空にするか上部から充填す
る時に液体反応体および/または生成物の排出を高める
ために、傾斜上面および底面を有するディスクを受容す
ることが可能である。円板状ローターリングの回転のた
め、剪断帯が、 円板状ローターリングの上部および底
部付近に形成される。比較的狭い水平流帯を 円板状ロ
ーターリングと円板状ステーターリングとの間に維持す
ることによって、各段の比較的大きい割合の容積が高剪
断帯であるデザインを採用することが可能である。この
ことは、各段での混合効率を改善に且つこの原理を段階
毎に繰り返すことによって顕著な混合効率の反応器に到
達する。
【0009】意図されるエポキシ樹脂の高分子量化に好
ましい反応器は、12〜60段からなるものである。6
0段を有する竪形反応器の配置が余り魅力的ではない時
には、勿論、2個の反応器を連続して使用することがで
き(これらの各々は30段を有する)、20〜35段/
反応器が一層好ましい。段当たりの好ましい内容積は、
処理量に応じて10〜1000リットルの水準で変化す
るであろう。好ましい長さL1、L2および幅W1、W
2は、それぞれ0.02〜0.15m、0.002〜
0.05mの範囲から選ばれる。圧力低下の理由で、環
状流面積が実質的に等しいようにW1、W2、L1、L
2を選ぶことが好ましい。
【0010】反応器のデザインに組み込むことができる
任意の特徴は、欧州公開特許第105,436号明細書
に開示の種類および機能のスクレーパーブレードまたは
フックである。これらの装置は、円筒ハウジング上、円
板状ステーターリング上、円板状ローターリング上、ま
たは中心の回転自在のシャフト上に固定位置で装着でき
る。掻取作用は、円板状ステーターリングおよび円板状
ローターリングの上面および底面において、回転自在の
シャフトの外壁において、またはハウジングの内壁にお
いて向けてもよく、このことは一般に選びたい掻取また
は拭取装置の種類および反応器における配置法を決定す
るであろう。また、反応器は、追加の反応成分を射出す
るための装置を備えていてもよい。
【0011】エポキシ樹脂を新規の反応器において高分
子量化するための全体の化学およびプロセスパラメータ
ーは、一般原則として、技術上既知のものと異ならない
(前記文献と比較)。既知の触媒、反応温度および発
熱、反応体のモル比、反応期間、並びに高分子量化最終
生成物の望ましい分子量の十分な選択がある。本発明の
新規の反応器中の混合物の劇的に改善された均一性およ
び平均滞留時間の一貫性のため、1.0に非常に近い優
秀な分子量分布(重量平均/数平均)と一緒に、従来既
知ではない一貫性の製品性能を達成できる。
【0012】エピコーテ(EPIKOTE)−3001型の生
成物は、エピコーテ−828をヨウ化エチルトリフェニ
ルホスホニウム触媒の存在下で2,2−ジ(4−ヒドロ
キシフェニル)プロパンで改良することによって生成し
た。連続処理反応器のデザインを広く特徴づけるため
に、下記データが役立つことがある。 自由反応器容積 3.19m3 全反応器容積 6.64m3 内径 1.2m ローターディスク直径 1.17m ステーター開口部直径 0.49m シャフト直径 0.44m 段容積 0.133m3 段高さ 0.45m 回転速度 0.40r・s-1 段数 24 スリット幅W1 0.016m W2 0.027m スリット長さL1 0.06m L2 0.1m
【0013】2個のかかる反応器を直列で使用した。第
一反応器取入れ量は、300ppm の濃度の触媒、2.1
0:1の当量比率(エポキシ基対フェノール性ヒドロキ
シル)の2種の反応体からなり、供給原料を130℃に
予熱した。冷却剤速度を適当に調整することによって、
反応混合物を最大温度180℃に達しさせた。取入れ流
量は0.97kg/sであり、一緒にかかった2個の反応
器中の滞留時間は2時間であり、合計フェノール性ヒド
ロキシル転化率は99.9%であった。
【0014】このようにして製造されたエピコーテ−3
001等級は、MWD′1.03を有していた(式中、
MWD′はMWD連続/MWDバッチを意味し、バッチ
法は同じ反応体および同じ処理温度を使用してのエピコ
ーテ−3001製造に関する)。MWDデータは、GP
C分析によって測定したように重量平均分子量および数
平均分子量から計算した(MWw /MWn)。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高分子量エポキシ樹脂製造用多段反応
器の略縦断面図を示す。
【符号の説明】 1 円筒ハウジング 2 入口開口部 3 出口開口部 4 シャフト 5 円板状ステーターリング 6 円板状ローターリング 7 スリット 8 スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B01J 14/00 B01J 19/18 C08G 59/00 C08G 85/00

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】液体反応体および生成物の並流用入口およ
    び出口開口部を備えた円筒ハウジングと、ハウジングの
    内壁上に装着された円板状のステーターリングと、中心
    の回転自在のシャフト上に装着された円板状のローター
    リングとを具備し、ステーターリングとステーターリン
    グとの間の各内容積が1段階と規定され、該ステーター
    リングはローターリングと径方向でオーバーラップして
    配置されており、円板状のローターリングとハウジング
    の内壁との間および円板状のステーターリングと中心シ
    ャフトの外壁との間に比較的狭いスリットが残存するよ
    うに形成されており、前記スリットは長さ(L)対幅
    (W)の比率3〜12を有し、ステーターリングとロー
    ターリングとの間の軸方向の距離はスリット幅(W)よ
    りも長いことを特徴とする高分子量エポキシ樹脂製造用
    多段反応器。
  2. 【請求項2】L:Wの比率が、3.3〜8である、請求
    項1に記載の反応器。
  3. 【請求項3】各段の内容積が、10〜1000リット
    ルである、請求項1または2に記載の反応器。
  4. 【請求項4】段の数が、12〜60である、請求項1
    ないし3のいずれか1項に記載の反応器。
  5. 【請求項5】Lが、0.02〜0.15mである、請求
    項1ないし4のいずれか1項に記載の反応器。
  6. 【請求項6】軸方向のステーターリングとローターリン
    グとの間の距離が、少なくとも4Wである、請求項1な
    いし5のいずれか1項に記載の反応器。
JP2402556A 1989-12-15 1990-12-15 高分子量エポキシ樹脂製造用多段反応器 Expired - Fee Related JP3066085B2 (ja)

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