JP3087430B2 - 粉体状ポリマーの固相重合方法 - Google Patents
粉体状ポリマーの固相重合方法Info
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Description
重合方法に関し、詳しくは伝熱体を設けてなるトレー中
で重合することを特徴とする粉体状ポリマーの固相重合
方法に関するものである。
り、ポリエチレンテレフタレートやポリブチレンテレフ
タレートなどのポリエステル粉体状ポリマーを不活性気
体中で固相重合する方法は知られており、ポリマー品質
のばらつきを小さくする方式として、タンブラー方式
(特開昭56-43324号公報)や流動床方式などの方式も知
られている。
が複雑で高価であるという欠点を有するのみならず装置
内にポリマーが残存し易いので、品種やグレード切替時
には、その都度装置の分解、掃除が必要であるという欠
点を有している。このため、これらの方式は特に少量多
品種の生産においては作業性が悪く、経済的な方式では
なかった。
そのトレーを加熱炉に挿入して、ポリマーを静置したま
ま攪拌することなしに加熱して、固相重合する方式(以
下静置トレー方式という)も考えられる。
ためか、この方式では、ポリマー品質のばらつきが大き
く、これを小さくするためには、生産性を犠牲にしなけ
ればならないという問題があった。すなわち大きなトレ
ーを用る、ポリマー層を厚くする等の場合は、長時間の
加熱処理が必要となり設備生産性が低下し、一方、トレ
ーのサイズを小さくしたり、ポリマー層を薄くした場合
は、加熱処理時間は短縮できるものの、処理量が低下す
る結果、設備生産性が低下するという問題があった。い
ずれにしても、ポリマーの固相重合を大量に行なうため
には、従来の静置トレー方式では、設備生産性の点で問
題があり、この点の改良が要望されていた。
な問題点を克服し、均一で安定した品質のポリマーを効
率的に製造すべく、鋭意検討を重ねた結果、静置トレー
方式で固相重合する際に、熱伝導性の良好な伝熱体を設
けてなるトレーを用いることにより、設備生産性が向上
し、均一で安定した品質のポリマーが効率良く製造し得
ることを見出し、本発明を完成した。
重合せしめるにあたり、200℃における熱伝導率が10W
/m・K以上の伝熱体を設けてなるトレー中で固相重合
させることを特徴とする粉末状ポリマーの工業的に優れ
た固相重合方法を提供するものである。
用いられるポリマーとしては、特に限定されるものでは
ないが、例えばポリエステル、ポリアミド、ポリアミド
イミド、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド等があ
げられる。中でもポリエステルが好ましく使用される。
リエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレー
ト、ポリ−m−フェニレンテレフタレート、ポリ−p−
フェニレンイソフタレート、ポリ−1,4−シクロヘキサ
ンジメチレンテレフタレート等のポリエステル、p−ヒ
ドロキシ安息香酸や2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸等
の芳香族ヒドロキシカルボン酸から得られるポリエステ
ル、さらにこれらとテレフタル酸、イソフタル酸、2,
6-ナフタレンジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸とハ
イドロキノン、レゾルシン、4,4'−ジヒドロキシジ
フェニル、2,6-ジヒドロキシナフタレン等の芳香族
ヒドロキシ化合物とから得られる液晶性ポリエステルな
どが挙げられる。
は、粉末状であっても粒状であってもペレット状であっ
ても良く、平均粒径が0.05〜5mm程度のものが通常使用
される。好ましくは0.1〜2mm程度である。
を、伝熱体を設けてなるトレー中で固相重合させること
を特徴とするものである。固相重合させるにあたり、伝
熱体は、通常、トレーに充填された粉体状ポリマー中に
挿入して使用されるが、伝熱体を設けたトレー中に粉体
状ポリマーを充填しても良い。伝熱体は、その上端がポ
リマー層表面より0.5cm程度以上、とりわけ1cm程度以
上、上に出ていることが好ましい。 さらに伝熱体はト
レーの底面板、側面板等と接触していることが好まし
い。これにより、より均一で安定した品質のポリマーを
得ることができる。
が10W/m・K以上、好ましくは100W/m・K以上の
金属が用いられる。強度、操作性、価額等を考慮すると
アルミニウム、銅、亜鉛、ステンレス、これらを含む合
金等が好ましく、なかでもアルミニウム、その合金等が
特に好ましい。
などが挙げられるが、加熱炉雰囲気下における粉体状ポ
リマーへの伝熱、操作性などを考慮すると、板状が好ま
しい。 特に、厚みが0.5〜10mm程度のものが好まし
い。より好ましくは1〜5mm程度である。また伝熱板と
しては、複数の短冊状のものを組合せたもの、例えば図
1に示す格子状に組合せたものが、好ましい。トレーに
充填された粉体状ポリマー中に格子状伝熱板が設けられ
た状態の断面概略図を図2に示す。
トレーの側壁板と伝熱板および伝熱板相互の間隔は、30
cm程度以下、特に20cm程度以下であることが好ましい。
ここで、伝熱板相互の間隔とは、短冊状の場合は短冊相
互間の間隔であり、図1のような格子状の伝熱体の場合
は一つの格子における対面する伝熱板相互間の間隔であ
る。
その下端が底面板に密着するように設けるのが好ましい
が、トレーと伝熱板との間に若干のポリマー層が存在す
るような状態でも特に支障はない。また伝熱板の高さ
は、その下端をトレー底面板に密着するように設けたと
きに、その上端がポリマー層表面より0.5cm程度以上、
とりわけ1cm程度以上、上に出るようにするのが好まし
い。
るものではないが、加熱装置の形状や伝熱体の操作性等
を考慮すると、上面が開放された直方体状(重箱状)のト
レーが好ましい。またトレーの材質は、200℃における
熱伝導率が10W/m・K以上、好ましくは100W/m・
K以上の金属が良い。強度、操作性、価額等を考慮する
とアルミニウム、銅、亜鉛、ステンレス、これら2種以
上の合金等が好ましく、なかでもアルミニウム、その合
金等が特に好ましい。固相重合は、通常、不活性ガス雰
囲気下で実施される。その温度は、ポリマーの種類によ
りそれぞれ用いられる通常の温度、例えば150〜350℃程
度で実施される。
体を設けてなるトレー中で固相重合させることにより、
設備生産性が向上し、均一で安定した品質のポリマーが
効率良く製造し得る。
れらに限定されるものではない。なお、例中の各物性は
以下の方法で測定した値である。
テスターCFT-500型を用い、4℃/分の昇温速度で加熱さ
れた樹脂を荷重100Kg/cm2下で、内径1mm、長さ10mmの
ノズルから押出す時に、溶融粘度が48,000ポイズを示す
時点の温度である。この温度が低い樹脂ほど流動性が大
きいことを意味する。
末状樹脂を偏光下10℃/分で昇温し、肉眼により観察
し、液晶開始温度を求めた。なお静置下で完全溶融しな
い場合はスプリング圧を利用し加圧下で行なった。
引張ダンベル、HDT測定用試験片(127mm長×12.7mm幅×
6.4mm厚)を成形し、それぞれASTM D638、ASTM D648に
準じて測定した。薄肉成形品のフクレ:46mm長×5mm幅
×0.8mm厚の短冊型試験片を成形し、肉眼でフクレの有
無を観察した。
トキシジフェニル5.41Kg(20モル)、テレフタル酸3.32Kg
(20モル)を櫛形攪拌翼を有する50l SUS−316L製重合
槽に仕込んだ。窒素ガス雰囲気下に昇温し180℃から攪
拌しながら1℃/分の速度で昇温し、副生する酢酸を留
去しながら300℃で60分重合した。その後、系を密閉し
窒素で槽内圧力を1Kg/cm2Gに保ち、重合槽底部のバ
ルブを開け、反応物をステンレス製トレーに約1cmの厚
みに抜き出した。この反応物の得量は13.41Kgで理論量
の99.2%であった。これをホソカワミクロン(株)製のハ
ンマーミルで平均粒径約0.5mmに粉砕して、流動温度が2
85℃で下記の繰り返し構造単位からなる全芳香族ポリエ
ステル(以下「液晶ポリエステルA」と言う)を得た。こ
のポリマーは、加圧下で、305℃以上で光学異方性を示
した。すなわち液晶開始温度は350℃であった。
トキシジフェニル5.41Kg(20モル)、テレフタル酸2.49Kg
(15モル)、イソフタル酸0.83Kg(5モル)を仕込み、参考
例1と同様に300℃で60分重合し、反応物を抜き出し
た。得量は13.11Kgで理論収量の97%であった。
ミルで平均粒径約0.5mmに粉砕して、流動温度が270℃で
下記の繰り返し構造単位からなる全芳香族ポリエステル
(以下「液晶ポリエステルB」と言う)を得た。このポリ
マーは、加圧下で、290℃以上で光学異方性を示した。
すなわち液晶開始温度は290℃であった。
モニウムを用いた。該アルミニウムの200℃における熱
伝導率は230W/m・K(0.55cal/sec・cm・℃)であ
る。内寸120cm×120cm×深さ10cmのアルミニウム製トレ
ーに、参考例1の条件で繰り返し製造した液晶ポリエス
テルAを53Kg仕込んだ(ポリマー厚みは6.5cm)。次にト
レーと同じ材料のアルミニウム板、長さ119cm×高さ8c
m×厚さ2mmの板を用いて、20cm間隔の格子状に組み立
てた伝熱板をトレーの底に接するように挿入した。伝熱
板の上端は、粉体状ポリマーの上面より1.5cm上に出て
いた。
れ、室温から250℃まで1時間かけて上昇させ、その後
4時間かけて320℃まで昇温し、同温度で5時間保持
し、さらに200℃まで冷却して、固相重合を終了した。
な粉体が回収された。重量減少は2.5%であった。格子
間中心部の表面部と中間層部のポリマーをサンプリング
し、流動温度を測定すると、それぞれ376℃、374℃であ
り、その差は小さかった。また全量混合したポリマーの
流動温度は、375℃であり、液晶開始温度は396℃であっ
た。
ントラル硝子(株)製EFH-75-01)400gを混合し、二軸押
出機(池貝鉄工(株)製PCM-30)を用いて、350℃で溶融混
練することによりペレットを得た。このペレットを射出
成形機(日精樹脂工業(株)製PS40E5ASE)を用いて、シリ
ンダー温度390℃、金型温度130℃で、引張強度評価用の
試験片、HDT評価用の試験片及び薄肉成形品でのフク
レ発生有無評価用の試験片を成形した。
べて、物性が全般的に高く、薄肉成形品におけるフクレ
も観察されなかった。
狭くしたものを用いる以外は、実施例1に準拠して実施
した。固相重合における重量減少は2.6%で、ポリマー
のシンタリングも認められなかった。
リマーをサンプリングし、流動温度を測定すると、それ
ぞれ377℃、377℃であった。また全量混合したポリマー
の流動温度は、377℃であり、液晶開始温度は400℃であ
った。
融混練、射出成形し、各種試験片を作成し、物性を測定
した。結果を表1に示したが、物性は全般的に良好であ
った。
広くしたものを用いる以外は、実施例1に準拠して実施
した。
子間中心部の表面部と中間層部のポリマーの流動温度
は、それぞれ372℃、364℃であった。また全量混合した
ポリマーの流動温度は、366℃であり、液晶開始温度は3
87℃であった。
融混練、射出成形し、各種試験片を作成し、物性を測定
した。結果を表1に示した。薄肉成形品の表面に数個の
フクレが見られた。
相重合における重量減少は1.7%で、トレー中心部の表
面部と中間層部のポリマーの流動温度は、それぞれ369
℃、358℃であった。また全量混合したポリマーの流動
温度は、360℃であり、液晶開始温度は380℃であった。
融混練、390℃で射出成形したが、成形品全般にバリが
多く、380℃で成形することにより各種試験片を作成し
た。物性を測定した結果を表1に示した。薄肉成形品の
表面に多くのフクレが見られた。
20Kg(ポリマー厚み2.5cm)と少なくする以外は、比較例
1と同様に実施した。
た全量混合したポリマーの流動温度は、376℃であり、
液晶開始温度は398℃であった。 このポリマーを用
い、実施例1と同様に溶融混練、射出成形し、各種試験
片を作成した。物性も良好であり、薄肉成形品にもフク
レは見られなかった。結果を表1に示すが、生産量は実
施例1〜3の場合の約40%であり、生産効率は著しく悪
い。
り返し製造した液晶ポリエステルBを53Kg仕込んだ(ポ
リマー厚みは、6.5mm)。次いで、実施例1で用いたと同
じ格子間隔20cmである伝熱板をトレーの底に接するよう
に挿入した。伝熱板の上端は、粉体状ポリマーの上面よ
り1.5cm上に出ていた。
温から250℃まで1時間かけて上昇させ、その後3時間
かけて275℃まで昇温し、同温度で5時間保持し、固相
重合を終了した。固相重合における重量減少は1.4%で
あった。格子間中心部の表面部と中間層部のポリマーを
サンプリングし、流動温度を測定すると、それぞれ330
℃、329℃であり、その差は小さかった。また全量混合
したポリマーの流動温度は、330℃であり、液晶開始温
度は350℃であった。
0gとガラス繊維400gを混合し、二軸押出機用い330℃で
溶融混練してペレットを得、シリンダー温度350℃、金
型温度130で射出成形した。成形品の物性を表2に示し
たが、外観もきれいで、物性も良好であった。
狭くしたものを用いる以外は、実施例1に準拠して実施
した。固相重合における重量減少は1.5%で、また格子
間中心部の表面部と中間層部のポリマーの流動温度は、
それぞれ331℃、330℃であった。また全量混合したポリ
マーの流動温度は、332℃であり、液晶開始温度は353℃
であった。
融混練、射出成形し、各種試験片を作成し、物性を測定
した。結果を表2に示したが、物性は全般的に良好であ
った。
相重合における重量減少は1.1%で、トレー中心部にお
ける表面部と中間層部のポリマーの流動温度は、それぞ
れ324℃、316℃であった。また全量混合したポリマーの
流動温度は、348℃であり、液晶開始温度は336℃であっ
た。このポリマーを用い、実施例4と同様に溶融混練、
射出成形できたが、各試験片にはバリが少し発生し、物
性も全般的に低く、薄肉成形品の表面には、多くのフク
レが見られた。結果を表2に示した。
20Kg(ポリマー厚み2.5cm)と少なくする以外は、比較例
3と同様に実施した。固相重合における重量減少は1.6
%で、また全量混合したポリマーの流動温度は、334℃
であり、液晶開始温度は356℃であった。
融混練、射出成形し、各種試験片を作成した。物性も良
好であった。結果を表2に示すが、生産量は比較例2と
同様に生産効率は著しく悪い。
トレー方式で固相重合せしめるにあたり、伝熱体を設け
てなるトレー中で固相重合させることにより、伝熱体を
介して加熱炉の雰囲気の熱を粉体状ポリマーに素早く伝
えることができ、品質のばらつきの少ないポリマーを短
時間で効率よく製造し得る。比較例に示したように伝熱
体がない場合には、短時間では品質の安定したポリマー
は得られず、品質の安定したポリマーを得ようとすれ
ば、トレー当たりのし込み量を極端に削減せねばなら
ず、工業的に不利となる。これに対し、本発明によれば
実施例からも明らかなように、伝熱体を設けてなるトレ
ー中で固相重合させるという簡便な方法を採用すること
により、トレー当たりのし込み量を増大せしめて設備生
産性の向上をはかることができ、品質のばらつきの少な
いポリマーを効率よく製造し得る。
伝熱板が設けられた状態の断面概略図
Claims (6)
- 【請求項1】粉体状ポリマーを固相重合せしめるにあた
り、200℃における熱伝導率が10W/m・K以上の伝熱
体を設けてなるトレー中で固相重合させることを特徴と
する粉体状ポリマーの固相重合方法。 - 【請求項2】伝熱体の上端が、トレーに充填されたポリ
マーの上面より0.5cm以上、上にでてなることを特徴と
する請求項1記載の固相重合方法。 - 【請求項3】 伝熱体が、アルミニウム、銅、亜鉛、ステ
ンレスまたはこれらを含む合金からなることを特徴とす
る請求項1〜2記載の固相重合方法。 - 【請求項4】 伝熱体が、複数の短冊状の板を格子状に組
合せた格子状伝熱板であることを特徴とする請求項1〜
3記載の固相重合方法。 - 【請求項5】 粉体状ポリマーが、ポリエステル、ポリア
ミド、ポリアミドイミド、ポリイミドおよびポリフェニ
レンスルフィドから選ばれる少なくとも1種であること
を特徴とする請求項1〜3記載の固相重合方法。 - 【請求項6】 粉体状ポリマーが、平均粒径が0.05〜5mm
であることを特徴とする請求項1〜5記載の固相重合方
法。
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-
1992
- 1992-04-06 JP JP04083712A patent/JP3087430B2/ja not_active Expired - Fee Related
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