JP4048631B2 - 横型連続縮重合装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は横型連続縮重合装置に関し、さらに詳しくは、縮重合タイプポリマーの重合反応を反応速度を高速化しながら高品質のポリマーにし得る横型連続縮重合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル、ポリカーボネート等の縮重合タイプの高粘性ポリマーを製造する連続重合装置として、例えば特公昭５３−１２２８号公報や特開平１０−２５９２４２号公報などが知られている。前者の連続重合装置は、リング状円板にかきとり板を取り付けた攪拌機を回転させながら被処理液をすくいあげ、それを多孔板又は金網の上に落下させて薄膜化し、揮発物の蒸発を促進させるようにしたものである。また、後者の連続重合装置は、被処理液が低粘度の領域では外周部にかきとり板を設けた中空円板からなる攪拌機で処理し、次いで中粘度の領域でかきとり板を放射状に設けた攪拌機により処理するようにしたものである。
【０００３】
しかし、重合装置はいずれも重合反応の過程で生成する揮発物が、攪拌ディスク中央部の孔やディスク面に多数設けた小孔を通過して排気口に到達するようになっているているため、いったん攪拌ディスクの表面に付着形成された薄膜が上記揮発物の通過によって壊されてしまっていた。このような薄膜の破壊によって揮発表面積が小さくなり、揮発物の除去速度を低減させるため、重合反応速度が低下する原因になっていた。
【０００４】
また、重合装置の内壁面にはポリマーが徐々に付着蓄積し、それが熱劣化してから剥離してポリマー中に混入するため、品質低下を招く原因になっていた。これを防止するために、攪拌機にかきとり棒を設けて取り除く等の対策が採られているが、必ずしも十分な効果をあげていないのが実情であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、重合の反応速度を高速化して生産性を向上し、かつ変成物の生成を抑制し高品質のポリマーが得られるようにする横型連続縮重合装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明による横型連続縮重合装置は、横長の容器の長手方向の一端に原料の供給口、他端に生成ポリマーの取出口、上部に揮発物の排出口をそれぞれ設け、該容器内に複数枚の攪拌ディスクを長手方向に間隔をおいて配置し、かつ該攪拌ディスクの上縁と前記容器内壁の頂部との間に前記撹拌ディスク直径の８〜３５％の垂直長さをもつ上部空間を設けると共に、該上部空間の前記容器内壁面頂部における曲率半径ｒを、前記容器底面の曲率半径の１５〜８５％の大きさにし、かつ前記攪拌ディスクの回転中心部に回転軸を配置しない構成にしたことを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１および図２は、本発明の実施形態からなる横型連続縮重合装置を示す。
図１および図２において、本体を構成する容器１は側面視が横長で、かつ横断面が卵形をした円筒体から構成されている。容器１の長手方向の一端には、底面に原料の供給口２が設けられ、他端の底面に重合生成したポリマーの取出口３が設けられている。また、容器１の上部には、原料供給口２に近い側に揮発物の排出口４が設けられている。
【０００８】
容器１の内部には、長手方向に沿って複数枚の攪拌ディスク５が一定間隔に配置されることにより攪拌機を構成している。これら攪拌ディスク５は金網または多孔板からなり、その回転中心部には開口部５ａが設けられ、かつ、回転軸が設けられない構造になっている。複数枚の攪拌ディスク５は、外周部に複数本の連結棒６を等間隔に貫通させて支持固定され、さらにこれら連結棒６の両端にそれぞれ支持板７、８を固定し、その支持板７、８の両外側面中心に回転軸９、１０を固定している。この回転軸９、１０は容器１の両端部に設けられた軸受部１１、１２に軸支され、その回転軸９、１０のいずれか一方に連結された駆動装置（図示せず）により回転駆動されるようになっている。
【０００９】
このように構成された攪拌機の攪拌ディスク５は、その外周面が容器１の底面に近接して、その底面との間に狭隘な隙間１３を形成するが、攪拌機の上縁と容器１の内壁面との間には広い上部空間１４を形成している。この上部空間１４は、撹拌ディスク径Ｄの８〜３５％、好ましくは１３〜３０％、さらに好ましくは１７〜２６％の大きさの垂直距離Ｌを形成している。また、この上部空間１４には、長手方向中間点からポリマー取出口３寄りの位置にガス吹出しノズル１５が設けられ、この吹出しノズル１５から揮発物の排出口４側に向けてガスを吹き出すようになっている。
【００１０】
上記横型連続縮重合装置において、原料として反応中間重合物が原料供給口２から容器１内に供給され、その底部域をポリマー取出口３に向けて連続的に移動する。この移動中において攪拌ディスク５により攪拌され、攪拌ディスク５の表面や開口部５ａに薄膜を形成し、その薄膜から揮発物を蒸発させながら重合反応を行うことにより、次第に高粘度の重合体（ポリマー）に変化していく。このようにして反応生成したポリマーは、最後にポリマー取出口３から容器外へ送り出される。
【００１１】
上記横型連続縮重合装置は、容器１の上部に上部空間１４を設けているので、上記のように重合反応を行うとき、薄膜から蒸発した揮発物を上部空間１４を経由して容易に揮発物出口１０へ向かわせることができる。したがって、揮発物の流動が攪拌ディスク５の表面や中央の開口部５ａに形成された薄膜を破壊することがなく、反応物と膜面積を大幅に増大させることができ、その結果、重合反応速度を高速化することができる。したがって、同じ容量の縮重合装置であっても生産量を大幅に向上することができる。
【００１２】
このように重合反応を促進するため、上部空間１４の垂直距離Ｌは撹拌ディスク径Ｄの８〜３５％に確保することが必要であり、８％よりも短くては揮発物による薄膜の破壊防止をすることが難しくなる。しかし、上部空間１４の垂直距離Ｌが撹拌ディスク径Ｄの３５％よりも大きくなると、攪拌ディスク５による膜形成域が狭くなりすぎるため生産性の向上が期待できなくなる。
【００１３】
また、上記横型連続縮重合装置によると、攪拌ディスク５に付着した反応物が直接反応容器１の内壁に接触することがなくなるためポリマー変成物の生成が減少し、ポリマー中への異物混入を大幅に減少させることができる。さらに上部空間１４の形成により揮発物の流速を減速し、系外に逸散する量を減少するため、製品の歩留まりも大きく向上させることができる。
【００１４】
また、攪拌ディスクの回転中心部に回転軸を設けた重合装置の場合には、その回転軸部分に反応物が堆積し、隣接する攪拌ディスク間に反応物を充満滞留させ、反応物の膜表面積を大幅に減少させるる傾向がある。しかし、上記装置では攪拌ディスク５の回転中心部に回転軸を設けていないため、隣接する攪拌ディスク５，５間における反応物の膜表面積を可及的に拡大し、揮発物の蒸発を促進するため重合反応速度を一層高速化することができる。
【００１５】
本発明において、上部空間１４の構成としては、上述した垂直距離Ｌを維持した上で、さらに容器１の内壁面頂部を曲面にすると共に、その曲率半径ｒを容器底面の曲率半径の１５〜８５％の大きさにすることが好ましく、さらに好ましくは２０〜７０％、最も好ましくは３０〜５０％にするのがよい。上部空間１４の内壁面頂部の曲率半径ｒを上記大きさにすることにより、揮発物の移送空間を十分に確保するため反応速度を高めることができる。また、上部空間１４の内壁面積を最小限にし、反応物の付着を最小限にとどめることができるため、付着劣化物の混入を防いで、ポリマーの品質の向上を図ることができる。
【００１６】
また、容器１の内壁面のうち、上部空間１４を除く領域では、攪拌ディスク５の外周が近接することにより狭隘な隙間１３を形成している。すなわち、容器１の内壁面のうち、底面と両側面の領域では攪拌ディスク５の外周縁が近接して隙間１３を形成する。この隙間は、少なくとも攪拌ディスク５の外周長の４０％以上にわたる周長で、その大きさが５〜５０ｍｍ、さらに好ましくは１０〜３０ｍｍにするのがよい。
【００１７】
上記隙間１３が５ｍｍよりも小さいと、反応物に対する剪断応力が大きく発熱が大きくなるため、反応温度が局部的に高くなって品質むらの原因になり、また攪拌動力が大きくなるという問題も発生する。他方、間隙１３が５０ｍｍよりも大きいと、反応物が間隙を選択的に通過し、容器長手方向の速度分布が大きくなるため、ピストンフロー性を損なって反応性の低下をもたらすようになる。
【００１８】
本発明において、攪拌ディスク５の回転中心部に開口部５ａを設けることは、少なくとも内部液面が上昇する方向に対しては滞留量を一定に保つうえで有効である。このような回転中心部の開口部５ａの孔径としては、攪拌ディスク径の２０〜５０％、好ましくは３０〜４０％にするとよい。開口部５ａの孔径が攪拌ディスク径の５０％よりも大きいと被処理液の滞留量が少なくなり、そのため装置自体が大型化する。他方、２０％よりも小さいと被処理液の液面が上昇して膜表面積が減少するため、反応時間が長くなる。
【００１９】
上部空間１４にガス吹出しノズル１５を設けると、このガス吹出しノズル１５から噴射したガスにより上部空間１４の内壁面に付着しようとする反応物による汚れを防止することができる。すなわち、反応容器１の上部空間１４には、反応物の飛散、蒸散によって汚れが付着しやすい傾向にあるが、ガス吹出しノズル１５からガスを吹き込むことにより、これらの汚れを防止することができる。特にポリエステルの縮重合装置の場合には、原料であるエチレングリコール、ブチレングリコール等のグリコール類をガスとして使用するとよく、このグリコール類によりポリマーを解重合するため、上部空間１４の洗浄効果を一層向上することができる。
【００２０】
上部空間部１４を設けていない従来の縮重合反応装置では、揮発物の流れによる反応容器上部に圧力損失を生ずるため、この圧力損失の低減のため揮発物の排出口４を反応容器１のポリマー取出口３側に設けていた。しかし、このような位置に揮発物排出口４を設けると、揮発物出口４の近傍にはポリマーが存在するため、揮発物とともにポリマーが揮発物出口４から排出され、留出物を再利用しようとする場合、そのまま使用できないという欠点がある。
【００２１】
しかし、反応容器１の上部に上部空間１４を設けている本発明の縮重合装置では、圧力損失を考慮する必要がないため、必ずしも揮発物出口４を反応容器１の出口側に設置する必要がない。むしろ、揮発物出口４を反応容器１の原料供給口２に近い位置に設けたことにより、揮発物とともにポリマーを排出することはなく、同伴されるのは低重合体であるので留出物の再利用を容易にすることができる。
【００２２】
すなわち、本発明において、揮発物排出口４の位置は、容器１の長手方向中間点（長手方向距離の５０％の位置）よりも原料供給口２側に配置することが好ましく、さらに好ましくは原料供給口２側の端部から長手方向距離の４０％以内、最も好ましくは３０％以内に配置するのがよい。
【００２３】
本発明の縮重合装置はポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート等の縮重合タイプの高粘性ポリマーの縮重合反応に好ましく適用されるが、特にポリエステルの縮重合に好適である。ここでいうポリエステルとは、例えばテレフタル酸とエチレングリコ−ルあるいはテレフタル酸とエチレングリコ−ル及び他の第３成分から、エステル化反応および重縮合反応を連続的に行い得られた反復構造単位の７５％以上がエチレンテレフタレ−トであるポリエステルをいう。
【００２４】
例えば、テレフタル酸成分の一部をフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、５−カリウムスルホイソフタル酸、ｐ−β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、４，４’−ジフェニルエ−テルジカルボン酸、４，４’−ジフェニルメタンジカルボン酸、４，４’ジフェニルエ−テルジカルボン酸、４，４’ジフェニルジカルボン酸、１，２’−ジフェニキシエタン、ｐ，ｐ’−ジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などの２官能性カルボン酸またはそのエステル形成性誘導体で置き換えるか、またはグリコ−ル成分の一部をトリメチレングリコ−ル、ヘキサメチレングリコ−ル、トリエチレングルコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、テトラメチレングリコ−ル、１，４−シクロヘキサンジオ−ル、１，４−シクロヘキサンジメタノ−ル、１，４−ビス−β−ヒドロキシエトキシベンゼン、ビスフェノ−ルＡ、トリメシン酸、モノメトキシポリエチレングリコ−ル、ナフトエ酸などの脂肪族、脂環族、芳香族、のジオキシ化合物またはそのエステル形成性誘導体を用いても良い。
【００２５】
更に、上記ポリエステルには、酸化チタン、カ−ボンブラックなどの顔料、紫外線吸収剤、蛍光増白剤、或いはカオリンなどの不溶性結晶核剤などの添加物を含んでいても良い。
【００２６】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、反応容器の上部に上部空間を設けているので、その上部空間に揮発物を流動させることにより反応物の薄膜化を促進し、揮発物の蒸散面積を拡大することができるため重合反応速度を高速化し、生産性を向上することができる。また、重合容器内での飛散物の量を抑制し反応物の劣化を抑制するので、ボリマーへの異物混入を低減し、高品質のポリマーを生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態からなる横型連続縮重合装置の縦断面図である。
【図２】図１におけるＸ−Ｙ矢視断面図である。
【符号の説明】
１ 容器
２（原料の）供給口
３（ポリマーの）取出口
４（揮発物の）排出口
５ 攪拌ディスク
５ａ 開口部
６ 連結棒
９，１０ 回転軸
１３ 隙間
１４ 上部空間
１５ ガス吹出しノズル

Claims (3)

1. 横長の容器の長手方向の一端に原料の供給口、他端に生成ポリマーの取出口、上部に揮発物の排出口をそれぞれ設け、該容器内に複数枚の攪拌ディスクを長手方向に間隔をおいて配置し、かつ該攪拌ディスクの上縁と前記容器内壁の頂部との間に前記撹拌ディスク直径の８〜３５％の垂直長さをもつ上部空間を設けると共に、該上部空間の前記容器内壁面頂部における曲率半径ｒを、前記容器底面の曲率半径の１５〜８５％の大きさにし、かつ前記攪拌ディスクの回転中心部に回転軸を配置しない構成にしたことを特徴とする横型連続縮重合装置。
2. 前記攪拌ディスクが金網または多孔板であり、かつ、該攪拌ディスクが前記容器内壁面の底面と両側面とに対面する領域のうち、少なくとも該攪拌ディスク外周長の４０％に相当する部分の前記攪拌ディスク外周と前記容器内壁面との間の隙間を５〜５０ｍｍにしたことを特徴とする請求項１記載の横型連続縮重合装置。
3. 前記攪拌ディスクの回転中心部に開口部を設け、かつ、該開口部の直径を前記攪拌ディスク直径の２０〜５０％の大きさにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の横型連続縮重合装置。

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