JP4506464B2 - 連続式樹脂回収装置および回収方法 - Google Patents
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Description
樹脂から異物を除去するためには、濾過が最適な方法である。ここで、樹脂の原料となる単量体等の原材料を精密濾過した後、重合を行い光学樹脂を製造する方法は知られている。しかし種々の方法で製造された樹脂を光学用途に使用する要望は大きく、製造された樹脂から異物を除去する必要がある。ここで樹脂を直接濾過するには溶融した樹脂を濾過する必要があり、高い温度とそれに耐える濾過器が必要である。現在の技術では、溶融した樹脂を直接濾過して、光学的に満足できる樹脂を得る方法は知られていない。一方で樹脂が溶媒に可溶で溶液化できる場合には、溶液を濾過することにより異物を除去できる。樹脂の溶液を濾過する場合には、公知の濾過方法により高度に異物を除去することが可能である。
しかし光学用の樹脂は同時に揮発分も除去する必要がある。これは揮発分が、光学樹脂の加熱加工の際に発泡の原因となったり、溶媒の光吸収の原因となったりするためである。樹脂溶液から樹脂を回収する方法は種々の方法が提案されている。例えば特開平8−11835号公報には、回転する羽根で樹脂溶液を薄膜化し、揮発分を除去する方法が提案されている。また特開2000−102921号公報には、溶融した樹脂を多孔板を用いて乾燥する方法が提案されている。またホソカワミクロン社より、商品名「クラックスシステム」が提供されている。この樹脂回収方法は、加熱管を用いて樹脂溶液を溶媒の沸点以上に加熱し、蒸発した溶媒の蒸気をさらに加熱することにより、過熱された溶媒蒸気が高速噴流を形成し、加熱管が閉塞することなく溶媒蒸気と樹脂成分とが分離される方法である。さらに、高度に精製された溶融樹脂に対する異物の混入の少ない流動制御方法としては、温度を変えることによる溶融樹脂の流動状態の制御方法が、特開2001−38725号公報に提案されている。
上述の従来の樹脂溶液からの樹脂の回収方法のうち、特開平8−11835号公報に記載の方法では、装置が高速の回転を伴う摺動部を有しており、摺動部からの発塵が避けられなかった。また特開2000−102921号公報に記載の方法では、高粘度流体を乾燥の前提としているため、樹脂の低濃度溶液を直接処理することはできなかった。すなわち、濾過により異物を高度に除去できる低濃度、低粘度の樹脂溶液を処理することはできなかった。さらに前記クラックスシステムにおいては、残存溶媒の量を光学用樹脂が必要とするレベルまで減少させることができない、得られた樹脂が発泡しているために樹脂を装置外に取り出す際に異物を取り込みやすい等の汚染対策が難しい、等の問題があった。
このように、従来は、樹脂から異物および揮発分を高度に除去でき、異物の混入を抑制でき、かつ、連続で処理できる樹脂の回収装置または回収方法は知られていなかった。そこで本発明は、上述の問題を解決し、光学用樹脂に好適な樹脂の回収装置および回収方法を提供する。具体的には、特定の粗乾燥工程と特定の精密乾燥工程とを組み合わせ、かつ、これに溶融状態の樹脂の流動を制御する特定の方法を加え、さらに全体を一つの有機的な装置にまとめることにより耐汚染性が向上できることを見出し、本発明に至った。
ここで、前記の送液手段と加熱管との間に濾過器を有することが好ましい。この態様によれば、一つの樹脂の回収装置により異物の高度な除去も可能となる。また、樹脂溶液または溶融した樹脂と接触する部位に、送液手段以外の摺動部を有していないことが好ましい。回収装置が送液手段以外の摺動部を有していないために、摺動部に由来する発塵が無視でき、精製された樹脂への異物の混入が抑制でき好ましい。
また本発明は、上述の連続式樹脂回収装置を用いて連続して樹脂を回収する方法であって、樹脂溶液を加熱管の中で溶媒の沸点以上の温度に加熱する工程と、溶媒の沸点以上に加熱された樹脂溶液を、減圧に保たれた粗乾燥室に導入する工程と、粗乾燥室内で樹脂と溶媒蒸気を分離する工程と、分離された樹脂を溶融させる工程と、溶融した樹脂を減圧に保たれた精密乾燥室に導入する工程と、および、精密乾燥室内で溶融した樹脂を多孔板を通過させる工程とを有することを特徴とする、連続式樹脂回収方法を提供する。この方法によれば、揮発分が高度に除去された樹脂が、高い生産性で回収できる。ここで、樹脂溶液は濾過した後に加熱管に導入することが好ましい。この態様によれば、揮発分と同時に異物も高度に除去された樹脂が、高い生産性で回収できる。
また、精密乾燥室の下部より溶融した樹脂を回収する場合に、樹脂を加温して溶融状態とし流通可能とする工程と、樹脂を冷却して固体状態とし流通を止める工程とを交互に行うことが好ましい。この態様によれば、揮発分と異物とが高度に除去された樹脂を装置外に取り出す工程において、抜き出しバルブ等の摺動部に触れることがなく、異物の混入が防止できる。
さらに、樹脂が光学用樹脂であることが好ましく、特に樹脂が含フッ素系透明樹脂であることが好ましい。本発明の樹脂の回収方法は、異物と揮発分を高度に除去し、高度に精製する必要のある、光学用の樹脂の回収に好適な方法である。
発明を実施するための形態
まず、本発明の連続式樹脂回収装置の一例について、図を用いて説明する。図1は本発明の連続式樹脂回収装置の一例を示した装置概要図である。樹脂回収装置1は、送液手段である送液ポンプ10、加熱管20、粗乾燥室30、および精密乾燥室40を有している。粗乾燥室30には減圧手段である第1真空ポンプ51が接続され、精密乾燥室40には減圧手段である第2真空ポンプ52が接続されている。また精密乾燥室40には多孔板41が2枚水平に設けられている。また送液ポンプ10の加熱管20と反対側、すなわち送液ポンプ10の上流側には原液貯槽11が設けられ、送液ポンプ10と加熱管20との間、すなわち送液ポンプ10の下流側には濾過器12が設けられている。加熱管20は加熱槽21の内部に設けられている。粗乾燥室30と第1真空ポンプ51との間には熱交換器53が設けられ、熱交換器53の下方には溶媒貯槽54が設けられている。また精密乾燥室40の下方には、樹脂回収部60が設けられている。精密乾燥室40と樹脂回収部60とは、樹脂回収流路63により接続される。樹脂回収部60には樹脂回収容器61が装着され、精製された樹脂62が回収される。ここで送液ポンプ10を出た後においては、樹脂溶液または溶融した樹脂と接触する部位には、弁等の摺動部は存在していない。
送液手段である送液ポンプ10は、プランジャポンプ、ダイヤフラムポンプ等の定量送液ポンプが好ましく、摺動部が少ないことからダイヤフラムポンプが特に好ましい。原液貯槽11を不活性ガスで加圧することでも送液できるが、流量の制御が不安定になりやすく好ましくない。ダイヤフラムポンプにおけるダイヤフラムの材質は樹脂溶液に対して耐食性がある材質であれば特に制限されない。その材質の例としてはポリテトラフルオロエチレン樹脂等の樹脂、ステンレス鋼等の耐食性鋼が挙げられる。またポンプの容量に関しては樹脂溶液の送液速度に応じて適宜選択される。
原液貯槽11には、原料となる樹脂溶液が貯蔵される。原液貯槽11は不活性ガスで置換できる気密構造であることが好ましい。また原液貯槽11はロードセルの上に設置され、内容物の重量が計測できることが好ましい。また原液貯槽11には、電気ヒーター等の加温手段が設けられていることが好ましい。ただし樹脂溶液の加温は溶媒の沸点以下が好ましい。樹脂溶液が加温されていると、樹脂溶液の粘度が下がり濾過が容易になる点、樹脂溶液の粘度が一定に保持される点、後の加熱管における加熱が制御しやすい点等で好ましい。
濾過器12では、樹脂溶液が濾過される。濾過器12が送液ポンプ10の下流側に設けられることで、送液ポンプ10で発生した異物も除去できる。濾過器で除去される異物の大きさは、濾過器の目開きにより決められる。この目開きが小さいほど、小さな異物が除去できるが、送液の圧力損失の原因となる。圧力損失の上昇の問題は、濾過面積が広い濾過器を採用することで解決できる。ここで、目開きとは、セマテック規格(SEMASPEC 92010949B)に準拠した測定方法によるもので、その目開きの数値以上の粒子径を有する粒子の99%以上を捕集する場合の目開きの数値をいう。目開きは0.5μm以下が好ましく、0.2μm以下がより好ましく、0.01〜0.1μmが特に好ましい。濾過面(濾過メディア)の材質としては、ポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等が挙げられ、このうちポリテトラフルオロエチレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂が好ましい。
加熱管20は送液ポンプ10、濾過器12の下流側に設けられる。また加熱管20の末端開口部は粗乾燥室30の内部に設けられる。加熱管20の長さと内径は、主に樹脂溶液の溶媒の性質により決められる。また加熱管20は熱媒により加熱できることが好ましい。ここで加熱管20を加熱する構造としては、加熱管20を二重管にして二重管の中間に熱媒を通してもよく、図1に示したように熱媒を満たした加熱槽21の内部に加熱管20を収納してもよい。ここで構造が簡単であり熱効率も高くとりやすいことから、熱媒を満たした加熱槽21の内部に加熱管20を収納した構造が好ましい。また熱媒としては、熱媒油、水蒸気等が挙げられるが、熱容量が大きく、熱効率が高いことから水蒸気が好ましい。
粗乾燥室30は、その内部に加熱管20の末端開口部を有し、熱交換器53を経由して第1真空ポンプ51に接続される配管が接続されている。また粗乾燥室30の下方には精密乾燥室40が設けられ、粗乾燥室30の下部開口部は精密乾燥室40の内部に設けられる。粗乾燥室30には、樹脂を溶融するために電気ヒーター等の加熱手段(図1には図示されていない。)が設けられている。粗乾燥室30の容積は、樹脂溶液の処理速度等を参考にして適宜決められる。また粗乾燥室30の下部は溶融した樹脂が流下できるように、円錐形であることが好ましい。
第1真空ポンプ51は、油回転真空ポンプ、ドライ真空ポンプ等の真空ポンプが好ましい。その排気容量は樹脂溶液の処理速度から適宜決められる。また第1真空ポンプ51と粗乾燥室30との間には熱交換器53が設けられる。熱交換器53の形式はどのような形式でもよいが、排気の抵抗となりにくい構造が好ましい。熱交換器53の熱交換容量は、樹脂溶液の処理速度から適宜決められるが、樹脂溶液から蒸発した溶媒蒸気を充分に凝縮できる能力が必要となる。また熱交換器53を冷却するためには冷媒を用いるが、冷媒は溶媒蒸気の処理量等から適宜決められる。ただし溶媒の回収率を向上させるために、冷媒の制御温度は溶媒の沸点に対して、50℃以上低いことが好ましく、70℃以上低いことがより好ましく、90℃以上低いことが特に好ましい。また熱交換器53は複数を直列に並べてもよい。熱交換器53の下方には溶媒貯槽54が設けられる。溶媒貯槽54の容量は樹脂溶液の処理速度から適宜決められる。回収した溶媒を装置外に排出する作業の利便性のために、溶媒貯槽54と熱交換器53との間にはバルブが設けられていることが好ましい。また溶媒貯槽54は熱交換器53と同等の温度またはそれ以下に冷却、保冷されることが好ましい。
精密乾燥室40は、粗乾燥された溶融樹脂が流下して導入されるように粗乾燥室30の下方に設けられる。精密乾燥室40の内部には粗乾燥室30の下部開口部が設けられる。また精密乾燥室40は第2真空ポンプ52に接続される配管が接続されている。第2真空ポンプ52は、油回転真空ポンプ、ドライ真空ポンプ等の真空ポンプが好ましい。その排気容量は樹脂溶液の処理速度から適宜決められるが、第1真空ポンプ51よりも小さいものでよい。しかし真空度(到達真空圧力)は、第1真空ポンプ51のそれより高いことが好ましい。すなわち、より高真空にできる真空ポンプが好ましい。この到達真空度としては、0.1kPa以下が好ましい。この第2真空ポンプ52には真空ポンプの保護のため、また真空ポンプからの発塵が装置に逆流するのを防止するために冷却トラップが設けられることが好ましい。
精密乾燥室40の内部には、多孔板41が水平に設けられる。多孔板41の数に制限はないが、2〜6枚設けることが好ましい。多孔板41は溶融した樹脂が通過するように設けられる。すなわち、溶融した樹脂が通過できる面積のすべてにわたって設けられることが好ましい。精密乾燥室40の内部には、粗乾燥室30の下部開口部より流下してくる溶融樹脂を多孔板41を通じて分散させるための分散器42が設けられることが好ましい。分散器42としては、特殊な構造は必要なく、やや深めの皿型の容器でよい。分散器42は精密乾燥室40の内部に支柱等で支持される。精密乾燥室40は溶融樹脂を保温するために、電気ヒーター等の加熱手段(図1には図示されていない。)が設けられている。また分散器42にも同様の加熱手段が設けられていることが好ましい。精密乾燥室40の容積は樹脂溶液の処理速度等を参考にして適宜決められる。また精密乾燥室40の下部は溶融した樹脂が流下できるように、円錐形であることが好ましい。
樹脂回収部60は精密乾燥室40の下方に設けられる。精密乾燥室40の下部は、樹脂回収流路63に接続され、さらに樹脂回収部60へと接続される。樹脂回収部60には樹脂回収容器61が装着され、精製された樹脂62が回収される。樹脂回収流路63は単管が好ましく、その外部に加温と冷却が可能な温度調節手段が設けられる。この温度調節手段としては、着脱可能な電気ヒーター等が好ましい。冷却はこの電気ヒーター等をはずして送風、空冷で行える。樹脂回収部60は保温手段を有している。この保温により溶融した樹脂が樹脂回収容器61に充填される間に冷却されて、充填不充分となることを防止する。樹脂回収部の底部には反射板を隔ててロードセルが設けられることが好ましい。反射板は高温環境では正常な動作が保証されないロードセルを熱から保護するために設けられる。
樹脂回収部60は一部が開閉可能であり、回収された樹脂62は装置外に取り出せる。樹脂回収部60は精密乾燥室40の下方に1個のみ設けられても、2個以上設けられてもよい。2個以上の樹脂回収部60が設けられた場合には、樹脂回収流路63が対応するように分岐していることが好ましい。また樹脂回収容器61は、樹脂回収部60の内部に1個のみが装着されても、2個以上が並んで装着されてもよい。1個の樹脂回収部60に2個以上の樹脂回収容器61が装着されている場合には、樹脂回収流路63の末端開口部(この開口部は樹脂回収部60の内部に設けられている。)が対応するように分岐していることが好ましい。また樹脂回収部60は、真空ポンプに接続されている。この真空ポンプは精密乾燥室40を減圧に維持する、第2真空ポンプ52と共用でもよい。
また、本発明の連続式樹脂回収装置において、樹脂溶液または溶融した樹脂と接触する部位に、送液ポンプ以外の摺動部を有していないことが好ましい。特に前述の濾過器より下流側で、樹脂溶液または溶融した樹脂と接触する部位に、摺動部を有していないことが特に好ましい。これにより摺動部よりの発塵が防止でき、樹脂への異物の混入が防止できる。この装置では、室と室とは樹脂そのものによりシールされる。具体的には、粗乾燥室30と精密乾燥室40との間、精密乾燥室40と樹脂回収部60との間が溶融した樹脂により区切られシールされる。特に粗乾燥室30と精密乾燥室40との間は、分散器42内の溶融樹脂によりシールされる。
本発明の連続式樹脂回収装置において、樹脂溶液または溶融した樹脂が装置内で接触しうる部位の材質は、ステンレス鋼等の耐食性鋼、ニッケル等の耐食性金属、または、ハステロイ合金、商品名:インコネル合金、商品名:モネル合金等の耐食性合金が好ましい。特に溶融樹脂が接触しうる部位の材質としては、高温での耐食性の観点で、ニッケル等の耐食性金属、または、ハステロイ合金、インコネル合金、モネル合金等の耐食性合金が特に好ましい。また樹脂溶液または溶融した樹脂が装置内で接触しうる部位(装置内面)は研磨処理されていることが好ましく、複合電解研磨処理が施されていることが特に好ましい。その内面の粗度(JIS−B−0601による最大高さ:Ry)は0.3μm以下が好ましい。内面の粗度が小さいと、腐食等による発塵が抑制できて好ましい。
次に上述の連続式樹脂回収装置を用いた樹脂回収方法について、図1を用いて説明する。本発明の樹脂回収方法は、樹脂溶液を加熱管20の中で溶媒の沸点以上の温度で加熱する工程と、溶媒の沸点以上に加熱された樹脂溶液を、減圧に保たれた粗乾燥室30に導入する工程と、粗乾燥室30内で樹脂と溶媒蒸気を分離する工程と、分離された樹脂を溶融させる工程と、溶融した樹脂を減圧に保たれた精密乾燥室40に導入する工程と、および、精密乾燥室40内で溶融した樹脂を多孔板41を通過させる工程とを有することを特徴とする。また図1においては、樹脂溶液は濾過器12で濾過された後に加熱管20に導入される。また、本発明の樹脂回収方法では、精密乾燥室40の下部より溶融した樹脂を樹脂回収部60に回収する場合に、樹脂を加温して溶融状態とし流通可能とする工程と、樹脂を冷却して固体状態とし流通を止める工程とを交互に行う。さらに、樹脂が光学用樹脂であることが好ましい。
ここでまず樹脂と樹脂溶液について説明する。本発明の樹脂回収方法は光学用樹脂の回収に好適である。すなわち高度に精製された樹脂が回収可能だからである。ここで光学用樹脂の用途としては、プラスチック光ファイバ、光導波路等が挙げられる。また樹脂としては、炭化水素系透明樹脂、含フッ素系透明樹脂等が挙げられる。炭化水素系透明樹脂の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリスチレン、ポリカーボネートが挙げられる。また含フッ素系透明樹脂の具体例としては、ポリ(パーフルオロ(3−オキサ−1,6−ヘプタジエン))、パーフルオロ(2,2−ジメチル−1,3−ジオキソール)とテトラフルオロエチレンとの共重合体等が挙げられる。これらの樹脂のうち、含フッ素系透明樹脂はC−H結合が少ないまたはC−H結合を有していないことから、可視領域から近赤外領域までの広い領域の光を極めて低い損失で伝送することができる。すなわち上述の含フッ素系透明樹脂はプラスチック光ファイバ用の材料として好適であり、本発明の樹脂回収方法により精製する対象として好適である。
また上記の樹脂を溶解する溶媒は、公知のものから適宜選択される。炭化水素系透明樹脂を溶解する溶媒としては、アセトン、ジクロロメタン等が挙げられる。また含フッ素系透明樹脂を溶解する溶媒としては、パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)(沸点:97℃)、パーフルオロ−n−オクタン(沸点:102℃)、パーフルオロ−n−ヘキサン(沸点:56℃)等が挙げられる。これらの溶媒は樹脂の溶解性等から適宜選択され、2種以上を混合して用いてもよい。溶媒としては、樹脂の溶解度が高く、異物の溶解度が低いものを選択することが好ましい。
次に上述の樹脂を溶媒に溶解した樹脂溶液について説明する。樹脂溶液中の樹脂の濃度は、0.01〜25質量%が好ましく、1〜15質量%がより好ましい。この濃度は樹脂溶液の粘度を参考にして決められる。すなわち樹脂溶液の20℃における粘度は、1〜1000mPa・sが好ましく、1〜200mPa・sがより好ましい。上記の樹脂の濃度が上述の範囲より濃いと、高粘度となり取り扱いが困難になりやすく、また、濾過が困難になりやすく好ましくない。また上記の濃度が上述の範囲より薄いと、不経済であり好ましくない。
本発明の樹脂の回収方法において、樹脂溶液は事前に吸着精製をしておくことが好ましい。濾過により固体の異物が除去でき、溶媒の蒸発分離の過程で同時に揮発性の異物が除去できるため、樹脂溶液に溶解する不揮発性の不必要成分の除去には吸着処理が好ましい。樹脂溶液に溶解する不揮発性の不必要成分としては、樹脂が酸化変性した着色成分、樹脂の製造工程で混入した成分等が挙げられる。これらはいずれも微量成分の場合が多く既存の分析方法では、具体的な化合物が特定できないことが多い。また装置腐食の原因となる酸分も吸着精製により除去しておくことが好ましい。吸着精製の方法としては、吸着剤を樹脂溶液に充分に分散させた後に吸着剤を濾過で除去する方法、吸着剤が充填された充填塔を通して精製する方法等が挙げられる。吸着剤としては、溶媒に溶解しない無機系の吸着剤が好ましい。吸着剤の具体例としては、活性炭、活性アルミナ、シリカゲル、酸性白土、合成吸着剤等が挙げられる。合成吸着剤としては、合成アルミナ、合成シリカアルミナ、合成アルミナマグネシア等が挙げられる。吸着精製の条件(温度、吸着剤の使用量)は吸着剤の特性に応じて適宜定められる。
また樹脂溶液は事前(図1の原料貯槽11に投入する前)に濾過、脱酸素処理をしておくことが好ましい。濾過をすれば、加熱管の直前に設けられた濾過器の寿命が延びて好ましい。また脱酸素処理をしておくと、加熱された際に樹脂または溶媒が酸化すること等による樹脂の着色を防止できる。
次に図1を用いて本発明の樹脂回収方法を説明する。樹脂溶液は原料貯槽11にまず貯蔵される。樹脂溶液は前述の予備的な精製をしておくことが好ましい。樹脂溶液は原料貯槽11内で所定温度に保温される。この樹脂溶液は送液ポンプ10により送液される。送液ポンプ10の下流側には濾過器12が設けられていて、樹脂溶液はこの濾過器12で濾過される。濾過器12の下流側において、樹脂溶液または溶融した樹脂が接触する部位には摺動部が設けられないことが好ましい。また同時に枝管等の滞留部を設けないことが好ましい。また濾過器12は加熱管20の可能な限り近くに設けられることが好ましい。
樹脂溶液は濾過器12を経て加熱管20に導入される。ここで加熱管20の長さ、直径、および最終直線状部の長さは、加熱管20における加熱温度と樹脂溶液の送液速度とを参考にして適宜決められる。加熱管20における加熱温度は、樹脂溶液の溶媒の沸点より10℃以上高いことが好ましく、溶媒の沸点より20℃以上高いことが特に好ましい。また加熱温度は、樹脂または溶媒が熱分解しないように、樹脂または溶媒の分解温度のいずれか低い方の温度以下が好ましい。また樹脂溶液がある温度以上で相分離する場合には、加熱温度はその相分離温度未満であることが好ましい。これは相分離により加熱管20が閉塞することを防止するためである。これらの条件を満たす範囲において、加熱温度は溶媒の沸点より20〜50℃高いことが好ましい。この温度により樹脂溶液は加熱されて、溶媒が蒸発し、さらに溶媒の沸点以上の温度で加熱されて、過熱された溶媒蒸気が樹脂成分と分離しながら加熱管20の内部を噴流状態となりながら進行する。ここで樹脂成分は噴流状態の溶媒蒸気によって加熱管20内に付着することなく搬送され、末端開口部より噴出する。
樹脂溶液の送液速度は次の条件を参考にして決められる。まず加熱管20の末端開口部において、過熱された溶媒蒸気の線速度は、250〜600m/sであることが好ましく、300〜400m/sであることがより好ましい。上記の線速度が250m/sより遅いと加熱管が閉塞しやすく好ましくない。また600m/sより速いと、溶媒蒸気を相当過熱することになり不経済であり好ましくない。すなわち、蒸発した溶媒蒸気が加熱管20の末端開口部において上記の速度となるように、樹脂溶液の送液速度は決められる。ここで加熱管20は最終直線状部を有していることが好ましい。最終直線状部とは、蒸発した溶媒蒸気が過熱され、溶媒蒸気と分離した樹脂成分が高速の溶媒蒸気により搬送される部分を意味する。この部分が直線であれば、高速の溶媒蒸気の噴流が安定に形成され、かつ、樹脂成分による加熱管の閉塞が防止できて好ましい。
また、加熱管20の長さ(ただし加熱を受ける部分の長さである。)および内径は上記の条件を参考にしつつ、溶液の比熱、加熱管20の伝熱係数等を基礎として決められる。ここで伝熱面積を大きく確保するために、加熱管の長さと内径の比は、(長さ)/(内径)で表した場合に5000以上が好ましい。具体的な設計において、これらの数値は次の手順で決められることが好ましい。樹脂溶液と溶媒の沸点、比熱等の情報をもとに、まず加熱温度が仮に決められる。次に仮の樹脂溶液の処理速度を決める。この仮定のもとに、加熱管の長さと内径が決められる。また最終直線状部の長さはこれらの値から決められる。
加熱管20から噴出した溶媒蒸気と樹脂成分は粗乾燥室30に導入される。ここで粗乾燥室30の圧力(溶媒蒸気が供給されている時の圧力)は、5kPa以下が好ましく、1kPa以下がより好ましく、0.5kPa以下が特に好ましい。5kPaを超えて圧力が高いと溶媒蒸気の分離回収が進まず、樹脂の粗乾燥が不充分となりやすく好ましくない。また粗乾燥室30の温度は、樹脂のガラス転移点より40℃以上高い温度、または、加熱管20の加熱温度のいずれか高い方の温度以上に保たれることが好ましい。ここで粗乾燥室30の温度の上限は樹脂または溶媒の分解温度のいずれか低い方の温度である。
溶媒蒸気は、第1真空ポンプ51により粗乾燥室から排出され、熱交換器53で冷却され、凝縮し、溶媒貯槽54に集められる。一方の樹脂成分は粗乾燥室30内で加熱され溶融される。溶融した樹脂は、粗乾燥室30内で粗乾燥され、粗乾燥室30の下部を経て精密乾燥室40に導入される。ここで樹脂は重力により流下していく。
粗乾燥室30で溶融した樹脂は精密乾燥室40に流下して導入される。精密乾燥室40に導入された溶融樹脂は、分散器42により分散され、多孔板41を通過する。ここで精密乾燥室40の圧力は、粗乾燥室30の圧力より好ましくは0.1〜5kPa程度低く保たれることが好ましく、具体的には0.5kPa以下が好ましく、0.1kPa以下がより好ましい。精密乾燥室40の圧力が粗乾燥室30の圧力より高くなると、溶融した樹脂が粗乾燥室30から精密乾燥室40へと流下しにくくなり好ましくない。また精密乾燥室40の温度は、粗乾燥室30の温度よりも好ましくは0.1〜20℃程度高温に保たれることが好ましい。ここで精密乾燥室40の温度の上限は樹脂の分解温度以下である。
精密乾燥室40の内部に流下した樹脂は分散器42により分散されるが、分散器42は同時にシールの役割も果たしている。すなわち、溶融した樹脂により分散器42の内部が満たされることにより、マテリアルシールとなり、粗乾燥室30と精密乾燥室40の環境を隔てている。分散器42により分散された溶融樹脂は、多孔板41を通過する。ここで多孔板41を通過する際に、多孔板41の上面、下面の両方に膜状に溶融樹脂が広がることが、乾燥が充分進行する点で好ましい。多孔板41を通過した溶融樹脂は多数の糸状になって流下し、流下中も乾燥が進行する。多孔板41を通過することにより溶融樹脂は精密乾燥され、残存溶媒は微量まで除去される。ここで精密乾燥後の樹脂の溶媒残存量は、樹脂に対して、0.05質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましい。精密乾燥された溶融樹脂は、精密乾燥室40の下部に溶融状態で貯められる。
精密乾燥室40の下部に貯められた溶融樹脂は樹脂回収流路63を通って樹脂回収部60に流下する。流下した樹脂は樹脂回収部60の内部に装着された樹脂回収容器61に充填される。樹脂回収容器61に充填された樹脂62の量は、流下時間で制御してもよいが、樹脂回収部60の底部に設けられたロードセルによって重量管理されることが好ましい。
ここで樹脂回収流路63には、バルブが設けられないことが好ましい。バルブは摺動部を有していて、発塵の原因となりやすいからである。バルブを設けずに溶融樹脂を樹脂回収部60に流下させる量を制御する方法としては、例えば以下の方法が採用される。溶融した樹脂を樹脂回収部60に回収する場合には、樹脂を加温して溶融状態とし流通可能とする。具体的には樹脂回収流路63を電気ヒーターで加温することで、樹脂回収流路63の内部の樹脂が溶融して、流通可能となる。また、溶融した樹脂の樹脂回収部60への回収を止める場合には、樹脂を冷却して固体状態とし流通を止める。具体的には樹脂回収流路63を加温していた電気ヒーターをはずし送風機により送風することで、樹脂回収流路63が冷却され、樹脂回収流路63の内部の樹脂が冷却されて、樹脂が固化し樹脂の流通が止められる。この加温と冷却の工程を繰り返すことにより、精密乾燥室で連続的に精製された樹脂を回収しながら、適宜精製された樹脂62が充填された樹脂回収容器61を装置外に取り出すことができる。回収容器61の形状および材質はその後の樹脂の加工方法により適宜選択される。その材質としては、セラミックス、ガラス、金属、フッ素樹脂等が挙げられるが、耐熱性、耐食性を考慮して、金属が好ましい。具体的な金属は装置本体に採用されるものと同じ金属が採用できる。
以上に述べた連続的な樹脂の回収方法により、高度に精製された樹脂が連続的に回収できる。なお精製の評価は、目的に応じて適宜行われる。具体的には、以下の方法により評価できる。残存揮発分の評価としては、試料加熱気化装置(ヘッドスペース)を用いたガスクロマトグラフ法による分析方法、試料を加熱して気化した揮発分を一度液体窒素を用いて捕集した後、捕集された揮発成分を分析するサーマルデソープション法による分析方法等が採用できる。また異物の混入の評価としては、高輝度光源を用いて目視で観察する方法、レーザー光を透過させて異物による側方散乱を計測する散乱光分析法等が採用できる。残存揮発分は回収された樹脂のうち、0.1質量%以下が好ましく、0.01質量%以下がより好ましい。
樹脂回収装置1は以下のものを使用した。原液貯槽11はステンレス鋼製の容器で内容積は約70Lである。送液ポンプ10は日機装エイコー社製のダイヤフラムポンプであり、最大0.14L/minの送液能力を有している。ダイヤフラム部の材質はポリテトラフルオロエチレン樹脂である。濾過器12は、目開きが0.07μm、筒部の長さが約26cm、濾過面の材質がポリエチレン樹脂製のカートリッジ式の濾過器である。加熱管20は、内径が4.86mm、長さが23.8m、最終直線状部の長さが80cmのステンレス鋼製の管である。
粗乾燥室30は、内直径が約40cm、内容積が約55Lのニッケル製の下部に円錐部を有する円筒形の槽である。粗乾燥室30の下部は、内径が2.8cmの管となっていて、精密乾燥室内に挿入されている。精密乾燥室40は、内直径が約21cm、内容積が約15Lのニッケル製の下部に円錐部を有する円筒形の槽である。分散器42は内径が6.5cm、接液部高さが18cmの、ニッケル製の皿である。粗乾燥室30の下部より伸びた管は分散器42の内部に開口するように配置されている。精密乾燥室40の内部には、多孔板41が4枚、それぞれ4.5cmの間隔を隔てて水平に設けられている。それぞれの多孔板41は、線径が0.8mm、8メッシュのニッケル製の網である。精密乾燥室40の下部は樹脂回収流路63に接続されている。
樹脂回収流路63は最も細い部分の内径が1.5cmのニッケル製の管である。樹脂回収流路63は樹脂回収部60の内部に開口している。樹脂回収部60は、内径が13.3cm、長さが約1mのステンレス鋼製の容器である。樹脂回収部60の内部の底部には、4枚のステンレス鋼製の反射板を隔ててロードセルが設けられている。樹脂回収容器61は内径が33mm、長さが47cmの底部に蓋部を有するニッケル製の円筒形容器である。
第1真空ポンプ51は佐藤真空社製の油回転式真空ポンプであり、排気速度は600L/min、到達圧力は0.1Paである。第2真空ポンプ52は真空機工社製の油回転式真空ポンプであり、排気速度は135L/min、到達圧力は0.07Paである。熱交換器53は、伝面が約0.76m2のステンレス鋼製の熱交換器である。溶媒貯槽54はステンレス鋼製の容器で内容積は約66Lである。
原液貯槽11、粗乾燥室30、精密乾燥室40、分散器42、樹脂回収流路63、樹脂回収部60の保温はいずれも電気ヒーターで行った。加熱管20の加熱は、加熱槽21に水蒸気を導入して行った。熱交換器53の冷却は7℃に冷却された冷媒を用い、溶媒貯槽54の冷却は−20℃に冷却された冷媒を用いた。
樹脂溶液としては、以下のものを用いた。樹脂として、透明フッ素樹脂であるポリ(パーフルオロ(3−オキサ−1,6−ヘプタジエン))を用いた。この樹脂の固有粘度(パーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)中で、30℃で測定した。)は0.24であった。この樹脂をパーフルオロ(ブチルテトラヒドロフラン)に溶解し、樹脂濃度が10質量%の樹脂溶液とした。ただし樹脂の分子末端はフッ素ガスを用いて安定化処理を施した。この樹脂溶液を、合成アルミナマグネシア(協和化学工業社製、商品名:キョーワード2000)を用いて吸着精製処理を施した。また吸着処理後、目開きが1μmの濾過器を通して濾過処理をした後に、原液貯槽11に窒素雰囲気下で投入した。
上記の樹脂溶液を送液ポンプ10を用いて10kg/Hrで送液した。加熱管20の温度は140℃とした。また粗乾燥室30の壁面の設定温度は250℃とし、圧力は5kPaとした。粗乾燥室30で溶媒蒸気が分離され、粗乾燥された樹脂は溶融されて精密乾燥室40に流下した。分散器42、精密乾燥室40の温度は250℃とした。精密乾燥室40の圧力は1kPaとした。精密乾燥室40の下部より流下した溶融樹脂は加熱された樹脂回収流路63を溶融状態で通過し、樹脂回収部60の内部に設置された樹脂回収容器61に回収された。所定量が回収された時点で、樹脂回収流路63を空冷し樹脂の流れを止めた。これにより、550gの樹脂が回収できた。
回収された樹脂の残存揮発分をサーマルデソープション法で分析したところ、残存揮発分の総量は0.008質量%であった。また650nmのレーザー光を用いて散乱光を測定し、異物の量を評価した。大塚電子社製のスタティック光散乱光度計(製品名:SLS−6000)を用いて測定した。角度が20〜120°の散乱を測定し、その強度を解析したところ、等方性散乱強度の平均値が2.5×10−6cm−1、異方性散乱強度の平均値が4.2×10−7cm−1であった。この樹脂を用いて屈折率分布型の光ファイバを作成し、その伝送損失を測定したところ、1300nmの光に対して、22dB/kmを示した。
Claims (7)
- 光学用樹脂の樹脂溶液を連続して乾燥し、溶媒が除去された樹脂を回収する連続式の光学用樹脂回収装置であって、
前記樹脂溶液中の光学用樹脂の濃度が0.01〜25質量%であり、
前記樹脂溶液を送液する送液手段と、前記樹脂溶液を加熱する加熱管と、加熱された前記樹脂溶液が導入される、減圧された粗乾燥室と、および、粗乾燥された溶融樹脂が流下して導入されるように粗乾燥室の下方に配置され、かつ減圧された精密乾燥室とを有し、
前記精密乾燥室には、溶融した光学用樹脂が通過する多孔板が水平に設けられていることを特徴とする、連続式光学用樹脂回収装置。 - 前記の送液手段と加熱管との間に濾過器を有する請求項1に記載の連続式光学用樹脂回収装置。
- 前記樹脂溶液または溶融した光学用樹脂と接触する部位に、送液手段以外の摺動部を有していない請求項1または2に記載の連続式光学用樹脂回収装置。
- 請求項1、2または3に記載の連続式光学用樹脂回収装置を用いて連続して光学用樹脂を回収する方法であって、
前記樹脂溶液中の光学用樹脂の濃度が0.01〜25質量%であり、
前記樹脂溶液を加熱管の中で溶媒の沸点以上の温度に加熱する工程と、
溶媒の沸点以上に加熱された前記樹脂溶液を、減圧に保たれた粗乾燥室に導入する工程と、
粗乾燥室内で光学用樹脂と溶媒蒸気を分離する工程と、
分離された光学用樹脂を溶融させる工程と、
溶融した光学用樹脂を減圧に保たれた精密乾燥室に導入する工程と、
および、精密乾燥室内で溶融した光学用樹脂を多孔板を通過させる工程とを有することを特徴とする、連続式光学用樹脂回収方法。 - 前記樹脂溶液を濾過した後に加熱管に導入する請求項4に記載の連続式光学用樹脂回収方法。
- 精密乾燥室の下部より溶融した光学用樹脂を回収する場合に、樹脂を加温して溶融状態とし流通可能とする工程と、光学用樹脂を冷却して固体状態とし流通を止める工程とを交互に行う、請求項4または5に記載の連続式光学用樹脂回収方法。
- 樹脂が含フッ素系透明樹脂である請求項4、5または6に記載の連続式光学用樹脂回収方法。
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