JP4855844B2 - Polymer polymerization method and polymer polymerization apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、溶融状態のポリマー原料であるヒドロキシカルボン酸又はそのオリゴマーからポリマーを合成するためのポリマー重合方法及びポリマー重合装置に関する。   The present invention relates to a polymer polymerization method and a polymer polymerization apparatus for synthesizing a polymer from hydroxycarboxylic acid or an oligomer thereof, which is a polymer raw material in a molten state.

開環重合反応により合成されるポリマーの合成においては、温度履歴の長時間化や重合に伴う反応熱の蓄積により、ポリマーが一部熱分解して着色するなどの品質の劣化が問題となることがある。   In the synthesis of polymers synthesized by ring-opening polymerization reaction, degradation of quality such as partial thermal decomposition and coloration of the polymer becomes a problem due to prolonged temperature history and accumulation of reaction heat accompanying polymerization. There is.

開環重合反応により合成されるポリマーの1つであるポリ乳酸は、ヒドロキシカルボン酸の一つである乳酸を原料として作られる無色透明なポリエステルである。乳酸からポリ乳酸を合成する方法の一つに、以下の方法がある。また、乳酸を縮合してオリゴマーを生成させ、これに酸化アンチモン等の触媒を添加して解重合することにより環状縮合物であるラクチド(乳酸の二量体)を生成させ、これにオクチル酸スズ等の触媒を添加して開環重合する方法がある。   Polylactic acid, which is one of the polymers synthesized by ring-opening polymerization reaction, is a colorless and transparent polyester made from lactic acid, which is one of hydroxycarboxylic acids. One method for synthesizing polylactic acid from lactic acid is as follows. Lactic acid is condensed to form an oligomer, and a catalyst such as antimony oxide is added thereto to depolymerize to produce lactide (a dimer of lactic acid), which is a cyclic condensate. There is a method of ring-opening polymerization by adding a catalyst such as the above.

この場合においても、開環重合の際、反応熱に伴う温度上昇により、ポリ乳酸が一部熱分解して着色することがある。この着色はポリ乳酸の特徴の一つである無色透明性を損なうため、抑制することが望まれる。同様なことはグリコール酸の環状二量体であるグリコリドを開環重合して合成するポリグリコール酸についても当てはまる。   Even in this case, during the ring-opening polymerization, the polylactic acid may be partly thermally decomposed and colored due to the temperature rise accompanying the heat of reaction. Since this coloration impairs the colorless transparency which is one of the characteristics of polylactic acid, it is desired to suppress it. The same applies to polyglycolic acid synthesized by ring-opening polymerization of glycolide, which is a cyclic dimer of glycolic acid.

このため、特許文献1に記載される発明では、ラクチドの開環重合を行う反応槽を複数個用意し、これらを直列的に接続して原料の供給と重合物の排出を同時に行う連続方式を採用している。そして、各反応槽での温度、触媒量、滞留時間を変えて運転することにより、温度履歴による熱分解を低減しようと試みている。しかし本方式では、下記の着色を増大させる要因が解消されていない。すなわち、(1)特に重合度及び粘度が低い重合物と重合度及び粘度の高い重合物とが混ざり合うことによる滞留時間のばらつきに由来する温度履歴の長時間化、(2)開環重合に伴う反応熱の蓄積に伴う熱分解の加速という問題がある。   For this reason, in the invention described in Patent Document 1, a plurality of reaction tanks for ring-opening polymerization of lactide are prepared, and a continuous system in which these are connected in series to simultaneously supply a raw material and discharge a polymer is used. Adopted. And it is trying to reduce the thermal decomposition by a temperature history by changing and operating the temperature, catalyst amount, and residence time in each reaction tank. However, in this method, the following factors that increase coloring are not solved. (1) Longer temperature history due to dispersion of residence time due to mixing of a polymer having a low polymerization degree and viscosity and a polymer having a high polymerization degree and viscosity, and (2) ring-opening polymerization. There is a problem of acceleration of thermal decomposition accompanying accumulating reaction heat.

特開平8−259676号公報JP-A-8-259676

本発明の課題は、溶融状態の原料からポリマーを合成するにあたり、高品質のポリマーを合成することができる重合方法及び重合装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a polymerization method and a polymerization apparatus capable of synthesizing a high-quality polymer when synthesizing a polymer from a raw material in a molten state.

本発明は、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料として、これを開環重合することによりポリマーを製造する方法であって、反応槽内の中間重合物に対し、原料溶融物を添加し、攪拌・混合を行いながら重合反応を進めることを特徴とするポリマー重合方法を提供するものである。   The present invention relates to a method for producing a polymer by ring-opening polymerization of a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material, and the raw material melt is added to the intermediate polymer in the reaction vessel and stirred. The present invention provides a polymer polymerization method characterized in that the polymerization reaction is advanced while mixing.

本発明において、中間重合物とは、原料化合物の重合反応をある程度進行させて得られる物で、未反応物でも最終重合物でもない。但し重合が一部進行しているため、分子量が原料よりも大きくなり、かつ重合反応物の粘度も上昇している。3以上の複数の反応槽を用いた重合装置の場合は、最初の反応槽及び最終の反応槽以外の中間反応槽における重合物が相当する。   In the present invention, the intermediate polymer is a product obtained by advancing the polymerization reaction of the raw material compound to some extent, and is neither an unreacted product nor a final polymer. However, since the polymerization partially proceeds, the molecular weight is larger than that of the raw material, and the viscosity of the polymerization reaction product is also increased. In the case of a polymerization apparatus using three or more reaction vessels, the polymer in the intermediate reaction vessel other than the first reaction vessel and the final reaction vessel corresponds.

又、本発明は、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料とするポリマー重合装置であって、該重合装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽と、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽内の中間重合物に、上記原料を添加する手段とを備え、上記反応槽は、攪拌装置を備えることを特徴とするポリマー重合装置を提供するものである。   The present invention also relates to a polymer polymerization apparatus using a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material, the polymerization apparatus comprising three or more reaction tanks connected in series, the first stage and the final stage. And a means for adding the raw material to an intermediate polymer in one or more intermediate reaction tanks excluding a stage reaction tank, and the reaction tank includes a stirring device. Is.

本発明により、品質劣化がなく、高品質のヒドロキシカルボン酸のポリマーを合成することができる。   According to the present invention, it is possible to synthesize a high-quality polymer of hydroxycarboxylic acid without quality deterioration.

本発明のより具体的な実形態を挙げれば、以下のとおりである。   A more specific embodiment of the present invention is as follows.

まず、添加する原料溶融物は、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保たれていることが望ましい。また、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料として、これを少なくとも3段階で開環重合反応を行って連続的にポリマーを製造する方法である。第1段階と最終段階との間の中間段階の重合物に対し、原料溶融物を添加し、攪拌・混合を行いながら重合反応を進めることが望ましい。   First, the raw material melt to be added is preferably kept at a temperature higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the added intermediate polymer. In addition, this is a method of continuously producing a polymer by using a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material and performing a ring-opening polymerization reaction in at least three stages. It is desirable that the raw material melt is added to the intermediate stage polymer between the first stage and the final stage, and the polymerization reaction proceeds while stirring and mixing.

本発明により、直列的に接続された3個以上の反応槽と、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽内の中間重合物に、上記原料を添加する手段及び攪拌装置を備えたポリマー重合装置が提供される。   According to the present invention, the above raw materials are added to three or more reaction tanks connected in series and one or more intermediate reaction tanks other than the first and last reaction tanks. A polymer polymerization apparatus comprising means and a stirring device is provided.

上記ポリマー重合装置において、第1段目の反応装置は、その回転軸が実質的に水平になるように設置された攪拌装置を有することが望ましい。最終段の反応装置は、その回転軸が水平面に対し、実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する縦型反応槽とすることができる。   In the polymer polymerization apparatus, it is desirable that the first-stage reaction apparatus has a stirrer installed so that the rotation axis thereof is substantially horizontal. The final-stage reaction apparatus can be a vertical reaction tank having a stirrer installed so that the rotation axis thereof is substantially perpendicular to the horizontal plane.

また、添加する原料溶融物の温度を、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保つ手段を有することが望ましい。   It is desirable to have a means for keeping the temperature of the raw material melt to be added higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the added intermediate polymer.

より好ましいポリマー重合装置は、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料とするポリマー重合装置であって、以下の要件を備えている。即ち、該重合装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽と、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を該反応槽に供給する手段と、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽内の中間重合物に、上記原料を添加する手段とを備えている。そして、上記反応槽は、攪拌装置を備え、最終段の反応槽を除く中間反応槽は実質的に水平の攪拌回転軸を有する横型反応槽であり、最終段の反応槽は実質的に垂直の攪拌回転軸を有する縦型反応槽である。   A more preferable polymer polymerization apparatus is a polymer polymerization apparatus using a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material, and has the following requirements. That is, the polymerization apparatus comprises three or more reaction vessels connected in series, a means for supplying a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid to the reaction vessel, and first and final reaction vessels. And means for adding the raw material to an intermediate polymer in one or more intermediate reaction tanks. The reaction tank includes a stirring device, the intermediate reaction tank excluding the final reaction tank is a horizontal reaction tank having a substantially horizontal stirring rotation axis, and the final reaction tank is substantially vertical. It is a vertical reaction tank having a stirring rotation shaft.

上記ポリマー重合装置において、添加する原料溶融物の温度を、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保つ手段を有することが望ましい。更に、上記中間反応槽の攪拌装置はニ軸型であるのが望ましい。また、上記中間反応槽の攪拌装置の攪拌翼間の間隔は、その前段の横型反応装置の攪拌装置の攪拌翼の間隔よりも狭いことが望ましい。   In the polymer polymerization apparatus, it is desirable to have means for keeping the temperature of the raw material melt to be added higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the added intermediate polymer. Furthermore, it is desirable that the stirring device of the intermediate reaction tank is a biaxial type. Further, it is desirable that the interval between the stirring blades of the stirring device of the intermediate reaction tank is narrower than the spacing of the stirring blades of the stirring device of the horizontal reactor in the preceding stage.

縦型反応装置の内壁面は少なくとも縦方向に非平滑であることが望ましい。また、上記縦型反応装置の攪拌装置は二軸型であることが望ましい。上記中間反応槽の前段の横型反応装置は、特開平6−218260号公報に記載されたように、その長さ方向に適宜間隔で配置された複数の堰を有し、かつ堰の下部に貫通孔を有することが望ましい。また、上記反応槽はそれぞれ液面計を備えることが望ましい。   The inner wall surface of the vertical reactor is preferably at least non-smooth in the vertical direction. The stirring device of the vertical reactor is preferably a biaxial type. As described in Japanese Patent Laid-Open No. 6-218260, the horizontal reactor in the preceding stage of the intermediate reaction tank has a plurality of weirs arranged at appropriate intervals in the length direction, and penetrates under the weir. It is desirable to have holes. Moreover, it is desirable that each of the reaction vessels is equipped with a liquid level gauge.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。その結果、反応初期段階において、その回転軸が実質的に水平になるように設置された攪拌装置及びその槽内に設置され、少なくとも1つの堰を有する反応槽で開環重合反応を行うことにより、重合度及び粘度の異なる重合物の混合を抑制できることがわかった。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, in the initial stage of the reaction, by carrying out the ring-opening polymerization reaction in the stirring device installed so that the rotation axis thereof is substantially horizontal and in the reaction vessel having at least one weir. It was found that mixing of polymers having different polymerization degrees and viscosities can be suppressed.

また、中間段階において、重合物に原料溶融物を追加添加し混合することによって反応熱を原料溶融物のエンタルピーとして吸収し重合物の温度上昇を抑制できることがわかった。また、反応最終段階において、その回転軸が水平面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する反応槽で開環重合反応を行うことによって反応熱の除去効率を高め重合物の温度上昇を抑制できることができることを見出した。そして、中間段階において重合物への原料溶融物の追加添加・混合を行う工程を含む重合方法により、重合物の熱分解に伴う着色を抑制できることを見出した。その前段及び後段工程にそれぞれ1つの中間反応槽を有し、これらが直列的に接続された反応装置において、開環重合反応を行うことによって、本発明の課題を解決することができた。なお、上記工程を少なくとも1個の反応槽で行うこともできる。   Further, it was found that by adding and mixing the raw material melt to the polymer in the intermediate stage, the heat of reaction can be absorbed as the enthalpy of the raw material melt and the temperature rise of the polymer can be suppressed. In the final stage of the reaction, the reaction heat removal efficiency is increased by carrying out a ring-opening polymerization reaction in a reaction vessel having a stirrer installed so that its rotation axis is substantially perpendicular to the horizontal plane. It has been found that the temperature rise can be suppressed. And it discovered that the coloring accompanying thermal decomposition of a polymer can be suppressed by the polymerization method including the process of adding and mixing the raw material melt to the polymer in an intermediate stage. The subject of this invention was able to be solved by performing a ring-opening polymerization reaction in the reaction apparatus which has one intermediate reaction tank in the front | former stage and back | latter stage each, and connected these in series. In addition, the said process can also be performed with at least 1 reaction tank.

本発明の一実施形態において、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を開環重合することによりポリエステルを製造する反応装置において、原料溶融物と最終重合物の中間状態の重合物(中間重合物)に原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行うことを特徴とする。   In one embodiment of the present invention, in a reactor for producing a polyester by ring-opening polymerization of a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid, a raw material is converted into a polymer (intermediate polymer) in an intermediate state between the raw material melt and the final polymer. It is characterized by adding the melt and stirring and mixing.

本発明の別の実施形態においては、原料溶融物と最終重合物の中間状態の重合物に原料溶融物を添加し、攪拌・混合を行うものである。追加添加する原料溶融物の温度が原料の融点よりも高く、添加される中間状態の重合物の温度よりも低いことを特徴とする。   In another embodiment of the present invention, the raw material melt is added to a polymer in an intermediate state between the raw material melt and the final polymer, and stirring and mixing are performed. The temperature of the raw material melt to be added is higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the intermediate polymer to be added.

別の実施形態において、ポリマー合成装置は以下の要件を備えている。即ち、反応装置が直列的に接続された3個以上の反応槽を含み、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽において、中間合成物にポリマー原料を追加供給すると共に、攪拌しながら重合を行うことを特徴とする前記ポリマー合成装置である。   In another embodiment, the polymer synthesizer comprises the following requirements: That is, it includes three or more reactors connected in series with the reactor, and in one or more intermediate reactors excluding the first and last reactors, the polymer raw material is added to the intermediate product. The polymer synthesizer is characterized in that the polymerization is carried out while being fed and stirred.

本発明の別の実施形態においては、直列的に接続された3個以上の反応槽を含み、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の反応槽における中間合成物にポリマー原料を追加供給し、攪拌手段を有する。さらに第1段目の反応槽は、その回転軸が実質的に水平になるように設置された攪拌装置及びその槽内に設置された堰を有するポリマー合成装置に関する。   In another embodiment of the present invention, the intermediate compound in one or more reactors, including three or more reactors connected in series, excluding the first and final reactors, is polymerized. The raw material is additionally supplied and a stirring means is provided. Further, the first-stage reaction tank relates to a polymer synthesizing apparatus having a stirrer installed so that its rotation axis is substantially horizontal and a weir installed in the tank.

別の実施形態は、直列的に接続された3個以上の反応槽を含み、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の反応槽において、中間合成物にポリマー原料を追加供給し、攪拌を行う手段を有する。最終段の反応槽が、その回転軸が水平面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する前記ポリマー合成装置に関する。   Another embodiment includes three or more reactors connected in series, and in one or more reactors excluding the first and last reactors, the polymer raw material is added to the intermediate product. Means for feeding and stirring. The last-stage reaction tank relates to the polymer synthesis apparatus having a stirring device installed so that a rotation axis thereof is substantially perpendicular to a horizontal plane.

本発明のポリマー合成方法及び装置は、重合反応に伴い反応熱が発生するポリマーの重合反応に好適に用いられる。そのようなポリマーには、開環重合反応又は付加重合反応によって生成するポリマーが含まれる。開環重合反応によって生成するポリマーについては、環式縮合物のポリマー原料、特に環式二量体の開環重合反応によって合成されるポリマー、特にポリエステルの重合反応に好適に用いられる。例えば、ポリ乳酸、乳酸を主成分とする共重合体、ポリグリコール酸、グリコール酸を主成分とする共重合体等が挙げられる。   The polymer synthesizing method and apparatus of the present invention are suitably used for a polymerization reaction of a polymer that generates heat of reaction with a polymerization reaction. Such polymers include those produced by ring-opening polymerization reactions or addition polymerization reactions. About the polymer produced | generated by ring-opening polymerization reaction, it uses suitably for the polymer raw material of a cyclic condensate, especially the polymer synthesize | combined by the ring-opening polymerization reaction of a cyclic dimer, especially polyester. For example, polylactic acid, a copolymer containing lactic acid as a main component, polyglycolic acid, a copolymer containing glycolic acid as a main component, and the like can be given.

本発明の方法及び装置は、ラクチドの開環重合によるポリ乳酸、グリコリドの開環重合によるポリグリコール酸の合成に特に好適に使用される。ここで、ポリ乳酸の原料として使用されるラクチドは、乳酸2分子から水2分子を脱水することにより生じる環式エステルを意味する。ポリ乳酸は、乳酸を主成分とする重合体を意味し、ポリL−乳酸ホモポリマー、ポリD−乳酸ホモポリマー、ポリL/D−乳酸共重合物、これらのポリ乳酸に他のエステル結合形成性成分、例えば、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類、ジカルボン酸とジオールなどを共重合した共重合ポリ乳酸及びそれらに副次成分として添加物を混合したものを包含する。   The method and apparatus of the present invention are particularly preferably used for the synthesis of polylactic acid by ring-opening polymerization of lactide and polyglycolic acid by ring-opening polymerization of glycolide. Here, lactide used as a raw material for polylactic acid means a cyclic ester produced by dehydrating two molecules of water from two molecules of lactic acid. Polylactic acid means a polymer mainly composed of lactic acid. Poly L-lactic acid homopolymer, poly D-lactic acid homopolymer, poly L / D-lactic acid copolymer, and other ester bond formation on these polylactic acids. For example, it includes a copolymer component such as hydroxycarboxylic acid, lactone, copolymerized polylactic acid obtained by copolymerizing dicarboxylic acid and diol, and a mixture of additives as a secondary component.

また、グリコリドはグリコール酸2分子から水2分子を脱水することにより生じる環式エステルを意味し、ポリグリコール酸は、グリコール酸を主成分とする重合体を意味する。他のエステル結合形成性成分、例えば、ヒドロキシカルボン酸、ラクトン類、ジカルボン酸とジオールなどを共重合した共重合ポリグリコール酸及びそれらに副次成分として添加物を混合したものを包含する。乳酸、グリコール酸以外のヒドロキシカルボン酸の例としては、ヒドロキシブチルカルボン酸、ヒドロキシ安息香酸などがある。ラクトンの例としては、ブチロラクトン、カプロラクトンなど、ジカルボン酸の例としては炭素数4〜20の脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸がある。ジオールの例としては、炭素数2〜20の脂肪族ジオールがあげられる。   Glycolide means a cyclic ester formed by dehydrating two molecules of water from two molecules of glycolic acid, and polyglycolic acid means a polymer containing glycolic acid as a main component. Other ester bond-forming components such as hydroxycarboxylic acids, lactones, copolymerized polyglycolic acid obtained by copolymerizing dicarboxylic acid and diol, and those obtained by mixing additives as secondary components are included. Examples of hydroxycarboxylic acids other than lactic acid and glycolic acid include hydroxybutylcarboxylic acid and hydroxybenzoic acid. Examples of lactones include butyrolactone and caprolactone, and examples of dicarboxylic acids include aliphatic dicarboxylic acids having 4 to 20 carbon atoms, phthalic acid, isophthalic acid, terephthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, and the like. Examples of the diol include aliphatic diols having 2 to 20 carbon atoms.

ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリブチレンエーテルなどポリアルキレンエ〜テルのオリゴマー及びポリマーも共重合成分として用いられる。同様にポリアルキレンカーボネートのオリゴマー及びポリマーも共重合成分として用いられる。添加物の例としては、酸化防止剤、安定剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、無機粒子、各種フィラー、離型剤、可塑剤、その他類似のものが挙げられる。これらの共重合成分及び添加剤の添加率は任意であるが、主成分は乳酸又は乳酸由来のもので、共重合成分及び添加剤は50重量%以下、特に30%以下とすることが好ましい。   Polyalkylene ether to oligomers and polymers such as polyethylene glycol, polypropylene glycol, polybutylene ether and the like are also used as copolymerization components. Similarly, oligomers and polymers of polyalkylene carbonate are also used as copolymerization components. Examples of additives include antioxidants, stabilizers, ultraviolet absorbers, pigments, colorants, inorganic particles, various fillers, mold release agents, plasticizers, and the like. The addition ratio of these copolymerization components and additives is arbitrary, but the main component is lactic acid or derived from lactic acid, and the copolymerization components and additives are preferably 50% by weight or less, particularly preferably 30% or less.

本発明のポリマー合成方法及び装置は、ポリマー原料を溶融状態で重合させてポリマーを連続的又は間欠的に合成するためのものであり、溶融状態にある原料及び触媒を含む反応液を反応装置で加熱し、重合反応を行うものである。原料とは、重合反応によりポリマーを合成するための構成要素となる、モノマー、環式モノマー、モノマーの環式縮合物及びオリゴマー等を意味する。ポリ乳酸の合成においては、原料としてラクチドを使用し、溶融状態にある原料ラクチド及び触媒を含む反応液を反応装置で加熱し、ラクチドの開環重合反応を行うことにより、ラクチドを溶融状態で重合させてポリ乳酸を連続的又は間欠的に合成する。また、ポリグリコール酸の合成においては、原料としてグリコリドを使用する。溶融状態にある原料グリコリド及び触媒を含む反応液を反応装置で加熱し、グリコリドの開環重合反応を行うことにより、グリコリドを溶融状態で重合させてポリグリコール酸を連続的又は間欠的に合成する。本明細書において、反応液とは、溶融したポリマー原料、溶融原料と触媒の混合物、溶融原料と触媒と各種重合度の重合物との混合物など、ポリマーの合成行程で流通する溶融物や生成物などを全て包含するものとする。   The polymer synthesizing method and apparatus of the present invention are for polymerizing a polymer raw material in a molten state to synthesize a polymer continuously or intermittently. A reaction liquid containing a raw material and a catalyst in a molten state is reacted in the reactor. The polymerization reaction is performed by heating. A raw material means a monomer, a cyclic monomer, a cyclic condensate of a monomer, an oligomer, or the like, which is a component for synthesizing a polymer by a polymerization reaction. In the synthesis of polylactic acid, lactide is used as a raw material, a reaction liquid containing raw material lactide and a catalyst in a molten state is heated in a reaction apparatus, and lactide is polymerized in a molten state by performing a ring-opening polymerization reaction of lactide. To synthesize polylactic acid continuously or intermittently. In the synthesis of polyglycolic acid, glycolide is used as a raw material. The reaction solution containing the raw material glycolide and catalyst in a molten state is heated in a reaction apparatus and subjected to ring-opening polymerization reaction of glycolide to polymerize glycolide in a molten state to synthesize polyglycolic acid continuously or intermittently. . In the present specification, the reaction liquid refers to a molten polymer material, a mixture of a molten raw material and a catalyst, a mixture of a molten raw material, a catalyst, and a polymer having various degrees of polymerization, or a melt or product that circulates in the process of polymer synthesis. Etc. shall be included.

本発明において、連続的又は間欠的に合成するとは、当技術分野において通常用いられる意味である。原料の供給と生成物であるポリマーの排出を行う時間帯が少なくとも一部重なる場合や、原料の供給を連続的又は間欠的に行い、ポリマーを連続的又は間欠的に排出する場合を含むものである。   In the present invention, continuous or intermittent synthesis has the meaning usually used in the art. This includes a case where the time zones for supplying the raw material and discharging the polymer as a product overlap at least partially, and supplying the raw material continuously or intermittently and discharging the polymer continuously or intermittently.

原料が溶融状態にある場合は、溶融原料にそのまま触媒を添加して反応装置に供給し、重合反応に付すことができるが、原料が粉体状などの固形状である場合は、原料溶融装置によって原料を加熱することにより、予め原料を溶融する。原料溶融装置における加熱温度は、原料の融点以上であれば特に制限されない。従って、原料がラクチドである場合、95℃以上であれば特に限定されないが、通常95〜160℃、好ましくは110〜130℃である。160℃以下の温度とすることにより、ラクチドの熱による劣化を防止することができる。また、原料がグリコリドである場合、83℃以上であれば特に限定されないが、通常83〜160℃、好ましくは90〜130℃である。160℃以下の温度とすることにより、グリコリドの熱による劣化を防止することができる。   When the raw material is in a molten state, the catalyst can be added to the molten raw material as it is and supplied to the reaction apparatus to be subjected to a polymerization reaction. However, if the raw material is in a solid form such as powder, the raw material melting apparatus The raw material is melted in advance by heating the raw material with The heating temperature in the raw material melting apparatus is not particularly limited as long as it is equal to or higher than the melting point of the raw material. Therefore, when the raw material is lactide, it is not particularly limited as long as it is 95 ° C. or higher, but it is usually 95 to 160 ° C., preferably 110 to 130 ° C. By setting the temperature to 160 ° C. or less, deterioration of lactide due to heat can be prevented. Moreover, when a raw material is glycolide, if it is 83 degreeC or more, it will not specifically limit, Usually, 83-160 degreeC, Preferably it is 90-130 degreeC. By setting the temperature to 160 ° C. or less, deterioration of glycolide due to heat can be prevented.

重合反応のための触媒としては、合成するポリマーによって好適なものを適宜選択できる。例えば、ラクチド、グリコリドの開環重合に用いられる触媒としては、従来公知のポリ乳酸、ポリグリコール酸の重合用触媒を用いることができる。例えば、周期表IA族、IVA族、IVB族及びVA族からなる群から選ばれる少なくとも1種の金属又は金属化合物を含む触媒を用いることができる。   As the catalyst for the polymerization reaction, a suitable catalyst can be appropriately selected depending on the polymer to be synthesized. For example, as a catalyst used for ring-opening polymerization of lactide or glycolide, conventionally known polylactic acid or polyglycolic acid polymerization catalysts can be used. For example, a catalyst containing at least one metal or metal compound selected from the group consisting of Group IA, Group IVA, Group IVB and Group VA of the periodic table can be used.

IVA族に属するものとしては、例えば、有機スズ系の触媒(例えば、乳酸スズ、酒石酸スズ、ジカプリル酸スズ、ジラウリル酸スズ、ジパルミチン酸スズ、ジステアリン酸スズ、ジオレイン酸スズ、α〜ナフトエ酸スズ、β〜ナフトエ酸スズ、オクチル酸スズ等)、及び粉末スズ等が挙げられる。   Examples of those belonging to Group IVA include organotin catalysts (for example, tin lactate, tin tartrate, tin dicaprylate, tin dilaurate, tin dipalmitate, tin distearate, tin dioleate, α-tin naphthoate). , Β-tin naphthoate, tin octylate, etc.) and powdered tin.

IA族に属するものとしては、例えば、アルカリ金属の水酸化物(例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム等)、アルカリ金属と弱酸の塩(例えば、乳酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、炭酸ナトリウム、オクチル酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、乳酸カリウム、酢酸カリウム、炭酸カリウム、オクチル酸カリウム等)、アルカリ金属のアルコキシド(例えば、ナトリウムメトキシド、カリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、カリウムエトキシド等)等が挙げられる。   Examples of those belonging to Group IA include alkali metal hydroxides (for example, sodium hydroxide, potassium hydroxide, lithium hydroxide), alkali metal and weak acid salts (for example, sodium lactate, sodium acetate, sodium carbonate). Sodium octylate, sodium stearate, potassium lactate, potassium acetate, potassium carbonate, potassium octylate, etc.), alkali metal alkoxides (eg sodium methoxide, potassium methoxide, sodium ethoxide, potassium ethoxide, etc.) Can be mentioned.

IVB族に属するものとしては、例えば、テトラプロピルチタネ〜ト等のチタン系化合物、ジルコニウムイソプロポキシド等のジルコニウム系化合物等が挙げられる。VA族に属するものとしては、例えば、三酸化アンチモン等のアンチモン系化合物等が挙げられる。これらの中でも、有機スズ系触媒又はスズ化合物が活性の点から特に好ましい。   Examples of those belonging to Group IVB include titanium compounds such as tetrapropyl titanate and zirconium compounds such as zirconium isopropoxide. Examples of those belonging to Group VA include antimony compounds such as antimony trioxide. Among these, an organotin catalyst or a tin compound is particularly preferable from the viewpoint of activity.

触媒は、当技術分野で通常用いられる触媒添加装置により溶融原料に添加することができる。溶融原料に触媒を添加してから反応槽に供給してもよいし、又は反応槽に直接触媒を添加してもよい。   The catalyst can be added to the molten raw material by a catalyst addition apparatus usually used in the art. The catalyst may be added to the molten raw material and then supplied to the reaction vessel, or the catalyst may be added directly to the reaction vessel.

本発明において、原料を重合するための反応装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽を含み、該反応槽内で溶融原料及び触媒を含む反応液を加熱することにより重合反応を行うものである。反応装置に含まれる反応槽の数は、3個以上であればよく、通常3〜5個、好ましくは3〜4個、より好ましくは3個である。   In the present invention, the reaction apparatus for polymerizing the raw material includes three or more reaction vessels connected in series, and the polymerization reaction is performed by heating the reaction liquid containing the molten raw material and the catalyst in the reaction vessel. Is what you do. The number of reaction vessels contained in the reaction apparatus may be 3 or more, and is usually 3 to 5, preferably 3 to 4, more preferably 3.

以下に、重合反応のための反応方法、及び装置の実施形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of the reaction method and apparatus for the polymerization reaction will be described.

本発明の一実施形態においては、原料溶融物と最終重合物の中間状態の重合物に原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行う。重合反応を実施するための反応装置は、直列的に接続された3個以上の中間反応槽を含み、中間合成物にポリマー原料を追加供給・攪拌を行う中間反応槽を、第1段目及び最終段以外の位置に設置された中間反応槽を使用することが望ましい。ただし、特に問題がなければ、2個以下の反応槽で構成された反応装置を用いて、ポリマー原料の供給口と最終ポリマー排出口の間で原料の追加添加、中間重合物との攪拌・混合を行ってもかまわない。   In one embodiment of the present invention, the raw material melt is additionally added to a polymer in an intermediate state between the raw material melt and the final polymer, and stirring and mixing are performed. The reaction apparatus for carrying out the polymerization reaction includes three or more intermediate reaction tanks connected in series. The intermediate reaction tank for additionally supplying and stirring the polymer raw material to the intermediate product is provided in the first stage and It is desirable to use an intermediate reaction tank installed at a position other than the final stage. However, if there is no particular problem, using a reactor composed of two or less reactors, additional addition of raw material between the polymer raw material supply port and the final polymer discharge port, and stirring and mixing with the intermediate polymer You can go.

反応槽の形状等については、特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できる。上記実施形態は、実質的に重合反応が行われていないような槽をそれ以前の段に含む反応装置を使用する場合も、本発明の範囲に包含される。ここでは重合反応を実施するための反応装置として、直列的に接続された3個の反応槽を含み、第2段目の中間反応槽の中間合成物にポリマー原料を追加供給・攪拌を行う反応槽を使用する場合を説明する。   About the shape of a reaction tank etc., it does not restrict | limit in particular, What is normally used in this technical field can be used. The above-described embodiment is also included in the scope of the present invention when a reactor including a tank in which a polymerization reaction is not substantially performed in the previous stage is used. Here, the reaction apparatus for carrying out the polymerization reaction includes three reaction tanks connected in series, and additionally supplies and stirs the polymer raw material to the intermediate product in the second stage intermediate reaction tank. The case where a tank is used will be described.

第1段目の反応槽としては特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できるが、その回転軸が実質的に水平になるように設置された攪拌装置及びその槽内に設置された少なくとも1つの堰を有する反応槽を使用することが望ましい。以下、その回転軸が実質的に水平になるように設置された攪拌装置を有する上記反応槽を横型反応槽と称する。実質的に水平とは、攪拌装置の回転軸が厳密に水平であることを意図するものではなく、水平面と回転軸とのなす角度が、通常、−5°〜+5°、好ましくは−1°〜+1°、より好ましくは0°であることを意味する。   The reaction vessel in the first stage is not particularly limited, and those commonly used in this technical field can be used. However, the stirring device installed so that its rotating shaft is substantially horizontal and installed in the vessel. It is desirable to use a reaction vessel having at least one weir. Hereinafter, the reaction tank having a stirring device installed so that the rotation axis thereof is substantially horizontal is referred to as a horizontal reaction tank. The term “substantially horizontal” does not mean that the rotation axis of the stirring device is strictly horizontal, and the angle formed between the horizontal plane and the rotation axis is usually −5 ° to + 5 °, preferably −1 °. Means + 1 °, more preferably 0 °.

横型反応槽の形状は、撹拌装置を、その回転軸が実質的に水平になるように設置できるような形状であればタンク型でも筒型でもよく特に制限されないが、好ましくは実質的に水平な中心軸を有する円筒状である。そして、該横型反応槽は、撹拌装置の回転軸方向の一端に溶融原料を含む反応液を供給するための供給口を有し、他端に反応液を取り出すための排出口を有する。従って、供給された反応液は供給口から排出口の方向に、実質的に水平方向に移っていくことになる。供給口は、撹拌装置の軸より下側に位置するのが好ましく、排出口は撹拌装置の回転軸より下側に位置するのが好ましい。   The shape of the horizontal reaction vessel is not particularly limited as long as the stirring device can be installed so that the rotation axis thereof is substantially horizontal, and may be a tank type or a cylindrical shape, but is preferably substantially horizontal. A cylindrical shape having a central axis. The horizontal reaction tank has a supply port for supplying a reaction solution containing a molten raw material at one end in the rotation axis direction of the stirring device, and a discharge port for taking out the reaction solution at the other end. Accordingly, the supplied reaction solution moves substantially in the horizontal direction from the supply port to the discharge port. The supply port is preferably positioned below the axis of the stirring device, and the discharge port is preferably positioned below the rotation axis of the stirring device.

横型反応槽に設置される撹拌装置としては、実質的に水平方向に配置される回転軸を中心とした回転により攪拌を行うものであれば特に限定されない。例えば、円形、長円形、3角形、4角形及び多葉形などの攪拌翼が回転軸上に間隔をあけて2枚以上設置された1軸又は互いに噛み合う2軸以上の混合機などが挙げられる。互いに噛み合う2軸以上の撹拌装置は、撹拌装置の回転軸や反応槽への反応液の付着を防止することができるため、セルフクリーニング作用の観点から好ましい。複数の攪拌翼を有する2軸の混合機を使用する場合は、各回転軸の攪拌翼が互い違いに設置されているのが好ましく、また、各回転軸を逆方向に回転させるのが好ましい。回転軸は、必ずしも実在の回転軸部材を意味するものではなく、単なる回転中心としての回転軸線をも包含する。従って、撹拌装置の回転運動の回転中心が実質的に水平に配置されるものであれば、必ずしも実在の回転軸部材は存在しなくてもよい。   The stirring device installed in the horizontal reaction tank is not particularly limited as long as the stirring is performed by rotation around a rotating shaft arranged substantially in the horizontal direction. For example, a mixer having two or more shafts in which two or more agitating blades such as a circle, an oval, a triangle, a quadrangle, and a multileaf blade are installed on the rotation axis with a space therebetween may be mentioned. . Two or more stirring devices that mesh with each other are preferable from the viewpoint of the self-cleaning action because they can prevent the reaction liquid from adhering to the rotating shaft of the stirring device and the reaction tank. In the case of using a biaxial mixer having a plurality of stirring blades, it is preferable that the stirring blades of the respective rotating shafts are installed alternately, and it is preferable to rotate the respective rotating shafts in the opposite directions. The rotation axis does not necessarily mean an actual rotation shaft member, but includes a rotation axis as a simple rotation center. Therefore, if the rotational center of the rotational motion of the stirring device is arranged substantially horizontally, the actual rotating shaft member does not necessarily have to exist.

横型反応槽における加熱方法としては、当技術分野において通常用いられる方法を使用することができる。例えば、反応槽外周部に熱媒のジャケットを設置し、反応槽壁面を通して伝熱により反応液を加熱する方法、あるいは攪拌装置の回転軸内部に熱媒を通して、伝熱により加熱する方法等、様々な方法がある。これらを単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。反応槽を実質的に一定の温度で加熱することが好ましい。横型反応槽内に供給された溶融原料は当初、上記加熱方法より加熱されて重合するが、反応熱に伴う温度上昇により、反応液の温度が熱媒よりも高くなると逆に反応液から熱媒に熱が逃げることになる。すなわち、上記加熱方法は、冷却方法としても作用しうる。そのため重合反応によって反応熱が発生するようなポリマーの場合には、熱を効果的に逃がすことができ、有利である。   As a heating method in the horizontal reaction tank, a method usually used in this technical field can be used. For example, various methods such as installing a heat medium jacket on the outer periphery of the reaction tank and heating the reaction liquid by heat transfer through the reaction tank wall surface, or heating the reaction liquid through the heat medium inside the rotating shaft of the stirring device, etc. There are many ways. These may be used alone or in combination. It is preferred to heat the reaction vessel at a substantially constant temperature. The molten raw material supplied into the horizontal reaction tank is initially heated and polymerized by the above heating method. However, when the temperature of the reaction liquid becomes higher than that of the heat medium due to the temperature rise accompanying the heat of reaction, the heat medium from the reaction liquid is reversed. The heat will escape. That is, the heating method can also act as a cooling method. Therefore, in the case of a polymer in which reaction heat is generated by the polymerization reaction, heat can be effectively released, which is advantageous.

必要に応じて、反応槽内部を複数個の領域に区分けし、区分けした領域ごとに熱媒温度を変えられるような加熱方法を使用してもよい。そのために複数個の熱媒ジャケットを利用することが考えられる。反応槽内部は、例えば、堰間の領域に基づいて区分けすることができる。これにより、例えば低温の反応液を加熱する領域では熱媒温度を高く設定し、反応熱により反応液温度が高くなり除熱が必要となる領域では逆に熱媒温度を低く設定するといったことが可能となる。熱媒加熱装置で加熱した熱媒を供給口付近に供給することによって反応槽内部に温度勾配を設定することもできる。熱媒温度が低くなると、一部溶融物が固化して反応槽内面に付着する可能性があるが、この場合は、反応槽に設置された撹拌装置により付着物を引き剥がすことができる。   If necessary, a heating method in which the inside of the reaction vessel is divided into a plurality of regions and the heat medium temperature can be changed for each of the divided regions may be used. Therefore, it is conceivable to use a plurality of heat medium jackets. The inside of the reaction vessel can be divided based on the area between the weirs, for example. Thereby, for example, the heating medium temperature is set high in a region where a low-temperature reaction liquid is heated, and conversely, the heating medium temperature is set low in a region where the reaction liquid temperature becomes high due to reaction heat and heat removal is required. It becomes possible. A temperature gradient can also be set inside the reaction tank by supplying the heating medium heated by the heating medium heating device to the vicinity of the supply port. When the temperature of the heating medium is lowered, a part of the melt may solidify and adhere to the inner surface of the reaction tank. In this case, the adhering substance can be peeled off by a stirring device installed in the reaction tank.

横型反応槽は、その槽内に設置された堰を有するのが望ましい。この堰は、反応槽供給口から排出口に向けて反応液が急速に流れるのを阻害するように設置される。堰の形状は、反応液の流れの阻害が可能な形状であればよく、反応槽の形状に基づいて決定することができ、好ましくは板状である。堰の設置方法についても特に制限されないが、例えば、堰が板状である場合は、水平面に対し垂直に近い角度となるように設置される。また、攪拌装置回転軸と垂直な反応槽断面における下側、例えば下側半分又は1/3を遮るように、反応槽の底部内壁に設置される。ここで、水平面に対し垂直に近い角度とは、水平面と板状の堰とのなす角度が、85〜95°、好ましくは89〜91°、より好ましくは90°であることを意味する。堰の材質としては、断熱性を有するものを使用するのが好ましい。   The horizontal reaction tank desirably has a weir installed in the tank. This weir is installed so as to inhibit the reaction liquid from rapidly flowing from the reaction tank supply port toward the discharge port. The shape of the weir may be a shape that can inhibit the flow of the reaction solution, and can be determined based on the shape of the reaction tank, and preferably has a plate shape. The method for installing the weir is not particularly limited. For example, when the weir is plate-shaped, the weir is installed at an angle close to perpendicular to the horizontal plane. Moreover, it installs in the bottom inner wall of a reaction tank so that the lower side in the reaction tank cross section perpendicular | vertical to a stirring apparatus rotating shaft, for example, a lower half or 1/3 may be interrupted | blocked. Here, the angle close to perpendicular to the horizontal plane means that the angle formed by the horizontal plane and the plate-like weir is 85 to 95 °, preferably 89 to 91 °, more preferably 90 °. As the material of the weir, it is preferable to use a material having heat insulating properties.

ポリマーの流通性を高める観点から、堰には貫通孔を設置する場合もあり、貫通孔は、反応槽の底部に近い部分、好ましくは反応槽底部内壁との境目に存在する。貫通孔の数は、通常1〜10個、好ましくは1〜5個である。上記のような貫通孔を設けることにより、反応液を適度な速度で流通させることができる。堰の設置位置及び間隔等は、当業者であれば反応条件等に基づき適宜決定することができる。例えば、ポリマーの粘度分布が同程度になる領域を分けるように堰の設置位置を決定することができる。また、反応槽内の堰の設置位置を決めた後、所定の流量で反応液が貫通孔を通過する際の抵抗が、堰の前後における反応液ヘッド差による駆動力よりも小さくなるように貫通孔の孔径を決定することができる。   From the viewpoint of improving the flowability of the polymer, there may be a case where a through hole is provided in the weir, and the through hole is present at the boundary with the portion near the bottom of the reaction vessel, preferably the inner wall of the reaction vessel bottom. The number of through holes is usually 1 to 10, preferably 1 to 5. By providing the through hole as described above, the reaction solution can be circulated at an appropriate speed. A person skilled in the art can appropriately determine the installation position and interval of the weir based on reaction conditions and the like. For example, the installation position of the weir can be determined so as to divide the region where the viscosity distribution of the polymer is about the same. In addition, after deciding the position of the weir in the reaction tank, the resistance when the reaction liquid passes through the through hole at a predetermined flow rate penetrates so as to be smaller than the driving force due to the reaction liquid head difference before and after the weir. The hole diameter of the hole can be determined.

2つの堰間の領域は、単一の混合セルと同様に作用し、攪拌装置によって攪拌されることにより反応液が均一化される。これにより、粘度の低い原料溶融物や重合度の低い低粘度の重合物が、重合度の高い高粘度の重合物よりも速く流れて最終ポリマー中に両者が混ざり合う影響を抑制することができる。なお、重合物の粘度がある程度期待でき上記の混ざり合う効果が小さいときには堰を省略してもよい。   The region between the two weirs acts in the same manner as a single mixing cell, and the reaction liquid is homogenized by being stirred by the stirring device. As a result, it is possible to suppress the influence of the raw material melt having a low viscosity and the low viscosity polymer having a low degree of polymerization flowing faster than the high viscosity polymer having a high degree of polymerization and being mixed in the final polymer. . The weir may be omitted when the viscosity of the polymer can be expected to some extent and the mixing effect is small.

横型反応槽における供給口と排出口において、ヘッド差を設けることにより、反応液が供給口から排出口へと移動するための駆動力を与えることができる。反応液は、上記貫通孔を通って流れるか、あるいは堰よりも高い位置にある反応液がヘッド差により後段の領域に流れることにより、横型反応槽を排出口方向へ流れることができる。横型反応槽において、反応液の供給量は特に制限されないが、横型反応槽の容量に対し、通常10〜70%、好ましくは40〜50%まで液が張り込まれる量で供給される。また、堰の高さを超えない量で供給するのが好ましい。こうすれば、未反応のラクチドが急速に流れるのを、効果的に抑制できるからである。横型反応槽には、必要に応じて反応液の液面を測定する装置を設置し、計測信号を反応槽供給口の送液ポンプ又は反応槽排出口の送液ポンプ等にフィードバックすることにより、液面の高さが所定値となるよう反応液の輸送量を調節することができる。   By providing a head difference between the supply port and the discharge port in the horizontal reaction tank, a driving force for moving the reaction solution from the supply port to the discharge port can be applied. The reaction liquid flows through the through-hole, or the reaction liquid at a position higher than the weir flows to the subsequent region due to the head difference, so that the horizontal reaction tank can flow toward the discharge port. In the horizontal reaction tank, the supply amount of the reaction liquid is not particularly limited, but is normally supplied in an amount of 10 to 70%, preferably 40 to 50% with respect to the capacity of the horizontal reaction tank. Moreover, it is preferable to supply with the quantity which does not exceed the height of a weir. This is because it is possible to effectively suppress the unreacted lactide from flowing rapidly. In the horizontal reaction tank, if necessary, a device for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed, and the measurement signal is fed back to the liquid feed pump at the reaction tank supply port or the liquid feed pump at the reaction tank discharge port, etc. The transport amount of the reaction liquid can be adjusted so that the height of the liquid level becomes a predetermined value.

液面の測定方法としては、例えば、放射性物質を横型反応槽上部に設置し、そこから発生するガンマ線の反応液に対する透過量により測定する方法がある。また、横型反応槽の上部から超音波又は電磁波を発射してその反射波を計測することにより測定する方法がある。更に、横型反応槽上部に筒状のコンデンサーを設置して、これを反応液中に差込み、筒内部の反応液高さに伴う誘電率の変化を計測することで測定する方法等が挙げられる。   As a method for measuring the liquid level, for example, there is a method in which a radioactive substance is installed in the upper part of a horizontal reaction tank and the amount of gamma rays generated therefrom is measured based on the permeation amount of the reaction liquid. There is also a method of measuring by emitting ultrasonic waves or electromagnetic waves from the upper part of the horizontal reaction tank and measuring the reflected waves. Furthermore, a method of measuring by placing a cylindrical capacitor in the upper part of the horizontal reaction tank, inserting it into the reaction solution, and measuring the change in the dielectric constant with the height of the reaction solution inside the tube can be mentioned.

第1段目の横型反応槽における反応条件については、当業者であれば適宜決定することができるが、反応槽内の平均反応温度は、通常140〜180℃、好ましくは160〜170℃、滞留時間は、通常5〜15時間、好ましくは7〜10時間である。第1段目の横型反応槽の排出口から、重量平均分子量が、通常5万〜20万、好ましくは7万〜15万の重合物が得られるように反応条件を設定することが好ましい。   The reaction conditions in the first horizontal reaction tank can be appropriately determined by those skilled in the art, but the average reaction temperature in the reaction tank is usually 140 to 180 ° C., preferably 160 to 170 ° C., residence time. The time is usually 5 to 15 hours, preferably 7 to 10 hours. It is preferable to set the reaction conditions so that a polymer having a weight average molecular weight of usually 50,000 to 200,000, preferably 70,000 to 150,000 is obtained from the outlet of the first horizontal reaction tank.

第1段目の反応槽を横型反応槽とし、第1段目の反応槽内に上記のような堰を設けることにより、粘度が低い溶融原料並びに重合度・粘度の低い重合物が、ある程度重合反応が進んだ重合物と混合するのを抑制する。それにより、反応槽内でのピストンフロー性を確保することができる。そして、反応液が未反応のまま次の行程に移動することを防止でき、第1段目の反応槽において十分な反応を行うことができる。従って、滞留時間のばらつきに由来する温度履歴の長時間化が防止されるため、熱分解による重合物の劣化が抑制され、高品質のポリマーを得ることができる。   The first-stage reaction tank is a horizontal reaction tank, and the above-mentioned weir is provided in the first-stage reaction tank, so that the melted raw material having a low viscosity and the polymer having a low polymerization degree and viscosity are polymerized to some extent. Suppresses mixing with polymer which has progressed reaction. Thereby, the piston flow property in a reaction tank is securable. And it can prevent that a reaction liquid moves to the following process with unreacted, and can fully react in the 1st step | paragraph reaction tank. Therefore, since the prolonged temperature history resulting from the dispersion | variation in residence time is prevented, deterioration of the polymer by thermal decomposition is suppressed and a high quality polymer can be obtained.

第2段目の中間反応槽としては特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できるが、横型反応槽で、かつ複数の攪拌翼を有する回転軸が2本ある混合機が好ましい。混合機の形態については、各回転軸上に所定の間隔をあけて攪拌翼が2枚以上設置されたものが望ましい。これにより撹拌装置の回転軸や反応槽への重合物等の付着を防止することができるためで、セルフクリーニング作用の観点から、重合反応が進み重合物の粘度が上昇している後段の反応槽においては特に有効である。回転軸の回転方向については、攪拌翼が互いに噛み合うようにされていれば、各回転軸を逆方向に回転させるもの、同じ方向に回転するもののいずれでも構わない。   The intermediate reaction tank in the second stage is not particularly limited, and those commonly used in the art can be used. However, a horizontal reaction tank and a mixer having two rotating shafts having a plurality of stirring blades is preferable. . As for the form of the mixer, it is desirable that two or more stirring blades are installed at predetermined intervals on each rotating shaft. This prevents the polymer from adhering to the rotating shaft of the stirrer and the reaction vessel. From the viewpoint of the self-cleaning action, the subsequent reaction vessel in which the polymerization reaction proceeds and the viscosity of the polymer is increased. Is particularly effective. As for the rotation direction of the rotation shaft, as long as the stirring blades are engaged with each other, the rotation shaft may be rotated in the opposite direction or may be rotated in the same direction.

攪拌翼の形状については例えば、円形、長円形、3角形、4角形及び多葉形など一般的なものを用いることができ、特に限定されない。そして、該横型反応槽は、撹拌装置の回転軸方向の一端に溶融原料を含む反応液を供給するための供給口を有し、他端に反応液を取り出すための排出口を有する。従って、供給された反応液は供給口から排出口の方向に、実質的に水平方向に移っていくことになる。供給口は、撹拌装置の軸より下側に位置するのが好ましく、排出口は撹拌装置の回転軸より下側に位置するのが好ましい。   Regarding the shape of the stirring blade, for example, general shapes such as a circle, an oval, a triangle, a quadrangle, and a multi-leaf shape can be used, and the shape is not particularly limited. The horizontal reaction tank has a supply port for supplying a reaction solution containing a molten raw material at one end in the rotation axis direction of the stirring device, and a discharge port for taking out the reaction solution at the other end. Accordingly, the supplied reaction solution moves substantially in the horizontal direction from the supply port to the discharge port. The supply port is preferably positioned below the axis of the stirring device, and the discharge port is preferably positioned below the rotation axis of the stirring device.

第2段目の反応槽では、原料溶融物と最終重合物の中間状態の重合物(以下、プレポリマー)に原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行いながら重合反応を進める。原料溶融物とプレポリマーの混合により、プレポリマーに蓄積した反応熱が原料溶融物に移行してプレポリマーの温度が低下し、その熱分解を抑制することができる。また、その際、原料溶融物はプレポリマーから熱を受けることにより、重合器等、外部からの加熱が少なくても重合反応の進捗に必要となる温度を得ることができる。その際、原料溶融物とプレポリマーの間で粘度の違いが大きい場合、攪拌による混合性が低下する可能性がある。   In the second stage reaction vessel, the raw material melt is additionally added to the intermediate state polymer (hereinafter referred to as prepolymer) between the raw material melt and the final polymer, and the polymerization reaction proceeds while stirring and mixing. By mixing the raw material melt and the prepolymer, the reaction heat accumulated in the prepolymer is transferred to the raw material melt, the temperature of the prepolymer is lowered, and the thermal decomposition can be suppressed. At that time, the raw material melt receives heat from the prepolymer, so that the temperature required for the progress of the polymerization reaction can be obtained even if there is little heating from the outside such as a polymerization vessel. At that time, when the difference in viscosity between the raw material melt and the prepolymer is large, the mixing property by stirring may be lowered.

このような場合、例えば特開平6−218260号公報に開示されている発明にあるような、一方の回転軸に設置されている攪拌翼が他方の回転軸の攪拌翼と微小間隔を介して配置される攪拌装置が有効となる。これは翼間の間隔が狭いことにより、翼間にある原料溶融物とプレポリマーに対して大きなせん断力が攪拌で与えられ、混合性が向上するためである。原料溶融物とプレポリマーの混合性が増すことで、プレポリマーに蓄積した反応熱がプレポリマーよりも低温の原料溶融物に移行性が向上し、プレポリマーの熱分解抑制性能が向上する。追加添加する原料溶融物には触媒や重合開始剤が含まれていてもよいが、分子量分布が広がり、最終ポリマーの安定性が損なわれるのを防ぐ上では、通常はこれらが含まれていないのが好ましい。   In such a case, for example, in the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-218260, the stirring blade installed on one rotating shaft is arranged with a small distance from the stirring blade on the other rotating shaft. The stirring device to be used becomes effective. This is because the gap between the blades is narrow, so that a large shearing force is applied to the raw material melt and the prepolymer between the blades by stirring, and the mixing property is improved. By increasing the mixability of the raw material melt and the prepolymer, the transfer heat of the reaction heat accumulated in the prepolymer is improved to a raw material melt having a temperature lower than that of the prepolymer, and the thermal decomposition inhibiting performance of the prepolymer is improved. The added raw material melt may contain a catalyst and a polymerization initiator, but these are usually not included in order to prevent the molecular weight distribution from widening and the stability of the final polymer from being impaired. Is preferred.

横型反応槽における加熱方法、反応槽内部を複数個領域に区分けして加熱する方式に液面の測定方法については、一段目の横型攪拌機と同様の扱いとなる。また、必要に応じて反応槽供給口から排出口に向けて反応液が急速に流れるのを阻害するため、槽内に堰を設置してもよい。   The heating method in the horizontal reaction tank and the method of measuring the liquid level in the method of heating the reaction tank by dividing the inside of the reaction tank into a plurality of regions are handled in the same manner as in the first horizontal agitator. In addition, a weir may be installed in the tank to prevent the reaction liquid from rapidly flowing from the reaction tank supply port to the discharge port as necessary.

第2段目の中間反応槽における反応条件については、当業者であれば適宜決定することができるが、反応槽内の平均反応温度は、通常140〜200℃、好ましくは160〜180℃、滞留時間は、通常0.5〜15時間、好ましくは1〜5時間である。第2段目の反応槽の排出口から、重量平均分子量が、通常7万〜30万、好ましくは10万〜20万の重合物が得られるように反応条件を設定することが好ましい。   The reaction conditions in the intermediate reaction tank in the second stage can be appropriately determined by those skilled in the art, but the average reaction temperature in the reaction tank is usually 140 to 200 ° C., preferably 160 to 180 ° C. The time is usually 0.5 to 15 hours, preferably 1 to 5 hours. It is preferable to set the reaction conditions so that a polymer having a weight average molecular weight of usually 70,000 to 300,000, preferably 100,000 to 200,000 is obtained from the outlet of the second stage reaction vessel.

第2段目の中間反応槽でプレポリマーに原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行いながら重合反応を進めることにより、熱分解による重合物の劣化が抑制され、高品質のポリマーを得ることができる。   Addition of the raw material melt to the prepolymer in the second stage intermediate reaction tank, and advance the polymerization reaction while stirring and mixing, thereby suppressing degradation of the polymer due to thermal decomposition and obtaining a high quality polymer be able to.

第3段目の反応槽としては、重合反応を行うための反応装置として、その回転軸が水平面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する反応槽を少なくともその最終段に含む反応装置を使用する。以下、その回転軸が水平面に対して実質的に垂直になるように設置された攪拌装置を有する上記反応槽を縦型反応槽と称する。この実施形態において、反応装置は、少なくとも最終段に縦型反応槽を有するが、最終段以外の段にさらに縦型反応槽を有していてもよい。最終段以外の反応槽の形状等については、特に制限されず、当技術分野で通常用いられるものを使用できる。上記実施形態は、最終段に縦型反応槽を含む反応装置を使用するものであるが、実質的に重合反応が行われていないような槽をそれ以降の段に含む反応槽を使用する場合も、本発明の範囲に包含される。   As the reaction vessel for the third stage, as a reaction apparatus for carrying out the polymerization reaction, at least the final stage of the reaction tank having a stirring device installed so that the rotation axis thereof is substantially perpendicular to the horizontal plane. The reactor included in is used. Hereinafter, the reaction tank having a stirring device installed so that the rotation axis thereof is substantially perpendicular to the horizontal plane is referred to as a vertical reaction tank. In this embodiment, the reaction apparatus has a vertical reaction tank at least in the final stage, but may further have a vertical reaction tank in a stage other than the final stage. The shape of the reaction vessel other than the final stage is not particularly limited, and those usually used in the art can be used. The above embodiment uses a reaction apparatus including a vertical reaction tank in the final stage, but uses a reaction tank including a tank in which the polymerization reaction is not substantially performed in the subsequent stages. Are also included within the scope of the present invention.

水平面に対して実質的に垂直とは、攪拌装置の回転軸が厳密に垂直であることを意図するものではなく、水平面と回転軸とのなす角度が、通常85〜95°、好ましくは89〜91°、より好ましくは90°であることを意味する。横型反応槽と同様に、上記回転軸は、必ずしも実在の回転軸部材を意味するものではなく、単なる回転中心としての回転軸線をも包含する。従って、撹拌装置の回転運動の回転中心が水平面に対して実質的に垂直に配置されるものであれば、必ずしも実在の回転軸部材は存在しなくてもよい。   “Substantially perpendicular to the horizontal plane” does not mean that the rotation axis of the stirring device is strictly perpendicular, and the angle between the horizontal plane and the rotation axis is usually 85 to 95 °, preferably 89 to 90 °. It means 91 °, more preferably 90 °. Similar to the horizontal reaction vessel, the rotation shaft does not necessarily mean an actual rotation shaft member, but also includes a rotation axis as a simple rotation center. Therefore, as long as the rotation center of the rotational movement of the stirring device is arranged substantially perpendicular to the horizontal plane, the actual rotating shaft member does not necessarily exist.

縦型反応槽の形状は、撹拌装置を、その回転軸が水平面に対して実質的に垂直になるように設置できるような形状であればタンク型でも筒型でもよく特に制限されないが、好ましくは、攪拌装置の回転軸と実質的に平行に中心軸を有する円筒状である。そして、該縦型反応槽は、攪拌装置回転軸方向の一端に前段の反応槽からの反応液を供給するための供給口を有し、他端に反応液を取り出すための排出口を有する。従って、供給された反応液は供給口から排出口の方向に、実質的に垂直方向に移っていくことになる。供給口は反応槽の上部に存在し、排出口は反応槽の下部に存在するのが好ましい。重合反応の進展に伴い重合物の比重が大きくなっていくため、上部に供給口を設けることにより、重合度の低い重合物が重合度の高い重合物に混入するのを抑制することができる。   The shape of the vertical reaction tank is not particularly limited as long as the stirring device can be installed so that the rotation axis thereof is substantially perpendicular to the horizontal plane. The cylindrical shape has a central axis substantially parallel to the rotation axis of the stirring device. The vertical reaction tank has a supply port for supplying the reaction liquid from the previous reaction tank at one end in the direction of the rotating shaft of the stirring device, and a discharge port for taking out the reaction liquid at the other end. Accordingly, the supplied reaction solution moves in a substantially vertical direction from the supply port to the discharge port. The supply port is preferably present in the upper part of the reaction tank, and the discharge port is preferably present in the lower part of the reaction tank. Since the specific gravity of the polymer increases with the progress of the polymerization reaction, it is possible to prevent the polymer having a low polymerization degree from being mixed into the polymer having a high polymerization degree by providing a supply port in the upper part.

縦型反応槽に設置される撹拌装置としては、水平面に対して実質的に垂直に配置される回転軸を中心とした回転により攪拌を行うものであれば特に限定されない。例えば、円形、長円形、3角形、4角形及び多葉形などの攪拌翼が回転軸上に間隔をあけて2枚以上設置された1軸又は互いに噛み合う2軸以上の混合機などが挙げられる。複数の攪拌翼を有する2軸の混合機であって、各回転軸の攪拌翼が互い違いになるように設置されているものが好ましい。また、この場合、各回転軸を逆方向に回転させるのが好ましい。互いに噛み合う2軸以上の撹拌装置は、撹拌装置の回転軸や反応槽への重合物等の付着を防止することができ、セルフクリーニング作用の観点から、重合反応が進み重合物の粘度が上昇している後段の反応槽において使用するのが特に有利である。   The stirring device installed in the vertical reaction tank is not particularly limited as long as stirring is performed by rotation around a rotation axis that is arranged substantially perpendicular to the horizontal plane. For example, a mixer having two or more shafts in which two or more agitating blades such as a circle, an oval, a triangle, a quadrangle, and a multileaf blade are installed on the rotation axis with a space therebetween may be mentioned. . A two-shaft mixer having a plurality of stirring blades is preferably installed such that the stirring blades of the respective rotating shafts are staggered. Moreover, in this case, it is preferable to rotate each rotating shaft in the reverse direction. Two or more stirring devices that mesh with each other can prevent the adhesion of the polymer to the rotating shaft of the stirring device and the reaction vessel, and from the viewpoint of self-cleaning action, the polymerization reaction proceeds and the viscosity of the polymer increases. It is particularly advantageous to use it in a subsequent reaction vessel.

縦型反応槽における加熱方法としては、横型反応槽の場合と同様に、当技術分野において通常用いられる方法を使用することができる。例えば、反応槽外周部に熱媒のジャケットを設置し、反応槽壁面を通して伝熱により反応液を加熱する方法、あるいは攪拌装置の回転軸内部に熱媒を通して、伝熱により加熱する方法等、様々な方法がある。これらを単独で使用しても組み合わせて使用してもよい。   As a heating method in the vertical reaction tank, a method usually used in this technical field can be used as in the case of the horizontal reaction tank. For example, various methods such as installing a heat medium jacket on the outer periphery of the reaction tank and heating the reaction liquid by heat transfer through the reaction tank wall surface, or heating the reaction liquid through the heat medium inside the rotating shaft of the stirring device, etc. There are many ways. These may be used alone or in combination.

縦型反応槽内に供給された溶融原料は当初、上記加熱方法より加熱されて重合反応が進むが、反応熱に伴う温度上昇により、反応液の温度が熱媒よりも高くなると逆に反応液から熱媒に熱が逃げることになる。従って、横型反応槽の場合と同様に、必要に応じて、反応槽内部を複数個の領域に区分けし、区分けした領域ごとに熱媒温度を変えられるような加熱方法を使用してもよい。これにより例えば、低温の反応液を加熱する領域では熱媒温度を高く設定し、反応熱により反応液温度が高くなり除熱が必要となる領域では逆に熱媒温度を低く設定するといったことが可能となる。除熱がさらに必要な場合には、例えば、縦型反応槽内部にフィン(反応槽内の側面の凹凸)を設置することにより、除熱効率をさらに向上させることもできる。また、熱媒加熱装置で加熱した熱媒を排出口付近に供給することにより、ポリマーを保温し、冷え過ぎるのを防止する態様も考えられる。   The molten raw material supplied into the vertical reaction tank is initially heated by the above heating method and the polymerization reaction proceeds. However, when the temperature of the reaction liquid becomes higher than that of the heating medium due to the temperature rise accompanying the reaction heat, the reaction liquid is reversed. Heat escapes from the heat medium. Therefore, as in the case of the horizontal reaction tank, if necessary, a heating method in which the inside of the reaction tank is divided into a plurality of regions and the heat medium temperature can be changed for each of the divided regions may be used. Thereby, for example, the heat medium temperature is set high in the region where the low temperature reaction liquid is heated, and the heat medium temperature is set low in the region where the reaction liquid temperature is high due to the reaction heat and heat removal is necessary. It becomes possible. If further heat removal is required, the heat removal efficiency can be further improved, for example, by installing fins (side irregularities in the reaction tank) inside the vertical reaction tank. Moreover, the aspect which keeps a polymer warm and prevents it cooling too much by supplying the heat medium heated with the heat medium heating apparatus to discharge port vicinity is also considered.

重合反応後段においては高温で反応を行うのが好ましいため、温度上昇に伴う重合物の劣化が問題となるが、最終段に縦型反応槽を用いることで、温度上昇を抑制することができ、重合物が劣化し着色する問題を低減することができる。   Since it is preferable to perform the reaction at a high temperature in the latter stage of the polymerization reaction, degradation of the polymer accompanying the temperature rise becomes a problem, but by using a vertical reaction tank in the final stage, the temperature rise can be suppressed, The problem that the polymer is deteriorated and colored can be reduced.

縦型反応槽において、反応液の供給量は特に制限されないが、縦型反応槽の容量に対し、通常20〜100%、好ましくは60〜100%まで液が張り込まれる量で供給される。従って、反応液が反応槽容量の通常の半量程度しか導入されない従来の横型反応槽と比較して、反応液が反応槽内壁と接する面積が大きく、伝熱面積を広く取ることができる(図4)。   In the vertical reaction tank, the supply amount of the reaction liquid is not particularly limited, but is normally supplied in an amount of 20 to 100%, preferably 60 to 100% with respect to the capacity of the vertical reaction tank. Therefore, compared to a conventional horizontal reaction tank in which the reaction liquid is introduced only about half the normal capacity of the reaction tank, the area where the reaction liquid is in contact with the inner wall of the reaction tank is large, and the heat transfer area can be increased (FIG. 4). ).

原料の重合に伴う反応熱を伝熱により除去することで反応液の温度上昇を低減することができ、重合反応の後段において、生成した重合物の熱分解に伴う劣化を効果的に抑制し、着色を防止することができる。特にラクチドの開環重合においては、ポリ乳酸の着色を効果的に防止することができる。   By removing the heat of reaction accompanying the polymerization of the raw material by heat transfer, the temperature rise of the reaction solution can be reduced, and in the latter stage of the polymerization reaction, the deterioration due to the thermal decomposition of the produced polymer is effectively suppressed, Coloring can be prevented. In particular, in the ring-opening polymerization of lactide, coloring of polylactic acid can be effectively prevented.

また、縦型反応槽の内面形状を、凹凸を有する形状とすることにより、伝熱面積をさらに増加させることができ、熱除去効率を向上させることもできる。側面に凹凸を設ける上記態様においては、攪拌翼を反応槽の凹部分と噛み合うように設置することにより、反応槽内壁にこびりついた高粘度の重合物を掻き取ることができる(例えば、図4の反応槽参照)。   Moreover, the heat transfer area can be further increased and the heat removal efficiency can be improved by making the inner surface shape of the vertical reaction tank into an uneven shape. In the above-described aspect in which the side surface is uneven, the high viscosity polymer stuck to the inner wall of the reaction tank can be scraped off by installing the stirring blade so as to mesh with the concave portion of the reaction tank (for example, FIG. 4). (See reaction vessel).

縦型反応槽においても横型反応槽と同様に、必要に応じて反応液の液面を測定する装置を設置する。そして、計測信号を反応槽供給口の送液ポンプ又は反応槽排出口の送液ポンプにフィードバックすることにより、液面の高さが所定値となるよう反応液の輸送量を調節することができる。液面の測定方法としては、例えば、放射性物質を横型反応槽上部に設置し、そこから発生するガンマ線の反応液に対する透過量により測定する方法がある。また、縦型反応槽上部から超音波又は電磁波を発射してその反射波を計測する事により測定する方法がある。さらに、縦型反応槽上部に筒状のコンデンサーを設置して、これを反応液中に差込み、筒内部の反応液高さに伴う誘電率の変化を計測することで測定する方法等が挙げられる。   In the vertical reaction tank, as in the horizontal reaction tank, an apparatus for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed as necessary. Then, by feeding back the measurement signal to the liquid feed pump at the reaction tank supply port or the liquid feed pump at the reaction tank discharge port, the transport amount of the reaction liquid can be adjusted so that the height of the liquid level becomes a predetermined value. . As a method for measuring the liquid level, for example, there is a method in which a radioactive substance is installed in the upper part of a horizontal reaction tank and the amount of gamma rays generated therefrom is measured by the permeation amount of the reaction liquid. Further, there is a method of measuring by emitting ultrasonic waves or electromagnetic waves from the upper part of the vertical reaction tank and measuring the reflected waves. Furthermore, a method of measuring by installing a cylindrical capacitor in the upper part of the vertical reaction tank, inserting it into the reaction solution, and measuring the change in dielectric constant accompanying the height of the reaction solution inside the tube, etc. .

最終段の縦型反応槽における反応条件についても、当業者であれば適宜決定することができるが、反応槽内の平均反応温度は、通常180〜220℃、好ましくは190〜210℃、滞留時間は、通常1〜7時間、好ましくは3〜5時間である。最終段の縦型反応槽の排出口から、重量平均分子量が、通常10万〜50万、好ましくは15〜30万の重合物が得られるように反応条件を設定することが好ましい。   The reaction conditions in the final vertical reaction tank can also be appropriately determined by those skilled in the art, but the average reaction temperature in the reaction tank is usually 180 to 220 ° C., preferably 190 to 210 ° C., residence time. Is usually 1 to 7 hours, preferably 3 to 5 hours. It is preferable to set the reaction conditions so that a polymer having a weight average molecular weight of usually 100,000 to 500,000, preferably 150 to 300,000 can be obtained from the outlet of the vertical reaction tank in the final stage.

本発明のポリマー合成装置においては、重合のための反応装置の後段に残存原料除去装置を設置して、反応装置から排出される反応液から未反応の原料を除去することができる。残存原料除去装置では、溶融状態を維持しつつ負圧環境を作ることにより、未反応の原料、例えばラクチドが除去される。さらに、本発明の合成方法を経て得られた重合物には、通常、水冷及びチップカッターによるペレット化処理等が施されるが、これらの処理は省略することができる。   In the polymer synthesizing apparatus of the present invention, a residual raw material removing apparatus can be installed at the rear stage of the polymerization apparatus to remove unreacted raw materials from the reaction liquid discharged from the reaction apparatus. In the residual raw material removing apparatus, an unreacted raw material such as lactide is removed by creating a negative pressure environment while maintaining a molten state. Furthermore, although the polymer obtained through the synthesis method of the present invention is usually subjected to water cooling and pelletizing treatment with a chip cutter, these treatments can be omitted.

本発明のポリマー合成装置に使用される、原料溶融装置、触媒供給装置、各種反応槽を含む反応装置、残存原料除去装置等の装置にはそれぞれ、窒素ガスで内部をパージするための窒素ガス供給配管及び排気管が設置されていることが好ましい。そして、合成プロセスの運転は基本的に、プロセス内の全装置が窒素パージされた後に開始されるのが好ましい。これにより、酸素の存在による反応液の焼け焦げを防ぐことができる。また、原料溶融装置、触媒供給装置、原料供給装置、各種反応槽等は、大気圧程度の圧力で運転するのが好ましい。そうすることにより、溶融原料の揮発を低減することができる。   Nitrogen gas supply for purging the interior with nitrogen gas to the raw material melting apparatus, catalyst supply apparatus, reaction apparatus including various reaction tanks, residual raw material removal apparatus, etc. used in the polymer synthesis apparatus of the present invention It is preferable that piping and an exhaust pipe are installed. And the operation of the synthesis process is basically preferably started after all the equipment in the process has been purged with nitrogen. Thereby, scorching of the reaction liquid due to the presence of oxygen can be prevented. In addition, the raw material melting apparatus, the catalyst supply apparatus, the raw material supply apparatus, various reaction vessels, and the like are preferably operated at a pressure of about atmospheric pressure. By doing so, volatilization of the molten raw material can be reduced.

本発明の別の実施形態においては、反応装置において、プレポリマーに原料溶融物を追加添加し、攪拌・混合を行うと共に、追加添加する原料溶融物について、その温度が原料の融点よりも高く、添加されるプレポリマーの温度よりも低くなるように制御する。追加添加する原料溶融物の温度がその融点よりも高いことにより、これを液体として取り扱い、供給することができると共に、プレポリマーとの混合性を向上することができる。また、プレポリマーの温度よりも低温とすることで、プレポリマーの反応熱を吸収し、混合物全体の温度を低減することを通して、熱分解の抑制に寄与することができる。   In another embodiment of the present invention, in the reactor, the raw material melt is additionally added to the prepolymer, stirring and mixing are performed, and for the raw material melt to be additionally added, the temperature is higher than the melting point of the raw material, The temperature is controlled to be lower than the temperature of the added prepolymer. When the temperature of the raw material melt to be added is higher than its melting point, it can be handled and supplied as a liquid, and the mixing property with the prepolymer can be improved. Moreover, by making the temperature lower than the temperature of the prepolymer, it is possible to absorb the heat of reaction of the prepolymer and contribute to the suppression of thermal decomposition through reducing the temperature of the entire mixture.

追加添加する原料溶融物の温度がその融点よりも高いことを確認するため、原料溶融物の貯蔵タンク内の温度、あるいは反応槽への供給配管内における原料溶融物の温度をタンク又は配管内に挿入した熱伝対で測定する。その結果をタンク、配管の加熱・保温装置にフィードバックして、所定の温度となるように制御すればよい。また、プレポリマーよりも低温とするには、原料溶融物だけでなくプレポリマーの温度についても測定する必要がある。そのためには反応槽内部やプレポリマー供給配管内に熱電対を挿入し、温度を計測すればよく、その結果を原料溶融物のタンク、原料供給配管の加熱・保温装置にフィードバックして、所定の温度となるよう、制御すればよい。   In order to confirm that the temperature of the raw material melt to be added is higher than the melting point, the temperature of the raw material melt in the storage tank or the temperature of the raw material melt in the supply pipe to the reaction tank is set in the tank or the pipe. Measure with the inserted thermocouple. The result may be fed back to a tank / pipe heating / heat-retaining device and controlled to reach a predetermined temperature. In order to make the temperature lower than that of the prepolymer, it is necessary to measure not only the raw material melt but also the temperature of the prepolymer. For this purpose, a thermocouple is inserted into the reaction vessel or the prepolymer supply pipe, and the temperature is measured, and the result is fed back to the raw material melt tank and the raw material supply pipe heating / warming device, What is necessary is just to control so that it may become temperature.

更に、上記のいずれの実施形態においても、反応装置に含まれる反応槽内の温度が後段になるほど高く、該反応槽内の滞留時間が後段になるほど短くなるように設定することが好ましい。反応の初期段階では、熱分解の影響が比較的小さい低温での重合反応を長時間実施することで重合反応をできるだけ進める。重合反応の進捗が遅くなってきた後段では、より高温の条件で重合反応を進めることで、高温条件での反応時間を短縮し、重合物の劣化を抑制することにより着色の少ない高品質のポリマーを得ることができる。この態様においては、例えば、第1段目の反応槽内の温度を、140〜180℃、好ましくは160〜170℃とし、最終段の反応槽内の温度を180〜220℃、好ましくは190〜210℃とし、第1段目から最終段に向けて、順次温度が上がるように温度を設定する。   Furthermore, in any of the above-described embodiments, it is preferable that the temperature in the reaction vessel included in the reaction apparatus is set higher as it becomes later, and the residence time in the reaction vessel is set shorter as it becomes later. In the initial stage of the reaction, the polymerization reaction is advanced as much as possible by carrying out the polymerization reaction at a low temperature where the influence of thermal decomposition is relatively small. In the latter stage, where the progress of the polymerization reaction has slowed down, the high-quality polymer with less coloration can be achieved by advancing the polymerization reaction under higher temperature conditions, thereby shortening the reaction time under high temperature conditions and suppressing degradation of the polymer. Can be obtained. In this embodiment, for example, the temperature in the first reaction vessel is 140 to 180 ° C., preferably 160 to 170 ° C., and the temperature in the final reaction vessel is 180 to 220 ° C., preferably 190 to 170 ° C. The temperature is set to 210 ° C., and the temperature is set so that the temperature gradually increases from the first stage to the final stage.

以下本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。   The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the scope of the present invention is not limited thereto.

(実施例1)
図1に、本発明のポリマー重合装置の一実施例として、ポリ乳酸重合装置の実施例を示す。本実施例では、ラクチド供給装置1〜3、ラクチド溶融装置4〜6、触媒供給装置7〜9、重合開始剤供給装置10〜12、ラクチド供給装置13〜15、横型反応槽16、追加添加原料混合槽17、縦型反応槽18、残存ラクチド除去装置19、送液ポンプ20〜35、バルブ36〜51を備える装置によってポリ乳酸の重合を行う。本実施例は、反応装置として横型反応槽16、追加添加原料混合槽17、縦型反応槽18の3つが直列的に接続されており、追加添加原料混合槽17への原料追加添加を2系統で実施する反応装置を用いる例である。追加添加原料混合槽17への原料追加添加の系統数については必要に応じて増減することができる。送液ポンプ20〜35については、輸送する液の粘度が低く、重力を利用して送液できる場合等については、一部省略することができる。また、バルブ36〜51についても必要に応じて省略することができる。
Example 1
FIG. 1 shows an embodiment of a polylactic acid polymerization apparatus as an embodiment of the polymer polymerization apparatus of the present invention. In this embodiment, lactide supply devices 1 to 3, lactide melting devices 4 to 6, catalyst supply devices 7 to 9, polymerization initiator supply devices 10 to 12, lactide supply devices 13 to 15, horizontal reaction tank 16, and additional additive raw materials Polymerization of polylactic acid is performed by an apparatus including a mixing tank 17, a vertical reaction tank 18, a residual lactide removing device 19, a liquid feed pump 20 to 35, and valves 36 to 51. In this example, three reactors, a horizontal reaction tank 16, an additional additive raw material mixing tank 17, and a vertical reaction tank 18 are connected in series as reaction apparatuses, and two additional raw material additions to the additional additive raw material mixing tank 17 are performed. It is an example using the reactor implemented by. The number of systems for additional material addition to the additional material mixture tank 17 can be increased or decreased as necessary. About the liquid feeding pumps 20-35, the viscosity of the liquid to be transported is low, and the case where the liquid can be fed using gravity can be partially omitted. Further, the valves 36 to 51 can be omitted as necessary.

ラクチド供給装置1〜3は、固体または粉体状のラクチドをラクチド溶融装置4〜6に供給する。ラクチド供給装置1〜3の輸送方式として、例えばスクリューフィーダによる輸送、超音波振動による輸送、ガス流による輸送等の方式がある。ラクチド溶融装置4〜6では送られてきたラクチドを加熱して溶融する。その際の温度は、ラクチドの融点以上で、望ましくは熱による劣化が起こらないよう160℃以下の範囲とする。   The lactide supply devices 1 to 3 supply solid or powdery lactide to the lactide melting devices 4 to 6. As a transportation method of the lactide supply devices 1 to 3, there are methods such as transportation by a screw feeder, transportation by ultrasonic vibration, transportation by a gas flow, and the like. In the lactide melting devices 4 to 6, the sent lactide is heated and melted. The temperature at that time is not less than the melting point of lactide, and preferably not more than 160 ° C. so as not to cause deterioration due to heat.

原料ラクチドが固体または粉体状ではなく液体で供給される場合にはラクチド供給装置1〜3は送液ポンプとなり、ラクチド溶融装置4〜6はバッファタンクとして機能する。ラクチド溶融装置4〜6で生成した溶融ラクチドはバルブ36〜38を開いた後、送液ポンプ20〜22により排出され、バルブ39〜44を開き、ポンプ23〜28を用いて、触媒供給装置7〜9、及び重合開始剤供給装置10〜12から触媒及び重合開始剤が、溶融ラクチドが供給された後、ラクチド供給装置13〜15に供給される。   When the raw material lactide is supplied in liquid form instead of solid or powder, the lactide supply devices 1 to 3 serve as liquid feed pumps, and the lactide melting devices 4 to 6 function as buffer tanks. The melted lactide produced by the lactide melting devices 4 to 6 is opened by the valves 36 to 38 and then discharged by the liquid feed pumps 20 to 22. The valves 39 to 44 are opened and the pumps 23 to 28 are used to supply the catalyst supply device 7. The catalyst and the polymerization initiator are supplied to the lactide supply devices 13 to 15 after the molten lactide is supplied from ˜9 and the polymerization initiator supply devices 10 to 12.

なお、送液ポンプ20〜22により排出される溶融ラクチドの流量、触媒供給装置7〜9から供給される触媒量の溶融ラクチド流量に対する割合、及び重合開始剤供給装置10〜12から供給される重合開始剤の溶融ラクチド流量に対する割合は、同一である必要はない。それらは必要に応じて変更することができる。さらに追加添加の溶融ラクチドに触媒や重合開始剤を添加する必要がない場合には、バルブ40〜41、43〜44、ポンプ24〜25、27〜28、触媒供給装置8〜9、及び重合開始剤供給装置11〜12を省略することができる。   The flow rate of the molten lactide discharged from the liquid feed pumps 20 to 22, the ratio of the catalyst amount supplied from the catalyst supply devices 7 to 9 to the molten lactide flow rate, and the polymerization supplied from the polymerization initiator supply devices 10 to 12 The ratio of initiator to molten lactide flow need not be the same. They can be changed as needed. Furthermore, when it is not necessary to add a catalyst or a polymerization initiator to the additionally added molten lactide, valves 40 to 41, 43 to 44, pumps 24 to 25, 27 to 28, catalyst supply devices 8 to 9, and polymerization start The agent supply devices 11 to 12 can be omitted.

ラクチド供給装置13〜15では溶融ラクチドの温度をラクチドの融点以上で、望ましくは160℃以下の範囲に保持する。ラクチド供給装置13〜15は本質的にバッファ〜タンクであり、必要なければ省いてもよい。ラクチド供給装置13の溶融ラクチドはバルブ45を開き、送液ポンプ29により横型反応槽16に連続供給される。なお、ラクチド供給装置13を省略する場合は送液ポンプ29も省略される。送液ポンプ20〜29、31〜32の前後の送液配管は、温度低下に伴うラクチドの凝固、閉塞を回避するため、全て、加熱・保温等によりラクチドの融点以上で、望ましくは160℃以下の範囲に保持される。   In the lactide supply devices 13 to 15, the temperature of the molten lactide is maintained in the range of the melting point of lactide or higher and desirably 160 ° C. or lower. The lactide supply devices 13 to 15 are essentially buffers to tanks and may be omitted if not necessary. The molten lactide in the lactide supply device 13 opens the valve 45 and is continuously supplied to the horizontal reaction tank 16 by the liquid feed pump 29. When the lactide supply device 13 is omitted, the liquid feed pump 29 is also omitted. The liquid supply pipes before and after the liquid supply pumps 20 to 29 and 31 to 32 are all over the melting point of lactide by heating and heat retention, preferably 160 ° C. or less, in order to avoid lactide coagulation and blockage due to temperature drop. Is kept in the range.

ラクチド溶融装置4〜6、ラクチド供給装置13〜15、送液ポンプ20〜22、29、31〜32の前後の配管内には熱電対が挿入されており、各位置における溶融原料の温度を測定する。   Thermocouples are inserted in the pipes before and after the lactide melting devices 4 to 6, the lactide supply devices 13 to 15, and the liquid feed pumps 20 to 22, 29, and 31 to 32, and the temperature of the molten raw material is measured at each position. To do.

横型反応槽16内では、溶融ラクチドが供給口と排出口の間のヘッド差により流れ、重合反応が進行する。横型反応槽16において反応液は、反応槽外周部の熱媒のジャケットによって加熱される。   In the horizontal reaction tank 16, molten lactide flows due to the head difference between the supply port and the discharge port, and the polymerization reaction proceeds. In the horizontal reaction tank 16, the reaction solution is heated by a heat medium jacket on the outer periphery of the reaction tank.

堰を有する横型反応槽16の拡大図を図2に示す。攪拌装置の回転軸83には一定間隔で攪拌翼84が設けられている。横型反応槽16内部には貫通孔52を有する堰53が設置されている。堰間の領域54では攪拌翼84により反応液が均一化される(この領域は単一の混合セルと見なすことができる)。そして、堰よりも高い位置にある反応液のみがヘッド差により後段の混合セルに流れることができる。横型反応槽16内部の反応液はバルブ48を開いた状態で、重力及び送液ポンプ30により追加添加原料混合槽(中間反応槽)17に輸送される。送液ポンプ30については、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプ等を選定できる。   FIG. 2 shows an enlarged view of the horizontal reaction tank 16 having a weir. Stirring blades 84 are provided on the rotating shaft 83 of the stirring device at regular intervals. A weir 53 having a through hole 52 is installed inside the horizontal reaction tank 16. In the region 54 between the weirs, the reaction liquid is homogenized by the stirring blade 84 (this region can be regarded as a single mixing cell). And only the reaction liquid in a position higher than the weir can flow into the subsequent mixing cell due to the head difference. The reaction liquid in the horizontal reaction tank 16 is transported to the additional addition raw material mixing tank (intermediate reaction tank) 17 by gravity and the liquid feed pump 30 with the valve 48 opened. As for the liquid feed pump 30, a screw for extraction, a gear pump, or the like can be selected according to the viscosity of the reaction liquid.

また、横型反応槽16から重力で反応液を抜き出すことが可能な場合は送液ポンプ30を省略することができる。送液ポンプ30前後の輸送配管は内部の反応液の凝固に伴う閉塞を回避するため、加熱・保温が必要である。その際の温度としては反応液が熱分解しないよう、200℃以下であることが望ましい。横型反応槽16内部では必要に応じて反応液の液面を測定する装置(液面計55)を設置し、液面の高さが所定値となるよう、計測信号を送液ポンプ29、又は送液ポンプ30にフィードバックし、反応液の輸送量を調節する。図2及び図3においても、反応槽には液面計55,58を設置するのが好ましい。   Further, when the reaction liquid can be extracted from the horizontal reaction tank 16 by gravity, the liquid feeding pump 30 can be omitted. The transport piping around the liquid feed pump 30 needs to be heated and kept warm in order to avoid clogging due to the solidification of the internal reaction liquid. The temperature at that time is preferably 200 ° C. or lower so that the reaction solution does not thermally decompose. In the horizontal reaction tank 16, an apparatus (a liquid level meter 55) for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed as necessary, and a measurement signal is sent to the liquid feed pump 29 or the liquid level so that the liquid level becomes a predetermined value. It feeds back to the liquid feed pump 30 to adjust the transport amount of the reaction liquid. 2 and 3, it is preferable to install the level gauges 55 and 58 in the reaction tank.

追加添加原料混合槽17内では、プレポリマーが供給口と排出口の間のヘッド差により流れ、重合反応が進行する。追加添加原料混合槽17において反応液は、反応槽外周部の熱媒のジャケットによって加熱される。   In the additional additive raw material mixing tank 17, the prepolymer flows due to the head difference between the supply port and the discharge port, and the polymerization reaction proceeds. In the additional addition raw material mixing tank 17, the reaction liquid is heated by the jacket of the heat medium at the outer periphery of the reaction tank.

追加添加原料混合槽または中間層反応槽17の拡大図を図3(a)、(b)、(c)に示す。本ケースでは図3(c)に示すように、攪拌翼56の回転軸57は同じ方向に回転する。各攪拌翼は隣の軸の攪拌翼及び回転軸と微小な間隔だけ離れて回転するように設置される。攪拌翼間の微小な間隔の中に比較的粘度の高いプレポリマーと粘度の低い追加供給の溶融原料の混合物が入ると、前後の位置にある翼の回転により大きなせん断力を受けて混合物の粘度が低下するので、混合物の均一化が進行する。   Enlarged views of the additional additive raw material mixing tank or the intermediate layer reaction tank 17 are shown in FIGS. 3 (a), 3 (b), and 3 (c). In this case, as shown in FIG. 3C, the rotating shaft 57 of the stirring blade 56 rotates in the same direction. Each stirring blade is installed so as to rotate away from the stirring blade and the rotating shaft of the adjacent shaft by a small distance. When a mixture of a prepolymer having a relatively high viscosity and an additional supply of molten raw material having a low viscosity is inserted in a minute space between the stirring blades, the viscosity of the mixture is subjected to a large shearing force due to the rotation of the blades at the front and rear positions. Decreases, the homogenization of the mixture proceeds.

追加添加原料混合槽17内では、各位置でのプレポリマーと追加供給の溶融原料の混合物における粘度に従い、所定の攪拌翼数の領域が実質的に完全混合槽と見なすことができる領域が複数生成する。この領域は、その後の領域への混合物の局所的な逆流現象が存在しない単一の混合セルである。この完全混合槽数は追加添加原料混合槽17における原料の追加添加系統数以上あることが望ましい。   In the additional additive raw material mixing tank 17, a plurality of regions in which a region having a predetermined number of stirring blades can be regarded as a substantially complete mixing vessel are generated according to the viscosity of the mixture of the prepolymer and the additionally supplied molten raw material at each position. To do. This region is a single mixing cell where there is no local back-flow phenomenon of the mixture to the subsequent region. The number of complete mixing tanks is desirably equal to or greater than the number of additional raw material addition lines in the additional additive raw material mixing tank 17.

ラクチド供給装置14〜15の溶融ラクチドはバルブ46〜47を開き、送液ポンプ31〜32により追加添加原料混合槽17に連続供給される。なお、ラクチド供給装置14、15を省略する場合は送液ポンプ31、32も省略される。追加添加原料混合槽17内におけるプレポリマー流れ方向で追加添加原料供給口の位置において、プレポリマーと追加供給の溶融原料の混合物温度を測定する。測定は上記位置に熱電対を挿入して実施する。ラクチド供給装置14〜15の溶融ラクチド流量は追加添加原料混合槽17内のプレポリマーと追加供給の溶融原料の混合物温度が所定の値となるよう制御される。   The melted lactide of the lactide supply devices 14 to 15 is continuously supplied to the additional additive raw material mixing tank 17 by the liquid feed pumps 31 to 32 by opening the valves 46 to 47. In addition, when the lactide supply apparatuses 14 and 15 are omitted, the liquid feed pumps 31 and 32 are also omitted. At the position of the additional additive raw material supply port in the direction of prepolymer flow in the additional additive raw material mixing tank 17, the temperature of the mixture of the prepolymer and the additional supplied molten raw material is measured. The measurement is performed by inserting a thermocouple at the above position. The melt lactide flow rate of the lactide supply devices 14 to 15 is controlled so that the temperature of the mixture of the prepolymer in the additional additive raw material mixing tank 17 and the additional supplied molten raw material becomes a predetermined value.

追加添加原料混合槽17内部の反応液はバルブ49を開いた状態で、重力及び送液ポンプ33により縦型反応槽18に輸送される。送液ポンプ33については、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプ等を選定できる。また、追加添加原料混合槽17から重力で反応液を抜き出すことが可能な場合は送液ポンプ33を省略することができる。   The reaction liquid in the additional additive raw material mixing tank 17 is transported to the vertical reaction tank 18 by gravity and the liquid feed pump 33 with the valve 49 opened. As for the liquid feed pump 33, a screw for extraction and a gear pump can be selected according to the viscosity of the reaction liquid. Further, when the reaction liquid can be extracted from the additional additive raw material mixing tank 17 by gravity, the liquid feed pump 33 can be omitted.

送液ポンプ33前後の輸送配管は内部の反応液の凝固に伴う閉塞を回避するため、加熱・保温が必要である。その際の温度としては反応液が熱分解しないよう、200℃以下であることが望ましい。追加添加原料混合槽17内部では必要に応じて反応液の液面を測定する装置(液面計58)を設置し、液面の高さが所定値となるよう、計測信号を送液ポンプ30にフィードバックし、反応液の輸送量を調節する。あるいは追加添加原料混合槽17を満液状態で運転する場合、液面計58は特に必要でなければ除去することができると共に、送液ポンプ33は送液ポンプ30〜32の流量に合わせて調整される。   The transport piping before and after the liquid feed pump 33 needs to be heated and kept warm in order to avoid clogging due to the solidification of the internal reaction liquid. The temperature at that time is preferably 200 ° C. or lower so that the reaction solution does not thermally decompose. An apparatus (a liquid level gauge 58) for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed in the additional additive raw material mixing tank 17 as necessary, and a measurement signal is sent to the liquid feed pump 30 so that the height of the liquid level becomes a predetermined value. To adjust the transport volume of the reaction solution. Alternatively, when the additional additive raw material mixing tank 17 is operated in a full liquid state, the liquid level gauge 58 can be removed unless particularly necessary, and the liquid feed pump 33 is adjusted in accordance with the flow rates of the liquid feed pumps 30 to 32. Is done.

反応液は、縦型反応槽18の上部に設置された供給口に輸送され、重力により縦型反応槽18下部の排出口を目指して流れ、重合反応が進行する。これにより、重合度の低い重合物が重合度の高い重合物に混入するのを防止することができる。縦型反応槽18において反応液は、反応槽外周部の熱媒のジャケットによって加熱、または熱媒温度が重合物よりも低い場合は除熱される。   The reaction liquid is transported to a supply port installed at the upper part of the vertical reaction tank 18, flows toward the discharge port at the lower part of the vertical reaction tank 18 by gravity, and the polymerization reaction proceeds. Thereby, it can prevent that the polymer with a low polymerization degree mixes in the polymer with a high polymerization degree. In the vertical reaction tank 18, the reaction solution is heated by a heat medium jacket on the outer periphery of the reaction tank, or is removed when the heat medium temperature is lower than that of the polymer.

図4(a),(b)に示す縦型反応槽18では横型反応槽16と比べて伝熱面積が大きく取れるため、加熱、除熱の効率が高い。このため、最終段に縦型反応槽18を用いることで、反応熱に伴う温度上昇で重合物が劣化するのを低減することができる。縦型反応槽18では、高粘度重合物の攪拌に適している、攪拌翼56‘が設置された回転軸57’を2本持った攪拌装置(以下、2軸攪拌装置と呼ぶ)を用いる。本反応槽は内部側面に凹凸を有する形状を有しており、これにより伝熱面60を大きく取ることができるので、重合物の温度が熱媒よりも高い場合は除熱量が大きくなり、重合物が熱劣化する影響をさらに低減することができる。なお、除熱量を大きくとる必要がない場合には、このような凹凸状の側面とする必要はない。なお、窒素ガス流通バルブ61〜80によって、反応槽内の反応物が酸素等により劣化するのを防止する。   Since the vertical reaction tank 18 shown in FIGS. 4A and 4B has a larger heat transfer area than the horizontal reaction tank 16, the efficiency of heating and heat removal is high. For this reason, by using the vertical reaction tank 18 in the final stage, it is possible to reduce the deterioration of the polymer due to the temperature rise accompanying the reaction heat. In the vertical reaction vessel 18, a stirrer (hereinafter referred to as a biaxial stirrer) having two rotating shafts 57 ′ provided with a stirring blade 56 ′, which is suitable for stirring a high-viscosity polymer, is used. Since this reaction tank has a shape with irregularities on the inner side surface, the heat transfer surface 60 can be made larger. Therefore, when the temperature of the polymer is higher than that of the heat medium, the amount of heat removal is increased, and the polymerization is performed. It is possible to further reduce the effect of thermal degradation of the object. In addition, when it is not necessary to take large heat removal amount, it is not necessary to set it as such an uneven | corrugated side surface. The nitrogen gas flow valves 61 to 80 prevent the reactants in the reaction tank from being deteriorated by oxygen or the like.

縦型反応槽18の内部の反応液はバルブ50を開いた状態で、重力及び送液ポンプ34により連続排出され、図1に示す残存ラクチド除去装置19に輸送される。送液ポンプ34として、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプ等を選定できる。送液ポンプ34前後の輸送配管は内部の反応液の凝固に伴う閉塞を回避するため、加熱・保温が必要である。その際の温度としては重合物が熱分解しないよう、200℃以下であることが望ましい。縦型反応槽18の内部には、横型反応槽16の場合と同様、必要に応じて反応液の液面を計測する装置(液面計59)を設置し、液面の高さが所定値となるよう、計測信号を送液ポンプ33、又は送液ポンプ34にフィードバックし、反応液の輸送量を調節する。   The reaction liquid inside the vertical reaction tank 18 is continuously discharged by gravity and the liquid feed pump 34 with the valve 50 opened, and is transported to the residual lactide removing device 19 shown in FIG. As the liquid feed pump 34, an extraction screw, a gear pump, or the like can be selected according to the viscosity of the reaction liquid. The transportation piping before and after the liquid feeding pump 34 needs to be heated and kept warm in order to avoid clogging due to the solidification of the internal reaction liquid. The temperature at that time is preferably 200 ° C. or lower so that the polymer is not thermally decomposed. Inside the vertical reaction tank 18, as in the case of the horizontal reaction tank 16, an apparatus (a liquid level gauge 59) for measuring the liquid level of the reaction liquid is installed if necessary, and the height of the liquid level is a predetermined value. The measurement signal is fed back to the liquid feed pump 33 or the liquid feed pump 34 so as to adjust the transport amount of the reaction liquid.

残存ラクチド除去装置19では溶融状態を維持しつつ負圧環境を作り、未反応のラクチドを除去処理する。処理後の反応液はバルブ51を開いた状態で送液ポンプ35により連続排出される。送液ポンプ35としては、反応液の粘度に応じて抜き出し用のスクリュー、ギアポンプ等を選定できる。排出された重合物は通常、水冷、チップカッターによるペレット化処理が施される。   The residual lactide removing device 19 creates a negative pressure environment while maintaining a molten state, and removes unreacted lactide. The treated reaction liquid is continuously discharged by the liquid feed pump 35 with the valve 51 opened. As the liquid feed pump 35, an extraction screw, a gear pump, or the like can be selected according to the viscosity of the reaction liquid. The discharged polymer is usually subjected to water cooling and pelletizing with a chip cutter.

以上の各反応槽の出入り口における、好ましい温度範囲を整理すると、以下のとおりである。図2の原料入り口aにおける原料モノマーの温度は、100〜140℃、出口bの温度は150〜210℃となるように制御するのが好ましい。中間反応槽における入り口cの温度は150〜210℃、出口dの温度が150〜210℃になるように制御する。更に、最終段の反応槽の入り口eの温度は150〜210℃、出口fの温度が170〜220℃になるように制御するのが好ましい。   The preferable temperature ranges at the entrances and exits of the above reaction vessels are summarized as follows. It is preferable to control so that the temperature of the raw material monomer at the raw material inlet a in FIG. 2 is 100 to 140 ° C. and the temperature of the outlet b is 150 to 210 ° C. The temperature of the inlet c in the intermediate reaction tank is controlled to 150 to 210 ° C., and the temperature of the outlet d is controlled to 150 to 210 ° C. Furthermore, it is preferable to control the temperature at the inlet e of the final stage reaction tank to 150 to 210 ° C. and the temperature at the outlet f to 170 to 220 ° C.

図1に示す実施例においては、ラクチド供給装置1〜3、ラクチド溶融装置4〜6、触媒供給装置7〜9、重合開始剤供給装置10〜12、ラクチド供給装置13〜15、横型反応槽16、追加添加原料混合槽17、縦型反応槽18を備える。残存ラクチド除去装置19にはそれぞれ、窒素ガスで内部をパージするための窒素ガス供給配管、排気管61〜80が設置されている。これは酸素の存在による反応液の焼け焦げを防ぐためである。プロセスの運転は基本的に、プロセス内の全装置を窒素パージした後に開始されるのが望ましい。また、ラクチド供給装置1〜3、ラクチド溶融装置4〜6、触媒供給装置7〜9、重合開始剤供給装置10〜12、ラクチド供給装置13〜15、横型反応槽16、追加添加原料混合槽17、縦型反応槽18は大気圧程度の圧力で運転する。これは溶融ラクチドの揮発を低減するためである。   In the embodiment shown in FIG. 1, lactide supply devices 1 to 3, lactide melting devices 4 to 6, catalyst supply devices 7 to 9, polymerization initiator supply devices 10 to 12, lactide supply devices 13 to 15, and horizontal reaction tank 16. , An additional additive raw material mixing tank 17 and a vertical reaction tank 18 are provided. The residual lactide removing device 19 is provided with nitrogen gas supply pipes and exhaust pipes 61 to 80 for purging the inside with nitrogen gas. This is to prevent scorching of the reaction solution due to the presence of oxygen. The operation of the process should basically be started after a nitrogen purge of all equipment in the process. Also, lactide supply devices 1 to 3, lactide melting devices 4 to 6, catalyst supply devices 7 to 9, polymerization initiator supply devices 10 to 12, lactide supply devices 13 to 15, horizontal reaction tank 16, and additional additive raw material mixing tank 17 The vertical reaction tank 18 is operated at a pressure of about atmospheric pressure. This is to reduce the volatilization of the molten lactide.

(実施例2)
実施例1で示した装置によってポリ乳酸を重合した。ラクチド溶融装置2〜4の温度を120℃に設定し、横型反応槽16に、触媒及び重合開始剤を分散した溶融ラクチド(分子量144)を120℃で供給した。横型反応槽16内において、反応液を平均温度160℃、滞留時間10時間に保持した。滞留時間の前半においては、反応槽外周部のジャケットからの熱伝導により加熱され、後半においては、重合に伴う反応熱に伴い重合物自身の温度が上昇したが、一部の反応熱は反応槽の内壁を介して熱伝導により除去された。横型反応槽から排出されたポリ乳酸は、重合反応度(転化率)が30%(重合反応度=1−残存ラクチド濃度/初期ラクチド濃度として算出)、重量平均分子量7万、粘度100Pa・s程度であった。
(Example 2)
Polylactic acid was polymerized by the apparatus shown in Example 1. The temperature of the lactide melting devices 2 to 4 was set to 120 ° C., and molten lactide (molecular weight 144) in which the catalyst and the polymerization initiator were dispersed was supplied to the horizontal reaction tank 16 at 120 ° C. In the horizontal reaction tank 16, the reaction solution was maintained at an average temperature of 160 ° C. and a residence time of 10 hours. In the first half of the residence time, it is heated by heat conduction from the jacket on the outer periphery of the reaction vessel, and in the second half, the temperature of the polymer itself increases with the reaction heat accompanying the polymerization, but some reaction heat is It was removed by heat conduction through the inner wall. The polylactic acid discharged from the horizontal reaction tank has a polymerization reactivity (conversion) of 30% (polymerization reactivity = 1-calculated as residual lactide concentration / initial lactide concentration), a weight average molecular weight of 70,000, and a viscosity of about 100 Pa · s. Met.

この重合物を、次に追加添加原料混合槽17に供給した。追加添加原料混合槽17において、重合物は平均温度190℃、滞留時間2時間に保持し、その間、2箇所から100℃の溶融原料の追加添加を行った。追加添加量はプレポリマー流量の50%であった。滞留時間の間、重合に伴う反応熱に伴い重合物自身の温度が上昇したが、一部の反応熱は追加添加モノマーの温度上昇により吸収され、また、反応槽の内壁を通して熱伝導により除去された。なお、重合反応の進展に伴い、単位体積当たりの発熱率は低下するため、発熱率が熱伝導による熱の除去率を上回る間は重合物自身の温度は上昇するが、下回るようになると重合物自身の温度は低下する。追加添加原料混合槽17から排出されるポリ乳酸は、重合反応度で60%、重量平均分子量14万、粘度1000Pa・s程度であった。   This polymer was then supplied to the additional additive raw material mixing tank 17. In the additional addition raw material mixing tank 17, the polymer was maintained at an average temperature of 190 ° C. and a residence time of 2 hours, and during that time, additional addition of the molten raw material at 100 ° C. was performed from two locations. The additional addition amount was 50% of the prepolymer flow rate. During the residence time, the temperature of the polymer itself increased with the heat of reaction accompanying the polymerization, but part of the heat of reaction was absorbed by the temperature increase of the additional added monomer, and was removed by heat conduction through the inner wall of the reaction vessel. It was. As the polymerization reaction progresses, the heat generation rate per unit volume decreases, so while the heat generation rate exceeds the heat removal rate by heat conduction, the temperature of the polymer itself rises, but when it becomes lower, the polymer product Its temperature drops. The polylactic acid discharged from the additional additive raw material mixing tank 17 had a polymerization reactivity of 60%, a weight average molecular weight of 140,000, and a viscosity of about 1000 Pa · s.

この重合物を、次に縦型反応槽18に供給した。縦型反応槽18において、重合物は平均温度190℃、滞留時間3時間に保持した。滞留時間の間、重合に伴う反応熱に伴い重合物自身の温度が上昇したが、一部の反応熱は反応槽の内壁を通して熱伝導により除去された。なお、重合反応の進展に伴い、単位体積当たりの発熱率は低下するため、発熱率が熱伝導による熱の除去率を上回る間は重合物自身の温度は上昇するが、下回るようになると重合物自身の温度は低下する。縦型反応槽18から排出されるポリ乳酸は、重合反応度で85%、重量平均分子量20万、粘度2500Pa・s程度であった。   This polymer was then fed to the vertical reactor 18. In the vertical reaction vessel 18, the polymer was maintained at an average temperature of 190 ° C. and a residence time of 3 hours. During the residence time, the temperature of the polymer itself increased with the reaction heat accompanying the polymerization, but a part of the reaction heat was removed by heat conduction through the inner wall of the reaction vessel. As the polymerization reaction progresses, the heat generation rate per unit volume decreases, so while the heat generation rate exceeds the heat removal rate by heat conduction, the temperature of the polymer itself rises, but when it becomes lower, the polymer product Its temperature drops. The polylactic acid discharged from the vertical reaction tank 18 had a polymerization reactivity of 85%, a weight average molecular weight of 200,000, and a viscosity of about 2500 Pa · s.

得られたポリ乳酸の色相(b)を色彩色度計で測定したところ、b=4であった。以上
から、本発明の方法により、b=4以下の着色が少なく高品質のポリ乳酸が得られること
が明らかとなった。
When the hue (b) of the obtained polylactic acid was measured with a chromaticity meter, b = 4. From the above, it has been clarified that the method of the present invention yields high-quality polylactic acid with little b = 4 or less coloring.

本発明のポリ乳酸の重合方法の一実施例を示す線図である。It is a diagram which shows one Example of the polymerization method of the polylactic acid of this invention. 本発明で用いられる堰を有する横型反応槽を示す図側面断面略である。It is a figure side surface cross-section figure which shows the horizontal type | mold reaction tank which has a weir used by this invention. 本発明で用いられる2軸撹拌装置を有する中間反応槽を示す断面図で、(a)は上面平面断面図、(b)はその側面断面図、(c)は正面断面図である。It is sectional drawing which shows the intermediate reaction tank which has a biaxial stirring apparatus used by this invention, (a) is an upper surface top sectional view, (b) is the side surface sectional view, (c) is a front sectional drawing. 本発明で用いられる内壁面に凹凸を有する形状の伝熱面及び2軸撹拌装置を有する縦型反応槽を示す断面図で、(a)は側面断面図、(b)は上面平面断面図である。It is sectional drawing which shows the vertical reaction tank which has the heat-transfer surface of a shape which has an unevenness | corrugation in the inner wall surface used by this invention, and a biaxial stirring apparatus, (a) is side surface sectional drawing, (b) is upper surface top sectional drawing. is there.

符号の説明Explanation of symbols

1〜3…ラクチド供給装置、4〜6…ラクチド溶融装置、7〜9…触媒供給装置、10〜12…重合開始剤供給装置、13〜15…ラクチド供給装置、16…横型反応槽、17…追加添加原料混合槽、18…縦型反応槽、19…残存ラクチド除去装置、20〜35…送液ポンプ、36〜51…バルブ、52…貫通孔、53…堰、54…堰間の領域、55、58、59…液面計、56…攪拌翼、57…回転軸、60…凹凸状伝熱面、61〜80…窒素ガス流通バルブ、81…真空ポンプ、83…回転軸、84…攪拌翼。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-3 ... Lactide supply apparatus, 4-6 ... Lactide melting apparatus, 7-9 ... Catalyst supply apparatus, 10-12 ... Polymerization initiator supply apparatus, 13-15 ... Lactide supply apparatus, 16 ... Horizontal reaction tank, 17 ... Additional addition raw material mixing tank, 18 ... vertical reaction tank, 19 ... residual lactide removal device, 20-35 ... liquid feed pump, 36-51 ... valve, 52 ... through hole, 53 ... weir, 54 ... area between weirs, 55, 58, 59 ... liquid level gauge, 56 ... stirring blade, 57 ... rotating shaft, 60 ... uneven heat transfer surface, 61-80 ... nitrogen gas flow valve, 81 ... vacuum pump, 83 ... rotating shaft, 84 ... stirring Wings.

Claims (14)

ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料として、これを開環重合することによりポリマーを製造する方法において、前記ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を少なくとも3段階に分割して複数の反応槽を用いて開環重合反応を行って連続的にポリマーを製造する方法であって、第1段階と最終段階の反応槽を除く、他の中間段階の反応槽の中間重合物に対し、前記原料の溶融物を添加し、攪拌・混合を行いながら重合反応を進めることを特徴とするポリマー重合方法。 In a method for producing a polymer by ring-opening polymerization of a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material, the cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid is divided into at least three stages and opened using a plurality of reaction vessels. A method of continuously producing a polymer by carrying out a ring polymerization reaction, wherein the melt of the raw material is added to the intermediate polymer in the reaction vessel in the other intermediate stage excluding the reaction vessel in the first stage and the final stage. A polymer polymerization method characterized in that the polymerization reaction is carried out while adding, stirring and mixing. 添加する原料溶融物は、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保たれていることを特徴とする請求項1に記載のポリマー重合方法。 2. The polymer polymerization method according to claim 1, wherein the raw material melt to be added is kept at a temperature higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the added intermediate polymer. ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料とするポリマー重合装置であって、該重合装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽と、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽内の中間重合物に、上記原料の溶融物を添加する手段とを備え、上記中間反応槽は、攪拌装置を備えることを特徴とするポリマー重合装置。 A polymer polymerization apparatus using a cyclic condensate of hydroxycarboxylic acid as a raw material, the polymerization apparatus excluding three or more reaction tanks connected in series and reaction tanks in the first and last stages Means for adding a melt of the raw material to an intermediate polymer in one or more intermediate reaction tanks, and the intermediate reaction tank includes a stirrer. 第1段目の反応装置は、その回転軸が水平面に対して−5°〜+5°になるように設置された攪拌装置を有することを特徴とする請求項3に記載のポリマー重合装置。 4. The polymer polymerization apparatus according to claim 3, wherein the first-stage reaction apparatus has a stirring apparatus installed so that a rotation axis thereof is −5 ° to + 5 ° with respect to a horizontal plane . 最終段の反応装置は、その回転軸と水平面との成す角度が85°〜95°になるように設置された攪拌装置を有することを特徴とする請求項3または4に記載のポリマー重合装置。 5. The polymer polymerization apparatus according to claim 3, wherein the final-stage reaction apparatus has a stirrer installed so that an angle formed between the rotation axis and a horizontal plane is 85 ° to 95 ° . 添加する原料溶融物の温度を、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保つ手段を有することを特徴とする請求項3ないし5のいずれかに記載のポリマー重合装置。 6. The polymer according to claim 3, further comprising means for maintaining the temperature of the raw material melt to be added at a temperature higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the intermediate polymer to be added. Polymerization equipment. ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物を原料とするポリマー重合装置であって、該重合装置は、直列的に接続された3個以上の反応槽と、ヒドロキシカルボン酸の環状縮合物の溶融物を該反応槽に供給する手段と、その第1段目及び最終段の反応槽を除く1個以上の中間反応槽内の中間重合物に、上記原料を添加する手段とを備え、上記中間反応槽は、攪拌装置を備え、最終段の反応槽を除く反応槽は水平面に対して−5°〜+5°の攪拌回転軸を有する横型反応槽であり、最終段の反応槽は水平面との成す角度が85°〜95°の攪拌回転軸を有する縦型反応槽であることを特徴とするポリマー重合装置。 A polymer polymerization apparatus using a hydroxycarboxylic acid cyclic condensate as a raw material, wherein the polymerization apparatus comprises three or more reaction vessels connected in series, and a reaction product of a hydroxycarboxylic acid cyclic condensate melt. Means for supplying to the tank, and means for adding the raw material to an intermediate polymer in one or more intermediate reaction tanks excluding the first and final stage reaction tanks, The reaction tank provided with a stirrer and excluding the final reaction tank is a horizontal reaction tank having a stirring rotation axis of −5 ° to + 5 ° with respect to the horizontal plane , and the final reaction tank has an angle of 85 with the horizontal plane. A polymer polymerization apparatus, characterized in that it is a vertical reaction tank having a stirring rotation axis of from 0 to 95 ° . 添加する原料溶融物の温度を、原料の融点よりも高く、添加される中間重合物の温度よりも低い温度に保つ手段を有することを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 8. The polymer polymerization apparatus according to claim 7, further comprising means for keeping the temperature of the raw material melt to be added at a temperature higher than the melting point of the raw material and lower than the temperature of the added intermediate polymer. 上記中間反応槽の攪拌装置は二軸型である請求項7に記載のポリマー重合装置。 The polymer polymerization apparatus according to claim 7, wherein the stirring apparatus of the intermediate reaction tank is a biaxial type. 上記中間反応槽の攪拌装置の攪拌翼間の間隔は、その前段の横型反応装置の攪拌装置の攪拌翼の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 8. The polymer polymerization apparatus according to claim 7, wherein the interval between the stirring blades of the stirring device of the intermediate reaction tank is narrower than the spacing of the stirring blades of the stirring device of the horizontal reactor in the preceding stage. 上記縦型反応槽の内壁面は少なくとも縦方向に非平滑であることを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 The polymer polymerization apparatus according to claim 7, wherein the inner wall surface of the vertical reaction vessel is non-smooth at least in the vertical direction. 上記縦型反応槽の攪拌装置は二軸型であることを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 The polymer polymerization apparatus according to claim 7, wherein the stirring device of the vertical reaction tank is a biaxial type. 上記中間反応槽の前段の横型反応装置はその長さ方向に適宜間隔を以って配置された複数の堰を有し、かつ堰の下部に貫通孔を有することを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 The horizontal reactor in the preceding stage of the intermediate reaction tank has a plurality of weirs arranged at appropriate intervals in the length direction, and has a through hole in the lower part of the weir. The polymer polymerization apparatus as described. 上記中間反応槽はそれぞれ液面計を備えることを特徴とする請求項7に記載のポリマー重合装置。 The polymer polymerization apparatus according to claim 7, wherein each of the intermediate reaction tanks is provided with a liquid level gauge.
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