JPH02175703A - ポリマー溶液の揮発分除去法およびその装置 - Google Patents
ポリマー溶液の揮発分除去法およびその装置Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
よびそのための装置に関する。
的加熱により揮発性成分を除去する方法およびそのため
の装置に関する。
は、極めて多くのポリマーの製造においてしばしば行わ
れる操作である。特に、エチレン性不飽和モノマーの塊
状重合または溶液重ごおよび重縮合による重合では、ポ
リマーを含む溶液からの残留モノマー、溶媒および他の
揮発性物質の除去が必要な操作である。
にはポリマー溶液を揮発性成分の沸点より高い温度に加
熱することから成る蒸発によって行われる。この目的に
用いられる方法および装置は、ポリマー溶液の粘度との
関連で分類することかできる。ポリマー溶液か流体、す
なわち粘度か101′センチポアズより低い場合には、
薄層蒸発装置を用いて、溶液を蒸発装置の内部表面に沿
って流動させながら加熱することができる。
の璧に沿って拡布および移動させるものである。
る場合には、容量が大きい装置であって、多量のエネル
ギーを必要とするため操作経費か極めて高い装置を用い
なければ、揮発性成分を極めて高度に除去することはで
きない。
なりの剪断力が加えられ、その物性が劣化することがあ
る。
より大きい溶液では、通気押出機を用いて揮発分除去を
行うことができる。1.かしなから、この押出機では作
業経費が高くしかも出発経費か高い。更に、この装置を
用いると、ポリマー溶液の熱分解を完全には回避するこ
とはできない。
高粘性による散逸(dissipation)および/
または長い滞留時間によって起こるためである。
ることによって様々な試みを行ったが、満足すべき結果
は得られず、処理時の温度を上げると、材料が熱分解を
起こし易くなり、温度を低下させると流体の粘度が増加
して、機械的分解を起こし易くなる。
、ポリマー・エンジニアリング・アンド拳サイエンス(
Polymer Engineering and 5
cienee)1978年8月、18巻、10号、81
2〜816頁に記載されているように、処理室での滞留
時間、粘性散逸および処理温度によって変わる。
び装置も知られている。この方法はポリマーの粘度に影
響されないことも多いが、欠点並びに制限がないものと
はいえない。
く、主としてポリマーが例えばポリスチレンまたはその
コポリマーまたは混合物のような熱に対する感受性が極
めて高い場合には、好ましくないポリマーの分解が起こ
る。このような分解には、変色および/またはポリマー
の物理化学的特性、例えば靭性の劣化が挙げられる。こ
のような欠点を克服するため、溶液を中程度の温度に付
し、間接的加熱ゾーンでの滞留時間を延長することが提
案された。これが可能な場合でも、熱交換ゾーン中の流
速が小さいために生産性か低いこと、または極めて大型
で極めて費用のかかる装置を用いねばならないという欠
点がある。
工性性材料溶融物を管状熱交換体中で緩やかに加熱する
ことにより揮発性成分を除去する方法およびそのための
装置か記載されている。この方法は、大きな間接的熱交
換ゾーンを必要とし、そのため出発経費および操業経費
かかさむものとなる。
25重量%のポリマーを含むポリマー溶液から揮発性成
分を除去する方法であって、 (a)実質的に均一な表面/容積の比率が4から50の
範囲であり、高さが約0.05から0.5インチであり
、長さが約0.5から12インチである複数の流路を有
して成る間接的熱交換ゾーンにポリマー溶液を通し、ポ
リマー溶液を揮発性成分の揮定温度より高い温度で且つ
溶液中のポリマーの沸点より低い温度で加圧下にて加熱
し、 (b)ポリマー溶液か間接的熱交換ゾーンから出てきた
後ポリマー溶液の揮発性成分の少な(とも25%を蒸発
させ、 (e)揮発分を除去したポリマーの溶液から蒸発した揮
発性成分を分離する、ことからなる方法か記載されてい
る。
0℃である。
暴露時間が低下するので、ポリマーの熱分解か回避され
るが、溶液から揮発性成分を完全に除去することは出来
す、それ故2回以上のr・1(発句除去工程を必要とす
るので完全に満足すべきものではない。
びチャールズ・エフ・オールダーショ−(char・1
esr’01dershaw)のアナリシス・アンド・
デザイン・フォー・ビスカス・フロー・クーラー・ヒー
I・・トランスファー・エンジニアリング(Analy
sis andDesign I’or Viscou
s Flow Cooler 1leat Tran8
ferEngineering) 、5巻、l−2−1
984号に報告されているように、熱交換体の壁とポリ
マー溶液との間の温度差が大きいため、下行に配置され
たそれぞれの流路中の溶液の分布か不完全であり、その
結果温度分布が不均一になり且つそれぞれの流路のポリ
マーの処理が不均一になる。
ポリマー溶液から揮発性成分をほぼ完全に除去すること
ができる方法および装置を提供することである。
低下させることなくポリマー溶液から揮発性成分をほぼ
完全に除去するための更に効率的な方法および装置を提
供することである。
ー溶液の温度の温度差を10℃より小さくし、月つ流路
の入り口における揮発分除去ゾーンてのポリマー溶液の
圧が2〜5・105パスカルとなるような条件下で揮発
分除去工程を行うことによって、前記の目的を達成する
ことができることを見出した。
より高く且つ溶液の沸点までの温度に加熱された複数の
流路を有して成る間接的熱交換ゾーンにポリマー溶液を
供給し、イで表わした熱交換の全表面と洸/時で表わし
た供給されるポリマー溶液の時間当たりの流量との比率
を80rrrl rd/時より大きくし、 (13)ポリマー溶液をそれぞれの流路へ0.5闘/秒
より小さい速度で移動させ、 (e)ポリマー溶液をそれぞれの流路に120〜200
秒間保持して、前記のポリマー溶液から揮発性成分の少
なくとも90%を蒸発させ、(d)揮発分を除去したポ
リマー溶液から91・発性成分を分離することを特徴と
する、ポリマー溶/rlの揮発分除去法である。
性成分の排出パイプと、揮発分が除去されたポリマー溶
液の出口バイブと、内部に固定された熱交換体とを備え
る容器を有して成る装置を用いることによって好都合に
行うことができることも見出された。
イブに接続された中央ゾーンと、中央ゾーンを取り巻き
且つポリマー溶液が到達するこの中央ゾーンから熱交換
体の周縁部に伸びている複数の流路と、前記の流路に垂
直な複数のパイプであってポリマー溶液の揮発性成分の
揮発温度より高い温度の流動性加熱媒体を流入させるパ
イプとを存している。
表面を形成し、ばて表わされる表面とd/時で表わされ
る供給ポリマー溶〆(kの流量との比率が80より高く
、それぞれの流路内てのポリマー溶液の滞留時間が12
0゛から200秒間であり、「Lつそれぞれの流路中の
流速が0.5mm/秒より低くなるように設計されてい
る。
発性成分の蒸発温度より高い温度に保持される。
たポリマーを取り出すようにしている。
できる。これらのポリマー溶液は、−船釣には溶融状態
での粘度が10.000センチポアズより大きく、好ま
しくは100,000から1.000,000センチポ
アズである。
ー、エラストマーおよび高分子量の潤滑剤等のポリマー
の揮発分の除去に用いることかできる。
う用語は、熱および圧によって可塑性になり且つ流動す
るポリマーを包含する。このような熱可塑性ポリマーの
例としては、ポリスチレン、耐衝撃性ポリスチレン、ポ
リフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリビニル
クロリド、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリア
ミド、ポリエステル、ポリアクリレートおよびポリメタ
クリレート、線状ポリエチレン、これらのコポリマー例
えば、スチレン−アクリロニトリル(ASAまたは5A
N) 、スチレン−メチルメタクリレート、スチレン−
無水マレイン酸、ABSまたはAESのようなスチレン
−アクリロニトリル−ゴム、スチレン−メチルメタクリ
レート−ゴムなど、およびこれらのポリマーやコポリマ
ーの混合物、例えばポリフェニルエーテル−ポリスチレ
ンなどが挙げられる。
のポリマーとの混合物を少なくとも25重量%、好まし
くは40重量%含む粘性の高いポリマー溶液が、本発明
の方法に特に好ましい。
よびR2は、メチル、エチル、プロピル、ビニル、アリ
ル、シクロヘキシル、シクロペンチル、フェニル、メチ
ル−フェニルなとの1価の基であり、nは100より大
きな整数である)に対応するポリマーが挙げられる。
プレン、ブチレンゴム、ポリイソブチレン、エチレン−
プロピレンゴムおよびエチレンプロピレン−ジエン(E
PDM)ゴムのようtジエンゴム、並びにビニルエーテ
ル、環状エステル、メタクリル酸エステルおよびアクリ
ロニトリルなどのホモポリマーが挙げられる。
℃の炭化水素、例えばn−パラフィン、イソパラフィン
、シクロパラフィン等が挙げられる。
マーの合成プロセスから直接に得られるポリマー溶液で
あり、ポリマーの外に出発モノマー、あるいは、重合を
溶液中で行った場合にはモノマーと溶媒との混合物を含
む。更に、この溶lfkは、溶液中に溶解または分散し
たポリマーおよび/または添加剤および/または充填剤
を含んでもよい。
ーンを通過し、その際、通常は金属の熱伝達媒体を介し
て熱源によって加熱される。
流体からポリマー溶液へ移動させることによって加熱す
る。
好ましくは溶液中でのポリマーのガラス転位温度(T
)より高い温度に加熱する。上限の温度は、ポリマー
溶液の沸点である。ポリマー溶液の温度を、ポリマーの
ガラス転位温度(T )より少なくとも50@高い温
度に保持することが好ましい。一般的には100〜40
0℃、好ましくは150〜350℃の範囲の揮発分除去
温度が用いられるが、300℃より高い温度では、ポリ
マーが分解する可能性がある。ポリスチレンまたはポリ
スチレンを含む混合物の場合には、利用可能な温度範囲
は160〜300℃、好ましくはigo〜280℃であ
る。
路の人口では2から5・10”パスカルの範囲の圧に保
持し、流路から出口では揮発性成分の飽和圧より低い圧
に保持する。
〜200秒であり、揮発性成分の少なくとも90%がこ
のゾーンで除去される。滞留時間が200秒を越えると
、望ましくないポリマーの分解か起こるので好ましくな
い。
発性成分を実質的に完全に除去するには、(m2で表わ
した)交換体の表面/(d/時で表わした)ポリマー溶
液の流量の比率を80から最大150までの値、好まし
くは100から110の範囲の値に保持する。
得ることができるもう一つのパラメーターは、間接的加
熱ゾーンでの溶液の流速である。
には0.5mm/秒より低い速度で、好ましくは0.3
から0.4 mm/秒の速度で流す。
長さが好ましくは50から150 mmであり、高さが
1から3mmでありミ幅が10から30mmであるもの
を有している。
リマー溶液を規則的且つ均一に流すことができる。
を完全に除去するためには、加熱媒体の温度と流路出口
のポリマー溶液の温度との差が10℃を超過しない値に
保持する。透熱性油、電機抵抗体などのような加熱媒体
を用いて、流路の表面を加熱することができる。
出口では、ポリマー溶液は揮発性成分をほとんど含まな
い。
部で既に完了し、流路の出口からは揮発性成分を実質的
に含まないポリマー溶液が出てくる。
じ容器の最上部から収集される。
プなどの適当な手段によって除去することができる。
類の熱交換体装置を例示するものである。
、上部にポリマー/i(液の導入パイプ1と、側部に揮
発性成分の排出パイプ3と、下部に揮発分を除去したポ
リマー溶液の排出導管2とを備えた二重壁またはライニ
ングを施した容器16を何している。
分を除去すべきポリマー溶液を受容するための中央室2
1を有して成る熱交換体が固定されている。前記の中央
室21の周りには、中央室21から熱交換体まで伸びて
いる一連の流路14か配置されている。流路の数は広汎
に変化させることができ、−船釣には1,000から1
00.000の範囲である。流路14は長方形の断面を
有し、長さが50から150 mmであり、高さか1か
ら3mmであり、幅が10から30龍である。
って境界を定められている。
通って流路14にポリマー溶液を供給するようになって
いる。ポリマー溶液を良好に細分してこれを流路14に
均一に送るために、室21の中央にスペーサ10を配置
している。スペーサ10は円筒形、円錐形または円錐台
形を有することができる。
熱交換の表面を加熱する手段を9している。前記の加熱
手段は第一の系列のペイプ13てあって、熱交換体の周
縁部に配置され、その中を加熱流体、例えば環状室11
を通る導管4から出てくる透熱オイルが流れるようにな
っている。第二の系列のパイプ13′ は交換体の内部
に配置され、これらのパイプは環状室17を介して下部
で第一のパイプと連通している。これらのパイプ13お
よび13′ は、プレート19に作られている開口部2
2および22′を通過し、ポリマー溶液の流れに垂直に
配置されている。
レート12および12’ によって支持されている。
11を介して加熱流体を供給するためのパイプ4に接続
されており、−谷内側に配置されたパイプ13′ は環
状室I5を介して加熱流体を排出するためのパイプ5に
接続されている。
イプ8から入ってきてパイプ9がら出て行く加熱流体に
よって所望な温度に保持される。
ら入ってきてパイプ7から出て行く加熱流体によって所
望な温度に保持される。
ペーサ20によって間隔を置いた複数のプレートI9の
孔22および22′中を通過する。パイプ13およびH
’のシールおよび抵抗を完全にするため、スペーサ20
にこれらのパイプ13および13′ を挿入するための
孔を設ける。こうして各種の重ね合ったプレート19中
に交換体の中心から周縁部へと伸びる流路14が生じ、
ポリマー溶液の流れの流路を表わす。
る別の態様が例示されている。この場合には、プレート
は、隣接する2列のパイプを通す孔を開けた、長方形ま
たは二等辺四辺形の1隻数のブロック23で置き換えら
れている。
二層では間隔を置きまたは交差させて配置して、重ねら
れたブロックの孔22が一致して、環状の平坦なプレー
トが熱交換体の周りに伸びて形成される。次の層は下層
に関して交差させて配置され、第6図および第7図に示
されるように、熱交換体の中心から周縁部に伸びる流路
14が形成される。
は溶接のような既知の技法によって製造することができ
る。加熱流体の導管に関するかぎり、プレートまたはブ
ロックとパイプを集合させ、次いでパイプの水力または
空気膨張によって全体を固定するのが好ましい。このよ
うにして、金属−金属が完全に接触される。
て行う。
供給して、中央室21へ送る。この室から溶液は流路1
4を通過してこれらの流路の末端に至り、容器16の内
部18へ入り、ギヤポンプ24によってこの容器の末端
で導管2から排出される。適当な温度の加熱流体を導管
4から供給して、環状室11、パイプ13、環状室17
およびパイプ13′ および室15を通過させ、導管5
から排出する。容器1Gは、導管8から入って導−9か
ら出て行く加熱流体を通過させることによって加熱する
。揮発性成分は、導管3から除去する。
あり、本発明を制限するためのものではない。
。交換体は、1700本の流路を有し、それぞれの流路
の幅は平均して16關であり、長さは55n+mてあり
、高さは1mであった。これらの流路は、次数の層に重
ねて、それぞれの層の間隔を置いた二等辺四辺形状のブ
ロックを用いて得た。
した。
容器の一端に設置して揮発分を除去したポリマー溶液を
収集した。
量%およびモノマースチレン40重量%を含むポリマ
ー溶液を、30リットル/時の流量で約120℃の温度
および約2・105パスカルの人口圧で揮発分除去装置
に供給した。
245℃であった。
10BIT1″/rd/時であった。
あった。滞留時間は約181秒間であった。
の通りであった。
玉量96)約50玉量%、エチルヘンセン20重量%、
モノマーのスチレン22 、5 il m !”6およ
びアクリロニトリル7.5重量%から成るポリマー溶液
を、実施例1の揮発分除去装置に約30リツトル/時の
流量で供給した。
ルであった。
、約230℃の温度に保持された透熱面を循環すること
によって加熱した。
での流速は、実施例1の値と同してあった。
の通りであった。
I、総揮発性成分: <[ioo ppm。
45重量%)約60重量%、エチルベンゼン20重量%
およびモノマー混合物のスチレン−メチルメタクリレー
ト(重量比55/45 ) 20重二〇6がら成るポリ
マー溶液を、実施例1の揮発分除去装置に約30リツト
ル/時の流量で供給した。入口での溶液の温度は約12
0℃であり、圧は約2・1o5パスカルであった。
、約230℃の温度に保持された過熱浦を循環すること
によって加熱した。
りであった。
m 。
重量%およびモノマーのメチルメタクリレート15重量
%から成るポリマー溶液を、実施例1の揮発分除去装置
に約30リツトル/時の流量で供給した。入口での溶液
の温度は約120℃であり、圧は4・[05パスカルで
あった。
し、約230℃の温度に保持された過熱浦を循環するこ
とによって加熱した。
。
)pm、総揮発性成分: <2000ppm。
量%)50ffi量%、シクロへキサノン20重量9゜
およびモノマーのスチレン30重量%から成るポリマー
溶液を、実施例1の揮発分除去装置に約30リツトル/
時の流量で供給した。入口での溶液の温度は約110℃
であり、圧は約2・10”パスカルであった。
、約230℃の温度に保持された透熱油を循環すること
によって加熱した。
5℃であった。
。
ェン(87,5−22,5−10重量%)約70重量%
、エチルベン上220重瓜%、モノマーのスチレンとア
クリロニトリルとの重量比75/ 25の混合物10重
量%から成るポリマー溶液を、実施例1の揮発分除去装
置に約30リツトル/時の流量で供給した。
ルであった。
し、約250℃の温度に保持された過熱浦を循環するこ
とによって加熱した。
5℃であった。
った。
。
ゼン約60重量%から成るポリマー溶液を、実施例1の
揮発分除去装置に約30リツトル/時の流量でで」札給
した。人口での溶液の温度は約120℃であり、圧は約
3・105パスカルであった。
し、約295℃の温度に保持された透熱浦を循環するこ
とによって加熱した。
0℃であった。
IIより低かった。
150重量%)約40重量%とトルエン60重二%とか
ら成るポリマー溶液を、実施例1の揮発分除去装置に約
30リツトル/時の流量て供給した。
05パスカルであった。
持し、約295℃の温度に保持された透熱面を循環する
ことによって加熱した。
5℃であった。
ppmより低かった。
シクロへキサノン35重量%とから成る溶液を、実施例
1の揮発分除去装置に約30リツトル/時の流量で供給
した。入口での溶液の温度は約170℃であり、圧は約
3・105パスカルであった。
し、約250℃の温度に保持された過熱面を循環するこ
とによって加熱した。
5℃であった。
低かった。
へキサノン35重量%とから成る溶液を、実施例1の揮
発分除去装置に約30リツトル/時の流量で供給した。
o” ;<スカルであった。
し、約250℃の温度に保持された過熱面を循環するこ
とによって加熱した。
5℃であった。
低かった。
面図であり、 第2図は、プレートの最上部から見た模式図であり、 第3図および第4図は、それぞれ第2図のプレートの模
式的透視図および側面図であり、第5図は、第二の種類
のプレートの最上部から見た図であり、 第6図および第7図は、それぞれ第5図のプレートの配
置の模式的透視図および側面図である。 1: 入口バイブ、 2: 出口導管、 出口バイブ、 5.8: パイプ、 スペーサ、 環状室、 12′: プレート、 13′: バイブ、 流路、 容器、 プレート、 スペーサ、 中央室、 22′: 開口、 ブロック。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、(a)互いに平行に配置され、揮発性成分の揮発温
度より高く且つ溶液の沸点までの温度に加熱された複数
の流路を有して成る間接的熱交換ゾーンにポリマー溶液
を供給し、その際m^2で表わした熱交換の全表面とm
^3/時で表わした供給されるポリマー溶液の時間当た
りの流量との比率を80m^2/m^3/時より大きく
し、 (b)ポリマー溶液をそれぞれの流路へ0.5mm/秒
より小さい速度で移動させ、 (c)ポリマー溶液をそれぞれの流路に120〜200
秒間保持して、前記のポリマー溶液から揮発性成分の少
なくとも90%を蒸発させ、 (d)揮発分を除去したポリマー溶液から揮発性成分を
分離することを特徴とする、ポリマー溶液の揮発分除去
法。 2、ポリマー溶液が、その溶融状態での粘度が10,0
00センチポアズより高く、好ましくは100,000
から1,000,000センチポアズの範囲のものであ
る、請求項1に記載の方法。 3、ポリマーが熱可塑性ポリマー、シリコーンポリマー
、エラストマーおよび高分子量の潤滑剤から選択される
、請求項1または2に記載の方法。 4、熱可塑性ポリマーがポリスチレン、耐衝撃性ポリス
チレン、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、
ポリビニルクロリド、ポリウレタン、ポリエーテルイミ
ド、ポリアミド、ポリエステル、ポリアクリレートおよ
びポリメタクリレート、線状ポリエチレン、それらのコ
ポリマーおよび前記のポリマーおよびコポリマーの混合
物から選択される、請求項3に記載の方法。 5、熱可塑性ポリマーが、コポリマーであるスチレン−
アクリロニトリル、スチレン−メチルメタクリレート、
スチレン−無水マレイン酸およびスチレン−アクリロニ
トリルゴムから選択される、請求項3または4に記載の
方法。 6、ポリマーがポリフェニルエーテル−ポリスチレンの
混合物である、請求項3または4に記載の方法。 7、ポリマー溶液が、ポリスチレンまたはスチレンコポ
リマー単独、あるいは他のポリマーとの混合物を少なく
とも25重量%、好ましくは少なくとも40重量%含む
ものである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法
。 8、ポリマー溶液を、溶液中のポリマーのガラス転移温
度(T_g)より高くかつポリマー溶液の沸点までの温
度に加熱する、特許請求の範囲1〜7のいずれか1項に
記載の方法。 9、ポリマー溶液の温度が、ポリマーのガラス転移温度
(T_g)より少なくとも50℃高い、請求項8に記載
の方法。 10、ポリマー溶液の温度が100から400℃、好ま
しくは150から350℃の範囲である、請求項8また
は9に記載の方法。 11、加熱媒体の温度と流路から出て来るポリマー溶液
の温度との差が10℃より小さい、請求項1〜10のい
ずれか1項に記載の方法。 12、流路の入り口でのポリマー溶液の圧が2〜5・1
0^5パスカルの範囲である、請求項1〜11のいずれ
か1項に記載の方法。 13、ポリマー溶液の圧がそれぞれの流路から出口にお
いて揮発性成分の飽和圧より低い、請求項12に記載の
方法。 14、(m^2で表わした)交換体の表面/(m^3/
時で表わした)ポリマー溶液の流量の比率が80から1
50、好ましくは100から110である、請求項1〜
13のいずれか1項に記載の方法。 15、それぞれの流路内でのポリマー溶液の流速が0.
3〜0.4mm/秒である、請求項1〜14のいずれか
1項に記載の方法。 16、熱交換ゾーンが1,000から100,000の
流路を有し、それぞれの流路の長さが50から150m
mであり、高さが1から3mmであり、幅が10から3
0mmである、請求項1〜15のいずれか1項に記載の
方法。
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