JPH02209902A - 重合液用脱揮発装置およびこれを用いた重合液の脱揮発方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、スチレン系重合体等の熱可塑性樹脂の製造
設備の最終工程において重合液から未反応の単量体およ
び溶剤等の揮発物を連続的かつ効率的に除去する重合液
用脱揮発装置、およびこの装置を用いた重合液の脱揮発
方法に関する。

〔従来の技術〕

スチレンを単独で又は他の共重合性単量体と共に塊状重
合や溶液重合させる場合には、一般に単量体の約４０〜
９０重量％が重合した時点で重合反応を停止し、得られ
た重合液に残存する未反応単量体や、溶液重合の場合は
溶媒などの揮発物を、重合液から分離除去するのが通例
である。なかでも食器、容器等に用いるスチレン系重合
体は残留揮発分の特に低いものが要求されております。

この脱揮発操作を行なうに当っては、重合がさらに進行
しないよう留意すること、および重合液が長時間高温度
にさらされないよう留意して、低分子量重合体の生成や
ゴム成分を含む場合のゴム相の架橋による劣化等を防止
することが良質な重合体を得る上で重要である。

スチレン系重合液から揮発物を除去する装置は、通常、
揮発物の蒸発に要する熱量を与え、揮発物の蒸発後にな
おも重合体に適度な流動性を保持させるため重合液を加
熱する熱交換器と、重合液中に含まれる揮発物を蒸発さ
せる、真空装置に接続された脱揮発槽とにより構成され
る。良質の重合体を得るためには、高温下での重合体の
品質劣化を少なくするため、熱交換器と脱揮発槽との距
離を最短とし、かつ脱揮発槽中での重合液の単位体積あ
たりの表面積を大きくし、揮発物の蒸発量を大きくする
ことが望ましい。

熱交換器と真空脱揮発槽との距離を最短とする方法とし
て、特開昭５９−１６６５０６号公報、特開昭６１−２
２８０１２号公報では、重合工程から取り出された重合
液を加熱するための竪型多管式熱交換器を、脱揮発槽上
に設置し、熱交換器を通過した重合液が発泡しながら直
ちに脱揮発槽に流下する構造を提案している。ここでは
、水やアルコール等の発泡剤を重合液中に混合して脱揮
発効率の向上を計っている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、これらの方法では、重合液の蒸発表面積
が熱交換器のチューブの本数と径とにより制限されるた
め、脱揮発処理後の重合体中の残留揮発物量の低減に限
界があり、更に残留揮発物量を低減させようとして重合
液の温度を上げると低分子量体が生成し、品質が低下す
るという欠点がある。これを解決するため脱揮発を２段
又は３段で行う方法もあるが、効果は十分ではない。

本発明の目的は、大巾な設備投資やエネルギーの消費な
しに、重合体中の残留揮発物の濃度を３００ｐｐｔｏ以
下にできる、効率的な脱揮発装置とこれを用いた重合液
の脱揮発方法を開発することである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、この様な状況に鑑みて鋭意研究した結果
、重合液加熱用の熱交換器の下方に、真空ユニットに接
続された脱揮発槽を連結し、その間に分割器を設けた重
合液用脱揮発装置を用いると上記の様な欠点が解消され
ることを見い出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、重合液を加熱するための熱交換器
の下方に、真空装置に接続された脱揮発槽を連結し、さ
らに分割器を前記の熱交換器と脱揮発槽の間に設けたこ
とを特徴とする重合液用脱揮発装置、およびこの脱揮発
装置を用いることを特徴とする重合液の脱揮発方法を提
供するものである。

本発明で用いる熱交換器としては、重合液を加熱するも
のであればよく、特に限定されないが、なかでも竪型多
管式熱交換器が好ましい。また、未反応単量体、溶媒等
の揮発物の含有率が１重量％より大きい、なかでも特に
５重量％以上の場合、熱交換器としては、重合液の混合
と流れの偏りの防止のために、可動部分のない複数の混
合エレメントを各々の管内に画定させたものを用いると
好ましい。ただし、揮発物含有率が１重量％以下の重合
液の場合、管内での圧力上昇が大きくなるため、該混合
エレメントのないものが好ましい。

この複数の混合エレメントとしては、管内に流入した重
合液の流れの分割と、流れ方向又は分割方向の変化と、
分割された流れの合流とを繰り返すことにより重合液を
混合するものが挙げられ、例えばスルザー型管状混合器
、ケエックス型スタテイ・ツクミキサー等がある。

本発明で用いる分割器としては、重合液の流路を分割す
るものであって、分割に際して受ける圧力に耐え得るも
のであればよく、例えば多数のスリット状や円形等の開
口部を有する板状のものが挙げられる。開口部の形状は
、特に限定はなく、例えばスリー／　ト状、円形、三角
以上の多角形、星形、ひし形、アレイ状等が挙げられ、
なかでも重合液の上流側から下流側に行くにつれて断面
積が減少するものが好ましいが、加工コストと性能のバ
ランスを考えると、開口部の断面積の変化のないただの
円形の孔が好ましい。

分割部に設けられるスリット状、礼状等の開口部の大き
さと数と配置は、■分割器を通って分割された重合液の
単位時間当りの流量に対するその表面積が、熱交換器か
ら直接脱揮発槽中に押し出される場合の重合液の単位時
間当りの流量に対する表面積より十分に大きくなると共
に分割器に過度の圧力がかからない様にすることが必要
である。

また、各開口部を通過する重合液の流速に大きな相違が
生じない様にすると好ましい。例えば、熱交換器として
管の内径ａが１０〜５０ｍｌ１１の管を用いた竪型多管
式熱交換器と円形の開口部を有する分割器を用いる場合
、該円形の開口部の内径すは通常３　＜　ａ　／　ｂ　
＜　１０が成立する範囲で決定する。

具体的には管１本当り直径３〜５ｍｍの円形の開口部を
４〜１０個が好ましい。また開口部の配置としては、分
割器の中央部に開口部を設けない様にすると、各開口部
を通過する重合液の流速の均一化が容易に計れるので好
ましい。

分割器の取り付は方法としては、特に限定されないが、
例えば棒鋼、ガゼツトプレート、ボルト等を介して熱交
換器の管仮に取り付ける方法や熱交換器の管の出口の各
々に溶接等により直接取り付ける方法等が挙げられる。

なかでも、後者の取り付は方法は、熱交換器の管内を通
過して来た重合液を、合流させることなく、直接分割器
に導くため、分割器出口での重合液の流速の均一化が容
易で、しかも熱交換器内での重合液の混合状態を維持し
たままで重合液を分割し、脱揮発させることができ、脱
揮発効率の変動や低下が生じにくい点で好ましい。

また前者の取り付は方法は、熱交換器の管内を通過して
来た重合液を合流させた後、分割器に導くため、分割器
出口での重合液の流速の不均一化や熱交換器出口で合流
した時の圧力低下等による重合液混合状態の変化、例え
ば重合液からの発泡剤の一部分離等が、後者の方法に比
べて生じ易い。

これを防止するためには、管板と分散器の距離を短くし
て、例えば４０ｍｍ以下にして、管板と分散器とで作る
容積が熱交換器の全容積に対して１０％以下となる様に
すると好ましい。

本発明で用いる脱揮発槽は、熱交換器の下方に連結され
ており、かつこの脱揮発槽の内部を真空ないし減圧下に
保持するための、真空ポンプ等からなる真空装置に接続
されているものが挙げられ、例えばスチレン系樹脂の製
造装置で従来用いられているものが使用できる。真空装
置としては、脱揮発槽内の圧力をｌθ〜１００＋＋ｖ＋
ｌ１ｇに保持できるものを通常用いる。

本発明の装置は、熱交換器と脱揮発槽の間に分割器が設
けられているため、熱交換器から流下して来た重合液は
分割器を通過することにより、例えばフィルム状や板状
や細い柱状等の様な表面積が大きく、脱揮発に好適な形
状に変形された状態で脱揮発槽に直接供給され、次いで
発泡することになり、脱揮発効率が著しく向上する。ま
た脱揮発槽内に保温管を設けた場合には、脱揮発槽内に
供給された重合液が保温管によって一時的に受は止めら
れると共に加熱された後、落下するため更に脱揮発効率
を向上させることができ、好ましい。

本発明の重合液用脱揮発装置は、未反応の単量体、溶剤
等の揮発物を含む熱可塑性樹脂の重合液の脱揮発に用い
るが、ゴム変性された、又はされないスチレン系重合体
の重合液の脱揮発に用いると好ましく、なかでも重合転
化率が８０〜９５重量％と、比較的高くなるまで重合し
て得られた、ゴム変性された、又はされないスチレン系
重合体の重合液の脱揮発に用いると、低分子量重合体の
生成しにくい状態で効率的な脱揮発が可能となり、特に
好ましい。

本発明の脱揮発方法により脱揮発を行うには、従来の重
合液用脱揮発装置の代わりに本発明の重合液用脱揮発装
置を適宜用いればよい。例えば■重合転化率４０〜９０
重量％の重合液を、従来の重合液用脱揮発装置を１段又
は２段で用いて、揮発物濃度が１重量％以下となるまで
脱揮発し、次いで、必要ならば水やアルコール等の発泡
剤を加えて混合した後、本発明の重合液用脱揮発装置を
用いて、例えば温度２００〜２７０℃、脱揮発槽内の圧
力ｌＯ〜３０ｗ＋ｍＨｇの条件で重合液の脱揮発を行う
方法、■重合転化率が８０〜９５重景％の重量液を、本
発明の重合液用脱揮発装置、好ましくは可動部分のない
複数の混合エレメントを各々の管内に固定した熱交換器
を有する重合液用脱揮発装置を１段又は２段で用いて、
温度２００〜２５０℃、圧力１０〜１００＋＋ｕｎＨｇ
の条件で揮発物濃度が１重量％以下、好ましくは０．２
〜０．５重量％となるまで脱揮発させ、次いで必要なら
ば水やアルコール等の発泡剤を加えて混合した後、上記
■の方法と同様にして脱揮発を行う方法等が挙げられる
。水やアルコール等の発泡剤を混合する装置としては、
特に限定されないが、例えば内部に可動部分のない複数
の混合エレメントが固定された構造の管状混合器、例え
ばスルザー型管状混合器、ケエックス型スタティックミ
キサー等が好ましい。尚、発泡剤の添加量は、重合体固
型分１００重量部に対して通常０〜５重量部、好ましく
は０、５〜３重量部である。

〔実施例〕

以下に図面を示して本発明の重合液用脱揮発装置を具体
的に説明する。

第１図は本発明に係る重合液用脱揮発装置の一例を示す
縦断面図である。この装置は、重合工程から供給された
重合液が導管（１）から供給される竪型多管式熱交換器
（２）の下方には脱揮発槽（３）が連結されており、さ
らにこの竪型多管式熱交換器（２）の下側の管板（４）
の下部には分割器（５）が取り付けられている。また脱
揮発槽（３）は、その内部を真空ないし減圧下に保持す
るための真空装置（６）に接続されており、さらにこの
脱揮発槽（３）の略中間部分には熱媒の流通が可能な複
数本の保温管（７）が水平に設置されている。次いで脱
揮発槽（３）の下には揮発性物質の分離された重合物を
導管（９）に取り出すだめのギヤポンプ（８）が連結さ
れている。尚、竪型多管式熱交換器（２）中の管（ｌＯ
）の中には、それぞれ可動部分のない混合エレメント（
図示せず）が固定されていてもよい。

第２〜５図は分割器（５）の取り付は部分の具体例を示
す部分拡大縦断面図である。

第２図は多数の開口部（１１）を有する分割器（５）を
ステー（Ｉ２）を介して取り付けた例であり、ステー（
１２）の一端は熱交換器（２）の管板（４）に、また他
方の端は分割器（５）にそれぞれ溶接固定されており、
分割器（５）の外周部と管板（４）の間には側板（１３
）が溶接固定されているものを示す（ただし、溶接部分
は図示せず。以下同様）。

第３図は管板（４）に溶接固定させたステーボルト（１
４）を使用し、側板（１３）を有する分割器（５）をナ
ンド（１５）により取り付けたものを示す。

第４図は熱交換器（２）の管（１ｏ）の出口に分割器（
５）を直接溶接固定したものを示す。

第５図は熱交換器（２）の管（１０）の出口部分にネジ
フィッティング（１６）を溶接固定し、これにネジ加工
した側板を有する分割器（５）を取り付けたものを示す
。

なかでも第３図および第５図で示したものは分割器（５
）の取りはずし、交換が容易な点で好ましい。

第６〜８図は、熱交換器（２）の管（ｌＯ）の出口部分
に取り付ける分割器（５）の開口部（１１）の配置の具
体例を示す平面図である。配置としては、重合液の流速
の最も速い管中央部に開口部のない第７図および第８図
の様な配置が、重合液の流速を均一化する上で好ましい
。

第９〜１３図は、熱交換器（２）の管（１０）の出口部
分に取り付ける分割器（５）の開口部（１１）の形状（
ただし、円形以外）と配置の具体例を示す平面図である
。第９図はスリット状の開口部、第１０図は三角形の開
口部、第１１図は星形の開口部、第１２図はひし形の開
口部、第１３図はアレイ状の開口部をそれぞれ有するも
のである。

以下に、保温管（７）がなく、かつ第４図と同様の分割
器（４）を有する以外は第１図と同様の本発明の重合液
用脱揮発装置（Ａ）、保温管（７）がなく、かつ第２図
と同様に分割器（４）を取り付けた以外は第１図と同様
の本発明の重合液用揮発装置（Ｂ）、又は分割器（５）
と保温管（７）とがない以外は第１図と同様の比較対照
用の重合液用脱揮発装置（Ｃ）をそれぞれ用いた試験を
行ったのでその結果を示す。

スチレン９５重量％とトルエン５重量％とからなる原料
を重合転化率が８５重重景まで重合させた後、熱交換器
として各管内に可動部分のない複数の混合エレメントが
固定されているものを用いた以外は装Ｗ（Ａ）と同様の
装置（Ｂ）を用いて揮発物濃度が２７００ｐｐｍの重合
液を得た後、これに重合液に対して水を２重量％加え、
可動部分のない混合エレメントが内部に固定されている
混合器（スルーザーミキサーＳＭＸ）で混合したものを
、上記装置（Ａ）、（Ｂ）又は（Ｃ）に毎時３０００１
移送し、管内径２０ｆｆｌＩ１１の熱交換器（２）で２
３０℃に昇温させた後、装置（Ａ）、（Ｂ）ではそれぞ
れ直径３ｍｍの開口部を熱交換器の管１本当り６個有す
る分割器を通し、装置（Ｃ）では分割器を通さずに、脱
揮発槽内の圧力を２０ｍｍＨｇに保ちながら揮発物を除
去した後、ギヤポンプより送り出し、脱揮発されたポリ
スチレンを得た。

本発明の装置（Ａ）を用いて得られたポリスチレンの残
留揮発物濃度は１７７ｐｐｍ、又装置（Ｂ）を用いて得
られたポリスチレンの残留揮発物濃度は２３３ｐｐｍで
あり、比較対照用の装置（Ｃ）を用いて得られたポリス
チレンの残留揮発物濃度は３９４ｐｐｍであった。

〔発明の効果〕

本発明の重合液用脱揮発装置を用いた脱揮発方法によれ
ば、揮発物を含有する重合液が熱交換器による加熱の後
、分割器により、直ちにフィルム状や板状や細い柱状等
の表面積が大きく、脱揮発に好適な形状に分割されて真
空脱揮発槽内に供給され、次いで発泡するので、重合体
の劣化を招くことなく、効率的な脱揮発を行うことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る重合液用脱揮発装置の一例を示す
縦断面図、第２〜５図は分割器の取り付は部分の具体例
を示す部分拡大縦断面図、第６〜８図は分割器の開口部
の配置の具体例を示す平面図、第９〜１３図は分割器の
開口部の形状と配置の具体例を示す平面図である。 １：導管、２：竪型多管式熱交換器、３：脱揮発槽、４
：管板、５：分割器、６：真空装置、７：保温管、８：
ギヤポンプ、９：導管、１０：管、１１：開口部、１２
ニスチー　１３：側板、１４ニスチーボルト、１５：ナ
ツト、１６：ネジフィンティング。 代理人　弁理士　　　高　橋　勝　利 第１ 図 第 第 図 図 第 図 第１２ 図 第１３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重合液を加熱するための熱交換器の下方に、真空装
   置に接続された脱揮発槽を連結し、さらに分割器を前記
   の熱交換器と脱揮発槽の間に設けたことを特徴とする重
   合液用脱揮発装置。 ２、熱交換器が竪型多管式熱交換器である請求項１記載
   の装置。 ３、熱交換器が、可動部分のない複数の混合エレメント
   を各々の管内に固定させた竪型多管式熱交換器である請
   求項１記載の装置。 ４、熱交換器が竪型多管式熱交換器であり、かつ分割器
   がこの竪型多管式熱交換器の各管の出口の各々に直接取
   り付けられている請求項１記載の装置。 ５、分割器の各々が直径３〜５ｍｍの円形の開口部を４
   〜１０個有するものである請求項４記載の装置。 ６、分割器が中央部に開口部を有さないものである請求
   項５記載の装置。 ７、重合液を加熱するための熱交換器の下方に、真空装
   置に接続された脱揮発槽を連結し、さらに分割器を前記
   の熱交換器と脱揮発槽の間に設けた重合液用脱揮発装置
   を用いることを特徴とする重合液の脱揮発方法。 ８、重合液がスチレン系重合体の重合液である請求項７
   記載の方法。 ９、熱交換器が竪型多管式熱交換器である請求項７記載
   の方法。 １０、熱交換器が、可動部分のない複数の混合エレメン
   トを各々の管内に固定させた竪型多管式熱交換器である
   請求項７記載の方法。 １１、熱交換器が竪型多管式熱交換器であり、かつ分割
   器がこの竪型多管式熱交換器の各管の出口の各々に直接
   取り付けられている請求項７記載の方法。 １２、重合液が、揮発物濃度が１重量％以下となるまで
   脱揮発されたスチレン系重合体の重合液である請求項９
   、１０又は１１記載の方法。 １３、重合液用脱揮発装置を２段で用いる請求項８記載
   の方法。 １４、重合液用脱揮発装置を２段で用い、かつその間に
   内部に可動部分のない複数の混合エレメントが固定され
   た構造の管状混合器を配置して発泡剤の添加、混合を行
   う請求項８、９、１０又は１１記載の方法。