JPH05178906A - ビニルポリマーの塊状及び溶液重合方法及び装置 - Google Patents

ビニルポリマーの塊状及び溶液重合方法及び装置

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JPH05178906A
JPH05178906A JP4159004A JP15900492A JPH05178906A JP H05178906 A JPH05178906 A JP H05178906A JP 4159004 A JP4159004 A JP 4159004A JP 15900492 A JP15900492 A JP 15900492A JP H05178906 A JPH05178906 A JP H05178906A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビニルポリマーの塊状及び溶液重合方法及び
装置。 【構成】 ビニルポリマーを、循環反応器として形成さ
れている反応装置で塊状及び溶液重合する場合、循環物
質の少なくとも50%を収容する循環反応器の部分が管
束反応器として形成されておりかつ該反応器の個別管が
下記の条件: ━個別管の軸と冷媒との間の温度差が16.5K未満で
あるか又は冷媒の入口と反応混合物の出口との温度差が
約20K未満であり、 ━滞留時間が循環時間の5〜20倍であり、 ━反応混合物の最終粘度が750Pas未満である、 が得られるように寸法規定されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ビニルモノマーを、循
環反応器として形成されている、主として再混合される
反応装置で塊状及び溶液重合する方法及び装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】例えば耐衝撃性ポリスチロールを、スチ
ロールを塊状又は溶液でラジカル重合することによって
製造する際、ゴム及びスチロールモノマーを含有する反
応混合物が反応室を主として詰め込み流の形で、つまり
再混合なしに通過するように行うことは公知である。従
って反応室は原則として管反応器又は管反応器の連続と
して形成されている。
【0003】この場合、反応の大きな実熱量(これはビ
ニルモノマーのすべての重合方法に付随している現象で
ある)が当業者にとって重要な難点となる。
【0004】再混合のないラジカル重合の場合には、低
分子物質のみが関与している反応とは逆に、意図的な横
混合(つまり流動方向に対して直角方向の混合)なしに
はうまくいかない、それというのもさもなければ、次第
に増大する、反応混合物の高い粘度が管壁による十分な
放熱を達成し得ないからである。
【0005】従って、EP−A−0096201に記載
されている特別な場合(これは管反応器中の所謂静的混
合部材としての組込み部材の配置されている場合に生じ
る)を別にすれば、例えばスチロール重合の管反応器
は、常に比較的太い塔状の、一般には中央撹拌軸を備え
たシリンダーとして形成されており、この際撹拌軸に配
置された撹拌部材はできるだけ横混合のみを行い、縦混
合を行ってはならない(例えば米国特許第4,442,
273号明細書参照)。
【0006】これに対して、極めて細い管から成る純粋
な管反応器は時々記載されている(米国特許第4,04
6,718号明細書)けれども、このような管反応器は
成功しなかった。また前記特許明細書でも、この場合に
は反応壁における反応物の焼付けを避けるためには、特
別な手段、例えば反応混合物の衝撃的な間欠輸送が講じ
られなければならないことが指摘されている。
【0007】スチロールの塊状(溶液)重合の他の方法
は、再混合反応器、つまり撹拌がまを選択する点にあ
る。この方法は一般には反応物質の部分反応のためにの
み使用されるこれは撹拌がまの小さい熱交換能力から容
易にわかる。
【0008】再混合する装置部材及び再混合しない装置
部材の組合せによって、例えば所謂循環反応器又はルー
プ形反応器、つまりそれ自体で還流しかつ空間的に限定
された場所に反応成分もしくは反応混合物を供給及び排
出する手段を有する反応器が得られる。このような装置
は、ベルギー国特許第862728号明細書又はEP−
A−254304及び冒頭記載のEP−A−96201
に記載されている。循環反応器は動作条件(循環時間/
全滞留時間の割合)に応じて再混合されるともまたは詰
め込み貫流されるとも見なすことができる。
【0009】しかし、高粘性溶液からの放熱の克服は、
重合反応室の形成の場合の唯一の課題ではない。従来な
された多数の提案はむしろ、反応生成物質、つまり当初
溶解された一次ゴムへのグラフトによって形成されるゴ
ム粒子の分子量分布、特性及び大きさに関する、形成さ
れたポリマーの均一性、就中所謂斑点不含性が不断の目
標課題であったことに言及している。
【0010】ここで斑点とは小さいゲル粒子を意味し、
このような粒子は盲室中及び反応室の十分に流動されな
い場所における反応物質の局所的過熱によって生じかつ
極端な場合には反応生成物を不用にしてしまう。このゲ
ル粒子が、方法構成のための技術的に明白な多数の提案
が実施されなかった真の原因である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に高価な
ポリマー、特にポリスチロール、すなわち耐衝撃性ポリ
スチロール及びポリスチロールアクリロニトリルを生成
する冒頭記載の方法を提案するという課題を立てた。
【0012】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、ビニルモノマーを、循環反応器として形成されてい
る、主として再混合される反応装置で塊状及び溶液重合
する方法において、循環する物質の少なくとも50%を
収容する循環反応器の部分が管束反応器として形成され
ておりかつ管束反応器の個別管が、下記の方法条件: ━個別管の軸と冷媒との間の温度差が、管束反応器の同
一部分でその都度測定して16.5K未満であるか、又
は冷媒の入口と反応混合物の出口との間の温度差(順流
操作の場合)が約20K未満であり、 ━滞留時間が循環時間の5〜20倍であり、 ━反応混合物の最終粘度が750Pas未満である が得られるように寸法規定されていることを特徴とす
る、前記方法によって解決されている。
【0013】反応温度は、周知のように、重合を純粋に
熱的に惹起する(この場合には100〜150℃の温度
−使用されるモノマーに依存する−を要する)か又はラ
ジカル反応開始剤によって惹起するかに依存する。後者
の場合には80℃を越える温度ですでに十分である。
【0014】本発明の他の対象は、本発明による方法を
実施するための装置である。該装置には、少なくとも1
00qm/循環物質もしくは反応器容積cbmの熱交換
面を有する、少なくとも1個の管束熱交換器が設けられ
ていて、前記容積が該装置の全容積の少なくとも50%
でありかつ循環流をつくるための他の手段、供給口及び
排出口ならびに反応器口内容物を供給物と強制混合する
ための組込み部材が存在している。
【0015】好ましくは、該装置の管束熱交換器は10
〜50mmの内径及び少なくとも400mmの長さの個
別管を有し、管束の高さは管束の直径の少なくとも2倍
である。管束反応器(底部室及び蓋部室を含まない)
は、一般には全反応器内容物の少なくとも50%、工業
規模の設計の場合には少なくとも70%を収容する。
【0016】熱交換器が分配室及び集合室(底部及び蓋
部)によって限定されていて、それらの室の外被面が円
錐状でありかつ60〜140°の開角を有する場合が有
利である。
【0017】限界位置におけるポリマー材料の付着を避
けるためには、熱交換器は管束の端板(底部)を有して
いて、分配室及び集合室中への端板の個別管開口部が円
錐状に形成されておりかつ/又は円形状になっているべ
きである。
【0018】管束熱交換器はいろいろな仕方で設計され
ていてよい。最も簡単な場合には、該熱交換器は、図1
及び図2に図示した従来の形、つまり2個の有孔底の間
に延びる平行管束の形を有し、両端には、この場合前記
のように本発明の機能に従って形成されていなければな
らないそれぞれ1個の集合室が接続されている。
【0019】この場合には反応物質は個別管中を貫流
し、他方冷媒は個別管の外側に接して流れる。また、こ
のような熱交換器の限界領域を適当に設計する場合に
は、逆の装置、つまり冷媒の貫流する管を有し、これら
の管が反応物質によって包囲されている装置も可能であ
る(図3)。反応物質、つまり重合体が焼付いたり、閉
塞を惹起したりするのを避けるためには、反応物質の供
給及び排出はできるだけ障害なく進行すべきである。こ
れは図3及び図5に図示した熱交換器によって達成され
る。
【0020】また熱交換器の他の構成は図4に図示した
ものであって、この場合には管束として形成されている
熱交換器の部分と、反応物質の横方向混合が管によって
行われうる部分とが交互に動作する。
【0021】本発明は、特にビニル芳香族化合物のポリ
マー、すなわちポリスチロール又はα−メチルスチロー
ルそれらの共重合体すなわちポリスチロールアクリロニ
トリル及び相応のゴム改質ポリマーすなわち耐衝撃性ポ
リスチロール又はABSの製造に適用することができ
る。また本発明は、例えばポリメチルアクリレート(メ
タクリレート)、ポリビニルエーテル、ポリビニルエス
テル又はPVC及び他のビニルポリマーの製造に適用す
ることもできる。
【0022】本発明による装置の実際の設計のために
は、実験反応器の次の例が役立つ。
【0023】
【実施例】図1に図示した反応器は管束装置であって、
その物質流量はメルトポンプによって保たれる。
【0024】底部及び蓋部は円錐状に設計されている。
重合すべき反応混合物は管中を上方に流れる。冷媒(熱
媒)は管の間を順流で流れる。予め混合された低粘性の
供給物はメルトポンプの前方で給入され、静的混合区間
を介して導入される。
【0025】
【数1】
【0026】
【数2】
【0027】
【数3】
【0028】
【数4】
【0029】上記の設計は固有安定な動作点をもたら
す。固定の目標値から逸脱する場合には簡単な調整技術
が用いられる
【0030】
【外1】
【0031】反応器能力の増大(同時に溶剤分が減少
し、温度が上昇しかつ平均滞留時間が短縮する)の場合
には、該装置は、15%以上不安定になり、この場合に
は調整しなければならない。反応器の部分負荷動作は広
い範囲で可能である。
【0032】図2で図示した反応器は、同じ原理により
ループを成す2個の管束によって動作する。分配された
供給物は、反応器中の濃度勾配及び温度勾配を最低限に
下げる。すなわち図1による反応器を用いて著しく非共
沸性のコポリマーを製造するためには、15よりも大き
い循環比KRを必要とするが、図2による反応器を用い
るとわずかKR>8であってよい。図2による反応器
は、特に30kt/aSAN−コポリマーよりも大きい
装置規模の場合に適当である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による重合方法を実施するための装置の
第一実施例の略示断面図である。
【図2】図1とは異なる第二実施例を示す装置の略示断
面図である。
【図3】図1とは異なる第三実施例を示す装置の略示断
面図である。
【図4】図1とは異なる第四実施例を示す装置の略示断
面図である。
【図5】図1とは異なる第五実施例を示す装置の略示断
面図である。
【符号の説明】 1 管束熱交換器、 1a 分配室、 1b 集合室、
2 メルトポンプ、3 供給口、 4 排出口、5
静的混合区間

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ビニルモノマーを、循環反応器として形
    成されている、主として再混合される反応装置で塊状及
    び溶液重合する方法において、循環する物質の少なくと
    も50%を収容する循環反応器の部分が管束反応器とし
    て形成されておりかつ管束反応器の個別管が、下記の方
    法条件: ━個別管の軸と冷媒との間の温度差が該反応器の同一部
    分でその都度測定して16.5K未満であるか、又は冷
    媒の入口と反応混合物の出口との間の温度差(順流操作
    の場合)が約20K未満であり、 ━滞留時間が循環時間の5〜20倍であり、 ━反応混合物の最終粘度が750Pas未満である が得られるように寸法規定されていることを特徴とす
    る、ビニルモノマーの塊状及び溶液重合方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の方法を実施するための装
    置において、少なくとも50qm/循環する物質もしく
    は反応器容積cbmの熱交換面を有する、少なくとも1
    個の管束熱交換器(1)が設けられていて、前記容積が
    該装置の全容積の少なくとも50%であり;かつ循環流
    をつくるための他の手段(2)、供給口(3)及び排出
    口(4)ならびに反応器内容物と供給物とを強制混合す
    るための組込み部材(5)が存在することを特徴とす
    る、前記装置。
  3. 【請求項3】 管束熱交換器が10〜50mmの内径及
    び少なくとも400mmの長さの個別管を有し、管束の
    高さが管束の直径の少なくとも2倍である、請求項2記
    載の装置。
  4. 【請求項4】 管束熱交換器が分配室(1a)及び集合
    室(1b)によって限定され、両室の外被面が円錐状で
    ありかつ60〜140°の開角を有する、請求項2記載
    の装置。
  5. 【請求項5】 管束熱交換器が管束の端板を有し、分配
    室及び集合室への端板の個別管開口部が円錐状に形成さ
    れておりかつ/又は円形状である、請求項2記載の装
    置。
JP4159004A 1991-06-19 1992-06-18 ビニルポリマーの塊状及び溶液重合方法及び装置 Withdrawn JPH05178906A (ja)

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DE4120203.1 1991-06-19
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JP (1) JPH05178906A (ja)
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TW (1) TW237458B (ja)

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ES2063549T3 (es) 1995-01-01
EP0519266A1 (de) 1992-12-23
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