JPS6045641B2 - 重合体を単離する方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、重合体と水の混合物から、更に加工するため
の重合体を単離するための方法に関するものである。

重合反応器から取得したときの重合組成物は約９０％に
至るまでの水を含有しており、しばしば、約５％よりも
少ない残留水分を含有する生成物を与えるために重合体
を水から分離することが望ましい。本発明は更に、重合
体の比重が水の比重よりも大きい場合の重合体と水の混
合物から重合体を単離するための方法に関するものであ
る。

本発明は、水中におけるフッ素ゴム（フルオロエラスト
マー）の混合物からのフッ素ゴムの分離において特に有
用である。

たとえばゴム状の重合体のような材料のスクリュー押出
しは公知である。

この押出し工程の間に、重合体中における比較的少量の
残留水分を、重合体材料に対する加熱およびスクリュー
の作用によつて、常圧または減圧排気により、除去する
ことができる。このようなゴム状重合体中の水分がかな
り大きい場合には、工程の効率および／または生成物の
ｊ性質の重大な損失なしに水の除去を達成するためには
、従来のスクリュー押出しは不適当である。

かくして、含水量が大である場合には、過度の量の水を
除くために、特別な方法を用いねばならないＯ
≦プラスチッ
ク材料と水の混合物からの水の除去のための方法および
装置は、アメリカ合衆国特許３，０３５３０６号に記さ
れている。この参照文献は、水よりも軽いプラスチック
材料から、約１％よりも低い程度の残留水分となるまで
水を除去するための方法および装置について記している
。脱水は、合成ゴムと水の仕込み流を、スクリューの縦
軸が水平から上方に傾斜しているようなスクリュー押出
機に送り込むことによつて達成される。合成コム／水混
合物の仕込みは、押出機排出口よりも垂直的に低い水準
に設けた供給口を通じて行なわれ、且つ供給口よりも下
方に位置する、水を排出させるための排水口を設ける。
９ アメリカ合衆国特許３，０３５３０６号に記載の分
離機もまた、この押出し分離機を、その仕込み末端を重
合体排出端よりも垂直的に高い位置にして、その軸を下
向きとするように配置するならば、水よりも重いプラス
チックに対して有用であると言７われている。

しかしながら、実際には、この方法により且つ上記の文
献に記載に記載の如き装置を用いてフッ素ゴムを脱水し
ようとする試みは、この方法によつては、過大の量の重
合体が排水によつて持ち去られるために、満足しうるも
のではなノいことが認められている。本発明は、水中に
おける重合体材料の混合物から重合体材料を分離するた
めの方法から成つている。

この分離の達成において、分離機中の重合体／水混合物
に対して圧力下に過剰の水を添加することによつて、効
率的且つ連続的な分離を逐行することができるというこ
とが見出された。比較的多量の水の添加によつて、重合
体と水の混合物からの水の、効率的な、改全された分離
が達成されるということは、実に驚くべき予想外な結果
である。本発明の更に予想外の結果は、通常の方法にお
いてしばしば必要とするような可溶性塩類を除去するた
めの脱水生成物の引続く洗浄が、不必要であるというこ
とである。

本発明の方法によつて、可溶性の塩類を脱水工程の間に
除去して、分離機から排出する過剰の水と共に運び去る
ことができる。水中における重合体材料の混合物からの
重合体材料の単離のための本発明の方法は、次の段階か
ら成つている：１ 約９０％に至るまでの水を含有して
いてもよい、重合体／水スラリーを、供給口を通じて、
下部の排出口へと重合体を押し進める回転スクリューを
有する、垂直的に配置した分離機中に仕込み：且つ（２
）上端の近くに設けた、仕込みの水、過剰の水および可
溶性塩を排出させるための、バルブ付き排出口をも有す
る分離機の上端中に、過剰の水を圧力下に導入し、一方
、同時に分離機の下端排出口から脱水した分離機を排出
する。

前記のように、本発明の方法は、分離機の比重か水より
も大てある場合の分離機／水スラリーからの重合体の分
離に対して有用である。

重合体は水よりも重いから、このスラリーを分離機に仕
込むと、重合体は分離機の沈降区域の下端に沈降し、重
合体に富んだ相の水からの分離の明確な線が、重合体に
富んだ相上に発現し、それを、たとえば観測ガラスによ
つて、監視することができる。垂直に配置した本発明の
分離機は、４区域から成つている。最上区域は、上記の
沈降槽である。沈降槽の直ぐ下は、円筒状の仕込み区域
であり、その中に入口の穴を通じてスラリーを供給する
。仕込み区域の下方は、沈降および仕込み区域の比較的
大きな直径から最下部に位置する底部の円筒状計量区域
の比較的小さな直径へと次第に直径を減じている円錐形
の圧縮区域である。特定の分離を行なうために必要な場
合には、仕込み、圧縮および計量区域の温度を制御する
ための手段をも設ける。

分離機の内部には、仕込み、圧縮および計量区域を通じ
て、回転速度を調節するための適当な駆動手段を有する
回転スクリューがのびている。

このスクリューは、軸およびらせん形の羽根から成つて
おり、らせん形の羽根の外径は、仕込み区域、次第に細
くなる圧縮区域および計量区域の各直径に対応して、重
合体の計量および必要な水の逆流の両方を与えるために
充分な間隙を、羽根の外窪と分離器の内径の間に与える
ようなものである。このようなスクリューの設計は、押
出機の技術における熟練者には公知である。羽根の最上
部が後記のような特別な設計のものであることが好まし
いということを除けば、本発明において使用するスクリ
ューの設計は、通常のものである。分離機中に過剰の水
を圧力下に供給するため、および過剰の水、仕込みの水
ならびに可溶性塩を排出させるために、分離機の沈降区
域の上方部に、導入口とバルブ付きの排水口が設けてる
。本発明の目的に対しては、゛過剰の水″という表現は
、重合体／水スラリーとして分離機中に入る仕込みの水
以外の、それよりも上方で、上記の水導入口を通じて、
系中に供給する余分の水を意味する。分離機にスラリー
を仕込む代りに、重合体／水混合物を、スタツフアース
クリユーとホッパーの使用によつて、湿濶グラムとして
脱水のために分離機に仕込むことができる。

本発明の分離機は、水性スラリーからゴム状の重合体を
、約２％の残留水の水準まて、単離するために有用であ
る。

分離機からの重合体排出流は、真空乾燥および、必要に
応じ、加硫剤と安定剤の分散のために、通常の２軸スク
リュー抽出機一押出機へと送ることができる。第１図に
おいて、上方の沈降区域１、仕込み区域２、先細りの圧
縮区域３および重合体計量区域４を示す。

本発明の方法においては、重合体／水スラリーを、仕込
み口５を通じて、仕込み区域２に仕込むと同時に、バル
ブ７を有する入口６を通じて圧縮力下に水を供給する。

分離機の内側に、軸１１とらせん状に配置した羽根１２
を有する回転スクリューがある。最上部の羽根１５は、
後記の設計を有することが好ましい。脱水した重合体は
、ダイ／バルブ１０を通じて計量区域４から排出し且つ
仕込みの水は、分離機内の背圧を制御するためのバルブ
８を有する出口管９を通じて排出する。

第１図には、グラム形態にある湿潤重合体を仕込む場合
に使用する仕込み口１３が、栓をして示してある。

温度制御は、概念的に示した手段１４によつて行なわれ
る。

第２図は、回転スクリューの羽根の最上部１５の好適形
状を詳細に示している。

第２図の点線は通常のスクリューの羽根を示しているが
、これを、実線に示す形状に、切断し且つ曲げることに
よつて、変形せしめてある。この形状は、緻密相ノ重合
体橋架けを最低にして、重合体仕込み速度を増大させる
。第３図は計量区域４および圧縮区域３中の縦にみぞが
ほつてある内壁を示してある、分離機の断面図である。

便宜上、第３図からは、その他の本質的でない細部は、
すべて省略してある。この縦のみそ２０を、更に第４図
に上面図として示す。第５図は、通常の抽出機一押出機
３２と組み合わせた、本発明の分離機３３を示す。分離
機と押出機を駆動するための駆動機構３０および３１は
、それぞれ、便宜のために、やはり本質的でない細部を
省略して、概念的に示されている。第６図においては、
バルブ１０から排出する重合体は、２軸のスクリュー３
４および３５を有する押出機３２に供給されることを示
している。第７図は、湿潤グラムの形状にある重合体を
脱水するために用いる本発明の装置を示す。第７図にお
いては、湿潤グラム４０を、駆動機構４２によつて駆動
するスクリュー４１を用いて、分離機３８に仕込み、同
時に導入口６を通じて分離機中に水を供給する。脱水し
た重合体は、バルブ１０を通じて押出機３２中に排出し
且つ仕込みの水と過剰の水は、背圧を制御するためのバ
ルブ手段８を有する出口管９を通じて、排出させる。過
剰の水の一部は、図示のように管路４３を通じてグラム
仕込みホッパーからも排出させる。本発明の方法により
、水中の重合体のスラリーからの水の連続且つ効率的な
除去を、混合物に圧力下の過剰の水を添加することによ
つて、達成することができる。

水よりも重い重合体、たとえば、場自によつては重合さ
せたテトラフルオロエチレンおよび／または臭素化単量
体をも含有するフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロ
ピレンの共重合体のようなフッ素ゴム、の単離において
は、下記の方法を使用することができる。約９０％に至
るまでの水を含有するスラリーを、第１図に示すような
装置中に仕込む。

同時に、過剰の水を圧力下に、垂直に配置した分離機の
上方の沈降区域１中に供給する。重合体は水よりも重い
から、仕込み区域および円錐形の圧縮区域３中！で沈降
する。２相系への分離の程度は、上方の沈降槽中におけ
る水の圧力によつて影響を受け、この圧力が充分に高い
ときには、明確な２相系が生じ、それを観測ガラスによ
つて監視することができる。

すなわち、沈降槽中の水相と仕込み区域中・の沈降した
水／重合体相の間の分離線を明確に認めることができ、
且つその移動を、スラリー仕込み速度を調節するための
工程管理変数として使用することができる。過剰水の量
は、沈降槽中の圧力を、この２相分離を達成するのに足
りる高い水準に保つために、充分なものでなければなら
ない。第１図に示す回転スクリューの使用によつて、重
合体／水混合物を計量区域４に向つて押し進め、且つ水
は圧縮区域中でスラリーから絞り出されて仕込みおよび
沈降区域へと上方に流れ、一方、脱水した重合体は、バ
ルブ１０を経て排出される。

分離機中の回転スクリューの最上部の羽根フ１５は、沈
降区域中に著るしくのびていないことが好ましく、且つ
第２図に示すこの羽根の先端は、重合体に富む相と水の
界面よりも下を通ることが好ましい。上方の沈降槽の長
さは限定的ではない。

この槽ｉは、水と水／スラリー混合物の重力的な分離を
許すに充分な容積を有していなければならず、また別の
点で、必要な水配管、観測窓などの配置を許すために好
都合な長さのものとする。円錐形の圧縮および計量区域
は、第３図およびノ第４図に示すように、縦みぞが切つ
てあつて、軸方向の突起またはくぼみを有していること
が好ましい。

これらは、スクリューの羽根のピッチと逆のピッチを有
するらせん形のみぞの形状とすることもてきる。このよ
うな、縦にみそをほり、旋条を入れ、あるいはその他の
中断させた表面を有することの目的は、重合体の引つか
かりを助長し且つ重合体の滑りを防ぐことにある。回転
するスクリューは、らせん状に配置した羽根１２を有す
る軸１１から成つている。

これらの羽根は、仕込み区域では一定の直径のものてあ
り且つ円錐形の圧縮区域では次第に小さくなる直径を有
し且つ最後に計量区域においては一定の直径となつてい
る。分離機の４区域は、脱水せしめる異なる重合体の温
度を制御するための独立的な温度制御手段を有している
。脱水せしめるべきスラリーは、第１図に示すように、
仕込み区域中に送入してもよいし、あるいは沈降槽の下
方の部分に送入してもよい。

沈降槽中の圧力は、排出水出口管路中に設けた背圧調節
器を用いて調節する。この圧力は通常は２０〜１００ｐ
Ｓｊに調節する。上記の装置を用いる本発明の方法の実
施によつて、少なくとも約１０％の残留水量までの重合
体／水スラリーの脱水を達成することができ、且つ以下
の実施例に示すように、約２％までの脱水を達成するこ
とができる。

実施例１ 以下の実施例は第１〜６図に示す装置を用いて行なつた
。

３種の異なるフッ素ゴムエマルジョンを、モイノ（ＭＯ
ｙｎＯ８）ポンプを用いて計量した、外とう付きのタン
クから、加熱した攪拌凝固器に供給した。

何れの場合においても、１００ｙの重合体当りに１ｙの
硫酸アルミニウムカリウムの凝固剤水溶液を、適当な凝
固のために、凝固剤の流速を調節する計量ポンプによつ
て、加熱したタンクから供給した。この攪拌凝固器中で
得た２相スラリーを、圧力下に、脱水分離機の仕込み口
中に送入した。分離機中で、重合体の密な相沈降を助け
且つ過剰水と絞り水を合わせた排出流中への重合体粒子
の持ち込みを最低限とするために、沈降区域において、
一定の水の背圧を保つた。

スラリーおよび過剰の水は、迅速に、重合体に富む相と
その上の透明な水相とに、分離した。重合体に富む相は
、仕込区域中で沈降し且つ回転スクリューの作用によつ
て圧縮区域へ、次いでそこから計量区域へと向つて下方
に進み、その工程の間に、重合体スラリーから水が絞り
出されて、沈降区域へと上方に流れ且つ水排出口から流
出する。

最終製品への、フッ素ゴムエマルジョンの単離のための
、完全に一体となつたプロセスを完成させるために、本
発明の垂直脱水分離機を、最終真空乾燥および加硫剤と
安定剤の分散のための通常の２軸スクリュー抽出機一押
出機と連結させた。

これらの実施例に対して用いた押出機は、ウエルナーお
よびプライデラー（ＷｅｍｅｒａｎｄＰｆｌｅｉｄｅｒ
ｅｒ）小Ｋ型（５３７０７７りであつた。その他の市販
の抽出機一押出機をもこの目的のために評価して、ウエ
ルナーおよびプライデラー乙Ｋ型が最も効率的であるこ
とが認められた。この装置を第５および第６図に示す。
この７区域２軸押出機は、機械的に脱水した仕込みエマ
ルジョンの最終乾燥および配合に対して充分である。最
終水分を、区域＃４の位置を設けた真空口を通じて、抽
出した。

真空口は閉塞を防ぐための出口充填物を備えていた。重
合体中に配合せしめるべき薬品（ベンジルトリフェニル
ホスホニウムクロリドとビスフェノールＮＯの溶融した
混合物を、ギヤポンプを用いて、＃５区域中に計り入れ
た。

これらの薬品は、ウエルナーおよびプライデラー押出機
の最後の３区域中で、重合体中に分散させた。薬品の注
入速度は、押出機のスループットの関数として、調節し
た。別の実験においては、粉末状態のその他の添加剤を
も、重合体中に配合した。３種の異なるフッ素ゴムエマ
ルジョンの加工の結果を、第１表に示す。

これらの実施例のすべてにおいて、脱水分離機は次の寸
法を有していた：沈降区域内径、インチ ４沈降区域
長さ、インチ １２ 仕込み区域内径、インチ ４ 仕込み区域長さ、インチ１０ 圧縮区域長さ、インチ ７ 計量区域内径、インチ １．５ 計量区域長さ、インチ １６ 実施例２ 第７図に示すような湿潤グラム形態にある重合体を分離
機に供給するほかは、実施例１に記すと同様な処理を行
なつた。

グラムは４０％の水を含有していた。実施例１において
用いたものと同一の分；１ｔ．桟を、フッ素コムの単離
に使用し、且つグラムを、逆旋条付きのバルルを包含す
る単純な水平スタツフアースクリユー装置の使用によつ
て、分離機に仕込んだ。この実験の結果を第２表に示す
。

第２表 グラム仕込み速度、ボンド／時間 １２５過剰水供
給速度、ガロン／時間 ３０分離機アニ之上部
沈降区域温度゜Ｃ２０ 仕込み区域温度゜Ｃ３０ 円錐区域、温度゜Ｃ１００ 計量区域、温度℃ １１５バルブ
および配管区域温度、℃ １００排出時重合体温
度、゜Ｃ１２０排出圧力、ＰＳｌ８ＯＯ スクリュー速度、回転／分 ４８分離機を出
る重合体中の揮発分、％ ３重合体：Ｃ−１回）こ
の技術分野の熟練者によれば、上に説明した本発明の方
法に対する、大きくない変化、変更および改良を容認す
ることができるということは明らかであるけれども、か
かる変更は本発明および特許請求の範囲内であるものと
みなすべきてある。

上記の実施例はすべて例証の目的のためのものであり、
何ら本発明を限定するものと解釈すべきでない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の方法を逐行するために用いる装置の
概念図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）９０％に至るまでの水を含有する水よりも重
   い重合体の水中における混合物を垂直的に配置せしめた
   分離機中に入口仕込み口を通じて仕込み、分離機は：（
   １）上方の沈降槽； （２）該沈降槽の下方に位置する熱的に制御した円筒状
   の仕込み区域；（３）該仕込み区域の下方に位置する熱
   的に制御した、（４）の区域に向つて次第に細くなる、
   円錐形の圧縮区域；（４）底部末端に排出口およびバル
   ブを有する熱的に制御した底部円筒状計量区域から成り
   、該分離機は計量区域の底部末端から上方に圧縮区域お
   よび仕込み区域を通してのびるらせん形の羽根を有する
   回転スクリューを含有し、該沈降区域はその上端の近く
   に圧力下の過剰の水を導入するための入口および沈降区
   域の水圧を制御するためのバルブ付き排水口をも有し、
   沈降区域は該スクリューの羽根よりも上方に沈降および
   仕込み区域中における該重合体と水の重力的な分離を許
   すために充分な長さを有し；且つ（ｂ）該混合物を、該
   底部計量区域から排出する１０％よりも少ない全揮発分
   （水を含む）を含有する濃縮した重合体と該排水口から
   排出する仕込みの水および過剰の水に分離せしめるよう
   に、沈降区域中に圧力下の過剰の水を導入する、ことを
   特徴とする、該混合物からの該重合体の単離のための方
   法。 ２ 該重合体はフッ素ゴムである特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ３ 該重合体はフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロ
   ピレンの共重合体である、特許請求の範囲第１項記載の
   方法。 ４ 該重合体はフッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロ
   ピレンおよびテトラフルオロエチレンの共重合体である
   、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ５ 該重合体は臭素化単量体を含有するフッ化ビニリデ
   ンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体である、特許
   請求の範囲第１項記載の方法。 ６ 該重合体は重合せしめたテトラフルオロエチレンと
   臭素化単量を含有するフッ化ビニリデンとヘキサフルオ
   ロプロピレンの共重合体である、特許請求の範囲第１項
   記載の方法。 ７ 該濃縮重合体は５％よりも少ない揮発分を含有する
   、特許請求の範囲第１項記載の方法。 ８ 該濃縮重合体は２％揮発分を含有する、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ９ 圧縮および計量区域は重合体の引つかかりを増大さ
   せるために中断せしめた内壁表面を有する、特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 １０ 該圧縮および計量区域は重合体の引つかかりを増
   大させるために旋条が施こしてある、特許請求の範囲第
   １項記載の方法。 １１ 最終的な真空乾燥および加硫剤と安定剤の配合の
   ために通常の抽出機−押出機と結合せしめた、特許請求
   の範囲第１項記載の方法。