JPWO2006059608A1 - 成形体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
(2)前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)に保つように制御する、(1)に記載の製造方法。
(3)(I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御する手段及び、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)の任意の圧力に保たれるように制御される、(1)に記載の製造方法。
(4)前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送される、(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合された樹脂からなる成形体の製造方法。
(6)前記重合器の各々の排出ポンプに、少なくとも1つ以上の成形機及び/又はペレタイザーが接続されている、(5)に記載の製造方法。
(7)前記溶融重縮合反応によって、成形又はペレタイズに用いる量を越えて製造された重縮合ポリマーの少なくとも一部を、前記重縮合ポリマーを製造する工程のうちの任意の工程に戻して再循環させる、(1)〜(6)のいずれかに記載の製造方法。
(8)前記重合中間体を前記重合器に供給する以前の任意の工程において、任意の量の分子量調節剤と反応させる、(1)〜(7)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(9)前記成形体がボトル成形用のプリフォーム、フィルム、シート、容器、繊維から選ばれる1種類以上である、(1)〜(8)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(10)前記溶融重縮合反応によって重合される樹脂が、ポリエステル樹脂である、(1)〜(9)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(11)重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、固化することなく溶融状態で少なくとも一つの成形機へ移送し成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造のための装置であって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、上記装置。
(12)前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御し得る、(11)に記載の装置。
(13)(I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御し得る手段と、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、(11)に記載の装置。
(14)前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送され得る、(11)〜(13)のいずれかに記載の装置。
(15)溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造装置において、重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形し得る、上記装置。
本発明の重合方法は、溶融重縮合反応によって重合可能な樹脂の重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口から重合器に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて重力落下させながら減圧下あるいは減圧不活性ガス雰囲気下にて重合する方法である。
この結果、樹脂と気相との接触面積と、樹脂の攪拌効果が飛躍的に増大し、重縮合反応の副生物(PETの場合、エチレングリコール)や、重合時の熱分解により発生する不純物(PETの場合、アセトアルデヒド)を重合中間体から効率的に除去できる。
本発明において、「溶融重縮合反応によって重合される樹脂」とは縮合可能な官能基を2つ以上有する少なくとも1種のモノマーが、該官能基の結合を介して結合してなる構造を有するポリマーを意味する。上記モノマーは脂肪族炭化水素基に該官能基が直接結合してなるものでも良いし、芳香族炭化水素基に該官能基が直接結合してなるものでも良い。
上記の重縮合樹脂はホモポリマーであっても良いし、コポリマーであっても良い。またエステル結合、アミド結合、カーボネート結合等の異なる結合がランダム又はブロック状に存在するコポリマーであっても良い。このようなコポリマーの具体例としては、ポリエステルカーボネート及びポリエステルアミドが挙げられる。
上記の重合中間体の具体的な製造方法に関しては、例えば、“Polymer Synthesis,vol.1,second edition”、1992(米国 Academic Press,Inc.社発行)を参照することができる。
本発明の重合器は、上記の重合中間体を溶融状態にて重合器に供給して、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて落下させながら減圧下あるいは減圧不活性ガス雰囲気下にて溶融重縮合を行うことを特徴とする装置である。
多孔板とは、複数の貫通孔がある板状体である。多孔板を用いることによって重合中間体の偏流を抑制するとともに反応器内での局所滞留を防止でき、高品質で均質の樹脂を製造できる。
多孔板の孔は、通常、円状、長円状、三角形状、スリット状、多角形状、星形状などの形状から選ばれる。孔の断面積は、通常、0.01〜100cm2であり、好ましくは0.05〜10cm2であり、特に好ましくは0.1〜5cm2の範囲である。また、孔に接続するノズル等を備えることも含む。
孔と孔との間隔は、孔の中心と中心の距離で通常、1〜500mmであり、好ましくは10〜100mmである。多孔板の孔は、多孔板を貫通させた孔であっても、多孔板に管を取り付けた場合でもよい。また、テーパー状になっていてもよい。重合中間体が多孔板を通過する際の圧力損失が、0.1〜50kg/cm2である様に孔の大きさや形状を決めることが好ましい。
多孔板の孔の数に特に制限はなく、反応温度や圧力などの条件、触媒の量、重合させる分子量の範囲等によっても異なるが、通常ポリマーを例えば100kg/hr製造する際、10〜105個、より好ましくは50〜104個、更に好ましくは102〜103個の孔が必要である。
多孔板の材質は、通常、ステンレススチール製、カーボンスチール製、ハステロイ製、ニッケル製、チタン製、クロム製、及びその他の合金製等の金属材質が好ましい。
多孔板の孔から吐出された重合中間体は、支持体に沿って落下する。支持体の具体的な構造としては、「ワイヤー状」、ワイヤー状の材料を組み合わせた「チェーン状」や「格子状(金網状)」、ワイヤー状の材料をいわゆるジャングルジムのように連結した「立体格子状」、平坦あるいは曲率を有した「薄板状」、「多孔板状」などが挙げられる。その他にも反応副生物や重合中の熱分解により生じた不純物等を効率的に抜き出すために、落下させる樹脂の表面積を大きくすると共に、重合中間体の落下方向に対して凹凸のある支持体に沿わせて落下させることによって攪拌と表面更新を積極的に起こさせることが好ましく、「樹脂の落下方向に対して凹凸のあるワイヤー状」など、樹脂の落下を邪魔する構造のある支持体も好ましい。これらの支持体を組み合わせて用いることもできる。
重合温度は、支持体を覆っている重合器壁面に配したヒーター又は熱媒ジャケットの温度を制御したり、支持体内部にヒーター又は熱媒を入れ、これらの温度を制御したりすることで適切に設定できる。
重合器の減圧度は、重合器の任意の箇所に設置した減圧排気口を真空ラインに接続し、減圧度を制御することで適切に設定できる。減圧排気口からは重合副生物や、重合時の熱分解により発生する不純物や、必要に応じて重合器内に導入した不活性ガス等が排出される。
減圧不活性ガス雰囲気下にて反応指す目的で、重合器内に不活性ガスを直接導入する場合は、重合器の任意の箇所に設置した導入口から供給することができる。不活性ガス導入口の位置は、多孔板より遠く、樹脂の抜出口の近くとすることが好ましい。また、減圧排気口から離れていることも好ましい。
本発明者らは、前記した溶融粘度の範囲の重合中間体を、前期の重合器を用いて、後述する重合温度、減圧度の範囲で重合させることで、多孔板の直下での激しい発泡による重合中間体の飛散を抑えて、口金面や重合器壁面の汚染による樹脂の品質の悪化を抑制するとともに、驚くべきことに支持体に沿って落下する樹脂が多量の泡を含んだ状態になって、「樹脂の表面積が拡大する」とともに「支持体上を樹脂が泡玉状になって転がり落ちる」現象を見出した。それと同時に、重合速度の飛躍的な増大と樹脂の色相の改善を確認した。
重縮合反応温度は、重縮合樹脂の(結晶融点−10℃)以上、(結晶融点+60℃)以下とすることが好ましい。(結晶融点−10℃)以上とすることで、反応物の固化や、反応時間が長くなることを防ぎ、(結晶融点+60℃)以下にすることで、熱分解を抑え優れた色相の樹脂を製造できる。温度は(結晶融点−5℃)以上、(結晶融点+40℃)以下がより好ましく、結晶融点以上、(結晶融点+30℃)以下が更に好ましい。このように比較的低い反応温度の方が本発明において好ましい理由は、樹脂が多量の泡を含んだ状態になりやすく、重合速度を飛躍的に高めることが可能になるためである。
測定温度 : 0〜300℃
昇温速度 : 10℃/分
本発明の溶融重縮合反応は、樹脂が多量の泡を含んだ状態にするためにも、減圧下にて行う必要がある。減圧度は、重合中間体や重縮合反応物の昇華状態や反応速度に応じて適宜調節する。減圧度は50000Pa以下が好ましく、10000Pa以下がより好ましく、1000Pa以下が更に好ましく、500Pa以下が特に好ましい。下限は特に制限させるものではないが、重合器内を減圧とするための設備の規模などから考え0.1Pa以上とすることが好ましい。
樹脂を支持体に沿わせて落下させるのに要する時間と、重合器の底部に滞留する時間の合計が重合時間であり、10秒〜100時間の範囲が好ましく、1分〜10時間の範囲がより好ましく、5分〜5時間の範囲が更に好ましく、20分〜3時間の範囲が特に好ましく、30分〜2時間の範囲が特に最も好ましい。
本発明の重合器の重合能力は、ワイヤー状の支持体の場合、重合器内に設置した本数に比例して増加できる特徴があり、スケールアップの設計が容易である特長を有する。
本発明では、必要に応じて重合中間体を本発明の重合器に供給する以前の任意の工程において、重合中間体と任意の量の分子量調節剤とを反応させることができる。本発明者らは本発明の重合器に供給する重合中間体の分子量を変化させることによって重合中間体が支持体に沿って落下する速度をドラスティックに変化させることができ、これによって重合器内での滞留時間を制御し、製造される樹脂の重合度などの品質及び生産量を広範な範囲で容易に制御できることを見出した。
本発明では、必要に応じて各種の添加剤、例えば艶消し剤、熱安定剤、難燃剤、帯電防止剤、消泡剤、整色剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶核剤、増白剤、不純物の捕捉剤などを共重合又は混合する場合も含む。このような安定剤や各種の添加剤は成形までの任意の段階で添加することができる。
重合したポリマーは、一旦、ペレットとした後、再溶融して成形に用いることもできるが、溶融状態のままで成形機に移送し成形する方法によって、従来必要とされたペレットの運搬、保管や、成形前のペレット乾燥等の複雑な工程とエネルギーを削減することができるうえ、一段と高品質の成形品を製造することができる。
以下に(E−1〜4)の方法について、それぞれ説明する。
本発明の成形体の製造方法では、成形機への樹脂の供給量を一定に調整するためには、成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)の間の任意の圧力に保つことが必要である。
重合器から成形機に溶融樹脂を移送する配管において移送圧力を検知し、移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)の間の任意の圧力に保たれるように排出ポンプの出力を制御する。このとき圧力変動が少ないことが好ましく、成形体の重量変動を防止するためには設定圧力の±80%を超えないことが好ましい。
この方法においては、重合器の排出ポンプは重合中間体の供給量の1.0〜100倍の間の、選択された吐出量に制御する。排出ポンプの吐出量は、重合器内の樹脂の滞留を防ぐためには重合中間体の供給量の1.0倍以上であることが好ましく、装置の規模の面からは100倍以下であることが好ましい。より好ましくは1.1〜50倍の範囲であり、更に好ましくは1.15〜20倍の範囲であり、最も好ましくは1.2〜5倍の範囲である。
本発明の成形体の製造方法では、従来公知の重合装置では到底なしえなかった低温での重合が可能であるため、成形機よりも上流での樹脂の溶融滞留時間が変動した場合であっても成形体の品質や成形体重量の変動が少ないが、更に重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間を一定に保つ方法として、重合器のボトム又は重合器の排出ポンプの後にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプを設けて、重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間を0.1〜120分の間の選択された時間に制御するようにポリマーをペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送することができる。これによって「樹脂製造レート」と「樹脂成形製造レート」が互いに変動しても、ポリマーの品質に影響のある重合器のボトムでのポリマーの溶融滞留時間の変動を回避でき、成形体の品質や成形体重量をほとんど変動させることなく、経時的に安定して製造することができる。
本発明の重合器に複数の成形機及び/又はペレタイザーを接続して成形体の品質や成形体重量の変動の少ない成形体及び/又は品質の変動の少ないペレットを安定に製造するために、該重合器に少なくとも2つの排出ポンプを設けて複数の成形機及び/又はペレタイザーに樹脂を供給する方法も好ましい。
前記の方法(E−2)にて、成形機よりも上流での樹脂の溶融滞留時間の変動を回避する目的で排出ノズルやペレタイザーから抜き出された樹脂は、該重縮合ポリマーを製造する任意の工程に戻すことで損失を最小限に抑えることも可能である。
過剰ポリマーは、例えば本発明の新しい原理に基づく重合器の多孔板から導入し再循環することも、該重合器のボトム部など任意の箇所にノズルを設けて導入し再循環することも可能であるし、該重合器よりも上流の、重合中間体を製造する装置や、原料モノマーのタンクや、これらを接続する配管の任意の箇所から、該重縮合ポリマーの流れに合流させて再循環させることも可能である。
一旦ペレット化されたポリマーは、特に高結晶性のポリマーの場合には溶融加工時、高温加熱を要するうえ、せん断発熱が発生し易く、品質が著しく劣化する問題があったのに対し、本発明の重合方法及び成形方法で製造されたペレット及び成形体は溶融加工前後での品質劣化が少ない。これは本発明の重合方法の重合温度が低温で、しかも短時間で重合が完結し、重合装置本体に回転駆動部分や樹脂の滞留部分が無いため空気の漏れ込みや、せん断による分子鎖の切断や、溶融滞留による樹脂の劣化がほとんど起こらないこと、更には溶融加工装置に供給するときにも吸湿や酸化劣化などの影響を受けないことによると考えられる。
また成形機とは別に樹脂ノズルや押出機やペレタイザーを設け、成形と同時にペレットを併産する方法も好ましい。
図1以下に本発明の方法を達成する好ましい組み合わせの態様を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。
図中の符号は、以下のとおりである。
1 移送ポンプ
2 重合中間体供給口
3 多孔板
4 のぞき窓
5 支持体
6 不活性ガス供給口
7 減圧排気口
8 排出ポンプ
9 分配器
10 成形機A
11 成形機B
12 成形機C
13 ペレタイザー
14 移送ポンプ
15 吐出圧力検知払出ポンプ出力制御システム
16 レベル検知移送ポンプ出力制御システム
17 重合器
18 吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁
19 切替弁
20 分配器
21 攪拌槽型重合器
22 撹拌翼
23 ポリマー戻し配管
N1 移送ポンプ
N2 重合中間体供給口
N3 多孔板
N5 支持体及び落下ポリマー
N6 不活性ガス供給口
N7 減圧排気口
N8 排出・移送ポンプ
N10 不活性ガス吸収装置
P1 エステル化反応器
P2 攪拌翼
P3 減圧排気口
P4 移送ポンプ
P5 第一攪拌槽型重合器
P6 攪拌翼
P7 減圧排気口
P8 移送ポンプ
P9 第二攪拌槽型重合器
P10 攪拌翼
P11 減圧排気口
E1 第一エステル交換反応器
E2 攪拌翼
E3 減圧排気口
E4 移送ポンプ
E5 第二エステル交換反応器
E6 攪拌翼
E7 減圧排気口
E8 移送ポンプ
E9 第一攪拌槽型重合器
E10 攪拌翼
E11 減圧排気口
E12 移送ポンプ
E13 横型攪拌型重合器
E14 攪拌翼
E15 減圧排気口
移送ポンプ(1、14)、重合器(17)、排出ポンプ(8)、移送配管、分配器(9)、成形機A〜C(10〜12)、ペレタイザー(13)などはヒーター又はジャケットにより加熱され、かつ保温されている。
なお、実施例中の主な測定値は以下の方法で測定した。
極限粘度[η]は、オストワルド粘度計を用い、35℃、o−クロロフェノール中での比粘度ηspと濃度C(g/100ミリリットル)の比ηsp/Cを濃度ゼロに外挿し、以下の式に従って求めた。
結晶融点はPerkin Elmer社製Pyris 1 DSC(入力補償型示差熱量計)を用いて、下記の条件にて測定し、結晶の融解に由来する吸熱ピークのピーク値を結晶融点とした。ピーク値は、付属の解析ソフトを用いて決定した。
測定温度 : 0〜300℃
昇温速度 : 10℃/分
試料1gをベンジルアルコール25mlに溶解し、その後、クロロホルム25mlを加えた後、1/50Nの水酸化カリウムベンジルアルコール溶液で滴定を行い、滴定値VA(ml)とPETが無い場合のブランク値V0より、以下の式に従って求めた。
ポリマー末端のカルボキシル基量(meq/kg)=(VA−V0)×20
試料1.5gを1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール10gに溶解させ、島津製作所製UV−2500PC(紫外-可視分光光度計)を用いて透過法で分析し、付属の解析ソフトを用いてJIS Z8730に準拠した方法で評価した。
試料を細かくカットし、SPEX社製6700フリーザーミル(凍結粉砕機)を用いて液体窒素で冷却下3〜10分間凍結粉砕し、850〜1000μmの粒度の粉末に調整した。該粉末1gを水2mlとともにガラスアンプル管中に入れて窒素置換して封管し、130℃、90分間加熱してアセトアルデヒド等の不純物を抽出した。アンプルを冷却後に開封し島津製作所(株)製GC−14B(ガスクロマトグラフ)にて下記条件で分析した。
カラム : VOCOL(60m×0.25mmφ×膜厚1.5μm)
温度条件 : 35℃で10分間保持その後100℃まで5℃/分で昇温、その後100〜220℃まで20℃/分で昇温。
注入口温度: 220℃
注入法 : スプリット法(スプリット比=1:30)、
1.5μl注入
測定法 : FID法
図1に示す装置を用いて、極限粘度[η]が0.48dl/g、ポリマー末端のカルボキシル基量が32meq/kg、結晶融点が256℃のPETの重合中間体を、移送ポンプ(1)により重合中間体供給口(2)より重合器(17)に供給し、265℃の溶融状態にて多孔板(3)の孔より各孔当たり15g/分の量にて吐出させた後、吐出温度と同じ雰囲気温度にて支持体に沿わせながら65Paの減圧度にて重合させ、排出ポンプ(8)によって重合器(17)から抜き出して、成形機A(10)として、2軸延伸ブロー成形機(青木固研究所製SBIII−100H−15)を用いて成形温度280℃でプリフォーム成型から中空体成型まで続けて行った。成形機B(11)として、射出成形機(MODERN MACHINERY co.LTD製MJEC-10)を用いて成形温度280℃でダンベル片を成形した。成形機C(12)として、成形機の代わりにペレタイザーCを設置した。
成形中の吐出圧力を5MPa(絶対圧力)に保たれるように吐出圧力検知払出ポンプ出力制御システム(15)にて制御した以外、実施例1の条件で重合及び成形を行った。結果を表2に示す。
成形中の吐出圧力を2MPa(絶対圧力)に保たれるように吐出圧力検知払出ポンプ出力制御システム(15)にて制御した以外、実施例1の条件で重合及び成形を行った。結果を表3に示す。
実施例1の条件で重合及び成形を行い、図1の移送ポンプ(14)に向かうポリマーの移送配管を開通させるとともに、重合器(17)の底部に設置したレベル検知器によって重合器底部に溜まったポリマー量を検知し、重合器底部での滞留時間が2分間に保たれるよう、レベル検知移送ポンプ出力制御システム(16)と、それによって出力が制御される移送ポンプ(14)にて制御した。移送ポンプ(14)から排出されたポリマーはペレタイザー(13)によりペレット化した。この結果成形中の重合器(17)底部での滞留時間の変動は常時±20%以下に制御された。
実施例1の条件で重合及び成形を行った。但し、吐出圧力検知払出ポンプ出力制御システム(15)による排出ポンプの制御は行わず、吐出量は12.6kg/hに固定した。この結果成形中の吐出圧力は絶えず0〜220MPa(絶対圧力)の範囲で、大きく変動した。
成形中の吐出圧力を0.05MPa(絶対圧力)に保たれるように吐出圧力検知払出ポンプ出力制御システム(15)にて制御した以外、実施例1の条件で重合及び成形を行った。しかしながらこの場合、溶融樹脂の供給が成形機の計量時間内に完了せず、成形を続けることは不可能であった。
図3に示す装置を用いて、極限粘度[η]が0.46dl/g、ポリマー末端のカルボキシル基量が32meq/kg、結晶融点が256℃のPETの重合中間体を移送ポンプ(1)により重合中間体供給口(2)から12.6kg/hrの量にて重合器(17)に供給し、265℃の溶融状態にて多孔板(3)の孔より各孔当たり15g/分の量にて吐出させた後、吐出温度と同じ雰囲気温度にて支持体に沿わせながら65Paの減圧度にて重合させ、排出ポンプ(8)によって重合器(17)から抜き出して、成形機A(10)として、2軸延伸ブロー成形機(青木固研究所製SBIII−100H−15)を用いて成形温度280℃でプリフォーム成形から中空体成形まで続けて行った。
実施例5の条件で重合及び成形を行い、今度は重合器(17)の底部に設置したレベル検知器によって重合器(17)底部に溜まったポリマー量を検知し、重合器(17)底部での滞留時間が2分間に保たれるよう、レベル検知移送ポンプ出力制御システム(16)と、それによって出力が制御される移送ポンプ(14)にて制御した。移送ポンプ(14)から排出されたポリマーはペレタイザー(13)によりペレット化した。この結果成形中の重合器底部での滞留時間の変動は常時±20%以下に制御された。
実施例5の条件で重合及び成形を行った。但し、排出ポンプ(8)の吐出量を12.6kg/hに固定するとともに図1の移送ポンプ(14)に向かうポリマーの移送配管を閉止し、成形機A〜C(10〜12)のみに樹脂を供給して成形した。この結果成形中の吐出圧力は絶えず0〜220MPa(絶対圧力)の範囲で、大きく変動した。
1時間毎に各成形機で製造された成形体の収量、形状、品質を評価したところ、それぞれの成形体の品質は低下し、ばらつきも大きかった。結果を表8に示す。
図5に示す装置を用いて、極限粘度[η]が0.48dl/g、ポリマー末端のカルボキシル基量が32meq/kg、結晶融点が256℃のPETの重合中間体を移送ポンプ(1)により重合中間体供給口(2)より重合器(17)に供給し、265℃の溶融状態にて多孔板(3)の孔より各孔当たり15g/分の量にて吐出させた後、吐出温度と同じ雰囲気温度にて支持体に沿わせながら65Paの減圧度にて重合させ、重合器の底部に設置された3台の排出ポンプ(8)によって重合器(17)から抜き出して、成形機A(10)として、2軸延伸ブロー成形機(青木固研究所製SBIII−100H−15)を用い、成形温度280℃でプリフォーム成形から中空体成形まで続けて行った。
図7に示す装置を用いて、実施例7と同様に重合させ、重合器(17)の底部に設置された1台の排出ポンプ(8)によって重合器(17)から抜き出して、分配器(20)で分配させて、成形機A(10)として、2軸延伸ブロー成形機(青木固研究所製SBIII−100H−15)と、成形機B(11)として射出成形機(MODERN MACHINERY co.LTD製 MJEC-10)と、ペレタイザー(13)を、それぞれ等しい形状、等しい内容積の配管で接続して、同時に成形体を成形できるようにした。
図8に示す装置を用いて、極限粘度[η]が0.48dl/g、ポリマー末端のカルボキシル基量が32meq/kg、結晶融点が256℃のPETの重合中間体を、移送ポンプ(1)により重合中間体供給口2より攪拌槽型重合器(21)に供給し、285℃の重合温度にて、50Paの減圧度にて、滞留時間60分、重合レート12.6kg/hで重合し、攪拌槽型重合器(21)の底部に設置された3台の排出ポンプ(8)によって重合器(17)から抜き出して、実施例7と同様に成形機A(10)として、2軸延伸ブロー成形機(青木固研究所製SBIII−100H−15)と、成形機B(11)として射出成形機(MODERN MACHNERY co.LTD製 MJEC-10)と、ペレタイザー12を用いて、排出ポンプの吐出量をそれぞれ5.0kg/hと4.5kg/hと3.1kg/hに調整して、成形体とペレットを同時に製造した。
図9の装置を用いて、原料として高純度テレフタル酸とEGを用いて、連続重合法により平均して1時間当たり10.0kgのPETを重合した。エステル化反応器(P1)及び第一、第二攪拌槽型重合器(P5、P9)にはパドル状攪拌翼を有した縦型攪拌重合反応器を用い、最終重合器(17)にて多孔板(3)の孔から吐出させた支持体に沿わせて落下させながら減圧下で重合した。
実施例8の条件で開始状態に設定した後、成形機の故障を想定して射出成形機Bを停止し、5.0kg/hの過剰ポリマーを、ポリマー戻し配管にて第一攪拌槽型重合器P5に再循環させるとともに、エステル化反応器に連続投入する原料を反応開始当初の50%に低減した。このような状態に設定した後、24時間に渡って連続して重合及び射出成形機Aのみで射出成形を実施した。この間、1時間毎に製造された成形体の品質を評価したところ、24時間に渡って安定した品質のものが得られた。結果を表14に示す。
成形体の品質と成形体重量について経時的に安定して製造できることを見出した。
[0017]
本発明者らはこれらの知見をもとに本発明をなすに至った。
すなわち、本発明は以下のとおりのものである。
[0018]
(1)重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、固化することなく溶融状態で少なくとも一つの成形機へ移送し成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造方法において、該成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)の間の任意の圧力に保つように制御する、上記製造方法。
(2)前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)に保つように制御する、(1)に記載の製造方法。
(3)(I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御する手段及び、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)の任意の圧力に保たれるように制御される、(1)に記載の製造方法。
(4)成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPaの間であって、設定圧力の±80%を超えないように保つように制御することを特徴とする(1)〜(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送される、(1)〜(4)のいずれかに記載の製造方法。
(6)重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前
記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合された樹脂からなる成形体の製造方法。
(7)前記重合器の各々の排出ポンプに、少なくとも1つ以上の成形機及び/又はペレタイザーが接続されている、(6)に記載の製造方法。
(8)前記溶融重縮合反応によって、成形又はペレタイズに用いる量を越えて製造された重縮合ポリマーの少なくとも一部を、前記重縮合ポリマーを製造する工程のうちの任意の工程に戻して再循環させる、(1)〜(7)のいずれかに記載の製造方法。
(9)前記重合中間体を前記重合器に供給する以前の任意の工程において、任意の量の分子量調節剤と反応させる、(1)〜(8)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(10)前記成形体がボトル成形用のプリフォーム、フィルム、シート、容器、繊維から選ばれる1種類以上である、(1)〜(9)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(11)前記溶融重縮合反応によって重合される樹脂が、ポリエステル樹脂である、(1)〜(10)のいずれかに記載の成形体の製造方法。
(12)重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、固化することなく溶融状態で少なくとも一つの成形機へ移送し成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造のための装置であって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、上記装置。
(13)前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御し得る、(12)に記載の装置。
(14)(I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御し得る手段と、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器
のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、(12)に記載の装置。
(15)前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送され得る、(12)〜(14)のいずれかに記載の装置。
(16)溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造装置において、重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形し得る、上記装置。
[0019]
本発明の製造方法を用いると、溶融重縮合反応によって連続重合した樹脂を、溶融状態のままで成形機に移送して高品質、低コストの成形体を製造する方法において、成形機に供給する溶融樹脂の品質及び供給量を安定に調整することが容易となり、「樹脂製造レート」と「樹脂成形レート」が互いに変動した場合にも調整が容易となり、成形体の品質と成形体重量について経時的に安定した製品を製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
[0020]
本発明は、新しい原理に基づく重合器を利用するものであるため、以下に(A)重合方法の原理、(B)重縮合樹脂の説明、(C)重合器の説明、(D)重合方法の説明、(E)成形方法の説明、の順に具体的に説明する。
[0021]
(A)重合方法の原理:
本発明の重合方法は、溶融重縮合反応によって重合可能な樹脂の重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口から重合器に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて重力落下させながら減圧下あるいは減圧不活性ガス雰囲気下にて重合する方法である。
[0022]
後述するように、重合中間体の特性、重合器の構造、重合方法が適切な条件を満たすことで、支持体に沿って落下する重合中間体が多量の泡を含んだ状態となり、重合の進行に伴って樹脂が泡玉(塊)状の構造となって重合器の下方に向かって転がり落ちる挙動を示す。
Claims (15)
- 重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、固化することなく溶融状態で少なくとも一つの成形機へ移送し成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造方法において、該成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)の間の任意の圧力に保つように制御する、上記製造方法。
- 前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力を0.1〜100MPa(絶対圧力)に保つように制御する、請求項1に記載の製造方法。
- (I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御する手段及び、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)の任意の圧力に保たれるように制御される、請求項1に記載の製造方法。
- 前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送される、請求項1〜請求項3のいずれか一項に記載の製造方法。
- 重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合された樹脂からなる製造方法。
- 前記重合器の各々の排出ポンプに、少なくとも1つ以上の成形機及び/又はペレタイザーが接続されている、請求項5に記載の製造方法。
- 前記溶融重縮合反応によって、成形又はペレタイズに用いる量を越えて製造された重縮合ポリマーの少なくとも一部を、前記重縮合ポリマーを製造する工程のうちの任意の工程に戻して再循環させる、請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の製造方法。
- 前記重合中間体を前記重合器に供給する以前の任意の工程において、任意の量の分子量調節剤と反応させる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
- 前記成形体がボトル成形用のプリフォーム、フィルム、シート、容器、繊維から選ばれる1種類以上である、請求項1〜請求項8のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
- 前記溶融重縮合反応によって重合される樹脂が、ポリエステル樹脂である、請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の成形体の製造方法。
- 重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、固化することなく溶融状態で少なくとも一つの成形機へ移送し成形することを含む、溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造のための装置であって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、上記装置。
- 前記重合器の排出ポンプの吐出量を制御することによって、成形機への移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御し得る、請求項11に記載の装置。
- (I)前記重合器の排出ポンプの吐出量を重合中間体の供給量の1.0〜100倍に制御し得る手段と、(II)前記重合器の排出ポンプの下流側と前記重合器のボトムとに接続された配管と前記配管に設けられた吐出圧力検知ポリマー戻し弁開度制御システム又は背圧弁とからなる、排出ポンプによって排出された樹脂を前記重合器のボトムに戻す手段によって、成形機への樹脂の移送圧力が0.1〜100MPa(絶対圧力)に保たれるように制御され得る、請求項11に記載の装置。
- 前記重合器のボトム又は前記重合器の排出ポンプの後に、成形機の他にペレタイザー及び/又は排出ノズルに接続された移送ポンプが設けられ、前記重合器のボトムでのポリマー溶融滞留時間が0.1〜120分に制御されるようにポリマーがペレタイザー及び/又は排出ノズルに移送され得る、請求項11〜請求項13のいずれか一項に記載の装置。
- 溶融重縮合反応によって重合される樹脂からなる成形体の製造装置において、重合中間体を溶融状態にて重合中間体供給口より重合器に連続的に供給し、多孔板の孔から吐出させた後、支持体に沿わせて減圧下にて落下させながら重合させた後に、前記重合器の少なくとも二つの排出ポンプから樹脂を払い出し、次いで前記樹脂を固化することなく溶融状態で少なくとも二つの成形機及び/又はペレタイザーへ移送して成形し得る、上記装置。
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