WO2015098690A1 - 重合溶液の揮発成分除去装置、および重合溶液の揮発成分除去方法 - Google Patents

重合溶液の揮発成分除去装置、および重合溶液の揮発成分除去方法 Download PDF

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volatile component
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英樹 谷村
宮本 真二
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出光興産株式会社
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F6/00Post-polymerisation treatments
    • C08F6/001Removal of residual monomers by physical means
    • C08F6/003Removal of residual monomers by physical means from polymer solutions, suspensions, dispersions or emulsions without recovery of the polymer therefrom
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J4/00Feed or outlet devices; Feed or outlet control devices
    • B01J4/001Feed or outlet devices as such, e.g. feeding tubes
    • B01J4/002Nozzle-type elements

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus for removing volatile components from a polymerization solution and a method for removing volatile components from a polymerization solution.
  • a polymerization solution having a very high viscosity such as a polymerization solution of a styrene polymer generally employs a method of removing a volatile component from the polymerization solution using a so-called thin film evaporator (for example, Patent Document 1).
  • a volatile component removing apparatus replacing the thin film evaporator has been required.
  • a so-called preheating provided with a pressurizing means, a heating means, and a decompression means having a decompressed decompression space into which the pressurized and heated polymerization solution is introduced.
  • the flasher of the mold has a plurality of flow paths through which the polymerization solution can flow, and is disposed in the reduced pressure space so that the polymerization solution that has flowed into the reduced pressure space of the pressure reducing means flows through the flow path.
  • An apparatus for removing a volatile component of a polymerization solution including a porous member has been proposed (for example, Patent Document 2).
  • the present invention has an object of providing a volatile component removal apparatus for a polymerization solution that can efficiently and satisfactorily remove volatile components even in a high-viscosity polymerization solution, and a volatile component removal method for a polymerization solution using the same.
  • the present invention provides the following volatile component removal apparatus for a polymerization solution and a volatile component removal method for a polymerization solution.
  • the apparatus for removing a volatile component of a polymerization solution of the present invention comprises a pressurizing means for pressurizing a polymerization solution obtained by polymerizing a monomer using a solvent, and heating the polymerization solution pressurized by the pressurizing means under pressure.
  • Heating means a decompression means having a decompressed decompression space into which the pressurized and heated polymer solution is introduced, a flow path through which the polymerization solution can flow, and a decompression space of the decompression means
  • a flow member disposed in the decompression space in a state in which the polymerization solution that has flowed into the flow channel flows, and an average length of the flow channel is not less than a predetermined value.
  • the present inventors presume as follows. That is, in the present invention, the polymerization solution that has flowed into the decompression space of the decompression means flows through the flow path of the circulation member disposed in the decompression space. At this time, since the polymerization solution flowing through the flow path flows along the wall surface of the flow path, it is in a thin film state. Thus, in the state of a thin film, the volatile component in the polymerization solution tends to volatilize.
  • the length of the flow path is set to a predetermined value or more as in the present invention, the state of the thin film of the polymer solution flowing into the reduced pressure space is stabilized, and the removal rate of volatile components in the flow path is improved.
  • volatile components can be removed even after the passage of the flow path. For this reason, the present inventors presume that according to the present invention, a volatile component can be efficiently and satisfactorily removed even in a highly viscous polymerization solution.
  • an average diameter of the flow path is 0.001 m (1 mm) or more and 0.02 m (20 mm) or less.
  • the lower limit number of the flow paths is determined by the inflow amount of the polymerization solution, and the number of flow paths may be 1 when the inflow amount is small. More specifically, the flow rate (F) of the polymerization solution, the average diameter (D) of the flow paths, and the number (N) of the flow paths satisfy the condition represented by the following formula (F1). preferable. F / ( ⁇ D ⁇ N) ⁇ 300 kg / (h ⁇ m) (F1)
  • the average length (L) of the flow path, the average diameter (D) of the flow path, and the number (N) of the flow paths are expressed by the following formula ( It is preferable that the condition represented by F2) is satisfied.
  • the flow member preferably includes a flat plate having a plurality of holes and a plurality of tubular members communicating with the holes.
  • the number of holes in the porous plate and the number of tubular members are not necessarily plural, and both may be singular.
  • the method for removing a volatile component of a polymerization solution is a method for removing a volatile component of a polymerization solution using a volatile component removal apparatus for the polymerization solution, wherein the polymerization solution is pressurized by the pressurizing means and the heating means.
  • a pressure heating step for heating; and the polymerization solution pressurized and heated in the pressure heating step is circulated through a flow path provided in the flow member in the reduced pressure space of the pressure reducing means, to thereby form the polymerization solution.
  • a volatile component removing step of removing volatile components from the volatile component According to the present invention, volatile components can be efficiently and satisfactorily removed even in a highly viscous polymerization solution.
  • the viscosity at a temperature of the volatile component removal apparatus measured by the method described in JIS Z8803 of the polymerization solution may be 1.0 Pa ⁇ s or more.
  • the polymerization solution may be a polymerization solution of a styrene polymer. According to the present invention, volatile components can be efficiently and satisfactorily removed even in a highly viscous polymerization solution. Therefore, the viscosity of the polymerization solution may be the lower limit or more.
  • the polymerization solution may be a polymerization solution of a styrene polymer that is a high viscosity polymerization solution.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a IV-IV cross section in FIG. 3.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a volatile component removal apparatus in the present embodiment.
  • the volatile component removing apparatus 10 includes a pressurizing unit 11 that pressurizes a polymerization solution obtained by polymerizing a monomer using a solvent, and a heating unit 12 that heats the polymerization solution pressurized by the pressurizing unit 11 under pressure.
  • a decompression means 13 having a decompressed decompression space into which the pressurized and heated polymerization solution is introduced, and a flow path 14A through which the polymerization solution can be circulated, and is introduced into the decompression space of the decompression means 13.
  • the flow member 14 disposed in the reduced pressure space so that the polymer solution flows through the flow path 14A, and the average length of the flow path 14A is not less than the length satisfying the formula (F2). Is.
  • the polymerization solution obtained by polymerizing the monomer using the solvent flows into the volatile component removal apparatus 10 from the polymerization solution inflow path 15.
  • the polymerization solution inflow passage 15 has a delivery pump (not shown) for sending the polymerization solution to the decompression means 13, a heat exchange means as the heating means 12, and a decompression on the downstream side of the heating means 12.
  • a pressure adjusting valve as the pressurizing means 11 is provided on the means 13 side.
  • the pressure adjustment valve as the pressurizing means 11 adjusts the pressure so that the polymerization solution flowing through the polymerization solution inflow passage 15 flows at a pressure that does not foam when heated by the heating means 12. That is, since the vapor pressure varies depending on the composition of the polymerization solution, the pressure at which the polymerization solution does not foam may be set according to the vapor pressure, and foaming can be prevented by adjusting the pressure higher than the vapor pressure.
  • the heat exchange means as the heating means 12 heats the polymerization solution using, for example, heat removed during the polymerization reaction. That is, it is only necessary to heat the polymer resin to a high temperature at which a vapor pressure is obtained in which the polymer resin does not change and a volatile component can be sufficiently foamed at the time of decompression at a later stage. Specifically, the amount of residual volatile components is determined by the vapor-liquid equilibrium value between the polymer resin and the volatile components depending on the temperature and pressure conditions, so the lower the temperature, the higher the degree of vacuum in the processing tank. There is.
  • the decompression means 13 has a decompression space 13A, and includes a solvent removal tank having a decompression-resistant structure and a decompression device (not shown) that decompresses the decompression space 13A. As shown in FIG. 1, the polymerization solution flows into the solvent removal tank via the polymerization solution inflow passage 15. Moreover, it is preferable that this decompression device simplifies the plant equipment in common with the decompression device of volatile component gas recovery means (not shown).
  • a dome portion 13B is provided on the upper portion of the solvent removal tank of the decompression means 13 to which the polymerization solution inflow passage 15 is connected.
  • a circulation member 14 is provided on the bottom surface of the dome portion 13B facing the decompression space 13A.
  • the flow member 14 includes a disk-shaped perforated plate 141 having a plurality of holes and a plurality of tubular members 142 communicating with the holes. Yes.
  • a plurality of flow paths 14 ⁇ / b> A having an axial direction along the thickness direction of the porous plate 141 are formed in the flow member 14 by a plurality of holes and a plurality of tubular members 142.
  • the average length of the flow path 14A needs to be more than the length which satisfy
  • the average length of the flow path 14A is less than the lower limit, for example, a high-viscosity polymerization solution such as a polymerization solution of a styrene polymer cannot sufficiently remove volatile components.
  • the average diameter (D) of the flow path 14A is preferably 0.001 m (1 mm) or more and 0.02 m (20 mm) or less, more preferably 0.005 m (5 mm) or more and 0.01 m (10 mm) or less. preferable.
  • the average diameter (D) is less than the lower limit, it is difficult for the polymerization solution to flow, pressure loss increases, and it tends to be difficult to improve production efficiency.
  • the average diameter (D) exceeds the above upper limit, the upper limit of the processing amount is remarkably reduced, or the number (N) of the flow paths 14A is remarkably increased, and it becomes difficult to improve the production efficiency. Tend.
  • the number (N) of the flow paths 14A is preferably 400 or more and more preferably 1200 or more and 23000 or less under the conditions of a flow rate of 2000 kg / h and an average diameter (D) of 0.005 m (5 mm).
  • D average diameter
  • the average length (L) of the flow channel 14A, the average diameter (D) of the flow channel 14A, and the number (N) of the flow channels 14A satisfy the condition represented by the following formula (F2).
  • outflow path 16 provided with the transfer pump 16A which sends the superposition
  • the polymerization solution volatile component removal method according to the present embodiment is a polymerization solution volatile component removal method using the volatile component removal apparatus 10 and includes a pressure heating step and a volatile component removal step described below.
  • the kind of polymerization solution is not specifically limited.
  • the polymerization solution a known solution obtained by polymerizing monomers using a solvent can be appropriately employed.
  • the volatile component removing device 10 can efficiently and satisfactorily remove volatile components even in a high-viscosity polymerization solution, a styrene polymer polymerization solution that is a high-viscosity polymerization solution is used here.
  • the volatile component removal method will be described as an example.
  • the styrenic polymer mainly has a syndiotactic structure.
  • the syndiotactic structure is a three-dimensional structure in which the three-dimensional structure is a syndiotactic structure, that is, a phenyl group or a substituted phenyl group that is a side chain with respect to the main chain formed from a carbon-carbon bond is alternately located in the opposite direction. It is what you have.
  • the tacticity is quantified by an isotope carbon nuclear magnetic resonance method ( 13 C-NMR method).
  • the viscosity of the polymer solution of the styrene polymer may be relatively high.
  • the viscosity at the temperature of the volatile component removal apparatus measured by the method described in JIS Z8803 may be 1.0 Pa ⁇ s or more.
  • the pressurizing means 11 is preferably a gauge pressure that pressurizes to 0.3 MPaG or more, and more preferably 0.64 MPaG or more. If the pressure in the pressurizing means 11 is less than the lower limit, foaming occurs before the pressure reduction, and the heat transfer performance of the heating means 12 tends to deteriorate.
  • the heating means 12 is preferably heated to 150 ° C. or higher and 350 ° C. or lower, more preferably 200 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. When the heating temperature in the heating means 12 is less than the lower limit, the volatile component tends to be difficult to foam at the time of decompression in the subsequent stage. On the other hand, when the heating temperature exceeds the upper limit, the polymerization resin tends to be easily altered.
  • the polymerization solution pressurized and heated in the pressure heating step is circulated through the flow path 14A provided in the flow member 14 in the decompression space of the decompression means 13, and the polymerization solution Remove volatile components from
  • the decompression means 13 is preferably an absolute pressure, and is preferably decompressed to 80 kPa Abs or less (600 torr or less), and more preferably 1.33 kPa Abs or less (10 torr or less). When the pressure in the reduced pressure space is within the above range, the solvent can be removed without altering the styrene polymer.
  • the amount of remaining volatile components is 400 mass ppm or less (more preferably 300 mass ppm or less) in order to prevent deterioration of product quality due to odor of volatile components. Accordingly, when the temperature is set to 230 ° C., which is a temperature condition at which the styrene polymer does not change, based on the vapor-liquid equilibrium value between the styrene polymer and the volatile component, it is preferably set within the above range.
  • the flow volume (F) of this polymerization solution, the average diameter (D) of the flow path 14A, and the number (N) of the flow paths 14A satisfy the condition represented by the following mathematical formula (F3).
  • F3 When this condition is satisfied, volatile components can be removed more efficiently.
  • the volatile component can be removed from the polymerization solution of the styrene polymer. And the styrene-type polymer from which the volatile component was fully removed can be manufactured.
  • the flow member 14 may be a porous member such as a pumice or the like in which the flow path is bent or branched rather than linear, or a mesh member.
  • the number of holes in the perforated plate 141 may not be plural, that is, a single hole plate may be used, and further, the number of the tubular members 142 may be single.
  • the volatile component in the polymerization solution of a styrene-type polymer was removed, it is not limited to this.
  • the polymerization solution include polyolefin polymers and hydrogenated petroleum resins.
  • Example 1 Using a concentration tank, the styrene polymer was dissolved in ethylbenzene so that the resin concentration was 25% by mass to obtain a styrene polymer solution. Using the volatile component removing apparatus 10 shown in FIG. 1, volatile components were removed from the obtained styrene polymer solution under the following conditions. Specifically, first, the pressure in the decompression space was adjusted to a predetermined value, the temperature in the concentration tank was adjusted to 185 ° C., and then the pressure in the concentration tank was adjusted to a predetermined value with nitrogen.
  • the pressure adjustment valve of the volatile component removing apparatus 10 is slightly opened, and a styrenic polymer solution is placed in the reduced pressure space of the volatile component removing apparatus 10 while checking a flow meter (not shown) and adjusting the pressure to a predetermined pressure. And volatile components were removed.
  • the styrene polymer after removal of the volatile component was recovered, and the residual volatile component amount (ethylbenzene amount) in the obtained styrene polymer was measured by gas chromatogram analysis. As a result, the residual volatile component amount was 290.
  • the mass was ppm.
  • Example 2 Volatile components were volatilized from the styrene polymer solution in the same manner as in Example 1 except that the flow rate (F) in the volatile component removal apparatus 10 was changed to 50 kg / h and the pressure in the reduced pressure space was changed to 1.20 kPa Abs (15 torr). Ingredients were removed. The amount of residual volatile components in the styrene polymer after removal of the volatile components was 480 mass ppm.
  • the polymerization solution obtained by polymerizing a normal styrene polymer contains volatile components such as styrene monomer in addition to ethylbenzene as a solvent.
  • This styrene monomer also has a diffusion coefficient equivalent to that of ethylbenzene. Therefore, it is presumed that the same results as in the above Examples and Comparative Examples can be obtained even with a polymerization solution containing a styrene polymer, a styrene monomer and ethylbenzene.
  • the apparatus for removing a volatile component of a polymerization solution of the present invention can be suitably used particularly when removing a volatile component from a highly viscous polymerization solution.

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Abstract

 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置は、溶媒を用いて単量体を重合した重合溶液を加圧する加圧手段(11)と、この加圧手段(11)にて加圧された前記重合溶液を加圧下で加熱する加熱手段(12)と、前記加圧かつ加熱された前記重合溶液が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段(13)と、前記重合溶液を流通可能な流路を有し、減圧手段(13)の減圧空間内に流入された前記重合溶液を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材(14)と、を備え、前記流路の平均長さが、所定値以上であることを特徴とするものである。

Description

重合溶液の揮発成分除去装置、および重合溶液の揮発成分除去方法
 本発明は、重合溶液の揮発成分除去装置、および重合溶液の揮発成分除去方法に関する。
 溶液重合や塊状重合によって単量体を重合させる場合、未反応の単量体や、溶液重合の場合では溶剤など、揮発成分が重合溶液中に残留する。これら揮発成分は、臭気などとして製品の品質を悪化する原因となることから、品質に影響しない程度まで除去する必要がある。そして、例えば、スチレン系重合体の重合溶液のように粘度が非常に高い重合溶液では、一般的に、いわゆる薄膜蒸発器を用いて、重合溶液から揮発成分を除去する方法が採用されている(例えば、特許文献1)。しかしながら、薄膜蒸発器は、設備コストが高価な点で問題があるため、薄膜蒸発器に代わる揮発成分除去装置が要求されていた。
 一方、薄膜蒸発器以外の揮発成分除去装置として、加圧手段、加熱手段、および前記加圧かつ加熱された前記重合溶液が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段とを備えるいわゆる予熱型のフラッシャーにおいて、重合溶液を流通可能な流路を複数有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記重合溶液を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された多孔部材を備える重合溶液の揮発成分除去装置が提案されている(例えば、特許文献2)。
特開昭59-126412号公報 特開2011-74373号公報
 しかしながら、特許文献2に記載の重合溶液の揮発成分除去装置を用いた場合、比較的に低粘度の重合溶液では、良好に揮発成分を除去できるものの、例えば、スチレン系重合体の重合溶液のように高粘度の重合溶液では、揮発成分を十分に除去できないという問題があった。
 そこで、本発明は、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できる重合溶液の揮発成分除去装置、および、それを用いた重合溶液の揮発成分除去方法を提供することを目的とする。
 前記した課題を解決すべく、本発明は、以下のような重合溶液の揮発成分除去装置、および重合溶液の揮発成分除去方法を提供するものである。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置は、溶媒を用いて単量体を重合した重合溶液を加圧する加圧手段と、この加圧手段にて加圧された前記重合溶液を加圧下で加熱する加熱手段と、前記加圧かつ加熱された前記重合溶液が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段と、前記重合溶液を流通可能な流路を有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記重合溶液を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材と、を備え、前記流路の平均長さが、所定値以上であることを特徴とするものである。
 本発明により、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できる理由について必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推定する。
 すなわち、本発明においては、減圧手段の減圧空間内に流入された重合溶液が、この減圧空間内に配設された流通部材の流路を流通する。このとき、流路を流通する重合溶液は、流路の壁面に沿って流れるために、薄膜の状態となる。このように薄膜の状態では、重合溶液中の揮発成分が揮発しやすくなる。つまり、減圧空間内に流入された重合溶液を、可能な限りこのような薄膜の状態にすれば、揮発成分を良好に除去できる。なお、揮発成分の除去は流路の流通中のみならず、流路の流通後においても、重合溶液が泡の状態の間は、薄膜の状態が継続しており、すなわち揮発成分の除去が継続されると推定している。ただし、高粘度の重合溶液の場合には、流路を流通することにより一度薄膜を形成しても、流路通過後に揮発成分の除去が不十分な重合溶液が合一しやすく、それ以上の揮発成分の除去が困難となる傾向がある。そこで、本発明のように、流路の長さを所定値以上とすれば、減圧空間内に流入された重合溶液の薄膜の状態が安定し、流路内での揮発成分の除去率が向上することに加え、流路流通後においても揮発成分の除去が可能となる。このため、本発明により、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できるものと本発明者らは推定する。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置においては、前記流路の平均直径が、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)以下であることが好ましい。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置においては、前記流路の下限数は重合溶液の流入量により決定され、流入量が少ない場合には流路の数は1でもよい。より詳しくは、前記重合溶液の流量(F)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F1)で表される条件を満たすことが好ましい。
F/(πD×N) ≦ 300kg/(h・m)   ・・・(F1)
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置においては、前記流路の平均長さ(L)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F2)で表される条件を満たすことが好ましい。
L ≧ πD×N/8   ・・・(F2)
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置においては、前記流通部材は、複数の孔を有しかつ平板状の多孔板と、前記孔に連通する複数の管状部材とを、備えることが好ましい。ただし、前記数式(F2)を満たす範囲であれば、前記多孔板の孔の数、および管状部材は複数である必要はなく、ともに単数としてもよい。
 多孔板の孔に管状部材を連通する構成とすることで、多孔板の厚みだけでなく、管状部材の長さにより、流通部材の流路の長さを調整できる。それ故、流通部材の設計の自由度が高まり、流路の平均長さが前記下限以上となるような流通部材をより容易に作製できる。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去方法は、前記重合溶液の揮発成分除去装置を用いる重合溶液の揮発成分除去方法であって、前記加圧手段および前記加熱手段により、前記重合溶液を加圧下で加熱する加圧加熱工程と、前記加圧加熱工程で加圧かつ加熱された重合溶液を、前記減圧手段の減圧空間内にて前記流通部材に設けられた流路を流通させて、前記重合溶液から揮発成分を除去する揮発成分除去工程と、を備えることを特徴とする方法である。
 本発明によれば、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できる。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去方法においては、前記重合溶液のJIS Z8803に記載の方法により測定した揮発成分除去装置の温度における粘度が、1.0Pa・s以上であってもよい。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去方法においては、前記重合溶液は、スチレン系重合体の重合溶液であってもよい。
 本発明によれば、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できる。そのため、重合溶液の粘度は、前記下限以上であってもよい。また、重合溶液は、高粘度の重合溶液であるスチレン系重合体の重合溶液であってもよい。
本実施形態における揮発成分除去装置の概略構成を示すブロック図である。 本実施形態における流通部材を示す斜視図である。 本実施形態における流通部材の一部を拡大して示す上面図である。 図3におけるIV-IV断面を示す断面図である。
 以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
 図1は、本実施形態における揮発成分除去装置の概略構成を示すブロック図である。
 [揮発成分除去装置]
 まず、本実施形態の揮発成分除去装置10について説明する。
 揮発成分除去装置10は、溶媒を用いて単量体を重合した重合溶液を加圧する加圧手段11と、この加圧手段11にて加圧された重合溶液を加圧下で加熱する加熱手段12と、加圧かつ加熱された重合溶液が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段13と、重合溶液を流通可能な流路14Aを有し、減圧手段13の減圧空間内に流入された重合溶液を流路14Aに流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材14と、を備え、流路14Aの平均長さが、前記数式(F2)を満たす長さ以上であるものである。
 溶媒を用いて単量体を重合した重合溶液は、重合溶液流入路15から揮発成分除去装置10に流入する。
 この重合溶液流入路15には、図1に示すように、重合溶液を減圧手段13へ送り出す図示しない送出ポンプと、加熱手段12としての熱交換手段と、この加熱手段12の下流側となる減圧手段13側に加圧手段11としての圧力調整バルブが設けられている。
 加圧手段11としての圧力調整バルブは、重合溶液流入路15内を流過する重合溶液が、加熱手段12で加熱された際に発泡しない圧力で流通する状態に圧力調整する。すなわち、重合溶液の組成により蒸気圧が異なるので、重合溶液の発泡しない圧力も蒸気圧に応じて設定すればよく、蒸気圧より高い圧力に調整することで発泡を防止できる。
 加熱手段12としての熱交換手段は、例えば、重合反応時に除去した熱を利用して重合溶液を加熱する。すなわち、重合樹脂が変質せず、かつ後段での減圧時に揮発成分が十分に発泡できる蒸気圧が得られる高い温度に加熱すればよい。具体的には、残留する揮発成分量は、温度と圧力との条件による重合樹脂と揮発成分との気液平衡値により決まるため、温度が低くなるほど処理する槽内での真空度を高くする必要がある。
 減圧手段13は、減圧空間13Aを有し、耐減圧構造の脱溶剤槽と、この減圧空間13Aを減圧する図示しない減圧装置と、を備えている。この脱溶剤槽には、図1に示すように、重合溶液流入路15を介して、重合溶液が流入される。また、この減圧装置は、揮発成分ガス回収手段(図示しない)の減圧装置との共用としてプラント設備の簡略化を図ることが好ましい。
 また、減圧手段13の脱溶剤槽における重合溶液流入路15が接続する上部には、ドーム部13Bが設けられている。このドーム部13Bにおける減圧空間13Aに臨む底面には、流通部材14が設けられている。この流通部材14は、図2、図3および図4に示すように、複数の孔を有しかつ円板状の多孔板141と、前記孔に連通する複数の管状部材142とを、備えている。そして、この流通部材14には、複数の孔および複数の管状部材142により、多孔板141の厚さ方向に沿った軸方向を有する複数の流路14Aが形成されている。
 そして、流路14Aの平均長さは、前記数式(F2)を満たす長さ以上であることが必要である。流路14Aの平均長さが前記下限値未満では、例えば、スチレン系重合体の重合溶液のように高粘度の重合溶液では、揮発成分を十分に除去できない。
 流路14Aの平均直径(D)は、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)以下であることが好ましく、0.005m(5mm)以上0.01m(10mm)以下であることがより好ましい。平均直径(D)が前記下限未満では、重合溶液が流通しにくくなり、圧力損失が増大して製造効率の向上が得られにくくなる傾向がある。他方、平均直径(D)が前記上限を超えると、処理量の上限が著しく低くなり、もしくは流路14Aの数(N)を著しく増加させることとなり、同様に製造効率の向上が得られにくくなる傾向がある。
 流路14Aの数(N)は、流量2000kg/h、平均直径(D)が0.005m(5mm)の条件においては400以上であることが好ましく、1200以上23000以下であることがより好ましい。数(N)が前記下限未満では、重合溶液の薄膜化が不足する傾向にある。他方、数(N)が前記上限を超えると、偏流がおこりやすくなる傾向がある。
 流路14Aの平均長さ(L)と、流路14Aの平均直径(D)と、流路14Aの数(N)とは、下記数式(F2)で表される条件を満たすことが好ましい。
L ≧ πD×N/8   ・・・(F2)
 そして、減圧手段13の脱溶剤槽の底部には、揮発成分が高度に除去された重合溶液を次工程(造粒工程など)へ送る移送ポンプ16Aを備える流出路16が接続されている。
 [揮発成分除去方法]
 次に、本実施形態の重合溶液の揮発成分除去方法について説明する。本実施形態の重合溶液の揮発成分除去方法は、揮発成分除去装置10を用いる重合溶液の揮発成分除去方法であって、以下説明する加圧加熱工程および揮発成分除去工程を備える方法である。
 なお、本実施形態の重合溶液の揮発成分除去方法においては、重合溶液の種類は特に限定されない。重合溶液としては、溶媒を用いて単量体を重合した公知のものを適宜採用できる。また、揮発成分除去装置10は、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できるものであることから、ここでは、高粘度の重合溶液であるスチレン系重合体の重合溶液の揮発成分除去方法を例に挙げて説明する。
 加圧加熱工程においては、加圧手段11および加熱手段12により、スチレン系重合体の重合溶液を加圧下で加熱する。
 このスチレン系重合体は、主にシンジオタクチック構造を有するものである。シンジオタクチック構造とは、立体構造がシンジオタクチック構造、すなわち炭素-炭素結合から形成される主鎖に対して側鎖であるフェニル基や置換フェニル基が交互に反対方向に位置する立体構造を有するものである。そのタクティシティーは同位体炭素による核磁気共鳴法(13C-NMR法)により定量される。
 このスチレン系重合体の重合溶液の粘度は、比較的に高粘度であってもよい。具体的には、JIS Z8803に記載の方法により測定した揮発成分除去装置の温度における粘度が、1.0Pa・s以上であってもよい。
 加圧手段11は、ゲージ圧で、0.3MPaG以上に加圧することが好ましく、0.64MPaG以上に加圧することがより好ましい。加圧手段11での圧力が、前記下限未満では、減圧前に発泡してしまい、加熱手段12の伝熱性能が悪くなる傾向がある。
 加熱手段12は、150℃以上350℃以下に加熱することが好ましく、200℃以上300℃以下に加熱することがより好ましい。加熱手段12での加熱温度が、前記下限未満では、後段での減圧時に揮発成分が発泡しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、重合樹脂が変質しやすくなる傾向にある。
 揮発成分除去工程においては、前記加圧加熱工程で加圧かつ加熱された重合溶液を、減圧手段13の減圧空間内にて流通部材14に設けられた流路14Aを流通させて、この重合溶液から揮発成分を除去する。
 減圧手段13は、絶対圧力で、80kPaAbs以下(600torr以下)に減圧することが好ましく、1.33kPaAbs以下(10torr以下)に減圧することがより好ましい。かかる減圧空間での圧力が前記範囲内であれば、スチレン系重合体を変質させずに、溶媒を除去できる。すなわち、揮発成分の臭気による製品の品質悪化を防止すべく残留する揮発成分量を400質量ppm以下(より好ましくは300質量ppm以下)とすることが好ましい。このことにより、スチレン系重合体と揮発成分との気液平衡値に基づき、スチレン系重合体が変質しない温度条件である230℃に設定した場合、前記範囲内に設定することが好ましい。
 そして、この重合溶液の流量(F)と、流路14Aの平均直径(D)と、流路14Aの数(N)とが、下記数式(F3)で表される条件を満たすことが好ましい。かかる条件を満たす場合には、揮発成分をより効率よく除去できる。
F/(πD×N) ≦ 300kg/(h・m)   ・・・(F1)
 以上のようにして、スチレン系重合体の重合溶液から揮発成分を除去することができる。そして、揮発成分が十分に除去されたスチレン系重合体を製造することができる。
 [実施形態の変形例]
 なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても適用できる。
 本実施形態では、流通部材14として、多孔板141および管状部材142を備える構成としたが、これに限定されない。例えば、流通部材14が多孔板141のみから構成されていてもよく、その場合、多孔板141を厚くすればよい。
 また、流通部材14は、例えば軽石などのように、流路が直線状ではなく屈曲したり枝分かれ状であったりする多孔質部材、或いはメッシュ状部材などでもよい。また、流量が少ない条件においては、多孔板141の孔数は複数でなくてよく、つまり単孔板でもよく、さらには、管状部材142の数も単数でよい。
 さらに、本実施形態では、スチレン系重合体の重合溶液における揮発成分を除去したが、これに限定されない。重合溶液としては、ポリオレフィン重合体、水素添加石油樹脂などが挙げられる。
 次に、本発明を実施例および比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によってなんら限定されるものではない。
 [実施例1]
 濃縮槽を用いて、スチレン系重合体を、樹脂濃度が25質量%となるように、エチルベンゼン中に溶解させて、スチレン系重合体溶液を得た。
 図1に示す揮発成分除去装置10を用いて、下記の条件にて、得られたスチレン系重合体溶液から揮発成分を除去した。具体的には、先ず、減圧空間内の圧力を所定値に調整し、濃縮槽での温度を185℃に調整した後に、窒素にて濃縮槽の圧力を所定値に調整した。その後、揮発成分除去装置10の圧力調整バルブを僅かに開いて、流量計(図示しない)を確認して所定の圧力に調整しながら、揮発成分除去装置10の減圧空間内にスチレン系重合体溶液を流入させ、揮発成分を除去した。揮発成分除去後のスチレン系重合体を回収し、得られたスチレン系重合体における残留揮発成分量(エチルベンゼン量)を、ガスクロマトグラムによる分析をすることにより測定したところ、残留揮発成分量は、290質量ppmであった。また、得られたスチレン系重合体の粘度をJIS Z8803に記載の方法により測定したところ、230℃における粘度は、約10000Pa・sであった。
加圧手段のゲージ圧:0.6MPaG
加熱手段の加熱温度:245℃
減圧空間内の圧力:1.20kPaAbs(9torr)
流量(F):5kg/h
流通部材の流路の平均長さ(L):0.2m(200mm)
流通部材の流路の平均直径(D):0.005m(5mm)
流通部材の流路の数(N):33
πD×N/8の値:0.065m(65mm)
F/(πD×N)の値:9.6
 [実施例2]
 揮発成分除去装置10における流量(F)を50kg/hに、減圧空間内の圧力を1.20kPaAbs(15torr)に、変更した以外は、実施例1と同様にして、スチレン系重合体溶液から揮発成分を除去した。
 揮発成分除去後のスチレン系重合体における残留揮発成分量は、480質量ppmであった。
 上記の実施例で示す結果からも明らかなように、流路の平均長さが前記数式(F2)を満たす長さ以上である場合(実施例1~2)には、高粘度の重合溶液においても、効率よく良好に揮発成分を除去できることが確認された。
 なお、通常のスチレン系重合体を重合した重合溶液では、溶媒であるエチルベンゼンの他に、スチレンモノマーなどの揮発成分も含まれている。このスチレンモノマーについても、エチルベンゼンと同等の拡散係数を有する。そのため、スチレン系重合体、スチレンモノマーおよびエチルベンゼンを含有する重合溶液でも、上記の実施例および比較例と同様の結果が得られるものと推定される。
 本発明の重合溶液の揮発成分除去装置は、特に高粘度の重合溶液からの揮発成分を除去する場合に、好適に利用できる。
  10…揮発成分除去装置
  11…加圧手段
  12…加熱手段
  13…減圧手段
  13A…減圧空間
  14…流通部材
  14A…流路
  141…多孔板
  142…管状部材

Claims (10)

  1.  溶媒を用いて単量体を重合した重合溶液を加圧する加圧手段と、この加圧手段にて加圧された前記重合溶液を加圧下で加熱する加熱手段と、前記加圧かつ加熱された前記重合溶液が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段と、前記重合溶液を流通可能な流路を有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記重合溶液を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材と、を備え、前記流路の平均長さが、所定値以上であることを特徴とする重合溶液の揮発成分除去装置。
  2.  請求項1に記載の重合溶液の揮発成分除去装置において、前記流路の平均直径が、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)であることを特徴とする重合溶液の揮発成分除去装置。
  3.  請求項1または請求項2に記載の重合溶液の揮発成分除去装置において、
     前記重合溶液の流量(F)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F1)で表される条件を満たすことを特徴とする重合溶液の揮発成分除去装置。
    F/(πD×N) ≦ 300kg/(h・m)   ・・・(F1)
  4.  請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の重合溶液の揮発成分除去装置において、前記流路の平均長さ(L)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F2)で表される条件を満たす
    L ≧ πD×N/8   ・・・(F2)
     ことを特徴とする重合溶液の揮発成分除去装置。
  5.  請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の重合溶液の揮発成分除去装置を用いる重合溶液の揮発成分除去方法であって、前記加圧手段および前記加熱手段により、前記重合溶液を加圧下で加熱する加圧加熱工程と、前記加圧加熱工程で加圧かつ加熱された重合溶液を、前記減圧手段の減圧空間内にて前記流通部材に設けられた流路を流通させて、前記重合溶液から揮発成分を除去する揮発成分除去工程と、を備えることを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
  6.  請求項5に記載の重合溶液の揮発成分除去方法において、
     前記重合溶液のJIS Z8803に記載の方法により測定した揮発成分除去装置の温度における粘度が、1.0Pa・s以上であることを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
  7.  請求項5または請求項6に記載の重合溶液の揮発成分除去方法において、前記重合溶液は、スチレン系重合体の重合溶液であることを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
  8.  請求項5から請求項7までのいずれか一項に記載の重合溶液の揮発成分除去方法において、前記加熱手段は、150℃以上350℃以下に加熱することを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
  9.  請求項5から請求項8までのいずれか一項に記載の重合溶液の揮発成分除去方法において、前記加圧手段は、0.3MPaG以上に加圧することを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
  10.  請求項5から請求項9までのいずれか一項に記載の重合溶液の揮発成分除去方法において、前記減圧手段は、80kPaAbs以下に減圧することを特徴とする重合溶液の揮発成分除去方法。
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