JP3915304B2

JP3915304B2 - 連続重縮合装置

Info

Publication number: JP3915304B2
Application number: JP05633899A
Authority: JP
Inventors: 俊治綾部; 康雄本村; 智弘谷口
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-03-04
Filing date: 1999-03-04
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2019-03-04
Also published as: JP2000248070A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は横型連続縮重合装置に関し、さらに詳しくは、縮重合タイプポリマーの重合反応速度を高速化し得る横型連続縮重合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ポリエステル、ポリカーボネート等の縮重合タイプの高粘性ポリマーを製造する連続重合装置として、例えば特公昭５３−１２２８号公報や特開平１０−２５９２４２号公報などが知られている。前者の連続重合装置は、リング状円板にかきとり板を取り付けた攪拌機を回転させながら被処理液をすくいあげ、それを多孔ディスク又は金網ディスクの上に落下させて薄膜化し、揮発物の蒸発を促進させるようにしたものである。また、後者の連続重合装置は、被処理液が低粘度の領域では外周部にかきとり板を設けた中空円板からなる攪拌機で処理し、次いで中粘度の領域でかきとり板を放射状に設けた攪拌機により処理するようにしたものである。
【０００３】
しかし、いずれの重合装置も、すくい上げた被処理液を多孔ディスク又は金網ディスク上にただ重力方向に落下させるだけであるため、反応速度を速める上で重要な因子である揮発表面積を拡大させるという点では限界があった。したがって、重合反応速度を一層の高速化させる課題に対しては、必ずしも十分な効果をあげているとはいえなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、揮発表面積の拡大により重合反応速度の高速化を図り、一層の生産性の向上を可能にする横型連続縮重合装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の横型連続縮重合装置は、横長の容器の長手方向の一端に原料供給口、他端にポリマー取出口、上部に揮発物排出口をそれぞれ設け、回転中心部に開口を有する複数枚の金網ディスク又は多孔ディスクを同軸に僅少間隔に並べた状態を１単位とする攪拌ディスク群を、前記容器の長手方向に間隔をおいて多数群配列し、各攪拌ディスク群内のディスク間隔ｗを前記原料供給口から遠い距離に位置する攪拌ディスク群ほど大きくしたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１（Ａ），（Ｂ）は本発明の横型連続縮重合装置の一実施形態を示す。
図１において、本体の容器１は側面視が横長であり、かつ横断面形状が卵形をした円筒体に構成されている。この容器１の長手方向の一端には、底面に原料供給口２が設けられ、他端の底面に重合反応物のポリマー取出口３が設けられている。また、容器１の上部には、原料供給口２に近い側に揮発物排出口４が設けられている。
【０００７】
容器１内には、その長手方向に沿って多数の攪拌ディスク群５が所定の間隔で離間するように配列している。これら各攪拌ディスク群５は、図２の拡大図に示すように、複数枚（図では２枚）の金網ディスク又は多孔ディスク５Ａ（単位ディスク）が僅少な間隔ｗで同軸に並んだ状態に構成されている。しかも、各攪拌ディスク群５におけるディスク間隔ｗは、原料供給口２からポリマー取出口３側へ離れた位置にある攪拌ディスク群５ほど大きくなるように設定されている。
【０００８】
また、図２では、攪拌ディスク群５を構成する単位ディスクが、回転中心部に円形の開口５ｑをもつドーナツ状に形成された金網ディスク５Ａであり、ドーナツ状の環状面が多数の小孔５ｐを形成しＥ網目になっている。単位ディスクとしては、ドーナツ状の環状面に多数の小孔５ｐを穿孔するようにしたものであってもよい。
【０００９】
長手方向に配列する多数の攪拌ディスク群５は、回転中心部に回転軸がなく、ドーナツ状の外周部に複数本の連結棒６を周方向に等間隔に配置すると共に、それらを串刺し状に貫通させて相互間を連結固定するようになっている。多数の攪拌ディスク群５を連結固定した複数の連結棒６の両端には支持板７，８が固定され、その支持板７，８の回転中心部に回転軸９，１０が連結され、その回転軸９，１０がそれぞれ容器１の軸受部１１，１２に軸支されている。この回転軸９，１０のいずれか一方に駆動装置（図示せず）が連結され、多数の攪拌ディスク群５が一体になって回転駆動されるようになっている。
【００１０】
このように横長の容器１に内設された多数の攪拌ディスク群５は、容器１の両側面と底面に対して狭隘な隙間１３を形成し、また容器１の上面との間には広い空間部１４を形成するようにしている。
上記横型連続縮重合装置により縮重合反応は次のようにして実施される。
【００１１】
多列の攪拌ディスク群５を一体に回転させながら、原料液として反応中間重合液を原料供給口２から容器１へ供給すると、原料液は攪拌ディスク群５により攪拌されながら各群内の単位ディスク５Ａの環状面の小孔５ｐや中央の開口５ｑで薄膜を形成し、その薄膜から揮発分を発生しながら重合反応を進行し、粘度を上昇させながら徐々にポリマー取出口３側へ移動する。
【００１２】
本発明の連続縮重合装置は、各攪拌ディスク群５内のディスク間隔ｗが、原料供給口２に近い領域の攪拌ディスク群５では狭く、原料供給口２から離れた位置の攪拌ディスク群５ほど大きく設定されている。他方、重合反応が進んでいない粘度の低い反応液は、ディスク間隔ｗが狭い方が大きい揮発表面積の薄膜を形成しやすく、反対に重合反応が進んで粘度の高い反応液では、ディスク間隔ｗが広い方が大きい揮発表面積の薄膜を形成しやすいので、上記のように攪拌ディスク群５のディスク間隔ｗを設定した本発明の縮重合反応装置は、反応液の揮発表面積を可及的に拡大することができ、重合反応速度を高速化する。
【００１３】
上記作用効果は、各攪拌ディスク群５内のディスク間隔ｗ（ｍｍ）を、原料供給口２から各々の攪拌ディスク群５が離間する距離Ｘに応じて、下記▲１▼式を満足するようにし、さらに好ましくは下記▲１▼’式を満足するように設定することにより一層向上することができる。なお、各式▲１▼，▲１▼’において、上記距離Ｘは、原料供給口２とポリマー取出口３との間の距離Ｌに対する百分率（％）にするものとする。
【００１４】
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 ＋7
≧ｗ≧ 2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 −7 ▲１▼
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 ＋5
≧ｗ≧ 2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 −5 ▲１▼'
【００１５】
ディスク間隔ｗが上記▲１▼式の範囲よりも狭いと、金網ディスク又は多孔ディスク５Ａの小孔５ｐや開口５ｑに形成される薄膜の揮発表面積が小さくなり、また▲１▼式の範囲よりも広いと、反応液をディスク間内に保持することができなくなり薄膜を形成することができなくなる。
【００１６】
攪拌ディスク群５を構成する単位ディスク５Ａの枚数としては、大きな揮発表面積の薄膜を形成する上で２枚以上にする必要がある。しかし、あまり枚数が多すぎくと、かえって揮発表面積を小さくするようになるため、好ましくは２〜４枚の範囲するのがよい。
【００１７】
また、攪拌ディスク群５を構成する単位ディスク５Ａは、金網ディスク又は多孔ディスクを使用することが重要である。さらに好ましくは、これら金網ディスク又は多孔ディスクの環状面に設けた小孔５ｐの孔径ｄ（ｍｍ）および多数の小孔５ｐに基づく空隙率Ｒ（％）を、それぞれ下記▲２▼式および▲３▼式を同時に満足するようにし、さらに好ましくは下記▲２▼’式および▲３▼’式を同時に満足するようにするのがよい。
【００１８】
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46＋９
≧ｄ≧ 2.64×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46−9 ▲２▼
55 ≦ Ｒ ≦ 95 ▲３▼
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46＋5
≧ｄ≧ 2.64×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46−5 ▲２▼'
65 ≦ Ｒ ≦ 85 ▲３▼'
【００１９】
ここで孔径ｄとは、金網ディスク又は多孔ディスクに設けた小孔の径であるが、その小孔の形状が三角，四角などの非円形である場合は、図３に例示するように、その外接円直径（ｍｍ）をもって小孔の径とみなすものとする。また、空隙率Ｒは、小孔に基づく空隙率であるので、回転中心部に設けた開口５ｑを除いた環状面の空隙率である。すなわち、開口５ｑを除いた部分の全ディスク面積に対する小孔面積の合計面積の比率（％）である。
【００２０】
小孔の径ｄが▲２▼式の範囲よりも小さいと、▲３▼式で表す空隙率Ｒを得るために、金網ディスク又は多孔ディスクに非常に多数の小孔を穿孔する必要があり、製作にコストが非常に高くなる。また、小孔の径ｄが▲２▼式の範囲よりも大きいと、小孔に形成される反応液の薄膜が切れやすくなり、揮発表面積の拡大に不利になる。また、空隙率Ｒが▲３▼式の範囲よりも小さいと、薄膜を形成する面積効率が悪くなり、また▲３▼式の範囲よりも大きいと、金網ディスク又は多孔ディスクの強度が低くなり、耐久性が低下する。
【００２１】
本発明の連続縮重合装置では、金網ディスク又は多孔ディスク５Ａの回転中心部に開口５ｑを設けるようにし、回転軸を設けない構造になっている。回転中心部に回転軸があると、この回転軸に反応液が大量に堆積しやすくなり、攪拌ディスク群５，５間にも反応液が充満し、揮発表面積を大幅に減少させるようになる。また、真空度、温度などの運転条件の変化によって反応液に粘度変化が起こると、回転軸がある場合には反応液の液面が安定するまでに長時間がかかるようになる。反応液の滞留量は反応時間に直接関係する因子であるので、滞留量を一定に維持することは連続縮重合装置において極めて重要である。したがって、回転中心部に回転軸が存在しないようにしたことにより、反応液の揮発表面積を拡大し、重合反応速度を一層高速化することができる。
【００２２】
上述のように攪拌ディスク群の回転中心部に開口を設けたことから得られる作用効果は、金網ディスクや多孔ディスク（したがって、攪拌ディスク群）の開口の直径Ｄｑを、攪拌ディスク群の直径Ｄの２０〜５０％、好ましくは３０〜４０％にすることにより一層向上することができる。
【００２３】
また、上述した横型連続縮重合装置によると、容器１の上部に比較的広い空間部１４を設けているので、薄膜から蒸発する揮発物を空間部１４を経由して容易に揮発物出口１０へ移動させることができる。したがって、揮発物の流動が攪拌ディスク群５の小孔５ｐや開口５ｑに形成される薄膜を破壊することがなく、揮発表面積を増大させ、重合反応速度の高速化に有利にすることができる。
【００２４】
また、一般に揮発物排出口４は、揮発物の流れの圧力損失を低減するため、ポリマー取出口３側に設けられている。しかし、揮発物出口４をポリマー取出口３側に設けると、揮発物とともにポリマーが揮発物出口４から排出されるようになるため、留出物を循環させて再利用する場合にはそのまま使用できないという問題があった。しかしながら、上記のように攪拌ディスク群５の上部に空間部１４を設けると、揮発物の流れの圧力損失を考慮する必要がないため、揮発物排出口４を原料供給口２側に設けることが可能になり、上述した諸問題を一挙に解消することができる。
【００２５】
このような上部空間部１４による作用効果を促進するためには、空間部１４の上下方向の距離を攪拌ディスク群５の直径Ｄの８〜３５％、好ましくは１３〜３０％、さらに好ましくは１７〜２６％の範囲にするとよい。
【００２６】
本発明の連続縮重合装置はポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート等の縮重合タイプの高粘性ポリマーの縮重合反応に好ましく適用されるが、特にポリエステルの縮重合に好適である。ここでいうポリエステルとは、例えばテレフタル酸とエチレングリコ−ルあるいはテレフタル酸とエチレングリコ−ル及び他の第３成分から、エステル化反応および重縮合反応を連続的に行い得られた反復構造単位の７５％以上がエチレンテレフタレ−トであるポリエステルをいう。
【００２７】
例えば、テレフタル酸成分の一部をフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、セバシン酸、５−ナトリウムスルホイソフタル酸、５−カリウムスルホイソフタル酸、ｐ−β−ヒドロキシエトキシ安息香酸、ｐ−ヒドロキシ安息香酸、４，４’−ジフェニルエ−テルジカルボン酸、４，４’−ジフェニルメタンジカルボン酸、４，４’ジフェニルエ−テルジカルボン酸、４，４’ジフェニルジカルボン酸、１，２’−ジフェニキシエタン、ｐ，ｐ’−ジカルボン酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸などの２官能性カルボン酸またはそのエステル形成性誘導体で置き換えるか、またはグリコ−ル成分の一部をトリメチレングリコ−ル、ヘキサメチレングリコ−ル、トリエチレングルコ−ル、ポリエチレングリコ−ル、プロピレングリコ−ル、ネオペンチルグリコ−ル、テトラメチレングリコ−ル、１，４−シクロヘキサンジオ−ル、１，４−シクロヘキサンジメタノ−ル、１，４−ビス−β−ヒドロキシエトキシベンゼン、ビスフェノ−ルＡ、トリメシン酸、モノメトキシポリエチレングリコ−ル、ナフトエ酸などの脂肪族、脂環族、芳香族、のジオキシ化合物またはそのエステル形成性誘導体を用いても良い。
【００２８】
更に、上記ポリエステルには、酸化チタン、カ−ボンブラックなどの顔料、紫外線吸収剤、蛍光増白剤、或いはカオリンなどの不溶性結晶核剤などの添加物を含んでいても良い。
【００２９】
【発明の効果】
上述したように本発明によれば、複数枚の金網ディスク又は多孔ディスクを同軸に僅少間隔に並べた状態を１単位とする攪拌ディスク群を、横長の容器の長手方向に間隔をおいて多数群配列し、かつ各攪拌ディスク群内のディスク間隔ｗを原料供給口から遠い距離に位置する攪拌ディスク群ほど大きくするように設定し、さらに攪拌ディスク群の回転中心部に開口を設けて回転軸を設けない構造にしたので、反応液の揮発表面積を可及的に拡大し、重合反応速度を一層高速化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態からなる横型連続縮重合装置を示し、（Ａ）はその縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ−Ｙ矢視断面図である。
【図２】図１の装置における要部を拡大して示す縦断面図である。
【図３】本発明に使用される金網ディスクの小孔径の測定法の説明図である。
【符号の説明】
１容器
２原料供給口
３ポリマー取出口
４揮発物排出口
５攪拌ディスク群
５Ａ金網ディスク又は多孔ディスク（単位ディスク）
５ｐ小孔
５ｑ開口
６連結棒
９，１０回転軸

Claims

横長の容器の長手方向の一端に原料供給口、他端にポリマー取出口、上部に揮発物排出口をそれぞれ設け、回転中心部に開口を有する複数枚の金網ディスク又は多孔ディスクを同軸に僅少間隔に並べた状態を１単位とする攪拌ディスク群を、前記容器の長手方向に間隔をおいて多数群配列し、各攪拌ディスク群内のディスク間隔ｗを前記原料供給口から遠い距離に位置する攪拌ディスク群ほど大きくした横型連続縮重合装置。
前記各攪拌ディスク群内のディスク間隔ｗ（ｍｍ）を、該攪拌ディスク群の前記原料供給口からの距離の前記原料供給口とポリマー取出口との間の距離Ｌに対する比率Ｘ（％）により規定された下記▲１▼式を満足する大きさにした請求項１に記載の横型連続縮重合装置。
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 ＋7
≧ｗ≧ 2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46×0.8 −7 ▲１▼
前記攪拌ディスク群内の金網ディスク又は多孔ディスクに形成される多数の小孔の孔径ｄ（ｍｍ）および空隙率Ｒ（％）を、それぞれ各該攪拌ディスク群の前記原料供給口からの距離の前記原料供給口とポリマー取出口との距離Ｌに対する比率Ｘ（％）により規定された下記▲２▼式および▲３▼式を同時に満足する大きさにした請求項１または２に記載の横型連続縮重合装置。
2.64 ×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46＋９
≧ｄ≧ 2.64×（0.196 ×Ｘ²＋4.48×Ｘ＋17）^0.46−9 ▲２▼
55 ≦ Ｒ ≦ 95 ▲３▼
前記回転中心部の開口の径を前記攪拌ディスク群の直径の２０〜５０％の大きさにした請求項１，２または３に記載の横型連続縮重合装置。