JP4666438B2

JP4666438B2 - Polymer synthesis method

Info

Publication number: JP4666438B2
Application number: JP2001121230A
Authority: JP
Inventors: 孝司豊岡; 誠小豆澤; 香織新家; 利昭奥野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2001-04-19
Filing date: 2001-04-19
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2021-04-19
Also published as: JP2002317002A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ポリマー合成方法に係り、特に、重合温度を操作することにより重合反応に伴い発生する発熱量を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ポリマー合成方法として、所定のポリマーを合成する際に、ポリマーを合成する槽内の重合温度を予め一定に保つようにしている。つまり、槽内のモノマーに温度分布のバラツキが生じると、ポリマーの分子量の分布にバラツキが生じ、目標とする分子量分布をもったポリマーを合成することができないからである。
【０００３】
そこで上述の方法を実施するために、重合反応開始前は、予め定められた重合開始温度にするために、槽内に投入されたモノマーに熱を加える。このとき、槽の外周に付設した温度調節用手段であるジャケットに温度調節用流体として温水を循環させる。逆に重合反応が開始したときは、この重合反応に伴い発生した熱量を除去するためにジャケットに冷却水を循環して槽内の重合温度を一定に保っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のポリマー合成方法の場合には、次のような問題がある。
【０００５】
従来のポリマー合成方法は、モノマーを重合反応させて重合温度を一定に保つように、ジャケットに循環させる温度調節用流体の温度をコントロールしている。しかしながら、重合温度を一定に維持すると、ポリマー合成反応時に発生する発熱量のピークポイントに到達するまでに相当の時間がかかっている。その結果、発熱量がピークポイントに達した時点では、合成反応が進んで粘度が高くなった混合物（モノマーとポリマーの混合物）から、発生した熱量を除去しなければならない。つまり、混合物の粘度が高くなると重合反応に伴って発生した発熱量が混合物内に蓄積されやすくなるので、この蓄積される熱量を除去するためには、ジャケットのサイズを大きくするなどして冷却効率の高い装置を設けなければならないといった問題がある。
【０００６】
すなわち、ポリマー製造業者にとっては、複雑で大型な設備を配備しなければならず設備費用などの面での不都合が生じている。
【０００７】
この発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、冷却設備を大型化することなく、重合反応に伴い発生した発熱量を効果的に制御することができるポリマー合成方法を提供することを主たる目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
先ず、本発明の原理について説明する。
ポリマーを合成するに際、攪拌槽に投入されたモノマーがポリマーへと合成される過程の伝熱量Ｑについては容易に知ることができる。つまり、伝熱量Ｑは、物質固有の熱の伝達および放熱能力である総括伝熱係数Ｕと、攪拌槽に投入されたモノマーが攪拌槽の内壁に接触している伝熱面積Ａ、および攪拌槽の外側と槽内との温度差Δｔの積によって求まるものであって、次式（１）で表すことができる。
Ｑ（Ｗ）＝Ｕ（Ｗ／ｍ²・Ｋ）×Ａ（ｍ²）×Δｔ（Ｋ） … （１）
【０００９】
この（１）式に基づいて、攪拌槽に投入されたモノマーが重合反応に伴って発生する発熱量を十分に冷却除去するためには、攪拌槽の外周側と内壁との温度差Δｔ、または伝熱面積Ａの少なくともいずれか一方の値を大きくすることが常識とされている。つまり、攪拌槽内は重合反応に伴って発生する発熱量によって高温になるので、冷却効率の高いジャケットを攪拌槽に付設したり、ジャケットおよび攪拌槽のサイズを大きくして互いの接触面積を拡張して冷却効率を向上させたりしている。しかし、このような構成にすると装置構成が大きくなり複雑化する。
【００１０】
そこで、本発明者は、ジャケットなどの装置構成を変更せず、つまり温度差Δｔと伝熱面積Ａの値はそのままにして、（１）式の総括伝熱係数Ｕについて着目した。そして、モノマーからポリマーへと合成される過程の総括伝熱係数Ｕの変化は、図６に示すように、攪拌槽投入時のモノマー（液状態）のときに値が大きく、重合反応の経過とともに値が小さくなることが確認できた。つまり、総括伝熱係数Ｕの値は、粘度の低いときに大きく、粘度の高いときに小さくなる。
【００１１】
すなわち、攪拌槽に投入したモノマーがポリマーへ合成される過程の粘度の低い時点で重合反応に伴う発熱量をピークポイントに到達させることによって、発熱量の冷却効率を上げることができる。
【００１２】
以上のような知見に基づいて創作されたこの発明は、以下のような構成をとる。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明は、槽内に投入されたモノマーを反応させてポリマーを合成する方法において、時系列の目標値としてポリマー合成反応時の重合温度パターンまたはこれと等価な反応要素パターンである重合率の推移を示す重合率の傾きを予め設定する際に、重合温度パターンは、前記ポリマー製造時の重合反応に伴う発熱量がピークとなる時点以前の初期段階の重合温度の目標値を当該ピーク以降の重合温度の目標値よりも高く設定し、検出量としてポリマー合成反応時の発熱量またはこれと等価な物理量である槽内外の温度を時系列に検出し、これら目標値と検出量との偏差に応じて重合温度を操作することを特徴とするものである。
【００１６】
【作用】
請求項１に記載の発明の作用は次のとおりである。
すなわち、時系列の目標値としてポリマー合成反応時の発熱量パターンまたはこれと等価な反応要素パターンを予め設定し、この設定パターンと、実測による発熱量またはこれと等価な物理量とから求めた偏差に応じて重合温度が操作される。つまり、重合温度を操作することによって、発熱量のピークポイント到達時点の調節が行われる。
【００１７】
ここで、検出量として重合温度またはこれと等価な槽内外の温度が検出され、この検出された温度と時系列の目標値として設定された重合温度パターンとが比較され、この比較により求められた温度偏差に基づいて重合温度の操作が行われる。
【００１８】
なお、重合温度パターンの初期値が後の重合温度よりも高く設定される。つまり、重合温度パターンの初期値を高く設定することによって、重合反応が初期の段階で促進される。つまり、混合物の粘度の低い時点で重合反応に伴う発熱量のピークポイントに到達させられる。さらに、混合物の粘度が低い時点では、放熱性の高い状態で発熱量の冷却除去が行われる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。
なお、この実施例のポリマー合成方法では、ポリマーを合成するときの時系列の目標値としての発熱量パターンに重合温度パターンを設定し、検出量として攪拌槽の内外温度を検出する場合を例にとって説明する。
図１〜図３は本実施例のポリマー合成方法と従来の方法との比較を示すものであって、図１は設定重合温度の推移を示す図、図２は重合率の推移を示す図、図３は発熱量の推移を示す図である。
【００２０】
本実施例では、攪拌槽に投入されたモノマーがポリマーに合成される過程で、上述の（１）式から総括伝熱係数Ｕの値が大きく、伝熱性および放熱性の高い時点（混合物の粘度の低い時点）で重合反応に伴って発生する発熱量のピークポイントに到達させるようにするものである。
【００２１】
先ず、ポリマー合成の開始前に時系列の目標値としての重合温度パターンを予め設定する。
ここで、本実施例の特徴として、重合反応開始の初期段階と、それ以降の段階の２段階に分けて、重合温度の設定条件を変更する。つまり、図１の実線Ａ１に示すように、初期段階Ｔ０〜Ｔ１の時間範囲では、所定のポリマーに対応する重合温度に対して＋（プラス）５℃以内の範囲で高めの温度設定を行う。また、初期段階Ｔ１以降については、実線Ａ２に示すように、所定のポリマーに応じた重合温度の状態に戻すようにする。なお、一点鎖線Ｂおよび実線Ａ２は、従来の方法により設定する所定の重合温度の推移を示すものである。また、所定の重合温度は、合成するポリマーごとに予め決められたものであって、通常、重合開始から終了まで一定温度に設定されている。
【００２２】
つまり、重合反応の初期段階の温度を所定の重合温度より高く設定して重合反応を促進させ、この反応に伴う発熱量のピークポイントをＴ１時点に到達させるようにする。そして、発熱量のピークポイントＴ１を境にして発熱量が低下してゆくので、Ｔ１以降は所定のポリマーの重合温度まで下げ、その重合温度を維持するようにする。なお、Ｔ１の時間設定は、ポリマーに応じて予め実験により求められる。
【００２３】
なお、上述の実施例の方法に基づいて、重合率が約６７〜６８％であるポリマーを合成する実験を本発明者は行った。重合温度パターンとして、初期段階Ｔ０〜Ｔ１の時間を２０分に設定し、予め決められた所定の重合温度に対して＋２℃に設定した。そこで、本実施例の方法と従来の方法により得られる結果とを比較するために、図２および図３において、実線Ａを本実施例、一点鎖線Ｂを従来の方法により得られた結果として示す。
【００２４】
先ず、実験において得られた重合率の推移は、図２に示すように、Ｔ１の時点で従来の方法Ｂでは２０％代であるのに対し、この実施例の方法Ａでは約６０％と高水準まで到達している。
【００２５】
発熱量のピークの推移は、図３に示すように、実施例の方法Ａでは設定目標値どおりにＴ１の時点でピークに到達しているのに対し、従来の方法ＢではＴ２の時点（重合反応開始後、約５０分）で到達している。また。図３から明らかなように、実施例の方法Ａでは発熱量のピークを重合反応開始の早い時点Ｔ１で到達させると、発熱量も従来に比べて抑えられることが確認された。
【００２６】
以上のように発熱量パターンとして重合温度パターンを設定し、この重合温度パターンの初期段階で所定のポリマーの重合温度よりも高く設定することによって重合反応を促進させるとともに、攪拌槽内に投入された混合物の粘度の低い状態の時点（総括伝熱係数Ｕの高い時点）で発熱量のピークに到達させることができる。つまり、総括伝熱係数Ｕが高く伝熱性および放熱性が高い状態であるので、発熱量の冷却除去を効率よく行ことができる結果、発熱量のピークをも抑えることができる。
【００２７】
すなわち、従来からの常識とは一転して重合温度を操作して一定時間、所定の重合温度よりも高く設定することによって、既存の装置構成を変更することなく、冷却効率の高い状態でポリマーを合成することができる。
【００２８】
なお、上述のように重合温度を操作しても分子量の分布には影響を与えることなく、分子量の分布が均一なポリマーを合成することができることを本発明者の実験により確認されている。
【００２９】
また、上述の実施例中の実験では、初期段階の重合温度を２０分間で＋２℃上げてポリマーを合成していたが、この設定時間と設定温度に限定されるものではなく、ポリマーの分子量の分布度合いなどに応じて異なり、設定時間は１０〜３０分、設定温度は＋５℃以内の範囲でそれぞれ適宜に設定変更されることが好ましい。
【００３０】
なお、上述の実施例中、図１の重合温度の推移を示す重合温度パターンは、本発明の「等価な反応要素パターン」に相当する。また、図２の重合率の推移を示す重合率の傾きも本発明の「等価な反応要素パターン」の一つに相当する。
【００３１】
次に、図４を参照して、上述のポリマー合成方法を好適に実施可能な攪拌装置の一実施例を用いて具体的に説明する。なお、図４は攪拌装置の概略構成図である。
先ず、実施例装置の構成について説明する。
【００３２】
攪拌機１は、攪拌槽２と、攪拌槽２の中心部の上下部に貫通した回転軸４に取り付けられた攪拌翼６（図４では「格子翼」）とを備えるとともに、攪拌槽２の外周側には温度調節用流体を流通されるための温度調節用手段としてのジャケット３が付設されている。なお、回転軸４の上部には、図示しないが回転駆動手段が連接されている。
【００３３】
ジャケット３には温度調節用流体を供給・排出循環させるための配管Ｒ１が連通接続されている。この配管Ｒ１には、攪拌槽２内の温度を上げるために配管Ｒ１、およびジャケット３を流通する温度調節用流体の温度を上昇させる配管加熱部１３が設けられている。また、配管Ｒ１には、攪拌槽２を冷却するために配管Ｒ１を循環する温水を排出するためのバルブＶ２が備えられているとともに、バルブＶ２を開放して温水を排出したときに冷却水を供給するための配管Ｒ３が連通接続されている。
【００３４】
温度センサＳ１は、攪拌槽２の底部から槽内に挿入されており、攪拌槽２内の混合物の温度を逐次検出するようになっている。
【００３５】
温度センサＳ２は、ジャケット３の温度調節用流体の排出側に取り付けられており、ジャケット３を流通した温度調節用流体の温度変化を逐次検出するようになっている。
【００３６】
なお、上述の温度センサＳ１で検出される攪拌槽２内の混合物の温度と、温度センサＳ２で検出される温度調節用流体の温度は、本発明の「等価な物理量」に相当する。
【００３７】
第１および第２温度指示調節計１１、１２は、目標値となる重合温度および時間が予め設定入力されるようになっている。つまり、この実施例の重合温度の設定では、初期段階とそれ以降の２段階に分けられ、初期段階では所定のポリマーの設定重合温度よりも高く（＋５℃以下）設定入力され、それ以降は所定のポリマーの重合温度が設定入力されるようになっている。
【００３８】
また、第１温度指示調節計１１は、温度センサＳ１から逐次検出される攪拌槽２内の温度が送られてくる。そして、予め設定入力された重合温度と検出結果（温度）とが比較されて偏差が導出される。さらに、この導出された偏差からジャケット３内の水温の設定値が導出され、第２温度指示調節計１２に送られる。
【００３９】
また、第２温度指示調節計１２には、第１温度指示調節計１１で導出されたジャケット３内の水温の設定値が送られてくるとともに、ジャケット３を流通して配管Ｒ１に排出されてきた温水の温度が温度センサＳ２から逐次検出されて送られてくる。そして、これら設定値と配管Ｒ１から検出された温度が比較され、配管Ｒ１〜Ｒ３に備えられた各バルブＶ１〜Ｖ３の開閉がされるようになっている。
【００４０】
配管加熱部１３には、配管Ｒ１が貫通している。また、その内部に蒸気が供給されるようにバルブＶ１を備えた配管Ｒ２が連通接続されている。つまり、バルブＶ１を開放して配管加熱部１３の内部に蒸気を供給することによって配管Ｒ１を流通する温度調節用流体の温度が上げられるようになっている。
【００４１】
次に、上述の実施例装置を用いた一巡の動作を図５のフローチャートに基づいて説明する。
<ステップＦ１> ポリマー合成条件の設定および合成開始
ポリマー合成に際し、重合温度パターンとして、初期段階の時間と重合温度、および初期段階以降の重合温度とが第１温度指示調節計１１に予め設定入力される。設定入力後、ポリマーの合成が開始される。
【００４２】
<ステップＦ２> 攪拌槽内への熱の伝達
ポリマーの合成の開始から重合反応が開始するまで配管Ｒ１に温水が循環され、ジャケット３を介して槽内のモノマーに熱が伝達される。つまり、バルブＶ１が開放されて配管Ｒ２から蒸気が配管加熱部１３に供給され、配管Ｒ１を流通する温度調節用流体の温度が上げられる。
【００４３】
<ステップＦ３> 重合温度に到達したか
重合温度に到達すれば次のステップＦ４に進む。まだ重合温度に到達していなければステップＦ２に戻り、重合温度に到達するまでステップＦ２の操作が繰り返えし行われる。なお、重合温度に到達するまでの間、攪拌槽２内の温度と、ジャケット３を流通して配管Ｒ１に排出される温度調節用流体の温度とが各温度センサＳ１，Ｓ２によりそれぞれ逐次検出されている。
【００４４】
<ステップＦ４> 初期段階の重合温度の維持
重合温度に到達して重合反応が開始されると同時に、温度センサＳ１から逐次検出される結果が、第１温度指示調節計１１に送られる。そして、予め設定入力された重合温度と検出結果が比較され、ジャケット３内の水温の設定値が導出される。そして、その設定値は温度センサＳ２から逐次検出される結果とともに、第２温度指示調節計１２に送られて配管Ｒ１を流通する水温が調節される。つまり、重合反応が開始すると反応に伴って発生する熱を冷却除去するために、バルブＶ２が開放されて配管Ｒ１を循環する温水が排出される。同時に、バルブＶ３が開放されて配管Ｒ３から配管Ｒ１に冷却水が供給されて配管Ｒ１およびジャケット３内を冷却水が循環する。そうすることによって、所定の重合温度よりも高めに設定された初期段階の重合温度が維持される。
【００４５】
<ステップＦ５> 初期段階の設定時間を経過したか
初期段階の終了時間に到達すると次のステップＦ６に進み、終了時間に到達していなければステップＦ４の操作が繰り返し行われる。
【００４６】
<ステップＦ６> 所定の重合温度の維持
初期段階の終了時間に到達すると、その時点が重合反応に伴って発生する発熱量のピークポイントとなり、その時点を境に発熱量は減衰するので重合温度は所定の重合温度に戻され、この重合温度が維持される。
【００４７】
<ステップＦ７> 重合反応は終了したか
重合反応が終了すれば、ポリマーの合成は終了する。重合反応が終了していなければ、重合反応が終了するまでステップＦ６の操作が繰り返し行われる。
【００４８】
本発明は、上記実施の形態に限られることなく、下記のように変形実施することができる。
（１）上記実施例では、回転軸両端に軸支された格子翼を備えた攪拌機について説明したが、この形態に限定されるものではなく、平板翼などであってもよいし、翼を片持ちしたものであってもよい。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に記載の発明によれば、時系列の目標値として発熱量パターンなどの予め設定された目標値と、発熱量などの検出量とから求めた偏差に応じて重合温度を操作することによって槽内の混合物の発熱量をコントロールすることができる。すなわち、発熱量をコントロールすることによって、冷却手段の構成を簡素化できる。
【００５０】
また、ポリマー合成に際して重合温度パターンを予め設定し、この設定重合温度パターンと槽内外から検出される温度との比較により求められた温度偏差に基づいて、重合温度を操作することができる。
【００５１】
さらに、重合温度パターンの初期値を後の重合温度よりも高く設定することにより重合反応を促進させることができるので、重合反応に伴って発生する発熱量のピークポイントを総括伝熱係数の高い時点で到達させることができる。
【００５２】
つまり、混合物の伝熱性と放熱性の優れた粘度の低い状態で発熱量のピークポイントに到達させることができるので、冷却効率の向上を図れるとともに、発熱量のピーク値を抑えることもできる。その結果、冷却能力の高い特殊な冷却手段を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の方法および従来の方法による設定重合温度の推移を示した図である。
【図２】実施例の方法および従来の方法による重合率の推移を示した図である。
【図３】実施例の方法および従来の方法による発熱量の推移を示した図である。
【図４】実施例装置の概略構成図である。
【図５】実施例方法の手順を示したフローチャートである。
【図６】総括伝熱係数の変化を示した図である。
【符号の説明】
Ｒ１〜Ｒ３ … 配管
Ｓ１、Ｓ２ … 温度センサ
Ｖ１〜Ｖ３ … バルブ
１ … 攪拌機
３ … ジャケット
４ … 回転軸
６ … 攪拌翼
１１ … 第１温度指示調節計
１２ … 第２温度指示調節計
１３ … 配管加熱部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a polymer synthesis method, and more particularly to a technique for controlling the amount of heat generated by a polymerization reaction by manipulating a polymerization temperature.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a polymer synthesis method, when a predetermined polymer is synthesized, the polymerization temperature in a tank for synthesizing the polymer is kept constant in advance. That is, if the temperature distribution of the monomer in the tank varies, the distribution of the molecular weight of the polymer varies, and a polymer having the target molecular weight distribution cannot be synthesized.
[0003]
Therefore, in order to carry out the above-described method, heat is applied to the monomer charged in the tank before the polymerization reaction is started in order to obtain a predetermined polymerization start temperature. At this time, hot water is circulated as a temperature adjusting fluid in a jacket which is a temperature adjusting means attached to the outer periphery of the tank. Conversely, when the polymerization reaction starts, cooling water is circulated through the jacket to keep the polymerization temperature in the tank constant in order to remove the amount of heat generated by the polymerization reaction.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, such a conventional polymer synthesis method has the following problems.
[0005]
In the conventional polymer synthesis method, the temperature of the temperature adjusting fluid to be circulated through the jacket is controlled so that the polymerization temperature of the monomer is kept constant by the polymerization reaction of the monomers. However, if the polymerization temperature is kept constant, it takes a considerable amount of time to reach the peak point of the calorific value generated during the polymer synthesis reaction. As a result, when the calorific value reaches the peak point, the amount of generated heat must be removed from the mixture (mixture of monomer and polymer) in which the synthesis reaction has progressed and the viscosity has increased. In other words, when the viscosity of the mixture increases, the amount of heat generated by the polymerization reaction tends to accumulate in the mixture, so in order to remove this accumulated amount of heat, the cooling efficiency is increased by increasing the jacket size, etc. There is a problem that a high-priced device must be provided.
[0006]
That is, for the polymer manufacturer, complicated and large-scale equipment must be provided, resulting in inconvenience in terms of equipment costs.
[0007]
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a polymer synthesis method capable of effectively controlling the amount of heat generated with a polymerization reaction without increasing the size of a cooling facility. The main purpose.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
First, the principle of the present invention will be described.
In synthesizing the polymer, the heat transfer amount Q in the process of synthesizing the monomer charged into the stirring tank into the polymer can be easily known. That is, the amount Q of heat transfer is the overall heat transfer coefficient U which is the heat transfer and heat dissipation capability inherent to the substance, the heat transfer area A where the monomer charged in the stirring tank is in contact with the inner wall of the stirring tank, and the stirring tank Is obtained by the product of the temperature difference Δt between the outside of the tank and the inside of the tank, and can be expressed by the following equation (1).
Q (W) = U (W / m ² · K) × A (m ² ) × Δt (K) (1)
[0009]
Based on this equation (1), in order to sufficiently cool and remove the calorific value generated by the polymerization reaction of the monomer introduced into the stirring tank, the temperature difference Δt between the outer peripheral side of the stirring tank and the inner wall, or It is common knowledge to increase the value of at least one of the heat transfer areas A. In other words, the temperature inside the agitation tank becomes high due to the heat generated by the polymerization reaction, so a jacket with high cooling efficiency is attached to the agitation tank, or the size of the jacket and the agitation tank is increased to expand the contact area between each other To improve the cooling efficiency. However, such a configuration makes the device configuration large and complicated.
[0010]
Therefore, the present inventor has focused on the overall heat transfer coefficient U in the equation (1) without changing the device configuration such as the jacket, that is, while maintaining the values of the temperature difference Δt and the heat transfer area A. The change in the overall heat transfer coefficient U during the process of synthesizing from the monomer to the polymer has a large value when the monomer (liquid state) is added to the stirring tank as shown in FIG. It was confirmed that the value became smaller. That is, the value of the overall heat transfer coefficient U is large when the viscosity is low, and is small when the viscosity is high.
[0011]
That is, the cooling efficiency of the heat generation amount can be increased by causing the heat generation amount accompanying the polymerization reaction to reach the peak point when the viscosity of the process of synthesizing the monomer charged into the stirring tank into the polymer is low.
[0012]
The present invention created based on the above knowledge has the following configuration.
[0013]
That is, the invention according to claim 1 is a method of synthesizing a polymer by reacting monomers introduced into a tank, and as a time-series target value, a polymerization temperature pattern during a polymer synthesis reaction or a reaction element equivalent thereto. When presetting the polymerization rate gradient indicating the transition of the polymerization rate, which is a pattern, the polymerization temperature pattern is the target of the polymerization temperature in the initial stage before the point at which the amount of heat generated by the polymerization reaction during the production of the polymer peaks. The value is set higher than the target value of the polymerization temperature after the peak, and the temperature inside and outside the tank, which is a calorific value at the time of polymer synthesis reaction or a physical quantity equivalent to this, is detected as a detected amount in time series. The polymerization temperature is controlled according to the deviation from the detected amount.
[0016]
[Action]
The operation of the first aspect of the invention is as follows.
That is, a calorific value pattern at the time of polymer synthesis reaction or a reaction element pattern equivalent thereto is set in advance as a target value in time series, and a deviation obtained from this setting pattern and an actual calorific value or an equivalent physical quantity is obtained. The polymerization temperature is manipulated accordingly. That is, by adjusting the polymerization temperature, the time point when the exothermic amount reaches the peak point is adjusted.
[0017]
Here, a polymerization temperature or an equivalent temperature inside and outside the tank is detected as a detected amount , and the detected temperature is compared with a polymerization temperature pattern set as a time-series target value, and obtained by this comparison. The polymerization temperature is manipulated based on the temperature deviation.
[0018]
Incidentally, it is set higher than the polymerization temperature after the initial values of the polymerization temperature pattern. That is, by setting the initial value of the polymerization temperature pattern high, the polymerization reaction is promoted at an early stage. That is, the peak point of the calorific value accompanying the polymerization reaction is reached at the time when the viscosity of the mixture is low. Furthermore, when the viscosity of the mixture is low, the heat generation amount is cooled and removed in a state of high heat dissipation.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the polymer synthesis method of this example, a case where a polymerization temperature pattern is set as a calorific value pattern as a time-series target value when synthesizing a polymer, and the inside / outside temperature of a stirring vessel is detected as a detection amount is taken as an example. explain.
1 to 3 show a comparison between the polymer synthesis method of this example and a conventional method, in which FIG. 1 is a graph showing the transition of the set polymerization temperature, and FIG. 2 is a graph showing the transition of the polymerization rate. FIG. 3 is a diagram showing the transition of the heat generation amount.
[0020]
In this example, in the process of synthesizing the monomer charged into the stirring tank into the polymer, the value of the overall heat transfer coefficient U is large from the above-described equation (1), and the heat transfer and heat release properties are high (the viscosity of the mixture). The peak point of the calorific value generated with the polymerization reaction at a low point of time).
[0021]
First, a polymerization temperature pattern as a time-series target value is set in advance before the start of polymer synthesis.
Here, as a feature of this example, the setting conditions for the polymerization temperature are changed in two stages, that is, an initial stage of starting the polymerization reaction and a subsequent stage. That is, as shown by a solid line A1 in FIG. 1, in the time range of the initial stage T0 to T1, a higher temperature is set in a range within + (plus) 5 ° C. with respect to the polymerization temperature corresponding to a predetermined polymer. Further, after the initial stage T1, as shown by a solid line A2, the polymerization temperature is returned to a state corresponding to a predetermined polymer. In addition, the dashed-dotted line B and the continuous line A2 show transition of the predetermined polymerization temperature set by the conventional method. The predetermined polymerization temperature is predetermined for each polymer to be synthesized, and is normally set to a constant temperature from the start to the end of the polymerization.
[0022]
That is, the temperature of the initial stage of the polymerization reaction is set higher than a predetermined polymerization temperature to promote the polymerization reaction, and the peak point of the heat generation amount associated with this reaction is made to reach the time point T1. Then, since the heat generation amount decreases at the peak point T1 of the heat generation amount, the polymerization temperature is lowered to a predetermined polymer temperature after T1, and the polymerization temperature is maintained. In addition, the time setting of T1 is previously calculated | required by experiment according to a polymer.
[0023]
In addition, based on the method of the above-mentioned Example, this inventor conducted experiment which synthesize | combines the polymer whose polymerization rate is about 67 to 68%. As a polymerization temperature pattern, the time of the initial stage T0 to T1 was set to 20 minutes, and was set to + 2 ° C. with respect to a predetermined polymerization temperature determined in advance. Therefore, in order to compare the method of the present example with the result obtained by the conventional method, in FIG. 2 and FIG. 3, the solid line A is shown as the result of the present example, and the one-dot chain line B is shown as the result obtained by the conventional method. .
[0024]
First, as shown in FIG. 2, the transition of the polymerization rate obtained in the experiment is 20% in the case of the conventional method B at the time of T1, whereas it is as high as about 60% in the method A of this example. The level has been reached.
[0025]
As shown in FIG. 3, the change in the peak value of the calorific value reached the peak at the time T1 according to the set target value in the method A of the embodiment, while the time at the time T2 in the conventional method B (polymerization). It has reached about 50 minutes after the start of the reaction. Also. As is clear from FIG. 3, it was confirmed that in the method A of the example, when the peak of the calorific value was reached at the time point T1 at which the polymerization reaction started earlier, the calorific value could be suppressed as compared with the conventional method.
[0026]
As described above, a polymerization temperature pattern is set as a calorific value pattern, and at the initial stage of this polymerization temperature pattern, the polymerization reaction is promoted by setting it higher than the polymerization temperature of a predetermined polymer, and the polymerization reaction is put into a stirring vessel. The peak of the calorific value can be reached when the viscosity of the mixture is low (when the overall heat transfer coefficient U is high). That is, since the overall heat transfer coefficient U is high and the heat transfer and heat release properties are high, the heat generation amount can be efficiently cooled and removed, so that the peak of the heat generation amount can also be suppressed.
[0027]
In other words, by changing the conventional common sense and setting the polymerization temperature higher than the predetermined polymerization temperature for a certain period of time, the polymer can be kept in a state of high cooling efficiency without changing the existing apparatus configuration. Can be synthesized.
[0028]
It has been confirmed by experiments of the present inventors that a polymer having a uniform molecular weight distribution can be synthesized without affecting the molecular weight distribution even if the polymerization temperature is manipulated as described above.
[0029]
In the experiments in the above-described examples, the polymer was synthesized by raising the polymerization temperature in the initial stage by + 2 ° C. over 20 minutes. However, the polymer is not limited to the set time and the set temperature, and the molecular weight of the polymer is not limited. Depending on the degree of distribution and the like, it is preferable that the set time is appropriately changed within a range of 10 to 30 minutes and the set temperature within + 5 ° C.
[0030]
In the above-described examples, the polymerization temperature pattern showing the transition of the polymerization temperature in FIG. 1 corresponds to the “equivalent reaction element pattern” of the present invention. Also, the gradient of the polymerization rate indicating the transition of the polymerization rate in FIG. 2 corresponds to one of the “equivalent reaction element patterns” of the present invention.
[0031]
Next, with reference to FIG. 4, it demonstrates concretely using one Example of the stirring apparatus which can implement suitably the above-mentioned polymer synthesis method. FIG. 4 is a schematic configuration diagram of the stirring device.
First, the configuration of the embodiment apparatus will be described.
[0032]
The stirrer 1 includes a stirring tank 2 and a stirring blade 6 (“lattice blade” in FIG. 4) attached to a rotating shaft 4 penetrating the upper and lower portions of the central portion of the stirring tank 2. On the side, a jacket 3 is attached as temperature adjusting means for circulating the temperature adjusting fluid. Note that a rotation driving means is connected to the upper portion of the rotating shaft 4 (not shown).
[0033]
The jacket 3 is connected to a pipe R1 for supplying and discharging a temperature adjusting fluid. The pipe R1 is provided with a pipe heating unit 13 for raising the temperature of the temperature adjusting fluid flowing through the jacket R1 and the jacket 3 in order to increase the temperature in the stirring tank 2. The pipe R1 is provided with a valve V2 for discharging the hot water circulating through the pipe R1 in order to cool the stirring tank 2, and the cooling water is supplied when the valve V2 is opened and the hot water is discharged. A pipe R3 for supply is connected in communication.
[0034]
The temperature sensor S <b> 1 is inserted into the tank from the bottom of the stirring tank 2, and sequentially detects the temperature of the mixture in the stirring tank 2.
[0035]
The temperature sensor S <b> 2 is attached to the temperature adjusting fluid discharge side of the jacket 3, and detects the temperature change of the temperature adjusting fluid flowing through the jacket 3 sequentially.
[0036]
The temperature of the mixture in the stirring tank 2 detected by the temperature sensor S1 and the temperature of the temperature adjusting fluid detected by the temperature sensor S2 correspond to the “equivalent physical quantity” of the present invention.
[0037]
The first and second temperature indicating controllers 11 and 12 are preliminarily set and input with a polymerization temperature and time as target values. In other words, the setting of the polymerization temperature in this example is divided into two stages, the initial stage and the subsequent stages. In the initial stage, a setting input higher than the set polymerization temperature of the predetermined polymer (+ 5 ° C. or less) is input, and thereafter the predetermined stage is set. The polymerization temperature of the polymer is set and input.
[0038]
Moreover, the temperature in the stirring tank 2 detected sequentially from the temperature sensor S1 is sent to the first temperature indicating controller 11. Then, the preset polymerization temperature is compared with the detection result (temperature) to derive the deviation. Further, the set value of the water temperature in the jacket 3 is derived from the derived deviation and sent to the second temperature indicating controller 12.
[0039]
In addition, the set value of the water temperature in the jacket 3 derived by the first temperature indicating controller 11 is sent to the second temperature indicating controller 12 and is circulated through the jacket 3 and discharged to the pipe R1. The temperature of the warm water is sequentially detected and sent from the temperature sensor S2. Then, these set values are compared with the temperatures detected from the pipe R1, and the valves V1 to V3 provided in the pipes R1 to R3 are opened and closed.
[0040]
The pipe R1 passes through the pipe heating unit 13. Moreover, the piping R2 provided with the valve | bulb V1 is connected so that a vapor | steam may be supplied in the inside. That is, by opening the valve V1 and supplying steam to the inside of the pipe heating unit 13, the temperature of the temperature adjusting fluid flowing through the pipe R1 is increased.
[0041]
Next, a one-round operation using the above-described embodiment apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
<Step F1> In setting the polymer synthesis conditions and starting the synthesis, as the polymerization temperature pattern, the initial stage time, the polymerization temperature, and the polymerization temperature after the initial stage are preset and input to the first temperature indicating controller 11. The After setting input, polymer synthesis is started.
[0042]
<Step F2> Heat transfer into the stirring tank Hot water is circulated through the pipe R1 from the start of the synthesis of the polymer to the start of the polymerization reaction, and heat is transferred to the monomer in the tank via the jacket 3. That is, the valve V1 is opened, steam is supplied from the pipe R2 to the pipe heating unit 13, and the temperature of the temperature adjusting fluid flowing through the pipe R1 is increased.
[0043]
<Step F3> If the polymerization temperature is reached or the polymerization temperature is reached, the process proceeds to the next step F4. If the polymerization temperature has not yet been reached, the process returns to step F2, and the operation of step F2 is repeated until the polymerization temperature is reached. Until the polymerization temperature is reached, the temperature in the stirring tank 2 and the temperature of the temperature adjusting fluid that flows through the jacket 3 and is discharged to the pipe R1 are sequentially detected by the temperature sensors S1 and S2, respectively. ing.
[0044]
<Step F4> Maintaining the polymerization temperature at the initial stage The polymerization reaction is started when the polymerization temperature is reached, and at the same time, the results sequentially detected from the temperature sensor S1 are sent to the first temperature indicating controller 11. Then, the preset polymerization temperature is compared with the detection result, and the set value of the water temperature in the jacket 3 is derived. Then, the set value is sent to the second temperature indicating controller 12 together with the result sequentially detected from the temperature sensor S2, and the water temperature flowing through the pipe R1 is adjusted. That is, when the polymerization reaction starts, in order to cool and remove the heat generated with the reaction, the valve V2 is opened and the hot water circulating through the pipe R1 is discharged. At the same time, the valve V3 is opened and cooling water is supplied from the pipe R3 to the pipe R1, and the cooling water circulates in the pipe R1 and the jacket 3. By doing so, the initial polymerization temperature set higher than the predetermined polymerization temperature is maintained.
[0045]
<Step F5> When the set time of the initial stage has passed or the end time of the initial stage has been reached, the process proceeds to the next step F6, and if the end time has not been reached, the operation of step F4 is repeated.
[0046]
<Step F6> Maintaining a predetermined polymerization temperature When the end time of the initial stage is reached, that point becomes the peak point of the calorific value generated with the polymerization reaction, and the calorific value attenuates at that point, so the polymerization temperature is The polymerization temperature is returned to the predetermined polymerization temperature, and this polymerization temperature is maintained.
[0047]
<Step F7> When the polymerization reaction is finished or the polymerization reaction is finished, the synthesis of the polymer is finished. If the polymerization reaction is not completed, the operation of Step F6 is repeated until the polymerization reaction is completed.
[0048]
The present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified as follows.
(1) In the above embodiment, the stirrer provided with the lattice blades supported at both ends of the rotating shaft has been described. However, the present invention is not limited to this configuration, and a flat blade may be used. You may have it.
[0049]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the first aspect of the present invention, the deviation obtained from a preset target value such as a calorific value pattern as a time-series target value and a detected amount such as the calorific value. The amount of heat generated by the mixture in the tank can be controlled by manipulating the polymerization temperature accordingly. That is, the structure of the cooling means can be simplified by controlling the heat generation amount.
[0050]
Also, setting the polymerization temperature pattern during Po Rimmer synthesis advance, on the basis of the temperature deviation obtained by comparison with the temperature detected from the set polymerization temperature pattern and the bath inside and outside, it is possible to operate the polymerization temperature.
[0051]
Further, since the polymerization reaction is set higher than the polymerization temperature after the initial value of Polymerization temperature patterns can be promoted, a high overall heat transfer coefficients peak point of amount of heat generated during the polymerization reaction Can be reached at the time.
[0052]
That is, since the peak point of the calorific value can be reached in a low viscosity state with excellent heat transfer and heat dissipation of the mixture, the cooling efficiency can be improved and the peak value of the calorific value can be suppressed. As a result, special cooling means with a high cooling capacity is not required.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing transition of a set polymerization temperature according to a method of an example and a conventional method.
FIG. 2 is a graph showing the transition of the polymerization rate by the method of the example and the conventional method.
FIG. 3 is a graph showing changes in calorific value according to the method of the example and the conventional method.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an embodiment apparatus.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of an embodiment method.
FIG. 6 is a diagram showing a change in overall heat transfer coefficient.
[Explanation of symbols]
R1 to R3 ... Pipes S1 and S2 ... Temperature sensors V1 to V3 ... Valve 1 ... Stirrer 3 ... Jacket 4 ... Rotating shaft 6 ... Stirring blade 11 ... First temperature indicating controller 12 ... Second temperature indicating controller 13 ... Pipe heating Part

Claims

槽内に投入されたモノマーを反応させてポリマーを合成する方法において、
時系列の目標値としてポリマー合成反応時の重合温度パターンまたはこれと等価な反応要素パターンである重合率の推移を示す重合率の傾きを予め設定する際に、重合温度パターンは、前記ポリマー製造時の重合反応に伴う発熱量がピークとなる時点以前の初期段階の重合温度の目標値を当該ピーク以降の重合温度の目標値よりも高く設定し、
検出量としてポリマー合成反応時の発熱量またはこれと等価な物理量である槽内外の温度を時系列に検出し、
これら目標値と検出量との偏差に応じて重合温度を操作することを特徴とするポリマー合成方法。In a method of synthesizing a polymer by reacting monomers introduced into a tank,
When preliminarily setting a polymerization rate gradient indicating a transition of a polymerization rate which is a polymerization temperature pattern during a polymer synthesis reaction or a reaction element pattern equivalent thereto as a time series target value, the polymerization temperature pattern is determined at the time of polymer production. The target value of the polymerization temperature in the initial stage before the point at which the exothermic amount due to the polymerization reaction of the peak reaches the peak is set higher than the target value of the polymerization temperature after the peak
The amount of heat generated during the polymer synthesis reaction as the detected amount or the temperature inside and outside the tank, which is a physical quantity equivalent to this, is detected in time series,
A polymer synthesis method, wherein the polymerization temperature is controlled in accordance with a deviation between the target value and the detected amount.