JP6473277B2 - ポリアリーレンスルフィドの製造方法及びポリアリーレンスルフィドの連続製造装置 - Google Patents
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Description
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
はじめに、本発明の一実施形態に係るポリアリーレンスルフィド(PAS)の製造方法(以下、「本製造方法」とも称する)において使用可能なPAS連続製造装置の構成について、図1に基づいて説明する。
本製造方法は、気相を介して互いに連通する複数の反応槽の少なくとも1つに反応原料を供給する工程と、これら複数の反応槽を用いて重合反応を行う重合工程と、これら複数の反応槽に存在する水の少なくとも一部を除去する脱水工程とを含み、前記各工程は並行して行われるとともに、反応混合物はこれら反応槽間を順次移動する構成を有している。また、重合反応において反応系からの除熱を行うことを含んでおり、その除熱量は、当該重合反応の反応熱量未満である。
本製造方法について具体的に説明すると、供給工程において、収容室2には、有機極性溶媒、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物及び硫化水素からなる群より選ばれる少なくとも一種の硫黄源、並びにジハロ芳香族化合物の各反応原料が、それぞれ有機極性溶媒供給ライン4、硫黄源供給ライン5、及びジハロ芳香族化合物供給ライン6を通じて供給される。なお、反応原料の一部又は全部を予め混合してから収容室2に供給してもよい。例えば、有機極性溶媒とジハロ芳香族化合物との混合物、あるいは有機極性溶媒と硫黄源との混合物を予め調製し、この混合物を収容室2に供給してもよい。また該混合物を加温してから、又は加温して反応させてから、又は加温せずに反応させてから供給してもよい。この場合、例えば、有機極性溶媒供給ライン4及びジハロ芳香族化合物供給ライン6に代えて、混合物供給ライン(図示せず)を側壁3aに接続させ、この混合物供給ラインを通じて収容室2に上記混合物を供給することができる。
供給された有機極性溶媒、硫黄源、及びジハロ芳香族化合物等は、重合工程において、まず、反応槽1aにおいて混合され、前記有機極性溶媒中で、前記硫黄源と前記ジハロ芳香族化合物との重合反応が行われることにより、反応混合物9aが形成される。
本製造方法では、脱水工程において、排気ライン13を通じた脱水部14の作用(詳細は後述する。)により、収容室2内の水の少なくとも一部が、収容室2における気相を介して、収容室2から除去される。これにより、反応槽1a〜1cに存在する水の少なくとも一部は除去される。収容室2内の水としては、例えば、収容室2に供給した水、及び前記重合反応で生成した水等が挙げられる。ここで、収容室2に供給した水とは、例えば、積極的に収容室2に供給した水、及び、積極的に水を収容室2に供給していない場合には、通常、反応原料に含まれた状態で反応原料とともに収容室2に供給された水を指す。水は蒸気圧が高いため、収容室2の気相に水分が多く含まれると、収容室2内が高圧となりやすい。そのため、収容室2の耐圧化が必要となり、省資源化及び設備コスト削減等を図りにくい。脱水部14により脱水を行い、収容室2内を低圧化することで、省資源化及び設備コスト削減等を効果的に実現することができる。反応系である収容室2内の圧力は、例えば、0.01MPa以上、0.8MPa以下であることが好ましく、0.02MPa以上、0.65MPa以下であることがより好ましく、0.03MPa以上、0.39MPa以下であることがさらに好ましく、0.04MPa以上、0.37MPa以下であることが特に好ましい。
以上の通り、PAS連続製造装置100では、例えば、上述の通りに各部を配置し、連続反応を行うこと全体を通じて、前記移動方向の上流側から下流側に向かうほど、反応槽1a〜1cの温度を上昇させることができる。言い換えれば、反応槽1a〜1cの内部温度が、反応混合物の移動方向の上流側から下流側に向かうほど高くなるように設けることができる。
続いて、本発明の他の一実施形態について、詳細に説明する。
続いて、本発明のさらに他の一実施形態について、詳細に説明する。
続いて、本発明のさらに他の一実施形態について、詳細に説明する。
続いて、本発明のさらに他の一実施形態について、詳細に説明する。
以上の通り、本発明の一実施態様に係るポリアリーレンスルフィド(PAS)の製造方法は、気相を介して互いに連通する複数の反応槽の少なくとも1つに反応原料を供給する供給工程と、前記複数の反応槽を用いて重合反応を行う重合工程と、前記複数の反応槽に存在する水の少なくとも一部を除去する脱水工程とを含み、前記各工程は並行して行われるとともに、反応混合物は前記反応槽間を順次移動し、前記重合反応において反応系からの除熱を行うことを含み、当該除熱における除熱量は、当該重合反応の反応熱量未満である。
収容室2が5枚の隔壁により仕切られて形成された6個の反応槽を有する以外は、図1に示すのと同様のPAS連続製造装置を用いた。このPAS連続製造装置は、隔壁が半円形であり、直径100mm×長さ300mmの寸法を有するTi製反応装置であった。上記PAS連続製造装置に、NMP950gを仕込んだ後、収容室の底部に設置した外部ヒーターにより上流側から1番目の隔壁と2番目の隔壁とで区切られた部分の温度1を230℃、3番目の隔壁と4番目の隔壁とで区切られた部分の温度2を260℃に保持し、各供給ラインより定量ポンプを用いてNMPとp−ジクロロベンゼン(pDCB)との混合液3.53g/min(NMP:pDCB(重量比)=988:268)、36.00重量%NaSH0.84g/minの流量にて連続的に5時間原料を供給した。反応装置に供給された硫黄源のモル数は1.62molであり、この反応熱量は約475kJであった。
収容室本体が、10枚の円盤型仕切板により仕切られて形成された11個の反応槽を有する以外は、図3に示すのと同様の連続製造装置を用いた。この連続製造装置において、収容室本体は、内径108mm×長さ300mmの寸法を有していた。10枚の仕切板はいずれも同一形状であり、径5mmの回転軸上に設けられた。それぞれの仕切板について、反応混合物の移動方向の上流側の面に、下流側仕切り板と同一材質の2枚のアンカー型撹拌翼を十字に設けた。仕切板の直径は100mmであり、アンカー型撹拌翼の長手軸方向の長さは90mmであり、短手軸方向の長さは40mmであった。仕切板を設けた位置において、収容室の内部空間の鉛直断面に対し、クリアランスの断面積が占める割合は、約14%であった。
各供給ラインより定量ポンプを用いてNMP−pDCB混合液3.76g/min(NMP:pDCB(重量比)=1852:1382)、45重量%NaSH1.58g/minの流量にて連続的に原料を8時間供給した以外は実施例2と同様におこなったところ、反応装置に供給された硫黄源のモル数は6.11molであり、この反応熱量は約1789kJであった 。
2 収容室
3a、3b 側壁
4 有機極性溶媒供給ライン
5 硫黄源供給ライン
6 ジハロ芳香族化合物供給ライン
7 反応混合物回収ライン
8a、8b 隔壁
9a、9b、9c 反応混合物
10a、10b、10c 撹拌翼
11 撹拌軸
12 回転駆動装置
13 排気ライン
14 脱水部
15 有機極性溶媒回収ライン
16 蒸気回収ライン
17 気液分離部
18 気体回収ライン
19、24 反応原料分離回収部
20 廃ガスライン
21、26 反応原料再供給ライン
22、27 反応原料再供給部
23 液体回収ライン
25 廃水ライン
28 送気部
29 送気ライン
30a、30b 仕切板
31 回転軸
100、200、300、400 PAS連続製造装置
H 水平面
Claims (11)
- 直列に接続された複数の反応槽を収容する収容室を備えるポリアリーレンスルフィドの連続製造装置内の前記反応槽の少なくとも1つに反応原料を供給する供給工程と、
前記複数の反応槽を用いて重合反応を行う重合工程と、
前記複数の反応槽に存在する水の少なくとも一部を除去する脱水工程とを含み、
前記各工程は並行して行われるとともに、反応混合物は前記反応槽間を順次移動し、
前記重合反応において反応系からの除熱を行うことを含み、当該除熱における除熱量は、当該重合反応の反応熱量未満であり、
隣接する前記反応槽同士は隔壁または仕切板によって隔たれているとともに、前記収容室における気相を介して互いに連通している、ことを特徴とするポリアリーレンスルフィドの製造方法。 - 前記除熱量は、硫黄源1モル当たり240kJ以下であることを特徴とする請求項1に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 前記重合反応による反応熱の一部を、脱水における熱量の一部として用いることを特徴とする請求項1または2に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 前記複数の反応槽は、各反応槽が収容し得る液体の最大液面レベルの高い順に接続されており、当該最大液面レベルの高低差を利用して反応混合物を順次移動させることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 前記供給工程、前記重合工程、前記反応混合物の移動工程、及び前記脱水工程を並行して行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- さらに、前記反応混合物の移動方向の下流側から上流側に向けて不活性ガスを送り込む送り込み工程を前記各工程と並行して行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- さらに、前記反応原料の一部を分離して回収する分離回収工程と、当該反応原料の少なくとも一部を前記反応槽の少なくとも一つに供給する再供給工程とを、前記各工程と並行して行うことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 前記反応槽の内部温度は、反応混合物の移動方向の上流側から下流側に向かうほど高くなるように設けることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 反応系における圧力は、0.01MPa以上、0.8MPa以下であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 前記重合工程によって得られるポリアリーレンスルフィドの重量平均分子量を増大させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載のポリアリーレンスルフィドの製造方法。
- 直列に接続された複数の反応槽を収容する収容室と、
前記収容室に反応原料を供給する供給部と、
前記収容室に接続された除熱部とを備え、
隣接する前記反応槽同士は隔壁によって隔たれているとともに、前記収容室における気相を介して互いに連通しており、
前記隔壁の高さは前記収容室の底部が設置されている水平面を基準として反応混合物の移動方向の上流側から下流側に向かうほど、前記反応槽の最大液面レベルが低い位置となるように設けられていることを特徴とするポリアリーレンスルフィドの連続製造装置。
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