JPH09215915A - 撹拌装置及び該装置を用いるポリマーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、装置内の液の流れの不均一化が防
止され、気液界面の発生による劣化物の生成を防止し、
十分なセルフクリーニング性が改善された撹拌装置を提
供することを目的とする。 【解決手段】 実質的に水平に設置した筒体状の容器内
に平行をなして配設されて同期して同方向に回転駆動さ
れる２本の撹拌軸を併設し、各撹拌軸に固定されて撹拌
作用をなす複数の撹拌ロータを具えた撹拌装置におい
て、該容器への液供給口を、該容器を外側から見た場合
に、撹拌軸の回転が反時計回りのとき（時計回りのと
き）は、左側（右側）の撹拌軸の中心から垂直上方を起
点とし、撹拌軸の回転方向を正として、−４５度から＋
９０度までの範囲に対応する該容器の鏡板又は円筒上に
設置したことを特徴とする撹拌装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な撹拌装置に
関するものである。さらに詳しくは、セルフクリーニン
グ機能を有する撹拌装置に関するものである。また、本
発明は、この装置を使用し、飽和及び不飽和のポリエス
テル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート等
の高粘度重縮合体を製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、合成ポリマーの製造装置とし
て、混合性能、伝熱性能が高く、さらに、ポリマーの滞
留を積極的に防止する機能、すなわち、セルフクリーニ
ング機能を持った撹拌装置が望まれることが多い。

【０００３】特に、光学用途で用いられることが多いポ
リマーを製造するには、品質上、撹拌装置におけるセル
フクリーニング機構が極めて重要である。このため、従
来から、特に付着性の強い粘ちょうな物質を処理するた
めのものとして、セルフクリーニング機構を持つ撹拌装
置が提案されている。

【０００４】かかるセルフクリーニング機構を持つ撹拌
装置としては、容器内に２軸以上の撹拌軸を設け、それ
らに撹拌ロータを取り付け、撹拌ロータ相互間及び撹拌
ロータと容器内壁との隙間を僅かに保ち、機械的に容器
内壁への付着物の生成を可能な限り防止しようとする装
置が挙げられる（特開昭６３−２３２８２８号公報）。

【０００５】かかる装置は、容器内に配設されて同期し
て回転駆動される複数の撹拌軸と、前記各撹拌軸に固定
されて撹拌作用をなす複数の撹拌ロータとを具えてなる
撹拌装置であって、前記撹拌ロータを軸方向に間隔を空
けて取り付けるとともに、前記撹拌ロータの先端部に前
記間隔にほぼ相当する長さを有するスクレーパを前記撹
拌軸と平行に取り付けたものである。

【０００６】この装置では、撹拌作用と同時にセルフク
リーニング作用が行われる。すなわち、各撹拌ロータの
尖端稜線部が容器内壁に近接して移動すること、一方の
撹拌軸の撹拌ロータと他方の撹拌軸の撹拌ロータの曲面
状周面は相互にそれらの尖端が近接して移動すること、
撹拌ロータ平面状側面とそれらに対向する撹拌ロータの
平面状側面が近接して相対移動すること、等によってセ
ルフクリーニングされる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなセ
ルフクリーニング機能を有する従来の装置においては、
通常、容器の底部に液供給口が設けられ、供給口付近で
被処理液の流れが不安定となる欠点があった。そのため
液供給口の近傍の撹拌ロータを供給液で均一に濡らすこ
とが困難であり、撹拌ロータの表面に気液の界面が生
じ、界面付近で劣化物が生成するという問題点があっ
た。

【０００８】特に、ポリマーの高粘度流体を撹拌混和す
る場合においては、この傾向が顕著であり、供給口近傍
では気相と液相との境界が生じ、その界面付近ではポリ
マーが劣化しやすく、セルフクリーニング性が不十分な
場合は、製品品質の維持のため装置の洗浄間隔を短くせ
ざるを得ず、運転コストを増大せしめる大きな要因とな
っていた。

【０００９】本発明は、このような従来の撹拌装置にお
ける問題点を解決することを目的とするものであり、セ
ルフクリーニング性を改善し、直線状の飽和及び不飽和
のポリエステル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカー
ボネート等の重縮合体を製造することのできる装置、及
び該装置を用い低運転コストで連続的に高品質のポリマ
ーを製造する方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、実質的に水平
に設置した筒体状の容器内に平行をなして配設されて同
期して同方向に回転駆動される２本の撹拌軸を併設し、
各撹拌軸に固定されて撹拌作用をなす複数の撹拌ロータ
を具えた撹拌装置において、該容器への液供給口を、該
容器を外側から見た場合に、撹拌軸の回転が反時計回り
のときは左側の撹拌軸の中心から垂直上方を起点とし、
撹拌軸の回転方向を正として、−４５度から＋９０度ま
での範囲に対応する該容器の鏡板又は円筒上に設置し、
撹拌軸の回転が時計回りのときは右側の撹拌軸の中心か
ら垂直上方を起点とし、撹拌軸の回転方向を正として、
−４５度から＋９０度までの範囲に対応する該容器の鏡
板又は円筒上に設置することを特徴とする撹拌装置であ
る。

【００１１】また、本発明は、予め重縮合せしめた重縮
合体を本発明の装置によって、さらに重合せしめること
を特徴とするポリマーの製造方法である。そして、本発
明は、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとを
溶融重合せしめて得られたポリカーボネートを本発明の
撹拌装置に供給し、該装置にて減圧下で溶融撹拌するこ
とにより、さらに重合せしめることを特徴とするポリカ
ーボネートの製造方法を包含する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の撹拌装置の具体例
を図面に従って詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の撹拌装置の一例を示す水
平断面図、図２は図１のＡ−Ａ’垂直断面図である。図
３は、図１及び図２の装置を撹拌軸方向から見た断面の
模式図である。

【００１４】（容器）本発明の撹拌装置において、容器
１は実質的に水平に設置され、該容器１の内壁は撹拌軸
２及び撹拌軸３をそれぞれ中心とする２個の円筒壁を繋
げたような形の繭型断面を有している。なお、容器１の
断面形状は繭型が好適であるが、これに限定されるもの
ではない。

【００１５】（撹拌軸）容器１内には、該容器の長手方
向へほぼ水平に伸びた２本の撹拌軸２、３が設けられて
おり、これら２本の撹拌軸２、３は互いに平行に軸受け
で支持され、各々の撹拌軸２、３は図示しない駆動源に
よって、図中矢印のように同一回転方向に同一回転速度
で互いに同期して回転駆動されるようになっている。

【００１６】（撹拌ロータ）各撹拌軸２、３には、それ
ぞれ複数の撹拌ロータが、撹拌軸と直交する面内に沿っ
て所定間隔を隔てて固定されている。各撹拌ロータは、
図３〜７に示すごとく、中央部が膨らみ両端が尖った紡
錘形断面を持つ厚肉板状に形成されているが、その形状
は適宜選択できる。また、各撹拌軸に固定する撹拌ロー
タの数も適宜選択できるが、各撹拌軸の全体にわたって
ほぼ均等に撹拌ロータを配置するのが適当である。図４
で示すようにロータの直径をＤとすると、ロータの曲率
半径はＤ／√２であることが好ましい。

【００１７】各撹拌軸に固定した撹拌ロータは、それぞ
れ、図１、図２、図１１、図１２に示すように、その回
転角度位置に応じて僅かな隙間を隔てて、容器１の円筒
内壁あるいは隣接して対応する隣接の撹拌軸に固定した
撹拌ロータに対向し得るようにその寸法が選定されてい
る。

【００１８】すなわち、一方の撹拌軸２には所定の間隔
を隔てて複数（図１、図２では１９個）の撹拌ロータ４
ａ、４ｂ、４ｃ、…４ｓが固定されている。これらの撹
拌ロータは撹拌軸２に対してそれと直交する面内に沿っ
て取り付けられている。また、これらの撹拌ロータはそ
の回転角度位置に応じて僅かな隙間を隔てて前記１の円
筒壁あるいは他方の撹拌軸３に固定された対応する撹拌
ロータ５ａ、５ｂ、５ｃ、…５ｓに対向し得るようにそ
の寸法が選定されている。

【００１９】一方、撹拌軸３にも、同様に複数（図１、
図２では撹拌軸２の撹拌ロータと同数の１９個）の撹拌
ロータ５ａ、５ｂ、５ｃ、…５ｓが固定されている。各
撹拌ロータはそれぞれ相対する撹拌軸２の対応する撹拌
ロータに対応してそれと同じ軸方向位置に位置し、各々
対応する撹拌ロータに対して各々位相が９０度ずれた形
で撹拌軸３に取り付けられている。

【００２０】いずれの撹拌ロータも、その各尖端が、回
転角度位置に応じて僅かな隙間を隔てて容器１の円筒内
壁あるいは各々対応する撹拌ロータに対向し得るように
なっている。さらに、その側面はそれぞれ隣接して対応
する撹拌ロータに対して軸方向に僅かな隙間を隔てて対
向している。そして、撹拌軸２に固定した撹拌ロータと
撹拌軸３に固定した撹拌ロータは、それぞれ相手方の撹
拌ロータに対応してそれと同じ軸方向に位置し、かつ対
応する撹拌ロータに対して各々位相が９０度ずれた形で
撹拌軸に取り付けられている。さらに各撹拌ロータの側
面はそれぞれ隣接して対応する撹拌ロータに対して軸方
向に僅かな隙間を隔てて対向している。

【００２１】（スクレーパ）図１〜３に示す装置では各
撹拌ロータにはスクレーパを設けていないが、図１１〜
１３に示す装置のように各撹拌ロータ尖端にスクレーパ
を具えてもよく、その方が好ましい場合も多い。撹拌ロ
ータの尖端部分にスクレーパを設けた場合には、セルフ
クリーニング性をさらに向上させることができる。

【００２２】スクレーパは、撹拌ロータの先端部に、撹
拌軸と平行に取り付けることが好ましい。その形状は、
外面が該撹拌ロータの外周面と一致して図１３の１２で
示す如き擬三角形断面をなしていることが好ましい。ま
た、スクレーパの長さ１３は、図１２で示すように撹拌
ロータの間隔と同程度にすることが好ましい。

【００２３】（液出口）通常、液出口９は容器１の円筒
１０の下部に取り付けられることが多い。

【００２４】（液供給口）本発明は、液供給口８を容器
１の鏡板６又は円筒１０上に開口せしめ、かつ、その位
置を以下のように選定することを特徴とするものであ
る。

【００２５】本発明において、容器１への液供給口８
は、図４〜図７に斜線で示す位置に設けられる。図４〜
図７は本発明の撹拌装置を外側から見たときの液供給口
の位置を説明する模式図である。

【００２６】本発明の撹拌装置において、被処理溶液
は、鏡板６又は円筒１０に設けた図４〜図７に斜線で示
す範囲内に設けた液供給口から、容器１内に導入され、
撹拌軸２、３が回転駆動することで各撹拌ロータの移動
により、十分撹拌された後、液出口９から取り出され
る。

【００２７】本発明の撹拌装置は、従来の装置では溶液
の供給口が設けられていない特定の位置に液供給口を設
置したことを最大の特徴とするものである。

【００２８】すなわち、該容器を外側から見た場合に、
図４、図５に示すように撹拌軸の回転が反時計回りのと
きは、液供給口８を、左側の撹拌軸２の中心から垂直上
方１１を起点とし、撹拌軸の回転方向を正として、−４
５度〜＋９０度の範囲に対応する該容器の鏡板６（図４
に示す）又は円筒１０上（図５に示す）に設置する。

【００２９】また、図６、図７に示すように撹拌軸の回
転が時計回りのときは、液供給口８を、右側の撹拌軸の
中心から垂直上方を起点とし、撹拌軸の回転方向を正と
して、−４５度〜＋９０度の範囲に対応する、該容器の
鏡板６（図６に示す）又は円筒１０上（図７に示す）に
投影した範囲内に設置したことを最大の特徴とするもの
である。図８、９は、液供給口８を示す装置の垂直断面
図である。

【００３０】本発明は、横型撹拌装置においては、図１
０に示す第II象限が最も撹拌装置内部の溶液滞留量が低
下するということを見出したことに基づく。

【００３１】すなわち、図１０に示すように横型撹拌装
置は一般的に、主に重力と撹拌ロータの回転運動との影
響により、撹拌軸の垂直上方の円筒上の点を起点として
回転方向を正とすると、装置の円筒の撹拌軸の中心を通
る水平面より上方である図１０に示す第II象限が最も撹
拌装置内部の溶液滞留量が低下するため、前記範囲に溶
液を供給することで、装置内の滞留量の不均一化を解消
することができることを見出したことに基づくものであ
る。

【００３２】従来の装置において、撹拌軸の回転方向が
反時計回りの場合、図１０に示すようにｘ−ｙ座標系を
とると、ｙ≧０の範囲（第Ｉ象限、第II象限）とｙ＜０
の範囲（第III象限、第IV象限）とでは、重力の影響に
より、ｙ≧０の方がポリマーの滞留量は少ない。また、
ｘ≧０の範囲（第Ｉ象限、第IV象限）とｘ＜０範囲（第
II象限、第III象限）とを比較すると、回転方向が反時
計回りであるために、ｘ＜０の範囲（第II象限、第III
象限）がポリマーの滞留量が少ない。

【００３３】故に、図１０に示す座標系においては、ｙ
≧０かつｘ＜０の範囲（第II象限）のポリマー滞留量が
最も少ないためにセルフクリーニング性を維持できてい
なかった。

【００３４】しかし、本発明によれば、すでに図４〜７
で詳述したように、容器の外側から鏡板をみて、軸の回
転が反時計回りのときは容器の鏡板６の左側の撹拌軸の
垂直上方１１を起点とし、回転方向を正とすると、−４
５度〜９０度の範囲内に、軸の回転が時計回りのときは
容器の鏡板６の右側の撹拌軸の垂直上方１１を起点と
し、回転方向を正とすると、−４５度〜９０度の範囲内
に、液供給口８を設置することによって、これまで濡ら
すことが困難であった液供給口近傍の撹拌ロータを十分
に濡らすことができる。

【００３５】そして装置内での液供給口付近の溶液の滞
留の不均一化が解消されるために、装置内に偏りなく液
が充満し、これまで確たる解決方法がなかった液供給口
近傍の撹拌ロータのセルフクリーニング性が改善され、
長時間の運転を続けてもポリマーの劣化、および、ゲル
等の発生が無い高品質のポリマーが製造可能となる。

【００３６】この場合の液供給口８の位置は、鏡板６に
近ければ近いほど良く、好ましくは、鏡板６近接の撹拌
ロータに直接被処理溶液を供給できる構造になっている
方がよりセルフクリーニング性が良い。

【００３７】（重縮合系ポリマーの製造方法）また、本
発明は、低運転コストで製品品質の維持を図りながら連
続的にポリマーを製造する方法を提供するものである。

【００３８】すなわち、本発明は、予め重縮合せしめた
重縮合体を本発明の装置によって、さらに重合せしめる
ことを特徴とするポリマーの製造方法を提供するもので
ある。重縮合体としては、飽和及び不飽和のポリエステ
ル、ポリエーテル、ポリアミド、ポリカーボネート等が
挙げられる。

【００３９】本発明は、前記の飽和、不飽和のポリマー
の中で、芳香族ポリカーボネートの溶融重合に適用でき
る。すなわち、本発明は、芳香族ジヒドロキシ化合物と
炭酸ジエステルとを溶融重合せしめて得られたポリカー
ボネート、好ましくは固有粘度［η］が０．２〜０．３
５程度のポリカーボネートを、上記の撹拌装置により減
圧下でさらに溶融重合せしめて、より高重合度のポリカ
ーボネートを製造する方法を包含する。

【００４０】ここで使用する芳香族ジヒドロキシ化合物
としては、例えば２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニ
ル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニ
ル）ブタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）
オクタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルメ
タン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−メチルフェ
ニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−ｔ−
ブチルフェニル）プロパンなどのビス（ヒドロキシアリ
ール）アルカン類、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェ
ニル）シクロペンタン、１，１−ビス（ヒドロキシフェ
ニル）シクロヘキサンなどのビス（ヒドロキシアリー
ル）シクロアルカン類、４，４’−ジヒドロキシジフェ
ニールエーテルなどのジヒドロキシアリールエーテル
類、４，４’−ジヒドロキシジフェニルスルフィドなど
のジヒドロキシアリールスルフィド類、４，４’−ジヒ
ドロキシジフェニルスルホキシドなどのジヒドロキシア
リールスルホキシド類、４，４’−ジヒドロキシジフェ
ニルスルホンなどのジヒドロキシアリールスルホン類等
が用いられる。特に２，２−ビス（４−ヒドロキシフェ
ニル）プロパンが好ましい。

【００４１】炭酸ジエステルとしては置換されていても
よい炭素数６〜１０のアリール基、アラルキル基等のエ
ステルが挙げられる。具体的にはジフェニルカーボネー
ト、ジトリルカーボネート、ビス（クロロフェニル）カ
ーボネート、ｍ−クレジルカーボネート、ジナフチルカ
ーボネート、ビス（ジフェニル）カーボネート等が挙げ
られる。

【００４２】芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステ
ルとの溶融重合反応は、従来知られているように不活性
ガス雰囲気下で加熱しながら撹拌して生成する芳香族モ
ノヒドロキシ化合物を溜出させることで行われる。反応
温度は通常１２０〜３５０℃の範囲であり、反応後期に
は系の減圧度を１〜０．１Ｔｏｒｒに高めて生成する芳
香族モノヒドロキシ化合物の溜出を容易にさせて固有粘
度［η］が０．２〜０．３５程度のポリカーボネートを
得る。

【００４３】なお、ここで、固有粘度［η］は、０．７
ｇ／ｄｌの塩化メチレン溶液でウベローデ粘度計で測定
したものである。

【００４４】本発明方法では、このように製造した溶融
粘度数千ポイズ程度のポリカーボネートを、さらに溶融
状態で上記の撹拌装置に供給し、該装置内で撹拌混合を
続けて連続的に重合せしめることによって２万〜３万ポ
イズの溶融粘度まで重合度を上昇させ、光学特性の良好
な［η］が０．３〜０．７程度のポリカーボネートが製
造される。

【００４５】この後期重合工程では、反応温度（容器内
の設定温度）は１２０〜３５０℃、好ましくは１７０〜
３００℃、圧力は１０〜０．１Ｔｏｒｒ、好ましくは１
〜０．１Ｔｏｒｒとし、反応時間（装置内の滞留時間）
は３０〜１２０分程度が好適に採用される。

【００４６】

【発明の効果】本発明の装置によれば、液供給口付近の
溶液の滞留の不均一化が防止され、装置内に偏りなく溶
液が充満し、気液界面の発生による劣化物の生成が抑制
され十分なセルフクリーニング性が実現される。

【００４７】また、本発明の装置によれば、十分なセル
フクリーニング性が実現される結果、長時間の運転を続
けてもポリマーの劣化、ゲルの発生が無く、高粘度で高
品質のポリマーの製造が可能となり、また装置の洗浄周
期を長くすることが可能となる。

【００４８】本発明の装置は、１００ポイズ以上の高粘
度の溶液の撹拌混合、ポリマーを製造する場合に有用で
あり、重合の後期段階の使用に適している。

【００４９】

【実施例】次に、本発明の撹拌装置を使用し、重縮合系
ポリマーの一種である芳香族ポリカーボネートを製造す
る例を説明する。なお、例中の固有粘度［η］の測定は
前述の通りである。

【００５０】[実施例１]ビスフェノールＡとジフェニル
カーボネートとを溶融重合せしめ、得られた固有粘度
［η］が０．３５のポリカーボネートを、溶融状態に
て、水平に設置した図１〜３に示す繭型断面の撹拌装置
に供給した。図３に示す液供給口８を持つ装置を用い、
減圧下、温度２７０℃で重合反応を進行させた。

【００５１】そして、反応終了後のポリマーを、液出口
９より取り出した。このようにして、最終固有粘度
［η］が０．５であり、かつ、色相の良好なポリカーボ
ネートを約７００時間連続的に製造することができた。

【００５２】上記実験終了後、該撹拌装置の容器内部を
分解点検したところ、ポリマー劣化物等の汚れは皆無で
あり、良好なセルフクリーニング機能が維持されていた
ことが確認できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の撹拌装置の具体例の水平断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ’断面摸式図。

【図３】図１及び図２で示す装置を撹拌軸方向から見た
断面の模式図。

【図４】液供給口の位置を示す模式図。

【図５】液供給口の位置を示す模式図。

【図６】液供給口の位置を示す模式図。

【図７】液供給口の位置を示す模式図。

【図８】液供給口の位置を示す模式図。

【図９】液供給口の位置を示す模式図。

【図１０】装置断面の液滞留分布の模式図。

【図１１】スクレーパを有する本発明の撹拌装置の具体
例の水平断面図。

【図１２】図１１のＡ−Ａ’断面摸式図。

【図１３】図１１及び図１２で示す装置を撹拌軸方向か
ら見た断面の模式図。

【符号の説明】

１：容器 ２、３：撹拌軸 ４ａ〜４ｓ、５ａ〜５ｓ：撹拌ロータ ６、７：鏡板 ８：液供給口 ９：液出口 １０：円筒 １１：垂直上方 １２：スクレーパ １３：スクレーパの長さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村岡 剛 山口県岩国市日の出町２番１号 帝人株式 会社岩国研究センター内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 実質的に水平に設置した筒体状の容器内
   に平行をなして配設されて同期して同方向に回転駆動さ
   れる２本の撹拌軸を併設し、各撹拌軸に固定されて撹拌
   作用をなす複数の撹拌ロータを具えた撹拌装置におい
   て、該容器への液供給口を、該容器を外側から見た場合
   に、撹拌軸の回転が反時計回りのときは左側の撹拌軸の
   中心から垂直上方を起点とし、撹拌軸の回転方向を正と
   して、−４５度から＋９０度までの範囲に対応する該容
   器の鏡板又は円筒上に設置し、撹拌軸の回転が時計回り
   のときは右側の撹拌軸の中心から垂直上方を起点とし、
   撹拌軸の回転方向を正として、−４５度から＋９０度ま
   での範囲に対応する該容器の鏡板又は円筒上に設置した
   ことを特徴とする撹拌装置。
2. 【請求項２】 撹拌ロータが、中央部が膨らみ両端が尖
   った紡錘形断面形形状をなし、直径をＤとする場合その
   曲率半径がＤ／√２である請求項１に記載の装置。
3. 【請求項３】 各撹拌ロータが、軸回りに９０度ずらし
   て固定され、軸方向に間隔をあけて撹拌軸に取り付けら
   れた請求項１に記載の装置。
4. 【請求項４】 撹拌ロータの先端部に、外面が該撹拌ロ
   ータの外周面と一致して擬三角形断面をなし、スクレー
   パが撹拌軸と平行に取り付けられた請求項１に記載の装
   置。
5. 【請求項５】 予め重縮合せしめた重縮合体を、請求項
   １〜４のいずれかに記載の装置によってさらに重合せし
   めることを特徴とするポリマーの製造方法。
6. 【請求項６】 芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエス
   テルとを溶融重合せしめて得られたポリカーボネート
   を、請求項１〜４のいずれかに記載の撹拌装置に供給
   し、該装置にて減圧下で溶融撹拌することにより、さら
   に重合せしめることを特徴とするポリカーボネートの製
   造方法。