(57)【要約】【課題】重合反応槽内の気相部の露出面に対するポリマー析出物の形成や成長を防止し、長期間に亘って連続して高品質のポリマーの製造が可能な重合反応装置を提供する。【解決手段】モノマーを含む原料混合物の重合反応を行う重合反応槽２と、当該重合反応槽２に連通し、かつ複数の噴出口１６を、前記重合反応槽２内に具備する注入管４とを有する重合反応装置１であって、前記噴出口１６のうちの少なくとも一部から、前記重合反応槽２内の気相部に存在する部材に、前記原料混合物を噴出する噴出機構を具備する、重合反応装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノマーを含む原料混合物の重合反応を行う重合反応槽と、
当該重合反応槽に連通し、かつ複数の噴出口を、前記重合反応槽内に具備する注入管と、
を有する重合反応装置であって、
前記噴出口のうちの少なくとも一部から、前記重合反応槽内の気相部に存在する部材に、前記原料混合物を噴出する噴出機構を具備する、重合反応装置。
【請求項２】
前記原料混合物中に、モノマーの重合を抑制する重合禁止剤が含まれている、請求項１に記載の重合反応装置。
【請求項３】
前記重合反応槽内の気相部の高さの位置に前記注入管及び噴出口が設けられている、請求項１又は２に記載の重合反応装置。
【請求項４】
前記重合反応槽内には、
下端部に攪拌翼を具備し、上端部には前記重合反応槽の外部の駆動装置が接続されている長軸状のシャフトが設けられており、
前記注入管は、前記シャフトを軸中心として当該シャフトを取り囲む位置に設置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項５】
前記注入管が、前記シャフトを軸中心とし当該シャフトを、Ｃ字形状、多角形形状、円形状、及び楕円形状からなる群より選ばれる、いずれかの形態で取り囲む位置に設置されている、請求項４に記載の重合反応装置。
【請求項６】
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、
前記重合装置の内壁及び／又は天井を含む、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項７】
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、
前記注入管及び／又は温度計を含む、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の重合反応
装置。
【請求項８】
前記噴出口の口径が０．１〜１０ｍｍである、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項９】
前記噴出口から噴出される原料混合物の圧力を制御する圧力調整機構を具備し、
前記圧力調整機構により噴出口から噴出される原料混合物の圧力を０．０５〜１ＭＰａ
の範囲とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項１０】
前記噴出口１つ当たりからの原料混合物の噴出流量が０．０１〜１ｍ3／時である、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項１１】
前記複数の噴出口の個数が２〜３０個である、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項１２】
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、前記噴出機構により噴出される原料混合物により冷却され、前記原料混合物中のモノマーが重合してポリマー析出物が形成される温度以下に保持された部材である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【請求項１３】
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、前記噴出機構により噴出される原料混合物により冷却され、８０℃以下に保持された部材である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重合反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、重合反応装置を用いて連続塊状重合又は連続溶液重合を行う場合、重合反応装置内における制御下にない領域、すなわち、攪拌条件を調整して原料混合液の流れを種々変更したとしても洗い流すことができない領域にポリマーが析出してしまう場合がある。このような制御下にない領域におけるポリマーの析出は、ポリマーを連続重合する際、品質上及び安定運転上の障害となる。そのため、従来から、重合反応装置内におけるポリマー析出を制御する方法に関し、様々な技術の提案がなされている。
【０００３】
ポリマーの連続重合を行う重合反応装置としては、原料混合液で重合反応槽内を完全には満たさず途中まで満たし、当該重合反応槽内に気相部を有する状態で使用する重合反応装置と、重合反応槽内を原料混合液で完全に満たした状態で使用する重合反応装置とがある。
前者の、原料混合液で重合反応槽内を完全には満たさず途中まで満たし、気相部を有する状態で使用する重合反応装置においてポリマーの重合を行う際、上述した制御下にない領域におけるポリマー析出を抑制する方法としては、従来から後述する各種の技術提案がなされている。
【０００４】
例えば特許文献１には、気相部に沸点以下のメルカプタンを存在させた状態で重合させ、スケールの発生を防止する技術が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、重合反応槽内の気相が存在する領域に、攪拌翼が取り付けられている軸を配し、当該軸を冷却可能な冷却ジャケットを所定の位置に配し、モノマーフィード管を気相部に存在させ、かつ当該モノマーフィード管の先端を前記撹拌翼の軸に近接させ、撹拌翼の軸を冷却モノマーで冷却することにより、熱重合によるポリマー析出を抑制させる技術が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、特殊な撹拌翼にて気相部と原料混合液とを撹拌し、かつ気相部のみ冷却ジャケットにて冷却させ、さらに重合反応槽内の気相部における露出面を原料混合液の蒸気が結露した凝縮液により洗い流すことにより、ポリマー析出を抑制する技術が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、重合反応槽内に供給されるモノマーの一部を、原料混合物の液面及びそれと接触している撹拌翼の軸に一様に噴霧することにより、特に原料混合物の液相と気相との界面付近のポリマー析出物の形成を抑制する技術が開示されている。
【０００８】
なお特許文献２〜４に開示されている技術と同様に、モノマーでポリマー析出物を洗い流すという技術思想を有し、さらに前記ポリマーを洗い流すために使用するモノマーに微量の重合禁止剤を配合することによりポリマー析出を抑制する技術が、特許文献５及び６に開示されている。
また、溶液重合を行う場合に、重合反応装置内を、前記原料混合物を含まない重合溶媒のみを用いて洗浄する技術が、特許文献７及び８に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開昭５６−８０６号公報
【特許文献２】特開平２−５５７０３号公報
【特許文献３】特開平１０−１５８３０７号公報
【特許文献４】特開平７−１４９８０３号公報
【特許文献５】特開２００２−３７１１０２号公報
【特許文献６】特開２０１２−８７２４１号公報
【特許文献７】特開２００５−１８７５０６号公報
【特許文献８】特開昭４８−０２９８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている技術においては、重合反応槽内の気相部の露出面にポリマー析出物が一旦生成してしまうと、それを除去したり析出物の成長を抑制したりすることは困難である、という問題を有している。
【００１１】
前記特許文献２に開示されている技術においては、撹拌翼の軸表面におけるポリマー析出は抑制できるが、他の気相部の露出面におけるポリマー析出を抑制できないという問題を有している。
また、前記特許文献２に開示されている技術においては、前記他の気相部の露出面の裏側に冷却ジャケットが存在しており、冷却によってポリマー生成が抑制されるようになされているが、当該露出面は、常にモノマー蒸気にさらされているため熱が供給されている状態にもなっている。そのため、冷却ジャケットとの熱交換の悪い部分、例えば重合反応槽内の気相部に存在する天井や、注入管・温度計といった、気相部に存在する各種突起物が存在する箇所や、更には気相部の内壁面であっても一旦ポリマーの析出物が形成されてしまった箇所においては、それが断熱層として機能してしまうため、冷却ジャケットによる熱交換効率が低下し、十分なポリマー析出抑制効果が得られないという問題を有している。
【００１２】
前記特許文献３に開示されている技術においては、前記特許文献１の技術と同様に、重合反応槽内の気相部の露出面にポリマー析出物が一旦生成してしまうと、それを除去したり、析出物の成長を抑制したりすることは困難である、という問題を有している。
【００１３】
前記特許文献４に開示されている技術においては、ポリマー析出物の除去及び低減化の効果が得られる箇所が、原料混合物と気相との界面付近といった限定的な箇所に限られ、実用上十分な効果であるとは言えない、という問題を有している。また、やはり一旦生成してしまったポリマー析出物を除去したり、またそのポリマー析出物の成長を抑制したりすることは困難である、という問題も有している。
【００１４】
また、前記特許文献２〜４に開示されている技術においては、いずれも、重合反応槽内で既に重合されたポリマーを含んだ原料混合物の飛沫が、気相部の重合反応槽内の露出面に飛んでくるおそれがある。これに対し、特許文献２における撹拌翼の軸部分を除き、重合反応槽内の気相部の露出面において、この飛沫由来のポリマー析出物を除去することはできないという問題を有している。
【００１５】
さらに、前記特許文献２〜４に開示されている技術は、重合反応槽内の気相部の露出面を、モノマーで洗い流すという手法により、ポリマーの析出を防止する技術であるが、前記「モノマーで洗い流す」という手法は、見方を変えればポリマー析出物の原料を供給していることでもある。これに対し、例えば冷却ジャケットにより十分に熱交換を行えば、ポリマーの生成を抑制することも可能であると考えられるが、熱伝導の悪い部分が存在すると、その部分に集中してポリマー析出物が形成されてしまうという問題も有している。
【００１６】
前記特許文献５及び６に開示されている技術は、重合反応槽に存在する撹拌翼の軸の軸シール部内の密閉空間という、極めて限られた範囲でのポリマー析出を抑制する技術であり、重合反応槽内の気相部の露出面に対するポリマー析出物の除去やポリマー析出の抑制効果は得られないという問題を有している。
【００１７】
前記特許文献７、８に開示されている技術は、「重合溶媒で洗い流す」という手法が採用されているが、ポリマー析出物を除去する効果を十分発現させるためには重合溶媒を大量に使用する必要がある。特に溶解力を高めるために、ポリマーとの親和性の高い重合溶媒を選択すると、目的とする製造物であるポリマー中に重合溶媒が残存しやすくなり好ましくないという問題を有している。
また一方で、ポリマーとの親和性の低い重合溶剤を選択すると、ポリマー析出物を洗い流す効果が低減してしまい、十分な洗浄効果が得られないという問題を有している。
なお、モノマーで洗浄する場合には、当該モノマーが重合材料中に混ざっても、重合で消費され、残存リスクが低いので好適である。
【００１８】
上述したように、前記特許文献１〜８に開示されている技術は、気相部を有する状態とした重合反応装置内で行われる連続塊状重合又は連続溶液重合において、重合反応槽内の気相部の露出面での、制御下にない領域におけるポリマー析出を抑制することに関し十分な効果が得られていない。
【００１９】
ポリマーが重合反応槽内の気相部の露出面に析出すると、例えば、ポリマー析出物が不定期に脱離し、製品に混入し、品質低下を引き起こす原因となる。またポリマー析出物が重合反応槽内に長期間滞留することもあり、その間に変色を来す場合もある。この変色した析出物が製品に混入すると、特に光学用の透明ポリマーには致命的な品質低下となるおそれもある。
またポリマー析出物が重合反応装置内の温度計表面に形成されると、熱伝導率の低下により正確な温度計測が困難となったり、また撹拌翼の軸等の可動部分付近に析出するとトルク上昇する等、運転上の支障を来したりするおそれがある。
【００２０】
なおポリマー析出は、以下の２つのメカニズムで生じると推定される。
１）生成したポリマーを含む原料混合液の飛沫が重合反応槽内の気相部の露出面に付着し、当該ポリマーを溶解させているモノマー・コモノマー成分や、溶液重合の場合は溶媒が蒸発して、またはその場所で重合が進むことにより溶解度が下がりポリマーが析出する。
２）モノマー蒸気が重合反応槽内の気相部の露出面で結露し、そこで重合が進むことによりポリマーとなって析出する。
【００２１】
そこで本発明においては、上述した従来技術の問題点に鑑み、重合反応槽内の気相部の露出面へのポリマー析出を効果的に抑制可能な構成を有する重合反応装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明者等は、前記課題を解決するため鋭意検討し、モノマーを含む原料混合物の重合反応を行う重合反応槽を有する重合反応装置において、重合反応槽に連通する注入管の噴出口から前記重合反応槽内の気相部の露出部、すなわち気相部に存在する各種部材の表面に前記原料混合物を噴出する噴出機構を設けることにより、上述した従来技術を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は以下の通りである。
【００２３】
〔１〕
モノマーを含む原料混合物の重合反応を行う重合反応槽と、
当該重合反応槽に連通し、かつ複数の噴出口を、前記重合反応槽内に具備する注入管と、
を有する重合反応装置であって、
前記噴出口のうちの少なくとも一部から、前記重合反応槽内の気相部に存在する部材に、前記原料混合物を噴出する噴出機構を具備する、重合反応装置。
〔２〕
前記原料混合物中に、モノマーの重合を抑制する重合禁止剤が含まれている、前記〔１〕に記載の重合反応装置。
〔３〕
前記重合反応槽内の気相部の高さの位置に前記注入管及び噴出口が設けられている、前記〔１〕又は〔２〕に記載の重合反応装置。
〔４〕
前記重合反応槽内には、
下端部に攪拌翼を具備し、上端部には前記重合反応槽の外部の駆動装置が接続されている長軸状のシャフトが設けられており、
前記注入管は、前記シャフトを軸中心として当該シャフトを取り囲む位置に設置されている、前記〔１〕乃至〔３〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔５〕
前記注入管が、前記シャフトを軸中心とし当該シャフトを、Ｃ字形状、多角形形状、円形状、及び楕円形状からなる群より選ばれる、いずれかの形態で取り囲む位置に設置されている、前記〔４〕に記載の重合反応装置。
〔６〕
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、
前記重合装置の内壁及び／又は天井を含む、前記〔１〕乃至〔５〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔７〕
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、
前記注入管及び／又は温度計を含む、前記〔１〕乃至〔６〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔８〕
前記噴出口の口径が０．１〜１０ｍｍである、前記〔１〕乃至〔７〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔９〕
前記噴出口から噴出される原料混合物の圧力を制御する圧力調整機構を具備し、
前記圧力調整機構により噴出口から噴出される原料混合物の圧力を０．０５〜１ＭＰａの範囲とする、前記〔１〕乃至〔８〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔１０〕
前記噴出口１つ当たりからの原料混合物の噴出流量が０．０１〜１ｍ3／時である、前記〔１〕乃至〔９〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔１１〕
前記複数の噴出口の個数が２〜３０個である、前記〔１〕乃至〔１０〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔１２〕
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、前記噴出機構により噴出される原料混合物により冷却され、前記原料混合物中のモノマーが重合してポリマー析出物が形成される温度以下に保持された部材である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一に記載の重合反応装置。
〔１３〕
前記重合反応槽内の気相部に存在する部材が、前記噴出機構により噴出される原料混合物により冷却され、８０℃以下に保持された部材である、前記〔１〕乃至〔１１〕のいずれか一項に記載の重合反応装置。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ポリマーの重合運転時の、重合反応槽内の気相部の露出面におけるポリマー析出物の形成や成長を防止でき、ポリマー析出物の製品混入による品質低下や、重合反応液の均一撹拌の阻害による品質低下・重合運転の不安定化といった一連の問題を生じることなく、長期間に亘って連続して高品質のポリマーの製造が可能な、重合反応装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態の重合反応装置の一例の概略構成図を示す。注入管形状はＣ字形状である。
【図２】本実施形態の重合反応装置の他の一例の概略構成図を示す。注入管形状は多角形形状である。
【図３】本実施形態の重合反応装置の他の一例の概略構成図を示す。注入管形状は円形形状である。
【図４】本実施形態の重合反応装置の他の一例の概略構成図を示す。注入管形状は楕円形形状である。
【図５】本実施形態の重合反応装置の他の一例の概略構成図を示す。複数の注入管を具備している。
【図６】本実施形態の重合反応装置の他の一例の概略構成図を示す。枝分かれ構造を有する注入管を具備している。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」と言う。）について、図を参照して詳細に説明する。
本発明は以下の記載に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
各図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、各図面に示す位置関係に基づくものとし、さらに図面の寸法比率は、図示の比率に限定されるものではない。
【００２７】
〔重合反応装置〕
図１に本実施形態の重合反応装置１の一例の概略断面図を示す。
本実施形態の重合反応装置１は、
モノマーを含む原料混合物の重合反応を行う重合反応槽２と、
前記重合反応槽２に連通し、かつ複数の噴出口１６を前記重合反応槽２内に具備する注入管４と、
を有している。
また、前記噴出口１６のうち少なくとも一部から、前記重合反応槽２内の気相部７に存在する部材に前記原料混合物を噴出する、噴出機構（図示せず）を具備している。
噴出機構は、前記噴出口１６の少なくとも一部から前記原料混合物を噴出させる機能を有しているものであれば特に限定されるものではない。
なお、図１は、上記のように重合反応装置１の一例の概略構成図である。図１中、重合反応槽の壁部、攪拌翼８、シャフト９、駆動装置１０、ジャケット１１、気相部に存在する温度計１５については、シャフト９の軸中心、当該軸方向で切った断面図を表しているが、注入管４においては、その形態を明らかにするため、斜視図を表している（後述する図２〜図６についても同様である。）。
【００２８】
本実施形態の重合反応装置においては、重合反応槽２内の気相部７に存在する部材に、原料混合物を噴出し、気相部７内の露出面を原料混合物によって濡らすことにより、露出面へのポリマーの析出を抑制し、かつ一旦析出してしまったポリマー析出物を洗い流し、除去する。
本実施形態の重合反応装置においては、上述したように、気相部７内の露出面に原料混合物を噴出し、濡らすことにより、原料混合物中の溶媒やモノマーによりポリマー析出物を溶解したり、原料混合物の噴出による圧力でポリマー析出物を洗浄除去したり、原料混合物を気相部中の部材に噴出し、ある一定の温度以上に温度が上昇することを防止し重合反応の開始や成長を抑制したりすることができる。
前記原料混合物によって気相部７に存在する部材、すなわち露出面を濡らすことにより、当該部材、露出面の温度を、原料混合物中のモノマーが重合してポリマー析出物が形成される温度以下、具体的には８０℃以下に制御し、保持することが好ましい。より好ましくは７５℃以下であり、さらに好ましくは７２℃以下である。これにより、ポリマー析出物の形成や成長を効果的に防止することができる。
【００２９】
図１の重合反応装置１は、前記重合反応槽２に原料投入口３が設けられており、当該原料投入口３から重合用のモノマーを含む原料混合物が重合反応槽２内に投入され、重合により製造されたポリマーを含む生成物が、重合反応槽２に取り付けられている排出口１２から排出されるようになされている。原料投入口３は、一箇所のみに設けられていても、複数個所に設けられていてもよい。
【００３０】
重合反応槽２の内部は、重合工程が行われる際には、原料混合物が存在する液層部５と、当該液層部５の液面６よりも上方の気相部７とが形成されている。
【００３１】
本実施形態の重合反応装置１は、重合反応槽２に連通し、複数の噴出口１６を具備する注入管４を有している。
前記注入管４の噴出口１６は、前記重合反応槽２の内部の気相部７が存在する高さに設けられており、後述するように噴出口１６より気相中に存在する重合反応槽２内の部材に対して原料混合物を噴出する噴出機構（図示せず）を具備している。
前記注入管４が、前記噴出口１６の位置が気相部７の高さになるように設置されていることにより、噴出口１６から原料混合物を所望の勢いで重合反応槽２内の気相部７に存在する部材に対して噴出することができる。
なお、注入管４及び噴出口１６は、重合反応を行うための原料混合物を供給する原料投入口としての役割を兼ねていてもよく、この場合、原料投入口３の個数を減らすことができ、また、使用しないようにしてもよい。
【００３２】
前記重合反応槽２内の気相部に存在する部材とは、重合反応槽２内の気相部７中に存在する露出面を具備しているものであればよく、以下に限定されるものではないが、例えば、重合装置の内壁１４、天井１３や、これらの上に存在している各種突起物、例えば、注入管４、温度計１５が挙げられる。
前記突起物の周辺は、連続重合運転中、原料混合物の滞留を生じやすく、ポリマー析出物が生成されやすい箇所である。また、前記突起物が無い内壁面や天井面においても、攪拌中の原料混合物の流れ方や飛沫の付着によってポリマー析出物が生成するおそれがあるため、本実施形態の重合反応装置においては、これらは全て原料混合物を噴出する対象として含める。
【００３３】
前記噴出口１６の口径は０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．２〜８ｍｍがより好ましく、０．３〜５ｍｍがさらに好ましい。
前記噴出口１６の口径が０．１ｍｍ以上であると、十分な噴出流量が得られ、一箇所の噴出口１６によって十分な領域を確保でき、多くの噴出口を設置することなく十分な効果が得られる。
また、噴出口１６の口径が１０ｍｍ以下とすることにより、一旦析出してしまったポリマー析出物を原料混合物の噴出によって洗い流すための噴出圧力を確保することができるという利点を有する。
【００３４】
本実施形態の重合反応装置１は、前記噴出口１６から噴出される原料混合物の圧力を制御する圧力調整機構（図示せず）を具備していることが好ましい。
前記噴出される原料混合物の圧力は、ポリマー析出物に対する物理的な洗浄除去力の確保の観点から０．０５〜１ＭＰａの範囲が好ましく、０．１ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲がより好ましく、０．１〜０．３ＭＰａの範囲がさらに好ましい。
【００３５】
本実施形態の重合反応装置１においては、前記噴出口１６の一つあたりからの原料混合物の噴出流量は、ポリマー析出物に対する物理的な洗浄除去効果や、気相部内壁面を冷却してその領域での重合反応の開始や成長を抑制する効果の観点から０．０１〜１ｍ3／時であることが好ましく、０．０２〜０．８ｍ3／時であることがより好ましく、０．０３〜０．５ｍ3／時であることがさらに好ましい。
【００３６】
前記噴出口１６から噴出される原料混合物の噴出圧力と噴出流量は、原料混合物を噴出する領域と噴出口１６との距離や、析出しているポリマーの程度を勘案し、適宜調整することが好ましい。
噴出圧力及び噴出流量は大きいほどポリマー析出の抑制効果や一旦形成されてしまったポリマー析出物の除去効果は高まるが、実用上の観点から噴出圧力を０．０５〜１ＭＰａの範囲とし、噴出流量を０．０１〜１ｍ3／時の範囲とすることが好ましい。
噴出圧力を１ＭＰａ以下、噴出流量を１ｍ3／時以下とすることにより、配管への負担を抑制することができる。また、噴出圧力を０．０５ＭＰａ以上、噴出流量を０．０１ｍ
3／時以上とすることにより、十分なポリマー析出の抑制効果が得られる。
【００３７】
本実施形態の重合反応装置１においては、前記噴出口１６の個数は２〜３０個であることが好ましい。より好ましくは、４〜３０個であり、さらに好ましくは８〜２０個である。
前記噴出口１６の個数は、重合反応槽２の大きさ、形状により適宜調整することができる。
噴出口１６の個数を２個以上とすることにより、重合反応槽２の内部の天井１３、内壁１４、注入管４、温度計１５等の各種部材に対して十分に原料混合液を噴出することができる。
一方、噴出口１６の個数が３０個以下とすることにより、各噴出口１６の噴出方向の調整や、噴出口間での流量バランス等の調整を簡易化することができ、本実施形態の重合反応装置の設計上及び運用上好適である。
【００３８】
図１の重合反応装置１は、前記重合反応槽２内に、下端部に攪拌翼８を有し、上端部は前記重合反応槽２の外部の駆動装置１０が接続されている長軸状のシャフト９が設けられている。
シャフト９は前記駆動装置１０によって軸回転するようになされており、シャフト９の軸回転に伴う攪拌翼８の回転により重合反応槽２の液相部５の原料混合物が攪拌されるようになされている。
【００３９】
前記注入管４は、前記シャフト９を軸中心として当該シャフト９を取り囲む位置に設置されていることが好ましい。
シャフト９を取り囲むように設置されている注入管４の、重合反応槽２の横断面方向における形状としては、例えば、図１に示すＣ字形状、図２に示す多角形形状、図３に示す円形状、及び図４に示す楕円形状、が挙げられる。
なお、図５のように注入管５４を複数本設けてもよく、図６のように枝分かれした構造の注入管６４を用いてもよい。
図１〜図６に示すように、注入管４、２４、３４、４４、５４、６４を、シャフト９を軸中心として当該シャフトを取り囲む位置に設置するにより、噴出口１６から噴出される原料混合物によって重合反応槽２内の気相部に存在する部材の全表面、すなわち気相部の露出面全体をまんべんなく濡らすことができる。
図１に示す重合反応装置１においては、重合反応槽２内部の中心にシャフト９が存在しているが、注入管４の噴出口１６から噴出される原料混合物が、シャフト９によって遮られないように、注入管４の形状に配慮することが好ましい。
図１のＣ字形状、図２の多角形形状、図３の円形状、図４の楕円形状、図５のように注入管５４を複数本設けた構造、図６のように枝分かれした構造の注入管６４は、いずれも原料混合物の噴出がシャフト９によって遮られず、重合反応槽２内部の気相部７に存在する部材に原料混合物を噴出することができ、好適な形態である。
【００４０】
重合反応槽２には、所定の温度調整機能を有するジャケット１１が設けられていることが好ましい。当該ジャケット１１により、重合反応槽２内の、気相部７及び／又は液相部５の原料混合物の温度を制御することができる。
なお、ジャケット１１は、気相部７と液相部５とで温度制御を各々独立して行う構成とすることもできる。
【００４１】
本実施形態の重合反応装置１は、所定のモノマーを含む原料混合物を重合し、重合後のポリマーを排出口１２より得るものであるが、当該ポリマーとしては、従来公知の熱可塑性樹脂をいずれも適用できる。
熱可塑性樹脂としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ＣＡＳ．Ｎｏ．９０１１−８７−４、ＣＡＳ．Ｎｏ．２６８０９−５１−８、ＣＡＳ．Ｎｏ．８１５９８−７０−１で規定されるアクリル系コポリマーが挙げられる。特に、ＣＡＳ．Ｎｏ．９０１１−８７−４で規定されるアクリル系コポリマーが重合の安定性、副反応の少なさの観点から好ましい。
【００４２】
上述したポリマーを製造するための原料混合物は、主原料である重合用のモノマーを含み、その他のコモノマーを含んでいてもよく、さらには、重合開始剤、連鎖移動剤、といった添加剤を含んでいてもよい。ポリマーを溶液重合により製造する場合は、前記原料混合物は、重合溶媒中に前記主原料であるモノマーを含む各種添加剤が混合された混合物であるものとする。ポリマーを溶液重合により製造する場合の前記原料混合物に於ける重合溶媒の割合は、生産効率の観点から、５０質量％以下であることが好ましく、１０質量％以下であることがより好ましく、７質量％以下であることがさらに好ましい。
【００４３】
前記原料混合物中には、重合禁止剤を含有してもよい。
重合禁止剤は、モノマーの重合を抑制する機能を有する。当該重合禁止剤は、原料投入口３から供給される原料混合物及び注入管４の噴出口１６から噴出される原料混合物の双方に含まれ、当該原料混合物中に、目的とするポリマーを製造するための重合反応に支障を来さない濃度範囲で含まれていることが好ましい。これにより重合反応槽内の気相部の露出面に付着した原料混合物の重合を抑制でき、また、原料投入口３に連結している配管や、注入管４内におけるポリマー析出物の形成を抑制できる。
【００４４】
重合禁止剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ハイドロキノン、ハイロドキノンモノメチルエーテル、ｔｅｒｔ−ブチルカテコール、４−メトキシ−１−ナフトール、１，４−ナフトキノン、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノール、フェノチアジン、ベンゾフェノチアジン、ジニトロベンゼン、ｐ−メトキシフェノール、ｐ−フェニルジアミン、ジメチルジチオカルバミン酸塩等が挙げられる。これらの中でも、ポリマーに残留しても着色等の悪影響を及ぼしにくい等の観点から、２，４−ジメチル−６−ｔｅｒｔ−ブチルフェノールが好ましい。なお、使用する重合禁止剤は、製造するポリマー及びその原料として使用されるモノマーに応じて適宜選択される。
【００４５】
重合禁止剤の含有量は、原料混合物の液量全体を基準として、０．１〜１０質量ｐｐｍであることが好ましく、０．３〜５質量ｐｐｍであることがより好ましく、０．５〜３質量ｐｐｍであることがさらに好ましい。
重合禁止剤の含有量が０．１質量ｐｐｍ以上であると、重合禁止剤の効果が実用上十分に得られ、１０質量ｐｐｍ以下とすることにより、ポリマーの着色を抑制することができる。
【００４６】
〔重合反応装置を用いたポリマーの製造方法〕
図１の重合反応装置１を用いて、ポリマーを製造する方法について以下に記載する。
原料投入口３からポリマーを製造するためのモノマーを含む原料混合物を重合反応槽２内に供給する。
原料投入口３から供給する原料混合物の量については、注入管４及びその噴出口１６が気相部７に位置し、かつシャフト９に設けられている攪拌翼８が液相部５に位置するように液面６を調整する。
ジャケット１１により原料混合物の温度を制御し、駆動装置１０によりシャフト９を軸回転させ、攪拌翼８により原料混合物を攪拌しながらモノマーの重合を行い、ポリマーを製造する。
所定の重合度に達した後、生成物を排出口１２から重合反応装置１の外部に排出する。
前記生成物には、目的とするポリマーの他、未反応のモノマー、コモノマー、溶液重合の場合には重合溶剤が含まれている。当該生成物を後工程の分離工程によってポリマーを分離し、精製することにより目的とするポリマーが得られる。
【００４７】
従来の重合反応装置では、重合反応を長期間連続して行うと、ポリマーが重合反応槽２内の気相部７の露出面に析出して、目的とするポリマーや成形品の品質面や連続運転の安定性に支障を来していた。
一方、本実施形態の重合反応装置１は、重合工程中、注入管４の複数の噴出口１６より、重合反応槽２内の気相部７に存在する部材、すなわち気相部７の露出面へ向けて原料混合物を噴出する噴出機構を具備している。重合工程中、注入管４の噴出管１６より、重合反応槽２内の気相部７に存在する部材に原料混合物を噴出し、当該部材を原料混合物で濡らした状態とする。これによりポリマーの析出を効果的に抑制することができ、かつ一旦ポリマー析出物が形成されてしまっている場合においても、当該ポリマー析出物を除去することができる。
【００４８】
噴出口１６から原料混合物を噴出して濡らす重合反応槽２内の露出部の位置については、重合反応槽２内部を点検する際、特にポリマー析出の激しい部分を予め見出しておき、特にその部分に原料混合物が集中して噴出し、当該箇所が原料混合物によって濡らされるように、注入管４と噴出口１６を適宜調整することが好ましい。ただし、原料混合物が全く供給されない箇所があることは実用上の観点から好ましくない。よって、重合反応槽２の気相部７に存在する部材の露出面全体にまんべんなく原料混合物を噴出し、供給することが好ましい。
【００４９】
連続重合工程中、ポリマー析出を生じやすい領域、箇所は、重合反応槽２内の気相部に存在する、天井１３、内壁１４、注入管４の表面、及び気相部に存在する温度計１５の表面である。
これらの領域、箇所に向け、注入管４の複数の噴出口１６の向きを適宜調整し、必要な圧力・流量で原料混合物を噴出する。
【００５０】
以上説明した本実施形態の重合反応装置１を用いて、気相存在下での連続塊状重合又は連続溶液重合を行うと、重合反応槽２内の気相部７の露出面での、制御下にないポリマー析出を抑制することができ、かつ一旦ポリマー析出物が形成されてしまった場合においても、これを効果的に除去できる。これにより、目的とするポリマーや成形品の品質低下の抑制や重合の安定運転に寄与できる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、ポリマー、特に熱可塑性樹脂の重合反応装置として、産業上の利用可能性がある。
【符号の説明】
【００５２】
１  重合反応装置
２  重合反応槽
３  原料投入口
４  注入管
５  液相部
６  液面
７  気相部
８  撹拌翼
９  シャフト
１０  駆動装置
１１  ジャケット
１２  排出口
１３  気相部に存在する天井
１４  気相部に存在する内壁
１５  気相部に存在する温度計
１６  噴出口
２４  注入管
３４  注入管
４４  注入管
５４  注入管
６４  注入管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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