(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子ラテックスの凝集のための反応器を含む高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置において、
前記反応器が、ラテックスが通過する中空の反応管と、前記反応管の内壁から前記反応管の内側方向に突出する少なくとも一つのバレルピンと、前記反応管の長手方向の中心軸に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の外面から前記反応管の内壁側に突出する少なくとも一つの撹拌機とを含み、
前記少なくとも一つの撹拌機が非連続式スクリューを含み、
前記非連続式スクリューは、前記回転軸に対し垂直方向の軸についての回転翼の傾斜角（α）が０．１〜１０°の範囲内であることを特徴とする、高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項２】
前記高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置は、脱水機、乾燥機、またはこれら全てを含むことを特徴とする、請求項１に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項３】
前記少なくとも一つの撹拌機の数が１〜２０個であることを特徴とする、請求項１または２に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項４】
前記非連続式スクリューは、一つ以上の開口部を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項５】
前記一つ以上の開口部の総面積は、回転翼の総面積対比０．０５〜１の範囲内であることを特徴とする、請求項４に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項６】
前記反応器の反応管が、前記反応管の外部から前記反応管の内部に延びる１つ以上のバレルピンを含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項７】
前記反応器が、高分子ラテックス投入ライン、凝集剤投入ライン及びスチーム投入ラインを含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項８】
前記反応器は、高分子ラテックスの凝集及び熟成のための一体型反応器であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を用いることを特徴とする、高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法。
【請求項１０】
前記高分子ラテックス樹脂粉体は、含水率が２５％以内であることを特徴とする、請求項９に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法。
【請求項１１】
凝集及び熟成段階において高分子スラリーが滞留する時間が０．５分〜３０分であることを特徴とする、請求項９または１０に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法。
【請求項１２】
前記高分子樹脂が、シアン化ビニル化合物−共役ジエン系化合物−芳香族ビニル化合物グラフト共重合体であることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置及びそれを用いた高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法に係り、より詳細には、ラテックスタンク、凝集槽、熟成槽、脱水機及び乾燥機を含む高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置において、凝集と熟成を行う反応器に非連続式スクリューを導入することによって、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を高めることで、スラリーの含水率を低くして乾燥効率を高めることができ、凝集剤の使用量を減少させて、色相及び粉体特性に優れた高分子ラテックス樹脂粉体を製造することができる高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置、及びそれを用いた高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
乳化重合により形成される高分子物質は、体積の減少、様々な活用性及び取り扱いの容易化のために粉体に加工することが好ましい。乳化重合により形成される高分子物質を粉体として収得するためには、乳化重合により形成されたラテックスを凝集、脱水及び乾燥させることが要求される。
【０００３】
乳化重合高分子ラテックスの凝集は、乳化重合の間に加えられた乳化剤により安定化したラテックス粒子を、様々な凝集剤を用いる化学的方法、または強いせん断力を加えて機械的な力を用いる機械的方法でその安定性を破壊することによって行われ得る。前記化学的方法は、ラテックスの安定性を確保するために使用した乳化剤の種類によって異なる凝集剤を使用して安定性を破壊し、前記機械的方法を用いて安定性を破壊する場合には、ラテックスに強いせん断力を加えて、乳化剤間の反発力を克服し、ラテックス粒子と粒子とが凝集するようにする。
【０００４】
高分子ラテックスを粉体に製造するための方法として、ラピッド凝集（ｒａｐｉｄ  ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）が提案されている。この方法は、無機塩（ｉｎｏｒｇａｎｉｃ  ｓａｌｔ）及び酸（ａｃｉｄ）などの凝集剤水溶液を過剰投入して乳化剤の安定性を破壊することによって、ラテックス内の高分子を速やかに凝集させる。このようにラテックスの高分子粒子が集まることを凝集（ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）といい、高分子粒子が凝集したものをスラリー（ｓｌｕｒｒｙ）といい、これらは物理的に弱く結合されている状態であるため、撹拌機などによる外部のせん断力（ｓｈｅａｒ）によって容易に破砕（ｂｒｅａｋ−ｕｐ）される現象を示す。したがって、一時的に凝集したスラリーは、昇温させて、鎖間の相互浸透によって結合力が強化されるようにする過程である熟成（ａｇｉｎｇ）過程を経ることになる。このように生成されたスラリーは、脱水及び乾燥過程を経て、最終的に粉体状として得られるようになる。
【０００５】
上記のように、過量の凝集剤を使用して凝集させるラピッド凝集の場合、ラテックスの安定性を非常に速やかに破壊するため、高分子ラテックス粒子の凝集過程が非常に速やかに且つ無秩序に起こる。このような無秩序な凝集によって見かけ比重が低くなり、最終粒子の粒度分布が非常に広くなるという問題がある。
【０００６】
図１は、従来技術に係る高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を模式的に示す図である。前記装置は、ラテックス貯蔵タンク１、凝集槽２、熟成槽３、脱水機４及び乾燥機５を含む構成からなっている。
【０００７】
まず、ラテックス貯蔵タンク１に貯蔵された高分子ラテックスを、高分子ラテックス投入ライン１１を介して凝集槽２に投入した後、凝集剤投入ライン１２を介して凝集剤水溶液を、そして、水供給ライン１３を介して固形分濃度を調節するための水を前記凝集槽２内の前記高分子ラテックスに添加する。前記添加された凝集剤水溶液は、乳化剤による静電気的安定化を破壊する機能をして、ラテックス内の高分子粒子を凝集させ、このような凝集過程を経て高分子スラリーが得られる。前記凝集された高分子スラリーは、熟成槽３に移送されて、高い温度下で４０〜９０分間滞留させて熟成させる過程を経る。最終的に得られたスラリーは、脱水機４で脱水過程を経て、乾燥機５で乾燥された後、最終高分子粉体が高分子粉体排出ライン１５を介して排出される。前記脱水機４で添加された凝集剤は、凝集剤排出ライン１４を経て排出される。
【０００８】
しかし、上記のような装置は、粘度の高いスラリーを撹拌させることが難しいだけでなく、移送も円滑になされないため、粉体に加工する効率が低下するという問題点がある。そのため、脱水及び／または乾燥効率を高めるために、高い固形分含量を有するスラリーを使用しにくく、したがって、低い固形分含量を有するスラリーに対してのみ運転が可能であるという制限がある。それによって、後続する脱水及び乾燥の際に、多くの時間と努力及びエネルギーが消耗されるという問題がある。
【０００９】
上記のような問題点を改善するために、多段連続凝集及び熟成工程が提案されている。この工程は、低い固形分含量を有する高分子スラリーを効果的に熟成させることができるという長所がある。しかし、高い固形分含量を有するスラリーには適用できず、複数の段階を経なければならないため、工程の効率性の面でも多少劣るという問題がある。
【００１０】
また、凝集剤の分割投入を通じて凝集速度を調節することによって、生成される最終粒子の粉体特性を改善させる緩速凝集（ｓｌｏｗ  ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）工程が提案されている。これは、エネルギー障壁が存在する２次ウェル領域で凝集が起こるので凝集速度が遅く、粒子の再配列がなされる余地があるので、規則的な充填による球状粒子の製造が可能である。しかし、全体的な凝集剤の使用量はラピッド凝集とほぼ同一であり、単に、分割投入を実施して凝集させる方法に過ぎない。したがって、過量の凝集剤による廃水の発生を防止することができず、１次凝集槽の場合、ラピッド凝集に比べて少量の凝集剤を投入することによってスラリーの粘度が上昇し、流動性の確保のために、ラピッド凝集対比水をさらに添加しなければならないという短所を有しており、ラピッド凝集に比べて高い含水率を有するという短所もある。
【００１１】
上記の２つの方法はいずれも、凝集後に作られる高分子ラテックススラリーの流動性が、固形分含量、スラリーの粒度分布及びスラリーの含水量などに影響を受けており、特に、固形分含量に多くの影響を受ける。スラリーの固形分含量がある程度以上になると、スラリーの流動性が急激に悪化して一つの塊となるため、運転が不可能になる。したがって、スラリーの流動性を円滑にするために、凝集過程時に追加的に多量の水を添加しなければならない。多量の水の添加は、スラリーを凝集温度及び熟成温度に昇温させるときに発生するエネルギーコストを上昇させ、脱水過程においても多量の廃水を発生させて、後処理費用を上昇させる。また、直接スチームを利用することができず、媒質である水に凝縮させてスラリーにエネルギーを伝達することによって、その効率が低下する。
【００１２】
乳化重合ラテックスから粉体を回収する更に他の方法としては、気相噴霧システム（ｇａｓ−ｐｈａｓｅ  ｓｐｒａｙ  ｓｙｓｔｅｍ）によって高分子ラテックスの粉体を回収する方法がある。この方法は、高い固形分含量の高分子ラテックスを噴霧器（ａｔｏｍｉｚｅｒ）を用いて多量の凝集剤が流れる面に噴射することによって、高分子ラテックスを凝集させて、球状の粉体として回収する方法である。この場合、高分子ラテックスは、高い固形分を維持しながら凝集剤と接触するので、凝集剤との接触瞬間に速やかな凝集が行われ、これによって、高い見かけ比重、及び緩速凝集工程で得ることができる球状粉体の回収が可能である。しかし、未反応を防止するために多量の凝集剤を使用しなければならないため、多量の廃水が発生することを防ぐことができず、噴霧器の目詰まり現象が頻繁に発生して、工程安定性の面でも不利であると言える。
【００１３】
また、有機溶媒の存在下で粉体の粒子サイズを調節し、見かけ比重を改善させた研究もあるが、このような場合、多量の有機溶媒を使用しなければ、上記のような粉体特性を確保できないという短所を有している。
【００１４】
更に他の方法としては、強い機械的な力でせん断力を加えてラテックスの粒子を凝集させることでスラリーを製造するせん断凝集（ｓｈｅａｒ  ｃｏａｇｕｌａｔｉｏｎ）がある。これは、凝集剤を使用せずに、４，０００ｒｐｍ以上の高速回転によるせん断力（ｓｈｅａｒ  ｓｔｒｅｓｓ）を加えて高分子ラテックススラリーを製造する。しかし、乳化剤を使用して安定性を確保した乳化重合高分子ラテックスの場合、回収した粉体内に乳化剤が残留して、加工時に熱安定性及び色相に悪影響を及ぼすという短所を有している。
【００１５】
したがって、スラリーの含水率を低くして乾燥効率を高めることができ、凝集剤の使用量を減少させて色相及び粉体特性に優れた高分子ラテックス樹脂粉体を製造することができる高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置、及びそれを用いた高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法についての開発が相変らず要求されている実情である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、凝集と熟成を行う反応器に非連続式スクリューを導入して、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を高めることによって、スラリーの含水率を低くして乾燥効率を高めることができ、凝集剤の使用量を減少させて、色相及び粉体特性に優れた高分子ラテックス樹脂粉体を製造することができる、高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置及びそれを用いた高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法を提供することにある。
【００１７】
本発明の上記目的は、下記に説明される本発明によって全て達成することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明は、高分子ラテックスの凝集のための反応器を含む高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置において、前記反応器が、ラテックスが通過する中空の反応管と、前記反応管の内壁から前記反応管の内側方向に突出する少なくとも一つのバレルピンと、前記反応管の長手方向の中心軸に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の外面から前記反応管の内壁側に突出する少なくとも一つの撹拌機とを含み、前記少なくとも一つの撹拌機が非連続式スクリューを含むことを特徴とする高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を提供する。
【００１９】
前記高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置は、一例として、脱水機、乾燥機、またはこれら全てを含むことができる。
【００２０】
前記撹拌機は、一例として、１〜２０個であってもよい。
【００２１】
前記非連続式スクリューは、一例として、一つ以上の開口部を含むことができる。
【００２２】
前記開口部の総面積は、一例として、回転翼の総面積対比０．０５〜１の範囲内とすることができる。
【００２３】
前記非連続式スクリューは、一例として、前記回転軸に対する垂直方向の軸からの回転翼の傾斜角αが０．１〜１０°の範囲内であってもよい。
【００２４】
前記反応器の反応管は、一例として、反応管の外部から反応管の内部に延びる１種以上のバレルピンを含むことができる。
【００２５】
前記反応器は、一例として、高分子ラテックス投入ライン、凝集剤投入ライン及びスチーム投入ラインを含むことができる。
【００２６】
前記反応器は、一例として、高分子ラテックスの凝集及び熟成のための一体型反応器であってもよい。
【００２７】
また、本発明は、前記高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を用いることを特徴とする高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法を提供する。
【００２８】
前記高分子ラテックス樹脂粉体は、一例として、含水率が２５％以内であってもよい。
【００２９】
前記高分子ラテックス樹脂粉体の製造方法は、一例として、凝集及び熟成段階において高分子スラリーが滞留する時間が０．５分〜３０分であってもよい。
【００３０】
前記高分子樹脂は、一例として、シアン化ビニル化合物−共役ジエン系化合物−芳香族ビニル化合物グラフト共重合体であってもよい。
【００３１】
また、本発明は、上記の方法で製造された高分子ラテックス樹脂粉体を提供する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、凝集及び熟成を行う反応器内に、未凝縮スチーム及びラテックス流体の流れを妨げる非連続式スクリューを導入して、ラテックスの乱流流動を誘導することによって、ラテックスと凝集剤との混合効率を増大させ、スラリーの含水率を減少させて脱水及び乾燥などのような後工程の単純化及びエネルギー節減効果を高め、凝集過程で必要とされる凝集剤の量を減量させることによって、収得される高分子粉体の色相を改善させて品質改善の効果が提供される。
【００３３】
また、未凝縮スチームの凝縮効率を増大させて、スチームの体積減少及び圧力減少による装置内のスラリーの滞留時間を確保し、スラリーの衝突数の増大によって、優れた粉体特性（粗粒子（ｃｏａｒｓｅ  ｐａｒｔｉｃｌｅ）除去及び見かけ比重の増加）が得られるようにして、後工程の工程安定性の増大及びエネルギー節減効果、パッケージコスト、運送費などの物流コストを減少させる効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】従来技術に係る高分子ラテックス樹脂粉体の製造工程を模式的に示す構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を構成し、凝集及び熟成を行う反応器の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】図２の反応器に導入される非連続式スクリューの一具体例に係る正面図である。
【図４】図３の非連続式スクリューの一具体例に係る側面図である。
【図５】図２の反応器に導入される非連続式スクリューの他の各具体例の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
本発明者らは乳化重合ラテックスから高分子ラテックス樹脂粉体を効率的に製造する方法について研究を続ける過程において、個別的に凝集及び熟成過程を経る既存の工程とは異なり、凝集及び熟成が共に行われる反応器１００に非連続式スクリューを導入することによって、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を高めることで、スラリーの含水率を低くして乾燥効率を高めることができ、凝集剤の使用量を減少させることで、色相及び粉体特性に優れた高分子ラテックス樹脂粉体を製造することができることを確認した。
【００３６】
上記のような目的を達成するための本発明は、図２に示すように、ラテックスタンク、ラテックスの凝集及び熟成のための反応器、脱水機及び乾燥機を含む高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置において、前記反応器は、ラテックスが通過する中空の反応管１６０と、前記反応管１６０の内壁から前記反応管１６０の内側方向に突出する少なくとも一つのバレルピンと、前記反応管の長手方向の中心軸に沿って延びる回転軸と、前記回転軸の外面から前記反応管の内壁側に突出する少なくとも一つの撹拌機とを含んでなり、前記少なくとも一つの撹拌機が非連続式スクリュー２１０であることを特徴とする高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を提供する。すなわち、本発明は、上記の凝集及び熟成のための反応器内の多数の撹拌機１５０のうち少なくとも一つを非連続式スクリュー２１０に代替することによって、ラテックスの乱流流動を誘導することで、ラテックスと凝集剤との混合効率を増大させ、スラリーの含水率を減少させて脱水及び乾燥などのような後工程の単純化及びエネルギー節減効果を高め、凝集過程で必要とされる凝集剤の量を減量させることによって、収得される高分子粉体の色相を改善させて品質改善の効果を提供するという点に特徴があるものである。前記反応管１６０の断面は、任意の多角形または円形とすることができ、好ましくは、円形とすることができる。
【００３７】
前記撹拌機は、一例として、連続式回転翼または連続式スクリューであってもよい。
【００３８】
前記反応器１００は、凝集及び熟成を共に行うように考案されたもので、ラテックスが通過する中空の反応管１６０と、前記反応管１６０の内壁から前記反応管１６０の内側方向に突出する少なくとも一つのバレルピン１４０と、前記反応管１６０の長手方向の中心軸に沿って延びる回転軸１７０と、前記回転軸１７０の外面から前記反応管１６０の内壁側に突出する少なくとも一つの撹拌機１５０とを含んでなり、前記反応管１６０には、ラテックス投入ライン１１０、凝集剤投入ライン１２０及びスチーム投入ライン１３０が連結されて、前記反応管１６０内にラテックスと凝集剤及びスチームを供給するように構成される。
【００３９】
本発明の一具体例において、前記非連続式スクリュー２１０は、前記反応器１００内に１〜２０個、好ましくは４〜１６個、最も好ましくは８〜１２個備えることができ、前記範囲のとき、流体（未凝縮スチーム及びラテックス）の流れを妨げ、ラテックスの乱流流動を誘導することで、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させるという効果があるが、本発明がこれに限定されるものではない。前記非連続式スクリュー２１０は、前記反応器１００の長さ（Ｌ）によって適切な個数を配置することができるのは、当該技術分野に属する者には理解されるであろう。また、前記非連続式スクリュー２１０は二軸スクリューであってもよく、本発明において用いられる非連続式スクリュー２１０を、図３及び図４により一層詳細に示した。
【００４０】
図３に示すように、本発明で用いられる前記非連続式スクリュー２１０は、中心のスクリュー軸２１１を中心にして前記スクリュー軸２１１の外面から突出して放射状に延びる回転翼２１２の少なくとも一部が不連続化して形成される少なくとも一つの開口部２１４を含んでなることを特徴とする。前記開口部２１４は、前記非連続式スクリュー２１０の回転方向（図２での回転方向、前記スクリュー軸２１１を中心にして反時計回り方向）への回転によって移送されるラテックスの進行方向（図２での移送方向）、すなわち、前記スクリュー軸２１１の長手方向の軸に沿って延びる方向に対して前記回転翼２１２の一部が形成されない構造からなる。前記開口部２１４は、少なくとも一つ、例えば、図５に示すように、１個（図５ａ）、３個（図５ｂ）または４個（図５ｃ）が形成されていてもよく、図３に示すように、２個が形成されていてもよいが、本発明はこれに限定されず、より多くの数の開口部２１４が形成されていてもよい。すなわち、前記開口部２１４は、１〜６個、好ましくは１〜５個、最も好ましくは２〜４個形成することができ、この範囲内で、流体（未凝縮スチーム及びラテックス）の流れを妨げ、ラテックスの乱流流動を誘導することで、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させる優れた効果が得られる。前記開口部２１４の個数は、奇数（１、３、５、７個）よりは、偶数（２、４、６、８個）にすることが望ましく、奇数にする場合に比べて、偶数にする場合に騷音や振動などの発生が少ないという長所がある。図４で参照番号２１３は、前記回転翼２１２の先端部に該当する側面を示している。
【００４１】
前記非連続式スクリュー２１０において前記開口部２１４が占める面積比、すなわち、前記開口部２１４の総面積／前記回転翼２１２の総面積は、０．０５〜１、好ましくは０．１〜０．４、最も好ましくは０．２〜０．３の範囲内であり、この範囲内で、ラテックスの移動速度を適切に維持しながらも流体（未凝縮スチーム及びラテックス）の流れを妨げ、ラテックスの乱流流動を誘導することで、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させる優れた効果が得られる。
【００４２】
前記回転翼の面積は、回転翼の一方の表面２１２の面積を意味し、前記開口部の面積は、開口部の一方の表面２１４の面積を意味することができる。
【００４３】
前記開口部は、回転翼の一部の区間が省略された空いた空間を意味することができる。
【００４４】
前記非連続式スクリュー２１０において、前記スクリュー軸に対して垂直方向の軸からの回転翼の傾斜角αが小さいほど、すなわち、スクリュー軸に対して回転翼が垂直になるほど、移送方向に反対する背圧（Ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が大きくなり、これによって、乱流流動を誘導して、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させ、滞留時間を確保する効果が発生する。反面、傾いた程度が小さすぎる場合、移送が行われず、停滞する現象が発生する。したがって、適切な傾きを選択して設計するのが重要であり、この傾いた程度、すなわち、傾斜角αは、０．１〜１０°、好ましくは０．２〜４°、最も好ましくは０．４〜２°の範囲内である。
【００４５】
本発明に係る前記反応器１００には、反応管１６０の外部から内部まで延びるバレルピン１４０が固定されており、前記反応管１６０の内部には、撹拌機１５０及び／または前記非連続式スクリュー２１０が回転可能に固定される。具体的には、前記反応器１００の反応管１６０は、反応管１６０の外部から反応管１６０の内部に延びる１種以上のバレルピン１４０を含む。したがって、前記反応管１６０において、反応管１６０に固定された前記バレルピン１４０同士間で、前記撹拌機１５０及び／または前記非連続式スクリュー２１０が回転しながら、前記反応管１６０内に流入するラテックスを図２の移送方向に移送させる。結果的に、前記ラテックスは、前記撹拌機１５０及び／または前記非連続式スクリュー２１０の回転翼と接触して、それから機械的な力を受けて移送されながら前記バレルピン１４０にぶつかって、強い機械的な力、すなわち、せん断力を受けるようになり、乳化重合時に添加された乳化剤により安定化されたラテックスが、機械的な方法によって安定化状態が破壊され、これによって凝集するようになり、前記反応管１６０の後半で熟成するようになる。
【００４６】
前記バレルピン１４０の形状は、円形、三角形、傾斜型、楕円形、菱形、四角形など、いかなる形状も可能であり、特別に限定されない。撹拌機１５０の場合、パドル、スクリュー、二軸スクリュー、ピンなど、いかなるものでも使用可能である。
【００４７】
前記非連続式スクリュー２１０を含む前記反応器１００は、バレルピン１４０、内部撹拌機１５０及び／または非連続式スクリュー２１０の作用で、乳化重合により収得されるラテックスに機械的な力を加えることによって、高分子スラリーの粘度を調節することができ、高い粘度のスラリーを作って機械的な力を用いて含水率を調節することができる。
【００４８】
前記反応器１００は、高分子ラテックス投入ライン１１０、凝集剤投入ライン１２０及びスチーム投入ライン１３０を含んでなり、高分子ラテックス、凝集剤及びスチームが投入される位置に近い部分で凝集反応が起こり、前記反応器の後半部で熟成反応が起こるようになって、実質的に、同一の反応器内で凝集と熟成を同時に行うことができる。
【００４９】
本発明は、上記のような高分子ラテックス樹脂粉体の製造装置を用いて高分子ラテックス樹脂粉体を製造する方法を提供する。
【００５０】
本発明で用いられる高分子ラテックスは、固形分含量が１０〜９０重量％である、乳化重合させた高分子ラテックスであって、シアン化ビニル化合物−共役ジエン系化合物−芳香族ビニル化合物グラフト共重合体であり得る。前記グラフト共重合体は、共役ジエン系化合物に芳香族ビニル化合物とシアン化ビニル化合物の単量体混合物を重合させて製造する。
【００５１】
前記共役ジエン系化合物は、ブタジエン系ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン単量体ゴム（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＲ）、ハロブチルゴム、ブチルゴム、スチレン−イソプレン−スチレン（ＳＩＳ）、及びスチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）からなる群から１種を選択することができ、具体的にはブタジエン系ゴムを使用する。
【００５２】
前記シアン化ビニル化合物は、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリル、またはこれらの誘導体であってもよく、具体的にはアクリロニトリルを使用する。
【００５３】
前記芳香族ビニル化合物は、スチレン、アルファメチルスチレン、アルファエチルスチレン、パラメチルスチレン、ビニルトルエン、またはこれらの誘導体であってもよく、具体的にはスチレンを使用する。
【００５４】
前記凝集剤として、硫酸、燐酸、塩酸などの水溶性無機酸、または硫酸塩などの無機塩を使用することができる。一般に、凝集剤は、凝集に必要な理論値以上投入し、本発明では、前記高分子ラテックス１００重量部に対して０．５〜５重量部、具体的には０．５〜３．０重量部、最も具体的には０．５〜２．０重量部使用することができる。すなわち、本発明では、非常に微量の凝集剤のみでも効果的に高分子ラテックスを凝集させることができる。これによって、凝集剤の含量を減少させることによって色相を改善させ、熱安定性を増加させるという効果を得ることができる。
【００５５】
前記高分子ラテックス樹脂粉体は、一例として、２５％以内、あるいは１０％〜２０％の含水率を有することができる。
【００５６】
前記凝集及び熟成段階において高分子スラリーが反応器内で滞留する時間は、０．５分〜３０分、一例として、０．５分〜１０分、あるいは０．５分〜５分である。既存の装置では、スチームの凝縮効率が低いため、滞留時間が確保されなかったが、非連続式スクリューを導入した後、滞留時間を確保することができる。
【００５７】
前記凝集及び熟成温度は、６０〜１００℃または６５〜８５℃であればよく、この範囲内で凝集及び熟成効果が大きい。
【００５８】
凝集と熟成工程を別途に進行する従来の装置を使用する場合には、３０分から１時間程度の長い滞留時間が必要であったが、本発明では、非連続式スクリューを導入することによって、スチームの凝縮効率を増大させることで、圧力差の減少によって非常に短い滞留時間のみでも優れた粉体特性を有するスラリーを製造することができる。前記滞留時間において、凝集区間は、実質的に数秒〜１分以内に完了し、上記の時間の間凝集が行われ、凝集が終わったらすぐに熟成が行われ、前記高分子スラリーが外部に排出される前まで続けて行われる。
【００５９】
本発明では、前記凝集及び熟成工程において高分子スラリーの滞留時間が３０分を超えるように反応させることもできるが、このような場合、装置のサイズが大きくなるため、経済的でない。
【００６０】
上記のような過程で製造された本発明の高分子ラテックススラリーの固形分含量は、前記高分子ラテックスの固形分含量によって変わるが、一般的に２５〜６０重量％である。固形分含量が２５重量％未満の場合にはスラリーの流動性が高すぎるため、スラリーの滞留時間を確保できなくなるという問題点があり、６０重量％を超える場合にはスラリーの移送力が低下して、スラリーによって装置内部が詰まって運転が不可能になるという問題点が発生し得る。
【００６１】
前記凝集及び熟成が行われた高分子スラリーは、反応器の外部に排出され、スラリー貯蔵タンクに移送される。前記凝集及び熟成されたスラリーは、従来の脱水及び乾燥工程を経て粉体として回収される。
【００６２】
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で様々な変更及び修正が可能であるということは当業者にとって明らかであり、このような変更及び修正が添付の特許請求の範囲に属することも当然なものである。
【００６３】
［実施例］
［実施例１］
シアン化ビニル化合物−共役ジエン系化合物−芳香族ビニル化合物からなるグラフト共重合体ラテックスは、アクリロニトリル（ＡＮ）−ブタジエン（ＢＤ）−スチレン（ＳＭ）共重合体ラテックスであって、ＡＮ／ＢＤ／ＳＭ＝１３／６０／２７であり、固形分含量は４４％であった。
【００６４】
前記ラテックスを、図２に示したような反応器に８個の非連続式スクリュー（Ａ２／Ａ１＝０．３３、α＝３．６０°）を含む構成を有する反応器に、１２ｋｇ／ｈｒの流量で投入し、凝集剤としては、希釈された硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を全体高分子含量１００重量部に対して１．０重量部使用した。直接スチームを加えながら、追加的に液体状態の水をスラリーの固形分含量に合わせて硫酸と混合して投入し、前記高分子ラテックススラリーの固形分含量を３０重量％に合わせた。
【００６５】
反応器の滞留時間は平均１．５分、凝集及び熟成温度は７５℃にした。熟成区間は、凝集が終わったらすぐに開始されて、スラリーが外部に排出される前まで続けて行われる。前記凝集したスラリーは、撹拌機を通じて外部に排出され、スラリー貯蔵タンクに移動するようになる。前記凝集及び熟成されたスラリーは、脱水及び乾燥工程を経て高分子ラテックス樹脂粉体として回収した。
【００６６】
［実施例２］
前記実施例１において、高分子ラテックススラリーの固形分含量を３５重量％にしたこと以外は、前記実施例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００６７】
［実施例３］
前記実施例１において、高分子ラテックススラリーの固形分含量を４４重量％にしたこと以外は、前記実施例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００６８】
［実施例４］
前記実施例１において、凝集剤の投入量を高分子１００重量部に対して０．７重量部使用したこと以外は、前記実施例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００６９】
［実施例５］
前記実施例１において、凝集剤の投入量を高分子１００重量部に対して０．６重量部使用したこと以外は、前記実施例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００７０】
［比較例１］
シアン化ビニル化合物−共役ジエン系化合物−芳香族ビニル化合物からなるグラフト共重合体ラテックスは、アクリロニトリル（ＡＮ）−ブタジエン（ＢＤ）−スチレン（ＳＭ）共重合体ラテックスであって、ＡＮ／ＢＤ／ＳＭ＝１３／６０／２７であり、固形分含量は４４％であった。
【００７１】
前記ラテックスを、図２に示したような反応器に非連続式スクリューを含んでいない構成を有する反応器に、１２ｋｇ／ｈｒの流量で投入し、凝集剤としては、希釈された硫酸（Ｈ2ＳＯ4）を全体高分子含量１００重量部に対して１．０重量部使用した。直接スチームを加えながら、追加的に液体状態の水をスラリーの固形分含量に合わせて硫酸と混合して投入し、前記高分子ラテックススラリーの固形分含量を３０重量％に合わせた。
【００７２】
反応器の滞留時間は平均１．５分、凝集及び熟成温度は７５℃にした。熟成区間は、凝集が終わったらすぐに開始されて、スラリーが外部に排出される前まで続けて行われる。前記凝集したスラリーは、撹拌機を通じて外部に排出され、スラリー貯蔵タンクに移動するようになる。前記凝集及び熟成されたスラリーは、脱水及び乾燥工程を経て高分子ラテックス樹脂粉体として回収した。
【００７３】
［比較例２］
前記比較例１において、高分子ラテックススラリーの固形分含量を３５重量％にしたこと以外は、前記比較例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００７４】
［比較例３］
前記比較例１において、高分子ラテックススラリーの固形分含量を４４重量％にしたこと以外は、前記比較例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００７５】
［比較例４］
前記比較例１において、凝集剤の投入量を高分子含量１００重量部に対して０．７重量部使用したこと以外は、前記比較例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００７６】
［比較例５］
前記比較例１において、凝集剤の投入量を高分子含量１００重量部に対して０．６重量部使用したこと以外は、前記比較例１と同様に実施して高分子ラテックス樹脂粉体を製造した。
【００７７】
［試験例］
前記実施例１乃至５及び比較例１乃至５で製造された高分子ラテックス樹脂粉体の含水率、見かけ比重及び粒度分布、そして白色度を下記の方法で測定し、その結果を表１に示した。
【００７８】
＊含水率：水分測定器（ＭＥＴＴＬＥＲ／ＴＯＬＥＤＯ  ＨＲ８３−Ｐ）を用いて、１５０℃で水が全て蒸発してサンプルの重量がこれ以上変化がない時（残留水分含量０．５重量％以下）までの重量の変化を測定した。
【００７９】
*見かけ比重：ＡＳＴＭ Ｄ１９８５に準拠して測定した。
【００８０】
＊粒度分布：標準網ふるいを用いて粒径を測定し、１４００μｍ以上の大きな粒子（コース、ｃｏａｒｓｅ）の含量を測定した。
【００８１】
＊粉末の白色度：色度計（Ｃｏｌｏｒ  Ｑｕｅｓｔ  ＩＩ、Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌａｂ  Ｃｏ．）を用いてｂ値を測定した。ｂ値は、０を基準に正数と負数を有することができ、０より大きくなるほど黄色を帯びることを意味し、０より小さくなるほど、青色を帯びることを意味する。
【００８２】
【表１】
0005905994.tif 000002
【００８３】
上記表１に示すように、本発明による製造装置を用いて製造された高分子ラテックス樹脂粉体は、比較例に比べて、含水率及び色相（ｂ値）が改善され、見かけ比重は増加し、平均粒径が約１４００μｍ以上の大きな粒子を意味するコース（ｃｏａｒｓｅ）の含量が大きく減少し、凝集剤の使用量が減少することが可能になり、これによって、色相が改善されたことが確認できた。
【００８４】
［実施例６］
本発明によって導入される非連続式スクリューの構成における特徴を説明するために、図２に示した非連続式スクリューの前記開口部２１４が占める面積比（即ち、前記開口部２１４の総面積／前記回転翼２１２の総面積）を変更する実験を通じて、含水率、見かけ比重、コース含量及び色度計（Ｃｏｌｏｒ  Ｑｕｅｓｔ  ＩＩ、Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌａｂ  Ｃｏ．）を用いて色調（ｂ）を測定し、その結果を下記の表２に示した。ここで、前記スクリュー軸に対して垂直方向の軸からの回転翼の傾斜角αは、３．６°にした。
【００８５】
【表２】
0005905994.tif 000003
【００８６】
上記表２からわかるように、開口部が占める面積比（即ち、前記開口部の総面積／前記回転翼の総面積）は、０．０５〜１、好ましくは０．１〜０．４、最も好ましくは０．２〜０．３の範囲内で、ラテックスの移動速度を適切に維持しながらも流体（未凝縮スチーム及びラテックス）の流れを妨げ、ラテックスの乱流流動を誘導することで、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させる優れた効果が得られることが確認できた。
【００８７】
［実施例７］
本発明によって導入される非連続式スクリューの構成における特徴を説明するために、図２に示した非連続式スクリューのスクリュー軸に対して垂直方向の軸からの回転翼の傾斜角αを変更する実験を通じて、含水率、見かけ比重、コース含量及び色度計（Ｃｏｌｏｒ  Ｑｕｅｓｔ  ＩＩ、Ｈｕｎｔｅｒ  Ｌａｂ  Ｃｏ．）を用いて色調（ｂ）を測定し、その結果を下記の表３に示した。ここで、非連続式スクリューの前記開口部２１４が占める面積比は０．３３にした。
【００８８】
【表３】
0005905994.tif 000004
【００８９】
前記表３からわかるように、非連続式スクリューのスクリュー軸に対して垂直方向の軸からの回転翼の傾斜角αが、０．１〜１０°、好ましくは０．２〜４°、最も好ましくは０．４〜２°の範囲内で、ラテックスの移動速度を適切に維持しながらも流体（未凝縮スチーム及びラテックス）の流れを妨げ、ラテックスの乱流流動を誘導することで、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させる優れた効果が得られることが確認できた。特に、前記傾斜角αが小さいほど、すなわち、スクリュー軸に対して回転翼が垂直になるほど、移送方向に反対する背圧（Ｂａｃｋ  ｐｒｅｓｓｕｒｅ）が大きくなり、これによって、乱流流動を誘導して、スチーム、ラテックス及び凝集剤の混合効率を増大させ、滞留時間を確保するという効果が発生することが確認できた。したがって、適切な傾きを選択して設計するのが重要である。
【符号の説明】
【００９０】
１    ラテックス貯蔵タンク
２    凝集槽
３    熟成槽
４    脱水機
５    乾燥機
１３    水供給ライン
１４    凝集剤排出
１５    最終高分子粉体
１００    反応器
１１０、１１    高分子ラテックス投入ライン
１２０、１２    凝集剤投入ライン
１３０    スチーム投入ライン
１４０    バレルピン
１５０    撹拌機
２１０    非連続式スクリュー
【図１】
0005905994.tif 000005
【図２】
0005905994.tif 000006
【図３】
0005905994.tif 000007
【図４】
0005905994.tif 000008
【図５】
0005905994.tif 000009