(57)【要約】【課題】対象物が高粘度領域にあっても、強烈な撹拌を必要とすることなく、反応速度、反応効率を向上させることができ、結果として、最終的に得られる高分子化合物の品質が良好な、横型反応装置を提供すること。【解決手段】下記（Ａ）〜（Ｅ）の要素を具備する横型反応装置。（Ａ）円筒状であること。（Ｂ）反応液の入口と出口をその両端部あるいは両端部近傍にそれぞれ有すること。（Ｃ）反応装置内部の両端部にそれぞれ対向して回転自在の端部円板を有すること。（Ｄ）該端部円板間に配設され、かつその中央部に開口を有する複数の開口円板を有すること。（Ｅ）端部円板と開口円板の間、および開口円板同士の間に架設されるとともに、反応装置の長手方向に沿って反応装置の内周壁面と近接または密接して設けられ、貫通孔を有する撹拌羽根を有すること。【選択図】図３
2011056356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記（Ａ）〜（Ｅ）の要素を具備する横型反応装置。
（Ａ）円筒状であること。
（Ｂ）反応液の入口と出口をその両端部あるいは両端部近傍にそれぞれ有すること。
（Ｃ）反応装置内部の両端部にそれぞれ対向して回転自在の端部円板を有すること。
（Ｄ）該端部円板間に配設され、かつその中央部に開口を有する複数の開口円板を有すること。
（Ｅ）端部円板と開口円板の間、および開口円板同士の間に架設されるとともに、反応装置の長手方向に沿って反応装置の内周壁面と近接または密接して設けられ、貫通孔を有する撹拌羽根を有すること。
【請求項２】
貫通孔の形状が真円、楕円、多角から選ばれる、請求項１に記載の横型反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、横型反応装置に関する。更に詳しくは、対象物が高粘度領域にあっても、強烈な撹拌を必要とすることなく、反応速度、反応効率を向上させることができ、結果として、最終的に得られる高分子化合物の品質が良好な、横型反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエステル、ポリアミドおよびポリカーボネートなどの高分子化合物、中でもポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートで代表される芳香族ポリエステル、ポリ乳酸に代表される脂肪族ポリエステルはその優れた物理的、化学的性質を有するため、種々の用途に広く用いられている。特に、ポリエステルは、強度や弾性率等の機械特性、耐熱性等に優れているため、衣料用やタイヤコード等の産業用の繊維として、あるいはフィルムやエンジニアリングプラスチックとして広く用いられている。
【０００３】
一般に、このような各種の用途に使用されるポリエステルの製造方法としては、直接重合法またはエステル交換法が用いられる。
ここで、前者の直接重合法は、酸成分とジオール成分を直接エステル化反応させることによりポリエステル先駆体を形成し、次いで該ポリエステル先駆体を減圧下で重縮合させてポリエステルを製造する方法である。他方、後者のエステル交換法は、酸成分の低級アルキルエステルとジオールをエステル交換反応させてポリエステル先駆体を形成し、次いで該ポリエステル先駆体を減圧下で重縮合させる方法である。
【０００４】
このようなポリエステルの重合に際しては、従来はバッチ方式によるものが多く用いられていたが、近年においてスケールメリットを生かし、安価にポリエステルを製造するために、連続方式への切り替えが進められてきている。何故ならば、連続方式を採用することによる歩留まりの低下、品質の向上、重合度の均一化、操業性の向上等そのメリットが極めて大きいからである。
【０００５】
一般に、ポリエステルの連続重合による製造方法の多くは、エステル交換反応槽またはエステル化反応槽と、重縮合反応槽が複数組み合わされたプロセスにより行われている。例えば、原料をエステル交換反応槽またはエステル化反応槽に供給して単量体を生成し、得られた単量体を初期重縮合反応槽へと供給して減圧下で反応させて低重合体を生成し、さらに重縮合反応槽へ供給して減圧下で中間重合体および高重合体を生成させる方式が行われている。
【０００６】
このような重縮合反応槽においては、従来、より速い反応速度を得るための方法が数多く提案され、実用化されてきた。例えば、このような従来の方法の一つとして、ポリエステルの重縮合反応においてグリコール類のような副生物を速やかに分離・除去する目的で反応物を薄膜層にして反応を行わせる薄膜反応槽を用いたり、あるいは激しい撹拌を行なって反応物の自由表面を大きくすることで前記の副生物の蒸発を容易にできる反応槽を用いたりすることが行われている。
【０００７】
このような反応装置としては、濡れ壁式やスクリュー方式の縦型反応装置、一軸、二軸方式の横型反応装置が一般に使用されており、また、反応物の自由表面を大きくとることができるように撹拌に配慮した反応装置も多く市販されているが、これらの反応装置では、強烈な撹拌を行なうことが要求されるために、このための設備費が高価となり、多くのエネルギーを消費するという問題を有している。
【０００８】
しかも、強烈な撹拌を行なうことに伴う反作用によって、得られる反応物は重合度斑等が生じ易く、得られるポリエステルの品質が悪くなるという問題を有している。さらには、気相部に長時間滞在したポリマー等の更新が十分に行われないことによる劣化ポリマーが異物として混入することで反応物の品質も悪化されるという問題を有している。
なお、本発明で言う「横型反応装置」とは、「反応装置内に設けられた撹拌羽根の回転軸の中心軸線方向が水平面と略平行となるように設けられた反応装置」を指すものとする。
【０００９】
このような問題を解決するために、特公昭４０−３９６４号公報に提案されているような横型反応装置を用いることによって、撹拌によって反応液を掻き上げ、次いで掻き上げた反応液の大部分を落下させることで絶えず新しい反応物の自由表面を形成させ、反応を極めて短時間で遂行させることが行われている。この横型反応装置では、それぞれ撹拌羽根を保持する撹拌軸が槽の両端にのみ設けられており、これによって反応装置内部の中間部から撹拌軸を無くす構造をとっている。
【００１０】
さらに、該反応装置には、（１）大部分の反応装置内周壁面に対して小さな隙間を置いて相対する前記の撹拌羽根と、（２）該撹拌羽根と一体回転するとともに、２個以上に反応装置の内部を仕切る、その中央部に開口を有する仕切板、が設けられている。
該反応装置によれば、反応装置の内周壁面が絶えず新しい反応液で更新されるため、反応液への熱の伝達が良好であること、反応液が長時間に渡って内周壁面に付着しないこと、および反応装置の内部の中間部に撹拌軸が設けられていないために、撹拌軸の周りに団子状の反応物の塊が生じるという事態が発生しないという大きな利点を有している。
【００１１】
しかしながら、該反応装置では、撹拌羽根から落下する反応物の液膜の形態には全く配慮が払われておらず、落下する液膜の自由表面を制御することに関しては何等の工夫も行われていない。このため、該反応装置では、このような液膜の自由表面の形成能力に限界があって、反応効率を更に高めることは極めて困難であった。
この問題を解決するために、撹拌羽根より反応液が落下を開始する撹拌羽根の落下縁に沿って、落下する反応液の少なくとも一部と接触可能な位置に、該落下縁に略並行して、複列又は単列に設けられた自由表面形成部材を備えることが提案されている（特許文献２参照）。
【００１２】
この方法によれば、自由表面の形成能力を大幅に向上させることができる。しかしながら、対象とする内容物が高粘度領域（例えば、３００Ｐａ・Ｓ〜３０００Ｐａ・Ｓ）にあるときに、反応液による自由表面の形成を十分確保することが極めて困難であるという、新たな問題が発生した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特公昭４０−３９６４号公報
【特許文献２】特許第３６０２９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、対象物が高粘度領域にあっても、強烈な撹拌を必要とすることなく、反応速度、反応効率を向上させることができ、結果として、最終的に得られる高分子化合物の品質が良好な、横型反応装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者は、上記従来技術に鑑み鋭意検討を重ねた結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明の目的は、
下記（Ａ）〜（Ｅ）の要素を具備する横型反応装置によって達成される。
（Ａ）円筒状であること。
（Ｂ）反応液の入口と出口をその両端部あるいは両端部近傍にそれぞれ有すること。
（Ｃ）反応装置内部の両端部にそれぞれ対向して回転自在の端部円板を有すること。
（Ｄ）該端部円板間に配設され、かつその中央部に開口を有する複数の開口円板を有すること。
（Ｅ）端部円板と開口円板の間、および開口円板同士の間に架設されるとともに、反応装置の長手方向に沿って反応装置の内周壁面と近接または密接して設けられ、貫通孔を有する撹拌羽根を有すること。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、対象物が高粘度領域にあっても、強烈な撹拌を必要とすることなく、反応速度、反応効率を向上させることができ、結果として、最終的に得られる高分子化合物の品質が良好な、横型反応装置を提供することができる。
また、本発明の横型反応装置は、ポリマーの重縮合反応の装置として使用する以外に、対象ポリマーからの低分子物質の除去装置として、具体的にはポリ乳酸からの脱ラクチドのための装置としても好適に用いることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明を実施するための横型反応装置を例示した側面断面図である。
【図２】従来の横型反応装置を例示した側面断面図である。
【図３】（ａ）は本発明の開口円板の正面図を示し、（ｂ）は運転中の横型反応装置横断面の様子を示した模式図であり、回転方向は反時計まわりである。
【図４】（ｃ）は従来の横型装置の開口円板の正面図を示し、（ｄ）は運転中の横型反応装置横断面の様子を示した模式図であり、回転方向は反時計まわりである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の態様について、図面を参照しながら詳細かつ具体的に説明する。図１は、本発明を実施するための横型反応装置を例示した側面断面図である。
該図において、１は横型反応装置本体であり、２は反応液入口、３は反応液出口であり、それぞれ図示したように反応装置１の両端部あるいは両端部近傍に設けられている。４，５は反応装置１の両端に設けられた軸である。６は蒸気出口であり反応装置外殻上方に開口し、反応装置内を減圧に保つための吸引口を兼ねている。７は反応装置１の内周壁面であり、必要に応じて該内周壁面７に撹拌翼１０と干渉しないように配慮した突起を設けることもできる。８及び９は端部円板であり軸４及び５と固定されており、軸４及び５を図示しない駆動装置の動力によって駆動することで端部円板８及び９を回転させることができる。１０は内周壁面７の長手方向に近接あるいは密接して設けられた撹拌羽根である。
【００１９】
１１は開口円板であって、該開口円板１１は、撹拌羽根１０によって長手方向に所定間隔で連結固定され、かつその中央部に開口を有し、さらには反応装置１の内部を複数の室に仕切る役割を持っている。１２は本願発明の特徴である貫通孔であり、該貫通孔１２は撹拌羽根１０の任意の場所、任意の大きさ、任意の個数が開けられている。
【００２０】
ここで、撹拌羽根及び貫通孔の数量、形状、及びサイズ等の条件については、運転条件等によって適宜選択すればよい。
なお、貫通部分の面積が小さすぎると、内容物の粘度によっては、貫通孔形成による効果を奏しない可能性があるが、貫通孔部分の１つの面積が１０ｃｍ２以上、好ましくは２０ｃｍ２以上であれば、例えば内容物が３０００Ｐａ・Ｓであっても対応可能であり、貫通孔の形状を円形とした場合には、直径で４ｃｍ以上、好ましくは５ｃｍ以上である。
【００２１】
更に、貫通孔は、撹拌羽根の材質にもよるが、撹拌羽根の幅方向長さ（撹拌羽根の翼端〜撹拌羽根の内周壁面近接（密接）端までの長さ）を基準として、７０％程度の大きさまでであれば、問題なく設定可能である。
また、反応装置入口から出口に向かって、反応液の溶融粘度も変化するため、これに応じて貫通孔面積を順次大きくしていくなど、適宜設定すればよい。
以下に、この貫通孔設置による効果について図３および図４を用いて具体的に説明する。
【００２２】
図３において、（ａ）は本発明の開口円板の正面図を示し、（ｂ）は運転中の本発明の横型反応装置横断面の様子を示した模式図である。なお、運転時中の開口円板の回転方向は反時計まわりである。
【００２３】
図４において、（ｃ）は従来の横型装置の開口円板の正面図を示し、（ｄ）は運転中の従来の横型反応装置横断面の様子を示した模式図である。なお運転時の開口円板の回転方向は反時計まわりである。
【００２４】
従来の横型反応装置においては、（ｄ）において表されているように、ポリマーの粘度が高くなると、１４に示すように、撹拌羽根翼端からポリマーが落下しにくくなり、膜状自由表面形成部が少なくなる。また、撹拌羽根の回転速度を遅くして、撹拌羽根翼端での膜状自由表面が形成するための時間をとったとしても、単位時間・体積当たりの自由表面形成は遅くなるという問題が生じる。
【００２５】
一方で、本発明の横型反応装置においては（ｂ）、１５に示されるように、貫通孔からの落下ポリマーによる中空円錐状の自由表面が形成される。したがって、従来と同様、１４に示されるように、撹拌羽根翼端からポリマーは落下しにくくなるが、貫通孔からの落下ポリマーによって十分に補完することが可能であり、従って、対象物が高粘度領域にあっても、強烈な撹拌を必要とすることなく反応速度、反応効率を向上させることができ、結果として、最終的に得られる高分子化合物の品質が良好な、横型反応装置を提供することができる。
【００２６】
本横型反応装置は、所定の温度に加熱するための手段（図示せず）を有しており、反応装置外殻を電熱熱源により直接行うことも、また製造装置外殻を図１に示すように二重ジャケット構造とし、ジャケット内部に適当なる加熱媒体、例えばバーレルサーム等の熱媒体液あるいは熱媒体蒸気を存在せしめて加熱する方法、反応室中に伝熱面を設置する方法等を適宜採用することができる。前記加熱は開口円板によって仕切られた各反応室及び／又はさらに反応室内を分割して各分割領域に独立して加熱しうるようにしてもよく、また２つ以上の反応室を一体として加熱することもできる。さらに、必要に応じて本発明の横型反応装置の内部又は別個に設けた熱交換器を有する循環する手段を設けることもできる。なお、反応圧力については、減圧下で行うことができるのは当然のことながら、減圧下に限定することはなく、不活性ガスの雰囲気下で大気圧あるいは大気圧以上の圧力下でも反応させることができる。
【符号の説明】
【００２７】
１      横型反応装置
２      反応液入口
３      反応液出口
４，５  軸
６      蒸気出口
７      反応装置の内周壁面
８，９  端部円板
１０    撹拌羽根
１１    開口円板
１２    貫通孔
１３    ポリマー
１４    撹拌羽根翼端からの落下ポリマーによる膜状自由表面形成部
１５    貫通孔からの落下ポリマーによる中空円錐状自由表面形成部
【図１】
2011056356.tif 000003
【図２】
2011056356.tif 000004
【図３】
2011056356.tif 000005
【図４】
2011056356.tif 000006