(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器にてアニリンと酸化剤とを含む重合媒体中で重合を行うポリアニリンの製造方法において、
反応容積に対する熱伝達面の比が少なくとも１０／ｍである反応容器にて、重合を行うことを特徴とするポリアニリンの製造方法。
【請求項２】
重合は、
チューブ状反応容器２にて行われ、
アニリンおよび酸化剤を含む媒体を、混合流として、前記チューブ状反応容器に流すことを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
チューブ状反応容器２内での混合は、
静的な混合機４によって行われることを特徴とする請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
重合は、
連続工程であることを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項５】
重合は、
バッチ工程であり、
媒体が、循環流として、同じチューブ状反応容器２を数回循環することを特徴とする請求項２または３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項６】
ポリアニリンは、
媒体の循環流から連続的に分離されることを特徴とする請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
反応容器内の重合媒体の温度は、
−２５℃〜７０℃の範囲であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項８】
反応容器内の重合媒体の温度は、
０℃よりも低いことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
凝固点降下剤は、
水性重合媒体に使用されることを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
媒体は、
平行に連結されている２またはいくつかのチューブ状反応容器２に同時に流すことが可能であることを特徴とする請求項２〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１１】
酸化剤は、
別の流れとして、チューブ状反応容器２の最初の端に導入されることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
酸化剤は、
チューブ状反応容器２の最初の端とは異なるチューブ状反応容器２の部位に導入されることを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
酸化剤は、
過酸化化合物、特に過酢酸または過酸化水素である請求項２〜１２のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１４】
重合反応容器と、重合反応容器にアニリン、重合媒体および酸化剤を供給する手段とを含むポリアニリン製造装置において、
前記重合反応容器はチューブ状反応容器であり、
前記チューブ状反応容器の最初の端には、重合媒体および反応物質を供給するための１またはそれ以上の入口が連結され、
前記チューブ状反応容器の末端には、重合媒体を排出するための出口が備えられていることを特徴するポリアニリン製造装置。
【請求項１５】
チューブ状反応容器は、
静的な混合機４を備えていることを特徴とする請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
熱伝達面は、
チューブ状反応容器２内側に、熱伝達導管システムとして配設されていることを特徴とする請求項１４または１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
反応容積に対する、内周壁によって形成される熱伝達面の比が２０／ｍよりも小さく、
反応容積によって取り囲まれている熱伝達導管システムが、
反応容積に対する総熱伝達面の比を少なくとも２０／ｍより上に増加させることを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項１８】
熱伝達導管システムは、
静的な混合機４として設計されていることを特徴とする請求項１６または１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
装置は、
平行に連結されたいくつのかパイプ反応容器を含むことを特徴とする請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野
本発明は、ポリアニリンの製造方法であって、反応容器にてアニリンと酸化剤とを含む重合媒体中でアニリンを重合させる、ポリアニリンの製造方法に関する。また、本発明は、重合反応容器と、重合反応容器にアニリン、重合溶媒および酸化剤を供給するための搬送手段とを含む、ポリアニリンの製造装置に関する。
【０００２】
発明の背景
近年、導電性ポリマーについて、多くの研究がなされてきている。重合鎖の構造によって導電性を示すポリマー（本質的な導電性ポリマー）は、多くの用途において、金属導体および半導体材料に取って代わる可能性がある。１つの重要な用途は、静電シールド（ＥＳＤ）および電磁波シールド（ＥＭＩ）である。
【０００３】
本質的に導電性を有するポリマーの群のなかで、技術的に有望なポリマーの一つは、ポリアニリンである。ポリアニリンは、アニリンモノマーを重合させることによって製造される。モノマー単位中の窒素原子は、次なるモノマー単位のベンゼン環上のパラ位の炭素原子と結合する。ポリアニリンには、非導電性塩基形態のものおよび導電性塩形態のものという２つの基本的な形態がある。非導電性塩基形態のものは最も一般的であり、エメラルド様（emeraldine）のものである。導電性塩形態のものは、非導電性の塩基形態のものに適当なプロトン酸をドープすることによって製造される。本発明の主題である重合方法によれば、さらなる処理によって、この２つの基本的な型を製造できる。
【０００４】
ポリアニリンは、導電性を要求する多くの用途に使用されることができる。ポリアニリンは商標ＰＡＮＩＰＯＬとして知られ、溶融処理が可能で、溶解性であり、かつその酸度を調整することができ、導電性を要求するいくつかの用途で使用されることができる。このポリアニリンを、プラスチック工業で採用されている一般的な混合手段に従って、たとえば、適当なマトリックスポリマーと混合することができ、これによって、その導電性を良好に保持した均一なプラスチック材料が得られる。このように、ＰＡＮＩＰＯＬというポリアニリンは、次のような様々な形態の用途に適している。
【０００５】
包装工業において、包装材料に使用されるフィルム材料およびコーティング材、電子機器類の構成部品または構成部品の部品、および異なる構造の部品；
電子工業においてパッケージに用いる射出成型片。物品の巧妙な取扱いおよび搬送に適した容器、フレキシブルディスクなどを包装するための包装材、コピー機の構成部品、ならびに、鋭敏な電子装置用の工業的な塗装、シールドカバーのための部材など；
外形において生産されるパイプ、パイプ部品およびシールに用いられる押出し成形品、テーブルボード、コンテナーおよびコンテナーの中間層などのプレートおよび積層体の形態の生産品、ならびに、電話ケーブル、ヒートケーブルおよびパワーケーブルの内外層などのケーブル形態の生産品；
圧縮成形によって製造されるシングルピースおよび回転鋳造により製造される密閉容器に使用される、圧縮成形および回転鋳造による生産品：
プラスチック製カーペットおよび壁紙などの、床および壁の被覆材に用いられる、カレンダー成形品；
コンベアー、使い捨ての手袋、ゴム状のピースと積層物、コンベアー用のゴム状弾性物、ローラー、ベルト、コピー機用のゴム状弾性部品、シール材およびゴム様材料に使用される、加熱圧搾および熱成形品；
公共の部屋や自動車、爆発の危険性がある地域および滅菌室における装飾材料（カーペット、シートカバーおよびその他の織物）、特殊な条件下で使用される衣服（帽子、履き物、作業服）、フィルター、集塵器、膜、コンベアーに用いられる、繊維製品。
【０００６】
上記に挙げた用途に加えて、ポリアニリンを、腐食防止のための塗料、ワニスおよび顔料、ならびに、熱電気要素（熱電気線）、蓄電池またはバッテリーの部品に使用することができる。
【０００７】
静電シールドまたは電磁波シールドが必要になる用途は特別であり、その他に、導電性が要求される用途にも有用である。しかしながら、上記のリストによって網羅されているわけではない。本発明の方法によって製造されるポリアニリンまたはポリアニリンにさらなる処理を施すことによって誘導される形態のものの用途は、上に記載された用途に限定されるものではない。
【０００８】
ポリアニリンの重合方法、ポリアニリンをさらに処理する方法およびポリマーの特性は、たとえば、米国特許５４３６３１７に対応する欧州特許公開６０５８７７、欧州特許公開６２７７４６および米国特許５９２８５６５に与えられている。重合を行う全ての製造方法の中で代表的な方法は、攪拌タンク反応容器中でのバッチ工程である。この反応では、反応容器中にて、溶解したアニリンを含むプロトン酸の水溶液に、たとえば過硫酸アンモニウムなどの適当な酸化剤を供給することによって、重合反応を開始している。たとえば、米国特許５４３６１７によれば、アニリンおよび酸化剤を徐々に塩酸水溶液に供給し、アニリンおよび酸化剤の供給速度の比が、ポリマーのモル質量に影響を及ぼすことができると記載されている。得られるドープされたポリマーを塩基を用いてドープを除くことによって非導電性のポリアニリン生成物が製造され、この非導電性のポリアニリン生成物を適当な酸で再ドープすることによって、所望の特性を有する導電性ポリマーを製造することができる。再ドープに用いる酸を選択することによって、ポリマーの導電性に影響を及ぼすことができる。
【０００９】
従来の方法によって、用途によって調整可能な特性を有する、多くの種類のポリアニリンポリマーを製造することができる。今日まで、制御された均一な特質、たとえば一定の分子量分布および／または粒度分布を持つポリマーを製造するための、反応条件の制御が問題になっていた。
【００１０】
発明の要旨
本発明の目的は、非導電性の塩基形態ポリアニリンまたは酸をドープされた導電性形態ポリアニリンのいずれかのポリアニリンの特性を、より良好に制御できる改良されたポリアニリンの製造方法を提供することである。この目的を達成するために、本発明の製造方法は、反応容積に対する熱伝達面の比が少なくとも１０／ｍ、好ましくは少なくとも２０／ｍである反応容器中にて、重合を行うことを第一の特徴とする。実際、最終生成物に適した諸条件は、たとえば、チューブ状反応容器にて、アニリンと酸化剤とを含む媒体を、チューブ状反応容器に混合して流すことによって達成される。前記反応は、好ましくは、静的な攪拌機を備えたチューブ状反応容器中にて行われ、静的な攪拌機によって、効果的な混合が得られる。静的な混合機は、Perry’s Handbook（Perry,R.H., Green,D.W., eds., Perry’s Engineer’s Handbook,7th ed., McGrew-Hill, New York 1998, pp.18-32〜18-33）に記載されている。静的な混合機は、チューブ内側の静止した流れの進路を変えるもの（diverters）からなり、分配と再結合という進行を経て、液状媒体の混合を促進する。
【００１１】
冷却表面積と反応容積との比を高くすることよる効果および効果的な混合を組み合わせることによって、可能な限りかつ制御可能に安定した重合温度が得られる。効果的な混合とは、反応物質の混合時間を反応速度よりも短くすることである。反応容器中での、反応容積に対する冷却表面の比が高い場合には、狭い温度範囲で操作することが可能になる。比が高いことによって、反応容積中の全液体容積じゅうの各々ポイントから熱伝達面への距離が相対的に短くなる。このようにして、熱伝達面と冷却される液体との間の必要な温度の差を、出来うる限り小さく保持することができ、所望の冷却効果を得ることができる。液体容積中の全ての方向の温度差も、最小限にすることができる。こうして得られる狭い温度範囲（すなわち反応容積中での温度の均一性）は、たとえば、反応容器中での反応速度の局所的な差が小さく、かつ副反応を最小限に止めることができるという理由によって、有利であると考えることができる。反応速度は、一般に、指数関数的で、温度に依存している。このようにして、均一な特質の生成物が得られる。
【００１２】
熱伝達面面積と反応容積との比は、熱伝達面面積を反応媒体の容積で除することによって得られ、その単位はｍ２／ｍ３すなわち１／ｍである。
【００１３】
本発明において、温度制御と効率的な混合が、得られるポリマー粒子の異なる特性を均一にする上で、すなわち得られるポリマーが狭い分布を示す上で、非常に重要である。
【００１４】
これらの条件は、充分に混合されるチューブ状反応容器であって、チューブの横面積における濃度差が小さく、かつ軸方向への分散がほとんどないチューブ状反応容器中にて、最も良好に達成される。熱伝達面と反応容積との比を高くするには、適当な細い径のチューブを用いればよい。高い能力は、いくつかの平行なチューブによって達成されることができる。また、チューブ状反応容器そのものの内側に、冷却パイプシステムを設けることによって、反応容積に対する冷却面の比を高くすることができる。このとき、冷却パイプシステムを、効果的な混合を達成する静的な混合機と類似するように、設計することができる。
【００１５】
重合反応は、チューブ状反応容器を通る混合媒体の流れの中で起こるので、均一な生成物が得られ、特に、粒度分布および分子量分布に関して均一な生成物が得られ、またはその分布の幅を調整することができる。媒体は効果的に混合され、条件は、流れ方向に直角な各断面において、均一になる。さらに、反応条件を変化させることによって、ポリマーの構造に容易に影響を及ぼすことができる。温度を調整することによって、特にポリマー鎖の長さを調節することができる。
【００１６】
チューブ状反応容器において主として重合反応を起こす方法は、バッチ工程または連続工程でのいずれでも行うことができる。最初に挙げた場合では、反応物質を含む重合媒体を、チューブ状反応容器に通して循環させる。後者の場合には、開始剤をチューブ状反応容器に連続的に流して供給し、重合反応がある程度まで進行した媒体をチューブ状反応容器の他の末端から取り出し、次の工程段階に連続的に流す。
【００１７】
さらに他の実施の形態によれば、少なくとも酸化剤は、別の流れとしてチューブ状反応容器に供給される。チューブ反応容器によって、別の一連の点で、重合媒体の流れに酸化剤を供給できる。同様に、ドープ剤またはモノマーまたは他の必要な添加剤などの他の開始剤を、適切な点または一連の引き続く点でもっと供給することもできる。さらに、酸化に触媒が必要な場合には、触媒も、引き続く点で供給できる。溶液にすれば、重合停止剤を所望の点で供給することもできる。全体的に言えば、調整可能なかつ制御可能な方法で、様々な特性を持つポリアニリン特質を製造することができる。能力を向上させるために、媒体を、平行につながれた２またはそれ以上のチューブ状反応容器に通して、同時に導入することもできる。
【００１８】
次に、本発明の装置は、反応容器がチューブ状反応容器であり、チューブ状反応容器の最初の端に、重合媒体および反応物質を供給するための１またはそれ以上の入口が連結され、かつ、その末端に、重合媒体およびポリマーを排出するための出口を有していることを特徴とする。チューブ状反応容器を用いることによって、反応条件を均一にでき、反応物質の濃度と温度とを、反応容器中の各々の点で制御できる。チューブ状反応容器を、バッチ式反応容器の一部とすることもできる。その場合には、中間容器を介して、出口と入口との間で循環が行われる。中間容器は、好ましくは攪拌機を備えている。または、チューブ状反応容器を、連続工程の一部にすることもできる。この場合には、出口が、次のポリマー処理工程に導くラインに連結されている。好ましい実施態様によれば、チューブ状反応容器は、静的な混合機を備える。静止的な混合機は、反応物質がチューブ状反応容器中を流れる際に、反応物質を効果的に混合する。さらなる好ましい実施態様によれば、平行につながれた２またはそれ以上のチューブ状反応容器を有しており、これにって、能力を向上させることができる。
【００１９】
反応容器の周囲の冷却用ジャケット中に冷却液体を循環させることによって、反応容器を冷却することができる。別の方法では、チューブ反応容器の内側に、静的な混合機と同様の方法で、冷却パイプシステムを設計することができる。
以下に、添付した図面に基づき、本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
好ましい実施態様の詳細な説明
図１は、酸をドープしてなるポリアニリンを製造するための装置を示す。装置は、部品として、混合タンク１およびチューブ状反応容器２を含み、ポンプＰによってそれらの間に密閉系の循環が配置されている。混合タンク１は、モーターＭによって回転する攪拌機を備えている。供給ラインＬ１は、ポンプＰを介して、混合タンク１からチューブ状反応容器２の最初の端すなわち反応容器２の入口に伸びている。戻りのラインＬ２は、チューブ状反応容器２の末端の出口から混合タンク１に伸びている。ラインＬ３は酸化剤を供給するためのものであり、これもチューブ状反応容器２の最初の端に連結されている。チューブ状反応容器は、ジャケット３を通して冷却剤が循環する、冷却剤循環手段を備えている。チューブ状反応容器の内側の、静的な混合機は、図面番号４で示される。
【００２１】
図１に示す工程は、次の方法によって操作される。まず、プロトン酸の水溶液、アニリンおよび必要に応じて他の剤を、混合タンク１に加える。アニリンは、たとえば混合タンク中にて、水に溶解することができる。プロトン酸は重合媒体を酸性化し、これによって、重合反応が可能になる。プロトン酸はまたいわゆるドープ剤として作用する。ドープ剤は、対イオンをドープし、塩およびポリアニリン塩基を形成する。使用されるプロトン酸は、通常硫酸であるが、他の水溶性のプロトン酸を使用することもできる。
【００２２】
実際の重合反応は、工程に供給される酸化剤の効果によって起こる。酸化剤を、たとえば水などの適当な媒体に溶解し、チューブ状反応容器２の最初の端に供給し、前記重合媒体（水）、プロトン酸およびアニリンモノマーの混合物をライン１から供給する。酸化剤の適量を、分離しているラインＬ３からチューブ状反応容器２の最初の端に導入する。酸化剤としては、たとえば、過酸化化合物を使用できる。通常使用される酸化剤は、過硫酸アンモニウム（図においてＡＳＰで示される）である。また、他の酸化剤も使用することもできる。重合媒体、重合媒体に溶解しているアニリンモノマーおよび酸化剤をチューブ状反応容器２に流すと同時に、重合が起こる。図１の工程において、チューブ状反応容器２での滞留時間では重合が充分ではないので、基質をチューブ状反応容器に通して数回循環する。
【００２３】
図２は、第２の実行可能な方法を示す。この図では、チューブ状反応容器２は、連続工程の一部になっている。供給ラインＬ１は攪拌機を備え、かつ水、アニリンおよびプロトン酸が連続的に供給される混合タンク１から、ポンプＰを介して、チューブ状反応容器２の最初の端の入口に伸びている。最初の端には、供給ラインＬ３から導入される酸化剤の入口もある。チューブ状反応容器２の末端出口には排出ラインＬ２が連結されており、この排出ラインＬ２は固形粒子状のポリマーを分離および洗浄段階へ導く。分離および洗浄段階は、図では概略的に示され、図面番号５を付されている。チューブ状反応容器中での滞留時間は、チューブ状反応容器の中に含まれる重合剤と反応物質とが、反応容器を一度通過した後に、所望の収量で重合が起こる時間とする。このようにして、チューブ状反応容器２から得られる流れの中には、まだ、未反応のアニリンモノマーが含まれており、この未反応のアニリンモノマーは、濾過および濾過されたポリマーの洗浄によって排出される。
【００２４】
図３は、工業的な生産に適した第３の実施態様を示す。この態様も、静的な混合機４を備えたチューブ状反応容器２を持つ、連続的な重合を含んでいる。最初の端から排出ラインＬ２までの各部分およびそれらの機能は、図２と同様である。重合に引き続く後処理では、適当な塩基によってポリアニリンを塩基の形態に変換する。この後処理は、いわゆるドープ工程と呼ばれる。排出ラインＬ２は、ポリマー分離および洗浄段階５を介して、チューブ状反応容器２から中間容器６まで伸びている。中間容器６は攪拌機を備え、供給ラインＬ４を介して水が添加されている。排出ラインＬ５は、中間容器６から、静的な混合機４を備えている第２のチューブ状反応容器２に伸びている。このチューブ状反応容器の最初の端に、ライン６を介して塩基が供給される。使用される塩基は、通常、アンモニア水溶液である。水酸化ナトリウムなどの他の塩基も使用できる。このチューブ状反応容器２にも冷却手段が設けられている。塩基の形態にドープされたポリマーを、排出ラインＬ７にそって、チューブ状反応容器２の末端から、再度ポリマー分離および洗浄段階５へ導き、アルカリ形態のポリマーを分離および洗浄することができる。
【００２５】
図４もまた、別の実施形態を示す。この実施形態は、基本的に、図１の工程の修正である。ここで、反応物質は連続的に供給され、この工程は、反応に関与しない基質が連続的に除去されるか否かによって、半バッチ方式または連続工程になる。重合剤（重合媒体）、その中の反応物質および最終生成物の循環は、図１に示すのと同様の方法で行われる。しかしながら、戻りラインＬ２は、固形ポリマーの連続分離手段７を含んでいる。この連続分離手段は、たとえば濾過である。重合剤に溶解している反応物質および溶解性のアニリンオリゴマーは、分離されることなく、混合タンク１とチューブ状反応容器２との間を循環している。図において、破線は、戻りライン２のバイパスライン８を示す。これによって、ポリマーの分離をバイパスで行うことができる。必要に応じて、循環手段も水分離手段を含んでいる。分離手段を通る流れとバイパスの流れとの比率を調整することによって、重合媒体中のオリゴマーとポリマーとの比率を変更することができる。
【００２６】
上記に挙げた全ての実施態様では、静的な混合機を備えているチューブ状反応容器２を、複数、平行に持つことができる。これによって、能力が向上する。反応条件の制御に関しては、１つの大きな反応容器の代わりに、小さな断面積を有し、平行になった数個のより小さな反応容器を使用するのも有利である。さらに、２またはそれ以上のチューブ状反応容器を連続して設け、２つの連続するチューブ状反応容器の間に中間容器を設けることによって、濃度を一様にしても構わない。当然、このような一連のチューブ状反応容器と中間容器とは、平行であっても構わない。
【００２７】
もちろん、実験室的なスケールの反応容器では、容積に対する冷却面の比を高くすることができる。しかしながら、生産工程はこれらの反応容器には適していない。本発明は、生産的な規模の装置とともに、生産スケールでの適用可能な方法に関する。生産能力が小さい場合には、１本のチューブ状反応容器で充分であり、その内周壁が熱伝達面である。たとえば、チューブ状反応容器の直径が０．２ｍの時、比は２０／ｍになる。生産能力をさらに上げるためには、チューブ状反応容器の内側に小さい冷却パイプがあり、前記冷却パイプは熱伝達面に加えるための反応液体によってとり囲まれているという構成が必要である。
【００２８】
さらに、前記反応容器は、同時に熱伝達面として作用する静的な混合機を備えていても構わない。図１８に、チューブ状反応容器２を示す。前記チューブ状反応容器２においては、冷却剤が冷却ジャケット３に導かれるとともに、前記容器内側の熱伝達導管システムに導かれる。前記熱伝達導管システムは、反応媒体の流れを横切るように拡がることができ、静的な混合機と同様の原理で混合を行うことができ、それと同時に、媒体を冷却する。熱伝達導管は、静的な混合機を代表するような外観形状と位置とを持つように設計されることができる。チューブ状反応容器２は、冷却剤の流路を有しない静的な混合機４および冷却剤の流路を持つ静的な混合機４の両方を備えていても構わない。冷却剤の流路を含む静的な混合機は、同時に、断面径が大きくかつ反応容積に対する熱伝達面の比を所望の値にできるチューブ状反応容器の熱伝達面を増加させる。前記チューブ状反応容器の断面径が大きいので、反応容積に対する熱伝達面の所望の比が得られる。図１７に示すチューブ状反応容器を、図１から４に示す全ての実施態様において、使用することができる。
【００２９】
本発明は、単に上記の反応物質（酸および酸化剤）に限定されるものではなく、図１〜４に開示の全ての工程において、他の反応物質を使用することもできる。
【００３０】
水性の重合媒体には、数種のプロトン酸またはそれらの混合物が適している。プロトン酸は、アニリンモノマーと錯体を形成し、アニリンモノマーを水に溶解するために使用されることができる。プロトン酸には、塩酸、臭化水素、硫酸、過塩素酸、硝酸、リン酸、ホスホン酸、メタンスルホン酸、トリフロロメタンスルホン酸、トルエンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸（ＤＢＳＡ）、酢酸、トリクロロ酢酸、トリフロロ酢酸および蟻酸が包含される。これらのプロトン酸の混合物を使用することもできる。ルイス酸を使用することも出きる。本発明は、上記に例示した酸の使用に限定されるものではない。
【００３１】
さらに、いくつかの公知の酸化剤をアニリンの重合に使用することができる。アニリンモノマーの酸化的な重合に使用されることができる酸化剤には、過硫酸アンモニウム、Ｋ２Ｃｒ２Ｏ７、ＫＩＯ３、ＦｅＣｌ３、ＫＭｎＯ４、ＫＢｒＯ３、ＫＣｌＯ３、過酢酸、または過酸化水素が包含される。
【００３２】
特に有利な酸化剤は過酸化化合物であり、特に過酢酸または過酸化水素は有効であるが、危険性を考慮した。過酢酸および過酸化水素は反応性に富むが、反応条件を制御することができないので、それらの使用は初期に限定される。これらの酸化剤に関連して、適切な触媒を使用する。この触媒は、酸化剤と同じ流路または別々にチューブ状反応容器に供給されることができるので、その触媒的な有効量が反応媒体に供給される。過酸化酸化剤は、チューブ状反応容器の最初の端に、分離している流路として導入されることができる。これらの過酸化酸化剤の制御は、前記酸化剤をチューブ状反応容器の中に供給するにあたり、別々の逐次の点における重合媒体の流路に供給することによって、高めることができる。
さらに、本明細書においては、アニリンという語は、置換アニリン類をも含む。
【００３３】
重合は所望の温度で行うことができ、温度は冷却システムによって調整できる。ある場合には、周囲の温度よりも高い温度で重合を行うのが好ましい。たとえば、−２５℃〜＋７０℃の温度範囲から、適切な温度を選択することができる。モノマー、酸化剤および可能な他の成分に加えて、重合媒体の凝固点降下剤として作用する剤を用いることによって、０℃よりも低い反応温度を実現することができる。凝固点降下剤として作用するためには、剤は、使用される重合媒体の液相に溶解するものでなければならない。重合媒体に使用される水の凝固点がより低くする場合には、水溶性の有機化合物または無機塩の中から、凝固点降下剤を選択することができる。適切な有機化合物としては、メタノールおよびエタノールが挙げられる。無機塩としては、塩化ナトリウムおよび塩化カリウムが挙げられる。凝固点降下剤は、混合タンク１またはチューブ状反応容器２の前のいずれかのポイントで導入され、供給されることができ、凝固点をより低くするために必要な濃度に溶解される。
【００３４】
また、水性の重合媒体は、単に、反応物質を溶解しかつ製造されるポリマー粒子の運搬するための担体としての使用に適しているだけでなく、安価であり、ポリアニリンの製造という目的のためには、安全な工程媒体である。また、反応物質の特性によって有機溶媒が必要な場合には、有機媒体も適している。適している有機媒体には、たとえば、トルエン、メタノールまたはエタノールが包含される。低い重合温度、たとえば０℃よりも低い重合温度は、凝固点が０℃よりも低い有機媒体を選択することによって、得られることができる。上記の３種の物質は、その凝固点が摂氏０℃よりもはるかに低い。
【００３５】
本発明は、提供された重合方法だけに限定されるのではなく、エマルジョン重合を行うこともできる。
同様に、本発明は、チューブ状反応容器中での静的な混合機の使用に限定されるのではなく、ローター／スターター型式の動的な混合機を用いることができる。
【００３６】
以下に、本発明で実施した試験について説明する。この試験によって、本発明を制限して解釈するべきではない。
【００３７】
１．試料の分析
目的のために組み立てられた装置を用いることによって、製造されるポリアニリンの品質および特性を、酸化の度合い、粒度分布およびいわゆる固有粘度という３つの異なるファクターについて測定した。
【００３８】
生成物の分析は、セミバッチ反応容器から得られる最終生成物を直接に分析するのではなく、分離した固形物をイオン交換工程に科して、反応容器中で製造される塩形態のポリアニリンをドープによっていわゆるポリアニリンのエメラルディン（emeraldine）塩基（ＥＢ）に変換したものについて行う。
【００３９】
後処理工程は次の通りである。重合後、母液から濾取した固形物（２００〜４００ｇ）を、２５重量％アンモニア溶液（１４００ｍｌ）に溶解し、これを集中攪拌下に一夜反応させた。イオン交換後、ポリアニリンを水で洗浄し、イオン交換工程でポリマーから出てくる硫酸アンモニウムを除去した。水で洗浄した後、エタノールまたはメタノールを用いるアルコール洗浄を行い、可能な限り、副生物および固形物に結合している水を除去した。この、イオン交換および洗浄工程という複数の段階の後、得られるＥＢ形態のポリアニリンを真空下４２℃で乾燥し、乾燥後、分析のための試料が得られた。
【００４０】
１．１  酸化の度合い
ポリアニリンの酸化の度合いを測定するために、４００〜４０００  １／ｃｍの波長領域で、得られたポリアニリンの赤外線吸収スペクトルを測定した。酸化の度合いは、１５７５〜１６００  １／ｃｍの波長領域および１５００〜１５２０  １／ｃｍの波長領域に現れるピークの高さの比に基づいて算出した。たとえば、アスツリアス（Asturas）およびマックディアミド（MacDiarmid）は、上記吸収ピークとポリアニリンの酸化の度合いとの相関を示した（G.E.Asturias, A.G.MacDiarmid, The oxidation state of the“Emeraldine”base, Synthetic Metals, 29(1989), E157-E162）。
【００４１】
ＦＴ−ｉｒ分析を行うために、０．３重量％のＫＢｒ錠が、供試試料から製造された。すなわち、ポリアニリン０．００３ｇと臭化カリウム０．１００ｇとをはかり、得られる混合物をモーター中にて粉砕して均一化し、８バール（ｂａｒ）の圧力下にＫＢｒとポリマーとの粉末を加圧し、錠剤とした。
【００４２】
１．２  粒度分布
水に懸濁されるポリアニリンの粒度分布を、Ｃｏｕｌｔｅｒ  ＬＳ  １３０装置で測定した。ＥＢ形態のポリアニリン５ｇを水４０ｍｌに懸濁した後、測定に必要な量の懸濁液を装置に供給した。実際の測定を行う前に、試料に超音波で１５秒間衝撃を加え、可能な限り凝集体を破壊した。測定結果から、粒度分布を算出した。算出は、装置製造業者から供給されるプログラムに基づいて行った。すなわち、フラウンホーフェ（Fraunhofer）の数学的モデルを適用し、装置によって得られた測定値から実際の分布を決定した。容積に基づく粒度分布を図に示す。容積平均分布に基づき、平均的な大きさが以下の実施例で与えられる。
【００４３】
１．３  固有粘度
固有粘度を、ＩＩｃクラスのウベローデ（Ubbelohde）毛細管粘度計によって決定した。前記装置を用い、供試溶液を定温で毛細管チューブに通し、供試溶液の流出時間を測定した。分析された混合物は、ＥＢ粉末０．０６３ｇを、前分析（pro analysis）品質の９６〜９８％硫酸３５ｍｌに溶解することによって調製した。この方法で調製された溶液の濃度は、ポリマーに関しては約０．１重量％であった。
【００４４】
固有粘度を決定するために、ポリマーの特定粘度を決定しなければならない。ポリマーの特定粘度は一般式（１）によって得られる。
【００４５】
【数１】
0004658436.tif 000002
【００４６】
式中
η０  溶媒の粘度
η    溶液の粘度
ｔ０  粘度計によって測定された溶媒の流出時間
ｔ    粘度計によって測定された溶液の流出時間
【００４７】
試料を分析するために、ソロモン（Solomon）およびクイタン（Cuitan）によって提供されたワンポイント極限粘度数（one point limiting viscosity
number）を決定する方法を採用した（O.F.Solomon, I.Z.Cuita, Determination de la viscosite intrinseque de solutions de polymeres par une simple
determination de la viscosite, Journal of Applied Polymer Science, VI(1962),24,683-686）。前記方法は、下記の式に基づいている。
【００４８】
【数２】
0004658436.tif 000003
【００４９】
式中、ηｓｐは一般式（１）から誘導される。
式中、ηｒなる語は、ポリマー溶液の粘度比に関しており、次の様にして定義される。
【００５０】
【数３】
0004658436.tif 000004
【００５１】
濃度ｃの単位は、ｇ／ｄｌすなわちｇ／１００ｍｌである。その理由は、一般式（２）によって得られる極限粘度数の単位がｄｌ／ｇだからである。
【００５２】
全ての実施例において、長さ３．０ｍおよび直径１０ｍｍのチューブ状反応容器２が使用される。全ての実施例において、チューブ状反応容器における線状流速は、０．３ｍ／ｓである。チューブ状反応容器は、ＳＭＸＬ型の静的な混合機（Sulzer Chemtech GmbH）を備えていた。
【００５３】
チューブ状反応容器におけるアニリンの重合を、図５に示す工程にしたがって実験した。酸化剤を容器Ａからチューブ状反応容器２ヘポンプで送り、モノマーと酸と水との混合物をタンク１からチューブ状反応容器２ヘポンプで送り、それと同時に、反応容器２から排出される溶液をタンク１を介して循環させ、酸化剤を循環系に供給した。実行された試験では、酸化剤の濃度および供給速度ならびに重合開始温度が、工程の最終生成物に及ぼす影響を調べた。一連の試験のパラメーターを表１に示す。
【００５４】
【表１】
0004658436.tif 000005
【００５５】
表中、符号は次の意味を示す。
重量％        チューブ状反応容器に供給された酸化剤の、重量％濃度。
ｐ（Ｏｘ）    酸化剤の供給速度
Ｔｓ          重合開始温度
ｔｐ（Ｏｘ）  酸化剤の供給時間
【００５６】
一連の全ての試験において、モノマーの開始バッチの組成を一定に保った。工程に供給される酸化剤の総モル量が、アニリンの最初のモル量の１．２５倍になった後に、酸化剤の供給を止めることによって、重合を中断した。酸化剤としては、過硫酸アンモニウムを使用した。
反応容器装置は、反応容器ジャケット内を循環する冷却液によって冷却された。
【００５７】
以下の実施例において、表１の異なる組合わせの試験を説明する。
実施例１．重合開始温度レベルが生成物に及ぼす影響
濃度２０重量％の酸化剤を、表１に示すように１５ｄｍ３／ｈの速度で上述の工程に供給した。試験に基づき、アニリンの重合を、２つの異なる温度すなわち４℃および１５℃で開始した。条件が固形粒子の面平均の粒度分布に及ぼす影響を図６に示した。図７には、対応する粒度分布の累積を示した。
【００５８】
図６および図７から、重合開始温度レベルを下げることによって、小さいポリマー粒子の割合を増加させることができるのが明らかである。一方、重合開始温度を上げることによって、大きな粒子の割合を増加させることができる。このことは結局分布の狭さとして示される。すなわち、総表面積における小さい粒子の割合は、重合開始温度が低くなるほど、増加する。
【００５９】
図８に、上記試験における体積平均の粒度分布を示す。図９に、対応する体積平均の粒度分布の累積を示す。図８および図９から、面平均粒度分布の場合とは反対に、体積平均の粒度分布を調べると、大きな粒子の割合は、重合開始温度レベルが低くなる時に増加する。
【００６０】
実施例２．酸化剤の供給速度が生成物に及ぼす影響
濃度２０重量％の酸化剤を、表１にしたがって、１０および１５ｄｍ３／ｈという速度で、上述の半バッチ工程に供給した。試験に基づいて、異なる２つの温度すなわち４℃および１５℃で、アニリンの重合を開始した。条件が固形粒子の面平均粒度分布に及ぼす影響を図１０に示した。図１１には、対応する、粒度分布の累積を示した。
【００６１】
図１０および図１１から、低い重合開始温度の場合には、酸化剤の供給速度の影響は、重合開始温度が１５℃の場合ほど大きくないことが判る。事実、供給速度の影響は、重合開始温度が低くなると、逆転する。図から明らかなように、１５℃という温度レベルでは、酸化剤の供給が増加すると、総表面積に対する小さい大きさの粒子の割合が増加する。一方、酸化剤の供給速度を１５  ｌ／ｈから１０  １／ｈに変えることによって、分布を狭くすることができる。
【００６２】
分布に関する別の知見として、４℃での酸化剤の供給速度の影響が、より高い温度レベルと比較した場合に、取るに足らないものであることが挙げられる。図１０から、低い温度では、直径１μｍよりも小さい粒子が形成されるのに対し、高い温度では、酸化剤の供給速度に関係なく、このような粒子は形成されない。
【００６３】
図１２は、図１０および図１１に示される試験の、体積平均の粒度分布を示す。図１２から、体積平均の粒度分布の形態に対する、温度レベルおよび酸化剤の供給速度の影響は、図１０に示される分布に対するほど明瞭でないことが判る。体積平均の粒度分布についての、試験された変更による影響の中で述べることができるのは、重合を４℃で行いかつ酸化剤を速度１０  ｌ／ｈで供給した場合に、最も大きな幅の分布を持つ生成物が得られるということのみである。
【００６４】
実施例３．供給される酸化剤の濃度が生成物に及ぼす影響
濃度２０重量％および３５重量％の酸化剤を、表１にしたがって１０  ｌ／ｈの速度で、セミバッチ工程に供給した。アニリンの重合を、温度１５℃で開始した。条件が固形粒子の面平均の粒度分布に及ぼす影響を図１３に示す。図１４は、対応する分布の累積を示す。図１３および１４から、試験の温度レベルにおいて、酸化剤の濃度が及ぼす影響は、次の通りであることが判った。すなわち濃い酸化剤を供給すると、小さい粒子の割合がかなり増加し、それによって、平均粒子径（ｄ５０）が減少し、分布が広くなる。
【００６５】
図１５は、図１３に対応する試験の、体積平均の粒度分布を示す。図１５から、酸化剤の供給速度が低くなると、体積平均の粒度分布も狭くなることが判る。
【００６６】
実施例４．重合条件が生成物のモル質量に及ぼす影響
図１６から、生成物の極限粘度数（固有粘度）が、重合反応の初期温度のレベルおよび酸化剤の供給速度に依存して変化することが判る。極限粘度数がポリマーの平均モル質量を表すことが知られているので、図１６に基づき、初期の開始温度レベルおよび酸化剤の供給速度を変化させることによって、生成物のモル質量を調整することができる。
【００６７】
実施例５．攪拌タンク反応容器および静的な混合機を備えているチューブ状反応容器によって製造された生成物の比較
通常の攪拌タンク反応容器において、ポリアニリンを製造した。この攪拌タンク反応容器の、容積に対する冷却面の比は、３．６６／ｍであった。および、チューブ状反応容器（比：４００／ｍ）にて、ポリアニリンを製造した。酸化剤は３５重量％過硫酸アンモニウムであり、重合を６．５℃で行った。酸化剤を、酸化剤／アニリンのモル比が１．２５になるまで、反応容器に連続して供給した。生成物のモル質量分布を図１７に示す（ＧＰＣ測定法によってモル質量および多分散性を決定した）。チューブ状反応容器で製造されたポリアニリンは、分布が狭く（多分散性４．４）、同様の条件下に攪拌タンク反応容器で製造された生成物（多分散性５．６、Ｍｗ＝１３９０００）よりも、平均モル質量が小さい（Ｍｗ＝９６０００）。
【００６８】
本発明は、上記に示した実施形態に限定されるものではなく、付随する請求の範囲によって提供される本発明の範囲内での変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の産業的な適用を示す。
【図２】  本発明の第２実施態様による産業的な適用を示す。
【図３】  本発明の第３実施態様による産業的な適用を示す。
【図４】  本発明の第４実施態様による産業的な適用を示す。
【図５】  本発明について行われた試験の配置を示す。
【図６】  試験結果を示す。
【図７】  試験結果を示す。
【図８】  試験結果を示す。
【図９】  試験結果を示す。
【図１０】  試験結果を示す。
【図１１】  試験結果を示す。
【図１２】  試験結果を示す。
【図１３】  試験結果を示す。
【図１４】  試験結果を示す。
【図１５】  試験結果を示す。
【図１６】  試験結果を示す。
【図１７】  試験結果を示す。
【図１８】  チューブ状反応容器の一実施態様を示す断面図である。
【図１】
0004658436.tif 000006
【図２】
0004658436.tif 000007
【図３】
0004658436.tif 000008
【図４】
0004658436.tif 000009
【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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