(57)【要約】  少なくとも１つの投入位置を備えたハウジング内において原料又は生成物の物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法において、生成物が所望の収率まで反応するように、前記原料に少なくとも１つの触媒が混合され、前記原料は、ハウジング内に投入する前に前記触媒と混合されることを特徴としている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの投入位置を備えたハウジング内において原料又は生成物の物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法であって、
生成物が所望の収率まで反応するように、前記原料に少なくとも１つの触媒が混合され、
前記原料は複数の投入位置において、異なった時点に及び／又は異なった量が前記ハウジングに投入されることを特徴とする方法。
【請求項２】
少なくとも１つの投入位置を備えたハウジング内において原料又は生成物の物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法であって、
生成物が所望の収率まで反応するように、前記原料に少なくとも１つの触媒が混合され、
前記原料は、ハウジング内に投入する前に前記触媒と混合されることを特徴とする方法。
【請求項３】
バッチ工程では、前記原料は前記触媒と共に分割されて反応器に時間をおいて投入されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
連続工程では、前記原料は前記触媒と共に、異なった投入位置から反応器に投入されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記投入位置の間において逆混合が阻止されるか又は停止されることを特徴とする請求項４の記載の方法。
【請求項６】
前記触媒の全量又は大部分は、反応器に投入される原料と共に投入されるか、又は連続工程においては最初の投入位置において投入されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記反応器における反応は重合反応であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記重合反応は、開環重合反応であることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
反応の開始に反応開始剤が添加されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ハウジング内の軸（１、２）に取付けられた混練・清掃部材（５）を用いて、原料又は生成物の物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する装置であって、
前記軸（１、２）に取付けられた混練・清掃部材（５）は、軸の周りの回転の際に互いに噛み合うことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの添加位置（投入位置）を備えたハウジングに原料又は生成物を投入し、原料と少なくとも１つの触媒とを混合して所望の収率で生成物を得る物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は、例えば混練であり、多目的に用いられる。第一には、溶媒を回収する為にバッチ又は連続で時には減圧下の蒸発に用いられる。例えば、蒸留残滓であるトルエンディイソシアネートを処理するが、化学品及び薬品の残渣である毒性又は高沸点の溶剤、並びに溶液重合の溶剤、接着剤及び連結剤からの洗浄剤及びワニススラッジ、樹脂溶液、エラストマー溶液も処理される。
【０００３】
更に、バッチ又は連続的に時には減圧下で、水分及び／又は溶媒を含む製品からの接触脱水が行われる。特に、顔料、染料、ファインケミカル、塩、酸化物、水酸化物、抗酸化剤などの添加剤、温度に敏感な医薬及びビタミン剤、作用剤、高分子、合成ゴム、高分子懸濁液、ラテックス、ヒドロゲル、ワックス、殺虫剤及び塩、触媒、残留物、アルカリ廃液などの化学又は医薬品からの残滓に用いられる。この方法は、例えば、塊状乳、砂糖代替品、澱粉誘導体、アルギン酸塩を製造及び／又は処理する際に、産業スラッジ、オイルスラッジ、バイオスラッジ、製紙スラッジ、ラッカースラッジの処理並びにねばねばした高粘性の付着物、廃棄物及びセルロース誘導体の処理にも用いられる。
【０００４】
混練においては、連続で溶融状態において、特に、ポリアミド、ポリエステル、ポリアセテート、ポリイミド、熱可塑性高分子、エラストマー、シリコーン、尿素樹脂、フェノール樹脂、洗剤及び肥料など高分子凝縮反応が行われることも多い。例えば、メタクリル酸の誘導体の塊状重合の後に、高分子溶融物に適用される。
【０００５】
ポリアクリレート、ヒドロゲル、ポリオール、熱可塑性高分子、エラストマー、シンディオタクティクポリステロール及びポリアクリルアマイドを連続で重合反応を行わせることも多い。
【０００６】
混練においては、脱気及び／又は蒸発が行われる。このことは、モノマーの（共）重合後の高分子溶融物、ポリエステル又はポリアミド溶融物の凝縮後の高分子溶融物、合成繊維用の紡糸液並びに固体状の高分子又はエラストマー粒子又は粉末に用いられる。
【０００７】
混練機においては、固体、液体又は多相反応が普く行われる。すなわち、フッ化水素酸、ステアリン酸、シアネート、ポリリン酸塩、シアヌル酸、セルロース誘導体、エステル類、エーテル類、ポリアセタール樹脂、スルファニル酸、銅フタロシアニン、澱粉誘導体、リン酸アンモニウム重合体、スルホン酸塩、殺虫剤及び肥料に用いられる。
【０００８】
更に、固−気反応（例えばカルボキシル化）又は液−気反応が行われる。すなわち、酢酸塩、酸、例えば、ＢＯＮ、サリチル酸ナトリウム塩、パラヒドロキシ安息香酸塩及び薬物などへのコルベーシュミット反応に用いられる。
【０００９】
液−液反応は、中和反応及びエステル交換反応において行われる。
【００１０】
混練による溶解及び／又は脱気は、合成繊維、ポリアミド、ポリエステル及びセルロースの紡糸液において行われる。
【００１１】
いわゆるフラッシュは、顔料の処理又は製造の際に行われる。
【００１２】
固体の後凝縮は、ポリエステル及びポリアミドの製造又は処理において行われる。すなわち、例えばセルロース繊維などの繊維を溶剤と共に処理するスラリー化、塩、精密化学品、ポリオール、アルコキシドを処理する溶融物又は溶液からの結晶化、シリコーン、連結剤、フライアッシュを重合化混合するコンパウンド化又は混練、高分子懸濁液の（特に連続的）凝析処理に用いられる。
【００１３】
混練において、別のバッチ又は連続の操作、例えば、加熱、乾燥、溶融、結晶化、混合、脱気、反応を組み合わせてもよい。それによって、高分子、エラストマー、無機製品、残滓、薬物、食料品、印刷用インクが製造又は処理される。
【００１４】
混練機において、減圧昇華又は凝縮もでき、例えば、アントラキノン、金属塩化物、金属有機結合などの中間製品が精製される。更に医薬中間体の製造も可能である。
【００１５】
例えばアントラキノン、精密化学製品などの有機中間製品では、担体ガスが連続的に凝縮される。
【００１６】
基本的には、一軸と二軸の混練機は異なったものである。一軸の混練機は特許文献１〜３に記載されている。この場合には、ハウジング内に円板が取付けられた回転軸の周りを回転する１つの軸が備えられている。円板は、生成物を搬送する。ハウジングには、円板の間にその対向部材が動かないように取付けられている。円板は軸に垂直な平面に取付けられ、隣り合った円板の間に混練空間を形成する。
【００１７】
多軸の混練機は特許文献４に記載されている。その混練機には、第一の軸に円板が備えられ、円板の間に軸方向に配列された混練棒が配置されている。円板の間には他の軸の枠状に形成された混合・混練部材が噛み合っている。この、混合・混練部材が、第一の軸の円板と混練棒を清浄にしている。２つの軸の混練棒が、ハウジングの内壁を清浄にしている。
【００１８】
従来の混練機は例えば、特許文献５に記載されている。その混練機では、ハウジング内に２つの平行な軸が逆又は同一方向に回転している。そこでは、円板に取り付けられた混合棒が一緒に作動している。混合棒は、混合する機能以外に、ハウジングの製品が触れる面、軸及び円板をできるだけ清浄にして且つ混合されない部分が無いようにする役割がある。
【００１９】
特許文献６にも混練機が記載され、混練棒が軸方向にできるだけ伸張するように担持部材が混練棒の領域に凹部を形成している。このような混練機には、ハウジング及び軸の製品に触れる面を自浄する作用があるが、担持部材は混練棒の軌跡を受け入れる必要があるので形状が複雑になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】オーストリア特許第３３４３２８号明細書
【特許文献２】スイス特許出願公開第６５８７９８号明細書
【特許文献３】スイス特許出願公開第６８６４０６号明細書
【特許文献４】スイス特許出願公開第５０６３２２号明細書
【特許文献５】欧州特許第０５１７０６８号明細書
【特許文献６】独国特許出願公開第１９９４０５２１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
本発明は、原料又は生成物における反応工程を改良することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
原料をハウジング内に投入する前に、触媒と混合することにより本発明の課題が解決される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】原料を反応器へ投入する方法を示す模式図
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の目的である方法は、触媒反応に基づいたものであり、生成量、すなわち反応器の大きさ又は混合物の滞留時間は、反応器内の原料、生成物及び触媒の濃度により決まる。原料及び生成物、並びに触媒は、十分に混合するか、互いに溶け合うようにする必要がある。
【００２５】
モノマー又は他の原料の触媒重合又は反応の収率を高くするには、そのやり方が重要となる。中間生成物が全く生成しないか、短時間しか生成しない反応が重要である。その例として、触媒によるラクチドの開環重合により得られるポリラクチド（ＰＬＡ）が知られている。
【００２６】
このような反応では、モノマーを触媒と強く予備混合してから重合させることが一般的である。最終生成物は粘性があり、そのため流れ難いので、重合反応は連続で行うことが多い。従来は、水平混練機、スクリュー式押出機、撹拌槽又はスタティックミキサーを備えた環状反応器（Ｒｉｎｇｒｅａｋｔｏｒ）が用いられていた。これら全ての反応器では、重合反応中に重合物と触媒及びモノマーと混合が確実に行われる必要がある。混合が確実の場合にのみ、分子量の大きなＰＬＡの生成が可能である。反応器の形式により収率は異なるが、反応速度の一次近似が、触媒濃度に比例することは共通である。残念ながら、毒性のある分解生成物が生ずる可能性のある亜鉛ベースの触媒が最良である。従って、触媒の濃度を制限すべきであるが、反応時間を長くする必要がある。これにより、反応時間が長くなると同時に、望ましくない副反応が生じて生成物の特性が低下する。副反応は、温度を下げることにより対処できるが、反応速度が遅くなる。
【００２７】
本発明による方法は、触媒を原料の一部と混合して重合反応器に供給することにより、上記の触媒の制限の問題を改善する。触媒濃度が高められるので、反応速度が速くなる。この触媒の混合は、全部の原料が混合されるまで繰返して反応させる。触媒の濃度が同一の場合には、予め原料は触媒と完全に混合すべきであるが、最初は反応が速い。
【００２８】
以下、本発明の利点、特徴及び詳細について、図面を用いて説明する。
【実施例】
【００２９】
本発明の考え方は連続工程において、効果がより明確になる。連続的な方法では、全ての反応空間を利用できる。第１の投入位置に必要な滞留時間を短くすると、第２の投入位置までの距離を減らすことができる。同じことが次の投入位置にも適用できる。一例として、一触媒の濃度に比例する一次反応が挙げられる。従って、触媒量をファクター約３で減少させると、必要な滞留時間は３倍となる。しかしながら、図１に示すように、３つの投入位置にそれぞれ同一量分配する場合には、第１と第２の投入位置の間隔は反応器全長の２５％、第２と第３の投入位置の間隔を２５％とすると、滞留時間の増加は（２００％の代わりに）約３５％しか必要としない。
【００３０】
連続工程において、部分的に逆混合すると、個々の投入位置付近の収率及び温度を設定できるとの利点もある。多くの反応は発熱反応であり、正確な温度管理が必要となる。逆混合方法では、工程の始動時に温度を設定でき、それにより得熱収支が保たれる。投入位置が１つであると、温度の設定のみができる。反応器の下流の投入物との逆混合が十分でない部分は、先行する逆混合部分からの原料及び生成物の投入部となり、独立して調整できなくなる。複数の投入位置が在る場合には、他の投入位置の滞留時間及び投入量を制御することにより、反応空間全体に渉って収率及び温度を調整できる。このため、個々の防護が必要となる。
【００３１】
部分逆混合反応器は、例えば、軸方向の混合が軸又はハウジングへ取付けた妨害部材を備えた大容量の水平式混練機である。この装置は、径方向並びに接線方向の混合効果を備えている。生成物の流れそれによる逆混合の方向は軸方向となる。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年4月4日(2014.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの添加位置又は投入位置を備えたハウジングに原料又は生成物を投入し、原料と少なくとも１つの触媒とを混合して所望の収率で生成物を得る物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
本発明は、原料又は生成物における反応工程を改良することを目的としている。更に、反応速度を大きく低下させずに、できるだけ少ない触媒を用いる反応工程を提供する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの投入位置を備えたハウジング内において原料又は生成物の物理的、化学的及び／又は熱的工程を実行する方法であって、
生成物が所望の収率まで反応するように、前記原料に少なくとも１つの触媒が混合され、
前記原料は複数の投入位置において、異なった時点に及び／又は異なった量が前記ハウジングに投入され、
前記触媒の全量又は大部分は、反応器に投入される原料と共に投入されるか、又は連続工程においては最初の投入位置において投入されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記原料の一部は、ハウジング内に投入する前に前記触媒と混合されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
バッチ工程では、前記原料は前記触媒と共に分割されて反応器に時間をおいて投入されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
連続工程では、前記原料は前記触媒と共に、異なった投入位置から反応器に投入されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記投入位置の間において軸又はハウジングに取付けた部材により逆混合が阻止されるか又は停止されることを特徴とする請求項４の記載の方法。
【請求項６】
前記反応器における反応は重合反応であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記重合反応は、開環重合反応であることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
反応の開始に反応開始剤が添加されることを特徴とする請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
ハウジング内の軸に取付けられた混練・清掃部材を用いて、請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の方法を実行する装置であって、
前記軸に取付けられた混練・清掃部材は、軸の周りの回転の際に互いに噛み合い、少なくとも２つの投入位置を備えることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
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