JP4278245B2 - Stir polymerization equipment - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は攪拌重合装置、特に均一な重合反応を促進可能な攪拌重合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の重合装置は、一般的に、三口または四口フラスコを用いて、各口に攪拌機、冷却管、また必要に応じて温度計、重合開始剤やモノマー溶液等を入れた添加漏斗が装着される。また、上記フラスコは、重合反応を促進するために、湯浴やジャケットを用いて外部から冷却または加温されている。
【0003】
また、上記攪拌機として、通常1枚または複数羽根を取り付けた回転型の攪拌機が用いられている。この攪拌機の回転速度を変えることによって、重合物の重合度や重合分布を制御することができることが知られている。例えば、ラジカル重合反応の場合は、重合開始剤によってラジカル化されたモノマー同士の衝突頻度を制御することによって重合度等を制御でき、またアニオン重合またはカチオン重合の場合には、重合触媒によってイオン化されたモノマー同士の衝突頻度によってを制御することによって重合度等を制御できる。また、乳化重合または懸濁重合反応の場合は、攪拌機の回転速度に応じて、エマルションの粒径または懸濁滴の粒径が変化する。これによって、これらのエマルションまたは懸濁滴に含まれる重合開始剤または重合触媒とモノマーとの含有量が変化し、重合度等を制御することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の回転型攪拌機では、回転数をあげたとしてもフラスコ内の流体の混合または乱流度合いに限界がある。このため、例えば、低分子量の重合物を製造する場合には、回転数だけでは制御しきれないため、溶液中のモノマー濃度を低くしたり、また分子量分布を極めて狭くするという場合、特に重合開始剤または重合触媒(以下、これらを「重合開始剤等」と略す)の種類を選定して行ったりする必要があった。
【0005】
従って、低分子量の重合物を製造する場合には、1回に得られる重合物の収量が少なく効率的ではないという問題があった。また、分子量分布の狭い重合物を得るためには、上述したように、要求に応じた重合開始剤等を選定する必要があるが、汎用の重合開始剤を用いることができない場合、特注または高価な重合開始剤等を使用しなければならず、重合物の製造コストが高くなるという問題があった。
【0006】
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、攪拌効率を向上させることによって、経済性に優れた重合物製造のための重合装置及び重合方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、本発明にかかる攪拌重合装置は、以下の特徴を有する。
【0008】
(1)流入口と流出口とを有し重合溶液を内部に流通させる導管と、前記導管内にその軸方向に沿って細動自在に支持され、軸とその周囲の径方向に突出形成された複数の攪拌羽根を有する攪拌体と、前記攪拌体の一端に結合され、前記攪拌体にその軸方向の細動運動を与える振動源と、前記導管を多段に仕切ると共に、流体を流通させる流通孔が形成された仕切板と、前記仕切板で仕切られた複数の混合室と、前記混合室に少なくとも1つ設けられた注入口と、を有し、導管内で前記攪拌体を所定モードで細動させ、前記攪拌羽根による流体の流れの分散合流の繰り返しと、前記攪拌羽根の細動による流体の振動によって前記重合溶液を攪拌することによって、重合反応を促進させることを特徴とする。
【0009】
攪拌羽根を細動させて、重合溶液を振動攪拌させることにより、溶液の攪拌効率が向上するため、重合反応が均一化し、例えば分子量分布の狭い重合物を汎用の重合開始剤により行うことが可能となり、1回の重合反応で得られる低分子重合物の収量を増大することが可能となる。また、上記仕切板によって、攪拌羽根と仕切板との間に渦流が発生し、重合溶液の攪拌効率が更に向上する。さらに、重合条件に応じて、混合室に設けられた少なくとも1つの注入口より、連続的にまたは逐次的にモノマーや重合開始剤等を導管内に導入することができる。
【0014】
(2)上記(1)に記載の攪拌重合装置において、更に、前記導管の外周には、冷却または加温可能なジャケットが設けられていることを特徴とする。
【0015】
例えば、アニオン重合やカチオン重合は、連鎖反応を考慮して通常低温で行われる。一方、ラジカル重合、乳化重合及び懸濁重合は、重合開始を促進する場合には温度を上げ、重合が進行して連鎖反応に移行した場合及び連鎖反応を終結させる場合には、重合温度を下げる必要がある。従って、上述のように、導管の外周に冷却または加温可能なジャケットを設けることによって、重合反応の重合条件に応じて適切な温度設定を行うことができる。
【0016】
(3)上記(1)又は(2)に記載の攪拌重合装置において、前記攪拌重合装置は、それぞれ流入口と流出口とを連結して、複数連結させたことを特徴とする。
【0017】
上述のように、攪拌重合装置を複数連結させることによって、重合度、重合分布、モノマーの残存量等を経時観察しながら、逐次重合開始剤等を添加して所望の重合物を得ることができる。
【0018】
(4)上記(1)から(3)のいずれかに記載の攪拌重合装置において、前記振動源の振動数を制御することによって、重合反応を制御することを特徴とする。
【0019】
振動数を変えることによって、攪拌条件を変化させることができる。従って、例えば乳化重合の場合には、乳化粒径を変化させて重合度を変えることが可能となったり、他の重合においても、重合度や重合分布を所望の度合いに変化させることが可能となる。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図を用いて説明する。
【0026】
実施の形態1.
図1は、本実施の形態に係る攪拌重合装置100の右半分が断面図として表された全体構成図である。
【0027】
図1において、導管10は円筒状に形成されており、その下方開口が流入口12とされている。また、導管10に上部には流出口14が形成されており、流入口12から流入した流体は、導管10内を通り、流出口14から排出される。
【0028】
一方、導管10の内部には、攪拌体20が挿入されている。この攪拌体20は、軸部22と攪拌羽根24からなっている。
【0029】
そして、軸部22は導管10の上方へ伸び振動源30に接続されている。振動源30は、一対のモータ40と、このモータ40の出力軸42に取り付けられたカム機構からなっている。そして、カム機構は、出力軸42が偏心して取り付けられた回転部52と、この回転部52の偏心回転によって揺動する揺動部54を有している。そこで、揺動部54の揺動が連結部56を介して軸部22に上下振動として伝えられる。
【0030】
また、導管10と振動源30の接続部60には、2つのダイヤフラム62,64が設けられており、導管10内に流通する流体が振動源30に向けて侵入するのを防止している。ここで、2つのダイヤフラム62,64はパイプ上の連結材70によってある程度の範囲が一体的に移動するように接続されており、上部のダイヤフラム64は付勢部材72によって所定の圧力で下方に向けて付勢されている。従って、導管10内の圧力がある程度高くなっても付勢部材72の付勢力によって、これに対向できるようになっている。なお、付勢部材72はネジ74とバネ76からなっており、付勢力をバネ76の移動により調整できるようになっている。
【0031】
従って、流入口12より、重合反応に用いる2液以上の重合溶液が流入し、導管10内を流出口14に向けて攪拌振動しながら流通する。そして、この状態において、振動源30によって攪拌体20が上下に振動される。そこで、導管10内に流通する流体である重合溶液は、振動する攪拌体20との接触によって十分に攪拌振動される。ここで、上記重合溶液とは、例えば液状モノマー、モノマーを溶媒に溶解したモノマー液、重合開始剤を溶媒に溶解した重合開始剤溶液、重合触媒を溶媒に溶解した重合触媒溶液などの重合反応に用いる溶液をいう。また、上述の重合溶液から、所望の重合物を得るために必要な2液以上を選択して流入口12より導入する。
【0032】
実施の形態2.
図2には、本実施の形態に係る他の攪拌重合装置110の下部の断面図が示されている。なお、実施の形態1と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0033】
導管11内には、重合溶液を流通させる流通路16が設けられている。また、導管11には、複数個の円筒状のパイプ10aと各パイプ10a同士を接続する接合部に介在させる仕切板32が設けられ、パイプ10aと仕切板32とを交互に積み重ねることにより導管11は多段に仕切られる。すなわち、パイプ10a同士を繋ぐ接続部には、周縁の内径がパイプ10aの外径と略同一の大きさで嵌合可能に構成された円盤状の仕切板32が挟み込まれている。そして、仕切板32によって仕切られた導管11内の各空間は、混合室18となる。また、パイプ10aの上下の端面には、仕切板32との接触を確実にし、液体の漏れを防止するためにパッキング36が施されている。なお、パイプ10aと仕切板32とで多段に構成された導管11は、その上下端部をシャフト28aとナット28bとからなる固定具により一体的にか締め固定されている。この固定具は、図2では1個しか図示されていないが、か締め固定の度合いに応じて複数個の固定具を用いることが好ましい。仕切板32の中央には、軸筒26が挿入可能な丸穴34が形成され、この丸穴34は流体を流通させる流通穴を兼用している。
【0034】
このような攪拌重合装置110においては、重合溶液が導管11内部に流通された状態で攪拌体20が上限振動し、流通路16にて攪拌重合が行われる。その際、重合溶液は攪拌体20及び仕切板32と衝突し、また仕切板32の流通穴を兼ねる丸穴34を通って重合溶液が流通されるため、重合溶液の流通速度が制限される。そして、この状態で攪拌体20が上下振動されるため、更に十分な攪拌振動効果が得られる。
【0035】
更に、仕切板32で仕切られた混合室18には、少なくとも1つ以上連通する注入口90が設けられている。図2では、導管11の中央部に設けられた1つの混合室18に注入口90が形成されているが、これに限るものではなく、導管11の4つの混合室18のそれぞれに注入口90を形成してもよいし、1つの混合室18に複数の注入口90を形成してもよい。これにより、注入口90を介して、重合反応を促進される添加剤を連続的または逐次的に導管11内に導入することができる。
【0036】
実施の形態3.
図3には、本実施の形態に係る他の攪拌重合装置120の右半分の断面図が示されている。なお、実施の形態1と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【0037】
本実施の形態では、導管10の外周に、冷却または加温可能なジャケット80が設けられている。そして、ジャケット80には、ジャケット内に熱媒体、例えば冷媒や温水を流入されるための流入口82と、熱媒体を排出する流出口84とが設けられている。なお、流出口84から排出された熱媒体は、図示しない恒温装置内で、一定の温度に保持された後、流入口82に再循環されてもよい。
【0038】
本実施の形態のように、重合反応を行う導管10内を所定の低温または高温に保つことによって、低温(例えば−30℃〜20℃)で行われるアニオン重合やカチオン重合、および重合反応において低温と高温の両方の温度設定が必要なラジカル重合、乳化重合及び懸濁重合のような複数の重合反応を行うことができる汎用性に富む重合装置となる。
【0039】
なお、本実施の形態では、上述の実施の形態1に示す構造の導管10部分にジャケット80を装着したが、これに限るものではなく、上述の実施の形態2に示す構造の導管11の部分にジャケット80を装着してもよい。
【0040】
実施の形態4.
図4には、本実施の形態の他の攪拌重合装置を適用した重合システムが示されている。
【0041】
槽200a,200bには、異なる種類の重合溶液がそれぞれ貯留されている。例えば、ラジカル重合、懸濁重合、アニオン重合またはカチオン重合の場合には、両槽200a,200bに溶媒に可溶または分散、乳化可能なモノマーを溶解した重合溶液が貯留されている。乳化重合の場合には、どちらかの槽に更に乳化剤が添加される。
【0042】
一方、槽200cには、重合開始剤または重合触媒を溶媒に溶解した重合開始剤溶液が貯留されている。
【0043】
上述の溶媒としては、水及び有機溶媒を含み、有機溶媒としては、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族溶媒が好ましいが、これに限るものではない。
【0044】
また、モノマーとしては、例えばアクリルアミド、メタクリルアミド等の不飽和脂肪酸アミド類や、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和脂肪酸類や、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソアミル、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ベンジル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタジエン、(メタ)アクリル酸アダマンチル、(メタ)アクリル酸ニルホラン、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル等の不飽和脂肪酸エステル類、酢酸ビニル、n−メチルピロリドン、ビニルピリジン、ブタジエン、スチレン、スチレンスルホン酸、不飽和脂肪酸のスルホン酸エステル類などが挙げられる。
【0045】
ラジカル重合、懸濁重合、乳化重合に用いられる重合開始剤としては、例えば過酸化カリウム、過酸化ナトリウム等の過酸化物や、クメンハイドロパーオキサイド、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド等のパーオキサイド化合物や、パーエステル化合物や、パーカーボネート化合物や、α,α’−アゾビスイソブチロニトリル、α,α’−アゾビス(ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物などが挙げられる。
【0046】
アニオン重合では、重合触媒として、アルカリ金属、金属水酸化物、グリニャール試薬などの求核試薬が用いられる。また、カチオン重合では、重合触媒として、プロトン酸、ハロゲン化金属、安定カルボニウムイオンなどが用いられる。
【0047】
乳化重合の際に用いられる乳化剤としては、例えばイソステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、アルギン酸、ノナデカン酸、n−トリデカン酸、ラルリン酸、ウンデカン酸等のソルビタン高級脂肪酸や、ロジン石鹸、脂肪酸石鹸、アルキルベンゼンスルホン酸石鹸、アルキルスルホン酸石鹸等を用いることができる。
【0048】
必要に応じて、分子量調整剤、無機塩水溶液等を用いることができる。分子調整剤としては、例えばターシャリドデシルメルカプタン、ノルマルドデシルメルカプタン等を用いることができ、無機塩水溶液としては、例えば重曹、硫酸ナトリウム、食塩、塩化カリウム、ピロリン酸ソーダ等を用いることができる。 なお、本発明の攪拌重合装置を使用し、従来の重合に用いるモノマーや重合開始剤等を用い、公知の重合反応を行って、所望の重合物を得ることもできる。
【0049】
次に、本実施形態を用いた重合方法について説明する。
【0050】
共重合体を製造する場合には、槽200a,200bに貯留されている異なる種類の重合溶液が、それぞれポンプ71a,71bによって攪拌重合装置110に供給され、振動源30の振動によって2液は流入口12a,12bから吸引され、導管11内で攪拌体20によって攪拌混合、攪拌懸濁または攪拌乳化される。更に、槽200cに貯留されている重合開始剤溶液は、ポンプ71cによって注入口90に供給され、振動源30の振動によって注入口90から吸引され、導管11内で攪拌体20によって既に攪拌された重合溶液と攪拌混合される。そして、重合が開始した重合液は流出口14から排出される。
【0051】
導管11を通過しただけでは、重合収率、重合度等が不十分の場合には、更にポンプ71dを用いて再度重合液を流入口12cを介して導管11内に供給し、重合収率や重合度等をあげることができる。
【0052】
なお、ホモポリマーを製造する場合には、槽200aにモノマー溶液を貯留し、一方槽200cに開始剤溶液を貯留して、上述同様に、両液をポンプ71a,71bによって攪拌重合装置110に供給し、振動源30の振動によって2液は流入口12a,12bから吸引し、導管11内で攪拌体20によって攪拌混合して重合反応を行うことができる。そして、重合が開始した重合液は流出口14から排出される。重合が不十分であった場合には、ポンプ71dを用いて再度重合液を流入口12cを介して導管11内に供給し、重合収率や重合度等をあげることができる。
【0053】
本実施の形態において、攪拌混合される溶液の流量および2液の混合比は、各バルブ70a〜70dの開度によって調節される。
【0054】
なお、本実施の形態では、実施の形態2の攪拌重合装置を用いたが、実施の形態1または3の攪拌重合装置を用いてもよい。以下の他の実施の形態についても同様である。
【0055】
実施の形態5.
図5には、実施の形態1で説明した攪拌重合装置が複数連結されている多段攪拌重合装置を用いた重合システムが示されている。なお、実施の形態1〜4に記載された構成要素と同一の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。また、本実施の形態の複数連結攪拌重合装置による重合方法では、上述の実施の形態4にて説明した、モノマー、溶媒、開始剤等、乳化剤などを用いることとし、その説明はここでは省略する。
【0056】
共重合体を製造する場合には、A槽およびB槽に、異なる種類の重合溶液が貯留されている。そして、これらの重合溶液は、それぞれポンプ50a,50bによって攪拌重合装置100aに供給され、振動源30の振動によって2液は流入口12a,12bから吸引され、導管10内で攪拌体20によって攪拌混合、攪拌懸濁または攪拌乳化され、流出口14より排出される。流出口14から排出された攪拌混合液は、攪拌重合装置100bの流入口12aより吸引され、更に攪拌混合される。そして、十分に攪拌混合された溶液は、攪拌重合装置100mの流入口12aより吸引される。一方、C槽には、開始剤溶液が貯留されており、ポンプ50cによって攪拌重合装置100mに流入口12bを介して供給される。
【0057】
開始剤溶液と混合され重合が開始された重合液は流出口14から排出され、その後複数の攪拌重合装置n、・・・、攪拌重合装置xを経てD槽にて重合が停止される。
【0058】
なお、攪拌重合装置xを経た重合液を更に図示しない攪拌重合装置に導入すると共に、予め用意しておいた停止剤含有溶液も攪拌重合装置に導入することによって、重合を停止させてもよい。
【0059】
また、上記製造方法は、2種類のモノマーを用いた重合に関して述べたが、例えば3種類以上のモノマーを逐次添加して、例えばグラフト重合等の重合を行う場合には、多段の各攪拌重合装置にモノマーを流入口から導入することによって、達成することができる。また、実施の形態2の攪拌重合装置を用いれば、逐次開始剤等を追加添加することができ、分子量分布を狭くコントロールすることも、容易になるとともに、重合物の収率を向上させることができる。また、乳化重合を行う場合には、A槽またはB槽のいずれかに、上述の乳化剤を予め添加しておいてもよい。
【0060】
また、アニオン重合またはカチオン重合の場合には、実施の形態3の攪拌重合装置を用い、多段配置することによって、所望の重合物を得ることができる。
【0061】
なお、攪拌混合される溶液の流量および各溶液の混合比は、各バルブ60a〜70cの開度によって調節される。
【0062】
実施の形態6.
図5では、攪拌重合装置が起立させて(縦置き)複数並列に連結されていたが、本実施の形態では、図6に示すように、実施の形態1で説明した攪拌重合装置が寝かせて(横置き)並列で連結されている多段攪拌重合装置となっている。なお、実施の形態1〜5に記載された構成要素と同一の構成には同一の符号を付しその説明を省略する。また、本実施の形態の並列連結攪拌重合装置による重合方法では、上述の実施の形態4にて説明した、モノマー、溶媒、開始剤等、乳化剤などを用いることとし、その説明はここでは省略する。
【0063】
攪拌重合装置の置き方によって、流通する流体の乱流度合い等が変化するため、所望の重合物を得るために攪拌混合具合を考慮して、縦置きまたは横置きを選択することが好ましい。
【0064】
なお、上記実施の形態1〜6に示された攪拌重合装置として、バイブロミキサー(登録商標、冷化工業株式会社製)を用いることが好適である。また、バイブロミキサーの攪拌体は、スクリュー型であっても、ディスク型であってもよい。また、攪拌体の攪拌羽根に複数の貫通穴が設けられていてもよい。
【0065】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る攪拌重合装置によれば、攪拌羽根を細動させて、重合溶液を振動攪拌させることにより、溶液の攪拌効率が向上するため、重合反応が均一化し、例えば分子量分布の狭い重合物を汎用の重合開始剤により行うことが可能となったり、1回の重合反応で得られる低分子重合物の収量を増大することが可能となる。
【0066】
また、導管内に仕切板を設けて混合室と注入口を設けることによって、攪拌羽根と仕切板との間に渦流が発生し、重合溶液の攪拌効率が更に向上する。また、重合条件に応じて、混合室に設けられた少なくとも1つの注入口より、連続的にまたは逐次的にモノマーや重合開始剤等を導管内に導入することができる。
【0067】
更に、導管の外周に冷却または加温可能なジャケットを設けることによって、重合条件に最適な温度で重合反応を行うことができる。
【0068】
また、攪拌重合装置を並列連結させることによって、重合度、重合分布、モノマーの残存量等を経時観察しながら、逐次重合開始剤等を添加して所望の重合物を得ることができる。
【0069】
また、本発明にかかる攪拌重合方法によれば、振動攪拌、特に常時振動攪拌を行うことにより、攪拌効率が向上するため、上述したように、例えば重合物の収量を下げることなく、または汎用の重合開始剤等を用いて所望の重合物を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る攪拌重合装置の一実施例の構成を示す要部断面図である。
【図2】 本発明に係る攪拌重合装置の他の実施例の構成を示す断面図である。
【図3】 本発明に係る攪拌重合装置の他の実施例の構成を示す要部断面図である。
【図4】 図2に示された攪拌重合装置を適用した重合システムを示す図である。
【図5】 本発明に係る多段攪拌重合装置を用いた重合システムの一例を示す図である。
【図6】 本発明に係る多段攪拌重合装置を用いた重合システムの他の例を示す図である。
【符号の説明】
10,11 導管、12,12a,12b,12c 流入口、14 流出口、16 流通路、18 混合室、20 攪拌体、22 軸部、24 攪拌羽根、32 仕切板、70a,70b,70c,70d バルブ、71a,71b,71c,71d ポンプ、90 注入口、200a,220b,200c 槽。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is stirring polymerization equipment relates especially capable promote uniform polymerization reaction stirred polymerization equipment.
[0002]
[Prior art]
Conventional polymerization apparatuses are generally equipped with a three-neck or four-neck flask, each equipped with a stirrer, a cooling tube, and an addition funnel containing a thermometer, a polymerization initiator, a monomer solution, etc. as necessary. The The flask is cooled or heated from the outside by using a hot water bath or a jacket in order to promote the polymerization reaction.
[0003]
Further, as the agitator, a rotary agitator equipped with one or a plurality of blades is usually used. It is known that the polymerization degree and polymerization distribution of a polymer can be controlled by changing the rotation speed of the stirrer. For example, in the case of radical polymerization reaction, the degree of polymerization can be controlled by controlling the collision frequency of monomers radicalized by a polymerization initiator, and in the case of anionic polymerization or cationic polymerization, it is ionized by a polymerization catalyst. The degree of polymerization can be controlled by controlling the collision frequency of the monomers. In the case of emulsion polymerization or suspension polymerization reaction, the particle size of the emulsion or the particle size of the suspension droplets changes according to the rotational speed of the stirrer. As a result, the contents of the polymerization initiator or polymerization catalyst and monomer contained in these emulsions or suspension droplets change, and the degree of polymerization and the like can be controlled.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, with the above-described rotary stirrer, there is a limit to the degree of mixing or turbulence of the fluid in the flask even if the number of rotations is increased. For this reason, for example, when producing a polymer having a low molecular weight, it cannot be controlled only by the number of rotations. Therefore, when the monomer concentration in the solution is lowered or the molecular weight distribution is extremely narrow, the polymerization starts. It was necessary to select a kind of an agent or a polymerization catalyst (hereinafter abbreviated as “polymerization initiator”).
[0005]
Therefore, when producing a low molecular weight polymer, there is a problem that the yield of the polymer obtained at one time is small and not efficient. Further, in order to obtain a polymer having a narrow molecular weight distribution, it is necessary to select a polymerization initiator or the like according to the request as described above. However, when a general-purpose polymerization initiator cannot be used, it is custom-made or expensive. There was a problem that the manufacturing cost of the polymer increased.
[0006]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a polymerization apparatus and a polymerization method for producing a polymer having excellent economic efficiency by improving the stirring efficiency. .
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the stirring polymerization apparatus according to the present invention has the following characteristics.
[0008]
(1) A conduit having an inflow port and an outflow port for allowing the polymerization solution to flow therethrough, supported in the conduit so as to be able to fibrillate along its axial direction, and protruding in the radial direction around the shaft and its periphery. A stirring body having a plurality of stirring blades, a vibration source coupled to one end of the stirring body and imparting an axial fibrillation motion to the stirring body, and a flow for partitioning the conduit in multiple stages and circulating fluid A partition plate having holes formed therein, a plurality of mixing chambers partitioned by the partition plate, and an inlet provided in at least one of the mixing chambers, and the agitator in a conduit in a predetermined mode. The polymerization reaction is promoted by agitating and repeating the dispersion and merging of the fluid flow by the stirring blades and stirring the polymerization solution by vibrations of the fluid caused by the stirring blades.
[0009]
The stirring efficiency of the solution is improved by shaking the stirring blade and the polymerization solution is vibrated, so that the polymerization reaction becomes uniform and, for example, a polymer having a narrow molecular weight distribution can be performed using a general-purpose polymerization initiator. and it becomes possible to increase the yield of low-molecular polymer obtained by a single polymerization reaction. Further, the partition plate generates a vortex between the stirring blade and the partition plate, and the stirring efficiency of the polymerization solution is further improved. Furthermore, depending on the polymerization conditions, a monomer, a polymerization initiator, or the like can be introduced into the conduit continuously or sequentially from at least one inlet provided in the mixing chamber.
[0014]
( 2 ) The stirring polymerization apparatus as described in (1) above, wherein a jacket capable of cooling or heating is further provided on the outer periphery of the conduit.
[0015]
For example, anionic polymerization and cationic polymerization are usually performed at a low temperature in consideration of a chain reaction. On the other hand, in the case of radical polymerization, emulsion polymerization, and suspension polymerization, the temperature is raised when the initiation of polymerization is promoted, and the polymerization temperature is lowered when the polymerization proceeds to the chain reaction and when the chain reaction is terminated. There is a need. Therefore, as described above, an appropriate temperature can be set according to the polymerization conditions of the polymerization reaction by providing a jacket that can be cooled or heated on the outer periphery of the conduit.
[0016]
(3) In the stirring polymerization apparatus according to (1) or (2), the stirring polymerization system, by connecting the respective inlet and an outlet, characterized in that by forming several series double.
[0017]
As described above, by connecting a plurality of stirring polymerization apparatuses, a desired polymerization product can be obtained by sequentially adding a polymerization initiator or the like while observing the polymerization degree, polymerization distribution, residual amount of monomer, etc. over time. .
[0018]
( 4 ) The stirring polymerization apparatus according to any one of (1) to ( 3 ), wherein the polymerization reaction is controlled by controlling the frequency of the vibration source.
[0019]
By changing the frequency, the stirring conditions can be changed. Therefore, for example, in the case of emulsion polymerization, it is possible to change the degree of polymerization by changing the emulsion particle size, and it is also possible to change the degree of polymerization and the distribution of polymerization to a desired degree in other polymerizations. Become.
[0025]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0026]
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an overall configuration diagram in which a right half of a
[0027]
In FIG. 1, the
[0028]
On the other hand, a stirring
[0029]
The
[0030]
In addition, two
[0031]
Accordingly, two or more polymerization solutions used for the polymerization reaction flow from the
[0032]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 2 shows a cross-sectional view of the lower part of another stirred
[0033]
A
[0034]
In such a stirring
[0035]
Further, the mixing
[0036]
Embodiment 3 FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the right half of another stirred
[0037]
In the present embodiment, a
[0038]
As in the present embodiment, by keeping the inside of the
[0039]
In the present embodiment, the
[0040]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 4 shows a polymerization system to which another stirring polymerization apparatus of the present embodiment is applied.
[0041]
Different types of polymerization solutions are stored in the
[0042]
On the other hand, a polymerization initiator solution in which a polymerization initiator or a polymerization catalyst is dissolved in a solvent is stored in the
[0043]
Examples of the solvent include water and an organic solvent, and the organic solvent is preferably an aromatic solvent such as benzene, toluene, and xylene, but is not limited thereto.
[0044]
Examples of the monomer include unsaturated fatty acid amides such as acrylamide and methacrylamide, unsaturated fatty acids such as acrylic acid and methacrylic acid, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, (meth) Propyl acrylate, butyl (meth) acrylate, isoamyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, (meth ) Octyl acrylate, nonyl (meth) acrylate, dicyclopentadiene (meth) acrylate, adamantyl (meth) acrylate, nylphorane (meth) acrylate, dodecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) acrylate, etc. Unsaturated fatty acid esters, vinyl acetate, n-methyl pyro Don, vinylpyridine, butadiene, styrene, styrene sulfonic acid, and sulfonic acid esters of unsaturated fatty acids.
[0045]
Examples of the polymerization initiator used for radical polymerization, suspension polymerization, and emulsion polymerization include peroxides such as potassium peroxide and sodium peroxide, peroxide compounds such as cumene hydroperoxide and diisopropylbenzene hydroperoxide, Examples include perester compounds, percarbonate compounds, azo compounds such as α, α′-azobisisobutyronitrile, α, α′-azobis (dimethylvaleronitrile), and the like.
[0046]
In anionic polymerization, a nucleophilic reagent such as an alkali metal, a metal hydroxide, or a Grignard reagent is used as a polymerization catalyst. In cationic polymerization, protonic acid, metal halide, stable carbonium ion, or the like is used as a polymerization catalyst.
[0047]
Examples of emulsifiers used in emulsion polymerization include sorbitan higher fatty acids such as isostearic acid, palmitic acid, myristic acid, alginic acid, nonadecanoic acid, n-tridecanoic acid, larulinic acid, undecanoic acid, rosin soap, fatty acid soap, and alkylbenzene. A sulfonic acid soap, an alkyl sulfonic acid soap, etc. can be used.
[0048]
If necessary, a molecular weight modifier, an aqueous inorganic salt solution, or the like can be used. Examples of the molecular modifier include tertiary decyl mercaptan and normal dodecyl mercaptan, and examples of the inorganic salt aqueous solution include sodium bicarbonate, sodium sulfate, sodium chloride, potassium chloride, and sodium pyrophosphate. In addition, a desired polymerization product can also be obtained by performing a known polymerization reaction using a monomer and a polymerization initiator used in conventional polymerization using the stirring polymerization apparatus of the present invention.
[0049]
Next, the polymerization method using this embodiment will be described.
[0050]
In the case of producing a copolymer, different types of polymerization solutions stored in the
[0051]
If the polymerization yield, degree of polymerization, etc. are insufficient only by passing through the
[0052]
When producing a homopolymer, the monomer solution is stored in the
[0053]
In the present embodiment, the flow rate of the solution to be stirred and mixed and the mixing ratio of the two liquids are adjusted by the opening degrees of the
[0054]
In this embodiment, the stirring polymerization apparatus of Embodiment 2 is used, but the stirring polymerization apparatus of Embodiment 1 or 3 may be used. The same applies to other embodiments described below.
[0055]
Embodiment 5 FIG.
FIG. 5 shows a polymerization system using a multistage stirring polymerization apparatus in which a plurality of stirring polymerization apparatuses described in the first embodiment are connected. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the component described in Embodiment 1-4, and the description is abbreviate | omitted. Further, in the polymerization method using the multiple linked stirring polymerization apparatus of the present embodiment, the monomers, solvents, initiators, emulsifiers and the like described in the above-described Embodiment 4 are used, and the description thereof is omitted here. .
[0056]
In the case of producing a copolymer, different types of polymerization solutions are stored in the A tank and the B tank. These polymerization solutions are supplied to the stirring
[0057]
The polymerization solution mixed with the initiator solution and started to be polymerized is discharged from the
[0058]
The polymerization may be stopped by introducing the polymerization solution that has passed through the stirring polymerization apparatus x into a stirring polymerization apparatus (not shown) and introducing a prepared stopper-containing solution into the stirring polymerization apparatus.
[0059]
Moreover, although the said manufacturing method was described regarding the superposition | polymerization using two types of monomers, when adding three or more types of monomers sequentially, for example, when superposing | polymerizing, such as graft polymerization, each multistage stirring polymerization apparatus This can be achieved by introducing the monomer into the inlet from the inlet. Moreover, if the stirring polymerization apparatus of Embodiment 2 is used, a sequential initiator etc. can be additionally added, it becomes easy to control molecular weight distribution narrowly, and it can improve the yield of a polymer. it can. Moreover, when performing emulsion polymerization, you may add the above-mentioned emulsifier previously to either A tank or B tank.
[0060]
In the case of anionic polymerization or cationic polymerization, a desired polymer can be obtained by using the stirring polymerization apparatus of Embodiment 3 and arranging in multiple stages.
[0061]
The flow rate of the solution to be stirred and mixed and the mixing ratio of each solution are adjusted by the opening degree of each
[0062]
Embodiment 6 FIG.
In FIG. 5, the stirring polymerization apparatus is erected (vertically placed) and connected in parallel, but in this embodiment, as shown in FIG. 6, the stirring polymerization apparatus described in the first embodiment is laid down. (Horizontal installation) It is a multistage stirring polymerization apparatus connected in parallel. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the structure same as the component described in Embodiment 1-5, and the description is abbreviate | omitted. Further, in the polymerization method using the parallel coupled stirring polymerization apparatus of the present embodiment, the monomer, solvent, initiator, etc., emulsifier, etc. described in the above-described fourth embodiment are used, and the description thereof is omitted here. .
[0063]
Since the degree of turbulent flow of the flowing fluid changes depending on how the stirring polymerization apparatus is placed, it is preferable to select vertical placement or horizontal placement in consideration of the state of stirring and mixing in order to obtain a desired polymer.
[0064]
In addition, it is suitable to use a Vibro mixer (registered trademark, manufactured by Chilling Industries Co., Ltd.) as the stirring polymerization apparatus shown in the first to sixth embodiments. Further, the stirring body of the vibro mixer may be a screw type or a disk type. Moreover, the some through-hole may be provided in the stirring blade of the stirring body.
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the stirring polymerization apparatus according to the present invention, the stirring efficiency of the solution is improved by vibrating the stirring blade to vibrate the stirring of the polymerization solution. It becomes possible to carry out a polymer having a narrow distribution with a general-purpose polymerization initiator, or to increase the yield of a low-molecular polymer obtained by one polymerization reaction.
[0066]
Further, by providing the partition plate in the conduit and providing the mixing chamber and the inlet, a vortex is generated between the stirring blade and the partition plate, and the stirring efficiency of the polymerization solution is further improved. Further, depending on the polymerization conditions, a monomer, a polymerization initiator, or the like can be introduced into the conduit continuously or sequentially from at least one inlet provided in the mixing chamber.
[0067]
Furthermore, by providing a jacket that can be cooled or heated on the outer periphery of the conduit, the polymerization reaction can be carried out at a temperature optimum for the polymerization conditions.
[0068]
Further, by connecting the stirring polymerization apparatus in parallel, a desired polymerization product can be obtained by sequentially adding a polymerization initiator or the like while observing the polymerization degree, polymerization distribution, residual amount of monomer, etc. over time.
[0069]
Further, according to the stirring polymerization method according to the present invention, since stirring efficiency is improved by performing vibration stirring, particularly constant vibration stirring, as described above, for example, without reducing the yield of the polymer or for general use. A desired polymer can be obtained using a polymerization initiator or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of an essential part showing the configuration of one embodiment of a stirring polymerization apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of another embodiment of the stirring polymerization apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a principal part showing a configuration of another embodiment of the stirring polymerization apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing a polymerization system to which the stirring polymerization apparatus shown in FIG. 2 is applied.
FIG. 5 is a diagram showing an example of a polymerization system using the multistage stirring polymerization apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing another example of a polymerization system using the multistage stirring polymerization apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
10, 11 Conduit, 12, 12a, 12b, 12c Inlet, 14 Outlet, 16 Flow path, 18 Mixing chamber, 20 Stirring body, 22 Shaft, 24 Stirring blade, 32 Partition plate, 70a, 70b, 70c, 70d Valve, 71a, 71b, 71c, 71d Pump, 90 inlet, 200a, 220b, 200c tank.
Claims (4)
前記導管内にその軸方向に沿って細動自在に支持され、軸とその周囲の径方向に突出形成された複数の攪拌羽根を有する攪拌体と、
前記攪拌体の一端に結合され、前記攪拌体にその軸方向の細動運動を与える振動源と、
前記導管を多段に仕切ると共に、流体を流通させる流通孔が形成された仕切板と、
前記仕切板で仕切られた複数の混合室と、
前記混合室に少なくとも1つ設けられた注入口と、
を有し、
導管内で前記攪拌体を所定モードで細動させ、前記攪拌羽根による流体の流れの分散合流の繰り返しと、前記攪拌羽根の細動による流体の振動によって前記重合溶液を攪拌することによって、重合反応を促進させることを特徴とする攪拌重合装置。A conduit having an inlet and an outlet for circulating the polymerization solution therein;
A stirrer having a plurality of stirring blades that are supported in the conduit so as to be fibrillated along the axial direction, and projecting in the radial direction around the shaft and the shaft,
A vibration source coupled to one end of the stirrer to impart axial fibrillation motion to the stirrer;
Partitioning the conduit in multiple stages, and a partition plate formed with a flow hole through which fluid flows,
A plurality of mixing chambers partitioned by the partition plate;
At least one inlet provided in the mixing chamber;
Have
The stirring body is fibrillated in a predetermined mode within the conduit, and the polymerization solution is stirred by repeating the fluid flow dispersion and merging by the stirring blades and the vibration of the fluid by the stirring blades fibrillation. A stirring polymerization apparatus characterized in that
更に、前記導管の外周には、冷却または加温可能なジャケットが設けられていることを特徴とする攪拌重合装置。In the stirring polymerization apparatus according to claim 1 ,
Furthermore, a stirring polymerization apparatus characterized in that a jacket capable of being cooled or heated is provided on the outer periphery of the conduit.
前記攪拌重合装置は、それぞれ流入口と流出口とを連結して、複数連結させたことを特徴とする攪拌重合装置。In the stirring polymerization apparatus according to claim 1 or 2 ,
The stirring polymerization system, by connecting the respective inlet and an outlet, stirring polymerization apparatus which is characterized in that by forming several series double.
前記振動源の振動数を制御することによって、重合反応を制御することを特徴とする攪拌重合装置。In the stirring polymerization apparatus according to any one of claims 1 to 3 ,
A stirring polymerization apparatus characterized in that a polymerization reaction is controlled by controlling a frequency of the vibration source.
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