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JP6677007B2 - Method for producing aliphatic polycarbonate - Google Patents

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JP6677007B2
JP6677007B2 JP2016029573A JP2016029573A JP6677007B2 JP 6677007 B2 JP6677007 B2 JP 6677007B2 JP 2016029573 A JP2016029573 A JP 2016029573A JP 2016029573 A JP2016029573 A JP 2016029573A JP 6677007 B2 JP6677007 B2 JP 6677007B2
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貴子 草▲なぎ▼
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  • Polyesters Or Polycarbonates (AREA)

Description

本発明は、脂肪族ポリカーボネートの製造方法に関し、より詳しくは、環状カーボネートの開環重合による脂肪族ポリカーボネートの製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aliphatic polycarbonate, and more particularly, to a method for producing an aliphatic polycarbonate by ring-opening polymerization of a cyclic carbonate.

近年の地球環境負荷低減への意識の高まりから分子骨格の一部に温室効果ガスの1つである二酸化炭素を固定化できる材料として、脂肪族ポリカーボネートが注目されている。   In recent years, aliphatic polycarbonates have been attracting attention as a material capable of immobilizing carbon dioxide, which is one of greenhouse gases, on a part of a molecular skeleton due to increasing awareness of reducing the burden on the global environment.

この脂肪族ポリカーボネートの合成法としては、金属配位化合物触媒の存在下、前駆体であるエポキシ化合物に二酸化炭素を直接共重合し分子量を伸張する方法(特許文献1)や、スズ化合物または有機系塩基触媒の存在下、環状カーボネートを開環重合することにより各種の脂肪族ポリカーボネートを製造する方法(特許文献2〜5)が知られている。   As a method for synthesizing this aliphatic polycarbonate, a method in which carbon dioxide is directly copolymerized with an epoxy compound as a precursor in the presence of a metal coordination compound catalyst to extend the molecular weight (Patent Document 1), a tin compound or an organic compound There are known methods for producing various aliphatic polycarbonates by ring-opening polymerization of a cyclic carbonate in the presence of a base catalyst (Patent Documents 2 to 5).

前者の合成法は例えばエチレンオキサイドのような可燃性ガスをモノマーとする場合がある。これに対し、後者の合成法は、液状のモノマーを用いて重合を行うため、前者の方法と比較すると取り扱いが容易な製造法である。
後者の合成方法としては、具体的には、例えば、開環重合性カーボネートの一種であるエチレンカーボネートやプロピレンカーボネートの開環重合によるポリエチレンカーボネートやポリプロピレンカーボネートの製造方法が検討されている。
製造された脂肪族ポリカーボネートは、例えば、繊維、シート、フィルム、粒子などに加工することができ、化粧品用途や、レジ袋用のフィルムなどへの利用が期待されている。
In the former synthesis method, a combustible gas such as ethylene oxide may be used as a monomer. On the other hand, the latter synthesis method is a production method that is easier to handle than the former method because polymerization is performed using a liquid monomer.
As the latter synthesis method, specifically, for example, a method for producing polyethylene carbonate or polypropylene carbonate by ring-opening polymerization of ethylene carbonate or propylene carbonate, which is a kind of ring-opening polymerizable carbonate, is being studied.
The produced aliphatic polycarbonate can be processed into, for example, fibers, sheets, films, particles, and the like, and is expected to be used for cosmetic applications, films for shopping bags, and the like.

このように、環状カーボネートの開環重合法は取り扱いが容易な製造法であるが、副反応として、環状カーボネート骨格中のCOが重合反応時に脱離する脱炭酸が起こり易く、分子量が所望のレベルまで上がらないという欠点がある。この副反応を抑制するために、これらの反応は一般に高圧の二酸化炭素雰囲気下、好ましくは超臨界二酸化炭素中で行われる。 As described above, the ring-opening polymerization method of a cyclic carbonate is a production method that is easy to handle. However, as a side reaction, decarbonation in which CO 2 in the cyclic carbonate skeleton is eliminated during the polymerization reaction is likely to occur, and the molecular weight is desired. There is a disadvantage that it does not go up to the level. In order to suppress this side reaction, these reactions are generally performed under a high-pressure carbon dioxide atmosphere, preferably in supercritical carbon dioxide.

しかしながら、超臨界二酸化炭素中で反応させた場合であっても、得られる脂肪族ポリカーボネートにおいては、一部のカーボネート基が脱炭酸によりエーテル化して、オキシドユニットが生成しており、生成したオキシドユニットが、ポリマー生成物のガスバリア性やUV安定性を低下させるという問題がある。
脱炭酸を抑制し、ポリマー中のオキシドユニット率を低減する方法として、触媒として、ルイス酸とルイス塩基を併用して開環重合を行う方法が開示されており、当該方法によれば、オキシドユニット率を20mol%以下に低減することができる(特許文献6)。
また、開環重合により得られるポリマーの分子量を上げる方法としては、同じ環状モノマーであるラクチドなどの重合において、ある程度重合が進行し分子量が高まった状態でモノマーを連続的に添加する方法が検討されており、環状カーボネートへの開環重合への適用も示唆されている(特許文献7)。
However, even when the reaction is carried out in supercritical carbon dioxide, in the aliphatic polycarbonate obtained, some carbonate groups are etherified by decarboxylation to form oxide units, and the generated oxide units However, there is a problem that the gas barrier property and UV stability of the polymer product are reduced.
As a method for suppressing decarboxylation and reducing the oxide unit ratio in the polymer, a method of performing ring-opening polymerization using a Lewis acid and a Lewis base in combination as a catalyst is disclosed. Rate can be reduced to 20 mol% or less (Patent Document 6).
As a method for increasing the molecular weight of a polymer obtained by ring-opening polymerization, a method of continuously adding a monomer in a state where the polymerization has progressed to some extent and the molecular weight has been increased in the polymerization of lactide or the like which is the same cyclic monomer has been studied. Thus, application to ring-opening polymerization of a cyclic carbonate has been suggested (Patent Document 7).

本発明は、環状カーボネートの開環重合により脂肪族ポリカーボネートを製造する方法において、臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下であっても、低脱炭酸率かつ高分子量のポリマーが製造可能な、脂肪族ポリカーボネートの製造方法を提供することを目的とする。   The present invention relates to a method for producing an aliphatic polycarbonate by ring-opening polymerization of a cyclic carbonate, wherein a polymer having a low decarboxylation rate and a high molecular weight can be produced even in the presence of carbon dioxide under a pressure less than a critical pressure. Another object of the present invention is to provide a method for producing an aliphatic polycarbonate.

前記課題を解決するために発明者らが鋭意検討を行った結果、環状カーボネートの開環重合において、特定の触媒系を用いることにより、驚くべきことに臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下で反応させた場合であっても脱炭酸率を低く抑えることができ、さらに、特定の条件下、二段階で開環重合を行うことにより、低分子量化を抑止できることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies by the inventors to solve the above problems, in the ring-opening polymerization of cyclic carbonate, by using a specific catalyst system, surprisingly, carbon dioxide under low pressure less than the critical pressure The present inventors have found that even when the reaction is carried out in the presence, the decarboxylation rate can be kept low, and furthermore, under specific conditions, by carrying out the ring-opening polymerization in two stages, the reduction of the molecular weight can be suppressed, and the present invention Was completed.

即ち、本発明は、臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下で環状カーボネートの開環重合により脂肪族ポリカーボネートを製造する方法であって、
少なくとも1種の環状カーボネートを含む第一のモノマーと、酸触媒と、塩基触媒と、二酸化炭素とを反応器に供給し、前記第一のモノマーを重合させる第一の工程と、
前記第一のモノマーを重合させる反応が進行している反応混合物中に、前記第一のモノマーと同種または異種の、少なくとも1種の環状カーボネートを含む第二のモノマーを供給して重合させる第二の工程とを有し、
前記第二の工程において、反応混合物中における重合反応によって形成されたポリマーの質量と第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量を100質量%としたとき、前記第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量が、3質量%以上50質量%未満である状態を維持するように前記第二のモノマーを連続的に供給することを特徴とする、脂肪族ポリカーボネートの製造方法、
に係るものである。
That is, the present invention is a method for producing an aliphatic polycarbonate by ring-opening polymerization of a cyclic carbonate in the presence of carbon dioxide under low pressure below the critical pressure,
A first step of supplying a first monomer containing at least one cyclic carbonate, an acid catalyst, a base catalyst, and carbon dioxide to a reactor to polymerize the first monomer;
In a reaction mixture in which the reaction for polymerizing the first monomer is proceeding, a second monomer containing the same or different kind of the first monomer and containing at least one kind of cyclic carbonate is supplied and polymerized. And a step of
In the second step, when the total amount of the mass of the polymer formed by the polymerization reaction in the reaction mixture, the mass of the first monomer, and the mass of the second monomer is 100 mass%, the first mass The fat is characterized in that the second monomer is continuously supplied so that the total amount of the mass of the monomer and the mass of the second monomer is maintained at 3% by mass or more and less than 50% by mass. Production method of aromatic polycarbonate,
It is related to.

本発明によれば、臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下においても、低脱炭酸率かつ高分子量のポリマーが製造可能な、脂肪族ポリカーボネートの製造方法を提供することができ、各種用途に成型加工が可能な高品質な脂肪族ポリカーボネートを低コストかつ安全に生産することができる。   According to the present invention, even in the presence of carbon dioxide under a low pressure below the critical pressure, it is possible to provide a method for producing an aliphatic polycarbonate capable of producing a polymer having a low decarboxylation rate and a high molecular weight. A high-quality aliphatic polycarbonate that can be molded for use can be produced safely at low cost.

連続式の重合工程の一例を示す系統図である。FIG. 2 is a system diagram showing an example of a continuous polymerization step. セミバッチ式の重合工程の一例を示す系統図である。It is a system diagram which shows an example of a semi-batch type polymerization process.

従来の脂肪族ポリカーボネートの合成法は、いずれも二酸化炭素の臨界圧力を超える極めて高い圧力下での反応であった。このため、当該圧力に対応した高圧設備を必要とする、及び、それら設備に伴う保安管理が必要となるため建設コストおよび維持コストが高くなるという難点があった。
また、超臨界二酸化炭素は圧力と温度で物性値が大きく変化することを特徴とするが、ラボスケールでは工業化に必要な物性データを十分に採取することが困難であり、物性値の大幅な変化に対応したプロセスの最適化や信頼性の確保が難しいという問題があった。さらには、このような高圧下の反応においては、減圧工程に時間がかかるなど、スループットの点においても課題を有していた。
このため、より低い圧力での開環重合プロセスの開発が望まれているが、低圧下の開環重合では、得られる脂肪族ポリカーボネートの分子量が低くなり、各種用途に成型加工し得るために必要な高分子量の脂肪族ポリカーボネートを得ることが困難であった。
これに対し、本件発明は臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下であっても、低脱炭酸率かつ高分子量のポリマーが製造可能な脂肪族ポリカーボネートの製造方法である。
以下、本発明について詳細に説明する。
Conventional methods for synthesizing aliphatic polycarbonates have all been reactions under extremely high pressure exceeding the critical pressure of carbon dioxide. For this reason, there is a problem that high-pressure equipment corresponding to the pressure is required, and security management associated with the equipment is required, so that construction costs and maintenance costs are increased.
In addition, supercritical carbon dioxide is characterized by large changes in physical properties depending on pressure and temperature.However, it is difficult to collect sufficient physical property data required for industrialization at the lab scale. There is a problem that it is difficult to optimize the process and secure the reliability in response to the problem. Further, in such a reaction under a high pressure, there is a problem in terms of throughput, for example, a long time is required for the decompression step.
For this reason, the development of a ring-opening polymerization process at a lower pressure is desired.However, in the ring-opening polymerization at a lower pressure, the molecular weight of the aliphatic polycarbonate obtained is low, and it is necessary to be able to mold and process for various applications. It was difficult to obtain a high-molecular-weight aliphatic polycarbonate.
On the other hand, the present invention is a method for producing an aliphatic polycarbonate capable of producing a polymer having a low decarboxylation rate and a high molecular weight even in the presence of carbon dioxide under a low pressure less than the critical pressure.
Hereinafter, the present invention will be described in detail.

<原材料>
まず、本発明の脂肪族ポリカーボネートの製造方法において、原材料として用いられるモノマー等の成分について説明する。
本実施形態において、原材料とは、ポリマーを製造するもとになる材料であって、ポリマーの構成成分となる材料であり、第一のモノマー、第二のモノマー、二酸化炭素、酸触媒および塩基触媒に加え、必要に応じて適宜選択された開始剤、添加剤などの任意成分も含む。
<Raw materials>
First, components such as monomers used as raw materials in the method for producing an aliphatic polycarbonate of the present invention will be described.
In the present embodiment, the raw material is a material from which the polymer is manufactured, and is a material that is a constituent component of the polymer, and includes a first monomer, a second monomer, carbon dioxide, an acid catalyst, and a base catalyst. In addition, optional components such as initiators and additives appropriately selected as needed are included.

(第一のモノマー)
本発明の製造方法で用いられる第一のモノマーは、少なくとも1種の環状カーボネートを含むものである。
環状カーボネートとしては、環状構造を含み、開環重合性を示すものであれば特に限定されずに使用することがでる。具体的には、エチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、1,2−ペンチレンカーボネート、ジフルオロエチレンカーボネート、テトラフルオロエチレンカーボネート等の5員環のアルキレンカーボネート;トリメチレンカーボネート、1,3−ブチレンカーボネート、5−メチル−1,3−ジオキサン−2−オン、ネオペンチレンカーボネート、5,5−ジエチル−1,3−ジオキサン−2−オン、5,5−ジフェニル−1,3−ジオキサン−2−オン等の6員環のアルキレンカーボネート;7員環カーボネートや8員環カーボネート以上の大環状カーボネートおよびその誘導体などが挙げられる。これらの開環重合性モノマーは、1種単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。
これらの環状カーボネートのなかでも、反応性および得られるポリマーの物性の点で、5員環又は6員環のアルキレンカーボネートが好ましく、エチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネートがより好ましく、エチレンカーボネートが特に好ましい。
(First monomer)
The first monomer used in the production method of the present invention contains at least one kind of cyclic carbonate.
The cyclic carbonate can be used without any particular limitation as long as it has a cyclic structure and exhibits ring-opening polymerizability. Specifically, 5-membered ring alkylene carbonates such as ethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 1,2-pentylene carbonate, difluoroethylene carbonate, and tetrafluoroethylene carbonate; trimethylene carbonate , 1,3-butylene carbonate, 5-methyl-1,3-dioxan-2-one, neopentylene carbonate, 5,5-diethyl-1,3-dioxan-2-one, 5,5-diphenyl-1 And 6-membered ring alkylene carbonates such as 1,3-dioxan-2-one; 7-membered ring carbonates and 8-membered ring carbonates and larger cyclic carbonates and derivatives thereof. These ring-opening polymerizable monomers may be used alone or in combination of two or more.
Among these cyclic carbonates, in terms of reactivity and physical properties of the obtained polymer, a 5- or 6-membered alkylene carbonate is preferable, ethylene carbonate and 1,2-propylene carbonate are more preferable, and ethylene carbonate is particularly preferable. preferable.

(第二のモノマー)
本発明方法では、第一のモノマーの重合を開始したのち、第二のモノマーを添加して重合反応を促進させ、これにより高分子量体を得ることができる。
第二のモノマーとしては、第一のモノマーとして挙げたものを同様に用いることができる。また、第二のモノマーは、第一のモノマーと同じのものを用いてもよいし異なるものを用いてもよい。反応性および得られるポリマーの物性の点においては、第一のモノマーおよび第二のモノマーの少なくとも一方はエチレンカーボネートであることが好ましく、両方がエチレンカーボネートであることがより好ましい。
(Second monomer)
In the method of the present invention, after the polymerization of the first monomer is started, the polymerization reaction is promoted by adding the second monomer, whereby a high molecular weight product can be obtained.
As the second monomer, those listed as the first monomer can be similarly used. The second monomer may be the same as or different from the first monomer. In terms of reactivity and physical properties of the obtained polymer, at least one of the first monomer and the second monomer is preferably ethylene carbonate, and more preferably both are ethylene carbonate.

(触媒)
本実施形態で用いられる触媒は、酸触媒と、塩基触媒を組合せたものを使用する。
本実施形態で用いられる酸触媒および塩基触媒双方を使用することで、従来の製造方法で酸触媒または塩基触媒のどちらか一方を用いて開環重合性モノマーを開環重合させた場合と比較し、脱炭酸率、およびポリマー転化率に優れたポリマーの製造方法を提供することができ、その結果より脱炭酸率が低く、分子量の高いポリマーを得ることができる。本実施形態において、酸触媒は、求電子性を有するルイス酸が好ましく、塩基触媒は求核性を有するルイス塩基が好ましい。
(catalyst)
The catalyst used in the present embodiment uses a combination of an acid catalyst and a base catalyst.
By using both the acid catalyst and the base catalyst used in the present embodiment, compared with the case where the ring-opening polymerizable monomer was subjected to ring-opening polymerization using either the acid catalyst or the base catalyst in the conventional production method. It is possible to provide a method for producing a polymer having excellent decarboxylation, decarboxylation, and polymer conversion rates. As a result, a polymer having a lower decarboxylation rate and a higher molecular weight can be obtained. In the present embodiment, the acid catalyst is preferably an electrophilic Lewis acid, and the base catalyst is preferably a nucleophilic Lewis base.

(酸触媒)
酸触媒としては、特に限定されず、ジブチル酸スズ、ジ(2−エチルヘキサン酸)スズなどのスズ系化合物、アルミニウムアセチルアセトナート、酢酸アルミなどのアルミ系化合物、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネートなどのチタン系化合物、ジルコニウムイソプロオイキシドなどのジルコニウム系化合物、三酸化アンチモンなどのアンチモン系化合物、ジ(2−エチルヘキサン酸)コバルトなどのコバルト系化合物、ジ(2−エチルヘキサン酸)カルシウムなどのカルシウム系化合物、ジ(2−エチルヘキサン酸)亜鉛などの亜鉛系化合物、ジ(2−エチルヘキサン酸)カルシウム、五酸化バナジウムなどのバナジウム系化合物、酸化銅などの銅系化合物、ジフェニルリン酸などのリン酸系触媒など、公知のものが用いられ、それぞれ単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いても良い。
(Acid catalyst)
The acid catalyst is not particularly limited, and tin compounds such as tin dibutylate and tin di (2-ethylhexanoate); aluminum compounds such as aluminum acetylacetonate and aluminum acetate; tetraisopropyl titanate; and tetrabutyl titanate Titanium compounds, zirconium compounds such as zirconium isoprooxide, antimony compounds such as antimony trioxide, cobalt compounds such as cobalt di (2-ethylhexanoate), calcium di (2-ethylhexanoate) and the like. Calcium compounds, zinc compounds such as zinc di (2-ethylhexanoate), calcium compounds such as calcium di (2-ethylhexanoate) and vanadium pentoxide, copper compounds such as copper oxide, diphenylphosphoric acid, etc. Use known catalysts such as phosphoric acid catalysts It is, be used alone or may be used in combination of two or more.

(塩基触媒)
塩基触媒は、前記の通り塩基性を有する求核剤として働く化合物が好ましく、塩基性を有する求核性の窒素原子を含有する化合物(窒素化合物)がより好ましく、塩基性を有する求核性の窒素原子を有する環状化合物がさらに好ましい。なお、求核剤(性)とは、求電子剤と反応する化学種(及びその性質)である。
(Base catalyst)
The base catalyst is preferably a compound that acts as a basic nucleophile as described above, more preferably a basic nucleophilic nitrogen-containing compound (nitrogen compound), and more preferably a basic nucleophilic compound. Cyclic compounds having a nitrogen atom are more preferred. Note that the nucleophile (property) is a chemical species (and its properties) that reacts with the electrophile.

上記のような化合物としては、特に限定されないが、環状モノアミン、環状ジアミン(特に、アミジン骨格を有する環状ジアミン化合物)、グアニジン骨格を有する環状トリアミン化合物、窒素原子を含有する複素環式芳香族有機化合物、N−ヘテロサイクリックカルベンなどが挙げられる。   The compound as described above is not particularly limited, but includes a cyclic monoamine, a cyclic diamine (particularly, a cyclic diamine compound having an amidine skeleton), a cyclic triamine compound having a guanidine skeleton, and a heterocyclic aromatic organic compound containing a nitrogen atom. , N-heterocyclic carbene and the like.

環状モノアミンの例としては、キヌクリジンが挙げられる。
環状ジアミンの例としては、1,4−ジアザビシクロ−[2.2.2]オクタン(DABCO)が挙げられる。
Examples of cyclic monoamines include quinuclidine.
Examples of cyclic diamines include 1,4-diazabicyclo- [2.2.2] octane (DABCO).

アミジン骨格を有する環状ジアミン化合物の例としては、1,8−ジアザビシクロ[5.4.0]ウンデカ−7−エン(DBU)、1,5−ジアザビシクロ[4.3.0]ノナ−5−エン(DBN)が挙げられる。
グアニジン骨格を有する環状トリアミン化合物の例としては、1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン(TBD)、ジフェニルグアニジン(DPG)が挙げられる。
Examples of the cyclic diamine compound having an amidine skeleton include 1,8-diazabicyclo [5.4.0] undec-7-ene (DBU) and 1,5-diazabicyclo [4.3.0] non-5-ene. (DBN).
Examples of the cyclic triamine compound having a guanidine skeleton include 1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD) and diphenylguanidine (DPG).

窒素原子を含有する複素環式芳香族有機化合物の例としては、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン(DMAP)、4−ピロリジノピリジン(PPY)、ピロコリン、イミダゾール、ピリミジン、プリンが挙げられる。   Examples of the nitrogen-containing heterocyclic aromatic organic compound include N, N-dimethyl-4-aminopyridine (DMAP), 4-pyrrolidinopyridine (PPY), pyrocholine, imidazole, pyrimidine, and purine. .

N−ヘテロサイクリックカルベンの例としては、1,3−ジ−tert−ブチルイミダゾール−2−イリデン(ITBU)などが挙げられる。これらの中でも、立体障害による影響が少なく求核性が高い、或いは、減圧除去可能な沸点を有するという理由により、DABCO、DBU、DPG、TBD、DMAP、PPY、ITBUが好ましい。
そのほかにも、塩基性の無機塩化合物である、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなど、公知のものを使用することができる。
Examples of N-heterocyclic carbene include 1,3-di-tert-butylimidazole-2-ylidene (ITBU) and the like. Among these, DABCO, DBU, DPG, TBD, DMAP, PPY, and ITBU are preferred because they are less affected by steric hindrance and have high nucleophilicity or have a boiling point that can be removed under reduced pressure.
In addition, known compounds such as basic inorganic salt compounds such as potassium carbonate, sodium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate can be used.

酸性触媒および塩基性触媒の使用量は、モノマーの種類や反応条件等により変わるので一概には特定できないが、例えば、その総質量が、第一のモノマーおよび第二のモノマーの総質量に対して、0.005モル%以上5モル%以下が好ましく、0.05モル%以上1モル%以下がより好ましい。使用量が0.005モル%以上であると、重合反応速度が速く、目標とする分子量のポリマーを得ることができる。
一方、使用量が5モル%以下であると、重合反応の制御が容易となり、得られるポリマーの品質を安定させることができる。また、酸触媒と塩基触媒の使用比率は、触媒の性質によって適宜選択されるが、例えば、1/100乃至100/1の範囲が好ましく、1/50乃至50/1の範囲がより好ましい。
The amount of the acidic catalyst and the basic catalyst varies depending on the type of the monomer, the reaction conditions, and the like, and thus cannot be specified unconditionally.For example, the total mass is based on the total mass of the first monomer and the second monomer. , 0.005 mol% or more and 5 mol% or less, more preferably 0.05 mol% or more and 1 mol% or less. When the amount is 0.005 mol% or more, the polymerization reaction rate is high, and a polymer having a target molecular weight can be obtained.
On the other hand, when the amount is 5 mol% or less, the control of the polymerization reaction becomes easy, and the quality of the obtained polymer can be stabilized. The use ratio of the acid catalyst to the base catalyst is appropriately selected depending on the properties of the catalyst. For example, the ratio is preferably in the range of 1/100 to 100/1, and more preferably in the range of 1/50 to 50/1.

(任意成分)
本実施形態の製造方法では、上記の各モノマーの他、開環重合開始剤(開始剤)やその他の添加剤などを任意成分として重合反応に用いてもよい。
(Optional component)
In the production method of the present embodiment, a ring-opening polymerization initiator (initiator) and other additives may be used as optional components in the polymerization reaction in addition to the above-mentioned monomers.

(開始剤)
開始剤は、主に得られるポリマーの分子量を制御するために用いられる。開始剤としては、公知のものが使用でき、アルコール系であれば例えば脂肪族アルコールのモノ、ジ、又は多価アルコールのいずれでもよく、また飽和、不飽和のいずれであっても構わない。
(Initiator)
Initiators are used primarily to control the molecular weight of the resulting polymer. As the initiator, known initiators can be used. If the initiator is an alcohol-based initiator, for example, any of aliphatic alcohol mono-, di-, or polyhydric alcohols may be used, and any of saturated and unsaturated alcohols may be used.

開始剤としては、具体的にはメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、ノナノール、デカノール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、ステアリルアルコール等のモノアルコール;エチレングリコール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、ヘキサンジオール、ノナンジオール、テトラメチレングリコール、ポリエチレングリコール等のジアルコール;グリセロール、ソルビトール、キシリトール、リビトール、エリスリトール、トリエタノールアミン等の多価アルコール;及び乳酸メチル、乳酸エチル等が挙げられる。
また、ポリカプロラクトンジオールやポリテトラメチレングリコールのような末端にアルコール残基を有するポリマーを開始剤に使用することもできる。これにより、ジブロック、又はトリブロック共重合体を合成してもよい。
Specific examples of the initiator include monoalcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, heptanol, nonanol, decanol, lauryl alcohol, myristyl alcohol, cetyl alcohol, and stearyl alcohol; -Dialcohols such as propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, hexanediol, nonanediol, tetramethylene glycol, polyethylene glycol; glycerol, sorbitol, xylitol, ribitol, Polyhydric alcohols such as erythritol and triethanolamine; and methyl lactate and ethyl lactate.
Further, a polymer having an alcohol residue at a terminal such as polycaprolactone diol or polytetramethylene glycol can be used as the initiator. Thereby, a diblock or triblock copolymer may be synthesized.

開始剤の使用量は、目標とする分子量に応じて適宜調整すればよく、好ましくは開環重合性モノマー100モル%に対して、0.05モル%以上5モル%以下である。不均一に重合が開始されるのを防ぐために、開始剤は、モノマーが重合触媒に触れる前にあらかじめモノマーとよく混合しておくことが望ましい。   The amount of the initiator used may be appropriately adjusted according to the target molecular weight, and is preferably 0.05 mol% or more and 5 mol% or less based on 100 mol% of the ring-opening polymerizable monomer. In order to prevent the polymerization from being initiated unevenly, it is desirable that the initiator be well mixed with the monomer before the monomer comes into contact with the polymerization catalyst.

(添加剤)
また、開環重合に際しては、必要に応じて添加剤を添加してもよい。
添加剤の例としては、界面活性剤、酸化防止剤、安定剤、防曇剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、無機粒子、各種フィラー、熱安定剤、難燃剤、結晶核剤、帯電防止剤、表面ぬれ改善剤、焼却補助剤、滑剤、天然物、離型剤、可塑剤、その他類似のものがあげられる。
必要に応じて重合反応後に重合停止剤(安息香酸、塩酸、燐酸、メタリン酸、酢酸、乳酸等)を用いることもできる。上記添加剤の配合量は、添加する目的や添加剤の種類によって異なるが、好ましくは、ポリマー組成物100質量部に対して0質量部以上5質量部以下である。
(Additive)
In the ring-opening polymerization, an additive may be added as necessary.
Examples of additives include surfactants, antioxidants, stabilizers, antifogging agents, ultraviolet absorbers, pigments, colorants, inorganic particles, various fillers, heat stabilizers, flame retardants, crystal nucleating agents, antistatics Agents, surface wetting improvers, incineration aids, lubricants, natural products, mold release agents, plasticizers, and the like.
If necessary, a polymerization terminator (such as benzoic acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, metaphosphoric acid, acetic acid, or lactic acid) can be used after the polymerization reaction. The amount of the additive varies depending on the purpose of addition and the type of the additive, but is preferably from 0 to 5 parts by mass based on 100 parts by mass of the polymer composition.

界面活性剤としては、二酸化炭素に溶解し、かつ二酸化炭素と開環重合性モノマーの双方に親和性を有するものが好適に用いられる。このような界面活性剤を使用することで、重合反応を均一に進めることができ、生成物の分子量分布を狭くしたり、粒子状のポリマーを得やすくしたりする等の効果を期待できる。
界面活性剤を用いる場合、界面活性剤は二酸化炭素に加えても、開環重合性モノマーに加えても良い。このような界面活性剤としては親二酸化炭素基と親モノマー基を分子内に持つ界面活性剤を使用することができ、具体的には、フッ素系界面活性剤やシリコン系界面活性剤が挙げられる。
As the surfactant, those which dissolve in carbon dioxide and have an affinity for both carbon dioxide and the ring-opening polymerizable monomer are suitably used. By using such a surfactant, the polymerization reaction can be promoted uniformly, and effects such as narrowing the molecular weight distribution of the product and facilitating obtaining a particulate polymer can be expected.
When a surfactant is used, the surfactant may be added to carbon dioxide or to the ring-opening polymerizable monomer. As such a surfactant, a surfactant having a parent carbon dioxide group and a parent monomer group in a molecule can be used, and specific examples thereof include a fluorine-based surfactant and a silicon-based surfactant. .

安定剤としては、エポキシ化大豆油、カルボジイミド等などが用いられる。
酸化防止剤としては、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、ブチルヒドロキシアニソールなどが用いられる。
防曇剤としては、グリセリン脂肪酸エステル、クエン酸モノステアリルなどが用いられる。
フィラーとしては、紫外線吸収剤、熱安定剤、難燃剤、内部離型剤、結晶核剤としての効果を持つクレイ、タルク、シリカなどが用いられる。
顔料としては、酸化チタン、カーボンブラック、群青等など公知のものが用いられる。
Epoxidized soybean oil, carbodiimide and the like are used as the stabilizer.
As the antioxidant, 2,6-di-t-butyl-4-methylphenol, butylhydroxyanisole and the like are used.
As the anti-fogging agent, glycerin fatty acid ester, monostearyl citrate and the like are used.
As the filler, an ultraviolet absorber, a heat stabilizer, a flame retardant, an internal mold release agent, clay, talc, silica or the like having an effect as a crystal nucleating agent is used.
Known pigments such as titanium oxide, carbon black, and ultramarine blue are used as the pigment.

(二酸化炭素)
従来、二酸化炭素としては超臨界状態の二酸化炭素が用いられてきたが、本発明方法においては、従来用いられることがなかった臨界圧力未満の二酸化炭素を好適に用いることができる。
二酸化炭素の圧力は、常圧以上であれば反応は進行するが、圧力が高いほど脱炭酸率を低く抑えることができることから、0.1MPaG以上が好ましく、0.5MPaG以上がより好ましく、1MPaG以上が特に好ましい。一方、臨界点を超える高圧領域においても本発明方法が適用可能であることは明らかであるが、設備コスト及び安全上の観点からは二酸化炭素の臨界圧力未満が好ましく、7MPaG以下がより好ましく、5MPaG以下が特に好ましい。
なお、本発明においては圧力の単位「MPaG」はゲージ圧であることを意味する。従って、実際の圧力は、これに大気圧(0.1MPa)を加えた値となる。
また、気体状態の二酸化炭素を用いる場合は、窒素又はアルゴンなどの不活性ガスとの混合ガスとして使用することも可能である。この場合、二酸化炭素の分圧を上記圧力範囲とすることが好ましい。
(carbon dioxide)
Conventionally, carbon dioxide in a supercritical state has been used as carbon dioxide, but in the method of the present invention, carbon dioxide having a pressure lower than the critical pressure, which has not been conventionally used, can be suitably used.
When the pressure of carbon dioxide is equal to or higher than normal pressure, the reaction proceeds. However, the higher the pressure, the lower the decarboxylation rate. Therefore, the pressure is preferably 0.1 MPaG or more, more preferably 0.5 MPaG or more, and more preferably 1 MPaG or more. Is particularly preferred. On the other hand, it is clear that the method of the present invention can be applied even in a high pressure region exceeding the critical point, but from the viewpoint of equipment cost and safety, the pressure is preferably less than the critical pressure of carbon dioxide, more preferably 7 MPaG or less, and more preferably 5 MPaG or less. The following are particularly preferred.
In the present invention, the unit of pressure “MPaG” means a gauge pressure. Therefore, the actual pressure is a value obtained by adding the atmospheric pressure (0.1 MPa) thereto.
When carbon dioxide in a gaseous state is used, it can be used as a mixed gas with an inert gas such as nitrogen or argon. In this case, it is preferable that the partial pressure of carbon dioxide be in the above-mentioned pressure range.

<重合方法>
本発明方法では、第一の工程で、第一のモノマーと、酸触媒と、塩基触媒と、臨界圧力未満の二酸化炭素とを反応器に供給し、第一のモノマーを重合してそのポリマーを含む反応混合物を得る。
次いで、第二の工程で、前記第一の工程で得られた反応混合物中に、第二のモノマーを連続的に添加し、さらに重合させる。このとき、重合反応によって形成されたポリマーの質量と第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量を100質量%としたとき、第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量(以下モノマー濃度という)が、3質量%以上50質量%未満となるように、第二のモノマーを連続的に供給することを特徴とする。
第二のモノマーは、第一の工程で得られる反応物混合物中のモノマーの含有量が3重量%以上50重量%未満の範囲に入ったときに添加するようにする。
第二工程における上記モノマー濃度は、4質量%以上40質量%以下がより好ましく、5質量%以上30質量%以下が特に好ましい。第二の工程におけるモノマー濃度が50質量%を超えると、低分子量体が形成されやすくなり、十分な加工性形成を有するポリマーを得ることができない。また、第二の工程におけるモノマー濃度が3質量%未満では、反応速度が遅くなり効率的に開環重合を行うことができない場合がある。
なお、本実施形態において連続的に供給するとは、一括供給に対する概念であって、前記モノマー濃度が維持できる範囲において、断続的、或いは、間欠的に供給されても良い。
モノマー濃度は反応混合物から連続的又は定期的にサンプルを抜き出して分析することによって検出し、この検出値に基づいて第二のモノマーの供給量を調整する。
<Polymerization method>
In the method of the present invention, in a first step, a first monomer, an acid catalyst, a base catalyst, and carbon dioxide having a critical pressure or less are supplied to a reactor, and the first monomer is polymerized to polymerize the polymer. To obtain a reaction mixture.
Next, in a second step, the second monomer is continuously added to the reaction mixture obtained in the first step, and further polymerized. At this time, assuming that the total amount of the mass of the polymer formed by the polymerization reaction, the mass of the first monomer, and the mass of the second monomer is 100 mass%, the mass of the first monomer and the mass of the second monomer The second monomer is continuously supplied so that the total amount with the mass (hereinafter referred to as monomer concentration) is 3% by mass or more and less than 50% by mass.
The second monomer is added when the content of the monomer in the reaction mixture obtained in the first step falls within the range of 3% by weight or more and less than 50% by weight.
The monomer concentration in the second step is more preferably from 4% by mass to 40% by mass, and particularly preferably from 5% by mass to 30% by mass. When the monomer concentration in the second step exceeds 50% by mass, a low-molecular-weight product is easily formed, and a polymer having sufficient processability cannot be obtained. Further, when the monomer concentration in the second step is less than 3% by mass, the reaction rate becomes slow, and the ring-opening polymerization may not be carried out efficiently in some cases.
In the present embodiment, the term “continuous supply” is a concept for batch supply, and may be supplied intermittently or intermittently as long as the monomer concentration can be maintained.
The monomer concentration is detected by continuously or periodically withdrawing a sample from the reaction mixture and analyzing it, and the supply amount of the second monomer is adjusted based on the detected value.

(重合温度)
第一のモノマーおよび第二のモノマーを重合させる際の温度(重合温度)は、使用するモノマー種や触媒に依るため、特に限定されないが、通常40℃〜200℃、好ましくは150℃〜180℃の範囲である。重合温度が40℃未満であると、原材料及び重合生成物が溶解又は溶融しなかったり、触媒の活性が低くなったりする。また、重合温度が200℃を超えると、脱炭酸反応や開環重合の逆反応である解重合反応も平衡して起こりやすく、定量的に重合反応が進みにくくなる。なお、重合温度は、第一の工程および第二の工程において同一でも異なっていてもよいが、使用するモノマー種に応じて各々設定されることが好ましい。
(Polymerization temperature)
The temperature at which the first monomer and the second monomer are polymerized (polymerization temperature) is not particularly limited because it depends on the type of the monomer and the catalyst used, but is usually 40 ° C to 200 ° C, preferably 150 ° C to 180 ° C. Range. When the polymerization temperature is lower than 40 ° C., the raw materials and the polymerization product do not dissolve or melt, or the activity of the catalyst decreases. When the polymerization temperature exceeds 200 ° C., a depolymerization reaction, which is a reverse reaction of a decarboxylation reaction or a ring-opening polymerization, tends to occur in equilibrium, and the polymerization reaction hardly proceeds quantitatively. The polymerization temperature may be the same or different in the first step and the second step, but is preferably set according to the type of the monomer used.

(重合圧力)
重合圧力は二酸化炭素の圧力(混合ガスを用いる場合はその全圧)であり、前述のとおり脱炭酸反応の抑制効果、および高分子量化やポリマー転化率、高圧ガスの取り扱い易さ等を考慮すると、その圧力(混合ガスを用いる場合は二酸化炭素の分圧)は、0.1MPaG以上臨界圧力未満であり、0.5MGPa以上7MPaG以下の範囲がより好ましく、1MPaG以上5PMaG以下が特に好ましい。
(Polymerization pressure)
The polymerization pressure is the pressure of carbon dioxide (the total pressure when a mixed gas is used). As described above, in consideration of the effect of suppressing the decarboxylation reaction, the increase in the molecular weight, the conversion of the polymer, and the ease of handling the high-pressure gas. The pressure (partial pressure of carbon dioxide when a mixed gas is used) is 0.1 MPaG or more and less than the critical pressure, more preferably 0.5 MPa to 7 MPaG, and particularly preferably 1 MPaG to 5 PMaG.

(重合時間)
本実施形態において、重合時間は、重合形式および目標とする分子量に応じて適宜設定される。
(Polymerization time)
In the present embodiment, the polymerization time is appropriately set according to the polymerization type and the target molecular weight.

(重合形式)
本発明の実施に際し、重合形式としては、連続重合、セミバッチ重合のいずれの形式でもよい。
例えば連続重合の場合、第一のモノマーと第二のモノマーを個別に供給する必要から2個以上の反応器を直列に接続した製造設備を用いる必要がある。まず、所定の温度に加熱された第一の反応器に第一のモノマー、二酸化炭素、酸触媒、塩基触媒および任意成分を連続的に供給して重合させ(第一の工程)、第一の反応器から連続的に抜き出した反応混合物を第二の反応器に供給し、第二の反応器中のモノマー濃度が所定の範囲に維持されるように、第二のモノマーを連続的に供給して重合させる(第二の工程)ことができる。
本発明を連続重合により実施する場合、例えば、図1に示される重合反応装置(100)を好適に用いることができる。
(Polymerization type)
In carrying out the present invention, the polymerization system may be any of continuous polymerization and semi-batch polymerization.
For example, in the case of continuous polymerization, it is necessary to supply the first monomer and the second monomer separately, so that it is necessary to use a production facility in which two or more reactors are connected in series. First, a first monomer, carbon dioxide, an acid catalyst, a base catalyst and an optional component are continuously supplied to a first reactor heated to a predetermined temperature and polymerized (first step). The reaction mixture continuously withdrawn from the reactor is supplied to the second reactor, and the second monomer is continuously supplied so that the monomer concentration in the second reactor is maintained within a predetermined range. To polymerize (second step).
When the present invention is carried out by continuous polymerization, for example, a polymerization reactor (100) shown in FIG. 1 can be suitably used.

また、バッチ重合の場合、予め二酸化炭素を充填した反応器に、第一のモノマー、酸触媒、塩基触媒および任意成分を供給し、さらに二酸化炭素を供給して所定の圧力まで昇圧および加熱して重合反応を開始し(第一の工程)、次いで、反応器中のモノマー濃度が所定の範囲に維持されるように、第二のモノマーを連続的に供給して重合させる(第二の工程)ことができる。この場合、第一の工程および第二の工程を一つの反応器で行うことができる。このようなバッチ重合は、例えば、図2に示される重合反応装置(500)を用いて行うことができる。   In the case of batch polymerization, a first monomer, an acid catalyst, a base catalyst and optional components are supplied to a reactor filled with carbon dioxide in advance, and carbon dioxide is further supplied and the pressure is increased to a predetermined pressure and heated. The polymerization reaction is started (first step), and then the second monomer is continuously supplied and polymerized so that the monomer concentration in the reactor is maintained within a predetermined range (second step). be able to. In this case, the first step and the second step can be performed in one reactor. Such batch polymerization can be performed, for example, using a polymerization reaction apparatus (500) shown in FIG.

以下に、図1および図2を用いて、連続重合およびバッチ重合を適用した本発明の実施態様について、さらに詳細に説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention to which continuous polymerization and batch polymerization are applied will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2.

<連続重合>
図1は、連続式の重合工程を示す系統図である。図1の系統図において、重合反応装置(100)は、モノマーなどの原材料を供給する供給ユニット(100a)と、供給ユニット(100a)によって供給されたモノマーを重合させる重合反応装置本体(100b)とを有する。
<Continuous polymerization>
FIG. 1 is a system diagram showing a continuous polymerization step. In the system diagram of FIG. 1, a polymerization reactor (100) includes a supply unit (100a) for supplying a raw material such as a monomer, and a polymerization reactor main body (100b) for polymerizing the monomer supplied by the supply unit (100a). Having.

(重合反応装置)
まず、装置の構成について詳細に説明する。
以下では、液体を計量して供給する手段を「計量ポンプ」といい、固体状(粉末状又は粒状)のものを計量して供給する手段を「計量フィーダー」という。また、以下では第一のモノマー及び第二のモノマーとして固体状のものを使用する場合を例として説明する。
供給ユニット(100a)は、タンク(1,3,5,7,11,21,27)と、計量フィーダー(2,4)と、計量ポンプ(6,8,12,22,28)とを有する。
供給ユニット(100a)において、タンク(1)には第一のモノマーが貯蔵されタンク(3)には開始剤および添加剤のうち固体状(粉末又は粒状)のものが貯蔵されタンク(5)には開始剤および添加剤のうち液体のものが貯蔵され、タンク(7,27)は二酸化炭素が貯蔵され、タンク(11)には触媒が貯蔵され、タンク(21)には第二のモノマーが貯蔵される。
なお、開始剤および添加剤の一部または全部を、予め第一のモノマーと混合しておき、その混合物をタンク(1)に貯蔵しても良い。
また、開始剤および添加剤がいずれも固体の場合には、供給ユニット(100a)は、タンク(5)および計量ポンプ(6)を有していなくても良い。
同様に、開始剤および添加剤がいずれも液体の場合には、供給ユニット(100a)は、タンク(3)および計量フィーダー(4)を有していなくても良い。
(Polymerization reactor)
First, the configuration of the device will be described in detail.
In the following, means for measuring and supplying a liquid is referred to as a "metering pump", and means for measuring and supplying a solid (powder or granular) liquid is referred to as a "metering feeder". In the following, the case where solid ones are used as the first monomer and the second monomer will be described as an example.
The supply unit (100a) has tanks (1,3,5,7,11,21,27), metering feeders (2,4), and metering pumps (6,8,12,22,28). .
In the supply unit (100a), the first monomer is stored in the tank (1), and the solid (powder or granular) of the initiator and additives is stored in the tank (3) in the tank (5). Represents the liquid initiator and additives, tank (7, 27) stores carbon dioxide, tank (11) stores the catalyst, and tank (21) stores the second monomer. Is stored.
In addition, some or all of the initiator and the additive may be previously mixed with the first monomer, and the mixture may be stored in the tank (1).
When both the initiator and the additive are solid, the supply unit (100a) may not have the tank (5) and the metering pump (6).
Similarly, when both the initiator and the additive are liquid, the supply unit (100a) may not have the tank (3) and the metering feeder (4).

タンク(1)に貯蔵された第一のモノマーは、計量フィーダ(2)により計量され、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。タンク(3)に貯蔵された固体は、計量フィーダー(4)により計量され、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。タンク(5)に貯蔵された液体は、計量ポンプ(6)により計量され、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。タンク(7)に貯蔵された二酸化炭素は、計量ポンプ(8)により一定の圧力および流量で、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。タンク(11)に貯蔵された触媒は、計量ポンプ(12)により計量され、重合反応装置本体(100b)に供給される。タンク(21)に貯蔵された第二のモノマーは、計量フィーダー(22)により計量され、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。タンク(27)に貯蔵された二酸化炭素は、計量ポンプ(28)により一定の圧力および流量で、重合反応装置本体(100b)に連続的に供給される。   The first monomer stored in the tank (1) is measured by the metering feeder (2) and is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b). The solid stored in the tank (3) is measured by a measuring feeder (4) and is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b). The liquid stored in the tank (5) is measured by a metering pump (6) and is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b). The carbon dioxide stored in the tank (7) is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b) at a constant pressure and flow rate by the metering pump (8). The catalyst stored in the tank (11) is measured by a metering pump (12) and supplied to the polymerization reactor main body (100b). The second monomer stored in the tank (21) is measured by a measuring feeder (22), and is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b). The carbon dioxide stored in the tank (27) is continuously supplied to the polymerization reactor main body (100b) at a constant pressure and flow rate by a metering pump (28).

重合反応装置本体(100b)は、供給ユニット(100a)からフィードされた第一のモノマーを含む原材料を混合する混合部(9)と、第一のモノマーを重合させる反応部(13)と、供給ユニット(100a)からフィードされた第二のモノマーを含む原材料を混合する混合部(29)と、反応部(13)で得られた反応混合物と第二のモノマーを重合させる反応部(33)と、反応部(33)で得られたポリマーを排出する排出口を有する。
重合反応装置本体(100b)の各部あるいは装置は、原材料あるいは生成したポリマーを輸送する耐圧性の配管(30)によって、図1に示されたように接続されている。また、重合反応装置本体(100b)の各部あるいは装置は、上記の原材料等を通過させる管状の部材を有している。
The polymerization reactor main body (100b) includes a mixing section (9) for mixing raw materials containing the first monomer fed from the supply unit (100a), a reaction section (13) for polymerizing the first monomer, and a supply section. A mixing section (29) for mixing the raw material containing the second monomer fed from the unit (100a), and a reaction section (33) for polymerizing the reaction mixture obtained in the reaction section (13) and the second monomer. And an outlet for discharging the polymer obtained in the reaction section (33).
Each part or apparatus of the polymerization reaction device main body (100b) is connected as shown in FIG. 1 by a pressure-resistant pipe (30) for transporting raw materials or generated polymer. Further, each part or apparatus of the polymerization reaction device main body (100b) has a tubular member through which the above-mentioned raw materials and the like pass.

混合部(9)には、計量ポンプ(8)によってタンク(7)から供給された二酸化炭素を導入する導入口(9a)と、計量フィーダ(2)によってタンク(1)から供給された第一のモノマーを導入する導入口(9b)と、計量フィーダー(4)によってタンク(3)から供給された固体状のものを導入する導入口(9c)と、計量ポンプ(6)によってタンク(5)から供給された液体を導入する導入口(9d)とが設けられている。また、混合部(9)には、供給された原材料を加熱するための加熱手段(9e)が設けられている。また混合部(9)本体は、耐圧性の管または攪拌装置などにより構成され、各タンク(1,3,5)から連続的に供給された第一のモノマー、開始剤、添加物などの原材料と、タンク(7)から連続的に供給された二酸化炭素が連続的に混合される。   The mixing section (9) has an inlet (9a) for introducing the carbon dioxide supplied from the tank (7) by the measuring pump (8), and the first port supplied from the tank (1) by the measuring feeder (2). An inlet (9b) for introducing a monomer, an inlet (9c) for introducing a solid substance supplied from a tank (3) by a measuring feeder (4), and a tank (5) by a measuring pump (6). And an introduction port (9d) for introducing the liquid supplied from. The mixing section (9) is provided with a heating means (9e) for heating the supplied raw material. The main body of the mixing section (9) is composed of a pressure-resistant tube or a stirrer, and raw materials such as a first monomer, an initiator, and additives continuously supplied from each tank (1, 3, 5). And the carbon dioxide continuously supplied from the tank (7) is continuously mixed.

攪拌装置としては、タンク型の攪拌装置、あるいは、筒型の攪拌装置が設けられていてもよいが、一端から原材料を供給し、他端から溶融相あるいは流体相などの混合物を取り出せる筒型の装置が好ましい。このような装置としては、一軸のスクリュウ、互いに噛み合う二軸のスクリュウ、互いに噛み合う又は重なり合う多数の攪拌素子をもつ二軸の混合機、互いに噛み合うらせん形の攪拌素子を有するニーダー、スタティックミキサーなどが好ましく用いられる。特に、互いに噛み合う二軸又は多軸攪拌装置は、攪拌装置や容器への反応物の付着が少なく、セルフクリーニング作用があるので好ましい。
混合部(9)に攪拌装置が設けられていない場合、混合部(9)は、耐圧性の配管(30)の一部によって構成される。また、混合部(9)と反応部(13)との間には、送液ポンプ(10)が設けられている。送液ポンプ(10)は、混合部(9)で混合された第一のモノマーを含む原材料を反応部(13)に送液する。
As the stirrer, a tank-type stirrer, or a cylindrical stirrer may be provided, but a cylindrical stirrer capable of supplying a raw material from one end and extracting a mixture such as a molten phase or a fluid phase from the other end. The device is preferred. Such a device is preferably a single-shaft screw, a twin-shaft screw meshing with each other, a twin-shaft mixer having a number of meshing or overlapping stirring elements, a kneader having a spiral stirring element meshing with each other, a static mixer, or the like. Used. In particular, a biaxial or multiaxial stirrer that meshes with each other is preferable because reactants are less likely to adhere to the stirrer and the container and have a self-cleaning action.
When no mixing device is provided in the mixing section (9), the mixing section (9) is constituted by a part of the pressure-resistant pipe (30). Further, a liquid sending pump (10) is provided between the mixing section (9) and the reaction section (13). The liquid sending pump (10) sends the raw material containing the first monomer mixed in the mixing section (9) to the reaction section (13).

反応部(13)には、混合部(9)で混合させた原材料を導入するための導入口(13a)と、計量ポンプ(12)によってタンク(11)から供給された触媒を導入するための触媒導入口(13b)とが設けられている。また、反応部(13)には、送液された原材料を加熱するための加熱手段(13c)が設けられている。反応部(13)本体は、耐圧性の攪拌装置あるいは管などにより構成される。反応部(13)で、送液ポンプ(10)によって送液された第一のモノマーを含む原材料と、計量ポンプ(12)によって供給された触媒とが接触して、開環重合により中間体としてのポリマーを含む反応混合物が連続的に得られる。   An inlet (13a) for introducing the raw materials mixed in the mixing section (9) and a catalyst for introducing the catalyst supplied from the tank (11) by the metering pump (12) into the reaction section (13). A catalyst inlet (13b) is provided. The reaction section (13) is provided with a heating means (13c) for heating the fed raw materials. The main body of the reaction section (13) is composed of a pressure-resistant stirrer or a tube. In the reaction section (13), the raw material containing the first monomer sent by the liquid sending pump (10) comes into contact with the catalyst supplied by the metering pump (12), and as an intermediate by ring-opening polymerization. Is obtained continuously.

反応部(13)が混合装置を有している場合、混合装置としては、混合部(9)について例示したものと同様のものを用いることができる。また、反応部(13)が混合装置を有していない場合、反応部(13)は、耐圧性の配管(30)の一部によって構成される。この場合、配管30の形状は特に限定されないが、装置をコンパクト化するために、らせん状のものが好適に用いられる。   When the reaction section (13) has a mixing device, the same mixing device as that exemplified for the mixing portion (9) can be used. When the reaction section (13) does not have a mixing device, the reaction section (13) is constituted by a part of a pressure-resistant pipe (30). In this case, the shape of the pipe 30 is not particularly limited, but a helical pipe is preferably used to make the apparatus compact.

混合部(29)には、計量ポンプ(28)によってタンク(27)から供給された二酸化炭素を導入する導入口(29a)と、計量ポンプ(22)によってタンク(21)から供給された第二のモノマーを導入する導入口(29b)と、供給された原材料を加熱するための加熱手段(29c)が設けられ、また混合部(29)本体は、耐圧性の管または攪拌装置などにより構成され、各タンク(22)から連続的に供給された第二のモノマーと、タンク(27)から連続的に供給された二酸化炭素が連続的に混合される。
混合部(29)の構成は、混合部9と同様のものが用いられるため、詳細な説明を省略する。
The mixing section (29) has an inlet (29a) for introducing the carbon dioxide supplied from the tank (27) by the measuring pump (28), and a second port supplied from the tank (21) by the measuring pump (22). And a heating means (29c) for heating the supplied raw material, and the main body of the mixing section (29) is constituted by a pressure-resistant tube or a stirrer. The second monomer continuously supplied from each tank (22) and the carbon dioxide continuously supplied from the tank (27) are continuously mixed.
The configuration of the mixing section (29) is the same as that of the mixing section 9, and thus the detailed description is omitted.

反応部(33)には、反応部(13)で得られた反応混合物を導入するための導入口(33a)と、混合部(29)において混合された第二のモノマーを含む原材料を導入するための導入口(13b)とが設けられている。反応部(33)本体は、耐圧性の混合装置あるいは管などのより構成され、反応部(33)では、上記反応混合物と第2のモノマーとが接触し、開環重合して目的とするポリマーが連続的に得られる。
反応部(33)の構成は、反応部(13)と同様のものが用いられるため、詳細な説明を省略する。
An inlet (33a) for introducing the reaction mixture obtained in the reaction section (13) and a raw material containing the second monomer mixed in the mixing section (29) are introduced into the reaction section (33). And an introduction port (13b). The main body of the reaction section (33) is composed of a pressure-resistant mixing device or a tube. In the reaction section (33), the reaction mixture and the second monomer come into contact with each other and ring-opening-polymerize to form a desired polymer. Are continuously obtained.
The configuration of the reaction section (33) is the same as that of the reaction section (13), and thus detailed description is omitted.

反応部(33)の端部には、圧調整バルブ(34)が設けられている。圧調整バルブ(34)は、反応部(33)の内外の圧力差を利用することにより、反応部(33)で重合されたポリマー生成物Pを反応部(33)の外に送り出す。
図1では、第一の工程および第二の工程において、反応部(13,33)が各々1つずつ設けられた例を示したが、それぞれ2つ以上の反応部が設けられていても良い。2個以上の反応部を用いる場合、第一のモノマー又は第二のモノマーが各反応部にそれぞれ導入されることが好ましい。また、各反応部の反応(重合)条件、すなわち温度、触媒濃度、圧力、平均滞留時間、攪拌速度などは、同一でも、異なっていてもよい。
At an end of the reaction section (33), a pressure adjusting valve (34) is provided. The pressure regulating valve (34) sends out the polymer product P polymerized in the reaction section (33) to the outside of the reaction section (33) by utilizing a pressure difference between the inside and outside of the reaction section (33).
FIG. 1 shows an example in which one reaction unit (13, 33) is provided in each of the first step and the second step, but two or more reaction units may be provided respectively. . When two or more reaction units are used, the first monomer or the second monomer is preferably introduced into each reaction unit. Further, the reaction (polymerization) conditions of each reaction section, that is, the temperature, the catalyst concentration, the pressure, the average residence time, the stirring speed, and the like may be the same or different.

(第一の工程)
次に、重合反応装置(100)を用いた連続重合の手順について詳細に説明する。
第一の工程では、まず、計量フィーダー(2,4)および計量ポンプ(6,8)により、各タンク(1,3,5,7)内の触媒以外の第1のモノマー、開始剤、添加剤および二酸化炭素を連続的に供給し、各導入口(9a,9b,9c,9d)から、混合部(9)の管内に導入させる。このとき、エチレンカーボネート(融点 34〜37℃)など、融点が低く室温で固体の原材料は、加熱溶融して用いることが好ましい。
(First step)
Next, the procedure of continuous polymerization using the polymerization reactor (100) will be described in detail.
In the first step, first, a first monomer other than the catalyst, an initiator, and an additive in each tank (1, 3, 5, 7) are added by the metering feeders (2, 4) and the metering pumps (6, 8). The agent and carbon dioxide are continuously supplied, and are introduced into the mixing unit (9) from the respective inlets (9a, 9b, 9c, 9d). At this time, it is preferable to use a raw material having a low melting point and solid at room temperature, such as ethylene carbonate (melting point: 34 to 37 ° C.), by heating and melting.

各原材料の供給速度は、計量フィーダー(2、4)および計量ポンプ(6,8)により調整される。各原材料の供給速度は、所望のポリマー物性や反応時間等に基づいて調整され、特に限定されるものではないが、反応部(13)における二酸化炭素の圧力が、所望の範囲となるよう制御される。   The feed rate of each raw material is adjusted by the metering feeders (2, 4) and the metering pumps (6, 8). The feed rate of each raw material is adjusted based on desired polymer properties, reaction time, and the like, and is not particularly limited. However, the pressure of carbon dioxide in the reaction section (13) is controlled to be in a desired range. You.

二酸化炭素以外の原材料の供給速度と二酸化炭素の供給速度との比(二酸化炭素以外の原材料の供給速度/二酸化炭素の供給速度、フィード比という)は、1以上であることが好ましく、3以上であることがより好ましく、5以上であることがさらに好ましく、10以上であることが特に好ましい。また、上記フィード比の上限値については、1000以下が好ましく、100以下がより好ましく、50以下が特に好ましい。
上記のフィード比を1以上とすることにより、反応器内における固形分濃度を高い状態で反応を進めることができ、効率的かつ安定して重合を行うことができる。また、フィード比が1000を超えると、二酸化炭素の圧力が不十分となり、脱炭酸の抑制が不十分となる場合がある。
The ratio of the feed rate of the raw materials other than carbon dioxide to the feed rate of carbon dioxide (the feed rate of the raw materials other than carbon dioxide / the feed rate of carbon dioxide, referred to as the feed ratio) is preferably 1 or more, and more preferably 3 or more. More preferably, it is more preferably 5 or more, and particularly preferably 10 or more. The upper limit of the feed ratio is preferably 1,000 or less, more preferably 100 or less, and particularly preferably 50 or less.
By setting the feed ratio to 1 or more, the reaction can proceed with a high solid content in the reactor, and the polymerization can be performed efficiently and stably. On the other hand, when the feed ratio exceeds 1000, the pressure of carbon dioxide may be insufficient, and the suppression of decarbonation may be insufficient.

各原材料は、混合部(9)の管内に連続的に導入・混合される。混合部(9)が攪拌装置を有する場合には、各原材料を攪拌してもよい。また、混合部(9)は、加熱手段(9e)を有していてもよく、これにより、二酸化炭素の圧力が所望の圧力となる範囲において、必要に応じて、管内の原材料を加熱してもよい。
混合部(9)で混合された原材料は送液ポンプ(10)によって送液され、導入口(13a)から反応部(13)に供給される。一方、タンク(11)内の触媒は、計量ポンプ(12)によって計量され、導入口(13b)から反応部(13)へ所定量供給される。触媒は室温でも作用しうるため、本実施形態では、触媒以外の原材料を混合した後、触媒を添加しているが、モノマーの反応性によっては、他の原材料と同様に、混合部(9)に供給されてもよい。
Each raw material is continuously introduced and mixed into the tube of the mixing section (9). When the mixing section (9) has a stirrer, each raw material may be stirred. Further, the mixing section (9) may have a heating means (9e), whereby the raw material in the pipe is heated as needed within a range where the pressure of carbon dioxide becomes a desired pressure. Is also good.
The raw materials mixed in the mixing section (9) are sent by a liquid sending pump (10) and supplied to the reaction section (13) from the inlet (13a). On the other hand, the catalyst in the tank (11) is measured by a metering pump (12) and supplied to the reaction unit (13) from the inlet (13b) in a predetermined amount. Since the catalyst can work even at room temperature, in this embodiment, the catalyst is added after mixing the raw materials other than the catalyst. However, depending on the reactivity of the monomer, the mixing unit (9) may be used similarly to the other raw materials. May also be supplied.

送液ポンプ(10)によって送液された各原材料および計量ポンプ(12)によって供給された触媒は、必要に応じて反応部(13)の混合装置によって充分に混合され、あるいは送液される間、加熱手段(13c)により所定温度に加熱される。これにより、反応部(13)内で、触媒の存在下、開環重合性モノマーは開環重合されて中間体としてのポリマーが連続的に得られる。   Each raw material fed by the feed pump (10) and the catalyst fed by the metering pump (12) are sufficiently mixed by the mixing device of the reaction section (13) as necessary, or , And is heated to a predetermined temperature by the heating means (13c). As a result, in the reaction section (13), the ring-opening polymerizable monomer is subjected to ring-opening polymerization in the presence of a catalyst to continuously obtain a polymer as an intermediate.

(第二の工程)
続いて、第二の工程では、計量フィーダー(22)および計量ポンプ(28)により、各タンク(21,27)内の第二のモノマーおよび二酸化炭素が連続的に供給され、各導入口(29a,29b)から、混合部(29)の管内に連続的に導入され、混合される。なお、第二の工程における第二のモノマーおよび二酸化炭素の導入の手順および条件は、第一の工程における第一のモノマーおよび二酸化炭素の導入の手順および条件と同様であるため、詳細な説明を省略する。
ここで、第一の工程で供給される第一のモノマーの供給量(フィード量)と、第二の工程で供給される第二のモノマーの供給量(フィード量)との比は、反応部(33)における第二のモノマーの濃度が所定の範囲となるよう制御される。
(Second step)
Subsequently, in the second step, the second monomer and carbon dioxide in each tank (21, 27) are continuously supplied by the measuring feeder (22) and the measuring pump (28), and the respective inlets (29a , 29b) are continuously introduced into the tube of the mixing section (29) and mixed. The procedure and conditions for introducing the second monomer and carbon dioxide in the second step are the same as the procedures and conditions for introducing the first monomer and carbon dioxide in the first step. Omitted.
Here, the ratio between the supply amount (feed amount) of the first monomer supplied in the first step and the supply amount (feed amount) of the second monomer supplied in the second step is determined by the reaction unit The concentration of the second monomer in (33) is controlled to be within a predetermined range.

また、反応部(13)内で生成したポリマーを含む反応混合物は、導入口(33a)から反応部(33)へ連続的に供給され、混合部(29)で混合された第二のモノマーは、導入口(33b)から反応部(33)に連続的に供給される。これにより、反応部(13)内で生成したポリマーと、第二のモノマーとは、反応部(33)内で連続的に接触し、第二のモノマーの開環重合により目的とするポリマーが得られる。
なお、反応部(33)における攪拌手段、加熱手段および重合条件等は、反応部(13)と同様であるため詳細な説明を省略する。
重合時間(反応器内の反応物の平均滞留時間)は、第一の工程および第二の工程の各々において、通常1時間以内が好ましく、45分以内がより好ましく、30分以内が更に好ましい。本実施形態の製造方法によると、重合時間を20分以内とすることもできる。
The reaction mixture containing the polymer generated in the reaction section (13) is continuously supplied from the inlet (33a) to the reaction section (33), and the second monomer mixed in the mixing section (29) is , And is continuously supplied from the inlet (33b) to the reaction section (33). As a result, the polymer formed in the reaction section (13) and the second monomer are continuously contacted in the reaction section (33), and the target polymer is obtained by ring-opening polymerization of the second monomer. Can be
The stirring means, heating means, polymerization conditions, and the like in the reaction section (33) are the same as those in the reaction section (13), and thus detailed description is omitted.
The polymerization time (average residence time of the reactants in the reactor) in each of the first step and the second step is usually preferably within 1 hour, more preferably within 45 minutes, even more preferably within 30 minutes. According to the production method of the present embodiment, the polymerization time can be set within 20 minutes.

反応部(33)内で開環重合反応を終えたポリマー生成物Pは、圧調整バルブ(34)から反応部(33)の外へ送り出される。圧調整バルブ(34)からポリマー生成物Pを送り出す速度は、圧縮性流体で満たされた重合系内の圧力を一定にして、均一な重合品を得るために、一定とすることが好ましい。そのため、圧調整バルブ34における背圧が一定となるように、反応部(13、33)の内部の送液機構、接触部(9,29)内部の送液機構、計量フィーダー(2,4,22)、及び計量ポンプ(6,8,28)の供給速度は制御される。制御方式は、ON−OFF型つまり間欠フィード型でもよいが、ポンプ等の回転速度を徐々に増減する連続又はステップ方式の方がより好ましいことが多い。いずれにせよ、このような制御によって、均一なポリマー生成物を安定に得ることが出来る。   The polymer product P which has completed the ring-opening polymerization reaction in the reaction section (33) is sent out of the reaction section (33) from the pressure regulating valve (34). The rate at which the polymer product P is sent out from the pressure regulating valve (34) is preferably constant in order to maintain a constant pressure in the polymerization system filled with the compressive fluid and obtain a uniform polymerized product. Therefore, the liquid feed mechanism inside the reaction section (13, 33), the liquid feed mechanism inside the contact section (9, 29), and the metering feeder (2, 4, 4) so that the back pressure in the pressure adjusting valve 34 becomes constant. 22) and the feed rate of the metering pumps (6, 8, 28) are controlled. The control method may be an ON-OFF type, that is, an intermittent feed type, but a continuous or step type in which the rotation speed of a pump or the like is gradually increased or decreased is often more preferable. In any case, such control can stably obtain a uniform polymer product.

<セミバッチ重合>
図2は、セミバッチ式の重合工程を示す系統図である。
図2の系統図において、重合反応装置(500)は、二酸化炭素を貯蔵するタンク(121)と、攪拌手段およびバルブ(128)を備えた耐圧性の反応器(127)を有し、これらは、計量ポンプ(122)と、添加ポット(125)と、バルブ(123,124,126,129)を備えた耐圧性の配管(130)と、計量ポンプ(222)と、添加ポット(225)と、バルブ(223,224,226,229)を備えた耐圧性の配管(230)によって図2に示したように接続されている。
<Semi-batch polymerization>
FIG. 2 is a system diagram showing a semi-batch type polymerization step.
In the system diagram of FIG. 2, the polymerization reactor (500) has a tank (121) for storing carbon dioxide, and a pressure-resistant reactor (127) equipped with a stirring means and a valve (128). , A metering pump (122), an addition pot (125), a pressure-resistant pipe (130) with valves (123, 124, 126, 129), a metering pump (222), and an addition pot (225). , Valves (223, 224, 226, 229) are connected as shown in FIG. 2 by pressure-resistant piping (230).

タンク(121)に貯蔵された二酸化炭素は、計量ポンプ(122)により一定の圧力及び流量で反応器(127)に供給される。第一のモノマー、開始剤および添加剤は、あらかじめ反応器(127)に仕込んでおき、反応器(127)を所定の温度に加熱することで重合反応を開始することができる。   The carbon dioxide stored in the tank (121) is supplied to the reactor (127) at a constant pressure and flow rate by the metering pump (122). The first monomer, the initiator, and the additive are charged in the reactor (127) in advance, and the polymerization reaction can be started by heating the reactor (127) to a predetermined temperature.

なお、触媒は、他の原材料とともに反応器(127)に仕込んでもよいし、他の原材料とは別に添加ポット(125)に貯蔵し、反応器(127)内を所定の温度に加熱した後に反応器(127)内に投入してもよい。触媒を添加ポット(125)に貯蔵する場合、触媒の添加はバルブ(123,124,126,129)の切り替えにより行うことができる。   The catalyst may be charged into the reactor (127) together with other raw materials, or may be stored in an addition pot (125) separately from the other raw materials, and after heating the inside of the reactor (127) to a predetermined temperature, the reaction may take place. It may be put into the container (127). When the catalyst is stored in the addition pot (125), the catalyst can be added by switching the valves (123, 124, 126, 129).

第二のモノマーは、添加ポット(225)に貯蔵しておき、第一のモノマーの重合が進行した時点で、反応器(127)内のモノマー濃度が所定の範囲に維持される速度で、計量ポンプ(222)により反応器(127)内の反応混合物に、連続的に添加される。添加ポット(225)に貯蔵された第二のモノマーの添加は、バルブ(223,224,226,229)の切り替えにより行うことができる。   The second monomer is stored in the addition pot (225), and when the polymerization of the first monomer has progressed, is measured at a rate at which the monomer concentration in the reactor (127) is maintained within a predetermined range. It is continuously added to the reaction mixture in the reactor (127) by the pump (222). The addition of the second monomer stored in the addition pot (225) can be performed by switching valves (223, 224, 226, 229).

重合時間は第一の工程および第二の工程であわせて通常0.5〜24時間の範囲であり、好ましくは1〜12時間の範囲である。
重合反応終了後は、バルブ(128)を開放することにより、反応容器(127)内のポリマー生成物Pを排出することができる。
The polymerization time in the first step and the second step together is usually in the range of 0.5 to 24 hours, preferably in the range of 1 to 12 hours.
After the completion of the polymerization reaction, the polymer product P in the reaction vessel (127) can be discharged by opening the valve (128).

<ポリマー>
本発明方法によれば、脱炭酸率が15%以下であり、かつ、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下GPC)で測定した重量平均分子量(Mw)が25,000以上の十分な成形加工性を有するポリマーを得ることができる。
また、本発明方法は、有機溶媒を使用しないことから、得られたポリマーは実質的に有機溶媒を含まず、安全性、安定性に優れている。
<Polymer>
According to the method of the present invention, a sufficient formability with a decarboxylation rate of 15% or less and a weight average molecular weight (Mw) of 25,000 or more measured by gel permeation chromatography (hereinafter, GPC) is obtained. The resulting polymer can be obtained.
Further, since the method of the present invention does not use an organic solvent, the obtained polymer does not substantially contain an organic solvent, and is excellent in safety and stability.

従って、本発明の方法により得られるポリマーは、各種プラスチック成型加工品(押出・射出成型品、シート、フィルム、発泡体など)、建築用塗料、化粧品、医療用材料、電子写真の現像剤、印刷用インクなどの各種用途に幅広く適用される。その際、成形性、二次加工性、分解性、引張強度、耐熱性、保存安定性、耐候性等を向上させる目的で、各種添加剤を使用しても良い。   Accordingly, the polymers obtained by the method of the present invention include various plastic molded products (extrusion / injection molded products, sheets, films, foams, etc.), architectural coatings, cosmetics, medical materials, electrophotographic developers, printing It is widely applied to various uses such as ink for printing. At that time, various additives may be used for the purpose of improving moldability, secondary workability, decomposability, tensile strength, heat resistance, storage stability, weather resistance and the like.

以下、実施例及び比較例を示して本実施形態をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
なお、実施例において、ポリマーの重量平均分子量、脱炭酸率および変形率は以下に示す方法により測定した。
また、実施例において、圧力は全てゲージ圧を示す。実際の圧力は、これに大気圧(0.1MPa)を加えた値となる。
Hereinafter, the present embodiment will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the examples, the weight average molecular weight, decarboxylation rate and deformation rate of the polymer were measured by the following methods.
In the examples, all pressures indicate gauge pressure. The actual pressure is a value obtained by adding the atmospheric pressure (0.1 MPa) thereto.

(分子量の測定)
前記重量平均分子量は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)法により、以下の条件で測定することができる。
・装置:GPC−8020(東ソー株式会社製)
・カラム:TSK G2000HXL及びG4000HXL(東ソー株式会社製)
・温度:40℃
・溶媒:THF(テトラヒドロフラン)
・流速:0.5mL/分
濃度0.5質量%の試料を1mL注入し、上記の条件で測定したポリマー生成物の分子量分布から単分散ポリスチレン標準試料により作成した分子量校正曲線を使用してポリマー生成物の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)を算出した。
(Measurement of molecular weight)
The weight average molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC) under the following conditions.
-Equipment: GPC-8020 (manufactured by Tosoh Corporation)
・ Column: TSK G2000HXL and G4000HXL (Tosoh Corporation)
・ Temperature: 40 ° C
-Solvent: THF (tetrahydrofuran)
Flow rate: 0.5 mL / min. Inject 1 mL of a 0.5% by mass sample and use the molecular weight calibration curve prepared from the monodisperse polystyrene standard sample from the molecular weight distribution of the polymer product measured under the above conditions. The number average molecular weight (Mn) and weight average molecular weight (Mw) of the product were calculated.

(脱炭酸量と転化率)
前記のポリマー生成物の脱炭酸量は、開環重合性モノマーを重合する際の脱炭酸により副生するオキシドユニットの含有率から求めることができる。また、転化率は、残存するモノマーの量から求めることができる。オキシドユニットおよびモノマーの量は、例えばH核磁気共鳴(H−NMR)スペクトルを以下の条件で測定することで求めることができる。
・装置:日本電子データム株式会社
・溶媒:重クロロホルム
・測定対象:プロトン
得られたスペクトルのうち、カーボネートモノマー由来のピークとオキシドユニットのピーク、およびポリカーボネートのピークの値(mol比)を解析することで、脱炭酸量と転化率を求めることができる。
(Decarbonation amount and conversion rate)
The amount of decarboxylation of the polymer product can be determined from the content of oxide units by-produced by decarboxylation during polymerization of the ring-opening polymerizable monomer. The conversion can be determined from the amount of the remaining monomer. The amounts of the oxide unit and the monomer can be determined, for example, by measuring a 1 H nuclear magnetic resonance ( 1 H-NMR) spectrum under the following conditions.
・ Equipment: JEOL Datum Co., Ltd. ・ Solvent: Deuterated chloroform ・ Measurement target: Proton To analyze the values (mol ratio) of the peak derived from the carbonate monomer, the peak of the oxide unit, and the peak of polycarbonate in the obtained spectrum Thus, the amount of decarbonation and the conversion can be determined.

(変形率)
ポリカーボネート樹脂を厚さ5mm×100mmの成型体とし、20℃50%Rhの条件下、水平な台の上に24時間静置し、以下の式に従い変形率を算出した。
変形率(%)=[(5mm―静置後厚み)/5mm]×100
(Deformation rate)
A polycarbonate resin was formed into a molded body having a thickness of 5 mm x 100 mm, and was allowed to stand on a horizontal table at 20 ° C and 50% Rh for 24 hours, and the deformation rate was calculated according to the following equation.
Deformation rate (%) = [(5 mm−thickness after standing) / 5 mm] × 100

[評価](脱炭酸率の評価)
脱炭酸率(%)の数値を以下の基準で評価した。
5点 : 0〜10%未満のもの
4点 : 10%以上〜12%未満
3点 : 12%以上〜15%未満
0点 : 15%以上
(変形率の評価)
変形率(%)の数値を以下の基準で評価した。
5点 : 0%以上〜3%未満
4点 : 3%以上〜6%未満
3点 : 6%以上〜10%未満
0点 : 10%以上
[Evaluation] (Evaluation of decarbonation rate)
The numerical value of the decarboxylation rate (%) was evaluated based on the following criteria.
5 points: 0 to less than 10% 4 points: 10% to less than 12% 3 points: 12% to less than 15% 0 points: 15% or more (evaluation of deformation rate)
The numerical value of the deformation rate (%) was evaluated based on the following criteria.
5 points: 0% to less than 3% 4 points: 3% to less than 6% 3 points: 6% to less than 10% 0 points: 10% or more

(総合評価)
脱炭酸率の評価点および変形率の評価点の合計点に基づいて以下の基準によりポリマーの性能を評価した。
A : 10点
B : 9点
C : 8点
D : 7点
E : 6点以下
(Comprehensive evaluation)
The performance of the polymer was evaluated on the basis of the following criteria based on the sum of the evaluation points of the decarboxylation rate and the evaluation points of the deformation rate.
A: 10 points B: 9 points C: 8 points D: 7 points E: 6 points or less

(実施例1)
図1に示す重合反応装置(100)を用い、第一の工程として、反応容器内を1.0MPaG(ゲージ圧を示す、以下同じ)の二酸化炭素で充填したのち、第一のモノマーとしてエチレンカーボネート100g、酸触媒としてオクチル酸スズ0.05g、塩基触媒として1,5,7−トリアザビシクロ[4.4.0]デカ−5−エン(TBD)0.05gを圧縮性二酸化炭素とともに加え、反応容器内を5.0MPaGに加圧し、反応系内を180℃に加熱して開環重合させ、中間体ポリマーを形成させた。次に、第二の工程として、反応系内のモノマー濃度が5質量%を維持できるように、さらに第二のモノマーとしてエチレンカーボネート600gを連続添加し開環重合させた。添加終了後、残存モノマー濃度が0.1質量%未満となったところを反応終点とし、目的とするポリマーを得た。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表1に示す。
(Example 1)
Using a polymerization reactor (100) shown in FIG. 1, as a first step, the inside of a reaction vessel is filled with carbon dioxide of 1.0 MPaG (indicating a gauge pressure, the same applies hereinafter), and then ethylene carbonate is used as a first monomer. 100 g, tin octylate 0.05 g as an acid catalyst, and 0.05 g of 1,5,7-triazabicyclo [4.4.0] dec-5-ene (TBD) as a base catalyst are added together with compressible carbon dioxide. The inside of the reaction vessel was pressurized to 5.0 MPaG, and the inside of the reaction system was heated to 180 ° C. to perform ring-opening polymerization to form an intermediate polymer. Next, as a second step, 600 g of ethylene carbonate was further continuously added as a second monomer to carry out ring-opening polymerization so that the monomer concentration in the reaction system could be maintained at 5% by mass. After completion of the addition, the point at which the residual monomer concentration became less than 0.1% by mass was regarded as the reaction end point, and a target polymer was obtained. Table 1 shows the weight average molecular weight Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(実施例2〜10)
第二のモノマー種、触媒種、重合圧力および第二の工程におけるモノマー濃度の少なくともいずれか一以上を表1に記載のとおりに変えた以外は、実施例1と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表1に示す。
(Examples 2 to 10)
Except that at least one of the second monomer species, catalyst species, polymerization pressure and monomer concentration in the second step was changed as described in Table 1, the procedure of Example 1 was repeated to obtain a cyclic carbonate. Ring opening polymerization was performed. Table 1 shows the weight average molecular weight Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例1)
二酸化炭素に代えてアルゴンを用いた以外は実施例1と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 1)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 1 except that argon was used instead of carbon dioxide. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例2)
酸触媒を用いなかった点及び第二のモノマーとしてエチレンカーボネートに代えてプロピレンカーボネートを用いた点以外は実施例4と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 2)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 4, except that no acid catalyst was used and propylene carbonate was used instead of ethylene carbonate as the second monomer. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例3)
塩基触媒を用いなかった以外は実施例4と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 3)
Ring-opening polymerization of cyclic carbonate was carried out in the same manner as in Example 4 except that no base catalyst was used. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例4)
第二のモノマーを添加しなかった以外は実施例4と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 4)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same manner as in Example 4 except that the second monomer was not added. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例5)
反応系内のモノマー濃度を1質量%に維持できるように第二のモノマーを添加した以外は実施例4と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(比較例6)
第二のモノマーのエチレンカーボネートの代わりにプロピレングリコールを用いた以外は実施例1と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 5)
Ring-opening polymerization of cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 4 except that the second monomer was added so that the monomer concentration in the reaction system could be maintained at 1% by mass. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.
(Comparative Example 6)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 1 except that propylene glycol was used instead of ethylene carbonate as the second monomer. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例7)
二酸化炭素をアルゴンに変えた以外は実施例8と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 7)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 8 except that carbon dioxide was changed to argon. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

(比較例8)
第二のモノマーを添加しなかった以外は実施例8と同様の手順により、環状カーボネートの開環重合を行った。得られたポリマーの重量平均分子Mw、脱炭酸率、変形率および総合評価を表2に示す。
(Comparative Example 8)
Ring-opening polymerization of a cyclic carbonate was carried out in the same procedure as in Example 8 except that the second monomer was not added. Table 2 shows the weight average molecule Mw, decarboxylation rate, deformation rate, and overall evaluation of the obtained polymer.

Figure 0006677007
Figure 0006677007

Figure 0006677007
Figure 0006677007

1,3,5,7 タンク
2、4 計量フィーダー
6,8 計量ポンプ
9 混合部
9a 導入口(二酸化炭素導入口)
9b 導入口(第一のモノマーの導入口)
9c 導入口(固体の導入口)
9d 導入口(液体の導入口)
9e 加熱手段
10 送液ポンプ
11 タンク
12 計量ポンプ
13 反応部
13a 導入口(原材料導入口)
13b 導入口(触媒導入口)
13c 加熱手段
21 タンク
22 計量フィーダー
27 タンク
28 計量ポンプ
29 混合部
29a 導入口(二酸化炭素導入口)
29b 導入口(第二のモノマー導入口)
29c 加熱手段
30 耐圧性の配管
33 反応部
33a 導入口(反応混合物の導入口)
33b 導入口(第二のモノマーの導入口)
33c 加熱手段
34 圧調整バルブ
100 重合反応装置
100a 供給ユニット
100b 重合反応装置本体
121 タンク
122 計量ポンプ
125 添加ポット
123,124,126,129 バルブ
127 反応器
128 バルブ
130、130a、130b 配管
222 計量ポンプ
223,224,226,229 バルブ
225 添加ポット
230、230a、230b 耐圧性の配管
500 重合反応装置
P ポリマー生成物
1,3,5,7 Tank 2,4 Measuring feeder 6,8 Measuring pump 9 Mixing section 9a Inlet (carbon dioxide inlet)
9b Inlet (inlet of first monomer)
9c Inlet (solid inlet)
9d inlet (liquid inlet)
9e Heating means 10 Liquid feed pump 11 Tank 12 Metering pump 13 Reaction unit 13a Inlet (raw material inlet)
13b Inlet (catalyst inlet)
13c Heating means 21 Tank 22 Metering feeder 27 Tank 28 Metering pump 29 Mixing unit 29a Inlet (carbon dioxide inlet)
29b inlet (second monomer inlet)
29c Heating means 30 Pressure-resistant pipe 33 Reaction section 33a Inlet (inlet of reaction mixture)
33b inlet (inlet of second monomer)
33c heating means 34 pressure regulating valve 100 polymerization reactor 100a supply unit 100b polymerization reactor main body 121 tank 122 metering pump 125 addition pot 123, 124, 126, 129 valve 127 reactor 128 valve 130, 130a, 130b pipe 222 metering pump 223 , 224, 226, 229 Valve 225 Addition pot 230, 230a, 230b Pressure-resistant pipe 500 Polymerization reactor P Polymer product

特表2012−502143号公報JP-T-2012-502143 A 特開2013−057050号公報JP 2013-057050 A 特開2013−189613号公報JP 2013-189613 A 特開2013−224398号公報JP 2013-224398 A 特開2014−040560号公報JP 2014-040560 A 特開2014−214295号公報JP 2014-214295 A 特開2013−189615号公報JP 2013-189615 A

Claims (4)

臨界圧力に満たない低圧下の二酸化炭素の存在下で環状カーボネートの開環重合により脂肪族ポリカーボネートを製造する方法であって、
前記二酸化炭素の圧力が0.1MPaG以上7MPaG以下であり、
少なくとも1種の環状カーボネートを含む第一のモノマーと、酸触媒と、塩基触媒と、二酸化炭素とを反応器に供給し、前記第一のモノマーを重合させる第一の工程と、
前記第一のモノマーを重合させる反応が進行している反応混合物中に、前記第一のモノマーと同種または異種の、少なくとも1種の環状カーボネートを含む第二のモノマーを供給して重合させる第二の工程とを有し、
前記第二の工程において、反応混合物中における重合反応によって形成されたポリマーの質量と第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量を100質量%としたとき、前記第一のモノマーの質量と第二のモノマーの質量との合計量が、3質量%以上50質量%未満である状態を維持するように前記第二のモノマーを連続的に供給する
ことを特徴とする、脂肪族ポリカーボネートの製造方法。
A method for producing an aliphatic polycarbonate by ring-opening polymerization of a cyclic carbonate in the presence of carbon dioxide under low pressure below the critical pressure,
The pressure of the carbon dioxide is 0.1 MPaG or more and 7 MPaG or less,
A first step of supplying a first monomer containing at least one cyclic carbonate, an acid catalyst, a base catalyst, and carbon dioxide to a reactor to polymerize the first monomer;
In a reaction mixture in which the reaction for polymerizing the first monomer is proceeding, a second monomer containing the same or different kind of the first monomer and containing at least one kind of cyclic carbonate is supplied and polymerized. And a step of
In the second step, when the total amount of the mass of the polymer formed by the polymerization reaction in the reaction mixture, the mass of the first monomer, and the mass of the second monomer is 100 mass%, the first mass Fat, wherein the second monomer is continuously supplied so that the total amount of the mass of the monomer and the mass of the second monomer is maintained at 3% by mass or more and less than 50% by mass. For producing aromatic polycarbonate.
前記酸触媒がルイス酸であり、前記塩基触媒がルイス塩基である請求項1に記載の脂肪族ポリカーボネートの製造方法。   The method for producing an aliphatic polycarbonate according to claim 1, wherein the acid catalyst is a Lewis acid, and the base catalyst is a Lewis base. 前記第一のモノマー及び前記第二のモノマーが、5員環又は6員環の環状アルキレンカーボネートから選択される同種または異種のモノマーである請求項1又は2に記載の脂肪族ポリカーボネートの製造方法。 The first monomer and the second monomer is 5-membered ring or manufacturing method of the aliphatic polycarbonate according a to claim 1 or 2, monomers of the same or different selected from cyclic alkylene carbonates of 6-membered ring. 前記第一のモノマー及び前記第二のモノマーのいずれか一方または両方が、エチレンカーボネートである請求項1又は2に記載の脂肪族ポリカーボネートの製造方法。 The method for producing an aliphatic polycarbonate according to claim 1 or 2 , wherein one or both of the first monomer and the second monomer are ethylene carbonate.
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