專利名稱：反應(yīng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及具備用于供給包括熔融狀態(tài)的液態(tài)的原料的處理槽和在該處理槽內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地配置的攪拌槳的反應(yīng)器，特別涉及適合在由熔融狀態(tài)的聚合物原料合成聚合物的聚合物合成設(shè)備中使用的反應(yīng)器。
背景技術(shù)：
采用開環(huán)聚合反應(yīng)合成聚合物時，由于溫度經(jīng)歷的長時間化、與聚合相伴的反應(yīng)熱的蓄積，有時聚合物一部分熱分解而著色等品質(zhì)的劣化成為問題。作為采用開環(huán)聚合反應(yīng)合成的聚合物之一，聚乳酸是以作為生物質(zhì)的乳酸為原料而制造的無色透明的聚酯。在由乳酸合成聚乳酸的一種方法中，有使乳酸縮合而生成低聚物，向其中添加氧化銻等催化劑進(jìn)行解聚而生成丙交酯，在丙交酯中添加辛酸錫等催化劑進(jìn)行開環(huán)聚合的方法。這種情況下，也會在開環(huán)聚合時，由于與反應(yīng)熱相伴的溫度上升，有時聚乳酸一部分熱分解而著色。該著色損害聚乳酸的特征之一，即無色透明性，因此希望抑制。因此，本實(shí)用新型的申請人先提出了如專利文獻(xiàn)1中所示那樣，準(zhǔn)備多臺進(jìn)行丙交酯的開環(huán)聚合的反應(yīng)器，在反應(yīng)初期階段，用橫型反應(yīng)器(上述文獻(xiàn)1的圖4的附圖標(biāo)記 5)進(jìn)行開環(huán)聚合反應(yīng)，從而抑制聚合度和粘度不同的聚合物的混合，抑制滯留時間的波動弓丨起的溫度經(jīng)歷的長時間化的方式?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1 日本專利第4177769(特開2005-220203)號公報(bào)
實(shí)用新型內(nèi)容要解決的課題但是，上述專利文獻(xiàn)1中所述的方式中，(1)反應(yīng)器(的處理槽和攪拌機(jī)構(gòu))水平設(shè)置，因此在其構(gòu)成上有必要使熔融原料只裝入處理槽的下半部而運(yùn)轉(zhuǎn)，上半部成為死區(qū)， 因此所需處理量的約2倍的容積的反應(yīng)器(處理槽)變得必要，存在裝置成本升高、與處理量相比占有空間變大等問題，此外，(2)只是處理槽的下半部有熔融原料的狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)，因此還存在從作為制冷加熱用夾套發(fā)揮作用的處理槽向熔融原料的傳熱效率差等問題。本實(shí)用新型鑒于這樣的實(shí)際情況而完成，其目的在于提供在不招致裝置成本、占有空間的增大的情況下能夠提高向液態(tài)原料的傳熱效率等的反應(yīng)器。用于解決課題的方法為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器，其特征在于，基本上具備用于供給包括熔融狀態(tài)的液態(tài)的原料的處理槽、和具有在該處理槽內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地配置的攪拌槳和用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動該攪拌槳的驅(qū)動部的攪拌機(jī)構(gòu)，上述處理槽在其上部設(shè)置有原料供給口，同時在其底部設(shè)置有排出口，上述攪拌機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線實(shí)質(zhì)上鉛直地配置，而且在上述攪拌槳的正上方和/或正下方配置有流下阻擋板。在優(yōu)選的方式中，在上述處理槽的內(nèi)周壁，與上述流下阻擋板對應(yīng)地，沿水平方向向內(nèi)突設(shè)有堰以阻礙上述原料的流動，在該堰與上述流下阻擋板之間形成具有規(guī)定寬度的流下用間隙。此外，使用了本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備，具備由將包含熔融原料和催化劑的反應(yīng)液加熱而進(jìn)行聚合反應(yīng)的1臺乃至多臺的反應(yīng)器構(gòu)成的反應(yīng)裝置，其特征在于，作為構(gòu)成該反應(yīng)裝置的至少1臺的反應(yīng)器，使用了上述構(gòu)成的反應(yīng)器。實(shí)用新型的效果本實(shí)用新型的反應(yīng)器，相對于現(xiàn)有的橫型反應(yīng)器而言采用縱型的構(gòu)成，因此在不招致裝置成本、占有空間的增大的情況下，能夠提高向液態(tài)原料(反應(yīng)液)的傳熱效率等。 此外，優(yōu)選的方式中，設(shè)置由流下阻擋板和堰組成的、具有規(guī)定寬度的流下用間隙的一種的閘門板，因此能夠有效地抑制粘度低的熔融原料以及聚合度·粘度低的聚合物與進(jìn)行了某種程度聚合反應(yīng)的聚合物混合，同時能夠確保處理槽內(nèi)的活塞流性(單向流動性)。此外，根據(jù)使用了本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備，防止由滯留時間的波動引起的溫度經(jīng)歷的長時間化，因此能夠抑制熱分解引起的聚合物的劣化，能夠得到高品質(zhì)的聚合物。

圖1為表示本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器的一實(shí)施方式的概略構(gòu)成圖。圖2表示圖1中所示的反應(yīng)器的一部分，(a)為部分放大斜視圖，(b)為部分放大截面圖。圖3是表示圖1中所示的反應(yīng)器的變形例的圖。圖4是表示本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器的另一實(shí)施方式O軸的縱型反應(yīng)器)的一部分的圖。圖5是用于本實(shí)用新型涉及的縱型反應(yīng)器與現(xiàn)有的橫型反應(yīng)器的比較說明的圖。圖6是表示使用了本實(shí)用新型涉及的縱型反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備的一例的圖。圖中1 · 丙交酯供給裝置[0029]2 · 丙交酯熔融裝置[0030]3 · 催化劑供給裝置[0031]4 · 丙交酯供給裝置[0032]5，· 縱型反應(yīng)器[0033]6 · 高粘度用縱型反應(yīng)器[0034]7 · 殘存丙交酯除去裝置[0035]30 · 縱型反應(yīng)器[0036]31 · 處理槽[0037]35 · 供給口[0038]36 · 排出口[0039]38 · 堰[0040]40 · 攪拌機(jī)構(gòu)[0041]42 · 驅(qū)動部
5[0042]43 · 攪拌具[0043]44 · 軸部[0044]45 · 攪拌槳[0045]46 · 流下阻擋板[0046]49 · ·閘門板[0047]50 · 攪拌混合單元[0048]60 · ·反應(yīng)裝置
具體實(shí)施方式
以下參照附圖對本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖1為表示本實(shí)用新型涉及的反應(yīng)器的一實(shí)施方式的概略構(gòu)成圖，圖2表示圖1 中所示的反應(yīng)器的一部分，(A)為部分放大斜視圖，(B)為部分放大截面圖。圖示例的反應(yīng)器30，在如圖6中所示的具備供給丙交酯的丙交酯供給裝置1、將從丙交酯供給裝置1供給的丙交酯加熱熔融的丙交酯熔融裝置2、在該丙交酯熔融裝置2中熔融的丙交酯中添加催化劑的催化劑供給裝置3、用于將從該催化劑供給裝置3供給的包含處于熔融狀態(tài)的丙交酯和催化劑的反應(yīng)液(有時簡稱為熔融原料)加熱進(jìn)行聚合反應(yīng)的由串聯(lián)連接的2臺反應(yīng)器5’、6構(gòu)成的反應(yīng)裝置60、將從該反應(yīng)裝置60得到的進(jìn)行了聚合反應(yīng)的反應(yīng)液輸送的殘存丙交酯除去裝置7的聚合物合成設(shè)備中，作為上述反應(yīng)裝置60中的第1段的反應(yīng)器5’ (代替專利文獻(xiàn)1的圖4中的橫型反應(yīng)器5)使用。該聚合物合成設(shè)備100，除了作為反應(yīng)裝置60中的第1段的反應(yīng)器5’使用了本實(shí)施方式的反應(yīng)器30以外，與專利文獻(xiàn)1中記載的聚合物合成設(shè)備基本相同(對于聚合物合成設(shè)備100將在后面詳述)。本實(shí)施方式的反應(yīng)器30(5’ )具有縱置地設(shè)置的圓筒狀的處理槽31、旋轉(zhuǎn)軸線0 實(shí)質(zhì)上鉛直(與水平面垂直)地配置的攪拌機(jī)構(gòu)40。上述處理槽31具有其中心線C實(shí)質(zhì)上鉛直地配置的有底圓筒狀的容器部32和與其氣密地封合的可卸下的上蓋部33，在其上端部附近設(shè)置熔融原料的供給口 35，同時在其底部34設(shè)置有排出口 36。此外，在處理槽31的壁內(nèi)空所32a中熱介質(zhì)循環(huán)流通，處理槽 31成為了將從上述供給口 35向其中供給的熔融原料加熱和冷卻的制冷加熱用夾套。攪拌機(jī)構(gòu)40具有包含在處理槽31上配置的帶有減速機(jī)的馬達(dá)等的驅(qū)動部42、在處理槽31的中心線C上軸支撐并通過驅(qū)動部42旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的軸部44、固定于該軸部44的攪拌槳45，該攪拌機(jī)構(gòu)40的旋轉(zhuǎn)軸線0與處理槽31的中心線C大致完全地重合。攪拌槳45由以等角度間隔(例如90度間隔)呈俯視放射狀固定于軸部44的多片(例如4片)的矩形板(矩形葉片)構(gòu)成，該攪拌槳45在軸部44在上下方向上距離規(guī)定的間隔多段(例如4段)設(shè)置。此外，在軸部44，圓形狀的流下阻擋板46在各段的攪拌槳45的正上方和正下方 (不包括最下段)，換言之，與攪拌槳45交替地，在上下方向上以規(guī)定的間隔基本上水平狀態(tài)，其內(nèi)周部(中心部)被固定。因此，由軸部44、攪拌槳45和流下阻擋板46組成的攪拌具43，一體地旋轉(zhuǎn)，同時能夠一體地在上下方向等移動。另一方面，在處理槽31的容器部32的內(nèi)周壁32i，為了阻礙在該內(nèi)周壁32i附近(處理槽31內(nèi)的外周部)流下的原料的流動，沿水平方向向內(nèi)突設(shè)有板狀的堰38。該堰38 為俯視圓環(huán)狀，具有與流下阻擋板46大致相同的板厚，并且設(shè)置在與流下阻擋板46實(shí)質(zhì)上同一平面上，在該堰38的內(nèi)周端面與流下阻擋板46的外周端面之間形成了具有流下阻擋板46的外徑的10%以下的寬度的流下用間隙α。此外，攪拌槳45的外徑(旋轉(zhuǎn)半徑的2倍=旋轉(zhuǎn)直徑)與流下阻擋板46的外徑 (旋轉(zhuǎn)半徑的2倍=旋轉(zhuǎn)直徑)相同或者比其略小地設(shè)定。由此，可以將由上述軸部44、攪拌槳45和流下阻擋板46組成的攪拌具43從處理槽31內(nèi)向上方抽出，能夠謀求維護(hù)上的便利等。再有，構(gòu)成反應(yīng)器30的各構(gòu)件，特別是處理槽31和其中配置的堰38、軸部44、攪拌槳45和流下阻擋板46，作為其原材料，使用了耐蝕性和耐熱性優(yōu)異的不銹鋼或鈦。該構(gòu)成的反應(yīng)器(以下稱為縱型反應(yīng)器)30中，用流下阻擋板46和堰38構(gòu)成具有流下用間隙α的一種的閘門板49，利用在處理槽31內(nèi)配置的例如4個閘門板49，劃分配置有攪拌槳45的例如4個攪拌混合單元(室)50。對于縱型反應(yīng)器30中的反應(yīng)條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠適當(dāng)確定，但反應(yīng)器30內(nèi)的平均反應(yīng)溫度為通常140 180°C，優(yōu)選160 170°C，滯留時間通常5 15小時，優(yōu)選 7 10小時。優(yōu)選設(shè)定反應(yīng)條件以使從縱型反應(yīng)器30的排出口 36得到重均分子量通常5 萬 20萬、優(yōu)選15萬 20萬的聚合物。接下來，對具有上述構(gòu)成的縱型反應(yīng)器30的動作、作用、效果以及變形例、其他的實(shí)施方式等進(jìn)行說明。上述實(shí)施方式的縱型反應(yīng)器30中，熔融原料(反應(yīng)液)的供給量并無特別限制， 相對于橫型反應(yīng)器5的容量，以通常液體裝入直至20 100%、優(yōu)選60 100%的量供給。 因此，與反應(yīng)液只導(dǎo)入反應(yīng)器容量的通常一半量程度的現(xiàn)有的橫型反應(yīng)器相比，反應(yīng)液與處理槽(制冷加熱用夾套)31的內(nèi)周壁32i相接的面積大，能夠使傳熱面積變寬(參照圖 5)。這樣，對于本實(shí)施方式的縱型反應(yīng)器30，裝置成本、占有空間與現(xiàn)有的橫型反應(yīng)器沒有多少變化，但也能使從作為制冷加熱用夾套發(fā)揮作用的處理槽31向反應(yīng)液的傳熱效率提高。其結(jié)果，通過傳熱來除去與原料的聚合相伴的反應(yīng)熱，從而能夠抑制反應(yīng)液的溫度上升，在聚合反應(yīng)的后段，能夠有效地抑制與生成的聚合物的熱分解相伴的劣化，防止著色。特別地，在丙交酯的開環(huán)聚合中，能夠有效地防止聚乳酸的著色。再有，通過在上述內(nèi)周壁32i形成凹凸，能夠進(jìn)一步使傳熱面積增加，也能夠進(jìn)一步使傳熱效率提高。向縱型反應(yīng)器30供給的熔融原料(熔融丙交酯)，利用供給口 35與排出口 36之間的落差，從最上段的攪拌混合單元50依次向下段的單元50，被作為制冷加熱用夾套發(fā)揮作用的處理槽31加熱，并且被旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的攪拌槳45攪拌，同時流下。在各單元50內(nèi)，通過利用攪拌槳45進(jìn)行的攪拌，使反應(yīng)液均一化。即，粘度低的原料熔融物、聚合度低的低粘度的聚合物比聚合度高的高粘度的聚合物流得快，能夠抑制兩者相互混合的影響。這種情況下，反應(yīng)液由于重力從流下阻擋板46與堰38之間形成的流下用間隙α 自由落下，流入后段的單元50。此時，如果間隙α的寬度過大，則與由攪拌槳45產(chǎn)生的、 與旋轉(zhuǎn)軸線0垂直的速度成分相比，從間隙α的自由落下的速度大，因此在沒有等待攪拌產(chǎn)生的反應(yīng)液的均勻化的情況下，反應(yīng)液落下到后段的單元50，因此不優(yōu)選。S卩，由間隙α的寬度決定向后段的單元50的反應(yīng)液的流下速度，換言之，為了決定在一個單元50中的滯留時間(攪拌時間)，有必要適當(dāng)?shù)卦O(shè)定間隙α的寬度。將該縱型反應(yīng)器30用作聚合物合成設(shè)備100的反應(yīng)裝置60中的第1段的反應(yīng)器5’時，間隙α的寬度，希望相對于流下阻擋板46的外徑，通常為0. 1 10%，優(yōu)選為1 5%。這樣，在本實(shí)施方式的縱型反應(yīng)器30中，設(shè)置有由流下阻擋板46和堰38構(gòu)成的具有規(guī)定寬度的流下用間隙α的一種的閘門板49、49、· · ，同時利用該閘門板49、 49、· · ，劃分幾個攪拌混合單元(室)50、50、· · ，因此有效地抑制粘度低的熔融原料以及聚合度·粘度低的聚合物與進(jìn)行了某種程度聚合反應(yīng)的聚合物混合，同時能夠確保處理槽31內(nèi)的活塞流性。而且，能夠防止反應(yīng)液未反應(yīng)的情況下移動到下一工序，在該縱型反應(yīng)器30中能夠進(jìn)行充分的反應(yīng)。因此，防止滯留時間的波動引起的溫度經(jīng)歷的長時間化，因此能夠抑制熱分解引起的聚合物的劣化，得到高品質(zhì)的聚合物。再有，上述實(shí)施方式中，在旋轉(zhuǎn)軸線0上配置軸部44，攪拌槳45與流下阻擋板46 通過上述軸部44連接，但在位于攪拌槳45的上下的流下阻擋板46-46間可不必存在軸部 44，例如如圖3中示出變形例那樣，可將攪拌槳45’與流下阻擋板46在它們的中心部以外的部位用棒48等連接。此外，將攪拌槳45、流下阻擋板46和軸部44 一體地連接，使它們一體旋轉(zhuǎn)，但上述流下阻擋板46未必旋轉(zhuǎn)，可用支撐物等保持固定于處理槽31中。處理槽31的形狀可以是槽型，也可以是筒型，并無特別限制，優(yōu)選為圓筒狀。作為攪拌槳45，只要是通過以旋轉(zhuǎn)軸線0為中心的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌，則并無特別限定。構(gòu)成攪拌槳45的葉片的形狀，并不限于上述實(shí)施方式的矩形，可以是例如圓形、長圓形、三角形、梯形和多葉形等，進(jìn)而，可以如船舶用螺旋槳等那樣為扭曲形狀，葉片的片數(shù)、 安裝姿勢等也無特限定。此外，上述實(shí)施方式中，示出了由攪拌槳45、流下阻擋板46和軸部44構(gòu)成的攪拌具43只是1根的1軸縱型反應(yīng)器30，但可以將上述攪拌具43多根并設(shè)。圖4中示出將2根上述攪拌具43 (43Α、43Β)并設(shè)的2軸的縱型反應(yīng)器30’的一例 (其他的實(shí)施方式)的一部分。該2軸縱型反應(yīng)器30’，攪拌槳45、45相互咬合并且流下阻擋板46、46在上下間隔微小間隙β，以俯視部分地重合的方式配置，相對于攪拌具43Α，攪拌具4 沿相反方向旋轉(zhuǎn)。對于該2軸的縱型反應(yīng)器30’，由于攪拌槳45、45相互咬合，因此能夠防止向攪拌具43A、43B的反應(yīng)液的附著，從自清潔作用的觀點(diǎn)出發(fā)優(yōu)選。此外，通過使流下阻擋板46-46間的間隙β足夠小，能夠阻礙反應(yīng)液急速流下，同時將攪拌槳45、45的運(yùn)動引起的反應(yīng)液向上方的逆流控制在最小限度。由此，與1軸的縱型反應(yīng)器30同樣地，能夠抑制粘度低的熔融原料以及聚合度 粘度低的聚合物與進(jìn)行了某種程度聚合反應(yīng)的聚合物混合，能夠確保反應(yīng)器30’內(nèi)的活塞流性。而且，能夠防止反應(yīng)液在未反應(yīng)的情況下移動到下一工序，能夠在該反應(yīng)器30’中進(jìn)行充分的反應(yīng)。因此，防止滯留時間的波動引起的溫度經(jīng)歷的長時間化，因此能夠抑制熱分解引起的聚合物的劣化，可得到高品質(zhì)的聚合物。再有，作為縱型反應(yīng)器30中的加熱機(jī)構(gòu)，可使用本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的加熱機(jī)構(gòu)，除了如上述實(shí)施方式那樣將處理槽31用作加熱載熱體的制冷加熱用夾套的方法以外，
8還有例如將載熱體通入軸部44的內(nèi)部，通過傳熱進(jìn)行加熱的方法；代替載熱體而使用電熱線加熱器的方法等各種方法，可以單獨(dú)使用這些方法，也可以組合使用。再有，加熱反應(yīng)器 30時，優(yōu)選在恒定的溫度下進(jìn)行加熱。供給到縱型反應(yīng)器30內(nèi)的熔融原料最初通過上述加熱方法被加熱而聚合，但由于與反應(yīng)熱相伴的溫度上升，反應(yīng)液的溫度變得比載熱體高，相反熱從反應(yīng)液向載熱體逃逸。即，上述加熱方法也能作為冷卻方法發(fā)揮作用。因此，由于聚合反應(yīng)而產(chǎn)生反應(yīng)熱的聚合物的情況下，能夠有效地使熱逃逸，因此有利。根據(jù)需要，將反應(yīng)器內(nèi)部劃分為多個區(qū)域，可使用在每個劃分的區(qū)域中能改變載熱體溫度的加熱方法。因此，考慮利用多個制冷加熱用夾套。這種情況下，如果將反應(yīng)器30 內(nèi)部，例如如上述實(shí)施方式那樣，利用閘門板49劃分，則能夠在加熱低溫的反應(yīng)液的區(qū)域中將載熱體溫度設(shè)定得高，在由于反應(yīng)熱，反應(yīng)液溫度升高，除熱變得必要的區(qū)域中，相反將載熱體溫度設(shè)定得低。通過將用載熱體加熱裝置加熱的載熱體供給到供給口 35附近，也能夠在反應(yīng)器30內(nèi)部設(shè)定溫度梯度。如果載熱體溫度變低，有可能一部分熔融物固化而附著于反應(yīng)器內(nèi)面，這種情況下，能夠利用攪拌機(jī)構(gòu)40將附著物剝離。需要說明的是，本說明書中，“基本上鉛直地”、“基本上水平地”等表述，是指相對于完全嚴(yán)密的鉛直線或水平線，誤差大約5度以內(nèi)的狀態(tài)。接下來，參照圖6對使用了上述縱型反應(yīng)器30的聚合物合成設(shè)備100進(jìn)行說明。圖示例的聚合物合成設(shè)備100，為聚乳酸合成用，具備構(gòu)成反應(yīng)裝置60的、串聯(lián)連接的上述實(shí)施方式的縱型反應(yīng)器5’ (30)和高粘度用型反應(yīng)器6。在反應(yīng)裝置60的前段側(cè)， 配備丙交酯供給裝置1、丙交酯熔融裝置2、催化劑供給裝置3、丙交酯供給裝置4，在反應(yīng)裝置60的后段側(cè)配備有殘存丙交酯除去裝置7，而且各裝置間用導(dǎo)管等連接，在其輸送配管系中，具有送液泵8 13、閥14 四等。再有，送液泵8 13，在輸送的液體的粘度低，能夠利用重力送液的情形等，可省略一部分。此外，對于閥14 25也可根據(jù)需要省略。丙交酯供給裝置1將粉體狀的丙交酯供給到丙交酯熔融裝置2。作為丙交酯供給裝置1的輸送方式，有例如采用螺桿給料器的輸送、采用超聲波振動的輸送、采用氣流的輸送等方式。在丙交酯熔融裝置2中，將輸送來的丙交酯加熱熔融。此時的溫度，為丙交酯的熔點(diǎn)以上，優(yōu)選為不產(chǎn)生熱引起的劣化的160°C以下的范圍。在丙交酯熔融裝置2中生成的熔融丙交酯，通過送液泵8輸送到催化劑供給裝置3。在催化劑供給裝置3中，將催化劑供給于熔融丙交酯。添加了催化劑的熔融丙交酯通過送液泵9被供給到丙交酯供給裝置4。 在丙交酯供給裝置4中，將熔融丙交酯的溫度保持在丙交酯的熔點(diǎn)以上，優(yōu)選160°C以下的范圍。丙交酯供給裝置4實(shí)質(zhì)上是對于其后段的反應(yīng)器5’、6的緩沖罐，根據(jù)需要可省略。 丙交酯供給裝置4的熔融丙交酯通過送液泵10被供給到縱型反應(yīng)器5’。再有，省略丙交酯供給裝置4的情況下，送液泵10也不需要。送液泵8 10的前后的送液配管，為了避免與溫度下降相伴的丙交酯的凝固、阻塞，全部通過加熱·保溫等保持在丙交酯的熔點(diǎn)以上、優(yōu)選160°C以下的范圍。在縱型反應(yīng)器5’內(nèi)，如前所述，熔融丙交酯利用供給口與排出口之間的落差而流動，聚合反應(yīng)進(jìn)行。在縱型反應(yīng)器5’中，反應(yīng)液被制冷加熱用夾套加熱?？v型反應(yīng)器5’內(nèi)部的反應(yīng)液利用重力和送液泵11被輸送到高粘度用縱型反應(yīng)器6。對于送液泵11，可根據(jù)反應(yīng)液的粘度選擇抽出用的螺桿、齒輪泵等。此外，能夠從縱型反應(yīng)器5利用重力將反應(yīng)液抽出的情況下，可省略送液泵11。送液泵11前后的輸送配管，為了避免與內(nèi)部的反應(yīng)液的凝固相伴的阻塞，需要加熱·保溫。作為此時的溫度，優(yōu)選為反應(yīng)液不熱分解的200°C以下。反應(yīng)液被輸送到設(shè)置在高粘度用縱型反應(yīng)器6的上部的供給口，利用重力向著高粘度用縱型反應(yīng)器6下部的排出口流動，進(jìn)行聚合反應(yīng)。由此能夠防止聚合度低的聚合物混入聚合度高的聚合物。在高粘度用縱型反應(yīng)器6中，反應(yīng)液被反應(yīng)器外周部的載熱體的夾套加熱。在高粘度用縱型反應(yīng)器6中，可使用本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的裝置，其中，使用適合高粘度聚合物的攪拌的、具有2根設(shè)置了攪拌槳的旋轉(zhuǎn)軸的攪拌裝置(以下稱為2軸攪拌裝置)?？v型反應(yīng)器6內(nèi)部的反應(yīng)液利用重力和送液泵12，被輸送到殘存丙交酯除去裝置7。作為送液泵12，與送液泵11同樣地，可根據(jù)反應(yīng)液的粘度選擇抽出用的螺桿、齒輪泵等。送液泵12前后的輸送配管，為了避免與內(nèi)部的反應(yīng)液的凝固相伴的阻塞，需要加熱 保溫。作為此時的溫度，優(yōu)選為聚合物不熱分解的200°C以下。在殘存丙交酯除去裝置7中，維持熔融狀態(tài)的同時制造負(fù)壓環(huán)境，對未反應(yīng)的丙交酯進(jìn)行除去處理。通過送液泵13將處理后的反應(yīng)液排出。作為送液泵13，與送液泵11 同樣地，可根據(jù)反應(yīng)液的粘度選擇抽出用的螺桿、齒輪泵等。對排出的聚合物通常實(shí)施水冷、采用切片機(jī)的粒料化處理。本實(shí)施方式的聚合物合成設(shè)備100，至少在第1段具有縱型反應(yīng)器5’(30)，在第2 段以后的段可還具有縱型反應(yīng)器。對于第1段以外的反應(yīng)器的形狀等，并無特別限制，可使用本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的反應(yīng)器。上述實(shí)施方式使用在第1段包含縱型反應(yīng)器的反應(yīng)裝置，但是使用在其以前的段中包含基本上不進(jìn)行聚合反應(yīng)的槽的反應(yīng)裝置的情形，也包含在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。使用圖6中所示的聚合物合成設(shè)備100，以下述方式合成聚乳酸。將丙交酯熔融裝置2的溫度設(shè)定為120°C，在縱型反應(yīng)器5’中在120°C下供給催化劑、分散有聚合引發(fā)劑的熔融丙交酯(分子量144)。在縱型反應(yīng)器5’內(nèi)，將反應(yīng)液保持在平均溫度170°C、滯留時間10小時。在滯留時間的前半段中，利用來自反應(yīng)器外周部的夾套的熱傳導(dǎo)加熱，在后半段中，隨著與聚合相伴的反應(yīng)熱，聚合物自身的溫度上升，一部分的反應(yīng)熱經(jīng)過反應(yīng)器的內(nèi)壁，通過熱傳導(dǎo)而除去。從縱型反應(yīng)器5’排出的聚乳酸為聚合反應(yīng)度(轉(zhuǎn)化率)55% (以聚合反應(yīng)度=1-殘存丙交酯濃度/初期丙交酯濃度而算出)、重均分子量17萬、粘度 250Pa · s 左右。將該聚合物接下來供給于高粘度用縱型反應(yīng)器6。在縱型反應(yīng)器6中，聚合物保持在平均溫度190°C、滯留時間5小時。在滯留時間期間，隨著與聚合相伴的反應(yīng)熱，聚合物自身的溫度上升，一部分的反應(yīng)熱通過反應(yīng)器的內(nèi)壁，通過熱傳導(dǎo)而除去。再有，隨著聚合反應(yīng)的發(fā)展，每單位體積的發(fā)熱率下降，因此發(fā)熱率大于熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱的除去率的期間，聚合物自身的溫度上升，如果使發(fā)熱率小于熱傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱的除去率，聚合物自身的溫度降低。從縱型反應(yīng)器6排出的聚乳酸為聚合反應(yīng)度90%、重均分子量27萬、粘度2500 · s 左右ο用色彩色度計(jì)測定得到的聚乳酸的色相(b)，結(jié)果b = 4。由以上可知，采用圖6 所示的聚合物合成設(shè)備100，能夠得到b = 4以下的著色小的高品質(zhì)的聚乳酸。[0093]再有，用于將原料聚合的反應(yīng)裝置60中所含的反應(yīng)器的數(shù)可以為2個以上，通常為2 4個，優(yōu)選為2 3個，更優(yōu)選為2個。此外，使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備中，在用于聚合的反應(yīng)裝置的后段設(shè)置殘存原料除去裝置，可從由反應(yīng)裝置排出的反應(yīng)液將未反應(yīng)的原料除去。在殘存原料除去裝置中，通過維持熔融狀態(tài)，同時制造負(fù)壓環(huán)境，從而將未反應(yīng)的原料例如丙交酯除去。進(jìn)而，對經(jīng)過本實(shí)用新型的合成方法得到的聚合物，通常實(shí)施水冷和采用切片機(jī)的粒料化處理等，但這些處理可省略。在使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備中使用的、原料熔融裝置、催化劑供給裝置、包含縱型反應(yīng)器的反應(yīng)裝置、殘存原料除去裝置等裝置中，優(yōu)選分別設(shè)置用于以氮?dú)鈱?nèi)部脫氣的氮?dú)夤┙o配管和排氣管。此外，合成工藝的運(yùn)轉(zhuǎn)優(yōu)選基本上在工藝內(nèi)的全部裝置進(jìn)行了氮脫氣后開始。由此能夠防止氧的存在產(chǎn)生的反應(yīng)液的焦燒。此外，原料熔融裝置、催化劑供給裝置、原料供給裝置、橫型反應(yīng)器、縱型反應(yīng)器等優(yōu)選在大氣壓程度的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。這樣能夠減輕熔融原料的揮發(fā)。使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備適合用于伴隨聚合反應(yīng)而產(chǎn)生反應(yīng)熱的聚合物的聚合反應(yīng)。這樣的聚合物中，包含采用開環(huán)聚合反應(yīng)或加成聚合反應(yīng)生成的聚合物。對于采用開環(huán)聚合反應(yīng)生成的聚合物，適合用于采用環(huán)式聚合物原料、特別是環(huán)式二聚體的開環(huán)聚合反應(yīng)合成的聚合物、特別是聚酯的聚合反應(yīng)。可以列舉例如聚乳酸、以乳酸為主成分的共聚物、聚乙醇酸、以乙醇酸為主成分的共聚物等。此外，作為采用適合使用本實(shí)用新型的裝置的加成聚合反應(yīng)生成的聚合物，可以列舉聚苯乙烯、聚碳酸亞乙烯酯、 聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙基丙烯酸甲酯、聚醋酸纖維素、聚醋酸乙烯酯等以及包含這些的共聚物。使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備特別適合在采用丙交酯的開環(huán)聚合的聚乳酸的合成中使用。其中，作為聚乳酸的原料使用的丙交酯，意味著從乳酸2分子脫去水2分子而生成的環(huán)式酯，聚乳酸意味著以乳酸為主成分的聚合物，包含聚L-乳酸均聚物、聚D-乳酸均聚物、聚L/D-乳酸共聚物、將其他的酯鍵形成性成分例如羥基羧酸、內(nèi)酯類、二羧酸和二醇等與這些聚乳酸等共聚而成的共聚聚乳酸以及在這些中混合添加物作為副次成分的產(chǎn)物。作為羥基羧酸的實(shí)例，可以列舉乙醇酸、羥基丁基羧酸、羥基苯甲酸等， 作為內(nèi)酯的實(shí)例，可以列舉丁內(nèi)酯、己內(nèi)酯等，作為二羧酸的實(shí)例，可以列舉碳數(shù)4 20的脂肪族二羧酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、萘二甲酸等芳香族二羧酸，作為二醇的實(shí)例，可以列舉碳數(shù)2 20的脂肪族二醇。聚乙二醇、聚丙二醇、聚亞丁基醚等聚亞烷基醚的低聚物和聚合物也可用作共聚成分。同樣地，聚碳酸亞烷基酯的低聚物和聚合物也可用作共聚成分。作為添加物的實(shí)例，可以列舉抗氧化劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、顏料、著色劑、無機(jī)粒子、各種填料、脫模劑、增塑劑、其他類似物。這些共聚成分和添加劑的添加率為任意，主成分為乳酸或來自乳酸的衍生物，共聚成分和添加劑優(yōu)選為50重量％以下，特別優(yōu)選為30%以下。使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備特別適合在采用丙交酯的開環(huán)聚合的聚乳酸的合成中使用。其中，作為聚乳酸的原料使用的丙交酯，意味著從乳酸2分子脫去水2分子而生成的環(huán)式酯，聚乳酸意味著以乳酸為主成分的聚合物，包含聚L-乳酸均聚物、聚D-乳酸均聚物、聚L/D-乳酸共聚物、將其他的酯鍵形成性成分例如羥基羧酸、內(nèi)酯類、二羧酸和二醇等與這些聚乳酸等共聚而成的共聚聚乳酸以及在這些中混合添加物作為副次成分的產(chǎn)物。作為羥基羧酸的實(shí)例，可以列舉乙醇酸、羥基丁基羧酸、羥基苯甲酸等，作為內(nèi)酯的實(shí)例，可以列舉丁內(nèi)酯、己內(nèi)酯等，作為二羧酸的實(shí)例，可以列舉碳數(shù)4 20的脂肪族二羧酸、鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、對苯二甲酸、萘二甲酸等芳香族二羧酸，作為二醇的實(shí)例，可以列舉碳數(shù)2 20的脂肪族二醇。聚乙二醇、聚丙二醇、聚亞丁基醚等聚亞烷基醚的低聚物和聚合物也可用作共聚成分。同樣地，聚碳酸亞烷基酯的低聚物和聚合物也可用作共聚成分。作為添加物的實(shí)例，可以列舉抗氧化劑、穩(wěn)定劑、紫外線吸收劑、顏料、著色齊U、 無機(jī)粒子、各種填料、脫模劑、增塑劑、其他類似物。這些共聚成分和添加劑的添加率為任意，主成分為乳酸或來自乳酸的衍生物，共聚成分和添加劑優(yōu)選為50重量％以下，特別優(yōu)選為30%以下。使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備，是用于在熔融狀態(tài)下將聚合物原料聚合、連續(xù)或間歇地合成聚合物的裝置，用反應(yīng)裝置將包含處于熔融狀態(tài)的原料和催化劑的反應(yīng)液加熱，進(jìn)行聚合反應(yīng)。所謂原料，意味著成為用于通過聚合反應(yīng)合成聚合物的構(gòu)成要素的單體、環(huán)式單體、單體的環(huán)式2聚體和低聚物等。聚乳酸的合成中，使用丙交酯作為原料，用反應(yīng)裝置將包含處于熔融狀態(tài)的原料丙交酯和催化劑的反應(yīng)液加熱，進(jìn)行丙交酯的開環(huán)聚合反應(yīng)，從而在熔融狀態(tài)下使丙交酯聚合，連續(xù)或間歇地合成聚乳酸。本說明書中，所謂反應(yīng)液，是指包含熔融的聚合物原料、熔融原料和催化劑的混合物、熔融原料和催化劑和各種聚合度的聚合物的混合物等在聚合物的合成行程中流通的熔融物、生成物等全部。在使用了本實(shí)用新型的反應(yīng)器的聚合物合成設(shè)備中，所謂連續(xù)或間歇地合成，具有本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的含義，包括進(jìn)行原料的供給和作為生成物的聚合物的排出的時間帶至少一部分重疊的情形、連續(xù)或間歇地進(jìn)行原料的供給，連續(xù)或間歇地將聚合物排出的情形。原料處于熔融狀態(tài)的情況下，可在熔融原料中直接添加催化劑，供給到反應(yīng)裝置， 給予聚合反應(yīng)，但原料為粉體狀等固形狀的情況下，通過利用原料熔融裝置將原料加熱，預(yù)先使原料熔融。原料熔融裝置中的加熱溫度，只要為原料的熔點(diǎn)以上，則并無特別限制。因此，原料為丙交酯的情況下，只要為95°C以上，則并無特別限定，通常為95 160°C，優(yōu)選為 110 130°C。通過使其為160°C以下的溫度，能夠防止丙交酯因熱而引起的劣化。作為用于聚合反應(yīng)的催化劑，如果是本領(lǐng)域技術(shù)人員，可根據(jù)合成的聚合物適當(dāng)選擇適合的催化劑。例如，作為用于丙交酯的開環(huán)聚合的催化劑，可使用以往公知的聚乳酸的聚合用催化劑，可使用例如包含選自周期表IA族、IVA族、IVB族和VA族中的至少1種的金屬或金屬化合物的催化劑。作為屬于IVA族的催化劑，可以列舉例如有機(jī)錫系的催化劑(例如乳酸錫、酒石酸錫、二辛酸錫、二月桂酸錫、二棕櫚酸錫、二硬脂酸錫、二油酸錫、α-萘甲酸錫、β-萘甲酸錫、辛酸錫等)、和粉末錫等。作為屬于IA族的催化劑，可以列舉例如堿金屬的氫氧化物 (例如氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰等)、堿金屬與弱酸的鹽(例如乳酸鈉、醋酸鈉、碳酸鈉、辛酸鈉、硬脂酸鈉、乳酸鉀、醋酸鉀、碳酸鉀、辛酸鉀等)、堿金屬的醇鹽(例如甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉、乙醇鉀等)等。作為屬于IVB族的催化劑，可以列舉例如鈦酸四丙酯等鈦系化合物、異丙醇鋯等鋯系化合物等。作為屬于VA族的催化劑，可以列舉例如三氧化銻等銻系化合物等。這些中，從活性方面出發(fā)，特別優(yōu)選有機(jī)錫系催化劑或錫化合物。 催化劑可采用本技術(shù)領(lǐng)域中通常使用的催化劑添加裝置添加到熔融原料中?？蓪⒋呋瘎┨砑拥饺廴谠现泻蠊┙o到反應(yīng)裝置中，或者可將催化劑直接添加到反應(yīng)裝置中。
權(quán)利要求1.一種反應(yīng)器，其特征在于，其具備用于供給包括熔融狀態(tài)的液態(tài)的原料的處理槽、和具有在該處理槽內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地配置的攪拌槳及用于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動該攪拌槳的驅(qū)動部的攪拌機(jī)構(gòu)， 所述處理槽在其上部設(shè)置有原料供給口，在其底部設(shè)置有排出口，所述攪拌機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線基本上鉛直地配置，在所述攪拌槳的正上方和/或正下方配置有流下阻擋板。
2.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述流下阻擋板形成為圓形狀并與所述攪拌槳連接。
3.如權(quán)利要求1所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述流下阻擋板基本上水平地配置。
4.如權(quán)利要求2所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述流下阻擋板基本上水平地配置。
5.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述旋轉(zhuǎn)軸線上，設(shè)置有通過所述驅(qū)動部來旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的軸部，并且將所述攪拌槳和流下阻擋板固定在該軸部。
6.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述攪拌槳和流下阻擋板在它們的中心部以外的部位連接。
7.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述攪拌槳由俯視呈放射狀配置的多片葉片組成。
8.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述攪拌槳和所述流下阻擋板交替地多段配置。
9.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述處理槽的內(nèi)周壁，與所述流下阻擋板對應(yīng)地，沿水平方向向內(nèi)突設(shè)有堰以阻礙所述原料的流動。
10.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述堰形成為俯視圓環(huán)狀，并且在所述堰和所述流下阻擋板之間形成了流下用間隙。
11.如權(quán)利要求9所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述堰設(shè)置在與所述流下阻擋板基本上同一平面上，在所述堰的內(nèi)周端面和所述流下阻擋板的外周端面之間，形成了具有所述流下阻擋板的外徑的10%以下的寬度的流下用間隙。
12.如權(quán)利要求10所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述堰設(shè)置在與所述流下阻擋板基本上同一平面上，在所述堰的內(nèi)周端面和所述流下阻擋板的外周端面之間，形成了具有所述流下阻擋板的外徑的10%以下的寬度的流下用間隙。
13.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述處理槽的中心線與所述攪拌機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)軸線大致完全地重合。
14.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，在所述處理槽內(nèi)，并設(shè)有多根由所述攪拌槳和流下阻擋板等組成的攪拌具。
15.如權(quán)利要求14所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述多根攪拌具中，它們的攪拌槳相互咬合，并且它們的流下阻擋板在上下隔開微小間隙配置以使其在俯視情況下部分地重合。
16.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述攪拌槳的外徑或旋轉(zhuǎn)直徑設(shè)定為所述流下阻擋板的外徑或旋轉(zhuǎn)直徑以下。
17.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，由所述攪拌槳和流下阻擋板等組成的攪拌具能夠從所述處理槽內(nèi)沿上下方向抽出。
18.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，具備用于將供給到所述處理槽內(nèi)的原料加熱的加熱機(jī)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的反應(yīng)器，其特征在于，所述處理槽形成為用于將所述原料加熱和冷卻的制冷加熱用夾套。
專利摘要本實(shí)用新型的反應(yīng)器，其在裝置成本、占有空間的不增大的情況下能改善從處理槽到液態(tài)原料的傳熱效率等，其具備供給熔融液態(tài)原料的處理槽(31)、具有該處理槽(31)內(nèi)可旋轉(zhuǎn)地配置的攪拌槳(45)和驅(qū)動該攪拌槳(45)的驅(qū)動部(42)的攪拌機(jī)構(gòu)(40)，上述處理槽(31)的上部設(shè)原料供給口(35)，底部設(shè)排出口(36)，攪拌機(jī)構(gòu)(40)的旋轉(zhuǎn)軸線基本上鉛直配置，攪拌槳(45)正上和/或正下配置流下阻擋板(46)。在處理槽(31)的內(nèi)周壁(32i)與上述流下阻擋板(46)對應(yīng)地，沿水平方向內(nèi)向突設(shè)堰(38)以阻礙上述原料流動，該堰(38)設(shè)置于流下阻擋板(46)的大致同一平面上，在堰(38)的內(nèi)周端面與流下阻擋板(46)的外周端面之間，形成具有上述流下阻擋板(46)外徑10％以下寬度的流下用間隙α。
文檔編號B01J19/18GK202185309SQ20112022235
公開日2012年4月11日 申請日期2011年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月28日
發(fā)明者上川將行, 岡憲一郎, 岡本成恭, 松尾俊明, 近藤健之, 鈴木一隆 申請人:株式會社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)