JPH0257315A - 押出機および重合体回収方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、未精製重合体から残留揮発性物質を除去する
ためのベント付押出機及び該ベント付押出機を用いて重
合体中の残留揮発性物質を除去する重合体の回収方法に
関し、さらに詳しくは、ベント付押出機のベント内のス
クリューを特定の構造のものとすることによって、未精
製重合体から効率良く揮発性物質を除去する重合体の回
収方法に関する。 ［従来の技術］ 重合体は通常、溶液重合、塊状重合、懸濁重合、乳化重
合等の重合法により、モノマーを重合して製造される。 これらの重合体は、重合直後は多くの場合未反応モノマ
ーや重合媒体に用いた溶媒や水を含んでいるので、溶媒
、未反応モノマー水等の残留物質をそれらの重合体から
除去して純粋な重合体を回収する必要がある。これらの
残留物質は、通常重合体に対して、揮発性を有するので
その性質を利用した種々の除去方法がある。 例えば、溶液重合法や、乳化重合法では、重合後の重合
体溶液等とスチームとを直接に接触させて、加温し、揮
発性物質を蒸発除去している。 （佐伯康治著「ポリマー製造のプロセス」）溶液重合法
や塊状重合法においてもスチームストリッピングを使用
する場合もあるが重合体溶液中の溶媒や未反応モノマー
を一旦スチーム（水）で駆逐し、その後脱水、乾燥工程
を行って水を除去する為ユーティリティコストが高（な
る、その為、溶液重合法や塊状重合法においては一般に
間接加熱方式によって溶媒、水、あるいは未反応モノマ
ーを直接蒸発除去する（直接脱溶）ことが広く行われて
いる。 直接脱溶を行う為にはベント付押出機を使用する場合が
多く、又ベント付押出様は重合体をそのまま所望の形態
（例えばペレットやフィルム）に加工しやすいという点
で優れており、広く用いられている。（例えば、特開昭
４７−６０３１号、特開昭５１−４１０８７号公報） 一般にベント付押出機で未精製重合体から、残留揮発性
物質を効率良く除去する手段として、下記の方法が行な
われている。 ■ベントロの数を増したり、あるいはベントロの面積を
大きくし、あるいはＬ／Ｄ　（押出機のシリンダーの長
さ（＝スクリュー径さ）とシリンダーの直径の比）を大
きくすることで、ベント部での重合体の滞留時間を長く
する。 ■ベント手前にシールリング、ニーディングディスク等
を設けて剪断力を与え、あるいはスクリューの回転を上
げて摩擦により重合体の発熱を促進させ、ベント部の重
合体の温度を上げることによって蒸発を促進させる。 ■スクリューを深溝から浅溝に変える、あるいはスクリ
ューの回転を上げることで重合体の表面更新を促進させ
る。 以上の方法を適宜行なうことによって、未精製重合体か
ら残留揮発性物質の除去が行なわれてきた。 ［発明が解決しようとする課題］ しかし−射的によく使用されている上記■。 ■、■の方法にも欠点がある。 例えば、ベント押出機で効率良く揮発性物質を除去する
■の方法は、生産量、設置場所面積、設備費等に於いて
不利であり、高温条件下での滞留時間が長くなることで
、品質の低下の原因となる。更にこの方法は除去効率の
面でまだ不充分である。 ■の方法はシールリング、ニーディングディスク部分で
重合体に高剪断力がかかりすぎ、その結果、重合体の分
子切断又は急昇温による熱劣化等により、重合体の品質
低下の原因となる。 ■の方法は、溶融粘度の高い重合体の場合には表面更新
が充分でなく、これを高めるために高負荷剪断力を与え
ると重合体の品質の低下の原因となった。 本発明者は、これらの課題の改良について検討を行なっ
た結果、特に溶融粘度の高い重合体の場合、重合体中の
揮発物質を効率よく除去するためには重合体の押出機の
スクリューへの巻きつきを良（することが必要であるこ
とを見出し、更に少なくとも１つのベント部のスクリュ
ーの構造を、軸に垂直な断面においてスクリュー谷底と
フライト外径により区画される領域がフライトによって
４以上の部分に分割された多条構造を有し、かつ前記の
構造のスクリュー軸方向の長さは、スクリュー径の０．
３倍以上、ベント開口部のスクリュー軸方向径以下とす
ることによって、重合体の品質を変化させる程の高負荷
剪断力をかけずに、重合体を安定してスクリューに巻き
つかせることができ、それによって重合体の表面更新が
促進され、揮発性物質を効率良く除去する方法を見出し
、本発明に到達した。 ここで本発明の押出機の［軸に垂直な断面において、ス
クリュー谷底とフライト外径により区画される領域がフ
ライトによって４以上の部分に分割された多条構造」と
いうスクリュー構造を図によって説明すると、例えば第
２図のダルメージスクリュー（らせん型）においては多
条構造になっており、スクリュー谷底（■の部分）とフ
ライト外径（ＩＩの部分）により区画される領域が１６
のフライト（ネジ山）によって１６の部分に分割されて
いると定義する６　（第２図（ｂ））これに対し、通常
のフルフライトスクリューは第３図（ｂ）に示すように
、スクリュー谷底（Ｉの部分）とフライト外径（Ｈの部
分）により区画される領域はただ一つの部分から成り立
っており、分割されていない。 ベント付押出様において、ベント部分を本発明の構造と
することは従来全く行なわれておらず、本発明の方法は
新規であり、このような構造のベント付押出機を用いる
ことによって重合体中の揮発性物質を効率良（除去でき
ることは全く予期せぬ驚くべき効果である。 ［課題を解決するための手段］ 本発明は １、押出機の少な（ども１つのベント部分におりるスク
リュー構造が、軸に垂直な断面においてスクリュー谷底
とフライト外径により区画される領域がフライトによっ
て４以上の部分に分割された多条構造を有し、かつ前記
の構造のスクリュー長さは、スクリュー径の０．３倍以
上、ベント開口部のスクリュー軸方向径以下であるスク
リューを有するベント付押出機 および ２、残留揮発性物質を含む未精製重合体をベント付押出
様に供給し、上記残留揮発性物質を蒸発除去して、重合
体を回収する方法において、上記構造のベント付押出機
を使用する事を特徴とする重合体の回収方法 を提供するものである。 以下、本発明について詳細に説明する。 本発明の重合体の回収方法を適用できる重合体としては
ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル−スチレン樹脂、
ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂、ＭＳ樹脂などの
スチレン系熱可塑性樹脂、ＳＢ、５Ｔ３Ｓ、ＳＩＳなど
の芳香族ビニル−共役ジエン系ブロック共重合体などの
エラストマーや、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
ブテン、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・ブ
テン共重合体などのオレフィン系熱可塑性樹脂やＥＰＲ
ＳＢＲ，ＳＢＲに代表される各種合成ゴム等が代表例と
して挙げられるが、上記以外の重合体であっても、通常
の押出機で処理できるものはいずれも本発明の回収方法
を適用することができ、上記の重合体に限定されるもの
ではない、しかし本発明はＥＰＲ，ＢＲ，ＳＢＲなどの
合成ゴム、ＡＢＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＭＢＳ樹脂など、
合成ゴム重合体にグラフト重合して得られた熱可塑性樹
脂などのように、溶融粘度の高い重合体の回収方法に特
に適している。 上記重合体に含まれていて除去される揮発性物質は、重
合法によって異なるが５一般にモノマー（単量体）溶媒
、水などであり、通常、塊状重合、懸濁重合においては
、未反応モノマーが、また、溶液重合であれば未反応モ
ノマーおよび溶媒が、また、乳化重合であれば、水と未
反応子ツマ−がそれぞれ該当する。 以下図面を参照しながら、本発明について説明する。 第１図は、ベント付押出様を用いて本発明方法を実施す
る例を示す模式図である。 押出Ｉ１１はベント部３．４．５の三段ベントを有する
ベント付押出機である。押出機の型式としては、単軸な
いし二軸以上の多軸押出機のいずれでもよいが、揮発成
分を除去する効果の点からみて単軸よりも表面更新にす
ぐれている多軸押出機の方が望ましい。 多軸押出機の場合でも、特に二軸押出機においては、ス
クリューフライトの相互間隔によって噛み合いと非噛み
合いとがあり、またスクリューの回転方向についても同
方向のものと異方向のものがあり、さらに異方向につい
ては、内回転、外回転のものがあり、これらの各種の組
み合わせは、回収する重合体の物性、残留揮発性物質の
許容量等を考慮して任意に選定することができる。 ベント部の設置段数は揮発性物質の除去の難易度及び、
Ｌ／Ｄの大きさ（押出機の軸の直径に対するシリンダー
ブロックの長さ（＝スクリュー長さ）の比）等によって
決定されるもので５第１図のように三段に限定されるも
のではない。 供給口６からは、溶媒、未反応単量体等の残留揮発性物
質を含んだ重合体が押出１１内へ供給される。 この供給口６へ投入する未精製重合体中における回収の
対象となる重合体の濃度は２０〜９５％（重量％以下同
じ）好ましくは３０〜９５％、さらに好ましくは４０〜
９５％である０重合体１度が低すぎる場合は、押出機の
みにて揮発性分を除去することは効率が悪く、経済的に
好ましくないので、通常、予備濃縮工程を設けて重合体
の濃度を上記所定の濃度に調整後、押出機へ供給する。 押出機１に供給された未精製重合体はまず押出機内の通
常のフライトスクリューによって混練されながら、自己
発熱し、それとジャケット付シリンダーからの伝熱によ
って、昇温しながらベント部３へと送られる。 ベント部３へ送られた加圧昇温された未精製重合体は、
圧力が解放され、該重合体に含まれている、揮発性物質
を蒸発させようとする。 ベント部における圧力は、揮発性物質の蒸発を促進する
ために、減圧ないし真空状態にしてお（事が望ましい。 ベント部で蒸発した物質はベント排気経路７を経て、こ
れらの物質を回収する装置へ導かれ、さらに減圧ないし
真空装置（いずれも図示せず）へ導かれる。ベント部３
を通過した重合体はスクリューによってベント部４、さ
らにベント部５へ送られて同様の操作によってさらに揮
発性物質が蒸発除去されて、規定の揮発性物質残留濃度
以下になった重合体が押出機先端のダイから押出されて
回収される。 次に押出機のスクリュー構成を図により説明する。 第１図には押出様内のスクリューが点線で示し。 であるが、実線で囲まれている部分のベント内のスクリ
ューは図示していない。 通常ベント部での揮発性物質の蒸発を促進させるために
ベント手前にて剪断力によって、重合体の温度を上昇さ
せる方法が用いられる。剪断力を得るためには、フルフ
ライトスクリューを深溝から浅溝へ変化させる圧縮ゾー
ンやシールリング、逆ネジフライトスクリュー、ニーデ
ィングディスク等を一種類又は数種組合せて取付ける事
によってなされる。ただし、これらの方法は、剪断が強
すぎると重合体の分子切断が生じて、特に重合体の力学
的特性が低下してしまう。 本発明においてもフライトの圧縮ゾーンやシールリング
を設けることができるが、これらはいずれも緩めの剪断
力しかかからないように設定し。 ベント部において第２図に示すように、軸に垂直な断面
に対し、スクリュー谷底とフライト外径により区画され
る領域を４分割以上する構造（第２図のスクリューでは
１６分割）を有し、その長さがスクリュー径の０．３倍
以上、ベント開口部のスクリュー軸方向径以下（第２図
ではスクリュー径の１．０倍長さのダルメージスクリュ
ーを２ケ所組み込んである。）であるスクリューを用い
ている。 第４図には、本発明押出機のスクリュー構造の代表例を
示す。らせん角の大きい多条構造を有するスクリュー、
特にストレート型、らせん型、パイナツプル型などのダ
ルメージスクリューが好適である。しかし本発明によれ
ば、軸に垂直な断面においでスクリュー谷底とフライト
外径により区画される領域がフライトによって少なくと
も４分割以上されていればよいのであって、第４図に示
された形状、分割数に限定されるものではない。 本発明において軸方向に垂直な断面におけるスクリュー
谷底とフライト外径により区画される領域の好ましい分
割数は４分割以上、そして好ましくは２０分割未満であ
るが、より好ましくは６分割以上、１８分割未満であり
、特に８分割以上、１６分割未４に分割するのが好適で
ある。２０分割以上とすると、製作の手間、構造が複雑
になるが、残留揮発物質の除去の効果において２０分割
未満の場合に比べてそれほど大きな差異は見られない。 上記の構造のスクリュー軸方向の長さはスクリュー径の
０．３倍以上、ベント開口部のスクリュー軸方向径以下
であるが、好ましくはスクリュー径の０．５倍以上５ベ
ント開口部のスクリュー軸方向径以下である。スクリュ
ー長さがスクリュー径の０．３倍未満であると、重合体
がスクリニーに巻きり（時間が短い為、残留揮発物が、
除去されに（い。 ２以上のベント部を存する押出機の場合、本発明におい
ては少なくとも１つのベント部のスクリューを上記の構
造とすることが必要であり、第１図においてベント部３
．４．５のうち、どのベント部に上記構造のスクリュー
を使用するかは、回収する重合体の混線（剪断力）によ
る発熱や粘度、更に分子切断等による物性劣化の程度を
十分検討の上決定する事が望ましい。 又第２図（ａ）に示すように、ベント部分の中に、上記
のスクリュー構造を複数個有する構造にすることができ
る。この場合上記構造のスクリュー軸方向の合計長さが
スクリュー径の０．３倍以上、ベント開口部スクリュー
軸方向径以下の範囲になるようにして使用する。 第２図（ａ）において、ベント開口部のＬ／Ｄ＝２．２
であり、その中に（イ）および（ハ）のＬ／Ｄ＝１の２
つのらせん型ダルメージ・スクリュー（合計Ｌ／Ｄ＝２
．０）が設けられており。 その間に長さＬ／Ｄ＝０．２の両者を分割する部分（ロ
）が存在する。 すなわち、第２図（ａ）においては前記の構造のスクリ
ュー軸方向の合計長さは、スクリュー径の２倍、ベント
開口部のスクリュー軸方向径の２／２．２である。 次にベント部５を通過した重合体を回収する際、押出機
のサージングが激しい場合や、先端での重合体温度を下
げたい場合には、ギアポンプ（図示せず）を押出機１と
ダイ２の間に使用することもできる。 ダイ２より排出された重合体は、必要に応じて、水等で
冷却後、ペレタイザー（図示せず）等を用いて切断し、
適当な長さにして製品（ベレット等）とする。 ダイ２は必要に応じてアンダーウォーターカットやポッ
トカット用のダイとする事もできる。

【実施例】

以下、本発明の実施例を示すが、本発明はこれらに限定
されるものではない。 叉１１肌１ 未精製重合体（重合体４５％、溶媒５２％、未反応モノ
マー３％；但し％は重量％、以下同じ、）であるＡＥＳ
　（エチレン−プロピレン共重合ゴム−アクリロニトリ
ル−スチレン、グラフト共重合体、日本合成ゴム■製Ｊ
ＳＲ，ＡＥＳ−１１０）の重合体溶液を第１図と同一の
構成を有するＬ／Ｄ＝３２　（Ｌ：押出機スクリューの
全長、Ｄ＝ニスクリユー径）、スクリュー直径６５１１
各ベント３．４．５のスクリュー軸方向間口径はそれぞ
れスクリュー径の４倍の長さを有する２軸スクリユー型
の押出機の供給口６より供給した。 ここで用いたスクリューのタイプは、第１図のベント部
３に第４図（ｂ）に示したパイナツプル型ダルメージス
クリュー（スクリュー軸方向の長さはスクリュー径の２
倍）を組み込み、ベント部４．５の直前にはシールリン
グ外径と、シリンダー内径とのクリアランスを１．５ｍ
ｍに設定したシールリング（Ｌ／Ｄ＝０．１の相当長さ
）をそれぞれ１個ずつ組み込み、その他残りの部分は通
常のフルフライトスクリューとした。 ダイからストランド状に排出された重合体は水中を通過
させて冷却後ペレタイザーにて切断して製品とした。表
−１に運転条件および得られた重合体の評価結果を示す
。 及Ｗ 実施例１で用いたのと同じ重合体溶液を使用し、実施例
１の押出機内のスクリュータイプだけを変更して実施し
た。 スクリュータイプは第１図においてベント部３にパイナ
ツプル型ダルメージスクリュー（スクリュー軸方向の長
さはスクリュー径の２．５倍）を、ベント部４にパイナ
ツプル型ダルメージスクリュー（スクリュー軸方向の長
さはスクリュー径の１．０倍）を組み込んだものとし、
ベント部４．５の直前に実施例１と同一サイズのシール
リングを組み込み、残り部分はフルフライトスクリュー
とした。 スクリュータイプ変更以外の重合体回収方法は実施例１
と同様の方法によって行なった。 表−１に運転条件および得られた回収重合体の評価結果
を示す。 工校五ユ 実施例１で用いたのと同じ重合体溶液を使用して実施例
１の押出機内のスクリュータイプだけを変更して実施し
た。 スクリュータイプは第１図においてベント部４．５の直
前に実施例１と同一サイズのシールリング１個を組み込
み、残り部分はフルフライトスクリューとした。 重合体回収方法は実施例１と同様の方法によって行なっ
た。 表−１に運転条件および得られた回収重合体の評価結果
を示す。 Ｌ較■ユ 実施例１で用いたのと同じ重合体溶液を使用し、実施例
１の押出機内のスクリュータイプだけを変更して実施し
た。 スクリューのタイプは第１図においてベント部４．５の
直前にシールリング外径とシリンダー内径のクリアラン
スを０．５＋ｎｎ＋、相当長さを１．、、　／　Ｄ＝０
．５に設定したシールリングをそれぞれ１個ずつ組み込
み、その他残りの部分は、通常のフルフライトスクリュ
ーとした。 スクリュータイプ変更以外の重合体回収方法は、実施例
１と同様の方法で行った。 表−１に運転条件および得られた回収重合体の評価結果
を示す。 ｎｌユ エチレン−プロピレン共重合体（ＥＰＭ）の未＃Ｒ製重
合体溶液（日本合成ゴム■製、Ｊ　Ｓ　Ｒ５ＥＰ−０７
）をスヂームストリッピング処理した後、スクリュー型
絞り機で脱水した塊状の含水ゴム粒子（重合体的９４％
、揮発性分（溶媒、水分等）約６％、）を第１図と同一
の構成を有する押出機の供給口６より供給した。ここで
用いたスクリューのタイプは第１図において、ベント部
３．４．５の直前にシリンダー内径とのクリアランス１
．５ｆｆｉ国、Ｌ／Ｄ＝０．１の相当長さを有するシー
ルリングを、ベント部４に第４図（Ｃ）に示したダルメ
ージスクリュー（スクリュー軸方向の長さはスクリュー
径の１．５倍）を組み込んだものでその他の部分は通常
のフルフライトスクリューとした。 又先端のダイにアンダウオータカット装置を取りつけて
水中で重合体を切断してベレット化し、その後遠心脱水
機にかけて製品とした０表−２に運転条件および得られ
た重合体の評価結果を示す。 止ｊ口」旦 実施例３で用いたと同じ塊状の含水ゴム粒子を使用して
押出機内のスクリュータイプだけを変更して実施した。 スクリュータイプとして第１図においてベント部３．４
．５直前にそれぞれシリンダー内径とのクリアランス１
．０ｍｍ、全長Ｌ／Ｄ＝０．５の相当長さのシールリン
グ１個づつ装着した他は、すべて通常のフルフライトス
クリューとした。 それ以外の重合体回収方法は、実施例３と同様の方法で
行なった。 表−２に運転条件および得らハた回収重合体の評価結果
を示す。 一較、１ 実施例３で用いたと同じ塊状含水ゴム粒子な使用して押
出機内のスクリュータイプだけを変更して実施した。 スクリュータイプとして第１図においてベント部３．４
．５の直前に実施例３と同一サイズのシールリングを装
着し、ベント部４内に第４図（Ｃ）に示したダルメージ
スクリュー（スクリュー軸方向の長さはスクリュー径の
０．２倍）を装着した。ベント部５は通常のフルフライ
トスクリューとした。 それ以外の重合体回収方法は、実施例３と同様の方法で
行なった。 表−２に運転条件および得られた回収重合体の評価結果
を示す。 上記の実施例、比較例が示すように通常の押出機を用い
て重合体の回収を行なった比較例１では残留揮発物質の
除去が不十分であり、また通常の押出機において、高剪
断力を与えるシールリングを組み込むことによって残留
揮発物質の除去を強力に行なった比較例２では重合体の
物性の低下が著しい。これに対し本発明による実施例１
および２では重合の物性を劣化させることなく残留揮発
物質の除去が効率よく行なわれた。 また実施例３においても、通常の押出機を用いた比較例
３およびベント部分におけるスクリュー軸方向長さの短
いダルメージスクリューを用いた比較例４に比べて残留
揮発物質が効果的に除去されており、重合体の物性の劣
化も殆どなかった。 ［発明の効果］ 以上の実施例より明らかなように、ベント付押出機のベ
ント部内に、本発明の構造のスクリエーを組み込む事に
よって、重合体の物性に悪影響を与えることな〈従来の
方法におけるよりも、残留揮発性物質を効率良く除去で
きるようになった。 その結果、 １）製品の品質がさらに向トする。 ２）残留揮発性物質濃度を従来の重合体と同程度のレベ
ルに抑えてもよい場合には、その分だけ押出機の吐出量
を増して生産能力を向」ニするか、またはベント付押出
機のサイズを縮小することができ、コストが削減できる
。 ３）上記１．２の効果は特に溶融粘度の高い重合体から
の残留揮発性物質除去において従来の方法に比べて著し
い効果をあられす。 等の利点が得られ、その工業的効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のベント押出機の構成を示す模式図であ
る。 １・・・押出機、２・・・先端ダイ ３．４．５・・・ベント部、６・・・供給ロア、８．９
・・・ベント排気系路 第２図（ａ）は本発明のベント押出機中の、第１図に示
していないベント部３．４．５内に設けられたスクリュ
ーの構造の１例を示す図である。 （イ）、（ハ）・・・ダルメージスクリュー（ロ）・・
・（イ）と（ハ）を分割する部分第２図（ｂ）は第２図
（ａ）の軸方向に垂直なＡ’＋　　Ａａ面における断面
図である。 （１）・・・スクリュー谷底 （ＴＩ）・・・フライト外径 第３図（ａ）は通常のフルフライトスクリューである。 第３図（ｂ）は第３図（ａ）の軸方向に垂直なＡ、−Ａ
４面における断面図である。 （１）・・・スクリュー谷底 （ＩＩ　）・・・フライト外径 第４図は本発明押出機のスクリュー構造の代表例である
。 （ａ）はダルメージスクリュー（ストレート型）・・・
スクリュ谷底とフライト外径により区画される領域１２
分割 （ｂ）パイナツプル型ダルメージスクリュー・・・スク
リュー谷底とフライト外径により区画される領域１４分
割 （ｃ）ダルメージスクリュー（らせん型）・・・スクリ
ュー谷底とフライト外径により区画される領域１１分割

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、押出機の少なくとも１つのベント部分におけるスク
   リュー構造が、軸に垂直な断面においてスクリュー谷底
   とフライト外径により区画される領域がフライトによっ
   て４以上の部分に分割された多条構造を有し、かつ前記
   の構造のスクリュー軸方向の長さは、スクリュー径の０
   ．３倍以上、ベント開口部のスクリュー軸方向径以下で
   あるスクリューを有するベント付押出機。 ２、残留揮発性物質を含む未精製重合体をベント付押出
   機に供給し、上記残留揮発性物質を蒸発除去して、重合
   体を回収する方法において、請求項１記載のベント付押
   出機を使用する事を特徴とする重合体の回収方法。