JP3628124B2 - Method for removing impurities in continuous bulk polymerization - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、メタクリル系樹脂の連続塊状重合法における不純物の除去方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
メタクリル系樹脂は、その卓越した透明性、良好な機械的性質、加工性並びに成形品における外観の美麗さなどによって、例えば照明器具、看板、各種装飾品、銘板、テールランプなどの自動車部品、テーブルウェアーなどに広く用いられている。又、最近は各種レンズ、光ディスク、導光板などの光学分野にも広く用いられてきている。その為に、高度な光学特性が要求されつつある。
【0003】
メタクリル系樹脂の製造方法としては懸濁重合法が広く採用されている。しかしながら、この製造方法の最大の欠点は、使用される懸濁安定剤がポリマー中に一部残存し、ポリマー特性、特に光学特性が低下することである。
この懸濁重合法の欠点を改良する方法として、塊状重合法(特開昭49−37993号公報、特開平3−111408号公報)、溶液重合法(特開昭63−57613号公報、特公平7−119259号公報)が提案されている。
【0004】
これらの方法によれば、懸濁重合方法と異なり、懸濁安定剤が使用されない為に光学特性に優れたメタクリル系樹脂の製造が可能である。塊状重合と溶液重合とを比較すると、一長一短はあるが、塊状重合は性能面、例えば成形時のポリマーの分解によるガス発生が少なく、いわゆるシルバーストリークと呼ばれる銀条跡が発生し難く耐熱分解性に優れるなど好ましい面もあり工業的にも採用されている。しかしながら、この塊状重合において大きな問題がある。
【0005】
工業的に塊状重合を実施する場合は、懸濁重合がバッチ式でメタクリル系樹脂を生産するのに比較して、塊状重合は連続重合式で実施する。即ち、重合後の未反応単量体を回収、リサイクル液とし、新たな単量体を追加して重合、重合液を脱揮して、ポリマーと未反応単量体を分離、ポリマーを取り出すと同時に未反応単量体をリサイクル使用して連続生産するが、リサイクル液中に混入してくる重合時に生成する不純物などがポリマー中に混入し、光学特性が低下する。これを回避する為に、通常は、リサイクル液の精製を実施する。
【0006】
精製の方法は、未反応の単量体とポリマーを分離・回収する脱揮工程にパーシャルコンデンサーを設置し高沸点不純物を除去する方法、または、蒸留塔を設置し不純物を除去する方法が従来より行われている。パーシャルコンデンサーを設置し高沸点不純物を除去する方法においては、除去すべき不純物の沸点が回収する未反応の単量体あるいは使用する溶媒沸点と比較して充分に高くないと除去は困難であるという欠点を有し、蒸留塔での精製が好ましい。しかしながら、塊状重合で蒸留塔を使用して精製する方法は、一般的には、リサイクル液を蒸留塔に供給、蒸留し、蒸留塔ボトム部よりメタクリル酸メチル単量体と共に高沸点の不純物を抜き出すことにより実施される。この場合、ボトム液の滞留時間が長く且つ温度が高い為、蒸留塔ボトムでメタクリル酸メチル単量体の重合が進行し、リボイラーでの熱交換効率の低下や生成したポリマーによる配管の閉塞等が起こる。極端な場合は、蒸留塔ボトム全体で重合が進行し、固化してしまうなど工業的に安定に製造する上において大きな問題点がある。これらの問題点を回避する為に、例えば、蒸留塔ボトム液の抜き出し量を増やし、蒸留塔ボトム部でのメタクリル酸メチル単量体の滞留時間を短くする等の手法がとられているが、必要以上に抜き出し量を増加させる事は経済的に著しく不利になり好ましくない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、連続塊状重合で工業的に安定して重合時に生成する不純物などを除去し、光学特性に優れたメタクリル系樹脂を製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは上記問題を解決する方法を鋭意検討した結果、メタクリル酸メチル単量体などの重合で使用する単量体より高い沸点を有する溶媒を蒸留塔ボトムに存在させ、重合後の未反応単量体を含むリサイクル液あるいはリサイクル液と新たな単量体を蒸留し、蒸留された単量体を重合反応機に供給し、連続重合することにより、蒸留塔ボトム部での重合の進行による問題を起こすことなく、経済的かつ効率的に重合時に生成する副生成物、更に原料中に含まれる重合禁止剤及び不純物あるいはリサイクル液保存の為に添加する重合禁止剤等の不純物を除去でき、光学特性に優れたメタクリル系樹脂を製造できることを見出した。
【0009】
即ち、本発明は、(A)(a)重合後の未反応メタクリル酸メチルを主成分と単量体を含むリサイクル液と(b)新たなメタクリル酸メチルを主成分とする単量体とを連続して蒸留塔へ供給し、蒸留された単量体を連続して重合反応機に供給、重合し、次いで重合液を脱揮して重合物を取り出すと同時に未反応の単量体をリサイクル使用してなる連続塊状重合プロセスあるいは(B)(a)重合後の未反応メタクリル酸メチルを主成分とする単量体を含むリサイクル液を連続して蒸留塔へ供給し、蒸留された単量体と(b)新たなメタクリル酸メチルを主成分とする単量体とを連続して重合反応機に供給、重合し、次いで重合液を脱揮して重合物を取り出すと同時に未反応単量体をリサイクル使用してなる連続塊状重合プロセスにおいて、単量体の沸点より高い沸点を有する溶媒を蒸留塔ボトムに存在させ、蒸留塔ボトム部よりボトム液を連続的もしくは断続的に抜き出すと同時に抜き出した量と同量の溶媒を連続的もしくは断続的に蒸留塔ボトムに供給することにより、重合時に生成する副生成物、リサイクル液安定化の為に添加する重合禁止剤あるいは原料中に含まれる重合禁止剤及び不純物などの不純物を除去することを特徴とする連続塊状重合法である。
【0010】
本発明におけるメタクリル酸メチルを主成分とする単量体としては、メタクリル酸メチル単独あるいはメタクリル酸メチルと共重合可能な単量体が挙げられる。メタクリル酸メチルと共重合可能な単量体としては、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル酸アルキルエステル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸アルキルエステル類、スチレン、ビニルトルエン、αメチルスチレン等の芳香族ビニル化合物類、アクリロニトリル、メタクリルニトリル等のシアン化ビニル類、N−フェニルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド等のマレイミド類、無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸無水物類、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸等の不飽和酸類が挙げられる。これらメタクリル酸メチルと共重合可能な単量体の中でも、特にアクリル酸エステル類は耐熱分解性が良く、又アクリル酸エステル類を共重合させて得られるメタクリル系樹脂は成形加工時の流動性が高く好ましい。メタクリル酸メチルにアクリル酸エステル類を共重合させる場合のアクリル酸エステル類の使用量は、15重量%以下が好ましい。15重量%以上では、耐熱分解性、流動性等の改良効果は高いが、耐熱性即ち熱変形温度が低下し好ましくない。アクリル酸エステル類の中でも、特にアクリル酸メチル及びアクリル酸エチルは、それを少量メタクリル酸メチルと共重合させても上記改良効果は著しく最も好ましい。上記メタクリル酸メチルと共重合可能な単量体は一種または二種以上組み合わせて使用することもできる。
【0011】
本発明における溶媒は、除去すべき不純物を溶解させ、且つ、メタクリル酸メチル単量体及びメタクリル酸メチルと共重合可能な単量体より高い沸点を有しておれば特に限定するものではないが、通常、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン等の芳香族化合物、オクタン、デカン等の脂肪族化合物、デカリン等の脂環族化合物、酢酸ブチル、酢酸ペンチル等のエステル化合物、1,1,1,2−テトラクロロエタン、1,1,2,2,−テトラクロロエタン等のハロゲン化合物等を用いる事ができる。溶媒の沸点は、メタクリル酸メチル単量体及びメタクリル酸メチルと共重合可能な単量体の沸点より高いこと、好ましくは10℃以上、より好ましくは20℃以上、さらに好ましくは30℃以上である。この中でも、アルキルベンゼンが重合に悪影響を及ぼすこともなく且つ重合で生成する不純物の溶解性も高く好ましい。また、アルキルベンゼンの中でもトルエン、キシレン、エチルベンゼン、特にキシレン、エチルベンゼンが、適度な沸点を有し、脱揮にも負荷が少なく、又、重合に悪影響を及ぼすこともなく、重合で生成する不純物の溶解性も高く且つ工業的に安価に入手することができ最も好ましい。
【0012】
リサイクル液の重合防止の為、あるいは原料単量体の重合防止の為に添加する重合禁止剤は、溶媒及び単量体に溶解するもので、例えば、ハイドロキノン、メトキシハイドロキノン、t−ブチルカテコール等が挙げられる。
原料中に含まれる不純物としては、原料であるメタクリル酸メチル単量体に含まれる不純物や、連続塊状重合プロセスにて使用する重合開始剤、連鎖移動剤等に含まれる不純物などである。
【0013】
重合時に生成する副生成物としては、重合反応器にて生成した生成物の内、脱揮工程で重合物と分離・回収される成分であり、例えば、触媒分解物やメタクリル酸メチル単量体の二量体、三量体等、オリゴマー成分などが挙げられる。
代表的な蒸留塔の一例を図1、連続塊状重合プロセスの一例を図2に示す。本発明は、例えば図に示す様な設備を使用して以下の様に実施する。即ち、(A)(a)重合後の未反応メタクリル酸メチルを主成分とする単量体を含むリサイクル液と(b)新たなメタクリル酸メチルを主成分とする単量体とを連続して蒸留塔へ供給し、蒸留塔ボトム部より不純物を連続的若しくは断続的に抜き出しすと同時に蒸留された単量体に重合開始剤、分子量調整剤を追加添加し、連続して重合反応機に供給し、重合反応機に重合し、次いで重合液を脱揮して重合物を取り出すと同時に未反応の単量体をリサイクル使用して連続塊状重合する。あるいは(A)(a)重合後の未反応メタクリル酸メチルを主成分とする単量体を含むリサイクル液を連続して蒸留塔へ供給し、蒸留塔ボトム部より不純物を連続的若しくは断続的に抜き出しすと同時に蒸留された単量体と(b)新たなメタクリル酸メチルを主成分とする単量体と、更に重合開始剤、分子量調整剤を追加添加し、連続して重合反応機に供給、重合し、次いで重合液を脱揮して重合物を取り出すと同時に未反応の単量体をリサイクル使用し連続塊状重合する。
【0014】
蒸留は、例えば充填塔式、棚段式などの蒸留塔により実施する。蒸留の方式は、例えば、除去したい不純物を含むリサイクル液あるいはこれと新たな単量体との混合液を蒸留塔の中段または上段より供給し、蒸留塔ボトム液をリボイラー等の加熱器で加熱しながら蒸留し、蒸留塔の塔頂部より留出するメタクリル酸メチルを主成分とする単量体の蒸気をコンデンサーにて凝縮することによって実施する。この際、単量体より沸点の高い不純物は溶剤からなる蒸留塔ボトムに濃縮される。この不純物は、蒸留塔ボトムより連続してあるいは断続して取り出すと同時に取り出した量の溶媒を追加することによって連続的に不純物を除去することができる。溶媒の追加添加は、蒸留塔ボトムに直接連続してあるいは断続して実施するあるいは蒸留前のリサイクル液あるいは新たな単量体と併せて連続して行うなどの方法で実施する。
【0015】
又、蒸留は、上記の如く、新たな単量体と重合後の未反応単量体を含むリサイクル液とを併せて蒸留する方法とリサイクル液のみを蒸留する方法とがあるが、前者の方が新たな単量体中に含まれる不純物も除去でき、より好ましい。なお、蒸留塔は、メタクリル酸メチルを主成分とする単量体が蒸留塔ボトム液に混入しないだけの段数を有していることが本発明の塊状重合で実施する上で好ましい。しかしながら、溶剤の沸点が単量体と近いあるいは段数が少なくて、蒸留塔ボトムに少量の単量体が入ってくる場合でも、蒸留塔ボトムでの生成する単量体の重合は起こらないかあるいは起こってもトラブルとなることは避けられる。
【0016】
本発明の蒸留塔では、使用する溶媒の沸点がメタクリル酸メチルを主成分とする単量体の沸点より高く且つ除去すべき不純物の沸点は単量体の沸点より高い為、蒸留塔ボトム液に濃縮され、従って蒸留塔ボトムは除去すべき不純物と溶媒のみとなる。そこで、この蒸留塔ボトム液をリボイラー等の加熱器を使用して加熱しながら、ボトム液の一部を連続的もしくは断続的に系外に抜き出し、除去すべき不純物の系外排出及び蓄積防止が計れる。この時、抜き出す量が少ない場合、この蒸留塔ボトム液中の不純物濃度が高くなり、液粘度の上昇による加熱器での熱交換効率の悪化や不純物の析出に伴う配管や加熱器の閉塞を起こす可能性がある。また、抜き出す量が多すぎる場合は運転上の問題は発生しないが経済的でない。そのため、不純物の除去にあたっては加熱器の能力がある限り不純物が析出しない程度に蒸留塔ボトム液の抜き出し量を減らす事が好ましい。
【0017】
上記の様に蒸留したメタクリル酸メチルを主成分とする単量体、場合により新たなメタクリル酸メチルを主成分とする単量体、更に重合開始剤、分子量調整剤などを個別にあるいは混合して重合反応機に供給し重合する。この単量体溶液は、光学特性を向上させる為に、例えば向流接触塔へ連続的に供給し、不活性ガスと置換し、単量体溶液中の溶存酸素を1ppm以下とする。更に金属異物などの異物を除去する為に、単量体溶液を0.5μ以下のフィルターで濾過することが好ましい。
【0018】
この際、使用する重合開始剤は、重合温度で活性に分解しラジカルを発生するもので、例えば、ジ−tert−ブチルパーオキシド、ジ−クミルパーオキシド、メチルエチルケトンパーオキシド、ジ−tert−ブチルパーフタレート、ジ−tert−ブチルパーベンゾエート、tert−ブチルパーアセテート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルパーオキシ)ヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、ジ−tert−アミルパーオキジド、ベンゾイルパーオキシド、クメンハイドロパーオキシド及びラウリルパーオキシドなどの有機過酸化物、アゾビスイソブタノールジアセテート、1,1’−アゾビスシクロヘキサンカルボニトリル、2−フェニルアゾ2,4−ジメチル−4−メトキシバレロニトリル、2−シアノ−2−2プロピルアゾホルムアシド及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリルなどのアゾ系化合物などを用いることができる。これらは単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの重合開始剤の使用量は、全反応混合物の重量に基づき0.0010〜0.03重量%の範囲が好ましい。
【0019】
更に、分子量調整剤としては、主としてメルカプタン類が使用される。メルカプタン類としては、例えば、n−ブチルメルカプタン、イソブチルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタン、sec−ドデシルメルカプタン、tert−ブチルメルカプタンなどのアルキル基または置換アルキル基を有する第一級、第二級及び第三級メルカプタン、フェニルメルカプタン、チオクレゾールなどの芳香族メルカプタン、チオグリコール酸とそのエステル及びエチレンチオグリコールなどが使用できる。これらは単独でまたは二種以上組み合わせて使用できる。これらの分子量調整剤の使用量は、製造する重合体の分子量に応じて適宜決定されるが、通常は、全反応混合物の重量に基づき0.01〜0.5重量%の範囲で選ばれる。
【0020】
重合反応機としては、ダブルヘリカルリボン、ピッチドバドル型などの攪拌翼で均一に攪拌されている装置を使用する。重合は、単量体溶液を重合反応機に連続して供給し、単量体の重合転化率が40〜70%の範囲内で実質的に一定になる様に、120〜160℃の温度で重合反応を実施する。重合転化率が40%未満では、揮発成分による脱揮工程の負荷が大きく、例えば予備加熱器の伝熱面積の制約から脱揮不十分になる場合があり好ましくない。一方、70%を越えると、例えば、重合反応機から予備加熱器間での配管圧力損失が大きくなって、重合液の輸送が困難となり好ましくない。重合温度が120℃未満では、重合速度が遅すぎて実用的でなく、又160℃を越えると重合速度が速すぎて、重合転化率の調整が困難となるあるいは耐熱分解性が低下するなどで好ましくない。
【0021】
この様な重合反応により得られた重合液は、脱揮して重合物を取り出すと同時に揮発分である未反応メタクリル酸メチルを主成分とする単量体を分離する。揮発分は、リサイクル液として蒸留・再使用し、連続的にメタクリル系樹脂を製造する。なお、リサイクル液は、通常その保存時の重合防止の為重合禁止剤を添加することが好ましい。脱揮装置としては、多段ベント付き押出機、脱揮タンクなどを使用する。好ましくは、重合液を予備加熱器などで200〜290℃の温度に加熱し、上部に十分な空間を有し、且つ200〜250℃、20〜100トールの温度、真空下の脱揮タンクにフィードして重合物を取り出すと同時に未反応メタクリル酸メチルを主成分とする単量体からなる揮発成分を分離しリサイクル液として再使用する。重合体に残存する揮発分は、1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下、更に好ましくは0.3重量%以下である。この減圧下に保持された脱揮タンクに重合液を導入する方法は、揮発成分の間的な揮発とそれによる発泡を生じて、極めて大きな蒸発面積を形成し、効率的に短時間で揮発成分が除去され、ポリマー中に残存する残留単量体が少なく、且つポリマーの着色も少なく光学特性に優れた好ましい脱揮方法である。
【0022】
以下、これに限定されるわけではないが、蒸留塔での不純物除去の方法について図1で補足説明する。
除去すべき不純物を含む単量体はライン1より蒸留塔2に連続的に供給される。蒸留塔2の内部は、ラシヒリング等の充填剤等を充填するか、シーブトレイ等の棚段を設置して蒸留を効率良く実施できる構造になっている。塔底部に蓄積した不純物と溶媒は滞留液循環ポンプ3を経由しリボイラー4にて加熱された後、塔内に戻される。リボイラー4は一般に多管式熱交換器が使用され、熱媒の供給量や温度の管理は蒸留塔内の温度や蒸留塔底部の滞留液量が一定となるよう適切な制御機構を設置し制御される。不純物を含む溶媒は循環ポンプ3の出口より分岐している抜き出しライン5より連続的もしくは断続的に排出される。蒸留された単量体はコンデンサー6にて冷却凝縮された後、反応器に連続的に供給される。また、蒸留塔の圧力は真空ライン7に設置されたコントロールバルブにて一定圧力に制御する。
【0023】
【発明の実施の形態】
重合体の各性質は次の様にして測定した。
(1)重合体の固有粘度は、重合体150mgをクロロホルム50mlに溶解し、25℃の温度でオストワルド粘度計で測定した。
(2)全光線透過率の測定は、ASTM D−1003法によって測定した。
【0024】
【実施例1】
重合反応器より排出され脱揮タンクで脱揮回収され、ハイドロキノン0.01部を添加したメタクリル酸メチル97.8重量%、アクリル酸メチル2.2重量%のリサイクル液/メタクリル酸メチル97.9重量%、アクリル酸メチル2.1重量%のフレッシュ単量体溶液/エチルベンゼンを49.9/49.9/0.2の重量比に混合し、連続して蒸留塔にフィードした。蒸留塔はステンレス製の図1に示す構造で、内部にはラシヒリングが充填されている。蒸留塔は真空ライン7に設置されたコントロールバルブにより80Torrに保持された状態で蒸留塔底部の滞留液量が一定になるようリボイラーにより滞留液をスチームで加熱する。蒸留塔ボトム部はエチルベンゼンとリサイクル液中に含まれる不純物のみからなり、抜き出しライン5から不純物を含むエチルベンゼンを蒸留塔に供給した同量を連続して抜き出した。蒸留された単量体溶液は、メタクリル酸メチル97.8重量%、アクリル酸メチル2.2重量%であった。この単量体溶液に重合開始剤として1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン85ppm、オクチルメルカプタン2100ppmを追加し、完全混合型重合反応機で重合温度155℃、滞留時間2.0時間で重合し、重合転化率50%まで連続的に重合させた。この重合液を連続的に重合反応機から取り出し、次いで加熱板で260℃に加熱し、加熱板の間隔を通して脱揮タンクに流延落下せしめた。脱揮タンク、30トール、230℃に維持し重合体と未反応単量体を分離した。重合体は押出ダイスより押し出し、更に未反応単量体はリサイクル液として蒸留再使用し一週間の連続運転を実施した。得られたメタクリル系樹脂ペレット中のアクリル酸メチル含有量1.9重量%、残存単量体2400ppmであった。又、固有粘度53ml/g、全光線透過率92.5%であった。ポリマー中の大きな異物は無く且つ製品の着色も無かった。又、この1週間の連続運転で蒸留塔でのポリマー生成による詰まりは全く発生しなかった。
【0025】
【実施例2】
実施例1で、エチルベンゼンからキシレンに変更し、実施例1とほぼ同じ重合転化率、分子量となる様に重合開始剤、連鎖移動剤を微修正した以外は実施例1と同様な操作を行った。得られたメタクリル系樹脂ペレット中のアクリル酸メチル含有量1.9重量%、残存単量体2300ppmであった。又、固有粘度55ml/g、全光線透過率93%であった。ポリマー中の大きな異物は無く且つ製品の着色も無かった。又、1週間の連続運転で蒸留塔でのポリマー生成による詰まりは全く発生しなかった。
【0026】
【比較例1】
エチルベンゼンを使用しないこと以外は実施例1と全く同様な操作を行った。運転開始後3日で蒸留塔底部滞留液からの抜き出しラインにポリマーが析出し、5日目に抜き出しラインが閉塞したためその後の運転を中止した。
【0027】
【比較例2】
実施例1の条件で、エチルベンゼンを使用せず且つ蒸留操作を行わず塊状重合しメタクリル系樹脂は、連続運転を経過するに従って除々に着色した。
【0028】
【発明の効果】
本発明の不純物除去方法によれば、製品の着色を防止しながら、安定に長期間の連続塊状重合を実施することができる。従って、連続塊状重合法により高品質の製品を高い生産性で製造する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不純物除去方法に使用する蒸留塔を例示した図である。
【図2】本発明の不純物除去方法に使用する蒸留塔を利用した連続塊状重合装置の概略図を例示した図である。
【符号の説明】
1、ビニル単量体及び場合により溶媒の供給ライン
2、蒸留塔
3、循環ポンプ
4、リボイラー
5、不純物抜き出しライン
6、コンデンサー
7、真空ライン
8、重合反応槽
9、送液ポンプ
10、加熱板
11、脱揮タンク
12、真空ライン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for removing impurities in a continuous bulk polymerization method of a methacrylic resin.
[0002]
[Prior art]
Methacrylic resins have excellent transparency, good mechanical properties, processability, and beautiful appearance of molded products. For example, lighting parts, signboards, various decorative products, nameplates, tail lamps, and other automotive parts, tableware Widely used in Recently, it has been widely used in the optical field such as various lenses, optical disks, and light guide plates. Therefore, advanced optical characteristics are being demanded.
[0003]
As a method for producing a methacrylic resin, a suspension polymerization method is widely adopted. However, the biggest drawback of this production method is that some of the suspension stabilizer used remains in the polymer and the polymer properties, in particular the optical properties, are reduced.
As a method for improving the disadvantages of this suspension polymerization method, a bulk polymerization method (Japanese Patent Laid-Open No. 49-37993, Japanese Patent Laid-Open No. 3-111408), a solution polymerization method (Japanese Patent Laid-Open No. 63-57613, Japanese Patent Publication) 7-119259).
[0004]
According to these methods, unlike the suspension polymerization method, since a suspension stabilizer is not used, a methacrylic resin having excellent optical characteristics can be produced. Comparing bulk polymerization and solution polymerization, although there are advantages and disadvantages, bulk polymerization has performance aspects, for example, less gas generation due to decomposition of the polymer at the time of molding, so that silver streak called so-called silver streak is hard to occur and thermal decomposition resistance is improved. It has a favorable aspect such as superiority, and is adopted industrially. However, there are major problems in this bulk polymerization.
[0005]
In the case of industrially performing bulk polymerization, the bulk polymerization is performed in a continuous polymerization mode, as compared with a suspension polymerization that produces a methacrylic resin in a batch mode. That is, recovering the unreacted monomer after polymerization, making it a recycle liquid, adding a new monomer, polymerizing, devolatilizing the polymerization liquid, separating the polymer and unreacted monomer, and taking out the polymer At the same time, the unreacted monomer is recycled and continuously produced, but impurities generated during the polymerization mixed in the recycle liquid are mixed in the polymer, and the optical characteristics are deteriorated. In order to avoid this, the recycle liquid is usually purified.
[0006]
As a purification method, a partial condenser is installed in the devolatilization process for separating and collecting unreacted monomers and polymers, or a high boiling point impurity is removed, or a distillation tower is installed to remove impurities. Has been done. In the method of removing high-boiling impurities by installing a partial condenser, removal is difficult unless the boiling point of the impurities to be removed is sufficiently high compared to the boiling point of the unreacted monomer or solvent used. There are drawbacks and purification in a distillation column is preferred. However, the purification method using a distillation column in bulk polymerization generally supplies the recycle liquid to the distillation column, distills it, and extracts high-boiling impurities together with the methyl methacrylate monomer from the bottom of the distillation column. Is implemented. In this case, since the residence time of the bottom liquid is long and the temperature is high, the polymerization of the methyl methacrylate monomer proceeds at the bottom of the distillation tower, the heat exchange efficiency in the reboiler is reduced, the piping is blocked by the generated polymer, etc. Occur. In an extreme case, there is a big problem in industrially stable production such as polymerization proceeds and solidifies in the entire bottom of the distillation column. In order to avoid these problems, for example, the method of increasing the amount of extraction of the distillation column bottom liquid and shortening the residence time of the methyl methacrylate monomer at the bottom of the distillation column has been taken. Increasing the extraction amount more than necessary is not preferable because it is extremely disadvantageous economically.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a method for producing a methacrylic resin having excellent optical characteristics by removing impurities generated at the time of polymerization stably industrially by continuous bulk polymerization.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies on a method for solving the above problems, the present inventors have made a solvent having a boiling point higher than that of a monomer used for polymerization, such as methyl methacrylate monomer, present in the bottom of the distillation column, and Polymerization progresses at the bottom of the distillation tower by distilling the recycle liquid containing the reaction monomer or the recycle liquid and the new monomer, supplying the distilled monomer to the polymerization reactor, and performing continuous polymerization. Without causing problems, it is possible to remove by-products generated during polymerization economically and efficiently, as well as impurities such as polymerization inhibitors and impurities contained in the raw materials, or polymerization inhibitors added to preserve recycled liquids. The present inventors have found that a methacrylic resin having excellent optical characteristics can be produced.
[0009]
That is, the present invention comprises (A) (a) a recycle liquid containing unreacted methyl methacrylate as a main component and monomer after polymerization, and (b) a new monomer having methyl methacrylate as a main component. Continuously supply to the distillation tower, continuously supply the distilled monomer to the polymerization reactor, polymerize, then devolatilize the polymerization liquid and take out the polymer, and at the same time recycle the unreacted monomer A continuous bulk polymerization process used or (B) (a) a recycle liquid containing a monomer mainly composed of unreacted methyl methacrylate after polymerization is continuously supplied to a distillation column, and a single unit distilled. And (b) a monomer containing methyl methacrylate as a main component is continuously supplied to the polymerization reactor, polymerized, and then the polymerization solution is devolatilized to take out the polymer and at the same time unreacted monomer In a continuous bulk polymerization process that uses recycled materials, A solvent having a boiling point higher than the boiling point of the body is present at the bottom of the distillation column, and the bottom liquid is continuously or intermittently extracted from the bottom of the distillation column, and at the same time, the same amount of solvent is continuously or intermittently distilled. By supplying to the tower bottom, impurities such as by-products generated during polymerization, polymerization inhibitors added for stabilizing the recycle liquid or polymerization inhibitors and impurities contained in the raw material are removed. It is a continuous bulk polymerization method.
[0010]
Examples of the monomer having methyl methacrylate as a main component in the present invention include methyl methacrylate alone or a monomer copolymerizable with methyl methacrylate. Examples of monomers copolymerizable with methyl methacrylate include alkyl methacrylates such as ethyl methacrylate, butyl methacrylate and cyclohexyl methacrylate, alkyl acrylates such as methyl acrylate, ethyl acrylate and butyl acrylate. , Aromatic vinyl compounds such as styrene, vinyl toluene and α-methyl styrene, vinyl cyanides such as acrylonitrile and methacrylonitrile, maleimides such as N-phenylmaleimide and N-cyclohexylmaleimide, and unsaturateds such as maleic anhydride Examples thereof include unsaturated acids such as carboxylic acid anhydrides, acrylic acid, methacrylic acid and maleic acid. Among these monomers that can be copolymerized with methyl methacrylate, acrylic esters are particularly good in thermal decomposition resistance, and methacrylic resins obtained by copolymerizing acrylic esters have fluidity during molding. Highly preferred. The amount of acrylic acid ester used when methyl methacrylate is copolymerized with methyl methacrylate is preferably 15% by weight or less. If it is 15% by weight or more, the effect of improving the heat decomposability and fluidity is high, but the heat resistance, that is, the heat distortion temperature is lowered, which is not preferable. Among the acrylate esters, particularly, methyl acrylate and ethyl acrylate are remarkably most preferable in terms of the above improvement effect even if they are copolymerized with a small amount of methyl methacrylate. The said monomer which can be copolymerized with methyl methacrylate can also be used 1 type or in combination of 2 or more types.
[0011]
The solvent in the present invention is not particularly limited as long as it dissolves the impurities to be removed and has a higher boiling point than the methyl methacrylate monomer and the monomer copolymerizable with methyl methacrylate. In general, aromatic compounds such as toluene, xylene, ethylbenzene and diethylbenzene, aliphatic compounds such as octane and decane, alicyclic compounds such as decalin, ester compounds such as butyl acetate and pentyl acetate, 1,1,1,2 -Halogen compounds such as tetrachloroethane and 1,1,2,2, -tetrachloroethane can be used. The boiling point of the solvent is higher than the boiling points of the methyl methacrylate monomer and the monomer copolymerizable with methyl methacrylate, preferably 10 ° C. or higher, more preferably 20 ° C. or higher, more preferably 30 ° C. or higher. . Among these, alkylbenzene is preferable because it does not adversely affect the polymerization and the solubility of impurities generated by the polymerization is also high. Among alkylbenzenes, toluene, xylene, ethylbenzene, especially xylene, and ethylbenzene have an appropriate boiling point, have a low load for devolatilization, and do not adversely affect the polymerization, but dissolve impurities generated by the polymerization. It is most preferable because it has high properties and can be obtained industrially at low cost.
[0012]
The polymerization inhibitor added to prevent polymerization of the recycle liquid or to prevent polymerization of the raw material monomer is dissolved in the solvent and the monomer. For example, hydroquinone, methoxyhydroquinone, t-butylcatechol, etc. Can be mentioned.
Examples of impurities contained in the raw material include impurities contained in the raw material methyl methacrylate monomer, impurities contained in a polymerization initiator used in the continuous bulk polymerization process, a chain transfer agent, and the like.
[0013]
By-products generated during the polymerization are components separated and recovered from the polymer in the devolatilization step among the products generated in the polymerization reactor, such as a catalyst decomposition product and a methyl methacrylate monomer. And oligomer components such as dimers and trimers.
An example of a typical distillation column is shown in FIG. 1, and an example of a continuous bulk polymerization process is shown in FIG. The present invention is carried out as follows using, for example, equipment as shown in the figure. That is, (A) (a) a recycled liquid containing a monomer based on unreacted methyl methacrylate after polymerization and (b) a new monomer based on methyl methacrylate in succession Supply to the distillation column, and continuously or intermittently extract impurities from the bottom of the distillation column. At the same time, add additional polymerization initiator and molecular weight regulator to the distilled monomer, and continuously supply it to the polymerization reactor. Then, polymerization is carried out in a polymerization reactor, and then the polymerization solution is devolatilized to take out the polymer, and at the same time, unreacted monomers are recycled to perform continuous bulk polymerization. Or (A) (a) A recycle liquid containing a monomer mainly composed of unreacted methyl methacrylate after polymerization is continuously supplied to the distillation column, and impurities are continuously or intermittently supplied from the bottom of the distillation column. A monomer distilled at the same time as withdrawing, (b) a monomer comprising methyl methacrylate as a main component, a polymerization initiator and a molecular weight regulator are additionally added and continuously supplied to the polymerization reactor. Then, the polymerization solution is devolatilized to take out the polymer, and at the same time, the unreacted monomer is recycled to perform continuous bulk polymerization.
[0014]
Distillation is carried out by a distillation column such as a packed column type or a plate type. The distillation method is, for example, supplying a recycle liquid containing impurities to be removed or a mixture of this and a new monomer from the middle or upper stage of the distillation tower, and heating the bottom liquid of the distillation tower with a heater such as a reboiler. The distillation is carried out by condensing in a condenser the monomer vapor composed mainly of methyl methacrylate that is distilled from the top of the distillation column. At this time, impurities having a boiling point higher than that of the monomer are concentrated at the bottom of the distillation column made of a solvent. The impurities can be continuously removed by adding the solvent in the amount removed at the same time as the impurities are continuously or intermittently removed from the bottom of the distillation column. The additional addition of the solvent is carried out by such a method that it is carried out directly or intermittently at the bottom of the distillation column, or continuously in combination with a recycle liquid before distillation or a new monomer.
[0015]
In addition, as described above, there are two methods of distillation: a method in which a new monomer and a recycled liquid containing unreacted monomers after polymerization are distilled together, and a method in which only the recycled liquid is distilled. Is more preferable because it can remove impurities contained in the new monomer. In addition, it is preferable that the distillation column has a number of stages such that a monomer mainly composed of methyl methacrylate is not mixed in the bottom liquid of the distillation column in the bulk polymerization of the present invention. However, even when the boiling point of the solvent is close to that of the monomer or the number of stages is small and a small amount of monomer enters the bottom of the distillation column, polymerization of the monomer generated at the bottom of the distillation column does not occur or If it happens, you can avoid trouble.
[0016]
In the distillation column of the present invention, the boiling point of the solvent used is higher than the boiling point of the monomer mainly composed of methyl methacrylate and the boiling point of the impurities to be removed is higher than the boiling point of the monomer. Concentrated, so the bottom of the distillation column is only the impurities and solvent to be removed. Therefore, while heating the distillation column bottom liquid using a heater such as a reboiler, a part of the bottom liquid is continuously or intermittently withdrawn from the system to prevent discharge and accumulation of impurities to be removed. I can measure. At this time, if the amount to be withdrawn is small, the impurity concentration in the bottom liquid of the distillation tower becomes high, causing deterioration of heat exchange efficiency in the heater due to an increase in liquid viscosity, and blockage of piping and heater due to impurity precipitation. there is a possibility. In addition, when the amount to be extracted is too large, there is no problem in operation, but it is not economical. Therefore, in removing impurities, it is preferable to reduce the amount of distillation column bottom liquid extracted to the extent that impurities do not precipitate as long as the heater has the capability.
[0017]
A monomer mainly composed of methyl methacrylate distilled as described above, and a monomer composed mainly of new methyl methacrylate as the case may be, or a polymerization initiator, a molecular weight regulator, etc. Supply to the polymerization reactor and polymerize. In order to improve the optical characteristics, this monomer solution is continuously supplied to, for example, a counter-current contact tower and replaced with an inert gas, so that dissolved oxygen in the monomer solution is 1 ppm or less. Further, in order to remove foreign matters such as metallic foreign matters, it is preferable to filter the monomer solution with a filter of 0.5 μm or less.
[0018]
In this case, the polymerization initiator used is one that decomposes actively at the polymerization temperature to generate radicals. For example, di-tert-butyl peroxide, di-cumyl peroxide, methyl ethyl ketone peroxide, di-tert-butyl peroxide. Phthalate, di-tert-butyl perbenzoate, tert-butyl peracetate, 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane, 1,1-bis (t-butylperoxy) -3 , 3,5-trimethylcyclohexane, di-tert-amylperoxide, benzoyl peroxide, cumene hydroperoxide and organic peroxides such as lauryl peroxide, azobisisobutanol diacetate, 1,1'-azobis Cyclohexanecarbonitrile, 2-
[0019]
Furthermore, mercaptans are mainly used as molecular weight regulators. Examples of mercaptans include primary and secondary alkyl groups having a substituted or alkyl group such as n-butyl mercaptan, isobutyl mercaptan, n-octyl mercaptan, n-dodecyl mercaptan, sec-dodecyl mercaptan, tert-butyl mercaptan, and the like. Aromatic mercaptans such as tertiary and tertiary mercaptans, phenyl mercaptans and thiocresols, thioglycolic acid and its esters, ethylene thioglycol and the like can be used. These can be used alone or in combination of two or more. The amount of these molecular weight modifiers to be used is appropriately determined according to the molecular weight of the polymer to be produced, but is usually selected in the range of 0.01 to 0.5% by weight based on the weight of the total reaction mixture.
[0020]
As the polymerization reactor, an apparatus that is uniformly stirred by a stirring blade such as a double helical ribbon or a pitched paddle type is used. The polymerization is carried out at a temperature of 120 to 160 ° C. so that the monomer solution is continuously fed to the polymerization reactor and the polymerization conversion of the monomer is substantially constant within the range of 40 to 70%. A polymerization reaction is carried out. When the polymerization conversion rate is less than 40%, the load of the devolatilization step due to the volatile components is large, and for example, devolatilization may be insufficient due to the restriction of the heat transfer area of the preheater, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 70%, for example, the piping pressure loss between the polymerization reactor and the preheater becomes large, which makes it difficult to transport the polymerization solution. If the polymerization temperature is less than 120 ° C., the polymerization rate is too slow to be practical, and if it exceeds 160 ° C., the polymerization rate is too fast, making it difficult to adjust the polymerization conversion rate or reducing the thermal decomposition resistance. It is not preferable.
[0021]
The polymerization solution obtained by such a polymerization reaction is devolatilized to take out the polymer, and at the same time, a monomer mainly composed of unreacted methyl methacrylate as a volatile component is separated. Volatiles are distilled and reused as a recycle liquid to continuously produce methacrylic resins. In general, it is preferable to add a polymerization inhibitor to the recycle liquid to prevent polymerization during storage. As the devolatilizer, an extruder with a multistage vent, a devolatilization tank, or the like is used. Preferably, the polymerization solution is heated to a temperature of 200 to 290 ° C. with a pre-heater or the like, has a sufficient space in the upper part, and has a temperature of 200 to 250 ° C., 20 to 100 torr, in a devolatilization tank under vacuum. At the same time when the polymer is taken out by feeding, the volatile component composed of the monomer mainly composed of unreacted methyl methacrylate is separated and reused as a recycle liquid. The volatile content remaining in the polymer is 1% by weight or less, preferably 0.5% by weight or less, and more preferably 0.3% by weight or less. The method of introducing the polymerization liquid into the devolatilization tank held under this reduced pressure causes volatilization between the volatile components and foaming thereby, forming an extremely large evaporation area, and efficiently volatile components in a short time. Is a preferred devolatilization method that is excellent in optical properties with less residual monomer remaining in the polymer and less polymer coloring.
[0022]
Hereinafter, although not limited to this, a method for removing impurities in the distillation column will be supplementarily described with reference to FIG.
A monomer containing impurities to be removed is continuously supplied from
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Each property of the polymer was measured as follows.
(1) The intrinsic viscosity of the polymer was measured with an Ostwald viscometer at a temperature of 25 ° C. by dissolving 150 mg of the polymer in 50 ml of chloroform.
(2) The total light transmittance was measured by the ASTM D-1003 method.
[0024]
[Example 1]
It was discharged from the polymerization reactor and recovered by devolatilization in a devolatilization tank. Recycled solution of 97.8% methyl methacrylate and 2.2% by weight methyl acrylate to which 0.01 part of hydroquinone was added / methyl methacrylate 97.9% A fresh monomer solution of 2.1% by weight of methyl acrylate / 2.1% by weight of methyl acrylate / ethylbenzene was mixed at a weight ratio of 49.9 / 49.9 / 0.2 and continuously fed to the distillation column. The distillation column is made of stainless steel and has the structure shown in FIG. 1, and the inside is filled with Raschig rings. The distillation column is heated by the reboiler with steam so that the amount of the retained solution at the bottom of the distillation column is constant while being maintained at 80 Torr by a control valve installed in the
[0025]
[Example 2]
In Example 1, the same operation as in Example 1 was performed except that ethylbenzene was changed to xylene and the polymerization initiator and chain transfer agent were slightly modified so that the polymerization conversion and molecular weight were almost the same as in Example 1. . The obtained methacrylic resin pellets had a methyl acrylate content of 1.9% by weight and a residual monomer of 2300 ppm. The intrinsic viscosity was 55 ml / g and the total light transmittance was 93%. There were no large foreign objects in the polymer and the product was not colored. In addition, clogging due to polymer formation in the distillation tower did not occur at all for one week of continuous operation.
[0026]
[Comparative Example 1]
Except not using ethylbenzene, the same operation as Example 1 was performed. Three days after the start of operation, polymer was deposited on the extraction line from the liquid at the bottom of the distillation column, and the extraction line was blocked on the fifth day, so the subsequent operation was stopped.
[0027]
[Comparative Example 2]
Under the conditions of Example 1, bulk polymerization was performed without using ethylbenzene and no distillation operation, and the methacrylic resin gradually colored as the continuous operation passed.
[0028]
【The invention's effect】
According to the impurity removal method of the present invention, long-term continuous bulk polymerization can be carried out stably while preventing coloring of the product. Therefore, a high quality product can be produced with high productivity by the continuous bulk polymerization method.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating a distillation column used in an impurity removal method of the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic diagram of a continuous bulk polymerization apparatus using a distillation column used in the impurity removal method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1. Vinyl monomer and optionally
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