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JP2888769B2 - ポリマー粒状体の製造方法 - Google Patents

ポリマー粒状体の製造方法

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JP2888769B2
JP2888769B2 JP31620694A JP31620694A JP2888769B2 JP 2888769 B2 JP2888769 B2 JP 2888769B2 JP 31620694 A JP31620694 A JP 31620694A JP 31620694 A JP31620694 A JP 31620694A JP 2888769 B2 JP2888769 B2 JP 2888769B2
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隆 塚原
律行 久西
俊之 安田
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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Idemitsu Petrochemical Co Ltd
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  • Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマーの粒状体の製
造方法に関する。より詳細には、ポリカーボネート等の
ポリマー有機溶媒溶液を易揮発条件下においてポリマー
粉体に接触させ、効率よくポリマー粒状体を製造する方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】ポリマーは、その重合工程を経て溶液状
態、乳化状態、形状不定粉粒体等種々の状態で得られる
が、これらは直ちに押出成形、射出成形等種々の成形加
工用原料としての使用は困難であり、通常は先ず所定形
状、大きさの粒状体に成形し、これを成形加工用原料に
供給する。しかし、この粒状体はポリマー最終成形体製
造のための中間体であるから、複雑で高価な特殊機器は
できるだけ使用せず、より簡単で安価なプロセスにより
製造でき、且つ品質のよいものであることが望まれる。
【0003】ポリマーの例としてポリカーボネートを挙
げ、従来技術を具体的に説明する。 (i) ポリカーボネート重合プロセスで得られたポリマー
溶液をニーダーのような特殊な機器を使用して、溶媒を
除去しつつ粉砕して得る方法(特公昭53−15899
号公報)があるが、機器コストが高く、また処理能力の
制限もあり、好ましくない。 (ii)一般的な縦型槽で造粒を行う方法(特開平6−10
0703号公報)があるが、スケールアップの場合に処
理量に対する伝熱面積が減少し、熱負荷が増大してしま
う問題がある。 (iii) 貧溶媒のヘプタン等をベーパライズして造粒槽に
供給し、入熱を得る方法(特開平5−78494号公
報)があるが、該ベーパライズしたヘプタン等が充分に
は分散せず、槽内をスルーパスすることがあり、その場
合は造粒のための溶媒除去が不均一であり、またその除
去効率がよくない。 (iv)ポリカーボネートの塩化メチレン溶液濃度が熱交換
器とか配管内で、温度、圧力にもよるが、おおよそ35
〜45重量%程度になるとポリマーがゲル化し、取扱い
が困難となる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、ポリ
マーの有機溶媒溶液からポリマーの造粒を行うに際し、
主に造粒機器に基づく課題、例えば処理能力の制限、ス
ケールアップに伴う熱負荷とか機器コストの異常な増
大、ポリマーの有機溶媒溶液高濃度化時のゲル化等の課
題を解決しようとするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者はこれら課題を
解決するため、鋭意研究をした結果、加熱されたポリマ
ー粉体に特定の条件下にあるポリマー有機溶媒溶液を供
給することにより解決し得ることを見出し、本発明を完
成した。
【0006】即ち、本発明の要旨は次の通りである。 (第1)ポリマーの有機溶媒溶液からポリマー粒状体を
製造する方法において、該ポリマーの有機溶媒溶液を熱
交換器で加圧下に加熱し、フラッシュバルブを通して、
該ポリマーと同種のポリマーの粉体が大気圧下で加熱さ
れ、均一に攪拌されている造粒槽内にフラッシュさせ、
溶媒を除去しつつポリマー粒状体を製造する方法。 (第2)ポリマーがポリカーボネート、ポリアリレー
ト、ポリエステルポリカーボネート及びポリアミドから
選ばれる一のポリマーである上記第1記載のポリマー粒
状体を製造する方法。 (第3)ポリマーの有機溶媒溶液がポリカーボネートの
塩化メチレン溶液である上記第1記載のポリマー粒状体
を製造する方法。 (第4)ポリカーボネートの塩化メチレン溶液が10〜
30重量%であり、フラッシュ後の濃度が35〜60重
量%である上記第3記載のポリマー粒状体を製造する方
法。 (第5)熱交換器で2〜20Kg/cm2 Gに加圧下、
40〜150℃に加熱して行う上記第3又は第4記載の
ポリマー粒状体を製造する方法。
【0007】以下、本発明の内容を詳細に説明する。本
発明において、対象とするポリマーは、ポリカーボネー
ト,ポリアリレートが最適であるが、その他にポリエス
テルポリカーボネート,ポリアミド等、溶液重合によっ
て生成する各種のポリマーを充当することもできる。
【0008】このうち、例えばポリカーボネートの有機
溶媒溶液は、通常の重縮合反応によって得られ、2価フ
ェノールとホスゲンまたは炭酸エステル化合物とを反応
させることにより容易に製造することができる。ここ
で、2価フェノールとしては、例えば、ハイドロキノ
ン;4,4’−ジヒドロキシジフェニル;ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)アルカン〔ビスフェノールAな
ど〕;ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロアルカ
ン;ビス(4−ヒドロキシフェニル)オキシド;ビス
(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド;ビス(4−ヒ
ドロキシフェニル)スルホン;ビス(4−ヒドロキシフ
ェニル)ケトン等及びこれらのハロゲン置換化合物が挙
げられる。
【0009】炭酸エステル化合物としては、ジフェニル
カーボネート等のジアリールカーボネート、ジメチルカ
ーボネート,ジエチルカーボネート等のジアルキルカー
ボネートが挙げられる。なお、ホスゲンと2価のフェノ
ールを反応させるホスゲン法によるポリカーボネート
は、最も一般的には、ビスフェノールAとホスゲンを塩
化メチレン(メチレンクロライド)等の不活性溶媒中で
第三級アミン(トリエチルアミンなど)の触媒の存在下
で反応させることにより得ることができる。
【0010】また、ポリアリレート有機溶媒溶液は、通
常の重縮合反応によって得られるものであり、2価フェ
ノールとテレフタル酸ジクロリドやイソフタル酸ジクロ
リド等とを反応させることにより容易に製造することが
できる。ここで、2価フェノールとしては、上記ポリカ
ーボネートの場合同様の化合物が挙げられる。
【0011】本発明において使用される有機溶媒として
は、ポリマーに対して実質的に不活性であり、さらに使
用温度で実質的に安定であって、ポリマーを溶解するも
のであればよい。しかし、沸点の高い溶媒が使用されて
いる場合、溶媒の脱揮を効率よく行うためには当然なが
らポリマー溶液の温度を高くする必要があり、ポリマー
の化学的変化等を来すおそれがあり、従ってポリマー粒
状体からの有機溶媒の除去を考慮すると、200℃以下
の沸点を有する有機溶媒を用いることが好ましい。この
有機溶媒としては、ポリカーボネートについては、通常
好ましく使用されるメチレンクロライドのほか、クロロ
ホルム、クロロベンゼン等の塩素系溶媒を挙げることが
できる。
【0012】本発明において使用される上記有機溶媒に
は、該有機溶媒離脱性を向上させるため、ポリマーを析
出させない程度の貧溶媒を含んでいてもよいが、該貧溶
媒を直接造粒槽の粉体に供給してもよい。この場合、液
体としての供給方法の他、気化させて蒸気としての供給
方法も好ましく採用できる。使用される貧溶媒としては
ヘプタン、ヘキサン、ペンタン等の脂肪族炭化水素類、
ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、
アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類の他、酢酸
エチル、ジオキサン,テトラヒドロフラン等を挙げるこ
とができる。これらの中では、炭素数5〜10の脂肪族
又は芳香族炭化水素類が使用操作性の点、ポリマーから
の離脱性の点、その他コスト面において好ましく使用さ
れる。
【0013】本発明において造粒槽内に予め供給して置
くポリマー粉体は、本発明に係る製造方法により得よう
とする粒状体と同じ種類のポリマーの他、実用上、目的
とする粒状体の物性にほとんど影響の無いかぎり、異な
る共重合単量体単位を有していたり、重合度又はその分
布が異なっいるポリマーの粉体をも含む。この粉体自体
はどのような製造方法で得られたものでもよいが、粒度
は本発明がその目的とする粒状体と同程度であれば、造
粒開始直後から製品とすることができ好ましい。
【0014】次に本発明のポリマーの粒状体の製造プロ
セスの一例を図1に示す。図1においてポリマー有機溶
媒溶液1は熱交換器2において加熱、加圧され、圧力計
P及び温度計Tを備えた配管8で接続されたフラッシュ
バルブ3とそれに続く配管9を経て造粒槽4にフラッシ
ュされる。この造粒槽にはジャケット5と攪拌翼6付き
攪拌機7が設けられている。ポリマー有機溶媒溶液1及
び貧溶媒10はそれぞれ供給口A及びBから供給され、
有機溶媒蒸気11及び生成粒状体12はそれぞれ排出口
C及びDから排出される。
【0015】本発明に係るポリマー粒状体の製造は、上
記ポリマーの有機溶媒溶液を、熱交換器で加圧下に加熱
し、フラッシュバルブを通して造粒槽内にフラッシュさ
せて行われるが、上記ポリマーの有機溶媒溶液の濃度は
10〜30重量%程度に濃縮されておくことが好まし
い。熱交換器に供給される溶液が10重量%未満では、
造粒槽内で加熱除去され、回収装置に送られる溶媒量が
多くなり、熱量の点で非効率的である。逆に30重量%
を超えると熱交換器内及び配管内でポリマーのゲル化、
析出が生じ易く、流動性の低下による溶液供給作業が困
難になることもあり、好ましくない。なお、ポリマーの
有機溶媒溶液の上記濃度調節は、フラッシュドラム等公
知の各種手段により容易に行うことができる。
【0016】熱交換器によるポリマー有機溶媒溶液加熱
温度は、使用溶媒の常圧下の沸点以上であることが好ま
しい。これは常圧雰囲気にフラッシュさせたときに、効
率よく蒸発、除去できる温度であることが好ましいから
である。また、上記溶液温度は高いほうが造粒槽内のポ
リマー粉末の温度低下を防止し、又は更に加熱すること
になり、造粒槽内のポリマーの残留溶媒量の減少は攪拌
機の攪拌トルクを低減することにもなる。しかし、20
0℃程度以上になると、ポリマーの劣化の他、溶媒の分
解等を招き易く好ましくない。ポリカーボネートの塩化
メチレン溶液の場合、40〜150℃が好ましく、12
0〜140℃が特に好ましい。
【0017】熱交換器によるポリマー有機溶媒溶液の加
圧圧力は、該有機溶媒の上記加熱温度下における蒸気圧
以上ないし該蒸気圧の3倍程度が好ましい。該蒸気圧未
満では濃度が高くなり、ポリマーの析出、ゲル化を起こ
し易く、結果として配管の閉塞を招きかねないので避け
るべきである。しかし、上記した蒸気圧の3倍程度を超
えてまで加圧することは、通常の工業的プロセスで使用
される場合以上に、ポンプ能力、配管の耐圧限界の問題
を考慮する必要が生じ、非効率的である。ポリカーボネ
ートの塩化メチレン溶液の場合、2〜20kg/cm2
G 程度が好ましい圧力であるが、11〜13kg/cm
2 G なる加圧条件が特に好ましい。
【0018】ここに使用される熱交換器は、上記加熱温
度、加圧圧力に耐え得るものでなければならないことは
当然であり、溶媒として塩化メチレンを使用する場合
は、少なくとも200℃、50kg/cm2 G 程度の条
件に耐えられるものであれば充分である。又、熱交換器
の内壁の材質は、上記少なくとも使用温度、圧力下にお
いて処理対象のポリマーとかその溶媒に対して耐蝕性の
あるものでなければならない。通常のポリマー、溶媒を
対象とする場合は、ステンレススチールで充分である
が、内壁にガラスライニング等セラミックライニングを
することも好ましい。
【0019】使用される熱交換器の形式については特に
限定されるものではなく、一般的に使用される二重管式
熱交換器、多管式熱交換器、プレート式熱交換器等が使
用できるが、多管式熱交換器が特に好ましく使用され
る。なお、熱交換器の構造を多管式熱交換器の場合につ
いて説明すると、固定部、胴部及び後頭部からなり、そ
れぞれの部分について数種類の異なった構造のものがあ
るが、ポリマー造粒操作中または又はその後における清
掃等のメインテナンスの容易な構造のものが好ましい。
具体的には、固定部及び後頭部を取外し可能のタイプの
もので、1パス式のもの又2パス式のものが好ましく適
用される。
【0020】本発明において使用されるフラッシュバル
ブの構造は特に限定されるものではなく、仕切弁、玉形
弁、逆止弁、プラグ弁、ボール弁、バタフライ弁、ダイ
ヤフラム弁等種々の構造のものが適宜使用されるが、入
口側は前記熱交換器から排出されるポリマー有機溶媒溶
液を受ける側であり、該溶液の温度、圧力と同じ条件に
耐えられることが必要であり、具体例として、ポリカー
ボネート用溶媒塩化メチレンを挙げれば、少なくとも2
00℃、50kg/cm2 に耐えることが要求される。
更にフラッシュバルブ全体として前記熱交換器同様の耐
蝕性も要求される。なお、バルブの開度調節手段は、空
気圧方式、電気方式等通常使用される手段で充分であ
り、入口側は少なくとも熱交換器の圧力、温度が維持で
きるように調節される。フラッシュバルブと造粒槽とを
結ぶ配管は、ポリマー有機溶媒溶液がフラッシュされて
濃度が上がり、温度も低下して閉塞される可能性もある
ので、可及的に短いほうがよい。
【0021】フラッシュバルブを経ることにより、ポリ
マー有機溶媒溶液は濃縮されるが、濃縮の程度は、溶媒
回収効率、配管閉塞状態、造粒槽内のポリマー粉体を中
心とする粒子成長速度、粒子形状、攪拌機の攪拌トルク
等を考慮すれば、35〜60重量%程度に濃縮されるこ
とが好ましい。35重量%未満では熱交換器及びフラッ
シュバルブ使用による熱負荷低減効果その他の効果が充
分得られないことになり、逆に60重量%を超えるとフ
ラッシュバルブと造粒槽間の配管内閉塞問題発生の可能
性がある他、攪拌機の攪拌トルク増大等好ましくない結
果を生ずる。
【0022】フラッシュバルブを経たポリマー有機溶媒
溶液は、大気圧下、該有機溶媒沸点以上の温度に加熱さ
れている同種ポリマー粉体が攪拌されている造粒槽に供
給される。ポリマー有機溶媒溶液は大気圧下で溶媒が急
激に蒸発することで濃縮されて造粒槽に供給され、残溶
媒がより少ない粒状体が形成される。なお、この予め供
給されているポリマー粉体が造粒種として消費されて
も、攪拌により新しい、小粒状体が加熱状態で同時に並
行して生成して行くので、造粒操作は連続的に行い得
る。
【0023】ポリマー有機溶媒溶液の供給量は特に限定
されず、また一義的には決定できないが、容器内で均一
に攪拌されて存在しているポリマー粉体の保持量に対し
て、好ましくは毎時250重量%以下、より好ましくは
毎時100重量%以下である。供給量が少ない場合は生
産性が低下し、又供給量が多くなると、得られるポリマ
ー粒状体中の残存溶媒量が増大するため好ましくない。
【0024】フラッシュされたポリマー有機溶媒溶液の
供給方法は、該溶液をポリマー粉体表面に滴下ないし流
下させてもよいし、流動しているポリマー粉体内に供給
してもよい。この場合、気化させた貧溶媒を上記ポリマ
ー溶液と同時にポリマー粉体に供給すると上記溶媒除去
速度を上げることができる。この場合、上記ポリマー溶
液供給口は、該溶液がポリマー粉体が存在する部分に直
接供給される位置に設けることが造粒効率上好ましい。
【0025】ポリマー粉体を混合攪拌しつつ造粒する造
粒槽には、通常粉体攪拌用に使用される攪拌装置が装着
されている。ヘリカル翼等好ましい各種形式の攪拌翼は
特開平6−100703にも種々開示されているが、更
にパドル翼も好ましく使用される。
【0026】造粒槽は、ポリマー粉体を絶えず加熱状態
に維持し、かつ供給されてくる濃縮されたポリマー有機
溶媒溶液の脱溶媒を促進する必要から、少なくとも内壁
の加熱可能な構造のものが好ましく、その構造は特に限
定されるものではないが、通常はスチーム、温水、オイ
ル等を熱源とするジャケット付きのものが使用される。
なお、造粒槽には前記ポリマー溶液、貧溶媒供給口の
他、造粒槽上方には溶媒蒸気排出口、造粒槽底部には生
成ポリマー粒状体排出口が必要であるが、通常は溶媒蒸
気排出口は溶媒蒸気吸引装置、溶媒回収装置に接続さ
れ、ポリマー粒状体排出口は該粒状体貯蔵装置又は乾燥
装置に結合される。
【0027】次に実施例を用いて本発明を説明する。
【実施例】
(実施例1)ポリマーとしてポリカーボネート(出光石
油化学社製、製品名タフロンFN2200、粘度平均分
子量22,100)を使用し、塩化メチレン(広島和光
純薬社製、特級)に溶解して10重量%のポリマーの有
機溶媒溶液、即ち塩化メチレン溶液(PCM)を調製し
た。このPCMを更にフラッシュドラムに通して30重
量%のPCMとし、1パスで内部管1/2Bの多管式熱
交換器(AEL型)で130℃,12kg/cm2Gに加
熱、加圧した。フラッシュバルブとしてグローブ形コン
トロールバルブを用い、フラッシュバルブと造粒槽間の
長さ70cm、管径3/4Bの配管を経て、造粒槽にフ
ラッシュさせた。このときのPCMの濃度は52重量%
であった。造粒槽にはヘリカル翼攪拌機及び温水ジャケ
ット付き、110リットルの縦型容器を使用し、ポリカ
ーボネート粉体を予め約30kg仕込んでおき、その温
度が所定の値となるようにジャケット入口温度とのカス
ケード運転により制御しつつ、加熱下に80rpmで攪
拌しつつ、48.4℃の該粉体上へ直接上記PCMを10
kg/hr(ポリカーボネート基準)でフラッシュさ
せ、同時に貧溶媒ヘプタンを造粒槽上部より5kg/h
rで供給した。そのときのジャケット入口温度は51℃
であった。粉体レベルが上昇し、造粒槽容積の約80%
に達したところで槽底部から粒状体を間欠的に抜き出
し、粉体レベルを一定に保った。連続安定運転時の平均
粒径は2.20mm、粒状体の含液率〔溶媒/(溶媒+粉
体)〕は44.4重量%、攪拌トルクは6.28kgmであ
った。実験条件及び結果は第1表にまとめた。
【0028】(実施例2)ポリマー濃度が36重量%の
PCMを、加熱、加圧条件を54.2℃、5kg/cm2G
とした熱交換器を通し、造粒槽ジャケット入口温度は5
4℃、ポリマー粉体温度を50.0℃、造粒槽攪拌回転数
110rpmとして運転した以外は実施例1と同様の条
件で造粒運転をした。連続安定運転時のポリマー粒状体
の平均粒径は1.87mm、粒状体の含液率は43.3重量
%、攪拌トルクは5.52kgmであった。実験条件及び
結果は第1表にまとめた。
【0029】(比較例1)ポリマー濃度30重量%のP
CMを常圧で熱交換器を通し、38.8℃に昇温し、フラ
ッシュバルブを使用せず、配管の背圧に基づくポリマー
溶液圧力1kg/cm2Gで、ジャケット入口温度63.1
℃の造粒槽内の48.1℃のポリマー粉体層に供給した以
外は実施例1と同様の条件で造粒運転をした。その結
果、平均粒径2.01mm,含液率49.7重量%,攪拌ト
ルク7.21kgmとなり、実施例1の場合に比べ、ジャ
ケット入口温度が高いにもかかわらず、攪拌トルクが増
大した。実験条件及び結果は第1表にまとめた。
【0030】(比較例2)ポリマー濃度が64重量%の
PCMを、加熱、加圧条件を160℃、20kg/cm
2Gとした熱交換器を通し、造粒槽ジャケット入口温度は
45℃、ポリマー粉体温度を50.0℃とした以外は実施
例2と同様の条件で造粒運転をした。その結果、ポリマ
ー粒状体の平均粒径は1.72mm、粒状体の含液率は4
0.2重量%であったが、ポリマーの熱劣化のためポリマ
ーの粘度平均分子量は22100から20600とな
り、分子量低下が見られた。実験条件及び結果は第1表
にまとめた。
【0031】(比較例3)ポリマー濃度が35重量%の
PCMを、加熱、加圧条件を51℃、0.5kg/cm2G
とした熱交換器を通した以外は実施例2と同様の条件で
造粒運転をした。その結果、配管内にてポリカーボネー
トがゲル化、析出し、徐々にPCM供給用ポンプの背圧
が上昇し、配管は閉塞気味となり、運転は停止された。
実験条件及び結果は第1表にまとめた。
【0032】
【表1】
【0033】
【発明の効果】
(1) フラッシュバルブを使用せず、PCMを低温、低
圧、低濃度で造粒槽に供給しようとすれば、ジャケット
入口温度を高くする必要があり、ポリマーに不要な熱を
かけることになる。また、フラッシュバルブを使用しな
い場合は、使用する場合に比べ、溶媒の蒸発速度が遅い
ためか含液率が高くなり、その結果、攪拌トルクが上昇
する。(主に実施例1と比較例1の結果から。) (2) フラッシュバルブを使用しても、PCMの温度、圧
力、濃度を高くし過ぎると、ジャケット入口温度、攪拌
トルクは低下するものの、ポリマーの熱劣化のためポリ
マーの粘度平均分子量が低下する。(主に実施例2と比
較例2の結果から。) (3) PCMの溶媒がフラッシュバルブ以前の配管内で沸
騰してしまうような温度、圧力下ではバルブ及び配管内
でのポリマーの析出により、配管等の閉塞が起こり、連
続運転が困難となる。(主に実施例2と比較例3の結果
から。)
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリマーの粒状体の製造プロセスの一
例。
【符号の説明】
1 ポリマー有機溶媒溶液 2 熱交換器 3 フラッシュバルブ 4 造粒槽 5 ジャケット 6 攪拌翼 7 攪拌機 8 配管 9 配管 10 貧溶媒 11 有機溶媒蒸気 12 生成ポリマー粒状体 A ポリマー有機溶媒溶液供給口 B 貧溶媒供給口 C 有機溶媒蒸気排出口 D 生成粒状体排出口 P 圧力計 T 温度計 M 攪拌機モーター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08J 3/12 - 3/14

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリマーの有機溶媒溶液からポリマー粒状
    体を製造する方法において、該ポリマーの有機溶媒溶液
    を熱交換器で加圧下に加熱し、フラッシュバルブを通し
    て、該ポリマーと同種のポリマーの粉体が大気圧下で加
    熱され、均一に攪拌されている造粒槽内にフラッシュさ
    せ、溶媒を除去しつつポリマー粒状体を製造する方法。
  2. 【請求項2】ポリマーがポリカーボネート、ポリアリレ
    ート、ポリエステルポリカーボネート及びポリアミドか
    ら選ばれる一のポリマーである請求項1記載のポリマー
    粒状体を製造する方法。
  3. 【請求項3】ポリマーの有機溶媒溶液がポリカーボネー
    トの塩化メチレン溶液である請求項1記載のポリマー粒
    状体を製造する方法。
  4. 【請求項4】ポリカーボネートの塩化メチレン溶液が1
    0〜30重量%であり、フラッシュ後の濃度が35〜6
    0重量%である請求項3記載のポリマー粒状体を製造す
    る方法。
  5. 【請求項5】熱交換器で2〜20Kg/cm2 Gに加圧
    下、40〜150℃に加熱して行う請求項3又は4記載
    のポリマー粒状体を製造する方法。
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