JP4922287B2

JP4922287B2 - ポリマー処理におけるデカンター遠心分離機の利用

Info

Publication number: JP4922287B2
Application number: JP2008501945A
Authority: JP
Inventors: エイチ．イェンジェフリー
Original assignee: アーケマ・インコーポレイテッド
Priority date: 2005-03-16
Filing date: 2006-03-13
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2026-03-13
Also published as: CN101142258B; CN101142258A; JP2008533282A; US20080171843A1; WO2006101813A1; US7651623B2; EP1877469B1; EP1877469A4; EP1877469A1

Description

本発明は、ポリマー乳濁液又は懸濁液からの、デカンター遠心分離の利用による溶媒の除去のための方法に関係する。デカンター遠心分離機は、効率的な濃厚化方法を提供する。この方法は、乾燥前の濃厚化又は脱水工程から利益を受けうる水を含む高レベルの溶媒を有する乳濁液又は水性懸濁液ポリマー組成物(低ポリマー固体)について特に有用である。

デカンター遠心分離機は、ベアリングにより回転可能に支持された円筒状／円錐状断面の中空ドラムであって、内部に、ベアリングによりドラムに対して相対的に回転可能に支持されたらせん状コンベアを有する中空ドラムを含む。これらの遠心分離機は、主として、処理すべき混合物が比較的高い固体含有量を有する場合、又は混合物中の粒子の含有量が大いに変動するか大きさが大いに変動する場合に用いられる。それらは又、比較的大容量の液体を処理する応用においても用途を見出す。それらは、単位時間当たり大きな流れにもかかわらず満足な分離を与える。デカンター遠心分離機は、固体を、それらの固体(粒子形態)が該粒子より大きい密度か小さい密度を有する液体中に懸濁している液体混合物から分離するために用いられる。デカンター遠心分離機の主な用途は、汚水処理プラントからの汚泥の処理にある(ＵＳ６，１２３，６５６及びＵＳ６，５３７，１９１)(それらは、油回収システムにおける用途(ＵＳ６，２１４，２３６)、及び肉及び他の食品の脱脂のための用途(ＵＳ５，９４４，５９７)も見出しているが)。

デカンター遠心分離機は又、油中水ポリマー乳濁液中の水溶性ポリマーの脱水乳濁液を濃縮するためにも用いられてきた(ＵＳ６，１１０，９９５)。

米国特許２，７１８，４５２号は、ポリテトラフルオロエチレンオルガノゾルを形成する方法を記載しており、その中で、該オルガノゾルを含む層をデカントしてから遠心分離して吸蔵された水を除去している。米国特許第３，５３６，６８３号は、フッ素含有ポリマーを分離する方法であって、そのポリマーを電解質を加えることにより塊状化してから塊状化物をボール遠心分離機にて上清液から分離し、洗浄して再遠心分離してから乾燥することを含む当該方法を記載した。この洗浄は、最終乾燥製品において望ましくない不純物である電解質を除去するのを助成するが、この方法に複雑さを加えて、追加の水をこのポリマーに加える(乾燥を一層困難にする)。

水又は水溶液をポリマーラテックスから様々な手段によって除去することは、公知である。幾つかの例は、濃縮器、濾過器などである。現行の商業的実施において、フルオロポリマーラテックスは、攪拌容器を通して処理され(洗浄あり又はなし)、ラテックス濃厚化され、最後に乾燥される。適宜、ラテックス洗浄を、攪拌容器にて行なうことができ、又は攪拌容器での処理後に別の単位操作として行なうことができる。この慣用の濃厚化操作は、脱水効率及び全体的収率に限界を有しており、脱水されたポリマーラテックス流れは、依然として大量の水を含んでいて、その除去のために更なる処理の時間とエネルギーを必要とする。その上、この水性排出物のキャリーオーバーは、非常に大きくて全体的処理収率を低下させうる。かかるフルオロポリマースラリーは、典型的には、密度が水より小さいので、濃厚化装置の頂点に浮かんで、低い濃厚化効率へと導く。幾つかのフルオロポリマー操作において、濃厚化のために、逆浸透の名が挙げられてきたが、操作困難性(膜の汚れなど)が知られている。

現行の方法よりも一層高いスループットで、一層高い効率で運転され、一層多くの溶媒又は水を除去し(一層高いポリマー固体を生成)そして一層高い収率を生じる、濃厚化し又は脱水する方法に対する要求がある。この要求は、比較的低い固体レベルで生成され、それ故大量の溶媒又は水を含んでいる乳濁液又は水性懸濁液について特に大きい。

驚くべきことに、フルオロポリマーラテックスなどの水性ポリマーの乳濁液及び懸濁液の処理におけるデカンター遠心分離機の利用が、脱水ポリマーラテックスにおける一貫した固体含量を与えつつ、高スループットを与えて、濃厚化効率を改善するということが見出された。適宜、水平デカンター遠心分離機を利用する。このデカンター遠心分離機を利用して、任意のポリマー懸濁液、溶液又は有意に大きい粒子(一つより多くのポリマー粒子よりなる塊、例えば凝集物又は凝固物であってよい)を有する混合物を処理することができ、これらのポリマー粒子と連続水相との間には、密度の差(一層大きいか一層小さい)がある。フルオロポリマーの場合、このポリマーの凝集物は、水相より小さい密度を有するということが見出された。ポリマー凝集物は、典型的には、液体中に分散又は懸濁したコロイドポリマー粒子の、クラスター又はマトリクス中への結合又は凝集に由来する。

このフルオロポリマーについてのデカンターの結果は、デカンター遠心分離機の慣用の運転は典型的には液体成分より密な固体成分を含むので(一層密な相は、遠心分離において、一層密でない相よりも速く移動するという理論により)、予想外のものである。この発明の方法において、ポリマー塊状化物は、連続(溶媒)相より密でない。デカンター遠心分離機の運転パラメーターによって、これらのポリマー塊状化物は、一層高い固体の浮かぶものとして排出することができる。この固体排出物中の固体含量は、デカンター遠心分離機の運転パラメーターを調節することにより増大又は減少させることができる。

発明の概要
上記の問題は、ポリマーの乳濁液又は懸濁液を処理する方法であって、該乳濁液又は懸濁液をデカンター遠心分離機を利用して濃厚化する工程を含む当該方法により解決することができる。

図面の簡単な説明
図１：ポリマーラテックス又は懸濁液を水平デカンター遠心分離機を用いて処理する方法についての流れ図を示している。

発明の詳細な説明
用語「ポリマー塊状化物」は、ここで用いる場合、典型的には、液体中に分散又は懸濁されたコロイド状ポリマー粒子の結合又は凝集に由来するクラスター、マトリクス又は塊状化物を意味する。

連続相とポリマー塊状化物を含むポリマーの乳濁液又は懸濁液の「濃厚化」とは、ここでは、ポリマー塊状化物の重量パーセンテージを、連続相の幾らかを除去することにより増大させることを意味する。

この発明は、デカンター遠心分離機の、ポリマーの乳濁液又は懸濁液組成物の濃厚化操作における利用に関係する。このデカンター遠心分離機は、大量の水又は他の溶媒を含む(低いポリマー固体レベル)ポリマー組成物の処理に特に有用である。濃厚化操作における固体レベルの増大により、乾燥機によりスループットを増大させて、エネルギー消費を減少させることができる。

この発明の方法は、ポリマー粒子の水性乳濁液又は懸濁液の形態のポリマー組成物について特に有用である。好適具体例において、このポリマーは、フルオロポリマーである。本発明の方法が有用であるフルオロポリマーには、ポリビニリデンフルオリドなどのホモポリマー又はビニリデンフルオリド／ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ビニリデンフルオリド／クロロテトラフルオロエチレンコポリマー、ビニリデンフルオリド／テトラフルオロエチレンコポリマー、エチレン／テトラフルオロエチレンコポリマー、フッ素化エチレンプロピレン(ＦＥＰ)及びこれらの混合物などのコポリマーが含まれるが、これらに限られない。この溶媒又は連続相は、水及び有機溶媒を含むが、これらに限られない。

好ましくは、このフルオロポリマーは、ポリビニリデンフルオリドポリマーである。「ＰＶＤＦ」又はＰＶＤＦ樹脂又はＰＶＤＦポリマーは、ＰＶＤＦのホモポリマーだけでなく、少なくとも約７５重量％のビニリデンフルオリド(ＶＤＦ)モノマーから製造されるコポリマーをも指す。コモノマーは、他のフッ素化モノマー例えばヘキサフルオロプロピレン(ＨＦＰ)、クロロテトラフルオロエチレン(ＣＴＦＥ)、テトラフルオロエチレン(ＴＦＥ)、及びビニルフルオリドを含むことができる。

典型的には、重合後に、そのポリマーを攪拌し、濃厚化して乾燥する。不純物を除去して生成物の質を改善する洗浄の工程は、随意である。乾燥工程は、乾燥粉末又はペレットを所望する場合に利用される(濃縮されたポリマーは、濡れた状態で販売でき、それは更に最終製品へと処理されうるが)。凝固又は塊状化は、適宜、好ましくは、連続相からの一層容易な分離に有効な粒子サイズを増大させるために用いられる。典型的には、デカンター遠心分離機における分離のためのポリマー塊状化物は、１ミクロンより大きい、好ましくは２ミクロンより大きい、最も好ましくは５ミクロンを超える平均直径を有する。この平均直径の好適な範囲は、２〜２０ミクロンである。

この発明の一具体例を、図１に示した。重合反応を、重合反応容器２中で、バッチ式又は連続式で行なう。モノマー、開始剤、添加剤などを、容器２に、ライン１から供給する。反応が完結した後に、反応器流出物をスクリーナー４を通して濾過し、次いで、攪拌容器６及び随意の洗浄又は添加剤添加容器８に送る。添加剤を、適宜、このポリマー組成物に、その処理中に添加することができる。ライン９における典型的なポリマー固体含有量は、１〜３０重量％、好ましくは２〜２０重量％である。この流出物を、次いで、濃厚化のためのデカンター遠心分離機１０に送る。好ましくは、このデカンター遠心分離機１０は、水平型遠心分離機である。この発明において、持続時間は、デカンター遠心分離機の連続相プールの体積で除した供給物の体積流量として定義される。回転速度、スループット、粒子のサイズ及び形状、密度差、溶液粘度、ポリマー濃度などによって、遠心分離機流出物ライン１１におけるポリマー含有量は、２０重量％〜４５重量％を超えるまで変化しうる。この発明の方法の利点は、ライン１１の流出物中のポリマー含有量がこのデカンター遠心分離機の処理条件の同じセット(Ｇ力、供給速度、スクロール速度など)について極めて一貫していることであることが見出されている。この一貫性は、一般に、＋／−０．５重量パーセントである(慣用の方法では、一般に、最大で固体において＋／−２．０重量パーセント変化する)。次いで、ライン１１を、乾燥機１４に供給することができる。有用な乾燥機には、バンド乾燥機、回転乾燥機、流動床乾燥機、噴霧乾燥機などが含まれるが、これらに限られない。適宜、スラリー供給ポンプ１２を、ライン１１に加えて、選択した乾燥機への供給を容易にすることができる。

このデカンター遠心分離機は、典型的には、最大プール容積の１０〜９５％、好ましくは４０〜９０％のプール容積で運転される。一つの好適具体例において、このデカンター遠心分離機は、連続相の排液側にフローターディスクを含む。このデカンター遠心分離機の典型的なビーチ角度は、５〜２５度であり、好ましくは、８〜１５度である。典型的なボール長さ対ボール直径の比は、１：１〜４：１であり、好ましくは、２：１〜４：１である。

他の方法において、このデカンターからの濃縮された固体生成物は、更なる乾燥なしで販売されて、最終生成物へと処理されうる。

このデカンター遠心分離機は、典型的には、１００〜５０００倍の、好ましくは２００〜３５００倍の重力で運転される。遠心力が増すにつれて、濃厚化レベルが増大するということが見出された。持続時間は、一般に、５秒〜１０分間であり、好ましくは、１０秒〜５分間である。最適な遠心力及び持続時間は、ポリマー組成、供給速度、密度、固体レベル、粒子のサイズ及び形状、溶液粘度、ポリマーと水相との間の密度差、主題のデカンター遠心分離機の直径、プール深さ、チャンネル構成、ビーチ角度、長さ／直径比などを含む(但し、これらに限られない)多くの因子に依存している。

下記の実施例は、この発明を説明するために示すものであり、その広さを狭くするものと解するべきではない。この実施例では、ＰＶＤＦを用いる。

洗浄／添加剤添加用容器からの流れは、ここで用いる場合、下記の典型的な内容及び特性を有している：
平均ポリマー粒子サイズ：５〜１０ミクロン
組成：
ＰＶＤＦ２〜８％
水８９〜９７％
ＶＦ₂ 極微量
界面活性剤極微量
密度：０．９〜０．９９９ｇ／ｃｃ

実施例１〜２(比較例)
市販の濃厚化操作において、ＰＶＤＦの流れは、噴霧乾燥前に、沈降用容器又はシックナーにて濃厚化される。シックナーの典型的性能は、下記のように要約される：

実施例３〜１３
洗浄／添加剤添加用容器からのＰＶＤＦ試料を、下記の装備構成の６”水平デカンター遠心分離機を用いて：
ボール直径：１５２ｍｍ
ボール長さ：３５６ｍｍ
ビーチ角度：１０度
様々な遠心力及び操作条件下で処理した。供給物中のポリマー含有量は、３．３〜４．１重量％である。結果を表２に要約した：

実施例２と比較して、水平デカンター遠心分離機を用いたＰＶＤＦによる濃厚化効率は、遠心力が１３６７×Ｇを超えた場合に、遥かに高かった。

実施例１４〜１６
洗浄／添加剤添加用容器からのＰＶＤＦ試料を、６”水平デカンター遠心分離機を用いて、様々な遠心力及び操作条件下で処理した。このデカンターは、プラウタイル及びフローターディスクを備えている。この供給物中のポリマー含有量は、約４．４重量％である。結果を、下記の表３に要約した：

実施例２と比較して、水平デカンター遠心分離機を用いたＰＶＤＦによる濃厚化効率は、遥かに高かった。

実施例１７
洗浄／添加剤添加用容器からのＰＶＤＦ試料を、６”水平デカンター遠心分離機を用いて、様々な遠心力及び操作条件下で処理した。このデカンターは、プラウタイル及びフローターディスクを備えている。この供給物中のポリマー含有量は、約４．４重量％である。結果を、下記の表４に要約した：

実施例２と比較して、水平デカンター遠心分離機を用いたＰＶＤＦによる濃厚化効率は、２１９のＧ力においてでさえ、遥かに高かった。

ポリマーラテックス又は懸濁液を水平デカンター遠心分離機を用いて処理する方法についての流れ図である。

Claims

連続水性相及びポリマー塊状化物を含み電解質が添加されていない水性ポリマー乳濁液又は懸濁液を処理する方法であって、
該方法は、該水性ポリマー乳濁液又は懸濁液を、該連続水性相の一部を除去するためにデカンター遠心分離機で該水性ポリマー乳濁液又は懸濁液を遠心することによって、濃厚化する工程を含み、
該水性ポリマー乳濁液又は懸濁液は遠心に先立って電解質が添加されておらず、
該乳濁液又は懸濁液中のポリマー塊状化物が連続水性相より小さい密度を有することを特徴とする当該方法。
前記のデカンター遠心分離機が、水平デカンター遠心分離機である、請求項１に記載の方法。
デカンター遠心分離機に入る水性ポリマー乳濁液又は懸濁液が、１〜３０％のポリマー固体レベルを有する、請求項１に記載の方法。
デカンター遠心分離機に入る水性ポリマー乳濁液又は懸濁液が、重合反応器、仕上げユニット、洗浄ユニット、添加剤添加ユニット又は濃厚化ユニットからの流出物である、請求項３に記載の方法。
前記のポリマー塊状化物が、ポリマーとしてフルオロポリマーを含む、請求項１に記載の方法。
前記のフルオロポリマーが、ポリビニリデンフルオリドのホモポリマー、コポリマー、又はターポリマーである、請求項５に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機を、１００〜４０００倍の重力の遠心力で運転する、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機を、５秒〜１０分間の液体持続時間で運転する、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機を、１〜１００ｒｐｍのスクロール速度で運転する、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機を、最大プール容積の１０〜９５％のプール容積で運転する、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機が、連続相の排出側にフローターディスクを含む、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機が、５〜２５度のビーチ角度を有する、請求項１に記載の方法。
前記のデカンター遠心分離機が、１：１〜４：１のボール長さ対ボール直径の比を有する、請求項１に記載の方法。
前記の処理が、単一のデカンター遠心分離工程を含む、請求項１に記載の方法。