2/25 ポリマー・高分子材料の重合、製造における スケールアップの考え方と実際

テクノリエゾン事務所　代表　今井 昭夫　氏
高分子学会フェロー
※元住友化学（株）理事研究所長、元日本エイアンドエル（株）代表取締役社長

　産業経済環境の変化により、材料メーカーには新規機能・高性能材料の開発・工業化が求められている。高分子・ポリマーの分野でも環境配慮材料が求められており、開発が進められているが、開発材料・製品の工業化には、実験室で合成した高分子材料と同構造・同性能の製品を製造するための設備を設計し、操作するためのスケールアップ技術が必要である。日本国内で盛んに工業化設備の設計・建設が行われた1970年代～1980年代に活躍した技術者は、2020年代に入って大半が退職されており、スケールアップ検討の経験者が、社内に殆ど残っていない企業も少なくない。

　本講では、材料開発研究とスケールアップ研究との違いに関する基礎的な考え方から、具体的な重合反応プロセスの設計のための実験計画の策定法、重点的に採取すべきエンジニアリング関係データの内容まで、実例を示しながら解説する。

はじめに：重合実験とプロセス開発

1．重合反応の『相』について
　1-1．重合反応の相による分類
　1-2．溶液重合反応の特徴と生産ポリマー事例
　1-3.．バルク重合反応の特徴と生産ポリマー事例
　1-4．乳化重合反応の特徴と生産ポリマー事例
　1-5．懸濁重合・スラリー重合の特徴と生産ポリマー事例
　1-6．気相重合の特徴と生産ポリマー事例

2．重合反応プロセスの工学的性格
　2-1．溶液重合反応の工学的性格
　2-2．バルク重合反応の工学的性格
　2-3．乳化重合反応の工学的性格
　2-4．懸濁重合・スラリー重合反応の工学的性格
　2-5．気相重合の工学的性格

3．ポリマー製造プロセスの概要：
　3-1．製造プロセスフロー
　3-2．プロセス機器と単位操作

4．重合反応槽の設計と操作
　4-1．重合反応機構と反応速度
　4-2．撹拌・混合
　4-3．除熱・伝熱
　4-4．操作の安定化と持続

5．プロセス各部の設計と操作
　5-1．溶媒の回収・精製
　5-2．モノマーの精製
　5-3．ポリマー回収
　5-4．脱モノマーと脱触媒
　5-5．ポリマー乾燥・造粒・分級
　5-6．排水・廃ガス処理

6．プロセスの安定・定常操作プロセス各部の状態把握
　6-1．プロセス各部の状態把握
　6-2．製品の分析・品質管理

7．スケールアップの考え方

8．プロセス流体の基礎物性
　8-1．原料系の物性定数
　　分子量、密度、比熱、沸点・凝固点、蒸発潜熱、温度-蒸気圧曲線、
　　混合時の溶解性、共沸有無、モノマー重合反応熱、・・・・
　8-2．重合体の物性定数
　8-3．重合反応系の物性定数
 　　密度（比重）、比熱、粘度等の温度依存性の調査・実測、推算・・・・

9．化学工学実験
　9-1．各スケールのプロセス条件の特性
　9-2．ラボ（実験室）レベル／ビーカースケールでの検討
　9-3．ベンチスケールでの検討
　9-4．パイロットスケールでの検討
　9-5．スケール別　検討実験の実例

10．生産設備設計のための調査と投資採算性
　10-1．関連法規・規制
　10-2．製品需要家の製品要求性能と許容振れ幅
　10-3．スケールアップ検討と開発テーマ評価（投資採算性）

質疑応答

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