ポリプロピレンの製造工程

ポリプロピレン樹脂は、4つの汎用熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリスチレン）の1つです。 プロピレンを原料とし、エチレンをコモノマーとして重合反応させて製造されます。
世界のポリプロピレンの製造方法は、分類により主に溶剤法、溶液法、液相バルク法（液相気相混合型を含む）、気相バルク法に分類されます。 各工程の特徴を簡単に紹介すると以下の通りです。
溶剤重合
溶剤法 (スラリー法またはマッド法、スラリー法とも呼ばれる) は、最も初期のポリプロピレン製造プロセスです。 しかし、脱灰や溶媒回収の工程があるためプロセスが長く複雑であり、触媒研究技術の進歩に伴い、1980年代以降、溶媒法は停滞する傾向にあり、徐々に液相バルク法に取って代わられてきました。
プロセスの特徴： (1) プロピレンモノマーを不活性液体溶媒（ヘキサンなど）に溶解し、触媒の作用下で溶媒重合を行います。 ポリマーは固体粒子の形で溶媒中に懸濁されており、ケトル型の撹拌反応器が使用されます。 (2) 脱灰工程と溶媒回収工程があります。 このプロセスは長く複雑で、多額の設備投資と高いエネルギー消費を伴います。 ただし、生産の管理は容易であり、製品の品質は良好です。 （３）遠心濾過によりポリプロピレン粒子を分離し、気流沸騰及び押出造粒により乾燥する。
溶液重合
プロセスの特徴: (1) 高沸点の直鎖状炭化水素を溶媒として使用し、ポリプロピレンの融点よりも高い温度で操作します。 得られたポリマーはすべて溶媒に溶解し、均一に分散します。 (2) 高温ガスストリッピング法により溶媒を蒸発除去します。 溶融ポリプロピレンが得られ、その後押出成形され、造粒されてペレット製品が得られます。 (3) 製造元は米国の Kodak 社のみです。
液相バルク法
液相・気相併用型液相バルク法ポリプロピレン製造プロセスは、ポリプロピレン製造の中期から後期に開発された新しいプロセスです。 この製造プロセスは、1957 年にポリプロピレンが工業生産を開始してから 7 年後に開発されました。
ポリプロピレンの製造には液相バルク法が使用されます。 反応系に他の溶媒を添加することなく、触媒を液相プロピレン中に直接分散させてプロピレンの液相塊状重合を行う。 ポリマーは液体プロピレンから連続的に沈殿し、液体プロピレン中に微粒子の形で懸濁します。 反応時間が増加するにつれて、液体プロピレン中のポリマー粒子の濃度が増加します。 プロピレン転化率が一定レベルに達したら、フラッシュ蒸発により未重合のプロピレンモノマーを回収し、粉末ポリプロピレン製品を得る。 これはポリプロピレンの比較的単純で高度な工業的製造方法です。 液相バルク法は、1980 年代の世界における新しい技術と新しいレベルのポリプロピレン生産を表しています。
プロセスの特徴：（1）系に溶媒を添加せず、プロピレンモノマーを液相状態でケトル反応器内で液相塊状重合させ、エチレンプロピレンを流動層反応器内で気相共重合させる。 (2) プロセスが単純で、設備、投資が少なく、消費電力と生産コストが低い。 (3) 単独重合はケトル撹拌反応器（Hypol 法）またはループ反応器（Spheripol 法）を採用し、ランダム共重合とブロック共重合はいずれも流動床で行われる撹拌式です。
液相バルク法の代表的なプロセスは、BASELL社のSpherizone液相バルク法プロセスである。 スフェリゾンは、チーグラー・ナッタ触媒を使用した気相リサイクル技術で、結晶性が高く、剛性が高く、より均一でありながら、靭性と加工性を維持するポリマーを生成します。 単一の反応器で非常に均一なマルチモノマー樹脂または二峰性ホモポリマーを生成します。 スフェリゾンサイクル反応には、相互接続された 2 つの領域があります。 異なる領域が他のプロセスの気相および液相ループ反応器の役割を果たします。 これら 2 つの領域では、相対分子量またはモノマー組成分布が異なる樹脂を生成​​することができ、ポリプロピレンの性能範囲を拡大します。
このプロセスの中核となる装置は、MZCR (マルチゾーン循環反応器システム) 反応器 R230 システムです。 反応器はライザーとダウンカマーで構成されます。 ライザーでは反応ガスによりポリマーが上方に吹き上げられ流動化し、ダウンカマー上部に送られサイクロンセパレーターを通過します。 粉末はダウンカマーに集められます。 反応ガスは遠心圧縮機により外部配管を通じて循環され、反応熱は外部循環配管上の循環冷却器により除去される。 反応器生成物はダウンカマーの下部に設置されたバルブを通じて排出されます。 ホモポリマーやランダムコポリマーを製造する際には、排出された粉体を高圧、低圧で脱気した後、そのまま蒸し、乾燥して粉体製品を得る。 耐衝撃製品を製造する場合、高圧脱気後の粉末は気相流動層反応器に排出されます。 反応器は依然として Spheripol II 気相反応器システムを使用しています。 共重合反応器は、上部と下部に球形のヘッドを備え、下部に沸騰床を備えた垂直円筒形の容器です。 主材質はステンレスで内面は研磨仕上げです。
現在、単一ラインでのこのプロセスの最大生産能力は年間 450,000 トンに達しています。 MZCR (マルチゾーン循環反応器) 耐衝撃性コポリマー製品のエチレン含有量は 22% に達する可能性があり (ゴム含有量は 40% 以上)、エチレンと 1- ブテンを含むターポリマー製品も製造できます。