特許 7546094 ポリマーの固有粘度及び非ニュートン挙動を同時特定する装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-28

(45)【発行日】2024-09-05

(54)【発明の名称】ポリマーの固有粘度及び非ニュートン挙動を同時特定する装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 11/00 20060101AFI20240829BHJP

   G01N 11/08 20060101ALI20240829BHJP

【ＦＩ】

G01N11/00 A

G01N11/08

【請求項の数】 10

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023053871

(22)【出願日】2023-03-29

(62)【分割の表示】P 2021036661の分割

【原出願日】2017-03-07

(65)【公開番号】P2023089025

(43)【公開日】2023-06-27

【審査請求日】2023-04-21

(31)【優先権主張番号】62/304,775

(32)【優先日】2016-03-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】516051356

【氏名又は名称】ヨコガワ フルエンス アナリティクス， インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｙｏｋｏｇａｗａ Ｆｌｕｅｎｃｅ Ａｎａｌｙｔｉｃｓ， Ｉｎｃ．

【住所又は居所原語表記】１２８７５ ＣＡＰＲＩＣＯＲＮ ＳＴＲＥＥＴ， ＳＴＡＦＦＯＲＤ， ＴＥＸＡＳ ７７４７７ （ＵＳ）

(73)【特許権者】

【識別番号】516051367

【氏名又は名称】ジ アドミニストレイターズ オブ ザ トゥレーン エデュケーショナル ファンド

【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＡＤＭＩＮＩＳＴＲＡＴＯＲＳ ＯＦ ＴＨＥ ＴＵＬＡＮＥ ＥＤＵＣＡＴＩＯＮＡＬ ＦＵＮＤ

(74)【代理人】

【識別番号】100076428

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康徳

(74)【代理人】

【識別番号】100115071

【弁理士】

【氏名又は名称】大塚 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100112508

【弁理士】

【氏名又は名称】高柳 司郎

(74)【代理人】

【識別番号】100116894

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 秀二

(74)【代理人】

【識別番号】100130409

【弁理士】

【氏名又は名称】下山 治

(72)【発明者】

【氏名】リード， ウェイン， フレデリク

(72)【発明者】

【氏名】リード， アレックス

(72)【発明者】

【氏名】ドレンスキ， マイケル， フェリックス

【審査官】鴨志田 健太

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１５－５２２１６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭６３－０１４１４１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特表２０１３－５３９０４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１１－５２５９６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４５７８９９０（ＵＳ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５３０５４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ １１／００ － １１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

装置であって、
２つ以上の粘度計であって、
前記２つ以上の粘度計が、第１のせん断速度を反応器から抽出されたポリマーを含む試料溶液に適用するよう適合された第１の粘度計と、前記第１のせん断速度と異なる第２のせん断速度を前記試料溶液に適用するよう適合された第２の粘度計と、を含み、
前記第１の粘度計および前記第２の粘度計が、前記第１の粘度計および前記第２の粘度計の毛細管にわたって、差圧変換器を使用して圧の低下を測定することにより、異なるせん断速度で前記試料溶液の粘度の連続測定を行うよう操作可能である、２つ以上の粘度計と、
時間間隔中に前記２つ以上の粘度計を介して前記試料溶液を導入するように構成された少なくとも２つのポンプであって、前記第１の粘度計と前記第２の粘度計が異なるせん断速度で前記試料溶液の前記粘度を測定する、少なくとも２つのポンプと、
前記反応器から前記ポリマーを連続して抽出して、抽出されたポリマーを含む前記試料溶液を調製して、前記試料溶液を前記少なくとも２つのポンプへ送達するよう構成されたシステムと、
少なくとも、前記第１の粘度計において前記第１のせん断速度、および前記第２の粘度計において前記第２のせん断速度の下、前記時間間隔中に前記試料溶液のレオロジー特性を監視し測定するように構成されたコンピュータシステムと、を備え、
前記コンピュータシステムは、

を決定することによって非ニュートン挙動の度合いを決定するようプログラミングされ、
η_ｒは低下した粘度であり、

は平均せん断速度であり、
前記レオロジー特性は、前記試料溶液の前記低下した粘度を含み、
前記時間間隔は重合反応プロセスの期間であり、前記粘度の測定が、前記時間間隔にわたって、試料の連続的な流れで行われ、
前記２つ以上の粘度計は、互いに対して並列であり、
前記少なくとも２つのポンプの各々は、前記２つ以上の粘度計の各々を通して前記試料溶液を導入するよう構成されている、
前記装置。

【請求項2】

前記少なくとも２つのポンプ及び前記２つ以上の粘度計と連結された注入器をさらに備え、
前記注入器は、前記２つ以上の粘度計を介して、離散的な容積のパルスとして前記試料溶液の流れを導入するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記少なくとも２つのポンプは、前記時間間隔中に、前記２つ以上の粘度計を介して連続的に前記試料溶液を導入するように構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記試料溶液はポリマーを含み、前記試料溶液の実験パラメータの変更は、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間でなされ、前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうち前記少なくとも２つの間のポリマー濃度の増加または減少である、請求項１に記載の装置。

【請求項5】

前記試料溶液はポリマーを含み、前記装置は、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通る前記試料溶液の流量を増加または減少させて、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間で前記試料溶液のせん断速度を増加または減少させるよう構成される、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記第１の粘度計の第１の毛細管は第１の半径を有し、前記第２の粘度計の第２の毛細管は前記第１の半径と異なる第２の半径を有する、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

前記試料溶液のポリマー濃度を測定する濃度検出器、および前記少なくとも２つのポンプに前記試料溶液を提供するよう構成されたＡＣＯＭＰユニットをさらに含む、請求項１に記載の装置。

【請求項8】

前記装置は、さらに、離散的な量の前記連続的な流れの前記試料溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記濃度検出器に注入するように構成され、かつ前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を連続的に流すように構成されている、請求項７に記載の装置。

【請求項9】

前記濃度検出器は、示差屈折率検出器、紫外または可視吸光光度計、赤外吸光検出器、ラマン検出器、旋光計、伝導率センサ、蒸発光散乱検出器、およびＮＭＲからなる群から選択される１を含む、請求項７に記載の装置。

【請求項10】

さらに、前記コンピュータシステムにより得られた測定結果に基づき、重合反応を制御するように構成された反応制御ユニットを含む、請求項１に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年３月７日出願の米国仮出願第６２／３０４，７７５号、表題「Ｄｅｖｉｃｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｏｕｓ Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｖｉｓｃｏｓｉｔｙ ａｎｄ Ｎｏｎ－Ｎｅｗｔｏｎｉａｎ Ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ」の優先権を主張し、この出願は、本明細書中、あらゆる目的で、そのまま全体が参照として援用される。

【0002】

技術分野
本開示は、ポリマーの製造中にそのレオロジー特性を監視、特性分析、及び制御する手段に関する。本開示は、さらに、ポリマーの製造中にその固有粘度及び非ニュートン挙動を同時特定する装置及び方法に関する。

【背景技術】

【0003】

ポリマー固有粘度及び拡散特性には、外部から加えられるせん断がない条件下で生じる時間依存しない量（拡散）、及び非常に小さい、時間依存しないせん断（固有粘度）が関与する。融液及び溶液中のポリマーは、応力に対する複雑な時間依存性応答及び多様な長さ及び時間規模で分子運動を反映する流れを持つ複雑流体を構成する。レオロジーの両極にあるのは、ｉ）どのようなせん断応力も支持できず、そのような応力に反応して直ちに流れる、純粋な非粘性液体、及びｉｉ）せん断応力に反応して流れることがない、または不可逆的に変形することがない固体、である。実在する材料のほとんどは、この両極の間に存在する。ヘリウムでのボーズ・アインシュタイン凝縮は、稀な例外であって、この場合、全ての原子は、超伝導と同様に基底状態に相固定されており、超流動状態にある間まったく粘度を有さない。

【0004】

デボラ数（Ｄｅ）は、実験または観測時間に対する、せん断応力に反応した材料の緩和時間の比を表す無次元パラメータである。例えば、レオロジー状態の一極にある非粘性物体（例えば超流動ヘリウム）のＤｅは、０に等しいが、純粋固体になるとＤｅは無限大に近づく。

【0005】

ポリマー運動、例えば、異なる立体配置間での結合回転、空間を通じたレプテーション、及び分子間オーバーラップ相互作用などは、ポリマー溶液に粘弾性応答をもたらす可能性があり、この応答は、時間的に、またはその共役変数である応力が加えられる周波数的に、広く数桁にまたがる可能性がある。応力の周波数で変化しない粘度を有する液体は、「ニュートン」流体と呼ばれる。大部分のポリマー流体は、ある特定条件下でニュートン挙動から逸脱し、「非ニュートン」流体と呼ばれる。

【0006】

せん断流動化（チキソトロピー）は、ポリマー流体における非ニュートン挙動の最も一般的な発現の１つである。せん断の増加は、ポリマーまたはコロイド粒子と流れとの部分的整列をもたらし、その結果粘度を低下させることが可能である。例として、ラテックス塗料、血液、及びシロップがあげられる。せん断粘稠化は、これと反対の現象であり（逆チキソトロピー）、せん断の増加とともに材料がより粘性または剛性になるもので、これはせん断に誘導された組織化、例えば部分的結晶化などによることが多い。クイックサンド及びコーンスターチ水溶液は、せん断粘稠化材料の例である。

【0007】

実用面において、ポリマーレオロジー、及び特にその非ニュートン態様は、ポリマーの加工処理において極めて重要である。作用応力とポリマーの流れとの関係性は、射出、紡績、及び膜ブローなど施工におけるポリマーの加工性を決定する。したがって、異なるせん断速度下でポリマーのレオロジー特性を測定する装置及び方法が望まれる。さらに、ポリマーの製造中にそのレオロジー特性を監視、特性分析、及び制御する装置及び方法が望まれる。さらに、ポリマーの製造中にその固有粘度及び非ニュートン挙動を同時特定する装置及び方法が望まれる。

【0008】

本出願の実施形態は、あくまでも例として、添付の図面を参照して記載されるものであり、図中：

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する装置を示す図である；

【図2】本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する代替装置を示し、この装置では、ポリマー試料は、所望の時間間隔で注入することができる；

【図3】本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する代替装置を示し、この装置では、ポリマー試料は、粘度計を通じて継続的に流しながら所望の時間間隔で注入することができる；

【図4】本開示の実施形態例に従って、内径が０．０１インチ、０．０２インチ、０．０３インチ、及び０．０４インチである毛細管を持つ複数の粘度計を備える装置及び方法を用いた、３ｍｇ／ｍｌのキサンタンを含有する１０ｍＭのＮａＣｌ水溶液についてのデータを示す；

【図5】本開示の実施形態例に従って、図４で使用したものと同じ条件でのデータを示すが、ただし各粘度計に関してＱ＝３ｍｌ／分の流量のみを使用したものである；

【図6】ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する代替装置を示し、この装置では、粘度計及び任意選択の濃度検出器に、ＡＣＯＭＰユニットから、ポリマー溶液試料の流れを提供する；ならびに

【図7】本開示の実施形態例に従って、ＡＣＯＭＰユニットを表す。

【0010】

当然ながら、様々な態様があり、図面に示される配置及び手段に限定されない。

【発明を実施するための形態】

【0011】

ご理解いただけるだろうが、説明を簡潔及び明瞭にするため、適宜、異なる図面間で参照番号が繰り返されて、相当するまたは同様な要素を示す。また、複数の具体的詳細は、本明細書中記載される実施形態の十分な理解を提供する目的で記載されている。しかしながら、当業者には当然のことながら、本明細書中記載される実施形態は、これらの具体的な詳細がなくても実施可能である。他の例では、方法、手順、及び構成要素は、説明されている関連特徴を曖昧にしないようにするため、詳細に説明されていない。同じく、説明は、本明細書中記載される実施形態の範囲を限定するものとみなされることはない。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、本開示の詳細及び特徴をよりよく示すために特定部分の比率が拡大されたものである。

【0012】

本開示全体を通じて適用される複数の定義を、これから提示する。「連結された」という用語は、直接であるか、または介在構成要素を通じて間接的であるかに関わらず、接続されていると定義され、必ずしも物理的接続に限定されない。「通信可能に連結され」という用語は、直接であるか、または介在構成要素を通じて間接的であるかに関わらず、連結されていると定義され、その連結は、必ずしも物理的接続に限定されないが、そのように記載される構成要素間でデータの伝達を提供する接続である。接続は、対象物が永久的に接続されていることも、着脱可能に接続されていることも可能である。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、本開示において同義で使用される。「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（含む）」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」、及び「ｈａｖｉｎｇ（有する）」という用語は、そのように記載される物事を含むが、それらに限定されないことを意味する。

【0013】

「ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ（連続または継続的）」という用語は、「連続測定」または試料が「連続的に」測定可能であることに関して、逐次測定間で操作サイクルを必要としない測定、及び逐次測定を行うために時間間隔を空ける必要がないものを示す。「連続」という用語は、本明細書中使用される場合、測定の不断の記録を必要とするのではなく、介在操作が必要ではないまたは行われない限りにおいて、望むだけ高頻度または低頻度で測定を行うことができる。例えば、本明細書中開示される方法及び技術の実施中に、「連続システム」は、１秒あたり何千回と測定を行う、１秒あたりほんの数回行う、または測定間に数秒もしくは数分の間隔を空けることが可能である。

【0014】

本開示は、異なるせん断速度（

）下でポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する装置及び方法を提供する。通常、レオロジー特性は、ポリマーの、製造の最終生成物の、または反応から分取した試料で測定される。こうした測定は、研究室で行われる場合が多い。これによりポリマーレオロジーの重要な詳細プロファイルを得ることができるものの、こうした測定は、多大な労力を要し時間を消費するものであることが多い。レオロジー測定の目的が、ポリマー製造中のレオロジー特性を監視及び制御することであるならば、重合の最終生成物、または重合プロセスの個々の分取量を複数測定するにすぎないアプローチでは、あまりにも遅く、不正確で、面倒であり、有効となりえない。

【0015】

本開示の装置及び方法は、ポリマーの製造中にそのレオロジー挙動を迅速に特定する手段を提供する。少なくともいくつかの場合において、本開示の装置及び方法は、「オンライン」製造環境中で使用することができる。装置及び方法は、ポリマー製造と無関係に、例えば研究室で、またはもたらされる可能性がある任意のポリマー試料に関連して、使用することができる。

【0016】

ポリマー融液及び濃厚溶液のレオロジー挙動を評価する重要な手段として、動的機械分析の使用がある。これは、時間依存性応力に対するポリマー材料の機械応答、すなわち変形を試験すること、または反対に、時間依存性変形により生じた応力を測定することからなる。簡単にするため、正弦波駆動関数が、通常使用される。制御されたせん断応力γ（ｔ）の場合、

【0017】

同相部の係数、Ｇ’（ω、Ｔ）は、動的貯蔵弾性率と呼ばれることが多いが、これは、材料の純粋な弾性応答を測定し、通常は、周波数（ω）及び温度（Ｔ）の両方に対して非常に敏感である。異相部、Ｇ’’は、動的損失弾性率と呼ばれ、これは、材料のエネルギー消散応答を測定する。入力周波数と応答の間の位相シフトは、通常δで示され、これは弾性率の比である：

【0018】

弾性を持たない純粋な粘性材料は、δ＝π／２を有すると考えられ、一方で損失のない弾性材料はδ＝０を有すると考えられる。典型的なポリマーは、Ｇ’及びＧ’’がωに対してどのように振舞うかの間で複雑な相互作用を示すことになる。Ｇ’及びＧ’’は、ωが増加するにつれて１回または複数回交差するのが一般的である。

【0019】

ポリマーレオロジーは非常に複雑な分野であるため、濃厚溶液、融液、及びゴム状の状態にあるポリマーの様々な種類の粘弾性及び機械的挙動を評価するために使用可能な方法は他にも多数存在する。例えば、ムーニー粘度は、加熱したダイの間のポリマー材料に埋没した、一定の角速度で回転するスピンドルに生じるトルクの尺度である。これは、ポリマー材料、特にエラストマー及びゴムのバルク粘弾性特性の産業測定で最も広く使用されているものの１種である。しばしば、ムーニー粘度は、Ｇ’及びＧ’’の動的機械的特定よりも実用的意義が大きいものである場合がある。ムーニー粘度の概念は、連続体力学の原理に十分な根拠を持つが、実験的に決定されたムーニー粘度及び関連パラメータが関与する。

【0020】

ポリマーの粘弾性及び機械的挙動を評価する別の試験例は、メルトフローインデックスである。メルトフローインデックスは、本質的に、特定圧下、指定された長さの時間にわたり特定寸法の管を通じて流れたポリマー融液の量を測定することからなる。実験的には、装置は、一般に、小さな押出機である。得られたデータから計算されたインデックスは、どんな温度でも、粘度とある種の反比例関係にあり、間接的にポリマー分子量と関連する。

【0021】

本開示の少なくとも１つの態様に従って、本明細書中開示される装置及び方法は、２本以上の毛細管粘度計を直列に使用して毛細管トレインを形成することができる。各毛細管は、それを通じて流れる液体に、異なる平均せん断速度を与えることができ、それにより、溶液粘度対平均せん断速度、（η）対 の部分マップが得られる。毛細管は、ポリマーの低下した粘度η_ｒを特定するための低せん断毛細管を含むことができ、その粘度から、固有粘度［η］を特定または推定することができる。毛細管トレインは、任意選択で、１つまたは複数の背圧レギュレータまたは他の装置を含んで、少なくとも正確な測定を促進し、及びデータの欠陥を回避することができる。

【0022】

長さＬ及び半径Ｒを有する毛細管にわたる圧の低下は、粘度ηを示す流体が、毛細管を通じて流速Ｑで流れる場合、以下のポアズイユの式により与えられる：

【0023】

放物型毛細管流れにおける平均せん断速度は、以下のとおりである：

【0024】

粘度η_ｏの純粋流体に固有粘度［η］のポリマーを濃度Ｃ_ｐで加えた場合の合計流体粘度は、以下により与えられ：

【0025】

Ｌ及びＲが既知である毛細管にわたって、所定のＱで差圧変換器で圧の低下ΔＰを測定することにより、直接測定される。［η］は、ポリマー固有粘度（ＩＶ）であり、これはポリマー濃度をゼロに近づけていった場合に低下した粘度が近づいてく極限値である。低下した粘度η_ｒ（すなわちＲＶ）は、測定されたηから、以下により求められ：

【0026】

式中、Ｖは、圧変換器からの電圧または他のシグナル（例えば圧そのもの）であり、ｃは、既知のまたは測定されたポリマー濃度である。なお、Ｌ、Ｒ、ΔＰ、及びＱは、式６に存在せず、このことは、圧変換器を利用した粘度計の応答が線形である限り、粘度計がΔＰの絶対値に対する較正を必要としないことを意味する。式５から、粘度の低下が、以下によりＩＶと関連することがわかる：

【0027】

ＣＧＳ系でのη_ｒ及び［η］の単位は、ｃｍ^３／ｇであり、Ｃ_ｐは、ｇ／ｃｍ^３であり、ηはポアズである。

【0028】

少なくともいくつかの場合において、本明細書中開示される装置及び方法は、流体の流路に複数の粘度計を用いてη_ｒ対

を特定することを提供する。これから、特定のレオロジー情報が得られる。せん断流動化などポリマー溶液の非ニュートン挙動の度合いは、ポリマー分子量、溶液中のポリマー濃度、分岐、架橋、流体力学的摩擦、及び他の形態的特徴、例えば星型及び樹状構造など、ならびに凝集などの要因と関連する。このアプローチの興味深い特徴は、ＲＶ対

を、単純にＩＶで徐算することにより無次元量にする、すなわちＲＶ／ＩＶ対

にすると、濃度が打ち消されることである。

【0029】

式６に示されるとおり、ポリマー濃度Ｃ_ｐは、η_ｒを求めるために必要である。Ｃ_ｐは、例えば研究室の実験においてＣ_ｐ既知の溶液を調製する、または反応器中でＣ_ｐを監視している場合など、既知の場合もある。Ｃ_ｐが不明の場合、Ｃ_ｐを測定する必要がある。本開示の少なくとも１つの態様に従って、Ｃ_ｐは、本明細書中開示される装置及び方法に備わっている可能性がある濃度検出器を使用して測定することができる。濃度検出器の種類ならびにそれを本明細書中開示される装置及び方法に備えるための手段は、以下で説明される。

【0030】

比ＲＶ／ＩＶについて考察すると、濃度が打ち消されることで、ポリマー溶液濃度が十分にわかってはいない場合に、何らかの柔軟性がもたらされることが考えられる。しかしながら、ＲＶ／ＩＶは、たとえそれ自身の量が無次元だとしても、Ｃ_ｐの強力な関数となることが予想される。なぜなら、非ニュートン効果は、Ｃ_ｐに強く依存するからである。しかしながら、任意の濃度周辺の小さな濃度間隔、例えば、任意の濃度の１０％内などは、ＲＩ／ＩＶにそれほど影響を与えないと思われる。さらなる実験は、濃度の関数としてのＲＶ／ＩＶにおける誤差レベルを明らかにするだろう、すなわち、評価するために求めるべきものは、

であり：

【0031】

任意の不確定ΔＣ_ｐに関して差

が十分に小さいならば、この式は非常に強力となり得る。なぜなら、この式は、ＲＩ／ＩＶの正確かつ厳密な値を得つつも、Ｃ_ｐにおいて相当量の不確定性が認められ得ることを意味するからである。

【0032】

図１は、本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する装置１００を表す図である。図１に示すとおり、装置１００は、試料１０５に連結されたポンプ１１０を備えることができる。ポンプ１１０は、さらに、直列試料路を介して一連の半径の異なる毛細管を通じて毛細管粘度計１１５、１２０、１２５と連結され、試料路において複数の平均せん断速度で低下粘度η_ｒ（ＲＶ）を測定できるようになっている。毛細管粘度計１１５、１２０、１２５は、図１において、「Ｔ字接続」を介して差圧変換器に接続された毛細管として描かれている。装置１００は３つの粘度計を備えるように描かれているものの、装置１００は、任意の個数の粘度計を直列で備えることができる。したがって、粘度計１２５は、「粘度計ｎ」とみなすことができ、これは、装置１００が、０も含めて任意の「ｎ」個の粘度計を、「粘度計１」である１１５及び「粘度計２」である１２０の他に備える任意の設計であることを示す。任意の個数の粘度計の配置が、本開示の精神及び範囲に含まれる。図１は、装置１００を、直列に配置された粘度計１１５、１２０、１２５を備えるものとして描いているものの、装置１００は、並列に配置されたまたは直列及び並列の組み合わせで配置された粘度計１１５、１２０、１２５を備えることができる。粘度計の配置は、図１に描かれる直列配置に限定されない。少なくともいくつかの場合において、２つ以上の粘度計は、流体的に連結することができる。他の場合では、２つ以上の粘度計は、流体的に連結することができない。

【0033】

ポンプ１１０は、ポリマー試料１０５の流れを、ある時間間隔の間、粘度計１１５、１２０、１２５を通じて導入するように構成されている。少なくともいくつかの場合において、ポンプ１１０は、これが、継続的に試料１０５を粘度計１１５、１２０、１２５を通じて流すようにして、ポリマー試料１０５の流れを導入するように構成されている。複数のポンプを備える装置が、本開示の趣旨及び範囲に含まれる。少なくともいくつかの場合において、装置１００は、複数のポンプを備えることができる。例えば、装置１００は、２つのポンプ、３つのポンプ、または任意の個数のポンプを備えることができる。少なくともいくつかの場合において、装置１００は、粘度計ごとに１つのポンプを備えることができる。そのような場合、各ポンプ１１０は、ポリマー試料１０５の流れを、１つの粘度計を通じて導入するように構成されている。ポンプ１１０は、任意の適切な種類のポンプが可能であり、そのようなポンプとして、ピストンポンプまたはイソクラティックポンプ、例えばＨＰＬＣシステムで見られるものなど、シリンジポンプ、あるいは蠕動ポンプが挙げられるが、これらに限定されない。少なくともいくつかの場合において、装置１００における流れは、全ての検出器を通じて連続していることが可能である。

【0034】

本開示の少なくとも１つの態様に従って、試料１０５、ならびに図２及び図３に描かれる試料２０５及び試料３０５は、溶液のポリマー試料、混合物もしくは組成物のポリマー試料、または溶媒を含まないポリマー試料、または異なるせん断速度下のポリマー試料を含むことができる。少なくともいくつかの場合において、試料１０５、２０５、３０５は、反応しない試料を含有する反応器または容器から引き出すことができる。試料１０５、２０５、３０５は、ポリマー溶液の他に、ポリマー、コロイド、化学反応により生成した生成物、別の試料からの分取分、化学反応の最終生成物、及びこれらの任意の組み合わせからなる群より選択される１種も含むことができる。

【0035】

図１に描かれるとおり、装置１００は、粘度計１１５、１２０、１２５と連結されたコンピューターシステム１５０を備える。コンピューターシステム１５０は、粘度計からのシグナルを記録する手段、ならびに測定結果からＲＶを計算する手段を提供する。図１にさらに描かれるとおり、装置１００は、濃度が不明である場合の溶液中のポリマー濃度を特定するための濃度検出器１３０を任意選択で備えることができる。ポリマー濃度が既知である場合、濃度検出器１３０は、装置１００から省略することができる。濃度検出器１３０として、示差屈折率検出器、紫外または可視吸光光度計、赤外吸光検出器、ラマン検出器、旋光計、伝導率センサ、蒸発光散乱検出器、ＮＭＲ、または任意の他の適切な検出器を挙げることができるが、これらに限定されない。任意選択の濃度検出器１３０を通過した後、ポリマー試料は、廃棄部１７０に廃棄することができる。

【0036】

本開示の少なくとも１つの態様に従って、粘度計１１５、１２０、１２５により行われる測定、ならびに濃度検出器１３０による濃度の測定は、継続的であることが可能である。そのような場合、コンピューターシステム１５０は、粘度計１１５、１２０、１２５により行われた連続測定に基づいてＲＶを特定するように構成することができる。

【0037】

図２は、本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する代替装置２００を表し、この装置では、ポリマー試料は、所望の時間間隔で注入することができる。少なくともいくつかの場合において、装置２００は、粘度ＲＶ及び濃度の断続的または段階的測定が可能である。これは、ポンプから検出器を通じてポリマー試料の連続試料供給を行う代わりに、連続的に流れる溶媒流にポリマー試料をパルス注入することを介して達成することができる。図２に描かれるとおり、装置２００は、ポリマー試料２０５及び自動注入器２６０と連結されたポンプ２１０を備える。ポンプ２１０及び自動注入器２６０は、注入ループ２６５で連結される場合があり、これら全体で、粘度計２１５、２２０、２２５、及び任意選択の濃度検出器２３０を通じて試料をパルス供給することを可能にする。例えば、注入ループ２６５は、ゲル浸透クロマトグラフィーに使用されるものと同様なものが可能である。注入ループ２６５は、計量ポンプなどの計量装置、ならびに制御弁または他の種類の流体計量機器を含むことができる。注入ループの容積は、非常に短いパルス用のたった１０マイクロリットルから、プラトー値を持つパルスを達成することが望ましい場合の最大数ミリリットルまでの範囲が可能である。試料２０５の検出器２１５、２２０、２２５、２３０へのパルス注入は、均等または不均等に時間を空けた所望の間隔で、行うことができる。ポリマー試料の流れは、所望の間隔で、全検出器トレインに注入することができる。試料の注入は、プログラミング可能な注入弁を用いて自動で行うこともでき、任意の所望の空き時間で注入を行うようにプログラミングすることができる。

【0038】

図２に描かれるとおり、ポンプ２１０、自動注入器２６０、及び注入ループ２６５は、図１に関して上記で記載されたもの同様に、毛細管粘度計２１５、２２０、２２５と連結される。装置２００は３つの粘度計を備えるように描かれているものの、装置２００は、任意の個数の粘度計を直列で備えることができる。したがって、粘度計２２５は、「粘度計ｎ」とみなすことができ、これは、装置２００が、０も含めて任意の「ｎ」個の粘度計を、「粘度計１」である２１５及び「粘度計２」である２２０の他に備える任意の設計であることを示す。任意の個数の粘度計の配置が、本開示の趣旨及び範囲に含まれる。図２は、装置２００を、直列に配置された粘度計２１５、２２０、２２５を備えるものとして描いているものの、装置２００は、並列に配置されたまたは直列及び並列の組み合わせで配置された粘度計２１５、２２０、２２５を備えることができる。粘度計の配置は、図２に描かれる直列配置に限定されない。

【0039】

少なくともいくつかの場合において、装置２００は、複数のポンプを含むことができる。例えば、装置２００は、２つのポンプ、３つのポンプ、または任意の個数のポンプを備えることができる。少なくともいくつかの場合において、装置２００は、粘度計ごとに１つのポンプを備えることができる。

【0040】

図２に描かれるとおり、装置２００は、粘度計２１５、２２０、２２５と連結されたコンピューターシステム２５０を備える。コンピューターシステム２５０は、粘度計からのシグナルを記録する手段、ならびに測定結果からＲＶを計算する手段を提供する。図２にさらに描かれるとおり、装置２００は、濃度が不明である場合の溶液中のポリマー濃度を特定するための濃度検出器２３０を任意選択で備えることができる。ポリマー濃度が既知である場合、濃度検出器２３０は、装置２００から省略することができる。濃度検出器２３０として、示差屈折率検出器、紫外または可視吸光光度計、赤外吸光検出器、ラマン検出器、旋光計、伝導率センサ、蒸発光散乱検出器、ＮＭＲ、または任意の他の適切な検出器を挙げることができるが、これらに限定されない。任意選択の濃度検出器２３０を通過した後、ポリマー試料は、廃棄部２７０に廃棄することができる。

【0041】

図３は、本開示の実施形態例に従って、ポリマー試料のレオロジー特性を迅速に、及び段階的または継続的に測定する代替装置３００を表し、この装置では、ポリマー試料は、粘度計を通じて継続的に流しながら所望の時間間隔で注入することができる。少なくともいくつかの場合において、装置３００は、粘度計３１５、３２０、３２５に、それらを通じて試料が連続的に流れるようにしたまま、注入弁、二次ポンプ、または、試料３０５の周期パルスを濃度検出器３３０に提供するように構成された他の装置を介して、濃度の断続的または段階的測定を行うことができる。これは、粘度計３１５、３２０、３２５を介してポンプ３１０と連結された自動注入器３６０により達成することができる。図３に描かれるとおり、ポンプ３１０は、試料３０５と連結される。そのような場合、粘度計３１５、３２０、３２５を通じた連続的な流れが生じる。次いで、この周期的濃度値Ｃ_ｐを、粘度計３１５、３２０、３２５、及び濃度検出器３３０と連結されたコンピューターシステム３５０にフィードバックし、それにより、粘度及びＲＶの結果を計算する手段を提供する。

【0042】

試料３０５の濃度検出器３３０へのパルス注入は、均等または不均等に時間を空けた所望の間隔で、行うことができる。ポリマー試料の流れは、所望の間隔で、全検出器トレインに注入することができる。試料の注入は、プログラミング可能な注入弁を用いて自動で行うこともでき、任意の所望の空き時間で注入を行うようにプログラミングすることができる。

【0043】

装置３００は３つの粘度計を備えるように描かれているものの、装置３００は、任意の個数の粘度計を直列で備えることができる。したがって、粘度計３２５は、「粘度計ｎ」とみなすことができ、これは、装置３００が、０も含めて任意の「ｎ」個の粘度計を、「粘度計１」である３１５及び「粘度計２」である３２０の他に備える任意の設計であることを示す。任意の個数の粘度計の配置が、本開示の精神及び範囲に含まれる。図３は、装置３００を、直列に配置された粘度計３１５、３２０、３２５を備えるものとして描いているものの、装置３００は、並列に配置されたまたは直列及び並列の組み合わせで配置された粘度計３１５、３２０、３２５を備えることができる。粘度計の配置は、図３に描かれる直列配置に限定されない。

【0044】

少なくともいくつかの場合において、装置３００は、複数のポンプを含むことができる。例えば、装置３００は、２つのポンプ、３つのポンプ、または任意の個数のポンプを備えることができる。少なくともいくつかの場合において、装置３００は、粘度計ごとに１つのポンプを備えることができる。

【0045】

図３に描かれるとおり、装置３００は、粘度計３１５、３２０、３２５と連結されたコンピューターシステム３５０を備える。コンピューターシステム３５０は、粘度計からのシグナルを記録する手段、ならびに測定結果からＲＶを計算する手段を提供する。図３にさらに描かれるとおり、装置３００は、濃度が不明である場合の溶液中のポリマー濃度を特定するための濃度検出器３３０を任意選択で備えることができ、濃度検出器３３０として、示差屈折率検出器、紫外または可視吸光光度計、赤外吸光検出器、ラマン検出器、旋光計、伝導率センサ、蒸発光散乱検出器、ＮＭＲ、または任意の他の適切な検出器を挙げることができるが、これらに限定されない。任意選択の濃度検出器３３０を通過した後、ポリマー試料は、廃棄部３７０に廃棄することができる。

【0046】

図４は、本開示の実施形態例に従って、内径が０．０１インチ、０．０２インチ、０．０３インチ、及び０．０４インチである毛細管を持つ複数の粘度計を備える装置及び方法を用いて収集した、３ｍｇ／ｍｌのキサンタンを含有する１０ｍＭのＮａＣｌ水溶液についてのデータを示す。具体的には、図４に示すデータは、図１に示すものと同様な装置を用いて収集したが、この装置には濃度検出器がなく、また２つの粘度計が含まれていた。キサンタン試料溶液は濃度が既知であったため、濃度検出器は必要なかった。図４に示すデータは、０．５ｍｌ／分～８ｍｌ／分の範囲の流量を用いて収集した。さらに直径の大きい毛細管には、例えば、Ｖａｌｉｄｙｎｅ Ｐ５５－２８圧変換器を合わせて用いることができ、より直径の小さい毛細管には、例えば、Ｖａｌｉｄｙｎｅ Ｐ５５－４６変換器を直列で用いることができる。溶液は、生体ポリマーであるキサンタンを３ｍｇ／ｍｌで、１０ｍＭのＮａＣｌ溶液に加えることにより形成させた。非常に強いせん断流動化効果が、図４から明白に見て取れる。データ点は、異なるせん断速度を有する毛細管を通じて、溶液の流量を０．５ｍｌ／分～８ｍｌ／分で変化させて単一流量によりもたらされると思われるものよりも広い範囲のせん断速度を得ることにより、得た。しかしながら、装置の使用には、複数の流量の使用は必要ない。なぜならどのような流量でも、η_ｒの差は極めて大きく、せん断流動化効果を示すからである。

【0047】

図５は、本開示の実施形態例に従って、図４で使用したものと同じ条件でのデータを示すが、ただし各粘度計に関してＱ＝３ｍｌ／分の流量のみを使用したものである。図５に示すデータは、示される４つの毛細管について得られたもので、１回に２つを取り出して式４により平均せん断速度を計算した。この種のデータは、流量を変化させずに都合よく得られるので、重合反応をオンラインで監視するのに有用となる可能性がある。

【0048】

本開示の少なくとも１つの態様に従って、間にある管類の直径が異なり、これらの管類それぞれにわたる圧の差を測定する一連の常圧変換器を使用することができる。いくつかの場合において、本明細書中の装置は、以下を含むことができる：（ｉ）ポリマー濃度、及び溶媒組成、混合溶媒、またはイオン強度、ｐＨなどの変化などの溶媒条件を変更するための、粘度計間での「Ｔ」字コネクタの使用；（ｉｉ）粘度計間での温度の変更；（ｉｉｉ）直列路に加えてまたはその代わりに並列路の使用；（ｉｖ）追加のせん断速度データを得ることを可能にするための、段階的または連続ランプいずれかのフローランプの使用；（ｖ）ある時間間隔にわたり、ポリマー試料の連続的な流れで測定を行うという仕様、「時間間隔」は、ほんの少しの測定を行って止めるためだけの１分未満、あるいは数分間もしくは数時間または全反応期間またはポリマー製造サイクルの全期間（例えば数ヶ月）で継続することを含む場合がある；及び（ｖｉ）連続、バッチ、及びセミバッチプロセスでポリマー製造を制御するために同時レオロジー測定を用いることができるという仕様。

【0049】

本開示の少なくとも１つの態様に従って、本明細書中開示される装置及び方法は、図６に示すとおり、重合反応の自動連続オンライン監視（ＡＣＯＭＰ）と併用することができる。図６に示すとおり、装置６００の粘度計６１５、６２０、６２５、及び任意選択の濃度検出器６３０は、ＡＣＯＭＰユニット６９０からポリマー溶液試料の流れが供給される。そのような場合、ＡＣＯＭＰの「フロントエンド」は、継続的に反応器から試料を抽出して、分析グレードの試料流を生成するように試料を希釈及び調整し、その流れに対して高度に正確で精密な測定を行うことができる。いくつかの場合において、装置６００は、ＡＣＯＭＰフロントエンドのアウトプットと連結させることができ、ＡＣＯＭＰフロントエンドは、継続的、断続的、または段階的分析用に、試料を装置に提供することができる。これらの測定は、手動または自動いずれかで、重合反応を能動的に制御するのにも使用できる。

【0050】

ＡＣＯＭＰユニット６９０は、ＡＣＯＭＰユニット６９０及びコンピューターシステム６５０と連結された任意選択の反応制御モジュール６９５も備えることができる。反応制御モジュール６９５は、コンピューターシステム６５０から、ＲＶなどのレオロジー特性を得ることにより、ポリマー試料のレオロジー特性のオンライン監視を行うように構成することができる。コンピューターシステム６５０から得られたレオロジー特性及び／またはレオロジー特性のオンライン監視に基づき、反応制御モジュール６９５は、所望のレオロジー特性を持つポリマーまたはポリマーの溶液もしくは混合物を得るための、誘導化または化学もしくは酵素修飾プロセス工程も制御することができる。そのような制御では、誘導化または修飾プロセス工程は、使用する試薬の種類及び量、温度、圧、ならびにプロセス時間を含めて、反応制御モジュール６９５により制御することができ、反応制御モジュール６９５は、ＡＣＯＭＰユニット６９０に１つまたは複数のコマンドを通信し、それによりＡＣＯＭＰユニット６９０に、誘導化または１つもしくは複数のプロセス工程の修飾を引き起こすことができる制御作用剤を調節させる。所望のレオロジー特性を持つポリマーを得る目的で制御される可能性がある制御作用剤として、酸、塩基、カルボキシル化剤、スルホン化剤、メチル化剤、または任意の他の適切な作用剤を挙げることができるが、これらに限定されない。

【0051】

反応制御モジュール６９５は、定常状態反応を使用するＥＰＤＭ、ＳＢＲ、または他のゴムの製造も制御することができ、この場合、装置は、反応がいつ必要なレオロジー特性を持つポリマーを生成する所望の定常状態に到達したかを特定するのに使用される。反応制御モジュール６９５は、いったん到達したら、定常状態中に生成するポリマーのレオロジー特性を継続して監視することにより、定常状態を制御及び維持するのにも使用することができる。同様に、反応制御モジュールの測定結果は、バッチまたはセミバッチプロセスで行われる場合のこの種の重合を制御するのにも使用することができる。本明細書中使用される場合、「バッチプロセス」は、プロセス中に反応器に材料を大幅に加えることなく重合プロセスを行う反応器の使用を示す。「セミバッチ」という用語は、本明細書中使用される場合、反応中に、モノマー、開始剤、触媒、分岐剤及び連鎖移動剤などの試薬を反応器に導入する重合反応を示す。

【0052】

図６に示すとおり、装置６００は、ポンプ６１０と連結されたＡＣＯＭＰユニット６９０を備え、ポンプ６１０は、さらに、粘度計６１５、６２０、６２５と連結されている。ポンプ６１０は、ＡＣＯＭＰユニット６９０から粘度計６１５、６２０、６２５へ、一連の半径の異なる毛細管を通じた直列試料路を介してポリマー試料を送達することができ、試料路において複数の平均せん断速度で低下粘度η_ｒ（ＲＶ）を測定できるようになっている。装置６００は３つの粘度計を備えるように描かれているものの、装置６００は、任意の個数の粘度計を直列で備えることができる。したがって、粘度計６２５は、「粘度計ｎ」とみなすことができ、これは、装置６００が、０も含めて任意の「ｎ」個の粘度計を、「粘度計１」である６１５及び「粘度計２」である６２０の他に備える任意の設計であることを示す。任意の個数の粘度計の配置が、本開示の趣旨及び範囲に含まれる。図６は、装置６００を、直列に配置された粘度計６１５、６２０、６２５を備えるものとして描いているものの、装置６００は、並列に配置されたまたは直列及び並列の組み合わせで配置された粘度計６１５、６２０、６２５を備えることができる。粘度計の配置は、図６に描かれる直列配置に限定されない。

【0053】

少なくともいくつかの場合において、装置６００は、複数のポンプを含むことができる。例えば、装置６００は、２つのポンプ、３つのポンプ、または任意の個数のポンプを備えることができる。少なくともいくつかの場合において、装置６００は、粘度計ごとに１つのポンプを備えることができる。

【0054】

図６に描かれるとおり、装置６００は、粘度計６１５、６２０、６２５と連結されたコンピューターシステム６５０を備える。コンピューターシステム６５０は、粘度計からのシグナルを記録する手段、ならびに測定結果からＲＶを計算する手段を提供する。図６にさらに描かれるとおり、装置６００は、濃度検出器６３０を備えることができ、濃度検出器６３０として、示差屈折率検出器、紫外または可視吸光光度計、赤外吸光検出器、ラマン検出器、旋光計、伝導率センサ、蒸発光散乱検出器、または任意の他の適切な検出器を挙げることができるが、これらに限定されない。濃度検出器６３０を通過した後、ポリマー試料は、廃棄部６７０に廃棄することができる。

【0055】

図６に描かれており、また以下で図７に関してさらに記載されるＡＣＯＭＰユニット６９０は、図１、２、及び３の、それぞれ装置１００、２００、３００にポリマー試料を送達できるように、それぞれ、ポンプ１１０、２１０、３１０とも連結することができる。したがって、ＡＣＯＭＰユニット６９０は、図２に示す完全離散様式の装置２００または図３に示す離散濃度／連続粘度計様式の装置３００と流体接触させることができる。

【0056】

図７は、本開示の実施形態例に従って、図６に描かれるＡＣＯＭＰユニット６９０などのＡＣＯＭＰユニット７００を示す。ＡＣＯＭＰユニット７００は、ＡＣＯＭＰ反応器制御インターフェース７０１及びＡＣＯＭＰ分析制御インターフェース７０２を備える。少なくともいくつかの場合において、ＡＣＯＭＰ反応器制御インターフェース７０１及びＡＣＯＭＰ分析制御インターフェース７０２は、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）制御システム（図示せず）により制御され、このシステムは、計算装置（図示せず）に連結されている。計算装置は、デスクトップ型またはラップトップ型コンピュータ、スマートフォン、タブレット、または任意の他の同様な装置が可能である。計算装置は、ＡＣＯＭＰユニット７００のプロセス制御変数及び要素の視覚化及び制御を可能にする。

【0057】

ＡＣＯＭＰ反応器制御インターフェース７０１は、ＡＣＯＭＰユニット７００の様々な要素を制御することができる。１つの要素は、反応器７１０である。反応器７１０は、上記で図６に関して記載された制御作用剤を制御することができる任意の反応器が可能である。ＡＣＯＭＰユニット７００は、さらに、ミキサー７４０を備えることができ、ミキサー７４０は、反応器７１０の外に配置することができ、反応器７１０に入った試料を混合することができる。ＡＣＯＭＰユニット７００は、さらに、フローコントローラ７２０、７２２を備えることができ、フローコントローラは、気体を反応器７１０に送達することができる。図７に描かれるとおり、ＡＣＯＭＰユニット７００は、さらに、ポンプ７３０、７３２、７３４を備えることができ、ポンプは、溶液または液体を反応器７１０に送達することができる。反応器７１０及びそこに含まれる内容物は、温度コントローラ７３６により加熱または冷却することもできる。反応７１０は、リサイクルポンプ７５０とも連結することができ、リサイクルポンプ７５０は、排出口（図示せず）及びボール弁（図示せず）を介して反応７１０の底部と連結されている。反応器７１０の内容物は、リサイクルポンプ７５０を通じて連続的に抽出され、反応器７１０の頂部にリサイクルで戻される。抽出ポンプ７６０は、リサイクルポンプ７５０を介して、ＡＣＯＭＰシステムインターフェース７０２を反応器制御インターフェース７０１に接続する。

【0058】

図７に描かれるとおり、抽出された反応器内容物は、溶媒源７６８からのクエンチ溶媒の流れと合流させることができる。いったん反応器内容物がクエンチ溶媒と合流すると、合流物は、不活性プロピレン管類により、動的混合室７７０に送ることができる。混合室７７０を使用して、反応器内容物及び溶媒の２つの連続的な流れを積極的に合流攪拌して１つの均質な混合物にすることができる。均質溶液は、混合室を出た後、濾過システム７７２を通過させることで、反応器内容物を含む反応７１０から取り出されていた可能性があるどのような粒子もゲル状物も除去することができる。次いで、濾過された均質溶液は、１つまたは複数のインライン分析検出器、例えばＵＶ／可視吸光光度計７７４などを通じて流すことができる。試料の流れの一部を、ポンプ７９０により迂回させて、１つまたは複数の粘度計７９２、例えば上記で図１～３に関して記載された粘度計、及び多角度レーザー光散乱（ＭＡＬＬＳ）検出器７９４などに送ることができる。ＡＣＯＭＰユニット７００は、オンボード分析パッケージ７７６を備え、分析パッケージ７７６は、検出器７７４、７９２、７９４により得られたデータを分析することができる。分析パッケージ７７６は、いくつかの場合において、自動化及び制御ソフトウェアと連動した手動操作トリガーに応答することができる。これらのトリガーは、分析ソフトウェアに、ポリマー反応プロセスの各工程または段階に適切な重要分析アルゴリズムを行うように指示する。プロセス特性７７８は、分析パッケージ７７６により行われた分析に基づいて特定することができる。

【0059】

ＡＣＯＭＰユニット７００は、さらに、プロセスコントローラ７８０を備えることができ、プロセスコントローラ７８０は、ＡＣＯＭＰ反応器制御インターフェース７０１及びＡＣＯＭＰ分析制御インターフェース７０２と連結されて、利用者がＡＣＯＭＰ反応器制御インターフェース７０１と交信することにより、反応器７１０中のポリマー反応を制御またはこれに影響を及ぼすことが可能な操作を行うことを可能にする手段を提供する。

【0060】

本明細書中開示される装置及び方法の応用の可能性として、最終生成物を特性分析し、及びポリマー材料の品質及び性能に影響を及ぼすために、レオロジー、粘度、または粘弾性測定を利用する、任意の合成または天然ポリマー材料の測定が挙げられる。従来のレオロジー測定としてメルトフローインデックス、ムーニー粘度、及びバルク粘度が挙げられるものの、これらに限定されないが、本明細書中開示される装置及び方法は、迅速、及び継続的、断続的、または段階的にレオロジー特性を測定することを可能にする。これらの特性は、分子量、分子量の分布及び多分散度、分岐及び架橋、ポリマー構造、加工性、超分子構築、自己組織化特性、粘度制御、及び他の同様な特性と直接関係する。この種の測定が重要である典型的な生成物として、生体ポリマー、例えば、キサンタン、グアー、アルギン酸化合物、ペクチン、アラビアゴム、カラギーナン、それらの化学修飾変異体、及びそれらの誘導体が挙げられるが、これらに限定されない。これらの用途のいくつかとして、エネルギー、パーソナルケア、栄養、鉱業、冶金、製紙、及び水処理用途における流体粘度の改変が挙げられるが、これらに限定されない。これらの分野では、多くの合成ポリマーも使用されており、そのようなポリマーとして、ポリアクリルアミド及びそのコポリマー及び誘導体、例えばｐ（ｎ－イソプロピルアクリルアミド）、ポリビニルピロリドン及びそのコポリマー、ポリエチレングリコール及びそのコポリマー、ならびに他の同様な合成ポリマーなどがあるが、これらに限定されない。

【0061】

そのような測定は、多くの種類の合成ゴム、例えば、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、エチレンプロピレンジエンモノマーゴム（ＥＰＤＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリアクリレートゴム、エチレンアクリレートゴム、ポリブタジエン、イソブチレンイソプレンブチル、ポリウレタン、シリコーンゴム、または任意の他の適切な合成ゴムなどにとって重要である可能性がある。そのような測定は、多くの種類の合成プラスチック材料、例えば、ポリオレフィン、特殊スチレンまたはアクリルプラスチックなどにとっても重要である可能性がある。本明細書中の装置及び方法を使用して得られたデータを使用して、ＲＶを測定すること、及びリアルタイムのレオロジー的に同様な測定に基づいて製造プロセスを調節することが可能である。

【0062】

本開示の供述は以下を含む：
供述１：装置であって、以下：ある時間間隔の間、試料溶液を受け入れるように構成された少なくとも１つのポンプ；２つ以上の粘度計；前記２つ以上の粘度計を通じて試料溶液の流れを導入するように構成された注入器；及び前記２つ以上の粘度計において、少なくとも２種のせん断速度下で、試料溶液のレオロジー特性を監視及び測定するように構成されたコンピューターシステム、を含み、
前記レオロジー特性には、溶液の粘度が含まれる、
前記装置。

【0063】

供述２：前記２つ以上の粘度計は、互いに連結されている、供述２に記載の装置。

【0064】

供述３：前記注入器は、前記試料溶液の流れを、離散的な容積のパルスとして、前記２つ以上の粘度計を通じて導入するように構成されている、供述２または供述３に記載の装置。

【0065】

供述４：前記２つ以上の粘度計は、単一細管粘度計である、供述１～３のいずれか１つに記載の装置。

【0066】

供述５：前記２つ以上の粘度計は、直列に連結されている、供述１～４のいずれか１つに記載の装置。

【0067】

供述６：前記２つ以上の粘度計は、並列に連結されている、供述１～４のいずれか１つに記載の装置。

【0068】

供述７：前記２つ以上の粘度計は、直列流路及び並列流路の組み合わせで連結されている、供述１～４のいずれか１つに記載の装置。

【0069】

供述８：前記ポリマー溶液の実験パラメータの変更は、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間でなされる、供述１～７のいずれか１つに記載の装置。

【0070】

供述９：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうち前記少なくとも２つの間の「Ｔ」字接続によりなされ、前記「Ｔ」字接続は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間に液体をインプットするように構成されている、供述８に記載の装置。

【0071】

供述１０：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での前記ポリマー濃度の上昇または低下である、供述８に記載の装置。

【0072】

供述１１：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのイオン強度及び／またはｐＨの上昇または低下である、供述８に記載の装置。

【0073】

供述１２：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での混合溶媒の導入である、供述８に記載の装置。

【0074】

供述１３：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での温度の上昇または低下である、供述８に記載の装置。

【0075】

供述１４：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのせん断速度の上昇または低下であり、前記せん断速度は、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通じた前記流量の増加または減少により変更される、供述８に記載の装置。

【0076】

供述１５：前記流量は、断続的または段階的に増加または減少させられる、供述１４に記載の装置。

【0077】

供述１６：前記流量は、連続的に増加または減少させられる、供述１４に記載の装置。

【0078】

供述１７：前記時間間隔は、秒の規模である、供述１～１６のいずれか１つに記載の装置。

【0079】

供述１８：前記時間間隔は、分の規模である、供述１～１６のいずれか１つに記載の装置。

【0080】

供述１９：前記時間間隔は、１時間またはそれより長い規模である、供述１～１６のいずれか１つに記載の装置。

【0081】

供述２０：前記時間間隔は、重合反応プロセスの開始から前記重合反応プロセスの終わりまでである、供述１～１８のいずれか１つに記載の装置。

【0082】

供述２１：離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記装置に注入する、供述１～２０のいずれか１つに記載の装置。

【0083】

供述２２：さらに、前記試料溶液のポリマー濃度を測定する検出器を含む、供述１～２１のいずれか１つに記載の装置。

【0084】

供述２３：前記装置は、さらに、離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記濃度検出器に注入するように構成され、かつ前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を継続的に流すように構成されている、供述１～２２のいずれか１つに記載の装置。

【0085】

供述２４：前記装置が受け入れる前記連続的な流れの試料溶液中の前記ポリマーは、重合反応中に生成し、重合反応は、請求項１に記載の装置により監視されている、供述１～２３のいずれか１つに記載の装置。

【0086】

供述２５：前記流れ中の前記ポリマーは、ＡＣＯＭＰシステムにより、前記装置に提供される、供述１～２４のいずれか１つに記載の装置。

【0087】

供述２６：前記装置により得られる前記測定結果は、前記重合反応の制御に使用される、供述１～２５のいずれか１つに記載の装置。

【0088】

供述２７：前記試料溶液は、ポリマー、コロイド、化学反応により生成した生成物、別の試料からの分取分、化学反応の最終生成物、及びこれらの任意の組み合わせを含む群から選択される１種を含む、供述１～２６のいずれか１つに記載の装置。

【0089】

供述２８：方法であって、以下：ある時間間隔の間、試料溶液の流れを生成すること；前記試料溶液の流れを、２つ以上の粘度計を通じて導入すること；少なくとも２種の異なるせん断速度下で、前記試料溶液の粘度を監視及び測定すること；ならびに前記少なくとも２種の異なるせん断速度下で得られた少なくとも２つの粘度測定結果に基づき、前記試料の特性分析を行うこと、を含む、前記方法。

【0090】

供述２９：前記試料溶液は、ポリマーを含む、供述２８に記載の方法。

【0091】

供述３０：さらに、ポリマーの濃度を特定することを含む、供述２９に記載の方法。

【0092】

供述３１：さらに、前記ポリマーの前記特性分析結果に基づき、前記重合プロセスにより生成した前記ポリマーの品質を評価することを含む、供述２９または供述３０に記載の方法。

【0093】

供述３２：さらに、前記ポリマーの前記特性分析結果に基づき、前記重合プロセス中の制御の決定を行うことを含む、供述２９～３１のいずれか１つに記載の方法。

【0094】

供述３３：さらに、前記ポリマーの前記特性分析結果に基づき、連続ポリマー生成プロセス中の、グレードの切り替えを確立することを含む、供述２９～３２のいずれか１つに記載の方法。

【0095】

供述３４：さらに、前記ポリマーの前記特性分析結果に基づき、連続ポリマー生成プロセス中、操作の定常状態を維持することを含む、供述２９～３３のいずれか１つに記載の方法。

【0096】

供述３５：さらに、前記ポリマーの前記特性分析結果に基づく、バッチまたはセミバッチ反応器中で製造されている前記ポリマーに関する反応条件を含む、供述２９～３４のいずれか１つに記載の方法。

【0097】

供述３６：さらに、１つまたは複数の反応条件を制御することを含み、前記１つまたは複数の反応条件には、前記反応器に入るモノマーの流れ、前記反応器に入る開始剤または触媒の流れ、前記反応器に入る分岐剤または架橋剤の流れ、前記反応器に入る連鎖移動剤の流れ、前記反応器に入る反応抑制剤の流れ、前記反応器の温度、前記反応器の撹拌速度が含まれる、供述２９～３５のいずれか１つに記載の方法。

【0098】

供述３７：前記２つ以上の粘度計は、単一細管粘度計である、供述２９～３６のいずれか１つに記載の方法。

【0099】

供述３８：前記２つ以上の粘度計は、直列に連結されている、供述２９～３７のいずれか１つに記載の方法。

【0100】

供述３９：前記２つ以上の粘度計は、並列に連結されている、供述２９～３７のいずれか１つに記載の方法。

【0101】

供述４０：前記２つ以上の粘度計は、直列流路及び並列流路の組み合わせで連結されている、供述２９～３７のいずれか１つに記載の方法。

【0102】

供述４１：さらに、前記ポリマー溶液の実験パラメータを、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間で変更することを含む、供述２９～４０のいずれか１つに記載の方法。

【0103】

供述４２：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうち前記少なくとも２つの間の「Ｔ」字接続によりなされ、前記「Ｔ」字接続は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間に液体をインプットするように構成されている、供述２９～４１のいずれか１つに記載の方法。

【0104】

供述４３：前記実験パラメータを変更することは、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での前記ポリマー濃度の上昇または低下を含む、供述４１に記載の方法。

【0105】

供述４４：前記実験パラメータを変更することは、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのイオン強度及び／またはｐＨの上昇または低下を含む、供述４１に記載の方法。

【0106】

供述４５：前記実験パラメータを変更することは、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での混合溶媒の導入を含む、供述４１に記載の方法。

【0107】

供述４６：前記実験パラメータを変更することは、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での温度の上昇または低下を含む、供述４１に記載の方法。

【0108】

供述４７：前記実験パラメータを変更することは、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのせん断速度の上昇または低下を含み、前記せん断速度は、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通じた前記流量の増加または減少により変更される、供述４１に記載の方法。

【0109】

供述４８：前記流量は、断続的または段階的に増加または減少させられる、供述２８～４７のいずれか１つに記載の方法。

【0110】

供述４９：前記流量は、連続的に増加または減少させられる、供述２８～４７のいずれか１つに記載の方法。

【0111】

供述５０：前記時間間隔は、秒の規模である、供述２８～４９のいずれか１つに記載の方法。

【0112】

供述５１：前記時間間隔は、分の規模である、供述２８～４９のいずれか１つに記載の方法。

【0113】

供述５２：前記時間間隔は、１時間またはそれより長い規模である、供述２８～４９のいずれか１つに記載の方法。

【0114】

供述５３：前記時間間隔は、重合反応プロセスの開始から前記重合反応プロセスの終わりまでである、供述２９～５２のいずれか１つに記載の方法。

【0115】

供述５４：離散的な量の前記試料を、時間的に隔てられた間隔で、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通じて注入する、供述２９～５３のいずれか１つに記載の方法。

【0116】

供述５５：さらに、検出器を使用してポリマー濃度を測定することを含む、供述２９～５４のいずれか１つに記載の方法。

【0117】

供述５６：さらに、離散的な量の前記連続的な流れの試料溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記濃度検出器に注入すること、及び前記２つ以上の粘度計を通じて、前記試料溶液を継続的に流すことを含む、供述２９～５４のいずれか１つに記載の方法。

【0118】

供述５７：前記ポリマー溶液の流れ中の前記ポリマーは、重合反応中に生成する、供述２９～５６のいずれか１つに記載の方法。

【0119】

供述５８：前記流れ中の前記ポリマーは、ＡＣＯＭＰシステムにより提供される、供述２９～５７のいずれか１つに記載の方法。

【0120】

供述５９：前記測定された粘度は、前記重合反応の制御に使用される、供述２９～５８のいずれか１つに記載の方法。

【0121】

供述６０：装置であって、以下：２つ以上の粘度計；ある時間間隔の間、前記２つ以上の粘度計を通じて試料溶液を導入するように構成された少なくとも１つのポンプ；及び前記２つ以上の粘度計において、少なくとも２種のせん断速度下で、前記試料のレオロジー特性を監視及び測定するように構成されたコンピューターシステム、を含み、前記レオロジー特性には、前記試料の粘度が含まれる、前記装置。

【0122】

供述６１：前記試料は、ポリマー溶液を含む、供述６０に記載の装置。

【0123】

供述６２：前記少なくとも１つのポンプは、ある時間間隔の間、前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を連続的に導入するように構成されている、供述６０または供述６１に記載の装置。

【0124】

供述６３：前記２つ以上の粘度計は、互いに連結されている、供述６０～６２のいずれか１つに記載の装置。

【0125】

供述６４：前記２つ以上の粘度計は、単一細管粘度計である、供述６０～６３のいずれか１つに記載の装置。

【0126】

供述６５：前記２つ以上の粘度計は、直列に連結されている、供述６０～６４のいずれか１つに記載の装置。

【0127】

供述６６：前記２つ以上の粘度計は、並列に連結されている、供述６０～６４のいずれか１つに記載の装置。

【0128】

供述６７：前記２つ以上の粘度計は、直列流路及び並列流路の組み合わせで連結されている、供述６０～６４のいずれか１つに記載の装置。

【0129】

供述６８：前記ポリマー溶液の実験パラメータの変更は、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間でなされる、供述６１～６７のいずれか１つに記載の装置。

【0130】

供述６９：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうち前記少なくとも２つの間の「Ｔ」字接続によりなされ、前記「Ｔ」字接続は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間に液体をインプットするように構成されている、供述６８に記載の装置。

【0131】

供述７０：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での前記ポリマー濃度の上昇または低下である、供述６８に記載の装置。

【0132】

供述７１：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのイオン強度及び／またはｐＨの上昇または低下である、供述６８に記載の装置。

【0133】

供述７２：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での混合溶媒の導入である、供述６８に記載の装置。

【0134】

供述７３：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での温度の上昇または低下である、供述６８に記載の装置。

【0135】

供述７４：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのせん断速度の上昇または低下であり、前記せん断速度は、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通じた前記流量の増加または減少により変更される、供述６８に記載の装置。

【0136】

供述７５：前記流量は、断続的または段階的に増加または減少させられる、供述７４に記載の装置。

【0137】

供述７６：前記流量は、連続的に増加または減少させられる、供述７４に記載の装置。

【0138】

供述７７：前記時間間隔は、秒の規模である、供述６０～７６のいずれか１つに記載の装置。

【0139】

供述７８：前記時間間隔は、分の規模である、供述６０～７６のいずれか１つに記載の装置。

【0140】

供述７９：前記時間間隔は、１時間またはそれより長い規模である、供述６０～７６のいずれか１つに記載の装置。

【0141】

供述８０：前記時間間隔は、重合反応プロセスの開始から前記重合反応プロセスの終わりまでである、供述６１～７８のいずれか１つに記載の装置。

【0142】

供述８１：離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記装置に注入する、供述６１～８０のいずれか１つに記載の装置。

【0143】

供述８２：さらに、前記試料溶液のポリマー濃度を測定する検出器を含む、供述６１～８１のいずれか１つに記載の装置。

【0144】

供述８３：前記装置は、さらに、離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記濃度検出器に注入するように構成され、かつ前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を継続的に流すように構成されている、供述８２に記載の装置。

【0145】

供述８４：前記装置が受け入れる前記連続的な流れの試料溶液中の前記ポリマーは、重合反応中に生成し、重合反応は、請求項１に記載の装置により監視されている、供述６１～８３のいずれか１つに記載の装置。

【0146】

供述８５：さらに、前記試料を前記少なくとも１つのポンプに送達するように構成されたＡＣＯＭＰユニットを含む、供述８４に記載の装置。

【0147】

供述８６：前記装置により得られる前記測定結果は、前記重合反応の制御に使用される、供述８５に記載の装置。

【0148】

供述８７：装置であって、以下：２つ以上の粘度計；ある時間間隔の間、前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を導入するように構成された少なくとも１つのポンプ；及び前記２つ以上の粘度計において、少なくとも２種のせん断速度下で、前記試料溶液のレオロジー特性を監視及び測定するように構成されたコンピューターシステム、を含み、前記レオロジー特性には、前記試料の粘度が含まれる、前記装置。

【0149】

供述８８：前記試料溶液は、ポリマーを含む、供述８７に記載の装置。

【0150】

供述８９：前記２つ以上の粘度計は、互いに連結されている、供述８７または供述８８に記載の装置。

【0151】

供述９０：さらに、前記少なくとも１つのポンプ及び前記２つ以上の粘度計と連結された注入器を含む、供述８７～８９のいずれか１つに記載の装置。

【0152】

供述９１：前記注入器は、前記試料溶液の流れを、離散的な容積のパルスとして、前記２つ以上の粘度計を通じて導入するように構成されている、供述９０に記載の装置。

【0153】

供述９２：前記少なくとも１つのポンプは、ある時間間隔の間、前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を継続的に導入するように構成されている、供述８７～８９のいずれか１つに記載の装置。

【0154】

供述９３：前記２つ以上の粘度計は、単一細管粘度計である、供述８７～９２のいずれか１つに記載の装置。

【0155】

供述９４：前記２つ以上の粘度計は、直列に連結されている、供述８７～９３のいずれか１つに記載の装置。

【0156】

供述９５：前記２つ以上の粘度計は、並列に連結されている、供述８７～９３のいずれか１つに記載の装置。

【0157】

供述９６：前記２つ以上の粘度計は、直列流路及び並列流路の組み合わせで連結されている、供述８７～９３のいずれか１つに記載の装置。

【0158】

供述９７：前記ポリマー溶液の実験パラメータの変更は、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間でなされる、供述８７～９６のいずれか１つに記載の装置。

【0159】

供述９８：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうち少なくとも２つの間の「Ｔ」字接続によりなされ、前記「Ｔ」字接続は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間に液体をインプットするように構成されている、供述９７に記載の装置。

【0160】

供述９９：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での前記ポリマー濃度の上昇または低下である、供述９７に記載の装置。

【0161】

供述１００：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのイオン強度及び／またはｐＨの上昇または低下である、供述９７に記載の装置。

【0162】

供述１０１：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での混合溶媒の導入である、供述９７に記載の装置。

【0163】

供述１０２：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間での温度の上昇または低下である、供述９７に記載の装置。

【0164】

供述１０３：前記変更は、前記２つ以上の粘度計のうちの前記少なくとも２つの間でのせん断速度の上昇または低下であり、前記せん断速度は、前記少なくとも２つ以上の粘度計を通じた前記流量の増加または減少により変更される、供述９７に記載の装置。

【0165】

供述１０４：前記流量は、断続的または段階的に増加または減少させられる、供述１０３に記載の装置。

【0166】

供述１０５：前記流量は、連続的に増加または減少させられる、供述１０３に記載の装置。

【0167】

供述１０６：前記時間間隔は、秒の規模である、供述８７～１０５のいずれか１つに記載の装置。

【0168】

供述１０７：前記時間間隔は、分の規模である、供述８７～１０５のいずれか１つに記載の装置。

【0169】

供述１０８：前記時間間隔は、１時間またはそれより長い規模である、供述８７～１０５のいずれか１つに記載の装置。

【0170】

供述１０９：前記時間間隔は、重合反応プロセスの開始から前記重合反応プロセスの終わりまでである、供述８７～１０８のいずれか１つに記載の装置。

【0171】

供述１１０：離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液は、前記装置に、時間的に隔てられた間隔で注入される、供述８７～１０９のいずれか１つに記載の装置。

【0172】

供述１１１：さらに、前記試料溶液のポリマー濃度を測定する検出器を含む、供述８７～１１０のいずれか１つに記載の装置。

【0173】

供述１１２：前記装置は、さらに、離散的な量の前記連続的な流れのポリマー溶液を、時間的に隔てられた間隔で、前記濃度検出器に注入するように構成され、かつ前記２つ以上の粘度計を通じて、試料溶液を継続的に流すように構成されている、供述１１１に記載の装置。

【0174】

供述１１３：前記装置が受け入れる前記連続的な流れの試料溶液中の前記ポリマーは、重合反応中に生成し、重合反応は、請求項１に記載の装置により監視されている、供述８７～１１２のいずれか１つに記載の装置。

【0175】

供述１１４：さらに、試料を前記ポンプに提供することができるＡＣＯＭＰユニットを含む、供述８７～１１３のいずれか１つに記載の装置。

【0176】

供述１１５：さらに、前記コンピューターシステムにより得られた測定結果に基づき、前記重合反応を制御するように構成された反応制御ユニットを含む、供述８７～１１４のいずれか１つに記載の装置。

【0177】

供述１１６：前記試料溶液は、ポリマー、コロイド、化学反応により生成した生成物、別の試料からの分取分、化学反応の最終生成物、及びこれらの任意の組み合わせを含む群から選択される１種を含む、供述８７に記載の装置。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】