JP2001031705A - 高分子重合体の水性分散重合方法および水性分散重合用重合機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重合機を開放することなくバッチ連続重合
し、粒子径分布がシャープな高品質の高分子重合体を製
造する方法および重合機を提供する。 【解決手段】 重合機中に傾斜平板アームを設けたブル
ーマージン翼を設置し、重合性単量体を水性媒体中に分
散させ、前記ブルーマージン翼で攪拌しながら、高分子
重合体を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重合性単量体を水
性媒体中に分散させて重合する高分子化合物の重合方法
および高分子化合物の水性分散重合用重合機に関する。
更に詳しくは、塩化ビニル系樹脂などの高分子重合体の
水性懸濁重合等、重合機を開放することなく重合性単量
体を水性分散下で、バッチ連続重合により高分子重合体
を得る方法において、重合機撹拌翼に生成するスケール
の成長にともなう撹拌動力の上昇を抑制することがで
き、作業環境の悪化、生産性の低下を招くことなく、粒
子径分布がシャープな高品質の重合体を製造する方法お
よびそれに用いられる水性分散重合用重合機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、塩化ビニル系樹脂などは、その粒
子径及び加工用途に応じて懸濁重合法、乳化重合法又は
微細懸濁重合法などの水性分散下での重合法によって生
産されている。一般的にこれら重合法に用いられる重合
機の撹拌翼にはブルーマージン翼、ファウドラー翼、ピ
ッチドパドル翼などが用いられ、高速撹拌下における均
一な単量体分散を行った後、油溶性開始剤などを用いて
重合が行われる。撹拌翼の種類は重合形態に応じて選定
される。

【０００３】従来公知のブルーマージン翼の例を図２に
示したが、図２において、通常ブルーマージン翼は撹拌
軸に固定するためのボス２１、ボス２１と羽根２３を連
結するためのアーム２２及び羽根２３で構成されてい
る。アーム２２はボス２１と羽根２３を連結するための
ものであり、撹拌時の所要動力が小さくなるような円筒
形もしくは水平矩形平板の構造である。また羽根２３は
単量体の分散、および重合機内で単量体と水性媒体を流
動循環させるためのものであり、通常、矩形状である。

【０００４】ブルーマージン翼の構造は、撹拌時の所要
動力の大半を単量体を分散させるエネルギーに、集中的
に費やすことができることから、重合終了後得られた重
合体粒子の粒子径分布がシャープであり、また余分な動
力を必要とせず、高速撹拌時の撹拌所要動力を低くする
ことができることから、塩化ビニル樹脂などの懸濁重合
用の重合機に設置される撹拌翼は、ブルーマージン翼が
用いられることが多い。

【０００５】一方、高い生産性を確保するため重合終了
後、スラリーを次工程へ払い出した後重合機を開放する
ことなく、次のバッチを仕込み生産するバッチ連続重合
法が確立されている。重合機の開放は主に重合機内のス
ケールの除去、付帯機器のメンテナンスを実施する際に
行うが、作業員が入槽し缶内作業を行うには重合機内の
単量体ガスを減圧回収し、窒素などの不活性ガスで圧力
を大気圧に戻したのち、重合機を解放後、空気で置換す
る作業が必要となる。

【０００６】また、バッチ連続重合法では缶内に生成す
るスケール量を低減するためスケール防止剤を塗布する
が撹拌翼へのスケール防止剤の効果は極めて低く、バッ
チ毎にスケールが成長し、これに伴い撹拌動力が上昇す
る。通常、撹拌モータの容量は過剰な設備投資をさけ、
スケール付着による撹拌動力の上昇を考慮せず最小限の
能力で設備化される。この場合、撹拌モータのトリップ
を避けるため、スケールの成長度合いを電力計などで確
認しながら定格容量以下の電力の状態でスケール除去作
業を実施する。このため重合機内の単量体ガス回収、ガ
ス置換および作業員の入槽による掃除作業に要する時間
が掛かり生産性の低下を招いている。

【０００７】さらに重合機内のガス置換作業では、完全
に単量体ガスを減圧回収するのは困難であり、無視し得
ない量が重合機内に残存し、重合機開放後のガス置換時
に大気へ放出されるため、大気汚染上好ましくなく作業
環境の悪化を招く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる実情
を鑑み、重合機を開放することなくバッチ連続重合する
方法において、重合機撹拌翼に生成するスケール付着に
ともなう撹拌動力の上昇を抑制することができ、作業環
境の悪化、生産性の低下を招くことなく、粒子径分布が
シャープな高品質の高分子重合体を製造する方法を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するべく鋭意研究の結果、重合体の水性分散重合用の
重合機に設置されたブルーマージン翼に付着するスケー
ルはブルーマージン翼の混合特性すなわち、撹拌軸付近
の軸方向流れが極端に弱く、撹拌翼設置位置における軸
方向の物質交換がされにくいことに依存し、軸方向の流
れを促進させることでスケール付着が防止できることを
見いだし本発明に至った。

【００１０】すなわち、本発明は、（１）重合機中に傾
斜平板アームを設けたブルーマージン翼を設置し、重合
性単量体を水性媒体中に分散させて、前記ブルーマージ
ン翼で攪拌しながら、高分子重合体を製造することを特
徴とする高分子重合体の水性分散重合方法（請求項
１）、（２）前記ブルーマージン翼の傾斜平板アームの
傾斜角が５〜３５度であることを特徴とする請求項１記
載の製造方法（請求項２）、（３）前記ブルーマージン
翼の傾斜平板アームの傾斜角が１５〜２５度であること
を特徴とする請求項１または２記載の製造方法（請求項
３）、（４）ブルーマージン翼の回転方向前方の羽根形
状が円弧状かつ回転方向後方が矩形状であることを特徴
とする請求項１、２、または３記載の製造方法（請求項
４）、（５）攪拌翼が傾斜平板アームを設けたブルーマ
ージン翼を機内に設置した重合性単量体の水性分散重合
用重合機（請求項５）、（６）前記ブルーマージン翼の
傾斜平板アームの傾斜角が１０〜３５度であることを特
徴とする請求項５記載の水性分散重合用重合機（請求項
６）、（７）前記ブルーマージン翼の傾斜平板アームの
傾斜角が１５〜２５度であることを特徴とする請求項６
記載の水性分散重合用重合機（請求項７）、および
（８）ブルーマージン翼の回転方向前方の羽根形状が円
弧状かつ回転方向後方が矩形状であることを特徴とする
請求項５、６、または７記載の水性分散重合用重合機
（請求項８）、に関する。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施態様を示す添
付図面をもとに、塩化ビニル系樹脂を製造する方法に基
づいて説明する。

【００１２】図１は本発明を実施するために用いられる
ブルーマージン翼の一実施態様を示す図である。図１に
おいて、本発明におけるブルーマージン翼は撹拌軸に固
定するためのボス１、ボス１と羽根３を連結し、かつ軸
方向の流れを促進させるためのアーム２、及び単量体の
分散および重合機内での塩化ビニル等の単量体と水性媒
体を流動循環させるための羽根３で構成される。平板ア
ームの傾斜角θは水平面に対し、通常５〜３５度、好ま
しくは１０〜３０度、更には１５〜２５度がスケール付
着防止上好ましい。平板アーム傾斜角が５度以下の場
合、撹拌状態における軸方向流れが弱いことからスケー
ル付着防止効果が低い。また、平板アーム３５度以上の
場合、撹拌モータへの負荷が大きく設備過剰になること
あり、製造される塩化ビニル系樹脂の粒子径分布がブロ
ードとなり傾向がある。また、羽根３の形状は、矩形
状、円弧状、三角形状などのその他の形状が適宜採用し
得るが、スケール付着防止上の効果の観点から回転方向
前方を円弧状とするのが好ましい。また、羽根３の回転
方向後方の形状は、矩形状、円弧状、三角形状などのそ
の他の形状が適宜採用し得るが、このうち矩形状のもの
が得られた重合体粒子の粒子径分布のシャープなものが
得やすく好ましく用いられる。

【００１３】平板アーム２の傾斜方向は、重合機内の流
体を上から下にかき下げる方向、下から上にかき上げる
方向のどちらでも良いが、撹拌効率の良さから通常かき
下げる傾斜方向とするのが好ましい。また、傾斜平板ア
ームの板厚みと幅および長さは、ボス１と羽根３を連結
し、撹拌状態における機械強度が充分に確保される寸法
であれば本発明は何ら制約されないが、通常、板厚みは
重合機槽径の０．００１〜０．０２倍、板幅は槽径の
０．０１〜０．０６倍、長さは槽径の０．０５〜０．２
５倍の寸法を用いられる。また、羽根の板厚みと高さお
よび長さは、目的の高分子重合樹脂の品質、撹拌所要動
力などに応じ選定され、特に本発明は何ら制約されない
が、通常、板厚みは重合機槽径の０．００１〜０．０２
倍、高さは槽径の０．０３〜０．１倍、長さは槽径の
０．０３〜０．２倍の寸法のものが用いられる。また、
羽根枚数、重合機への撹拌翼設置段数、撹拌翼取り付け
位置は使用する目的に応じ、適宜選定できるが、通常
は、撹拌で用いられる羽根枚数は１段あたり３〜５枚、
撹拌翼設置段数は1〜６段、撹拌翼取り付け位置は、通
常、重合機缶底から気液界面までの距離をほぼ等間隔で
設置されることが多い。

【００１４】本発明の水性分散重合法で製造される重合
体としては、例えば、塩化ビニル系単量体を重合した塩
化ビニル系樹脂単独重合体、塩化ビニル系単量体と同単
量体と共重合可能な単量体との共重合体、およびスチレ
ン系単量体を重合したポリスチレン系樹脂単独重合体お
よびスチレン系単量体と同単量体と共重合可能な単量体
とのスチレン系共重合体樹脂などがある。塩化ビニル系
単量体と共重合可能な他の単量体としては、例えばエチ
レン、プロピレンなどのオレフィン類、酢酸ビニル、ス
テアリン酸ビニルなどのビニルエステル類、アクリル酸
メチル、メタクリル酸メチルなどのアクリル酸エステル
類、マレイン酸またはフマル酸などのエステル類および
無水物、アクリロニトリルなどのニトリル化合物、ある
いは塩化ビニリデンの如きビニリデン化合物が挙げられ
る。

【００１５】本発明において用いられる重合開始剤、懸
濁分散安定剤等について、特に制限はなく、適用する水
性分散重合法に応じて、従来公知のものが適宜用いられ
る。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の製造方法を実施例および比
較例にもとづき説明するが、これらは、本発明を何ら限
定するものではない。

【００１７】実施例および比較例における測定および評
価方法は、以下の方法により行った。

【００１８】撹拌翼の初期所要動力は、撹拌モータに設
置された電力計を読みとり評価を行った。また、スケー
ルの付着量は、撹拌機に直結されているモータの電力値
上昇度合いより評価を行った。すなわち評価開始時に重
合機内を掃除しスケール付着の無い状態において、所定
の方法により仕込み作業を開始し、重合終了後、スラリ
ーを次工程へ払い出した後、重合機を開放することな
く、自動水洗設備を用い缶壁を水洗し、次のバッチを仕
込み、バッチ連続生産を行い、撹拌モータ定格値の９０
％の負荷に達するまでの連続バッチ数と、その時までの
連続バッチ後の１バッチ当たりの平均電力上昇値を用い
た。

【００１９】また、得られた樹脂の粒子径分布のシャー
プ性は、従来公知の方法により脱水、乾燥を行った後、
篩い法において平均粒子径および粒子径分布の標準偏差
値を算出し標準偏差値を平均粒子径の値で除した変動係
数（％）で分布のシャープ性の評価を行った。

【００２０】（実施例１）内容積３０ｍ³、槽径２５０
０ｍｍ、ジャケットおよびモータ容量５５Ｋｗの攪拌機
付きステンレス製重合機に、図１に示す撹拌翼でアーム
板厚み１６ｍｍ、板幅９０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの平板
で傾斜角度２０度、羽根の板厚み１１ｍｍ、高さ１５０
ｍｍ、長さ２００ｍｍで回転方向前方が円弧状、後方が
矩形状の３枚羽根ブルーマージン翼を３段設置した。こ
の重合機に脱イオン水１６１００Ｋｇ、ケン化度８８％
の部分ケン化ポリビニールアルコール１．０Ｋｇ、ケン
化度７９％の部分ケン化ポリビニールアルコール５．５
Ｋｇ、ジ―２―エチルヘキシルパーオキシジカーボネー
ト４．５Ｋｇを仕込み、重合機内の空気を真空ポンプで
除去した。ついで塩化ビニル単量体８９００Ｋｇを投入
し撹拌回転数２５０回転／分、５８℃の温度で、反応時
間約７時間経過した時点で反応を停止し、塩化ビニル樹
脂スラリーを得、連続バッチ仕込みを実施した結果を表
１に示した。得られた塩化ビニル系樹脂の変動係数は２
０％とシャープであり、初期撹拌動力は３６Ｋｗと低
く、撹拌翼に生成するスケールの付着は抑制され撹拌モ
ータ定格値の９０％の負荷に達するまでの連続バッチ数
は３５バッチであり、１バッチ間に上昇する電力値は
０．４Ｋｗであった。

【００２１】（実施例２）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の平板傾斜アームの傾斜角度を５度とした以外は
実施例１と同様の方法で製造を行った。得られた塩化ビ
ニル系樹脂の変動係数は２１％とシャープであり、初期
撹拌動力は３２Ｋｗと低くかったが、撹拌翼に生成する
スケールの付着がやや多く、撹拌モータ定格値の９０％
の負荷に達するまでの連続バッチ数は２５バッチであ
り、１バッチ間に上昇する電力値は０．７Ｋｗであっ
た。

【００２２】（実施例３）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の羽根形状を回転方向前方が矩形状とした以外は
実施例１と同様の方法で製造を行った。得られた塩化ビ
ニル系樹脂の変動係数は２０％とシャープであり、初期
撹拌動力は３６Ｋｗと低くかったが、撹拌翼に生成する
スケールの付着がやや多く、撹拌モータ定格値の９０％
の負荷に達するまでの連続バッチ数は２０バッチであ
り、１バッチ間に上昇する電力値は０．７Ｋｗであっ
た。

【００２３】（実施例４）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の羽根形状を回転方向後方が円弧状とした以外は
実施例１と同様の方法で製造を行った。得られた塩化ビ
ニル系樹脂の変動係数は４９％とブロードであった。初
期撹拌動力は３６Ｋｗと低く、撹拌翼に生成するスケー
ルの付着は抑制され撹拌モータ定格値の９０％の負荷に
達するまでの連続バッチ数は３５バッチであり、１バッ
チ間に上昇する電力値は０．４Ｋｗであった。

【００２４】（実施例５）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の平板傾斜アームの傾斜角度を３５度とした以外
は実施例１と同様の方法で製造を行った。得られた塩化
ビニル系樹脂の変動係数は３３％であり、初期撹拌動力
は４２Ｋｗとやや高かったが、撹拌翼に生成するスケー
ルの付着は抑制され、撹拌モータ定格値の９０％の負荷
に達するまでの連続バッチ数は３７バッチであり、１バ
ッチ間に上昇する電力値は０．２Ｋｗであった。

【００２５】（比較例１）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の羽根形状を、図２に示す撹拌翼でアーム直径６
０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの円柱材で、羽根の板厚み１１
ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、長さ２００ｍｍで回転方向前方
が矩形状、後方が矩形状の３枚羽根ブルーマージン翼を
３段設置した以外は実施例１と同様の方法で製造を行っ
た。得られた塩化ビニル系樹脂の変動係数は２１％とシ
ャープであり、初期撹拌動力は３２Ｋｗと低くかった
が、撹拌翼に生成するスケールの付着量が多く撹拌モー
タ定格値の９０％の負荷に達するまでの連続バッチ数は
８バッチであり、１バッチ間に上昇する電力値は２．４
Ｋｗであった。

【００２６】（比較例２）重合機に設置したブルーマー
ジン翼の羽根形状を、図２に示す撹拌翼でアーム板厚み
１６ｍｍ、板幅９０ｍｍ、長さ３５０ｍｍの平板で傾斜
角度０度、羽根の板厚み１１ｍｍ、高さ１５０ｍｍ、長
さ２００ｍｍで回転方向前方が矩形状、後方が矩形状の
３枚羽根ブルーマージン翼を３段設置した以外は実施例
１と同様の方法で製造を行った。得られた塩化ビニル系
樹脂の変動係数は２０％とシャープであり、初期撹拌動
力は３０Ｋｗと低くかったが、撹拌翼に生成するスケー
ルの付着量が多く撹拌モータ定格値の９０％の負荷に達
するまでの連続バッチ数は６バッチであり、１バッチ間
に上昇する電力値は３．３Ｋｗであった。

【００２７】

【表１】 表１からわかるように、傾斜平板アームを設けたブルー
マージン翼を設置することにより、スケール付着にとも
なう撹拌動力の上昇を抑制することができ、作業環境の
悪化、生産性の低下を招くことなく、粒子径分布がシャ
ープな高品質の樹脂が得られる。

【００２８】

【発明の効果】叙上の通り、本発明の方法によれば、重
合機を開放することなくバッチ連続重合する方法におい
て、重合機撹拌翼に生成するスケール付着にともなう撹
拌動力の上昇を抑制することができ、作業環境の悪化、
生産性の低下を招くことなく、粒子経分布がシャープな
高品質の高分子重合体が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するために用いられるブルーマー
ジン翼の一実施例を示す説明図である。

【図２】従来公知のブルーマージン翼の一実施例を示す
説明図である。

【符号の説明】

１ ボス ２ アーム ３ 羽根

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重合機中に傾斜平板アームを設けたブル
   ーマージン翼を設置し、重合性単量体を水性媒体中に分
   散させて、前記ブルーマージン翼で攪拌しながら、高分
   子重合体を製造することを特徴とする高分子重合体の水
   性分散重合方法。
2. 【請求項２】 前記ブルーマージン翼の傾斜平板アーム
   の傾斜角が５〜３５度であることを特徴とする請求項１
   記載の製造方法。
3. 【請求項３】 前記ブルーマージン翼の傾斜平板アーム
   の傾斜角が１５〜２５度であることを特徴とする請求項
   １または２記載の製造方法。
4. 【請求項４】ブルーマージン翼の回転方向前方の羽根形
   状が円弧状かつ回転方向後方が矩形状であることを特徴
   とする請求項１、２、または３記載の製造方法。
5. 【請求項５】 攪拌翼が傾斜平板アームを設けたブルー
   マージン翼を機内に設置した重合性単量体の水性分散重
   合用重合機。
6. 【請求項６】 前記ブルーマージン翼の傾斜平板アーム
   の傾斜角が１０〜３５度であることを特徴とする請求項
   ５記載の水性分散重合用重合機。
7. 【請求項７】 前記ブルーマージン翼の傾斜平板アーム
   の傾斜角が１５〜２５度であることを特徴とする請求項
   ６記載の水性分散重合用重合機。
8. 【請求項８】ブルーマージン翼の回転方向前方の羽根形
   状が円弧状かつ回転方向後方が矩形状であることを特徴
   とする請求項５、６、または７記載の水性分散重合用重
   合機。