JP2002003535A - (メタ)アクリル酸系共重合体およびその製造方法 - Google Patents

(メタ)アクリル酸系共重合体およびその製造方法

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JP2002003535A JP2000182142A JP2000182142A JP2002003535A JP 2002003535 A JP2002003535 A JP 2002003535A JP 2000182142 A JP2000182142 A JP 2000182142A JP 2000182142 A JP2000182142 A JP 2000182142A JP 2002003535 A JP2002003535 A JP 2002003535A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 (メタ)アリルエーテル系単量体量の含有量
が少ない(メタ)アクリル酸系共重合体およびその製造
方法を提供し、分散能に優れると同時に、高濃度水系あ
るいは高硬度、高塩濃度水系のように水中イオン濃度が
非常に高い場合にも良好な耐ゲル性を発揮し、しかも環
境負荷が小さい、スケール防止剤、分散剤、洗剤ビルダ
ー等を提供する。 【解決手段】 特定構造の(メタ)アクリル酸系単量体
(A)由来の構成単位(a)と、特定構造の(メタ)ア
リルエーテル系単量体(B)由来の構成単位(b)と
を、(b)/(a)=0.08〜0.30(モル比)の
割合で含み、かつ重量平均分子量が1,000〜12,
000である共重合体であって、該共重合体に含まれる
(メタ)アリルエーテル系単量体(B)量が、固形分に
対して800x3 %以下(但し、xは、前記構成単位
(b)/前記構成単位(a)(モル比)を示す。)であ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、スケール
防止剤、分散剤、洗剤ビルダー等に好適に用いられる
(メタ)アクリル酸系共重合体およびその製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】近年、(メタ)アクリル酸系単量体とス
ルホン酸基含有(メタ)アリルエーテル系単量体との共
重合体は、スケール防止剤や分散剤に求められる優れた
キレート力および分散力を発揮するものとして注目され
ており、例えば、特開平11−263892号公報、特
開平11−128715号公報、特開昭58−9987
号公報、特開平11−302341号公報、特開昭60
−173039号公報、特開昭60−190486号公
報、特開昭60−118295号公報等においては、こ
のような共重合体を用いたスケール防止剤や無機顔料分
散剤等が提案されている。
【0003】例えば、スケール防止剤においては、省資
源・節水のために高濃縮した冷却水系で用いられたり、
水質の低下等の理由から硬度の高い水系で用いられた
り、あるいは海水のような高塩濃度の水系で用いられた
りすることがあるが、このような場合には、重合体がゲ
ル化して沈殿してしまい、スケール防止能が著しく低下
する傾向がある。(メタ)アクリル酸系単量体とスルホ
ン酸基含有(メタ)アリルエーテル系単量体との共重合
体は、そのスルホン酸基含有(メタ)アリルエーテル系
単量体由来の構成単位によって、ゲル化を抑制する作用
を示すのであるが、高濃度水系あるいは高硬度、高塩濃
度水系のように水中イオン濃度が非常に高い場合には、
その程度に応じてスルホン酸基含有(メタ)アリルエー
テル系単量体の共重合量をさらに上げる必要がある。
【0004】しかし、(メタ)アリルエーテル系単量体
は、(メタ)アクリル酸系単量体との共重合性が低いた
め、十分な耐ゲル性を発揮させるべくスルホン酸基含有
(メタ)アリルエーテル系単量体の共重合比が高い共重
合体を得ようとした場合には、未反応の(メタ)アリル
エーテル系単量体が多量に残存して、共重合体中に含ま
れてしまう傾向があった。このように、仕込みの際に単
量体成分中のスルホン酸基含有(メタ)アリルエーテル
系単量体の比率を高くして共重合させた場合、見掛け上
(メタ)アリルエーテル系単量体が多く導入された共重
合体が得られたように見えても、実際に得られる共重合
体における該単量体由来の構成単位量は、モノマーとし
て残存した分だけ少ないことになる。そして、得られた
共重合体を各種用途に供する場合、通常、共重合体製造
時の各単量体の仕込み量から理論的に導かれる共重合量
比であるとみなしてその配合量が決定されるので、結
局、実質的に含まれる(メタ)アリルエーテル系構成単
位は期待した量よりも少なくなってしまい、所望の性能
が発揮できないこととなる。
【0005】また、未反応の(メタ)アリルエーテル系
単量体が多量に残存してしまうと、(メタ)アリルエー
テル系単量体のコストが比較的高いことから、経済的に
も不利となる。さらに、各種用途に供された後、共重合
体は最終的には環境中に排出されることとなるので、環
境への影響の点からも、残存モノマー含有量が少ない共
重合体が望まれている。ところで、一般に、共重合反応
に際しては、過硫酸塩等の開始剤を大過剰に用いること
により、重合率を向上させて残存モノマー量を低減させ
ることも可能であると考えられるが、過硫酸塩は反応後
に分解して硫酸塩となるので、この場合、得られる共重
合体は多量の硫酸塩を含有したものとなり、例えば、共
重合体水溶液を低温で保存した時に硫酸塩が析出すると
いった問題を生じる。このため、従来、過硫酸塩を大過
剰に用いて残存モノマー量の少ない共重合体を得ること
は検討されていなかった。また、例えば、過硫酸塩と他
の開始剤の組み合わせなど、2種以上の開始剤を併用し
て残存モノマーを低減することについても、重合系が複
雑になり種々の弊害を伴うことが懸念されるため、これ
まで全く検討されることがなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明の課題
は、(メタ)アリルエーテル系単量体量の含有量が少な
い(メタ)アクリル酸系共重合体およびその製造方法を
提供し、分散性に優れると同時に、高濃度水系あるいは
高硬度、高塩濃度水系のように水中イオン濃度が非常に
高い場合にも良好な耐ゲル性を発揮し、しかも環境負荷
が小さい、スケール防止剤、分散剤、洗剤ビルダー等を
提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、前記課題に
鑑み鋭意検討を行った結果、例えば、開始剤として過硫
酸塩と過酸化水素とを特定の割合で併用したり、単量体
を特定の方法で投入したりすることにより、(メタ)ア
リルエーテル系単量体を効果的に導入することができ、
(メタ)アリルエーテル系単量体量の含有量が少ない共
重合体を得ることができることを見いだし、本発明を完
成した。すなわち、本発明の(メタ)アクリル酸系共重
合体は、下記一般式(1)で示す(メタ)アクリル酸系
単量体(A)由来の構成単位(a)と、下記一般式
(2)で示す(メタ)アリルエーテル系単量体(B)由
来の構成単位(b)とを、(b)/(a)=0.08〜
0.30(モル比)の割合で含み、かつ重量平均分子量
が1,000〜12,000である共重合体であって、
該共重合体に含まれる(メタ)アリルエーテル系単量体
(B)量が、固形分に対して800x3 %以下(但し、
xは、前記構成単位(b)/前記構成単位(a)(モル
比)を示す。)である、ことを特徴とする。
【0008】
【化5】
【0009】(式中、R1 は、水素原子またはメチル基
を表し、Xは、水素原子、金属原子、アンモニウム基、
有機アミン基を表す。)
【0010】
【化6】
【0011】(式中、R2 は、水素原子またはメチル基
を表し、YおよびZは、それぞれ独立に水酸基またはス
ルホン酸基(但し、1価金属塩、2価金属塩、アンモニ
ウム塩、もしくは有機アミン基の塩を含む。)を表す。
但し、Y、Zの少なくとも一方はスルホン酸基であ
る。) 本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体の製造方法は、
前記本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体を得るため
の製造方法であって、開始剤として、過硫酸塩(P)と
過酸化水素(Q)とを、(Q)/(P)=1/50〜1
0/1(重量比)の割合で併用して、下記一般式(1)
で示す(メタ)アクリル酸系単量体(A)と、下記一般
式(2)で示す(メタ)アリルエーテル系単量体(B)
とを、(B)/(A)=0.08〜0.34(モル比)
の割合で含む単量体成分を共重合させる、ことを特徴と
する。
【0012】
【化7】
【0013】(式中、R1 は、水素原子またはメチル基
を表し、Xは、水素原子、金属原子、アンモニウム基、
有機アミン基を表す。)
【0014】
【化8】
【0015】(式中、R2 は、水素原子またはメチル基
を表し、YおよびZは、それぞれ独立に水酸基またはス
ルホン酸基(但し、1価金属塩、2価金属塩、アンモニ
ウム塩、もしくは有機アミン基の塩を含む。)を表す。
但し、Y、Zの少なくとも一方はスルホン酸基であ
る。)
【0016】
【発明の実施の形態】本発明の(メタ)アクリル酸系共
重合体は、前記一般式(1)で示す(メタ)アクリル酸
系単量体(A)由来の構成単位(a)と、下記一般式
(2)で示す(メタ)アリルエーテル系単量体(B)由
来の構成単位(b)とを、(b)/(a)=0.08〜
0.30(モル比)の割合で含む共重合体である。前記
(メタ)アクリル酸系単量体(A)は前記一般式(1)
で示されるものであるが、一般式(1)中、Xの例であ
る金属原子の具体例としては、例えば、リチウム、ナト
リウム、カリウム等が挙げられ、有機アミン基の具体例
としては、例えば、モノエタノールアミン、ジエタノー
ルアミン、トリエタノールアミン等が挙げられる。前記
(メタ)アクリル酸系単量体(A)の具体例としては、
例えば、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの塩
(例えば、ナトリウム塩、カリウム塩、アンモニウム塩
等)が挙げられ、これらの中でも特に、アクリル酸、ア
クリル酸ナトリウムが好ましい。これらは、1種のみを
用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0017】前記(メタ)アリルエーテル系単量体
(B)は前記一般式(2)で示されるものであるが、一
般式(2)中、YおよびZの例であるスルホン酸基のう
ち、金属塩の具体例としては、例えば、ナトリウム、カ
リウム、リチウム等の塩が挙げられ、有機アミン基の塩
の具体例としては、例えば、モノエタノールアミン、ジ
エタノールアミン、トリエタノールアミン等が挙げられ
る。前記(メタ)アリルエーテル系単量体(B)の具体
例としては、例えば、3−(メタ)アリルオキシ−2−
ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸およびその塩、3
−(メタ)アリルオキシ−1−ヒドロキシ−2−プロパ
ンスルホン酸およびその塩等が挙げられ、これらの中で
も特に、3−アリルオキシ−2−ヒドロキシ−1−プロ
パンスルホン酸ナトリウムが好ましい。これらは、1種
のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。
【0018】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体
は、前記(メタ)アクリル酸系単量体(A)由来の構成
単位(a)と、前記(メタ)アリルエーテル系単量体
(B)由来の構成単位(b)とを、(b)/(a)=
0.08〜0.30(モル比)の割合で含む共重合体で
ある。(b)/(a)が0.08(モル比)未満である
と、耐ゲル性が低くなり、例えばカルシウムイオン等の
硬度成分が多い水系においてスケール防止剤等として用
いた場合に、ポリマーがゲル化して沈殿しやすく、その
性能を発揮できないこととなる。一方、(b)/(a)
が0.30(モル比)を越えると、キレート能や分散能
が低下するので、例えばスケール防止剤等としての本来
の性能が発揮しえないこととなる。
【0019】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体
は、少なくとも前記構成単位(a)と前記構成単位
(b)とを前記の比率で有していればよく、これらのほ
かに、(メタ)アクリル酸系単量体(A)または(メ
タ)アリルエーテル系単量体(B)と共重合可能な他の
単量体(C)由来の構成単位(c)をも含んでいてもよ
い。この場合、構成単位(c)の比率は、構成単位
(a)と前記構成単位(b)との合計モル数に対して1
0モル%以下であることが好ましく、さらに好ましくは
5モル%以下であるのがよい。なお、他の単量体(C)
については後述する。本発明の(メタ)アクリル酸系共
重合体に占める前記各構成単位((a)(b)および必
要に応じて(c))の割合は、前記構成単位(a)が4
4〜84重量%、前記構成単位(b)が16〜47重量
%、、前記構成単位(c)が0〜15重量%であること
が好ましい。但し、各構成単位の合計は、常に100重
量%とする。
【0020】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体
は、該共重合体に含まれる(メタ)アリルエーテル系単
量体(B)量が、固形分に対して800x3 %以下(但
し、xは、前記構成単位(b)/前記構成単位(a)
(モル比)を示す。)であるものである。好ましくは、
固形分に対して700x3 %以下、より好ましくは60
0x3 %以下であるのがよい。一般に、(メタ)アリル
エーテル系単量体(B)は共重合性が低いため、該単量
体(B)由来の構成単位(b)の比率が高い場合、未反
応の単量体(B)が多量に残存して得られる共重合体中
に含まれてしまうのであるが、本発明の(メタ)アクリ
ル酸系共重合体は、前述のように(メタ)アリルエーテ
ル系単量体(B)由来の構成単位(b)/(メタ)アク
リル酸系単量体(A)由来の構成単位(a)の割合が
0.08〜0.30(モル比)と、構成単位(b)の割
合が高い共重合体であるにもかかわらず、(メタ)アリ
ルエーテル系単量体(B)の含有量が前記特定量以下と
非常に少ないという特徴を有する。
【0021】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体
は、重量平均分子量が1,000〜12,000である
ものである。さらに好ましくは1,200〜10,00
0である。重量平均分子量が1,000未満であると、
キレート能が低くなり、一方、12,000を越える
と、分散能が低下する傾向があるので、いずれも場合
も、例えば、スケール防止剤、分散剤、洗剤ビルダー等
の用途において所望の性能を発揮しえなくなる。重量平
均分子量が前記範囲であれば、キレート能と分散能をと
もに満足させることができるのである。本発明の(メ
タ)アクリル酸系共重合体は、硫酸イオン含有量が固形
分に対して4重量%以下であることが好ましい。硫酸イ
オン含有量が固形分に対して4重量%より多いと、例え
ば、共重合体水溶液を低温で保存した時に硫酸塩が析出
するといった問題を生じる傾向がある。
【0022】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体の
製造方法は、前記(メタ)アクリル酸系単量体(A)
と、前記(メタ)アリルエーテル系単量体(B)とを、
(B)/(A)=0.08〜0.34(モル比)の割合
で含む単量体成分を共重合させるものである。好ましく
は、(B)/(A)=0.08〜0.30(モル比)で
ある。共重合させる単量体成分中の前記単量体(A)と
前記単量体(B)との割合を前記範囲とすることによ
り、本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体、すなわ
ち、前述のように(メタ)アリルエーテル系単量体
(B)由来の構成単位(b)/(メタ)アクリル酸系単
量体(A)由来の構成単位(a)の割合が0.08〜
0.30(モル比)と、構成単位(b)の割合が高い共
重合体が得られるのである。(B)/(A)が0.08
(モル比)未満であると、得られる共重合体の耐ゲル性
が低くなり、該共重合体を例えばカルシウムイオン等の
硬度成分が多い水系におけるスケール防止剤等として用
いた場合に、ポリマーがゲル化して沈殿しやすく、その
性能を発揮できないこととなる。一方、(B)/(A)
が0.34(モル比)を越えると、得られる共重合体の
キレート能や分散能が低下するので、該共重合体を例え
ばスケール防止剤等として用いた場合に本来の性能が発
揮しえないこととなる。
【0023】前記単量体成分としては、前記単量体
(A)と前記単量体(B)の他に、必要に応じて、これ
らと共重合可能な他の単量体(C)を併用してもよい。
他の共重合体(C)としては、例えば、2−アクリルア
ミド−2−メチルプロパンスルホン酸、(メタ)アリル
スルホン酸、ビニルスルホン酸、スチレンスルホン酸、
2−スルホエチルメタクリレート等のスルホン酸基含有
不飽和単量体、およびそれらの塩;N−ビニルピロリド
ン、N−ビニルホルムアミド、N−ビニルアセトアミ
ド、N−ビニル−N−メチルホルムアミド、N−ビニル
−N−メチルアセトアミド、N−ビニルオキサゾリドン
等のN−ビニル単量体;(メタ)アクリルアミド、N,
N−ジメチルアクリルアミド、N−イソプロピルアクリ
ルアミド等の窒素含有ノニオン性不飽和単量体;3−
(メタ)アリルオキシ−1,2−ジヒドロキシプロパ
ン、(メタ)アリルアルコール、イソプレノール等の水
酸基含有不飽和単量体;3−アリルオキシ−1,2−ジ
ヒドロキシプロパンにエチレンオキサイドを1〜200
モル付加させた化合物(3−アリルオキシ−1,2−ジ
(ポリ)オキシエチレンエーテルプロパン)、(メタ)
アリルアルコールにエチレンオキサイドを1〜100モ
ル付加させた化合物等のポリオキシエチレン基含有不飽
和単量体;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリ
ル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アク
リル酸ヒドロキシエチル等の(メタ)アクリル酸エステ
ル;イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸単量体;スチレ
ン等の芳香族不飽和単量体;等が挙げられる。また、こ
れら他の単量体(C)を共重合させる場合、その使用量
は、前記単量体(A)と前記単量体(B)との合計モル
数に対して10モル%以下とすることが好ましく、さら
に好ましくは5モル%以下とするのがよい。
【0024】前記単量体成分を共重合させる際には、開
始剤として、過硫酸塩(P)と過酸化水素(Q)とを、
(Q)/(P)=1/50〜10/1(重量比)の割合
で併用することが重要である。さらに好ましくは(Q)
/(P)=1/20〜5/1(重量比)、最も好ましく
は(Q)/(P)=1/10〜3/1(重量比)の割合
とするのがよい。過硫酸塩と過酸化水素とを併用するこ
とにより、過硫酸塩を多量に用いずとも相乗効果により
重合率を十分に向上させて残存モノマー量を低減させる
ことができ、前記重量平均分子量および硫酸イオン含有
量を同時に満足する共重合体を得ることができるのであ
る。(Q)/(P)の割合が1/50より小さいと、過
酸化水素(Q)併用の効果が十分に期待できず、一方、
10/1より大きいと、多量の過酸化水素(Q)が残存
することとなり、安全性に問題を生じる傾向がある。な
お、前記過硫酸塩(P)としては、特に制限はないが、
例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸ア
ンモニウム等が挙げられる。
【0025】開始剤として用いる過硫酸塩(P)と過酸
化水素(Q)との合計使用量は、前記(メタ)アクリル
酸系単量体(A)と前記(メタ)アリルエーテル系単量
体(B)の総仕込み量1モルに対して、1〜10gとす
ることが好ましく、さらに好ましくは1〜5gとするの
がよい。また、過硫酸塩(P)と過酸化水素(Q)と
は、いずれも水溶液として重合系内に添加することが望
ましいが、これに限定されるものではない。前記単量体
成分を共重合させる際には、過硫酸塩(P)と過酸化水
素(Q)のほかに、さらに、例えば、2,2’−アゾビ
ス(2−アミノプロパン)塩酸塩、2,2’−アゾビス
〔2−メチル−N−(2−ヒドロキシエチル)−プロピ
オンアミド〕等のアゾ化合物;tert−ブチルパーオ
キシド等の過酸化物;等から選ばれる1種または2種以
上の開始剤を、通常、単量体成分に対し0.001〜1
0重量%用いることもできる。
【0026】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体の
製造方法においては、前記(メタ)アクリル酸系単量体
(A)と前記(メタ)アリルエーテル系単量体(B)と
をそれぞれ別々に投入し、かつ、前記(メタ)アリルエ
ーテル系単量体(B)を、前記(メタ)アクリル酸系単
量体(A)の投入時間の80%以内の時間で投入するこ
とが好ましい。これにより、(メタ)アリルエーテル系
単量体(B)の重合率を向上させることができ、ひいて
は、残存する(メタ)アリルエーテル系単量体(B)を
低減することができるのである。なお、各単量体の投入
の仕方については、滴下、好ましくは連続滴下が望まし
いが、これに限定されるものではない。
【0027】前記単量体成分を共重合させる際の共重合
方法としては、公知の共重合方法、例えば、バルク重
合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合等を用いることがで
き、特に限定はされない。前記共重合の際の反応温度
は、特に限定はされないが、好ましくは50〜150
℃、より好ましくは70〜120℃であり、最も好まし
くは用いる溶媒の還流温度とするのがよい。反応温度が
50℃未満であると、共重合反応性が低下する等の傾向
があり、一方、150℃を越えると、副反応が多くな
り、反応制御が困難になる等の傾向があり、好ましくな
い。なお、前記共重合反応は、窒素、アルゴン等の不活
性ガス雰囲気下で行ってもよいし、大気下で行ってもよ
い。
【0028】前記共重合反応の際の溶媒としては、特に
限定はされないが、例えば、水や、イソプロピルアルコ
ール等の炭素数1〜4のアルコールの中から選ばれたも
のが好ましく、これらは単独溶媒であっても混合溶媒で
あってもよい。最も好ましくは、有機溶媒を含まない水
である。前記共重合反応を行う際、原料混合物中の単量
体成分の濃度は、特に限定はされないが、好ましくは1
0〜70重量%、より好ましくは15〜60重量%、さ
らに好ましくは20〜55重量%である。この割合が1
0重量%未満であると、生産性が悪い等の傾向があり好
ましくない。
【0029】本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体
は、キレート能、分散能および耐ゲル性能に優れたもの
であるので、例えば、冷却水系、ボイラー水系、地熱水
系、オイルフィード水系、集塵水系、製紙水系、鉱物の
精錬水系等におけるスケール防止剤;有機・無機顔料、
土・鉱物等の無機物等の分散剤;洗剤用等のビルダー;
等の用途において好適に使用することができる。
【0030】
【実施例】以下、本発明に係る実施例および比較例につ
いて説明するが、本発明は該実施例により何ら制限され
るものではない。得られた共重合体の各種物性は以下の
ようにして測定した。なお、共重合体水溶液の固形分
は、薄膜状態で130℃で2時間、熱風乾燥して得られ
た蒸発残分を固形分とした。具体的には、共重合体水溶
液をアルミカップに約0.5g正確に秤量し、これを約
2gの脱イオン水で希釈して、130℃の熱風乾燥器中
で2時間静置した後、デシケーター内に静置して冷却
し、再度秤量した。そして、乾燥前後の重量比より固形
分を求めた。
【0031】(重量平均分子量) ゲルパーミエーショ
ンクロマトグラフィー(昭和電工(株)製「Shode
x−GPC SYSTEM−21」を用い、以下の条件
で測定した。 カラム:東ソー(株)製「TSKgelα−3000+
TSKgelα−2500+TSKguard col
umnα」 溶離液:0.1M酢酸ナトリウム水溶液/アセトニトリ
ル=7/3vol比流量 :0.5ml/分 温度 :40℃ 検量線:標準ポリアクリル酸ナトリウム(AMERIC
AN POLYMERSTANDARDS CORP.
製)
【0032】(硫酸イオン含有量) イオンクロマトグ
ラフ(日本ダイオネクス(株)製「DX−500」を用
い、以下の条件で測定した。 カラム:日本ダイオネクス(株)製「DIONEX I
onPac AS4A+AG4A」 検出器:電気伝導検出器(日本ダイオネクス(株)製
「DIONEX CD−20」) 溶離液:2mM NaHCO3 +2mM Na2 CO3
水溶液 再生液:25mM H2 SO4 流量 :1.5ml/分 温度 :室温 検量線:イオンクロマト用硫酸イオン標準液(キシダ化
学(株)製)
【0033】(残存モノマー量) 高速液体クロマトグ
ラフィー((株)日立製作所製「L−7100型ポン
プ」「L−7300型カラムオーブン」「L−7200
型オートサンプラー」「L−7400型UV検出器(波
長200nm)」)を用い、以下の条件で定量した。 カラム:昭和電工(株)製「ShodexRSpak
DE−413」 溶離液:0.1重量%リン酸水溶液 流量 :1ml/分 温度 :40℃ 〔実施例1〕バドル翼(SUS316製バドル型回転
翼)攪拌機、還流冷却管、4つの滴下装置を備えた内容
積500mlのガラス製セパラブルフラスコに、脱イオ
ン水76gを仕込み、沸点還流温度まで昇温した。次い
で、攪拌下、アクリル酸ナトリウム(以下、SAと略
す)の37%水溶液159.28gと、アクリル酸(以
下、AAと略す)の80%水溶液6.76gとの混合液
166.04gと、3−アリルオキシ−2−ヒドロキシ
−1−プロパンスルホン酸ナトリウム(以下、HAPS
と略す)の40%水溶液81.9gと、過硫酸ナトリウ
ム(以下、NaPSと略す)の10%水溶液26.6g
と、過酸化水素(以下、HPと略す)の2%水溶液4
4.5gとを、それぞれ別々に、SA水溶液とAA水溶
液との混合液は140分、HAPS水溶液は120分、
NaPS水溶液は160分、HP水溶液は140分かけ
て、滴下した。滴下終了後、30分間にわたって沸点還
流温度を維持して重合を完結させ、淡黄色透明な水溶性
の共重合体水溶液を得た。
【0034】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=16.2/83.8 =0.193 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して10.0% 固形分に対して3.1重量%(432x3 %) SAとAAの合計残存量:仕込み量に対して0.20モル% 共重合体の重量平均分子量:5300 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し2.96重量%であった。
【0035】〔実施例2〕バドル翼(SUS316製バ
ドル型回転翼)攪拌機、還流冷却管、4つの滴下装置を
備えた内容積1500mlのガラス製セパラブルフラス
コに、脱イオン水208.0gを仕込み、沸点還流温度
まで昇温した。次いで、攪拌下、SAの37%水溶液3
66.3gと、AA18.5gとの混合液384.8g
と、HAPSの25%水溶液358.8gと、NaPS
の20%水溶液31.9gと、HPの12.5%水溶液
16.5gとを、それぞれ別々に、SA水溶液とAA水
溶液との混合液は120分、HAPS水溶液は120
分、NaPS水溶液は140分、HP水溶液は120分
かけて、滴下した。滴下終了後、30分間にわたって沸
点還流温度を維持して重合を完結させ、淡黄色透明な水
溶性の共重合体水溶液を得た。
【0036】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=17.7/82.3 =0.213 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して15.1% 固形分に対して5.5重量%(575x3 %) SAとAAの合計残存量:仕込み量に対して0.26モル% 共重合体の重量平均分子量:4700 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し2.94重量%であった。
【0037】〔実施例3〕実施例2と同様のガラス製セ
パラブルフラスコに、脱イオン水186.4gを仕込
み、沸点還流温度まで昇温した。次いで、攪拌下、SA
の37%水溶液445.1gと、AA14.0gとの混
合液459.1gと、HAPSの25%水溶液299.
5gと、NaPSの20%水溶液33.7gと、HPの
12.5%水溶液18.3gとを、それぞれ別々に、S
A水溶液とAA水溶液との混合液は120分、HAPS
水溶液は120分、NaPS水溶液は140分、HP水
溶液は120分かけて、滴下した。滴下終了後、30分
間にわたって沸点還流温度を維持して重合を完結させ、
淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶液を得た。
【0038】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=14.4/85.6 =0.168 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して4.4% 固形分に対して1.3重量%(268x3 %) SAとAAの合計残存量:仕込み量に対して0.02モル% 共重合体の重量平均分子量:7000 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し2.71重量%であった。
【0039】〔比較例1〕バドル翼(SUS316製バ
ドル型回転翼)攪拌機、還流冷却管、4つの滴下装置等
を備えた内容積500mlのステンレス製(SUS30
4製)セパラブルフラスコに、脱イオン水(初期仕込み
液)41.7gを仕込んだ。一方、前記4つの滴下装置
に、SAの37%水溶液177.84gと、AAの80
%水溶液8.92gと、HAPSの25%水溶液17
4.19gと、NaPSの7.5%水溶液22.18g
とを、それぞれ別々に滴下液として仕込んだ。次いで、
バドル翼を回転数150rpmで回転させて脱イオン水
を攪拌しながら加熱し、沸点まで昇温させた後、前記の
各滴下液をフラスコ内へ同時に滴下し、共重合反応を開
始した。このとき、SA水溶液は120分、AA水溶液
は120分、HAPS水溶液は110分、NaPS水溶
液は125分かけて各々滴下し、反応温度(滴下時の反
応系の温度)は、沸点還流温度となるように調整した。
滴下終了後、30分間にわたって沸点還流温度で攪拌し
て重合を完結させ、淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶
液を得た。
【0040】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=12.8/87.2 =0.146 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して44.2% 固形分に対して15.5重量%(4929x3 %) SAとAAの合計残存量:仕込み量に対して4.7モル% 共重合体の重量平均分子量:27000 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し1.50重量%であった。
【0041】〔比較例2〕バドル翼(SUS316製バ
ドル型回転翼)攪拌機、還流冷却管、3つの滴下装置等
を備えた内容積500mlのガラス製セパラブルフラス
コに、脱イオン水99.6gを仕込み、90℃にて攪拌
しながら、SAの35%水溶液162.4gと、HAP
Sの40%水溶液58gと、過硫酸アンモニウム(以
下、APSと略す)の5%水溶液80gとを、それぞれ
別々に、3.5時間かけて滴下し、共重合反応を開始し
た。滴下終了後、30分間にわたって90℃を維持して
重合を完結させ、淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶液
を得た。
【0042】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=18.4/81.6 =0.136 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して25.8% 固形分に対して6.8重量%(2744x3 %) SAの残存量:仕込み量に対して3.5モル% 共重合体の重量平均分子量:6000 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し4.15重量%であった。
【0043】〔比較例3〕比較例2と同様のガラス製セ
パラブルフラスコに、脱イオン水80gを仕込み、95
℃にて攪拌しながら、SAの35%水溶液161.2g
と、HAPSの30%水溶液130.8gと、重合開始
剤としてNaPSの15%水溶液28.8gとを、それ
ぞれ別々に、2時間かけて滴下し、共重合反応を開始し
た。滴下終了後、30分間にわたって95℃を維持して
重合を完結させ、淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶液
を得た。得られた共重合体水溶液中を分析したところ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=11.5/88.5 =0.130 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して63.8% 固形分に対して23.4重量%(10678x3 % ) SAの残存量:仕込み量に対して16.7モル% 共重合体の重量平均分子量:24000 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し4.23重量%であった。
【0044】〔比較例4〕バドル翼(SUS316製バ
ドル型回転翼)攪拌機、還流冷却管、ガス導入管、3つ
の滴下装置等を備えた内容積500mlのガラス製セパ
ラブルフラスコに、SAの18.4%水溶液688g
と、HAPS73.4gとの混合液のうちの20重量
%、および、APSの5%水溶液40gのうちの20重
量%をそれぞれ仕込み、攪拌下、フラスコ内を窒素置換
し、窒素雰囲気下で95℃に加熱した。その後、前記S
AとHAPSとの混合液の残り、および、APS水溶液
の残りを、それぞれ別々に、120分かけて滴下した。
滴下終了後、さらに、APSの5%水溶液8gを20分
かけて滴下するとともに、120分間にわたって95℃
を維持して重合を完結させ、淡黄色透明な水溶性の共重
合体水溶液を得た。
【0045】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=9.0/91.0 =0.099 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して63.7% 固形分に対して21.7重量%(22260x3 % ) SAの残存量:仕込み量に対して8.4モル% 共重合体の重量平均分子量:排除限界(50000)以
上で測定不可共重合体水溶液中の硫酸イオン(S
4 2- )量:固形分に対し1.40重量%であった。
【0046】〔比較例5〕比較例4と同様のガラス製セ
パラブルフラスコに、脱イオン水200gとイソプロピ
ルアルコール26gとを仕込み、窒素気流下で加熱還流
させた。これとは別に、脱イオン水中に27.3%のN
aPSを含有する重合開始剤溶液を調製し、窒素ガスを
吹き込んだ。この重合開始剤溶液20mlと、AA72
gと、HAPSの40%水溶液136gとを、前記フラ
スコ内に、それぞれ別々に、2時間かけて滴下し、共重
合反応を開始した。滴下終了後、2時間にわたって85
℃を維持して重合を完結させ、その後、イソプロピルア
ルコール/水混合溶液66.4gを加熱留去した。得ら
れた反応混合物を40℃以下に冷却し、48%水酸化ナ
トリウム(以下、NaOHと略す)62.5gを加え、
淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶液を得た。
【0047】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=11.1/88.9 =0.124 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して25.6% 固形分に対して6.8重量%(3508x3 %) AAの残存量:仕込み量に対して0.46モル% 共重合体の重量平均分子量:6800 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し3.05重量%であった。
【0048】〔比較例6〕バドル翼(SUS316製バ
ドル型回転翼)攪拌機、還流冷却管、ガス導入管、2つ
の滴下装置等を備えた内容積500mlのガラス製セパ
ラブルフラスコに、脱イオン水228gと、イソプロピ
ルアルコール15gと、HAPSの40%水溶液180
gとを仕込み、窒素気流下で加熱還流させた。これとは
別に、脱イオン水中に27.3%のNaPSを含有する
重合開始剤溶液を調製し、窒素ガスを吹き込んだ。この
重合開始剤溶液20mlと、AA72gとを、前記フラ
スコ内に、それぞれ別々に、2時間かけて滴下し、共重
合反応を開始した。滴下終了後、2時間にわたって85
℃を維持して重合を完結させ、その後、イソプロピルア
ルコール/水混合溶液39.5gを加熱留去した。得ら
れた反応混合物を40℃以下に冷却し、48%NaOH
62.5gを加え、淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶
液を得た。
【0049】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=24.1/75.9 =0.319 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して4.2% 固形分に対して1.6重量%(51x3 %) AAの残存量:仕込み量に対して0.05モル% 共重合体の重量平均分子量:28000 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し2.23重量%であった。
【0050】〔比較例7〕比較例4と同様のガラス製セ
パラブルフラスコに、脱イオン水228gとイソプロピ
ルアルコール15gとを仕込み、窒素気流下で加熱還流
させた。これとは別に、脱イオン水中に27.3%のN
aPSを含有する重合開始剤溶液を調製し、窒素ガスを
吹き込んだ。この重合開始剤溶液20mlと、AA72
gと、HAPSの40%水溶液180gとを、前記フラ
スコ内に、それぞれ別々に、2時間かけて滴下し、共重
合反応を開始した。滴下終了後、2時間にわたって85
℃を維持して重合を完結させ、その後、イソプロピルア
ルコール/水混合溶液46.5gを加熱留去した。得ら
れた反応混合物を40℃以下に冷却し、48%NaOH
62.5gを加え、淡黄色透明な水溶性の共重合体水溶
液を得た。
【0051】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=17.8/82.2 =0.217 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して34.7% 固形分に対して14.1重量%(1383x3 %) AAの残存量:仕込み量に対して0.45モル% 共重合体の重量平均分子量:6700 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し2.27重量%であった。
【0052】〔比較例8〕比較例6と同様のガラス製セ
パラブルフラスコに、脱イオン水200gと、イソプロ
ピルアルコール26gと、HAPSの40%水溶液9
0.8gとを仕込み、窒素気流下で加熱還流させた。こ
れとは別に、脱イオン水中に27.3%のNaPSを含
有する重合開始剤溶液を調製し、窒素ガスを吹き込ん
だ。この重合開始剤溶液20mlと、AA72gとを、
前記フラスコ内に、それぞれ別々に、2時間かけて滴下
し、共重合反応を開始した。滴下終了後、2時間にわた
って85℃を維持して重合を完結させ、その後、イソプ
ロピルアルコール/水混合溶液39.5gを加熱留去し
た。得られた反応混合物を40℃以下に冷却し、48%
NaOH62.5gを加え、淡黄色透明な水溶性の共重
合体水溶液を得た。
【0053】得られた共重合体水溶液中を分析したとこ
ろ、 共重合体の組成比:HAPS/AA(モル比)〔x〕=14.0/86.0 =0.163 HAPSモノマー残存量:仕込み量に対して2.0% 固形分に対して0.5重量%(122x3 %) AAの残存量:仕込み量に対して0.03モル% 共重合体の重量平均分子量:16500 共重合体水溶液中の硫酸イオン(SO4 2- )量:固形分
に対し3.09重量%であった。
【0054】以上の実施例、比較例で得られた共重合体
水溶液について、以下の性能評価を行った。結果を表1
に示す。 <BOD(生物化学的酸素消費量)> 共重合体の0.
1%水溶液のBODを、JIS−K0102(工場排水
試験方法)21に準ずる方法で測定し、固形分1gあた
りのBOD値として算出した。なお、植種液としては、
標準活性汚泥を用いた。このBOD値が大きいほど、共
重合体を含む排水を公共用水域に放流した際に、水中の
溶存酸素の欠乏を招き自浄作用を損なう結果となり、環
境負荷が大きいことを示す。
【0055】<耐ゲル化能> 500mlトールビーカ
ーに、脱イオン水、ほう酸−ほう酸ナトリウムpH緩衝
液、共重合体の1%水溶液、塩化カルシウム溶液の順に
加え、pH8.5、共重合体100mg固形分/L、カ
ルシウム硬度500mgCaCO3 /Lの試験液500
mlを調製した。このトールビーカーをポリエチレンフ
ィルムでシールして、90℃の恒温水槽内に1時間静置
した。そして、共重合体とカルシウムイオンが結合して
生成するゲルによって生じる試験液の濁りを、UV波長
380nm、50mmの石英セルで吸光度を測定するこ
とにより検出し、得られた吸光度値によって耐ゲル化能
を評価した。値が小さいほど耐ゲル化能が優れることを
示す。
【0056】<クレー分散能> グリシン67.56
g、塩化ナトリウム52.6g、1モル/LのNaOH
水溶液60mlにイオン交換水を加えて600gとした
グリシン緩衝溶液を調製した。次に、このグリシン緩衝
溶液60gと、塩化カルシウム2水和物0.0817g
とに、イオン交換水を加えて1000gとし、分散液を
調製した。また、固形分換算で0.1%の共重合体水溶
液を調製した。30mlの実験用試験管に、JIS試験
用粉体1.8種(関東ローム、微粒:日本粉体工業技術
協会)のクレー0.3gを入れ、分散液27g、共重合
体水溶液3gを添加した。この試験管をパラフィルムで
密封し、上下に20回振った後、20時間静置し、上澄
みをホールピペットで5ml採取した。採取した液につ
いてUV波長380nm、10mmの石英セルで吸光度
を測定し、得られた吸光度値によってクレー分散能を評
価した。値が大きいほどクレー分散能が優れることを示
す。
【0057】
【表1】
【0058】表1から明らかなように、実施例1〜3の
共重合体水溶液はいずれも、BODすなわち環境負荷が
小さく、しかも耐ゲル化能およびクレー分散能にも優れ
るものであった。一方、比較例1、3〜5および7の共
重合体水溶液はいずれも、実施例2と比べて仕込み時の
組成におけるスルホン酸基量が同等かそれ以上であるに
もかかわらず、固形分に対するHAPSモノマー残存量
が本発明の範囲を超えて多いため、結果的に得られた共
重合体の組成比〔x〕が小さくなってしまい、いずれも
仕込み時の組成から期待されるだけの耐ゲル化能を発揮
しえないものであった。同様に、比較例2の共重合体水
溶液も、実施例3と比べて仕込み時の組成におけるスル
ホン酸基量が同等であるにもかかわらず、固形分に対す
るHAPSモノマー残存量が本発明の範囲を超えて多い
ため、結果的に得られた共重合体の組成比〔x〕が小さ
くなってしまい、仕込み時の組成から期待されるだけの
耐ゲル化能を発揮しえないものであった。
【0059】また、固形分に対するHAPSモノマー残
存量が本発明の範囲外である比較例1〜5および7の共
重合体水溶液はいずれも、BOD値すなわち環境負荷が
大きいものであった。また、重量平均分子量が本発明の
範囲を超える比較例1、3、4、6および8の共重合体
水溶液はいずれも、クレー分散能が低いものであった。
【0060】
【発明の効果】本発明によれば、(メタ)アリルエーテ
ル系単量体量の含有量が少ない(メタ)アクリル酸系共
重合体およびその製造方法を提供することができる。本
発明の(メタ)アクリル酸系共重合体は、例えば、スケ
ール防止剤、分散剤、洗剤ビルダーとして有用であり、
分散能に優れると同時に、高濃度水系あるいは高硬度、
高塩濃度水系のように水中イオン濃度が非常に高い場合
にも良好な耐ゲル性を発揮し、しかも環境負荷を低減す
ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C08F 220/34 C08F 220/34 (72)発明者 藤澤 隆志 大阪府吹田市西御旅町5番8号 株式会社 日本触媒内 Fターム(参考) 4J011 AA05 BA03 BB01 BB06 BB17 4J015 BA02 4J100 AG08Q AJ02P AK03P AK08P AL08P BA03P BA03Q BA30P BA30Q BA56Q CA04 DA01 FA03 JA01 JA15

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式(1)で示す(メタ)アクリル
    酸系単量体(A)由来の構成単位(a)と、下記一般式
    (2)で示す(メタ)アリルエーテル系単量体(B)由
    来の構成単位(b)とを、(b)/(a)=0.08〜
    0.30(モル比)の割合で含み、かつ重量平均分子量
    が1,000〜12,000である共重合体であって、 該共重合体に含まれる(メタ)アリルエーテル系単量体
    (B)量が、固形分に対して800x3 %以下(但し、
    xは、前記構成単位(b)/前記構成単位(a)(モル
    比)を示す。)である、ことを特徴とする(メタ)アク
    リル酸系共重合体。 【化1】 (式中、R1 は、水素原子またはメチル基を表し、X
    は、水素原子、金属原子、アンモニウム基、有機アミン
    基を表す。) 【化2】 (式中、R2 は、水素原子またはメチル基を表し、Yお
    よびZは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸基
    (但し、1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩、も
    しくは有機アミン基の塩を含む。)を表す。但し、Y、
    Zの少なくとも一方はスルホン酸基である。)
  2. 【請求項2】硫酸イオン含有量が固形分に対して4重量
    %以下である、請求項1に記載の(メタ)アクリル酸系
    共重合体。
  3. 【請求項3】請求項1または2に記載の(メタ)アクリ
    ル酸系共重合体を得るための製造方法であって、 開始剤として、過硫酸塩(P)と過酸化水素(Q)と
    を、(Q)/(P)=1/50〜10/1(重量比)の
    割合で併用して、下記一般式(1)で示す(メタ)アク
    リル酸系単量体(A)と、下記一般式(2)で示す(メ
    タ)アリルエーテル系単量体(B)とを、(B)/
    (A)=0.08〜0.34(モル比)の割合で含む単
    量体成分を共重合させる、ことを特徴とする(メタ)ア
    クリル酸系共重合体の製造方法。 【化3】 (式中、R1 は、水素原子またはメチル基を表し、X
    は、水素原子、金属原子、アンモニウム基、有機アミン
    基を表す。) 【化4】 (式中、R2 は、水素原子またはメチル基を表し、Yお
    よびZは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸基
    (但し、1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩、も
    しくは有機アミン基の塩を含む。)を表す。但し、Y、
    Zの少なくとも一方はスルホン酸基である。)
  4. 【請求項4】前記(メタ)アクリル酸系単量体(A)と
    前記(メタ)アリルエーテル系単量体(B)とをそれぞ
    れ別々に投入し、かつ、前記(メタ)アリルエーテル系
    単量体(B)を、前記(メタ)アクリル酸系単量体
    (A)の投入時間の80%以内の時間で投入する、請求
    項3に記載の(メタ)アクリル酸系共重合体の製造方
    法。
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