JP2003206302A - ビニル単量体の重合方法 - Google Patents

ビニル単量体の重合方法

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JP2003206302A
JP2003206302A JP2002006268A JP2002006268A JP2003206302A JP 2003206302 A JP2003206302 A JP 2003206302A JP 2002006268 A JP2002006268 A JP 2002006268A JP 2002006268 A JP2002006268 A JP 2002006268A JP 2003206302 A JP2003206302 A JP 2003206302A
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Japan
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polymerization
mercaptan
gas phase
vinyl monomer
polymer
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JP2002006268A
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English (en)
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Mitsuhiro Matsuo
光弘 松尾
Hirotoshi Mizota
浩敏 溝田
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Mitsubishi Rayon Co Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Rayon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクリル酸エステルを含むビニル単量体の重
合であっても、重合器気相部へのポリマー付着を防止す
る方法を提供する。 【解決手段】 重合器を用いたアクリル酸エステル2質
量%以上を含むビニル単量体の重合方法において、重合
器内の気相部に炭素数3〜5のメルカプタンを少なくと
も1種存在させるビニル単量体の重合方法;気相部にお
ける炭素数3〜5のメルカプタン濃度が10〜1000
ppmの範囲内であることが好ましい;炭素数6以上の
メルカプタンをさらに気相部に存在させることもでき
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、ビニル単量体の重
合方法に関し、より詳しくは重合器内気相部へのポップ
コーン重合体の付着を防止する重合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ビニル単量体を重合器内で塊状重
合、溶液重合、懸濁重合、乳化重合する方法が知られて
いる。これらの重合法においては、反応熱の除去、安全
および操作上の問題、あるいは重合装置上の制限等の理
由により重合器内の全空間を重合反応液で満たして行う
ことは少なく、通常気相部が存在した状態で重合が行わ
れる。これらの重合においては気相部に存在するガス状
の単量体が重合器内気相部壁面等で凝縮した後重合し、
重合器内壁面等に多量の重合体スケールが付着すること
がある。このような重合体が付着すると重合器内のノズ
ルが閉塞したり、攪拌機を有する重合器であれば撹拌機
の機能に障害が起こることがある。また、重合体スケー
ルの剥離スケールが製品中に混入して製品に不具合が発
生することもある。さらには、重合器から、この重合体
スケールを除去する際に多大な労力と時間を要し、工業
規模で生産を行う場合大きな問題となる。
【0003】このような重合器内気相部壁面等への重合
体スケールの付着防止法として、特開昭56−806号
公報には、常圧での沸点が100℃以下、好ましくは4
0℃以下のメルカプタンを気相中に存在させて重合を行
う方法が開示されている。この方法によって得られた重
合体中には低沸点のメルカプタンが極微量残存するが、
低沸点のメルカプタンはたとえ極微量であっても、その
特異な臭気のため工業的には使用に堪えないという問題
がある。さらに、あまりにも低沸点のメルカプタンを用
いると重合反応器気相部における凝縮量が少なくなり、
単量体凝縮液内の濃度が低くなることによって、重合体
スケール付着防止効果が低下する問題がある。
【0004】また、特開平2−55703号公報には、
気相部での重合ポリマーの生成を防止するために上下に
二分割されたジャケット式重合器において上部ジャケッ
トを冷却し、反応液の気液界面を冷却ジャケットを有す
る内壁面に位置させ、且つ、単量体フィード管を気相部
に設けて、その先端が攪拌翼の軸に近接して設けること
で冷却モノマーが軸に接触し軸を冷却することで、軸部
や気相部での重合ポリマーの生成を抑制する重合器が開
示されている。
【0005】さらに、特開平10−158307号公報
には、気相部を冷却ジャケットにより冷却し、特殊な攪
拌翼を用いて気液界面からの単量体の蒸発量を増加させ
て、単量体の凝縮液で壁面を洗い流すことによりポリマ
ー付着を防止する方法が開示されている。
【0006】一方、アクリル酸エステルを含む単量体を
重合すると、メタクリル酸エステルやスチレンと異な
り、ポップコーン重合と称される異常重合を起こしやす
いことが知られている。ポップコーン重合の反応機構は
未だ明確ではなく、得られる重合体はいかなる溶媒にも
溶解しない。前述の様にビニル単量体を重合器内で重合
する場合、気相部に上昇したアクリル酸エステルは、熱
重合または他の原因により重合を開始する。その場合、
成長を始めた重合体は、連鎖移動成分が存在しない環境
に於いてアクリル酸エステルのα位置の水素(H)を引
き抜き連鎖移動する。重合体の鎖上で水素(H)が引き
抜かれるとラジカルを生成する。この現象は、電子スピ
ン共鳴(ESR)装置で観測できる。α位置にエステル
置換体を有するメタクリル酸エステルの重合時にはこの
ポップコーン重合体を生成しないが、α位置にエステル
置換体を有しないアクリル酸エステルを含む単量体の重
合時には、ポップコーン重合によると考えられる、いか
なる溶媒にも溶解しないポップコーン重合体スケールが
生成する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】これらの理由によっ
て、前述の方法は、アクリル酸エステルを含まないメタ
クリル酸メチルやスチレンの重合ではポリマー付着防止
効果が認められるが、アクリル酸エステルを含む場合
は、気相部でのポリマー付着防止が十分でない。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な状況に鑑み鋭意検討を行った結果、特殊な重合方法を
採用することにより、前記の問題点が一挙に解決できる
ことを見出し本発明を完成した。
【0009】すなわち本発明の要旨は、重合器を用いた
アクリル酸エステル2質量%以上を含むビニル単量体の
重合方法において、重合器内の気相部に炭素数3〜5の
メルカプタンを少なくとも1種存在させるビニル単量体
の重合方法にある。炭素数6以上のメルカプタンをさら
に気相部に存在させることもできる。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の重合方法は、重合器を用
いたアクリル酸エステル2質量%以上を含むビニル単量
体の重合方法において、重合器内の気相部に炭素数3〜
5のメルカプタンを少なくとも1種存在させる。
【0011】本発明の重合方法において使用される重合
器としては公知の重合器が挙げられる。
【0012】気相部に存在させる炭素数3〜5個のメル
カプタンとしては、イソプロピルメルカプタン、n−プ
ロピルメルカプタン、イソブチルメルカプタン、n−ブ
チルメルカプタン等が挙げられる。炭素数4個のメルカ
プタンがより好ましい。臭気の観点からn−ブチルメル
カプタンが最も好ましい。
【0013】これらのメルカプタンの常圧における沸点
は、60〜125℃程度である。炭素数1〜2個のメル
カプタンでは沸点が6〜35℃と余りにも低すぎるた
め、重合体スケール付着防止の効果が低い。
【0014】気相部にこれらのメルカプタンを一定濃度
以上存在させる方法としては、特に限定されないが、例
えば、原料となるビニル単量体にメルカプタンを添加
し、重合性原料の一部として重合器に供給してもよく、
あるいは、重合器内気相部にメルカプタンを注入しても
よい。これらメルカプタンの添加量または注入量として
は、気相部における炭素数3〜5個のメルカプタン濃度
を10〜1000ppmの範囲内にすることが好まし
い。50〜100ppmの範囲内がより好ましい。
【0015】本発明の重合方法で用いるビニル単量体は
アクリル酸エステルを2質量%以上含有する。含有量の
上限は、30質量%以下であることが好ましい。
【0016】アクリル酸エステルとしては、例えば、ア
クリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル
などのアクリル酸アルキルエステル;フッ化アクリレー
ト、ベンジルアクリレート等が挙げられる。また、これ
らの混合物でもよい。特に、アクリル酸メチル及びアク
リル酸エチルの少なくとも一方を含むビニル単量体を重
合する際には、気相部における溶媒不溶型、すなわち、
ポップコーン重合体スケールが生成しやすく、本発明の
効果が顕著となる。
【0017】また、本発明の重合方法におけるビニル単
量体を構成するアクリル酸エステル以外のビニル単量体
としては、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル等
のメタクリル酸アルキルエステル、フッ化メタクリレー
ト、ベンジルメタクリレート、スチレン、アクリロニト
リル等が挙げられる。また、これらの混合物でも良い。
これらの含有量は98質量%以下である。含有量の下限
は70質量%以上であることが好ましい。
【0018】本発明の重合方法においては、ビニル単量
体を構成する成分のなかで最も含有量が多い成分を主成
分単量体と称する。気相部の重合器内壁面温度は、気相
部圧力における主成分単量体の沸点以下であることが好
ましい。反応器気相部は冷却ジャケット、または気相部
内部に設けられた冷却装置により冷却することができ
る。
【0019】本発明の重合方法において採用できる重合
方法としては、前記ビニル単量体を効率よく重合できる
連続溶液重合または連続塊状重合が好ましい。
【0020】液相部の重合温度は120〜180℃の範
囲内であることが好ましい。気相部圧力は0.1〜5M
Paの範囲内であることが好ましい。
【0021】本発明の重合方法においては、炭素数3〜
5のメルカプタンと、炭素数6個以上のメルカプタンと
を併用することもできる。炭素数6個以上のメルカプタ
ンとしてはヘキシルメルカプタン、ヘプチルメルカプタ
ン、イソオオクチルメルカプタン、n−オクチルメルカ
プタン、ノニルメルカプタン、イソデシルメルカプタ
ン、n−デシルメルカプタン、n−ドデシルメルカプタ
ンsec−ドデシルメルカプタン等が挙げられる。これ
らの常圧における沸点は150℃程度以上である。併用
するメルカプタンの炭素数は14個以下であることが好
ましい。実用的なメルカプタンとしては、n−オクチル
メルカプタン、n−ドデシルメルカプタン等が挙げられ
る。
【0022】さらに、本発明では単量体と共にラジカル
重合開始剤を供給することが好ましい。重合開始剤は特
に限定される必要はなく、公知の有機過酸化物やアゾ化
合物が使用できる。
【0023】
【実施例】以下、本発明を実施例によってさらに詳しく
説明するが、これらは本発明を限定するものではない。
【0024】(実施例1)精製したメタクリル酸メチル
97質量%とアクリル酸メチル3質量%とからなる単量
体の混合物100質量部に対して、n−オクチルメルカ
プタン(ELF ATOCHEM NORTH AMERICA INC製、沸点19
9℃、純度99.5質量%)0.26質量部とn−ブチ
ルメルカプタン(ELF ATOCHEM NORTH AMERICA INC製、
純度99.5重量%)0.01質量部、ラジカル開始剤
として2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(和光純薬
製V−60、沸点98℃、純度99重量%)を1.71
×10−4 モル/kg混合した原料を液相部の重合温
度135℃、気相部圧力0.5MPaに制御された攪拌
混合下の完全混合型重合器に連続的に供給し連続塊状重
合を行った。
【0025】重合器内の液相部はダブルヘリカルリボン
翼により撹拌混合した。液相部における平均滞留時間は
4時間とした。重合器気相部は外部にジャケットを設け
てその中に冷却水を流して、気相部の重合器内壁面温度
を55℃、気相部中心部温度を60℃に冷却した。な
お、この圧力におけるメタクリル酸メチルの沸点は17
0℃である。
【0026】続いて、液相部から反応した原料を連続的
にベントエクストルーダに供給して、未反応単量体を含
む揮発物を分離除去し重合体を得た。単位時間当たりの
重合器に供給する単量体量と、ベントエクストルーダ先
端から得られる重合体量から重合器における重合体転化
率を計算した結果、49質量%であった。
【0027】上記重合を30日間継続した後、重合を終
了し、重合器内部を観察した結果、ポップコーン重合体
スケールの付着は見られなかった。また、重合終了近く
で、重合器上部から、圧力の維持と冷却可能な冶具を用
いて気相部の成分を取り出し成分別濃度をキャピラリガ
スクロマトグラフィーを用いて測定したところ、単量体
の組成はメタクリル酸メチル94質量%、アクリル酸メ
チル6質量%であって、気相部のメルカプタン濃度は、
n−オクチルメルカプタン20ppm、n−ブチルメル
カプタン100ppmであった。
【0028】(実施例2)実施例1において、n−オク
チルメルカプタンとn−ブチルメルカプタンの添加量を
入れ替えたこと以外は、実施例1と同様の方法で連続塊
状重合し、重合器内部を観察した結果、ポップコーン重
合体スケールの付着は見られなかった。但し、得られた
重合体から未反応のn−ブチルメルカプタンが微量検出
された。ポップコーン重合体スケール付着防止に効果が
あったが、得られた重合体を成形加工する時の臭気発生
の原因と成りうる可能性もある。また気相部の単量体の
組成は、メタクリル酸メチル94質量%、アクリル酸メ
チル6質量%であって、気相部のメルカプタン濃度は、
n−ブチルメルカプタン0.27質量%、n−オクチル
メルカプタン20ppmであった。
【0029】(比較例1)実施例1において、n−ブチ
ルメルカプタンを添加しなかったこと以外は、実施例1
と同様に30日間連続して重合を行ったあと、反応槽の
内部を観察した結果、気相部の重合釜内壁面等には重合
体スケールの付着が見られた。その重合体スケールを剥
離させて、50℃のクロロホルム溶液に3日間浸漬して
も重合体スケールは溶解しなかったため、その重合体ス
ケールがポップコーン重合体であることが判明した。ま
た気相部の単量体の組成は、メタクリル酸メチル93質
量%、アクリル酸メチル7質量%であって、気相部のメ
ルカプタン濃度はn−オクチルメルカプタン25ppm
であり、n−ブチルメルカプタンは検出されなかった。
【0030】
【発明の効果】本発明によれば、従来アクリル酸エステ
ルを含むビニル単量体の重合において問題の多かった重
合器気相部内壁への重合体スケールの付着を完全に防止
し、しかも生産性よく品質の優れた製品を得ることがで
きる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重合器を用いたアクリル酸エステル2質
    量%以上を含むビニル単量体の重合方法において、重合
    器内の気相部に炭素数3〜5のメルカプタンを少なくと
    も1種存在させるビニル単量体の重合方法。
  2. 【請求項2】 気相部における炭素数3〜5のメルカプ
    タン濃度が10〜1000ppmの範囲内である請求項
    1に記載の重合方法。
  3. 【請求項3】 アクリル酸エステルがアクリル酸メチル
    及びアクリル酸エチルの少なくとも一方である請求項1
    または請求項2に記載の重合方法。
  4. 【請求項4】 気相部の重合器内壁面温度が気相部圧力
    における主成分単量体の沸点以下である請求項1〜3の
    いずれかに記載の重合方法。
  5. 【請求項5】 液相部の重合温度が120〜180℃の
    範囲内であって、連続溶液重合または連続塊状重合であ
    る請求項1〜4のいずれかに記載の重合方法。
  6. 【請求項6】 炭素数6以上のメルカプタンをさらに気
    相部に存在させる請求項1〜5のいずれかに記載の重合
    方法。
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