JP2003277409A - (メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法並びに用途 - Google Patents
(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法並びに用途Info
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Abstract
を工業的に容易に製造する方法を提供する。 【解決手段】 (メタ)アクリル酸系水溶性単量体を水
溶液重合して(メタ)アクリル酸系重合体を製造するに
際し、重合後の反応液中の重合体の単量体換算濃度が3
8〜72重量%となるのに必要な(メタ)アクリル酸系
水溶性単量体、重合開始剤及び次亜リン酸(塩)を水性
媒体中に逐次導入して重合した後、中和する。
Description
酸系水溶性重合体の製造方法並びに該製造方法で得られ
た(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の用途に関する。
造方法としては従来より多数提案されている。次亜リン
酸(塩)存在下での(メタ)アクリル酸系水溶性重合体
の製造方法についても多数提案されている。例えばUS
2,789,099号(特許文献1)、特開昭50−1
5881号(特許文献2)、特開昭55−127413
号(特許文献3)に製法が開示されている。また、次亜
リン酸(塩)存在下で得られた(メタ)アクリル酸系水
溶性重合体の用途についても多数提案されている。
文献4)、特開昭55−11092号(特許文献5)、
特開昭55−14900号(特許文献6)、特開昭59
−193909号(特許文献7)、特開昭60−174
793号(特許文献8)、特開昭61−220794号
(特許文献9)、特開昭61−293599号(特許文
献10)、特開昭62−207888号(特許文献1
1)、特開昭62−214186号(特許文献12)等
にスケール防止剤又は腐蝕抑制剤としての用途が開示さ
れている。しかし、上記した従来の製法では次亜リン酸
(塩)および/またはその変性物が製品中に多量残留す
るため、低純度の水溶性重合体しか得られなかった。
は、銅が最終製品中に残留するため、毒性面から不安の
残るものであった。
(塩)の効率が悪く、高価な次亜リン酸(塩)を多量用
いる必要があるため、低コスト水溶性重合体の製造には
限界があった。
を行うため、高濃度の水溶性重合体溶液を得るために
は、溶媒を蒸発させる必要があるため、低コスト水溶性
重合体は得られなかった。また、これら従来の製法で得
られた水溶性重合体のスケール防止能及び腐蝕抑制能も
充分でなく、改良が望まれていた。
(塩)存在下で(メタ)アクリル酸系水溶性重合体を得
るに際し、従来の製法が有していた上記問題点を解消す
るものである。更には次亜リン酸(塩)存在下で得られ
た従来の(メタ)アクリル酸系水溶重合体の性能不充分
を解消するものである。
リル酸系水溶性重合体の製造方法は、上記の課題を解決
するために、(メタ)アクリル酸系水溶性単量体を水溶
液重合して(メタ)アクリル酸系重合体を製造するに際
し、重合後の反応液中の重合体の単量体換算濃度が38
〜72重量%となるのに必要な(メタ)アクリル酸系水
溶性単量体、重合開始剤及び次亜リン酸(塩)を水性媒
体中に逐次導入して重合した後、中和することを特徴と
している。
いて行うことが好ましい。
リル酸系水溶性単量体1モル当り0.001〜0.5モ
ル量用いることが好ましい。
ことが好ましく、該重合開始剤の量は、(メタ)アクリ
ル酸系水溶性単量体1モル当り、0.001〜0.1モ
ル量用いることが好ましい。
ル酸系水溶性重合体は、無機顔料分散剤として使用する
ことができる。
液中の重合体の単量体換算濃度が38〜72重量%とな
るのに必要な(メタ)アクリル酸系単量体、重合開始剤
及び次亜リン酸(塩)を逐次導入して重合することを特
徴とする(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法
並びに該製造方法により得られた(メタ)アクリル酸系
水溶性重合体の無機顔料分散剤、スケール防止剤及び金
属の腐蝕抑制剤としての用途に関する。
体、重合開始剤及び次亜リン酸(塩)(以下添加成分と
称す。)を水性媒体中に逐次導入する。
ての成分を全量初期仕込みとした場合、本願発明のよう
な(メタ)アクリル酸系水溶性重合体は得られないもの
である。
て水性媒体中に導入される。添加成分が固体である場
合、固体状のまま導入するもできまた水あるいはアルコ
ール、ケトンなどの有機溶媒に溶解して導入することが
できる。
に導入することもあるいは分割的に導入することもまた
可能である。
単量体とはアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸塩及
びメタクリル酸塩を50wt%以上、好ましくは70w
t%以上含有する重合性単量体を意味する。(メタ)ア
クリル酸塩としては、(メタ)アクリル酸のナトリウ
ム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属塩;アンモ
ニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチル
アミン、ジエチルアミン、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などのアルカリ
性物質を用いて中和して得られた無機あるいは有機のア
ンモニウム塩などを挙げることができる。中でもアクリ
ル酸の使用が特に好ましい。重合開始剤としては特に制
限がなく、多種類の触媒が使用できる。例えば、過硫酸
ナトリウム、過硫酸カリウムなどの過硫酸塩;過酸化水
素、2,2′−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸
塩、4,4′−アゾビス−4−シアノバレリン酸等の水
溶性アゾ化合物;過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイ
ル、過酢酸等の有機過酸化物;アゾビスイソブチロニト
リル、2,2′−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジ
メチルバレロニトリル)等の油溶性アゾ化合物などが用
いられるが、中でも安価で開始剤効率が高い過硫酸塩が
特に好ましい。これら重合開始剤は(メタ)アクリル酸
系水溶性単量体1モル当り、0.001〜0.1モル量
用いるのが好ましい。
次亜リン酸のナトリウム、カリウム、リチウムなどのア
ルカリ金属塩;アンモニア、モノメチルアミン、ジメチ
ルアミン、トリメチルアミン、ジエチルアミン、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
アミンなどのアルカリ性物質を用いて中和して得られた
無機あるいは有機のアンモニウム塩などを挙げることが
できる。中でも安価で工業的に入手しやすい次亜リン酸
ナトリウムが特に好ましい。これら次亜リン酸(塩)は
(メタ)アクリル酸系水溶性系単量体1モル当り0.0
1〜0.5モル量用いるのが好ましい。本発明では、水
性媒体中に前記添加成分を逐次導入して重合される。水
性触媒とは水あるいは水と水に溶解可能な無機又は有機
溶媒との混合溶媒を意味する。無機又は有機の溶媒使用
は分子量調節に役立つが、最終製品とするためには、こ
れら溶媒を除去する必要があるため、特殊な場合を除い
ては使用しない方が好ましい。
換算濃度が38〜72重量%とすることが必要である。
好ましくは40〜60重量%である。38重量%未満の
低い単量体換算濃度で反応しても、本願発明のように高
純度、低コスト且つ安全性の高い(メタ)アクリル酸系
水溶性重合体は得られないものである。
で反応しても、本願発明品のように無機顔料分散剤、ス
ケール防止剤及び金属腐蝕抑制剤として格段に優れた効
果を奏する(メタ)アクリル酸系水溶性重合体は得られ
ないものである。72重量%を超える高い単量体換算濃
度での製造は、重合系の粘度が著しく高くなり、実質上
製造は困難となる。尚、本発明における重合後液中の重
合体単量体換算濃度とは実質上重合が完結した時点にお
ける液中の重合した(メタ)アクリル酸系水溶性単量体
分を重量%で表記したものである。また、発明の効果を
損わない範囲で(メタ)アクリル酸系水溶性単量体、重
合開始剤及び次亜リン酸(塩)のうち少くとも1つある
いはすべての成分の少量を初期仕込として重合すること
は勿論可能である。
く通常の重合条件が適用される。例えば、重合温度は2
0〜150℃好ましくは70〜110℃とすることがで
きる。また、重合時の系のpHについて0.5〜13.
5好ましくは1〜12の範囲とすることができる。ま
た、重合時にL−アスコルビル酸(塩)、(重)亜硫酸
(塩)、鉄などの還元剤の存在下に製造することも勿論
可能である。
(メタ)アクリル酸系水溶性単量体以外の他の単量体を
(メタ)アクリル酸系水溶性単量体と共に使用すること
は勿論可能である。このような単量体としては、例えば
(メタ)アクリルアミド、t−ブチル(メタ)アクリル
アミドなどのアミド系単量体;(メタ)アクリル酸エス
テル、スチレン、2−メチルスチレン、酢酸ビニルなど
の疎水性単量体;ビニルスルホン酸、アリルスルホン
酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−ア
クリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、3−ア
リロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、スルホ
エチル(メタ)アクリレート、スルホプロピル(メタ)
アクリレート、2−ヒドロキシスルホプロピル(メタ)
アクリレート、スルホエチルマレイミドあるいはそれ等
の1価金属、2価金属、アンモニア、有機アミンによる
部分中和物や完全中和物などの不飽和スルホン酸系単量
体;3−メチル−3−ブテン−1−オール(イソブレノ
ール)、3−メチル−2−ブテン−1−オール(ブレノ
ール)、2−メチル−3−ブテン−2−オール(イソプ
レンアルコール)、2−ヒドロキシエチル(メタ)アク
リレート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリ
レート、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリ
レート、ポリエチレングリコールモノイソプレノールエ
ーテル、ポリプロピレングルコールモノイソプレノール
エーテル、ポリエチレングリコールモノアリルエーテ
ル、ポリプロピレングリコールモノアリルエーテル、グ
リセロールモノアリルエーテル、α−ヒドロキシアクリ
ル酸、N−メチロール(メタ)アクリルアミド、グリセ
ロールモノ(メタ)アクリレート、ビニルアルコールな
どの水酸基含有不飽和単量体;ジメチルアミノエチル
(メタ)アクリレート、ジメチルアミノプロピル(メ
タ)アクリルアミドなどのカチオン性単量体;(メタ)
アクリロニトリルなどのニトリル系単量体;(メタ)ア
クリルアミドメタンスルホン酸、(メタ)アクリルアミ
ドメタンスルホン酸メチルエステル、2−(メタ)アク
リルアミド−2−メチルプロパンホスホン酸などの含リ
ン単量体;イタコン酸、マレイン酸、シトラコン酸、フ
マール酸などのジカルボン酸系単量体;クロトン酸など
を挙げることができる。
量体に対して30モル%未満とするのが好ましい。
格段に優れた効果を奏するかは明確でないが次のように
推察されている。
濃度かつ特定の方法で重合を行うために次亜リン酸
(塩)が効率的に作用する結果、少い次亜リン酸(塩)
の使用並びに次亜リン酸(塩)および/またはその変性
物含量の少く高純度な製品の製造を可能とならしめるも
のと考えられる。
ばスケール防止剤、金属の腐蝕抑制剤として使用した場
合、次亜リン酸(塩)および/またはその変性物に基づ
く、初期スケール核形成が著しく抑制されるためであろ
うと推察される。また本発明の(メタ)アクリル酸系水
溶性重合体は無機顔料分散剤としても優れた効果を発揮
する。このような無機顔料としては、カオリン、クレ
ー、炭酸カルシウム、サチンホワイト、二酸化チタン、
水酸化アルミニウムなどの塗工紙用顔料;ベンガラ、水
酸化マグネシウム、磁性粉、消石灰、セメント、シリ
カ、硫酸カルシウムなどの工業材料の分散剤として好適
に使用される。
するが、本発明はこれらの実施例により限定されるもの
ではない。尚、例中の部および%は重量部及び重量%を
示す。
交換水321.9部を仕込み、100℃に昇温し、窒素
置換後、80%アクリル酸水溶液587.5部、15%
過硫酸ナトリウム水溶液68.7部(0.0066モル
/アクリル酸1モル)及び30%次亜リン酸ナトリウム
水溶液21.9部(0.0095モル/アクリル酸1モ
ル)を各々、別々の滴下口より2時間かけて滴下した。
この間、系の温度は終始系の沸点を維持した。更に同温
度で10分間の熟成を行い重合を完結し、重合後の液中
のアクリル酸換算の濃度が47%である(メタ)アクリ
ル酸系水溶性重合体(1)を得た。(メタ)アクリル酸
系水溶性重合体(1)を48%水酸化ナトリウム水溶液
を用いて中和(pH=8)し、該して得た中和物の性能
を以下のようにして評価した。
4、内径90mm、高さ160mm)のビーカーに分散
剤としての上記(メタ)アクリル酸系水溶性重合体
(1)の中和物を0.2部及び水を加えて全量を100
部とした。ディゾルバー攪拌羽根(50mmφ)にて低
速で攪拌下、カオリン(ジークライト工業社製、MC用
ジーク)100部を3分間で添加した。次いで、300
0rpmで10分間分散した。
粘度をB形粘度計で測定し、その結果を第1表および第
2表に示した。
んに水170部を入れ、塩化カルシウム2水塩1.56
%水溶液10部及び(メタ)アクリル酸系水溶性重合体
(1)の中和物の0.02%水溶液1部(得られる炭酸
カルシウム過飽和水溶液に対して1ppm)混合し、さ
らに重炭酸ナトリウム3%水溶液10部を加えて混合し
て得られた炭酸カルシウム530ppmの過飽和溶液を
密栓して、70℃で3時間加熱処理した。次いで冷却し
た後、沈殿物を0.2μメングランフィルターで濾過
し、濾液をJISK0101に従って分析し、次式に従
ってスケール抑制率(%)を算出した。
0ppm) B:無添加試験後の濾液中のCaCO3 濃度(=195
ppm) C:試験後の濾液中のCaCO3 濃度得られた結果を第
1表および第2表に示した。
316製セパラブルフラスコに第5表に示した性状の合
成水(姫路市水4倍濃縮に相当)445mlをとり、そ
こへ腐蝕抑制剤として(メタ)アクリル酸系水溶性重合
体(1)の中和物を合成水に対して固形分換算で60p
pm添加し、水酸化ナトリウムを用いてpHを8.5に
調整したのち、脱イオン水を加えて全量を450mlと
し、試験液を調製した。次いで、得られた試験液中に2
5mm×40mm×1mmのSS−41製テストピース
2枚を吊し、試験液上部に25ml/分の空気を流しな
がら、40℃で40時間熱処理した。熱処理終了後、テ
ストピース上の腐蝕生成物を除きテストピースの減量を
測定した。結果は2枚のテストピースの減量の平均値を
MDD(mg/dm2 /day)換算し、第1表および
第2表に示した。
部の代りにイオン交換水558.7部を用いた他は実施
例1と同様にしてアクリル酸換算濃度が38%である
(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(2)を得た。(メ
タ)アクリル酸系水溶性重合体(2)を実施例1と同様
にして中和し、該して得た中和物の性能を実施例1と全
く同様にして評価した。得られた結果を第1表および第
2表に示した。
部の代りにイオン交換水84.3部、80%アクリル酸
水溶性587.5部の代りに100%アクリル酸470
部、30%次亜リン酸ナトリウム水溶液21.9部の代
りに30%次亜リン酸水溶液68.2部をそれぞれ用い
た他は実施例1と同様にしてアクリル酸換算濃度が68
%である(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(3)を得
た。(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(3)を実施例
1と同様に中和し、該して得た中和物の性能を実施例1
と全く同様にして評価した。得られた結果を第1表およ
び第2表に示した。
の代りに80%メタクリル酸水溶液587.5部を用い
た他は実施例1と同様にしてメタクリル酸換算濃度が4
7%である(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(4)を
得た。(メタ)アクリル酸系重合体(4)を実施例1と
同様に中和し、該して得た中和物の性能を実施例1と全
く同様にして評価した。得られた結果を第1表および第
2表に示した。
5.1部を仕込み、100℃に昇温し、窒素置換後、4
8%アクリル酸水溶液979.2部、48%水酸化ナト
リウム水溶液543.9部、30%過硫酸ナトリウム水
溶液34.4部(0.0066モル/アクリル酸ナトリ
ウム1モル)及び30%次亜リン酸ナトリウム水溶液2
1.9部(0.0095モル/アクリル酸ナトリウム1
モル)を2時間かけて滴下した。尚48%アクリル酸水
溶液と48%水酸化ナトリウム水溶液の滴下は、滴下口
直前で混合しアクリル酸ナトリウム水溶液として重合系
に導入した。他は各々、別々の滴下口より重合系に導入
した。この間、系の温度は終始沸点を維持した。更に同
温度で10分間の熟成を行い重合を完結し、重合後の液
中のアクリル酸ナトリウム換算の濃度が38%である
(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(5)を得た。(メ
タ)アクリル酸系水溶性重合体(5)の性能を実施例1
と全く同様にして評価した。得られた結果を第1表およ
び第2表に示した。
部、15%過硫酸ナトリウム水溶液68.7部及び30
%次亜リン酸ナトリウム水溶液21.9部を5分毎に各
々1/24量ずつ分割的に重合系に導して反応した。実
施例1と同様の熟成を行い、アクリル酸換算濃度が47
%である(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(6)を得
た。(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(6)を実施例
1と同様に中和し、該して得た中和物の性能を実施例1
と同様に評価した。得られた結果を第1表および第2表
に示した。
5部を仕込み、100℃に昇温し、窒素置換後、80%
アクリル酸水溶液587.5部、37%アクリル酸ナト
リウム水溶液236.9部、50%3−アリロキシ−2
−ヒドロキシプロパンスルホン酸ナトリウム(HAP
S)水溶液813部、15%過硫酸ナトリウム水溶液9
7.6部(0.0066モル/単量体1モル)及び30
%次亜リン酸ナトリウム水溶液31.3部(0.009
5モル/単量体1モル)を各々、別々の滴下口より2時
間かけて滴下した。実施例1と同様の熟成を行い重合後
の単量体換算の濃度が47%である(メタ)アクリル酸
系水溶性重合体(7)を得た。(メタ)アクリル酸系水
溶性重合体(7)を実施例1と同様に中和し、該して得
た中和物の性能を実施例1と全く同様にして評価した。
得られた結果を第1表および第2表に示した。
21.9部を初期仕込とした他は実施例1と同様にして
アクリル酸換算濃度が47%である比較用(メタ)アク
リル酸系水溶性重合体(1)を得た。比較用(メタ)ア
クリル酸系水溶性重合体(1)を実施例1と同様にして
中和し、該して得た中和物の性能を実施例1と全く同様
にして評価した。得られた結果を第3表および第4表に
示した。
部の代りにイオン交換水1671.9部を用い且つ80
%アクリル酸水溶液587.5部、15%過硫酸ナトリ
ウム水溶液68.7部及び30%次亜リン酸ナトリウム
21.9部を全量初期仕込とし70℃で反応した他は実
施例1と同様にして重合して、アクリル酸換算濃度が2
0%である比較用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体
(2)を得た。比較用(メタ)アクリル酸系重合体
(2)を実施例1と同様にして中和し、該して得た中和
物の性能を実施例1と全く同様にして評価した。得られ
た結果を第3表および第4表に示した。
部の代りにイオン交換水664.7部を用いた他は実施
例1と同様にしてアクリル酸換算濃度が35%である比
較用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(3)を得た。
比較用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(3)を実施
例1と同様にして中和し、該して得た中和物の性能を実
施例1と全く同様にして評価した。得られた結果を第3
表および第4表に示した。
の代りにイオン交換水19.8部を用いた他は、実施例
3と同様にしてアクリル酸換算濃度が75%である比較
用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(4)を得た。比
較用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(4)を実施例
3と同様に中和し、該して得た中和物の性能を実施例3
と全く同様にして評価した。得られた結果を第3表およ
び第4表に示した。
代りにイオン交換水1155.2部を用いた他は実施例
6と同様にして単量体換算濃度が33%である比較用
(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(5)を得た。比較
用(メタ)アクリル酸系水溶性重合体(5)を実施例6
と同様に中和し、該して得た中和物の性能を実施例6と
全く同様にして評価した。得られた結果を第3表および
第4表に示した。
(1)〜(7)及び比較用(メタ)アクリル酸系水溶性
重合体(1)〜(5)の分子量はいずれも2〜6万の範
囲内にあり、ほぼ同等の分子量と見なせるものであっ
た。
溶性重合体の製造方法によれば、高純度で低コスト且つ
安全性が高い(メタ)アクリル酸系水溶性重合体が工業
的に容易に製造可能となる。更には、意外にも、スケー
ル防止剤、腐蝕防止剤などのいわゆる水処理剤並びに無
機顔料分散剤として使用した場合、従来品より格段に機
能が優れるものである。
て高いものである。
Claims (6)
- 【請求項1】(メタ)アクリル酸系水溶性単量体を水溶
液重合して(メタ)アクリル酸系重合体を製造するに際
し、重合後の反応液中の重合体の単量体換算濃度が38
〜72重量%となるのに必要な(メタ)アクリル酸系水
溶性単量体、重合開始剤及び次亜リン酸(塩)を水性媒
体中に逐次導入して重合した後、中和することを特徴と
する(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法。 - 【請求項2】上記中和は、水酸化ナトリウムを用いてp
H8になるように行うことを特徴とする請求項1に記載
の(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法。 - 【請求項3】次亜リン酸(塩)は、(メタ)アクリル酸
系水溶性単量体1モル当り0.001〜0.5モル量用
いることを特徴とする請求項1または2に記載の(メ
タ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法。 - 【請求項4】上記重合開始剤は、過硫酸塩であることを
特徴とする請求項1、2または3に記載の(メタ)アク
リル酸系水溶性重合体の製造方法。 - 【請求項5】上記重合開始剤の量は、(メタ)アクリル
酸系水溶性単量体1モル当り、0.001〜0.1モル
量用いることを特徴とする請求項1、2、3または4に
記載の(メタ)アクリル酸系水溶性重合体の製造方法。 - 【請求項6】請求項1〜5のいずれか1項に記載の製造
方法で得られる(メタ)アクリル酸系水溶性重合体を主
成分とする無機顔料分散剤。
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