JP2007001998A - Method for preparing hydrophilic polymer - Google Patents

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Takeshi Sako
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Yoko Yamamoto
陽子 山本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for preparing a hydrophilic polymer which is used as a thickener or a water-absorbing material, has a large molecular weight and hardly comprises residual medium. <P>SOLUTION: The hydrophilic polymer is prepared by introducing a hydrophilic monomer and carbon dioxide in a pressure-resistant container, raising the temperature and the pressure in the pressure-resistance container to those equal to or above the critical points of carbon dioxide while stirring the introduced compounds and, after the temperature and the pressure inside the pressure-resistant container are stabilized at prescribed polymerization temperature and pressure, adding a polymerization initiator to induce polymerization. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は、増粘剤や吸水性材料として用いられる、親水性重合体の製造方法に関するもので、化学品製造技術、特に、重合体製造技術に属するものである。
The present invention relates to a method for producing a hydrophilic polymer used as a thickener or a water-absorbing material, and belongs to a chemical production technique, particularly a polymer production technique.

親水性重合体は、例えば、シャンプーなどの化粧品、パップ剤などの医薬品、さらには、塗料、接着剤などで広く用いられている水溶性の増粘剤として用いられている。また、大量の水を吸収してゲルとなる、おむつなどに用いられる吸水性材料の原料としても広く用いられているものである。   Hydrophilic polymers are used as water-soluble thickeners widely used in cosmetics such as shampoos, pharmaceuticals such as poultices, and paints and adhesives, for example. It is also widely used as a raw material for water-absorbing materials used in diapers and the like that absorbs a large amount of water to form a gel.

これらの親水性重合体は、その取扱いの容易さから、粉体で供給することが望まれており、粉末状の親水性重合体の製法も種々提案されている。なかでも、塊状重合で得られた塊状の重合体を粉砕する方法、溶液又は懸濁重合により得られたゲル状重合体を乾燥して粉末する方法などがよく知られている。さらに、粒径の整った粉末が得られることが特長の、沈殿重合により粉末状の親水性重合体を得る方法も知られている。   These hydrophilic polymers are desired to be supplied in powder form because of their easy handling, and various methods for producing powdery hydrophilic polymers have been proposed. Among them, a method of pulverizing a bulk polymer obtained by bulk polymerization, a method of drying and powdering a gel polymer obtained by solution or suspension polymerization, and the like are well known. Furthermore, a method of obtaining a powdery hydrophilic polymer by precipitation polymerization, which is characterized in that a powder having a uniform particle size can be obtained, is also known.

前記の沈殿重合は、粒径の整った粉末が得られることに加えて、粉砕などの工程を必要としないことから、優れた方法である。しかしながら、この沈殿重合においては、重合媒体、すなわち、単量体は溶解するが、それが重合した重合体は溶解しない、媒体が必要とされるもので、通常、ベンゼンやキシレン、塩化メチレンなどの有機溶媒が媒体として用いられている。   The precipitation polymerization is an excellent method because it does not require a step such as pulverization in addition to obtaining a powder having a uniform particle size. However, in this precipitation polymerization, a polymerization medium, that is, a monomer is dissolved, but a polymer in which the polymer is polymerized does not dissolve, and a medium is required. Usually, benzene, xylene, methylene chloride, etc. An organic solvent is used as the medium.

これら重合反応に用いられる有機溶媒は、環境面に与える影響が無視できないであるため、その使用が制限を受けるものである上、生物体にとっては有害なものである。特に、皮膚に接触する化粧品や医薬品においては、有機溶媒が含まれていることが問題となる。そのため、化粧品や医薬品などの原料とされる親水性重合体には、有機溶媒が残存しないことが望まれており、親水性重合体を加熱乾燥、あるいは真空乾燥などの処理が施されたものが供給されている。   Since the organic solvent used in these polymerization reactions cannot be ignored in terms of environmental impact, its use is limited and harmful to living organisms. In particular, cosmetics and pharmaceuticals that come into contact with the skin have a problem of containing an organic solvent. Therefore, it is desired that an organic solvent does not remain in a hydrophilic polymer used as a raw material for cosmetics and pharmaceuticals, and the hydrophilic polymer is subjected to a treatment such as heat drying or vacuum drying. Have been supplied.

しかしながら、有機溶媒を用いた親水性重合体の製法は、上記したように優れた面を有するために多用されているが、それら有機溶媒を用いて製造された親水性重合体内には、吸収された有機溶媒が存在し、それらを親水性重合体から分離させることは困難で、その除去に要する装置や工程、さらにそれに必要とされる費用が、過大なものとなっているため、それら装置や工程、さらには費用を必要としない方法が求められている。   However, the method for producing a hydrophilic polymer using an organic solvent is widely used because it has an excellent surface as described above. However, it is absorbed into the hydrophilic polymer produced using these organic solvents. Organic solvents are present and it is difficult to separate them from the hydrophilic polymer, and the equipment and processes required for their removal, and the cost required for them, are excessive. There is a need for processes and methods that do not require expense.

これらの問題点を解決するものとして、例えば、特公昭45−25305号公報(特許文献1)では、常圧で気体となる、液状二酸化炭素を重合媒体とする方法が提案されている。さらに、特開昭62−23413号公報(特許文献2)や、特開平1−163203号公報(特許文献3)においては、二酸化炭素を超臨界状態にした上で、重合反応を行う方法が提案されている。
特公昭45−25305号公報(特許請求の範囲) 特開昭62−23413号公報(特許請求の範囲) 特開平1−163203号公報(特許請求の範囲)
In order to solve these problems, for example, Japanese Patent Publication No. 45-25305 (Patent Document 1) proposes a method using liquid carbon dioxide, which is a gas at normal pressure, as a polymerization medium. Furthermore, in Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 62-23413 (Patent Document 2) and Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-163203 (Patent Document 3), a method of performing a polymerization reaction after making carbon dioxide in a supercritical state is proposed. Has been.
Japanese Patent Publication No. 45-25305 (Claims) JP-A-62-23413 (Claims) JP-A-1-163203 (Claims)

二酸化炭素は、常温常圧で気体のものであるから、耐圧容器内で、液状又は超臨界状態に加温・加圧された状態下で、重合媒体として用いられ、沈殿重合により親水性重合体が調製された後に、系内を常圧に戻すと、二酸化炭素は気化し、重合体から容易に分離される。また、気化した二酸化炭素は回収して再利用が可能なものであるため、環境面、有害性の面からみて、沈殿重合の重合媒体として優れるものである。   Since carbon dioxide is a gas at normal temperature and pressure, it is used as a polymerization medium in a pressure-resistant container under a heated or pressurized state in a liquid or supercritical state, and is a hydrophilic polymer by precipitation polymerization. When the pressure in the system is returned to normal pressure after the is prepared, carbon dioxide is vaporized and easily separated from the polymer. Further, since the vaporized carbon dioxide can be recovered and reused, it is excellent as a polymerization medium for precipitation polymerization from the viewpoint of environment and harmfulness.

しかしながら、単に二酸化炭素を重合媒体として調製された親水性重合体は、有機溶媒を重合媒体とするものより、連鎖移動が少ないと考えられるのに対し、分子量の上昇が期待したほどなく、高分子量の重合体が得られない。また、分散度(Mw/Mn)で示される分子量分布がブロードで、粉末形状も良好とは言えないものであった。   However, a hydrophilic polymer prepared simply using carbon dioxide as a polymerization medium is considered to have less chain transfer than one using an organic solvent as a polymerization medium, whereas the increase in molecular weight is not as expected. This polymer cannot be obtained. Further, the molecular weight distribution indicated by the degree of dispersion (Mw / Mn) was broad, and the powder shape was not good.

発明者等は、二酸化炭素を重合媒体として調製される親水性重合体の分子量を大きくするとともに、分子量分布をよりシャープにし、得られる親水性重合体の粉末形状をより整えられたものとする方法について、検討した。
The inventors have increased the molecular weight of a hydrophilic polymer prepared using carbon dioxide as a polymerization medium, sharpened the molecular weight distribution, and further improved the powder shape of the resulting hydrophilic polymer. Was examined.

発明者等は、上記課題を解決するために、覗窓付きの耐圧容器内で、二酸化炭素を重合媒体として、親水性単量体を沈殿重合して親水性重合体を調製する工程を、前記覗窓から観察して、前記問題が親水性重合体を調製する際の、二酸化炭素と親水性単量体の挙動に起因していること、より詳細には、二酸化炭素と親水性単量体の溶解性に起因していることを見出して、この発明を完成したのである。   In order to solve the above problems, the inventors have prepared a step of preparing a hydrophilic polymer by precipitation polymerization of a hydrophilic monomer using carbon dioxide as a polymerization medium in a pressure-resistant container with a viewing window. Observed from the viewing window, the problem is caused by the behavior of carbon dioxide and hydrophilic monomer when preparing the hydrophilic polymer, more specifically, carbon dioxide and hydrophilic monomer. The present invention was completed by finding out that it was caused by the solubility of.

すなわち、この発明の請求項1に記載の発明は、
親水性単量体を超臨界二酸化炭素中で重合するに際し、
親水性単量体を超臨界二酸化炭素に溶解させた後に、重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法である。
That is, the invention of claim 1 of the present invention is
When polymerizing hydrophilic monomers in supercritical carbon dioxide,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising dissolving a hydrophilic monomer in supercritical carbon dioxide and then polymerizing by adding a polymerization initiator.

またこの発明の請求項2に記載の発明は、
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
前記投入された化合物を攪拌しながら、前記前記耐圧容器を、前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで昇温、加圧し、
前記耐圧容器内が、所定の重合温度及び重合圧力で安定したのち、
重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法である。
The invention according to claim 2 of the present invention is
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
While stirring the charged compound, the pressure vessel is heated to a temperature equal to or higher than the critical point of the carbon dioxide, and pressurized,
After the pressure vessel is stabilized at a predetermined polymerization temperature and polymerization pressure,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising polymerizing by adding a polymerization initiator.

また、この発明の請求項3に記載の発明は、
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
30〜90分間かけて、前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで、前記耐圧容器内を昇温、加圧させたのち、
重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法である。
The invention according to claim 3 of the present invention is
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
After heating and pressurizing the inside of the pressure vessel up to a temperature and pressure above the critical point of the carbon dioxide over 30 to 90 minutes,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising polymerizing by adding a polymerization initiator.

また、この発明の請求項4に記載の発明は、
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで、前記耐圧容器内を昇温、加圧させたのち、
重合開始剤を、一括又は分割添加して、重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法である。
The invention according to claim 4 of the present invention is
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
After raising the temperature inside the pressure vessel up to the temperature and pressure above the critical point of carbon dioxide, pressurize,
A method for producing a hydrophilic polymer, wherein polymerization is performed by adding a polymerization initiator all at once or in portions.

また、この発明の請求項5に記載の発明は、
請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法において、
前記重合開始剤濃度が、
前記親水性単量体に対し0.03重量%以上であること
を特徴とするものである。
The invention according to claim 5 of the present invention is
In the manufacturing method of the hydrophilic polymer in any one of Claims 1-4,
The polymerization initiator concentration is
It is 0.03% by weight or more based on the hydrophilic monomer.

また、この発明の請求項6に記載の発明は、
請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法において、
前記耐圧容器内の単量体濃度が、
0.01〜0.09g/mlであること
を特徴とするものである。
The invention according to claim 6 of the present invention provides
In the manufacturing method of the hydrophilic polymer in any one of Claims 1-4,
The monomer concentration in the pressure vessel is
It is 0.01-0.09 g / ml.

さらに、この発明の請求項7に記載の発明は、
請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法において、
前記耐圧容器中の酸素除去を、
二酸化炭素の排気により行うこと
を特徴とするものである。
Furthermore, the invention according to claim 7 of the present invention is
In the manufacturing method of the hydrophilic polymer in any one of Claims 1-4,
Removing oxygen in the pressure vessel,
This is performed by exhausting carbon dioxide.

この発明の親水性重合体の製造方法は、親水性単量体を超臨界二酸化炭素に溶解させた後に、重合開始剤を添加して重合させるという手段を採用したことにより、従来、二酸化炭素を重合媒体として、親水性単量体を沈殿重合して得られた親水性重合体が有していた欠点、すなわち、分子量が予期した程大きくならない、分子量分布の巾(分散度)がブロードである、粉末状態が整っていないという問題を解決したものである。   The method for producing a hydrophilic polymer according to the present invention employs a means in which a hydrophilic monomer is dissolved in supercritical carbon dioxide and then polymerized by adding a polymerization initiator. The disadvantage of the hydrophilic polymer obtained by precipitation polymerization of the hydrophilic monomer as the polymerization medium, that is, the molecular weight distribution width (dispersity) is not broad as expected. It solves the problem that the powder state is not in place.

また、この発明においては、前記目的を達成するために、親水性単量体の超臨界二酸化炭素への溶解を、さらに濃度のムラなく均一に溶解したことを、困難な目視による判断でなく、溶解時間や圧力・温度の安定により決定することを可能としたため、重合工程の管理が極めて容易なものである。   Further, in the present invention, in order to achieve the above object, the dissolution of the hydrophilic monomer in the supercritical carbon dioxide is further uniformly dissolved without unevenness of concentration, rather than difficult visual judgment. Since the determination can be made by the dissolution time and the stability of pressure and temperature, the management of the polymerization process is extremely easy.

もちろん、重合媒体として二酸化炭素を用いたことによる利点、二酸化炭素の不燃性、無毒性による高い安全性、脱溶媒のための乾燥工程の簡略化、などの効果を当然に有するものである。
Of course, it naturally has advantages such as the advantage of using carbon dioxide as a polymerization medium, non-flammability of carbon dioxide, high safety due to non-toxicity, and simplification of the drying process for desolvation.

以下、この発明の親水性重合体の製造方法を、添付の図面に示される製造装置の一例を参照して具体的に説明するが、この発明が規定する親水性重合体の製造が可能なものであれば、その製造装置には特段の限定はないものである。   Hereinafter, the method for producing a hydrophilic polymer of the present invention will be described in detail with reference to an example of a production apparatus shown in the accompanying drawings. The hydrophilic polymer defined by the present invention can be produced. If so, the manufacturing apparatus is not particularly limited.

この発明の親水性重合体の製造方法において、親水性重合体を構成する親水性単量体としては、アクリル酸、メタクシル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸などの不飽和カルボン酸及びその部分エステル、アクリルアミド、メタクリルアミドなどの不飽和アミドなどが挙げられ、不飽和カルボン酸、特にアクリル酸が好ましく用いられる。   In the method for producing a hydrophilic polymer of the present invention, the hydrophilic monomer constituting the hydrophilic polymer may be an unsaturated carboxylic acid such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, itaconic acid, maleic acid or fumaric acid. And unsaturated amides such as partial esters thereof, acrylamide and methacrylamide, etc., and unsaturated carboxylic acids, particularly acrylic acid, are preferably used.

なお、この発明においては、上記親水性単量体に、その他のビニル化合物を併用することができる。その他のビニル化合物としては、スチレン、アルキルビニルエーテル、塩化ビニリデン、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類、酢酸ビニル、ビニルピロリドン、アクリルニトリル、メタクリロニトリル等などが挙げられる。   In the present invention, other vinyl compounds can be used in combination with the hydrophilic monomer. Examples of other vinyl compounds include styrene, alkyl vinyl ether, vinylidene chloride, acrylic acid esters, methacrylic acid esters, vinyl acetate, vinyl pyrrolidone, acrylonitrile, methacrylonitrile, and the like.

さらに、得られる親水性重合体に架橋構造をとらせるために、架橋性単量体を併用することもできる。具体的な架橋性単量体としては、テトラアリルオキシエタン、アリルペンタエリスリトール、アリルサッカロース、アクリル酸アリル、メタクリル酸アリル、トリメチロールプロパンジアリルエーテル、ジアリルフタレート、エチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレートなどが挙げられる。   Furthermore, in order to make the obtained hydrophilic polymer take a crosslinked structure, a crosslinking monomer can be used in combination. Specific crosslinkable monomers include tetraallyloxyethane, allylpentaerythritol, allyl saccharose, allyl acrylate, allyl methacrylate, trimethylolpropane diallyl ether, diallyl phthalate, ethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, Examples include ethylene glycol dimethacrylate and polyethylene glycol dimethacrylate.

親水性単量体を重合するために用いられる重合開始剤としては、過酸化物、アゾ系開始剤などから選ばれた化合物又はそれらの混合物が挙げられる。
その使用量は、単量体に対して0.03質量%以上、好ましくは0.04質量%以上、より好ましくは、0.05〜2.0質量%である。その使用量が2.0質量%を超えての使用も可能であるが、その際は、重合反応熱の除去についての検討が必要であって、重合温度の制御、分子量の低下に対しての対策を要する。
Examples of the polymerization initiator used for polymerizing the hydrophilic monomer include compounds selected from peroxides, azo initiators, and the like, or mixtures thereof.
The amount used is 0.03% by mass or more, preferably 0.04% by mass or more, and more preferably 0.05 to 2.0% by mass with respect to the monomer. It is possible to use the amount exceeding 2.0% by mass, but in that case, it is necessary to examine the removal of the heat of polymerization reaction, and control the polymerization temperature and reduce the molecular weight. Measures are required.

重合開始剤の具体的な例としては、過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキシド、t−ブチルハイドロパーオキシド、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、ハイドロパーオキシド、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネートなどの過酸化物を挙げることができる。   Specific examples of the polymerization initiator include benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, t-butyl hydroperoxide, t-butyl peroxy-2-ethylhexanoate, hydroperoxide, di (2-ethylhexyl) perperoxide. Mention may be made of peroxides such as oxydicarbonate.

また、アゾ系開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、4,4’−アゾビス−4−シアノ吉草酸、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、1,1’−アゾビス(1−アセトキシー1−フェニルエタン)、ジメチル−2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)二塩酸塩などが挙げられる。   Examples of the azo initiator include 2,2′-azobisisobutyronitrile, 4,4′-azobis-4-cyanovaleric acid, 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 1,1′-azobis (1-acetoxy-1-phenylethane), dimethyl-2,2′-azobis (2-methylpropionate), 2,2′-azobis (2-amidinopropane) dihydrochloride, etc. Can be mentioned.

この発明において、親水性単量体は、耐圧容器中で、超臨界二酸化炭素を重合媒体として重合されるものである。
すなわち、重合媒体である二酸化炭素が超臨界状態になる、臨界温度(31℃)および臨界圧力(73気圧)以上の温度および圧力で、重合が行なわれる。また、好ましくは親水性単量体も、超臨界状態になる温度、圧力、例えば、親水性単量体がアクリル酸であれば、それが超臨界状態になる、温度65℃以上で行なわれるのが好ましい。
その際に用いられる親水性単量体の量は、耐圧容器の容量によって定められる。通常、耐圧容器の容量1ml当たり0.01〜0.09gである。また、二酸化炭素の量は、親水性単量体の量が僅少であるため、殆んど、上記温度および圧力によって一義的に定まるものである。
In the present invention, the hydrophilic monomer is polymerized in a pressure vessel using supercritical carbon dioxide as a polymerization medium.
That is, the polymerization is carried out at a temperature and pressure not lower than a critical temperature (31 ° C.) and a critical pressure (73 atm), at which carbon dioxide as a polymerization medium becomes a supercritical state. Preferably, the hydrophilic monomer is also at a temperature and pressure at which it becomes a supercritical state, for example, when the hydrophilic monomer is acrylic acid, it becomes a supercritical state at a temperature of 65 ° C. or higher. Is preferred.
The amount of the hydrophilic monomer used at that time is determined by the capacity of the pressure vessel. Usually, it is 0.01-0.09g per 1ml capacity | capacitance of a pressure vessel. Further, the amount of carbon dioxide is uniquely determined by the temperature and pressure because the amount of the hydrophilic monomer is very small.

前記重合開始剤の使用方法は、この発明において重要な特徴である。具体的には、従来のように、重合開始前に、単量体、媒体とともに、耐圧容器内に装填するのでなく、単量体と二酸化炭素を耐圧容器内に装入したのち、耐圧容器内を二酸化炭素が超臨界状態に至る温度および圧力まで加熱・加圧し、単量体が超臨界二酸化炭素に溶解、好ましくは濃度ムラのない均一な溶解状態に至った後に、重合開始剤を、該耐圧容器に圧入させて重合を開始させるものである。   The method of using the polymerization initiator is an important feature in the present invention. Specifically, as in the prior art, before starting polymerization, the monomer and medium are not charged into the pressure vessel together with the monomer and medium, but after the monomers and carbon dioxide are charged into the pressure vessel, Is heated and pressurized to a temperature and pressure at which carbon dioxide reaches a supercritical state, and after the monomer has dissolved in supercritical carbon dioxide, preferably a uniform dissolved state without concentration unevenness, the polymerization initiator is The polymerization is started by press-fitting into a pressure vessel.

単量体と超臨界二酸化炭素の溶解状態は、耐圧容器として覗窓付きのものを用い、目視観察により決定する。すなわち、目視により両者が白濁状態から透明になるのを観察して決定するのが確実であるが、以下のような条件でも、単量体と超臨界二酸化炭素が均一な溶解状態になることが確認されており、目視観察の代わりに適用される。   The dissolved state of the monomer and supercritical carbon dioxide is determined by visual observation using a pressure-resistant vessel with a viewing window. That is, it is certain to visually determine that both of them become transparent from the cloudy state, but the monomer and the supercritical carbon dioxide can be in a uniform dissolved state even under the following conditions. It has been confirmed and applied instead of visual observation.

すなわち、耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、攪拌しながら、二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで昇温、加圧させ、耐圧容器内が、所定の重合温度及び重合圧力で安定したとき、あるいは、耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、30〜90分間かけて、二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで昇温、加圧したときを、単量体と超臨界二酸化炭素が均一な溶解状態に至ったときとすることができる。   That is, a hydrophilic monomer and carbon dioxide are put into a pressure vessel, and while stirring, the temperature is raised to a temperature above the critical point of carbon dioxide, and the pressure is increased. When stable at the polymerization pressure, or when a hydrophilic monomer and carbon dioxide are charged into a pressure vessel, and the temperature is raised to a temperature and pressure above the critical point of carbon dioxide over 30 to 90 minutes and pressurized. Can be when the monomer and supercritical carbon dioxide reach a homogeneous dissolved state.

重合開始剤の圧入は、全量を一括して行ってもよいが、分割して行うとより高分子量の重合体が得られるので、目的に応じて、使い分けるのが望ましい。なお、必要に応じて、耐圧容器内に装填した二酸化炭素の一部を放出排気して、耐圧容器内の空気(酸素)を除去することが望ましい。   The entire amount of the polymerization initiator may be injected all at once, but if it is divided, a polymer having a higher molecular weight can be obtained. If necessary, it is desirable to discharge and exhaust part of the carbon dioxide loaded in the pressure vessel to remove air (oxygen) in the pressure vessel.

この発明に用いられる製造装置の一例を、図1に示される配置図に基づいて説明する。この発明に用いられる重合反応用の耐圧容器1は、恒温水槽2内に載置される。この耐圧容器1内には、耐圧容器1の載置台内部の、磁石の磁力で回転するスターラー3と、図示しないが覗窓が設けられている。
なお、二酸化炭素は、ボンベ4から高圧ポンプ5を用いて耐圧容器1内に装填され、重合開始剤は、開始剤カラム6から耐圧容器1内に二酸化炭素を用いて圧入される。
また、図中、7はバッファー容器、8はフィルター、9は圧力計、10は温度計をそれぞれ示す。
An example of the manufacturing apparatus used for this invention is demonstrated based on the layout shown by FIG. The pressure resistant container 1 for polymerization reaction used in the present invention is placed in a constant temperature water tank 2. In the pressure vessel 1, a stirrer 3 that is rotated by the magnetic force of the magnet inside the mounting table of the pressure vessel 1 and a viewing window (not shown) are provided.
Carbon dioxide is charged into the pressure vessel 1 from the cylinder 4 using the high-pressure pump 5, and the polymerization initiator is pressed into the pressure vessel 1 from the initiator column 6 using carbon dioxide.
In the figure, 7 is a buffer container, 8 is a filter, 9 is a pressure gauge, and 10 is a thermometer.

125mlのステンレス製の重合用耐圧容器に、アクリル酸6.5gを装填し、二酸化炭素を注入した。二酸化炭素の一部を排気して脱気したのち、重合用耐圧容器内の温度が温度65℃、圧力20MPaになるまで昇温、昇圧させた。
二酸化炭素の注入後約40分経過した時点で、アクリル酸と二酸化炭素が均一に溶解したことを、重合用耐圧容器に設けた覗窓を介して目視により、さらに計器により、温度と圧力が一定に、しかも安定していることも確認した。
アクリル酸1.0gに溶解した2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(和光純薬株式会社製V−65)7.5mgを圧入した。圧力を25MPaに調整し、攪拌を行いながら6時間反応させた。
重合用耐圧容器内の温度を室温まで冷却した後、二酸化炭素を排出した。
粒子径100〜250nmの粒子径の揃った球状の微粒子白色の高分子微粉末が得られ、GPC(標準物質:ポリエチレンオキサイド)で測定したこの粉末の分子量(Mw)は700,000で分子量分布の分散度(Mw/Mn)は2.07であった。
A 125 ml stainless steel pressure vessel for polymerization was charged with 6.5 g of acrylic acid and carbon dioxide was injected. After part of the carbon dioxide was evacuated and degassed, the temperature was increased and the pressure was increased until the temperature in the polymerization pressure vessel reached a temperature of 65 ° C. and a pressure of 20 MPa.
At about 40 minutes after carbon dioxide injection, the fact that acrylic acid and carbon dioxide were uniformly dissolved was visually observed through a viewing window provided in the pressure-resistant container for polymerization, and the temperature and pressure were kept constant with a meter. In addition, it was confirmed that it is stable.
7.5 mg of 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) (V-65 manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) dissolved in 1.0 g of acrylic acid was injected. The pressure was adjusted to 25 MPa, and the reaction was carried out for 6 hours while stirring.
After the temperature in the polymerization pressure vessel was cooled to room temperature, carbon dioxide was discharged.
A spherical fine white polymer powder having a uniform particle size of 100 to 250 nm is obtained, and the molecular weight (Mw) of this powder measured by GPC (standard material: polyethylene oxide) is 700,000 and the molecular weight distribution is The dispersity (Mw / Mn) was 2.07.

上記実施例においては、単量体(モノマー)濃度6wt/vol%(重合用耐圧容器容量1ml当たり0.06g)であったが、その濃度のみを変更して、重合して得られた親水性重合体の分子量(Mw)と、分散度(Mw/Mn)の測定結果を図2に示す。
図2から明らかなように、単量体濃度2〜8%では、単量体濃度の上昇とともに分子量は増加したが、単量体濃度10%では、分子量は低下した。
これは、単量体濃度が高くなると重合熱の除熱が不十分となり、重合用耐圧容器内の温度が上昇し、過剰量のラジカルが発生したためと考えられる。なお、分散度は、単量体濃度にかかわらず、ほぼ一定である。
In the above examples, the monomer concentration was 6 wt / vol% (0.06 g per 1 ml of the pressure vessel capacity for polymerization), but the hydrophilicity obtained by polymerization only by changing the concentration. The measurement results of the molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mn) of the polymer are shown in FIG.
As is apparent from FIG. 2, the molecular weight increased with increasing monomer concentration at a monomer concentration of 2-8%, but decreased at 10% monomer concentration.
This is presumably because when the monomer concentration is high, heat removal from the polymerization heat becomes insufficient, the temperature in the polymerization pressure-resistant vessel rises, and an excessive amount of radicals are generated. The degree of dispersion is almost constant regardless of the monomer concentration.

上記実施例においては、重合開始剤の濃度は0.1%であったが、その濃度のみを変更して、重合して得られた親水性重合体の分子量(Mw)と分散度(Mw/Mn)の測定結果を図3に、収率を図4に示す。
図3から明らかなように、重合開始剤の濃度が低くなるほど、高分子量かつ分散度が小さい重合体が得られた。重合開始剤の濃度が0.04wt%では、分子量約110万、分散度1.7という最も高分子量、低分散度の重合体が得られた
また、図4から明らかなように、重合開始剤濃度0.03wt%未満では、重合が起こらず、0.04wt%では約60%、0.05wt%以上では約90%という高い収率が得られた。
In the above examples, the concentration of the polymerization initiator was 0.1%, but only the concentration was changed, and the molecular weight (Mw) and dispersity (Mw / Mw) of the hydrophilic polymer obtained by polymerization. The measurement results of Mn) are shown in FIG. 3, and the yield is shown in FIG.
As is clear from FIG. 3, a polymer having a high molecular weight and a low degree of dispersion was obtained as the concentration of the polymerization initiator was lowered. When the concentration of the polymerization initiator was 0.04 wt%, the polymer with the highest molecular weight and low dispersion having a molecular weight of about 1.1 million and a dispersity of 1.7 was obtained. As is clear from FIG. When the concentration was less than 0.03 wt%, polymerization did not occur, and a high yield of about 60% was obtained at 0.04 wt% and about 90% at 0.05 wt% or more.

また、上記実施例において、重合開始剤の分割添加の影響を調べるために、重合開始剤を2等分または3等分して分割添加して重合させたところ、一括添加と分割添加では、図5に明らかなように、重合開始剤を分割投入することにより、分子量は大幅に増加し、分割投入を行わない場合と比較して、1.7倍の約80万という高分子量のポリアクリル酸が得られた。分散度はほぼ一定で、分散度への重合開始剤の追加投入の影響はほとんど認められない。   Further, in the above examples, in order to examine the influence of the divided addition of the polymerization initiator, the polymerization initiator was divided into two or three equal parts and added and polymerized. As can be seen in FIG. 5, the molecular weight is greatly increased by dividing the polymerization initiator, and the polyacrylic acid having a high molecular weight of about 800,000, which is 1.7 times that of the case where the partial charging is not performed. was gotten. The degree of dispersion is almost constant, and the influence of additional addition of the polymerization initiator on the degree of dispersion is hardly observed.

なお、上記の実験によって得られたポリアクリル酸の粒子サイズ、形状について、モノマー濃度、重合開始剤濃度の影響は認められなかった。
In addition, the influence of a monomer concentration and a polymerization initiator density | concentration was not recognized about the particle size and shape of the polyacrylic acid obtained by said experiment.

この発明によれば、分子量が大きく、残存媒体の少ない、しかも毒性の低い媒体を使用している親水性重合体が得られるので、それを製造する化学品製造業界を始として、そのような重合体を使用している化粧品業界、介護用品関連業界、さらには塗料、接着剤業界などで幅広く利用される可能性があるものである。
According to the present invention, a hydrophilic polymer using a medium having a large molecular weight, a small residual medium, and a low toxicity can be obtained. It can be widely used in the cosmetics industry using coalesce, the care-related industry, and the paint and adhesives industry.

この発明に用いられる製造装置の一配列図である。It is an arrangement | sequence diagram of the manufacturing apparatus used for this invention. この発明による重合体の分子量と分散度の単量体濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the monomer concentration dependence of the molecular weight and dispersion degree of the polymer by this invention. この発明による重合体の分子量と分散度の開始剤濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the initiator concentration dependence of the molecular weight and dispersion degree of the polymer by this invention. この発明による重合体収率の開始剤濃度依存性を示す図である。It is a figure which shows the initiator density | concentration dependence of the polymer yield by this invention. この発明による重合体の分子量および分散度への重合開始剤分割添加の影響を示す図である。It is a figure which shows the influence of the polymerization initiator division addition on the molecular weight and dispersion degree of the polymer by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 耐圧容器
2 恒温水槽
3 スターラー
4 二酸化炭素ボンベ
5 高圧ポンプ
6 開始剤カラム
7 バッファー容器
8 フィルター
9 圧力計
10 温度計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pressure-resistant container 2 Constant temperature water tank 3 Stirrer 4 Carbon dioxide cylinder 5 High pressure pump 6 Initiator column 7 Buffer container 8 Filter 9 Pressure gauge 10 Thermometer

Claims (7)

親水性単量体を超臨界二酸化炭素中で重合するに際し、
親水性単量体を超臨界二酸化炭素に溶解させた後に、重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法。
When polymerizing hydrophilic monomers in supercritical carbon dioxide,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising dissolving a hydrophilic monomer in supercritical carbon dioxide and then adding a polymerization initiator for polymerization.
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
前記投入された化合物を攪拌しながら、前記耐圧容器を、前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで昇温、加圧し、
前記耐圧容器内が、所定の重合温度及び重合圧力で安定したのち、
重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法。
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
While stirring the charged compound, the pressure vessel is heated to a temperature equal to or higher than the critical point of carbon dioxide, and the pressure is increased.
After the pressure vessel is stabilized at a predetermined polymerization temperature and polymerization pressure,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising polymerizing by adding a polymerization initiator.
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
30〜90分間かけて、前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで、前記耐圧容器内を昇温、加圧させたのち、
重合開始剤を添加して重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法。
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
After heating and pressurizing the inside of the pressure vessel up to a temperature and pressure above the critical point of the carbon dioxide over 30 to 90 minutes,
A method for producing a hydrophilic polymer, comprising polymerizing by adding a polymerization initiator.
耐圧容器に、親水性単量体と二酸化炭素を投入し、
前記二酸化炭素の臨界点以上の温度、圧力まで、前記耐圧容器内を昇温、加圧させたのち、
重合開始剤を、一括又は分割添加して、重合させること
を特徴とする親水性重合体の製造方法。
Fill the pressure vessel with hydrophilic monomer and carbon dioxide,
After raising the temperature inside the pressure vessel up to the temperature and pressure above the critical point of carbon dioxide, pressurize,
A method for producing a hydrophilic polymer, wherein polymerization is carried out by adding polymerization initiators all at once or in portions.
前記重合開始剤濃度が、
前記親水性単量体に対し0.03重量%以上であること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法。
The polymerization initiator concentration is
It is 0.03 weight% or more with respect to the said hydrophilic monomer, The manufacturing method of the hydrophilic polymer in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
前記耐圧容器内の単量体濃度が、
0.01〜0.09g/mlであること
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法。
The monomer concentration in the pressure vessel is
It is 0.01-0.09g / ml, The manufacturing method of the hydrophilic polymer in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
前記耐圧容器中の酸素除去を、
二酸化炭素の排気により行うこと
を特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の親水性重合体の製造方法。
Removing oxygen in the pressure vessel,
The method for producing a hydrophilic polymer according to any one of claims 1 to 4, wherein the method is carried out by exhausting carbon dioxide.
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