JP2011021070A - ビニル系ポリマーの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 ビニル系単量体を、式(1)で示されるコバルト錯体と、式(2)で示される特定の過酸化物系開始剤を組み合わせて使用し、懸濁重合法による重合を行うことで、高収率で高い連鎖移動効果を示し、なおかつ着色の問題のないビニル系ポリマーを得ることができる。
【選択図】なし
Description
懸濁重合法は、水性媒体中で行うため反応熱の除去が容易であり、簡便に固形のビニル系ポリマーを製造できるという点から、広く採用されているが、一方、生成するビニル系ポリマーの分子量は低下しにくいという欠点がある。
しかしながらこの方法では、発熱制御が困難といった課題や、多量の開始剤や連鎖移動剤を使用するため、開始剤分解物や残存連鎖移動剤、あるいは残存ビニル系単量体由来の臭気、塗膜性能の悪化といった課題があった。
また、特許文献1及び2に記載の過酸化ベンゾイルを使用した場合には、コバルト錯体の連鎖移動効果が低下する傾向があり、目的とする低分子量のものを得るためにはコバルト錯体量を多く添加する必要があり、その結果コバルト錯体によるビニル系ポリマーの着色が問題となる場合があった。
そこで本発明では、コバルト錯体と特定の開始剤を組み合わせることにより、高収率で高い連鎖移動効果を示し、なおかつ着色の問題のないビニル系ポリマーが得られる懸濁重合方法を見出した。
また、使用する過酸化物系開始剤は、Rが炭素数6〜12のアルキル基である。
具体的には、ビス(ボロンジフルオロジメチルジオキシイミノシクロヘキサン)コバルト(II)、ビス(ボロンジフルオロジメチルグリオキシメイト)コバルト(II)、ビス(ボロンジフルオロジフェニルグリオキシメイト)コバルト(II)、ビシナルイミノヒドロキシイミノ化合物のコバルト(II)錯体、テトラアザテトラアルキルシクロテトラデカテトラエンのコバルト(II)錯体、N,N’−ビス(サリチリデン)エチレンジアミノコバルト(II)錯体、ジアルキルジアザジオキソジアルキルドデカジエンのコバルト(II)錯体、コバルト(II)ポルフィリン錯体などがあげられる。これらは一種以上を適宜選択して使用することができる。中でも、水性媒体中に安定に存在し、連鎖移動効果が高いビス(ボロンジフルオロジフェニルグリオキシメイト)コバルト(II)(R1〜R4:フェニル基、X:F原子)が好ましい。
すなわち、
1/DPn=1/DPn,0+Cs〔Co(II)〕/〔M〕・・・(式3)
Dpn:連鎖移動剤存在下の重合で生成するビニル系ポリマーの重合度
Dpn,0:連鎖移動剤不存在下の重合で生成するビニル系ポリマーの重合度
Cs:連鎖移動定数
〔Co(II)〕/〔M〕:仕込みのCo錯体とビニル系単量体のmol比
参考:ラジカル重合ハンドブック、蒲池幹治他監修、ティー・エヌ・エス株式会社出版、p,38〜48
(式3)により求められるCs:連鎖移動定数が大きいほど、同じ開始剤量であってもより分子量を低下させることができる。好ましくはCsが2000以上であり、より好ましくは4000以上である。
式(2)の開始剤としては、例えば、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(R:炭素数8のアルキル基、R’:炭素数7のアルキル基)、t−ヘキシルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(R:炭素数6のアルキル基、R’:炭素数7のアルキル基)、t−アミルパーオキシ2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(R:炭素数4のアルキル基、R’:炭素数7のアルキル基)、クミルパーオキシネオデカノエート、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシピバレート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシラウレート、t−ヘキシルパーオキシベンゾアート、などが挙げられる。これらは一種以上を適宜選択して使用することができる。また、式(2)中のRは特に制限されないが、炭素数6〜12のアルキル基であることが好ましい。式(2)中のRが炭素数6以上のアルキル基である場合、より連鎖移動効果が高くなる傾向にあり、炭素数12以下のアルキル基である場合、着色が低減する傾向にある。また、式(2)中のR’はアルキル基、シクロアルキル基、アリール基であれば特に制限されない。中でも、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(R:炭素数8のアルキル基、R’:炭素数7のアルキル基)、t−ヘキシルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(R:炭素数6のアルキル基、R’:炭素数7のアルキル基)が好ましい。
重合開始剤の使用量は、特に制限されないが、ビニル系単量体100質量部に対して、0.05〜10質量部の範囲内であることが好ましく、更に0.1〜5質量部の範囲内であることが好ましい。重合開始剤の使用量が0.05質量部以上である場合に、ビニル系単量体の重合速度が向上し、比較的短時間でビニル系ポリマーを製造することが可能となる傾向にある。また、10質量部以下の場合に、重合発熱が緩和され、重合温度制御が容易となる傾向にある。
分散剤を含む水にビニル系単量体、連鎖移動剤、重合開始剤を添加し、懸濁化させ、その水性懸濁液を加熱することにより重合反応を進行させ、重合後の水性懸濁液を濾過、洗浄、脱水、乾燥する。得られるビニル系ポリマーは固形粒子である。
(1)収率
得られた正常なビニル系ポリマーの質量を測定し、収率(%)を下記式(4)より算出した。なお、正常なビニル系ポリマーとは、正味の質量を意味し、重合中に重合装置に付着した凝集物や、空気を含んだ二次凝集物等を除いたものである。
収率(%)=正常なビニル系ポリマーの質量(g)/仕込みのビニル系単量体の質量(g)×100・・・(4)
(2)ガードナー色数
得られた正常なビニル系ポリマー10gをガードナー試験管にとり、JIS K 5600に準拠して、ガードナー色数標準液と比色することにより測定した。
(3)分子量(Mw、Mn及びMw/Mn)
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)「HLC−8120」(商品名、東ソー株式会社製)を用いて測定した。カラムは、TSKgel G5000HXL*GMHXL−L(商品名、東ソー株式会社製)を使用した。また、検量線は、TSK標準ポリスチレンF288/F80/F40/F10/F4/F1/A5000/A1000/A500(商品名、東ソー株式会社製)及びスチレンを使用して作成した。
得られた正常なビニル系ポリマーをテトラヒドロフラン(THF)に0.4質量%になるように溶解した溶液100μlを使用して、40℃で測定を行った。標準ポリスチレン換算にて重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量/数平均分子量(Mw/Mn)を算出した。
(4)連鎖移動定数
(3)で得られた分子量測定結果を元に、(式3)からそれぞれの開始剤を使用した際の連鎖移動定数Csを求めた。
1/DPn=1/DPn,0+Cs〔Co(II)〕/〔M〕・・・(式3)
Dpn:連鎖移動剤存在下の重合で生成するビニル系ポリマーの重合度
Dpn,0:連鎖移動剤不存在下の重合で生成するビニル系ポリマーの重合度
Cs:連鎖移動定数
〔Co(II)〕/〔M〕:仕込みのCo錯体とビニル系単量体のmol比
なお、本願ではそれぞれの開始剤につき、1/DPnと〔Co(II)〕/〔M〕の値をプロットし、その傾きからCsを求めた。
撹拌機、冷却管、温度計を備えた重合装置中に、脱イオン水900部、メタクリル酸2−スルホエチルナトリウム60部、メタクリル酸カリウム10部及びメチルメタクリレート12部を入れて撹拌し、重合装置内を窒素置換しながら、50℃に昇温した。その中に、重合開始剤として2,2'−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩0.08部を添加し、更に60℃に昇温した。昇温後、滴下ポンプを使用して、メチルメタクリレートを0.24部/分の速度で75分間連続的に滴下した。反応溶液を60℃で6時間保持した後、室温に冷却して、透明な水溶液である固形分10質量%の分散剤1を得た。
製造例2〔連鎖移動剤1の製造〕
撹拌装置を備えた合成装置中に、窒素雰囲気下で、酢酸コバルト(II)四水和物1.00gおよびジフェニルグリオキシム1.93g、あらかじめ窒素バブリングにより脱酸素したジエチルエーテル80mlを入れ、室温で30分間攪拌した。ついで、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体10mlを加え、さらに6時間攪拌した。混合物をろ過し、固体をジエチルエーテルで洗浄し、15時間真空乾燥して、赤褐色固体である連鎖移動剤1を2.12g得た。
撹拌機、冷却管、温度計を備えた重合装置中に、脱イオン水145部、硫酸ナトリウム0.1部及び分散剤1(固形分10質量%)0.25部を入れて撹拌し、均一な水溶液とした。次に、メチルメタクリレートを100部、連鎖移動剤1を0.005部及び1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート0.05部を加え、水性懸濁液とした。次に、重合装置内を窒素置換し、80℃に昇温して約1時間反応し、さらに重合率を上げるため、後処理温度として90℃に昇温して1時間保持した。その後、反応液を40℃に冷却して、ポリマーを含む水性懸濁液を得た。この水性懸濁液を目開き45μmのナイロン製濾過布で濾過し、濾過物を脱イオン水で洗浄し、脱水し、40℃で16時間乾燥して、ビニル系ポリマーを得た。このビニル系ポリマーは、Mw280000、Mw/Mn3.7であった。
パーオクタO:1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(日本油脂株式会社製)
パーヘキシルO:t−ヘキシルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(日本油脂株式会社製)
パーブチルO:t−ブチルパーオキシ2−エチルヘキサノエート(日本油脂株式会社製)
LPO:ラウロイルパーオキサイド
BPO:ベンゾイルパーオキサイド
AMBN:2,2'−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)
AIBN:2,2'−アゾビスイソブチロニトリル
〔実施例1−b〜3−b、比較例1−a〜4〕
開始剤の種類、添加量を表1および表2に示されるものとしたこと以外は、実施例1−aと同様にしてビニル系ポリマーを得た。評価結果を表1および表2に示す。
これに対し、比較例1−a、1−bでは、ジアシル型の過酸化物系開始剤を使用しているため、それぞれ同量のコバルト錯体を使用した実施例1−c、1−dと比較して、連鎖移動効果が低く、さらに高い着色もみられた
また、比較例2−a、比較例2−bでは、ジアシル型の過酸化物系開始剤を使用しているため、同量のコバルト錯体を使用した実施例1−b、実施例1−cと比較して、連鎖移動効果が低く、収率も低い場合もあった。
Claims (2)
- ビニル系単量体を、下記式(1)で表されるコバルト錯体、及び下記式(2)で表される過酸化物系開始剤を使用し、懸濁重合法によってビニル系ポリマーを製造する方法。
- 式(2)中のRが炭素数6〜12のアルキル基である過酸化物開始剤を用いる請求項1記載のビニル系ポリマーの製造方法。
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