JP2012224680A - (meta)acrylic acid copolymer, method of producing the same, and application therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、スケール防止剤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。 The present invention relates to a (meth) acrylic acid copolymer suitably used for a scale inhibitor or the like and a method for producing the same.
従来から、(メタ)アクリル酸系重合体等の水溶性重合体のうち、低分子量のものは、その優れたキレート能や分散能を利用して、スケール防止剤等に好適に用いられている。しかし、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といった問題があった。 Conventionally, among water-soluble polymers such as (meth) acrylic acid-based polymers, those having a low molecular weight are suitably used for scale inhibitors and the like by utilizing their excellent chelating ability and dispersibility. . However, scale inhibitors are used in highly concentrated cooling water systems to conserve resources and save water, are used in water systems with high hardness for reasons such as water quality degradation, or have high salt concentrations such as seawater. Although it may be used in an aqueous system, in such a case, there is a problem that the polymer gels and precipitates, and the scale preventing ability is remarkably lowered.
特許文献1には、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)および該(メタ)アクリル酸系単量体(A)と共重合可能なモノエチレン性不飽和単量体(B)由来の構成単位(b)を有する共重合体であり、かつ、主鎖末端の少なくとも一方にスルホン酸基(但し、該スルホン酸基は、アンモニウム塩、アルカリ金属塩、もしくは有機アミン基の塩になっていてもよい。)を有している、(メタ)アクリル酸系共重合体であって、前記構成単位(b)が、下記一般式(2)で示す(メタ)アリルエーテル系単量体(B1)由来の構成単位(b1)を少なくとも含み、かつ、前記構成単位(a)と前記構成単位(b1)の相互割合が、前記構成単位(a)70〜95モル%、前記構成単位(b1)5〜30モル%であり、カルシウムイオンを含む水系での耐ゲル化試験における耐ゲル化度が100〜1500である(メタ)アクリル酸系共重合体が開示されている。 In Patent Document 1, the structural unit (a) derived from the (meth) acrylic acid monomer (A) represented by the following general formula (1) and the (meth) acrylic acid monomer (A) are copolymerized. A copolymer having a structural unit (b) derived from a possible monoethylenically unsaturated monomer (B), and at least one of the ends of the main chain, a sulfonic acid group (provided that the sulfonic acid group is ammonium A (meth) acrylic acid copolymer having a salt, an alkali metal salt, or a salt of an organic amine group, wherein the structural unit (b) has the following general formula: It contains at least the structural unit (b1) derived from the (meth) allyl ether monomer (B1) represented by (2), and the mutual proportion of the structural unit (a) and the structural unit (b1) Unit (a) 70-95 mol%, said structural unit (b1) 5-30 A le%, gelation resistance degree of gelation resistance test in an aqueous system containing calcium ions is 100 to 1500 (meth) acrylic acid copolymer is disclosed.
(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、アンモニウム基または有機アミン基を表す。)
(In the formula, R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X represents a hydrogen atom, a metal atom, an ammonium group, or an organic amine group.)
(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になっていてもよい。)を表す。)
特許文献1には、上記共重合体が、前記(メタ)アリルエーテル系単量体由来の構成単位である側鎖のスルホン酸基と、主鎖末端に導入されたスルホン酸基との相乗効果により、耐ゲル性能が著しく向上することが開示されている。
(Wherein R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and Y and Z each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid group (provided that the monovalent metal salt, divalent metal salt, ammonium salt, or organic amine group) It may be a salt.))
In Patent Document 1, the copolymer is a synergistic effect of a sulfonic acid group in a side chain, which is a structural unit derived from the (meth) allyl ether monomer, and a sulfonic acid group introduced at the end of the main chain. Thus, it is disclosed that the gel resistance performance is remarkably improved.
しかしながら、上記共重合体は、例えば水処理剤等としてより厳しい需要者の要求に対応する為、スケールの生成・成長を抑制する為に、炭酸カルシウムの分散性を改善する余地があった。 However, the above-mentioned copolymer has room for improving the dispersibility of calcium carbonate in order to suppress the generation and growth of scale in order to meet the demands of more demanding customers as a water treatment agent, for example.
このように、従来、種々の重合体が報告されてはいるものの、水処理用途等の水系用途における要求に、十分に合致できていないのが現状である。具体的には、水処理用途では、高硬度では、ゲル化して沈殿することを抑制する性能(耐ゲル性)に加え、スケールの生成・成長を抑制するために炭酸カルシウムを分散させる性能(炭酸カルシウムの分散性)が強く要請されている。
そこで、本発明は、上記水系用途に用いられた場合に従来より一層改善された耐ゲル性を有し、かつ高い炭酸カルシウムの分散性を有する共重合体、およびその製造方法を提供することを目的とする。
Thus, although various polymers have been reported in the past, the present situation is that they are not sufficiently meeting the requirements for water-based applications such as water treatment. Specifically, in water treatment applications, at high hardness, in addition to the ability to suppress gelation and precipitation (gel resistance), the ability to disperse calcium carbonate to suppress the formation and growth of scale (carbonic acid) There is a strong demand for calcium dispersibility.
Accordingly, the present invention provides a copolymer having improved gel resistance and high dispersibility of calcium carbonate when used in the above-mentioned aqueous system, and a method for producing the same. Objective.
本発明者らは、上記目的を達成するために様々な重合体/共重合体について鋭意検討を行なった結果、特定の(メタ)アクリル酸系共重合体が、優れた耐ゲル性と炭酸カルシウムの分散性を有することを知得した。上記知見に基づいて、本発明を完成した。
すなわち、本発明の共重合体は、全単量体由来の構造100モル%に対して、5モル%以上25モル%以下の下記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)、50モル%以上88モル%以下の(メタ)アクリル酸(塩)由来の構造単位(b)、7モル%以上25モル%以下のマレイン酸(塩)由来の構造単位(c)を必須構造単位として有する共重合体であって、重量平均分子量が1000〜30000であることを特徴とする(メタ)アクリル酸系共重合体である。
As a result of intensive studies on various polymers / copolymers to achieve the above object, the present inventors have found that a specific (meth) acrylic acid-based copolymer has excellent gel resistance and calcium carbonate. It was found that it has a dispersibility of Based on the above findings, the present invention has been completed.
That is, the copolymer of the present invention has a structure derived from a monomer represented by the following general formula (1) of 5 mol% to 25 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers. Unit (a), 50 to 88 mol% of (meth) acrylic acid (salt) derived structural unit (b), 7 to 25 mol% of maleic acid (salt) derived structural unit (c ) As an essential structural unit, and is a (meth) acrylic acid copolymer having a weight average molecular weight of 1000 to 30000.
一般式(1)中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、XおよびYは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸(塩)基を表す(但し、X、Yのうち少なくとも一方はスルホン酸(塩)基を表す)。
In general formula (1), R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X and Y each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (salt) group (provided that at least one of X and Y is sulfonic acid) (Salt) group).
本発明の共重合体は、優れた耐ゲル性と炭酸カルシウムの分散性を示すことから、水処理剤(特にスケール防止剤)等に好適に使用することができる。 Since the copolymer of the present invention exhibits excellent gel resistance and calcium carbonate dispersibility, it can be suitably used for water treatment agents (particularly scale inhibitors).
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
〔(メタ)アクリル酸系共重合体(本発明の共重合体ともいう)〕
本発明の共重合体は、下記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)を特定の割合で有することを必須としている。
[(Meth) acrylic acid copolymer (also referred to as a copolymer of the present invention)]
The copolymer of the present invention essentially has a specific proportion of the structural unit (a) derived from the monomer represented by the following general formula (1).
一般式(1)中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、XおよびYは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸(塩)基を表す(但し、X、Yのうち少なくとも一方はスルホン酸(塩)基を表す)。
スルホン酸(塩)とは、スルホン酸、スルホン酸塩をいう。
スルホン酸塩における塩とは、金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩である。具体的には、ナトリウム塩、リチウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩;マグネシウム塩、カルシウム塩等のアルカリ土類金属塩;鉄の塩等の遷移金属塩;モノエタノールアミン塩、ジエタノールアミン塩、トリエタノールアミン塩等のアルカノールアミン塩;モノエチルアミン塩、ジエチルアミン塩、トリエチルアミン塩等のアルキルアミン塩;エチレンジアミン塩、トリエチレンジアミン塩等のポリアミン等の有機アミンの塩;等が挙げられる。この中でもナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
In general formula (1), R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X and Y each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (salt) group (provided that at least one of X and Y is sulfonic acid) (Salt) group).
The sulfonic acid (salt) refers to sulfonic acid and sulfonate.
The salt in the sulfonate is a metal salt, an ammonium salt, or an organic amine salt. Specifically, alkali metal salts such as sodium salt, lithium salt and potassium salt; alkaline earth metal salts such as magnesium salt and calcium salt; transition metal salts such as iron salt; monoethanolamine salt, diethanolamine salt, Alkanolamine salts such as ethanolamine salts; alkylamine salts such as monoethylamine salts, diethylamine salts, and triethylamine salts; salts of organic amines such as polyamines such as ethylenediamine salts and triethylenediamine salts; Of these, sodium salts and potassium salts are particularly preferable.
上記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)は、具体的には下記一般式(2)で表される。 The structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1) is specifically represented by the following general formula (2).
一般式(2)中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、XおよびYは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸(塩)基を表す(但し、X、Yのうち少なくとも一方はスルホン酸(塩)基を表す)。
本発明の共重合体が「一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)」を有するとは、最終的に得られた重合体が、上記一般式(2)で表される構造単位を含むことを意味する。
本発明の共重合体が一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)を所定量有することにより、耐ゲル性が顕著に向上する。構造単位(a)はエステル基やアミド基を含まないため、重合体の製造工程や、重合体を含む諸製品の製造工程における条件下においても安定性が高いことから、効率よく耐ゲル性を向上することが可能である。
In general formula (2), R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X and Y each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (salt) group (provided that at least one of X and Y is sulfonic acid) (Salt) group).
When the copolymer of the present invention has “structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1)”, the finally obtained polymer has the general formula (2). Is included.
When the copolymer of the present invention has a predetermined amount of the structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1), the gel resistance is remarkably improved. Since the structural unit (a) does not contain an ester group or an amide group, it is highly stable even under conditions in the production process of the polymer and in the production process of various products containing the polymer. It is possible to improve.
本発明の共重合体は、一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)を全単量体由来の構造100モル%に対して、5モル%以上25モル%以下の割合で有する。本発明において、全単量体由来の構造とは、上記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造(b)、マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)、その他の単量体に由来する構造単位(e)をいう。上記一般式(1)で表される構造単位(a)が上記範囲内であれば、共重合体の耐ゲル性が優れたものとなる。上記一般式(1)で表される構造単位(a)が上記範囲より少なくなると、耐ゲル性が低下する傾向にある。上記一般式(1)で表される構造単位(a)が上記範囲より多くなると、炭酸カルシウムへの吸着力が低下すること等に起因して、スケール抑制能が低下する傾向にある。また、本発明の共重合体は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)及びマレイン酸(塩)由来の構造単位(c)を上記の範囲で含むことにより、カルボキシル基を適正量含むこととなるため、良好な炭酸カルシウムの分散性も示すものとなる。全単量体由来の構造100モル%に対する構造単位(a)の割合は、好ましくは5モル%以上、20モル%以下であり、より好ましくは5モル%以上、15モル%以下であり、さらに好ましくは6モル%以上10モル%以下である。 In the copolymer of the present invention, the structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1) is 5 mol% or more and 25 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers. It has the following ratio. In the present invention, the structure derived from all monomers is the structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1), or the structure derived from (meth) acrylic acid (salt) (b ), A structural unit (c) derived from maleic acid (salt), and a structural unit (e) derived from other monomers. When the structural unit (a) represented by the general formula (1) is within the above range, the gel resistance of the copolymer is excellent. When the structural unit (a) represented by the general formula (1) is less than the above range, the gel resistance tends to be lowered. When the structural unit (a) represented by the general formula (1) is larger than the above range, the ability to suppress the scale tends to decrease due to a decrease in the adsorption power to calcium carbonate. In addition, the copolymer of the present invention contains a structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) and a structural unit (c) derived from maleic acid (salt) in the above range, whereby a carboxyl group Therefore, a good dispersibility of calcium carbonate is also exhibited. The proportion of the structural unit (a) with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers is preferably 5 mol% or more and 20 mol% or less, more preferably 5 mol% or more and 15 mol% or less, Preferably they are 6 mol% or more and 10 mol% or less.
本発明の共重合体は、全単量体に由来する構造単位のモル分率Yを1としたときの、構造単位(b)のモル分率Ybと構造単位(c)のモル分率Ycとの関係が下記一般式で表されることが好ましい。 The copolymer of the present invention has a molar fraction Yb of the structural unit (b) and a molar fraction Yc of the structural unit (c) when the molar fraction Y of the structural units derived from all monomers is 1. Is preferably represented by the following general formula.
YbとYcが上記式を満たすことにより、共重合体のカルボン酸(塩)基の含有量が適切なものとなることに起因して、共重合体のスケール抑制能が向上する傾向にある。
When Yb and Yc satisfy the above formula, the content of the carboxylic acid (salt) group of the copolymer becomes appropriate, and the ability to suppress the scale of the copolymer tends to be improved.
<(メタ)アクリル酸(塩)由来の構造単位>
本発明の共重合体は、(メタ)アクリル酸(塩)(単量体(B)ともいう)に由来する構造単位(b)を特定の割合で有することを必須としている。
(メタ)アクリル酸(塩)とは、アクリル酸、アクリル酸塩、メタクリル酸、メタクリル酸塩をいう。(メタ)アクリル酸塩における塩とは、上記スルホン酸塩における塩と同様である。同様に、(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塩、カリウム塩が特に好ましい。
<Structural unit derived from (meth) acrylic acid (salt)>
The copolymer of the present invention essentially has a specific proportion of structural units (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) (also referred to as monomer (B)).
(Meth) acrylic acid (salt) refers to acrylic acid, acrylate, methacrylic acid, and methacrylate. The salt in the (meth) acrylate is the same as the salt in the sulfonate. Similarly, the (meth) acrylic acid salt is particularly preferably a sodium salt or potassium salt of (meth) acrylic acid.
(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)とは、(メタ)アクリル酸(塩)の重合性の不飽和二重結合が単結合になった構造であり、例えば(メタ)アクリル酸(塩)がアクリル酸ナトリウムの場合、構造単位(b)は、−CH2−CH(COONa)−、で表すことができる。本発明の共重合体が「(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)」を有するとは、最終的に得られた重合体が、(メタ)アクリル酸(塩)の重合性の不飽和二重結合を単結合に置き換えた構造単位を含むことを意味する。 The structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) is a structure in which the polymerizable unsaturated double bond of (meth) acrylic acid (salt) is a single bond, for example (meth) When the acrylic acid (salt) is sodium acrylate, the structural unit (b) can be represented by —CH 2 —CH (COONa) —. When the copolymer of the present invention has “structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt)”, the finally obtained polymer is a polymer of (meth) acrylic acid (salt). It is meant to include structural units in which sex unsaturated double bonds are replaced with single bonds.
本発明の共重合体は、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)を全単量体由来の構造100モル%に対して、50モル%以上88モル%以下の割合で有する。本発明において、全単量体由来の構造とは、上記の通り、上記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)、マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)、その他の単量体に由来する構造単位(e)をいう。
(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)が上記範囲内であることにより、共重合体の耐ゲル性やキレート能、炭酸カルシウムの分散性が優れたものとなる傾向にある。全単量体由来の構造100モル%に対する構造単位(b)の割合は、好ましくは60モル%以上88モル%以下であり、より好ましくは70モル%以上88モル%以下であり、さらに好ましくは78モル%以上86モル%以下である。
In the copolymer of the present invention, the structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) is in a proportion of 50 mol% to 88 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers. Have. In the present invention, the structure derived from all monomers is derived from the structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1) and (meth) acrylic acid (salt) as described above. The structural unit (b) derived from maleic acid (salt), and the structural unit (e) derived from other monomers.
When the structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) is within the above range, the gel resistance and chelating ability of the copolymer and the dispersibility of calcium carbonate tend to be excellent. . The ratio of the structural unit (b) to 100 mol% of the structure derived from all monomers is preferably 60 mol% or more and 88 mol% or less, more preferably 70 mol% or more and 88 mol% or less, and still more preferably. It is 78 mol% or more and 86 mol% or less.
<マレイン酸(塩)由来の構造単位>
本発明の共重合体は、マレイン酸(塩)(単量体(C)ともいう)に由来する構造単位(c)を特定の割合で有することを必須としている。
マレイン酸(塩)とは、マレイン酸、マレイン酸塩(マレイン酸の一塩、マレイン酸の二塩)をいう。マレイン酸塩における塩とは、上記スルホン酸塩における塩と同様である。同様に、マレイン酸塩としては、マレイン酸塩のナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
<Structural unit derived from maleic acid (salt)>
The copolymer of the present invention essentially has a specific proportion of structural units (c) derived from maleic acid (salt) (also referred to as monomer (C)).
Maleic acid (salt) refers to maleic acid and maleic acid salt (monosalt of maleic acid, disalt of maleic acid). The salt in the maleate is the same as the salt in the sulfonate. Similarly, the maleate is particularly preferably a sodium salt or potassium salt of maleate.
マレイン酸(塩)に由来する構造単位(c)とは、マレイン酸(塩)の重合性の不飽和二重結合が単結合になった構造であり、例えばマレイン酸(塩)がマレイン酸1ナトリウムの場合、構造単位(c)は、−CH(COOH)−CH(COONa)−、で表すことができる。本発明の共重合体が「マレイン酸(塩)に由来する構造単位(c)」を有するとは、最終的に得られた重合体が、マレイン酸(塩)の重合性の不飽和二重結合を単結合に置き換えた構造単位を含むことを意味する。 The structural unit (c) derived from maleic acid (salt) is a structure in which the polymerizable unsaturated double bond of maleic acid (salt) is a single bond. For example, maleic acid (salt) is maleic acid 1 In the case of sodium, the structural unit (c) can be represented by —CH (COOH) —CH (COONa) —. The copolymer of the present invention has “structural unit (c) derived from maleic acid (salt)” means that the finally obtained polymer is a polymerizable unsaturated double bond of maleic acid (salt). It is meant to include structural units in which the bond is replaced with a single bond.
本発明の共重合体は、マレイン酸(塩)に由来する構造単位(c)を全単量体由来の構造100モル%に対して、7モル%以上25モル%以下の割合で有する。本発明において、全単量体由来の構造とは、上記の通り、上記一般式(1)で表される単量体に由来する構造単位(a)、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)、マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)、その他の単量体に由来する構造単位(e)をいう。
マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)が上記範囲内であれば、共重合体の耐ゲル性やキレート能、炭酸カルシウムの分散性が優れたものとなる。全単量体由来の構造100モル%に対する構造単位(c)の割合は、好ましくは7モル%以上20モル%以下であり、より好ましくは7モル%以上15モル%以下であり、さらに好ましくは8モル%以上12モル%以下である。マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)が上記範囲より低いと、共重合体の炭酸カルシウム等への吸着力が低下すること等に起因して、スケール抑制能が低下する傾向にある。マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)が上記範囲より高いと、共重合体の耐ゲル性が低下すること等に起因して、スケール抑制能が低下する傾向にある。
The copolymer of the present invention has a structural unit (c) derived from maleic acid (salt) at a ratio of 7 mol% to 25 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers. In the present invention, the structure derived from all monomers is derived from the structural unit (a) derived from the monomer represented by the general formula (1) and (meth) acrylic acid (salt) as described above. The structural unit (b) derived from maleic acid (salt), and the structural unit (e) derived from other monomers.
If the structural unit (c) derived from maleic acid (salt) is within the above range, the gel resistance and chelating ability of the copolymer and the dispersibility of calcium carbonate are excellent. The ratio of the structural unit (c) to 100 mol% of the structure derived from all monomers is preferably 7 mol% or more and 20 mol% or less, more preferably 7 mol% or more and 15 mol% or less, and further preferably It is 8 mol% or more and 12 mol% or less. If the structural unit (c) derived from maleic acid (salt) is lower than the above range, the ability to suppress the scale tends to decrease due to a decrease in the adsorptive power of the copolymer to calcium carbonate or the like. When the structural unit (c) derived from maleic acid (salt) is higher than the above range, the scale-inhibiting ability tends to decrease due to a decrease in gel resistance of the copolymer.
<その他の単量体由来の構造単位>
本発明の共重合体は、上記一般式(1)で表される構造単位(a)、(メタ)アクリル酸(塩)に由来する構造単位(b)、マレイン酸(塩)由来の構造単位(c)に加え、その他の単量体(単量体(E)ともいう)に由来する構造単位(e)を有していても良い。
その他の単量体は、単量体(A)〜(C)のいずれかと共重合可能な単量体であることが好ましい。
その他の単量体は塩であっても良く、その場合の塩は、上記スルホン酸塩における塩と同様である。同様に、塩である場合には、ナトリウム塩、カリウム塩が特に好ましい。
<Structural units derived from other monomers>
The copolymer of the present invention comprises a structural unit (a) represented by the general formula (1), a structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt), and a structural unit derived from maleic acid (salt). In addition to (c), it may have a structural unit (e) derived from another monomer (also referred to as monomer (E)).
The other monomer is preferably a monomer copolymerizable with any of the monomers (A) to (C).
The other monomer may be a salt, and the salt in that case is the same as the salt in the sulfonate. Similarly, when it is a salt, sodium salt and potassium salt are particularly preferable.
その他の単量体由来の構造単位(e)とは、その他の単量体の重合性の不飽和二重結合が単結合になった構造であり、例えば単量体(E)がアクリル酸メチルの場合、その他の単量体に由来する構造単位(e)は、−CH2−CH(COOCH3)−、で表すことができる。
本発明の共重合体が「その他の単量体に由来する構造単位(e)」を有するとは、最終的に得られた重合体が、その他の単量体の不飽和二重結合を単結合に置き換えた構造単位を含むことを意味する。
The structural unit (e) derived from the other monomer is a structure in which the polymerizable unsaturated double bond of the other monomer is a single bond. For example, the monomer (E) is methyl acrylate. In this case, the structural unit (e) derived from another monomer can be represented by —CH 2 —CH (COOCH 3 ) —.
The copolymer of the present invention has “structural unit (e) derived from other monomer” means that the finally obtained polymer has an unsaturated double bond of another monomer as a single unit. Means including structural units replaced by bonds.
本発明の共重合体は、その他の単量体に由来する構造単位(e)を全単量体由来の構造100モル%に対して、0モル%以上8モル%以下の割合で有していても良い。本発明において、全単量体由来の構造とは上記の通りである。その他の単量体に由来する構造単位(e)が上記範囲内を超えた場合、耐ゲル性とキレート能を両立できなくなったり、炭酸カルシウムのスケール防止能が低下する傾向にある為、好ましくない。全単量体由来の構造100モル%に対する構造単位(e)の割合は、好ましくは0モル%以上8モル%以下であり、さらに好ましくは0モル%以上5モル%以下であり、特に好ましくは0モル%以上3モル%以下である。 The copolymer of the present invention has structural units (e) derived from other monomers at a ratio of 0 mol% to 8 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers. May be. In the present invention, the structure derived from all monomers is as described above. When the structural unit (e) derived from the other monomer exceeds the above range, it is not preferable because both gel resistance and chelating ability cannot be achieved or the scale prevention ability of calcium carbonate tends to decrease. . The proportion of the structural unit (e) with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers is preferably 0 mol% or more and 8 mol% or less, more preferably 0 mol% or more and 5 mol% or less, particularly preferably. It is 0 mol% or more and 3 mol% or less.
その他の単量体(E)としては、特に限定されるものではなく、所望の効果によって適宜選択される。具体的には、クロトン酸、α−ヒドロキシアクリル酸、α−ヒドロキシメチルアクリル酸及びその誘導体等の、上記単量体(B)以外の不飽和モノカルボン酸及びこれらの塩等;イタコン酸、フマル酸、2−メチレングルタル酸等の上記単量体(C)以外の不飽和ジカルボン酸及びこれらの塩;ビニルスルホン酸、1−アクリルアミド−1−プロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−プロパンスルホン酸、2−(メタ)アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、(メタ)アリルオキシベンゼンスルホン酸、スチレンスルホン酸、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、(メタ)アリルスルホン酸、イソプレンスルホン酸、およびこれらの塩等の単量体(A)以外のスルホン酸基含有単量体;(メタ)アリルアルコール、イソプレノールにアルキレンオキサイドを付加した単量体、アルコキシアルキレングリコールの(メタ)アクリル酸エステル等のポリアルキレングリコール鎖含有単量体;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アミド系単量体;(メタ)アリルアルコール等のアリルエーテル系単量体;イソプレノール、等のイソプレン系単量体;ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸アルキルエステル系単量体;ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、α−ヒドロキシメチルエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシペンチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシネオペンチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキル系単量体;スチレン、インデン、ビニルアニリン等のビニルアリール単量体、イソブチレン、酢酸ビニル;ビニルピリジン、ビニルイミダゾール等の複素環式芳香族炭化水素基とアミノ基を有するビニル芳香族系アミノ基含有単量体およびこれらの4級化物や塩;ジメチルアミノエチルアクリレート、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ジメチルアミノプロピルアクリレート、アミノエチルメタクリレート等のアミノアルキル(メタ)アクリレート類およびこれらの4級化物や塩;ジアリルアミン、ジアリルジメチルアミン等のアリルアミン類およびこれらの4級化物や塩;(i)(メタ)アリルグリシジルエーテル、イソプレニルグリシジルエーテル、ビニルグリシジルエーテルのエポキシ環に、(ii)ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジイソプロピルアミン、ジn−ブチルアミン等のジアルキルアミン、ジエタノールアミン、ジイソプロパノールアミン等のアルカノールアミン、イミノジ酢酸、グリシン等のアミノカルボン酸、モルホリン、ピロール等の環状アミン類等のアミンを反応させることにより得られる単量体およびこれらの4級化物や塩等、が挙げられる。
また、上記他の単量体(E)は、1種を単独で使用してもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
The other monomer (E) is not particularly limited and is appropriately selected depending on the desired effect. Specifically, unsaturated monocarboxylic acids other than the monomer (B) and salts thereof such as crotonic acid, α-hydroxyacrylic acid, α-hydroxymethylacrylic acid and derivatives thereof; itaconic acid, fumaric acid Unsaturated dicarboxylic acids other than the above monomer (C) such as acid, 2-methyleneglutaric acid and their salts; vinylsulfonic acid, 1-acrylamide-1-propanesulfonic acid, 2-acrylamido-2-propanesulfonic acid 2- (meth) acrylamide-2-methyl-1-propanesulfonic acid, (meth) allyloxybenzenesulfonic acid, styrenesulfonic acid, sulfoethyl (meth) acrylate, sulfopropyl (meth) acrylate, (meth) allylsulfonic acid Sulfonic acid group-containing monomers other than the monomer (A) such as isoprenesulfonic acid and salts thereof Monomer: (meth) allyl alcohol, monomer obtained by adding alkylene oxide to isoprenol, polyalkylene glycol chain-containing monomer such as (meth) acrylic acid ester of alkoxyalkylene glycol; N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide N-vinyl monomers such as N-vinylacetamide, N-vinyl-N-methylformamide, N-vinyl-N-methylacetamide, N-vinyloxazolidone; (meth) acrylamide, N, N-dimethylacrylamide, N Amide monomers such as isopropyl acrylamide; Allyl ether monomers such as (meth) allyl alcohol; Isoprene monomers such as isoprenol; Butyl (meth) acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, dodecyl (Meta) Acrelay (Meth) acrylic acid alkyl ester monomers such as hydroxyethyl (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, hydroxybutyl (meth) acrylate, 2-hydroxybutyl (meth) ) Acrylate, 4-hydroxybutyl (meth) acrylate, α-hydroxymethylethyl (meth) acrylate, hydroxypentyl (meth) acrylate, hydroxyneopentyl (meth) acrylate, hydroxyhexyl (meth) acrylate and other (meth) acrylic acid Hydroxyalkyl monomers; vinyl aryl monomers such as styrene, indene and vinylaniline, isobutylene and vinyl acetate; heterocyclic aromatic hydrocarbon groups such as vinylpyridine and vinylimidazole and amino Vinyl aromatic amino group-containing monomers having a group, and quaternized products and salts thereof; aminoalkyl (meth) acrylates such as dimethylaminoethyl acrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminopropyl acrylate, and aminoethyl methacrylate; These quaternized compounds and salts; allylamines such as diallylamine and diallyldimethylamine and their quaternized compounds and salts; (i) epoxy ring of (meth) allyl glycidyl ether, isoprenyl glycidyl ether, vinyl glycidyl ether ( ii) Dialkylamines such as dimethylamine, diethylamine, diisopropylamine and di-n-butylamine, alkanolamines such as diethanolamine and diisopropanolamine, amino acids such as iminodiacetic acid and glycine Carboxylic acids, morpholine, quaternary compound or salt amine of monomers and obtained by reacting such cyclic amines pyrrole etc., etc., can be mentioned.
Moreover, the said other monomer (E) may be used individually by 1 type, or may be used with the form of a 2 or more types of mixture.
<その他の構造単位>
本発明の共重合体は、重合体分子の少なくとも一つの主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有することが好ましい。少なくとも一つの主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有するとは、1または2以上の主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有することをいい、例えば直鎖状の重合体分子であれば2の主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有していてもよく、分岐状の重合体分子であれば、3以上の主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有していても良い。少なくとも一つの主鎖末端にスルホン酸(塩)基を有することにより耐ゲル性がより向上する傾向にある。共重合体の全質量100質量%に対する、重合体分子の主鎖末端のスルホン酸基の割合(質量%)が、0.01質量%以上、5質量%以下であることがより好ましい。なお、共重合体の全質量に対する、分子末端のスルホン酸基の質量%を計算する場合も、酸換算で計算するものとし、該当する場合にはアミン換算で計算するものとする。
<Other structural units>
The copolymer of the present invention preferably has a sulfonic acid (salt) group at the end of at least one main chain of the polymer molecule. Having a sulfonic acid (salt) group at at least one main chain terminal means having one or two or more main chain terminals having a sulfonic acid (salt) group, for example, a linear polymer molecule. 2 may have a sulfonic acid (salt) group at the terminal end of the main chain, and may have a sulfonic acid (salt) group at three or more main chain terminals as long as it is a branched polymer molecule. . The gel resistance tends to be further improved by having a sulfonic acid (salt) group at at least one main chain terminal. The ratio (mass%) of the sulfonic acid group at the end of the main chain of the polymer molecule with respect to 100 mass% of the total mass of the copolymer is more preferably 0.01 mass% or more and 5 mass% or less. In addition, when calculating the mass% of the sulfonic acid group at the molecular terminal with respect to the total mass of the copolymer, it is calculated in terms of acid, and if applicable, it is calculated in terms of amine.
共重合体の分子末端にスルホン酸基を含む構造単位を形成する方法としては、単量体(A)、(B)、(C)等を含む単量体を、重亜硫酸(塩)類(亜硫酸、重亜硫酸、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸、及びその塩等をいう)の存在下で重合する方法が好ましく用いられる。上記の場合、重亜硫酸(塩)類が連鎖移動剤等として作用することにより、スルホン酸基が重合体分子内に取り込まれることとなる。
共重合体の分子末端のスルホン酸基は例えば1HNMR等により測定することができる。
As a method for forming a structural unit containing a sulfonic acid group at the molecular end of the copolymer, a monomer containing monomers (A), (B), (C), etc., is added to bisulfite (salts) ( A method of polymerizing in the presence of sulfurous acid, bisulfite, dithionic acid, metabisulfite, and salts thereof is preferably used. In the above case, the bisulfite (salt) acts as a chain transfer agent or the like, whereby the sulfonic acid group is incorporated into the polymer molecule.
The sulfonic acid group at the molecular end of the copolymer can be measured, for example, by 1 HNMR.
<(メタ)アクリル酸系共重合体の分子量>
本発明に係る(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量Mwは、1000〜30000、好ましくは5000〜25000、より好ましくは10000〜20000である。重量平均分子量がこの範囲内であれば、上記(メタ)アクリル酸系重合体は、キレート能が向上する傾向にある。そのため、スケール防止剤などの用途に、より一層好適に用いることができる。(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量が1000未満の場合には、炭酸カルシウムへの吸着力が低下することに伴い、スケール抑制能が低下する傾向にある。また,(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量が30000を超える場合には、炭酸カルシウムに対する凝集作用が働くようになり、スケール抑制能が低下する傾向にある。
<Molecular weight of (meth) acrylic acid copolymer>
The weight average molecular weight Mw of the (meth) acrylic acid polymer according to the present invention is 1000 to 30000, preferably 5000 to 25000, and more preferably 10,000 to 20000. If the weight average molecular weight is within this range, the (meth) acrylic acid polymer tends to improve the chelating ability. Therefore, it can be used more suitably for applications such as scale inhibitors. When the weight average molecular weight of the (meth) acrylic acid polymer is less than 1000, the ability to suppress scale tends to decrease as the adsorptive power to calcium carbonate decreases. Moreover, when the weight average molecular weight of a (meth) acrylic acid type polymer exceeds 30000, the coagulation effect | action with respect to a calcium carbonate comes to work, and it exists in the tendency for a scale suppression ability to fall.
また、本発明に係る(メタ)アクリル酸系重合体の分散度(Mw/Mn)は、1.5〜10.0、好ましくは1.8〜8.0、より好ましくは2.0〜6.0である。分散度が1.5未満の場合には合成が繁雑となる。一方、分散度が10.0を超える場合には、性能上有効な成分が減少するので性能の低下をまねく恐れがある。 The dispersity (Mw / Mn) of the (meth) acrylic acid polymer according to the present invention is 1.5 to 10.0, preferably 1.8 to 8.0, more preferably 2.0 to 6. .0. When the degree of dispersion is less than 1.5, the synthesis becomes complicated. On the other hand, when the dispersity exceeds 10.0, components effective in performance are reduced, and there is a risk of performance degradation.
なお、上記重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、後述の実施例に記載した方法で測定する。 In addition, the said weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) are measured by the method described in the below-mentioned Example.
<共重合体の耐ゲル性>
本発明における前記耐ゲル性試験とは、500mLのコニカルビーカーに、純水とほう酸−ほう酸ナトリウムpH緩衝液と共重合体水溶液と塩化カルシウム溶液とを順に加え、共重合体を固形分濃度で100mg/L含み、カルシウム濃度が200mgCaCO3/L、pH8.5の試験液を各々調製し、ポリ塩化ビニリデンフィルムでシールして90℃の恒温槽に1時間静置し、沈殿の発生有無により耐ゲル性を評価するものである。沈殿が生じた場合、耐ゲル性は著しく低いと言える。また、沈殿が生じなかった場合については、撹拌してから、光路長5cmの石英セルに入れ、UV波長380nmでの吸光度(a)を測定した。ブランクとして、上記の試験液から塩化カルシウム溶液を除いた試験液を用意し、同様の操作を行って吸光度(b)を測定し、下記の式よりゲル化度を求めた。
ゲル化度=(a)−(b)
ゲル化度の数値が小さいほど耐ゲル性が高いと言える。
本発明の共重合体は、ゲル化度が0.100未満であることが好ましい。上記範囲であることにより、水処理剤等の添加剤として好ましく使用することができる。より好ましくは0.050未満である。
<Gel resistance of copolymer>
In the gel resistance test of the present invention, pure water, boric acid-sodium borate pH buffer solution, aqueous copolymer solution, and calcium chloride solution are sequentially added to a 500 mL conical beaker, and the copolymer is added at a solid content concentration of 100 mg. / L, calcium test solution 200mgCaCO 3 / L, pH 8.5 each prepared, sealed with polyvinylidene chloride film, left in a constant temperature bath at 90 ° C for 1 hour It is to evaluate sex. When precipitation occurs, it can be said that the gel resistance is extremely low. In the case where precipitation did not occur, the mixture was stirred and then placed in a quartz cell having an optical path length of 5 cm, and the absorbance (a) at a UV wavelength of 380 nm was measured. As a blank, a test solution obtained by removing the calcium chloride solution from the above test solution was prepared, the same operation was performed to measure the absorbance (b), and the degree of gelation was determined from the following formula.
Gelation degree = (a) − (b)
It can be said that the smaller the numerical value of the degree of gelation, the higher the gel resistance.
The copolymer of the present invention preferably has a gelation degree of less than 0.100. By being the said range, it can use preferably as additives, such as a water treatment agent. More preferably, it is less than 0.050.
<共重合体のカルシウム捕捉能>
本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体は、良好なカルシウム捕捉能を発現するものであることが好ましい。
カルシウムイオン捕捉能(mgCaCO3/g)とは、水溶性重合体1gが捕捉するカルシウムイオンを炭酸カルシウムの量で換算したmg数として定義され、水溶性重合体が水中のカルシウムイオンをどれだけ多く捕捉するかを示す指標である。カルシウムイオン捕捉能が高い水溶性重合体を用いると、水処理剤に添加したときに、水中のカルシウムイオンを捕捉したり,スケールの元となる結晶核に吸着することによりスケールの生成や成長を抑制することが可能となる。
本発明において、カルシウムイオン捕捉能は、後述する実施例において記載した方法および条件で測定される値である。
本発明の共重合体は、カルシウムイオン捕捉能は、200mgCaCO3/g以上であることが好ましい。上記範囲であることにより、水処理剤等の添加剤として好ましく使用することができる。より好ましくは220mgCaCO3/g以上、さらに好ましくは240mgCaCO3/g以上である。カルシウムイオン捕捉能の上限に特に制限はないが、例えば500mgCaCO3/g以下である。
<Calcium scavenging ability of copolymer>
The (meth) acrylic acid copolymer of the present invention preferably exhibits a good calcium capturing ability.
The calcium ion scavenging ability (mgCaCO 3 / g) is defined as the number of mg obtained by converting the calcium ion captured by 1 g of the water-soluble polymer into the amount of calcium carbonate, and how much the water-soluble polymer has the calcium ion in the water. It is an index indicating whether to capture. When a water-soluble polymer with high calcium ion scavenging ability is used, when added to a water treatment agent, the calcium ions in the water are trapped or adsorbed to the crystal nuclei that form the scale, thereby generating or growing the scale. It becomes possible to suppress.
In the present invention, the calcium ion scavenging ability is a value measured by the method and conditions described in Examples described later.
The copolymer of the present invention preferably has a calcium ion scavenging ability of 200 mg CaCO 3 / g or more. By being the said range, it can use preferably as additives, such as a water treatment agent. More preferably 220mgCaCO 3 / g or more, further preferably 240mgCaCO 3 / g or more. There is no particular limitation on the upper limit of the calcium ion trapping ability, is, for example 500mgCaCO 3 / g or less.
<共重合体の炭酸カルシウムの分散性>
本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体は、良好な炭酸カルシウムの分散性を発現するものであることが好ましい。良好な炭酸カルシウムの分散性を発現することにより、炭酸カルシウムスケールの生成や成長を抑制することが可能となる。
本発明において、炭酸カルシウムの分散性は、後述する実施例において記載した方法および条件で測定される値である。
<Dispersibility of copolymer calcium carbonate>
The (meth) acrylic acid copolymer of the present invention preferably exhibits good calcium carbonate dispersibility. By expressing good dispersibility of calcium carbonate, it becomes possible to suppress the formation and growth of calcium carbonate scale.
In the present invention, the dispersibility of calcium carbonate is a value measured by the method and conditions described in Examples described later.
[(メタ)アクリル酸系共重合体の製造方法]
<単量体組成>
本発明の共重合体の製造方法は、全単量体(単量体(A)、(B)、(C)、(E)の合計)使用量100モル%に対して、5モル%以上25モル%以下の一般式(1)で表される単量体(単量体(A))、全単量体の使用量100モル%に対して、50モル%以上88モル%以下の(メタ)アクリル酸(塩)(単量体(B))、7モル%以上25モル%以下のマレイン酸(塩)(単量体(C))、とを必須として共重合することが好ましい。
本発明の共重合体の製造方法においては、上記単量体(A)、単量体(B)、単量体(C)は、それぞれ1種を用いても、2種以上を用いても構わない。本発明の共重合体の製造方法においては、上記単量体(A)、単量体(B)、単量体(C)以外に、必要に応じ、上記その他の単量体(E)を更に共重合させてもよい。
本発明の共重合体の製造方法における単量体(E)の使用割合は、全単量体(単量体(A)、(B)、(C)、(E)の合計)100モル%に対して、0モル%以上、8モル%以下とすることが好ましい。上記任意成分である単量体(E)を使用する場合も、1種を使用しても2種を使用しても良い。
本発明の共重合体の製造方法は、得られる共重合体がより好ましい耐ゲル性や炭酸カルシウムのスケール防止能を発現すると言う観点から、上記共重合体を製造する際に用いる各単量体の組成比は、全単量体100モル%に対して、上記単量体(A)が5モル%以上20モル%以下、上記単量体(B)が60モル%以上88モル%以下、上記単量体(C)が7モル%以上20モル%以下、上記単量体(E)を、0〜8モル%とすることがより好ましい。さらに好ましくは、上記単量体(A)が5モル%以上15モル%以下、上記単量体(B)が70モル%以上88モル%以下、上記単量体(C)が7モル%以上15モル%以下、上記単量体(E)が0〜5モル%であり、特に好ましくは、上記単量体(A)が6モル%以上10モル%以下、上記単量体(B)が78モル%以上86モル%以下、上記単量体(C)が8モル%以上12モル%以下、上記単量体(E)が0〜3モル%である。なお、上記単量体(A)、(B)、(C)及び(E)の合計量は100モル%としている。
[Method for producing (meth) acrylic acid copolymer]
<Monomer composition>
The production method of the copolymer of the present invention is such that all monomers (total of monomers (A), (B), (C), and (E)) are used in an amount of 5 mol% or more with respect to 100 mol%. 25 mol% or less of the monomer represented by the general formula (1) (monomer (A)) and the amount of all monomers used is 100 mol% to 50 mol% to 88 mol% ( It is preferable to copolymerize with (meth) acrylic acid (salt) (monomer (B)) and 7 to 25 mol% maleic acid (salt) (monomer (C)) as essential components.
In the method for producing a copolymer of the present invention, the monomer (A), monomer (B) and monomer (C) may be used alone or in combination of two or more. I do not care. In the method for producing a copolymer of the present invention, in addition to the monomer (A), the monomer (B), and the monomer (C), the other monomer (E) is added as necessary. Further, it may be copolymerized.
The proportion of the monomer (E) used in the method for producing a copolymer of the present invention is 100 mol% of all monomers (total of monomers (A), (B), (C), and (E)). On the other hand, it is preferable to set it to 0 mol% or more and 8 mol% or less. Also when using the monomer (E) which is the said arbitrary component, 1 type may be used or 2 types may be used.
The method for producing a copolymer of the present invention is such that each of the monomers used in producing the copolymer is from the viewpoint that the obtained copolymer exhibits more preferable gel resistance and calcium carbonate scale-preventing ability. The composition ratio of the monomer (A) is 5 mol% or more and 20 mol% or less, the monomer (B) is 60 mol% or more and 88 mol% or less, with respect to 100 mol% of all monomers. More preferably, the monomer (C) is 7 mol% or more and 20 mol% or less, and the monomer (E) is 0 to 8 mol%. More preferably, the monomer (A) is 5 mol% or more and 15 mol% or less, the monomer (B) is 70 mol% or more and 88 mol% or less, and the monomer (C) is 7 mol% or more. 15 mol% or less, the monomer (E) is 0 to 5 mol%, and particularly preferably, the monomer (A) is 6 mol% or more and 10 mol% or less, and the monomer (B) is 78 mol% or more and 86 mol% or less, the monomer (C) is 8 mol% or more and 12 mol% or less, and the monomer (E) is 0 to 3 mol%. The total amount of the monomers (A), (B), (C) and (E) is 100 mol%.
<開始剤>
本発明の共重合体の製造方法は、上記単量体(A)、(B)、(C)、(E)(単量体組成物ということがある。)を重合開始剤の存在下で重合することが好ましい。
上記開始剤としては、公知のものを使用することができ、例えば、過酸化水素;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の過硫酸塩;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(イソブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(イソ酪酸)ジメチル、4,4’−アゾビス(4−シアノ吉草酸)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]n水和物、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二硫酸塩二水和物、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)等のアゾ系化合物;過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酢酸、ジ−t−ブチルパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等の有機過酸化物等が好適である。これらの重合開始剤のうち、得られる重合体の耐ゲル性が向上する傾向にあることから、後述する通り、過硫酸塩を使用することが好ましい。
開始剤の使用量は、単量体(A)、(B)、(C)ならびに必要であれば他の単量体(E)の共重合を開始できる量であれば特に制限されないが、以下に特に記載する場合を除き、単量体(A)、(B)、(C)ならびに必要であれば他の単量体(E)からなる全単量体成分1モルに対して、15g以下、より好ましくは1〜12gであることが好ましい。
<Initiator>
In the method for producing a copolymer of the present invention, the monomers (A), (B), (C), and (E) (sometimes referred to as monomer composition) are present in the presence of a polymerization initiator. Polymerization is preferred.
As the initiator, known ones can be used, for example, hydrogen peroxide; persulfates such as sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate; dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpro Pionate), 2,2′-azobis (isobutyronitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2, 2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (isobutyric acid) dimethyl, 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2′-azobis (2-Methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2′-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] n hydrate, 2,2′-azobis [2- (2- Imidazoline- 2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate dihydrate, 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbohydrate) Suitable are azo compounds such as nitrile); organic peroxides such as benzoyl peroxide, lauroyl peroxide, peracetic acid, di-t-butyl peroxide, cumene hydroperoxide, and the like. Among these polymerization initiators, since the gel resistance of the resulting polymer tends to be improved, it is preferable to use a persulfate as described later.
The amount of the initiator used is not particularly limited as long as it is an amount capable of initiating the copolymerization of the monomer (A), (B), (C) and, if necessary, another monomer (E). 15 g or less with respect to 1 mol of all monomer components consisting of monomers (A), (B), (C) and, if necessary, other monomers (E), unless otherwise specified in More preferably, it is 1 to 12 g.
<連鎖移動剤>
本発明の共重合体の製造方法は、必要に応じ、重合に悪影響を及ぼさない範囲内で、重合体の分子量調整剤として連鎖移動剤を用いても良い。連鎖移動剤としては、具体的には、メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオグリコール酸、2−メルカプトプロピオン際、3−メルカプトプロピオン際、チオリンゴ酸、チオグリコール酸オクチル、3−メルカプトプロピオン酸オクチル、2−メルカプトエタンスルホン酸、n−ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、ブチルチオグリコレート等の、チオール系連鎖移動剤;四塩化炭素、塩化メチレン、ブロモホルム、ブロモトリクロロエタン等の、ハロゲン化物;イソプロパノール、グリセリン等の、第2級アルコール;亜リン酸、次亜リン酸、及びその塩(次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム等)や、亜硫酸、重亜硫酸、亜二チオン酸、メタ重亜硫酸、及びその塩(重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、亜二チオン酸ナトリウム、亜二チオン酸カリウム、メタ重亜硫酸ナトリウム、メタ重亜硫酸カリウム等)等の、低級酸化物およびその塩などが挙げられる。上記連鎖移動剤は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。
連鎖移動剤を使用すると、製造される共重合体が必要以上に高分子量化することを抑制し、低分子量の共重合体を効率よく製造することができるという利点がある。これらのうち、本発明に係る共重合反応においては、前記のとおり、重亜硫酸塩類を用いることが好適である。これにより、得られる共重合体の主鎖末端に定量的にスルホン酸基を導入することができるととなり、耐ゲル性を向上することが可能となる。また、連鎖移動剤として、重亜硫酸塩類を用いることにより、共重合体(組成物)の色調を改善することができるので好ましい。
本発明の製造方法において、連鎖移動剤の添加量は、単量体(A)、(B)、(C)ならびに必要であれば他の単量体(E)が良好に重合する量であれば制限されないが、以下に特に記載する場合を除き、好ましくは単量体(A)、(B)、(C)ならびに必要であれば他の単量体(E)からなる全単量体成分1モルに対して、1〜20g、より好ましくは2〜15gである。
<Chain transfer agent>
In the method for producing a copolymer of the present invention, a chain transfer agent may be used as a molecular weight regulator of the polymer as long as it does not adversely affect polymerization. Specific examples of the chain transfer agent include mercaptoethanol, thioglycerol, thioglycolic acid, 2-mercaptopropion, 3-mercaptopropion, thiomalic acid, octyl thioglycolate, octyl 3-mercaptopropionate, 2- Thiol chain transfer agents such as mercaptoethanesulfonic acid, n-dodecyl mercaptan, octyl mercaptan, butylthioglycolate; halides such as carbon tetrachloride, methylene chloride, bromoform, bromotrichloroethane; Secondary alcohol; phosphorous acid, hypophosphorous acid, and salts thereof (sodium hypophosphite, potassium hypophosphite, etc.), sulfurous acid, bisulfite, dithionite, metabisulfite, and salts thereof ( Sodium bisulfite, potassium bisulfite, sub Sodium dithionite, potassium dithionite, sodium metabisulfite, metabisulfite potassium, etc.) and the like, and the like lower oxides and salts thereof. The chain transfer agent may be used alone or in the form of a mixture of two or more.
The use of a chain transfer agent has the advantage that the copolymer to be produced can be prevented from having a higher molecular weight than necessary, and a low molecular weight copolymer can be produced efficiently. Among these, in the copolymerization reaction according to the present invention, it is preferable to use bisulfites as described above. Thereby, it becomes possible to introduce a sulfonic acid group quantitatively to the end of the main chain of the copolymer to be obtained, and it is possible to improve the gel resistance. Further, it is preferable to use bisulfites as the chain transfer agent because the color tone of the copolymer (composition) can be improved.
In the production method of the present invention, the addition amount of the chain transfer agent should be such that the monomers (A), (B), (C) and, if necessary, other monomers (E) are polymerized well. Unless otherwise specified, all monomer components preferably consisting of monomers (A), (B), (C) and, if necessary, other monomers (E) It is 1-20g with respect to 1 mol, More preferably, it is 2-15g.
<好ましい開始剤と連鎖移動剤の組み合わせ(開始剤系ともいう)>
本発明の共重合体の製造方法は、開始剤系として、過硫酸塩および重亜硫酸塩類をそれぞれ1種類以上組み合わせて用いることが好ましい。これにより、末端や側鎖にスルホン酸基を導入し、分散能やキレート能に加えて耐ゲル性にも優れた低分子量の水溶性重合体を得、本発明の作用効果を有効に発現させることができる。過硫酸塩に加えて、重亜硫酸塩類を開始剤系に加えることで、得られる重合体が必要以上に高分子量化することが抑制され、低分子量の重合体を効率よく製造することができる。
<Preferable combination of initiator and chain transfer agent (also referred to as initiator system)>
In the method for producing a copolymer of the present invention, it is preferable to use a combination of one or more persulfates and bisulfites as an initiator system. As a result, a sulfonic acid group is introduced into the terminal or side chain to obtain a low molecular weight water-soluble polymer that is excellent in gel resistance in addition to dispersibility and chelate ability, and effectively exhibits the effects of the present invention. be able to. By adding bisulfites to the initiator system in addition to the persulfate, it is possible to suppress the resulting polymer from having a higher molecular weight than necessary, and to efficiently produce a low molecular weight polymer.
上記過硫酸塩としては、具体的には、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムおよび過硫酸アンモニウムなどを挙げることができる。
また、本発明において重亜硫酸塩類とは、上記の通りであるが、具体的には、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、重亜硫酸アンモニウムなどを挙げることができる。
上記過硫酸塩および重亜硫酸塩類を併用する場合の添加比率は、過硫酸塩1質量部に対して、重亜硫酸塩類は0.1〜5質量部、好ましくは0.2〜3質量部、より好ましくは0.2〜2質量部の範囲内である。過硫酸塩1質量部に対して重亜硫酸塩類が0.1質量部未満であると、重亜硫酸塩による効果が少なくなる傾向にある。そのため、重合体の末端のスルホン酸基を導入量が低下し、共重合体の耐ゲル性の向上効果が少なくなる傾向にある。また、(メタ)アクリル酸系共重合体の重量平均分子量も高くなる傾向にある。一方、過硫酸塩1質量部に対して重亜硫酸塩類が5質量部を超えると、重亜硫酸塩類による効果が添加比率に伴うほど得られない状態で、重合反応系において重亜硫酸塩類が過剰に供給され(無駄に消費され)る傾向にある。このため、過剰な重亜硫酸塩類が重合反応系で分解され、亜硫酸ガスが多量に発生する。そのほか、(メタ)アクリル酸系共重合体中の不純物が多く生成し、得られる(メタ)アクリル系共重合体の性能が低下する傾向にある。また、低温保持時の不純物が析出しやすくなる傾向にある。
Specific examples of the persulfate include sodium persulfate, potassium persulfate, and ammonium persulfate.
In the present invention, bisulfites are as described above, and specific examples include sodium bisulfite, potassium bisulfite, and ammonium bisulfite.
When the above-mentioned persulfate and bisulfite are used in combination, the addition ratio of 0.1 to 5 parts by weight, preferably 0.2 to 3 parts by weight of bisulfite is 1 part by weight of persulfate. Preferably it exists in the range of 0.2-2 mass parts. When the amount of bisulfite is less than 0.1 part by mass with respect to 1 part by mass of persulfate, the effect of bisulfite tends to decrease. Therefore, the introduction amount of the sulfonic acid group at the terminal of the polymer is decreased, and the effect of improving the gel resistance of the copolymer tends to be reduced. Further, the weight average molecular weight of the (meth) acrylic acid copolymer tends to be high. On the other hand, when the amount of bisulfite exceeds 5 parts by mass with respect to 1 part by mass of persulfate, the bisulfite is excessively supplied in the polymerization reaction system in such a state that the effect of bisulfite is not obtained as much as the addition ratio. Tend to be used (wasted). For this reason, excess bisulfites are decomposed in the polymerization reaction system, and a large amount of sulfurous acid gas is generated. In addition, many impurities in the (meth) acrylic acid copolymer are generated, and the performance of the resulting (meth) acrylic copolymer tends to be lowered. In addition, impurities tend to precipitate during holding at a low temperature.
上記過硫酸塩および重亜硫酸塩類を使用する場合の添加量は、単量体1モルに対して、過硫酸塩および重亜硫酸塩類の合計量が2〜20g、好ましくは2〜15g、より好ましくは3〜10g、さらに好ましくは4〜8gである。上記過硫酸塩および重亜硫酸塩類の添加量が2g未満の場合には、得られる重合体の分子量が増加する傾向にある。そのほか、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体の末端に導入されるスルホン酸基が低下する傾向にある。一方、添加量が20gを超える場合には、過硫酸塩および重亜硫酸塩類の効果が添加量に伴うほど得られなくなり、逆に、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体の純度が低下する傾向にある。 When using the above-mentioned persulfate and bisulfite, the total amount of persulfate and bisulfite is 2 to 20 g, preferably 2 to 15 g, more preferably, per mole of monomer. 3 to 10 g, more preferably 4 to 8 g. When the addition amount of the persulfate and bisulfite is less than 2 g, the molecular weight of the resulting polymer tends to increase. In addition, the sulfonic acid group introduced into the terminal of the resulting (meth) acrylic acid copolymer tends to decrease. On the other hand, when the addition amount exceeds 20 g, the effects of persulfate and bisulfite cannot be obtained as the addition amount increases, and conversely, the purity of the resulting (meth) acrylic acid copolymer decreases. There is a tendency.
上記過硫酸塩は、後述する溶媒、好ましくは水に溶解して過硫酸塩の溶液(好ましくは水溶液)の形態で添加されてもよい。該過硫酸塩溶液(好ましくは水溶液)として用いる場合の濃度としては、1〜35質量%、好ましくは5〜35質量%、より好ましくは10〜30質量%である。ここで、過硫酸塩溶液の濃度が1質量%未満の場合には、製品の濃度が低下してしまい、輸送および保管が繁雑となる。一方、過硫酸塩溶液の濃度が35質量%を超える場合には、取り扱いが難しくなる。 The persulfate may be added in the form of a persulfate solution (preferably an aqueous solution) dissolved in a solvent described later, preferably water. The concentration when used as the persulfate solution (preferably an aqueous solution) is 1 to 35% by mass, preferably 5 to 35% by mass, and more preferably 10 to 30% by mass. Here, when the concentration of the persulfate solution is less than 1% by mass, the concentration of the product decreases, and transportation and storage become complicated. On the other hand, when the concentration of the persulfate solution exceeds 35% by mass, handling becomes difficult.
上記重亜硫酸塩類は、後述する溶媒、好ましくは水に溶解して重亜硫酸塩類の溶液(好ましくは水溶液)の形態で添加されてもよい。該重亜硫酸塩類溶液(好ましくは水溶液)として用いる場合の濃度としては、10〜42質量%、好ましくは20〜42質量%、より好ましくは32〜42質量%である。ここで、重亜硫酸塩類溶液の濃度が10質量%未満の場合には、製品の濃度が低下してしまい、輸送および保管が繁雑となる。一方、重亜硫酸塩類溶液の濃度が42質量%を超える場合には、取り扱いが難しくなる。 The bisulfites may be added in the form of a bisulfite solution (preferably an aqueous solution) after being dissolved in a solvent described later, preferably water. The concentration when used as the bisulfite solution (preferably an aqueous solution) is 10 to 42% by mass, preferably 20 to 42% by mass, and more preferably 32 to 42% by mass. Here, when the concentration of the bisulfite solution is less than 10% by mass, the concentration of the product is lowered, and transportation and storage become complicated. On the other hand, when the concentration of the bisulfite solution exceeds 42% by mass, handling becomes difficult.
<その他の添加剤>
本発明の共重合体の製造方法において、上記単量体を水溶液中で重合する際に重合反応系に用いることのできる開始剤や連鎖移動剤以外の他の添加剤としては、本発明の作用効果に影響を与えない範囲で適当な添加剤を適量加えることができる。例えば、重金属濃度調整剤、pH調整剤などが用いられる。
上記重金属濃度調整剤は、特に制限されるべきものではなく、多価金属化合物または単体が利用できる。具体的には、オキシ三塩化バナジウム、三塩化バナジウム、シュウ酸バナジル、硫酸バナジル、無水バナジン酸、メタバナジン酸アンモニウム、硫酸アンモニウムハイポバナダス[(NH4)2SO4・VSO4・6H2O]、硫酸アンモニウムバナダス[(NH4)V(SO4)2・12H2O]、酢酸銅(II)、銅(II)、臭化銅(II)、銅(II)アセチルアセテート、塩化第二銅アンモニウム、塩化銅アンモニウム、炭酸銅、塩化銅(II)、クエン酸銅(II)、ギ酸銅(II)、水酸化銅(II)、硝酸銅、ナフテン酸銅、オレイン酸銅(II)、マレイン酸銅、リン酸銅、硫酸銅(II)、塩化第一銅、シアン化銅(I)、ヨウ化銅、酸化銅(I)、チオシアン酸銅、鉄アセチルアセナート、クエン酸鉄アンモニウム、シュウ酸第二鉄アンモニウム、硫酸鉄アンモニウム、硫酸第二鉄アンモニウム、クエン酸鉄、フマル酸鉄、マレイン酸鉄、乳酸第一鉄、硝酸第二鉄、鉄ペンタカルボニル、リン酸第二鉄、ピロリン酸第二鉄等の水溶性多価金属塩;五酸化バナジウム、酸化銅(II)、酸化第一鉄、酸化第二鉄等の多価金属酸化物;硫化鉄(III)、硫化鉄(II)、硫化銅等の多価金属硫化物;銅粉末、鉄粉末を挙げることができる。
本発明の共重合体の製造方法において、上記重金属濃度調整剤を使用する場合には、例えば得られる(メタ)アクリル酸系共重合体組成物の重金属イオン濃度が0.05〜10ppmになるように使用しても良い。
<Other additives>
In the method for producing a copolymer of the present invention, as an additive other than an initiator and a chain transfer agent that can be used in a polymerization reaction system when the monomer is polymerized in an aqueous solution, the action of the present invention An appropriate amount of an appropriate additive can be added within a range that does not affect the effect. For example, heavy metal concentration adjusting agents, pH adjusting agents and the like are used.
The heavy metal concentration adjusting agent is not particularly limited, and a polyvalent metal compound or a simple substance can be used. Specifically, vanadium oxytrichloride, vanadium trichloride, vanadyl oxalate, vanadyl sulfate, vanadic anhydride, ammonium metavanadate, ammonium sulfate hypovanadas [(NH 4 ) 2SO 4 · VSO 4 · 6H 2 O], ammonium sulfate Vanadas [(NH 4 ) V (SO 4 ) 2 · 12H 2 O], copper (II) acetate, copper (II), copper bromide (II), copper (II) acetyl acetate, cupric ammonium chloride, Copper ammonium chloride, copper carbonate, copper (II) chloride, copper citrate (II), copper formate (II), copper hydroxide (II), copper nitrate, copper naphthenate, copper oleate (II), copper maleate , Copper phosphate, copper (II) sulfate, cuprous chloride, copper (I) cyanide, copper iodide, copper (I) oxide, copper thiocyanate, iron acetyl acetonate, iron citrate ammo Ni, Ferric ammonium oxalate, Ammonium iron sulfate, Ferric ammonium sulfate, Iron citrate, Iron fumarate, Iron maleate, Ferrous lactate, Ferric nitrate, Iron pentacarbonyl, Ferric phosphate Water-soluble polyvalent metal salts such as ferric pyrophosphate; polyvalent metal oxides such as vanadium pentoxide, copper (II) oxide, ferrous oxide, ferric oxide; iron (III) sulfide, iron sulfide (II), polyvalent metal sulfides such as copper sulfide; copper powder and iron powder.
In the method for producing a copolymer of the present invention, when the heavy metal concentration adjusting agent is used, for example, the resulting (meth) acrylic acid copolymer composition has a heavy metal ion concentration of 0.05 to 10 ppm. May be used for
<重合溶媒>
本発明の共重合体の製造方法は、通常は上記単量体を溶媒中で重合することになるが、その際に重合反応系に用いられる溶媒は、水、アルコール、グリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール類などの水性の溶媒であることが好ましく、特に好ましくは水である。これらは1種単独で用いてもよいし2種以上を併用してもよい。また、上記単量体の溶媒への溶解性を向上させるために、各単量体の重合に悪影響を及ぼさない範囲で有機溶媒を適宜加えてもよい。
上記有機溶媒は、具体的には、メタノール、エタノールなどの低級アルコール;ジメチルホルムアルデヒドなどのアミド類;ジエチルエーテル、ジオキサンなどのエーテル類;などから、1種類または2種類以上を適宜選択して用いられうる。
上記溶媒の使用量は、単量体全量に対して40〜200質量%、好ましくは45〜180質量%、より好ましくは50〜150質量%の範囲である。該溶媒の使用量が10質量%未満の場合には、分子量が高くなってしまう。一方、該溶媒の使用量が200質量%を超える場合には、製造された(メタ)アクリル酸系共重合体の濃度が低くなり、場合によっては溶媒除去が必要となる。なお、該溶媒の多くまたは全量は、重合初期に反応容器内に仕込んでおけばよいが、例えば溶媒の一部を、単独で重合中に反応系内に適当に添加(滴下)されてもよく、単量体成分や開始剤成分やその他の添加剤を予め溶媒に溶解させた形で、これらの成分と共に重合中に反応系内に適当に添加(滴下)されてもよい。
<Polymerization solvent>
In the method for producing the copolymer of the present invention, the above monomers are usually polymerized in a solvent. In this case, the solvent used in the polymerization reaction system is water, alcohol, glycol, glycerin, polyethylene glycol. Aqueous solvents such as the like are preferred, and water is particularly preferred. These may be used alone or in combination of two or more. Moreover, in order to improve the solubility of the monomer in the solvent, an organic solvent may be appropriately added as long as it does not adversely affect the polymerization of each monomer.
Specifically, the organic solvent is selected from one or more types selected from lower alcohols such as methanol and ethanol; amides such as dimethylformaldehyde; ethers such as diethyl ether and dioxane; sell.
The amount of the solvent used is in the range of 40 to 200 mass%, preferably 45 to 180 mass%, more preferably 50 to 150 mass%, based on the total amount of monomers. When the amount of the solvent used is less than 10% by mass, the molecular weight becomes high. On the other hand, when the usage-amount of this solvent exceeds 200 mass%, the density | concentration of the manufactured (meth) acrylic-acid type copolymer will become low, and solvent removal will be needed depending on the case. It should be noted that most or all of the solvent may be charged into the reaction vessel at the initial stage of polymerization. For example, a part of the solvent may be added (dropped) appropriately into the reaction system alone during the polymerization. The monomer component, the initiator component, and other additives may be appropriately added (dropped) into the reaction system during the polymerization together with these components in the form of being previously dissolved in a solvent.
<重合温度>
上記単量体の重合における重合温度は、特に限定はされない。効率よく重合体を製造できることから、重合温度は50℃以上であることが好ましく、70℃以上であることがより好ましい。また重合温度は99℃以下であることが好ましく、95℃以下であることがより好ましい。重合温度が25℃未満の場合には、分子量の上昇、不純物が増加する。そのほか、重合時間が長くかかりすぎるため、生産性が低下する。一方、重合温度を99℃以下にする場合には、開始剤系として重亜硫酸塩を使用する場合に重亜硫酸塩が分解して亜硫酸ガスが多量に発生することを抑制できることから好ましい。ここでの重合温度とは、反応系内の反応溶液温度をいう。
<Polymerization temperature>
The polymerization temperature in the polymerization of the monomer is not particularly limited. Since a polymer can be produced efficiently, the polymerization temperature is preferably 50 ° C. or higher, and more preferably 70 ° C. or higher. The polymerization temperature is preferably 99 ° C. or lower, and more preferably 95 ° C. or lower. When the polymerization temperature is lower than 25 ° C., the molecular weight increases and impurities increase. In addition, since the polymerization time takes too long, productivity is lowered. On the other hand, when the polymerization temperature is 99 ° C. or lower, it is preferable that bisulfite can be prevented from being decomposed and generating a large amount of sulfurous acid gas when bisulfite is used as an initiator system. The polymerization temperature here refers to the temperature of the reaction solution in the reaction system.
特に、室温から重合を開始する方法(室温開始法)の場合には、例えば、1バッチ当たり180分で重合を行なう場合(180分処方)であれば、70分以内に、好ましくは0〜50分間、より好ましくは0〜30分間で設定温度(上記に規定する重合温度の範囲内であればよいが、好ましくは70〜90℃、より好ましくは80〜90℃程度)に達するようにする。その後、重合終了までかかる設定温度を維持することが望ましい。昇温時間が上記範囲を外れる場合には、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体が高分子量化する恐れがある。なお、重合時間が180分の例を示したが、重合時間の処方が異なる場合には当該例を参照に、重合時間に対する昇温時間の割合が同様になるように昇温時間を設定するのが望ましい。 In particular, in the case of the method of starting polymerization from room temperature (room temperature starting method), for example, when polymerization is performed in 180 minutes per batch (180 minute formulation), within 70 minutes, preferably 0 to 50 It is made to reach the set temperature (within the range of the polymerization temperature defined above, preferably 70 to 90 ° C., more preferably about 80 to 90 ° C.) in minutes, more preferably 0 to 30 minutes. Thereafter, it is desirable to maintain the set temperature until the polymerization is completed. When the temperature rise time is out of the above range, the resulting (meth) acrylic acid copolymer may have a high molecular weight. In addition, although the example of the polymerization time is shown as 180 minutes, if the prescription of the polymerization time is different, referring to the example, the temperature increase time is set so that the ratio of the temperature increase time to the polymerization time is the same. Is desirable.
<反応系の圧力、反応雰囲気>
上記単量体の重合に際して、反応系内の圧力は、特に限定されない。常圧(大気圧)下、減圧下、加圧下の何れの圧力下であってもよい。好ましくは、開始剤系として重亜硫酸塩を使用する場合に、重合中、亜硫酸ガスの放出を防ぎ、低分子量化を可能にするため、常圧または、反応系内を密閉し、加圧下で行うのがよい。また、常圧(大気圧)下で重合を行うと、加圧装置や減圧装置を併設する必要がなく、また耐圧製の反応容器や配管を用いる必要がない。このため、製造コストの観点からは、常圧(大気圧)が好ましい。すなわち、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体の使用目的によって、適宜最適な圧力条件を設定すればよい。
反応系内の雰囲気は、空気雰囲気のままで行ってもよいが、不活性雰囲気とするのがよい。例えば、重合開始前に系内を窒素などの不活性ガスで置換することが望ましい。これにより、反応系内の雰囲気ガス(例えば、酸素ガスなど)が液相内に溶解し、重合禁止剤として作用する。その結果、開始剤(過硫酸塩等)が失活して低減するのが防止され、より低分子量化が可能となる。
<Reaction system pressure, reaction atmosphere>
When polymerizing the monomer, the pressure in the reaction system is not particularly limited. The pressure may be any of normal pressure (atmospheric pressure), reduced pressure, and increased pressure. Preferably, when bisulfite is used as the initiator system, the polymerization is carried out under normal pressure or under pressure in order to prevent the release of sulfurous acid gas during polymerization and to reduce the molecular weight. It is good. In addition, when polymerization is performed under normal pressure (atmospheric pressure), it is not necessary to provide a pressurizing device or a decompressing device, and it is not necessary to use a pressure-resistant reaction vessel or pipe. For this reason, normal pressure (atmospheric pressure) is preferable from the viewpoint of production cost. That is, optimal pressure conditions may be set as appropriate depending on the intended use of the resulting (meth) acrylic acid copolymer.
The atmosphere in the reaction system may be maintained in an air atmosphere, but an inert atmosphere is preferable. For example, it is desirable to replace the inside of the system with an inert gas such as nitrogen before the start of polymerization. Thereby, atmospheric gas (for example, oxygen gas etc.) in the reaction system dissolves in the liquid phase and acts as a polymerization inhibitor. As a result, the initiator (persulfate, etc.) is prevented from being deactivated and reduced, and the molecular weight can be further reduced.
<重合中の中和度>
本発明の製造方法では、上記単量体の重合反応は、酸性条件下で行うのが望ましい。酸性条件下で行うことによって、重合反応系の水溶液の粘度の上昇を抑制し、低分子量の(メタ)アクリル酸系共重合体を良好に製造することができる。しかも、従来よりも高濃度の条件下で重合反応を進行させることができるため、製造効率を大幅に上昇させることができる。特に、重合中の中和度を0〜25mol%と低くすることで、上記開始剤量低減による効果を相乗的に高めることができ、不純物の低減効果を格段に向上させることができる。さらに重合中の反応溶液の25℃でのpHが1〜6となるように調整するのが望ましい。このような酸性条件下で重合反応を行うことにより、高濃度かつ一段で重合を行うことができる。そのため、従来の製造方法では場合によっては必要であった濃縮工程を省略することも可能である。それゆえ、(メタ)アクリル酸系共重合体の生産性が大幅に向上し、製造コストの上昇も抑制しうる。
<Neutralization degree during polymerization>
In the production method of the present invention, the polymerization reaction of the monomer is preferably performed under acidic conditions. By carrying out under acidic conditions, the increase in the viscosity of the aqueous solution of the polymerization reaction system can be suppressed, and a low molecular weight (meth) acrylic acid copolymer can be produced satisfactorily. In addition, since the polymerization reaction can proceed under a higher concentration condition than before, the production efficiency can be significantly increased. In particular, by reducing the degree of neutralization during polymerization to 0 to 25 mol%, the effect of reducing the initiator amount can be synergistically increased, and the effect of reducing impurities can be significantly improved. Furthermore, it is desirable to adjust the reaction solution during polymerization so that the pH at 25 ° C. is 1-6. By carrying out the polymerization reaction under such acidic conditions, the polymerization can be carried out at a high concentration and in one stage. Therefore, it is possible to omit the concentration step which was necessary in some cases in the conventional manufacturing method. Therefore, the productivity of the (meth) acrylic acid copolymer is greatly improved, and an increase in production cost can be suppressed.
上記酸性条件のうち、重合中の反応溶液の25℃でのpHは1〜6、好ましくは1〜5、より好ましくは1〜4である。該pHが1未満の場合には、例えば開始剤系として重亜硫酸塩を使用する場合に、亜硫酸ガスの発生、装置の腐食が生じるおそれがある。一方、pHが6を超える場合には、開始剤系として重亜硫酸塩類を使用する場合に、重亜硫酸塩類の効率が低下し、分子量が増大する。 Among the above acidic conditions, the pH of the reaction solution during polymerization at 25 ° C. is 1 to 6, preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 4. When the pH is less than 1, for example, when bisulfite is used as an initiator system, generation of sulfurous acid gas and corrosion of the apparatus may occur. On the other hand, when the pH exceeds 6, when bisulfites are used as the initiator system, the efficiency of bisulfites decreases and the molecular weight increases.
上記重合中の反応溶液のpHに調整するためのpH調整剤としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物、アンモニア、モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられる。これらは1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。これらの中で、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物が好ましく、水酸化ナトリウムが特に好ましい。本発明では、これらのものを単に「pH調整剤」あるいは「中和剤」と言う場合がある。 Examples of the pH adjuster for adjusting the pH of the reaction solution during the polymerization include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, and alkaline earth metal waters such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide. Examples thereof include oxides, organic amine salts such as ammonia, monoethanolamine, and triethanolamine. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide are preferable, and sodium hydroxide is particularly preferable. In the present invention, these may be simply referred to as “pH adjusting agent” or “neutralizing agent”.
重合中の中和度は0〜25mol%が好ましいが、より好ましくは1〜15mol%、さらに好ましくは2〜10mol%の範囲内である。重合中の中和度がかかる範囲内であれば、最も良好に共重合することが可能であり、不純物を低減し、耐ゲル性の良好な重合体を製造することが可能になる。また、重合反応系の水溶液の粘度が上昇することがなく、低分子量の重合体を良好に製造することができる。しかも、従来よりも高濃度の条件下で重合反応を進行させることができるため、製造効率を大幅に上昇させることができる。一方、重合中の中和度が25mol%を超える場合には、重亜硫酸塩類の連鎖移動効率が低下し、分子量が上昇する場合がある。そのほか、重合が進行するに伴い重合反応系の水溶液の粘度の上昇が顕著となる。その結果、得られる重合体の分子量が必要以上に増大して低分子量の重合体が得られなくなる。さらに、上記中和度低減による効果を十分に発揮できず、不純物を大幅に低減するのが困難になる場合がある。 The degree of neutralization during the polymerization is preferably from 0 to 25 mol%, more preferably from 1 to 15 mol%, still more preferably from 2 to 10 mol%. If the degree of neutralization during the polymerization is within such a range, it is possible to perform the copolymerization best, to reduce impurities, and to produce a polymer having good gel resistance. Moreover, the viscosity of the aqueous solution of the polymerization reaction system does not increase, and a low molecular weight polymer can be produced satisfactorily. In addition, since the polymerization reaction can proceed under a higher concentration condition than before, the production efficiency can be significantly increased. On the other hand, when the degree of neutralization during polymerization exceeds 25 mol%, the chain transfer efficiency of bisulfites may decrease and the molecular weight may increase. In addition, as the polymerization proceeds, the viscosity of the aqueous solution in the polymerization reaction system increases significantly. As a result, the molecular weight of the resulting polymer increases more than necessary, and a low molecular weight polymer cannot be obtained. Furthermore, the effect of reducing the degree of neutralization cannot be fully exhibited, and it may be difficult to significantly reduce impurities.
ここでの中和の方法は、特に制限されない。例えば、(メタ)アクリル酸ナトリウムなどの(メタ)アクリル酸の塩を原料の一部として使用しても良いし、中和剤として、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物等を用いて重合中に中和しても良いし、これらを併用してもよい。また、中和の際の中和剤の添加形態は、固体であってもよいし、適当な溶媒、好ましくは水に溶解した水溶液であってもよい。水溶液を用いる場合の水溶液の濃度は、10〜60質量%、好ましくは20〜55質量%、より好ましくは30〜50質量%である。該水溶液の濃度が10質量%未満の場合には、製品の濃度が低下してしまい、輸送および保管が繁雑となる。一方、60質量%を超える場合には、析出のおそれがあり、粘度も高くなるので送液が繁雑となる。 The neutralization method here is not particularly limited. For example, a salt of (meth) acrylic acid such as sodium (meth) acrylate may be used as a part of the raw material, and an alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide is used as a neutralizing agent. You may neutralize during superposition | polymerization and you may use these together. Moreover, the addition form of the neutralizing agent at the time of neutralization may be solid, or may be an aqueous solution dissolved in an appropriate solvent, preferably water. The concentration of the aqueous solution when the aqueous solution is used is 10 to 60% by mass, preferably 20 to 55% by mass, and more preferably 30 to 50% by mass. When the concentration of the aqueous solution is less than 10% by mass, the concentration of the product decreases, and transportation and storage become complicated. On the other hand, when it exceeds 60 mass%, there exists a possibility of precipitation, and since a viscosity also becomes high, liquid feeding becomes complicated.
<原料の添加条件>
重合に際しては、上記単量体(A)、(B)、(E)、開始剤、連鎖移動剤その他の添加剤は、これらを予め適当な溶媒(好ましくは被滴下液用の溶媒と同種の溶媒)に溶解し、単量体溶液、開始剤溶液および連鎖移動剤溶液その他の添加剤溶液として、それぞれを反応容器内に仕込んだ(水性の)溶媒(必要があれば所定の温度に調節したもの)に対して、所定の滴下時間に渡って連続的に滴下しながら重合することが好ましい。
上記単量体(C)については、残存単量体が減少し、得られる重合体のキレート能が向上することから、一部または全部を重合開始前に反応系に添加しておくこと(初期仕込み)が好ましい。
さらに水性の溶媒の一部については、反応系内の容器に予め仕込んでなる初期仕込みの溶媒とは別に、後から滴下してもよい。ただし、本発明の製造方法は、これらに制限されない。例えば、滴下方法に関しては、連続的に滴下しても、断続的に何度かに小分けして滴下してもよい。単量体の1種または2種以上を、一部または全量を初期仕込みしてもよい(すなわち、重合開始時に一時に全量ないしその一部を滴下したものと見なすこともできる)。また、単量体の1種または2種以上の滴下速度(滴下量)も、滴下の開始から終了まで常に一定(一定量)として滴下してもよいし、あるいは重合温度等に応じて経時的に滴下速度(滴下量)を変化させてもよい。また、すべての滴下成分を同じように滴下せずとも、滴下成分ごとに開始時や終了時をずらせたり、滴下時間を短縮させたり延長させてもよい。このように、本発明の製造方法は、本発明の作用効果を損なわない範囲で適当に変更可能である。また、溶液の形態で各成分を滴下する場合には、反応系内の重合温度と同程度まで滴下溶液を加温しておいてもよい。こうしておくと、重合温度を一定に保持する場合に、温度変動が少なく温度調整が容易である。
<Additional conditions of raw materials>
In the polymerization, the monomers (A), (B), (E), the initiator, the chain transfer agent and other additives are preliminarily used in an appropriate solvent (preferably the same kind as the solvent for the liquid to be dropped. Solvent (solvent), monomer solution, initiator solution, chain transfer agent solution and other additive solutions, each of which was charged into the reaction vessel (aqueous) solvent (adjusted to a predetermined temperature if necessary) It is preferable to perform polymerization while continuously dropping over a predetermined dropping time.
Regarding the monomer (C), the residual monomer is decreased and the chelating ability of the resulting polymer is improved. Therefore, a part or all of the monomer (C) is added to the reaction system before the polymerization is started (initial stage). Preparation) is preferred.
Further, a part of the aqueous solvent may be dropped later, separately from the initially charged solvent prepared in advance in a container in the reaction system. However, the production method of the present invention is not limited to these. For example, regarding the dropping method, it may be dropped continuously or may be dropped in several portions intermittently. One or two or more of the monomers may be initially charged in part or in whole (that is, it can be considered that all or part of the monomer is added dropwise at the start of polymerization). Also, the dropping rate (dropping amount) of one or more monomers may be dropped constantly (constant amount) from the start to the end of dropping, or may be dropped over time depending on the polymerization temperature or the like. The dropping speed (dropping amount) may be changed. Moreover, even if it does not dripping all the dripping components similarly, you may shift the start time and the end time for every dripping component, or you may shorten or extend dripping time. Thus, the manufacturing method of this invention can be changed suitably in the range which does not impair the effect of this invention. Moreover, when each component is dripped in the form of a solution, you may heat a dripped solution to the same extent as the polymerization temperature in a reaction system. In this way, when the polymerization temperature is kept constant, temperature variation is small and temperature adjustment is easy.
開始剤系として重亜硫酸塩類を使用する場合に、重亜硫酸塩類は、重合初期の分子量が最終分子量に大きく影響する。このため、初期分子量を低下させるために、重合開始より60分以内、好ましくは30分以内、より好ましくは10分以内に重亜硫酸塩類ないしその溶液を5〜20質量%添加(滴下)するのが望ましい。特に、後述するように、室温から重合を開始する場合には有効である。 When bisulfites are used as the initiator system, the molecular weight at the initial stage of polymerization of bisulfites greatly affects the final molecular weight. For this reason, in order to lower the initial molecular weight, 5 to 20% by mass of bisulfite or a solution thereof is added (dropped) within 60 minutes, preferably within 30 minutes, more preferably within 10 minutes from the start of polymerization. desirable. In particular, as described later, this is effective when the polymerization is started from room temperature.
また、重合の際の滴下成分のうち、開始剤系として重亜硫酸塩類を使用する場合における、重亜硫酸塩類ないしその溶液の滴下時間については、単量体の滴下終了よりも1〜30分、好ましくは1〜20分、より好ましくは1〜15分滴下終了を早めることが好ましい。これにより、重合終了後の重亜硫酸塩類量を低減でき、該重亜硫酸塩類による亜硫酸ガスの発生や不純物の形成を有効かつ効果的に抑制することができる。そのため重合終了後、気相部の亜硫酸ガスが液相に溶解してできる不純物を格段に低減することができる。重合終了後に重亜硫酸塩類が残存する場合には、不純物を生成し重合体の性能低下や低温保持時の不純物析出等を招くことにつながる。したがって、重合の終わりには重亜硫酸塩類を含む開始剤が消費され残存していないことが望ましい。 In addition, among the dropping components in the polymerization, when bisulfite is used as an initiator system, the bisulfite or the dropping time of the solution thereof is preferably 1 to 30 minutes from the end of dropping of the monomer, preferably Is preferably 1 to 20 minutes, more preferably 1 to 15 minutes. Thereby, the amount of bisulfites after completion | finish of superposition | polymerization can be reduced, and generation | occurrence | production of sulfurous acid gas by this bisulfites and formation of an impurity can be suppressed effectively. For this reason, after the polymerization is completed, impurities formed by dissolving the sulfurous acid gas in the gas phase in the liquid phase can be significantly reduced. When bisulfite remains after the completion of the polymerization, impurities are generated, leading to deterioration of the performance of the polymer and precipitation of impurities when kept at a low temperature. Therefore, it is desirable that the initiator containing the bisulfite is consumed and does not remain at the end of the polymerization.
ここで、重亜硫酸塩類(溶液)の滴下終了時間を、単量体の滴下終了時間よりも1分未満しか早めることができない場合には、重合終了後に重亜硫酸塩類が残存する場合がある。かような場合としては、重亜硫酸塩類ないしその溶液の滴下終了と単量体の滴下終了が同時である場合や、重亜硫酸塩類(溶液)の滴下終了の方が単量体の滴下終了よりも遅い場合が含まれる。こうした場合には亜硫酸ガスの発生や不純物の形成を有効かつ効果的に抑制しにくくなる傾向にあり、残存する開始剤が得られる重合体の熱的安定性に悪影響を及ぼす場合がある。一方、重亜硫酸塩類ないしその溶液の滴下終了時間が単量体の滴下終了時間よりも30分を超えて早い場合には、重合終了までに重亜硫酸塩類が消費されてしまっている。このため、分子量が増大する傾向にある。そのほか、重合中に重亜硫酸塩類の滴下速度が単量体の滴下速度に比して速く、短時間で多く滴下されるために、この滴下期間中に不純物や亜硫酸ガスが多く発生する傾向にある。 Here, when the dropping end time of the bisulfite (solution) can be made shorter than the dropping end time of the monomer by less than 1 minute, the bisulfite may remain after completion of the polymerization. In such a case, the end of dropping bisulfite or its solution and the end of dropping monomer are simultaneous, or the end of dropping bisulfite (solution) is more complete than the end of dropping monomer. Includes slow cases. In such a case, it tends to be difficult to effectively and effectively suppress the generation of sulfurous acid gas and the formation of impurities, which may adversely affect the thermal stability of the polymer from which the remaining initiator is obtained. On the other hand, when the completion time of the addition of the bisulfite or the solution thereof is more than 30 minutes earlier than the completion time of the addition of the monomer, the bisulfite has been consumed by the end of the polymerization. For this reason, the molecular weight tends to increase. In addition, the bisulfite dropping rate is higher than the monomer dropping rate during the polymerization, and a large amount of the bisulfite is added in a short time, so that a large amount of impurities and sulfite gas tend to be generated during this dropping period. .
また、重合の際の滴下成分のうち、開始剤系として重亜硫酸塩類を使用する場合における、過硫酸塩(溶液)の滴下終了時間は、単量体の滴下終了時間よりも1〜30分、好ましくは1〜25分、より好ましくは1〜20分遅らせることが好ましい。これにより、重合終了後に残存する単量体成分量を低減できるなど、残存モノマーに起因する不純物を格段に低減することができる。 Moreover, in the case of using a bisulfite as an initiator system among the dropping components at the time of polymerization, the dropping end time of the persulfate (solution) is 1 to 30 minutes from the dropping end time of the monomer, Preferably it is delayed for 1 to 25 minutes, more preferably 1 to 20 minutes. Thereby, the amount of monomer components remaining after the completion of polymerization can be reduced, and impurities caused by the remaining monomers can be significantly reduced.
ここで、過硫酸塩(溶液)の滴下終了時間が単量体の滴下終了時間よりも1分未満しか遅くすることができない場合には、重合終了後に単量体成分が残存する場合がある。かような場合としては、過硫酸塩(溶液)の滴下終了と単量体の滴下終了が同時である場合や、過硫酸塩(溶液)の滴下終了の方が単量体の滴下終了よりも早い場合が含まれる。こうした場合には、不純物の形成を有効かつ効果的に抑制するのが困難となる傾向にある。一方、過硫酸塩(溶液)の滴下終了時間が単量体の滴下終了時間よりも30分を超えて遅い場合には、重合終了後に過硫酸塩またはその分解物が残存し、不純物を形成する恐れがある。 Here, in the case where the dropping end time of the persulfate (solution) can be delayed by less than 1 minute from the dropping end time of the monomer, the monomer component may remain after completion of the polymerization. In such cases, the end of dropping of the persulfate (solution) and the end of dropping of the monomer are simultaneous, or the end of dropping of the persulfate (solution) is more complete than the end of dropping of the monomer. The early case is included. In such a case, it tends to be difficult to effectively and effectively suppress the formation of impurities. On the other hand, when the persulfate (solution) dropping end time is more than 30 minutes later than the monomer dropping end time, the persulfate or its decomposition product remains after the completion of polymerization to form impurities. There is a fear.
<重合時間>
重合に際しては、重合温度を低くして開始剤系として重亜硫酸塩を使用する場合においても、亜硫酸ガスの発生を抑え、不純物の形成を防止することがより重要である。このため、重合の際の総滴下時間は、120〜600分、好ましくは150〜450分、より好ましくは180〜300分と長くすることが好ましい。総滴下時間が120分未満の場合には、開始剤系として添加する過硫酸塩溶液および重亜硫酸塩溶液による効果が低下する傾向にある。そのため、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体に対して、末端や側鎖に導入されるスルホン酸基等の硫黄含有基の量が低下する傾向にある。その結果、該重合体の重量平均分子量が高くなる傾向にある。また、反応系内に短期間に滴下されることで過剰に重亜硫酸塩が存在することが起こり得る。このため、こうした過剰な重亜硫酸塩が分解して亜硫酸ガスが発生し、系外に放出されたり、不純物を形成したりすることがある。ただし、重合温度および開始剤量を低い特定の範囲で実施することにより改善する傾向にある。一方、総滴下時間が600分を越える場合には、亜硫酸ガスの発生が抑えられるため、得られる重合体の性能は良好である。しかし、(メタ)アクリル酸系共重合体の生産性が低下し、使用用途が制限される場合がある。ここでいう総滴下時間とは、最初の滴下成分(1成分とは限らない)の滴下開始時から最後の滴下成分(1成分とは限らない)を滴下完了するまでの時間をいう。
<Polymerization time>
In the polymerization, even when bisulfite is used as an initiator system at a low polymerization temperature, it is more important to suppress the generation of sulfurous acid gas and prevent the formation of impurities. For this reason, it is preferable to make the total dropping time during polymerization 120 to 600 minutes, preferably 150 to 450 minutes, more preferably 180 to 300 minutes. When the total dropping time is less than 120 minutes, the effects of the persulfate solution and the bisulfite solution added as the initiator system tend to be reduced. Therefore, the amount of sulfur-containing groups such as sulfonic acid groups introduced into the terminals and side chains tends to decrease with respect to the obtained (meth) acrylic acid copolymer. As a result, the weight average molecular weight of the polymer tends to increase. Moreover, it may occur that bisulfite exists excessively by being dripped in the reaction system in a short time. For this reason, such excessive bisulfite is decomposed to generate sulfurous acid gas, which may be released out of the system or may form impurities. However, it tends to be improved by carrying out the polymerization temperature and the initiator amount in a specific range that is low. On the other hand, when the total dropping time exceeds 600 minutes, the generation of sulfurous acid gas is suppressed, so that the resulting polymer has good performance. However, the productivity of the (meth) acrylic acid copolymer is lowered, and the use application may be limited. The total dropping time here means the time from the start of dropping the first dropping component (not necessarily one component) to the completion of dropping the last dropping component (not necessarily one component).
<重合濃度>
上記各成分の滴下が終了し、重合反応系における重合反応が終了した時点での水溶液中の固形分濃度(すなわち単量体の重合固形分濃度)は、好ましくは35質量%以上、より好ましくは40〜70質量%、更に好ましくは45〜65質量%である。このように重合反応終了時の固形分濃度が35質量%以上であれば、高濃度かつ一段で重合を行うことができる。そのため、効率よく低分子量の(メタ)アクリル酸系共重合体を得ることができる。例えば、従来の製造方法では場合によっては必要であった濃縮工程を省略することができる。それゆえ、その製造効率を大幅に上昇させたものとすることができる。その結果、(メタ)アクリル酸系共重合体の生産性が大幅に向上し、製造コストの上昇も抑制することが可能となる。
<Polymerization concentration>
The solid content concentration in the aqueous solution (that is, the polymerization solid content concentration of the monomer) at the time when the dropping of the above components is completed and the polymerization reaction in the polymerization reaction system is completed is preferably 35% by mass or more, more preferably It is 40-70 mass%, More preferably, it is 45-65 mass%. Thus, if the solid content concentration at the end of the polymerization reaction is 35% by mass or more, the polymerization can be carried out at a high concentration and in one stage. Therefore, a low molecular weight (meth) acrylic acid copolymer can be obtained efficiently. For example, the concentration step that was necessary in some cases in the conventional manufacturing method can be omitted. Therefore, the manufacturing efficiency can be greatly increased. As a result, the productivity of the (meth) acrylic acid copolymer is greatly improved, and an increase in production cost can be suppressed.
ここで、上記固形成濃度が35質量%未満の場合には、(メタ)アクリル酸系共重合体の生産性を大幅に向上することができない場合がある。例えば、濃縮工程を省略することが困難となる。 Here, when the solid-formation concentration is less than 35% by mass, the productivity of the (meth) acrylic acid copolymer may not be significantly improved. For example, it becomes difficult to omit the concentration step.
重合反応系において固形分濃度を高くすると、重合反応の進行に伴う反応溶液の粘度の上昇が顕著となり、得られる重合体の重量平均分子量も大幅に高くなる傾向にある。しかしながら、重合反応を酸性側(25℃でのpHが1〜6であり、カルボン酸の中和度が0〜25mol%の範囲)で行うことにより、重合反応が進行に伴う反応溶液の粘度の上昇を抑制することができる。それゆえ、重合反応を高濃度の条件下で行っても低分子量の重合体を得ることができ、重合体の製造効率を大幅に上昇させることができる。 When the solid content concentration is increased in the polymerization reaction system, the viscosity of the reaction solution increases remarkably with the progress of the polymerization reaction, and the weight average molecular weight of the resulting polymer tends to increase significantly. However, by carrying out the polymerization reaction on the acidic side (pH at 25 ° C. is 1 to 6 and the neutralization degree of carboxylic acid is in the range of 0 to 25 mol%), the viscosity of the reaction solution accompanying the progress of the polymerization reaction can be reduced. The rise can be suppressed. Therefore, a polymer having a low molecular weight can be obtained even when the polymerization reaction is carried out under a high concentration condition, and the production efficiency of the polymer can be greatly increased.
ここで、重合反応が終了した時点とは、全ての滴下成分の滴下が終了した時点であってもよいが、好ましくはその後、所定の熟成時間を経過し(重合が完結し)た時点を言う。 Here, the time point when the polymerization reaction is completed may be a time point when the dropping of all of the dropping components is completed, but preferably refers to a time point when a predetermined aging time has elapsed (polymerization is completed). .
<熟成工程>
上記熟成時間は、通常1〜120分間、好ましくは5〜90分間、より好ましくは10〜60分間である。熟成時間が1分間未満の場合には、熟成不十分につき単量体成分が残ることがあり、残存モノマーに起因する不純物を形成し性能低下などを招くおそれがある。一方、熟成時間が120分間を超える場合には、重合体溶液の着色の恐れがある。そのほか、既に重合が完結しており、更なる重合温度を印加することは不経済である。
<Aging process>
The aging time is usually 1 to 120 minutes, preferably 5 to 90 minutes, more preferably 10 to 60 minutes. When the aging time is less than 1 minute, the monomer component may remain due to insufficient aging, which may cause impurities due to the residual monomer, resulting in performance degradation. On the other hand, when the aging time exceeds 120 minutes, the polymer solution may be colored. In addition, since the polymerization has already been completed, it is uneconomical to apply a further polymerization temperature.
また、熟成中は、上記重合反応期間内であり、重合中に含まれるため、上記重合温度が適用される。したがって、ここでの温度も一定温度(好ましくは滴下終了時点での温度)で保持してもよいし、熟成中に経時的に温度を変化させてもよい。したがって、重合時間は、上記総滴下時間+熟成時間をいい、最初の滴定開始時点から熟成終了時点までに要した時間をいう。 Further, during the aging, the polymerization temperature is applied because it is within the polymerization reaction period and is included in the polymerization. Therefore, the temperature here may also be maintained at a constant temperature (preferably the temperature at the end of dropping), or the temperature may be changed over time during aging. Therefore, the polymerization time refers to the above total dropping time + ripening time, and refers to the time required from the first titration start point to the ripening end point.
<重合後の工程>
本発明に係る(メタ)アクリル酸系共重合体の製造方法では、重合は、上記の通り酸性条件下で行われることが好ましい。そのため、得られる(メタ)アクリル酸系共重合体のカルボン酸の中和度(カルボン酸最終中和度)は、重合が終了した後に、必要に応じて、後処理として適当なアルカリ成分を適宜添加することによって所定の範囲に設定されても良い。
<Process after polymerization>
In the method for producing a (meth) acrylic acid copolymer according to the present invention, the polymerization is preferably performed under acidic conditions as described above. Therefore, the neutralization degree (carboxylic acid final neutralization degree) of the carboxylic acid of the (meth) acrylic acid copolymer to be obtained is determined by appropriately adding an appropriate alkaline component as a post-treatment as needed after the polymerization is completed. You may set to a predetermined range by adding.
該最終中和度は、その使用用途によって異なるため特に制限されるべきものではない。酸性の重合体として使用する場合のカルボン酸最終中和度は、好ましくは0〜75mol%、より好ましくは0〜70mol%である。中性ないしアルカリ性の重合体として使用する場合のカルボン酸最終中和度は、好ましくは75〜100mol%、より好ましくは85〜99mol%である。また、中性ないしアルカリ性の重合体として使用する場合の最終中和度が99mol%を超える場合には重合体水溶液が着色する恐れがある。 The final neutralization degree is not particularly limited because it varies depending on the intended use. When used as an acidic polymer, the final neutralization degree of carboxylic acid is preferably 0 to 75 mol%, more preferably 0 to 70 mol%. When used as a neutral or alkaline polymer, the degree of final neutralization of carboxylic acid is preferably 75 to 100 mol%, more preferably 85 to 99 mol%. Further, when the final neutralization degree when used as a neutral or alkaline polymer exceeds 99 mol%, the aqueous polymer solution may be colored.
上記アルカリ成分としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属の水酸化物;アンモニア、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有機アミン類で代表されるようなものが挙げられる。上記アルカリ成分は1種類のみを用いても良いし、2種類以上の混合物を用いても良い。 Examples of the alkali component include alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide; alkaline earth metal hydroxides such as calcium hydroxide and magnesium hydroxide; ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, Examples thereof include those represented by organic amines such as triethanolamine. Only one type of alkali component may be used, or a mixture of two or more types may be used.
また、上述したように酸性のまま中和せずに使用するような場合には、反応系内が酸性のため、反応系内の雰囲気中に毒性のある亜硫酸ガス(SO2ガス)が残存している場合がある。こうした場合には、過酸化水素などの過酸化物を入れて分解するか、あるいは空気や窒素ガスを導入(ブロー)して追い出しておくのが望ましい。 In addition, when the reaction system is used without being neutralized as described above, since the inside of the reaction system is acidic, toxic sulfurous acid gas (SO 2 gas) remains in the atmosphere in the reaction system. There may be. In such a case, it is desirable to decompose by adding a peroxide such as hydrogen peroxide or to expel it by introducing (blowing) air or nitrogen gas.
<その他の製造条件>
本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体は、バッチ式で製造されてもよいし、連続式で製造されてもよい。
<Other manufacturing conditions>
The (meth) acrylic acid-based copolymer of the present invention may be produced in a batch manner or in a continuous manner.
[本発明の共重合体組成物]
本発明の共重合体組成物は、本発明の(メタ)アクリル酸系共重合体を必須として含有し、本発明の共重合体のみを含んでいても良いが、通常はその他に、重合開始剤残渣、残存単量体、重合時の副生成物、水分から選ばれる1以上を含有する。本発明の共重合体組成物は、本発明の共重合体組成物100質量%に対し、本発明の共重合体を1〜100質量%含有することが好ましい。好ましい共重合体組成物の形態の一つは、共重合体を40〜60質量%含有し、水を40〜60質量%含有する形態である。
共重合体組成物の炭酸カルシウムの分散性等の物性に影響することから、残存単量体はなるべく少ないことが好ましい。具体的には、残存マレイン酸(塩)が共重合体組成物の固形分に対して3000ppm以下であることが好ましい。ここで、マレイン酸(塩)は酸型換算(すなわち、マレイン酸塩の場合、酸型であるマレイン酸として質量%を計算する。)で残存マレイン酸量を計算するものとする。
[Copolymer composition of the present invention]
The copolymer composition of the present invention contains the (meth) acrylic acid copolymer of the present invention as an essential component, and may contain only the copolymer of the present invention. 1 or more chosen from an agent residue, a residual monomer, the by-product at the time of superposition | polymerization, and a water | moisture content. It is preferable that the copolymer composition of this invention contains 1-100 mass% of copolymers of this invention with respect to 100 mass% of copolymer compositions of this invention. One of the forms of a preferable copolymer composition is a form which contains 40-60 mass% of copolymers, and contains 40-60 mass% of water.
Since it affects physical properties such as the dispersibility of calcium carbonate of the copolymer composition, it is preferable that the residual monomer is as small as possible. Specifically, the residual maleic acid (salt) is preferably 3000 ppm or less with respect to the solid content of the copolymer composition. Here, the amount of maleic acid (salt) is calculated in terms of acid type (that is, in the case of maleate, the mass% is calculated as maleic acid which is the acid type), and the amount of residual maleic acid is calculated.
[本発明の共重合体、共重合体組成物の用途]
本発明の共重合体(または共重合体組成物)は、水処理剤、スケール防止剤(スケール抑制剤)、繊維処理剤、分散剤、金属イオン封止剤、増粘剤、各種バインダー、乳化剤、スキンケア剤、ヘアケア剤等として用いられうる。
[Usage of copolymer and copolymer composition of the present invention]
The copolymer (or copolymer composition) of the present invention comprises a water treatment agent, a scale inhibitor (scale inhibitor), a fiber treatment agent, a dispersant, a metal ion sealant, a thickener, various binders, and an emulsifier. , Skin care agents, hair care agents and the like.
<水処理剤>
本発明の共重合体(または共重合体組成物)は、水処理剤に用いることができる。該水処理剤には、必要に応じて、他の配合剤として、重合リン酸塩、ホスホン酸塩、防食剤、スライムコントロール剤、キレート剤を用いても良い。
<Water treatment agent>
The copolymer (or copolymer composition) of the present invention can be used as a water treatment agent. If necessary, the water treatment agent may contain a polymerized phosphate, phosphonate, anticorrosive, slime control agent, and chelating agent as other compounding agents.
上記水処理剤は、冷却水循環系、ボイラー水循環系、海水淡水化装置、逆浸透膜処理装置、パルプ蒸解釜、黒液濃縮釜等でのスケール防止に有用である。また、性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでもよい。 The water treatment agent is useful for scale prevention in a cooling water circulation system, a boiler water circulation system, a seawater desalination apparatus, a reverse osmosis membrane treatment apparatus, a pulp digester, a black liquor concentration tank, and the like. Further, any appropriate water-soluble polymer may be included as long as it does not affect the performance and effects.
<繊維処理剤>
本発明の共重合体(または共重合体組成物)は、繊維処理剤に用いることができる。該繊維処理剤は、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つと、本発明の共重合体(または共重合体組成物)を含む。
<Fiber treatment agent>
The copolymer (or copolymer composition) of the present invention can be used as a fiber treatment agent. The fiber treatment agent includes at least one selected from the group consisting of a dye, a peroxide, and a surfactant, and the copolymer (or copolymer composition) of the present invention.
上記繊維処理剤における本発明の共重合体の含有量は、繊維処理剤全体に対して、好ましくは1〜100重量%であり、より好ましくは5〜100重量%である。また、性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでいてもよい。 The content of the copolymer of the present invention in the fiber treatment agent is preferably 1 to 100% by weight, more preferably 5 to 100% by weight, based on the entire fiber treatment agent. Further, any appropriate water-soluble polymer may be included as long as the performance and effects are not affected.
以下に、より実施形態に近い、繊維処理剤の配合例を示す。この繊維処理剤は、繊維処理における精錬、染色、漂白、ソーピングの工程で使用することができる。染色剤、過酸化物および界面活性剤としては繊維処理剤に通常使用されるものが挙げられる。 Below, the compounding example of the fiber processing agent which is closer to embodiment is shown. This fiber treatment agent can be used in the steps of refining, dyeing, bleaching and soaping in fiber treatment. Examples of dyeing agents, peroxides and surfactants include those usually used for fiber treatment agents.
本発明の共重合体と、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つとの配合比率は、例えば、繊維の白色度、色むら、染色けんろう度の向上のためには、繊維処理剤純分換算で、本発明の共重合体1重量部に対して、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つを0.1〜100重量部の割合で配合された組成物を繊維処理剤として用いることが好ましい。 The blending ratio of the copolymer of the present invention and at least one selected from the group consisting of a dye, a peroxide and a surfactant is, for example, for improving the whiteness, color unevenness, and dyeing tempering of the fiber. Includes 0.1 to 100 weight percent of at least one selected from the group consisting of a staining agent, a peroxide and a surfactant with respect to 1 weight part of the copolymer of the present invention in terms of a pure amount of the fiber treatment agent. It is preferable to use a composition blended at a ratio of parts as a fiber treatment agent.
上記繊維処理剤を使用できる繊維としては、任意の適切な繊維を採用し得る。例えば、木綿、麻等のセルロース系繊維、ナイロン、ポリエステル等の化学繊維、羊毛、絹糸等の動物性繊維、人絹等の半合成繊維およびこれらの織物および混紡品が挙げられる。 Arbitrary appropriate fiber can be employ | adopted as a fiber which can use the said fiber processing agent. Examples thereof include cellulosic fibers such as cotton and hemp, chemical fibers such as nylon and polyester, animal fibers such as wool and silk, semi-synthetic fibers such as human silk, and woven fabrics and blended products thereof.
上記繊維処理剤を精錬工程に適用する場合は、本発明の共重合体と、アルカリ剤および界面活性剤とを配合することが好ましい。漂白工程に適用する場合では、本発明の共重合体と、過酸化物と、アルカリ性漂白剤の分解抑制剤としての珪酸ナトリウム等の珪酸系薬剤とを配合することが好ましい。 When the fiber treatment agent is applied to the refining process, it is preferable to blend the copolymer of the present invention with an alkali agent and a surfactant. When applied to the bleaching step, it is preferable to blend the copolymer of the present invention, a peroxide, and a silicic acid-based agent such as sodium silicate as a decomposition inhibitor for the alkaline bleaching agent.
<無機顔料分散剤>
本発明の共重合体(または共重合体組成物)は、無機顔料分散剤に用いることができる。該無機顔料分散剤には、必要に応じて、他の配合剤として、縮合リン酸およびその塩、ホスホン酸およびその塩、ポリビニルアルコールを用いても良い。
<Inorganic pigment dispersant>
The copolymer (or copolymer composition) of the present invention can be used as an inorganic pigment dispersant. In the inorganic pigment dispersant, condensed phosphoric acid and its salt, phosphonic acid and its salt, and polyvinyl alcohol may be used as other compounding agents as required.
上記無機顔料分散剤中における、本発明の共重合体の含有量は、無機顔料分散剤全体に対して、好ましくは5〜100重量%である。また性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでいてもよい。 The content of the copolymer of the present invention in the inorganic pigment dispersant is preferably 5 to 100% by weight with respect to the whole inorganic pigment dispersant. Further, any appropriate water-soluble polymer may be included as long as it does not affect the performance and effect.
上記無機顔料分散剤は、紙コーティングに用いられる重質ないしは軽質炭酸カルシウム、クレイの無機顔料の分散剤として良好な性能を発揮し得る。例えば、無機顔料分散剤を無機顔料に少量添加して水中に分散することにより、低粘度でしかも高流動性を有し、かつ、それらの性能の経日安定性が良好な、高濃度炭酸カルシウムスラリーのような高濃度無機顔料スラリーを製造することができる。 The inorganic pigment dispersant can exhibit good performance as a dispersant for heavy or light calcium carbonate or clay inorganic pigment used in paper coating. For example, by adding a small amount of an inorganic pigment dispersant to an inorganic pigment and dispersing it in water, high concentration calcium carbonate having low viscosity and high fluidity and good aging stability of their performance. High concentration inorganic pigment slurries such as slurries can be produced.
上記無機顔料分散剤を無機顔料の分散剤として用いる場合、該無機顔料分散剤の使用量は、無機顔料100重量部に対して、0.05〜2.0重量部が好ましい。該無機顔料分散剤の使用量が上記範囲内にあることによって、十分な分散効果を得ることが可能となり、添加量に見合った効果を得ることが可能となり、経済的にも有利となり得る。 When the inorganic pigment dispersant is used as a dispersant for an inorganic pigment, the amount of the inorganic pigment dispersant used is preferably 0.05 to 2.0 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the inorganic pigment. When the amount of the inorganic pigment dispersant used is within the above range, a sufficient dispersion effect can be obtained, and an effect commensurate with the addition amount can be obtained, which can be economically advantageous.
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「質量部」を、「%」は「質量%」を意味するものとする。
また、単量体の定量、共重合体の重量平均分子量の測定及び評価は、下記方法に従って行なった。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” means “part by mass” and “%” means “% by mass”.
The determination of the monomer and the measurement and evaluation of the weight average molecular weight of the copolymer were carried out according to the following methods.
<単量体の定量方法>
単量体等の含有量の測定は、下記条件で、液体クロマトグラフィーを用いて行なった。
装置:株式会社日立製作所製 L−7000シリーズ
検出器:株式会社日立製作所製 UV検出器 L−7400
カラム:昭和電工株式会社製 Shodex RSpak DE−413L
流量:1.0ml/min
カラム温度:40℃
移動相:0.1%リン酸水溶液。
<Monomer determination method>
The measurement of the content of monomers and the like was performed using liquid chromatography under the following conditions.
Apparatus: L-7000 series detector manufactured by Hitachi, Ltd .: UV detector L-7400 manufactured by Hitachi, Ltd.
Column: Shodex RSpak DE-413L manufactured by Showa Denko KK
Flow rate: 1.0 ml / min
Column temperature: 40 ° C
Mobile phase: 0.1% aqueous phosphoric acid solution.
<重量平均分子量の測定条件>
装置:東ソー株式会社製HLC−8320GPC
検出器:RI
カラム:昭和電工株式会社製 Shodex Asahipak GF−310−HQ, GF−710−HQ, GF−1G 7B
カラム温度:40℃
流速:0.5ml/min
検量線:創和科学株式会社製 POLYACRYLIC ACID STANDARD
溶離液:0.1N酢酸ナトリウム水溶液。
<Measurement conditions of weight average molecular weight>
Equipment: HLC-8320GPC manufactured by Tosoh Corporation
Detector: RI
Column: Shodex Asahipak GF-310-HQ, GF-710-HQ, GF-1G 7B manufactured by Showa Denko KK
Column temperature: 40 ° C
Flow rate: 0.5 ml / min
Calibration curve: POLYACRYLIC ACID STANDARD made by Soka Science Co., Ltd.
Eluent: 0.1N sodium acetate aqueous solution.
<固形分の測定>
120℃に加熱したオーブンで本発明の共重合体(本発明の共重合体組成物1.0gに水1.0gを加えたもの)を2時間放置して乾燥処理した。乾燥前後の重量変化から、固形分(%)と、揮発成分(%)を算出した。
<Measurement of solid content>
In an oven heated to 120 ° C., the copolymer of the present invention (1.0 g of the copolymer composition of the present invention plus 1.0 g of water) was allowed to stand for 2 hours for drying treatment. From the weight change before and after drying, the solid content (%) and the volatile component (%) were calculated.
<耐ゲル性の測定>
前述の耐ゲル性試験により、測定した。
<Measurement of gel resistance>
It measured by the above-mentioned gel resistance test.
<キレート能(カルシウムイオン捕捉能)の測定>
容量100ccのビーカーに、0.001mol/Lの塩化カルシウム水溶液50gを採取し、共重合体を固形分換算で10mg添加した。次に、この水溶液のpHを希水酸化ナトリウムで9〜11に調整した。その後、撹拌下、カルシウムイオン電極安定剤として、4mol/Lの塩化カリウム水溶液1mlを添加した。
イオンアナライザー(EA920型,オリオン社製)及びカルシウムイオン電極(93−20型,オリオン社製)を用いて、遊離のカルシウムイオンを測定し、共重合体1g当たり、炭酸カルシウム換算で何mgのカルシウムイオンがキレートされたか(キレート能の1種であるカルシウムイオン捕捉能)を計算で求めた。カルシウムイオン捕捉能の単位は「mgCaCO3/g」である。
<Measurement of chelating ability (calcium ion capturing ability)>
In a beaker with a capacity of 100 cc, 50 g of a 0.001 mol / L calcium chloride aqueous solution was sampled, and 10 mg of the copolymer was added in terms of solid content. Next, the pH of this aqueous solution was adjusted to 9-11 with dilute sodium hydroxide. Then, 1 ml of 4 mol / L potassium chloride aqueous solution was added as a calcium ion electrode stabilizer under stirring.
Using an ion analyzer (EA920 type, manufactured by Orion) and a calcium ion electrode (93-20 type, manufactured by Orion), free calcium ions were measured, and how many milligrams of calcium in terms of calcium carbonate per 1 g of copolymer. Whether ions were chelated (calcium ion capturing ability, which is one type of chelating ability) was calculated. The unit of calcium ion scavenging ability is “mgCaCO 3 / g”.
<共重合体の炭酸カルシウム分散性>
試験管(IWAKI GLASS製:直径18mm,高さ180mm)に炭酸カルシウム(和光純薬社製,和光1級)0.3gを入れた後、炭酸カルシウムを含めて合計30gとなるようにほう酸−ほう酸ナトリウムpH緩衝液と純水と共重合体水溶液とを順に加えて、共重合体を固形分濃度で50mg/L含む、pH8.5の分散性試験液を調製した。蓋をして密封した後、試験管を振って炭酸カルシウムを均一に分散させた。その後,試験管を室温(約20℃)で3時間静置した。3時間後の外観を観察して、炭酸カルシウムが十分に分散した状態を保って試験液上部まで白濁している場合は、炭酸カルシウムの分散性が高いと言える。
以下の基準で判断した。
○:試験液上部まで白濁している。
×:試験液上部まで白濁していない。
<Calcium carbonate dispersibility of copolymer>
After adding 0.3 g of calcium carbonate (manufactured by Wako Pure Chemicals, Wako Grade 1) to a test tube (made by IWAKI GLASS: diameter 18 mm, height 180 mm), boric acid-boric acid so that the total amount including calcium carbonate is 30 g. Sodium pH buffer solution, pure water, and aqueous copolymer solution were added in order to prepare a pH 8.5 dispersibility test solution containing the copolymer at a solid content concentration of 50 mg / L. After sealing with a lid, the test tube was shaken to disperse the calcium carbonate uniformly. Thereafter, the test tube was allowed to stand at room temperature (about 20 ° C.) for 3 hours. When the appearance after 3 hours is observed and the calcium carbonate is kept sufficiently dispersed and is clouded up to the top of the test solution, it can be said that the dispersibility of the calcium carbonate is high.
Judgment was made based on the following criteria.
○: Cloudy up to the top of the test solution.
X: Not cloudy up to the top of the test solution.
<実施例1>
温度計、還流冷却器、攪拌機を備えた容量2.5LのSUS316製のセパラブルフラスコに、純水346.6gと、無水マレイン酸(以下、MAと称す)58.8g(0.6mol)と、モール塩0.0299g(総仕込み量に対する鉄(II)の質量(ここで、総仕込み量とは、重合完結後の中和工程を含む、全ての投入物重量をいう。以下同様とする。)に換算すると3ppm)を仕込み、攪拌下、87℃に昇温した(初期仕込み)。
次いで攪拌下、87℃一定状態の重合反応系中に80質量%アクリル酸水溶液(以下、80%AAと称す)432.4g(4.8mol)、40質量%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水溶液(以下、40%HAPSと称す)327.0g(0.6mol)、15質量%過硫酸ナトリウム水溶液(以下15%NaPSと称す)144.0g、35質量%重亜硫酸ナトリウム水溶液(以下、35%SBSと称す)92.6g、をそれぞれ別個の滴下ノズルより滴下した。それぞれの滴下時間は、80%AAを180分間、40%HAPSを120分間、35%SBSを170分間,15%NaPSを200分間とした。また、滴下開始時間に関しては各滴下液はすべて同時に滴下を開始した。15%NaPSは72.0gを0−130分に一定の滴下速度で連続的に滴下し、残り72.0gを130−200分に一定の滴下速度で連続的に滴下した。80%AAと40%HAPSと35%SBSはそれぞれの滴下時間の間、滴下速度は一定とし、連続的に滴下した。
滴下終了後、さらに30分間に渡って反応溶液を87℃に保持して熟成し重合を完結せしめた。このようにして、固形分濃度が42質量%の本発明の共重合体組成物(重合体組成物(1))を得た(含まれる本発明の共重合体を重合体(1)とする)。
<Example 1>
In a 2.5 L SUS316 separable flask equipped with a thermometer, reflux condenser, and stirrer, 346.6 g of pure water and 58.8 g (0.6 mol) of maleic anhydride (hereinafter referred to as MA) Molle salt 0.0299 g (the mass of iron (II) with respect to the total charge (herein, the total charge is the weight of all inputs including the neutralization step after completion of the polymerization. The same shall apply hereinafter). ), The temperature was raised to 87 ° C. with stirring (initial charge).
Next, under stirring, in a polymerization reaction system at a constant temperature of 87 ° C., an aqueous 80% by mass acrylic acid solution (hereinafter referred to as 80% AA) 432.4 g (4.8 mol), 40% by mass 3-allyloxy-2-hydroxy-1 -Sodium propanesulfonate aqueous solution (hereinafter referred to as 40% HAPS) 327.0 g (0.6 mol), 15 mass% sodium persulfate aqueous solution (hereinafter referred to as 15% NaPS) 144.0 g, 35 mass% sodium bisulfite aqueous solution 92.6 g (hereinafter referred to as 35% SBS) was dropped from separate dropping nozzles. The dropping time was 80 minutes AA for 180 minutes, 40% HAPS for 120 minutes, 35% SBS for 170 minutes, and 15% NaPS for 200 minutes. Moreover, regarding the dripping start time, all dripping liquids started dripping simultaneously. As for 15% NaPS, 72.0 g was continuously dropped at a constant dropping rate from 0 to 130 minutes, and the remaining 72.0 g was continuously dropped at 130 to 200 minutes at a constant dropping rate. 80% AA, 40% HAPS, and 35% SBS were dripped continuously at a constant drip rate during each drip time.
After completion of the dropwise addition, the reaction solution was kept at 87 ° C. for 30 minutes to complete the polymerization. Thus, the copolymer composition (polymer composition (1)) of the present invention having a solid content concentration of 42% by mass was obtained (the copolymer of the present invention contained is referred to as polymer (1)). ).
<実施例2〜4>
実施例1において、表1に記載した条件を変更した以外は実施例1と同様にして、重合体組成物(2)〜(4)を得た(含まれる共重合体をそれぞれ重合体(2)〜(4)とする)。
<Examples 2 to 4>
In Example 1, except having changed the conditions described in Table 1, it carried out similarly to Example 1, and obtained polymer composition (2)-(4) (The copolymer contained is a polymer (2 ) To (4)).
<比較例1>
温度計、還流冷却器、攪拌機を備えた容量2.5LのSUS316製のセパラブルフラスコに、純水300.0gを仕込み、攪拌下、沸点まで昇温した(初期仕込み)。
次いで攪拌下、沸点還流状態の重合反応系中に80%AA720.0g(8.0mol)、15%NaPS106.7g、35%SBS182.9g、純水126.5gとを,それぞれ別個の滴下ノズルより、120分間かけて滴下した。また、滴下開始時間に関しては各滴下液はすべて同時に滴下を開始した。
滴下終了後、さらに30分間に渡って反応溶液を沸点還流状態に保持して熟成し重合を完結せしめた。その後、48%水酸化ナトリウム(以下、48%NaOHと称す)600gを得られた反応溶液中に撹拌しながら徐々に滴下して中和した。このようにして、固形分濃度が46質量%の比較重合体組成物(比較重合体組成物(1))を得た(含まれる比較重合体を比較重合体(1)とする)。
<Comparative Example 1>
302.5 g of pure water was charged into a 2.5 L SUS316 separable flask equipped with a thermometer, a reflux condenser, and a stirrer, and the temperature was raised to the boiling point with stirring (initial charging).
Next, under stirring, 80% AA 720.0 g (8.0 mol), 15% NaPS 106.7 g, 35% SBS 182.9 g, and pure water 126.5 g were respectively added to the polymerization reaction system at the boiling point reflux state from separate dropping nozzles. For 120 minutes. Moreover, regarding the dripping start time, all dripping liquids started dripping simultaneously.
After completion of the dropwise addition, the reaction solution was maintained at the boiling point reflux state for an additional 30 minutes and aged to complete the polymerization. Thereafter, 600 g of 48% sodium hydroxide (hereinafter referred to as 48% NaOH) was neutralized by gradually dropping into the resulting reaction solution while stirring. In this way, a comparative polymer composition (comparative polymer composition (1)) having a solid content concentration of 46% by mass was obtained (referred to as the comparative polymer (1)).
<比較例2〜4>
比較重合体(2)として、構成単位(a):構成単位(b):構成単位(c)が10:45:45、Mwが11,000の重合体、比較重合体(3)として、構成単位(a):構成単位(b):構成単位(c)が10:55:55、Mwが27,000の重合体、比較重合体(4)として、構成単位(b):構成単位(c)が90:10、Mwが11,000の重合体を使用した。
<Comparative Examples 2-4>
As the comparative polymer (2), the structural unit (a): the structural unit (b): the structural unit (c) is 10:45:45 and the Mw is 11,000, and the comparative polymer (3) is the structural polymer. Unit (a): Structural unit (b): Structural unit (c) is 10:55:55, Mw is 27,000 polymer, Comparative polymer (4), Structural unit (b): Structural unit (c ) Was 90:10 and Mw was 11,000.
<実施例6>
得られた重合体(1)〜(4)、および比較重合体(1)〜(4)を用いて、上記に記載した方法で、それぞれの分子量の測定、炭酸カルシウム分散性の評価、耐ゲル化試験、残存マレイン酸量の測定を行なった。結果を下記表2に示す。
<Example 6>
Using the obtained polymers (1) to (4) and comparative polymers (1) to (4), the molecular weight measurement, the calcium carbonate dispersibility evaluation, and the gel resistance were determined by the methods described above. Test and measurement of residual maleic acid amount. The results are shown in Table 2 below.
上記評価結果から、本発明の共重合体は、従来の重合体と比較して良好な炭酸カルシウムの分散性、および耐ゲル性を有することが明らかとなった。
From the above evaluation results, it was revealed that the copolymer of the present invention has better dispersibility of calcium carbonate and gel resistance as compared with conventional polymers.
本発明の共重合体は、高い耐ゲル性と炭酸カルシウムの分散性、キレート能を有する。したがって、水処理剤(特にスケール防止剤)、分散剤等の添加剤に用いた場合に特に優れた性能を発揮できる。 The copolymer of the present invention has high gel resistance, calcium carbonate dispersibility, and chelating ability. Therefore, when it uses for additives, such as a water treatment agent (especially scale inhibitor) and a dispersing agent, the outstanding performance can be exhibited.
Claims (4)
一般式(1)中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、XおよびYは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸(塩)基を表す(但し、X、Yのうち少なくとも一方はスルホン酸(塩)基を表す)。 The structural unit (a) derived from the monomer represented by the following general formula (1) of 5 mol% to 25 mol% with respect to 100 mol% of the structure derived from all monomers, 50 mol% to 88 mol A copolymer having, as an essential structural unit, a structural unit (b) derived from (meth) acrylic acid (salt) of 7 mol% or less and a structural unit (c) derived from maleic acid (salt) of 7 mol% or more and 25 mol% or less. A (meth) acrylic acid copolymer having a weight average molecular weight of 1,000 to 30,000.
In general formula (1), R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X and Y each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (salt) group (provided that at least one of X and Y is sulfonic acid) (Salt) group).
マレイン酸の含有量が共重合体組成物の固形分に対し、0〜3000ppmである、
共重合体組成物。 A copolymer composition comprising the (meth) acrylic acid copolymer according to claim 1,
The maleic acid content is 0 to 3000 ppm based on the solid content of the copolymer composition.
Copolymer composition.
を必須として、共重合することを特徴とする請求項1または2に記載の(メタ)アクリル酸系共重合体の製造方法。
一般式(1)中、R2は、水素原子またはメチル基を表し、XおよびYは、それぞれ独立に水酸基またはスルホン酸(塩)基を表す(但し、X、Yのうち少なくとも一方はスルホン酸(塩)基を表す)。 5 mol% or more and 25 mol% or less of the monomer represented by the following general formula (1), 50 mol% or more and 88 mol% or less (meth) acrylic acid (salt) with respect to 100 mol% of all monomers ), 7 mol% or more and 25 mol% or less of maleic acid (salt),
The method for producing a (meth) acrylic acid-based copolymer according to claim 1, wherein the copolymer is copolymerized as essential.
In general formula (1), R 2 represents a hydrogen atom or a methyl group, and X and Y each independently represent a hydroxyl group or a sulfonic acid (salt) group (provided that at least one of X and Y is sulfonic acid) (Salt) group).
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