JP2769773B2 - 懸濁重合用安定剤及びその製造方法 - Google Patents

懸濁重合用安定剤及びその製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、懸濁重合法によりビニ
ル系ポリマーを製造する際に用いるハイドロオキシアパ
タイト系の懸濁重合用安定剤とその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】球状のポリマーを製造する方法として、
懸濁重合法が知られている。この懸濁重合法は、得られ
るポリマーが数珠玉状または真珠状球状体となるため、
別名、“ビーズ重合”または“パール重合”と称されて
おり、大型設備での熱除去が容易で高性能の重合物が得
られるばかりでなく、多品種の生産に適しているため、
特にスチレンまたはこれと共重合可能なビニル系モノマ
ーの懸濁重合に有用されている。
【0003】一般に、懸濁重合はモノマー、分散剤また
は懸濁安定剤および重合開始剤を水のようなモノマー不
溶な分散媒の存在下で、強く撹拌させてモノマー粒子と
分散させておこなわれる。したがって、重合は分散した
個々のモノマー粒子の中で進行し、その形態のポリマー
が生成するので、分散剤または安定剤の性能が重合操作
ならびに得られるポリマーの品質に強く影響する。
【0004】従来、懸濁重合用安定剤としては、ポリビ
ニルアルコール、CMCなどの水溶性高分子系のもの
と、塩基性リン酸塩とくにハイドロオキシアパタイトで
代表される無機質微粒子が知られており、それぞれ目的
に応じて使い分けられている。このうち、ハイドロオキ
シアパタイト系の懸濁重合剤については、例えば特公昭
29−1298号公報および特公昭60−6490号公
報に詳しく開示されている。また、これらの安定剤を使
用するに当たって、安定剤としての再現性および信頼性
を高めるために、界面活性剤を用いて熱処理する方法
(特公昭47− 23666号公報) 、助剤としてリン酸カリウ
ムを添加する方法(特公昭48− 42220号公報)、超音波
処理する方法(特公昭47− 38631号公報)あるいは沈降
半減期が少なくとも15分であるようなアパタイトスラ
リーを用いるもの(特公昭54−44313号公報)等が提案
されている。
【0005】しかしながら、懸濁安定化能が高いと言わ
れるハイドロオキシアパタイトであっても、モノマー粒
子は個々の反応系として働き、その中でラジカルを形成
しながら個々の重合を進行させる関係で、重合反応装置
内で均一なポリマー粒子を得るためには安定剤の性能が
本質的かつ微妙に影響する。すなわち、アパタイトの品
質如何で、ポリマーのビーズが合体して凝塊や餅状形態
を形成したり、装置内の壁面へスケールとして付着して
操業トラブルの発生原因となる。このような現象を防止
するために、安定剤の使用量を多くするなどの対策がと
られているが、コストの上昇を招くのみならず、ポリマ
ー品質を低下させる。このため、より高性能な懸濁重合
用安定剤の開発が要請されている。
【0006】この点、前述した特公昭54−44313
号公報に記載のある懸濁重合用安定剤は、ハイドロオキ
シアパタイトスラリーの沈降特性が懸濁重合結果に高い
相関を与えることに着目し、アパタイトの製造時に直接
得られるスラリーを安定剤としているため、スラリーを
乾燥粉末化する際に生じる粒子の凝集現象などが避けら
れる利点がある。しかし、このように反応生成したアパ
タイトスラリーであっても、信頼性が不十分であって、
屡々、重合反応時における粒子間の付着、凝集や粒子の
経時的生長は避けられない。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】通常、アパタイトの製
造工程から得られるスラリー中の粒子は単独では0.5
μm 以下の極めて微細な粒径を有しているが、表面エネ
ルギーのために容易に凝集して粒子的な挙動をなし、こ
れが原因で重合物の粒子径を不均一化する結果を招く。
したがって、懸濁重合に際して常に均一な重合体粒子を
形成し得る性状の安定剤が確保できれば、ポリマー品質
を向上させることが可能となる。
【0008】本発明者等は、アパタイト製造時から直接
得られるスラリーを懸濁重合用の安定剤とする場合の粒
子性状と凝集化との関係について多角的に研究を重ねた
ところ、CaO/P2 5 が一定値以上のスラリー中に
含まれるハイドロオキシアパタイト粒子の性状が特定の
微細度と粒度分布を有すると凝集化が効果的に抑制さ
れ、重合体粒子の均一性が有意に向上することを解明し
た。
【0009】本発明は上記の知見に基づいて開発された
もので、その目的は、常に均一でシャープな粒度分布の
ポリマー粒子を生成することができる凝集性のないハイ
ドロオキシアパタイト系の懸濁重合用安定剤とその製造
方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明による懸濁重合用安定剤は、CaO/P2
5 の重量比が少なくとも1.30のハイドロオキシアパ
タイトのスラリーであって、分散するハイドロオキシア
パタイト粒子の平均粒子径が1μm 以下、粒子含有率の
70%が0.65μm 以下で、かつ4μm 以上が5%を
越えない粒度分布を有することを構成上の特徴とする。
【0011】なお、前記の構成においてアパタイト粒子
の平均粒子径および粒度分布は、コールタンカウンター
による粒度分布測定法で測定した値を用いるものとす
る。
【0012】本発明において、ハイドロオキシアパタイ
ト(以下「アパタイト」という)のスラリー組成がCa
O/P2 5 の重量比として少なくとも1.30である
ことは、安定なアパタイト系スラリーを調製するための
前提要件となる。これに加えて、スラリーに分散するア
パタイト粒子の平均粒子径が1μm 以下であり、粒子含
有率の70%が0.65μm 以下で、かつ4μm 以上が
5%を越えない粒度分布を満足する場合に二次的な凝集
を生じることがない分散系のスラリーとなる。したがっ
て、CaO/P2 5 の重量比が1.30以上であって
も、例えば平均粒子径が1μm を越え、4μm 以上の粒
子が5%を上廻るような粒子性状では凝集や沈降が生じ
て、懸濁重合時におけるポリマーの粒性状を均一化する
機能は発現されなくなる。
【0013】上記の粒子性状を備える懸濁重合用安定剤
を得るための本発明による製造方法は、リン酸と石灰乳
の重量比CaO/P2 5 が少なくとも1.30の割合
でアパタイトを生成し、ついで得られたスラリーに強力
剪断分散処理を施すことが構成的な要件となる。
【0014】アパタイトの生成はリン酸と石灰乳を徐々
に反応させる方法によるが、この際CaO/P2 5
重量比を少なくとも1.30の割合に調整して安定なア
パタイトスラリーを生成させる。スラリーの濃度は、8
〜20重量%の範囲とすることが好適である。
【0015】ついで、アパタイトスラリーに強力剪断分
散処理を施して均質分散相を形成する。この処理工程に
用いる装置には、スラリーに対して強力な剪断力を作用
し得る機構のものが用いられ、工業的に好適な装置とし
てはペイント、インキあるいは顔料製造工業などで常用
されているホモジナイザー、コロイドミル、クーリング
ブレンダー等を挙げることができるが、このほか高圧水
流を衝突させることにより粒子凝集を破壊する方式の超
高圧乳化分散装置も本発明の目的に好ましく使用され
る。該強力剪断分散処理において、処理後の分散系中に
存在するアパタイト粒子が、平均粒子径1μm 以下、粒
子含有率の70%が0.65μm 以下であって、4μm
以上が5%を越えない粒子性状となるように条件設定す
る。
【0016】ハイドロオキシアパタイトは、合成反応時
にはサブミクロン粒子として生成されるが、反応後はそ
の凝集エネルギーのために系が安定するまで粒子が凝集
し、1μm 以上のものとなる。しかし、この時点で凝集
を破壊する本発明の強力剪断分散処理を施すと、その凝
集力が弱まり、好ましい粒度分布を回復するのみでな
く、容易に上記の粒子性状を安定に保持することが可能
となる。
【0017】上記の工程により製造されたアパタイトス
ラリーは、従来の懸濁重合操作を変更することなしに重
合用安定剤として使用される。懸濁重合の対象となるモ
ノマーとしては、例えば置換または非置換のスチレン、
(メタ)アクリル酸エステル類、アクリロニトリル、ビ
ニルエステル、オレフィン類から選ばれた1種または2
種以上の懸濁重合可能なモノマーなどを挙げることがで
きる。懸濁重合用安定剤の使用量は、その物性や懸濁重
合の条件により異なるが、多くの場合モノマーに対しア
パタイト(固形分換算)が0.1〜1.0重量%、好ま
しくは0.15〜0.8重量%の少量範囲内で信頼性の
高い効果が期待できる。なお、本発明の懸濁重合用安定
剤を使用するにあたっては、必要に応じ他の安定剤、例
えばポリビニルアルコール、CMC、ゼラチンなどの水
溶性高分子化合物、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ
のような界面活性剤、pH調整剤、比重調整剤または粘
度調整剤などを適宜に併用しても差支えない。
【0018】
【作用】本発明に係る懸濁重合用安定剤は、CaO/P
2 5 の重量比が少なくとも1.30のアパタイトスラ
リーからなり、分散するアパタイト粒子の平均粒子径が
1μm 以下で、粒子含有率の70%が0.65μm 以
下、4μm 以上の粒分が5%を越えない粒度分布を備え
ているから、その特有の微細な粒度性状が沈降や凝集現
象の発生を抑制して、懸濁重合時に生成ポリマーの均一
かつシャープな粒度分布を形成するために機能する。
【0019】また、本発明の製造方法によれば、アパタ
イト製造工程から得られるスラリーを直接に強力剪断分
散処理する簡易な操作を介して、優れた分散性を有し、
二次凝集のない高性能の懸濁重合用安定剤を工業的に有
利に製造することができる。
【0020】
【実施例】
実施例1〜5、比較例1 消石灰を十分に脱アグロメレートした石灰乳に、電気伝
導度で監視しながら撹拌下にリン酸を制御しながら添加
して反応させた。リン酸の添加量は、CaO/P2 5
の重量比が1.35〜1.40となるように設定して、
固形分濃度10重量%のアパタイトスラリーを調製し
た。得られたスラリーを、強力剪断分散機(特殊機化工
業社製“T・KホモミキサーM型”)を用いて所定条件
により強力剪断分散処理を施した。
【0021】実施例6 実施例1と同一のアパタイトスラリーを、超高圧乳化分
散機〔特殊機化工業(株)製、“T・KナノマイザーL
A−31型”〕を用いて処理圧力1200kg/cm2で強力
剪断分散処理を施した。
【0022】〔粒子性状と分散特性の評価〕実施例1〜
6および比較例1により強力剪断分散処理を施した各ア
パタイトスラリーの含有粒子性状および分散特性を、強
力剪断分散処理の条件と対比させて表1に示した。分散
性の評価は下記の測定方法により強力剪断分散処理後の
分散系における沈降半減期によった。なお、比較のため
に強力剪断分散処理しないアパタイトスラリー(比較例
1)についても同様に分散特性を評価し、その結果を表
1に併載した。
【0023】粒子性状:トリポリリン酸ナトリウム0.
3g に水を加えて300mlとする。ついで、試料(10wt
%スラリー)5mlを添加し、ミキサーで3分間分散す
る。これをコールターカウンター粒度分布測定機(TA−
11型アパチャー径20μm )にて測定する。表1中、V50
は平均粒子径 (μm)である。 分散性(沈降半減期):試料を0.15g /100mlの
固型物濃度に希釈したスラリー100mlを沈降管に入れ
て栓をし、1分間激しく振盪させて静置する。この状態
で、常温(25℃)における沈降容積または上澄液が半
分の50mlに達する時間(分)を沈降半減期(t1/2 )
と定義して求める。
【0024】
【表1】
【0025】表1の結果から、本発明により製造された
実施例によるアパタイトスラリーはいずれも優れた分散
性を示している。特公昭54−44313号公報には、
懸濁重合における懸濁安定性はアパタイトスラリーの沈
降特性と信頼度の高い寄与率で相関することが示されて
いるが、本発明に係るアパタイトスラリーは、該公報で
定義する沈降半減期(t1/2 )がいずれも30分以上で
あり、懸濁重合用安定剤としての性能が十分に保証され
る。
【0026】次に、実施例2、5、6および比較例1の
アパタイトスラリーを懸濁重合用安定剤として用い、次
の操作条件でスチレンモノマーの重合反応をおこなっ
た。500mlの三つ口セパラブルフラスコに6枚羽根の
ディスクタービン撹拌翼を取り付けた反応容器に、スチ
レンモノマー150g 、ドデシルベンゼンスルホン酸ソ
ーダ0.01g 、過酸化ベンゾイル4.8g 、3.5g
の安定剤(アパタイトスラリー10%)および水350
g を入れ、200rpm の撹拌速度で撹拌しながら70℃
の温度で懸濁重合をおこなった。ついで、常法により重
合物を遠心分離処理して回収し、塩酸でアパタイトを溶
解したのち、水洗および乾燥してスチレンポリマーを製
造した。得られたポリマー粒子の平均粒子径および均一
性を測定し、その結果を表2に示した。
【0027】なお、ポリマー粒子の粒径分布はふるい分
級法により測定した。また、粒径の均一性は次式で算出
される値を均一係数として定義し、評価した。 UT = U90/40 + U60/10 上式において、U90/40 は90%径を40%径で除した
値、U60/10 は60%径を10%径で除した値である。
したがって、均一係数が2に近いほど粒径の均一性は良
いことを意味する
【0028】
【表2】
【0029】表2の結果から、本発明の要件を満たす懸
濁重合用安定剤を用いて生成したスチレンポリマーは、
均一性に優れたビーズであることが認められた。
【0030】
【発明の効果】以上のとおり、本発明によればハイドロ
オキシアパタイトの製造工程から得られるスラリーを直
接用いて沈降や凝集がなく、重合に際して常に均一でシ
ャープな粒度分布を有するポリマーを生成することがで
きる高性能のアパタイト系懸濁重合安定剤を提供するこ
とができる。特に、本発明の懸濁重合用安定剤は置換ま
たは非置換のスチレンを単独重合または共重合(例えば
ABS)する目的に極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−222103(JP,A) 特開 昭53−90386(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/18 C01B 25/32

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 CaO/P2 5 の重量比が少なくとも
    1.30のハイドロオキシアパタイトのスラリーであっ
    て、分散するハイドロアパタイト粒子の平均粒子径が1
    μm 以下、粒子含有率の70%が0.65μm 以下で、
    かつ4μm 以上が5%を越えない粒度分布を有すること
    を特徴とする懸濁重合用安定剤。
  2. 【請求項2】 リン酸と石灰乳の重量比caO/P
    が少なくとも1.30の割合でハイドロオキシアパタ
    イトを生成し、ついで得られるスラリーに強力剪断分散
    処理を施すことを特徴とする懸濁重合安定剤の製造方
    法。
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JP4412600B2 (ja) * 2004-09-14 2010-02-10 日本化学工業株式会社 アパタイトゾルおよびその製造方法
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