JP2803277B2 - スチレン系樹脂の製造方法 - Google Patents

スチレン系樹脂の製造方法

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秀世 石垣
博 岡田
修治 須山
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、スチレン系樹脂の製造方法に関する。
スチレン系樹脂、特に低分子量スチレン系樹脂は電子
写真用のトナー、ホットメルト型コーティング剤の基
剤、顔料分散剤、樹脂改質剤、タッキファイヤーなどに
用いられる。又流動性のよい成形用スチレン系樹脂とし
ても用いられる。
〈従来の技術〉 従来低分子量スチレン系樹脂を製造する方法として
は、特公昭56−34163号公報に比較的低温分解性の重合
開始剤を多量に用いて重合させる方法が示されている。
又、特開昭63−273606号公報に溶剤存在下で溶液重合さ
せる方法が示されている。又一般的には、メルカプタン
類やα−メチルスチレンダイマーなどの連鎖移動剤を使
用する方法も知られている。
〈発明が解決しようとする課題〉 前記従来法は夫々次のような問題点があった。即ち特
公昭56−34163号公報に示された方法は多量の重合開示
剤を必要とし経済的に不利であり、又重合熱のコントロ
ールが難しいという難点があった。又特開昭63−273606
号公報に示された方法は溶媒除去の操作が必要であり経
済的に不利である。又メルカプタン類を用いる方法は一
般に有用であるが、臭気の問題があった。又α−メチル
スチレンダイマーなど分子内に二重結合を有する連鎖移
動剤は臭気の問題はないが、メルカプタン類に比べ連鎖
移動定数が小さく低分子量化の効率が低いという問題が
あった。
〈課題を解決するための手段〉 本発明者らは、上記の従来法の問題点について長期に
亘って研究した結果、分子内に二重結合を一つ以上有す
る連鎖移動剤が存在する系に、スチレン系単量体単独又
はそれと共重合可能なビニル単量体との混合物(以下重
合用ビニル単量体と略記する)と有機過酸化物とを逐次
添加しながら重合させる方法を用いることによって、得
られる重合体の低分子量化を効率的に行なえる方法を見
出して本発明を完成した。
即ち本発明の方法は、 スチレン系単量体単独又はそれと共重合可能なビニル
単量体との混合物を、分子内に二重結合を1つ以上有す
る連鎖移動剤と有機過酸化物とを用いて重合させる際
に、該連鎖移動剤が存在する系に、少なくとも該ビニル
単量体と10時間半減期温度(ベンゼン中0.1モル/)
が35℃〜75℃までの有機過酸化物とを0.5〜10時間で連
続或いは間欠的に添加しながら有機過酸化物の10時間半
減期温度より10〜50℃高い温度で重合させることを特徴
とするスチレン系樹脂の製造方法に関する。
具体的には、重合用ビニル単量体を重合させる際に、
分子内に二重結合を少なくとも一つ有する連鎖移動剤
に、重合用ビニル単量体と10時間半減期温度(ベンゼン
中0.1モル/)が35℃〜75℃迄の有機過酸化物との混
合物を、0.5〜10時間で連続或いは間欠的に添加しなが
ら有機過酸化物の10時間半減期温度より10〜50℃高い温
度で重合させることを特徴とするスチレン系樹脂の製造
方法、あるいは該連鎖移動剤と重合用ビニル単量体と有
機過酸化物との混合物を連続或いは間欠的に反応器内に
添加しながら重合させることを特徴とする低分子量スチ
レン系樹脂の製造方法として例示することができる。
そして前者の方法としての実施態様を次に示す。
連鎖移動剤に、重合すべきスチレン系単量体又はそれ
と共重合可能なビニル単量体との混合物の一部が予め混
合されている場合。
この場合前者の重合用ビニル単量体と後者の重合用ビ
ニル単量体の組成は同じでもよく又異なっていてもよ
い。
連鎖移動剤に添加される重合用ビニル単量体に、重合
開始剤と連鎖移動剤とのいずれか一種が予め混合されて
いる場合。
連鎖移動剤に添加される重合用ビニル単量体に、連鎖
移動剤の一部が、又重合用ビニル単量体と有機過酸化物
との混合物を添加される連鎖移動剤には、重合すべきス
チレン系単量体又はそれと共重合可能なビニル単量体と
の混合物の一部が予め混合されている場合。
前記,において逐次添加される重合用ビニル単量
体は全単量体量の30%以上にすることが好ましい。30%
未満では低分子量化の効果が小さく、又重合速度が大き
くなり制御が困難となる。
又連鎖移動剤は必ずしも使用する全ての量が予め反応
系内に存在する必要はなく、逐次添加する重合用単量体
或いは、有機過酸化物にも、一部混合されていてもよ
い。その際予め系内に存在する連鎖移動剤の量は、通常
全連鎖移動剤使用量の少なくとも20%以上とすることが
好ましい。その量が20%未満では低分子量化の効果が小
さい傾向にある。
又前記において重合用ビニル単量体に対する連鎖移
動剤の濃度は同じか、又は逐次添加される混合物中の連
鎖移動剤の濃度のほうか小さい方が好ましい。
本発明に用いられる重合用ビニル単量体はスチレン系
単独、或いはそれと共重合可能なビニル単量体との混合
物であり、スチレン系単量体としてはスチレン、α−メ
チルスチレン、ビニルトルエン等である。スチレン系単
量体と共重合可能なビニル単量体としては、例えばアク
リル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、
アクリル酸オクチルなどのアクリル酸エステル類、メタ
クリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブ
チル、メタクリル酸オクチルなどのメタクリル酸エステ
ル類、アクリロニトリル等である。
重合用ビニル単量体としてスチレン系ビニル単量体と
それと共重合可能なビニル単量体の混合物であるとき、
その混合割合はスチレン系ビニル単量体が20%以上であ
ることが必要であり、好ましくは50%以上である。
本発明において使用される分子内に二重結合を少なく
とも一つ有する連鎖移動剤としては、具体的にはα−メ
チルスチレンダイマー(2,4,−ジフェニル−4−メチル
−1−ペンテン)或いはターピノーレン、ミルセン、リ
モネン、α−ピネン、β−ピネンなどの各種テルペノイ
ドなどである。
本発明において使用される連鎖移動剤は一般に重合用
ビニル単量体に対する連鎖移動定数は0.4以下のもので
ある。従って通常の重合方法では重合の後期での未反応
の連鎖移動剤が相対的に多く残存することになる。それ
に対し本発明の連鎖移動剤に重合用ビニル単量体を逐次
添加する方法では、反応系内における連鎖移動剤の濃度
は特に反応初期においては全重合用ビニル単量体に対す
る連鎖移動剤の濃度より高くなる。従って、連鎖移動定
数の比較的小さい連鎖移動剤であっても大きな効果を得
ることができる。
上記の連鎖移動剤は重合速度を低下させる効果も有
し、その結果反応の制御が容易となる。
連鎖移動剤の使用量は重合される全ビニル単量体に対
して0.3〜15重量%である。0.3重量%未満ではその効果
が小さく、又15重量%を越えて用いても、それに見合う
効果が得られず経済的でない。
本発明で用いられる有機過酸化物は10時間半減期温度
30〜75℃のもので具体的には、例えばジ−n−プロピル
パーオキシジジカーボネート、ジ−イソプロピルパーオ
キシジジカーボネート、ジ−(2−エチルヘキシル)パ
ーオキシジジカーボネート、ジ−(3,3,5−トリメチル
ヘキサノイル)パーオキシジジカーボネート、ジ−(2
−エトキシエチル)パーオキシジジカーボネート、t−
ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパーオキシイ
ソブチレート、t−ブチルパーオキシネオデカノエー
ト、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエー
ト、ベンゾイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサ
イド、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイ
ド、プロピオニルパーオキサイド、アセチルパーオキサ
イドなどである。
本発明において重合の後半において反応を完結させる
ために、有機過酸化物を追加し、必要に応じて昇温させ
る方法を用いてもよい。
本発明で用いられる重合方法は懸濁重合、或いは乳化
重合が好ましいが塊状重合でも行なうこともできる。
本発明で用いられる重合温度は45℃〜125℃である。4
5℃未満では低分子量化の効果が小さく、又125℃を越え
ると反応の制御が困難となる。
〈発明の効果〉 特定の条件で重合を行なう本発明は、以下に述べる特
徴を有している。
即ち本発明により、溶剤或いは多量の重合開始剤を必
要としないで低分子量の重合体を経済的に製造すること
ができる。
〈実 施 例〉 以下、本発明を実施例により具体的に説明する。尚、
例中に用いる重合開始剤等の化合物の略号は以下の化合
物を意味する。又略号の後に記載の数字は10時間半減期
温度を示す。
IPP;40.5℃、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート
(日本油脂製、パーロイルIPP) OPP;43.5℃、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカ
ーボネート(日本油脂製、パーロイルOPP) BPV;55℃、t−ブチルパーオキシピバレート(日本油脂
製、パーブチルPV) BPO;74℃、ベンゾイルパーオキサイド(日本油脂製、ナ
イバーB) LPO;62℃、ラウロイルパーオキサイド(日本油脂製、パ
ーロイルL) MSD;α−メチルスチレンダイマー(日本油脂製、ノフマ
ーMSD) TP ;ターピノーレン(日本油脂製、ノフマーTP) NDM;n−ドデシルメルカプタン 重合により得られた生成物の分子量はすべてゲルパー
ミネーションクロマトグラフィー(GPC)を用いポリス
チレン換算で測定した。Mnは数平均分子量を表しMwは重
量平均分子量を表わす。重合転化率はガスクロマトグラ
フィーによる残存モノマーの量より算出した。
実施例 1 還流冷却器、撹拌器、温度計、滴下ロートを備えた50
0mlの四つ口フラスコの0.05%ポリビニルアルコール水
溶液200gとMSD10gを入れ、窒素を流し撹拌しながら80℃
に昇温させる。次にスチレン100gとIPP4gを夫々並行し
て2時間で滴下した。その後反応を完結させるためにBP
V2gを添加して、80℃で2時間反応を続けた。生成した
パール状重合物を濾過及び水洗した後得られたスチレン
重合体を分析した。その結果、重合転化率98.8%、数平
均分子量は4400、重量平均分子量は7900であった。
実施例 2 実施例1と同じ反応装置を用い、0.05%ポリビニルア
ルコール水溶液200gとMSD3gを入れ、窒素を流し撹拌し
ながら80℃に昇温させる。次にMSD7gとスチレン100gの
混合物及びIPP4gを夫々並行して2時間で滴下した。そ
の後BPV2gを添加して、80℃で2時間反応を続けた。生
成したパール状重合物を濾過及び水洗した後得られたス
チレン重合体を分析した。その結果、重合転化率98.4
%、数平均分子量は6200、重量平均分子量は11800であ
った。
比較例 1 実施例1と同じ反応装置を用い、0.05%ポリビニルア
ルコール水溶液200gを入れ、窒素を流し撹拌しながら80
℃に昇温させる。次にMSD10g、スチレン100g及びIPP4g
を加えた。その後80℃で2時間反応させ、次いでBPV2g
を添加して、80℃で2時間反応を続けた。生成したパー
ル状重合物を濾過及び水洗した後分析した。その結果、
重合転化率99.2%、数平均分子量は8100、重量平均分子
量は15800であった。
以上、実施例1、2及び比較例1の結果より、MSDの
存在する系に対しスチレンとIPPを滴下する方法を用い
ることにより、全て一括添加する方法に比べ、より低分
子量化を図ることができる。
比較例 2 実施例1においてMSDを用いなかった他は実施例1と
同じ操作を行なった。その結果、重合転化率99.9%、数
平均分子量は13900、重量平均分子量は27700であった。
このように、MSDを用いない系ではスチレンとIPPを滴
下する方法を用いても実施例1、2と比べ低分子量化で
きないことがわかる。
実施例 3 実施例1と同じ反応器を用い、0.05%ポリビニルアル
コール水溶液200gとスチレン30gとα−メチルスチレン1
0gとMSD7.5gを入れ、窒素を流し撹拌しながら90℃に昇
温させる。スチレン50gとα−メチルスチレン10gとBPV
3.5gの混合物を2時間で滴下した。その後BPO2gを添加
して、90℃で2時間反応を続けた。生成したパール状重
合物を濾過及び水洗した後得られたスチレン系重合体を
分析した。その結果、重合転化率99.0%、数平均分子量
は5200、重量平均分子量は9800であった。
このように、重合用の単量体の一部を予め系内にお
き、添加物中にMSDの一部を用いても、低分子量化の効
果が得られる。
実施例 4 実施例1と同じ反応器を用い、0.05%ポリビニルアル
コール水溶液200gとスチレン60gとMSD10gを入れ、窒素
を流し撹拌しながら70℃に昇温させる。スチレン40gとB
PO3.5gの混合物を10分間隔で間欠的に2時間で滴下し
た。その後BPO2gを添加して、90℃で2時間反応を続け
た。生成したパール状重合物を濾過及び水洗した後得ら
れたスチレン系重合体を分析した。その結果、重合転化
率99.8%、数平均分子量は5700、重合平均分子量は1080
0であった。
このように、重合用の単量体の一部を予め系内に用い
ても、低分子量化の効果が得られる。
実施例 5 実施例1と同じ反応器を用い、0.05%ポリビニルアル
コール水溶液200gとTP1gを入れ、窒素を流し撹拌しなが
ら80℃に昇温させる。スチレン80gとアクリロニトリル2
0gとLPO5.5gの混合物を2時間で滴下した。その後BPO1g
を添加して90℃で2時間反応を続けた。生成したパール
状重合物を濾過及び水洗した後得られたスチレン系重合
体を分析した。その結果、重合転化率99.5%、数平均分
子量は8500、重量平均分子量は16800であった。
実施例 6 実施例1と同じ反応器を用い、0.05%ポリビニルアル
コール水溶液200gとTP10gを入れ、窒素を流し撹拌しな
がら80℃に昇温させる。スチレン80gとブチルアクリレ
ート20gとOPP5.5gの混合物を2時間で滴下した。その後
BPV2gを添加して80℃で2時間反応を続けた。生成した
パール状重合物を濾過及び水洗した後得られたスチレン
系重合体を分析した。その結果、重合転化率99.6%、数
平均分子量は3400、重量平均分子量は6100であった。
このように、TPを用いても、低分子量化の効果が得ら
れる。
実施例 7 実施例1と同じ反応器を用い、スチレン150gとMSD40g
を入れ、窒素を流し撹拌しながら80℃に昇温させる。ス
チレン150gとIPP5.2gを夫々並行して2時間で滴下し
た。その後80℃で0.5時間反応を続けた、生成したスチ
レン重合物を分析した。その結果、重合転化率68.2%、
数平均分子量は9500、重量平均分子量は19000であっ
た。
このように、本発明はバルク重合を用いても、低分子
量化の効果が得られる。
比較例 3 実施例7においてMSDを用いなかった他は実施例1と
同じ操作を行なった。その結果、スチレンとIPPの滴下
途中において、撹拌不能となり発熱昇温して温度制御は
不可能になった。
このように、MSDを用いないバルク重合では、低分子
量化の効果がないばかりか、重合速度が大きくなり反応
の制御ができない。
実施例 8 実施例1と同じ反応器を用い、スチレン150gとTP40g
を入れ、窒素を流し撹拌しながら90℃に昇温させる。ス
チレン150gとBPO4.2gの混合物を4時間で滴下した。そ
の後90℃で0.5時間反応を続けた。生成したスチレン重
合物を分析した。その結果、重合転化率63.5%、数平均
分子量は9200、重量平均分子量は18500であった。
比較例 4 容量20mlのガラスアンプルにスチレン10gとTP1.3gとB
PO1.4gを入れ窒素置換した後溶融封管した。それを恒温
油槽中で90℃で4.5時間重合させた。重合物を分析した
結果、重合転化率95.5%、数平均分子量は27500、重量
平均分子量は51800であった。
実施例8及び比較例4より、スチレンとTPを滴下しな
いバルク重合では、低分子量化の効果が小さい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/38 - 2/40

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スチレン系単量体単独又はそれと共重合可
    能なビニル単量体との混合物を、分子内に二重結合を1
    つ以上有する連鎖移動剤と有機過酸化物とを用いて重合
    させる際に、該連鎖移動剤が存在する系に、少なくとも
    該ビニル単量体と10時間半減期温度(ベンゼン中0.1モ
    ル/)が35℃〜75℃までの有機過酸化物とを0.5〜10
    時間で連続或いは間欠的に添加しながら有機過酸化物の
    10時間半減期温度より10〜50℃高い温度で重合させるこ
    とを特徴とするスチレン系樹脂の製造方法。
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