JP2984851B2 - エマルジョン樹脂の製造方法 - Google Patents

エマルジョン樹脂の製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は共軸二重回転円筒を用いることによる水性エ
マルジョンの乳化重合法に関するものである。
(従来の技術) 従来乳化重合法として、重合性有機化合物、乳化液体
及び重合開始剤を攪拌翼を有する槽型反応器に投入し、
回分式重合によりエマルジョン樹脂を得る方法が知られ
ている。
また従来連続乳化重合法としては、重合性有機化合
物、乳化液体及び重合開始剤をループ状管型反応器、多
段攪拌槽列等に連続的に供給しエマルジョン樹脂を得る
方法が知られている。
しかし、攪拌翼を有する槽型反応器による場合には、
攪拌翼による粒子破壊が生じ、フロックの発生や反応器
壁面への付着が著しい。
またループ状管型反応器とは、例えば特公昭47−3327
2号公報に開示されているようなループ状になったパイ
プ及び、ループ内の液と供給された液を混合し且つ両者
を循環させる役目を兼ねた循環ポンプから成る反応器を
いい、パイプの外部にジャケットを設け、加熱冷却が行
えるようになっている。反応器の容積は比較的小さく、
容積に対する伝熱面が大きいのが特徴である。通常のパ
イプ内循環速度は外部からの重合液の添加速度よりも約
25倍以上も高い。従って、ポンプ内での剪断力が大き
く、粒子破壊が生じ易く、フロック形成、壁面への付着
が著しい。
多段攪拌槽列とは、攪拌翼を具備した反応槽を直列に
数個結合し、供給量に見合う量がオーバフローし、次の
攪拌槽に流れ重合が継続するカスケード状の反応槽群を
意味し、槽内の滞留時間分布が広くなるので粒径分布が
広いエマルジョンが生成される。従って、この装置では
攪拌翼による粒子破壊が発生し、フロックの発生、翼及
び壁面への付着が大きい。
(発明が解決しようとする課題) 本発明の目的は、エマルジョン樹脂を製造するに際
し、粒子破壊を生ぜず、フロックの発生が少ない等の機
械的シエアの少ない状態で、エマルジョン樹脂を製造す
る方法を提供することである。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた
結果、本発明を完成するに至った。
即ち本発明は重合性有機化合物を液体媒質中で乳化重
合を行うことによりエマルジョン樹脂を製造する方法に
おいて、外円筒を静止し内円筒を回転させる共軸二重回
転円筒の環状部に、重合性有機化合物(A)と、重合性
有機化合物(A)を乳化重合せしめる液体媒質(B)と
重合開始剤(C)とを加えることを特徴するエマルジョ
ン樹脂の製造方法である。
本発明に使用する重合性有機化合物(A)とは、一般
にラジカル発生触媒のもとで重合を生じる物質をいい、
例えばスチレン、酢酸ビニルエチレン等のビニル化合
物、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、メ
タアクリル酸等のα−アルキルアクリロイル基を有する
化合物、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ア
クリル酸等のアクリロイル基を有する化合物等が挙げら
れる。
重合性有機化合物を水性エマルジョンにするため、液
体媒質(B)として各種の界面活性剤が用いられる。一
般的には、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオ
キシエチレンアルキルフェニルエーテル等のノニオン系
界面活性剤、アルキル硫酸ソーダ、アルキルアリールス
ルホン酸ソーダ、又はそれらのアンモニウム塩等のアニ
オン系界面活性剤、ポリビニルアルコールやヒドロキシ
エチルセルロース等の保護コロイド等が用いられる。
本発明に用いる共軸回転円筒は図1に示す通り、中心
軸を共有する内円筒と外円筒から成り、外円筒を固定
し、内円筒をある範囲内の回転数で回転すると二円筒間
の環状部に入れた液体は内円筒を取り巻くドーナツ状の
渦(テイラー渦)を形成する。渦の発生は以下に述べる
Ta数で規定される。
Ta数が大きくなると(2000以上)、渦が消滅し全体が
一体となった乱流状態となり好ましくない。またTa数が
小さすぎると(40以下)、渦が発生せず混合が十分行わ
れない為好ましくない。
従って、Ta数は60〜600の値でほどよい渦の発生がみ
られるので、この範囲が好ましい。
この渦間の境界(時に内向流)を越える物質移動は非
常に小さいため、一対の渦はバッチ攪拌槽の性質があ
る。本発明はかかる共軸二重回転円筒流動系の渦間の独
立性に着目したもので、いわばバッチ反応をバッチ式及
び連続的に実施しようとするものである。
次に、第3図に沿ってエマルジョン樹脂を連続的に製
造する方法について説明する。
触媒槽1にメタ重亜硫酸ソーダ等の還元剤、触媒槽2
に過硫酸カリウム等の酸化剤、モノマ槽3にモノマの乳
化液体を入れる。モーター4にて内円筒を適当な回転数
(約60〜100rpm)にて回転させながら各槽から共軸回転
円筒の環状部に連続的に滴下する。触媒とモノマの混合
は、内円筒の回転により自動的に行われ、レドックス反
応によりラジカルが発生し、重合が開始される。系内の
温度は常温から徐々に上昇し、規定温度に達すると冷却
水を通ずることにより温度が適温に制御される。
重合温度は40〜80℃、好ましくは40〜60℃である。80
℃より高いと粒子の融着が生じ、40℃より低いと反応器
の滞留時間内にモノマのポリマへの転化が充分なされな
い。
供給された触媒水溶液及びモノマ乳化液はポリマエマ
ルジョンに転化しオーバフローラインを通じて製品受け
槽10に導かれる。モノマ転化率が不充分な場合は触媒を
追加して転化率を上げることが可能である。
本発明で得られるエマルジョン樹脂の粒子径分布は、
Ta渦の特性から比較的狭いので、エマルジョン樹脂製造
上のシード(種)粒子として用いるのが好適である。こ
の様な用途に使用する場合は、系の固形分は40%以下と
なるであろう。
また、かかる装置を連続的に数個直列につないで各ス
テップ毎にモノマ乳化液及び触媒を前ステップの生成物
に混合し、連続的にシード重合を行うことも好適であ
る。
かかる方法によれば、50〜60%の固形分のエマルジョ
ン樹脂も得られ、バッチ重合で得られる粒子径分布に近
い製品が得られる。
モノマはあらかじめ乳化した状態で反応系に加えても
良いが、モノマと乳化液体(界面活性剤水溶液)を別々
に反応系に加えても良い。別々に加えた場合はモノマが
乳化する迄時間がかかるので滞留時間を少し長く取る必
要がある。
重合開始剤(C)としては、一般的なレドックス系重
合開始剤が用いられ、酸化剤として過硫酸カリウム、過
硫酸アンモニウム等の無機過酸化物、t−ブチルヒドロ
パーオキサイド等の有機過酸化物のうちから選ばれる一
種類、還元剤としてメタ重亜硫酸ソーダ、重亜硫酸ソー
ダ、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートのう
ちから選ばれる一種類の組合せが挙げられる。この重合
開始剤(C)の量は重合性有機化合物(A)に対して0.
2〜3重量%用いられる。
(実施例) 以下本発明を実施例に従い説明する。
尚、実施例中の部数及びパーセント(%)は全て重量に
基づくものである。
実施例1 第1図に示すリアクタ(内容積1.51)にモノマの乳化
溶液を40部、脱イオン水50部を加え、約40℃に加温後、
ピロ亜硫酸ソーダ0.25部、過硫酸アンモニウム0.25部を
加え、重合を開始させた後、下記(I)、(II)及びモ
ノマの乳化溶液を570部、2時間かけて滴下し、乳化重
合体を得た。
得られた乳化重合体を抜き出し、内円筒及び外円筒へ
の付着を調べたところ、ほとんど付着は認められなかっ
た。
得られた乳化重合体溶液の性状は表1に示すごときで
あった。
比較例1 第2図の攪拌翼を保持した槽型リアクタに実施例1と
同様にして乳化重合を行ない、乳化重合体を得た。
得られた乳化重合体を抜き出した後、攪拌翼及びリア
クタ内壁への付着を調べたところ、著しい付着が認めら
れた。
得られた乳化重合体溶液の性状は表1に示すごときで
あった。
実施例2 第3図に示すリアクタの上部から重合触媒溶液(II
I)及び(IV)を100ml/分ずつ、モノマの乳化溶液を45m
l/分、連続的にチャージし、系内の温度を約40℃に保ち
ながら、リアクタ下部より連続的に抜き出し、乳化重合
体を得た。
重合触媒溶液(III) ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレートの0.3
%脱イオン水溶液 重合触媒溶液(IV) 過硫酸アンモニウムの0.3%脱イオン水溶液 モノマ乳化溶液 (乳化溶液100部当りの仕込量) 脱イオン水 51部 ラテムルPS(花王(株)製品、アニオン乳化剤) 1.5部 ノイゲンEA/190D(第1工業製薬(株)製品ノニオン
乳化剤) 1.1部 ノイゲンEA−170S(第1工業製薬(株)製品ノニオン
乳化剤) 1.1部 ノイゲンEA−80(第1工業製薬(株)製品ノニオン乳
化剤) 0.6部 アクリル酸エチル 35.0部 メチルメタクリレート 7.0部 メタクリル酸 2.3部 N−メチロールアルリルアマイド(60%%水溶液)1.
0部 反応を6時間継続した後、内円筒及び外円筒への付着
を調べた所、ほとんど付着は認められなかった。
得られた乳化重合体溶液の性状は表1に示すごときで
あった。
実施例3 第3図に示すリアクタの上部から重合触媒溶液(I)
及び(II)を59ml/分ずつ、モノマの乳化溶液を107ml/
分連続的にチャージし、系内の温度を約60℃保ちなが
ら、リアクタ下部より同量を連続的に抜き出し、乳化重
合体を得た。
重合触媒溶液(I) ピロ亜硫酸ソーダ 0.4部 脱イオン水 100部 重合触媒溶液(II) 過硫酸アンモニウム 0.4部 脱イオン水 100部 モノマ乳化溶液 (乳化溶液100部当りの仕込量) 脱イオン水 24部 エマルゲン931(花王(株)製品ノニオン乳化剤)5.4
部 ノイゲンEA−142(第1工業製薬(株)ノニオン乳化
剤) 1.1部 ハイテノールN−08(第1工業製薬(株)アニオン乳
化剤) 1.0部 ブチルアクリレート 36.0部 スチレン 30.0部 80%アクリル酸 2.5部 反応を5時間継続した後、リアクタから乳化重合体を
抜き出し内円筒及び外円筒への付着を調べた所、ほとん
ど付着は認められなかった。
得られた乳化重合体溶液の性状は表1に示すごときで
あった。
比較例2 第4図に示すリアクタの下部から、実施例2の重合触
媒溶液A及びBを127ml/分ずつ、モノマの乳化溶液を57
ml/分、連続的にチャージし系内の温度を40℃に保ちな
がら、リアクタ上部より同量を抜き出し、乳化重合体を
得た。反応を6時間継続した後、攪伴翼及びリアクタ内
壁への付着を調べた所、著しい付着が認められた。
得られた乳化重合体の性状を表1に示す。
比較例3 第5図に示すループリアクタの循環ポンプ(一軸ネジ
ポンプ)の入口に実施例3の重合触媒溶液(I)及び
(II)を各10.4ml/分、モノマ乳化溶液Cを19ml/分連続
的にチャージし系内の温度を60℃に保ちながら当該ポン
プを運転し該環を通る再循環を行いながら、チャージし
た液と同量をT型継ぎ手を通して系外に取り出し、製品
とした。
得られた製品は、非常にブロックが多く、且つ粒径分
布も広く、使用に適しなかった。又ループリアクタの管
壁への付着が著しく分解整備を必要とした。
得られた乳化重合体の性状を表1に示す。
表1における各性状の測定方法は次のとおりである。
(1)粘度測定 BM型粘度計を使用し25℃にて測定した。使用ロータ#
1、回転数は60rpmであった。
(2)PH測定 PHメータにて測定した。
(3)固形分測定 固形分とは樹脂1g当りの不揮発分を意味する。樹脂溶
液約5gを精秤し、105℃の乾燥機にて、2時間乾燥後、
重量を測定し、サンプル採取量で割って求めた。
(4)粒径測定 乳化重合体溶液を希釈し(1−200μg/ml)コルター
カウンタ(型式N4S:コルターエレクトロン社製)にて測
定した。
(発明の効果) 本発明のエマルジョン樹脂の製造方法により次のよう
な効果が生じる。即ち攪伴翼や循環ポンプによる機械
的な粒子破壊が小さいので、ブロックや反応器壁面への
付着が少ない。経時的な粒径変化が小さいため、製品
の品質振れが少なく、バッチプロセスに近い、粒径分布
の狭い製品が得られる。従って、本発明で得られるエマ
ルジョン樹脂は、エマルジョン樹脂製造に際してのシー
ダとして利用するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図は共軸二重回転円筒におけるバッチ式乳化重合の
フロー図を示し、第2図は攪拌翼を備えたバッチ式乳化
重合のフロー図を示し、第3図は共軸二重回転円筒にお
けるバッチ式乳化重合のフロー図を示し、第4図は多段
撹拌槽列における連続式乳化重合のフロー図を示し、第
5図はループ状管型反応器における連続式乳化重合のフ
ロー図を示す。 1,2;触媒槽、2;モノマ槽、4;モータ 4′;定量ポンプ、5;反応缶、6;ジャケット 7;攪拌翼、7′;仕切板、8;外円筒、9;内円筒、10;冷
却水入口、11;冷却水出口、12;製品受け槽、13;循環ポ
ンプ、14;圧力制御装置、15;パイプ
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 2/00 - 2/30

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重合性有機化合物を液体媒質中で乳化重合
    を行うことによりエマルジョン樹脂を製造する方法にお
    いて、外円筒を静止し内円筒を回転させる共軸二重回転
    円筒の環状部に、重合性有機化合物(A)と、重合性有
    機化合物(A)を乳化重合せしめる液体媒質(B)と重
    合開始剤(C)とを加えることを特徴とするエマルジョ
    ン樹脂の製造方法。
  2. 【請求項2】重合性有機化合物を液体媒質中で連続乳化
    重合を行うことによりエマルジョン樹脂を連続的に製造
    する方法において、外円筒を静止し内円筒を回転させる
    共軸二重回転円筒の環状部に、重合性有機化合物(A)
    と、重合性有機化合物(A)を乳化重合せしめる液体媒
    質(B)と重合開始剤(C)とを連続的に加えることを
    特徴とするエマルジョン樹脂の連続製造方法。
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