JP3767804B2 - 塩化ビニル系重合体の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸濁重合による塩化ビニル系重合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塩化ビニル系重合体の製造方法としては、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物を、水性媒体中で懸濁剤の存在下に懸濁重合する方法が知られている。この懸濁重合法では、重合初期過程に微細な液滴が多数生成する結果得られた塩化ビニル系重合体中に微細な重合体粒子（直径45μｍ以下）多く含まれている。これら微細な粒子は、得られた重合体スラリーを脱水処理する際、水との分離が難しく、排水中に多く流れ出し、その後の排水処理に支障をきたしたり、乾燥工程において排気中に多く混入して大気中に放出され、環境に悪影響を与えたりするだけでなく、製品の歩留りを低下させている。
これら微細な粒子の割合は、特に、生産性向上の目的で重合温度58℃以下の条件で使用する10時間半減期温度が42℃以下である油溶性高活性開始剤を使用した場合に増加し易い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、重合温度58℃以下の条件で10時間半減期温度が42℃以下の油溶性高活性開始剤を使用する条件下において、重合時間を効率よく短縮でき良好な生産性を実現できるとともに、微細な粒子を著しく低減することができる塩化ビニル系重合体の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明らは鋭意研究の結果、かかる課題を解決する手段として、
塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物、油溶性重合開始剤、懸濁剤及び水を重合容器に仕込み、仕込み後重合温度に昇温する工程を含む、前記塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の懸濁重合による塩化ビニル系重合体の製造方法であって、
【０００５】
前記油溶性重合開始剤として、(A)10時間半減期温度42℃以下の油溶性高活性開始剤と、(B)ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる重合開始剤を用いること、
まず、水の仕込みを開始し、水の仕込み開始と同時に又はその開始後水の仕込み中に塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みを開始すること、
水及び／又は塩化ビニル単量体もしくは塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込み中に懸濁剤、前記油溶性重合開始剤、及び下記式（１）：
【０００６】
【化２】
[式中、複数のＲは独立に水素原子、水酸基又は炭素数１〜５個のアルキル基である。]
で表されるハイドロキノン化合物からなる重合禁止剤の仕込を開始すること、
上記原材料の仕込完了後８分以内にこれら原材料の仕込混合物の昇温を開始し、５８℃以下で重合を行うこと、
を特徴とする塩化ビニル系重合体の製造方法を提供するに到った。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［油溶性重合開始剤］
油溶性重合開始剤（以下、「開始剤」という）としては、(A)10時間半減期温度42℃以下の開始剤（開始剤（Ａ）という）と、(B)ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる開始剤（開始剤（Ｂ）という）を使用する。ＴＢＰＮＤとＥＨＰＤＣは一種単独で使用することも二種併用することもできる。
【０００８】
開始剤(A)としては、10時間半減期温度42℃以下の開始剤であれば特に制限はなく、例えば、２，４，４−トリメチルペンチル−２−パーオキシネオデカノエート（３６℃）、１、１−ジメチル−３−ヒドロキシブチルパーオキシネオデカノエート、３−ヒドロキシ−１，１−ジメチルブチルパーオキシネオデカノエート（３６℃）、α，α’−ビス（ネオデカノイルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン（３６℃）、 クミルパーオキシネオデカノエート（３６℃）、 １，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート（４０℃）、１−シクロヘキシル−１−メチルヘキシルパーオキシネオデカノエート（４１℃）、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート（４０℃）、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート（４１℃）などを挙げる事が出来る。上記において、括弧内に示した温度はそれぞれの開始剤の１０時間半減期温度を示す。
【０００９】
なお、開始剤（Ａ）の１０時間半減期温度は、以下のようにして求められる。開始剤濃度が０．１モル／Ｌのベンゼン溶液を調製する。この溶液を窒素置換を行ったガラス管中に密封して所定温度に調節した恒温槽に浸し、開始剤を熱分解させる。時間に対する開始剤の濃度変化を測定する。
上記の反応条件では、開始剤の分解反応は近似的に一次反応として取り扱うことができるので、以下の式（２）、（３）が成り立つ。
ｄｘ／ｄｔ＝ｋ（ａ−ｘ） （２）
ｌｎ[ａ／（ａ−ｘ）]＝ｋｔ （３）
（式（２）、（３）中、ｘは分解した開始剤の濃度、ａは開始剤の初期濃度、ｋは分解速度定数、ｔは時間を示す）
【００１０】
半減期は分解により開始剤濃度が初期濃度の半分に減ずるまでに要する時間であるから、これをｔ１／２で示し、式（３）のｘにａ／２を代入して、以下の関係式を得る。
ｋｔ１／２＝１ｎ２ （４）
【００１１】
上記で測定した開始剤の濃度変化から時間ｔとｌｎ[ａ／（ａ−ｘ）]との関係をプロットする。得られた直線の傾きをｋとして、式（４）からその温度における半減期ｔ１／２が求められる。従って、１０時間半減期温度とは、ある開始剤のｔ１／２が１０時間となる温度として求められる。
【００１２】
重合開始剤（Ｂ）としては、
ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる開始剤が用いるが、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエートとジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネートとを併用して用いるのが好ましい。ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエートとジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネートとを併用してもちいる場合、重合比で、
【数１】
の割合で併用することが好ましい。
【００１３】
開始剤(A)の使用量は、上記単量体100重量部あたり、0.001〜1重量部が好ましく、０．００５〜０．５重量部がより好ましい。開始剤(A)と開始剤(B)との合計使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、０．００１〜５重量部、好ましくは０．０３〜０．５０重量部である。この開始剤は、重合容器内に水及び／又は単量体の仕込中に重合容器内に投入すればよい。また、水や単量体に仕込む場合には、水中に開始剤を分散させた水性エマルジョンを重合容器内に投入してもよく、また、単量体に開始剤を均一に混合したものを重合容器内に投入してもよい。また、この開始剤は、重合禁止剤を重合器内に投入した後に単量体の仕込み中に投入するのが好ましい。
［重合禁止剤］
重合禁止剤（以下、禁止剤という。）としては、式(1)：
【００１４】
【化３】
［式中、複数のＲは独立に水素原子、水酸基又は炭素数1〜5個のアルキル基である。］
で表されるハイドロキノン化合物からなる重合禁止剤が使用される。このハイドロキノン化合物には、具体的には、式(５)〜(７)：
【００１５】
【化４】
［式（５）〜(７)において、Ｒは前記の通りである。］
で表される化合物が挙げられる。さらに、具体的には、ハイドロキノン、２−ｔ−ブチルハイドロキノン、２，５−ジ（ｔ−ブチル）ハイドロキノン、４−ｔ−ブチルカテコール、ｔ−ブチルカテコールなどが例示され、中でも好ましいものは、２−ｔ−ブチルハイドロキノン、及び２、５−ジ（ｔ−ブチル）ハイドロキノンである。
また、禁止剤は水及び／又は単量体の仕込中に重合器に仕込まれる。懸濁剤を重合器内に仕込んだ後に禁止剤を重合器内に仕込むのが好ましい。
【００１６】
［プロセス］
本発明の方法では、上述の原材料が重合器に仕込まれた後８分以内に重合のために原材料仕込混合物の昇温が開始されるが、仕込み後直ぐに昇温を行わず、仕込み後２〜５分の範囲で昇温を開始ずるのが好ましい。仕込後２分未満に昇温が始まると、得られる重合体中の粒径４５μｍ以下の重合体粒子（以下、微粒子ともいう）の割合が多くなり、５分を超えて経過後に昇温が始まると該微粒子の割合は減少するものの、重合体粒子形成が不安定で粗粒化したり、重合バッチサイクルが長くなり、生産性低下の原因となる。
【００１７】
昇温前の温度は、重合温度にもよるが、50℃以下が好ましく、特に20〜50℃、さらに好ましくは30〜45℃である。
重合温度は５８℃以下であり、好ましくは３０〜５８℃の範囲である。
昇温開始から重合温度に到る昇温時間は通常10〜40分であり、好ましくは２０〜３５分である。
【００１８】
［その他の原材料］
本発明の製造方法に用いられる、前述の開始剤及び禁止剤以外の原材料は、塩化ビニル単量体又はこれを主体とするビニル系単量体混合物の懸濁重合法に通常使用されるものであれば、特に制限なく使用される。
【００１９】
・単量体：
塩化ビニル単量体のほか、塩化ビニル単量体を主体とするこれと共重合可能なビニル系単量体（コモノマー）との混合物（塩化ビニルが50重量％以上）であってもよく、このコモノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステルもしくはメタアクリル酸エステル；エチレン、プロピレン等のオレフィン；ラウリルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル；無水マレイン酸；アクリロニトリル；スチレン；塩化ビニリデン；その他塩化ビニルと共重合可能な単量体等が挙げられ、これらは単独又は２種以上の組み合わせで用いられる。
【００２０】
本発明の方法においては、水の仕込みと同時に、又は水の仕込み開始後水の仕込み中に塩化ビニル単量体又は、塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みが開始される。仮に、水の仕込み終了後に塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みを開始すると、得られる重合体中の粒径４５μｍ以下の重合体粒子の割合が多くなる。塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みは水の仕込み中であって、かつ懸濁剤を仕込んだ後に開始することが好ましい。
【００２１】
・懸濁剤：
懸濁剤としては、例えば、部分ケン化ポリビニルアルコール；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体；ポリアクリル酸；酢酸ビニルと無水マレイン酸との共重合体；ポリビニルピロリドン；ゼラチン等の天然又は合成の高分子化合物等が挙げられ、これらは１種単独でも或いは２種以上を組み合わせても用いることができる。
【００２２】
特に好適な懸濁剤の組み合わせは、(a)平均重合度が１５０〜６００で、ケン化度が２０〜６０モル％の油溶性部分ケン化ポリビニルアルコールと、(b)水溶性ポリマーとの組み合わせである。
上記水溶性ポリマー(d)としては、例えば、平均重合度が８００〜３０００で、ケン化度が７０〜９０モル％の水溶性部分ケン化ポリビニルアルコール；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体；ポリアクリル酸；酢酸ビニルと無水マレイン酸との共重合体；ポリビニルピロリドン；ゼラチン等が挙げられる。中でも好ましいものは、平均重合度が８００〜３０００で、ケン化度が７０〜９０モル％の水溶性部分ケン化ポリビニルアルコール及びヒドロキシプロピルメチルセルロースである。
【００２３】
懸濁剤の使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、０．０１〜５．０重量部、好ましくは０．０１〜１．０重量部である。
【００２４】
また、上記油溶性部分ケン化ポリビニルアルコール(a)と、水溶性ポリマー(b)とを組み合わせて用いる場合には、成分(a)の使用量は、単量体１００重量部当り、通常、０．００５〜１．０重量部、好ましくは０．００５〜０．０７重量部、さらに好ましくは０．０１〜０．０４重量部である。成分(b)の使用量は、単量体１００重量部当り、通常、０．００５〜４．０重量部、好ましくは０．００５〜０．４重量部、さらに好ましくは０．０１〜０．１重量部である。また、成分(a)の使用量／成分(b)の使用量の重量比は、通常、１／１０〜４／１であり、好ましくは１／２〜２／１である。
懸濁剤の仕込みは、水または単量体の仕込み開始と同時に、又は単量体の仕込み開始後仕込み中に重合器内に開始される。また、懸濁剤の仕込みは水の仕込み中であって、単量体が仕込まれる前に行うことが好ましい。
【００２５】
・水：
本発明に用いる水としては、例えば脱イオン水が挙げられる。該水の使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、２０〜５００重量部、好ましくは９０〜１５０重量部である。
【００２６】
本発明の塩化ビニル系重合体の製造方法においては、さらに必要に応じて、塩化ビニル系重合体の製造に適宜使用されるリン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト等の固体分散剤；ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリオレート、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のノニオン性乳化剤；ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等のアニオン性乳化剤；重合度調整剤；連鎖移動剤；pH調整剤；ゲル化改良剤；帯電防止剤；架橋剤；安定剤；充てん剤；酸化防止剤；緩衝剤；スケール防止剤等を使用することもできる。
【００２７】
重合条件についても、従来と同様でよく、例えば、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体、開始剤、懸濁剤及び水等を重合容器内へ仕込んだ後、重合容器の内容物を攪拌しながら昇温し、３０〜５８℃で重合反応を行えばよい。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
〔実施例１〕
内容積2.1m3 のステンレス製重合器（ジャケット及び攪拌機付）の内圧を6.67kPa（絶対圧）になるまで排気した後、脱イオン水９００kgを２０分間かけて仕込んだ。脱イオン水の仕込開始後１分後に平均重合度が２０００で、ケン化度が７８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの５重量％水溶液６５００ｇ、及び平均重合度が３００で、ケン化度が４８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの２０重量％水／メタノール溶液（水／メタノールの重量比＝１：１）９７５ｇの仕込みを開始し、２分間かけて仕込んだ。さらに、脱イオン水の仕込開始後６分後に、重合禁止剤として６．５ｇの２−ｔ−ブチルハイドロキノンＴＢＨＱをメタノールに溶解したものの仕込を開始し、２分かけて仕込んだ。脱イオン水仕込み開始１０分後に重合器内容物を６０ｒｐｍで攪拌し始め、この攪拌を行いながら同時に塩化ビニル単量体６５０ｋｇの仕込を開始し、２０分間かけて仕込んだ。この単量体の仕込途中に、単量体仕込開始から９分後に開始剤としてクミルパーオキシネオデカノエート（ＣＰＮＤ、10時間半減期温度36.6℃）、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ、10時間半減期温度46.5℃）、及び２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ、10時間半減期温度43.5℃）をそれぞれ６５ｇ、８４．５ｇ、及び２９２．５ｇを５分間かけて仕込んだ。
【００２９】
塩化ビニル単量体仕込終了と同時に攪拌回転数を２１０ｒｐｍに高め、攪拌を続けた（仕込条件１、図１参照）。攪拌開始後４分間経過した時点で重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始し２５分かけて重合温度５７℃に昇温した。この重合温度５７℃で、重合反応を進行させ、重合容器内の内圧が０．６ＭＰａ（ゲージ圧）に降下した時点で重合反応を停止し、未反応単量体を回収し、塩化ビニル重合体をスラリー状で重合容器外に抜き出した。このスラリーの一部を微粉測定した。次に残りのスラリー状重合体を脱水機を用いて脱水してから乾燥し、粉末の塩化ビニル重合体を得、粒度分布、可塑剤吸収性、かさ比重を評価した。それらの結果を表１に併せて示す。
【００３０】
（微粉測定）
JIS Z8801に準じた＃330（目開き45μｍ）の篩に、得られた重合体スラリー170mLを入れ、約15Lの脱イオン水を使って湿式篩にかけ、篩上と篩下に分けた。篩下は開口径3μｍのメンブランフィルターでろ過し、乾燥した。篩上はそのまま乾燥させた。その後それぞれの重量を測定し、得られた全重合体乾燥品中の45μｍ以下微粉粒子の割合（重量比）を算出した。
【００３１】
（粒度分布）
JIS Z-8801に準じた＃６０、＃８０、＃１００、＃１５０及び＃２００の各篩を用いて、乾燥した重合体試料を篩分けし、各篩を通過した試料の割合（重量％）を求めた。
【００３２】
（可塑剤吸収性）
内径２５ｍｍ、深さ８５ｍｍのアルミニウム合金製容器の底にグラスファイバーを詰め、該容器に重合体試料１０ｇを投入し、この試料が入ったアルミニウム合金製容器にジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１５ｍＬを加えた。そして、３０分間放置して試料にＤＯＰを充分浸透させた後、１５００Ｇの加速度下で試料から過剰量のＤＯＰを遠心分離した。試料に吸収されたＤＯＰの量をＤＯＰ吸収前の試料の重量に対する重量％として求めた。
（かさ比重）
JIS K-6721に準拠して測定した。
【００３３】
〔実施例２〕
実施例１の仕込条件を図１の仕込条件３に代えた以外は、すべて実施例１と同じ様に重合した。即ち、原材料の仕込は次のように行った。
内容積2.1m3 のステンレス製重合器（ジャケット及び攪拌機付）の内圧を6.67kPa（絶対圧）になるまで排気した後、脱イオン水９００kgを２０分間かけて仕込んだ。脱イオン水の仕込開始後１分後に平均重合度が２０００で、ケン化度が７８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの５重量％水溶液６５００ｇ、及び平均重合度が３００で、ケン化度が４８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの２０重量％水／メタノール溶液（水／メタノールの重量比＝１：１）９７５ｇの仕込みを開始し、２分間かけて仕込んだ。次に、脱イオン水仕込開始１０分後から、重合器内容物を６０ｒｐｍで攪拌し始めるとともに、この攪拌を行いながら同時に塩化ビニル単量体６５０ｋｇの仕込を開始し、２０分間かけて仕込んだ。単量体の仕込開始後１１分後に６．５ｇの２−ｔ−ブチルハイドロキノンＴＢＨＱをメタノールに溶解したものを２分間で仕込み、その仕込終了後に、開始剤としてクミルパーオキシネオデカノエート（ＣＰＮＤ、10時間半減期温度36.6℃）、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ、10時間半減期温度46.5℃）、及び２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ、10時間半減期温度43.5℃）をそれぞれ６５ｇ、８４．５ｇ、及び２９２．５ｇを５分間で仕込んだ。
【００３４】
塩化ビニル単量体の仕込終了と同時に攪拌回転数を２１０ｒｐｍに高め、攪拌を続けた（仕込条件３）。攪拌開始後４分間経過した時点で重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始するなどの以降の操作は実施例１と同様に行い、得られた重合体の評価も同様に行った。
【００３５】
〔比較例１〕
実施例１で重合禁止剤を添加しなかった以外は、すべて実施例１と同様に重合し評価した。
【００３６】
〔比較例２〕
実施例１の仕込条件１を図１の仕込条件２に代えて塩化ビニル単量体仕込終了後と同時に重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外はすべて実施例１と同様に重合し評価した。
なお、仕込条件２は、仕込条件１において脱イオン水仕込み終了後に塩化ビニル単量体の仕込み開始をした条件である。
【００３７】
〔比較例３〕
比較例２で重合禁止剤を添加しなかった以外は、すべて比較例２と同様に重合し評価した。
【００３８】
〔比較例４〕
比較例３で重合開始剤としてＴＢＰＮＤの仕込み量を230ppm（対単量体重量）とし、ＣＰＮＤを仕込まなかった以外は、すべて比較例３と同様に重合し評価した。
【００３９】
〔比較例５〕
実施例２において重合禁止剤としてＴＢＨＱを用いる代わりにｔ−ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）を用いた他は、すべて実施例２と同様に重合し評価した。
【００４０】
〔比較例６〕
比較例２において、塩化ビニル単量体仕込終了後から１０分後に、重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外は、すべて実施例２と同様に重合を開始した。重合開始後、ジャケットによる除熱コントロールが困難となり重合途中で重合を中止した。
【００４１】
〔比較例７〕
実施例２において、塩化ビニル単量体仕込終了後から１０分後に重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外は、すべて実施例２と同様に重合を開始した。重合開始後ジャケットによる除熱コントロールが困難となり重合途中で重合を中止した。
実施例及び比較例の結果をまとめて表１及び表２に示す。
【００４２】
【表１】
【００４３】
【表２】
【００４４】
（注）
ＣＰＮＤ：クミルパーオキシネオデカノエート（１０時間半減期温度 ３６℃）
ＴＢＰＮＤ：ｔ−ブチルパーオキシネオガノエート（１０時間半減期温度 ４６℃）
ＥＨＰＤＣ：ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（１０時間半減期温度 ４４℃）
ＴＢＨＱ：２−ｔ−ブチルハイドロキノン
ＢＨＡ：ｔ−ブチルヒドロキアニソール
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物、開始剤、懸濁剤及び水を重合容器に仕込み、前記塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物を懸濁重合する工程を含む塩化ビニル系重合体の製造方法において、得られる重合体中に含まれる直径45μｍ以下の粉体粒子の割合が3000ppm（重量）以下、必要に応じて1000ppm以下、さらには500ppm以下である塩化ビニル系重合体を生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で使用した仕込条件１、２及び３を示す。
【発明の属する技術分野】
本発明は、懸濁重合による塩化ビニル系重合体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、塩化ビニル系重合体の製造方法としては、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物を、水性媒体中で懸濁剤の存在下に懸濁重合する方法が知られている。この懸濁重合法では、重合初期過程に微細な液滴が多数生成する結果得られた塩化ビニル系重合体中に微細な重合体粒子（直径45μｍ以下）多く含まれている。これら微細な粒子は、得られた重合体スラリーを脱水処理する際、水との分離が難しく、排水中に多く流れ出し、その後の排水処理に支障をきたしたり、乾燥工程において排気中に多く混入して大気中に放出され、環境に悪影響を与えたりするだけでなく、製品の歩留りを低下させている。
これら微細な粒子の割合は、特に、生産性向上の目的で重合温度58℃以下の条件で使用する10時間半減期温度が42℃以下である油溶性高活性開始剤を使用した場合に増加し易い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明の課題は、重合温度58℃以下の条件で10時間半減期温度が42℃以下の油溶性高活性開始剤を使用する条件下において、重合時間を効率よく短縮でき良好な生産性を実現できるとともに、微細な粒子を著しく低減することができる塩化ビニル系重合体の製造方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明らは鋭意研究の結果、かかる課題を解決する手段として、
塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物、油溶性重合開始剤、懸濁剤及び水を重合容器に仕込み、仕込み後重合温度に昇温する工程を含む、前記塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の懸濁重合による塩化ビニル系重合体の製造方法であって、
【０００５】
前記油溶性重合開始剤として、(A)10時間半減期温度42℃以下の油溶性高活性開始剤と、(B)ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる重合開始剤を用いること、
まず、水の仕込みを開始し、水の仕込み開始と同時に又はその開始後水の仕込み中に塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みを開始すること、
水及び／又は塩化ビニル単量体もしくは塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込み中に懸濁剤、前記油溶性重合開始剤、及び下記式（１）：
【０００６】
【化２】
で表されるハイドロキノン化合物からなる重合禁止剤の仕込を開始すること、
上記原材料の仕込完了後８分以内にこれら原材料の仕込混合物の昇温を開始し、５８℃以下で重合を行うこと、
を特徴とする塩化ビニル系重合体の製造方法を提供するに到った。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
［油溶性重合開始剤］
油溶性重合開始剤（以下、「開始剤」という）としては、(A)10時間半減期温度42℃以下の開始剤（開始剤（Ａ）という）と、(B)ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる開始剤（開始剤（Ｂ）という）を使用する。ＴＢＰＮＤとＥＨＰＤＣは一種単独で使用することも二種併用することもできる。
【０００８】
開始剤(A)としては、10時間半減期温度42℃以下の開始剤であれば特に制限はなく、例えば、２，４，４−トリメチルペンチル−２−パーオキシネオデカノエート（３６℃）、１、１−ジメチル−３−ヒドロキシブチルパーオキシネオデカノエート、３−ヒドロキシ−１，１−ジメチルブチルパーオキシネオデカノエート（３６℃）、α，α’−ビス（ネオデカノイルパーオキシ）ジイソプロピルベンゼン（３６℃）、 クミルパーオキシネオデカノエート（３６℃）、 １，１，３，３−テトラメチルブチルパーオキシネオデカノエート（４０℃）、１−シクロヘキシル−１−メチルヘキシルパーオキシネオデカノエート（４１℃）、ジ−ｎ−プロピルパーオキシジカーボネート（４０℃）、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート（４１℃）などを挙げる事が出来る。上記において、括弧内に示した温度はそれぞれの開始剤の１０時間半減期温度を示す。
【０００９】
なお、開始剤（Ａ）の１０時間半減期温度は、以下のようにして求められる。開始剤濃度が０．１モル／Ｌのベンゼン溶液を調製する。この溶液を窒素置換を行ったガラス管中に密封して所定温度に調節した恒温槽に浸し、開始剤を熱分解させる。時間に対する開始剤の濃度変化を測定する。
上記の反応条件では、開始剤の分解反応は近似的に一次反応として取り扱うことができるので、以下の式（２）、（３）が成り立つ。
ｄｘ／ｄｔ＝ｋ（ａ−ｘ） （２）
ｌｎ[ａ／（ａ−ｘ）]＝ｋｔ （３）
（式（２）、（３）中、ｘは分解した開始剤の濃度、ａは開始剤の初期濃度、ｋは分解速度定数、ｔは時間を示す）
【００１０】
半減期は分解により開始剤濃度が初期濃度の半分に減ずるまでに要する時間であるから、これをｔ１／２で示し、式（３）のｘにａ／２を代入して、以下の関係式を得る。
ｋｔ１／２＝１ｎ２ （４）
【００１１】
上記で測定した開始剤の濃度変化から時間ｔとｌｎ[ａ／（ａ−ｘ）]との関係をプロットする。得られた直線の傾きをｋとして、式（４）からその温度における半減期ｔ１／２が求められる。従って、１０時間半減期温度とは、ある開始剤のｔ１／２が１０時間となる温度として求められる。
【００１２】
重合開始剤（Ｂ）としては、
ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる開始剤が用いるが、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエートとジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネートとを併用して用いるのが好ましい。ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエートとジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネートとを併用してもちいる場合、重合比で、
【数１】
【００１３】
開始剤(A)の使用量は、上記単量体100重量部あたり、0.001〜1重量部が好ましく、０．００５〜０．５重量部がより好ましい。開始剤(A)と開始剤(B)との合計使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、０．００１〜５重量部、好ましくは０．０３〜０．５０重量部である。この開始剤は、重合容器内に水及び／又は単量体の仕込中に重合容器内に投入すればよい。また、水や単量体に仕込む場合には、水中に開始剤を分散させた水性エマルジョンを重合容器内に投入してもよく、また、単量体に開始剤を均一に混合したものを重合容器内に投入してもよい。また、この開始剤は、重合禁止剤を重合器内に投入した後に単量体の仕込み中に投入するのが好ましい。
［重合禁止剤］
重合禁止剤（以下、禁止剤という。）としては、式(1)：
【００１４】
【化３】
で表されるハイドロキノン化合物からなる重合禁止剤が使用される。このハイドロキノン化合物には、具体的には、式(５)〜(７)：
【００１５】
【化４】
で表される化合物が挙げられる。さらに、具体的には、ハイドロキノン、２−ｔ−ブチルハイドロキノン、２，５−ジ（ｔ−ブチル）ハイドロキノン、４−ｔ−ブチルカテコール、ｔ−ブチルカテコールなどが例示され、中でも好ましいものは、２−ｔ−ブチルハイドロキノン、及び２、５−ジ（ｔ−ブチル）ハイドロキノンである。
また、禁止剤は水及び／又は単量体の仕込中に重合器に仕込まれる。懸濁剤を重合器内に仕込んだ後に禁止剤を重合器内に仕込むのが好ましい。
【００１６】
［プロセス］
本発明の方法では、上述の原材料が重合器に仕込まれた後８分以内に重合のために原材料仕込混合物の昇温が開始されるが、仕込み後直ぐに昇温を行わず、仕込み後２〜５分の範囲で昇温を開始ずるのが好ましい。仕込後２分未満に昇温が始まると、得られる重合体中の粒径４５μｍ以下の重合体粒子（以下、微粒子ともいう）の割合が多くなり、５分を超えて経過後に昇温が始まると該微粒子の割合は減少するものの、重合体粒子形成が不安定で粗粒化したり、重合バッチサイクルが長くなり、生産性低下の原因となる。
【００１７】
昇温前の温度は、重合温度にもよるが、50℃以下が好ましく、特に20〜50℃、さらに好ましくは30〜45℃である。
重合温度は５８℃以下であり、好ましくは３０〜５８℃の範囲である。
昇温開始から重合温度に到る昇温時間は通常10〜40分であり、好ましくは２０〜３５分である。
【００１８】
［その他の原材料］
本発明の製造方法に用いられる、前述の開始剤及び禁止剤以外の原材料は、塩化ビニル単量体又はこれを主体とするビニル系単量体混合物の懸濁重合法に通常使用されるものであれば、特に制限なく使用される。
【００１９】
・単量体：
塩化ビニル単量体のほか、塩化ビニル単量体を主体とするこれと共重合可能なビニル系単量体（コモノマー）との混合物（塩化ビニルが50重量％以上）であってもよく、このコモノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル；アクリル酸メチル、アクリル酸エチル等のアクリル酸エステルもしくはメタアクリル酸エステル；エチレン、プロピレン等のオレフィン；ラウリルビニルエーテル、イソブチルビニルエーテル等のビニルエーテル；無水マレイン酸；アクリロニトリル；スチレン；塩化ビニリデン；その他塩化ビニルと共重合可能な単量体等が挙げられ、これらは単独又は２種以上の組み合わせで用いられる。
【００２０】
本発明の方法においては、水の仕込みと同時に、又は水の仕込み開始後水の仕込み中に塩化ビニル単量体又は、塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みが開始される。仮に、水の仕込み終了後に塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みを開始すると、得られる重合体中の粒径４５μｍ以下の重合体粒子の割合が多くなる。塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みは水の仕込み中であって、かつ懸濁剤を仕込んだ後に開始することが好ましい。
【００２１】
・懸濁剤：
懸濁剤としては、例えば、部分ケン化ポリビニルアルコール；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体；ポリアクリル酸；酢酸ビニルと無水マレイン酸との共重合体；ポリビニルピロリドン；ゼラチン等の天然又は合成の高分子化合物等が挙げられ、これらは１種単独でも或いは２種以上を組み合わせても用いることができる。
【００２２】
特に好適な懸濁剤の組み合わせは、(a)平均重合度が１５０〜６００で、ケン化度が２０〜６０モル％の油溶性部分ケン化ポリビニルアルコールと、(b)水溶性ポリマーとの組み合わせである。
上記水溶性ポリマー(d)としては、例えば、平均重合度が８００〜３０００で、ケン化度が７０〜９０モル％の水溶性部分ケン化ポリビニルアルコール；メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のセルロース誘導体；ポリアクリル酸；酢酸ビニルと無水マレイン酸との共重合体；ポリビニルピロリドン；ゼラチン等が挙げられる。中でも好ましいものは、平均重合度が８００〜３０００で、ケン化度が７０〜９０モル％の水溶性部分ケン化ポリビニルアルコール及びヒドロキシプロピルメチルセルロースである。
【００２３】
懸濁剤の使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、０．０１〜５．０重量部、好ましくは０．０１〜１．０重量部である。
【００２４】
また、上記油溶性部分ケン化ポリビニルアルコール(a)と、水溶性ポリマー(b)とを組み合わせて用いる場合には、成分(a)の使用量は、単量体１００重量部当り、通常、０．００５〜１．０重量部、好ましくは０．００５〜０．０７重量部、さらに好ましくは０．０１〜０．０４重量部である。成分(b)の使用量は、単量体１００重量部当り、通常、０．００５〜４．０重量部、好ましくは０．００５〜０．４重量部、さらに好ましくは０．０１〜０．１重量部である。また、成分(a)の使用量／成分(b)の使用量の重量比は、通常、１／１０〜４／１であり、好ましくは１／２〜２／１である。
懸濁剤の仕込みは、水または単量体の仕込み開始と同時に、又は単量体の仕込み開始後仕込み中に重合器内に開始される。また、懸濁剤の仕込みは水の仕込み中であって、単量体が仕込まれる前に行うことが好ましい。
【００２５】
・水：
本発明に用いる水としては、例えば脱イオン水が挙げられる。該水の使用量は、上記単量体１００重量部当り、通常、２０〜５００重量部、好ましくは９０〜１５０重量部である。
【００２６】
本発明の塩化ビニル系重合体の製造方法においては、さらに必要に応じて、塩化ビニル系重合体の製造に適宜使用されるリン酸カルシウム、ヒドロキシアパタイト等の固体分散剤；ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリオレート、ポリオキシエチレンアルキルエーテル等のノニオン性乳化剤；ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ジオクチルスルホコハク酸ナトリウム等のアニオン性乳化剤；重合度調整剤；連鎖移動剤；pH調整剤；ゲル化改良剤；帯電防止剤；架橋剤；安定剤；充てん剤；酸化防止剤；緩衝剤；スケール防止剤等を使用することもできる。
【００２７】
重合条件についても、従来と同様でよく、例えば、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体、開始剤、懸濁剤及び水等を重合容器内へ仕込んだ後、重合容器の内容物を攪拌しながら昇温し、３０〜５８℃で重合反応を行えばよい。
【００２８】
【実施例】
以下、実施例と比較例を示し、本発明を具体的に示すが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
〔実施例１〕
内容積2.1m3 のステンレス製重合器（ジャケット及び攪拌機付）の内圧を6.67kPa（絶対圧）になるまで排気した後、脱イオン水９００kgを２０分間かけて仕込んだ。脱イオン水の仕込開始後１分後に平均重合度が２０００で、ケン化度が７８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの５重量％水溶液６５００ｇ、及び平均重合度が３００で、ケン化度が４８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの２０重量％水／メタノール溶液（水／メタノールの重量比＝１：１）９７５ｇの仕込みを開始し、２分間かけて仕込んだ。さらに、脱イオン水の仕込開始後６分後に、重合禁止剤として６．５ｇの２−ｔ−ブチルハイドロキノンＴＢＨＱをメタノールに溶解したものの仕込を開始し、２分かけて仕込んだ。脱イオン水仕込み開始１０分後に重合器内容物を６０ｒｐｍで攪拌し始め、この攪拌を行いながら同時に塩化ビニル単量体６５０ｋｇの仕込を開始し、２０分間かけて仕込んだ。この単量体の仕込途中に、単量体仕込開始から９分後に開始剤としてクミルパーオキシネオデカノエート（ＣＰＮＤ、10時間半減期温度36.6℃）、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ、10時間半減期温度46.5℃）、及び２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ、10時間半減期温度43.5℃）をそれぞれ６５ｇ、８４．５ｇ、及び２９２．５ｇを５分間かけて仕込んだ。
【００２９】
塩化ビニル単量体仕込終了と同時に攪拌回転数を２１０ｒｐｍに高め、攪拌を続けた（仕込条件１、図１参照）。攪拌開始後４分間経過した時点で重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始し２５分かけて重合温度５７℃に昇温した。この重合温度５７℃で、重合反応を進行させ、重合容器内の内圧が０．６ＭＰａ（ゲージ圧）に降下した時点で重合反応を停止し、未反応単量体を回収し、塩化ビニル重合体をスラリー状で重合容器外に抜き出した。このスラリーの一部を微粉測定した。次に残りのスラリー状重合体を脱水機を用いて脱水してから乾燥し、粉末の塩化ビニル重合体を得、粒度分布、可塑剤吸収性、かさ比重を評価した。それらの結果を表１に併せて示す。
【００３０】
（微粉測定）
JIS Z8801に準じた＃330（目開き45μｍ）の篩に、得られた重合体スラリー170mLを入れ、約15Lの脱イオン水を使って湿式篩にかけ、篩上と篩下に分けた。篩下は開口径3μｍのメンブランフィルターでろ過し、乾燥した。篩上はそのまま乾燥させた。その後それぞれの重量を測定し、得られた全重合体乾燥品中の45μｍ以下微粉粒子の割合（重量比）を算出した。
【００３１】
（粒度分布）
JIS Z-8801に準じた＃６０、＃８０、＃１００、＃１５０及び＃２００の各篩を用いて、乾燥した重合体試料を篩分けし、各篩を通過した試料の割合（重量％）を求めた。
【００３２】
（可塑剤吸収性）
内径２５ｍｍ、深さ８５ｍｍのアルミニウム合金製容器の底にグラスファイバーを詰め、該容器に重合体試料１０ｇを投入し、この試料が入ったアルミニウム合金製容器にジオクチルフタレート（ＤＯＰ）１５ｍＬを加えた。そして、３０分間放置して試料にＤＯＰを充分浸透させた後、１５００Ｇの加速度下で試料から過剰量のＤＯＰを遠心分離した。試料に吸収されたＤＯＰの量をＤＯＰ吸収前の試料の重量に対する重量％として求めた。
（かさ比重）
JIS K-6721に準拠して測定した。
【００３３】
〔実施例２〕
実施例１の仕込条件を図１の仕込条件３に代えた以外は、すべて実施例１と同じ様に重合した。即ち、原材料の仕込は次のように行った。
内容積2.1m3 のステンレス製重合器（ジャケット及び攪拌機付）の内圧を6.67kPa（絶対圧）になるまで排気した後、脱イオン水９００kgを２０分間かけて仕込んだ。脱イオン水の仕込開始後１分後に平均重合度が２０００で、ケン化度が７８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの５重量％水溶液６５００ｇ、及び平均重合度が３００で、ケン化度が４８モル％の部分ケン化ポリビニルアルコールの２０重量％水／メタノール溶液（水／メタノールの重量比＝１：１）９７５ｇの仕込みを開始し、２分間かけて仕込んだ。次に、脱イオン水仕込開始１０分後から、重合器内容物を６０ｒｐｍで攪拌し始めるとともに、この攪拌を行いながら同時に塩化ビニル単量体６５０ｋｇの仕込を開始し、２０分間かけて仕込んだ。単量体の仕込開始後１１分後に６．５ｇの２−ｔ−ブチルハイドロキノンＴＢＨＱをメタノールに溶解したものを２分間で仕込み、その仕込終了後に、開始剤としてクミルパーオキシネオデカノエート（ＣＰＮＤ、10時間半減期温度36.6℃）、ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ、10時間半減期温度46.5℃）、及び２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ、10時間半減期温度43.5℃）をそれぞれ６５ｇ、８４．５ｇ、及び２９２．５ｇを５分間で仕込んだ。
【００３４】
塩化ビニル単量体の仕込終了と同時に攪拌回転数を２１０ｒｐｍに高め、攪拌を続けた（仕込条件３）。攪拌開始後４分間経過した時点で重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始するなどの以降の操作は実施例１と同様に行い、得られた重合体の評価も同様に行った。
【００３５】
〔比較例１〕
実施例１で重合禁止剤を添加しなかった以外は、すべて実施例１と同様に重合し評価した。
【００３６】
〔比較例２〕
実施例１の仕込条件１を図１の仕込条件２に代えて塩化ビニル単量体仕込終了後と同時に重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外はすべて実施例１と同様に重合し評価した。
なお、仕込条件２は、仕込条件１において脱イオン水仕込み終了後に塩化ビニル単量体の仕込み開始をした条件である。
【００３７】
〔比較例３〕
比較例２で重合禁止剤を添加しなかった以外は、すべて比較例２と同様に重合し評価した。
【００３８】
〔比較例４〕
比較例３で重合開始剤としてＴＢＰＮＤの仕込み量を230ppm（対単量体重量）とし、ＣＰＮＤを仕込まなかった以外は、すべて比較例３と同様に重合し評価した。
【００３９】
〔比較例５〕
実施例２において重合禁止剤としてＴＢＨＱを用いる代わりにｔ−ブチルヒドロキシアニソール（ＢＨＡ）を用いた他は、すべて実施例２と同様に重合し評価した。
【００４０】
〔比較例６〕
比較例２において、塩化ビニル単量体仕込終了後から１０分後に、重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外は、すべて実施例２と同様に重合を開始した。重合開始後、ジャケットによる除熱コントロールが困難となり重合途中で重合を中止した。
【００４１】
〔比較例７〕
実施例２において、塩化ビニル単量体仕込終了後から１０分後に重合器のジャケットに熱水を注入して昇温を開始した以外は、すべて実施例２と同様に重合を開始した。重合開始後ジャケットによる除熱コントロールが困難となり重合途中で重合を中止した。
実施例及び比較例の結果をまとめて表１及び表２に示す。
【００４２】
【表１】
【表２】
（注）
ＣＰＮＤ：クミルパーオキシネオデカノエート（１０時間半減期温度 ３６℃）
ＴＢＰＮＤ：ｔ−ブチルパーオキシネオガノエート（１０時間半減期温度 ４６℃）
ＥＨＰＤＣ：ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（１０時間半減期温度 ４４℃）
ＴＢＨＱ：２−ｔ−ブチルハイドロキノン
ＢＨＡ：ｔ−ブチルヒドロキアニソール
【００４５】
【発明の効果】
本発明により、塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物、開始剤、懸濁剤及び水を重合容器に仕込み、前記塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物を懸濁重合する工程を含む塩化ビニル系重合体の製造方法において、得られる重合体中に含まれる直径45μｍ以下の粉体粒子の割合が3000ppm（重量）以下、必要に応じて1000ppm以下、さらには500ppm以下である塩化ビニル系重合体を生産性良く製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で使用した仕込条件１、２及び３を示す。
Claims (1)
- 塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物、油溶性重合開始剤、懸濁剤及び水を重合容器に仕込み、仕込み後重合温度に昇温する工程を含む、前記塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の懸濁重合による塩化ビニル系重合体の製造方法であって、
前記油溶性重合開始剤として、(A)10時間半減期温度42℃以下の油溶性高活性開始剤と、(B)ｔ−ブチルパーオキシネオデカノエート（ＴＢＰＮＤ）及びジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート（ＥＨＰＤＣ）からなる群から選ばれる重合開始剤を用いること、
まず、水の仕込みを開始し、水の仕込み開始と同時に又はその開始後水の仕込み中に塩化ビニル単量体又は塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込みを開始すること、
水及び／又は塩化ビニル単量体もしくは塩化ビニル単量体を主体とする単量体混合物の仕込み中に懸濁剤、前記油溶性重合開始剤、及び下記式（１）：
で表されるハイドロキノン化合物からなる重合禁止剤の仕込を開始すること、
上記原材料の仕込完了後８分以内にこれら原材料の仕込混合物の昇温を開始し、５８℃以下で重合を行うこと、
を特徴とする塩化ビニル系重合体の製造方法。
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