JP3850656B2 - Method for producing dehydration reaction product - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなる脱水反応生成物の製造方法並びにそれにより得られるセメント添加剤の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
脱水反応工程を含んでなる脱水反応生成物の製造方法は、エステル化やアミド化等の脱水反応を伴う反応により生成する各種のエステルやアミドの製造に適用されている。このようなエステルやアミドは、例えば、(メタ)アクリル酸エステル系単量体や(メタ)アクリル酸アミド系単量体等として、各種の重合体の製造原料として有用である。このような重合体は、例えば、セメント添加剤(セメント分散剤)や炭酸カルシウム、カーボンブラック、インク等の顔料分散剤、スケール防止剤、石膏・水スラリー用分散剤、石炭・水スラリー(CWM)用分散剤、増粘剤等の化学製品に好適に用いられることになる。
【0003】
ところで、脱水反応工程では、エステル化反応やアミド化反応が化学平衡に達する反応であるゆえに、副生する生成水を反応系から除去しないと、すなわち生成水が反応系に溜まると、エステル化物やアミド化物を生成する反応が進まなくなる。そのため、脱水溶剤を用い、これと生成水とを留出(共沸)させることにより生成水を取り除くことが行われる。例えば、留出物から生成水を分離除去し、脱水溶剤を反応系に還流させて反応を行い、反応終了後にエステル化物やアミド化物を含む反応槽から脱水溶剤を留去して取り除く手法がとられている。
【0004】
特開平9−328346号公報には、比較例1及び2に、反応器(セパラブルフラスコ)に温度計、攪拌機及び生成水分離器を設け、生成水を分離できるようにした反応装置に、原料としてメタクリル酸及びメトキシポリエチレングリコール(オキシエチレン基の平均付加モル数:10モル)、酸触媒として硫酸(比較例1)又はパラトルエンスルホン酸(比較例2)、重合禁止剤としてフェノチアジン、脱水溶剤としてシクロヘキサンを仕込み攪拌しながら加熱し、常圧下にシクロヘキサン−水共沸物を留出させ、生成水を水分離器で除去しながらシクロヘキサンを還流させてエステル化反応を行い、エステル反応終了後、使用したシクロヘキサンを留去し、目的とするエステル化物を合成する方法が開示されている。
【0005】
しかしながら、このような製造方法においては、留出物をコンデンサにより凝縮液化させた後、水分離器を用いて脱水溶剤と生成水との界面を形成させて生成水を除去しつつ脱水溶剤を還流させるのが常法であるが、コンデンサで凝縮液化された留出物が水分離器に吐出される際に、以下に示す問題点があった。
【0006】
すなわち、(A)留出物の吐出口を水分離器の気相部に設けると、留出物が液面に達したときの衝撃で界面のゆれが生じ、脱水溶剤と生成水の界面を精度よく検知できない。一方、吐出口を水分離器の液相部に設けると、界面のゆれがあるばかりではなく、留出物が吐出される際に吐出口に圧力がかかり、吐出された瞬間には吐出口からコンデンサを通じて反応槽に繋がる管内が減圧状態となり、そのために反応槽内に圧力変動が生じて反応槽の反応液が突沸する。(B)界面を精度よく検知できない。特に生成水の量が少ない場合や液面にゆれが伴う場合には精度よく検知するのが困難である。(C)水分離器に取り付けた液面計においては、液の実質的な入れ替わりが少なく、液溜まりが生じるために、脱水溶剤や生成水と共に留出する(メタ)アクリル酸等の重合性の単量体が重合してゲル状物を形成し、そのため液面計が機能を果たさなくなる。という問題点があった。この様な問題が生じると、脱水反応生成物の製造が安定に行えないばかりでなく、安全性の低下や修復コストの増大、ひいては脱水反応生成物の製造コストの増大を招くことになる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなり、反応槽と水分離器とを必須として用いる脱水反応生成物の製造方法であって、(A)副生する生成水を反応系から除去しつつ、反応液の突沸を防止し、(B)脱水溶剤と生成水との界面の検知精度を向上させると共に安定化させ、しかも、(C)ゲル状物の形成が充分に抑制されるようにすることにより、製造工程での不具合の発生を充分に抑制することができる脱水反応生成物の製造方法を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなる脱水反応生成物の製造方法であって、上記脱水反応工程は、反応槽と水分離器とを必須として用いて行われ、上記水分離器は、上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有し、上記供給管は、気相部と液相部とに開放口を有する脱水反応生成物の製造方法である。
【0009】
本発明はまた、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなる脱水反応生成物の製造方法であって、上記脱水反応工程は反応槽と水分離器とを必須として用いて行われ、上記水分離器は、上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有すると共に、下部の径が上部の径よりも細く、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるように制御されている脱水反応生成物の製造方法でもある。
【0010】
本発明は更に、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなる脱水反応生成物の製造方法であって、上記脱水反応工程は反応槽と水分離器とを必須として用いて行われ、上記水分離器は、上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有すると共に、脱水溶剤と生成水との界面及び/又は気液界面の検出装置が設けられ、上記検出装置の内部にゲル化防止剤を作用させる脱水反応生成物の製造方法でもある。
【0011】
本発明者らは、高品質の脱水反応生成物を効率良く製造するべく鋭意研究を進めた結果、(A)脱水反応工程で用いる水分離器に備えられる供給管を工夫すると反応液の突沸が防止され、脱水溶剤と生成水の界面が安定化して検出精度が向上すること、(B)水分離器の形状を工夫すると脱水溶剤と生成水の界面の検出精度が向上すること、(C)水分離器に備えられる検出装置を工夫すると、検出装置内でゲル状物により閉塞することが充分に抑制されることも見出した。具体的には、(1)水分離器に備えられる供給管に関し、水分離器内の気相部と液相部とに開放口を有するように設定すること、(2)水分離器の形状に関し、下部の径が上部の径よりも細く、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるように制御すること、(3)水分離器に備えられる検出装置の内部にゲル化防止剤を作用させることにより、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。また、このような水分離器を用いた脱水反応生成物の製造方法により得られる生成物が高品質のものとなることから、この生成物をセメント添加剤用重合体等の製造原料として好適に用いることができることも見出した。
以下に、本発明を詳述する。
【0012】
本発明の脱水反応生成物の製造方法は、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなる。また、このような脱水反応生成物の製造方法の通常実施される形態では、脱水反応工程に続けて、後述する中和工程、溶剤留去工程等を含んでなる。
【0013】
先ず、上記脱水反応工程で用いられる本発明における装置について説明する。
上記脱水反応工程は、反応槽と水分離器とを必須として用いて行われ、上記水分離器は、(1)上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有し、該供給管が、気相部と液相部とに開放口を有する形態、(2)上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有すると共に、下部の径が上部の径よりも細く、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるように制御されている形態、(3)上記反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有すると共に、脱水溶剤と生成水との界面及び/又は気液界面の検出装置が設けられ、該検出装置の内部にゲル化防止剤を作用させる形態のうちいずれかの形態又はこれらを組み合わせた形態である。このような水分離器の好ましい形態としては、上記(1)〜(3)をすべて組み合わせた形態である。
本発明では、上記水分離器を用いて、例えば、反応槽中で気化しコンデンサにより凝縮液化された留出物を脱水溶剤と生成水とに分離して生成水を除去しつつ脱水溶剤を反応槽に還流させる操作を行うことになる。
【0014】
なお、留出物とは、脱水反応工程やその他の工程により反応槽から留出されるものすべてを意味する。すなわち反応槽から留去される反応生成水や、水溶液の形態で仕込まれる原料からの生成水、必要に応じて生成水と共沸させるために用いられる脱水溶剤の他、留出された(メタ)アクリル酸等の反応原料等を含むものを意味し、その形態としては、ガス状、液状等が挙げられる。
【0015】
上記(1)の形態では、供給管が、気相部と液相部とに開放口を有することになる。この場合、供給管が有する液相部の開放口から水分離器内に液状留出物を供給しつつ気相部の開放口からもガス状留出物を放出することになり、水分離器内の液相部の圧力の変動を抑えることができ、これにより本発明の作用効果を発揮することが可能となる。
【0016】
上記水分離器において、反応槽と繋がった供給管とは、反応槽からの留出物を水分離器内に供給するための配管である。反応槽と水分離器とが接続された形態としては、通常ではコンデンサを介して繋がることになるが、反応槽からの留出物が水分離器内に供給されることになる限り特に限定されるものではない。上記供給管は、1本の管でも複数の管でもよく、分枝していても分枝していなくてもよい。また、分枝している場合には分枝管を有することになり、例えば、気相部から液相部へ向けて分枝管を有していても、液相部から気相部へ向けて分枝管を有していてもよい。更に、断面形状も特に限定されず、例えば、円形であることが好ましい。このような供給管は、断面形状が円形である1本の管(円管)で分枝管を有しない形態であることが好ましい。開放口とは、供給管から供給される留出物の水分離器内への供給口を意味し、供給管や分枝管の先端や側面に設けられる1個又は複数個の穴である。このような開放口の形状としては、特に制限はないが、例えば、円形であることが好ましい。
【0017】
上記(1)の形態ではまた、供給管が有する気相部の開放口が、該供給管の側面に空けた1個又は複数個の穴であることが好ましい。より好ましくは、気相部の開放口をガスだけを吐出して液状留出物が噴出しない様に工夫することが好ましい。気相部への開放口の径は、1〜200mmが好ましく、5〜100mmがより好ましく、10〜50mmであることが更により好ましい。気相部の開放口の個数は、大きさにもよるが、例えば、1〜50個とすることが好ましい。より好ましくは、1〜10個である。このようにすることにより、水分離器内の液相部の圧力の変動を充分に抑えることが可能となる。
【0018】
上記(1)の形態では更に、水分離器が、更に邪魔板が備えられ、上記供給管が有する気相部の開放口が、該邪魔板と反対方向にあることが好ましい。邪魔板が備えられることにより、水分離器内の液相部において、脱水溶剤が上相に存在し、生成水が下相に存在する室(A)と、邪魔板の上からオーバーフロー(越流)した脱水溶剤が存在する室(B)とに分け、効率よく生成水の除去と脱水溶剤の還流とを行うことができることになる。このとき、供給管が有する液相部の開放口は上記室(A)に有り、供給管が有する気相部の開放口が、邪魔板と反対方向にあると、気相部の開放口から放出される留出物が、上記室(B)へ混入することが防止され、これにより、還流させる脱水溶剤中に生成水が混ざることを防止することができる。
【0019】
上記(2)の形態では、水分離器における下部の径が上部の径よりも細く、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるように制御されることになる。これにより、脱水溶剤と生成水との界面の検知精度を向上させることができることになる。従って、脱水溶剤の還流量と生成水の抜き出し量とを精度よく管理して脱水溶剤と生成水との界面を安定的に保つことにより、脱水反応工程における脱水反応を安定的に行うことが可能となる。この場合、下部の径が上部の径よりも細くなる形態としては、例えば、上部から下部にかけて段階的又は連続的に細くなる形態が挙げられるが、図1を用いて後述するような形態、すなわち下部の径を実質的に一定として下部の径が上部の径よりも細くなる形態とすることが好ましい。下部の径を実質的に一定とすることにより界面の高さから容易に液量に換算することができ、複雑な計算による間違いもなくなる。また、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるように制御する方法としては、例えば、界面計を用いて脱水溶剤と生成水との界面を検知しつつ留出物が水分離器内へ供給される速度と、水分離器内で分離した脱水溶剤や生成水を水分離器外へ除去する速度とを調整することにより行うことができる。このとき、コントロールバルブの開度を調整することにより界面の位置を制御することが好ましい。
【0020】
上記(3)の形態では、水分離器に脱水溶剤と生成水との界面の検出装置が設けられ、該検出装置の内部にゲル化防止剤を作用させることになる。また、水分離器に更に邪魔板が備えられ、上記室(B)において気相部と液相部(脱水溶剤)との界面の検出装置が設けられるときには、該検出装置の内部にもゲル化防止剤を作用させることが好ましい。検出装置の内部にゲル化防止剤を作用させることにより、検出装置内でゲル状物により閉塞することが充分に抑制され、製造工程での不具合の発生や、各種の化学製品の性能や品質の低下を充分に抑制することができる。検出装置としては、上記界面を検出することができる手段を有する装置であれば特に限定されるものではない。例えば、比重差や電気抵抗を利用した検知手段を有する装置等が挙げられ、図1において後述するように、水分離器から液化された留出物を管内に導入して界面を検出する、いわゆる界面計を用いることが好適である。
【0021】
上記ゲル化防止剤としては、例えば、重合禁止剤等が挙げられ、具体的には、フェノチアジン、トリ−p−ニトロフェニルメチル、ジ−p−フルオロフェニルアミン、ジフェニルピクリルヒドラジル、N−(3−N−オキシアニリノ−1,3−ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、ベンゾキノン、ハイドロキノン、メトキノン、ブチルカテコール、ニトロソベンゼン、ピクリン酸、ジチオベンゾイルジスルフィド、クペロン、塩化銅(II)等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、フェノチアジン、ハイドロキノン、メトキノンを用いることが好ましい。
【0022】
上記ゲル化防止剤の量としては、例えば、脱水反応条件、中でも反応系に作用させる熱量や反応系内に仕込む脱水溶剤量等に応じて、留出物の量に見合う量に適宜設定することが好ましく、例えば、反応原料であるアルコールやアミンと(メタ)アクリル酸の仕込み量の合計重量に対して、0.1〜5000重量ppmとすることが好ましい。0.1重量ppm未満であると、ゲル化防止剤の作用効果を充分に発揮することができないおそれがあり、5000重量ppmを超えると、作用させる量に見合う作用効果の発現が見込めず不経済となるおそれがある。より好ましくは、5〜500重量ppmである。
【0023】
上記ゲル化防止剤を検出装置に作用させる方法としては、ゲル化防止剤が有する作用効果を有効に発揮できる方法であれば特に限定されず、例えば、作用させる検出装置内の部位にノズルを設け、ノズルからゲル化防止剤を注入することができる。作用させる部位としては、脱水溶剤と生成水との界面近傍や、気相部と液相部(脱水溶剤)との界面近傍とすることが好ましい。また、作用させる時期としては、水分離器に脱水溶剤や水が存在するときである。特に、水分離器の脱水溶剤や水相中に(メタ)アクリル酸等の重合性の単量体が存在する間に作用させるのが好ましい。特に、該単量体が水分離器に供給される時期、即ち、脱水反応生成物の脱水中や、脱水溶剤留去中に作用させることが好ましい。更に、作用させるゲル化防止剤の形態としては、溶剤等により液化(溶解)した形態、粉末状等の固化した形態、昇華した状態を含む気化した形態等が挙げられ、これらの中でも、溶剤等により液化した形態、特に脱水溶剤と同種の溶剤により液化した形態とすることが好ましい。
【0024】
本発明における水分離器及びそれに備えられる供給管や邪魔板の材質としては特に限定されず、公知の材質が使用できるが、例えば、SUS製、好ましくは、耐蝕性の点から、SUS304、SUS316、SUS316L、より好ましくは、SUS316、SUS316L等が挙げられる。また、水分離器の内部にグラスライニング加工やテフロン加工等が施されて反応原料及び生成物の腐食性に対して不活性なものとしてもよい。
【0025】
本発明における水分離器を図1を用いて説明する。
図1は、本発明における水分離器を例示した概念図である。この図1では、供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有し、更に邪魔板が備えられ、脱水溶剤と生成水との界面の検出装置として界面計(A)と共に、邪魔板より供給管と反対側の水分離器の室〔室(B)〕における気相部と液相部(脱水溶剤)との気液界面の検出装置として界面計(B)が設けられ、下部に生成水出口と脱水溶剤出口とを有して構成された水分離器の一形態が示されている。この形態では、供給管が有する気相部の開放口が、供給管の側面に空けた複数個の穴であり、かつ、邪魔板と反対方向にあり、また、水分離器の下部の径が上部の径よりも細く、生成水出口と脱水溶剤出口とに接続される配管にはコントロールバルブ(図示せず)が備えられ、脱水溶剤と生成水との界面が下部に保たれるようにコントロールバルブにより制御され、更に、界面計(A)及び界面計(B)の内部にゲル化防止剤を作用させるノズル(ゲル化防止剤注入口)が備えられている。
【0026】
上記図1ではまた、供給管がコンデンサ(図示せず)に接続され、反応槽で発生したガス状留出物は、コンデンサにより凝縮液化され、供給管を通過して、邪魔板より供給管側の水分離器内の室〔室(A)〕に入り、室(A)では下相に生成水が溜まり、上相には脱水溶剤が溜まることになる。また、室(A)の上相に溜まった脱水溶剤は、邪魔板の上を越流して室(B)に入って溜まることになる。室(A)に溜まった生成水は、脱水溶剤と生成水との界面が一定の位置になるように界面計(A)で界面を検知しながらコントロールバルブにより調整されて生成水出口から除去され、また、室(B)に溜まった脱水溶剤は、界面計(B)で界面を検知しながらコントロールバルブにより調整されて脱水溶剤出口から抜き出され、反応槽に還流されることになる。このとき、界面計(A)及び界面計(B)の内部には、ゲル化防止剤が作用され、ゲル状物の形成による閉塞が防止されることになる。なお、図1中、脱水溶剤と生成水とが斜線で示されている。
【0027】
上記図1において、供給管が有する気相部と液相部の開放口の位置としては、例えば、気相部や液相部の開放口から出た留出物が室(B)に入ったり水分離器の内壁に付着したりしにくいところに設定することが好ましい。また、邪魔板は充分に高くすることが好ましい。邪魔板が低過ぎると、室(A)中で留出物が脱水溶剤と生成水とに比重分離される前に邪魔板の上を越流し、室(B)に入ってしまうおそれがあり、また水分離器の容量を充分に有効利用できないからである。
【0028】
上記図1の形態では、水分離器における下部の径が上部の径よりも充分に細くなるように設定することが好ましい。例えば、下部の径と上部の径との直径の比率が、1/20〜1/2となるように設定することが好ましい。1/20よりも下部の径が細過ぎると、高さを高くしないと貯水容量が減るため水分離器が大きくなり過ぎるおそれがあり、1/2よりも下部の径が太いと、脱水溶剤と生成水との界面の検知精度が充分に向上しないおそれがある。より好ましくは、1/10〜1/3である。
【0029】
上記図1の形態ではまた、水分離器における下部の高さと上部の高さとの比率が、1/30〜1/1となるように設定することが好ましい。1/30よりも下部の高さが低過ぎると、下部に溜まった生成水が上部へ流入して脱水溶剤と生成水との界面の検知精度が充分に向上しないおそれがあり、1/1よりも下部の高さが高過ぎると、装置が大きくなり過ぎるおそれがある。より好ましくは、1/10〜1/2である。
【0030】
本発明の脱水反応生成物の製造方法に用いられる水分離器は、上述したように、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する脱水反応工程を含んでなり、反応槽と水分離器とを必須として用いる脱水反応生成物の製造方法において、副生する生成水を反応系から除去しつつ、反応槽内での突沸を防止し、脱水溶剤と生成水との界面の検知精度を向上させると共に安定化させ、しかも、ゲル状物の形成が充分に抑制されるようにすることにより、製造工程での不具合の発生や、各種の化学製品の性能や品質の低下を充分に抑制することができる作用効果を発揮するものである。このような水分離器は本発明の好ましい実施形態の一つである。
【0031】
本発明ではまた、上記脱水反応生成物が、セメント添加剤用重合体の製造原料として用いられることが好ましい。すなわち本発明の製造方法を用いて製造される脱水反応生成物から得られる重合体をセメント添加剤の製造原料として用いることが好ましい。これにより、セメント添加剤の製造において、その性能や品質が低下することが抑制されて安定的に製造することが可能となる。
【0032】
次に、脱水反応生成物を製造する方法として、脱水反応工程に続けて、必要に応じて中和工程、溶剤留去工程等を含んでなる方法について説明する。
上記脱水反応工程では、例えば、反応槽、コンデンサ及び該反応槽と該コンデンサとを接続する連結管を必須とする脱水反応装置と、該コンデンサと供給管により接続された水分離器とを用いて行われる。このような脱水反応装置を用いて、反応槽により脱水反応を行いつつ、コンデンサと水分離器とを用いて蒸留操作を行うことになる。
【0033】
上記脱水反応工程では、脱水反応が化学平衡となる場合には、反応によって生成される反応生成水を反応槽から取り除くと反応が進行することになる。このような工程では、(1)反応槽中で生成する反応生成水を取り除きやすくするため、必要により反応液に脱水溶剤を混合し、該脱水溶剤と生成水とを共沸させることにより気化された留出物を生じさせる操作、(2)該留出物が反応槽とコンデンサとを接続する連結管を通過してコンデンサに入り、該コンデンサ中で留出物を凝縮液化させる操作、(3)凝縮液化された留出物をコンデンサに接続された水分離器中で脱水溶剤と生成水とに分離する操作、(4)分離された脱水溶剤を反応槽中に還流させる操作、等の操作が行われることになる。
【0034】
上記反応槽とは、反応器や、反応容器、反応釜等と同じ意味内容で用いられるものであって、脱水反応を行うことができる容器であれば特に限定されるものではない。反応槽の形状は、特に限定されるものではない。多角型、円筒型等があるが、攪拌効率、取扱い性、汎用性等の点から円筒型が好ましい。また邪魔板の有無は問わない。反応槽の加熱方式は外部ジャケットにスチーム等の熱媒を接触させることによって加熱するものであっても良いし、反応槽の内部にコイル等の伝熱装置を備えていて加熱するものであっても良い。このような反応槽の内部の材質としては特に限定されず、公知の材質が使用できるが、例えば、SUS製、好ましくは、耐蝕性の点から、SUS304、SUS316、SUS316L、より好ましくは、SUS316、SUS316L等が挙げられる。また、反応槽の内部にグラスライニング加工等が施されて反応原料及び生成物に対して不活性なものとしてもよい。このような反応槽は、通常では脱水反応を均一に効率よく行うため攪拌機が備えられている。攪拌機は特に限定されるものではない。攪拌機は通常、電動モーター、軸、攪拌機から構成されるがその攪拌翼も形状を問わない。攪拌機としては、デスクタービン、ファンタービン、わん曲ファンタービン、矢羽根タービン、多段ファンタービン翼、ファウドラー翼、ブルマージン型、角度付き羽根、プロペラ型、多段翼、アンカー型、ゲート型、二重リボン翼、スクリュー翼、マックスブレンド翼等を挙げることができ、なかでも多段ファンタービン翼、ファウドラー翼が汎用性の点で好ましい。
【0035】
上記コンデンサとは、反応槽から生じる留出物を凝縮液化させる装置であり、該凝縮液化は、冷却液である管外流体と留出物とを熱交換させることにより行われる。
【0036】
上記コンデンサの材質としては、SUS304、SUS316、SUS316L等のSUS製や炭素鋼(CS)等、公知のものが使用できる。ゲル状物の発生をより低減するために、内面を鏡面仕上げやグラスライニング加工されたコンデンサを使用できるが、加工やメンテナンスにかかるコストの点から、SUS304、SUS316、SUS316L、好ましくは、SUS316、SUS316L等のSUS製のコンデンサを用いることが好ましい。
【0037】
上記コンデンサの伝熱面積としては、反応槽の容積等によって異なるが、例えば、反応槽30m3 では、50〜500m2 とすることが好ましい。より好ましくは、100〜200m2 である。このようなコンデンサに使用される冷却媒体としては、例えば、水やオイル等が挙げられる。
【0038】
上記水分離器の容積としては、反応槽の容積や留出物の留出量等によって異なるが、例えば、反応槽30m3 では、1〜20m3 とすることが好ましい。より好ましくは、3〜10m3 である。
【0039】
上記脱水反応工程は、アルコール及び/又はアミンと(メタ)アクリル酸とを脱水溶剤の存在下でエステル化及び/又はアミド化する工程であり、これによりエステル及び/又はアミドを生成することになる。このような工程において反応原料とされる化合物はそれぞれ単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。なお、本明細書中、上記のエステルやアミドをそれぞれエステル化物やアミド化物ともいう。
【0040】
上記エステル化反応に使用されるアルコールとしては、水酸基を有する化合物であれば特に限定されず、例えば、アルコール類、フェノール類、ジオール類、3価以上のアルコール類、ポリオール類等が挙げられる。例えば、アルコール類としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール、n−ブタノール、2−エチルブタノール、n−オクタノール、1−ドデカノール、1−オクタデカノール、2−エチルヘキサノール、シクロヘキサノール、アリルアルコール、3−メチル−3−ブテン−1−オール等の1級アルコール;iso−プロピルアルコール、2−ブタノール、2−ペンタノール、3−ペンタノール、2−ヘプタノール、3−ヘプタノール、メチルアミルアルコール、2−オクタノール、ノニルアルコールや、日本触媒社製「ソフタノール(商品名)」等の炭素数12〜14のアルコール等の2級アルコール;tert−ブタノール、tert−ペンタノール等の3級アルコール等が挙げられ、フェノール類としては、フェノール、クレゾール、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール等が挙げられ、ジオール類としては、モノエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、モノプロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ポリエチレンポリプロピレングリコール、ジエタノールアミン、N−ブチルジエタノールアミン等が挙げられ、3価以上のアルコール類やポリオール類としては、グリセリン、トリメチロールプロパン、1,3,5−ペンタントリオール、ペンタエリスリトール、グルコース、フラクトース、ソルビトール、グルコン酸、酒石酸、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
【0041】
上記アルコールとしてはまた、下記一般式(1)で表される化合物を含有することが好ましく、このような化合物は、アルコールにおける主成分として含有されることが好ましい。この場合、アルコール中には付加的にその他の成分を含んでいても含んでいなくてもよい。
【0042】
R1 (R2 O)nH (1)
式(1)中、R1 は、炭素数1〜30の炭化水素基を表す。R2 Oは、同一又は異なって、炭素数2〜18、好ましくは炭素数2〜8のオキシアルキレン基を表す。nは、R2 Oで表されるオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、0〜300、好ましくは2〜300の数である。なお、平均付加モル数とは、当該化合物1モル中における当該繰り返し単位のモル数の平均値を意味する。
【0043】
上記R1 の炭素数が30を超えたり、上記R2 Oの炭素数が18を超えたりすると、エステル化物を製造原料として得られる重合体の水溶性が低下し、セメント添加剤等に用いる場合の用途性能、すなわちセメント分散性能等が低下するおそれがある。また、上記nが300を超えると、一般式(1)で表される化合物と(メタ)アクリル酸との反応性が低下するおそれがある。
【0044】
上記R1 やR2 Oの好適な炭素数の範囲は、エステル化物の使用用途により設定されることになる。例えば、エステル化物をセメント添加剤用重合体の製造原料として用いる場合には、R1 としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、オクチル基、ノニル基、2−エチルヘキシル基、デシル基、ドデシル基、ウンデシル基、トリデシル基、テトラデシル基、ペンタデシル基、ヘキサデシル基、ヘプタデシル基、オクタデシル基、ノナデシル基、エイコシル基、ヘンエイコシル基、ドコシル基等のアルキル基;フェニル基等のアリール基;ベンジル基、ノニルフェニル基等のアルキルフェニル基;シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;アルケニル基;アルキニル基等が挙げられる。これらの中でも、炭素数1〜18の直鎖又は枝分かれ鎖のアルキル基及びアリール基とすることが好ましい。より好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、フェニル基である。
【0045】
上記R2 Oとしては、例えば、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基、オキシスチレン基等が挙げられ、これらの中でも、オキシエチレン基、オキシプロピレン基、オキシブチレン基が好ましい。なお、R2 Oは、一般式(1)で表される化合物を構成する繰り返し単位であり、各繰り返し単位は同一であってもよく、異なっていてもよい。このうち、2種以上の異なる繰り返し単位を有する場合には、各繰り返し単位はブロック状に付加していてもよく、ランダム状に付加していてもよく、特に限定されるものではない。
【0046】
上記nの範囲についても、エステル化物の使用用途により設定されることになり、例えば、エステル化物をセメント添加剤用重合体の製造原料として用いる場合には、2〜300とすることが好ましい。より好ましくは、5〜200であり、更に好ましくは、8〜150である。また、増粘剤等として用いる場合には、10〜250とすることが好ましい。より好ましくは、50〜200である。
【0047】
上記nが0の場合には、水との溶解性や沸点の点から、上記R1 は、炭素数4以上の炭化水素基であることが好ましい。すなわちnが0の場合には、特にメタノールやエタノール等のアルコールでは低沸点のため生成水と共に蒸発して生成水中に溶解することにより、当該アルコール原料の一部が反応系外に留去され、目的とするエステル化物の収率が低下することから、これを防止するためである。
【0048】
上記アミド化反応に使用されるアミンとしては特に限定されず、例えば、アンモニア;メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ドデシルアミン、セチルアミン等の脂肪族第一アミン類;ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジアミルアミン等の脂肪族第二アミン類;トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン等の脂肪族第三アミン類;アリルアミン、ジアリルアミン等の脂肪族不飽和アミン類;シクロプロピルアミン、シクロブチルアミン、シクロヘキシルアミン等の脂環式アミン類;アニリン、モノメチルアニリン、ジメチルアニリン、ジフェニルアニリン等の芳香族モノアミン類;o−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン等の芳香族ジアミン類;α−ナフチルアミン、β−ナフチルアミン等のアミノナフタリン類;ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、テトラプロピレンペンタミン等のポリアルキレンポリアミン類;モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、ポリエチレングリコール(モノ)アミン、ポリエチレングリコール(ジ)アミン等のオキシエチレンアミン類;尿素、チオ尿素等の尿素類;ポリエチレンイミン、ポリエチレンイミンへのエチレンオキサイド付加物、ポリエチレンイミンへのプロピレンオキサイド付加物等の高分子類等が挙げられる。
【0049】
上記エステル化反応やアミド化反応では、(メタ)アクリル酸と共に、その他のカルボキシル基を有する不飽和単量体を用いることができる。カルボキシル基を有する不飽和単量体とは、少なくともカルボキシル基と不飽和結合を有する単量体である。具体的には、クロトン酸、チグリン酸、シトロネル酸、ウンデシレン酸、エライジン酸、エルカ酸、ソルビン酸、リノール酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸類等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0050】
上記エステル化反応やアミド化反応においては、必要に応じて、反応系に触媒を添加して行ってもよく、触媒の存在下で反応を行うことが好ましい。特にエステル化反応では酸触媒が好適であり、反応を速やかに進行させることができる。このような酸触媒としては、水和物及び/又は水溶液の形態で用いてもよく、例えば、硫酸、メタンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸水和物、キシレンスルホン酸、キシレンスルホン酸水和物、ナフタレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸水和物、トリフルオロメタンスルホン酸、「Nafion(商品名、デュポン社製)」レジン、「Amberlyst 15(商品名)」レジン、リンタングステン酸、リンタングステン酸水和物、塩酸等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
【0051】
上記酸触媒の中でも、後述する脱水溶剤と水との共沸温度や反応温度等の点から、常圧(1013hPa)における沸点が高いもの、具体的には、常圧における沸点が150℃以上であるものが好ましい。より好ましくは、200℃以上である。このような酸触媒としては、例えば、硫酸(常圧における沸点:317℃)、パラトルエンスルホン酸(沸点:185〜187℃/13.3Pa(0.1mmHg))、パラトルエンスルホン酸水和物、メタンスルホン酸(沸点:167℃/1333.2Pa(10mmHg))等が挙げられる。これらの中でも、パラトルエンスルホン酸、パラトルエンスルホン酸水和物を用いることが好適である。
【0052】
上記酸触媒の使用量としては、所望の触媒作用を有効に発現することができる範囲であれば特に限定されず、例えば、0.4ミリ当量/g以下とすることが好ましい。0.4ミリ当量/gを超えると、エステル化反応時に反応系内で形成されるジエステルの量が増加し、それらを用いて合成されるセメント添加剤用重合体のセメント分散能が低下するおそれがある。より好ましくは、0.36〜0.01ミリ当量/gであり、更に好ましくは、0.32〜0.05ミリ当量/gである。なお、酸触媒の使用量(ミリ当量/g)とは、反応に使用した酸触媒のH+ の当量数(ミリ当量)を、反応原料の合計仕込み量(g)で割った値で表され、具体的には、下記式により算出される値を意味する。
【0053】
【数1】
【0054】
上記酸触媒の使用量としてはまた、各種の化学製品用途に適用される重合体の製造原料となるエステル化物やアミド化物の有用性や、このような適用用途に要求される基本性能である分散性能等に悪影響を及ぼすことになるゲル状物発生の防止・抑制の点から、反応原料の合計重量に対する酸触媒中の酸の重量の比をX(重量%)とし、酸触媒中の水和物及び/又は水溶液として存在する水分の重量の比をY(重量%)とした場合に、0<Y<1.81X−1.62
の関係式を満足することが好ましい。
【0055】
上記関係式について具体例を挙げて説明すれば、例えば、パラトルエンスルホン酸一水和物を例にとると、反応原料の合計重量に対するパラトルエンスルホン酸の重量の比がX(重量%)であり、反応原料の合計重量に対する一水和物として存在する水分の重量の比がY(重量%)であるのであって、決して、酸触媒以外の酸成分として、例えば、原料の(メタ)アクリル酸等や水分すなわちエステル化反応により生ずる反応生成水等は、上記XやYの対象物とはなり得ない。
【0056】
上記酸触媒の使用量が上記関係式を満足しない場合には、例えば、Yが0であると、酸触媒中に水和物及び/又は水溶液として存在する水分が存在しないこととなり、エステル化反応時に反応系内で形成されるゲルの量が増加し、それらを用いて合成されるセメント添加剤用重合体等の用途性能として、例えば、セメント分散能等が低下するおそれがある。また、Y≧1.81X−1.62であると、エステル化反応時に反応系内で形成されるゲルの量が増加し、上記と同様となる。
上記酸触媒の反応系への添加方法としては、一括、連続又は順次行ってもよいが、作業性の面からは、反応槽に、反応原料と共に一括で仕込むことが好ましい。
【0057】
上記エステル化反応やアミド化反応は、重合禁止剤の存在下で行われることが好ましい。これにより、反応原料中の不飽和カルボン酸とその生成物であるエステル化物及び/又はアミド化物の重合を防止することできる。このような重合禁止剤としては、公知の重合禁止剤が使用でき、特に限定されず、例えば、フェノチアジン、トリ−p−ニトロフェニルメチル、ジ−p−フルオロフェニルアミン、ジフェニルピクリルヒドラジル、N−(3−N−オキシアニリノ−1,3−ジメチルブチリデン)アニリンオキシド、ベンゾキノン、ハイドロキノン、メトキノン、ブチルカテコール、ニトロソベンゼン、ピクリン酸、ジチオベンゾイルジスルフィド、クペロン、塩化銅(II)等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、溶解性の点から、フェノチアジン、ハイドロキノン、メトキノンを用いることが好ましい。これらは、脱水反応工程においても溶剤留去工程においても極めて有効に重合禁止能を発揮することができる点から極めて有用である。
【0058】
上記重合禁止剤の使用量としては、反応原料であるアルコール、アミン及び酸の合計仕込量を100重量%とすると、0.001〜1重量%とすることが好ましい。0.001重量%未満であると、重合禁止能の発現が充分でなく、反応原料や生成物の重合を有効に防止しにくくなり、1重量%を超えると、エステル化物中に残留する重合禁止剤量が増えるため、品質及び性能が低下するおそれがあり、また、過剰に添加することに見合う効果も得られず、経済的な面から不利となるおそれがある。より好ましくは0.001〜0.1重量%である。
【0059】
上記エステル化やアミド化反応においては、脱水溶剤の存在下で脱水反応操作を行うことにより、反応系外に生成水と脱水溶剤とを共沸させ、凝縮液化して生成水を分離除去させながら還流させることにより行うことができる。これにより、エステル化反応やアミド化反応で生成する反応生成水を効率よく共沸できる。このような脱水溶剤としては、水と共沸する溶剤であれば特に限定されず、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、ジオキサン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、クロロベンゼン、イソプロピルエーテル等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、水との共沸温度が150℃以下であるものが好ましく、60〜90℃であるものがより好ましい。このような脱水溶剤として具体的には、シクロヘキサン、トルエン、ジオキサン、ベンゼン、イソプロピルエーテル、ヘキサン、ヘプタン等が挙げられる。水との共沸温度が150℃を超えると、反応時の反応系内の温度管理や留出物の凝縮液化処理等の制御等を含む取り扱い性が低下するおそれがある。
【0060】
上記脱水溶剤を用いる脱水反応操作において、脱水溶剤の使用量としては、反応原料であるアルコール、アミン及び酸の合計仕込量を100重量%とすると、0〜100重量%とすることが好ましい。100重量%を超えると、過剰に添加することに見合う効果が得られず、また、反応温度を一定に維持するために多くの熱量が必要となり、経済的な面から不利となるおそれがある。より好ましくは、2〜50重量%である。
【0061】
上記脱水反応工程において、エステル化反応やアミド化反応は、回分式や連続式いずれの反応操作方法によっても行ない得るが、回分式で行うことが好ましい。また、反応条件としては特に限定されず、反応が円滑に進行する条件であればよいが、例えば、反応温度としては、30〜180℃とすることが好ましい。より好ましくは、60〜130℃であり、更に好ましくは、90〜125℃であり、最も好ましくは、100〜120℃である。30℃未満であると、脱水溶剤の還流が遅くなり、脱水に時間がかかる他、反応が進行しにくくなるおそれがあり、180℃を超えると、反応原料の一部が分解することにより、エステル化物やアミド化物により得られる重合体において、セメント分散性能等の各種用途における分散性能や増粘特性の低下や、反応原料の重合、留出物への反応原料の混入量の増加、エステル化物やアミド化物の性能及び品質の劣化等が生じるおそれがある。
【0062】
上記反応条件において、反応時間としては、後述するように反応率が70%以上に達するまでとすることが好ましい。より好ましくは、80%以上に達するまで、更により好ましくは、98%以上に達するまでである。通常では、1〜100時間、好ましくは3〜60時間である。また、反応圧力としては、常圧又は減圧下のいずれで行ってもよいが、設備面から、常圧下で行うことが好ましい。
【0063】
上記エステル化反応やアミド化反応の反応率としては、70%以上となるように設定することが好ましい。70%未満であると、製造されるエステルやアミドの収率が不充分であり、これを重合原料として得られるセメント添加剤用重合体等の用途性能、すなわちセメント分散能等が低下するおそれがある。より好ましくは、70〜99%、更に好ましくは、80〜98%である。なお、上記反応率とは、反応原料であるアルコールやアミンの仕込み時及び反応終了時の量の比率であって、例えば、下記測定条件で液体クロマトグラフィー(LC)により各々のピークの面積として測定することにより、下記式により算出される値(%)である。
【0064】
【数2】
【0065】
反応率測定条件
解析装置:Waters社製 Millennium クロマトグラフィーマネージャー(商品名)
検出器:Waters社製 410 RI検出器(商品名)
使用カラム:GLサイエンス社製 イナートシルODS−2(内径4.6mm、長さ250mm)(商品名) 3本
カラム温度:40℃
溶離液:水8946g、アセトニトリル6000g及び酢酸54gを混合して、30%水酸化ナトリウム水溶液でpH4.0に調整した溶液を用いる。
流速:0.6ml/min
【0066】
本発明の脱水反応生成物の製造方法では、脱水反応工程において酸触媒を用いた場合には、酸触媒や(メタ)アクリル酸を中和する中和工程を行うことが好ましい。これにより、触媒が活性を失い、エステル化反応やアミド化反応により得られる脱水反応生成物の加水分解が抑制され、重合に関与しない不純物の発生が抑制された結果、重合体の品質や性能の低下を抑制することが可能となる。
【0067】
上記中和工程の方法としては、例えば、エステル化反応やアミド化反応の終了後、酸触媒を中和剤で中和することにより行う方法が好ましい。
上記中和剤としては、酸触媒を中和できるものであれば特に制限はない。例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の水酸化物;炭酸ナトリウム、炭酸カルシウム、炭酸リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属の炭酸塩;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等のアミン類等を挙げらることができ、これらが1種又は2種以上使用される。また、中和剤の形態としては特に限定されず、例えば、アルカリ水溶液の形態とすることが好ましい。
【0068】
上記中和工程では、酸触媒や(メタ)アクリル酸が中和されることになるが、酸触媒の全部と、(メタ)アクリル酸の一部が中和されるように設定することが好ましい。この場合、中和される(メタ)アクリル酸は、エステル化反応やアミド化反応後の残りの(メタ)アクリル酸を100重量%とすると、20重量%以下、好ましくは、0.01〜5重量%であることが好ましい。なお、酸触媒と(メタ)アクリル酸とでは、酸触媒の方が酸強度が大きいため、酸触媒から中和されることになる。
【0069】
上記中和工程における中和方法では、脱水溶剤中でエステル化反応やアミド化反応を行う場合には、アルカリと共に多量の水を反応系に添加することが好ましい。すなわち多量の水がない状態では、アルカリが脱水溶剤に難溶であるために濃い状態で系内に浮遊し、このような高濃度のアルカリの浮遊は中和に消費されるまでの長時間にわたって消失せず、エステル化物やアミド化物の加水分解を引き起こすことになる。この場合、水の添加量としては、アルカリの使用形態にもよるが、例えば、40〜60重量%のアルカリ水溶液を中和剤として添加する場合には、アルカリ水溶液とは別に、アルカリ水溶液の1重量部に対して、通常5〜1000重量部とすることが好ましい。より好ましくは、10〜100重量部である。5重量部未満であると、アルカリが反応系内で不均一になるおそれがあり、1000重量部を超えると、生産性を確保するために中和槽が別途必要となる等、生産コストが上昇するおそれがある。
【0070】
上記中和工程における中和温度としては、例えば、90℃以下とすることが好ましい。より好ましくは、0〜80℃である。更により好ましくは25〜65℃である。90℃を超えると、添加される中和剤が加水分解の触媒として作用し、加水分解生成物を多量に生成するようになるおそれがある。80℃以下であると、加水分解生成物の生成がより充分に抑制されることになるが、0℃未満であると、反応液が粘稠になることに起因して攪拌がしにくくなる他、反応後に水を留去するため所定の温度まで降温するのに長時間を要したり、室温よりも低い温度まで降温するのに新たに冷却手段(装置)を設けたりする必要が生じて生産コストが上昇するおそれがある。
【0071】
脱水溶剤を重合工程等に利用する場合を除いては、該脱水溶剤を留去することが好ましい。上記溶剤留去工程において、脱水溶剤の留去方法としては特に限定されず、例えば、脱水溶剤のみを留出するようにして留去してもよく、他の適当な添加剤を加えて留去してもよいが、水を用いて脱水溶剤と共沸させて留去することが好ましい。この場合、中和工程が行われたことにより、反応系内に酸触媒やアルカリが実質的に存在しないため、水を加えて昇温しても加水分解反応が起こらない。このような方法により、より低い温度で脱水溶剤を除去することができることになる。
【0072】
上記留去方法の条件としては、反応系内の脱水溶剤を好適に留出(蒸発)させるように設定すれば特に限定されず、例えば、溶剤留去中の反応槽内の液温(常圧下)としては、水を用いる場合には、通常80〜120℃とすることが好ましい。より好ましくは、90〜110℃である。また、水を用いない場合には、通常80〜160℃とすることが好ましい。より好ましくは、90〜150℃である。上記のいずれも場合にも、上記温度よりも低いと、脱水溶剤を蒸発させるのに充分な温度(熱量)とはならないおそれがあり、上記温度よりも高いと、重合を引き起こすおそれがある他、多くの熱量が大量の低沸点原料の蒸発に消費されるおそれがある。反応槽内の圧力としては、常圧下又は減圧下いずれで行ってもよいが、設備面から、常圧下で行うことが好ましい。
上記溶剤留去工程において用いる装置系としては、脱水反応工程で用いた装置系をそのまま使用することが好ましい。
【0073】
本発明の脱水反応生成物の製造方法により得られる脱水反応生成物は、各種の重合体、すなわちセメント添加剤や炭酸カルシウム、カーボンブラック、インク等の顔料分散剤、スケール防止剤、石膏・水スラリー用分散剤、石炭・水スラリー(CWM)用分散剤、増粘剤等の化学製品に用いられる重合体を製造するための製造原料として好適に適用されることになる。
【0074】
以下では、脱水反応生成物の製造方法により得られる脱水反応生成物を製造原料としてセメント分散剤用重合体を製造する方法や、該セメント分散剤用重合体を含有するセメント添加剤を製造する方法、該セメント添加剤を使用する方法について説明する。
【0075】
上記セメント分散剤用重合体としては、得られた脱水反応生成物と不飽和カルボン酸系単量体を必須成分とする単量体を重合して得られるポリカルボン酸系重合体が挙げられる。このようなポリカルボン酸系重合体の重合方法としては、特に制限はなく、例えば、重合開始剤を用いての溶液重合や塊状重合等の公知の重合方法を採用できる。
【0076】
上記不飽和カルボン酸系単量体としては例えば、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、チグリン酸、シトロネル酸、ウンデシレン酸、エライジン酸、エルカ酸、ソルビン酸、リノール酸等の不飽和モノカルボン酸類;マレイン酸、フマル酸、シトラコン酸、メサコン酸、イタコン酸等の不飽和ジカルボン酸類;これらのジカルボン酸とアルコールのモノエステル類等を挙げることができ、それらの一価金属塩、二価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩を挙げることができる。
【0077】
ポリカルボン酸系重合体には、必要に応じて不飽和カルボン酸系単量体以外の単量体を共重合させることもできる。この様な単量体としては、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルアルキルアミド等の不飽和アミド類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;ビニルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、スルホエチル(メタ)アクリレート、2−メチルプロパンスルホン酸(メタ)アクリルアミド、スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン酸類やそれらの一価金属塩、二価金属塩、アルモニウム塩、有機アミン塩類;スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル類;炭素数1〜18、好ましくは1〜15の脂肪族アルコールやベンジルアルコール等のフェニル基を有するアルコールと(メタ)アクリル酸とのエステル類;ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アクリレート;ポリアルキレングリコールモノ(メタ)アリルエーテル等が挙げられる。
【0078】
上記ポリカルボン酸系重合体は、特定の重量平均分子量を有する重合体であることが好ましい。例えば、下記測定条件のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、「GPC」という)によるポリエチレングリコール換算での重量平均分子量としては、例えば、500〜500000であることが好ましい。500未満であると、セメント添加剤の減水性能が低下するおそれがあり、500000を超えると、セメント添加剤の減水性能、スランプロス防止能が低下するおそれがある。より好ましくは、5000〜300000であり、最も好ましくは8000〜100000の範囲である。
【0079】
上記GPCは、溶離液貯蔵槽、溶離液の送液装置、オートサンプラー、カラムオーブン、カラム、検出器、データ処理機等から構成される。例えば、下記の市販の装置を組み合わせることにより測定条件を設定して分子量を測定することができる。
【0080】
分子量測定条件
機種 :LCモジュール1plus(商品名、WATERS社製)
検出器:示差屈折計(RI)410示差屈折計(商品名、WATERS社製)
溶離液:0.05M 酢酸ナトリウム、アセトニトリル/イオン交換水=40/60混合液を酢酸でpHを6に調整したものを使用する。
溶離液の流量:1.0ml/min
カラム:
TSK−GEL ガードカラム(内径6mm、長さ40mm)
+TSK−GEL G−4000SWXL(内径7.8mm、長さ300mm)
+TSK−GEL G−3000SWXL(内径7.8mm、長さ300mm)
+TSK−GEL G−2000SWXL(内径7.8mm、長さ300mm)
(いずれも商品名、東ソー社製)
カラムオーブンの温度:40℃
【0081】
検量線:検量線は、標準試料の分子量や数、ベースラインの引き方、検量線近似式の作製方法等により変化する。このため、以下の条件を設定することが好ましい。
1.標準試料
標準試料には、市販の標準ポリエチレンオキシド(PEO)と標準ポリエチレングリコール(PEG)を使用する。標準試料には、次の分子量のものを使用することが好ましい。
1470、4250、7100、12600、24000、46000、85000、219300、272500(合計9点)
これらの標準試料は、以下の点に配慮して選択した。
(1)分子量900以上の標準試料を7点以上使用する。
(2)分子量900〜2000の標準試料を少なくとも1点含む。
(3)分子量2000〜60000の標準試料を少なくとも3点含む。
(4)分子量200000±30000の標準試料を少なくとも1点含む。
(5)分子量270000±30000の標準試料を少なくとも1点含む。
【0082】
2.ベースラインの引き方
分子量の上限:水平で安定なベースラインからピークが立ち上がる点とする。
分子量の下限:主ピークの検出が終了した点とする。
3.検量線の近似式
上記標準試料を用いて作製した検量線(「溶出時間」対「log分子量」)は3次式の近似式を作製し、これを計算に用いる。
【0083】
上記ポリカルボン酸系重合体を含有するセメント分散剤では、良好なセメント分散性能及びスランプ保持性能を発揮することができるが、必要により、ポリカルボン酸系重合体以外の公知のセメント添加剤(セメント分散剤)を更に配合してもよい。
【0084】
上記セメント分散剤ではまた、空気連行剤、セメント湿潤剤、膨張剤、防水剤、遅延剤、急結剤、水溶性高分子物質、増粘剤、凝集剤、乾燥収縮低減剤、強度増進剤、硬化促進剤、消泡剤等を配合することができる。
このようにして得られるセメント分散剤は、セメントや水を含有するセメント組成物として、例えば、ポルトランドセメント、ビーライト高含有セメント、アルミナセメント、各種混合セメント等の水硬セメントや、石膏等のセメント以外の水硬性材料に用いられることになる。
【0085】
上記セメント分散剤の水硬性材料への添加量としては、従来のセメント分散剤に比較して少量の添加でも優れた効果を発揮することになるが、例えば、水硬セメントを用いるモルタルやコンクリート等に使用する場合には、セメントの重量を100重量%とすると、0.001〜5重量%となるような比率の量を練り混ぜの際に添加すればよい。0.001重量%未満であると、セメント分散剤の作用効果が充分に発揮されないおそれがあり、5重量%を超えると、その効果は実質的に頭打ちとなり、経済性の面からも不利となるおそれがある。より好ましくは、0.01〜1重量%である。これにより、高減水率の達成、スランプロス防止性能の向上、単位水量の低減、強度の増大、耐久性の向上等の各種の作用効果を奏することになる。
【0086】
【発明の実施の形態】
本発明の脱水反応生成物の製造方法について、装置構成の一実施形態の概略図を示した図2を用いて説明する。なお、このような実施形態は本発明の代表的な一例であり、本発明の実施形態はこれに限られるものではない。
【0087】
図2では、先ず所定温度まで昇温して脱水反応工程を行った後、所定温度まで降温して中和工程を行い、次いで所定温度まで昇温し脱水溶剤の溶剤留去工程を行うための装置構成が示されている。このような装置構成では、反応槽101内で脱水反応時に生成される反応生成水を含む留出物を留出させ、ゲル状物の発生を防止しながらコンデンサ125にて凝縮液化した後に、水分離器127にて反応生成水を分離除去し、残りの留出物をポンプ142により所定の溶剤循環速度で還流させて反応槽101に戻す循環機構が形成されている。このような循環機構では、反応槽101上部と向流又は並流接触形式の縦型多管式円管形コンデンサ125の塔頂部とが連結管123により連結され、コンデンサ125の下底部と水分離器127の上部とが供給管(配管)129により連結されることにより、反応槽101と水分離器127とが供給管129で繋がっている。
以下では、脱水反応としてエステル化反応を行う場合について説明する。
【0088】
反応槽101は、熱交換手段として、温水や加庄スチーム等を熱媒体に使用し得る外部ジャケット102が設けられている。また、反応槽101内には、反応温度を計測するための温度センサ(図示せず)が適当な数カ所の部位に取り付けられている。このような温度センサは、反応温度を規定の温度に保つために制御部本体(図示せず)に電気的に接続されている。上記装置機構としては、例えば、反応槽101に取り付けられたジャケット102等が挙げられる。
【0089】
上記実施形態における水分離器127としては、材質をSUS304製とし、その内部には邪魔板131が備えられ、邪魔板131で区切られた2つの室(A)133及び室(B)134が形成されている。この水分離器127では、供給管129は、室(A)133の液相部に開放口を有すると共に、供給管129の側面に空けた複数個の穴162により気相部にも開放口を有し、かつ、この気相部の開放口が邪魔板131と反対方向にある。図2中、水分離器127内部の矢印は、開放口からの留出物の流れ方向を示し、供給管129の複数個の穴162の部分が拡大図で示されている。また、水分離器127の下部の径が上部の径よりも細くなっている。更に、脱水溶剤と生成水との界面の検出装置として界面計(A)136及び気相部と液相部(脱水溶剤)との気液界面の検出装置として界面計(B)138が設けられ、界面計(A)136及び界面計(B)138の内部にゲル化防止剤を作用させている。
【0090】
上記水分離器ではまた気相部にコンデンサ128が取付けられている。水分離器の気相部中の脱水溶剤や揮発性の(メタ)アクリル酸等は、コンデンサ128で充分に冷却されるため、系外に放出されることはない。また、コンデンサ128には開放口(いわゆるベント)が備えられ、これにより、反応槽を加熱したときにも反応系内の圧力が過剰に上昇することはなく、計器の破損を防止している。
【0091】
上記水分離器127ではまた、コンデンサ125で凝縮液化された留出物が貯められる側の室(A)133の下部と生成水の処理タンク135とが配管137により連結され、配管137にはコントロールバルブ140が備えられ、処理タンク135には廃水用の配管139が連結されている。水分離器127のもう一方の室(B)134の下部は反応槽101と配管141で連結され、この配管141にもコントロールバルブ(図示せず)が備えられ、反応槽101内の生成水と共沸する脱水溶剤を貯蔵する脱水溶剤貯蔵タンク143と連結された配管145が合流(連結)されている。また、合流点の手前(水分離器127側)の配管141の経路上には循環ポンプ142が設置され、合流点の後方(反応槽101側)の配管141の経路上には流量計144が設けられている。更に、該流量計144には、計測される流量を積算し、溶剤循環速度を算出するための流量計測システム本体(図示せず)と電気的に接続されている。
【0092】
上記反応槽101には、アルコール原料用のステンレススチール(例えば、SUS304)製の原料貯蔵タンク103、(メタ)アクリル酸原料用の原料貯蔵タンク105、酸触媒用の触媒貯蔵タンク107、及び、脱水反応後に酸触媒を中和処理するための中和剤(中和剤水溶液)を貯蔵したカーボンスチール(例えば、高炭素鋼)製の中和剤貯蔵タンク111が備えられ、それぞれ配管113、115、117及び121により連結されている。配管117には、ポンプ167が設けられている。また、脱水反応時の反応系(反応槽101)内の重合を防止するための重合禁止剤を貯蔵した重合禁止剤貯蔵タンク109が配管119によりポンプ169を介して連結されている。
【0093】
上記原料貯蔵タンク105では、(メタ)アクリル酸が重合しやすく、例えば、メタクリル酸では、長期の保存や熱等によっても重合するため、通常では0.1重量%メトキノン等の微量の重合禁止剤が(メタ)アクリル酸に添加されている。また、図2では、常時30〜40℃に保温するため、ポンプ116を用いた外部ジャケット150(保温手段)を有する循環経路151が設けられ、(メタ)アクリル酸原料を常に30〜40℃に保持して重合しないように循環させるような装置構成となっている。
【0094】
上記原料貯蔵タンク105、配管115、ポンプ116及び循環経路151内部には、腐食性を有する(メタ)アクリル酸による腐食を防止するため、合成樹脂等の耐食性材料によるライニング加工が施されているものを使用することが好ましい。同様に、触媒貯蔵タンク107、配管117、ポンプ167にも酸触媒による腐食を防止するためにテフロン(商品名)、塩化ビニル等合成樹脂等の耐酸性材料によるライニング加工が施されているものを使用することが好ましく、ポンプ167にはマグネットポンプを用いることが好ましい。重合禁止剤の貯蔵タンク169、ゲル化防止剤の貯蔵タンク147、159には、攪拌装置を備えている(図示せず)。粉末状の重合禁止剤を溶剤に溶解させる場合には、充分に攪拌を行い、完全に溶解させることが好ましい。しかしながら、何らかの原因で完全に溶解していない重合禁止剤又はゲル化防止剤の溶液を、ポンプ160、169、179で移送すると、ポンプは閉塞を起こし停止することがある。このような事態は、溶解さえ充分であれば起こり得ないことであるが、ポンプ160、169、179には、少々のスラリー状の液体が移送されても滞りなく移送を継続できるポンプが好ましい。また、溶剤に溶解した重合禁止剤又はゲル化防止剤を移送する場合には、テフロン、バイトン(いずれも商品名)等の耐薬性の材料でシールされたポンプを使用することが好ましい。この様な条件を満たすポンプとしては、モーノポンプ(兵神装備社製)に適当なシールを施すのが最適である。また、反応槽101の下部には、エステル化反応により反応槽101内部に合成されたエステル化物を回収するための配管153が連結されている。
【0095】
上記図2ではまた、コンデンサ125におけるゲル状物の発生を抑制するため、コンデンサ125の塔頂部には噴霧ノズル126が設けられており、この噴霧ノズル126は、留出物のゲル化防止用のゲル化防止剤を貯蔵するゲル化防止剤貯蔵タンク147と配管149によりポンプ179を介して連結されている。同様に、反応槽101と連結管123の接続部付近には、噴霧ノズル(図示せず)が連結管123側から反応槽101側に向けて噴霧できるように設けられており、この噴霧ノズルは水分離器127と配管141により連結されている。
【0096】
上記循環機構の一部は、脱水反応後に、系内(反応槽101内)の生成物であるエステル化物を含有する溶液から脱水溶剤を含む留出物を留出し、ゲル状物の発生を防止しながら凝縮液化した後に、脱水溶剤を含む留出物を系外に除去するための循環機構としても利用されている。このような循環機構では、水分離器127に、配管157を介して、脱水溶媒を減圧吸引により除去するために真空ポンプ(エゼクタ)155が取り付けられている。また、上記図2では、留出物中の水相でのゲル化を充分に防止するため、新たにコンデンサ125の塔頂部に設けられた噴霧ノズル126に、水溶性重合禁止剤を溶かした水溶液(以下、単に「水溶性ゲル化防止剤」ともいう)を貯蔵する水溶性ゲル化防止剤貯蔵タンク159が配管161により連結されている。
【0097】
上記図2では、以上の装置構成により、以下に説明するように脱水反応生成物の製造が行われることになる。
先ず、脱水反応工程として、反応槽101内部に、各原料貯蔵タンク103及び105、触媒貯蔵タンク107、重合禁止剤貯蔵タンク109、並びに、脱水溶剤貯蔵タンク143より、配管113、115、117、119及び配管145を介した配管141を通じて、反応原料であるアルコール及び(メタ)アクリル酸、酸触媒、重合禁止剤及び脱水溶剤をそれぞれ所定量を仕込み、適宜設定された反応温度、ジャケット温度、圧力等の反応条件でエステル化反応を行う。これにより逐次生成する生成水は、反応槽101内に仕込まれた脱水溶剤と共沸され連結管123を通じて留出されることになる。留出されてきたガス流体、すなわち溶剤−水共沸物である留出物は、コンデンサ125に通され凝縮液化される。また、上記図2では、ゲル化防止剤貯蔵タンク147より配管149を通じてコンデンサ125の塔頂部に設けられた噴霧ノズル126から所定量のゲル化防止剤を連続的に噴霧して、ガス流体や凝縮液化物である留出物と接触させている。
【0098】
次いで、凝縮液化された留出物は、コンデンサ125の下部より供給管129を通じて水分離器127の室(A)133に貯められ、水相(下相)と溶剤相(上相)の2層に分離されることになる。このとき、供給管129の開放口が上述したように設定されていることから、水分離器127へ供給される留出物の圧力等が変動しても、突沸の発生、界面の検知精度の低下、界面の液ゆれ、ゲル状物の形成等の不具合が充分に抑制されることになる。また、下相の生成水は、配管137を通じて逐次抜かれ、生成水の処理タンク135に貯められる。このとき、界面計(A)136で水相と溶剤相との界面を検知しながら該界面が水分離器127の下部の細い部分に保たれるように、配管137に備えられたコントロールバルブで水相の抜き取り量(留出量)を調整することにより制御されている。そして、処理タンク135内で、必要に応じて、環境基準(廃水基準)値を満足するように化学的又は生物学的に処理された後、配管139を通じて、本装置系外に廃水される。一方、室(A)133において、ノズル126より噴霧されたゲル化防止剤を含有する上相となる溶剤相は、邪魔板131をオーバーフローして隣の室(B)134に貯められる。そして、溶剤相はポンプ142を介し、配管141を通じて所定の溶媒循環速度で還流され反応槽101に戻されることになる。このとき、配管141に備えられたコントロールバルブやポンプ142により溶媒循環速度が調整されることになる。これらの操作において、水分離器127が上述した構造であるため、本発明の作用効果を充分に発揮して、製造工程での不具合の発生を抑制すると共に、生成するエステル化物の性能や品質の低下を充分に抑制することが可能となる。このとき一部は反応槽101と連結管123の接続部付近に設けられた噴霧ノズルを通して噴霧され、反応槽101と連結管123の接続部付近でのゲル化を防止している。
【0099】
更に、中和工程として、脱水反応終了後、降温し反応槽101の内温(液温)が、例えば、60℃以下に降温するまで、反応槽101の外部ジャケット102に冷媒を通じて降温し、その後は所定温度以下を維持するように適宜調整しながら、中和剤貯蔵タンク111より配管121を通じて反応槽101内に、多量の水により所定の濃度まで薄められたアルカリ水溶液(中和剤)を添加することにより酸触媒や(メタ)アクリル酸の一部を部分中和することになる。
【0100】
上記中和工程が終了後、溶剤留去工程として、常圧下に、反応槽101の外部ジャケット102に熱媒(加圧スチーム)を通じて所定の温度まで昇温することにより、反応槽101内の脱水溶剤及び部分中和処理の際に加えられている水の他、(メタ)アクリル酸等も共沸されて、連結管123を通じて留出されることになる。留出されてきたガス状流体である溶剤−水共沸物は、コンデンサ125に通され凝縮液化されることになる。
【0101】
上記溶剤留去工程において凝縮液化された留出物は、留出した脱水溶剤を反応槽101に還流させない以外は、上記脱水反応工程における凝縮液化された留出物と同様に処理されることになる。
上記溶剤留去工程においては、溶剤と共に脱水反応工程に比して多量の水がコンデンサ125に入る。重合性化合物が水相側においてゲル化することを防止するため、水溶性ゲル化防止剤貯蔵タンク159より配管161を通じてコンデンサ125の塔頂部に設けられた噴霧ノズル126から所定量の水溶性ゲル化防止剤を連続的に滴下して、留出物と接触させることが好ましい。
【0102】
上記溶剤留去工程の後、反応槽101内に、配管(図示せず)により連結されている水貯蔵タンク(図示せず)又は上水管(図示せず)より調整水を添加して所望の脱水反応生成物の水溶液を得ることになる。得られる脱水反応生成物の水溶液は、配管153より回収(貯蔵)される。
【0103】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これら実施例のみに限定されるものではない。なお、「部」は、特に断りのない限り「重量部」を意味し、「%」は、「重量%」を意味する。
【0104】
実施例1
温度計、攪拌機、水分離器及び円柱型還流冷却管(コンデンサ)各1個を備えた外部ジャケット付円筒型反応槽にメトキシポリ(n=10)エチレングリコール12340部、メタクリル酸6000部、硫酸381部、フェノチアジン4部及びシクロヘキサン5300部を仕込み、反応温度85℃でエステル化反応を行った。
反応槽は、外径が3.6m(ジャケットの厚さを含む)、高さが3.8m、内容量が30m3 であり、反応槽の中心から1.15mの位置に内径0.2mの連結管を接続できる構造とした。コンデンサは、外径が0.9m、高さが4mの縦型多管型熱交換器(固定管板型)であり、内部に長さが3.5m、外径が24mm、厚さが2mmの伝熱管を624本もち、塔頂部に禁止剤の溶液を噴霧できる構造とした。
【0105】
水分離器は、円筒型槽であり、図1に示されるように、供給管及び邪魔板が備えられ、界面計(A)及び(B)が設けら、上部及び下部により構成された構造とした。これらの材質はSUS304製とした。上部は高さ2.6m、内径を直径2.2mとし、下部は高さ0.36m、内径を直径0.2mとした。また、邪魔板は平板とし、上部の底からの高さが2mとなるように円柱の中心から0.55mの位置に設置した。更に、供給管は円管とし、内径を直径25mmとし、上部の底からの高さが0.4mとなる位置を液相部の開放口とし、気相部と液相部との界面となる位置から上に30〜100mmの位置に、直径13mm(1/2inch)の円形の穴4個を邪魔板とは反対方向に縦一列に等間隔に空け、気相部の開放口とした。そして、界面計(A)及び(B)にはノズルを設け、ゲル化防止剤を注入することができるようにした。
【0106】
別途、溶解槽にフェノチアジン0.5部とシクロヘキサン578部を混合し、シクロヘキサンの還流開始(内温82℃)からエステル化反応終了までの間、コンデンサの塔頂部へモーノポンプ(兵神装備社製)を用いてスプレーノズルから噴霧した。また、反応槽の連結部にも、シクロヘキサンをスプレーノズルから噴霧し、界面計(A)及び(B)には5回に1回フェノチアジン1部を添加してメタクリル酸の重合を防止した。約24時間でエステル化率が99%に達したのを確認した。反応生成水の総量で反応率を随時監視した。この反応中、コントロールバルブによって反応生成水の抜き出し量を調整してシクロヘキサンと水との界面を水分離器の下部内に保つように制御した。また、水分離器から反応槽にシクロヘキサンを還流させた。
【0107】
得られたエステル化反応液に50℃以下で49%水酸化ナトリウム水溶液967部及び水3800部を加えて硫酸とメタクリル酸の一部を中和した。中和後98℃まで昇温し、シクロヘキサンを水との共沸で留去した。シクロヘキサンの留去中、コンデンサの塔頂部へ上記溶解槽のゲル化防止剤溶液を噴霧した。また連結管のジャケットには上部から蒸気を噴き込み、下部の2箇所の出口(反応槽側とコンデンサ側)からドレイン及び蒸気を抜き出すことによって保温した。そして、シクロヘキサン留去後冷却してエステル化物の水溶液(M1)を得た。得られた水溶液(M1)は、別途設けた容器に移送した。以上の操作を30バッチ繰り返した。30バッチ操作している間、水分離器内の界面は精度よく一定に保たれ、突沸等は認められなかった。更に、界面計におけるゲル化によるトラブルもなかった。
【0108】
比較例1
水分離器として、供給管が側面に開放口を有さず、液相部の開放口だけにした以外は、実施例1と同様にしてエステル化物の水溶液を得た。以上の操作を30バッチ繰り返したがそのうち2回、反応槽における突沸が起こり、反応液の一部がコンデンサを通じて水分離管まで達した。そのため反応液と水分離管内の脱水溶剤(シクロヘキサン)を廃棄するとともに、脱水反応工程を停止して、連結管、コンデンサ、水分離管を洗浄した。
【0109】
比較例2
水分離器の界面の初期設定量を誤り、界面が水分離器の上部になった以外は、実施例1と同様にしてエステル化物の水溶液を得た。脱水反応工程中、反応生成水の量を正確に監視することができず、反応率の目標を達成したかどうか分からなくなった。
【0110】
比較例3
水分離器の界面計(A)及び界面計(B)にフェノチアジン(ゲル化防止剤)を添加しなかった以外は、実施例1と同様にしてエステル化物の水溶液を得た。以上の操作を30バッチ繰り返したがそのうち1回、溶剤留去工程で界面計(A)及び(B)でのゲル化によるトラブルが起こった。それぞれの界面計には、ゲルが付着し界面や液面を監視することができなかった。
【0111】
実施例2
温度計、攪拌機、水分離器及び冷却管(コンデンサ)を備えた円筒型反応槽にジエチレントリアミン6000部、アジピン酸7309部を仕込み、窒素雰囲気下で攪拌混合した。また水分離器にはコック部にゲル防止化剤としてメトキノン2部を仕込んだ。反応槽は外径が30cm(オイルバスで加温)、高さが50cm、内容量が0.03m3 であり、反応槽の中心から10cmの位置に内径約2cmの連結管を接続できる構造である。コンデンサは市販のガラス製ジムロート(冷却筒長40cm、柴田科学器械工業社製)を使用した。生成水分離器及び連結管には、市販の水分定量容器(容量25ml、コック付き、柴田科学器械工業社製)を使用した。この水分離器は、コックを閉じた状態では生成水の量がガラスの側面に刻まれた標線から読み取れるため、液面計の機能も兼ね備えている。反応生成水の量は液面の示す標線を読み取ることで監視され、標線の最大値になったところで下部のコックをひねって反応生成水を系外に排出し、新たに反応生成水を読み取ることができる。反応混合物が150℃になるまで昇温し縮重合に伴う反応生成水を除きながら20時間反応させ、縮重合物11332部を得た(生成水は1977部であった)。次にハイドロキノンメチルエーテル17部、メタクリル酸701部を仕込み、反応温度150℃でアミド化反応を行った。10時間アミド化反応を行った結果、反応生成水160部が生成水分離器で分離され、ポリアミドポリアミンであるアミド化物(M2)11890部を得た。反応中、生成水に含まれるメタクリル酸がゲル化することはなく、随時コックをひねって水を系外に排出し、生成水量を監視できた。
【0112】
比較例4
液面計の機能を兼ね備えた水分離器に、メトキノン(ゲル化防止剤)を添加しなかった以外は、実施例2と同様にしてアミド化物を得た。水分離器の標線の最大値に達したときに反応生成水を系外に排出するべくコックをひねったが、コックの部分でゲルが生じたため生成水を系外に排出できなかった。その時点より、反応生成水の量を監視できなくなった。
【0113】
【発明の効果】
本発明の脱水反応生成物の製造方法は、上述の構成よりなるので、製造工程での不具合の発生や、各種の化学製品の性能や品質の低下を充分に抑制することができ、また、得られる脱水反応生成物を高品質のものとすることができる。このような脱水反応生成物は、セメント添加剤(セメント分散剤)や炭酸カルシウム、カーボンブラック、インク等の顔料分散剤、スケール防止剤、石膏・水スラリー用分散剤、石炭・水スラリー(CWM)用分散剤、増粘剤等の化学製品の製造原料として好適に用いることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明における水分離器の一形態を示した概念図である。
【図2】本発明の脱水反応生成物の製造方法に用いられる装置構成の一形態を示した概略図である。
【符号の説明】
101 反応槽
102、150 ジャケット
103 アルコール用の原料貯蔵タンク
105 (メタ)アクリル酸用の原料貯蔵タンク
107 触媒貯蔵タンク
109 重合禁止剤貯蔵タンク
111 中和剤貯蔵タンク
113、115、117、119、121、130、137、139、141、145、149、153、157、161 配管
116、160、167、169、179 ポンプ
123 連結管
125、128 コンデンサ
126 噴霧ノズル
127 水分離器
129 供給管(配管)
131 邪魔板
133 水分離器内部の室(A)
134 水分離器内部の室(B)
135 生成水の処理タンク
136 界面計(A)
138 界面計(B)
140 コントロールバルブ
142 循環ポンプ
143 脱水溶剤貯蔵タンク
144 流量計
147 ゲル化防止剤貯蔵タンク
151 循環経路
155 真空ポンプ
159 水溶性ゲル化防止剤貯蔵タンク
162 供給管129に空けられた穴[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step in which an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid are esterified and / or amidated in the presence of a dehydration solvent, and obtained thereby. The present invention relates to a method for producing a cement additive.
[0002]
[Prior art]
A method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step is applied to the production of various esters and amides produced by reactions involving dehydration reactions such as esterification and amidation. Such esters and amides are useful as raw materials for producing various polymers, for example, as (meth) acrylic acid ester monomers and (meth) acrylic acid amide monomers. Such polymers include, for example, cement additives (cement dispersants), calcium carbonate, carbon black, pigment dispersants such as ink, scale inhibitors, gypsum / water slurry dispersants, coal / water slurry (CWM). It is suitably used for chemical products such as dispersants and thickeners.
[0003]
By the way, in the dehydration reaction step, the esterification reaction or amidation reaction is a reaction that reaches chemical equilibrium. Therefore, if the by-product water produced is not removed from the reaction system, that is, if the produced water is accumulated in the reaction system, The reaction to produce an amidate does not proceed. Therefore, the generated water is removed by distilling (azeotropically) this and the generated water using a dehydrated solvent. For example, a method of separating and removing generated water from the distillate, refluxing the dehydrated solvent to the reaction system and performing the reaction, and removing the dehydrated solvent by removing it from the reaction vessel containing the esterified product or amidated product after the reaction is completed. It has been.
[0004]
In JP-A-9-328346, in Comparative Examples 1 and 2, a reactor (separable flask) is provided with a thermometer, a stirrer, and a generated water separator so that the generated water can be separated. As methacrylic acid and methoxypolyethylene glycol (average addition mole number of oxyethylene group: 10 mol), sulfuric acid (Comparative Example 1) or paratoluenesulfonic acid (Comparative Example 2) as an acid catalyst, phenothiazine as a polymerization inhibitor, and dehydrating solvent Cyclohexane is charged and heated with stirring, the cyclohexane-water azeotrope is distilled off under normal pressure, and the esterification reaction is carried out by refluxing cyclohexane while removing the produced water with a water separator. A method of synthesizing a target esterified product by distilling off the cyclohexane thus produced is disclosed.
[0005]
However, in such a manufacturing method, after distilling the distillate with a condenser, the dehydrated solvent is refluxed while forming the interface between the dehydrated solvent and the produced water using a water separator to remove the produced water. However, when the distillate condensed and liquefied by the condenser is discharged to the water separator, there are the following problems.
[0006]
That is, (A) If a distillate discharge port is provided in the gas phase part of the water separator, the interface will be shaken by impact when the distillate reaches the liquid level, and the interface between the dehydrated solvent and the produced water will be It cannot be detected accurately. On the other hand, when the discharge port is provided in the liquid phase part of the water separator, not only is the interface swayed, but pressure is applied to the discharge port when distillate is discharged, and from the discharge port at the moment of discharge. The inside of the pipe connected to the reaction tank through the condenser is in a depressurized state, so that a pressure fluctuation occurs in the reaction tank, and the reaction liquid in the reaction tank bumps. (B) The interface cannot be detected accurately. In particular, when the amount of generated water is small or the liquid level is shaken, it is difficult to detect with high accuracy. (C) In the liquid level gauge attached to the water separator, since there is little substantial replacement of the liquid and the liquid pool is generated, a polymerizable such as (meth) acrylic acid distilled with the dehydrated solvent and the generated water is used. The monomer is polymerized to form a gel, so that the liquid level gauge does not function. There was a problem. When such a problem occurs, not only the dehydration reaction product cannot be stably produced, but also the safety is lowered, the repair cost is increased, and the production cost of the dehydration reaction product is increased.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above situation, and includes a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent, A method for producing a dehydration reaction product using a reaction vessel and a water separator as essential components, wherein (A) the by-product water produced is removed from the reaction system, while preventing bumping of the reaction solution, and (B) dehydration. By improving and stabilizing the detection accuracy of the interface between the solvent and the produced water, and (C) the formation of the gel-like substance is sufficiently suppressed, the occurrence of defects in the production process is sufficiently prevented. It aims at providing the manufacturing method of the dehydration reaction product which can be suppressed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent, The dehydration reaction step is performed using a reaction vessel and a water separator as essential, the water separator is provided with a supply pipe connected to the reaction vessel, and a gas phase part and a liquid phase part are provided therein. The supply pipe is a method for producing a dehydration reaction product having an open port in a gas phase part and a liquid phase part.
[0009]
The present invention is also a method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent, The dehydration reaction step is performed using a reaction tank and a water separator as essential, the water separator is provided with a supply pipe connected to the reaction tank, and a gas phase part and a liquid phase part are provided therein. And a method for producing a dehydration reaction product in which the diameter of the lower part is smaller than the diameter of the upper part, and the interface between the dehydrating solvent and the produced water is maintained at the lower part.
[0010]
The present invention further relates to a method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent, The dehydration reaction step is performed using a reaction tank and a water separator as essential, the water separator is provided with a supply pipe connected to the reaction tank, and a gas phase part and a liquid phase part are provided therein. And a method for producing a dehydrated reaction product in which a detection device for the interface between the dehydrated solvent and the generated water and / or the gas-liquid interface is provided, and an antigelling agent is allowed to act inside the detection device.
[0011]
As a result of diligent research to efficiently produce a high-quality dehydration reaction product, the present inventors have devised the supply pipe provided in the water separator used in the (A) dehydration reaction step, and the reaction solution suddenly boiled. (B) the interface between the dehydrated solvent and the produced water is stabilized and the detection accuracy is improved, and (B) the detection accuracy of the interface between the dehydrated solvent and the produced water is improved by devising the shape of the water separator; It has also been found that if the detection device provided in the water separator is devised, clogging with a gel-like substance in the detection device is sufficiently suppressed. Specifically, (1) the supply pipe provided in the water separator is set so as to have an opening in the gas phase portion and the liquid phase portion in the water separator, and (2) the shape of the water separator The lower diameter is smaller than the upper diameter, and the interface between the dehydrated solvent and the generated water is kept at the lower part, and (3) gelation is prevented inside the detection device provided in the water separator. The inventors have conceived that the above-mentioned problems can be solved brilliantly by acting an agent, and the present invention has been achieved. Further, since the product obtained by the method for producing a dehydration reaction product using such a water separator is of high quality, this product is preferably used as a raw material for producing a polymer for cement additives. It has also been found that it can be used.
The present invention is described in detail below.
[0012]
The method for producing a dehydration reaction product of the present invention comprises a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent. Moreover, in the form normally implemented of the manufacturing method of such a dehydration reaction product, following the dehydration reaction process, the neutralization process mentioned later, a solvent distillation process, etc. are included.
[0013]
First, the apparatus in the present invention used in the dehydration reaction step will be described.
The dehydration reaction step is performed using a reaction tank and a water separator as essential, and the water separator is provided with (1) a supply pipe connected to the reaction tank, and a gas phase section inside. A liquid phase part, and the supply pipe has an opening in the gas phase part and the liquid phase part. (2) a supply pipe connected to the reaction vessel is provided, and the gas phase part is provided inside. And a liquid phase part, and the lower diameter is smaller than the upper diameter, and the interface between the dehydrated solvent and the generated water is maintained at the lower part. (3) Connected to the reaction vessel And a gas phase part and a liquid phase part inside, and a detection device for the interface between the dehydrated solvent and the generated water and / or the gas-liquid interface is provided inside the detection device. It is the form which combined either of the forms which make a gelatinization inhibitor act, or these. A preferable form of such a water separator is a form in which all of the above (1) to (3) are combined.
In the present invention, the water separator is used, for example, the distillate vaporized in a reaction tank and condensed and liquefied by a condenser is separated into a dehydrated solvent and produced water, and the dehydrated solvent is reacted while removing the produced water. The operation of refluxing to the tank will be performed.
[0014]
In addition, a distillate means all the things distilled from a reaction tank by a dehydration reaction process and other processes. That is, the reaction product water distilled off from the reaction vessel, the product water from the raw material charged in the form of an aqueous solution, and a dehydrated solvent used for azeotroping with the product water as needed, was distilled (meta ) Means containing reaction raw materials such as acrylic acid, and examples of the form include gaseous and liquid forms.
[0015]
In the form (1), the supply pipe has open ports in the gas phase portion and the liquid phase portion. In this case, the liquid distillate is supplied from the opening of the liquid phase part of the supply pipe into the water separator, and the gaseous distillate is discharged from the opening of the gas phase part. The fluctuation of the pressure in the liquid phase portion can be suppressed, and thereby the operational effect of the present invention can be exhibited.
[0016]
In the water separator, the supply pipe connected to the reaction tank is a pipe for supplying a distillate from the reaction tank into the water separator. The form in which the reaction vessel and the water separator are connected is usually connected via a condenser, but is particularly limited as long as the distillate from the reaction vessel is supplied into the water separator. It is not something. The supply pipe may be a single pipe or a plurality of pipes, and may be branched or unbranched. Further, when branched, it has a branch pipe. For example, even if it has a branch pipe from the gas phase part to the liquid phase part, it is directed from the liquid phase part to the gas phase part. And may have a branch pipe. Furthermore, the cross-sectional shape is not particularly limited, and for example, a circular shape is preferable. Such a supply pipe is preferably in the form of a single pipe (circular pipe) having a circular cross section and no branch pipe. An open port means the supply port into the water separator of the distillate supplied from a supply pipe, and is a 1 or several hole provided in the front-end | tip and side surface of a supply pipe or a branch pipe. Although there is no restriction | limiting in particular as a shape of such an open port, For example, it is preferable that it is circular.
[0017]
In the form of (1), it is preferable that the opening of the gas phase part of the supply pipe is one or a plurality of holes formed in the side surface of the supply pipe. More preferably, it is preferable to devise so that liquid distillate is not ejected by discharging only gas through the opening of the gas phase portion. The diameter of the opening to the gas phase is preferably 1 to 200 mm, more preferably 5 to 100 mm, and even more preferably 10 to 50 mm. The number of open ports in the gas phase part is preferably 1 to 50, for example, depending on the size. More preferably, it is 1-10. By doing in this way, it becomes possible to fully suppress the fluctuation | variation of the pressure of the liquid phase part in a water separator.
[0018]
In the mode (1), it is preferable that the water separator is further provided with a baffle plate, and the opening of the gas phase part of the supply pipe is in the direction opposite to the baffle plate. By providing the baffle plate, in the liquid phase part in the water separator, the dehydrated solvent is present in the upper phase and the generated water is present in the lower phase (A), and overflow (overflow) from above the baffle plate. ) And the chamber (B) where the dehydrated solvent is present, the generated water can be efficiently removed and the dehydrated solvent can be refluxed. At this time, the opening of the liquid phase part that the supply pipe has is in the chamber (A), and the opening of the gas phase part that the supply pipe has is in the direction opposite to the baffle plate, The distillate to be discharged is prevented from being mixed into the chamber (B), thereby preventing the generated water from being mixed in the dehydrated solvent to be refluxed.
[0019]
In the form (2), the lower diameter of the water separator is smaller than the upper diameter, and the interface between the dehydrated solvent and the produced water is maintained at the lower part. Thereby, the detection accuracy of the interface between the dehydrated solvent and the generated water can be improved. Therefore, it is possible to stably perform the dehydration reaction in the dehydration reaction process by accurately controlling the reflux amount of the dehydrated solvent and the amount of extracted water and maintaining a stable interface between the dehydrated solvent and the generated water. It becomes. In this case, the form in which the diameter of the lower part becomes thinner than the diameter of the upper part includes, for example, a form that gradually or continuously narrows from the upper part to the lower part. It is preferable that the lower diameter is substantially constant and the lower diameter is smaller than the upper diameter. By making the diameter of the lower part substantially constant, the liquid volume can be easily converted from the height of the interface, and there is no error due to complicated calculation. In addition, as a method for controlling the interface between the dehydrated solvent and the produced water to be kept at the lower part, for example, the distillate is detected in the water separator while detecting the interface between the dehydrated solvent and the produced water using an interface meter. The speed can be adjusted by adjusting the speed supplied to the inside and the speed at which the dehydrated solvent and produced water separated in the water separator are removed to the outside of the water separator. At this time, it is preferable to control the position of the interface by adjusting the opening of the control valve.
[0020]
In the form (3), the water separator is provided with a detection device for the interface between the dehydrated solvent and the produced water, and the gelling inhibitor is allowed to act inside the detection device. Further, when the water separator is further provided with a baffle plate and a detection device for the interface between the gas phase portion and the liquid phase portion (dehydrated solvent) is provided in the chamber (B), the inside of the detection device is also gelled. It is preferable to make an inhibitor act. By causing an anti-gelling agent to act inside the detection device, it is sufficiently suppressed that the detection device is clogged with a gel-like material, causing problems in the manufacturing process and the performance and quality of various chemical products. The decrease can be sufficiently suppressed. The detection device is not particularly limited as long as it has a means capable of detecting the interface. For example, an apparatus having a detecting means using a specific gravity difference or electric resistance is mentioned. As will be described later in FIG. 1, a distillate liquefied from a water separator is introduced into a pipe to detect an interface, so-called It is preferable to use an interface meter.
[0021]
Examples of the anti-gelling agent include polymerization inhibitors, and specific examples include phenothiazine, tri-p-nitrophenylmethyl, di-p-fluorophenylamine, diphenylpicrylhydrazyl, N- ( 3-N-oxyanilino-1,3-dimethylbutylidene) aniline oxide, benzoquinone, hydroquinone, methoquinone, butylcatechol, nitrosobenzene, picric acid, dithiobenzoyl disulfide, cuperone, copper (II) chloride and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, it is preferable to use phenothiazine, hydroquinone, and methoquinone.
[0022]
The amount of the above-mentioned gelation inhibitor is appropriately set to an amount suitable for the amount of distillate depending on, for example, the dehydration reaction conditions, especially the amount of heat acting on the reaction system and the amount of dehydrated solvent charged into the reaction system. For example, it is preferable to set it as 0.1-5000 weight ppm with respect to the total weight of the charging amount of alcohol and amine which are reaction raw materials, and (meth) acrylic acid. If the amount is less than 0.1 ppm by weight, the effect of the gelation inhibitor may not be sufficiently exhibited. If the amount exceeds 5000 ppm by weight, the expression of the effect corresponding to the amount to be acted on cannot be expected, which is uneconomical. There is a risk of becoming. More preferably, it is 5 to 500 ppm by weight.
[0023]
The method for causing the anti-gelling agent to act on the detection device is not particularly limited as long as it is a method that can effectively exhibit the action and effect of the anti-gelling agent. For example, a nozzle is provided at a site in the detecting device to be acted on. An antigelling agent can be injected from the nozzle. The site to be acted on is preferably near the interface between the dehydrated solvent and the generated water or near the interface between the gas phase part and the liquid phase part (dehydrated solvent). In addition, the time of action is when the dehydrating solvent or water is present in the water separator. In particular, it is preferable to act while a polymerizable monomer such as (meth) acrylic acid is present in the dehydrating solvent or water phase of the water separator. In particular, it is preferable to act when the monomer is supplied to the water separator, that is, during the dehydration of the dehydration reaction product or during the dehydration solvent distillation. Furthermore, examples of the form of the antigelling agent to be acted include a form liquefied (dissolved) with a solvent, a solidified form such as a powder, a vaporized form including a sublimated state, etc. Among these, a solvent or the like It is preferable to use a form liquefied by the above, particularly a form liquefied by the same kind of solvent as the dehydrated solvent.
[0024]
The material of the water separator and the supply pipe and baffle plate provided in the present invention is not particularly limited, and known materials can be used. For example, SUS304, SUS316, preferably SUS304, SUS316, SUS316L, More preferably, SUS316, SUS316L, etc. are mentioned. Further, the water separator may be subjected to glass lining processing, Teflon processing, or the like so as to be inert to the corrosiveness of the reaction raw materials and products.
[0025]
The water separator in the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating a water separator in the present invention. In FIG. 1, a supply pipe is provided, a gas phase part and a liquid phase part are provided therein, a baffle plate is further provided, and an interface meter (A ) And an interface meter (B) as a device for detecting the gas-liquid interface between the gas phase part and the liquid phase part (dehydrated solvent) in the water separator chamber (chamber (B)) opposite to the supply pipe from the baffle plate One form of the water separator which is provided and has a product water outlet and a dehydrated solvent outlet at the bottom is shown. In this form, the opening of the gas phase section of the supply pipe is a plurality of holes formed in the side surface of the supply pipe, and is in the direction opposite to the baffle plate, and the diameter of the lower part of the water separator is A control valve (not shown) is provided in the pipe that is narrower than the upper diameter and connected to the product water outlet and the dehydrated solvent outlet, and is controlled so that the interface between the dehydrated solvent and the produced water is maintained at the lower part. The nozzle is controlled by a valve, and further provided with a nozzle (anti-gelling agent injection port) for allowing the anti-gelling agent to act inside the interfacial meter (A) and interfacial meter (B).
[0026]
In FIG. 1 above, the supply pipe is connected to a condenser (not shown), and the gaseous distillate generated in the reaction tank is condensed and liquefied by the condenser, passes through the supply pipe, and is provided on the supply pipe side from the baffle plate. In the chamber [A], the generated water accumulates in the lower phase and the dehydrated solvent accumulates in the upper phase. Further, the dehydrated solvent collected in the upper phase of the chamber (A) flows over the baffle plate and enters the chamber (B) and accumulates. The generated water accumulated in the chamber (A) is removed from the generated water outlet by being adjusted by the control valve while detecting the interface with the interface meter (A) so that the interface between the dehydrated solvent and the generated water is at a fixed position. The dehydrated solvent accumulated in the chamber (B) is adjusted by the control valve while detecting the interface with the interface meter (B), extracted from the dehydrated solvent outlet, and returned to the reaction vessel. At this time, an anti-gelling agent acts inside the interfacial meter (A) and the interfacial meter (B) to prevent clogging due to the formation of a gel-like material. In FIG. 1, the dehydrated solvent and the generated water are indicated by oblique lines.
[0027]
In FIG. 1 above, as the positions of the gas phase part and the liquid phase part opening port of the supply pipe, for example, distillate from the gas phase part or liquid phase part opening port enters the chamber (B). It is preferable to set in a place where it is difficult to adhere to the inner wall of the water separator. Further, it is preferable that the baffle plate is sufficiently high. If the baffle plate is too low, the distillate may overflow over the baffle plate before entering the chamber (B) before the distillate is separated into the dehydrated solvent and generated water in the chamber (A). Moreover, it is because the capacity of the water separator cannot be fully utilized effectively.
[0028]
In the form of FIG. 1, it is preferable that the lower diameter of the water separator is set to be sufficiently thinner than the upper diameter. For example, it is preferable that the ratio of the diameters of the lower and upper diameters is set to 1/20 to 1/2. If the diameter of the lower part is less than 1/20, if the height is not increased, the water storage capacity is reduced and the water separator may become too large. If the diameter of the lower part is less than 1/2, There is a possibility that the detection accuracy of the interface with the generated water is not sufficiently improved. More preferably, it is 1/10 to 1/3.
[0029]
In the form of FIG. 1 described above, it is also preferable that the ratio between the lower height and the upper height in the water separator is set to 1/30 to 1/1. If the height of the lower part is too lower than 1/30, the generated water accumulated in the lower part may flow into the upper part and the detection accuracy of the interface between the dehydrated solvent and the generated water may not be sufficiently improved. However, if the height of the lower part is too high, the device may become too large. More preferably, it is 1/10 to 1/2.
[0030]
As described above, the water separator used in the method for producing a dehydration reaction product of the present invention esterifies and / or amidates alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent. In a method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step and using a reaction vessel and a water separator as essential, byproduct water produced as a by-product is removed from the reaction system, and bumping in the reaction vessel is prevented. In addition, by improving and stabilizing the detection accuracy of the interface between the dehydrated solvent and the produced water, and by sufficiently suppressing the formation of gel-like substances, the occurrence of problems in the manufacturing process and various It has the effect of being able to sufficiently suppress the deterioration of the performance and quality of chemical products. Such a water separator is one of the preferred embodiments of the present invention.
[0031]
In the present invention, the dehydration reaction product is also preferably used as a raw material for producing a polymer for cement additive. That is, it is preferable to use a polymer obtained from a dehydration reaction product produced using the production method of the present invention as a raw material for producing cement additives. Thereby, in manufacture of a cement additive, the fall of the performance and quality is suppressed, and it becomes possible to manufacture stably.
[0032]
Next, as a method for producing a dehydration reaction product, a method comprising a neutralization step, a solvent distillation step, etc. as necessary following the dehydration reaction step will be described.
In the dehydration reaction step, for example, using a dehydration reaction apparatus that essentially includes a reaction tank, a condenser, and a connecting pipe for connecting the reaction tank and the condenser, and a water separator connected to the condenser and a supply pipe. Done. Using such a dehydration reaction apparatus, a distillation operation is performed using a condenser and a water separator while performing a dehydration reaction in a reaction vessel.
[0033]
In the dehydration reaction step, when the dehydration reaction is in chemical equilibrium, the reaction proceeds when the reaction water generated by the reaction is removed from the reaction tank. In such a process, (1) in order to make it easy to remove the reaction product water generated in the reaction vessel, if necessary, a dehydrating solvent is mixed with the reaction solution, and the dehydrated solvent and the generated water are azeotropically vaporized. (2) an operation in which the distillate passes through a connecting pipe connecting the reaction vessel and the condenser and enters the condenser, and the distillate is condensed and liquefied in the condenser; (3 ) Operation to separate the condensed and liquefied distillate into dehydrated solvent and produced water in a water separator connected to the condenser, (4) Operation to recirculate the separated dehydrated solvent into the reaction tank, etc. Will be done.
[0034]
The reaction vessel is used in the same meaning as the reactor, reaction vessel, reaction kettle and the like, and is not particularly limited as long as it is a vessel capable of performing a dehydration reaction. The shape of the reaction vessel is not particularly limited. Although there are a polygonal type and a cylindrical type, a cylindrical type is preferable from the viewpoints of stirring efficiency, handleability, and versatility. The presence or absence of a baffle plate does not matter. The reaction tank may be heated by bringing a heating medium such as steam into contact with the outer jacket, or it is equipped with a heat transfer device such as a coil inside the reaction tank for heating. Also good. The material inside such a reaction vessel is not particularly limited, and a known material can be used. For example, SUS304, SUS316, SUS316L, more preferably SUS316, made of SUS, preferably from the viewpoint of corrosion resistance. SUS316L etc. are mentioned. Moreover, it is good also as what is inactive with respect to a reaction raw material and a product by giving the glass lining process etc. inside the reaction tank. Such a reaction tank is usually equipped with a stirrer to perform a dehydration reaction uniformly and efficiently. The stirrer is not particularly limited. The stirrer is usually composed of an electric motor, a shaft, and a stirrer, but the stirrer may have any shape. As a stirrer, desk turbine, fan turbine, curved fan turbine, arrow blade turbine, multistage fan turbine blade, fowler blade, bull margin type, angled blade, propeller type, multistage blade, anchor type, gate type, double ribbon A blade, a screw blade, a Max blend blade, etc. can be mentioned. Among them, a multistage fan turbine blade and a Faudler blade are preferable from the viewpoint of versatility.
[0035]
The condenser is a device that condensates and distills the distillate generated from the reaction tank, and the condensation is performed by exchanging heat between the extra-fluid fluid that is the cooling liquid and the distillate.
[0036]
As the material of the capacitor, known materials such as SUS304, SUS316, SUS316L, etc., carbon steel (CS), and the like can be used. In order to further reduce the generation of gel-like substances, a capacitor whose inner surface is mirror-finished or glass-lined can be used. However, from the viewpoint of cost for processing and maintenance, SUS304, SUS316, SUS316L, preferably SUS316, SUS316L. It is preferable to use a SUS capacitor such as
[0037]
The heat transfer area of the capacitor varies depending on the volume of the reaction tank, etc.Three Then, 50-500m2 It is preferable that More preferably, 100-200m2 It is. Examples of the cooling medium used in such a condenser include water and oil.
[0038]
The volume of the water separator varies depending on the volume of the reaction tank, the amount of distillate, etc.Three Then, 1-20mThree It is preferable that More preferably, 3-10mThree It is.
[0039]
The dehydration reaction step is a step of esterifying and / or amidating alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent, thereby producing an ester and / or amide. . The compounds used as reaction raw materials in such steps may be used alone or in combination of two or more. In the present specification, the above esters and amides are also referred to as esterified products and amidated products, respectively.
[0040]
The alcohol used in the esterification reaction is not particularly limited as long as it is a compound having a hydroxyl group, and examples thereof include alcohols, phenols, diols, trivalent or higher alcohols, and polyols. For example, alcohols include methanol, ethanol, n-propanol, n-butanol, 2-ethylbutanol, n-octanol, 1-dodecanol, 1-octadecanol, 2-ethylhexanol, cyclohexanol, allyl alcohol, 3 Primary alcohols such as methyl-3-buten-1-ol; iso-propyl alcohol, 2-butanol, 2-pentanol, 3-pentanol, 2-heptanol, 3-heptanol, methylamyl alcohol, 2-octanol Secondary alcohols such as nonyl alcohol and alcohols having 12 to 14 carbon atoms such as “Softanol (trade name)” manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd .; tertiary alcohols such as tert-butanol and tert-pentanol; For example, phenol, And diols include monoethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene glycol, monopropylene glycol, dipropylene glycol, polyethylene, and the like. Polypropylene glycol, diethanolamine, N-butyldiethanolamine and the like, and trivalent or higher alcohols and polyols include glycerin, trimethylolpropane, 1,3,5-pentanetriol, pentaerythritol, glucose, fructose, sorbitol, Examples thereof include gluconic acid, tartaric acid, polyvinyl alcohol and the like.
[0041]
The alcohol preferably contains a compound represented by the following general formula (1), and such a compound is preferably contained as a main component in the alcohol. In this case, the alcohol may or may not contain other components.
[0042]
R1 (R2 O) nH (1)
In formula (1), R1 Represents a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. R2 O is the same or different and represents an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms, preferably 2 to 8 carbon atoms. n is R2 The average added mole number of the oxyalkylene group represented by O is represented by 0 to 300, preferably 2 to 300. The average added mole number means an average value of the number of moles of the repeating unit in 1 mole of the compound.
[0043]
R above1 The number of carbons exceeds 30 or the above R2 If the carbon number of O exceeds 18, the water solubility of the polymer obtained by using the esterified product as a production raw material is lowered, and there is a possibility that the use performance when used as a cement additive or the like, that is, the cement dispersion performance is lowered. . On the other hand, when n exceeds 300, the reactivity between the compound represented by the general formula (1) and (meth) acrylic acid may be lowered.
[0044]
R above1 Or R2 The range of the suitable carbon number of O will be set by the intended use of the esterified product. For example, when an esterified product is used as a raw material for producing a cement additive polymer, R1 As, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, tert-butyl group, pentyl group, hexyl group, octyl group, nonyl group, 2-ethylhexyl group, decyl group, dodecyl Group, undecyl group, tridecyl group, tetradecyl group, pentadecyl group, hexadecyl group, heptadecyl group, octadecyl group, nonadecyl group, eicosyl group, heneicosyl group, docosyl group and other alkyl groups; aryl group such as phenyl group; benzyl group, nonyl An alkylphenyl group such as a phenyl group; a cycloalkyl group such as a cyclohexyl group; an alkenyl group; an alkynyl group. Among these, it is preferable to set it as a C1-C18 linear or branched alkyl group and aryl group. More preferably, they are a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, and a phenyl group.
[0045]
R above2 Examples of O include an oxyethylene group, an oxypropylene group, an oxybutylene group, and an oxystyrene group. Among these, an oxyethylene group, an oxypropylene group, and an oxybutylene group are preferable. R2 O is a repeating unit constituting the compound represented by the general formula (1), and each repeating unit may be the same or different. Among these, in the case of having two or more different repeating units, each repeating unit may be added in a block shape or may be added in a random shape, and is not particularly limited.
[0046]
The range of n is also set depending on the intended use of the esterified product. For example, when the esterified product is used as a raw material for producing a polymer for a cement additive, it is preferably 2 to 300. More preferably, it is 5-200, More preferably, it is 8-150. Moreover, when using as a thickener etc., it is preferable to set it as 10-250. More preferably, it is 50-200.
[0047]
When n is 0, from the viewpoint of solubility in water and boiling point, R1 Is preferably a hydrocarbon group having 4 or more carbon atoms. That is, when n is 0, alcohol such as methanol or ethanol has a low boiling point, and therefore, it evaporates with the produced water and dissolves in the produced water, whereby a part of the alcohol raw material is distilled out of the reaction system, This is because the yield of the target esterified product is lowered, and this is prevented.
[0048]
The amine used in the amidation reaction is not particularly limited. For example, ammonia; aliphatic primary amines such as methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, dodecylamine, cetylamine; dimethylamine, diethylamine, dipropyl Aliphatic secondary amines such as amine and diamylamine; aliphatic tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, tripropylamine and tributylamine; aliphatic unsaturated amines such as allylamine and diallylamine; cyclopropylamine, cyclobutylamine, Alicyclic amines such as cyclohexylamine; aromatic monoamines such as aniline, monomethylaniline, dimethylaniline and diphenylaniline; aromatic diamines such as o-phenylenediamine and m-phenylenediamine; Aminonaphthalines such as naphthylamine and β-naphthylamine; polyalkylenepolyamines such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, pentaethylenehexamine, dipropylenetriamine, tripropylenetetramine, tetrapropylenepentamine; monoethanolamine, Oxyethylene amines such as diethanolamine, polyethylene glycol (mono) amine, polyethylene glycol (di) amine; ureas such as urea and thiourea; polyethyleneimine, ethylene oxide adducts to polyethyleneimine, propylene oxide additions to polyethyleneimine And high polymers such as products.
[0049]
In the esterification reaction or amidation reaction, an unsaturated monomer having another carboxyl group can be used together with (meth) acrylic acid. The unsaturated monomer having a carboxyl group is a monomer having at least a carboxyl group and an unsaturated bond. Specifically, unsaturated monocarboxylic acids such as crotonic acid, tiglic acid, citronellic acid, undecylenic acid, elaidic acid, erucic acid, sorbic acid, linoleic acid; maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid And the like, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
[0050]
In the esterification reaction or amidation reaction, a catalyst may be added to the reaction system as necessary, and the reaction is preferably performed in the presence of the catalyst. In particular, an acid catalyst is suitable for the esterification reaction, and the reaction can proceed rapidly. Such an acid catalyst may be used in the form of a hydrate and / or an aqueous solution. For example, sulfuric acid, methanesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid, paratoluenesulfonic acid hydrate, xylenesulfonic acid, xylenesulfone Acid hydrate, naphthalene sulfonic acid, naphthalene sulfonic acid hydrate, trifluoromethane sulfonic acid, “Nafion (trade name, manufactured by DuPont)” resin, “Amberlyst 15 (trade name)” resin, phosphotungstic acid, phosphotungsten An acid hydrate, hydrochloric acid, etc. are mentioned. These may be used alone or in combination of two or more.
[0051]
Among the above acid catalysts, those having a high boiling point at normal pressure (1013 hPa) in terms of the azeotropic temperature and reaction temperature of the dehydrating solvent and water described later, specifically, the boiling point at normal pressure is 150 ° C. or higher. Some are preferred. More preferably, it is 200 ° C. or higher. Examples of such an acid catalyst include sulfuric acid (boiling point at normal pressure: 317 ° C.), paratoluenesulfonic acid (boiling point: 185 to 187 ° C./13.3 Pa (0.1 mmHg)), paratoluenesulfonic acid hydrate. And methanesulfonic acid (boiling point: 167 ° C./1333.2 Pa (10 mmHg)). Among these, it is preferable to use paratoluenesulfonic acid and paratoluenesulfonic acid hydrate.
[0052]
The amount of the acid catalyst used is not particularly limited as long as a desired catalytic action can be effectively expressed. For example, it is preferably 0.4 meq / g or less. If it exceeds 0.4 meq / g, the amount of diester formed in the reaction system during the esterification reaction will increase, and the cement dispersibility of the polymer for cement additives synthesized using these may decrease. There is. More preferably, it is 0.36-0.01 meq / g, More preferably, it is 0.32-0.05 meq / g. In addition, the usage-amount (milli equivalent / g) of an acid catalyst is H of the acid catalyst used for reaction.+ Is represented by a value obtained by dividing the number of equivalents (milliequivalent) by the total charged amount (g) of the reaction raw material, and specifically means a value calculated by the following formula.
[0053]
[Expression 1]
[0054]
The amount of the acid catalyst used is also the usefulness of esterified products and amidated products used as raw materials for producing polymers applied to various chemical products, and the basic performance required for such applications. From the viewpoint of preventing or suppressing the generation of gel-like substances that adversely affect performance, etc., the ratio of the weight of the acid in the acid catalyst to the total weight of the reaction raw material is X (wt%), and hydration in the acid catalyst 0 <Y <1.81X-1.62, where Y (% by weight) is the weight ratio of water present as a product and / or aqueous solution.
It is preferable that the following relational expression is satisfied.
[0055]
The above relational expression will be described with a specific example. For example, taking paratoluenesulfonic acid monohydrate as an example, the ratio of the weight of paratoluenesulfonic acid to the total weight of the reaction raw materials is X (wt%). Yes, the ratio of the weight of water present as a monohydrate to the total weight of the reaction raw material is Y (% by weight), and never as an acid component other than the acid catalyst, for example, (meth) acrylic of the raw material Acids and moisture, that is, reaction product water generated by the esterification reaction, cannot be the above X and Y objects.
[0056]
In the case where the amount of the acid catalyst used does not satisfy the above relational expression, for example, when Y is 0, there is no moisture present as a hydrate and / or an aqueous solution in the acid catalyst. Occasionally, the amount of gel formed in the reaction system increases, and there is a risk that, for example, cement dispersibility may be reduced as the performance of the polymer for cement additive synthesized using them. If Y ≧ 1.81X−1.62, the amount of gel formed in the reaction system during the esterification reaction increases, and the same as above.
The acid catalyst may be added to the reaction system all at once, continuously or sequentially, but from the viewpoint of workability, it is preferable to charge the reaction tank together with the reaction raw materials.
[0057]
The esterification reaction or amidation reaction is preferably performed in the presence of a polymerization inhibitor. Thereby, polymerization of the unsaturated carboxylic acid in the reaction raw material and the esterified product and / or amidated product thereof can be prevented. As such a polymerization inhibitor, a known polymerization inhibitor can be used, and is not particularly limited. For example, phenothiazine, tri-p-nitrophenylmethyl, di-p-fluorophenylamine, diphenylpicrylhydrazyl, N -(3-N-oxyanilino-1,3-dimethylbutylidene) aniline oxide, benzoquinone, hydroquinone, methoquinone, butylcatechol, nitrosobenzene, picric acid, dithiobenzoyl disulfide, cuperone, copper (II) chloride and the like. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, phenothiazine, hydroquinone, and methoquinone are preferably used from the viewpoint of solubility. These are extremely useful in that they can exhibit the polymerization inhibiting ability very effectively both in the dehydration reaction step and in the solvent distillation step.
[0058]
As the usage-amount of the said polymerization inhibitor, when the total preparation amount of the alcohol, amine, and acid which are reaction raw materials shall be 100 weight%, it is preferable to set it as 0.001-1 weight%. If it is less than 0.001% by weight, the ability to inhibit polymerization is not sufficiently exhibited, and it is difficult to effectively prevent polymerization of reaction raw materials and products, and if it exceeds 1% by weight, polymerization remaining in the esterified product is prohibited. Since the amount of the agent increases, the quality and performance may be deteriorated, and an effect commensurate with the excessive addition may not be obtained, which may be disadvantageous from an economical viewpoint. More preferably, it is 0.001 to 0.1 weight%.
[0059]
In the above esterification or amidation reaction, by performing a dehydration reaction in the presence of a dehydrating solvent, the generated water and the dehydrated solvent are azeotroped outside the reaction system, and the product water is separated and removed by condensing into liquid. This can be done by refluxing. Thereby, the reaction product water produced | generated by esterification reaction or amidation reaction can be azeotroped efficiently. Such a dehydrating solvent is not particularly limited as long as it is an azeotropic solvent with water, and examples thereof include benzene, toluene, xylene, cyclohexane, dioxane, pentane, hexane, heptane, chlorobenzene, and isopropyl ether. These may be used alone or in combination of two or more. Among these, those having an azeotropic temperature with water of 150 ° C. or lower are preferable, and those having an azeotropic temperature of 60 to 90 ° C. are more preferable. Specific examples of such a dehydrating solvent include cyclohexane, toluene, dioxane, benzene, isopropyl ether, hexane, heptane, and the like. When the azeotropic temperature with water exceeds 150 ° C., handling properties including temperature control in the reaction system during the reaction and control such as a condensate liquefaction treatment of the distillate may be deteriorated.
[0060]
In the dehydration reaction operation using the dehydrating solvent, the amount of the dehydrating solvent used is preferably 0 to 100% by weight when the total amount of alcohol, amine and acid as reaction raw materials is 100% by weight. If it exceeds 100% by weight, an effect commensurate with the excessive addition cannot be obtained, and a large amount of heat is required to keep the reaction temperature constant, which may be disadvantageous from an economical viewpoint. More preferably, it is 2 to 50% by weight.
[0061]
In the dehydration reaction step, the esterification reaction and the amidation reaction can be carried out by either a batch or continuous reaction operation method, but it is preferably carried out in a batch manner. Moreover, it does not specifically limit as reaction conditions, What is necessary is just the conditions which reaction advances smoothly, For example, as reaction temperature, it is preferable to set it as 30-180 degreeC. More preferably, it is 60-130 degreeC, More preferably, it is 90-125 degreeC, Most preferably, it is 100-120 degreeC. When the temperature is lower than 30 ° C, the reflux of the dehydrating solvent is slowed down, and it takes time for dehydration, and the reaction may not easily proceed. In polymers obtained by chemicals and amidated products, the dispersion performance and viscosity increase characteristics in various applications such as cement dispersion performance, polymerization of reaction raw materials, increase in the amount of reaction raw materials mixed in the distillate, There is a risk of degradation of performance and quality of the amidated product.
[0062]
In the above reaction conditions, the reaction time is preferably set until the reaction rate reaches 70% or more as described later. More preferably, it reaches 80% or more, and even more preferably, it reaches 98% or more. Usually, it is 1 to 100 hours, preferably 3 to 60 hours. In addition, the reaction pressure may be performed under normal pressure or reduced pressure, but it is preferably performed under normal pressure from the viewpoint of equipment.
[0063]
The reaction rate of the esterification reaction or amidation reaction is preferably set to 70% or more. If it is less than 70%, the yield of the ester or amide produced is insufficient, and there is a risk that the application performance of the polymer for cement additive obtained using this as a polymerization raw material, that is, the cement dispersibility, etc. may be lowered. is there. More preferably, it is 70-99%, More preferably, it is 80-98%. The above reaction rate is the ratio of the amount of alcohol or amine that is a reaction raw material when charged and the amount at the end of the reaction. For example, it is measured as the area of each peak by liquid chromatography (LC) under the following measurement conditions. By doing so, it is a value (%) calculated by the following formula.
[0064]
[Expression 2]
[0065]
Reaction rate measurement conditions
Analysis device: Millennium Chromatography Manager (trade name) manufactured by Waters
Detector: 410 RI detector manufactured by Waters (trade name)
Column used: Inertsil ODS-2 (inner diameter 4.6 mm, length 250 mm) (product name), manufactured by GL Science
Column temperature: 40 ° C
Eluent: 8946 g of water, 6000 g of acetonitrile and 54 g of acetic acid are mixed, and a solution adjusted to pH 4.0 with 30% aqueous sodium hydroxide solution is used.
Flow rate: 0.6 ml / min
[0066]
In the method for producing a dehydration reaction product of the present invention, when an acid catalyst is used in the dehydration reaction step, it is preferable to perform a neutralization step of neutralizing the acid catalyst or (meth) acrylic acid. As a result, the catalyst loses its activity, the hydrolysis of the dehydration reaction product obtained by the esterification reaction or amidation reaction is suppressed, and the generation of impurities not involved in the polymerization is suppressed. It is possible to suppress the decrease.
[0067]
As the method of the neutralization step, for example, a method of neutralizing the acid catalyst with a neutralizing agent after completion of the esterification reaction or amidation reaction is preferable.
The neutralizing agent is not particularly limited as long as it can neutralize the acid catalyst. For example, alkali metal such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide and lithium hydroxide, hydroxide of alkaline earth metal; alkali metal such as sodium carbonate, calcium carbonate and lithium carbonate, carbonate of alkaline earth metal Salts: Amines such as ammonia, monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine and the like can be mentioned, and one or more of these are used. Moreover, it does not specifically limit as a form of a neutralizing agent, For example, it is preferable to set it as the form of alkaline aqueous solution.
[0068]
In the neutralization step, the acid catalyst and (meth) acrylic acid are neutralized, but it is preferable to set so that all of the acid catalyst and part of (meth) acrylic acid are neutralized. . In this case, the (meth) acrylic acid to be neutralized is 20% by weight or less, preferably 0.01 to 5 when the remaining (meth) acrylic acid after the esterification reaction or amidation reaction is 100% by weight. It is preferable that it is weight%. It should be noted that the acid catalyst and (meth) acrylic acid are neutralized from the acid catalyst because the acid catalyst has higher acid strength.
[0069]
In the neutralization method in the neutralization step, when an esterification reaction or an amidation reaction is performed in a dehydrating solvent, it is preferable to add a large amount of water together with an alkali to the reaction system. In other words, in the absence of a large amount of water, the alkali is hardly soluble in the dehydrating solvent, so it floats in the system in a concentrated state, and such a high concentration of alkali floats for a long time until it is consumed for neutralization. It does not disappear and causes hydrolysis of esterified products and amidated products. In this case, the amount of water added depends on the form of alkali used. For example, when 40 to 60% by weight of an alkaline aqueous solution is added as a neutralizing agent, the alkaline aqueous solution 1 is added separately from the alkaline aqueous solution. Usually, it is preferably 5 to 1000 parts by weight with respect to parts by weight. More preferably, it is 10 to 100 parts by weight. If the amount is less than 5 parts by weight, the alkali may become non-uniform in the reaction system. If the amount exceeds 1000 parts by weight, the production cost increases, such as a separate neutralization tank is required to ensure productivity. There is a risk.
[0070]
For example, the neutralization temperature in the neutralization step is preferably 90 ° C. or lower. More preferably, it is 0-80 degreeC. More preferably, it is 25-65 degreeC. When it exceeds 90 ° C., the added neutralizing agent acts as a catalyst for hydrolysis, and there is a possibility that a large amount of hydrolysis products may be generated. When the temperature is 80 ° C. or lower, the formation of hydrolysis products is more sufficiently suppressed. However, when the temperature is lower than 0 ° C., the reaction solution becomes viscous, which makes stirring difficult. In order to distill off water after the reaction, it takes a long time to lower the temperature to a predetermined temperature, or it is necessary to install cooling means (equipment) to lower the temperature to a temperature lower than room temperature. Cost may increase.
[0071]
Except for the case where the dehydrated solvent is used in the polymerization step or the like, the dehydrated solvent is preferably distilled off. In the solvent distillation step, the method for distilling off the dehydrated solvent is not particularly limited. For example, the solvent may be distilled off by distilling only the dehydrated solvent, or may be distilled off by adding other appropriate additives. However, it is preferable to azeotropically distill off with a dehydrating solvent using water. In this case, since the neutralization step is performed, there is substantially no acid catalyst or alkali in the reaction system. Therefore, the hydrolysis reaction does not occur even if the temperature is increased by adding water. By such a method, the dehydrated solvent can be removed at a lower temperature.
[0072]
The conditions for the distillation method are not particularly limited as long as the dehydrating solvent in the reaction system is suitably distilled (evaporated). For example, the liquid temperature in the reaction vessel during solvent distillation (under normal pressure) ), When water is used, it is usually preferably 80 to 120 ° C. More preferably, it is 90-110 degreeC. Moreover, when not using water, it is preferable to set it as 80-160 degreeC normally. More preferably, it is 90-150 degreeC. In any of the above cases, if the temperature is lower than the above temperature, there is a possibility that the temperature (calorie) sufficient to evaporate the dehydrated solvent may not be obtained. If the temperature is higher than the above temperature, polymerization may be caused. A large amount of heat may be consumed for evaporation of a large amount of low-boiling-point raw materials. The pressure in the reaction vessel may be under normal pressure or under reduced pressure, but it is preferably from the equipment side under normal pressure.
As the apparatus system used in the solvent distillation process, it is preferable to use the apparatus system used in the dehydration reaction process as it is.
[0073]
The dehydration reaction product obtained by the method for producing a dehydration reaction product of the present invention includes various polymers, that is, pigment additives such as cement additives, calcium carbonate, carbon black, ink, scale inhibitors, gypsum / water slurry. It is suitably applied as a production raw material for producing a polymer used in chemical products such as a dispersant for coal, a dispersant for coal / water slurry (CWM), and a thickener.
[0074]
In the following, a method for producing a polymer for cement dispersant using a dehydration reaction product obtained by the method for producing a dehydration reaction product as a production raw material, and a method for producing a cement additive containing the polymer for cement dispersant A method of using the cement additive will be described.
[0075]
Examples of the polymer for cement dispersant include a polycarboxylic acid polymer obtained by polymerizing a monomer having the obtained dehydration reaction product and an unsaturated carboxylic acid monomer as essential components. There is no restriction | limiting in particular as a polymerization method of such a polycarboxylic acid type polymer, For example, well-known polymerization methods, such as solution polymerization using a polymerization initiator, and block polymerization, are employable.
[0076]
Examples of the unsaturated carboxylic acid-based monomer include unsaturated monocarboxylic acids such as (meth) acrylic acid, crotonic acid, tiglic acid, citronellic acid, undecylenic acid, elaidic acid, erucic acid, sorbic acid, and linoleic acid; Unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid, fumaric acid, citraconic acid, mesaconic acid, itaconic acid; monoesters of these dicarboxylic acids and alcohols, etc., and monovalent metal salts, divalent metal salts thereof, Examples thereof include ammonium salts and organic amine salts.
[0077]
The polycarboxylic acid polymer may be copolymerized with a monomer other than the unsaturated carboxylic acid monomer, if necessary. Examples of such monomers include unsaturated amides such as (meth) acrylamide and (meth) acrylalkylamide; vinyl esters such as vinyl acetate and vinyl propionate; vinyl sulfonic acid, (meth) allyl sulfonic acid, Unsaturated sulfonic acids such as sulfoethyl (meth) acrylate, 2-methylpropanesulfonic acid (meth) acrylamide, and styrene sulfonic acid, and their monovalent metal salts, divalent metal salts, aluminum salts, organic amine salts; styrene, α- Aromatic vinyls such as methylstyrene; esters of (meth) acrylic acid with an alcohol having a phenyl group such as an aliphatic alcohol or benzyl alcohol having 1 to 18, preferably 1 to 15 carbon atoms; polyalkylene glycol mono ( (Meth) acrylate; polyalkylene glycol mono (meth) allyl Ether and the like.
[0078]
The polycarboxylic acid polymer is preferably a polymer having a specific weight average molecular weight. For example, the weight average molecular weight in terms of polyethylene glycol by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as “GPC”) under the following measurement conditions is preferably, for example, 500 to 500,000. If it is less than 500, the water reducing performance of the cement additive may be lowered, and if it exceeds 500,000, the water reducing performance and slump loss preventing ability of the cement additive may be lowered. More preferably, it is 5000-300000, Most preferably, it is the range of 8000-100,000.
[0079]
The GPC includes an eluent storage tank, an eluent liquid feeder, an autosampler, a column oven, a column, a detector, a data processor, and the like. For example, the molecular weight can be measured by setting measurement conditions by combining the following commercially available apparatuses.
[0080]
Molecular weight measurement conditions
Model: LC module 1plus (trade name, manufactured by WATERS)
Detector: differential refractometer (RI) 410 differential refractometer (trade name, manufactured by WATERS)
Eluent: 0.05M sodium acetate, acetonitrile / ion-exchanged water = 40/60 mixture whose pH is adjusted to 6 with acetic acid is used.
Eluent flow rate: 1.0 ml / min
column:
TSK-GEL guard column (inner diameter 6mm, length 40mm)
+ TSK-GEL G-4000SWXL (inner diameter 7.8 mm, length 300 mm)
+ TSK-GEL G-3000SWXL (inner diameter 7.8 mm, length 300 mm)
+ TSK-GEL G-2000SWXL (inner diameter 7.8 mm, length 300 mm)
(Both are trade names, manufactured by Tosoh Corporation)
Column oven temperature: 40 ° C
[0081]
Calibration curve: The calibration curve varies depending on the molecular weight and number of standard samples, how to draw a baseline, the method of preparing a calibration curve approximation formula, and the like. For this reason, it is preferable to set the following conditions.
1. Standard sample
As the standard sample, commercially available standard polyethylene oxide (PEO) and standard polyethylene glycol (PEG) are used. It is preferable to use a standard sample having the following molecular weight.
1470, 4250, 7100, 12600, 24000, 46000, 85000, 219300, 272500 (9 points in total)
These standard samples were selected in consideration of the following points.
(1) Use 7 or more standard samples having a molecular weight of 900 or more.
(2) At least one standard sample having a molecular weight of 900 to 2000 is included.
(3) At least three standard samples having a molecular weight of 2000 to 60000 are included.
(4) At least one standard sample having a molecular weight of 200,000 ± 30000 is included.
(5) At least one standard sample having a molecular weight of 270000 ± 30000 is included.
[0082]
2. How to draw a baseline
Upper limit of molecular weight: The peak rises from a horizontal and stable baseline.
Lower limit of molecular weight: The point where the detection of the main peak is completed.
3. Approximation formula of calibration curve
A calibration curve (“elution time” vs. “log molecular weight”) prepared using the above standard sample is prepared as an approximate expression of a cubic equation and used for the calculation.
[0083]
The cement dispersant containing the above-mentioned polycarboxylic acid polymer can exhibit good cement dispersion performance and slump retention performance, but if necessary, known cement additives (cement other than polycarboxylic acid polymer) A dispersant may be further blended.
[0084]
In the above cement dispersant, air entraining agent, cement wetting agent, swelling agent, waterproofing agent, retarder, quick setting agent, water-soluble polymer substance, thickener, flocculant, drying shrinkage reducing agent, strength enhancer, A hardening accelerator, an antifoamer, etc. can be mix | blended.
The cement dispersant obtained in this way is a cement composition containing cement and water, such as, for example, hydraulic cement such as Portland cement, high belite cement, alumina cement, various mixed cements, and cement such as gypsum. It will be used for other hydraulic materials.
[0085]
As the addition amount of the cement dispersant to the hydraulic material, an excellent effect is exhibited even when added in a small amount as compared with conventional cement dispersants. For example, mortar or concrete using hydraulic cement, etc. When the weight of cement is 100% by weight, a ratio of 0.001 to 5% by weight may be added at the time of mixing. If the amount is less than 0.001% by weight, the effect of the cement dispersant may not be sufficiently exhibited. If the amount exceeds 5% by weight, the effect substantially reaches its peak, which is disadvantageous in terms of economy. There is a fear. More preferably, it is 0.01 to 1 weight%. As a result, various effects such as achievement of a high water reduction rate, improvement in slump loss prevention performance, reduction in unit water volume, increase in strength, and improvement in durability are exhibited.
[0086]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The method for producing a dehydration reaction product of the present invention will be described with reference to FIG. 2 showing a schematic diagram of one embodiment of the apparatus configuration. Such an embodiment is a typical example of the present invention, and the embodiment of the present invention is not limited to this.
[0087]
In FIG. 2, the temperature is first raised to a predetermined temperature to perform a dehydration reaction step, then the temperature is lowered to a predetermined temperature to perform a neutralization step, and then the temperature is raised to a predetermined temperature to perform a dehydrating solvent evaporating step. The device configuration is shown. In such an apparatus configuration, the distillate containing the reaction product water generated during the dehydration reaction is distilled in the
Below, the case where an esterification reaction is performed as a dehydration reaction is demonstrated.
[0088]
The
[0089]
The
[0090]
The water separator also has a
[0091]
In the
[0092]
The
[0093]
In the raw
[0094]
The raw
[0095]
In FIG. 2, a
[0096]
Part of the circulation mechanism is to distill distillate containing dehydrated solvent from the solution containing esterified product, which is a product in the system (inside reaction tank 101), after the dehydration reaction, thereby preventing the generation of gel-like substances. While being condensed and liquefied, it is also used as a circulation mechanism for removing distillate containing a dehydrated solvent out of the system. In such a circulation mechanism, a vacuum pump (ejector) 155 is attached to the
[0097]
In FIG. 2 described above, the dehydration reaction product is produced by the above apparatus configuration as described below.
First, as a dehydration reaction step,
[0098]
Next, the condensed and liquefied distillate is stored in the chamber (A) 133 of the
[0099]
Further, as a neutralization step, after completion of the dehydration reaction, the temperature is lowered and the internal temperature (liquid temperature) of the
[0100]
After the neutralization step is completed, as the solvent distillation step, dehydration in the
[0101]
The distillate condensed in the solvent distillation step is treated in the same manner as the distillate condensed in the dehydration reaction step, except that the distilled dehydrated solvent is not refluxed to the
In the solvent distillation step, a larger amount of water enters the
[0102]
After the solvent evaporating step, adjusted water is added to the
[0103]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples. “Part” means “part by weight” unless otherwise specified, and “%” means “% by weight”.
[0104]
Example 1
A cylindrical reaction vessel with an external jacket equipped with a thermometer, a stirrer, a water separator, and a columnar reflux condenser (condenser) each was 12340 parts of methoxypoly (n = 10) ethylene glycol, 6000 parts of methacrylic acid, 381 parts of sulfuric acid. Then, 4 parts of phenothiazine and 5300 parts of cyclohexane were charged, and an esterification reaction was performed at a reaction temperature of 85 ° C.
The reaction tank has an outer diameter of 3.6 m (including the thickness of the jacket), a height of 3.8 m, and an internal volume of 30 m.Three The connecting tube having an inner diameter of 0.2 m can be connected to the position of 1.15 m from the center of the reaction vessel. The condenser is a vertical multi-tube heat exchanger (fixed tube plate type) with an outer diameter of 0.9 m and a height of 4 m. The length is 3.5 m inside, the outer diameter is 24 mm, and the thickness is 2 mm. This structure has 624 heat transfer tubes and can spray the inhibitor solution on the top of the tower.
[0105]
The water separator is a cylindrical tank, as shown in FIG. 1, provided with a supply pipe and a baffle plate, provided with interface meters (A) and (B), and constituted by an upper part and a lower part. did. These materials were made of SUS304. The upper part was 2.6 m in height and the inner diameter was 2.2 m, and the lower part was 0.36 m in height and the inner diameter was 0.2 m. The baffle plate was a flat plate, and was installed at a position 0.55 m from the center of the cylinder so that the height from the bottom of the upper part was 2 m. Furthermore, the supply pipe is a circular pipe, the inner diameter is 25 mm, the position where the height from the bottom of the upper part is 0.4 m is the opening of the liquid phase part, and it becomes the interface between the gas phase part and the liquid phase part Four circular holes with a diameter of 13 mm (1/2 inch) were formed at equal intervals in the vertical direction in the opposite direction to the baffle plate at positions 30 to 100 mm above the position to provide an opening for the gas phase part. The interface meters (A) and (B) were provided with nozzles so that an antigelling agent could be injected.
[0106]
Separately, 0.5 part of phenothiazine and 578 parts of cyclohexane were mixed in the dissolution tank, and the MONO pump (manufactured by Hyojin Equipment Co., Ltd.) was passed to the top of the condenser from the beginning of the reflux of cyclohexane (internal temperature 82 ° C) to the end of the esterification reaction. Was sprayed from a spray nozzle. Moreover, cyclohexane was sprayed also from the spray nozzle also to the connection part of the reaction tank, and 1 part of phenothiazine was added to the interfacial meters (A) and (B) once every 5 times to prevent polymerization of methacrylic acid. It was confirmed that the esterification rate reached 99% in about 24 hours. The reaction rate was monitored from time to time with the total amount of reaction product water. During this reaction, the amount of reaction product water extracted was adjusted by a control valve so that the interface between cyclohexane and water was kept in the lower part of the water separator. Cyclohexane was refluxed from the water separator to the reaction vessel.
[0107]
To the obtained esterification reaction solution, 967 parts of a 49% aqueous sodium hydroxide solution and 3800 parts of water were added at 50 ° C. or lower to neutralize a part of sulfuric acid and methacrylic acid. After neutralization, the temperature was raised to 98 ° C., and cyclohexane was distilled off azeotropically with water. During the distillation of cyclohexane, the gelation inhibitor solution in the dissolution tank was sprayed onto the top of the condenser tower. Further, steam was blown into the jacket of the connecting pipe from the upper part, and the drain and steam were extracted from two outlets (reaction tank side and condenser side) at the lower part to keep the temperature. Then, after cyclohexane was distilled off, cooling was performed to obtain an aqueous solution (M1) of the esterified product. The obtained aqueous solution (M1) was transferred to a separately provided container. The above operation was repeated 30 batches. During the 30 batch operations, the interface in the water separator was kept accurately and constant, and no bumping or the like was observed. Furthermore, there was no trouble due to gelation in the interface meter.
[0108]
Comparative Example 1
As the water separator, an aqueous solution of an esterified product was obtained in the same manner as in Example 1 except that the supply pipe did not have an opening on the side surface but only an opening in the liquid phase part. The above operation was repeated 30 batches, but twice of which, bumping occurred in the reaction tank, and a part of the reaction solution reached the water separation pipe through the condenser. Therefore, the reaction solution and the dehydrated solvent (cyclohexane) in the water separation tube were discarded, the dehydration reaction process was stopped, and the connecting tube, the condenser, and the water separation tube were washed.
[0109]
Comparative Example 2
An aqueous solution of an esterified product was obtained in the same manner as in Example 1 except that the initial setting amount of the interface of the water separator was incorrect and the interface became the upper part of the water separator. During the dehydration reaction process, the amount of reaction product water could not be accurately monitored, and it was not known whether the reaction rate target was achieved.
[0110]
Comparative Example 3
An aqueous solution of an esterified product was obtained in the same manner as in Example 1 except that phenothiazine (antigelling agent) was not added to the interface meter (A) and the interface meter (B) of the water separator. The above operation was repeated 30 batches, but once a problem occurred due to gelation in the interface meters (A) and (B) in the solvent distillation step. Gels adhered to each interface meter, and the interface and liquid level could not be monitored.
[0111]
Example 2
6000 parts of diethylenetriamine and 7309 parts of adipic acid were charged into a cylindrical reaction tank equipped with a thermometer, a stirrer, a water separator and a condenser (condenser), and stirred and mixed in a nitrogen atmosphere. The water separator was charged with 2 parts of methoquinone as a gel inhibitor in the cock part. The reaction tank has an outer diameter of 30 cm (heated with an oil bath), a height of 50 cm, and an inner volume of 0.03 m.Three The connecting tube having an inner diameter of about 2 cm can be connected to a position 10 cm from the center of the reaction vessel. A commercially available glass funnel (cooling cylinder length 40 cm, manufactured by Shibata Scientific Instruments Co., Ltd.) was used as the capacitor. A commercially available water determination container (capacity 25 ml, with a cock, manufactured by Shibata Kagaku Kikai Kogyo Co., Ltd.) was used for the produced water separator and the connecting tube. This water separator also has the function of a level gauge because the amount of generated water can be read from a marked line engraved on the side surface of the glass when the cock is closed. The amount of reaction product water is monitored by reading the marked line indicated by the liquid level. When the maximum value of the marked line is reached, the bottom cock is twisted to discharge the reaction product water out of the system, Can be read. The reaction mixture was heated to 150 ° C. and reacted for 20 hours while removing the reaction product water accompanying the condensation polymerization to obtain 11332 parts of the condensation polymer (product water was 1977 parts). Next, 17 parts of hydroquinone methyl ether and 701 parts of methacrylic acid were charged, and an amidation reaction was performed at a reaction temperature of 150 ° C. As a result of carrying out the amidation reaction for 10 hours, 160 parts of the reaction product water was separated by a product water separator to obtain 11890 parts of an amidated product (M2) which is a polyamide polyamine. During the reaction, methacrylic acid contained in the produced water did not gel, and the cock was twisted at any time to discharge water out of the system, and the amount of produced water could be monitored.
[0112]
Comparative Example 4
An amidated product was obtained in the same manner as in Example 2 except that methoquinone (anti-gelling agent) was not added to the water separator having the function of a liquid level gauge. When the maximum value of the water separator marked line was reached, the cock was twisted to discharge the reaction product water out of the system, but gel was formed in the cock part, so the product water could not be discharged out of the system. From that point on, the amount of reaction product water could not be monitored.
[0113]
【The invention's effect】
Since the method for producing a dehydration reaction product of the present invention has the above-described configuration, it is possible to sufficiently suppress the occurrence of defects in the production process and the degradation of performance and quality of various chemical products. The resulting dehydration reaction product can be of high quality. Such dehydration reaction products include cement additives (cement dispersants), calcium carbonate, carbon black, pigment dispersants such as ink, scale inhibitors, gypsum / water slurry dispersants, coal / water slurry (CWM). It can be suitably used as a raw material for producing chemical products such as dispersants and thickeners.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an embodiment of a water separator according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of an apparatus configuration used in the method for producing a dehydration reaction product of the present invention.
[Explanation of symbols]
101 reactor
102, 150 jacket
103 Raw material storage tank for alcohol
105 Raw material storage tank for (meth) acrylic acid
107 catalyst storage tank
109 Polymerization inhibitor storage tank
111 Neutralizing agent storage tank
113, 115, 117, 119, 121, 130, 137, 139, 141, 145, 149, 153, 157, 161 Piping
116, 160, 167, 169, 179 Pump
123 Connecting pipe
125, 128 capacitors
126 Spray nozzle
127 water separator
129 Supply pipe (pipe)
131 baffle
133 Chamber inside water separator (A)
134 Inside the water separator (B)
135 Generated water treatment tank
136 Interface meter (A)
138 Interface meter (B)
140 Control valve
142 Circulation pump
143 Dehydrated solvent storage tank
144 Flow meter
147 Anti-gelling agent storage tank
151 Circulation route
155 vacuum pump
159 Water-soluble anti-gelling agent storage tank
162 Hole drilled in
Claims (5)
該脱水反応工程は、反応槽と水分離器とを必須として用いて行われ、
該水分離器は、該反応槽と繋がった供給管が備えられ、かつ、内部に気相部と液相部とを有し、
該供給管は、気相部と液相部とに開放口を有する
ことを特徴とする脱水反応生成物の製造方法。A method for producing a dehydration reaction product comprising a dehydration reaction step of esterifying and / or amidating an alcohol and / or amine and (meth) acrylic acid in the presence of a dehydrating solvent,
The dehydration reaction step is performed using a reaction vessel and a water separator as essential,
The water separator is provided with a supply pipe connected to the reaction tank, and has a gas phase part and a liquid phase part inside,
The method for producing a dehydration reaction product, wherein the supply pipe has open ports in a gas phase portion and a liquid phase portion.
ことを特徴とする請求項1記載の脱水反応生成物の製造方法。The method for producing a dehydration reaction product according to claim 1, wherein the opening of the gas phase portion of the supply pipe is one or a plurality of holes formed in a side surface of the supply pipe.
前記供給管が有する気相部の開放口は、該邪魔板と反対方向にある
ことを特徴とする請求項1又は2記載の脱水反応生成物の製造方法。 The water separator further includes a baffle plate,
3. The method for producing a dehydration reaction product according to claim 1, wherein an opening of the gas phase portion of the supply pipe is in a direction opposite to the baffle plate .
R1O(R2O)nH (1)
(式中、R1は、炭素数1〜30の炭化水素基を表す。R2Oは、同一又は異なって、炭素数2〜18のオキシアルキレン基を表す。nは、R2Oで表されるオキシアルキレン基の平均付加モル数を表し、0〜300の数である。)で表される
ことを特徴とする請求項1、2又は3記載の脱水反応生成物の製造方法。The alcohol has the following general formula (1);
R 1 O (R 2 O) nH (1)
(In the formula, R 1 represents a hydrocarbon group having 1 to 30 carbon atoms. R 2 O is the same or different and represents an oxyalkylene group having 2 to 18 carbon atoms. N represents R 2 O. 4. The method for producing a dehydration reaction product according to claim 1, 2 or 3 , wherein the average added mole number of the oxyalkylene group is 0 to 300.
ことを特徴とする請求項1、2、3又は4記載の脱水反応生成物の製造方法。The dehydration reaction product manufacturing method according to claim 1, 2, 3 or 4 dehydration reaction products, wherein the used as a raw material for the production of cement additives polymers.
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