JP4070260B2 - アクリルをベースとしたポリマービーズの製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、架橋したアクリルをベースとしたポリマーのマイクロビーズ(microbeads)の調製方法およびこのようにして得られたマイクロビーズに関する。
【0002】
さらに詳しくは、本発明は、押し出し成形により、反射防止表面の形成に使用することができる架橋アクリルポリマーのマイクロビーズに関する。
【0003】
【従来の技術】
粒子径が10〜40ミクロン、一般的には約20ミクロンの、架橋したアクリルポリマーのマイクロビーズを使用して、前記反射防止表面を形成する技術が知られている。
【0004】
前記マイクロビーズを調製する工業的プロセスは、例えば、好ましくは、懸濁剤としてポリビニルアルコールを使用した懸濁液中で行われる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このプロセスの欠点は、このような大きさの粒子では、ほどんど遠心分離できないことにあり、実際、マイクロビーズを含有する水相の粘度が非常に高いため、3:1のオーダーの希釈比率で操作する必要もある。
【0006】
アクリルポリマーをベースとする通常のビーズ、例えば、平均直径が200−300ミクロンのPMMA、アトハース(ATOHAAS)社のアルツグラス(ALTUGLAS)(登録商標)として商業的によく知られているもの、の遠心分離については、1/5のオーダーの遠心分離速度で操作する必要がある。
【0007】
工業的観点からのさらなる欠点は、遠心分離後の前記マイクロビーズの乾燥に関することである。
【0008】
マイクロビーズの小さな粒径を考えると、破裂限界に近接しているため、不活性雰囲気中で操作をする必要がある。
【0009】
さらに、このようなプロセスにより得られる収率は70%オーダーであり、生態学的問題が生じ、廃水のCOD(化学的酸素要求量)は、50000ppmのオーダーである。
【0010】
よって、上述した欠点を克服し、特に、収率を増大させ、CODを低下させることを可能にし、いつでも使用できる工業的プロセスが必要とされている。
【0011】
反射防止表面は、実は、上述した粒径のマイクロビーズを使用することによってのみ、得ることができることを理解しておく必要がある。
【0012】
また、本出願人が行ったテストでは、10倍の大きさの粒子を使用すると、反射防止表面を得ることはできないことが示されている。
【0013】
しかして、予期せず驚くべきことに、以下に記載する調製方法を利用すると、押し出し成形を用い反射防止表面を得ることができるアクリルポリマーベースのビーズを製造することができることが知見された。
【0014】
【課題を解決するための手段および発明の実施の形態】
よって、本発明の目的は、少なくとも二官能性の架橋モノマーが少なくとも存在するアクリルモノマーの懸濁液中での重合プロセスにより10〜40ミクロンのマイクロビーズを調製する、アクリルポリマーベースのビーズ調製方法において、アクリルモノマーの第2の重合を、架橋したモノマーの不在下にて、懸濁相として、先行する重合にて得られた架橋剤を含有する懸濁液のフラクションを使用して行わしめるもので、該フラクションが、第2の重合で得られた最終ポリマーに対し3〜40重量%、好ましくは4.5〜25重量%の量のマイクロビーズを含有していることを特徴とする調製方法を提供することにある。
【0015】
予期しないことに、上述した条件下で操作をすることにより、押し出し成形に用いると反射防止表面を得ることができる、少なくとも80ミクロン、一般的には150−200ミクロンのビーズが得られることが見いだされた。
【0016】
上述したように、通常に架橋した150−200ミクロンのオーダーの大きさを有するビーズでは反射防止表面を得ることはできないので、この結果は全く驚くべきことである。
【0017】
本発明のさらなる目的は、架橋剤が不在の第2の重合中の分散相として、水の代わりに、100ミクロンより大きいビーズを製造するアクリルモノマーの懸濁液における重合により生じる回収(リサイクル)水を用いることにある。
【0018】
この方法により、よく知られているように、母液は、流水口でのCODを低下させる処理プラントに一般的に送られるので、工業的重合プラントで生じる全CODが低下する。
【0019】
本発明のビーズの大きさは、マイクロビーズより大きく、一般的に、80〜300ミクロン、好ましくは140〜250ミクロン、さらに好ましくは150〜200ミクロンである。
【0020】
本発明のアクリルをベースとしたポリマーを調製するのに使用することのできるアクリルモノマーとしては、直鎖状または分枝状であってよい(メタ)アクリル酸アルキル(C1−C8)、例えば、
a1) (メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル(secbutyl)、(メタ)アクリル酸tert−ブチル(ter-butyl);
b1) 場合によっては、23℃で100gの水に少なくとも5g溶解する水への溶解度を有し、60重量%以下、好ましくは50%の量の水溶性の一または複数のモノマー、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリラート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリラート;
c1) 場合によっては、一般的に50%以下の量の、例えば、スチレン、アルファ−メチルスチレン、(メタ)アクリロニトリル、1〜10の炭素数のアルキルおよび6〜12の炭素数のアリールを有するn−アルキルまたはアリールマレイミド、ブタジエン、スルホン酸スチレン、N−ビニルピロリドン;
を挙げることができる。
【0021】
ラジカル開始剤として、過酸化物、例えば、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノアート、ジベンゾイルペルオキシド、ラウロイルペルオキシド、t−ブチルペルオキシ−ジエチルアセタート、または不安定なアゾ化合物類、例えば、アゾジイソブチロニトリルを使用することができる。
【0022】
連鎖移動剤として、C3−C20、好ましくはC4−C12で、直鎖状または分枝状のアルキルを有するアルキルチオール類、例えば、n−ブタンチオール、n−オクタンチオール、n−ドデカンチオール、ter−ドデカンチオール、シクロヘキサンチオール、ピアンチオール(pianthiol)を使用することができる。
【0023】
分散相として、上述した母液が使用される場合、欧州特許出願第457356号に示されている重合プロセスによって得られるものを使用することができ、該出願の内容は出典明示によりここに取り込んで記載しているものとする。
【0024】
上述した10〜40ミクロンのマイクロビーズを得るためのプロセスは、従来よりよく知られており、該大きさのマイクロビーズを生成できる懸濁剤が使用される。
【0025】
濃縮ポリビニルアルコールを、少なくとも1.5重量%で、約10重量%未満の値で、懸濁剤として一般に使用することができる。
【0026】
マイクロビーズを調製するための重合において、水相とモノマーとの比率は、一般的に、2:1より高く、例えば、3:1である。
【0027】
重合の第1のフェーズにおいて使用される架橋剤は良く知られており、既に述べたように少なくとも二官能性で、一般に三官能性または多官能性であり得る。それらは、アクリル型のものでもありうるが、これは必ずしも必要であるというわけではない。
【0028】
例えば、アリルメタクリラート、ジビニルベンゼン、グリシジルジメタクリラート、エチレングリコールジメタクリラート(EGDM)、テトラエチレングリコールジメタクリラート(TEGDM)を挙げることができる。
【0029】
架橋剤が不在の第2の重合において、分散相とモノマーとの比率は、第1の重合で示したもの、またはそれより低い、例えば、1.4:1とすることができる。
【0030】
ビーズおよびマイクロビーズの特徴付けは、光学的方法、またはふるいにより、粒度を測定することにより行われ;廃水のCODは、IRSA法の「化学的酸素要求量」により測定され;ビーズを遠心分離した後、乾燥残留物は、160℃で測定される。
【0031】
最も関連した特徴およびプロセスデータを、それぞれ表2および1に示す。
【0032】
【実施例】
次の実施例は本発明の例証のために記載するもので、本発明を限定するものではない。
【0033】
実施例1(比較例)
架橋マイクロビーズの調製
メタクリル酸メチル、アクリル酸エチルおよびメタクリル酸アリルの懸濁液における重合を、懸濁剤としてポリビニルアルコール(PVA)を使用して行った。
【0034】
室温で、245重量部の脱イオン化水と、5重量部のポリビニルアルコールとを撹拌式でジャケット被覆かつ耐圧性の反応器に入れた。反応器を撹拌下に保持して、40℃になるまで、ゆっくりと加熱し、ポリビニルアルコールが完全に溶解するまで、温度を40℃に維持した。窒素流により酸素を除去した。ついで、十分に脱酸素化された、94.75重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.25重量部のメタクリル酸アリル、0.6重量部の過酸化ラウロイルからなる混合物を供給した。反応器を気密にして、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を110℃で120分間徐々に加熱した。平均直径が20ミクロンの架橋したマイクロビーズ(以下の表においてはXDと呼称する)が得られた。ビーズおよび母液の特徴を表2に示す。
【0035】
実施例2
7%の架橋マイクロビーズを含有する母体( master )の調製
実施例1で既に使用したのと同じ反応器にて、前記実施例に記載した一般的な操作方法で、メタクリル酸メチルとアクリル酸エチルの懸濁液における重合を、懸濁溶液として、実施例1に記載した重合により得られたパルプのフラクション(マイクロビーズ+水相)を使用して行った。ついで、188.4重量部の脱イオン化水と、26.9重量部の実施例1のパルプを反応器に入れた。溶液を80℃まで加熱し、ついで、96重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.6重量部の過酸化ラウロイル、0.12重量部のn−ブタンチオールからなる混合物を供給した。反応器を気密にし、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を110℃まで120分間徐々に加熱した。反応器を110℃で15分間放置し、ついで、冷却した。ビーズの形態のポリマーを遠心分離して母液と分離し、脱イオン水で洗浄し、80℃のストーブで乾燥した。ビーズおよび母液の特徴を表2に示す。
【0036】
実施例3−7
種々の量のマイクロビーズを含有する母体( masters )の調製
実施例2で既に利用したのと同じ反応器にて、前記実施例に記載した一般的な操作方法で、メタクリル酸メチルとアクリル酸エチルの懸濁液における重合を、表1に記載した懸濁液を使用して行った。よって、表1に示す量のパルプと脱イオン化水を反応器に入れた。
溶液を80℃で加熱し、ついで、96重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.6重量部の過酸化ラウロイル、0.12重量部のn−ブタンチオールからなる混合物を供給した。反応器を気密にし、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を120分で110℃まで徐々に加熱した。
反応器を110℃で15分間放置し、ついで、冷却した。ビーズの形態のポリマーを遠心分離して母液と分離し、80℃のストーブで乾燥した。
ビーズおよび母液の特徴を表2に示す。
【0037】
実施例8(製造例)
懸濁剤の調製
120重量部の40重量%のNaOH溶液と630重量部の脱イオン水を反応器に入れた。
250重量部の2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸(AMPS)をゆっくりと供給し、ついで、ソーダまたはAMPSを少量添加し、pHを7−8の範囲に調節した。溶液に窒素を流し、酸素を除去した後、50℃まで加熱して、0.075重量部の過硫酸カリウムと0.025重量部のメタ重亜硫酸ナトリウムを添加した。約60分間で重合が終了した。ついで、4000重量部の脱イオン水で希釈したところ、得られた溶液の160℃での乾燥残留物は5.5重量%で、25℃で測定したブロークフィールド(Brookfield)の粘度は4Pa・sであった。
【0038】
実施例9(製造例)
母液の調製
メタクリル酸メチルとアクリル酸エチルの懸濁液における重合を、懸濁剤として実施例8で得られた2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸とナトリウム塩のホモポリマーを使用して行った。
0.385重量部の乾燥生成物に相当する、7重量部の実施例8で得られた溶液と、193重量部の脱イオン水を、撹拌式ジャケット被覆耐圧反応器に入れた。窒素流により酸素を除去し、溶液を80℃に加熱した。十分に脱酸素化され、96重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.25重量部のt−ブチル−ペルオキシ−2−エチルヘキサノアート、0.12重量部のn−ブタンチオールからなる100重量部の混合物を供給した。反応器を気密にし、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を120分で110℃まで徐々に加熱した。反応器を110℃で15分間放置し、ついで、冷却した。ビーズの形態のポリマーを遠心分離して母液と分離し、脱イオン水で洗浄し、80℃のストーブで乾燥した。ビーズは、200ミクロンの大きさのものであった。
母液は、160℃での乾燥残留物が約0.62重量%で、一部、懸濁剤(0.2重量%)を含有し、残りのフラクションが重合で得られた他の生成物であり、一緒にして後の重合テストに使用される。
【0039】
実施例10
7%の架橋したマイクロビーズを含有する母体( master )の調製
実施例2で既に使用したのと同じ反応器にて、前記実施例に記載した一般的な操作方法で、メタクリル酸メチルとアクリル酸エチルの懸濁液における重合を、懸濁溶液として、実施例1に記載した重合により得られたパルプのフラクション(マイクロビーズ+水相)と、実施例9の母液を使用して行った。しかして、188.4重量部の実施例9の母液と、27.2重量部の実施例1のパルプを反応器に入れた。溶液を80℃に加熱し、ついで、96重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.6重量部の過酸化ラウロイル、0.12重量部のn−ブタンチオールからなる混合物を供給した。反応器を気密にし、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を120分で110℃まで徐々に加熱した。反応器を110℃で15分間放置し、ついで、冷却した。ビーズの形態のポリマーを遠心分離して母液と分離し、脱イオン水で洗浄し、80℃のストーブで乾燥した。ビーズおよび母液の特徴を表2に示す。
【0040】
実施例11(比較例)
架橋ビーズの調製
実施例2で既に使用したのと同じ反応器にて、前記実施例に記載した一般的な操作方法で、メタクリル酸メチル、アクリル酸エチルおよびメタクリル酸アリルの懸濁液における重合を、懸濁溶液として、実施例9に記載した母液を使用して行った。
200重量部の実施例9の母液を反応器に入れた。溶液を80℃に加熱し、94.75重量部のメタクリル酸メチル、4重量部のアクリル酸エチル、0.25重量部のメタクリル酸アリル、0.6重量部の過酸化ラウロイルからなる混合物を供給した。
反応器を気密にし、100KPaで加圧し、連続撹拌しながら、混合物を120分で110℃まで加熱した。
反応器を110℃で15分間放置し、ついで、冷却した。ビーズの形態のポリマーを遠心分離して母液と分離し、脱イオン水で洗浄し、80℃のストーブで乾燥した。
ビーズは200ミクロンの大きさのものであった。
【0041】
実施例12
反射防止プレートの押し出し成形
実施例1、2、9および11で調製されたビーズから出発し、表3に示す組成物で反射防止特性をテストするため、2−3mmの深さの5cm×10cmのプレートを押し出し成形した。全てのプレートは、6重量%の架橋した粒子を含有する。プレートの外観の評価は、視覚的に行った。
このテストは、次のようにして行った:押し出し成形により調製されたプレートを、印刷された文字を有する表面上に置いた。
実施例1および2で得られたマイクロビーズから出発した押し出し成形されたプレート(プレート1および2)は、良好な反射防止特性を有していた。すなわち、それらにおいては、まるでプレートが存在しないかのように、底面の印刷された文字を正確に見ることができた。
これと比較して、プレート3である、実施例9のビーズおよび実施例11のビーズから出発した押し出し成型物は、反射防止特性を示さない、すなわち、底面の文字はゆがんでいた。よって、プレート3は、許容できる反射防止特性を有するものではなかった。
【0042】
【表1】
【0043】
【表2】
【0044】
なお、表2中、(1)は、母体をベースとしたもの(6%は、希釈され、第2反応において940重量部のモノマーを重合させるのに使用されるエマルションとビーズを60重量部含有するXDスラリーの量を意味する);(2)は廃水;(3)は母液のCOD;(4)は標準工程におけるXDを表す。
【0045】
【表3】
Claims (10)
- 次の2つの連続した工程:
− 少なくとも二官能性の架橋モノマーが少なくとも存在する状態でアクリルモノマーの懸濁液中で重合プロセスを行い平均直径10〜40ミクロンのマイクロビーズを製造し、
− アクリルモノマーの第2の重合プロセスを、架橋モノマーの不在下で、第1の重合にて得られた懸濁液のフラクションを懸濁相として使用することにより行う
からなり、第1の重合プロセスのフラクションが、第2の重合で得られる最終ポリマーに対し、3〜40重量%の量のマイクロビーズを含有し、80〜300ミクロンの平均直径のアクリルポリマーをベースとしたビーズを製造することを特徴とする、ビーズの製造方法。 - 架橋モノマーを含有する第1の重合にて得られた懸濁液のフラクションが、懸濁相として使用され、該フラクションが、第2の重合で得られる最終ポリマーに対し4.5〜25重量%の量のマイクロビーズを含有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 架橋モノマーが不在下の第2の重合プロセス中において、分散相として、水の代わりに、任意に水で希釈され、平均直径が100ミクロンより大きいビーズを製造するアクリルモノマーの懸濁重合から生じる廃水が利用されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- アクリルをベースとしたポリマーを製造するための、アクリルモノマーが、
a1) (メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸ter−ブチル;
b1) 任意に、アクリル酸、メタクリル酸、アクリルアミド、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレートから選択され、23℃で100gの水に少なくとも5g溶解する水への溶解度を有し、多くて50重量%の量の水溶性の一以上のモノマー;
c1) 任意に、スチレン、アルファ−メチルスチレン、(メタ)アクリロニトリル、1〜10の炭素数のアルキルおよび6〜12の炭素数のアリールを有するn−アルキルまたはアリールマレイミド、ブタジエン、スチレンスルホン酸、N−ビニルピロリドンから選択され、多くて50重量%の量の他のモノマー;から選択される、直鎖状または分枝状の、C1−C8の(メタ)アクリル酸アルキルであることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。 - 架橋モノマーが存在する第1の重合において、少なくとも1.5重量%で10重量%未満の濃度で、懸濁剤として、ポリビニルアルコールが使用されることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- マイクロビーズの製造のための架橋モノマーが存在する重合において、水相:モノマーの比率(水相/モノマー)が、2:1を越えることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 第2の重合において、水相:モノマーの比率(水相/モノマー)が、1.4:1以上であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法で得られる、80〜300ミクロンの平均直径のアクリルポリマーをベースとしたビーズ。
- 140〜250ミクロンの平均直径を有する請求項8に記載のアクリルポリマーをベースとしたビーズ。
- 請求項8または9に記載のビーズを押し出して反射防止プレートを形成する、反射防止プレートの製造方法。
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