JP5373386B2 - カルボン酸系重合体の製造方法 - Google Patents
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Description
上記反応液を、モノマー供給時間中に上記外部循環ラインに17回以上循環させるものである。
上記反応槽に両端が接続された外部循環ラインと、
上記外部循環ラインに介設され上記反応槽内の反応液を該外部循環ラインに循環させるための送液手段と、
反応液に対してα−不飽和カルボン酸及び/又はその塩を含むモノマーを供給するためのモノマー供給手段と、
反応液に対してレドックス開始剤を供給するための重合開始剤供給手段と、
を備え、モノマーをレドックス重合させて半回分操作によりカルボン酸系重合体を製造するように構成された反応装置である。
図1は本実施形態に係る反応装置10を示す。なお、本実施形態は、亜硫酸水素塩と酸素を含むガスとからなるレドックス開始剤を用いる場合を例示するが、特にこれに限定されるものではない。
本実施形態に係るカルボン酸系重合体(以下、「重合体」という。)の製造方法は、上記反応装置10を用い、反応槽11内の反応液を外部循環ライン12に循環させながら、反応液に対して、モノマー供給管19からモノマーを連続供給すると共に、亜硫酸水素塩供給管14及び酸素含有ガス供給管15から亜硫酸水素塩と酸素とからなるレドックス開始剤を連続供給することにより、モノマーをレドックス重合させて半回分操作により重合体を製造するものである。そして、反応液を、モノマー供給時間中に外部循環ライン12に17回以上循環させる。
α−不飽和カルボン酸又はその塩は、反応原料のモノマーとして用いられる。α−不飽和カルボン酸又はその塩の中では、アクリル酸又はその塩を必須成分とするモノマーは、単独重合又は共重合に適しているので好ましい。アクリル酸は、無水アクリル酸又はアクリル酸60質量%以上を含有するアクリル酸水溶液として用いることができる。このアクリル酸水溶液は、一部ないし全部を中和したアクリル酸アルカリ金属塩の水溶液、例えば、アクリル酸ナトリウム水溶液、アクリル酸カリウム水溶液等であってもよい。
レドックス開始剤としては、亜硫酸水素塩と酸素とからなるものが好適に用いられる。
モノマー供給時間は、反応による発熱制御の観点から、0.5時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましい。また生産性の観点から、50時間以下が好ましく、30時間以下がより好ましい。
熟成時間には特に制限はなく、反応液の残存モノマーが所定の値以下になるように設定すればよい。例えば1〜10時間である。
外部循環ライン12での反応液循環回数とは、モノマー供給時間中に反応液が外部循環ライン12に循環した回数をいう。具体的には下記により求めることができる。
N[回/h]=Q[L/h]/V[L]
となる。
モノマー供給時間中の平均循環回数[回]=N[回/h]×T[h]
である。
反応温度は、重合体の分子鎖の分岐や色相劣化を抑制するとともに、付加物の生成を抑制する観点から、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下であり、得られる反応生成物は重合体水溶液として取扱う観点から、好ましくは5℃以上、より好ましくは10℃以上である。これらの観点から、反応温度は、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜60℃である。
重合反応において外部循環ライン12に反応液を循環する際は、循環する反応液への酸素含有ガス中の酸素の溶解性を高める観点から、循環ライン戻り部圧力(ゲージ圧力)を0.05MPa以上に加圧することが好ましく、0.1MPa以上に加圧することがより好ましい。また循環ポンプ13の負荷を低減する観点から、循環ライン戻り部圧力を1MPa以下とすることが好ましく、0.5MPa以下とすることがより好ましい。なお、この循環ライン戻り部圧力の圧力設定はコントロールバルブ18の調節により行うことができる。
モノマー及び/又はレドックス開始剤の反応原料は、反応液へ一定の供給速度で供給してもよく、また、半回分式重合では反応後期に反応液が増粘してガス中の酸素の反応液への溶解速度が低下し、反応液中のモノマー濃度が増加する場合があるため、途中で供給速度を変更してもよい。反応原料の供給速度を途中で変更する場合は、反応初期から段階的に供給速度を低下する方法が好ましい。
品質を向上させる観点から、重合反応工程での重合率が98%以上となるまで反応を継続することが好ましく、重合率をより一層高める観点から、未反応モノマーの低減を行う熟成操作を行うことがより好ましい。
未反応モノマー量及び付加物量は、HPLC(高速液体クロマトグラフィー)による測定を行うとともに、既知濃度の未反応モノマー量及び付加物量の検量線により、それぞれ重合体水溶液中の濃度を算出した。
・カラム:東ソー(株)製、商品名:TSK-GEL ODS-80TS
・移動相:0.02mol/Lリン二水素カリウムにリン酸を加えてpHを2.5に調整した水溶液
・検出器:紫外線検出器(波長:210nm)
・カラム温度:30℃
・流速:1.0mL/min
・試料:固形分0.8gを含む重合体水溶液にイオン交換水を添加し、総液量が200mLとなるように調製し、この調製液から10μLを分取してカラムに注入する。
分子量はGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)により測定を行い、換算標準物質により重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を求めた。また、分散指数は重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)から下式に基づいて算出した。
・カラム:東ソー(株)製、商品名:TSK-GEL guard PWXL
東ソー(株)製、商品名:TSK-GEL G4000 PWXL
東ソー(株)製、商品名:TSK-GEL G2500 PWXL
・移動相:0.1mol/Lリン二水素カリウム及び0.1mol/Lリン酸二水素ナトリウムの水溶液/アセトニトリル=90/10(体積比)
・検出器:示差屈折率検出器
・カラム温度:40℃
・流速:1.0mL/min
・換算標準物質:ポリアクリル酸〔アメリカン・スタンダード・コーポレーション(AMERICAN STANDARD CORP)社製〕
・試料:固形分0.8gを含む重合体水溶液にイオン交換水を添加し、総液量が200mLとなるように調製し、この調製液から10μLを分取してカラムに注入する。
外部循環ラインの付帯した300LのSUS304製の反応槽を備えた図1と同様の構成の反応装置を用いた。外部循環ラインには液の流れ方向に順に、循環ポンプ、静止型混合器(株式会社フジキン社製、商品名:分散君15D型、流路孔の縮流部流路内径3mm、2ユニット)及び熱交換器を付帯した。また反応槽には傾斜パドル撹拌翼が付帯していた。
実施例1と同一の反応装置を用い、反応槽にイオン交換水109kgを初期仕込みした。反応槽の傾斜パドル撹拌翼の撹拌回転数を135rpmに、また循環する反応液流量Qを400L/hとし、槽内の液温を35℃に調整した。
実施例1と同一の反応装置を用い、反応槽にイオン交換水106kgを初期仕込みした。反応槽の傾斜パドル撹拌翼の撹拌回転数を135rpmに、また循環する反応液流量Qを400L/hとし、槽内の液温を35℃に調整した。
実施例1と同一の反応装置を用い、反応槽にイオン交換水97kgを初期仕込みした。反応槽の傾斜パドル撹拌翼の撹拌回転数を135rpmに、また循環する反応液流量Qを400L/hとし、槽内の液温を35℃に調整した。
実施例1と同一の反応装置を用い、反応槽にイオン交換水55kgを初期仕込みした。反応槽の傾斜パドル撹拌翼の撹拌回転数を135rpmに、また循環する反応液流量Qを550L/hとし、槽内の液温を35℃に調整した。
実施例1と同一の反応装置を用い、反応槽にイオン交換水88kgを初期仕込みした。反応槽の傾斜パドル撹拌翼の撹拌回転数を135rpmに、また循環する反応液流量Qを250L/hとし、槽内の液温を35℃に調整した。
11 反応槽
12 外部循環ライン
13 循環ポンプ
14 亜硫酸水素塩供給管
15 酸素含有ガス供給管
16 流通式混合器
17 熱交換器
18 コントロールバルブ
19 モノマー供給管
Claims (11)
- 反応槽と、該反応槽に両端が接続された外部循環ラインと、α−不飽和カルボン酸及び/又はその塩を含むモノマーを供給するモノマー供給手段と、レドックス開始剤を供給する重合開始剤供給手段と、を備えた反応装置を用い、上記反応槽内の反応液を上記外部循環ラインに循環させながら、該反応液に対して、上記モノマー供給手段からモノマーを連続供給すると共に、上記重合開始剤供給手段からレドックス開始剤を連続供給することにより、モノマーをレドックス重合させて半回分操作によりカルボン酸系重合体を製造する方法であって、
上記反応液を、モノマー供給時間中に上記外部循環ラインに17回以上循環させるカルボン酸系重合体の製造方法。 - レドックス開始剤が亜硫酸水素塩と酸素とからなる請求項1に記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 上記外部循環ラインには流通式混合器が介設されている請求項1又は2に記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 上記重合開始剤供給手段は、各々、上記外部循環ラインにおける上記流通式混合器よりも上流側の部分に接続された、反応液に対して亜硫酸水素塩水溶液を供給する亜硫酸水素塩供給管及び反応液に対して酸素を含有するガスを供給する酸素含有ガス供給管で構成されている請求項3に記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 上記流通式混合器に導入される気液混合流体における単位時間当たりの反応液流量に対する酸素含有ガス流量の比である液ガス比を0.1〜50とする請求項4に記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 上記外部循環ラインにおける上記流通式混合器よりも下流側の部分を流通する反応液をゲージ圧力で0.05MPa以上に加圧する請求項3乃至5のいずれかに記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- モノマー供給時間を0.5〜50時間とする請求項1乃至6のいずれかに記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 上記モノマー供給手段から反応液に対するモノマー供給速度及び/又は上記重合開始剤供給手段から反応液へのレドックス開始剤供給速度を途中で変更する請求項1乃至7のいずれかに記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 製造されたカルボン酸系重合体中の未反応モノマーの含有量が、カルボン酸系重合体固形分に対して1.5 質量%以下である請求項1乃至8のいずれかに記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 製造されたカルボン酸系重合体の分散指数が7以下である請求項1乃至9のいずれかに記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
- 製造されたカルボン酸系重合体中における亜硫酸水素塩とα−不飽和カルボン酸又はその塩との付加反応物質の含有量が、カルボン酸系重合体固形分に対して4.0質量%以下である請求項2又は4に記載されたカルボン酸系重合体の製造方法。
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