JP5588686B2 - 紫外線照射装置、ベルト重合機及び重合体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線照射装置、それを備えたベルト重合機、及び、該ベルト重合機を用いた重合体の製造方法に関する。より詳しくは、例えば、増粘剤や凝集剤等として優れた機能を発揮し、各種工業製品の原料等、様々な技術分野において用いることができる重合体を単量体成分の光重合によって製造するための紫外線照射装置、該紫外線照射装置を備え、該重合体を連続的に製造することができるベルト重合機、及び、該ベルト重合機を用いて連続的に重合を行って重合体を製造する方法に関するものである。

単量体成分を光重合して製造される重合体は、増粘性や凝集性等の特性を発揮することができ、増粘剤、凝集剤、粘着剤、吸湿剤、乾燥剤等としての優れた基本性能を有するものが製造され、各種工業製品の原料等として多岐にわたって使用されている。
例えば、重合体を含む溶液の粘度や重合体の分子量が高いものや、重合体中に残留する単量体の量等が少なくて高品質のものは、特に水溶性重合体として製造されるものは、増粘剤、めん類のほぐれ促進剤や豚の胃潰瘍防止剤用等のように、食品用添加剤や飼料用添加剤等として好適に用いられている。その他、医薬分野においては、湿布薬、パップ剤の粘着性、保水性の向上を目的とした添加剤や親水性軟膏基材として使用され、塗料分野においては、カーペット用コンパウンドの増粘剤、塗料の増粘剤や粘着剤、粘着性向上剤として使用されている。また、製造プロセスの分野においては、アルミナ製造時の赤泥沈降剤、ソーダ工業における塩水精製用凝集剤として多用されている。更に、土木・建築分野においては、掘削土処理剤や浚渫土処理剤、加泥剤として使用され、その他一般工業分野においても、吸湿剤、乾燥剤、表面改質剤、各種増粘剤として使用され、製紙、洗剤、化粧品、水処理、繊維処理、農・園芸、接着剤、窯業等、様々な技術分野において有用なものである。

このような重合体の工業的な製造方法においては、紫外線照射装置を備えるベルト重合機を用いた光ベルト重合方法が工業的に有用である。例えば、ベルト重合機のベルト基材上に重合性単量体を含む重合用溶液を展開し、その上に設置された紫外線照射装置から光を照射し、光重合させて連続的に重合体を製造する方法がある。中でも、食品用添加剤や飼料用添加剤等の高い品質が要求される技術分野において有用な重合体として注目される（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体を製造する場合、ベルト重合機によれば重合体を含む溶液の粘度や重合体の分子量がより高く性能に優れたものを製造することができる。通常ではベルト重合機を用いた重合工程において板状の含水ゲル（以下、単に「含水ゲル」、「ゲル」ともいう）が得られ、その後にゲル解砕工程、押出工程、乾燥工程等を経て製品とされることになる。
近年においては、紫外線照射装置を備えるベルト重合機を用いた製造方法によって高品質の重合体を連続的に製造することは、各種工業化学製品に好適な重合体を安定的に供給するための技術として更に重要性を増している。このような中、紫外線照射装置を備えるベルト重合機に関する新たな技術開発が待たれるところであった。

従来の光ベルト重合方法としては、光重合開始剤の存在下、（メタ）アクリル酸及び（メタ）アクリル酸塩を含む単量体混合物の水溶液に、紫外線を含む光を照射して該単量体混合物を光重合させてポリ（メタ）アクリル酸部分中和物を製造する方法であって、光源と該単量体混合物の水溶液の間に、紫外線の透過率が特定（８０％以上）された光透過性材料を介在させて光照射することが開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、ここに開示されたベルト重合機（特許文献１の図１等）は、その構造等が工夫されたものではなく、優れた性能を発揮する高品質な重合体を効率的かつ均質に製造するための工夫の余地があった。これ以外にもベルト重合機による光ベルト重合方法が開示された文献はいくつかあるが（例えば、特許文献２、３等参照）、いずれも同様に重合装置の構造面において工夫の余地があった。

特開２００８−３７９６６号公報（第２頁及び第１８頁の図１等） 特開２００３−８２０１３号公報（第２及び第８頁の図１等） 特許第４０１６９４７号明細書（第１及び第１４頁の図２等）

このように光ベルト重合方法を開示する従来技術にあっては、重合装置の構造を更に工夫することによって、各種の用途において優れた性能を発揮する高品質な重合体を効率的かつ均質に製造することに関する具体的な手法が充分には検討されていないと言える。
特に、従来技術における紫外線照射装置は、ベルト重合機のベルト基材上に紫外線発生器（ＵＶランプともいう）が並べて設置されただけのものであり、ＵＶランプの設置に関する工夫は認められない。これら従来技術においては、ＵＶランプがベルト基材上の端から端まで並べられただけのものや、光透過性材料（ガラス）によってベルト基材上で隔てられてＵＶランプが並べて設置されたものが紫外線照射装置に該当することになる。
このような重合装置によって光ベルト重合方法を実施する場合、ＵＶランプの照射強度が低下し、また光量の分布均一性も低下することになり、ひいては、生産効率の低下、製品品質の低下、製品均一性の低下などを引き起こすことになる。光ベルト重合方法による連続生産においては、生産効率の低下はコスト上昇に跳ね返ることになる。ＵＶランプの照射強度低下に対してワット数を高めたりＵＶランプの本数を増やしたりして対応したとしても、製品均一性の低下等を抑制することは難しく、そもそも効率的ではなく、省エネ化が求められる昨今の情勢に反することになる。

本発明は、高い照射強度で重合できると共に、紫外線発生器の本数が少なくでき、省エネ化に有効であり、しかも光量の分布をより均一化できる紫外線照射装置、それを備えたベルト重合機、より具体的には当該ベルト重合機を使用して重合体を製造する方法を提供することを目的とするものである。

本発明者等は、ベルト重合機を使用して重合体を製造する方法におけるＵＶランプの照射強度の低下、光量の分布均一性の低下について種々検討したところ、紫外線照射装置におけるＵＶランプの照度（光量）にＵＶランプの温度、特に発光部であるランプの表面温度が関係していることに着目した。そこで、ＵＶランプ表面温度を制御する手法を検討したところ、ＵＶランプを従来技術のように単にベルト基材上に並べて設置するのではなく、 ベルト基材上で仕切られた紫外線発生器設置室にＵＶランプを設置し、好ましくは複数個の室に分け、外部との間にガスの吸気と排気とを行う構造を備え、且つ、排気ガスの温度を特定範囲に制御することが有効であることを見出し、本発明に想到したものである。
これによって、実質的にＵＶランプ表面温度を制御することとなり、ＵＶランプの照度（光量）を適切に保つことが可能となる。ベルト重合機を使用して重合体を連続的に製造する方法においては、その生産効率や製品品質を格段に向上することができる。
本発明の好ましい形態としては、（１）複数個の室に分かれている、（２）各室は独立して冷却用ガスで温度調整している、（３）冷却用ガスの吸気、排気が独自の方式を採用しているなどのことが挙げられる。本発明の紫外線照射装置、ベルト重合機及び重合体の製造方法においては、高い照射強度で重合できる、紫外線発生器の本数が少なくできる、省エネである、光量の分布をより均一化でき、重合体の品質も均一化できるといった有利な効果を奏することができるものである。
なお、本発明の検討を進める中で、当初はＵＶランプの照度とＵＶランプ周辺の雰囲気温度とが関連しているものと考えていたが、ＵＶランプの雰囲気温度を調整してもＵＶランプの照度の維持などに有効ではないことが判明した。通常では、ＵＶランプ周辺の雰囲気温度よりもＵＶランプ自身の表面温度の方が高く、該表面温度による影響が大きいものと推察される。本発明においては、紫外線照射装置室における排気ガスの温度範囲の設定が実質的にＵＶランプ表面温度を制御すること、ひいてはＵＶランプの照度（光量）に大きな影響を与え、上記効果を奏することを見出したものであるが、排気ガスの温度範囲を設定することは、ベルト重合機を用いる各種の生産設備の設計、作製面において充分に実施可能であり、工業的な適応性が高く、この点においても有利であると言える。

すなわち本発明は、可動式ベルト基材上に供給されてなる、重合性単量体を含む重合用溶液に光を照射し、連続的に重合を行うために使用する紫外線照射装置であって、上記紫外線照射装置は、ベルト基材面を照射する向きに取り付けられた紫外線発生器が備わった紫外線発生器設置室によって構成され、上記紫外線発生器設置室は、外部との間にガスの吸気と排気とを行う構造を備え、且つ、排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御する構造を備えたものである紫外線照射装置である。
以下に本発明を詳述する。
なお、本明細書中、可動式ベルト基材を単にベルト基材ともいう。

先ず、本発明の紫外線照射装置の構造について、図１−１及び図１−２を参照しながら説明する。
本発明の紫外線照射装置（２４）は、ベルト基材（１９）面を照射する向きに取り付けられた多数の紫外線発生器（１）、（２）が備わった紫外線発生器設置室（２３）によって構成されるものである。
上記紫外線発生器設置室（２３）の好ましい形態としては、ベルト基材（１９）上に天井板（６）及び側板（７）、（８）を備え、該天井板の内面に、ベルト基材方向に光が照射されるように紫外線発生器のランプ部分（１）が取り付けられた形態である。より好ましくは、該天井板（６）及び側板（７）、（８）がそれらの内面で紫外線を反射する材料で構成される形態である。これにより、紫外線発生器から天井板の内面及び側板の内面に照射される光が外部に漏れることなく、効率良く乱反射されて重合用溶液側に照射されることになり、紫外線発生器設置室からの排気ガス温度の制御による光量安定化効果などと相まって、重合用溶液に対して照射される光強度をより均一かつ充分なものとすることが可能となる。更に、品質が実質的に一定で残留単量体含量の少ない高品質の重合体を効率よく安定に製造することが可能となる。
なお、上記ベルト基材上に天井板及び側板を備えた紫外線照射装置は、本発明の技術分野において紫外線照射装置の上面部及び側面部が外部から仕切られていると認められる構造であればよい。具体的には、本発明の紫外線照射装置が、ベルト基材を覆うような構造であり、また、側板はベルト基材の端部付近に略垂直に設置され、当該天井板は側板に支えられている形態とすることが好ましい。
すなわち、本発明の紫外線照射装置の好ましい形態は、図１（図１−１が本発明のベルト重合機を上方から見た概念図であり、図１−２が側方から見た概念図である）に示すとおりである。

以下、さらに詳しく説明する。
上記紫外線発生器設置室は、複数個の室に分かれた構造を有することが好ましい。
すなわち、複数個の各室が別個に形成されたり（例えば、別個に形成された複数個の各室をベルト基材上に連ねて設置した形態）、各室に仕切られて形成されたり（例えば、長く連なっていた紫外線発生器設置室に仕切板を設けて各室に分けた形態）することによって、ベルト基材上に配列されていることが好ましい。ガスの出入りによる排気ガスの温度調節が各室において可能な程度に分かれていればよい。
図１は、ベルト基材上に複数個の各室が配列された一つの形態を例示している。この形態においては、複数個の室をベルト基材の進行方向順に第１室から第８室としている。紫外線発生器の室内での取り付けは、第１室がベルト基材進行方向と紫外線発生器の長尺方向とが交叉するように、第２室から第５室までがベルト基材進行方向と紫外線発生器の長尺方向とが同じとなるようになされている。第６室から第８室も第２室から第５室までと取り付け方向的には同じであるが、紫外線発生器の設置密度が密となっていて、１室あたりの光量が大きく設定されている。第１室から第５室までが重合用（１次重合ゾーン）の紫外線発生器設置室であり、第６室から第８室が後述する残モノ減少用（２次重合ゾーン）の細密配列紫外線発生器設置室である。

上記各室の大きさや設置数は、紫外線発生器の大きさやベルト基材の幅、重合長、紫外線発生器設置室における排気ガス温度制御の便宜性などを考慮して適宜設定すればよい。
例えば、各室の大きさに関しては、第２室から第８室までのように、ベルト基材進行方向と紫外線発生器の長尺方向とが同じとなるように紫外線発生器が室内に取り付けられる場合には、紫外線発生器の長尺方向の寸法によって１つの室の長さ（ベルト基材進行方向の長さ）を設定することができる。なお、図１においては、紫外線が照射されるベルト基材の長さ（重合長）と紫外線発生器設置室を全て合わせたベルト基材進行方向の長さとを合わせるために、第２室から第８室とは異なる大きさの第１室を設けることによって調整されている。このように各室の大きさ、設置個数、設置方法を適宜調整することによって、紫外線が照射されるベルト基材の長さ（重合長）と紫外線発生器設置室を全て合わせたベルト基材進行方向の長さとを調整すればよい。
各室に設置される紫外線発生器（好ましくは蛍光灯型紫外線発生器）の本数としては、１次重合ゾーンは１〜２０本が好ましく、５〜１５本がより好ましい。２次重合ゾーンは５〜３０本が好ましく、１０〜２５本がより好ましい。また、上記第１室は、１〜１０本が好ましく、２〜７本がより好ましい。
なお、紫外線発生器設置室は、その形状や材質において内面で紫外線を反射できるようなものであることが好ましい。形状としては、ベルト基材進行方向又は交叉方向から見て、角型やドーム型等が挙げられる。

上記紫外線発生器設置室における紫外線発生器の取り付け位置としては、室内においてベルト基材側（下側）とベルト基材とは反対側（上側）とに天井板によって分けられ、紫外線発生器のランプ部（１）が下側、紫外線発生器に取り付けられている安定器（２）が上側になるようにすることが好ましい。すなわち、紫外線発生器設置室としては、ランプ部分が配置されるランプ室と安定器部分が配置される安定器室とに実質的に分かれた状態となっている形態が好適である。このように、上下で２つに分けた場合、ランプ部分における熱気が安定器部分に来ることを防ぐことができる。安定器部分は熱に弱く、このような構成とすることは光量の安定化に効果的である。また逆に、安定器からの放熱がランプ部分の表面温度に影響するのをいくらか除くことができる。
上記ランプ室と安定器室とに分ける天井板は、ランプから発生した光がベルト基材面に反射するように、下側が反射材料となっていることが好ましい。
更に、図１においては、安定器の上側にも板（紫外線発生器設置室の上側に設けられた板（５））が設置され、ゴミや埃などが安定器などにかからないような構造となっている。
なお、これら紫外線発生器設置室における構成は、本発明における必須の構成ではないが、これらの構成を採用することによって、本発明の必須の構成要素と相まって、本発明の作用効果をより効果的なものとすることが可能となる。

更に、本発明の紫外線照射装置は、紫外線発生器が備わった紫外線発生器設置室と重合用溶液が供給され展開される重合室に分かれるように防護用ガラス（４）で仕切られた構造を有することが好ましい。例えば、図１においては、紫外線発生器設置室の各室において防護用ガラスがベルト基材面側に取り付けられた構造となっている。このような構成とすることによって、重合用溶液からの揮発性物質が、重合室の上側に隣接して設置された紫外線発生器設置室内に基本的に入り込まないものとすることができる。合わせて、紫外線照射装置の外側からも紫外線発生器設置室内に基本的に入り込まないものとすることができる。その結果、電気回路を含め、紫外線発生器が揮発性物質に接触して漏電や腐食が生じることを防ぐことができる。
また後述する原料の重合性単量体の種類によっては、アクリルアミド等の毒性の高い重合性単量体や、（メタ）アクリレート等の揮発性の高い重合性単量体もあるが、本発明の紫外線照射装置の上記好ましい形態は、そういった重合性単量体を扱うときにも有利となる。
更に好ましい形態としては、上記防護用ガラス（４）が、側面から装着及び脱着できるように室毎に設置されている形態である。このような形態であれば、防護用ガラスが汚染した時に洗浄する際に、側面から防護用ガラスを容易に装着及び脱着することができる。これによって、本発明が採用する特定の構造である紫外線照射装置においては、長期にわたる重合体の製造に使用しても、防護用ガラスの汚染により光強度が弱くなることや、ベルト面の光量が不均一化するために残留単量体含量が増えることを防止することができる。そして、紫外線発生器設置室からの排気ガス温度の制御による光量安定化効果などと相まって、更に優れた効果を奏することが可能となる。
上記紫外線発生器設置室と重合室とを仕切るガラスは、好ましくは、揮発性物質や蒸気の防護用ガラスであり、防護用ガラス又は蒸気防護用ガラスと表現される。

本発明における紫外線発生器設置室は、外部との間にガスの吸気と排気とを行う構造を備え、且つ、排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御する構造を備えたものである。
外部との間にガスの吸気（吸入）と排気とを行う構造としては、室のどこかに吸気口や排気口を設ける、室に隙間を作って吸気や排気が行われるようにする、吸気装置や排気装置を備える、などが挙げられる。好ましい形態としては、室に吸気するための隙間及び／又は吸気口を作り、更に排気口を設け、排気口においてガスを吸引することによって排気を行う形態である。このような形態において、紫外線発生器設置室の外部との間にガスの吸気と排気とが行われるようにすればよく、例えば、吸気においては、紫外線発生器設置室周囲の空気が吸気されるようにする、ベルト重合機が設置された部屋の外の空気が吸気されるようにする、冷却用ガス発生器から冷却用ガスが吸気されるようにする、などの形態が挙げられる。排気においては、紫外線発生器設置室周囲に排気されるようにする、ベルト重合機が設置された部屋の外に排気されるようにする、冷却用ガス発生器に戻すようにして排気されるようにする、などの形態が挙げられる。

本発明においては、排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御することになるが、その手法としては、上記紫外線発生器設置室が、ガスの排気量を制御することによって排気ガスの温度を制御することが好ましい。この場合、通常では排気ガスの温度を温度センサーによって測定し、排気ガス量及び／又は吸気ガス量（単位時間当たりのガス量）を調整することによって行うことになる。排気ガス量の調整は、通過ガス量を調整するバルブによって行うことができ、排気口に排気管を設置する場合は、排気管のいずれかの位置、例えば、排気管における温度センサーが設置された付近にバルブを設置し、バルブの開閉具合を調整することによって行うことができる。
排気ガスの温度が１０℃未満であれば、紫外線発生器のランプ部分の温度低下によって光量の低下が生じることになる。６０℃を超えると、逆に温度上昇によってランプやその電気系統の寿命に影響を及ぼし、寿命低下をきたすことになる。また、光量の低下に影響し、特に長期間の高温状態は、光量の低下を引き起こすものと推察される。排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御する技術的意義は、上記したようにランプ表面温度を適度に保ち、光量を確保することによって、重合用溶液に対して照射される光強度をより均一かつ充分なものとするところにある。紫外線発生器のランプ表面温度は、ランプから発生する光量に関係し、表面温度範囲としては、１０〜７０℃であることが好ましい。より好ましくは、２５〜６５℃であり、更に好ましくは、２５〜５０℃である。このような範囲であれば、光量安定化（光量低下の抑制、均一性の維持）に効果的である。
本発明においては、紫外線発生器設置室からの排気ガス温度の制御という、工業的に容易に制御できる手法によって光量安定化を達成できたというところにも技術的意義があり、これによって、ベルト重合機を用いた生産工程において制御容易な方法により光量安定化、生産安定化を図ることが可能となる。

上記排気ガスの温度制御においては、排気ガス温度を測定すると共に、吸気ガス温度、吸気ガス量（又は排気ガス量）を測定し、排気管に設置されたバルブを調整することによって行うことが好ましい。例えば、吸気ガス温度を０〜３０℃とし、吸気ガス量（又は排気ガス量）は、ベルトからの受熱や紫外線発生器の発熱及びその他の機器類からの放熱並びに重合体の生産量によって異なるために限定できない。しかし一般的には、各紫外線発生器設置室における吸気ガス量（又は排気ガス量）としては、第１次重合ゾーンの各室（１個の室）における吸気ガス量（又は排気ガス量）を３０〜１０００Ｎｍ^３／ｈとし、第２次重合ゾーンの各室（１個の室）における吸気ガス量（又は排気ガス量）を５０〜１５００Ｎｍ^３／ｈとするのが好ましい。このような形態は、特に各紫外線発生器設置室における紫外線発生器（好ましくは蛍光灯型紫外線発生器）の本数が上記の好ましい形態（１次重合ゾーンが１〜２０本、より好ましくは５〜１５本、２次重合ゾーンが５〜３０本、より好ましくは１０〜２５本）の場合に好適である。紫外線発生器設置室の排気ガス温度制御に用いる冷却用ガスとしては、冷却したガスであってもよく、常温（ベルト重合機が設置された室内温度）のガスであってもよい。該ガスは、通常では空気を用いればよく、例えば、ベルト重合機の周辺空気をそのままあるいは冷却した後、冷却用ガスとすればよい。

上記紫外線発生器設置室は分割されていない一室で構成されていても良く、その場合も排気ガスの温度を制御して該室内温度を適正に保つことができる。
しかし、上記複数個の紫外線発生器設置室は、各室が独立して排気ガスの温度を制御する構造を備えたものである方が、排気ガス温度の制御の容易性、簡便性等から好ましい。
本発明において、排気ガスの温度を制御するのは、紫外線発生器におけるＵＶランプ表面温度を適切に保つことが目的であるが、紫外線発生器設置室が繋がっていてＵＶランプの数が多くなる場合や、各室独立して排気ガスの温度制御がなされない場合は、室内ガスが多くのＵＶランプの発熱によって温められ、温度制御が容易ではなくなり、それによってＵＶランプに対する冷却効率が低下し、また室内温度の均一性が低下するおそれがある。特に、ＵＶランプの端の部分の温度が高くなるが、各室が繋がった形態であれば、ＵＶランプの端に当たったガスが温められ、多く並べられたＵＶランプに当たったガスが次々に温められ、ガス温度が大きく上昇することになる。
このような場合、すなわち紫外線発生器設置室がベルト基材上の全体に渡って繋がっている場合に、排気口が少ないと（例えばベルト基材上の前後２箇所だけの場合）、排気ガスを特定の範囲内で温度制御するに足りず、温度制御を充分に実施することができないおそれがある。これに対して、各室が独立して排気ガスの温度を制御する構造であれば、容易に温度制御を行うことが可能となる。各室が独立した形態においては、その他にもランプ交換などの便宜性が良いというような効果もある。
上記のように各室が独立し、個々の室毎に排気ガスの温度を制御する（各々の室毎に温調する）構造である場合、例えば、ガスの排気量を制御することによって排気ガスの温度を制御する場合、個々の室毎にガスの排気量を制御する形態や、個々の室毎に排気ガスの温度を温度センサーによって測定し、排気ガス量を調整する形態が好ましい。なお、その他の形態としては、複数個の室に分けられた形態において、一括してガスの排気量を調整してもよい。すなわち、室毎に排気量を調整するのではなく、各室の排気ガスを集めて排気する際に集められた排気ガスの排気量を一括して制御してもよい。

上記紫外線発生器設置室は、紫外線発生器が並列して設置され、紫外線発生器の長尺方向に平行な辺側からガスを吸気し、紫外線発生器の端部が並んでいる辺側の中央部からガスを排気する構造を有することが好ましい。
本発明における紫外線発生器設置室においては、ガスを吸気して排気することによって排気ガス温度を制御することになるが、どの位置からどのようにガスを吸気して排気するかによって室内のガスの流れが変わり、室内にあるＵＶランプの表面温度分布に影響を与えることになる。上記したように、ＵＶランプにおいては、端部の温度がそれ以外の部分よりも高温となり、この端部をどのように冷却するのかが重要である。
図２に、上記好ましい形態の概念図を示す。この図においては、紫外線発生器が一定方向に並列して設置され、紫外線発生器の長尺方向に平行な辺側の全体からガスを吸気している。この場合、紫外線発生器の長尺方向に平行な辺（側板（７））にはガスの吸気が行われるように隙間が形成されている。ガスの排気については、紫外線発生器の端部が並んでいる辺の近傍における中央部の天井板に穴が開けられ、そこからガスが吸引されて排気されるようになっている。図２においては、天井板（６）のＵＶランプ両端部近傍の中央部２箇所に排気口（９）が設けられ、そこに蛇腹構造の排気管（図１−２における（１１））が繋げられて排気されるようにされている。図中の矢印（１３）は、吸気ガスの流れを概念的に示したものである。

このような好ましい形態においては、紫外線発生器（ＵＶランプ）の長尺方向に平行な辺側から吸気されたガスが紫外線発生器の端部が並んでいる辺側の中央部に設けられたガス排気口に向かって流れることになる。図２は、紫外線発生器設置室内のガスの流れを上から見た概念図でもある。これによって、吸気側の辺の中央部辺りから吸気されたガスも吸気側の辺の両端辺りから吸気されたガスも（ショートパスして）紫外線発生器の端部が並んでいる辺側の中央部に設けられたガス排気口に向かい、紫外線発生器の表面に効率良くガスが当たり、特に紫外線発生器の端部が効率良く冷却されることになる。仮に、ガス排気口を吸気される辺の近くに設けると、吸気されたガスが直ぐに排気されてしまい、ＵＶランプ表面及び端部を充分に冷却することはできないおそれがある。
なお、図１においては、紫外線発生器設置室の第１室において天井板の中央部からガスが排気されるように構成されているが、このように紫外線発生器の設置本数が少なく（例えば、好ましくは１〜１０本、より好ましくは２〜７本）、通常の紫外線発生器設置室よりも小さい室の場合には、上記のような構成としてもよい。

以下では、その他の本発明における好ましい形態について説明する。
例えば、本発明の紫外線照射装置の必須の構成以外における好ましい形態をまとめると次のようになる。すなわち、ベルト基材上に天井板及び側板を備え、該天井板にベルト基材面を照射する向きに紫外線発生器が取り付けられ、該天井板及び側板がそれらの内面で紫外線を反射する材料で構成され、更に、紫外線発生器が備わった紫外線発生器設置室と重合用溶液が供給され展開される重合室に分かれるように防護用ガラスで仕切られた構造を有し、該紫外線発生器設置室が複数個の室に分けられ、且つ、該防護用ガラスが紫外線発生器設置室毎に複数枚に分割して設置され、複数個の室において側面から装着及び脱着できるように設置されている形態である。
上記紫外線を反射する材料で構成されるという技術範囲には、紫外線が反射される材質の採用や紫外線の反射を促す表面処理が含まれる。例えば、金属以外の材質であっても上記内面が紫外線を反射できる材料で構成されていればよい。具体的には、紫外線発生器設置室の内面と重合室の内面とが、同一又は異なって、例えば、（１）通常の金属板単独である形態、（２）通常の金属板単独又はそれ以外のものに、更に反射フィルムを貼った形態、（３）鏡等である形態のいずれかにより構成されたものであってもよい。金属板としては、内面をガラスコート処理したものを用いてもよい。例えば、ＳＵＳ板、アルミニウム板、鉄の板等が挙げられ、中でもＳＵＳ板が好ましい。ＳＵＳ板は、通常のＳＵＳを使用することができるが、研磨処理し反射率を高める処理等を実施したものであってもよい。これにより、上記内面側に照射される光をより充分に反射することができる。これらの内面反射形態によって、本発明の効果と相まって重合用溶液に照射される光をより均一かつ充分な光量のものとすることができる。

上記紫外線発生器設置室が複数個の室に分かれている場合、防護用ガラスが室毎に複数枚に分割して設置（各室１枚で防護用ガラスが設置される形態）されることになるが、このような場合、防護用ガラスによって照射される紫外線の光量を調整することもできる。例えば、重合開始時と重合終了時とで照射される紫外線の光量を変更するような場合に、重合開始時と重合終了時とでＵＶ透過率の異なる防護用ガラスを設置することにより、容易に光量を調整することができる。このような効果も、紫外線発生器設置室が複数個の室に分かれ、それによって防護用ガラスも複数枚に分割して設置されていることから生じるものである。

上記防護用ガラスが側面から装着及び脱着できるように設置される形態においては、該側面（側板）がベルト基材の進行方向の側方側の側面（ベルト基材の進行方向に対しての右側の側板又は左側の側板）であることが重要である。例えば、ベルト基材の進行方向の側方側の側面は、図１の側板（７）における面である。防護用ガラスを装着及び脱着するための側面を当該側方側の側面とすることにより、紫外線発生器設置室が複数個の室に分けられた形態において、より容易に防護用ガラスを装着及び脱着することが可能となる。
具体的には、例えば防護用ガラスがトレイ（桟）上に載せられており、各室における桟は、ベルト基材の進行方向に対して横断する向きに紫外線照射装置中に架設されることが好ましい。これにより、該トレイを紫外線照射装置におけるベルト基材の進行方向の側方側の側面から引き出すことにより、洗浄目的等で容易に防護用ガラスを側面から装着及び脱着することができる。また必要に応じ、上記トレイ（桟）と防護用ガラスとの間に、シリコン樹脂やフッ素樹脂や耐腐食性のゴムのパッキンやシール材を設置することもできる。更に、ベルト基材の進行方向の側方側の側面にのぞき窓があれば、防護用ガラスの汚れ等を視認することができ、また、紫外線発生器が点灯しているのを確認することができる。
更に、防護用ガラスは、各室においてガラスをネジ等の固定具によって固定してもよいが、固定されておらず、桟の上に載っているだけであることが好ましい。ネジ等の固定具を用いてガラスを固定すると、固定具が落ちて重合用溶液中に入ってしまい、結果として製品中にも入ってしまうおそれがある。

上記重合室については、紫外線照射装置の外部との間にガスの出入りがある構造を有することが好ましい。例えば、重合室がガス入口及びガス出口を備えることにより、ガスをガス入口から重合室内に入れ、ガス出口から重合室外に出す構造を有する形態が好ましい。
従って、ガスは、本発明の紫外線照射装置の外から重合室内に入り、重合室から再び紫外線照射装置の外に排出されることになる（例えば、図１参照）。このとき、重合室内の揮発性物質や蒸気は、当該ガスに随伴、搬送され、紫外線照射装置の外に排出されることになる。これにより、重合用溶液から発生する揮発性物質を紫外線照射装置外に排出することができ、本発明の効果と相まって光量を充分なものとし、また光量の分布も均一なものとすることができる。
上記重合室に入れるガスとしては、例えば空気等であってもよいが、不活性ガスであることが好ましい。不活性ガスとは、有機反応において一般に不活性ガスとされるものであればよく、例えば窒素、アルゴン等が挙げられるが、安価である点で窒素が好ましい。

本発明の紫外線照射装置における紫外線発生器は、調光可能な紫外線発生器であることが好ましい。調光とは光量を任意に変えることである。これにより、紫外線発生器の取り付け工程、取り外し工程を経ることなく、簡便に光照射強度を重合に好適なものに調整することができる。
本発明の紫外線照射装置においては、ランプ電圧の異なる紫外線発生器を用いたり、紫外線発生器に反射笠を付けて照射強度を増したり、パンチングメタル等の減光板を設置する等して照射強度を減少させたり、インバーター制御により照射強度を増減させたりすることにより、照射強度を変更することも可能である。例えば、紫外線発生器が重合前段部と後段部とに分けられて配置され、重合前段部に調光可能な蛍光灯型紫外線発生器が設けられた構造を有する形態、重合後段部に調光が困難な高圧水銀ランプが設けられた構造を有する形態であってもよい。

上記紫外線発生器としては、例えば発光ダイオードも挙げられるが、発光ダイオードは放射波長幅が狭いという特徴を有するものの、光強度が極めて弱く、その結果、一定の光量を確保するためには、大量に使用する必要があり、発光ダイオードを工業的生産に適用した場合は、設備が非常に高価なものとなり、発光ダイオードだけで莫大な費用が必要になるため、工業製品を安価に製造するには適さないものである。
従って、本発明における紫外線発生器としては、発光ダイオード以外の紫外線発生器であることが好ましい。より好ましくは、中紫外線発生器及び／又は近紫外線発生器である。中でも、上記紫外線発生器が近紫外線発生器であることが本発明の紫外線照射装置における特に好ましい形態である。中紫外線の波長範囲は、２８０〜３１５ｎｍであり、近紫外線の波長範囲は、３１５〜４００ｎｍである（ＣＩＥ／ＩＣＥ国際照明用語集 第４版による）。これにより、重合速度が適度なものとなり、重合温度、重合熱の制御がより簡単に行うことができ、特に高分子量ポリアクリル酸ナトリウムのような超高分子量重合体を光ベルト重合で製造する場合に最適となる。

また上記近紫外線発生器の波長領域としては、近紫外線発生器から照射される光照射強度の全体を１００％とすると、分光分布における３００ｎｍ以上、４００ｎｍ以下の部分が７０％以上であることが好適である。７０％未満であると、３００ｎｍ未満の波長の紫外線を照射した場合、重合反応が急激化し、残存単量体の量が少ない重合体が得られない場合がある。より好ましくは、８０％以上であり、更に好ましくは、９０％以上であり、特に好ましくは、実質的に１００％である。
なお、本明細書中、紫外線発生器の光照射強度は、ベルト基材上において測定される光照射強度である。光照射強度は、下記の光量計で測定することができる。
装置：ＵＶメーター
メーカー：株式会社カスタム
型式：本体 ＵＶＡ−３６５（商品名）
センサー：ＵＶセンサー（スペクトラ応答性 ３００ｎｍ〜４００ｎｍ〔３５５ｎｍ中心ポイント〕）

上記近紫外線発生器としては、例えば、蛍光灯型紫外線発生器や、メタルハライドランプ、高圧ナトリウムランプ、水銀ランプ等のＨＩＤランプ（ＨＩＧＨ ＩＮＴＥＮＳＩＴＹ ＤＩＳＣＨＡＲＧＥ ＬＡＭＰＳ、高輝度放電ランプともいう）等が好ましく、これらの１種又は２種以上を用いることができる。中でも、蛍光灯型紫外線発生器が好ましい。蛍光灯型紫外線発生器は、電圧を調整可能で光量の制御がしやすく、防護ガラスの経時的な汚れに対しても、容易に光量の制御を行うことでできる点で好ましい。更には、設置しやすい、交換しやすい等の点でも利点がある。本発明において、ランプ表面温度を適切に調整し、光量の安定化、均一化を図るという目的に最も合致するものである。上記ＨＩＤランプについては、蛍光灯型紫外線発生器に比較して結果として光量分布が大きくなる欠点がある。

本発明の紫外線照射装置においては、例えば紫外線発生器が蛍光灯型紫外線発生器である場合、その長軸方向が、（１）ベルト基材の進行方向に沿って配列された構造を有するものであってもよいし、（２）ベルト基材の進行方向に対して垂直方向に配列された構造を有するものであってもよい。紫外線発生器設置室が複数個の室に分けられ、ベルト基材上へ紫外線をより均一に照射するためには、特にベルト基材の進行方向に対して垂直方向においてより均一に照射するためには、上記（２）紫外線発生器の長軸方向をベルト基材の進行方向に対して垂直方向に配列する場合、蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向の長さによってベルト基材の幅を設定しなければならなくなる。一方で、上記（１）紫外線発生器の長軸方向をベルト基材の進行方向に沿って配列する場合、そのような制約がなくなり、この点に関するベルト重合機の設計の自由度に優れることから好ましい。
なお、図１に示されるように、紫外線発生器設置室における複数個の室のうち、一部の室だけを上記（２）紫外線発生器の長軸方向をベルト基材の進行方向に対して垂直方向に配列し、その他の大部分を上記（１）紫外線発生器の長軸方向をベルト基材の進行方向に沿って配列してもよく、ベルト基材上における重合長や紫外線発生器の長さなどを勘案して適宜設定すればよい。

上記紫外線発生器設置室における蛍光灯型紫外線発生器の配置としては、蛍光灯型紫外線発生器の長軸どうしの間隔（蛍光灯型紫外線発生器間距離）が２５ｃｍ以下であることが好ましい。長軸どうしの間隔とは、本明細書中、蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向の向きの中心を通る直線どうしの間隔である。例えば図３における間隔（Ｂ）が該当する。間隔（Ａ）は、本明細書中、蛍光灯型紫外線発生器の長軸どうしの間隔には該当しないものである。
このように蛍光管を密に配置することにより、照射をより充分なものとすることができ、また光量分布を均一にすることができるため、本発明の作用効果を更に効果的に発揮することができる。
また、後述する第１次重合ゾーンの各室では、端（ベルト基材端部）において、蛍光灯型紫外線発生器間距離を中央部よりも短くすることが好ましい。例えば、ベルト基材端部の最も端に配置される蛍光灯型紫外線発生器とその隣に配置される蛍光灯型紫外線発生器の長軸どうしの間隔（端の２本の蛍光灯型紫外線発生器間距離）を両端共に１５ｃｍ以下とすることが好ましい。ベルト基材の端部においては、中央部に比べて重合が充分に進行しにくいことから、ベルト基材端部における蛍光灯型紫外線発生器の配置を中央部よりも密にすることで、当該構成と本発明の構成とが相まって、ベルト基材の中央部と端部とで製造される含水ゲルの品質を均質化し、更に高品質化を実現することができる。
更に、後述する第２次重合ゾーンの各室においては、隙間なく蛍光灯型紫外線発生器を配置し、インバーター制御によって適正な光量となるように調整することが好ましい。
なお、ＵＶランプを長時間使用すれば同じ電力量であっても照射強度が下がってくるため、第１次重合ゾーン及び第２次重合ゾーン共にインバーター制御による光量調整を行うことが好ましく、使用初期においては電力量を下げ、使用時間の経過とともに上げていくというように調整すればよい。

本発明の紫外線照射装置においては、紫外線発生器設置室に設置された蛍光灯型紫外線発生器の設置密度が低い領域と高い領域とを有し、ベルト基材の進行方向側（ベルト基材の進行方向に沿って手前側と奥側とに分けた場合の奥側）に該高い領域が配置されていることが好ましい。これにより、重合後段において、重合用溶液に対して照射される光量を高め、残存モノマー量を充分に低減することができ、高品質の重合体を製造する際に有利となる。上記設置密度が低い領域と高い領域のベルト基材の進行方向における長さの比は、（低い領域の長さ）／（高い領域の長さ）＝６０／４０〜９５／５であることが好ましい。より好ましくは、７０／３０〜９０／１０であり、更に好ましくは、７５／２５〜８５／１５である。設置密度が低い領域は、一次重合ゾーン、設置密度が高い領域は、二次重合ゾーンともいう。
なお、一次重合ゾーン及び二次重合ゾーン共に蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向がベルト基材の進行方向に沿って配列された構造とし、蛍光灯型紫外線発生器の設置密度だけを変更するものであってもよく、蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向がベルト基材の進行方向に沿って配列された構造と当該進行方向に対して垂直方向に配列された構造とを有するものであってもよい。

上記紫外線発生器設置室に設置される防護用ガラスとしては、その近紫外線透過率が７０〜９０％であることが好ましい。７０％未満であると、ベルト面における光強度が充分なものとならず、高品質の重合体を得ることができないおそれがある。９０％を超えると、ガラス強度が充分なものとならないおそれがある。透過率が低くなると重合速度が遅くなり残留単量体も増える傾向がある。
上記上限は、８８％がより好ましく、更に好ましくは、８５％である。上記下限は、７３％がより好ましく、更に好ましくは、７５％であり、特に好ましくは、７８％である。

上記防護用ガラスは、厚みが３〜２０ｍｍであることが好ましい。３ｍｍ未満であると、ガラスが撓みやすくなり、ガラスを支持する桟の数が増える結果、ベルト面の影が増え、重合用溶液に向けて均一かつ充分な光量で光を照射することができなくなり、本発明の効果が充分に発揮されなくなるおそれがある。２０ｍｍを超えると、ガラスの自重が大きいため、幅広で頑丈な桟が必要となり、この場合もベルト面の影が増えるおそれがある。また、透過率が低下する可能性がある。ベルト面に影が多く生じた場合、得られる重合体（ゲル）に品質ムラができるため好ましくない。上記防護用ガラスの厚みの下限は、３．５ｍｍであることがより好ましく、更に好ましくは、４ｍｍである。上限は、１９ｍｍであることがより好ましい。
また上記防護用ガラスは、重合用溶液から発生する揮発性物質から紫外線発生器を防護することができるガラスであればよいが、強化ガラスによって構成されるものであることが好ましい。強化ガラスの具体例としては、例えばタフライト（商品名、強化ガラス、日本板硝子社製）等が挙げられ、その厚みは、例えば、３ｍｍのもの、４ｍｍのもの、１９ｍｍのもの等がある。

本発明はまた、上記紫外線照射装置を備えたベルト重合機でもある。
本発明のベルト重合機は、通常のベルト重合機のベルト基材上に本発明の紫外線照射装置を取り付けたもので、連続的に重合体含水ゲルを得ることができる。
上記ベルト基材としては、樹脂製、スチール製、鉄製等が好適である。より好ましくは、樹脂製、スチール製であり、更に好ましくは、スチール製である。上記スチール製ベルト基材の材質としては、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌ等のＳＵＳ製や炭素鋼（ＣＳ）等、通常用いられる材質のものを使用することができる。これらの中でも、ＳＵＳ製の伝熱性基材が好ましい。より好ましくは、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３１６Ｌであり、更に好ましくは、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４である。このようなベルト基材は、ベルト基材上に離型材を有する形態であってもよい。
上記ベルト基材において、ベルト進行方向側の幅（重合長）としては、１ｍ以上が好ましく、また、３０ｍ以下が好ましい。上限は、より好ましくは２５ｍであり、更に好ましくは２０ｍである。下限は、より好ましくは２ｍであり、更に好ましくは３ｍである。
また、ベルト進行方向に対して垂直方向側の幅（いわゆるベルト幅）としては、０．３ｍ以上が好ましく、また、３ｍ以下が好ましい。上限は、より好ましくは２．５ｍであり、更に好ましくは２ｍである。下限は、より好ましくは０．５ｍであり、更に好ましくは１ｍである。

本発明は更に、上記ベルト重合機を用いて、重合性単量体を含む重合用溶液に光を照射し、連続的に重合を行う工程を含む重合体の製造方法でもある。このような方法により、重合体含水ゲルを連続的に製造することができる。好ましい形態としては、水溶性重合体の製造方法、特に（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体（更に好ましくはアクリル酸（塩）系水溶性重合体）の製造方法であり、本発明の製造方法によって製造される水溶性重合体は、増粘剤、めん類のほぐれ促進剤や豚の胃潰瘍防止剤用等のように、食品用添加剤や飼料用添加剤等として優れた品質を有するものとなる。また本発明の製造方法においては、重合体を含む溶液の粘度や重合体の分子量が高いものや、重合体中に残留する単量体の量等が少なくて高品質の水溶性重合体を連続的に製造することができるという点において際立って優れた効果を得ることができる。
上記製造方法における紫外線照射装置、ベルト重合機の好ましい形態は、上述した本発明の紫外線照射装置、ベルト重合機の好ましい形態と同様である。

上記製造方法においては、例えば、重合性単量体成分を含む溶液（以下、モノマー液ともいう）の入ったモノマー槽からモノマー液を抜き出し、触媒槽より触媒溶液（好ましくは触媒水溶液）を抜き出し、モノマー液と触媒溶液とが混合器で混合され、重合用溶液としてベルト重合機のベルト基材上に供給される形態が好ましい。モノマー液と触媒溶液との混合は、これらの溶液がベルト基材上に供給される配管の途中に混合器を設置することによって行ってもよく（例えば、図１−２を参照）、これらの溶液がベルト基材上に供給される直前で行ってもよい。また、モノマー液と触媒溶液とを別々にベルト基材上に供給し、供給と同時に混合されるようにしてもよい。
なお、重合工程においては、窒素ガス等の不活性ガスをバブリングする等の方法により、重合用溶液中に溶解している溶存酸素を予め除去した状態で重合を行うことが好ましい。

上記ベルト基材上における重合工程の終了後は、ベルト重合機において、含水ゲルを該含水ゲルと接するベルト面から連続的に剥がし続けることになる。引き剥がす手法としては、（可動式）スクレーパー等を適宜用いることができる。
なお、上記含水ゲルと接するベルト面とは、重合室の底面をいい、ベルト基材の上面のことである。重合工程における単量体成分を含む重合用溶液の層厚は、５〜５０ｍｍが好ましい。５ｍｍ未満であったり、５０ｍｍを超えたりすると、得られる重合体に単量体成分が残存すると共に重合体の分子量が充分には高くならないおそれがある。上記層厚は、水溶性重合体を調製する場合の単量体成分を含む水溶液の層厚として特に好適である。

上記重合工程における光重合は、一次ピーク温度が９０℃以下になるように制御して行われることが好ましい。９０℃を超えると、重合反応が過度に進行することとなり、得られる重合体の分子量が充分に高くならないおそれがあり、また重合体中に残存する単量体を充分に低減できないおそれがある。下限としては、３０℃が好ましい。なお、重合を開始する温度としては、５０℃以下であることが好ましい。
上記ピーク温度とは、重合開始後に反応液の温度が上昇した後に降下又は同温度を保持するときに形成されるピーク温度（極大値）であり、一次ピーク温度とは、該ピークが一つできる場合にはそのピーク温度を意味し、該ピーク温度が複数できる場合には、最初のピーク温度を意味する。

上記一次ピーク温度の制御は、ベルト基材を伝熱性基材とし、その下面を水と接触させることによって行うことが好ましい。これにより重合用溶液を充分に冷却することができる。
また光強度をコントロールすることによっても可能である。例えば、光強度が１０Ｗ／ｍ^２を超えると、光量が高過ぎて一次ピーク温度が９０℃を超え、充分に高い分子量の重合体を得ることができず、また、不溶解分が多く発生するおそれがある。下限値としては、１Ｗ／ｍ^２であることが好ましい。１Ｗ／ｍ^２未満であると、重合反応を充分に促進できないおそれがある。重合工程における光照射時間としては、例えば、１０Ｗ／ｍ^２以下の近紫外線の場合、照射時間が３分以上、１００分未満であることが好ましい。３分未満であると、一次重合があまり進行せず、結果として高分子量の重合体が得られないおそれがある。１００分以上であると、生産性が低くなるおそれがある。
なお、上述した光量（照射強度）及び照射時間の好ましい範囲は、１次重合ゾーンにおける好ましい範囲を意味するものである。

上記光重合方法としては、１０Ｗ／ｍ^２以下の近紫外線を照射して重合する工程と、次いで、１０Ｗ／ｍ^２を超える近紫外線を照射することにより重合を完結する工程とを含むことが好ましい。これは、上述した１次重合ゾーンと２次重合ゾーンとに分けることである。
このように異なる強度の近紫外線を２段階に分けて照射することにより、単量体の重合が促進され、本発明の効果をより充分に発揮できる。光強度を異なるものとする方法としては、本発明の紫外線照射装置における上述した手法を用いて照射強度を適宜増減させることにより達成することができる。

このように２段階に分けて光重合する場合、第２段（２次重合ゾーン）で照射する１０Ｗ／ｍ^２を超える近紫外線が、１０Ｗ／ｍ^２以下であると、光量が低過ぎて残存する単量体を充分に減少させることができないおそれがある。第２段における上限値としては、１００Ｗ／ｍ^２以下であることが好ましい。１００Ｗ／ｍ^２を超えると、照射強度が強過ぎて、製品が着色したり、充分に高い分子量の重合体が得られなかったりするおそれがある。第２段における近紫外線の照射時間としては、例えば１〜３０分であることが好ましい。

上記製造方法における製造原料に関し、単量体成分としては、（メタ）アクリル系単量体が光重合性に高活性であるために好ましい。具体的には下記化合物が例示される。本発明の製造方法によって調製される重合体においては、下記化合物を単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。
上記（メタ）アクリル系単量体としては、例えば、（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリル酸を１価金属、２価金属、アンモニア、有機アミン等で中和してなる（メタ）アクリル酸塩、すなわち（メタ）アクリル酸ナトリウム、（メタ）アクリル酸カリウム、（メタ）アクリル酸マグネシウム、（メタ）アクリル酸カルシウム、（メタ）アクリル酸アンモニウム等が好適である。これらの中でも、水溶性重合体板状含水ゲルを調製する場合は、アクリル酸やアクリル酸塩を用いることが好ましく、より好ましくは、アクリル酸ナトリウムである。

また、上記単量体成分以外としては、下記化合物が例示される。これらの化合物は、（メタ）アクリル系単量体の共重合性成分としての使用の他、単独重合の成分としての使用も可能である。
α−ヒドロキシアクリル酸、クロトン酸等の不飽和モノカルボン酸系単量体；マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等の不飽和ジカルボン酸系単量体；ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、２−アクリルアミド−２−メチルプロパンスルホン酸、３−アリロキシ−２−ヒドロキシプロパンスルホン酸、スルホエチル（メタ）アクリレート、スルホプロピル（メタ）アクリレート、２−ヒドロキシスルホプロピル（メタ）アクリレート、スルホエチルマレイミド等の不飽和スルホン酸系単量体；（メタ）アクリルアミドメタンホスホン酸、２−（メタ）アクリルアミド−２−メチルプロパンホスホン酸等の不飽和ホスホン酸系単量体が挙げられ、これら酸型単量体を１価金属、２価金属、アンモニア、有機アミン等で中和してなる中和物等も挙げられる。
その他、（メタ）アクリルアミド、ｔ−ブチル（メタ）アクリルアミド等のアクリルアミド系単量体；（メタ）アクリル酸エステル、スチレン、２−メチルスチレン、酢酸ビニル等の疎水性単量体；３−メチル−２−ブテン−１−オール（プレノール）、３−メチル−３−ブテン−１−オール（イソプレノール）、２−メチル−３−ブテン−２−オール（イソプレンアルコール）、２−ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリプロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールモノイソプレノールエーテル、ポリプロピレングリコールモノイソプレノールエーテル、ポリエチレングリコールモノアリルエーテル、ポリプロピレングリコールモノアリルエーテル、グリセロールモノアリルエーテル、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、グリセロールモノ（メタ）アクリレート、ビニルアルコール等の水酸基を有する不飽和単量体；ジメチルアミノエチル（メタ）アクリレート、ジメチルアミノプロピル（メタ）アクリレート等のカチオン性単量体；（メタ）アクリロニトリル等のニトリル系単量体等が挙げられる。
上記重合用溶液中の単量体成分の重合開始時の濃度は、重合に使用する全単量体成分を含む反応液を１００質量％として、２０〜６０質量％であることが好ましい。２０質量％未満であると、単量体成分の濃度が小さ過ぎて重合が充分進まないおそれがあり、６０質量％を超えると、重合反応が暴走するおそれがある。

なお、（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体を調製する場合、（メタ）アクリル酸（塩）の上限は、単量体成分の実質的に全てが（メタ）アクリル酸（塩）である１００モル％とすることができる。（メタ）アクリル酸（塩）の範囲は、重合時に使用する全単量体１００モル％に対して、６０〜１００モル％であることが好ましく、８０〜１００モル％であることがより好ましい。より好ましくは、９０〜１００モル％である。
上記（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体は、（メタ）アクリル酸系水溶性重合体部分中和塩及び／又は（メタ）アクリル酸水溶性重合体完全中和塩を意味するものである。

上記重合工程においては、触媒として光重合開始剤を用いることが好ましい。光重合開始剤を用いて重合させることで、重合体を高粘度のものとすることができ、また、残存する単量体の量を低減することができる。このような光重合開始剤としては、その作用効果を発揮するものであればよいが、例えばアゾ系開始剤が好ましい。アゾ系開始剤としては、２，２′−アゾビス−２−アミジノプロパン２塩酸塩等のアゾ系水溶性開始剤がより好ましい。なお、熱重合開始剤を光重合開始剤と併用することも可能である。熱重合開始剤を併用することにより、残存する単量体の量を低減することができる。このような熱重合開始剤としては、水性媒体に可溶なものであればよいが、例えば、過酸化水素、過硫酸アンモニウム等の過硫酸塩、アゾ系化合物、有機過酸化物等が好適である。

上記重合工程では、必要に応じて連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤としては、例えば、含硫黄化合物、亜燐酸系化合物、次亜燐酸系化合物、アルコール類等が挙げられる。上述した光重合開始剤、熱重合開始剤、連鎖移動剤は、必要に応じて、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。
上記重合用溶液に用いられる重合溶媒としては、水が好適に用いられる。また、水以外にも親水性有機溶媒等を適宜水と併用してもよい。親水性有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、低級エーテル類等が好適である。

本発明の重合体の製造方法においては、上記のように高品質な化学製品を製造することができるが、その品質基準としては、重合体の残存単量体濃度、不溶解分などが挙げられる。
これらの基準は、特に水溶性重合体を製造する際に重要なものとなる。
上記重合体の残存単量体濃度としては、１．５質量％以下であることが好ましい。１．５質量％を超えると、品質が低いものとなり、本発明の作用効果を充分に発揮できないおそれがある。より好ましくは、１質量％以下である。
上記残存単量体濃度（残存モノマー濃度）は、例えば重合体がポリアクリル酸ナトリウムである場合、「食品添加物公定書」、第７版、ｐ．４３６−４３７、又は、「飼料添加物の成分規格等収載書」、第１０版、ｐ．２３９−２４０に記載の純度試験の項における以下の方法で測定することができる。

残留単量体の測定方法
〔臭素付加法〕
本品（重合体）約１ｇを精密に量り、３００ｍｌのヨウ素瓶に入れ、水１００ｍｌを加え、時々振り混ぜながら約２４時間放置して溶かす。この液に臭素酸カリウム・臭化カリウム試液１０ｍｌを正確に量って加え、更によく振り混ぜ、塩酸１０ｍｌを手早く加え、直ちに密栓して再びよく振り混ぜた後、ヨウ素瓶の上部にヨウ化カリウム試液約２０ｍｌを入れ、暗所で２０分間放置する。次に栓を緩めてヨウ化カリウム試液を流し込み、直ちに密栓をしてよく振り混ぜた後、０．１ｍｏｌ／Ｌチオ硫酸ナトリウム溶液で滴定する（指示薬デンプン試液２ｍｌ）。別に同様の方法で空試験を行い、次式により含量を求める。

ただし、ａ：空試験における０．１ｍｏｌ／Ｌチオ硫酸ナトリウム溶液の消費量（ｍｌ）
ｂ：本試験における０．１ｍｏｌ／Ｌチオ硫酸ナトリウム溶液の消費量（ｍｌ）である。

上記不溶解分としては、２質量％以下であることが好ましい。不溶解分が２質量％を超えると、品質が低いものとなり、本発明の作用効果を充分に発揮できないおそれがある。
上記不溶解分の値は、イオン交換水４９９ｇに重合体１．０ｇを添加し、５０分間攪拌した後に２５℃とし、５００μｍの網目のふるいを用いて濾過することにより、含水状態の不溶物を取り出し、下記計算式；
不溶解分（質量％）＝｛不溶物の質量（ｇ）／５００（ｇ）｝×１００
に基づいて算出することができる。なお、本明細書中、不溶解分とは、（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体の場合、水溶液中の該重合体を上記フィルタで濾過後、１分以内に測定される値とする。濾過及び秤量は、２５℃、湿度６０％以上の条件で行う。

本発明の製造方法においては、上述した重合工程により得られた重合体含水ゲルを更に押出工程、乾燥工程及び粉砕工程に供して、重合体（粉体）を製造することができる。このような工程を経ることにより、種々の分野に好適に使用できる重合体を得ることができる。
好ましくは、水溶性重合体、特に（メタ）アクリル酸（塩）系水溶性重合体（更に好ましくはアクリル酸（塩）系水溶性重合体）を製造するために本発明の重合体の製造方法を適用することであり、これによって食品添加物などにも好適に用いることができる高品質な水溶性重合体の粉体を得ることができる。

本発明は、高い照射強度で重合できると共に、紫外線発生器の本数が少なくでき、省エネ化に有効であり、しかも光量の分布をより均一化できる紫外線照射装置、それを備えたベルト重合機、より具体的には当該ベルト重合機を使用して重合体を製造する方法を提供するものであり、重合体を含む溶液の粘度や重合体の分子量が高いものや、重合体中に残留する単量体の量等が少なくて高品質のものを連続的に製造することができる。特に水溶性重合体として製造されるものは、増粘剤、めん類のほぐれ促進剤や豚の胃潰瘍防止剤用等のように、食品用添加剤や飼料用添加剤等として好適に用いられ、その他にも、医薬用、塗料用、土木・建築用、その他一般工業用において、増粘剤、粘着剤、凝集剤、吸湿剤、乾燥剤等として好適な重合体を製造することができる。

図１−１は、本発明の紫外線照射装置の一形態を示す図であり、ベルト重合機のベルト基材上に設置された形態を上から見た概念図である。 図１−２は、図１−１の本発明の紫外線照射装置を備えたベルト重合機の一形態を側方から見た断面概念図である。 図１の本発明の紫外線照射装置における紫外線発生器設置室のうちの１室を上から見た概念図である。 蛍光灯型紫外線発生器の長軸どうしの間隔（Ｂ）を示す図である。間隔（Ａ）は、当該長軸どうしの間隔には該当しないものである。

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。なお、特に断りのない限り、「部」は「重量部」を、「％」は「質量％」を意味するものとする。

実施例及び比較例
図１に示したような紫外線照射装置を備えたベルト重合機を用いて重合を行った。
該ベルト重合機は、ベルト基材幅１５５０ｍｍ、製品幅１３３０ｍｍ（ベルト基材の両端に設けられた高さ３０ｍｍのエッジロープ間の距離）であり、重合長１０９００ｍｍとなっている。なお、図１中に示されているエッジロープ（２０）は紫外線照射装置に含まれるものではなく、ベルト重合機（２５）におけるベルト基材（１９）に付随しているものである。
紫外線照射装置は、紫外線発生器設置室及び重合室から構成され、紫外線発生器設置室については、ベルト基材上に天井板及び側板を備え、該天井板及び側板がそれらの内面で紫外線を反射するＳＵＳ３０４板で構成され、ベルト基材方向に光が照射されるように紫外線発生器のランプ部分が取り付けられている。紫外線発生器の下側（ベルト基材側）には、強化ガラスが各室にはめ込まれている。重合室としては、紫外線発生器設置室と同様に側板が備えられ、底面がベルト基材、上面が紫外線発生器設置室の強化ガラスとなっている。
本実施形態においては、紫外線発生器設置室が複数個の室によって構成されていて、ベルト進行方向に沿って第１室から第８室まで設置され、そのうち第１室から第５室までが一次重合ゾーン（低密度部）用であり、第６室から第８室が二次重合ゾーン（高密度部）用である。蛍光灯型紫外線発生器の設置方法については、複数個の室のうち、第１室においては蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向（長軸方向の長さ１１９８ｍｍ）がベルト基材の進行方向に対して横断する向きに設置され、第２室から第８室においては蛍光灯型紫外線発生器の長軸方向（長軸方向の長さ１１９８ｍｍ）がベルト基材の進行方向に沿った向きに設置されている。蛍光灯型紫外線発生器の使用本数は、一次重合ゾーン（低密度部）用の第１室が３本であり、第２室から第５室までが各９本であって、ほとんどが２２０ｍｍ間隔で設置されている。二次重合ゾーン（高密度部）用の第６室から第８室が１９本であって、７０ｍｍ間隔で設置されている。
紫外線発生器の仕様は、ブラックライト蛍光ランプ（ＵＶ蛍光ランプ）であり、メロウライン（商品名、管長１．２ｍ、定格ランプ電力４５Ｗのブラックライト、型名「ＦＨＦ３２ＢＬＢ」、東芝ライテック社製）である。
紫外線発生器設置室の下側（ベルト基材側）に取り付けられた強化ガラスの仕様は、タフライト（商品名、厚み４ｍｍの強化ガラス、日本板硝子社製）である。

本実施形態におけるベルト重合機は、重合に先立って次の条件に調整されている。
すなわち、気相部酸素濃度が８ｖｏｌ％となるように、重合室内は重合室のガス入り口より連続的に窒素ガスが導入されている。重合室内における一次重合ゾーンにおけるベルト基材上における近紫外線強度は、平均値が５．５Ｗ／ｍ^２となるように調光され、二次重合ゾーンにおけるベルト基材上における近紫外線強度は、平均値が１７．０Ｗ／ｍ^２となるように調光されている。また、ベルトスピードは３６．５ｃｍ／ｍｉｎとなるように調整されている。
このような条件下、表１に示すように排気温度を調節しながら、重合工程を行って重合体含水ゲルの製造を実施した。排気温度の調整は、図１に示されるように各紫外線発生器設置室において、紫外線発生器が並列して設置され、紫外線発生器の長尺方向に平行な辺側からガスを吸気し、紫外線発生器の端部が並んでいる辺側の中央部からガスを排気する構造となっている。当該紫外線発生器設置室はまた、複数個の室に分かれた構造を有し、各室が独立して排気ガスの温度を制御する構造を備えたものであり、吸気ガス及び排気ガスの温度を測定し、ガスの排気量を排気管の途中（排気ガスの温度測定器付近）に取り付けられたバルブによって制御することにより、排気ガスの温度を制御する構造を有するものとなっている。なお、表１中における吸入ガス（Ａｉｒ）量は、第１次重合ゾーン各室の吸気ガス量を合わせた合計のガス量、第２次重合ゾーン各室の吸気ガス量を合わせた合計のガス量、これらの合計量を示している。

重合工程においては、アクリル酸ナトリウム３６％、グリセリン２．５％（対アクリル酸ナトリウム）、光重合開始剤としての２，２´−アゾビス−２−アミジノプロパン塩酸塩０．０３ｇ／モル（対アクリル酸ナトリウム）を含むｐＨ１０．０で溶存酸素が５ｐｐｍの重合液を重合用溶液の供給口より、４３０ｋｇ／ｈｒの割合で供給した。約３５分経過後、ベルト基材の終端部より厚みが約１４ｍｍの含水ゲルが連続的に製造され、ベルト重合機より取り出すことができた。本実施形態における実施結果を表１に示した。

次いで、下記のように含水ゲルの処理を行って乾燥粉末を得た。
重合工程によって得られた含水ゲルをミートチョッパー（平賀工作所製、Ｎｏ．３２Ｅ型、ダイス径４．５ｍｍΦ）で押出を行った。該押出しゲルを２００℃で４０分間乾燥した。風向はＵＰフロー（含水ゲルに対して上方に熱風が流れるようにした）、その線速は１．５ｍ／Ｓとした。このようにして乾燥された乾物を卓上粉砕機で粉砕した後、２０メッシュパスとなるように分級して乾燥粉末を得た。
このように得られた乾燥粉末は、重合体の分子量が高く、重合体中に残留する単量体の量等が少なくて高品質の重合体粉末として有用であり、工業製品として供給するのに適するものである。本実施形態により連続的に生産された水溶性重合体の乾燥粉末は、増粘剤、めん類のほぐれ促進剤や豚の胃潰瘍防止剤用等のように、食品用添加剤や飼料用添加剤等として好適に用いることができるものである。

上記実施例においては、排気温度を１０〜６０℃に調整ことによって、一次重合ゾーン（低密度部）及び二次重合ゾーン（高密度部）共に、安定して充分な光量（ＵＶランプ照度）が得られることが分かった。それによって、高い照射強度で重合でき、しかも光量の分布をより均一化できることとなり、重合体を含む溶液の粘度や重合体の分子量が高いものや、重合体中に残留する単量体の量等が少なくて高品質のものを連続的に製造することができることが明らかである。このように製造された重合体、特に水溶性重合体として製造されるものは、食品用添加剤や飼料用添加剤等として優れた品質を発揮し、種々の用途において好適なものである。

また、このような実施例においては、本発明の構成を備えない従来の形態と比較して、ＵＶランプの本数が少なくでき、省エネ化に有効である。例えば、従来のベルト重合機においては、ＵＶ照射強度を確保するために、ＵＶランプの本数を多くしたり、ＵＶランプの低寿命化によって取り替え回数が多くなったりすることになるが、本発明によって、そのような課題を工業的に容易に実施可能な手法によって解決することができる。
上記比較例においては、排気温度が１０〜６０℃から外れているため、低温側（１０℃）においては、ＵＶ照射強度が低下し、高温側（７０℃）においても、ＵＶ照射強度が低下したり、ＵＶランプの寿命低下が生じたりすることになる。このような形態においては、安定的に高い照射強度を得ることはできず、また、光量の分布をより均一化することも困難となる。
なお、本発明における上記特定の形態の紫外線照射装置とすれば、上記実施例において示された結果から、各紫外線発生器が高い照射強度を確保できることは明らかであり、本明細書に記載された種々の形態において発明の有利な効果を発現すると言える。少なくとも、本発明の紫外線照射装置において、紫外線発生器が蛍光灯型紫外線発生器であり、各紫外線発生器設置室からでる排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御する場合においては、上述した実施例及び比較例で充分に本発明の有利な効果が立証され、本発明の技術的意義が裏付けられている。

１：蛍光灯型紫外線発生器のランプ部
２：蛍光灯型紫外線発生器の安定器部
３：蛍光灯型紫外線発生器を取り付けるソケット部
４：防護用ガラス
５：紫外線発生器設置室の上部を覆う板（安定器の上側にある保護板）
６：天井板（紫外線発生器が取り付けられる板）
７：側板（紫外線発生器設置室において、ベルト基材の進行方向に沿った方向に取り付けられる側板）
８：側板（紫外線発生器設置室において、ベルト基材の進行方向に対向する方向に取り付けられる側板）
９：天井板に空けられた排気口
１１：排気管
１３：吸気ガスの流れ
１５：含水ゲルが重合室から出てくるところに設置されたカーテン
１６：重合室のガス入口
１７：重合室のガス出口
１８：重合用溶液の供給口
１９：ベルト基材
２０：エッジロープ
２１：重合用溶液（又はゲル）
２２：ベルト基材の進行方向
２３：紫外線発生器設置室
２４：紫外線照射装置
２５：ベルト重合機
２６：モノマー槽
２７：触媒槽
２８：混合器
２９：ギヤーポンプＰ１
３０：ギヤーポンプＰ２

Claims (6)

1. 可動式ベルト基材上に供給されてなる、重合性単量体を含む重合用溶液に光を照射し、連続的に重合を行うために使用する紫外線照射装置であって、
   該紫外線照射装置は、ベルト基材面を照射する向きに取り付けられた紫外線発生器が備わった紫外線発生器設置室によって構成され、
   該紫外線発生器設置室は、複数個の室に分かれた構造を有し、外部との間にガスの吸気と排気とを行う構造を備え、且つ、各室が独立して排気ガスの温度を１０〜６０℃に制御する構造を備え、ガスの排気量を制御することによって排気ガスの温度を制御し、
   該複数個の紫外線発生器設置室は、各室が別個に、又は、各室に仕切られて形成され、かつ、１次重合ゾーン及び２次重合ゾーンに分かれ、
   該１次重合ゾーン及び２次重合ゾーンは、重合反応が１次重合ゾーンで行われた後に２次重合ゾーンで行われ、
   該１次重合ゾーンにおける光量は、１〜１０Ｗ／ｍ^２であり、
   該２次重合ゾーンにおける光量は、１０Ｗ／ｍ^２を超え、１００Ｗ／ｍ^２以下であることを特徴とする紫外線照射装置。
2. 前記紫外線発生器設置室は、紫外線発生器が並列して設置され、紫外線発生器の長尺方向に平行な辺側からガスを吸気し、紫外線発生器の端部が並んでいる辺側の中央部からガスを排気する構造を有することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 前記紫外線発生器は、蛍光灯型紫外線発生器であり、
   該蛍光灯型紫外線発生器の設置密度が低い領域である一次重合ゾーンと設置密度が高い領域である二次重合ゾーンとのベルト基材の進行方向における長さの比が、（低い領域の長さ）／（高い領域の長さ）＝６０／４０〜９５／５であることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
4. 前記紫外線発生器のランプ表面温度は、１０〜７０℃であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の紫外線照射装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の紫外線照射装置を備えたことを特徴とするベルト重合機。
6. 請求項５に記載のベルト重合機を用いて、重合性単量体を含む重合用溶液に光を照射し、連続的に重合を行う工程を含むことを特徴とする重合体の製造方法。

Images