JP6403951B2 - 水素添加石油樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
そして、このような水素添加石油樹脂の場合、未反応の単量体、溶剤や、低分子量体など、揮発成分が反応混合物中に残留する。これら揮発成分は、製品の品質を悪化する原因となることから、品質に影響しない程度まで除去する必要がある。そこで、一般的に、いわゆる薄膜蒸発器を用いて、反応混合物から揮発成分を除去する方法が採用されている。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法は、シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物とを熱重合する熱重合工程と、前記熱重合工程で得られた共重合体に、水素化溶媒の存在下で水素を添加して水素化反応する水素化反応工程と、前記水素化反応工程後の反応混合物から、水素添加石油樹脂中に6質量%以上10質量%以下の水素添加低分子量体が残存するように水素添加石油樹脂を分離する揮発成分除去工程と、を備え、前記揮発成分除去工程を、前記反応混合物を加圧する加圧手段と、この加圧手段にて加圧された前記反応混合物を加圧下で加熱する加熱手段と、前記加圧かつ加熱された前記反応混合物が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段と、前記反応混合物を流通可能な流路を有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記反応混合物を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材と、を備える揮発成分除去装置を用いて実施することを特徴とする方法である。
また、揮発成分除去装置としては、薄膜蒸発器の他に、フラッシャー、押出機などがある。フラッシャーの中にも、プレートフィン型のフラッシャー、予熱型のフラッシャー、押出機を組み合わせたフラッシャーなどがある。そして、予熱型のフラッシャーは、加圧手段、加熱手段および減圧手段を備える装置であり、加圧や加熱のされた反応混合物を減圧空間内に流入させることで、反応混合物中の揮発成分を揮発させている。その結果、薄膜蒸発器などを用いる場合と比較して、反応混合物を高圧で高温にする必要がある。そのため、本発明の水素添加石油樹脂のように、水素添加石油樹脂中の低分子量体の残存量を所定範囲内に制御する場合には、予熱型のフラッシャーを用いることはできないと考えられていた。これに対し、本発明者らは、かかる従来の技術常識を覆し、予熱型のフラッシャーを用い、反応混合物を一時的に高圧で高温にしたとしても、水素添加石油樹脂の性能上の問題はないことを見出した。また、従来の予熱型のフラッシャーは、薄膜蒸発器と比較して揮発成分の除去性が劣るものである。しかし、予熱型のフラッシャーであっても、減圧手段の減圧空間内に特定の流通部材を備える構成とすれば、薄膜蒸発器と同等に反応混合物中の揮発成分を除去できる。この理由について必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推定する。すなわち、本発明においては、減圧手段の減圧空間内に流入された反応混合物が、この減圧空間内に配設された流通部材の流路を流通する。このとき、流路を流通する反応混合物は、流路の壁面に沿って流れるために、薄膜の状態となる。このように薄膜の状態では、反応混合物中の揮発成分が揮発しやすくなる。このようにして、設備コストが安価な予熱型のフラッシャーを用いても、揮発成分を適切に除去できるものと本発明者らは推定する。
F/(πD×N) ≦ 1500kg/(h・m) ・・・(F1)
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記揮発成分除去工程後の水素添加石油樹脂の軟化点が、90℃以上160℃以下であることが好ましい。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記流路の平均直径(D)が、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)以下であることが好ましい。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記流路の数(N)が、1以上100000以下であることが好ましい。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記加熱手段は、150℃以上350℃以下に加熱することが好ましい。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記加圧手段は、0.1MPaG以上に加圧することが好ましい。
本発明の水素添加石油樹脂の製造方法においては、前記減圧手段は、6.67kPaAbs以下に減圧することが好ましい。
[実施形態]
本実施形態の水素添加石油樹脂の製造方法は、以下説明する熱重合工程、水素化反応工程および揮発成分除去工程を備える方法である。そして、本実施形態では、前記揮発成分除去工程を、図1に示す揮発成分除去装置を用いて実施することで、粘着付与樹脂の粘着性能を向上させつつ、設備コストを低減している。
まず、本実施形態に用いる揮発成分除去装置10について説明する。
本実施形態に用いる揮発成分除去装置は、水素化反応工程後の反応混合物を加圧する加圧手段11と、この加圧手段11にて加圧された反応混合物を加圧下で加熱する加熱手段12と、加圧かつ加熱された反応混合物が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段13と、反応混合物を流通可能な流路14Aを有し、減圧手段13の減圧空間内に流入された反応混合物を流路14Aに流通させる状態に減圧空間内に配設された流通部材14と、を備えるものである。
この重合溶液流入路15には、図1に示すように、水素化反応工程後の反応混合物である重合溶液を減圧手段13へ送り出す図示しない送出ポンプと、加熱手段12としての熱交換手段と、この加熱手段12の下流側となる減圧手段13側に加圧手段11としての圧力調整バルブが設けられている。
加圧手段11としての圧力調整バルブは、重合溶液流入路15内を流過する重合溶液が、加熱手段12で加熱された際に発泡しない圧力で流通する状態に圧力調整する。すなわち、重合溶液の組成により蒸気圧が異なるので、重合溶液の発泡しない圧力も蒸気圧に応じて設定すればよく、蒸気圧より高い圧力に調整することで発泡を防止できる。
流路14Aの平均直径(D)は、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)以下であることが好ましく、0.003m(3mm)以上0.006m(6mm)以下であることがより好ましい。平均直径(D)が前記下限未満では、重合溶液が流通しにくくなり、圧力損失が増大して製造効率の向上が得られにくくなる傾向がある。他方、平均直径(D)が前記上限を超えると、重合溶液の薄膜化が不足し、揮発成分の除去性が劣る傾向がある。
流路14Aの数(N)は、流量2000kg/h、平均直径(D)が0.003m(3mm)の条件においては、140以上であることが好ましく、300以上11000以下であることがより好ましい。数(N)が前記下限未満では、重合溶液の薄膜化が不足する傾向にある。他方、数(N)が前記上限を超えると、偏流がおこりやすくなる傾向がある。
そして、減圧手段13の脱溶剤槽の底部には、揮発成分が高度に除去された重合溶液を次工程(造粒工程など)へ送る移送ポンプ16Aを備える流出路16が接続されている。
次に、本実施形態の水素添加石油樹脂の製造方法について説明する。本実施形態の水素添加石油樹脂の製造方法は、以下説明する熱重合工程、水素化反応工程および揮発成分除去工程を備える方法である。
熱重合工程においては、シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物とを熱重合する。
ここで、シクロペンタジエン系化合物としては、シクロペンタジエン、メチルシクロペンタジエン、エチルシクロペンタジエン、およびこれらの二量体や共二量体などが挙げられる。また、ビニル芳香族系化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエンなどが挙げられる。
シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物との混合割合に特に制限はないが、通常は質量比率で、シクロペンタジエン系化合物:ビニル芳香族化合物=70:30〜20:80(好ましくは60:40〜40:60)とすることが好ましい。
この重合溶媒は重合終了後に回収して繰り返し使用することが経済的に好ましいため、従来行われてきたものであるが、回収された溶媒の中には、通常、分子量200〜350程度の低分子量体が含まれる。しかし、これら低分子量体の含有量が多いと粘着付与剤としての物性が十分でなくなる傾向にある。
そこで、本実施形態においては、これら物性低下を防ぐために、重合溶媒として再使用される場合のこれらの低分子量体の濃度は、少なくとも4質量%以下にする。さらには3.5質量%以下であることがより好ましい。すなわち、回収溶媒中の低分子量体の含有量によっては、そのまま、あるいは新溶媒で希釈して4質量%以下の低分子量体含有量とし、重合反応の開始時の重合溶媒として使用する。
このときに用いるビニル芳香族化合物は、再沈殿法で検出する数万から数十万の分子量の高分子量体が1000質量ppm以下、好ましくは100質量ppmのものであることが望ましい。
この共重合反応は、シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物との混合物を分割添加し終わった後も引き続き反応を行わせることが好ましい。その時の反応条件に特に制限はないが、通常、反応温度は、150℃以上350℃以下、好ましくは220℃以上300℃以下である。また、反応圧力は、0MPa以上2MPa以下、好ましくは0MPa以上1.5MPa以下である。さらに、反応時間は、1時間以上10時間以下、好ましくは1時間以上8時間以下である。
以上のような熱重合工程によって製造されたシクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物との共重合体は、軟化点が50〜120℃、ビニル芳香族化合物単位含有量が30〜90質量%、臭素価が30〜90g/100g、数平均分子量が400〜1100の共重合体となる。
水素化反応工程においては、前記熱重合工程で得られた共重合体に、水素化溶媒の存在下で水素を添加して水素化反応する。
この水素化反応は、共重合体をシクロヘキサン、テトラヒドロフランなどの溶媒に溶解して、ニッケル、パラジウム、コバルト、白金、ロジウム系触媒の存在下で行うことができる。
このときの反応温度は、通常、120℃以上300℃以下、好ましくは150℃以上250℃以下である。また、反応圧力は、通常、1MPaG以上6MPaG以下である。さらに、反応時間は、1時間以上7時間以下、好ましくは2時間以上5時間以下である。
この水素化反応工程後の反応混合物については、JIS Z8803に記載の方法により測定した揮発成分除去工程での温度における粘度が、0.01Pa・s以上1.0Pa・s以下であることが好ましい。粘度が前記範囲内であれば、後段の揮発成分除去工程において、揮発成分をより効率よく除去できる。
揮発成分除去工程においては、前記水素化反応工程後の反応混合物から、水素添加石油樹脂中に6質量%以上10質量%以下の水素添加低分子量体が残存するように水素添加石油樹脂を分離する。
ここで低分子量体を除去し過ぎると、この水素添加石油樹脂を含有するホットメルト接着剤組成物の接着性能、例えば恒温クリープなどに悪影響を及ぼす。本発明においては、上記観点から、水素添加石油樹脂中の低分子量体の含有量が6質量%以上10質量%以下であることが必要であり、7質量%以上8質量%以下であることがより好ましい。
具体的には、先ず、加圧手段11により水素化反応工程後の反応混合物を加圧する。この加圧手段11は、ゲージ圧で、0.1MPaG以上に加圧することが好ましく、0.3MPaG以上に加圧することがより好ましく、0.64MPaG以上1.0MPaG以下に加圧することが特に好ましい。加圧手段11での圧力が、前記下限未満では、減圧前に発泡してしまい、加熱手段12の伝熱性能が悪くなる傾向がある。
そして、この加圧手段11にて加圧された反応混合物を加圧下で加熱手段12により加熱する。加熱手段12は、100℃以上350℃以下に加熱することが好ましく、150℃以上350℃以下に加熱することがより好ましく、200℃以上300℃以下に加熱することが特に好ましい。加熱手段12での加熱温度が、前記下限未満では、後段での減圧時に揮発成分が発泡しにくくなる傾向にあり、他方、前記上限を超えると、反応混合物が変質しやすくなる傾向にある。
F/(πD×N) ≦ 1500kg/(h・m) ・・・(F1)
以上のようにして、水素添加石油樹脂を製造することができる。本実施形態で得られる水素添加石油樹脂においては、軟化点が90℃以上160℃以下であり、ビニル芳香族化合物単位含有量が0質量%以上35質量%以下であり、臭素価が0g/100g以上30g/100g以下であり、数平均分子量が500以上1100以下であることが好ましい。すなわち、本実施形態の水素添加は芳香環をも水添する部分水添もしくは完全水添であることが好ましい。
なお、以上説明した態様は、本発明の一態様を示したものであって、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的および効果を達成できる範囲内での変形や改良が、本発明の内容に含まれるものであることはいうまでもない。また、本発明を実施する際における具体的な構造および形状などは、本発明の目的および効果を達成できる範囲内において、他の構造や形状などとしても適用できる。
例えば、流通部材14としては、例えば軽石などのように、流路が直線状ではなく屈曲したり枝分かれ状であったりする多孔質部材、或いはメッシュ状部材などでもよい。また、流量が少ない条件においては、流通部材14は多孔質部材ではなく、単孔質部材でもよい。
(熱重合工程)
窒素で置換した攪拌機付きの重合反応器に重合反応液から回収したキシレンを採取し、260℃まで加熱し、攪拌しながら(ジ)シクロペンタジエン(シクロペンタジエンとジシクロペンタジエンの混合物)とスチレンとの混合物(質量比1:1)を添加した。その後、引き続き180分間共重合反応を行った。
反応終了後、圧力30mmHgまで減圧し、未反応モノマーとキシレンを除去して(ジ)シクロペンタジエンとスチレンとの共重合体を得た。
(水素化反応工程)
水素化反応器にエチルシクロヘキサン(溶媒)、熱重合工程で得られた共重合体を連続的に通液し(質量比3:1)、水素圧力5.0MPaG、温度150℃から250℃で水素添加反応を行った。
得られた水素添加反応物を連続的に、温度・圧力の異なる第一セパレーター、および第二セパレーターに通液し、未反応水素、エチルシクロヘキサンの一部を除去して(ジ)シクロペンタジエンとスチレンとの共重合体水素添加物を得た。得られた共重合体水素添加物には、酸化防止剤を添加した。得られた共重合体水素添加物について、JIS Z8803に記載の方法により粘度を測定した。揮発成分除去工程での温度230℃における粘度は、0.07Pa・sであった。
(揮発成分除去工程)
図1に示す揮発成分除去装置10を用いて、下記の条件にて、水素化反応工程で得られた共重合体水素添加物に揮発成分除去工程を実施して、水素添加石油樹脂を得た。
加圧手段のゲージ圧:0.35MPaG
加熱手段の加熱温度:245℃
減圧空間内の圧力:4.13kPaAbs
流量(F):16.5kg/h
流通部材の流路の平均直径(D):0.006m(6mm)
流通部材の流路の数(N):1
F/(πD×N)の値:875kg/(h・m)
(ホットメルト接着剤の製造)
得られた水素添加石油樹脂と、SEBS共重合体(シェルジャパン社製、商品名:クレイトンG1652)と、オイル(出光興産社製、商品名:PS−32)と、酸化防止剤(BASFジャパン社製、商品名:イルガノックス1010)とを、混練機ラボプラストミルを用いて140℃にて40分間混練して、ホットメルト接着剤を製造した。
揮発成分除去工程において、揮発成分除去装置に代えて薄膜蒸発器(株式会社日立プラントテクノロジー社製、「横型コントロ」)を用いた以外は、実施例1を同様にして、水素添加石油樹脂を得た。
また、比較例1で得られた水素添加石油樹脂を用いた以外は、実施例1を同様にして、ホットメルト接着剤を得た。
各例における特性(水素添加石油樹脂における残留揮発成分量および軟化点、並びに、ホットメルト接着剤における粘着力、ループタックおよび保持力)を、以下のような方法で評価した。得られた結果を表1に示す。
(i)残留揮発成分量
残留揮発成分量は、ガスクロマトグラムによる分析をすることにより測定した。
(ii)軟化点
軟化点は、JIS K2207に準じて測定した。
(iii)粘着力
粘着力は、JIS Z0237に準じて測定した(測定温度:23℃)。
(iv)ループタック
ループタックは、FINATテスト規格に準じて測定した(測定温度:23℃)。
(v)保持力
保持力は、JIS Z0237に準じて測定した(測定温度:50℃)。具体的には、60分間経過後のずれ幅を測定した。
11…加圧手段
12…加熱手段
13…減圧手段
13A…減圧空間
14…流通部材
14A…流路
Claims (9)
- 薄膜蒸発器を用いない水素添加石油樹脂の製造方法であって、
シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物とを熱重合する熱重合工程と、
前記熱重合工程で得られた共重合体に、水素化溶媒の存在下で水素を添加して水素化反応する水素化反応工程と、
前記水素化反応工程後の反応混合物から、水素添加石油樹脂中に6質量%以上10質量%以下の水素添加低分子量体が残存するように、前記水素化溶媒および前記水素添加低分子量体を除去して、水素添加石油樹脂を分離する揮発成分除去工程と、を備え、
前記揮発成分除去工程を、前記反応混合物を加圧する加圧手段と、この加圧手段にて加圧された前記反応混合物を加圧下で加熱する加熱手段と、前記加圧かつ加熱された前記反応混合物が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段と、前記反応混合物を流通可能な流路を有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記反応混合物を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材と、を備える揮発成分除去装置を用いて実施し、
前記反応混合物の流量(F)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F1)で表される条件を満たす
F/(πD×N) ≦ 1500kg/(h・m) ・・・(F1)
ことを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。 - 薄膜蒸発器を用いない水素添加石油樹脂の製造方法であって、
シクロペンタジエン系化合物とビニル芳香族化合物とを熱重合する熱重合工程と、
前記熱重合工程で得られた共重合体に、水素化溶媒の存在下で水素を添加して水素化反応する水素化反応工程と、
前記水素化反応工程後の反応混合物から、前記水素化溶媒および水素添加低分子量体を除去して、水素添加石油樹脂を分離する揮発成分除去工程と、を備え、
前記揮発成分除去工程を、前記反応混合物を加圧する加圧手段と、この加圧手段にて加圧された前記反応混合物を加圧下で加熱する加熱手段と、前記加圧かつ加熱された前記反応混合物が流入される減圧された減圧空間を有した減圧手段と、前記反応混合物を流通可能な流路を有し、前記減圧手段の減圧空間内に流入された前記反応混合物を前記流路に流通させる状態に前記減圧空間内に配設された流通部材と、を備える揮発成分除去装置を用いて実施し、
前記反応混合物の流量(F)と、前記流路の平均直径(D)と、前記流路の数(N)とが、下記数式(F1)で表される条件を満たす
F/(πD×N) ≦ 1500kg/(h・m) ・・・(F1)
ことを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。 - 請求項1または請求項2に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記揮発成分除去工程後の水素添加石油樹脂の軟化点が、90℃以上160℃以下であることを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記流路の平均直径(D)が、0.001m(1mm)以上0.02m(20mm)以下であることを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記流路の数(N)が、1以上100000以下であることを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記反応混合物のJIS Z8803に記載の方法により測定した揮発成分除去工程での温度における粘度が、0.01Pa・s以上1.0Pa・s以下であることを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記加熱手段は、100℃以上350℃以下に加熱することを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項7までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記加圧手段は、0.1MPaG以上に加圧することを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
- 請求項1から請求項8までのいずれか一項に記載の水素添加石油樹脂の製造方法において、前記減圧手段は、6.67kPaAbs以下に減圧することを特徴とする水素添加石油樹脂の製造方法。
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