JPH0311288B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は高分子量アクリロニトリル系重合体に
関するものであり、更に詳しくはアクリロニトリ
ル（以下ANという）を主成分とし、特定の重量
平均分子量を有し且つ分子量分布がシヤープな、
高分子量のAN系重合体に関するものである。 （従来の技術） アクリル系合成繊維に使用されているAN系重
合体の分子量は通常50000〜200000であり、かか
る重合体の工業的製造法としてはANを主成分と
する単量体を水性媒体中で水溶性重合開始剤を用
いて重合する水系重合法あるいはAN系重合体を
溶解しうる無機又は有機溶媒中で重合する溶液重
合法の２つに大別される。 一方、近年高分子量のAM系重合体を有機又は
無機溶剤に溶解し、必要により高延伸して高強力
繊維を得る検討が始つているが、分子量400000以
上のAN系重合体を工業的に且つ効果的に得る有
用な手段はまだ見出されていない。 実験室的規模においてはANモノマーとこのモノ
マーに可溶な重合開始剤を加えて加熱する塊状重
合法、あるいはANモノマーとAN重合体を溶解
しうる無機又は有機溶媒中で紫外線を照射する光
溶液重合法等によつても高分子量AN系重合体を
得ることが可能であるが、塊状重合法では重合操
作が複雑で、重合体の特性も不均一になるなどの
問題があり、また光溶液重合法では製造コストが
高く、装置の大型化、重合体溶液中の不純物の除
去に問題があり、更に高分子量化に伴ない溶液粘
度が上昇するなど種々の問題点を内在しており、
工業的手段とは言いがたい。 他方、高分子量AN系重合体を水性媒体中で油
溶性開始剤、分散安定剤を用いて懸濁重合する方
法も考えられるが、通常の重合温度においてAN
は約７％が水に溶解するため重合の進行に伴い水
に不溶の油滴中で起こる懸濁重合の他に水相に溶
解しているANでも重合が起り、特に後者の水相
で形成された重合体は前者で形成された重合体に
比較して分子量は低く、粒子径も小さいものであ
り、最終的には上記の油相と水相で生成した２種
類の重合体の混合物として得られることになる。
それ故かかる重合法によつても分子量分布がシヤ
ープで、粒子径の均一化された高分子量AN系重
合体を製造するには問題がある。 特に工業的規模で重合する際、重合工程の生産
性向上のためにできるだけ高重合率で重合するこ
とが常識化されているが、高分子量AN系重合体
の懸濁重合において高重合率で重合することは水
相で重合した分子量の低い重合体を必然的に混入
させることになり、結果的に高分子量のみの（即
ち、分子量分布がシヤープな）重合体が得られな
くなる。 このように、水系重合、溶液重合等いずれの既
存の手段を用いても、工業的に高分子量AN系重
合体を提供するには問題があり、また低分子量重
合体の生成を抑制し得ないために、分子量を高め
るにつれ必然的に分子量分布も著しくブロードな
もの（ｗ／ｎ比が７〜８、或はそれ以上）に
ならざるを得なかつた。 （発明が解決しようとする問題点） ここにおいて本発明者等は、高分子量で且つ分
子量分布のシヤープなAN系重合体を工業的に得
る有用な手段について鋭意研究した結果、水性媒
体中で水溶性高分子物質、油溶性開始剤を用いて
ANを懸濁重合させる際に、重合系には常に特定
濃度以上の単量体を存在させながら重合すること
によつて、水相中でのANの重合を抑制し、実質
的に懸濁重合による高分子量で且つ粒子径の揃つ
たAN系重合体を工業的有利に製造し得ることを
見出し、本発明に達した。 すなわち、本発明の目的は高分子量で且つ分子
量分布がシヤープなAN系重合体を提供すること
にあり、また他の目的は繊維、フイルム等の高強
力アクリル系成形品を提供しうる高分子量AN系
重合体を提供することにある。 （問題点を解決するための手段） かくの如き目的を達成するための本発明に係る
高分子量AN系重合体は、AN単独又は87重量％
以上のANと残部が少なくとも１種の他の脂肪族
モノオレフインを除くエチレン系不飽和化合物と
からなり、重量平均分子量が40万以上であり且つ
Ｍｗ／ｎの比が7.0以下のものである。 かくの如き高分子量で且つ分子量分布のシヤー
プなAN系重合体を得るには、水相中での重合を
抑制することが必須であり、水相中に溶解してい
るANが殆ど重合しない状態、換言すれば水相中
に溶解し得る濃度以上のANを主成分とする単量
体を常に重合系に存在させる状態において、実質
的に単量体油滴中で生成したAN系重合体のみを
取出することが必要である。 ここにおいて、本発明に係る高分子量AN系重
合体の懸濁重合はAN単独又は87重量％以上の
ANと残部が少なくとも１種の他の脂肪族モノオ
レフインを除くエチレン系不飽和化合物からなる
単量体混合物の重合に適用されるものであり、共
重合成分たる他のエチレン系不飽和化合物として
はANと共重合し得る公知の不飽和化合物、例え
ば塩化ビニル、臭化ビニル、弗化ビニル、塩化ビ
ニリデン等のハロゲン化ビニル及びハロゲン化ビ
ニリデン類；アクリル酸、メタクリル酸、マレイ
ン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸及びこれ
らの塩類；アクリル酸メチル、アクリル酸エチ
ル、アクリル酸ブチル、アクリル酸オクチル、ア
クリル酸メトキシエチル、アクリル酸フエニル、
アクリル酸シクロヘキシル等のアクリル酸エステ
ル；メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、
メタクリル酸ブチル、メタクリル酸オクチル、メ
タクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸フエニ
ル、メタクリル酸シクロヘキシル等のメタクリル
酸エステル類；メチルビニルケトン、メチルフエ
ニルケトン、メチルイソプロペニルケトン等の不
飽和ケトン類；蟻酸ビニル、酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル等の
ビニルエステル類；メチルビニルエーテル、エチ
ルビニルエーテル類のビニルエーテル類；アクリ
ル酸アミド及びそのアルキル置換体；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、ｐ−スチレンスルホン酸等の不飽和スルホン
酸及びこれらの塩類；スチレン、α−メチルスチ
レン、クロロスチレン等のスチレン及びそのアル
キル又はハロゲン置換体；アリルアルコール及び
そのエステル又はエーテル類；ビニルピリジン、
ビニルイミダゾール、ジメチルアミノエチルメタ
クリレート等の塩基性ビニル化合物類；アクロレ
イン、メタクロレイン、シアン化ビニリデン、グ
リシジルメタクリレート、メタクリロニトリル等
のビニル化合物類などを挙げることができる。 また、本発明に用いる水溶性高分子物質は、水
を媒体としてANを懸濁重合する場合の分散安定
剤であると共に、油溶性開始剤を使用するANの
懸濁重合においてしばしば問題となる反応槽内壁
あるいは撹拌翼への重合体の付着を防止するとと
もに、重合体粒子の合体による団塊化防止の役割
を果たすものであり、さらに得られた重合体を洗
滌処理することによつて容易に除去されるもので
あり、かかる水溶性高分子物質としては、メチル
セルロース、エチルセルロース、カルボキシメチ
ルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等の
水溶性セルロース類；ポリビニルピロリドン、ポ
リアクリルアミド、ポリエチレンオキサイド、ポ
リアクリル酸及びその塩、ポリメタクリル酸及び
その塩、スチレンスルホン酸及びスルホプロピル
メタクリレート等のスルホン酸含有モノマーの重
合体並びにその塩、スルホン酸又はカルボン酸含
有モノマーの水溶性共重合体及びその塩、ポリビ
ニルアルコール等が挙げられる。中でもポリビニ
ルアルコール（以下PVAという。）の使用が好ま
しく、就中ケン化度85〜95％の部分ケン化PVA
を使用する場合に、特に好ましい重合結果が得ら
れる。勿論上記水溶性高分子物質の２種以上を組
み合わせて使用しても構わない。なお、かかる水
溶性重合体の使用量としては、単量体全重量に対
して0.5〜３％の範囲内に設定することが、本発
明の目的達成上望ましい。 本発明の単量体濃度としては、可能なかぎり高
くした方が高分子量の重合体が得られ易く、重合
槽へ供給する単量体／水組成比が重量比で1/6を
越えること、好ましくは1/4以上が好ましい。単
量体／水組成比が重量で1/6以下では重合系に常
に９重量％以上の単量体を存在させる状態に維持
する本発明においては低重合率で反応を停止せざ
るを得ず、極端な生産性の低下を伴なうので好ま
しくない。また重合系に常時９重量％以上の単量
体を存在させる（換言すれば、重合系に仕込まれ
る単量体と水との総量を基準として常に９重量％
以上の未反応単量体が存在する）条件とは、AN
系単量体が重合系の水相に常に過飽和状態に溶
解、分散している条件をいうものであつて、単量
体が９重量％未満では水相に溶解している単量体
の重合によつて分子量の低い重合体を生成せしめ
るため好ましくない。かかる重合系に常時９重量
％以上の単量体を存在させる状態に維持する方法
としては、例えばバツチ式重合においては重合開
始後の重合時間〜重合率の経過を見て重合系に９
重量％以上の単量体が残存している状態で反応を
停止する方法、あるいは連続重合においては上記
単量体／水比で重合槽に単量体を供給しながら連
続重合し、重合系に９重量％以上の単量体が残存
している状態で連続的に重合体を取り出す手段を
挙げることができる。また、本発明に使用する油
溶性ラジカル開始剤の好適例としては、以下のア
ゾ系化合物又は有機過酸化物を挙げることができ
る。 例えばアゾ系化合物として２，2′−アゾビスイ
ソブチロニトリル、２，2′−アゾビス（２−メチ
ル−バレロニトリル）、２，2′−アゾビス（２，
４−ジメチルブチロニトリル）、２，2′−アゾビ
ス（２−メチルカプロニトリル）、２，2′−アゾ
ビス（２，３，３−トリメチルブチロニトリル）、
２，2′−アゾビス（２，４，４−トリメチルバレ
ロニトリル）、２，2′−アゾビス（２，４−ジメ
チルバレロニトリル）、２，2′−アゾビス（２，
４−ジメチル−４−エトキシバレロニトリル）、
２，2′−アゾビス（２，４−ジメチル−４−ｎ−
ブトキシバレロニトリル）等を用いることがで
き、また有機過酸化物としては、例えば、アセチ
ルパーオキサイド、プロピオニルパーオキサイ
ド、イソブチルパーオキサイド、オクタノイルパ
ーオキサイド、デカノイルパーオキサイド、ラウ
ロイルパーオキサイド、３，５，５−トリメチル
ヘキサノイルパーオキサイド、ベンゾイルパーオ
キサイド、ジイソプロピルパーオキシジカーボネ
ート、ジ−２−エチルヘキシルパーオキシジカー
ボネート等のジアシルパーオキサイド類；ｔ−ブ
チルパーオキシイソブチレート、ｔ−ブチルパー
オキシピバレート、ｔ−ブチルパーオキシネオド
カノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート等
のパーオキシエステル類を用いることができる。
勿論上記油溶性ラジカル開始剤の２種以上を適宜
組合せて使用することもできる。中でも取扱い上
の安全性、性能の面からアゾ化合物が好ましく、
特に２，2′−アゾビスイソブチロニトリルまたは
２，2′−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニト
リル）が好ましい。 本発明の重量平均分子量40万以上のAN系重合
体を得るのに要する油溶性ラジカル開始剤の使用
量としては、上記油溶性ラジカル開始剤の性能、
単量体の組成及び濃度、重合温度、撹拌の程度等
の重合条件によつても異なるので一義的に規定す
ることは困難であるが、単量体全重量に対して
２，2′−アゾビスイソブチロニトリルでは、0.5
〜2.5％、２，2′−アゾビス（２，４−ジメチル
バレロニトリル）では0.1〜0.5％を使用すればよ
く、さらに重量平均分子量が100万以上のAN系
重合体を得るには２，2′−アゾビスイソブチロニ
トリルでは0.2〜1.5％、２，2′−アゾビス（２，
４−ジメチルバレロニトリル）では0.02〜0.3％
を使用すればよい。 懸濁重合において安定な重合を維持するために
は撹拌効果を適度に維持することが必要であり撹
拌効果が不十分であるとポリマー粒子の分散効果
が不充分となり、団塊化を起こしたり重合槽内に
ポリマーの付着が生じる等から正常な重合状態を
維持できなくなる。 一方、撹拌が強過ぎる場合には、分子量の低
下、重合率の低下を伴なうために高分子量の重合
体を得る観点から好ましくないばかりか、撹拌に
要するエネルギーコストの面からも損失となる。 かかる観点から、撹拌効果は反応系の容積に対
して１〜10KWH／m³の撹拌所要動力となるよう
に撹拌速度を調整するのが適当であり、より好ま
しくは1.5〜6KWH／m³を採用することが望まし
い。なお撹拌装置の翼形状としてはパドルもしく
はタービン翼が適当である。重合温度は分子量へ
の寄与が大きいものの油溶性ラジカル開始剤の種
類、分子量レベル、重合率等を考慮して設定せし
めるものであり、一義的に規定することは困難で
あるが、工業的規模においては20〜80℃、好まし
くは40〜70℃の温度範囲を採用するのが望まし
い。 （作用） かかる本発明に係るAN系重合体が、従来分子
量を高めるにつれ急激に分子量分布もブロードに
ならざるを得なかつたのに対し、従来水準を遥か
に越える高分子量で、しかも分子量分布もシヤー
プなAN系重合体を工業的手段で提供し得る理由
についてはまだ十分に解明するに至つていない
が、以下のように考えられる。 即ち、ANを主成分とする単量体を、常に重合
媒体である水相中に溶解し得る濃度以上存在させ
た状態で重合反応を進行させることにより、水相
中での重合とそれに伴なう低分子量重合体の生成
を抑制し、実質的に単量体の油滴中のみで重合を
進行させることができ、以て粒子径、分子鎖の長
さ等が均質（分子量分布がシヤープ）で高分子量
のAN系重合体を提供し得たものと思われる。 （発明の効果） かくの如く、特定条件下でAN系単量体を懸濁
重合することにより、水相に溶解している単量体
の重合を抑制して、実質的に油滴で重合した重量
平均分子量40万以上、好ましくは100万以上で且
つｗ／ｎ比が7.0以下、好ましくは5.0以下の
重合体を工業的規模で有利に製造することが可能
となり、高強力アクリル繊維あるいはフイルム等
の成形品製造用重合体の提供が可能となつた。 （実施例） 以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説
明するが、本発明はこれらの実施例の記載によつ
てその範囲を何ら限定されるものではない。な
お、以下の実施例に記載する分子量は、Journal
of Polymer Science（Ａ−１）第６巻、第147〜
159頁（1968年）に記載される如く下記の方法に
よつて測定、算出した重量平均分子量である。 重量平均分子量（ｗ）：ジメチルホルムアミ
ド（DMF）を溶剤に使用して30℃における極限
粘度〔η〕を測定し、次式から算出する。 〔η〕＝3.35×10^{-4 0.72} _w また、ｗ／ｎの比は、上記ｗとJournal
of Polymer Science（Ａ−１）第５巻、第2857〜
2865頁（1967年）に記載される浸透圧法により測
定した数平均分子量（ｎ）とから算出した。 実施例 １ トルクメーター付パドル型撹拌翼を設置した内
容積５のガラスフラスコを使用してANとアク
リル酸メチルの共重合を行つた。脱イオン水3000
ｇに重合度2000、ケン化度87％の部分ケン化
PVA15ｇを溶解してフラスコに仕込んだ。フラ
スコは温湯中に浸漬して加熱し、内容物の温度が
60℃に達した時点でAN900ｇとアクリル酸メチ
ル100ｇの混合物に10ｇのアゾビスイソブチロニ
トリルを溶解した単量体混合物を仕込んで反応を
開始した。重合系には毎分450回転の撹拌を与え、
反応液温度は60℃になるように制御しながら２時
間反応を継続した。このときの撹拌翼に加わるト
ルクは1.6Kg・cmであることから撹拌所要動力は
1.85KWH／m³であつた。反応終了後、重合液を
過、水洗したところ、布への目詰り及び液
の白濁もなく粒子の揃つた重合体が得られた。こ
の重合体を乾燥した結果、乾燥後の重合体は575
ｇであつた。得られた重合体の重量平均分子量を
測定した結果135万で、またｗ／ｎ比は4.3で
あり、DMFに対する溶解性は良好で透明な重合
体溶液が得られた。一方、PVAを全く添加しな
いで他は上記と同一条件で重合した場合は、生成
した重合体が団塊状に撹拌翼に付着し、反応が暴
走して反応槽から重合液がふき出した。また撹拌
速度を毎分350回転（撹拌所要動力：0.87KWH／
m³）に下げ、他はPVAを添加した上記と同一条
件で重合を行つたが生成重合体が反応槽壁に層状
に付着し、この部分で暴走反応を起し爆発的に付
着物が剥離して飛散し、重合液が反応槽からふき
出す現象を起して安定な重合操作ができなかつ
た。 実施例 ２ 実施例１と同一の反応装置を使用して同一の方
法でAN単独の懸濁重合を行つた。なお、重合開
始剤としては２，2′−アゾビス（２，４−ジメチ
ルバレロニトリル）を単量体に対して0.1重量％
添加し、仕込み単量体／水比及び重合時間は下記
第１表の如く変化させた。 分子量等の測定結果を下記第１表に併記する。

【表】 また、実験No.３〜６の重合体を使用してロダン
ソーダ水溶液を溶剤とした湿式紡糸を行ない、得
られた繊維の引張り強度を測定した結果を下記第
２表に示す。

【表】 本発明に基づく高分子量で且つ分子量分布のシ
ヤープなAN系重合体を用いることにより、優れ
た強度を有する繊維が得られる事実が理解され
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アクリロニトリル単独又は87重量％以上のア
   クリロニトリルと残部が少なくとも１種の他の脂
   肪族モノオレフインを除くエチレン系不飽和化合
   物とからなり、重合平均分子量が40万以上であり
   且つｗ／ｎの比が7.0以下である高分子量ア
   クリロニトリル系重合体。