JPH05132502A - 噴霧重合法 - Google Patents

噴霧重合法

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JPH05132502A
JPH05132502A JP32400491A JP32400491A JPH05132502A JP H05132502 A JPH05132502 A JP H05132502A JP 32400491 A JP32400491 A JP 32400491A JP 32400491 A JP32400491 A JP 32400491A JP H05132502 A JPH05132502 A JP H05132502A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、有機不飽和カルボン酸又はその塩
を主成分とするモノマー溶液をレドックス系重合開始剤
を使用して噴霧重合する方法に関するもので、粒子径の
コントロールを容易にする方法を提供することを目的と
する。 【構成】 本発明に関わる噴霧重合法は、有機不飽和カ
ルボン酸又はその塩を主成分とするモノマー溶液をレド
ックス系重合開始剤を使用して噴霧重合するに際して、
レドックス系重合開始剤を構成する酸化剤と還元剤の内
の一方をモノマー溶液に添加したものを一つのノズルに
供給し、他方にモノマー溶液を加え又は加えずに別のノ
ズルから供給して、ノズルの出口で噴出した両者が混合
するようにし、両方のノズルを振動させることにより粒
子径の制御された液滴として気相中で重合反応を行わせ
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機不飽和カルボン酸
又はその塩を主成分とするモノマー溶液をレドックス系
重合開始剤を使用して噴霧重合する方法に関し、特に高
吸水性樹脂の製造に適した方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】有機不飽和カルボン酸又はその塩を主成
分とするモノマーから高吸水性樹脂を製造する方法とし
ては逆相懸濁法が主流であり、一部で溶液重合法も用い
られている。これらの方法では乾燥とか粉砕とかの後工
程を必要とし、また逆相懸濁法では粒径100μm以下
の微粒子も生成するので製品の均質化及び取扱上の問題
もある。
【0003】特公昭32−10196号には、アクリル
酸、メタクリル酸、イタコン酸などの水溶性塩からなる
モノマーの水溶液を過硫酸アルカリ金属塩又は過硫酸ア
ンモニウム触媒の存在下300〜900F(149〜4
82℃)に加熱したガス媒質中に噴霧させる重合法が記
載されている。噴霧方法としてはスプレーガンとか回転
円盤とかが例示され、予めモノマーの水溶液と触媒を混
合してから回転円盤に供給する方法又はモノマー水溶液
と開始剤溶液を直前に混合して回転円盤に供給する方法
についても述べている。
【0004】特開昭49−105889号には、有機不
飽和カルボン酸又はその塩を、有機ハイドロパーオキサ
イドと還元剤からなるレドックス系重合開始剤を使用し
て水への不溶解分の生成を伴わない噴霧重合法が記載さ
れ、噴霧機としては回転円盤型、圧力ノズル型、二流体
ノズル型等があるが、長時間運転を行う上からは単量体
と重合開始剤溶液は別個の導管から供給する方が好まし
く、回転円盤型のように複数の導管から供給される液が
円盤内で短時間に混合されるものが望ましいと述べてい
る。
【0005】特開平2−64106号には水溶性エチレ
ン性不飽和モノマーを主成分とする溶液を水蒸気又は水
蒸気と少なくとも一種の重合に実質的に不活性を示す気
体を混合してなる気相中に供給し該気相中で重合させる
吸水性樹脂の製造法が、また特開平2−138306号
には前記方法においてモノマー濃度が少なくとも20重
量%の溶液を気相に供給し、しかも気相の相対湿度30
%以上の条件下で重合させる吸水性樹脂の製造法が開示
され、予めラジカル重合開始剤を混合したモノマーを、
アトマイザー、スプレーノズル(圧力ノズル)を用いて
40〜180℃の気相中に噴霧することにより平均粒径
100〜400μm程度の粒子状高吸水性樹脂を得てい
る。
【0006】噴霧の前に重合性モノマーと重合開始剤を
混合するケースでは原理的にノズルの内部で重合が開始
される危険性を持っている。特に長時間運転を行う場合
には必ず滞留時間分布ができ、ノズル内での重合反応が
進行する危険性は高く問題である。さらに、重合反応は
発熱反応であるので僅かでも反応が起き始めれば、暴走
的に進行してノズルの閉塞を引き起こす。またスプレー
等で噴霧する方法も回転円盤を使用する方法も粒径分布
が広くなりがちで、所望の値に樹脂の粒子径をコントロ
ールするのが困難である。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、有機不飽和
カルボン酸又はその塩を主成分とするモノマー溶液をレ
ドックス系重合開始剤を使用して噴霧重合する方法に関
するもので、粒子径のコントロールを容易にする方法を
提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に関わる噴霧重合
法は、有機不飽和カルボン酸又はその塩を主成分とする
モノマー溶液をレドックス系重合開始剤を使用して噴霧
重合するに際して、レドックス系重合開始剤を構成する
酸化剤と還元剤の内の一方をモノマー溶液に添加したも
のを一つのノズルに供給し、他方にモノマー溶液を加え
又は加えずに別のノズルから供給して、ノズルの出口で
噴出した両者が混合するようにし、両方のノズルを振動
させることにより粒子径の制御された液滴として気相中
で重合反応を行わせることを特徴とする。
【0009】高吸水性樹脂を製造するためのモノマー溶
液としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、
イタコン酸又はそれらの塩など、有機不飽和カルボン酸
又はその塩の水溶液或は混合水溶液が用いられる。特に
好ましいのはアクリル酸又はその塩である。有機不飽和
カルボン酸の塩としては、アンモニウム塩、アルカリ金
属塩、アルカリ土類金属塩が挙げられ、特にナトリウ
ム、カリウム、アンモニウムのアクリレート又はメタク
リレートである。さらに、アクリルアミド、メタクリル
アミドや、アクリル酸エステルなどのような共重合可能
な単量体を共存させても良い。水溶液中の有機不飽和カ
ルボン酸又はその塩の合計の濃度は20重量%以上、好
ましくは25重量%以上である。吸水性能向上のため架
橋剤をモノマー重量に対し0.5重量%以下添加しても
良い。
【0010】重合開始剤としては重合反応時間が短いこ
とからレドックス系を用いる。レドックス系重合開始剤
を構成する酸化剤及び還元剤の組合わせは通常良く知ら
れたものが使用できる。例えばH22 とl−アスコル
ビン酸又はアミン類との組合わせが挙げられる。
【0011】噴霧した液滴が落下しながら重合する気相
のガスとしては窒素、ヘリウム、炭酸ガス等の重合に不
活性なものが好ましいが、空気でもよい。また、水蒸気
のみの場合を含め、ガス中の湿度には特に制限はない。
ガスの温度条件は室温以上、200℃以下、望ましくは
150℃以下である。ガスの流れ方向は向流、並流のど
ちらでも良いが、滞留時間を長くする必要がある場合は
向流(反重力方向)の方がよい。
【0012】ノズル先端部分の外径は、液滴に働く表面
張力を小さくし、振動による液滴の振り切りを容易にす
るため1mm以下であることが好ましい。内径はとくに
制限はない。また2本のノズルは、それらの先端位置が
揃っているように配置することが望ましい。ノズル出口
でのモノマー水溶液の線速度は1〜20cm/secが
好ましい。液の合計流量は0.4μl/秒(1.44m
l/hr)以上とするのが好ましい。
【0013】ノズルの配置及びノズルを振動させる方法
の一例を図1により説明すると、並べて設置され、両方
のノズルの先端位置が揃えてある二本のノズル1及び2
を、スピーカー3の振動子(コーン紙)4に取りつけた
針金5の先端でノズル1及び2を振動させる。ノズルを
振動させるには、図1のように針金5の先端でノズルを
打撃しても良いし、針金5の先端をノズルに密着させて
同期させてもよい。ノズルの振動数と振幅はスピーカー
に与える信号の周波数及び電圧により決定される。一定
周期の振動ごとに液滴6が振り切られるので、液滴はほ
ぼ均一な径を有するものとなる。なお図2はノズル先端
部X−Xにおける断面図で、ノズル1と2が並んでいる
状態を示したものである。
【0014】ノズルからの液の合計流量をQ(μl/s
ec)、ノズル振動数をf(Hz)とすれば、液滴の平
均径(DL :μm)は理論的にはD=(6Q/π・f)
1/3なる式で表される。液滴は重合中に乾燥して脱水す
るので、液中のモノマー含有率をC(%)とすれば、樹
脂の平均径(DR :μm)は理論的にはD=(6CQ/
100π・f)1/3なる式で表される。したがって所望
の径の樹脂粒子を得るためには、モノマー溶液中のモノ
マー濃度に応じて液の合計流量及びノズル振動数をコン
トロールすれば良い。
【0015】図3は他の形式のノズル配置を示すもの
で、一方のノズル1Aが他方のノズル2A内に内挿され
ており、両方のノズルの先端位置が揃っている二重管式
ノズルである。図4はこのノズル先端部Y−Yにおける
断面図を示したものである。この二重管式ノズルを振動
させる方式は図1により説明したものと同じである。
【0016】ノズルを振動させる方法の他の例を図5に
より説明すると、一組のノズル1及び2は電歪素子(ユ
ニモルフ、バイモルフ型)7に密着して設置されてお
り、両者は共に振動する。ノズルを振動させる方法とし
ては、図1に示したスピーカーの代りに電歪素子を用い
てノズルを打撃してもよい。ノズルの振動数は電歪素子
をノズルと共にセットした段階における共鳴振動数で決
定される。この共鳴振動数は電歪素子の長さ及び全体の
重量で調整できる。
【0017】二本のノズルを振動させる方法としては、
上記スピーカーや電歪素子、圧電素子などのセラミック
振動子に限らず、適宜の手段を採用することができる。
ノズルの振動周期は、ノズルに安定した振動を与える為
には、150ヘルツ(Hz)以下とすることが好まし
い。
【0018】以下実施例により本発明を具体的に説明す
るが、本発明下記の実施例に限定されるものではない。
【0019】
【モノマー溶液調製例1】80重量%のアクリル酸水溶
液125重量部に42.6重量%の水酸化ナトリウム水
溶液65.1重量部と架橋剤(N,N′−メチレンビス
アクリルアミド)0.14重量部と、さらに酸化剤とし
て30重量%の過酸化水素水溶液2.8重量部を加えて
溶液Aを調製した。溶液Aのモノマー濃度は60重量
%、中和度は50モル%であった。
【0020】
【モノマー溶液調製例2】80重量%のアクリル酸水溶
液125重量部に41.4重量%の水酸化ナトリウム水
溶液67.1重量部と架橋剤(N,N′−メチレンビス
アクリルアミド)0.14重量部を加え、さらに還元剤
としてl−アスコルビン酸0.34重量部又は0.67
重量部加えたものをそれぞれ溶液B1、B2として調製
した。溶液B1及びB2のモノマー濃度、中和度は溶液
Aと同様であった。
【0021】
【実施例1】レドックス系重合開始剤を用いてアクリル
酸(塩)モノマー水溶液を重合させるに当り、酸化剤含
むモノマー水溶液と還元剤を含むモノマー水溶液を、図
1に示すように並べて設置したそれぞれ別のノズルで供
給した。酸化剤側として溶液A、還元剤側として溶液B
1をそれぞれ9.24ml/hr、合計(Q)18.4
8ml/hrで、先端部分の外径が0.6mm、内径が
0.35mmのノズル2本に供給した。2本のノズルは
結束されスピーカーの振動を利用した打撃によって振動
数60Hzで振動させた。ノズルより飛び出した液滴は
55℃、12cm/secのN2 の上昇流の中に滴下さ
れ、4.5m下で捕集された。捕集した樹脂を走査型電
子顕微鏡写真で観察したところ、粒度分布100〜50
0μmの球形樹脂が得られており、平均粒径は440μ
mであった。このときの平均粒径の計算値は461μm
であり、実測値は良く一致している。さらに、この樹脂
の脱イオン水の吸水率は294g/g樹脂であった。試
験条件及び試験結果をまとめて表1に示す。
【表1】
【0022】
【実施例2〜9】モノマー溶液の種類、供給速度、乾燥
用気流速度、ノズル径、振動方法等を表1に示したよう
に変化させて実施例1と同様な試験を行った。なお実施
例6では酸化剤側の溶液として15%過酸化水素水溶液
のみを用いた。実施例2〜9の試験結果を表1に示す。
いずれの場合も球形樹脂が得られ、特にノズル先端部分
の外径が1mm以下の場合は、いずれも計算値と実測値
が誤差10%以内で一致していた。一方、ノズル先端部
分の外径が1.1mmの場合は、ノズルに振動を与えな
い以外は実施例9と同様に行った時の樹脂平均粒径の実
測値は2500μmであったのに比べて、実施例9では
振動を与えることにより平均粒径850μmに制御され
たものが得られたが、ノズル先端部分の外径が1mm以
下の場合よりも計算値と実測値の差が大きくなった。ま
た振動数が170Hzの場合は、振動数が高いため振動
の安定性が悪く、運転開始後約20分でノズルの先端に
重合物の付着が認められた。
【0022】
【発明の効果】モノマー溶液の供給速度、ノズルの振動
数を変化させることにより、平均液滴径を変化させて、
任意の平均粒径の樹脂を得ることができる。また液滴化
してから重合開始剤が作用するので、モノマー溶液を供
給するノズルが重合物で閉塞する恐れが無く長時間の運
転が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施するための装置の構成の一例を示
す図である。
【図2】図1に示したノズルの断面図である。
【図3】本発明を実施するための装置の構成の他の例を
示す図である。
【図4】図3に示したノズルの断面図である。
【図5】本発明を実施するための装置の構成の他の例を
示す図である。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 有機不飽和カルボン酸又はその塩を主成
    分とするモノマー溶液をレドックス系重合開始剤を使用
    して噴霧重合するに際して、レドックス系重合開始剤を
    構成する酸化剤と還元剤の内の一方をモノマー溶液に添
    加したものを一つのノズルに供給し、他方にモノマー溶
    液を加え又は加えずに別のノズルから供給して、ノズル
    の出口で噴出した両者が混合するようにし、両方のノズ
    ルを振動させることにより粒子径の制御された液滴とし
    て気相中で重合反応を行わせることを特徴とする噴霧重
    合法。
  2. 【請求項2】 ノズルの振動周期を150ヘルツ(H
    z)以下とする請求項1記載の噴霧重合法。
  3. 【請求項3】 並べて設置され、それぞれのノズルの先
    端の外径が1mm以下で、両方のノズルの先端位置が揃
    っている二本のノズルを使用する請求項1記載の噴霧重
    合法。
  4. 【請求項4】 一方のノズルが他方のノズル内に内装さ
    れており、両方のノズルの先端位置が揃っている二重管
    式ノズルを使用する請求項1記載の噴霧重合法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009543915A (ja) * 2006-07-19 2009-12-10 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア モノマー溶液の液滴の重合による、高い吸収性を有する後架橋された吸水性ポリマー粒子の製造方法
WO2016182082A1 (ja) * 2015-05-14 2016-11-17 株式会社日本触媒 重合性液体組成物の分散方法及び球状重合体粒子の製造方法

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