JPH05271308A - ビニルモノマーの連続的重合法 - Google Patents
ビニルモノマーの連続的重合法Info
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- JPH05271308A JPH05271308A JP5018661A JP1866193A JPH05271308A JP H05271308 A JPH05271308 A JP H05271308A JP 5018661 A JP5018661 A JP 5018661A JP 1866193 A JP1866193 A JP 1866193A JP H05271308 A JPH05271308 A JP H05271308A
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Abstract
高い時空収率をもたらし、低分子量のビニルポリマーを
高温で製造し得る連続的重合法を提供すること。 【構成】 (a)幅0.5から10mmの環状間隙中に
おいて重合を行い、(b)この環状間隙の内周面をロー
タで閉鎖し、(c)110から270℃の温度で重合を
行うことを特徴とする、1000から20000の分子
量Mnを有するビニルポリマーを形成するためのビニル
モノマーの連続的重合法。
Description
量Mnを有するビニルポリマーを形成するためにビニル
モノマーを連続的に重合する方法に関するものである。
続的に重合する方法は公知である。これらの方法はバル
クであるいは少量の溶媒を使用して行われる連続ケトル
法である。その生成物は塗料、紙コーティング、印刷イ
ンキ、接着剤、床面処理剤、助剤の製造に使用される。
は、開始剤を使用することなく、200から400℃で
芳香族モノオレフィンとカルボキシル基含有モノマーか
ら平均分子量500から5000を有する共重合体を製
造することを開示している。ここで使用される反応器は
下流側に圧力パイプを有する加圧ケトルである。
は、1500から3000の分子量Mn、1.5から
2.0の分子量分散値Mw/Mnを有するアクリレート
樹脂を開示している。この重合は下流側に固定ミキサー
を有する撹拌ケトル中で行われる。
は、下流側に圧力パイプを有する加圧ケトル中において
紙のサイジング剤に使用するための低分子量共重合体の
製造方法が記載されている。
するため、西独特許出願公開3026831号公報で
は、上述したような各種反応器に同期的に変化する圧力
を及ぼすことが推奨されている。
報、同特許96901号および156170号各明細書
は、同様に撹拌ケトル中において高温でフリーラジカル
共重合を行う方法を開示している。
の、狭い分子量分布を有する重合体の連続重合法は、す
べて撹拌ケトル中において行われる。
法には多くの問題が生じる。ことに通常発熱重合反応、
ことにアクリルモノマーの重合反応から、できるだけ等
温に維持する温度制御を行いながら、短い反応時間の間
に高温で放出される大量の熱を除去する問題がある。
くして、時空収率を良好ならしめる必要がある。短い反
応時間、従って短い滞留時間というのは、例えば2から
4分程度であって、これを撹拌ケトルで達成するのは困
難である。ケトル内に給送されるモノマーを混合するに
は相当の長さの時間を必要とするからである。
粘度の理由から著しく長くなる。そこで前述のヨーロッ
パ特許明細書は、撹拌ケトルにおける重合反応温度の下
限として180℃を設定している。
分の著しく短い反応時間を維持することはほとんど不可
能であったし、180℃以下の温度範囲で4から10分
の反応時間を維持することも同様であり、ことにアクリ
ル酸エステルを多く含むモノマー混合物の場合において
然りであり、従ってことに有利な時空収率をもたらすこ
とは望むべくもなかった。
ポリマーを製造するについては、低分子量ビニルポリマ
ーの重合法は180℃以下の温度で行い得ることが一般
的に望まれている。
ることにより、生成物の褪色、変色を回避し得る。こと
に熱に敏感な官能基、例えばヒドロキシル基、エポキシ
基を有するモノマーの場合に、短い滞留時間は、変褪色
を軽減し、過早の架橋を防止し得る。
は、ほとんど等温条件下において短い滞留時間、高い時
空収率をもたらし、低分子量のビニルポリマーを高温で
製造し得る連続的重合法を提供することである。
(a)幅0.5から10mmの環状間隙中において重合
を行い、(b)この環状間隙の内周面をロータで閉鎖
し、(c)110から270℃の温度で重合を行うこと
を特徴とする、1000から20000の分子量Mnを
有するビニルポリマーを形成するためのビニルモノマー
の連続的重合法により達成されることが本発明者らによ
り見出された。
環状間隙反応器である。この環状間隙は、筒状反応器に
ロータを設けることによりもたらされる。このような環
状間隙反応器は、原則的には公知であり、例えば独国D
−6038、ブーツバッハのブス、SMS GmbH、
フェルファーレンステヒニークから入手し得る。
状間隙の円周とその長さないし高さにより決定される。
例えばこれら寸法をしかるべき程度に設計して100ミ
リリットルから10リットルの反応容積をもたらし得
る。しかしながら重合体製造プラントの反応容器は、さ
らに大きい容積を必要とするかも知れない。
って、筒状反応器内に装入されるべき円筒体である。そ
の長さないし高さは外方筒体のそれと同じであることが
好ましい。
は、外部冷却器および場合により内部冷却器により、温
度調節可能になされる。
の組合わせにより、ほぼ2倍の熱伝導帯域がもたらされ
る。この場合2倍量の熱が除去されるから、材料処理量
を倍増することが可能となる。ロータの周速度は0.5
−2m/s、ことに1−1.5m/sとするのが好まし
い。
め、半径方向における混合を改善する設備をロータに装
着するのが好ましい。ロータにはまた螺旋状ウエブを設
けるのが好ましく、この場合にはウエブは軸方向スクリ
ューコンベアとして作用する。混合部材は反応器壁面に
接触しないように設ける。
しくは0.5から7.0mm、ことに1から5mmとす
るのが有利であって、これは好ましい重合反応のための
等温特性前提条件にとって重要である。熱伝導帯域の反
応容器に対する割合は30から7000m2 /m3 、こ
とに200から2000m2 /m3 とするのが好まし
い。
応媒体の間の温度差は20℃以下、好ましくは10℃以
下、ことに5℃以下に維持される。
ける温度の上昇は、通常の発熱重合の場合、10℃以
下、好ましくは5℃、ことに2℃以下になされる。
ーを環状間隙に給送する態様を考慮することも重要であ
る。このためにモノマーは反応器円周に装着される1個
もしくは複数個のノズルで容量計測するのが好ましい。
により反応器導入口に循環させるのが有利であって、こ
れにより循環流による撹拌でモノマーの著しく迅速な温
度上昇をもたらし得る。このさらに他の好ましい効果
は、循環ループにおける高流速が重合反応等温特性を改
善することである。何となれば、循環のない筒状反応器
に対し、反応器のこの傾斜はモノマーもしくはポリマー
の濃度において著しく低い勾配をもたらすからである。
循環ラインおよびポンプの容量は、合計して反応器容量
の5から10%を超えないようにして、反応が環状間隙
内の反応空間内に限定して生起するようになされるべき
である。
から10mm、ことに3.0から10mmであって、温
度制御外筒および温度制御ロータを備えた環状間隙反応
器の場合に有利である。
細かい二重パイプの外方空間を経て行い、この二重パイ
プの内方空間においてモノマー計測給送を行い、この内
方チューブの直径を著しく小さく選定することにより、
環状間隙への流入前において、モノマーおよび開始剤を
ほんの僅かだけ加温するのが有利である。
する反応材料量に対する循環流量の割合は、2:1から
35:1の範囲、好ましくは10:1から30:1、こ
とに20:1から30:1とするのが好ましい。
上直列に、もしくはループ状に連結するのが、原則的に
好ましい。この複数個の反応器中の1個が反応体流の部
分的循環方式で操作される場合には、第1反応器、すな
わちモノマーを計測給送されるべき反応器には、上述し
た生成ポリマー循環手段を設けるべきである。除去され
るべき熱量は反応の当初部分でピークに達するから、複
数反応器の第1反応器における転化を50%以下にする
のが好ましい。
われるが、フリーラジカル開始剤が含まれる場合、好ま
しい温度範囲は110から240℃、ことに120から
230℃に限定されるべきである。選定された重合反応
温度からの遍倚は±5℃以下、ことに±2℃以下にする
のが好ましい。
い分子量分布(3.5以下、好ましくは2.5以下、こ
とに2.0以下の重合分散値Mw/Mn)、ことに低分
子量(1000から10000のMn)をもたらす。こ
のような狭い分子量分布を有する重合体生成物をもたら
すためには、160から240℃、ことに170から2
30℃の温度範囲が好ましい。
る。1000から20000の範囲の分子量を有するビ
ニルポリマー製造の場合、滞留時間は110から150
℃の温度で3から10分、ことに3から8分である。7
5℃から270℃の場合、これは1から10分、ことに
1から5分が好ましい。
範囲で、例えば40から95%の範囲で決定され得る。
本発明方法は高い時空収率の故に、比較的低い転化率の
場合においてすらなお経済的に有利である。しかしなが
ら、一般的に処理条件は転化率を最大限ならしめるよう
に選定されるべきである。しかしながら、極めて狭い分
子量分布のポリマーを得るためには、転化率を最少限に
するのが有利である。
ー、使用される溶媒、温度、反応器における安定反応条
件下に達成される転化率に応じて決定される。一般的に
本発明重合方法は3から30バール、ことに5から20
バールの圧力下に行われる。
モノマー、副生成物、開始剤分解生成物、および使用さ
れた場合には再使用可能の溶媒を除去することが一般的
に行われる。これは例えば直列に接続された連続薄膜エ
バポレータを使用して行われる。
キル(メタ)アクリレート、長鎖アルキルアクリレート
が存在する場合には、本発明方法を蒸発工程と組合わせ
ることにより、従来の流動添加ケトル重合法に比し、残
留モノマー分の量は著しく少なくなる。エバポレータが
高温、ことに190℃以上の場合、例えば高ガラス転移
点を有する生成物におけるように、本発明方法は薄膜エ
バポレータにおける揮発分の後続蒸発処理と組合わせる
のがことに有利である。
応じて副生成物、例えば開始剤分解生成物、オリゴマー
を別個の処理で除去した後に、本発明重合処理用に循環
使用される。
ルモノマーは、種々の化学的構造を有するが、本発明
は、ことにアクリル化合物の重合に適する。これらはそ
の発熱重合のために等温条件を達成するのが従来著しく
困難であったからである。従って、使用されるべきモノ
マーは、アクリル化合物を60から100重量%、こと
に80から100重量%含有するものである。
えば(メタ)アクリル酸、C1 −C8 アルキル(メタ)
アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)ア
クリルアミドなどが挙げられる。具体的にはメチル(メ
タ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−
プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)
アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソ
ブチル(メタ)アクリレート、n−アミル(メタ)アク
リレート、イソアミル(メタ)アクリレート、n−ヘキ
シル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メ
タ)アクリレート、2−ヒドロキシプロピル(メタ)ア
クリレート、ブタンジオールモノ(メタ)アクリレー
ト、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリレー
ト、N,N−ジエチルアミノエチル(メタ)アクリレー
ト、t−ブチルアミノエチル(メタ)アクリレート、2
−スルホエチル(メタ)アクリレート、トリフルオロエ
チル(メタ)アクリレート、グリシジル(メタ)アクリ
レート、ベンジル(メタ)アクリレート、アリル(メ
タ)アクリレート、2−n−ベンズオキシエチル(メ
タ)アクリレート、2−クロロエチル(メタ)アクリレ
ート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルブ
チル(メタ)アクリレート、シナミル(メタ)アクリレ
ート、クチロル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル
(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリ
レート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、フ
ルフリル(メタ)アクリレート、ヘキサフルオロイソプ
ロピル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレ
ート、メタリル(メタ)アクリレート、3−メトキシブ
チル(メタ)アクリレート、2−メトキシブチル(メ
タ)アクリレート、2−ニトロ−2−メチルプロピル
(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレ
ート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、2−
フェノキシエチル(メタ)アクリレート、2−フェネチ
ル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレー
ト、プロパルギル(メタ)アクリレート、テトラヒドロ
フリル(メタ)アクリレート、テトラヒドロピラニル
(メタ)アクリレート、および(メタ)アクリル酸、そ
の塩、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリロニト
リル、N−メチル(メタ)アクリルアミド、N−エチル
(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチル(メタ)ア
クリルアミド、N,N−ジエチル(メタ)アクリルアミ
ド、N−フェニル(メタ)アクリルアミド、(メタ)ア
クロレイン、シクロペンタジエニル(メタ)アクリレー
ト、イソプロピリデングリセリル(メタ)アクリレー
ト、オキサゾリジニルエチル(メタ)アクリレート、ブ
トキシメチル(メタ)アクリルアミド、イソブトキシメ
チル(メタ)アクリルアミド、メチル−α−クロロアク
リレート、メチル−2−シアノアクリレート、N,N−
ジメチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルア
ミドなどである。
の用途、例えば塗料化学において、架橋可能とするため
にヒドロキシル基および/あるいはエポキシ基を有する
アクリルモノマーが共重合体中に存在することが好まし
くあるいは望ましい。その例としては、C1 −C8 ヒド
ロキシアルキル(メタ)アクリレート、例えば2−ヒド
ロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシプ
ロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル
(メタ)アクリレート、n−ヒドロキシブチル(メタ)
アクリレート、グリシジル(メタ)アクリレートが挙げ
られる。
香族ビニルモノマー、例えばα−メチルスチレン、t−
ブチルスチレン、o−クロロスチレン、ことにスチレン
の重合のためにことに重要である。これらのモノマーは
単独で使用されるのみならず、モノマー混合物、ことに
上述したアクリルモノマーとの混合物として使用され
る。
モノマーは、例えば1から20個の炭素原子を有するカ
ルボン酸のビニルエステル、例えばビニルプロピオネー
ト、ビニルアセテート、ビニルクロライドのようなビニ
ルハライド、炭素原子2から8個を有し、少なくとも2
個のオレフィン性二重結合を有する非芳香族ハイドロカ
ーボン、例えばブタジエン、イソプレン、ビニルイソブ
チルエーテルのような脂肪族C1 −C10アルコールのビ
ニルエーテル、ビニルピロリドン、ビニルピリジンのよ
うなヘテロ環式ビニル化合物、クロトン酸、マレイン酸
のような不飽和カルボン酸、これらの塩、誘導体であ
る。
は使用することなく架橋可能の官能性ポリマーを製造す
るためにもことに適当である。架橋反応用に適当な官能
基は、例えばカルボキシル、ケトン、アルデヒド、アミ
ノ、ことにヒドロキシルおよびエポキシ基である。
60重量%、好ましくは1から40、ことに2から30
重量%の、このような官能基含有モノマーを含有し得
る。これらモノマーは、アクリルモノマーだけでなく、
他のモノマーでもよい。
る熱開始により行われ得る。開始剤は別個にあるいはモ
ノマーと共に添加され得るが、開始剤は適当な溶媒ある
いはモノマーに溶解させるのが好ましい。開始剤は一般
的にモノマーに対して0.0005:1から0.1:
1、ことに0.001:1から0.05:1のモル割合
で使用される。
アゾ化合物であって、その分解温度は所望の重合温度に
適合(高い重合温度は高い分解温度に対応)させるのが
好ましく、必要に応じ混合形態で使用され得る。
ジ−t−ブチル過酸化物、ジベンゾイル過酸化物、2−
フェニルアゾ−2,4−ジメチル−4−メトキシバレロ
ニトリルが、また低い分解温度を有する開始剤としては
ジオクタノイル過酸化物が使用される。
開始剤の存在下に行われ、純然たる熱開始重合は芳香族
ビニルモノマー、ことにα−メチルスチレンを多量に含
有するモノマー混合物の場合に行われる。
温度、生成ポリマーの分子量分布、さらに生成ポリマー
の色に関して有利である。
ともでき、溶媒はモノマーに対して0から40重量%、
ことに0から25重量%の量で使用される。高い重合温
度(750℃)の場合には、制御剤、すなわち末端基と
してポリマー中に組入れられる溶媒を使用するのが好ま
しい。その使用量は、モノマーの性質、トランスファー
定数、所望重合粘度などに応じて決定される。低い転化
率の場合、未転化モノマーを溶媒として作用させること
も可能である。
ーテル、エチルジグリコールエーテル、エチレングリコ
ールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジメチル
エーテル、トリメチレングリコールジメチルエーテルの
ようなアルコールないしエーテル、ブチルアセテートの
ようなエステル、メチルアミルケトンのようなケトン、
ベンジルアルコール、メチルベンジルアルコール、クメ
ンアルコールのような芳香族アルコール、トルエン、キ
シレン、エチルベンゼン、クメン、ジイソプロピルベン
ゼン、ジフェニルメタン、テトラリン、デカリンのよう
なアルキル芳香族化合物が使用される。
ば光沢ペンキ、保護ペンキ用の結合剤、印刷インキ用の
結合剤、紙のコーティングなどに使用される。
リリットルの混合を促進するためのウエブ(高さ1.7
mm、長さ90mm)、生成ポリマー循環手段、反応間
隙の長手方向に沿って配置された4個の温度センサを備
えたロータを嵌合した外部温度制御環状間隙反応器を使
用した。
送、生成物ポリマーの循環は二重パイプにより行い、そ
の内方パイプでモノマーの計測給送を、外方パイプで生
成ポリマー流の循環を行い、計測給送されるべきモノマ
ー混合物は循環重合環状溶液により包囲させた。導入部
温度センサは反応間隙中にモノマーを導入する位置に近
接して設置した。以下のようなモノマー混合物(a)お
よび(b)をロータ回転速度300rpm(1.5m/
s)で重合した。
のエチルジグリコール、開始剤として1.93重量%の
ジ−t−ブチルパーオキサイドを使用して行われた。
し、所望の温度に設定して重合を開始した。重合は溶媒
の計測において終了した。
とし、生成物ポリマー混合物を処理するため、反応部の
下流側に、約170℃、1mm減圧下に操作される薄膜
エバポレータを接続した。
ー0から1であり、少量のゲル粒子を生成物ポリマーの
キシレン溶解、溶液の濾過により分離除去した。
nは、ゲル滲透クロマトグラフィー(GPC)(標準と
してポリスチレンを使用)により行った。方法は198
4年ベルリン刊、「アナリティカー、タッシェンブー
フ」4巻433−442頁に記載されている。
表1および表2に記載される。
Claims (1)
- 【請求項1】 (a)幅0.5から10mmの環状間隙
中において重合を行い、(b)この環状間隙の内周面を
ロータで閉鎖し、(c)110から270℃の温度で重
合を行うことを特徴とする、1000から20000の
分子量Mnを有するビニルポリマーを形成するためのビ
ニルモノマーの連続的重合法。
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DE4203278.4 | 1992-02-06 | ||
DE19924203277 DE4203277A1 (de) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | Verfahren zur kontinuierlichen polymerisation von vinylmonomeren |
DE19924203278 DE4203278A1 (de) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | Verfahren zur kontinuierlichen polymerisation von vinylmonomeren |
DE4203277.6 | 1992-02-06 |
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Publication Number | Publication Date |
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