JPH0635483B2 - 架橋コポリマーの製造方法 - Google Patents

架橋コポリマーの製造方法

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JPH0635483B2
JPH0635483B2 JP58117180A JP11718083A JPH0635483B2 JP H0635483 B2 JPH0635483 B2 JP H0635483B2 JP 58117180 A JP58117180 A JP 58117180A JP 11718083 A JP11718083 A JP 11718083A JP H0635483 B2 JPH0635483 B2 JP H0635483B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は僅かに架橋したシード粒子の懸濁水溶液重合
による架橋したコポリマー粒子の製造方法およびその方
法により得られる有用な生成物に関するものである。こ
の発明は特に、スチレン性あるいはエチレン性モノマー
またはモノマー混合物を吸収することによつて膨潤する
シードコポリマーを利用するエチレンあるいはスチレン
をベースとするイオン交換コポリマー粒子の製造に好都
合である。一つの好ましい具体例においては、使用する
モノマーあるいはモノマー混合物は懸濁したシードに水
性エマルシヨンの形で供給される。他の好ましい具体例
においては、シード粒子を予め篩分けして均一なサイズ
にし、均一な粒径の最終生成物が得られる。
実質的に全てのイオン交換樹脂は、現在架橋したコポリ
マー粒子または“ビーズ”（粒状物）を化学的に処理し
てイオン交換能を有する官能基を結合させるかまたは形
成するかすることによつて製造されている。従つてコポ
リマービーズはイオン交換官能基を支えるための強力で
不溶性の堅い基質を提供する。耐久性および水力学特性
の点からは、イオン交換樹脂は、その樹脂を誘導する架
橋したコポリマーよりすぐれてはいない。官能基を持た
ない多孔性の大きなコポリマー（巨大網状ポリマーまた
は多孔性ポリマーという。）もまた有機物質を液状混合
物から除去する吸着剤として有用であり、これも“イオ
ン交換コポリマー粒子”の意味の中に含まれるものとす
る。
本明細書で用いられている、“官能性を付与する”、
“官能性を付与された”または“官能性付与”の用語
は、不溶性架橋コポリマービーズを化学処理して、それ
にイオン交換基（官能基）を結合させる公知の技術を表
わすものとする。コポリマービーズはバツクボーンポリ
マーの役割を有し、一方イオン交換部分は、周囲の液状
媒体とイオン交換することのできる活性あるいは“官能
性”の場所である。強力な酸性カチオン交換樹脂の中で
は、コポリマーをスルホン化する（例えば、硫酸によ
る）ことによつて作られるスルホン酸樹脂が恐らく最も
よく知られたものといえよう。弱酸性カチオン交換樹脂
は、通常架橋したアクリル性コポリマーを単に加水分解
してカルボキシカチオン交換基を形成することによつて
誘導される。スチレン性コポリマーのクロロメチル化お
よびアミン化では、弱塩基性アニオン樹脂または強塩基
性アニオン樹脂が生成する。イオン交換コポリマーの懸
濁重合を実施する方法およびイオン交換コポリマーに官
能性を付与してイオン交換樹脂にする方法は従来技術と
して存在し、特に米国特許第4,224,415号が挙げられる
が、参考のためにここに編入する。
歴史的には、イオン交換コポリマーは、モノマーの小滴
を形成し、その小滴の懸濁水溶液を重合するための反応
釜を用いるバツチプロセスにより作られてきた。モノマ
ーの小滴は釜の中で機械的撹拌器を用いて形成され維持
される。予想されるように、緩和な撹拌では比較的大き
な径のモノマー小滴（最終的にはコポリマービーズ）が
形成され、撹拌を激しくするとより小さな小滴が生成す
る。いずれの場合でも、このタイプの撹拌では常にコポ
リマーの粒径分布の広いビーズが得られる。広範囲にサ
イズの異なるコポリマーから導かれるイオン交換樹脂
は、それ自体もサイズが大きく異なつたものとなる。多
くの応用では、ビーズサイズの広い分布は大きな問題で
はない。その他の応用によつてはビーズのサイズは均一
であることが望まれる。
樹脂のサイズ分布が狭いことが好ましい用途に適応させ
るために、製造者は通常コポリマービーズまたは最終的
なイオン交換樹脂を機械的に篩分けして“アンダー”お
よび“オーバー”すなわち、微細なビーズおよび過大な
ビーズを除去している。不都合なことに、現在の技術で
は湿つたビーズを篩分けすることは困難であり、ビーズ
を乾燥することは多くの用途では特に必要ではない。生
成物収率の低下が樹脂ビーズの篩分けを不利にする別の
理由である。従つて、イオン交換特性を持つように官能
性を付与することのできる均一な大きさのコポリマービ
ーズを供給する新しい商業的プロセスが強く望まれてい
る。
先行技術には、小さなシード粒子をより大きな粒子に生
長する方法がいくつか開示されている。これらには、
(1)モノマーを同一組成を有する粒子の懸濁水溶液中に
供給することによりスチレン性あるいはエチレン性ポリ
マー粒子を生長させる方法、(2)予め形成されているス
チレン性ポリマーまたはコポリマーを液状モノマーによ
り（その場所で）膨潤させ、次いで膨潤した粒子の懸濁
重合を行なう方法、(3)微細な低分子量のエマルシヨン
粒子に懸濁液中でモノマー（および所望により溶媒）を
吸収させて膨潤させる方法がある。
水性懸濁条件下で大きな粒子に成長するシードを利用す
る既知技術の例はカナダ特許第890,463号（積水／１９
７２）である。明示されている例は、シードとして架橋
されていないポリスチレンおよびスチレン／アクリロニ
トリルコポリマーを用い、吸収させるモノマーとしてス
チレンまたはスチレン／メチルメタクリレートを用いる
ものである。３〜１２時間かけてモノマーを連続的また
は間歇的に添加している。この文献は、また膨張剤（発
泡剤）が必要であることを示している。架橋したシード
の例は記載されていない。
懸濁したスチレン性シードにモノマーを供給するプロセ
スの更に詳細な内容は積水化学工業株式会社の以下の特
許に認められる。これらの中には英国特許第1,416,405
号（１９７５）；同第1,418,560号(1975)；米国特許第
3,959,189号(1976)；同第4,085,169号；同第4,091,054
号(1978)がある。これらの文献は、均一なスチレン性ビ
ーズを製造するためのシード篩分け法の利用およびモノ
マーと触媒混合物とを加える種々の技術を教示してい
る。文献の１つ（英国特許第1,418,560号）には、触媒
をモノマー混合物のバルクとは別個の供給流に入れ、か
つ溶媒を触媒と共に利用する改良が行われている。ポリ
エチレンのシード粒子は他の特許のプロセス（′１８
９）ではスチレンにより膨潤されている。種々の積水化
学の特許はシードおよびモノマー混合物の双方における
モノマーの組合せを開示し、架橋剤の使用についても言
及しているが、実質的な量の架橋剤（イオン交換コポリ
マー樹脂に必要な）を含む供給物を利用する架橋したス
チレン性あるいはエチレン性コポリマーを製造すること
の教示は全く記載されていない。文献の例では、シード
粒子がスチレン、エチレン等のホモポリマーであるか、
またはモノマー供給物が単一のモノビニルモノマーから
なるものであるか、あるいはその両者からなる。以下に
更に詳しく説明するように、ポリエチレン型の不飽和架
橋モノマーは、特に多量に存在し、反応性が大きいもの
（ジビニルベンゼン等）では、適当な水性懸濁状態を維
持するに際し異常かつ困難な問題がある。
モノマーを既成の粒子懸濁物中に吸収させる他の方法
は、いわゆる“混成(hybrid)”樹脂の形成を含むもので
あり、モノマー混合物の巨大網状樹脂の多孔中への吸収
時に、単一粒子ビーズ内に明確な２相を形成して作られ
るものである（例えば、米国特許第3,991,017号参
照）。粒子をより大きなサイズに成長させることからな
る積水法とは異なり、混成樹脂は主としてモノマーを粒
子内の空所または隙間、および粒子自体のゲルマトリツ
クス中に吸収するものであり、それ故通常膨潤は制限さ
れたものとなる。モノエチレン型不飽和モノマーと架橋
剤を含む既成の液状モノマー混合物中に、ポリエチレン
型不飽和架橋剤を吸収させるためには、極めて慎重に制
御した懸濁システムが必要である（米国特許第第3,792,
029号参照）。この方法によつて、モノマー小滴はスチ
レン性モノマーと架橋剤の両方を含むものとなり、その
後ビーズの凝集（合着）を防ぐよう安定剤の量を調節す
る際に、反応が早い架橋剤のロスを補填するため追加の
架橋剤を含む乳化物が懸濁物に供給される。シード粒子
の初期懸濁物を利用する先行技術とは異なるけれども、
米国特許第3,792,029号のプロセスには、重合中にモノ
マーを供給する際に微細粒子が新たに集合するのを避け
ることに関連した多くの問題がある。
先行技術文献の第二のグループは、既成の粒子を膨潤さ
せるために、その粒子にモノマーを吸収させ、次いで膨
潤した粒子を重合する方法を示している。米国特許第3,
332,890号(1967)は、スチレン性ゲルポリマーにモノマ
ーを吸収させて架橋したコポリマービーズ内に線状ポリ
マーを形成することにより製造される“スネークーケー
ジ”（snake-cage）樹脂の製造を示す初期の文献であ
る。このプロセスは架橋したコポリマービーズをモノマ
ー混合物に浸し、次いで懸濁させて膨潤したビーズを重
合するものである。重合前に粒子あるいはビーズを膨潤
させる他の代表的プロセスはルーマニア特許第48091号
（1967）および英国特許第1,116,800号（１９６８年）
にみられる。ビーズ中に浸入したモノマーがモノビニル
およびジビニルモノマーからなる変型例は英国特許第72
8,508号（1955年）に示されている。いわゆる複重合（d
ouble polymerization）プロセスは米国特許第2,960,48
0号（1960）に教示されている。
更に近年には、乳化重合条件下でシードから、より大き
な粒子を成長させる可能性を研究者が示している。例え
ば、米国特許第4,113,687号および第4,186,120号（同様
に、ヨーロツパ特許出願第３９０５号および第１０９８
６号、並びに英国特許第1,527,312号）を参照された
い。この乳化プロセスにより、粒子の成長は、ポリマー
の分子量が低く保たれる条件を維持することにより、ま
たは粒子を膨潤することができる選択された溶媒を利用
することによつて大きくなる。
この発明の目的は、重合条件に保持したシード粒子懸濁
物に対して徐々にモノマーを添加することによつて、機
械的強度が高く、かつ好ましくは粒径分布が狭い架橋し
たコポリマーを製造することにある。すなわち、本発明
は、（ａ）スチレン性モノマーまたはエチレン性のモノ
マーを0.1〜3.0重量％量の架橋剤の存在下に重合させて
シード粒子を生成させ、シード粒子中へのモノマーの吸
収を妨げる量のポリマー状保護コロイドを存在させず
に、攪拌懸濁水溶液とすること； （ｂ）前記の懸濁したシード粒子に、３０〜９０℃の温
度、２〜８時間の所要時間の重合条件下で、（Ｉ）モノ
マーまたはモノマー混合物の19.6〜99重量％が少なくと
も１種類のモノエチレン型不飽和スチレン性モノマーま
たはモノエチレン型不飽和エチレン性モノマーと（II）
モノマーまたはモノマー混合物の80.4〜１重量％が少な
くとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋性
モノマーまたはポリエチレン型不飽和エチレン性架橋性
モノマーとからなるモノマーまたはモノマー混合物を供
給し、最終的にモノマーまたはモノマー混合物をシード
粒子の重量の２〜２０倍量添加してコポリマー粒子が生
成するよう調整すること； （ｃ）前記のコポリマー粒子が生成するまで、膨潤した
シード粒子の重合を継続すること； （ｄ）懸濁水媒体から前記のコポリマー粒子を分離する
こと；を特徴とするイオン交換樹脂の製造に有用な架橋
したコポリマー粒子の製造方法である。ここでモノエチ
レン型不飽和モノマーとは、付加型重合のための１つの
サイトとして作用可能な１つの炭素−炭素二重結合のみ
を有するものであり、またポリエチレン型不飽和モノマ
ーとは、付加型重合のための１つのサイトとして作用可
能な２以上の炭素−炭素二重結合を有するものとして定
義される。コポリマー粒子がイオン交換樹脂の製造に用
いられるものである場合、モノマー混合物は通常主要部
としてのモノエチレン型不飽和モノマー（例えば、９８
−８０％）と残余のポリエチレン型不飽和架橋性モノマ
ーとを含有する。特殊な応用では、モノエチレン型不飽
和モノマーは数％程度の低含有率でもよい。ここで用い
られる“モノマー混合物”はシード粒子に添加中物理的
に混合されるか、または混合されない異なるモノマー類
の組成物を表わすものとする。
従来技術のバツチ懸濁共重合法に比べて、本発明によれ
ば少なくとも３つの重要な長所がある。第一に、コポリ
マー（および得られる官能性を付与したイオン交換生成
物）の粒径が、僅かに架橋したシードの径（および径分
布）およびシードに供給されるモノマー量により正確に
制御され、従つて通常のプロセスで要求される多量のビ
ーズの篩分けが必要でなくなる。第二の長所は、大規模
な反応器を有効に利用できることである。なぜならばモ
ノマーを徐々に添加することにより、重合熱が長時間
（例えば数時間）にわたつて分散され、僅かな未反応モ
ノマーしか臨界的な熱負荷点に存在しないからである；
通常のバッチ重合は大きな反応器では、未反応モノマー
の全チヤージ量が最大重合速度時に存在するので制御が
困難である。そして最後の長所は、前述のシードプロセ
スにより調製されたイオン交換生成物が、通常のバツチ
共重合プロセスによる生成物に比較して、脆さ、浸透性
の衝撃に対する耐性等の物理的な安定性が増加すること
である。
既成のシード粒子懸濁物に新たなモノマーを連続的に、
または間歇的に供給できることにより、以前に通常のバ
ツチ釜プロセスでは達成されなかつた融通性が得られ
る。初期のシードと吸収されるモノマーとの比を広範囲
に制御できることは、経済的に重要な利点である。バツ
チプロセスの迅速な発熱に遭遇しないので、釜を冷却す
る必要性は従来ほど切迫したものではない。更に、撹拌
器の必要性も大きく減少する。撹拌器は初期の分散物の
形成に必須のものではなく、既成の架橋したシード中へ
モノマーの小滴を吸収させるための十分な運動を維持す
ることにのみ用いられる。総括すれば、本発明のプロセ
スにより、従来この特殊な分野で有用であつたものより
もはるかに厳格な冷却を必要とせず、撹拌の必要がな
く、従つて種々の規模の重合釜を使用することができ
る。
従来法により製造されるコポリマーの１バツチが種々の
粒径に分別され、各々の分別物が重合中モノマー吸収段
階を制御することのみによつて、より大きな最終的な粒
径を有する生成物を製造するために利用される。
本発明に有用な既成の架橋したシード粒子は、必須の組
成においてスチレン性でもよく、あるいはエチレン性で
もよい。即ち、主要なモノマー（イオン交換樹脂粒子に
誘導する場合にはモノビニルモノマー）はスチレン性
か、またはエチレン性かのいずれかである。架橋性モノ
マーは、これも必須の組成がスチレン性か、またはエチ
レン性のいずれかのポリエチレン型不飽和モノマーであ
る；スチレン性モノマーをエチレン性シードに吸収させ
ることができ、またその逆も可である。僅かに架橋した
シード粒子中で用いられる架橋性モノマーの有効量は、
最終生成物を製造するのに必要な膨潤度を達成するため
に注意深く制御せねばならない。実験的な根拠から、シ
ード内に有効に吸収され得るモノマーの量を制御する因
子が制限されなければ、シードの架橋度が重要である。
本発明で用いられるモノエチレン型不飽和スチレン性モ
ノマーはイオン交換樹脂および吸着剤を製造するのに用
いられているもの、すなわちスチレン、脂肪族置換およ
びハロゲン置換スチレンである。市販品級のスチレンモ
ノマーには２種類以上の混合物が含まれている。モノエ
チレン型不飽和スチレン性モノマーの中で有用なのは、
スチレン、エチルビニルベンゼン、ビニルトルエン、メ
チルスチレン、ビニルベンジルクロライドおよび種々の
ハロゲン化スチレン類であり、ビニルピリジンおよびア
ルキル置換ビニルピリジン等の複素環式芳香族類を含む
ものである。
このプロセスに用いるのに適したモノエチレン型不飽和
エチレン性モノマーは、主としてアクリレート類、メタ
クリレート類およびアクリル酸類、アクリルアミド類、
メタクリルアミド類、アクリロニトリル類、および種々
のビニルハライド、ビニルアセテート類、並びにそれら
の混合物である。エチレン性モノマーの例は、メチルア
クリレート、エチルアクリレート、およびブチルアクリ
レート；メチルメタクリレート、エチルメタクリレー
ト、およびブチルメタクリレート；アクリロニトリル；
メタクリロニトリル；アクリル酸、メタクリル酸、ジメ
チルアミノプロピルメタクリルアミド（DMAPMA）、トリ
メチロールプロパントリメタクリレート（TMPTMA）、ビ
ニルアセテート、ビニルクロライド、Ｎ−ビニルピロリ
ドン、ビニリデンクロライド等である。
上記の種々のモノマー類と共に、更に他のモノエチレン
型不飽和コモノマー、例えばジアルキルマレエート、ジ
アルキルフマレート、ジアルキルクロトネート、ジアル
キルイタコネート、およびジアルキルグルタコネート等
を使用することが最も望ましい。
適当なポリエチレン型不飽和架橋性モノマーには、イオ
ン交換樹脂の調製に有用な公知のスチレン性およびエチ
レン性架橋化合物が含まれる。このグループに含まれる
ものとしては、ジビニルベンゼン、ジビニルピリジン、
ジビニルトルエン、ジアリルフタレート、エチレングリ
コールジアクリレート、エチレングリコールジメタクリ
レート、ジビニルキシレン、ジビニルエチルベンゼン、
ジビニルスルホン、ジビニルケトン、ジビニルスルフイ
ド、アリルアクリレート、ジアリルマレエート、ジアリ
ルフマレート、ジアリルサクシネート、ジアリルカーボ
ネート、ジアリルマロネート、ジアリルオキサレート、
ジアリルアジペート、ジアリルセバケート、ジビニルセ
バケート、ジアリルタータレート、ジアリルシリケー
ト、トリアリルトリカルバリレート、トリアリルアコニ
テート、トリアリルシトレート、トリアリルホスフエー
ト、Ｎ，Ｎ−メチレンジメタクリルアミド、Ｎ，Ｎ−エ
チレンジアクリルアミド、トリビニルベンゼン、および
グリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、レゾ
ルシノール等のポリビニルエーテル類、およびグリコー
ルのモノチオ誘導体並びにジチオ誘導体がある。特に好
ましい架橋モノマーは、ジビニルベンゼンおよびトリビ
ニルベンゼンのような芳香族炭化水素類、およびトリメ
チロールプロパントリメタクリレート（TMPTMA）のよう
なアクリレート類である。
上記の広範囲なモノエチレン型不飽和およびポリエチレ
ン型不飽和モノマーの中には、その後に官能性を付与し
てイオン交換樹脂にしようとするコポリマーを調製する
には適当でないモノマーがある。例えば、ある種のポリ
エチレン型不飽和架橋性モノマーはスルホン化の際に分
解し、従つて最終的に（スルホン化により）強酸性のカ
チオン交換樹脂に変換するコポリマーを製造するために
は使用できない。しかし、そのような架橋性モノマー
は、クロロメチル化と、その後のアミン化または第四級
化によつて官能性を付与するアニオン交換樹脂の調製に
有用である。粒状コポリマーから得られる最終的な用途
に依存するモノマー選定のパラメーターについては当業
者は容易に理解できるであろう。
催かに架橋したシード粒子が凝集しすぎたり、粒状性が
損われたりせずに、より大きな粒子に成長するというこ
とは本発明による重要な発見である。シード重合に対す
る従来の釜反応法は一般には架橋したポリマーというよ
りも線状ポリマーについて始められ、従つてそのような
方法を架橋したイオン交換コポリマービーズの製造に適
用すべく理論化しようと考えられた。しかし、反応性の
より高い架橋モノマーを分散物に添加するときに分散が
損われないようにするためには、そのプロセスの出発原
料シードは僅かに架橋されていなければならないことが
実験により明らかになつた。一般に架橋剤濃度は全コポ
リマー重量の0.1〜3.0％が適当である。通常のジビニル
ベンゼン(DVB)のようなジビニル架橋剤を用いる場合に
は、架橋剤濃度は一般に0.1〜3.0重量％、好ましくは0.
1〜1.5重量％、および更に好ましくは0.1〜１重量％で
ある。架橋性の基を３以上有するポリエチレン型不飽和
架橋剤は、満足な結果を得るためにはより低い架橋剤濃
度で用いられる。例えば、TMPTMAを架橋剤に用いる場
合、好ましい濃度は０１〜２重量％である。DVBでは３
％の濃度は多くの例においてモノマーを適当に吸収する
ためには高すぎる。巨大網性または多孔性シードの場合
には、架橋剤濃度は一層高くてもよく、例えば３重量％
を約6.0重量％にまですることができる。一般的に、架
橋剤濃度が低いとモノマー供給物の迅速な吸収が促進さ
れるが、分散物の“粘着性”が大きくなる傾向があり、
従つて分散破壊の可能性が増大する。シード中での架橋
剤濃度が高いと、シードの総括的な膨潤容量および同時
にモノマー供給物の吸収速度と容量を制限する傾向があ
る。
従来のシード重合法（例えば積水等の方法）による全く
架橋していないポリマーシードが不適当であることは再
試験によつて証明された。以下の実施例は、スチレン性
イオン交換樹脂コポリマー粒子の製造に従来法のスチレ
ン性シード重合法を実施した試みを説明するものであ
る。特に記載がない限り部は全て重量部を表わす。
実施例１ 反応器 滴下用斗、窒素導入口、加熱用マントル、熱電対、凝
縮器および撹拌器を備えた２の実験用樹脂釜（４″×
１１″）を全ての実験に使用した；撹拌器は６本の横木
（クロスバー）（0.5″×２″）を備えた金属製シヤフ
トであり、底部に３枚のブレードを設けたインペラーを
有するものである。
処方 最初のランは、モノマー供給物中に架橋剤(DVB)を存在
させるという唯一の変更をして従来のプロセスを評価し
ようとしたものである。処方を以下に簡単にまとめる： (a)水／有機液 ＝1.2 (b)モノマー供給物中におけるDVB％＝9.5 (c)モノマー／シード重量比 ＝８５／１５ (d)水相中のTCP（全量）％ ＝0.5 (e)モノマー供給物中のBPO％ ＝0.5 ポリスチレンシード（−４０＋５０メツシユ） を全ての実験に用いた。“ＴＣＰ”は懸濁安定剤である
トリカルシウムホスフエートを表わす。“ＢＰＯ”は重
合開始剤であるベンゾイルパーオキサイドを表わす。
TCPスラリーのストツクは以下の方法で調製した： 混合器中の脱イオン水６７mlにTCP３２ｇを徐々に加え
た；最終的なTCP濃度が１６％になるまで水を添加して
流動性を増加させた。次いでアルキルサルフエート界面
活性剤0.5mlを加えて更に１５分間混合した。
代表的なランのチヤージ量は以下のとおりである。
スチレン ３１６ｇ DVB（５５％） ６６ｇ ＢＰＯ 1.9g ポリスチレンシード 67.5g ＴＣＰスラリー（１６％） ２×8.0g 脱イオン水 ５５０ｇ アルキルスルホネート（界面活性剤） 3ml 操作 反応器に水、次いで第一のTCPチヤージ、およびポリス
チレンシードを加えた。撹拌器を490-500rpmに設定した
後、窒素の導入を開始し、バツチを８５℃に１５−３０
分間加熱した。次いで界面活性剤を加えた。１５分後に
開始剤を含むモノマー供給物を下記に従つて滴下し添加
した。
第１時間 ８０ml 第２時間 ９５ml 第３時間 １１５ml 第４時間 １３４ml モノマーの添加終了時に、第２のTCPチヤージを加え
た。次にバツチを８０−８５℃に３時間保ち、次いで９
５℃で１時間硬化させた。バツチを冷却後濃硝酸(HNO3)
２５mlを加えてTCPを溶解した。得られたポリマーを次
に洗浄して乾燥した。
結果と考察 下記の表Ｉはポリスチレンシードに架橋性モノマーを供
給した６つの実験をまとめたものである；この表にはDV
B架橋剤を用いない対照実験、すなわち線状ポリスチレ
ンに関する標準的な従来のプロセスも示されている。モ
ノマー供給物中に架橋剤が存在するとモノマー添加の途
中で分散破壊を生ずることになる（実験１−３）；膨潤
した架橋性シードの“粘着性”がTCP安定剤によつても
たらされる保護の範囲を明らかに越えたものである。TC
Pの量を増加させると（実験４−５）、状況は幾分改善
されるが、分散破壊は単にモノマーの添加後まで延期さ
れるにすぎない；またモノマーの添加割合を増大させて
も（実験６）実質的には役に立たない。架橋剤を用いな
い対照のラン（実験７）はスムースに進行するので、結
論としては実験操作（装置、原料等）は間違つてはいな
いが、TCP／ポリスチレンシードシステムはこの型の架
橋性モノマーの供給には適当でないことになる。
本発明の改良プロセスに通じる他の重要な発見は、コポ
リマー小滴の水性懸濁に対して以前に用いられているの
とは全く異なつた懸濁システムを使用して、シード重合
が最も有効に実施されるという知見である。代表的なバ
ツチ釜プロセスにおいては、通常(1)保護コロイド、(2)
分散剤、および(3)界面活性剤が利用されている。保護
コロイドの目的は、いつたん形成した小滴を凝集から保
護し、分散性を与えることである。通常用いられる保護
コロイドの例は、ゼラチン、ポリビニルアルコールおよ
び種々のセルロース性物質のようなフイルム形成ポリマ
ー物質である。分散剤は一般に水性懸濁中で、新たな小
滴の形成を促進し、撹拌器に必要な動力を減少させて小
滴の集団を形成させるために用いられる。このような分
散剤は普通乳化剤ではない。
PADMACおよびアクリゾル類のようなポリマー物質が通常
分散剤として用いられる。界面活性剤（乳化剤）の目的
は粒子を乳化することであり、従つて懸濁重合よりも乳
化重合に必要な添加剤といえるものである。最もよく用
いられる界面活性剤は、セツケン類およびTriton(Rohm
and Haas社の商標）の商品名で販売されているもののよ
うな低分子量清浄剤、および乳化重合法に公知のその他
の物質である。
保護コロイドは本発明では最小にするか、または回避す
べきである。なぜなら保護コロイドはシードが重合中モ
ノマー供給物を吸収するのを防げる傾向があるからであ
る。分散剤は本発明のプロセスでは一般に必要ではない
が、特にモノマー供給物が乳化状態にない状況では使用
してもよい。乳化モノマー供給物が用いられる場合（こ
れは本発明の好ましい具体例である）には、供給物中
に、および好ましくは初期懸濁物中に界面活性剤を使用
することが必須である。
モノマーの供給時に粘着を防ぐために用いられる界面活
性剤の具体例としては、ナトリウムラウリルスルフエー
ト、ナトリウムドデシルベンゼンスルホネート、Triton
×４０５または１００、ケン化したやし油脂肪酸または
獣脂油脂肪酸およびその他乳化重合に通常用いられるセ
ツケン類がある。乳化しない供給物に対しては、カルシ
ウムホスフエートおよびその他慣用されている従来の安
定剤も使用される。
粒状ポリスチレンを製造する従来のシードプロセスにお
いては、トリカルシウムホスフエートのような無機安定
剤が習慣的に用いられている。ポリビニル架橋モノマー
を用いるシステムで遭遇する粘着性のために、トリカル
シウムホスフエートは、特に本発明のプロセスで用いら
れる低い剪断変形条件下では懸濁物の安定化に不適当で
あることが見出された。しかし他の更に有効な安定剤と
組合せて、トリカルシウムホスフエートは本発明のプロ
セスにある程度適用することができる。懸濁粒子の周囲
にフイルムを形成する保護コロイドは、一方では懸濁し
た小滴を保護するのに有効であり、モノマーのシード中
への吸収を妨げ、従つて一般に本発明のプロセスで用い
ることはできない。対照的に、イオン交換コポリマーを
作る従来の水性懸濁法では粒子の凝集を防ぐために常に
保護コロイドを用いている。
モノマー、シード粒子および懸濁安定剤に加えて、ベン
ゾイルパーオキサイド(BPO)のような重合開始剤を懸濁
物に通常添加する。重合の触媒および減速剤の望ましい
新しい種類については米国特許第4,192,921号；同第4,2
46,386号および同第4,283,499号に記載されており、そ
れらもこのプロセスに有用である。
既成のシード粒子懸濁物へのモノマーの供給は種々の方
法で行うことができる。最も簡単な方法は、ポリ不飽和
架橋モノマーをモノエチレン型不飽和モノマー（もしあ
るならば）と所望の割合にて、同時に少量の重合開始剤
と混合し、次いでモノマー混合物を連続的または間歇的
に流動物の中へ滴下して供給するのものである。この操
作法に代わるものとしては、(a)架橋モノマーとモノエ
チレン型不飽和モノマーを別個に供給する方法、(b)相
対的な割合を所望の特定重合条件を調節すべく変えるこ
とのできるライン内の混合装置に別個に計量した２種類
のモノマーを供給する方法、または(c)モノマーと開始
剤または開始剤混合物を別個に供給する方法がある。従
来技術が暗示しているように、ビーズの均一化のために
は反応性のより高い不飽和モノマーをより多い量で重合
の後期に供給することが望ましい場合が多い。
開始されたモノ不飽和モノマー／架橋剤混合物を供給す
る好ましい方法は、その混合物と適当な乳化剤（および
所望により他の成分）との水性乳化物を調製し、この混
合物を懸濁したシードに対し計量するものである。予め
乳化し、開始した0.1−１００％のDVBを含むスチレン／
DVB混合物を僅かに架橋したスチレンシードに供給した
ときにすぐれた結果が得られた。DVB１〜２０％を含む
乳化した供給物が好ましく、２〜１２％含むものが最も
好ましい。大部分の市販のイオン交換樹脂コポリマーで
は、少なくともDVB約２％が所望の強度と耐久性を得る
ための許容度の下限値である。しかし、本発明者等はこ
のシードプロセスによつて製造されるポリマーの均一性
が増大する理由から、等価の物理特性を有する生成物を
得るためには従来商業的に利用されていたものよりも低
い架橋剤濃度（２％程度）を用いることができることを
見出した。懸濁したシードにモノマーを添加する時間が
長くなると、添加した架橋剤の量に対して架橋が一層有
効に行われる傾向がある。従つて、例えば架橋剤の一定
量を２時間以上の供給時間で添加したスチレン性樹脂
は、同じ架橋剤を５時間以上かけて添加することにより
作られたコポリマーと同一の架橋剤濃度（通常の試験法
による）を有するようには思われない。
シード重合の経済的な実施の見地から、モノマー供給物
（モノエチレン型不飽和モノマー＋ポリエチレン型不飽
和架橋性モノマー）とシードとの最も望ましい割合は約
２〜２０：１であることが見出された。すぐれた生成物
はモノマー供給物とシードとの比が２〜１０：１で製造
された。従つてそのような比が好ましいことになる。供
給物とシードとの割合が広範囲であることにより初期シ
ードの大きさにかかわらず粒径の制御が大きくできる一
方、その範囲の極限では重合の制御が重要な問題とな
る。モノマー供給量が初期シード粒子（DVB架橋剤１％
から作られる代表的なものとする。）重量の約４−５倍
を越えると、シードが新しいモノマーを吸収する割合は
供給段階の終点近くで減少する。従つて、供給量が高い
と重合時間を延ばすか、または最終生成物中における微
細物の含量が高くなることを容認するかする必要があ
る。微細物は、乳化物の小滴がシード粒子に吸収され得
る以前に望ましくない重合を起こすことにより生ずる。
シードに最初に用いられる架橋剤の種類と量もコポリマ
ーから導かれる最終的なイオン交換樹脂の品質に関係が
ある。凝集がモノマー供給物の添加中に起らない場合に
おいても、その生成物から製造される官能性を付与され
たイオン交換樹脂は、シードが所望されるよりも多くの
モノマーを吸収すると物理的性質が悪くなる。シードの
製造に用いられるモノマーおよびその量については、最
終生成物に不利な影響を与えることなく吸収できるモノ
マー供給物の重量が実験的に決められなければならな
い。しかし、一般に約0.5〜1.5重量％の好ましい架橋剤
含量では、ビーズが極めて砕けにくく、かつ固型分含量
やイオン交換容量のような良好な物理的パラメータを有
するコポリマーを製造するためには、シード重合の４−
５倍までモノマー供給物を加えることができる。
モノマーは懸濁したシードに２〜８時間、好ましくは３
〜６時間、更に好ましくは３〜５時間かけて加えること
ができる。適当な反応温度は通常既知の釜重合法で採用
されている温度、すなわち３０−９０℃、好ましくは７
０−９０℃であるが、半減期が１０時間であることが重
合温度を選択する際の重要な因子である。シード粒子に
よるモノマー供給物の吸収が極めて早いと思われるの
で、供給が完了した後、重合が釜の中で続いている間の
約１５分以内に水性分散相に保護コロイドを添加するこ
とができる。保護コロイドをその時間の前に使用する
と、小滴の新たな集団が創成される可能性を生じ、生成
物に微小物が現れることになる。
このシードプロセスは、種々の供給物とシード成分を用
いるゲル状コポリマーおよび多孔性コポリマーの両方に
有用である。例えば、架橋したポリスチレンシードで
は、スチレン供給物（少なくとも供給物の一部）は架橋
剤が存在することなく吸収され、後に最終的な官能性付
与時または付与後に架橋されたビーズから浸出される。
巨大網性（多孔性）脂樹は、有機溶媒をモノマー供給物
と共に用いるか、またはモノマー供給物の添加に先立つ
て懸濁物に溶媒を加えるか、またはこれを組合せること
によつて製造される。巨大網性樹脂を作る一般法は本発
明のシードプロセスに応用できる（例えば、米国特許第
4,224,415号参照）。
モノマーの全てを懸濁したシードに加えた後、懸濁液を
更に例えば１時間重合条件（昇温と撹拌）下に保持して
重合を完結させることが好ましい。低温開始剤を重合時
に用いる場合には“追跡”触媒を使用することが望まし
く、また生成物を約９５℃以上に昇温して仕上げをする
ことが望ましい。
最大の経済的な実施結果を得るためには、懸濁物または
生成物に不利な影響がない限り、供給時の釜の中の懸濁
物にできるだけ多量のシードがあることが好ましい。シ
ードが過剰に存在すると撹拌がうまく行われなくなり、
極端な場合には水相からのシードの分離がみとめられ
る。通常はシードは釜チヤージの３０−４０重量％であ
り、残余は水相である。有機物（シードおよび供給物）
／水の比を高く保つためには、同時に新たなモノマーを
供給しながら水を添加することが必要である。乳化性の
供給物を用いるときには、有機物／水のバランスは乳化
物の組成によつて維持することができる。乳化性モノマ
ー濃度は６０％まで可能である；しかし、安定な懸濁物
にとつては５０〜５５％という幾分低い値が一層望まし
い。
乳化性供給物には下記の利点がある。
(a)供給物の分布（均一性）の良好な制御 (b)供給物とシードとの間の物理的接触の改善 (c)必要な撹拌動力の低減 (d)吸収（膨潤）の動力学の改善 最終的なコポリマー生成物の粒径は均一であることが一
般に望ましいのに対し、全ての状況において適当なイオ
ン交換生成物にとつては、このことは必須の要件ではな
い。従つてこのプロセスは広い粒径分布を持つシード生
成物を用いてスタートすることができ、得られた生成物
は元のシードよりは幾分広範囲になるけれども類似の粒
径分布を有する。シード粒子を予め篩分けすると、従来
のバツチ釜では直接得ることのできない最終生成物径の
均一化が達成され、このことは本発明の劇的な長所であ
る。
下記の表はモノマー供給物／シード比を４／１にしたと
きのシード粒子の成長の具体例を示すものである。コポ
リマービーズをスルホン化してカチオン交換樹脂を形成
したところ、スルホネート基の導入によつてサイズは更
に膨張した。シード粒子は実質的に球状であり、サイズ
はビーズの径（ミクロン）を表わす。
上記の表IIは、ここに開示されたシード重合法で最も代
表的なものとして採用されたサイズの範囲を示すもので
ある。より径の小さい粒子と大きい径の粒子をもシード
として用いて膨張したコポリマーと樹脂サイズを得るこ
とができる。
最終のイオン交換樹脂生成物の均一性が必須でない応用
の場合には、シード粒子および最終生成物を同一の重合
釜で連続して調製してもよい。そのような段階的生長プ
ロセスにおいては、架橋剤を含むモノマー混合物をまず
釜にチヤージし、釜の容量の一部のみ利用して、撹拌に
より小滴に分散して重合する。次いで、シード粒子が実
質的に重合した後に、モノマーを釜に追加供給し、シー
ドに吸収させる。シードは微細物と過大粒子とを篩分け
により除去しないので、釜の最終生成物は広い粒径分布
を有する。
本プロセスによるシードの膨張を更に説明するために、
膨張前およびモノマーの吸収と重合後の代表的な粒径分
布のグラフを示す第１図を参照する。このグラフは、シ
ードと膨張したシードポリマービーズの多段篩分けによ
り測定した所定範囲内にある粒径の相対頻度を定性的に
示すものであり、相対重量％でプロツトしたものであ
る。この曲線のデータは、微細物と過大粒子を含む正規
分布の懸濁法−製造シードにより得たものである。
バツチ懸濁法で製造されたシードについて予想されるよ
うに、第１図の分布曲線は“ベル型”の分布をしてい
る。シードが膨張すると“ベル”がより大きな粒径にシ
フトすると共に“ベル”の幅が広くなる。この具体例で
はモノマー供給物／シード比は４：１であり、これから
計算すると粒状物の径の膨張は元の粒状物に対し約1.7
倍になる。このことにより膨張による曲線の広がりが説
明される。粒径の範囲が広くなることを除いて、膨張し
たシード曲線は、大径および微細径の存在を示す両裾の
フレアを含む一般的なシード曲線の形になつている。
ある種のイオン交換樹脂プロセスにおいては、均一サイ
ズの粒子を釜で直接製造することの利益が極めて重要で
ある。例えば、糖のクロマトグラフ分離法では、必要な
狭い粒径分布（バツチプロセス生成物で典型的な２００
〜1,000μに対して２００〜５００μ）を満足させるた
めコポリマーを篩分けする際に収量が大きく減少するの
で、従来法による樹脂は製造コストが非常に高かつた。
シードプロセスによつて達成される粒径の制御は前述の
特製樹脂のコストを著しく下げ市場で有利となる。
本プロセスの最も重要な結果は恐らくコポリマー中間体
およびそれから得られるイオン交換樹脂と吸着剤に固有
のすぐれた物理特性であろう。シードプロセスにより作
られた樹脂は、従来法による生成物に比べて、(1)機械
的強度が大きい、(2)酸／塩基循環（浸透シヨツク）試
験時にビーズ内で膨潤圧に対する耐性が増大する、(3)
樹脂カラム床の重量のような外部力に対する耐性が増
す、および(4)液体の流動能力が高い（縮合物仕上げ法
等）。コポリマー形態学が、得られたイオン交換生成物
の物理的安定性に重要な役割を果することが理論ずけら
れた。一般に、スチレンに関してDVBの高い反応性によ
り通常のバツチ重合では極めて不均一なポリマー構造に
なる。均一性のより大きいポリマー構造（架橋場所の間
隔についても）に通じるプロセスの変更は、得られたイ
オン交換生成物の化学的および機械的安定性を改善する
ものと考えられている。シードプロセスの重合中にモノ
マーを徐々に添加することはポリマーの不均一性に対す
るDVBの反応性の効果を相殺させる。
生成物の安定性の改善は、コポリマーの官能性付与後の
完全ビーズの百分率の肉眼による観察、並びに酸塩基循
環（微少量循環）試験および樹脂の砕けやすさに対する
シヤチロン(Chatillon)試験のような標準的な実験室試
験によつて証明された。これらの実験室試験を下記に詳
しく説明する。
酸塩基循環（微少量循環）試験 微少量循環は樹脂が用いられる条件をタイムスケールを
加速させてシミユレーシヨンするように設計する。この
研究は実地の代表的条件下では数カ月乃至数年で行うも
のを数日間で行う。排出と再生サイクルの繰返しは完全
自動化装置で予め決められた間隔にて樹脂に対して行
う。
試験に付される樹脂は、微少量循環前に篩分けして顕微
鏡により外観を調べる：ビーズの単一層を４つの異なる
視点から観察し、下記の各各について平均の結果を記録
する： (a) 完全ビーズの％ (b) 割れ目のあるビーズの％ (c) 崩壊した／破壊されたビーズの％ 篩分けした樹脂の少量（0.5ml）を焼結ガラス製フイル
ター管に入れ、ビーズの単一層を管内に作る。この少量
の樹脂ビーズは、溶液と樹脂との良好な接触および各工
程における樹脂の全ての取り替えを保証する。排出と再
生に用いる溶液は予め調製し、５０タンクに貯蔵す
る。アニオン樹脂とカチオン樹脂に対して用いた溶液を
下記に示す。
代表的な実験中、約１００−２００mlの排出溶液を樹脂
試料に１０分間で滴下し、次いで軽く真空にして大部分
の排出液を除去し、脱イオン水ですすぎ、軽く真空に
し、再生溶液を１０分間で滴下し、次に軽く真空にして
大部分の再生液を除去し、水ですすぐ；このプロセスの
完了で一回の排出−再生循環が行われ、約３０分を要す
る。完全自動化で１００サイクルが約４８時間で完了す
る。１００サイクル（アニオン２５０サイクル）後、樹
脂を回収し顕微鏡により外観を調べる。完全ビーズ含量
百分率の減少を破損として記録する。
樹脂の砕けやすさに対するChatillon試験Chatillon試験
はJohn Chatillon & Sons社（ニユーヨーク）によつて
製作された装置にちなんで命名されたものである。この
器械（LTCMモデル、ゲージDPP-2.5kg）は樹脂ビーズを
二枚の平行板の間に入れた際に、樹脂を割るか砕くかす
るのに必要な力(g)を測定するものである。二枚の板を
徐々に均一な速度で樹脂の“破壊”点に達するまで近づ
ける。この試験の目的は実際の使用条件下で個々の樹脂
ビーズに働く摩擦力および圧力をシミユレーシヨンする
ことにある。
試験の明細には樹脂を公知の標準的な方法で適当な形態
に変換することが含まれる（ここではカチオン樹脂とし
て水素またはナトリウム型が試験され、アニオン樹脂と
して塩素型が試験される。）。変換された樹脂を篩分け
し、次いで脱イオン水中で試験前に少なくとも１５分間
で完全に水和させる。実際の試験はChatillon器械内で
単一の樹脂ビーズ（水の小滴で覆われている。）につい
て、圧砕板を最低の下降速度にして行う。個々の崩壊力
を器械によりｇ／ビーズとして記録し、結果を平均値
（最小２０個のビーズ、代表的なもので３０個のビー
ズ）として表わし、標準偏差、９５％信頼区間および最
小の砕けやすさの基準にあうビーズの百分率をも記録す
る。
本発明の好ましいパラメータによつて製造される場合に
は、例外的に官能性付与後に高い物理的安定性を有する
イオン交換コポリマーが生ずる。驚くべきことに、かつ
従来の考え方とは異なつて、好ましいコポリマーはすぐ
れた品質を有するにもかかわらず、極めてひずみが大き
いようにみえる。コポリマーのひずみは、米国特許第4,
192,921号に開示されている複屈折試験法に従つて光学
顕微鏡で偏光により観察することができる。この発明の
好ましいコポリマーの他の異常な特性は、膨潤溶媒中で
均一でない膨潤を示すことである。すなわち最初は膨潤
溶媒に入れると迅速に膨潤し、次いで膨潤速度が減少し
（または停止し）、その後再び膨潤を開始し、膨潤が終
了するまですみやかな速度で膨潤する。従来の懸濁法に
より製造されるコポリマーでは、膨潤が完了するまで実
質的に均一に膨潤する。
この発明により製造されるゲルコポリマーの特異で不均
一な膨潤速度あるいは二段階膨潤速度は添付の第２図に
示される。この図は最大の膨潤点（１００％＝元の容量
の1.7倍）に至るまでのコポリマーの膨潤率を示すグラ
フである。容量の増加は径が１０mmで高さが１１３mmの
チユーブに充填したコポリマー試料により測定した。試
料を選定した溶媒に浸し、２５℃の水浴中に保ち、時々
撹拌して気泡を除いた。チユーブ内のコポリマーの高さ
を周期的に測定し、初期高さに対する観測された高さの
比を記録した。このシードプロセスにより製造されたコ
ポリマー（スチレン／6.6％DVB）の膨潤について観測さ
れたデータを第２図にプロツトする（“シード”として
示す。）。通常のバツチプロセスにより製造された対照
の試料（スチレン／8.0％DVB）を同一の溶剤で処理し、
そのデータを第２図にプロツトする（“対照”として示
す。）。シード粒子の均一でない膨潤は対数時間（時間
よりも）を膨潤率に対してプロツトすると容易に理解さ
れる。
第２図はトルエン中で膨潤した時、動力学的データが通
常の（従来法の）コポリマーと本発明のコポリマーとの
間で大きな差を示すことを明らかにしている。溶媒中で
は、シード製造粒子は１時間以内で全膨潤容量の約５０
％まですみやかに膨潤する。これに比較すると、通常の
コポリマーは同じ５０％までに達するのにはるかに長い
時間を必要とする。この観察は、シード粒子の外部構造
中の有効な架橋のレベルが通常のスチレン性（DVB８
％）樹脂でみとめられたものよりも低いことを示すもの
といえよう。顕微鏡で調べたところでは、またシードか
ら導かれたコポリマーは型にはまつたように膨潤する。
即ち、粒子は溶媒で膨潤した外部シエル（殻）と膨潤し
ないコアを有する。膨潤しないコアは誘導（緩和）期間
中殆ど膨潤が起らないことは顕微鏡により明らかである
（シード曲線の水平部分）。使用した溶媒により、誘導
期間は通常室温で１〜６時間続く。
アクリル樹脂のような、シードプロセスから導かれる他
のコポリマーも、また２段階膨潤現象を示す。しかし、
例えばジクロルメタン(CH2Cl2)のような一層有効な溶媒
を用いると、膨潤はよりすみやかに起こり、シードから
導かれるコポリマーの膨潤における誘導期間は顕著でな
くなる。バツチ釜プロセスにより得られる種々の組成を
有する通常の樹脂は、緩慢な初期膨潤、その後の誘導期
間のない連続的な膨潤完了時までの膨潤を一様に示す。
第２図における“対照”は通常の樹脂の代表例である。
好ましいコポリマーの２段階膨潤およびコポリマービー
ズ自体の明瞭なひずみは、それ自体が別個の網状ポリマ
ーである膨潤したシード粒子内に創られた浸透し、網状
にからみあつたポリマーによるものである。従つて本発
明の好ましいシードプロセスでは、好ましくないシエル
・コア構造よりもむしろ第２のポリマーが浸透する開口
部を形成するシードの膨張が関係しているものと考えら
れる（しかし確かなことではない。）シエル／コア構造
はコポリマービーズ中に形成されるが、この証拠は明瞭
な２個のマルテーズのクロスを示す複屈折、すなわち単
一の粒子の中で一方が他の上または内部に重なる複屈折
に認めることができる。明らかに架橋がより高度に行わ
れているシードは液状モノマーを吸収するほどに十分に
は膨潤することはできず、そのために第２のビーズがシ
ードの周囲に形成される。しかし、本発明の僅かに架橋
したシード粒子を用いることによつて、ポリマーを均一
に膨張させるか、またはいわゆるシエル／コア構造をと
らせるかの十分な融通性がある。
実施例２〜２９ コポリマーの製造と官能性付与（スルホン化／カチオ
ン、アミン化／アニオン）の両方に対する、下記の一般
的合成法に従つて調製し、かつ官能性を付与したコポリ
マーについて本発明のプロセスを説明する。コポリマー
合成の操作条件およびコポリマーから製造された官能性
を付与した樹脂の化学的並びに物理的性質を下記の表II
Iに総括する。
合成法・ コポリマー合成 操作 コポリマーは1.5−2.0の樹脂釜（タービンインペラー
を備えた横木６−８本のもの）中で３００〜４００rpm
にて調製した。既成のシードチヤージおよび水／乳化剤
チヤージの一部を反応器に添加し、撹拌しながら反応温
度（75-90℃）に加熱した。開始モノマー混合物を必要
な撹拌を行いながら乳化させ、液の表面下に３〜５時間
で供給した。モノマー供給の終了後反応混合物を３０〜
６０分間その温度に保持し、次いで９５℃に１〜２時間
加熱して反応の仕上げをした。コポリマー粒状物を次に
洗浄し、官能性付与に先立つて風乾した。
原料のチヤージ（代表例） 初期懸濁物 脱イオンH2O ２１０ｇ Triton QS-44（活性１０％）＊ １０ｇ シード（篩分け／既成） ６４ｇ 供給混合物（代表例） 脱イオンH2O １５０ｇ Triton QS-44（活性１０％）＊ ２０ｇ スチレンモノマー ２１８ｇ DVB（活性５５％）モノマー ３８ｇ ベンゾイルパーオキサイド （開始剤／ＢＰＯ） 1.8ｇ ＊pHを7.0−7.5に調整／Triton QS-44は界面活性剤につ
いてのRohm and Haas社の登録商標である。
スルホン化（カチオン交換体） 操作 撹拌器、滴下斗、凝縮器および温度計を備えた１の
三頚、丸底フラスコ中で風乾したコポリマーをスルホン
化する。熱は加熱マントルにより供給し、Thermowatch
／Potlifter装置により制御する。まず硫酸をチヤージ
し、次いでコポリマー、更にEDCをチヤージする。混合
物をかきまぜながら１３０℃に３時間にわたつて加熱す
る。１３０℃に１時間保持した後、混合物を１２０℃に
冷却し、バルクの温度を１２５℃以下に保つような速度
で水を添加する。次に水をすみやかにかきまぜながら加
え、サイホンを入れて洗浄物が透明になるまで洗液の増
加分を除去する。水和した樹脂を次に５０％苛性液を３
０分間加えて中和し、更に３０分間撹拌する。過剰の苛
性液を除去するため樹脂をバツチ洗浄し、過剰の水を流
出させる。
原料チヤージ（代表例） H2SO4 （９６％） ５０５ｇ コポリマー（風乾） １００ｇ エチレンジクロライド（EDC） ３５ｇ H2O(a)水和 1500-2000g (b)中和 1000-1500g 50％NaOH １００ｇ クロロメチル化の操作 コポリマー１モルをクロロメチルメチルエーテル（CM
E）４モルで膨潤させ、次にAlCl3（0.5-0.8mol）のCME
（７５ml）溶液を撹拌混合物に２−４時間かけて（２０
℃に冷却しながら）加えた。混合液を次にAlCl3添加
後、２〜４時間２０−２５℃に保持した。次いで２５℃
以下に温度を保ちながら水を加えて過剰のCMEを分解し
た。
アミン化法（アニオン交換体） クロルメチル化した中間体１モルを水と共に撹拌し、混
合液を５０％NaOHにより塩基性（pH＞１３）にした。無
水のトリメチルアミン、TMA（1.5モル）を次にガス分散
チユーブから、０−５℃に冷却しながら１〜２時間かけ
て加えた。TMAの添加終了後、混合液を室温付近に８−
１２時間保持し、次いで１００℃に加熱して過剰のTMA
を除去した。次に樹脂を水洗し、分析のために単離し
た。
表IIIは前述の方法により行つた多数の例を総括したも
のである：種々のモノマー供給物／シード比、、シード
架橋剤（DVB）レベル、モノマー混合架橋剤（DVB）レベ
ル、シードサイズ、反応温度、開始剤濃度および添加時
間が示されている。星印の試料は乳化したモノマー混合
物を用いたことを示し、その他の場合にはモノマー混合
物がそのまま加えられた。
実施例３０〜３４ 上述の“合成法”に示した一般的な操作法と装置に従つ
て、多数のエチレン性コポリマーとスチレン性／エチレ
ン性混合コポリマーが調製された。エチレン性コポリマ
ーを形成するのに用いられるモノマーは通常水溶性のた
めに、NaNO2のような重合禁止剤を水相で使用する。あ
る種のモノマーは水に高い溶解度を持つので、液状スチ
レンモノマーの好ましい供給法である乳化した供給物を
使用することはできない。シードの組成、モノマーおよ
び触媒は供給割合および種々の重合例の重合条件と共に
下記の表IVに総括されている。
実施例３５〜３９ 巨大網状（多孔性）コポリマーおよび吸着剤を製造する
本発明のプロセスを実施例３５〜３９で説明する。各実
施例とも、シードとモノマー供給物質は全てスチレン性
（すなわち、スチレンおよびDVB）である。実施例３５
では１％架橋した巨大網状シード粒子を用い、実施例３
６−３９では0.1〜0.5％架橋したゲル状シード粒子を用
いた。多孔度は既知の方法によつて吸収されたモノマー
の相分離を引起す溶媒材料（MIBC）を用いて促進され
た。実施例３５、３８および３９においては、相伸展溶
媒（phase exterding solvent）がシードおよび水／乳
化剤チヤージの一部を含む反応器に加えられ、一方実施
例３６と３７では相伸展溶媒がモノマー混合物を含む反
応器に加えられた。
窒素導入口、温度計、還流凝縮器および約３００rpmで
操作するステンレススチール製パドル撹拌器を備えた４
頚の２丸底フラスコでコポリマーを調製した。実施例
３５、３８および３９では、既成のシード粒子、水／乳
化剤チヤージの一部および相伸展溶媒（MIBC）を、窒素
を流し必要な撹拌を行いながら釜反応器に加え、反応温
度（８５℃）に加熱した。開始されたスチレン性モノマ
ー混合物を乳化し、釜反応器に約３時間かけて供給し
た。モノマーの供給終了後、反応混合物をその温度に約
４〜５時間保ち（実施例３５：５時間、実施例３８と３
９：４時間）、冷却した。相伸展剤（MIBC）を次に コポリマーから留去し、生成物を水洗し、乾燥して不透
明な粒状物を得た。
実施例３６と３７では、既成のゲル状シード粒子と水／
乳化剤チヤージの一部を、窒素を流し必要な撹拌を行い
ながら釜反応器に加え、反応温度（８５℃）に加熱し
た。開始したモノマー混合物と相伸展剤（MIBC）を乳化
し、釜反応器に約３時間かけて供給した。モノマーの供
給終了後、反応混合物を４〜６時間（実施例３６で６時
間、実施例３７で４時間）その温度に保ち、次いで冷却
した。次に相伸展剤（MIBC）をコポリマーから留去し、
生成物を水洗して不透明なビーズを得た。実施例３５−
３９における水洗液は白色であり、乳化ポリマーがある
量生成していることを示していた。操作条件、最終生成
物の多孔度と表面積を下記の表Ｖに総括する。
【図面の簡単な説明】
第１図はシードコポリマーおよび膨張したシードコポリ
マーについての粒径分布を示すグラフであり、第２図は
本発明によるシードコポリマーおよび従来法による対照
についてトルエン中における膨潤率を対数時間に対して
プロツトしたグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ト−マス・ジエイムス・ホウエル アメリカ合衆国19047ペンシルヴアニア州 ランホ−ン・サニ−サイド・アベニユ− 2614 (72)発明者 ジヨ−ジ・マクス・レイン・ジユニア アメリカ合衆国18901ペンシルヴアニア州 ドイルスタウン・レジエンシイ・ウツズ・ アパ−トメンツ（無番地)

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】(a)スチレン性モノマーまたはエチレン性
    のモノマーを０．１〜３．０重量％量の架橋剤の存在下
    に重合させてシード粒子を生成させ、シード粒子中への
    モノマーの吸収を妨げる量のポリマー状保護コロイドを
    存在させずに、攪拌懸濁水溶液とすること； (b)前記の懸濁したシード粒子に、３０〜９０℃の温
    度、２〜８時間の所要時間の重合条件下で、（Ｉ）モノ
    マーまたはモノマー混合物の19.6〜99重量％が少なくと
    も１種類のモノエチレン型不飽和スチレン性モノマーま
    たはモノエチレン型不飽和エチレン性モノマーと（II）
    モノマーまたはモノマー混合物の80.4〜１重量％が少な
    くとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋性
    モノマーまたはポリエチレン型不飽和エチレン性架橋性
    モノマーとからなるモノマーまたはモノマー混合物を供
    給し、最終的にモノマーまたはモノマー混合物をシード
    粒子の重量の２〜２０倍量添加してコポリマー粒子が生
    成するよう調整すること： (c)前記のコポリマー粒子が生成するまで、膨潤したシ
    ード粒子の重合を継続すること： (d)懸濁水媒体から前記のコポリマー粒子を分離するこ
    と：を特徴とするイオン交換樹脂の製造に有用な架橋し
    たコポリマー粒子の製造方法。
  2. 【請求項２】シード粒子およびモノマーがスチレン性で
    あり、前記スチレン性モノマーが、スチレン、エチルビ
    ニルベンゼン、ビニルトルエン、メチルスチレン、ビニ
    ルベンジルクロライド、ハロゲン化スチレン、およびビ
    ニルピリジンやアルキル置換ビニルピリジン類のような
    ヘテロ環状芳香族化合物を含む実質的に１種以上の化合
    物からなる特許請求の範囲第１項に記載の製造方法。
  3. 【請求項３】シード粒子が架橋したポリスチレンであ
    り、供給するモノマーが主としてスチレンとジビニルベ
    ンゼンであって、供給する混合物中のモノマーがスチレ
    ン８０〜９８重量％からなる特許請求の範囲第１項に記
    載の製造方法。
  4. 【請求項４】ポリスチレンシードがジビニルベンゼン0.
    1〜1.5重量％により架橋している特許請求の範囲第３項
    に記載の製造方法。
  5. 【請求項５】シード粒子に供給されるモノマー量が、初
    期のシード粒子重量の２〜１０倍である特許請求の範囲
    第１項に記載の製造方法。
  6. 【請求項６】供給混合物が、少なくとも１種類のモノエ
    チレン型不飽和スチレン性モノマーまたはモノエチレン
    型不飽和エチレン性モノマー８０〜９０重量％および少
    なくとも１種類のポリエチレン型不飽和スチレン性架橋
    性モノマーまたはポリエチレン型不飽和エチレン性架橋
    性モノマー２０〜１重量％からなる特許請求の範囲第１
    項に記載の製造方法。
  7. 【請求項７】モノマー供給物が乳化されている特許請求
    の範囲第１項に記載の製造方法。
  8. 【請求項８】モノマー供給物がスチレンと、ジビニルベ
    ンゼン２〜１２重量％からなる特許請求の範囲第１項に
    記載の製造方法。
  9. 【請求項９】前記(a)工程において、架橋したシード粒
    子が0.5〜1.5重量％のジビニルベンゼンを含むポリスチ
    レン粒子であり、(b)工程において、モノマー供給物
    が、（Ｉ）８８〜９８重量％のスチレンおよび（II）１
    ２〜２重量％のジビニルベンゼンからなり、その供給速
    度は、シード粒子に供給されるモノマー量が初期のシー
    ド粒子の重量の３〜６倍になるまで３〜５時間かけて供
    給すること、(c)工程においてモノマーを完全に重合さ
    せるために重合反応を１〜３時間継続することからなる
    特許請求の範囲第１項に記載の製造方法。
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