JPH07133303A - メチルメタクリレート系重合体の製造方法 - Google Patents
メチルメタクリレート系重合体の製造方法Info
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- JPH07133303A JPH07133303A JP5279861A JP27986193A JPH07133303A JP H07133303 A JPH07133303 A JP H07133303A JP 5279861 A JP5279861 A JP 5279861A JP 27986193 A JP27986193 A JP 27986193A JP H07133303 A JPH07133303 A JP H07133303A
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Abstract
御下に安定的に製造する方法を提供する。 【構成】 メチルメタクリレート単量体を重合開始剤及
び連鎖移動剤の存在下で重合するに際し、単量体成分7
1〜95重量%に対し溶媒としてメタノール5〜29重
量%を添加し、90〜200℃の反応温度で単量体転化
率が55〜98%となるように均一溶液中で重合させる
ことを特徴とするメチルメタクリレート系重合体の製造
方法。
Description
重合体の新規な製造方法に関する。
性、耐候性および外観において優れた性質を有するた
め、建築用資材や家具・室内装飾用素材として用いられ
るばかりでなく、光学材料や光通信用素材としても有用
である。従来、成形材料として用いられるメチルメタク
リレート系重合体の製造法としては懸濁重合法が一般に
採用されているが、この方法は使用される懸濁分散剤等
の副材料がポリマー中に混入するため高純度の重合体は
得られ難く、光学材料等の用途には不向きとされてい
る。更に重合体の後処理工程が、ろ過・洗浄・乾燥と煩
雑な上、大量の排水処理を伴うなど工業プロセスとして
も問題点を残している。この懸濁重合法の欠点を改善す
る方法として近年、連続的な塊状重合法と溶液重合法が
注目されている。これらの方法によれば、懸濁分散剤等
が使用されないため光学特性に優れた高品質樹脂の製造
が可能である。
と呼ばれる自動加速効果のため、高い単量体転化率を維
持しながら重合反応を安定に制御することは非常に難し
く、ポリマー濃度の高い最終重合物を得るのは困難とさ
れる。特公昭52−32665号公報には槽型反応装置
を用いて比較的低い単量体転化率で均一相反応させ、未
反応単量体を連続的に分離除去する連続塊状重合法が提
案されている。この方法では、未反応単量体の残存量が
多く、この回収再使用と重合体の濃縮のための脱揮工程
で多くのエネルギーを費やさねばならない上、その際重
合体が熱履歴を受け着色や変性を起こしやすいという欠
点がある。一方、特公昭55−7845号公報等に示さ
れているように溶媒としてベンゼンもしくはアルキルベ
ンゼンを用いる溶液重合法によれば溶剤によって反応液
の粘度が低減されるため、ゲル効果が抑制され、高い単
量体転化率で安定した重合反応が可能となることが知ら
れている。
量低減には限界があり単量体転化率を高めて反応液中に
残存する未反応単量体は減少しても溶媒を含めた揮発分
含量は減少せず、揮発成分の除去に費やされるエネルギ
ーは塊状重合法と変わらない場合もあり、加えて重合体
の耐熱分解性の低下や溶媒及び単量体成分の回収再使用
の方法が煩雑になる等の問題点も抱えている。
はメタノール等の脂肪族1価アルコールを溶媒としてメ
チルメタクリレートを主成分とする単量体混合物のラジ
カル重合を行い、得られた重合体をスラリー状に沈澱さ
せて分離する方法が示されているが、単量体成分20〜
70重量部に対して溶媒80〜30重量部と多量の溶媒
を使用すること、重合体を分離するため沈殿・ろ過・乾
燥工程が必要となること、及び連続プロセスとする場合
スラリー状の重合液を均一に移送・処理するためには工
業的に解決しなければならない問題も多く存在する。
1価のアルキルアルコールとベンゼンもしくはアルキル
ベンゼンより成る混合溶媒を5重量%以上、30重量%
未満用いてメチルメタクリレートを主成分とする単量体
混合物の溶液重合を行う方法が示されているが、一価の
アルキルアルコールは混合溶媒中で5〜50重量%を占
めるに過ぎず、一般的なベンゼンもしくはアルキルベン
ゼンを溶媒とする方法を抜本的に変えるものではない。
法の上記のような問題点を解決し、高品質のメチルメタ
クリレート系重合体を安定に制御された重合反応を経て
経済的に有利に製造する方法を提供することにある。
メタノールを溶媒として用いてメチルメタクリレート単
量体を重合することにより、高品質の重合体を安定的に
製造し得ることを見いだし、本発明を完成した。
単独またはメチルメタクリレート75重量%以上とアル
キルアクリレート25重量%以下からなる単量体混合物
を重合開始剤及び連鎖移動剤の存在下重合するに際し、
単量体成分71〜95重量%に対し溶媒としてメタノー
ル5〜29重量%を添加し、90〜200℃の反応温度
で単量体転化率が55〜98モル%となるように均一溶
液中で重合させることを特徴とするメチルメタクリレー
ト系重合体の製造方法に関する発明である。
ては、メチルメタクリレート単独またはメチルメタクリ
レート75重量%以上とアルキルアクリレート25重量
%以下からなる単量体混合物であり、アルキルアクリレ
ートとはアルキル基が炭素数1〜8のアルコールから誘
導されたアクリル酸エステルであり、例えばメチルアク
リレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレー
ト、ブチルアクリレート等が挙げられるが、特に好適な
ものは、メチルアクリレートとエチルアクリレートであ
る。これらは単独、もしくは2種以上組み合わせて用い
ることができるがメチルメタクリレート90重量%以上
とメチルアクリレート10重量%以下からなる単量体混
合物が好適に用いられる。
ルは以下の特長を有する。 (1)メチルメタクリレート及びアルキルアクリレート
の単量体成分に対しては、温度に関係なく完全に溶解
し、メチルメタクリレート系重合体に対しても100℃
以上の温度で十分な溶解性を有し、広範な濃度範囲で重
合体溶液の均一性を維持でき、溶液重合の溶媒として適
している。 (2)特開昭50−34071号公報、特開昭62−2
41905号公報及び特開平1−201307号公報に
も述べられている通りアルキルベンゼン等の溶媒と比べ
てメチルメタクリレート系重合体の濃度が同じであって
も重合反応溶液の粘度が低下するため、ゲル効果が抑制
され、安定した重合が可能となる。 この結果、溶媒の使用量の低減や単量体転化率の上昇に
よって重合液中の重合体濃度を高めることが可能とな
り、生産性の向上が図られる。
体の耐熱分解性の低下を招くことがない。 (4)比較的沸点が低く揮発し易い上、100℃以下の
低温ではメチルメタクリレート系重合体をほとんど溶解
しないので重合体溶液からの分離が容易であり、得られ
る重合体中の残存量もアルキルベンゼン等に比べて少な
い。 (5)溶剤あるいは粗原料として工業的規模で大量生産
されており、安価に入手可能である。 以上の点からメタノールを溶媒とするメチルメタクリレ
ート単量体の溶液重合プロセスは従来からのアルキルベ
ンゼン等の溶媒を用いる方法と比べて生産性の向上や製
造プラントの特に脱揮工程や揮発成分回収工程の簡略化
が図られ、この結果、経済的に有利にメチルメタクリレ
ート系重合体を製造することが可能となる。
95重量部に対し5〜29重量部の割合で使用、好まし
くは単量体成分75〜90重量部に対し10〜25重量
部の割合(ここで重量部の合計は100重量部とする)
で使用される。単量体成分が71重量%未満では生産性
が低い上、重合体の耐熱分解性の低下が顕著になる。逆
に95重量%を越えると重合液の粘度が増加し、塊状重
合と同様に重合を安定に制御することが難しくなる。
ましくは120〜180℃、特に好ましくは130〜1
70℃である。重合温度が、上記90℃未満では溶解性
が低下して重合体濃度が高くなり、重合体が相分離して
スラリーが発生する。一方、重合温度が上記200℃を
越えると操作圧力が高くなり反応器の製作費が上昇して
経済的に不利であり、さらにオリゴマー類の発生が増大
して着色の原因となり易く重合体の品質が低下する。
モル%、好ましくは60〜95モル%、更に好ましくは
65〜90モル%の範囲である。単量体転化率が55モ
ル%未満になると揮発成分の除去と回収再使用の工程の
負荷が増加して不利になる。また、単量体転化率が98
モル%を越えると粘度上昇が起こって安定に重合させる
ことが困難になり、オリゴマー生成率が増大する。
ては、重合温度で分解し活性ラジカルを発生するもので
特に限定されないが、例えばジ−tert−ブチルパーオキ
サイド、ジ−tert−アミルパーオキサイド、α,α'-ア
ゾビスイソブチロニトリル、ベンゾイルパーオキサイ
ド、tert−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネー
ト、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、tert−ブチ
ルパーオキシ(2-エチルヘキサノエート)、tert−ヘキ
シルパーオキシイソプロピルカーボネート等が挙げられ
る。
プタン類が用いられる。具体的には、アルキル基または
置換アルキル基を有する第1級、第2級及び第3級メル
カプタン、例えば、n−ブチルメルカプタン、イソブチ
ルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−ドデ
シルメルカプタン、tert−ブチルメルカプタン等が挙げ
られる。これらは単独で、もしくは2種以上組み合わせ
て用いても良い。
ール、重合開始剤及び連鎖移動剤等を予め調合して原料
液を調製した後、完全混合される重合反応器に供給し所
定温度で重合させる。使用される重合反応器の形状は撹
拌槽が一般的であるが、スタティックミキサー、スクリ
ューや撹拌機を備えた横型反応器あるいは塔型反応器等
を用いてもよい。この重合液から溶媒及び未反応単量体
等の揮発成分を除去し目的とするメチルメタクリレート
系重合体を得る。揮発成分の除去方法としては、通常、
重合液を熱交換器を用いて200〜300℃に加熱し、
減圧にした脱揮槽にフラッシュする方法が採られ、残存
揮発成分1重量%以下、好ましくは0.5重量%以下ま
で脱揮する。
本発明は実施例に限定されるものではない。ここで記さ
れた「部」及び「%」は全て重量部及び%を示す。以下
の実施例において重合体の物性測定は次の方法によっ
た。 (1)重合体に含まれる揮発成分はガスクロマトグラフ
ィーにより分析し、含有量を定量した。 (2)成形品の全光線透過率(%)はAST D100
3の規定に基づいて測定した。 (3)重量平均分子量Mwはゲルパーミエーションクロ
マトグラフィーによって測定した。 (4)重合液の粘度は撹拌機のトルク負荷を測定し、標
準液での校正値から求めた。
部、メタノール8部、ジ−tert−ブチルパーオキサイド
0.032部(2×10-3モル/l)及びn−ドデシル
メルカプタン0.21部(10×10-3モル/l)を混
合した後、窒素吹き込みによって溶存酸素を除去し原料
液を調製した。熱媒を循環するジャケットとヘリカルリ
ボン撹拌翼を備えた内容積6の重合槽に予めこの原料液
5kgを添加して密閉し、十分撹拌して均一混合状態を
保ちながら、150℃に昇温して単量体転化率75%及
び重合体濃度69%に到達するまで重合させた後、この
原料液を1kg/hの割合で重合槽に連続的に供給し
た。
5時間に維持したところ、重合液の粘度は45Pa・
秒、単量体転化率は75%及び重合体濃度は69%で安
定に保たれた。この重合液を1kg/hの流量で抜き出
し、250℃まで加熱した後、減圧下にある脱揮タンク
内にフラッシュした。脱揮された重合体は脱揮タンク底
部より溶融状態で抜き出し、ダイスによりストランド状
に取り出され、水冷後ペレタイザーにてペレット化し
た。得られたペレットは残存揮発成分としてメチルメタ
クリレート0.27%、メチルアクリレート0.01%
及びメタノール0.01%を含み、外観は無色透明で良
好であった。この重合体の物性は以下の通りである。 重量平均分子量(Mw) 109,000 全光線透過率 93%
揮処理して重合体ペレットを取得した。いずれの実施例
でも重合反応は安定に制御され高品質の重合体が得られ
た。表1及び2に原料液の組成、単量体転化率、重合液
の重合体濃度及び重合液の粘度、また表5及び6に脱揮
処理により得られた重合体ペレットの残存揮発成分、重
量平均分子量(Mw)及び全光線透過率を示す。
部、メチルアクリレート4部、ジ−tert−ブチルパーオ
キサイド0.016部(1×10-3モル/l)及びn−
ドデシルメルカプタン0.28部(13×10-3モル/
l)を混合し、窒素吹き込みによって溶存酸素を除去し
原料液を調製した。重合槽に予めこの原料液5kgを添
加して密閉し、十分撹拌して均一混合状態を保ちなが
ら、150℃に昇温して単量体転化率69%及び重合体
濃度69%に到達するまで重合させた後、この原料液を
重合槽に1kg/hの割合で連続的に供給し、重合温度
を150℃及び平均滞留時間を約5時間に維持した。重
合条件は実施例1と同様にしたが、連続運転120分後
に重合液の粘度が1000Pa・秒以上に急上昇し撹拌
が困難になり重合液の抜き出しも不能となったので運転
を中止せざるを得なかった。
部、メチルアクリレート4部、トルエン8部、ジ-tert-
ブチルパーオキサイド0.032部(2×10 -3モル/
l)及びn−ドデシルメルカプタン0.21部(10×
10-3モル/l)を混合し、窒素吹き込みによって溶存
酸素を除去し原料液を調製した。重合槽に予めこの原料
液5kgを添加して密閉し、十分撹拌して均一混合状態を
保ちながら、150℃に昇温して単量体転化率75%及
び重合体濃度69%に到達するまで重合させた後、この
原料液を重合槽に1kg/hの割合で連続的に供給し、重
合温度を150℃及び平均滞留時間を約5時間に維持し
た。重合条件は溶媒濃度の等しい実施例4と同様にした
が、連続運転240分後に重合液の粘度が1000Pa
・秒以上に急上昇し撹拌が困難になり重合液の抜き出し
も不能となった。
部、メチルアクリレート4部、ベンゼン8部、ジ−tert
−ブチルパーオキサイド0.032部(2×10-3モル
/l)及びn−ドデシルメルカプタン0.21部(10
×10-3モル/l)を混合して原料液を調製し、比較例
2と同条件で連続溶液重合を行ったが、連続運転180
分後に比較例2と同様に重合液の粘度が1000Pa・
秒以上に急上昇し重合の継続が困難になった。
部、メチルアクリレート4部、メチルイソブチレート8
部、ジ-tert-ブチルパーオキサイド0.032部(2×
10-3モル/l)及びn−ドデシルメルカプタン0.2
1部(10×10-3モル/l)を混合して原料液を調製
し、比較例2と同条件で連続溶液重合を行ったが、連続
運転200分後に比較例2と同様に重合液の粘度が10
00Pa・秒以上に急上昇し重合の継続が困難になっ
た。
部、メチルアクリレート4部、メタノール3部、ジ−te
rt−ブチルパーオキサイド0.032部(2×10-3モ
ル/l)及びn−ドデシルメルカプタン0.21部(1
0×10-3モル/l)を混合して原料液を調製し、比較
例1と同条件で連続溶液重合を行ったが、連続運転14
0分後に重合液の粘度が100Pa・秒以上に急上昇し
重合の継続が困難になった。
部、メチルアクリレート3部、メタノール35部、α,
α'-アゾビスイソブチロニトリル0.005部(0.3
×10-3モル/l)を混合して原料液を調製し、重合温
度を85℃とする以外は比較例1と同条件で連続溶液重
合を行ったが、連続運転移行後に重合液が白濁しスラリ
ー状態となり重合槽からの抜き出し配管内に重合体が堆
積して閉塞し重合の継続が困難になった。
部、メチルアクリレート4部、メタノール8部、ジ-ter
t-ブチルパーオキサイド0.008部(5×10-4モル
/l)及びn−ドデシルメルカプタン0.63部(30
×10-3モル/l)を混合して原料液を調製し、重合温
度を210℃及び平均滞留時間を約5時間に維持したと
ころ、重合液の粘度は5Pa・秒、単量体転化率は76
%及び重合体濃度は70%で安定に保たれた。この重合
液を1kg/hの流量で抜き出し、250℃まで加熱した
後、減圧下にある脱揮タンク内にフラッシュした。脱揮
された重合体は脱揮タンク底部より溶融状態で抜き出
し、ダイスによりストランド状に取り出され、水冷後ペ
レタイザーにてペレット化した。 得られたペレットは
残存揮発成分としてメチルメタクリレート0.27%、
メチルアクリレート0.01%及びメタノール0.01
%を含み、外観は淡黄色に着色していた。この重合体の
物性は以下の通りである。 重量平均分子量(Mw) 85,800 全光線透過率 83%
て特定量使用して特定温度でメチルメタクリレート単量
体を特定の転化率まで重合することにより、メチルメタ
クリレート単量体に特有のゲル効果が抑えられ、高純度
で着色のないメチルメタクリレート系重合体を安定に制
御された重合反応を経て生産性を高めて製造することが
可能となる。
始直後の測定値 注 表中の重合体の粘度は、連続重合中断直前の測定値
始直後の測定値 注 表中の重合体の粘度は、連続重合中断直前の測定値
Claims (1)
- 【請求項1】 メチルメタクリレート単独またはメチル
メタクリレート75重量%以上とアルキルアクリレート
25重量%以下からなる単量体混合物を重合開始剤及び
連鎖移動剤の存在下で重合するに際し、単量体成分71
〜95重量%に対し溶媒としてメタノール5〜29重量
%を添加し、90〜200℃の反応温度で単量体転化率
が55〜98モル%となるように均一溶液中で重合させ
ることを特徴とするメチルメタクリレート系重合体の製
造方法。
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