JPH0967404A - 高分子ポリマーの製造方法 - Google Patents

高分子ポリマーの製造方法

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JPH0967404A
JPH0967404A JP8013859A JP1385996A JPH0967404A JP H0967404 A JPH0967404 A JP H0967404A JP 8013859 A JP8013859 A JP 8013859A JP 1385996 A JP1385996 A JP 1385996A JP H0967404 A JPH0967404 A JP H0967404A
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ヘーンレ ハンス−ヨアヒム
Eckhard Neufeld
ノイフェルト エックハルト
Gunnar Schornick
ショルニック グンナール
Roland Minges
ミンゲス ローラント
Thomas Anstock
アンストック トーマス
Juergen Dr Tropsch
トロプシュ ユルゲン
Hans-Juergen Krauss
クラウス ハンス−ユルゲン
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 水性媒体中でポリマーゲルを形成する、高分
子量ポリマーの改良された製造方法を提供する。 【解決手段】 水溶性のモノエチレン系不飽和モノマー
及び場合により架橋剤並びに場合により水不溶性モノエ
チレン系不飽和モノマーを水溶液中で重合開始剤の存在
下に、端部に円錐状の狭窄部を有する管型反応器中で重
合させる、その際前記管型反応器は端部に円錐状の狭窄
部を有し、反応器の直径(D1)の反応器円錐状狭窄部
の端部の直径(D2)に対する比が2:1〜25:1で
ありかつ円錐状狭窄部の開始部のD1と内側円錐壁との
なす角度が45゜よりも大きくかつ90゜未満であり、
かつゲル状の反応混合物を不活性ガスを圧入することに
より反応器から排出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、水溶性のモノエチ
レン系不飽和モノマー及び場合により、少なくとも2個
の非共役のエチレン系不飽和二重結合を分子中に含有す
る架橋剤並びに場合により水不溶性モノエチレン系不飽
和モノマーを水溶液中で重合開始剤の存在下に管型反応
器中で重合させかつゲル状の反応混合物を不活性ガスを
圧入することにより反応器から取り出すことにより高分
子ポリマーを製造する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ドイツ国特許出願公告第1218157
号明細書から、閉鎖可能な接続部を備えた円筒状反応器
内で水溶性のモノメチレン系不飽和モノマーを水溶液中
で重合抑制剤の存在下に重合させることにより水溶性ポ
リマーを製造する方法が公知である。該重合は不連続的
に行われる。生成するゲル状混合物は円筒体軸に沿って
運動可能な嵌合されたピストンにより円筒状反応器から
排出される。
【0003】特開平3−57181号公報から、同様に
重合の際に得られたポリマーゲルの押出しのために可動
の壁に沿って運動するピストンを有する管型反応器が公
知である。このような可動のピストンを備えた管型反応
器の欠点は、運転中に反応器の内壁とピストンの間の摩
擦により惹起される高い摩耗にある。ポリマーゲルはし
ばしば粘着性粘稠度を有するので、一般には極めて平滑
なさもなければ付着性を低下する被覆された壁面が必要
になり、該壁面は前記の摩耗のために特に敏感である。
更に前記の特開平3−57181号公報に従来の技術と
して記載されているように、ポリマーゲルをテフロンで
被覆された反応器から窒素のような不活性ガスを圧入す
ることにより反応器から排出することは公知であった。
しかしながら、この場合には、不活性ガスは、反応器の
内壁とゲルの間に形成される間隙を経て早期に反応器か
ら、ポリマーが排出口を経て完全に押し出される前に流
出する。従って、この方式では、ポリマーを完全に反応
器から除去することは不可能である。
【0004】欧州特許公開第0374709号明細書か
ら、水溶性のモノマーを管型反応器内で重合開始剤の存
在下に水性媒体内で重合させてポリマーゲルを形成する
ことにより液体吸収性の、架橋した、水不溶性のポリマ
ーを製造するための連続的方法が公知である。この方法
では、モノマー水溶液と一緒にこの溶液と混和不能な離
型液体を反応器入り口に供給し、その際該離型液体は重
合過程で独自で反応器内壁とポリマー相との間に分配さ
れかつ生成したモノマーは離型液体と一緒に反応器出口
から排出される。該ポリマーは、例えば不活性ガスの過
圧により反応器から取り出すことができる。この方法に
おける問題は、この場合も再びゲル状ポリマーを貫通し
て又は反応器壁とポリマーゲルの間の境界面に沿ってモ
ノマー混合物が突出ことである。ポリマーゲルをモノマ
ー混合物が突破する際には、重合を停止しかつ装置を掃
除しなければならない。離型剤の使用はゲルの突破回数
を確かに減少させるが、離型剤が反応生成物中に残留す
るという欠点と結び付いている。
【0005】米国特許第5081215号明細書から、
重合を2工程法で実施するポリエーテルケトンの製造方
法が公知であり、この場合には第2工程で重縮合が完遂
しかつその際得られる塩化アルミニウム粒子が封入され
た塑性ポリマーマトリックスは不活性ガスの圧入により
実際に残渣なく管型反応器から排出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、水性
媒体中でポリマーゲルを形成する、高分子量ポリマーの
改良された製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】前記課題は、本発明によ
り、水溶性のモノエチレン系不飽和モノマー及び場合に
より、少なくとも2個の非共役のエチレン系不飽和二重
結合を分子中に含有する架橋剤並びに場合により水不溶
性モノエチレン系不飽和モノマーを水溶液中で重合開始
剤の存在下に管型反応器中で重合させかつゲル状の反応
混合物を不活性ガスを圧入することにより反応器から取
り出すことにより高分子ポリマーを製造する方法におい
て、前記管型反応器が端部に円錐状の狭窄部を有し、反
応器の直径(D1)の反応器円錐状狭窄部の端部の直径
(D2)に対する比が2:1〜25:1でありかつ円錐
状狭窄部の開始部のD1と内側円錐壁とのなす角度が4
5゜よりも大きくかつ90゜未満であることにより解決
される。 D1と内側円錐壁とのなす角度は有利には6
5〜85゜である。
【0008】
【発明の実施の態様】重合は、図1に図示された反応器
内で行う。この場合には、要するに端部に円錐状狭搾部
(2)を有する管型反応器(1)を使用する。重合すべ
き反応混合物の入り口の前方に、一般に互いに別々に製
造されかつ反応器に供給されるモノマー水溶液及び開始
剤溶液を混合する(3)。このために、低粘度液体の高
速混合のために適する全ての装置、例えば静的混合機が
適当である。
【0009】管型反応器(1)は、実質的に円形横断面
を有する垂直管からなる。管の内側ジャケット面は、有
利には反応混合物に対して不活性のかつ非付着性材料で
ライニングされている。このためには例えばポリテトラ
フルオロエチレンが好適である。該管型反応器(1)
は、高さ:直径の比有利には4〜40、特に6〜15を
有する。該装置は、圧密に密閉することができる。管型
反応器の頂部には、反応混合物並びに不活性ガスのため
の1つ以上の供給導管(4)が設けられている。大抵の
場合、反応器からゲル状ポリマーを押し出すために不活
性ガスと溶剤の混合物を使用するのが有利なこともあ
る。該溶剤は、例えば不活性ガス導管(4)又はそれと
は別に反応器の頂部から導入することができる。更に、
反応器の頂部には供給導管(5)が存在し、該供給導管
を介して管型反応器内の圧力を低下させることができ
る。管型反応器の下方端部は円錐状に狭搾部(2)を有
する。反応器の直径(D1)の反応器円錐状狭窄部の端
部の直径(D2)に対する比が2:1〜25:1であ
り、かつ2:1〜20:1の範囲内にあるのが有利であ
る。全く特に有利であるのは、D1:D2の比3:1〜
15:1である。反応器(2)の円錐状狭窄部は、円錐
状狭窄部の開始部D1と内側円錐壁とのなす角度が45
゜よりも大きくかつ90゜未満、有利には65〜85゜
であるように構成されている。大抵の実際の適用のため
には、該角度αは75〜85゜である。
【0010】該反応器は、その内部に存在する反応混合
物を外部から加熱又は冷却することができるようにジャ
ッケットで包囲されていてもよい。円錐状狭窄部の端部
には、遮断弁(6)が存在する。該遮断弁に、流出導管
が接続されていてもよく、該接続導管はその自由端部に
場合により別の狭窄部を有し、該狭窄部の寸法は排出す
べきゲルの分配に最適に合わせられている。円錘体の端
部には、放射性充填位置測定装置(7)並びに少なくと
も1つの接続部(8)が存在し、該接続部を経て付加的
に不活性ガスを反応器に導入することができる。唯一の
供給導管(8)の代わりに、円錘体の端部に多数の開口
が円形状に配置されているのが有利なこともある。引き
続き、反応器から排出されたポリマーを、通常の方法で
後処理する、即ち該ポリマーを更に例えばチョッピング
カッターで細分し、引き続き細分したゲルを乾燥させる
ことができる。このためには、通常の装置、例えばタン
ブル乾燥器、櫂型乾燥器、ベルト型乾燥器、撹拌型固床
又は流動床が適当である。
【0011】本発明による方法によれば、水溶性のモノ
エチレン系不飽和モノマー、及び場合により、分子中に
少なくとも2個の非共役のエチレン系不飽和二重結合を
含有する架橋剤、並びに場合により水不溶性のモノエチ
レン系不飽和モノマーを重合されることにより高分子量
のポリマーが得られる。該重合を架橋剤の不在で実施す
る場合には、水溶性のポリマーが生成する。場合により
重合の際に併用される水不溶性のモノエチレン系不飽和
モノマーの量は、最高、なお水溶性コポリマーが生じる
程度である。水溶性のモノエチレン系モノマーは、以下
には群(a)のモノマーと称する。この群の適当なモノ
マーの例は、例えば一般式:
【0012】
【化1】
【0013】[式中、R=C2〜C5−アルキレン、
1,R2,R3=H,CH3,C25,C37及びX
アニオンを表す]を有するエチレン系不飽和C3〜C6
カルボン酸、そのアミド及びエステルである。更に、
式:
【0014】
【化2】
【0015】のアミンから誘導されるアミドも適当であ
る。式II中の置換基及びXは式Iで定義したものを
表す。
【0016】これらの化合物としては、例えばアクリル
酸、メタクリル酸、クロトン酸、イタコン酸、マレイン
酸、フマル酸、メタクリルアミド、クロトン酸アミド、
ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエ
チルアクリレート、ジメチルアミノネオペンチルアクリ
レート及びジメチルアミノメチルメタクリレート、ジメ
チルアミノプロピルアクリレート、ジメチルアミノペン
チルアクリレート及びジメチルアミノネオペンチルメタ
クリレートが該当する。式IIの化合物から誘導される
塩基性アクリレート及びメタクリレートもしくは塩基性
アミドは、強鉱酸、スルホン酸又はカルボン酸との塩の
形、又は第四級化された形で使用される。式Iの化合物
のためのアニオンXは、鉱酸もしくはカルボン酸の酸
基、又は第四級化剤からのメトスルフェート、エトスル
フェート又はハロゲニドである。
【0017】群(a)の別の水溶性モノマーは、N−ビ
ニルピロリドン、N−ビニルホルムアミド、アクリルア
ミドプロパンスルホン酸、ビニルホスホン酸及び/又は
ビニルスルホン酸のアルカリ金属塩もしくはアンモニウ
ム塩である。その他の酸を、同様に中和されていない形
又は部分的にもしくは100%まで中和された形のいず
れかで重合の際に使用することができる。群(a)の水
溶性モノマーとしては、ジアルキルアンモニウム化合
物、例えばジメチルジアリルアンモニウムクロリド、ジ
エチルジアリルアンモニウムクロリド又はジアリルピペ
リジニウムブロミド、N−ビニルイミダゾリウム化合
物、例えばN−ビニルイミダゾール及び1−ビニル−2
−メチルイミダゾールの塩又は第四級化生成物、及びN
−ビニルイミダゾリン、例えばN−ビニルイミダゾリ
ン、1−ビニル−2−メチルイミダゾリン、1−ビニル
−2−エチルイミダゾリン又は1−ビニル−2−n−プ
ロピルイミダゾリン(これらも同様に第四級化された形
で又は塩として重合の際に使用される)が好適である。
【0018】群(a)の有利なモノマーは、アクリル
酸、メタクリル酸、アクリル酸ナトリウム又はアクリル
酸カリウム、メタクリル酸ナトリウム又はメタクリル酸
カリウム、アクリルアミド、第四級化された形で又は塩
としてのジメチルアミノエチルアクリレート、又は該モ
ノマーの混合物である。これらのモノマーは、その都度
の任意の割合で相互に共重合させることができ、この場
合特に有利には部分的に苛性ソーダ溶液で中和したアク
リル酸、アクリルアミド及びアクリル酸及び/又はメタ
クリル酸ナトリウムからなるモノマー混合物及びアクリ
ルアミドとジメチルアミノエチルアクリレートメトクロ
リドのモノマー混合物を使用することができる。
【0019】超吸収剤として使用される架橋したポリマ
ーを製造するためには、群(a)の少なくとも1種のモ
ノマーと群(b)の少なくとも1種のモノマーとを重合
させる。以下には、少なくとも2個の非共役のエチレン
系不飽和二重結合を有する架橋材剤を群(b)のモノマ
ーと称する。適当な架橋材は、N,N′−メチレン−ビ
スアクリルアミド、ポリエチレングリコールジアクリレ
ート及びポリエチレングリコールジメタクリレート(こ
れらはそれぞれ分子量126〜8500、有利には40
0〜2000のポリエチレングリコールから誘導され
る)、トリメチロールプロパントリアクリレート、トリ
メチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリ
コールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリ
レート、ブタンジオールジアクリレート、ヘキサンジオ
ールジアクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレー
ト、エチレンオキシドとプロピレンオキシドからなるブ
ロックコポリマーのジアクリレート及びジメタクリレー
ト、二重もしくは三重にアクリル酸又はメタクリル酸で
エステル化された多価のアルコール、例えばグリセリン
又はペンタエリトリット、トリアリルアミン、テトラア
リルエチレンジアミン、ジビニルベンゼン、ジアリルフ
タレート、分子量126〜4000のポリエチレングリ
コールのポリエチレングリコールジビニルエーテル、ト
リメチロールプロパンジアリルエーテル、ブタンジオー
ルジビニルエーテル、ペンタエリトリットトリアリルエ
ーテル及び/又はジビニルエチレン尿素である。水溶性
架橋剤、例えばN,N′−メチレン−ビスアクリルアミ
ド、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチ
レングリコールジメタクリレート、ペンタエリトリット
トリアリルエーテル及び/又はジビニル尿素を使用する
のが有利である。群(b)のモノマーは、水不溶性ポリ
マーを製造する際にのみ、しかも共重合で使用される全
てのモノマーに対して0.001〜5、有利には0.0
1〜2.0重量%の量で使用する。
【0020】群(a)及び(b)のモノマーの共重合
は、架橋したコポリマーの特性の変化が所望される限
り、付加的になお水不溶性のモノエチレン系不飽和モノ
マー(以下には、群(c)のモノマーと称する)の存在
下で実施することができる。群(c)ぼモノマーは、例
えばヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシプロピ
ルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート、ヒ
ドロキシプロピルメタクリレート、アクリルニトリル及
び/又はメタクリルニトリルである。更に、アクリル酸
又はメタクリル酸と1価の、1〜18個の炭素数を有す
るアルコールとのエステル、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、イソ
プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソ
ブチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、2−エチ
ルヘキシルアクリレート、ステアリルアクリレート、メ
タクリル酸の相応するエステル、フマル酸ジエチルエス
テル、マレイン酸ジエチルエステル、マレイン酸ジメチ
ルエステル、マレイン酸ジブチルエステル、ビニルホル
ミエート、ビニルアセテート及ビニルプロピオネートが
好適である。群(c)のモノマーを水溶性又は水不溶性
ポリマーの変性のために使用する限り、該モノマーは、
重合のために関与する全てのモノマーに対して0.5〜
20、有利には2〜10重量%の量で使用する。
【0021】重合は、場合により通常の重合調節剤の存
在下に行うことができる。適当な重合調節剤は、例えば
チオ化合物、例えばチオグリコール酸、メルカプトアル
コール、例えば2−メルカプトエタノール、メルカプト
プロパノール及びメルカプトブタノール、ドデシルメル
カプタン、蟻酸、アンモニア及びアミン、例えばエタノ
ールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミ
ン、トリエチルアミン、モルホリン及びピペリジンであ
る。
【0022】モノマー(a)及び場合により(b)及び
場合により(c)は、10〜80、有利には20〜60
重量%の水溶液で重合開始剤の存在下に重合させる。重
合開始剤としては、重合条件下でラジカルに分解する全
ての化合物、例えばペルオキシド、ヒドロペルオキシ
ド、過酸化水素、ペルスルフェート、アゾ化合物及び前
記のレドックス触媒を使用することができる。水溶性開
始剤を使用するのが有利である。大抵の場合には、異な
った重合開始剤の混合物、例えば過酸化水素とペルオキ
ソ硫酸ナトリウムもしくはペルオキソ硫酸カリウムの混
合物を使用するのが有利である。過酸化水素とペルオキ
ソ硫酸ナトリウムの混合物は、あらゆる任意の割合で使
用することができる。適当な有機ペルオキシドは、例え
ばアセチルアセトンペルオキシド、メチルエチルケトン
ペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメン
ヒドロペルオキシド、t−アミルペルピバレート、t−
ブチルペルピバレート、t−ブチルペルネオヘキサノエ
ート、 t−ブチルイソブチレート、 t−ブチルペル−
2−エチルヘキサノエート、 t−ブチルペルイソノナ
ノエート、 t−ブチルペルマレエート、 t−ブチルペ
ルベンゾエート、 t−ブチルペル−3,5,5−トリ
−メチルヘキサノエート及びt−ブチルペルネオドデカ
ノエートである。特に好適な重合開始剤は、水溶性のア
ゾ開始剤、例えば2,2′−アゾビス−(2−アミジノ
プロパン)二塩酸塩、2,2′−アゾビス−(N,N′
−ジメチレン)イソブチルアミジン−二塩酸塩、2−
(カルバモイルアゾ)イソブチロニトリル、2,2′−
アゾビス−[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プ
ロパン]二塩酸塩及び4,4′−アゾビス−(4−シア
ノバレリアン酸)である。前記の重合開始剤は、通常の
量で、例えば、重合させるべきモノマーに対して0.0
1〜5、有利には0.1〜2.0重量%の量で使用す
る。
【0023】レドックス触媒は、酸化性成分として少な
くとも1種の前記のペル化合物及び還元性成分として例
えばアスコルビン酸、グルコース、ソルボース、アンモ
ニムウ−又はアルカリ金属−亜硫酸水素塩、−亜硫酸
塩、−チオ硫酸塩、−次亜硫酸塩、−ピロ亜硫酸塩又は
−硫化物、金属塩、例えば鉄(II)イオン又は銀イオ
ンもしくはナトリウムヒドロキシメチルスルホキシレー
トを含°有する。レドックス触媒の還元性成分として
は、アスコルビン酸又は亜硫酸ナトリウムを使用するの
が有利である。重合の際に使用されるモノマーの量に対
して、例えばレドックス触媒系の還元性成分3・10-6
〜1モル%及びレドックス触媒の酸化性成分0.001
〜5.0モル%を使用する。レドックス触媒の酸化性成
分の代わりに、1種以上の水溶性アゾ開始剤を使用する
こともできる。
【0024】例えば凝集剤として使用される水溶性ポリ
マーを製造する際には、前記群(a)のモノマーの重合
は前記群(b)のモノマーの不在で行う。群(c)のモ
ノマーは、場合により水溶性ポリマー変性のために併用
することができる。
【0025】吸水性ポリマー、即ち水中で不溶性である
が、膨潤するポリマーを製造するためには、群(a)の
水溶性のモノメチレン系不飽和ポリマーを、少なくとも
1種の架橋剤、重合の際に使用される全てのモノマーに
対して0.001〜5.0重量%と重合させる。架橋剤
は、群(b)のモノマーとして前記に記載されている。
また、水不溶性のポリマーも場合により群(c)のモノ
マーで変性させることができる。架橋したポリアクリル
酸及び架橋したポリアクリルアミドは、特に超吸収剤と
して工業的に重要である。
【0026】凝集剤を製造するためには、特に有利に
は、部分的に苛性ソーダ溶液で中和したアクリル酸、ア
クリルアミド及びアクリル酸及び/又はアクリル酸ナト
リウムの混合物、及びアクリルアミドとジメチルアミノ
エチルアクリレートメトクロリドのモノマー混合物を重
合させる。該モノマーはあらゆる任意の比で相互に共重
合させることができる。ホモポリマー、例えばアクリル
アミドからなるホモポリマー及びジメチルアミノエチル
アクリレートメトクロリドからなるホモポリマーに重合
させることも可能である。
【0027】重合は、その都度、少なくとも水50重量
%を含有する水溶液もしくは溶剤混合物中で行う。適当
な、水と混和可能な溶剤は、例えばグリコール、例えば
エチレングリコール、プロピレングリコール及びブチレ
ングリコール並びに分子量400以下のポリエチレング
リコール、並びにグリコール及びポリグリコールのメチ
ル−及びエチルエーテルである。
【0028】群(a)だけのモノマーをかつ場合により
モノマー(c)の存在下に重合させる際には、水溶性の
ポリマーが得られる。群(a)のモノマー及び群(b)
のモノマー及び場合により群(c)のモノマーを水溶液
中で重合開始剤の存在下に重合させることにより水不溶
性のポリマーを製造する際には、ポリマーゲルが生成す
る。モノマー及び開始剤は、例えば撹拌容器内で重合す
べき水性媒体に溶解する。開始剤は、場合により有機溶
剤中の溶液の形で反応器に供給することができる。モノ
マー及び開始剤の溶液は、好ましくは−20〜30℃の
範囲内の温度に調節する。モノマー及び開始剤の溶液か
ら残余の酸素を除去するためには、通常は不活性ガスを
この溶液に貫流させる。このためには、例えば窒素、二
酸化炭素又は希ガス、例えばネオン又はアルゴンが適当
である。重合は、酸素の存在下に実施する。モノマー及
び開始剤の溶液を、それらが反応器内に達する前に、相
互に混合する、その際モノマー及び開始剤の管型反応器
への導入は好ましくは不活性ガスの向流で行う。重合は
不連続的及び連続的に行うことができる。不連続的作業
法では、例えば図1に示された反応器にモノマー水溶液
及び開始剤の水溶液を充填する。重合が開始するや否
や、反応混合物をその都度の選択した出発条件、例えば
水溶液中のモノマーの濃度及びモノマーの種類に基づき
加熱する。発生する重合熱に基づき、反応混合物の温度
は例えば30〜180℃、有利には40〜130℃に上
昇する。重合は標準圧、減圧あるいはまた高圧下で実施
することができる。高圧下での作業は、重合の際に予測
される温度最大が使用溶剤混合物の沸騰温度よりも高い
ような場合に有利なこともある。さもなければ、まさに
極めて高分子量の生成物を製造する際には最高温度を減
圧下に重合により蒸気冷却装置を用いて降下させるのが
有利である。管型反応器は大抵の場合ジャケットを備え
ているので、反応混合物を必要に応じて冷却又は加熱す
ることができる。重合反応の終了後に、得られたポリマ
ーは例えば反応器壁を冷却することにより急冷すること
ができる。
【0029】管型反応器からポリマーゲルを排出するた
めには、管型反応器の頂部から不活性ガスをポリマーゲ
ルに圧入しかつ次いで反応器の端部から遮断機構を解放
することによりゲルを完全に反応器から押出すことがで
きる。ポリマーゲルは、場合により、管型反応器の頂部
から、好ましくはポリマーのための沈殿剤である不活性
液体を圧入することにより反応器から排出することがで
きる。ゲル化したポリマーゲルを反応器から排出するた
めには、例えば2〜65、有利には4〜25barが必
要である。圧力表示は、ポリマーゲルを排出するために
反応器の頂部に導入される不活性ガス並びにまた不活性
液体に関する。反応器の頂部の圧力上昇に基づき、ゲル
状生成物は塊流で反応器から排出される。この場合、塊
流とは、ゲル塊の表面の均一な下降が行われ、この場合
実際にゲル塊の表面の変形は生じない流れであると解さ
れるべきである。ポリマーゲルを反応器から排出するた
めに、ゲルを搬送する圧力は、1段又は多段で減圧する
ことができる。図1には、1段式の圧力低下が図示され
ている。圧力低下は、直径D1とD2の比の選択で行
う。搬送圧は、場合により別の又はそれに引き続いた複
数の圧力段で低下させることができる。ポリマーゲルの
組成及びゲルの押出しに適用される圧力に依存して、ゲ
ルは標準圧に放圧する際に機械的粉砕装置を使用せずに
個々の粒子に粉砕される。反応器から出るゲルは、既述
のとおり、後続の後処理ユニットで場合により更に粉砕
し、乾燥し、かつ必要であれば、残留モノマーを除去す
ることができる。
【0030】重合は、不連続的作業で断熱条件下で行
う。本発明による方法によれば、高分子量生成物が得ら
れる。水溶性の生成物の分子量は100,000よりも
大きく、特に1・106〜20・106である。該生成物
は、フィーケンチャーに基づくK値180〜300(ポ
リマー濃度0.1重量%及び温度25℃で5%の食塩水
溶液中で測定)。架橋したポリマーに関しては、K値は
示すことができない。それというのも、架橋したポリマ
ーは水中又は別の溶剤中には溶解しないからである。分
子量測定は、架橋したポリマーのためには不可能であ
る。
【0031】該水溶性ポリマーは、例えば工場又は公共
の浄化設備における凝集剤として、紙を製造する際の保
水剤として及び水性系のための増粘剤として使用され
る。架橋したポリマーは水に対して高い吸収能力を有す
る、従って例えばおむつにおける超吸収剤として使用さ
れる。
【0032】
【実施例】実施例におけるパーセンテージは、他に断り
の無い限り、重量%を意味する。ポリマーのK値は、H.
Fikentscher著、“Zellulose-Chemie, Bnad 13, 58-64
及び71-74 (1932)に基づき測定した。該測定は、5重量
%の食塩溶液中でポリマー濃度0.1重量%、温度25
℃及びpH値7で実施した。
【0033】電荷密度の測定は、D. Horn著、“Polyeth
lenimine-Physicochemical Properties and Applicatio
n, (IUPAC) Polymeric Amines and Ammonium Salts, Pe
rgamon Press Oxford and New York, 1980, p.333-35
5”に基づき実施した。
【0034】超吸収剤1グラム当たりの超吸収剤の水の
吸収率は、ティーバッグを用いて測定した。この場合、
液体としては0.9%の食塩溶液を使用した。ゲル状の
吸水性コポリマーの規定量(1g)をティーバッグに詰
め、該ティーバッグを次いで密閉する。ティーバッグの
寸法は、計って入れたゲル状コポリマーの量に相応して
適合させねばならない。次いで、該ティーバッグを一定
時間液体中に浸漬し、次いで15秒滴下排水した後に再
計量する。吸水率を計算するためには、ティーバッグを
ゲル状の吸水性コポリマー無しで溶液中に浸漬しかつ前
記の滴下排水後にティーバッグの重量を測定するブライ
ンド実験を実施しなければならない。次いで、吸水性を
以下の方程式から求める: 吸水性=(ポリマーゲルを入れたティーバッグの重量−
ブラインド実験でのティーバッグの重量)/(計って入
れたポリマーゲルの重量) 保水性は以下のようにして決定する:前記と同じ手法で
行うが、但し滴下排水の代わりにティーバッグを直径2
30mmを有する遠心分離器で1,400rpmで3分
間遠心分離する。
【0035】保水性=(遠心分離後のティーバッグの重
量−ブラインド実験でのティーバッグの重量)/(計っ
て入れたポリマーゲルの重量) 洗浄損失は、水不溶性のポリマーを0.9重量%の食塩
溶液に分散させ、該分散液を16時間撹拌し、引き続き
濾過しかつ炉液中の抽出された成分の量を滴定法で測定
することにより測定する。
【0036】例1 超吸収剤の製造 1で示した容器内で、蒸留水1362.5g、37%の
苛性ソーダ水溶液8363.5g(32.92mo
l)、アクリル酸789.85g(11.0mol)、
トリメチロールプロパントリアクリレート19.43g
及び15%のペルオキソ二硫酸ナトリウム水溶液から水
溶液を製造した。この溶液を20℃に温度調節した。該
溶液に窒素を20分間導入し、かつ同時に第2の容器内
で蒸留水499.9g中のアスコルビン酸0.097g
からなる溶液を調整し、該溶液を同様に20℃に温度調
節し、かつ該溶液に窒素20分間を導入した。溶液が完
成した後に、両者の容器の内容物を2barの圧力下で
窒素向流で同期的に反応器に圧入した。この場合両者の
溶液を静的混合機を用いて反応器に流入する前に図1に
3で示された位置で混合した。
【0037】該反応器は長さ1000mm、管直径(D
1)160mmを有し、かつ端部が円錐状に直径(D
2)50mmに先細になっていた。比D1/D2は3.
2であった。円錘体長さは320mmであり、円錐状狭
窄部の開始部におけるD1と円錘体内壁の間の直角三角
形の図1に示された角度αは80゜であった。
【0038】前記の両者の水溶液の混合後に、重合は即
座に開始した。反応器の窒素掃気を停止しかつ管型反応
器を閉鎖した。反応器混合物は99℃の最高温度に達し
た。一晩かけて室温に冷却した。次いで、反応器の頂部
から図1に4で示された導管を介して9barの窒素圧
を圧入した。遮断弁6を開放した後に、全部のゲル化し
た反応器内容物は残滓無く排出することができ、この際
生成物は図1に示されていない直径100mmの流出導
管からなる出口で直径数センチメータの不均一な形のゲ
ル粒子に細分された。このようにして得られた固体の粘
弾性の、殆ど粘着性でないゲルをカッティングナイフで
更に細分し、引き続き乾燥棚中で20mbarで70℃
で15時間乾燥させた。吸水性は45g/gポリマーで
あり、保水性はポリマーg当たり水33gであった。洗
浄損失は22%であった。
【0039】例2 超吸収剤の製造 例1を、唯一、重合を8barの圧力下で実施した点の
みを除いて、繰り返した。この際達成された反応混合物
の最高温度は95℃であった。得られたゲルの粘稠度は
固体で、粘弾性かつ殆ど非粘着性であった。該ポリマー
ゲルは9barの圧力下で残滓無く管型反応器から完全
に排出することができた。吸水性はポリマー1g当たり
水46g、保水性はポリマー1g当たり水34gかつ洗
浄損失は26%であった。
【0040】例3 超吸収剤の製造 以下のバッチから出発: 容器1: 蒸留水: 807.7g 37%のアクリル酸ナトリウム水溶液: 8843.4g(35.8mol) アクリル酸: 857.5g(11.9mol) トリメチロールプロパントリアクリレート: 21.1g 15%のペルオキソ二硫酸ナトリウム水溶液: 70.3g 容器2: 蒸留水: 499.9g アスコルビン酸: 0.105g 前記混合物を例2に記載と同様に重合させた。達成され
た反応混合物の最高温度は112℃であった。得られた
ゲルの粘稠度は固体で、粘弾性かつなお僅かに粘着性で
あった。該ポリマーゲル9barの圧力下で残滓無く反
応器から完全に排出することができた。該ポリマーは以
下の特性を有していた: 吸水性: 44g/g 保水性: 32g/g 洗浄損失: 21% 例4 超吸収剤の製造 以下のバッチから出発: 容器1: 蒸留水: 118.5g 37%のアクリル酸ナトリウム水溶液: 9482.1g(37.6mol ) アクリル酸: 903.2g(12.5mol) トリメチロールプロパントリアクリレート: 22.2g 15%のペルオキソ二硫酸ナトリウム水溶液: 74.0g 容器2: 蒸留水: 499.9g アスコルビン酸: 0.111g 前記混合物を例2に記載と同様に重合させた。達成され
た反応混合物の最高温度は127℃であった。得られた
ゲルの粘稠度は固体で、粘弾性かつなお僅かに粘着性で
あった。該ポリマーゲル9barの圧力下で残滓無く反
応器から完全に排出することができた。該ポリマーは以
下の特性を有していた: 吸水性: 40g/g 保水性: 27g/g 洗浄損失: 17% 例5 超吸収剤の製造 以下のバッチから出発: 容器1: 蒸留水: 1362.5g 37%のアクリル酸ナトリウム水溶液: 8363.%g(32.9mol ) アクリル酸: 789.9g(11.0mol) トリメチロールプロパントリアクリレート: 19.4g 容器2: 蒸留水: 497.66g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 2.34g 前記混合物を例1に記載と同様に重合させた。達成され
た反応混合物の最高温度は97℃であった。得られたゲ
ルの粘稠度は固体で、粘弾性かつなお僅かに粘着性であ
った。
【0041】該ポリマーゲルは9barの圧力下で残滓
無く管型反応器から完全に排出することができた。該ポ
リマーは以下の特性を有していた: 吸水性: 44g/g 保水性: 34g/g 洗浄損失: 18% 例6 アニオン性凝集剤の製造 両者の容器1及び2で、以下の成分から溶液を製造し
た。
【0042】 容器1: 蒸留水: 5454.7g 50%のアクリルアミド水溶液: 2304.0g(16.2mol) 37.3%のアクリル酸ナトリウム水溶液:1737.3g(6.9mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 4.0g 容器2: 蒸留水: 498.9g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.08g 両者の溶液を25℃に温度調節した。該溶液に窒素を3
0分間貫流させた。引き続き、両者の容器の内容物を2
barの過圧で窒素向流で同期に例1に記載の管型反応
器に圧入した。発熱反応の開始後に、窒素掃気を停止し
かつ管型反応器を閉鎖した。重合は混合後に短時間内で
開始した。該反応混合物は68℃の最高温度に達した。
一晩かけて、室温に冷却した。固体の、粘弾性の、殆ど
非粘着性のゲルが得られた。例1に記載の反応器の出口
の遮断機構に、円錐状に先細の長さ150mmの、テフ
ロン加工した、端部で内径10mmを有する管を接続し
た。ゲルを4〜8barの圧力で問題なく10mmの開
口を有するノズルを通して押出すことができた。管型反
応器内には、押出後に残滓は残留しなかった。得られた
ゲルストランドを細分しかつ真空棚内で50℃で乾燥し
た。該ポリマーはK値287及び電荷密度3.2meq
/gを有していた。
【0043】例7 アニオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及びアクリル酸ナトリウムからなる別のポ
リマーを製造した。
【0044】 容器1: 蒸留水: 4273.9g 50%のアクリルアミド水溶液: 400.0g(2.8mol) 37.3%のアクリル酸ナトリウム水溶液:4825.7g(19.1mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 4.0g 容器2: 蒸留水: 498.9g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.2g ゲルの粘稠度は、軟質で、粘弾性の、僅かに粘着性であ
った。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機構に、円
錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径10mm
を有する管を接続した。ゲルを4〜6barの圧力で反
応器の入り口に残滓無く10mmの開口を有するノズル
を通して押出すことができた。管型反応器内には、押出
後に残滓は残留しなかった。該ポリマーはK値244及
び電荷密度9.6meq/gを有していた。
【0045】例8 アニオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及びアクリル酸ナトリウムからなる別のポ
リマーを製造した。もちろん、溶液を管型反応器に圧入
した後に60barの圧力が生じ、該圧力を重合及び冷
却段階で保持した。
【0046】 容器1: 蒸留水: 1244.2g 50%のアクリルアミド水溶液: 364.0g(2.6mol) 37.3%のアクリル酸ナトリウム水溶液:4391.4g(12.4mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 0.36g 容器2: 蒸留水: 498.9g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.09g ゲルの粘稠度は、例6に記載したものよりも堅く、粘弾
性の、僅かに粘着性であった。例1に記載の管型反応器
の出口の遮断機構に、円錐状に先細の、テフロン加工し
た、端部で内径10mmを有する管を接続した。ゲルを
6barの圧力で残滓無く10mmの開口を有するノズ
ルを通して押出すことができた。該ポリマーはK値24
4及び電荷密度9.6meq/gを有していた。
【0047】例9 アニオン性凝集剤の製造 例8に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及びアクリル酸ナトリウムからなる別のポ
リマーを製造した。
【0048】 容器1: 蒸留水: 2526.1g 50%のアクリルアミド水溶液: 2600.0g(18.3mol) 37.3%のアクリル酸ナトリウム水溶液: 871.3g(3.5mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 2.6g 容器2: 蒸留水: 499.0g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 0.98g 得られたゲルの粘稠度は、固体で、粘弾性かつ僅かに粘
着性であった。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機
構に、円錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径
10mmを有する管を接続した。ゲルを6〜7barの
圧力で残滓無く20mmの開口を有するノズルを通して
押出すことができた。該ポリマーはK値284及び電荷
密度2.7meq/gを有していた。
【0049】例10 非イオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及びアクリル酸ナトリウムからなる別のポ
リマーを製造した。
【0050】 容器1: 蒸留水: 5835.3g 50%のアクリルアミド水溶液: 3420.0g(24.1mol) 37.3%のアクリル酸ナトリウム水溶液: 241.3g(0.9mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 3.42g 容器2: 蒸留水: 498.9g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.08g こうして得られたゲルの粘稠度は、固体で、粘弾性かつ
僅かに粘着性であった。例1に記載の管型反応器の出口
の遮断機構に、円錐状に先細の、テフロン加工した、端
部で内径10mmを有する管を接続した。ゲルを図1に
4で示した導管を通して反応器の入り口から窒素5〜7
barを圧入することにより残滓無く10mmの開口を
有するノズルを通して押出すことができた。該ポリマー
はK値261を有していた。
【0051】例11 カチオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及び2−トリメチルアンモニウムメチルメ
タクリレート−クロリドからなる別のポリマーを製造し
た。
【0052】 容器1: 蒸留水: 7050.8g 50%のアクリルアミド水溶液: 2797.2g(19.7mol) 2−トリメチルアンモニウムメチルメタクリレート−クロリドの80%の水溶液 : 749.3g(3.1mol) 三酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 2.80g 容器2: 蒸留水: 498.75g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.25g ゲルの粘稠度は、なお固体で、粘弾性かつ僅かに粘着性
であった。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機構
に、円錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径1
0mmを有する管を接続した。ゲルを5〜7barの圧
力で残滓無く10mmの開口を有するノズルを通して押
出すことができた。該ポリマーはK値262及び電荷密
度2.1meq/gを有していた。
【0053】例12 カチオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及び2−トリメチルアンモニウムメチルメ
タクリレート−クロリドからなる別のポリマーを製造し
た。
【0054】 容器1: 蒸留水: 6418.3g 50%のアクリルアミド水溶液: 2664.0g(18.7mol) 2−トリメチルアンモニウムメチルメタクリレート−クロリドの80%の水溶液 : 1665.0g(6.9mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 2.66g 容器2: 蒸留水: 348.6g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.67g ゲルの粘稠度は、軟質で、粘弾性かつ僅かに粘着性であ
った。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機構に、円
錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径10mm
を有する管を接続した。ゲルは4〜7barの圧力で残
滓無く5mmの開口を有するノズルを通して押出すこと
ができた。該ポリマーはK値255及び電荷密度2.9
meq/gを有していた。
【0055】例13 カチオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及び2−トリメチルアンモニウムメチルメ
タクリレート−クロリドからなる別のポリマーを製造し
た。もちろん、バッチ2は2時間で最高温度に達した後
に50℃で圧入した。
【0056】 容器1: 蒸留水: 7501.3g 50%のアクリルアミド水溶液: 1998.0g(14.1mol) 2−トリメチルアンモニウムメチルメタクリレート−クロリドの80%の水溶液 : 1248.8g(5.2mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 2.0g 容器2: 蒸留水: 348.75g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 1.25g ゲルの粘稠度は、軟質で、粘弾性かつ僅かに粘着性であ
った。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機構に、円
錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径5mmを
有する管を接続した。ゲルは3〜6barの圧力で残滓
無く5mmの開口を有するノズルを通して押出すことが
できた。該ポリマーはK値253及び電荷密度3.0m
eq/gを有していた。
【0057】例14 カチオン性凝集剤の製造 例6に記載と同様にして、以下のバッチから出発してア
クリルアミド及び2−トリメチルアンモニウムメチルメ
タクリレート−クロリドからなる別のポリマーを製造し
た。
【0058】 容器1: 蒸留水: 5999.0g 50%のアクリルアミド水溶液: 1000.0g(7.0mol) 2−トリメチルアンモニウムメチルメタクリレート−クロリドの80%の水溶液 : 2500.0g(10.3mol) 酢酸ジエチレントリアミンペンタナトリウムの10%の水溶液: 1.0g 容器2: 蒸留水: 347.5g 2,2′−アゾビス[2−(2′−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸 塩: 2.5g ゲルの粘稠度は、軟質で、粘弾性かつ僅かに粘着性であ
った。例1に記載の管型反応器の出口の遮断機構に、円
錐状に先細の、テフロン加工した、端部で内径10mm
を有する管を接続した。ゲルは反応器の入り口で3〜5
barの窒素圧で10mmの開口を有するノズルを通し
て押出すことができた。管型反応器内には問題にならな
い程度の残滓が残留したに過ぎない。該ポリマーはK値
239及び電荷密度3.9meq/gを有していた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による方法を実施する装置の概略断面図
である。
【符号の説明】
1 管型反応器、 2 狭窄部、 3 供給導管、 4
不活性ガス供給導管、 6 遮断機構、 7 充填位
置測定装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 グンナール ショルニック ドイツ連邦共和国 ノイライニンゲン ド クトル−コンラート−アデナウアー−シュ トラーセ 8 (72)発明者 ローラント ミンゲス ドイツ連邦共和国 グリュンシュタット アウフ デアゼッツ 23 (72)発明者 トーマス アンストック ドイツ連邦共和国 ヴァイゼンハイム コ ンラート−アデナウアー−シュトラーセ 9 (72)発明者 ユルゲン トロプシュ ドイツ連邦共和国 レーマーベルク イム オーベレンベルク 81 (72)発明者 ハンス−ユルゲン クラウス ドイツ連邦共和国 マンハイム カー 3.9

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水溶性のモノエチレン系不飽和モノマー
    及び場合により、少なくとも2個の非共役のエチレン系
    不飽和二重結合を分子中に含有する架橋剤並びに場合に
    より水不溶性モノエチレン系不飽和モノマーを水溶液中
    で重合開始剤の存在下に管型反応器中で重合させかつゲ
    ル状の反応混合物を不活性ガスを圧入することにより反
    応器から取り出すことにより高分子ポリマーを製造する
    方法において、前記管型反応器が端部に円錐状の狭窄部
    を有し、反応器の直径(D1)の反応器円錐状狭窄部の
    端部の直径(D2)に対する比が2:1〜25:1であ
    りかつ円錐状狭窄部の開始部のD1と内側円錐壁とのな
    す角度が45゜よりも大きくかつ90゜未満であること
    を特徴とする、高分子ポリマーの製造方法。
  2. 【請求項2】 D1と内側円錐壁とのなす角度が65
    〜85゜である、請求項1記載の方法。
  3. 【請求項3】 水溶性モノエチレン系不飽和モノマーと
    してアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸ナトリウム
    又はアクリル酸カリウム、メタクリル酸ナトリウム又は
    メタクリル酸カリウム、アクリルアミド、ジメチルアミ
    ノエチルアクリレートを該モノマーの第四級化した形で
    又は塩もしくは混合物の形で使用する、請求項1又は2
    記載の方法。
  4. 【請求項4】 水溶性のモノエチレン系不飽和モノマー
    を少なくとも1種の架橋剤、重合の際に使用される全て
    のモノマーに対して0.001〜5重量%と重合させ
    る、請求項1又は2記載の方法。
  5. 【請求項5】 重合開始剤として水溶性アゾ開始剤を使
    用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方
    法。
JP8013859A 1995-01-31 1996-01-30 高分子ポリマーの製造方法 Withdrawn JPH0967404A (ja)

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