JPS6023681B2 - 超高分子量重合体の製造方法 - Google Patents

超高分子量重合体の製造方法

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JPS6023681B2
JPS6023681B2 JP29776A JP29776A JPS6023681B2 JP S6023681 B2 JPS6023681 B2 JP S6023681B2 JP 29776 A JP29776 A JP 29776A JP 29776 A JP29776 A JP 29776A JP S6023681 B2 JPS6023681 B2 JP S6023681B2
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polymerization
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悌三 小谷
隆 井上
洸三 新井
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は乳化重合法により、芳香族アルケニル化合物、
Q,8−不飽和カルポン酸ェステル、アクリロニトリル
および共役ジオレフインの分子量分布の狭い超高分子量
重合体を製造する方法に関する。
従来から、乳化重合法によりポリスチレン、スチレンー
ブタジェンゴム、ポリィソプレン等を製造することは公
知である。
しかし、乳化重合の公知の方法で分子量分布が比較的狭
く、かつ分子量が数百万から数千万に及ぶ重合体を得る
ことは不可能であった。最近に至り、アタクチツクポリ
ブロピレンを完全に除去したポリプロピレンをオゾン酸
化し、更にヒドロベルオキシ化したポリプロピレン粉体
とトリエチレンテトラミンなどとの組合わせで超高分子
量ポリスチレンの得られること(EuropeanPo
lymer J.,10,551(1974)、Mak
romoIChem.,175 2091(1974)
光重合において、光増感剤としてシュウ酸ウラニルを、
乳化剤としてノニオン系乳化剤を用いて超高分子量ポリ
スチレンが得られること(化学工業学会、昭和5位王会
発表講演集、城塚ら)が発表された。
しかし前者に於てはポリプロピレンのヒドロベルオキシ
ドの工業的製造及びその回収に困難があり、一方後者で
は分子量が数万から数千万までの広い分子量分布を示し
た。分子量分布の狭い重合体はリビングアニオン重合法
によって得られることが公知である。
リビングアニオンを用いて重合し、さらにその重合体を
分別沈澱法等を用いて精製したものと推察される、分子
量分布の狭いポリスチレン等が標準物質として市販され
ている。リビングアニオン法重合では、生成重合体の分
子量に逆比例した量の重合開始剤を用いるが、この重合
開始剤は重合系中の徴量の水分等の不純物と反応して失
活するので、リビングアニオン重合法で超高分子量重合
体を製造するには高度の技術を要し、工業的スケールの
生産は困難であった。本発明者らは分子量分布が狭い、
超高分子量重合体を、工業的に容易に得る方法について
鋭意検討した結果本発明に至ったものである。すなわち
本発明は芳香族アルケニル化合物、〇,8−不飽和カル
ボン酸ェステル、アクリロニトリロニトリルおよび共役
ジオレフィンから選ばれた少なくとも1種の単量体を乳
化重合するとき、重合開始剤として‘a}ジアルキルベ
ルオキシドおよびジアルキルベルオキシェステルから選
ばれた少なくとも1種の過酸化物、他第1級および/ま
たは第2級アミノ基を有する高分子化合物およびアルキ
ル第3級アミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化
合物とを用いることを特徴とする分子量分布の狭い超高
分子量重合体の製造方法を提供するものである。
従来ジアルキルベルオキシドの分解促進剤はないといわ
れ(プラスチックおよびゴム用添加剤実用便費、後藤邦
夫編集、P882ト化学工業社(1970))、その用
途はもっぱら単独で熱分解により、シリコンゴム、エチ
レンープロピレンゴムの架橋、不飽和ポリエステルの硬
化等に用いられるか、または100午0以上での重合に
用いられていた。
(ラジカル重合P31、化学同人(1971)、The
Application of Syn仇etic R
esin Em山sions,HWarsonP14(
Benn,Londonl972))また、本発明方法
で用いられるもう一つの過酸化物であるジアルキルベル
オキシェステルは主として不飽和ポリエステル樹脂の硬
化、シリコンゴムの加硫に用いられており、分解促進剤
としては芳香族第3級ァミンの促進効果は小さく、むし
ろ遷移金属(CoHなど)によって促進されやすいとさ
れている。(プラスチックおよびゴム用添加剤、実用便
覧、化学工業社P885〜P886(1970))本発
明者らは、ジアルキルベルオキシドやジアルキルベルオ
キシェステルに、種々の還元剤を組合わせてその重合開
始剤としての効果を研究した結果、還元剤として第1級
および/または第2級アミ/基を有する高分子化合物ま
たはアルキル第3級アミンを用いると、分子量分布の狭
い、超高分子量重合体が得られることを見出し、本発明
に至った。本発明において用いるジアルキルベルオキシ
ドとは、R−〇一〇一R′もしくはR−〇一〇一R−○
−○−R″(ここでR,R′,R″はアルキル、ァルケ
ニル、アラルキル)で表わされる構造の過酸化物を意味
し、その例としては、ジーn−ブチルベルオキシド、ジ
ーt−ブチルベルオキシド〜ジーtーアミルベルオキシ
ド、2,5ージメチル−2,5ージ(tーブチルベルオ
キシ)へキサン、2,5ージメチルー2,5−ジ(tー
ブチルベルオキシ)へキシン−3、ジクミルベルオキシ
ド、ジーtーブチルクミルベルオキシド、2,5ージメ
チルー2,5−ジ(ペンゾキシルベルオキシ)へキサン
、Q,Q′ービス(t−プチルベルオキシ)ジイソプロ
ピルベンゼン〜1,1ービス(tーブチルベルオキシ)
,3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル
ー4,4−ビス(tーブチルベルオキシ)バレレ−ト、
2,2−ビス(4,4ージ−t−ブチルベルオキシシク
ロヘキシル)プロパン、2,2−ビス(t−プチルベル
オキシ)ブタン、1,1−ジー(t−ブチルベルオキシ
)シクロヘキサンなどが挙げられる。
また、ジアルキルベルオキシェステルの構造を有する過
酸化物の例としてはt−ブチルベルオキシアセテート、
tーブチルベルオキシ2一エチルヘキサノエート、t−
ブチルベルオキシラウレート、t−ブチル−ベルオキシ
マレィン酸、t−フチルベルオキシイソプロピルカーボ
ネートなどが挙げられる。
これらジアルキルベルオキシド、ジアルキルベルオキシ
ェステルは分子量数百方以上の重合体を提供するが、特
にジアルキルベルオキシドは分子量数千万程度までの重
合体を提供する。
本発明の方法では、他の過酸化物、例えばヒドロベルオ
キシド、ジアシルベルオキシド、ケトンベルオキシド等
の使用は、生成重合体が低分子量もしくは低収率となり
、好ましくない。
本発明の方法で用いられる過酸化物は、単量体に対して
およそ0.01から20モル%、好ましくは041〜1
0モル%の範囲にて用いられる。
通常の乳化重合に用いられる過酸化物の量は1〜2モル
%以下であるが、本発明の方法ではこれが極めて広範囲
で用いられるのが特徴である。過酸化物の量が0.01
モル%より少ないと、重合転化率が低下し「逆に20モ
ル%より多いと、生成重合体の分子量が低下する。本発
明において用いる第1級および/または第2級アミノ基
を有する高分子化合物には例えばポリエチレンイミン、
ポリプロピレンイミン、ポリアクリル酸アミド、ポリメ
タクリル酸アミドなどが挙げられ、ァルキル第3級アミ
ンとしては例えばトリメチルアミン、トリエチルアミン
、トリプロピルアミン、トリ−nープチルアミン、トリ
イソブチルアミン、トリアミルアミン、トリエチレンジ
アミンなどが挙げられるが、芳香族アミンは用いられな
い。
本発明の方法で用いられるアミン化合物は単量体に対し
ておよそ0.01から20モル%の範囲にて、好ましく
は0.1〜10モル%の範囲にて用いられる。
(ここでアミノ基を有する高分子化合物の場合、その繰
返し単位を1分子として計算する)通常の乳化重合に用
いるアミン化合物の量は1モル%以上であるが、本発明
の方法では、これが極めて広範囲で用いられるのが特徴
である。アミン化合物の量が0.01モル%以下では重
合開始剤として効果が小さく、また20モル%以上用い
ることは無駄である。なお、化合物【a}/化合物‘b
’のモル比は0.1〜10が適当である。
本発明の方法で用いられる単量体としては、スチレン、
ビニルトルエン、Qーメチルスチレンなどの芳香族アル
ケニル化合物;メチルメタクリレート、エチルメタクリ
レート、ブチルメタクリレート、メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ブチルアクリレートなどの叫 8
一不飽和カルボン酸ェステル;アクリロニトリル;およ
びブタジェン、ィソプレン、クロロプレンなどの共役ジ
オレフインなどが含まれる。
一方、公知の知識からの推定に反して酢酸ビニル、塩化
ビニル、塩化ビニリデンなどの単量体は超高分子量体に
ならないので、本発明方法では用いられない。
共役ジオレフインの単独の超高分子量重合体は重合体中
に過酸化物などが残存するとゲル化することがあるので
、取扱いに注意が必要である。
本発明方法により例えばスチレン、メチルメタクリレー
トなどを単独で重合すれば単独重合体が得られるが、2
種以上の単量体を重合して、共重合体(ランダム共重合
体またはブロック共重合体)を得ることができる。例え
ばスチレンーブタジェン、ァクリロニトリルーブタジェ
ンなどの共重合体を本発明の方法で製造すると、超高分
子量で、比較的分子量分布の狭に共重合体が得られる。
本発明の方法には、連鎖移動剤、分子量調節剤等は分子
量分布を広くするため用いられない。
したがって本発明の方法は単量体、乳化剤、ジアルキル
ベルオキシドもしくはジアルキルベルオキシェステルの
構造をもつ過酸化物、第1級および/または第2級ァミ
ノ基を有する高分子化合物またはアルキル第3級アミン
および水等はうなる単純な系であり、工業化が容易であ
る。本発明で使用する乳化剤はアニオン系、ノニオン系
、カチオン系のいずれであってもよいが、重合速度が大
きい点からノニオン系、アニオン系が好ましい。
乳化剤の使用量は通常の乳化重合と同じく、単量体に対
しておよそ0.1〜1の重量%の範囲である。また使用
する水は、通常の乳化重合と同じく、塩素、リワ系化合
物等の爽雑物に存在は好ましくなく、純水もしくはイオ
ン交換水の使用が好ましい。
水の使用量は通常の乳化重合と同じく、単量体に対して
およそ1.5〜10、好ましくは1〜5重量倍の範囲で
使用される。本発明の方法における重合温度は0.5〜
70マ0、好ましくは3〜6000である。
70℃より高温では生成重合体の分子量が低下し、分子
量分布が広くなる。
重合終了後は、通常の乳化重合と同じく、重合停止剤、
酸化防止剤などを乳液に加えて、未反応単量体を分離後
、ラテックス状で使用することもまたは通常の方法で凝
固、乾燥して使用することもできる。
本発明の方法で得られる超高分子量重合体は、分子量が
およそ100万以上、主に300万以上5000万以下
の範囲であり、重量平均分子量Mwと数平均分子量Mn
との比Mw/Mnはおよそ2以下、主に1.3以下であ
る。
本発明の方法で得られる超高分子量重合体は、成形性が
あり、薄膜も作られる。
またその溶液は低濃度でも溶液粘度が著しく大きく、延
糸性があるなどの特徴がある。この超高分子量重合体は
、超高分子量重合体の標準物質となりうるほか、接接着
剤、フィルム、シート、塗料、成形材料、さらには、他
の高分子重合体と混合して機械的物性を変える高分子改
質剤等として利用できる。本発明の方法で得られる重合
体の分子量が超高分子量であり、かつ分子量分布が比較
的狭いことは、市販ポリスチレン標準サンプル(分子量
550万、Mw/Mn=1.06)との比較において固
有粘度〔刀〕、GPC曲線、遠心分離による沈降測定に
より確認した。・以下の例における%は、特にことわら
ない限り重量による。
実施例 1 あらかじめ洗浄、乾燥した板付き100の‘アンプル中
に窒素化スチレン4.2の‘(36.7mmol)ドデ
シルベンゼンスルホン酸ソーダ水溶液(濃度0.07m
olノク)22.5の‘(1.64mmol)濃度0.
8hol/そのポリエチレンイミン水溶液2.82の【
(1.692mmol)を加え櫨拝し、表1に示した過
酸化物0.9仇hmolを加え、封管する。
4000の恒温水槽中でアンプルを回転させながら3時
間重合させ、関姿し、N,N−ジェチルヒドロキシアミ
ン水溶液(濃度0.1mol/そ)1泌を加えて重合を
停止させる。
このようにして得た重合体ラテックスをメタ/ール中に
滴下し、重合体を沈澱させ、水洗を充分にして減圧乾燥
を充分に行ない収量、トルェン30℃での固有粘度〔り
)、ゲルパーミェーションクロマトグラフ(GPC)を
テトラヒドロフランを溶媒に用いて35qoで測定した
また、2,5−ジメチルー2,5ージ(tーフチルベル
オキシ)へキサンを用いた場合のGPC曲線と市販のポ
リスチレン標準サンプルのそれとを第1図に示した。
第1図より、実施例の重合体は市販標準サンプルと比較
して分子量分布の狭さは同程度に狭く、分子量は市販標
準サンプルより大きいことがわかる。表1 測定結果 過 酸 化 物 収率 固有粘度
GPOよりの GPOよりの 備考協)
推定分子量■分子量分布リt−ブチルヒドロベルオキシ
ド 93 1.12 32
十 比較例パラメンタンヒドロベルオキ
シド 67 0.58
14 十 〃キュメンヒト1ロベ
ルオキシド 98 0.5
4 13 十 〃2,5‐
ジメチルヘキンン‐2,5‐ジヒドロベルx「シド
25 2
十 〃ペンゾイルベルオキシド
3 0.14 8
十 〃アセチルベルオキシド
55 1.8 6
0 十 〃ラウリルベルオキシド
20 0.48
11 十 〃ジ‐t‐ブチルベルオ
キシド 98 11.2
800 十十 実施例ジクミルベルオキ
シド 97 12.
2 900 十十 〃2,
5‐ソメ分レ,2,5‐ジ(t−プチルV材キみマリン
100 15.0 1200 十十
〃上‐ブチルベルオキンマレイン酸
91 8.0 700 十
十 ″2,5‐ジメチル,2,5‐ジ(t−プ
射し◇均キ力ペキンン‐3 100 9.1
600 十十 〃ジ‐t‐プチルクミ
ルベルオキシド 91 5.7
300 十十 〃2,5‐
ジメ労い2,5‐ジドンメキ汐レマ材キカマ材ン 9
6 3.4 140 十十
″1)市販ポリスチレン標準サンプル(Mw/Mn=1
.06)と比較して分子量分布が同等以上に狭いものを
十十、市販ポリスチレン(成形用)より分布の狭いもの
を十、市販ポリスチレソ(成形用)と同程度の分布のも
のを十とした。
なお、この市販ポリスチレン(成形用)は懸濁重合法で
製造され、平均分子量約14万のものである。実施例
2過酸化物としてt−ブチルベルオキシマレィン酸0.
17g(0.物hmol)を用い、表2に示したアミン
などの還元剤を用いる以外は実施例1と同様にして、重
合体を得た。
実施例1と同様な測定を行ない、その結果を表2に示し
た。
表2からあきらかなように、ポリエチレンィミン又はア
ルキル第3級アミンとt−フチルベルオキシマレィン酸
の組合わせで分子量分布の狭い超高分子量重合体の得ら
れることがわかる。他の系では分子量が小さく、分子量
分布も広い。実施例 3 ポリエチレンイミン(PEI)と2,5ージメチル−2
,5ージ(tーブチルベルオキシ)へキサン(2$)の
量を表3に示すように変量し実施例1と同様に重合処理
し、表3に示す結果を得た。
その結果、通常の乳化重合に用いる開始剤量に比べて非
常に多い場合でも分子量分布の狭い、超高分子量ポリス
チレンが得られた。表2 測定結果 還 九 剤 収 率 固有粘度
GPOよりの ○poよりの 備 考協 〔刀〕
推定分損動3 拍優分布1)nーブチルアミン
49 0.42 9
十 比較例エチレンジアミン
100 0.24 4
十 〃アニリン
94 1.8 60 土
〃メチルアニリン
80 0.61 15 十
〃ジメチルアニリン
42 0.64 19 十
〃トリメチレンテトラミン 、 ・。
〇。‐24 4 王 〃エチルアミン
100 0.76
20 ± 〃ジブチルアミン
100 0.58
14 十 〃ジエチレントリアミ
ン 100 0.24
4 十 〃テトラエチルヒドロキ
シルアミン 0
″トリェチルアミン 87
9.2 600 十十 実施例ポリ
エチレンイミン 90 1
4.8 1200 十十 〃n−トリ
プチルアミン 30 4.
4 200 十十 〃1)表1と
同じ表3 測定結果 PEI量 258量 収 率 固有粘度 分子
量分布1) 推定分子量2(mol※) ■ol※
) 協 〔力〕
■10 10 100 13
.1 十十 10006
6.5 100 14.8
十十 12001
1.1 98 20.7
十十 19000.1 0
.11 90 23.0
十十 22000.06 0.
065 88 28.0
十十 28001)表1と同じ 2)
〔7〕より推定実施例 4 スチレンの代りに、メチルメタクリレート、メチルーア
クリレート、塩化ビニル、塩化ビニリデン酢酸ピニルを
用い、過酸化物として2,5ージメチルージ(t−ブチ
ルベルオキシ)へキサンを「アミンとしてポリエチレン
ィミンを用いて実施例1と同様に重合し、後処理及び測
定を行なった。
その結果を表4に示した。表4 測定結果 モノマ− 収率 GPOよりの GPOよりの
備考燐 推定分子量■ 分子量分布1)メチル
メククリレート 93 540 十
十 実施例メチルアクリレート 88
260 十十 〃塩化
ビニル 0
比較例塩化ビニリデン 0
″酢酸ビニル
2 0.1
〃1)表1と同じ実施例 5 あらかじめ洗浄、乾燥した板付き200の‘アンプル中
に窒素化スチレン4.2凧と(36.7mmol)イソ
プレン12.6の【(159hmol)トドデシルベン
ゼンスルフオン酸ソーダ0.53g(1.64mmol
)の水溶液22.5泌、濃度0.6hol/そのポリエ
チレンイミン水溶液2.82地(1.692hmol)
を加えて境拝し「2,5ージMメチル一2,5−ジ(t
−ブチルベルオキシ)へキサン0.9印hmolを加え
封管する。
5℃の恒温水槽中でアンプルを回転させながら3時間重
合させ、開封した後N? N−ジヱチルヒドロキシアミ
ン水溶液(濃度0.1mol/そ)1のとを加えて重合
を停止させる。
実施例1と同様に重合体を処理し〜その物性を測定した
生成物が共重合体であることは〜赤外線吸収スペクトル
およびNMRスペクトルにてトスチレンおよびイソプレ
ンの重合体のスペクトルがあること、示差熱測定による
ガラス化温度が−2600であり、ポリスチレンおよび
ポリイソプレンのガラス化温度のないことから共重合体
であると推論できる。GPC測定の結果、重量平均分子
量は約400方、重量平均分子量と数平均分子量の比は
約1.15であった。
なお、ジアシルベルオキシドを用いた通常の乳化重合法
でスチレンーイソプレンを共重合させた場合、重量平均
分子量は数10方「重量平均分子量と数平均分子量の比
は2〜3以上となる。実施例 6過酸化物としてt−ブ
チルベルオキシアセテート1149の9(0.0執hm
ol)、還元剤として0.鰍ol/そのポリエチレンイ
ミ水溶液0.28地(0.17mmol)を用いて反応
させ〜実施例1と同機に処理した。
収率は90%、トルヱン30qCでの固有粘度〔り〕は
10.2〜分子量分布は極めて狭く「重量平均分子量と
数平均分子量の比は超遠○分離機を用いての沈降速度定
数Sを求め式(S=1.50×10‐15Mo。5)か
らMwノMn=1.03と推定した。
実施例 7モノマーとしてアクリロニトリル2.1の‘
(31.9hmol入 ブタジヱン8。0のと(95.
8hmol入ドデシルベンゼンスルフオン酸ソーダ0.
38gr(1.07mmol)の水溶液15机、濃度0
.肌ol/そのポリヱチレンィミン水溶液1。
85地(1.1mmol)を加えて麓拝し 27 5−
ジメチル−2,5ジ(t−ブチルベルオキシ)へキサン
0.8hmolを加えた他は実施例1と同様な処理を行
い重合体を得た。
得られた重合体は、赤外線吸収スペクトルNMRスペク
トル等からアクリロニトリループタジェン共重合体であ
ることが確認された。
また、DSCから求めたTgは−61℃でありこの点で
も共重合体が得られたとが推定できる。GPC測定の結
果、平均分子量は約1700方であり「分子量分布の指
標である重量平均分子量と数平均分子量の比は、標準物
質との類推から約1.1と1.2の間にあることが判明
した。
尚、常法(たとえばEncyclopediaofPo
lymerScience and Technolo
gy, Volume 2 ,P7061nte岱cl
encePublishe岱,NY.)により得られた
共重合体組成物の分子量は約3Z万、重量平均分子量と
数平均分子量の比は約4倍程度となる。
実施例 8過酸化物としてジキュミルパーオキサィド0
.9仇hmol還元剤としてポリアクリル酸アミドまた
はトリイソブチルアミン1.692hmolを用い実施
例1に述べた方法でポリスチレンを得た。
GPCより得られた分子量は還元剤の種類により異なる
が、ポリアクリル酸アミドとトリイソブチルアミンの場
合それぞれ1100方および750万であり、分子量分
布はいずれも実施例1に示した標準サンプルよりも狭か
った(十十)
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の方法で得られたポリスチレン(1)と
、市販ポリスチレン標準サンプル(0)のCPC曲線を
示すグラフである。 図中(1)は、実施例1で過酸化物として2,5ージメ
チル−2,5ージ(tーブチルベルオキシ)へキサンを
用いた場合のものである。 図中(ロ)は市販ポリスチレン標準サンプルで、平均分
子量550万、Mw/Mn=1.06、Pressur
eChemicalCo.,L幻.製造のものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 芳香族アルケニル化合物、α,β−不飽和カルボン
    酸エステル、アクリロニトリルおよび共役ジオレフイン
    から選ばれた少なくとも1種の単量体を乳化重合すると
    き、重合開始剤として(a)ジアルキルペルオキシドお
    よびジアルキルペルオキシエステルから選ばれた少なく
    とも1種の過酸化物、(b)第1級および/または第2
    級アミノ基を有する高分子化合物およびアルキル第3級
    アミンから選ばれた少なくとも1種のアミン化合物とを
    用いることを特徴とする分子量分布の狭い超高分子量重
    合体の製造方法。
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