WO2022075275A1 - 低臭気エマルションの製造方法 - Google Patents

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WO2022075275A1
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container
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廣之 柴田
勝 寺田
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東亞合成株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a method for producing a low odor emulsion, and more particularly to a technique for efficiently removing volatile organic compounds in an aqueous polymer emulsion obtained by an emulsion polymerization method or the like.
  • Aqueous polymer emulsions obtained by emulsion polymerization of monomers such as styrene, vinyl acetate, acrylonitrile, butadiene and alkyl (meth) acrylate in an aqueous medium are rubber-like elastic materials, paints, coating agents, adhesives, etc. It is widely used as a raw material for pressure-sensitive adhesives, binders, thickeners, cosmetic compositions, pharmaceutical compositions and the like.
  • Aqueous polymer emulsions usually contain a small amount of unreacted monomers and volatile organic compounds mainly composed of decomposition products generated during polymerization. There is a concern that such volatile organic compounds may generate a foul odor or affect the workability of the handling operator.
  • Patent Document 1 As a method for removing volatile organic compounds in an emulsion, there is a method in which pressurized steam is blown into the emulsion to expel the volatile organic compounds together with the steam (see, for example, Patent Document 1). Further, a method of adding a redox initiator after polymerization to perform additional polymerization (see, for example, Patent Document 2), and a method of supplying an emulsion from above of a stepped stripper and supplying pressurized steam from below (for example, Patent Document 3). (See), a method of blowing air or an inert gas into a heated emulsion (see, for example, Patent Document 4) and the like have been proposed.
  • the present disclosure has been made in view of the above problems, the amount of agglomerates generated during the deodorizing treatment can be suppressed to a low level, the stability over time is good, and the volatile organic compounds in the emulsion are sufficiently contained.
  • the main purpose is to provide a method for producing a reduced low odor emulsion.
  • the present inventors have set the ratio of the diameter of the supply port for supplying pressurized steam into the processing container to the inner diameter of the processing container within a specific range. It has been found that the thermal history of an aqueous polymer emulsion can be reduced and that volatile organic compounds can be easily removed in a short time.
  • the first configuration of the present disclosure relates to a method for producing a low odor emulsion, wherein the aqueous polymer emulsion is charged in a processing container capable of reducing the pressure, and the temperature of the aqueous polymer emulsion is set in the range of 50 ° C to 90 ° C.
  • the ratio of the diameter of the mouth to the inner diameter of the processing container is such that the inner diameter of the processing container is 30 to 3000 with respect to the diameter 1 of the supply port.
  • the present disclosure it is possible to produce an aqueous polymer emulsion in which volatile organic compounds are sufficiently reduced in a short treatment time (for example, within 10 hours) by using a general-purpose device capable of reducing the pressure. Therefore, the aqueous polymer emulsion obtained by the method of the present disclosure has a low odor and a small amount of agglomerates, and is therefore excellent in terms of environment and safety and health. Further, since the amount of agglomerates generated can be kept low during the deodorizing treatment, it is excellent not only in quality but also in productivity and manufacturing cost. Further, since the aqueous polymer emulsion produced by the method of the present disclosure is excellent in stability over time, it is less likely to cause problems even after long-term storage and can be used safely.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a batch type deodorizing treatment device.
  • FIG. 2 is a vertical sectional view showing a schematic configuration of a continuous deodorizing treatment device.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of an end portion of the supply pipe on the supply port side.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of an end portion of the supply pipe on the supply port side.
  • (meth) acrylic means acrylic or methacrylic.
  • aqueous polymer emulsion means an emulsion obtained by dispersing a polymer in a solvent mainly composed of water.
  • solvent mainly containing water means a liquid containing 70% by mass or more, preferably 80% by mass or more of water with respect to the entire solvent.
  • the method for producing a low odor emulsion of the present disclosure is a treatment for removing volatile organic compounds contained in an aqueous polymer emulsion (deodorization treatment) to obtain a low odor aqueous solution. It produces a polymer emulsion (hereinafter, also referred to as "low odor emulsion").
  • This manufacturing method includes the following steps A and B. Step A: A step of charging an emulsion in a deodorizing container capable of reducing the pressure and supplying the emulsion with pressurized steam under reduced pressure.
  • Step B A step of discharging the water vapor of the gas phase portion in the deodorizing treatment container and the volatile organic compound volatilized from the emulsion to the outside of the system.
  • the timing at which the step B is carried out is not particularly limited as long as the volatile organic compounds volatilized from the steam and the emulsion in the vapor phase portion in the deodorizing treatment container can be discharged to the outside of the system. That is, the present manufacturing method may be a mode in which the process B is carried out after the step A is carried out, or a mode in which the step A and the step B are carried out at the same time.
  • This manufacturing method may be applied to a batch type or a continuous type.
  • a low odor emulsion can be produced by a method including the above steps A and B.
  • this production method is continuously applied, it is preferable to produce a low odor emulsion by a method including the following step C in addition to the above steps A and B.
  • Step C A step of extracting the emulsion from which the volatile organic compounds have been removed by the above step B from the deodorizing treatment container and supplying the undeodorized emulsion to the deodorizing treatment container at a constant speed at the speed of extracting the emulsion from the deodorizing treatment container.
  • the emulsion of interest for removing volatile organic compounds is preferably an emulsion containing polymer particles produced by emulsion polymerization in an aqueous medium.
  • a vinyl monomer can be preferably used as the monomer constituting the polymer particles.
  • the vinyl monomer include (meth) acrylic acid ester compounds, aromatic vinyl compounds, unsaturated carboxylic acids, unsaturated acid anhydrides, hydroxy group-containing vinyl compounds, amino group-containing vinyl compounds, and amide group-containing vinyls. Examples thereof include compounds, alkoxy group-containing vinyl compounds, nitrile group-containing vinyl compounds, vinyl ether compounds, sulfonic acid group-containing vinyl compounds, and polyoxyalkylene group-containing vinyl compounds.
  • the vinyl monomer one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
  • Emulsion polymerization for obtaining an emulsion can be carried out according to a conventionally known method.
  • the emulsion polymerization is preferably carried out in the presence of at least one of a surfactant and a protective colloid.
  • the surfactant include anions, cations and nonions as ionic species, and anions and / or nonions are more preferable.
  • a radical polymerization initiator for the emulsion polymerization.
  • the radical polymerization initiator a known oil-soluble polymerization initiator or water-soluble polymerization initiator can be used.
  • a water-soluble polymerization initiator is preferable.
  • the aqueous medium after polymerization usually contains about 1000 to 3000 ppm of a volatile organic compound.
  • Volatile organic compounds include unreacted monomers, alcohols produced by hydrolysis from unreacted monomers, alcohols produced by hydrolysis from ester bonds in copolymers, and in monomers and emulsifiers. Examples include impurities contained in.
  • steps A and B are carried out in this production method, whereby the volatile organic compounds are removed from the emulsion.
  • Step A Supply of pressurized steam>
  • the emulsion to be deodorized is charged in a deodorizing treatment container capable of reducing the pressure, and pressurized steam is supplied to the emulsion in the deodorizing treatment container under reduced pressure.
  • the deodorizing treatment container (hereinafter, also simply referred to as “treatment container”) is a treatment tank for accommodating the emulsion to be deodorized, and the inside thereof has an accommodating portion for accommodating the emulsion.
  • the size and shape of the accommodating portion are not particularly limited. Examples of the shape of the accommodating portion include a cylindrical shape and a rectangular cross section.
  • the processing container is provided with a supply pipe (hereinafter, also referred to as “steam supply pipe” or simply “supply pipe”) for supplying pressurized steam into the processing container.
  • the processing container has a heating unit for heating the emulsion in the container, a stirrer for stirring the emulsion in the container, a thermometer (for example, a thermocouple) for measuring the temperature in the container (that is, the emulsion temperature), and air in the container.
  • a pressure gauge for measuring the pressure of the phase portion, an exhaust pump for exhausting the gas phase in the container, and the like may be attached. From the viewpoint of efficiently releasing the volatile organic compound from the emulsion (more specifically, in an aqueous medium), it is preferable to uniformly stir the emulsion in the tank during the deodorizing treatment.
  • a stirrer having a stirring blade suitable for stirring such as a three swept wing, a paddle blade, a propeller blade, an anchor blade, and a large blade.
  • a stirring blade suitable for stirring such as a three swept wing, a paddle blade, a propeller blade, an anchor blade, and a large blade.
  • the large wing include a full zone (manufactured by Kobelco Eco-Solutions Co., Ltd.), a max blend (manufactured by Sumitomo Heavy Industries Process Equipment Co., Ltd.), a bend leaf wing (manufactured by Hakkou Sangyo Co., Ltd.), and the like.
  • the size of the stirring blade is not particularly limited, but from the viewpoint of sufficient stirring, it is preferable that the size of the blade diameter of the stirring blade is 0.3 or more with respect to the inner diameter 1 of the processing container. It is more preferably 0.4 or more.
  • FIGS. 1 and 2 The schematic configuration diagram of the processing container is shown in FIGS. 1 and 2.
  • FIG. 1 is a batch type and FIG. 2 is a continuous type.
  • the processing container 10 is a bottomed container provided with an accommodating portion 11 inside.
  • the undeodorized emulsion Em is stored in the lower part of the accommodating portion 11, and the emulsion Em is deodorized in a state where the gas phase portion Gs is formed in the upper part of the accommodating portion 11.
  • the accommodating portion 11 is provided with a stirrer 12.
  • the stirrer 12 is arranged in the accommodating portion 11 so that the stirring blade 13 provided at the lower end of the stirring shaft is arranged at the bottom of the accommodating portion 11.
  • the processing container 10 shown in FIGS. 1 and 2 is provided with a stirrer 12 having three swept wings as the stirrer blade 13.
  • the processing container 10 is provided with a supply pipe 15 for supplying pressurized steam from the supply port 14 in the accommodating portion 11.
  • the supply pipe 15 is inserted into the accommodating portion 11 from the bottom of the processing container 10.
  • the supply pipe 15 is inserted into the accommodating portion 11 from the upper part of the processing container 10.
  • An exhaust pipe 16 for discharging the gas in the gas phase portion Gs above the accommodating portion 11 to the outside of the system is provided in the upper part of the processing container 10.
  • the continuous processing container 10 is further provided with an extraction hole 17 at the bottom of the processing container 10 for extracting the deodorized emulsion from the accommodating portion 11.
  • the use of a stirrer can increase the contact efficiency between the emulsion and the pressurized steam in the processing container and enhance the effect of removing volatile organic compounds, but it is considered that excessive stirring tends to cause foaming. .. Therefore, in order to suppress foaming, an appropriate amount of antifoaming agent may be used.
  • the emulsion is further extracted from the liquid phase portion (that is, the lower part of the processing container) to the outside of the system, and the extracted emulsion is circulated by a circulation pump to circulate the extracted emulsion to the gas phase portion (that is, the lower part of the processing container). That is, the flash may be ejected from the upper part of the processing container).
  • the volatile organic compounds contained in the emulsion are separated from the liquid phase portion and are contained in the gas phase portion.
  • the pressurized steam supplied into the processing container it is preferable to use steam having a gauge pressure of about 0.05 to 0.50 MPa (temperature 110 to 160 ° C.), and steam having a gauge pressure of 0.05 to 0.30 MPa is used. It is more preferable to use steam of 0.10 to 0.30 MPa.
  • the pressurized steam may be directly supplied into the emulsion in the processing container.
  • the pressurized steam may be indirectly supplied to the emulsion in the processing container by supplying the pressurized steam to the gas phase portion in the processing container.
  • it is preferable to directly supply the pressurized steam into the emulsion stored in the processing container and it is more preferable to directly supply the pressurized steam into the emulsion in the processing container from the bottom of the processing container.
  • step A the temperature of the emulsion in the processing container is maintained within a predetermined temperature range so that the volatile organic compounds can be sufficiently removed from the emulsion.
  • the method for maintaining the temperature of the emulsion in the treatment container within a predetermined range is not particularly limited, but the treatment for heating the emulsion to be deodorized is that the temperature can be controlled easily and with high accuracy. Is preferable.
  • This heat treatment can be performed using a heating jacket, a heat exchanger provided on the outside of the treatment container, or the like.
  • the emulsion may be supplied to the treatment container after preheating the emulsion by batch treatment using a heat treatment container or continuous treatment by line heating using a heat exchanger.
  • the temperature of the emulsion in the processing container is adjusted so that the temperature of the emulsion in the processing container (that is, the temperature in the container) is in the range of 50 to 90 ° C.
  • the emulsion temperature exceeds 90 ° C., a relatively large amount of polymer film is likely to be generated on the inner wall surface of the container, especially at the interface of the gas-liquid phase, the temperature inside the container becomes non-uniform, and the accuracy of temperature control deteriorates. It ends up.
  • the ester bonds of the polymer and the unreacted monomer are likely to be hydrolyzed to generate new alcohol, and it tends to take a long time to remove the volatile organic compounds in the emulsion. If the temperature inside the container is less than 50 ° C., the removal rate of the volatile organic compounds becomes slow, and the productivity decreases.
  • the temperature inside the container is preferably 50 to 85 ° C, more preferably 50 to 80 ° C.
  • the emulsion temperature is such that the inside of the processing container (more specifically, the gas phase portion in the processing container) has a saturated water vapor pressure, that is, the water content in the processing container is boiling. And control the pressure in the processing vessel. Specifically, during the deodorizing treatment, the pressure of the gas phase portion in the treatment container is in the range of 12 KPa (90 mmHg) to 57 KPa (430 mmHg).
  • the pressure inside the container is preferably 12 KPa (90 mmHg) to 40 KPa (300 mmHg) in that the emulsion temperature during the deodorizing treatment can be set to a lower temperature and the generation of agglomerates of polymer particles can be suppressed low. More preferably, it is 12 KPa (90 mmHg) to 30 KPa (225 mmHg).
  • Step B Emission of volatile organic compounds and water vapor from the system>
  • step B after the pressurized steam is supplied into the processing container in the above step A, and / or the pressurized steam is supplied into the processing container, the gas in the processing container is exhausted to the outside of the system. As a result, the pressure inside the system is reduced, and the inside of the system is maintained within a predetermined pressure range.
  • the volatile organic compounds decomposed by the supply of the pressurized steam and the amount of steam equal to the amount of the steam supplied into the processing vessel. Is discharged to the outside of the system.
  • the method of exhaust treatment at this time is not particularly limited, but it is preferable to provide an exhaust pump in the treatment container and use the exhaust pump, and the exhaust gas is exhausted from the upper part of the treatment container through the exhaust pipe 16 to reduce the pressure. More preferred. Further, a condenser may be provided at a position between the processing container and the exhaust pump, and the condenser may be used to condense and remove the condenser.
  • step A pressurized steam is supplied to the emulsion in the processing vessel, and in step B, the volatile organic compound and the amount of steam supplied in the processing vessel are discharged to the outside of the system. ..
  • the amount of pressurized steam supplied into the processing container is preferably 5 to 100 parts by mass, more preferably 5 to 90 parts by mass, per 100 parts by mass of the emulsion. It is more preferable that the amount is 15 to 70 parts by mass.
  • the time for deodorizing the emulsion by steps A and B varies depending on the amount of pressurized steam supplied and other conditions, but from the viewpoint of productivity, it is preferably 10 hours or less, and the productivity and low odor are low. From the viewpoint of the above, 1 to 8 hours is more preferable, and 2 to 6 hours is even more preferable.
  • step C Emulsion extraction and supply>
  • the emulsion from which the volatile organic compounds have been removed by steps A and B is continuously withdrawn from the processing container into another tank (for example, a tank), and at the same time, or before or after being withdrawn, deodorization is not performed.
  • the processed emulsion is supplied at a constant speed and a speed at which the deodorized emulsion is continuously withdrawn from the processing container. As a result, a certain amount of emulsion is present in the processing container in a steady state.
  • the average residence time of the emulsion in the processing container can be appropriately selected by selecting the supply amount with respect to the internal volume of the processing container.
  • the residence time of the emulsion is preferably 10 hours or less, more preferably 1 to 8 hours, still more preferably 2 to 6 hours from the viewpoint of productivity and low odor.
  • a sufficiently long residence time (for example, 1 hour or more) is suitable because the removal of volatile organic compounds can be sufficiently removed.
  • the temperature of the emulsion in the processing container In order to sufficiently remove volatile organic compounds from the emulsion, it is preferable to maintain the temperature of the emulsion in the processing container within a predetermined temperature range. Therefore, when the temperature of the emulsion in the processing container is lowered by supplying the undeodorized emulsion to the processing container, it is preferable to preheat the undeodorized emulsion. Examples of this heat treatment method include batch treatment using a heat treatment container and continuous treatment by line heating using a heat exchanger.
  • the emulsion may be neutralized to an appropriate pH range before and / or during the deodorizing treatment.
  • a suitable pH range is 5 to 10, more preferably 6 to 10, still more preferably 6.5 to 9.5, and even more preferably 7 to 9.
  • the pH is 10 or less, it is possible to suppress the formation of new alcohol due to the hydrolysis of the ester bonds of the polymer and the unreacted monomer, and the volatile organic compounds in the emulsion can be suppressed. The time required for removal can be shortened.
  • the pH is 5 or more, the generation of agglomerates of polymer particles can be suppressed and the productivity can be improved.
  • the stability of the emulsion over time can be ensured, and the quality of the emulsion can be maintained satisfactorily.
  • Examples of the basic compound used for neutralization include alkylamines such as ammonia, trimethylamine, triethylamine and butylamine, 2-dimethylaminoethanol, diethylaminoethanol, diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine and 2-amino-2-methyl-.
  • alkylamines such as ammonia, trimethylamine, triethylamine and butylamine, 2-dimethylaminoethanol, diethylaminoethanol, diethanolamine, triethanolamine, triisopropanolamine and 2-amino-2-methyl-.
  • Examples thereof include ether amines such as 1-propanol, 2-amino-2-methyl-1,3-propanediol and morpholin; and metal hydroxides such as potassium hydroxide and sodium hydroxide.
  • Examples of the method for adjusting the pH of the emulsion include a method of adding the emulsion before the deodorizing treatment, a method of dividing the emulsion during the deodorizing treatment, a method of continuously adding the emulsion during the deodorizing treatment, and the like.
  • the supply pipe 15 has a supply passage as a passage through which pressurized steam flows, and is connected to the processing container 10 so that the supply passage and the inside of the processing container 10 (that is, the accommodating portion 11) are communicated with each other (FIG. FIG. See 1 and 2).
  • the supply pipe 15 may be any as long as it can supply pressurized steam into the processing container 10, and its shape, material, and the like are not particularly limited.
  • the supply pipe 15 is, for example, a pipe made of resin or metal.
  • a supply port 14 for supplying pressurized steam into the processing container 10 from the supply passage in the supply pipe 15 is provided.
  • the shape and number of supply ports 14 are not particularly limited. Examples of the shape of the supply port 14 include a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, a star shape, and the like.
  • one aspect of the supply port 14 is a mode in which the opening portion of the pipe as the supply pipe 15 constitutes the supply port 14. In this case, the supply port 14 has a diameter corresponding to the pipe diameter of the pipe.
  • a porous member having a large number of holes (for example, a wire mesh or a flat plate provided with a large number of through holes in the thickness direction) is provided as a supply passage.
  • a large number of supply ports 14 are provided in the supply passage.
  • each hole of the wire mesh and the flat plate corresponds to one supply port 14.
  • FIG. 4 shows a case where the wire mesh 18 is arranged as a large number of members in the opening of the supply pipe 15.
  • the end portion on the side where the supply port 14 is provided may be expanded in diameter toward the supply port 14 or may be reduced in diameter.
  • the position where the supply port 14 is arranged is not particularly limited, and the supply port 14 may be arranged at at least one of the side wall portion, the ceiling portion, the bottom portion, and the like of the processing container 10.
  • the supply port 14 is arranged at least at the bottom of the processing container 10 from the viewpoint of directly supplying the pressurized steam to the emulsion in the processing container 10 and thereby efficiently contacting the volatile organic compounds in the emulsion with the pressurized steam. It is preferable that it is.
  • the supply port 14 is arranged in the vicinity of the stirrer blade 13.
  • the stirrer 12 is provided so that the stirring blade 13 is arranged at the bottom of the processing container 10, and the supply port 14 is provided at the bottom of the processing container and in the vicinity of the stirring blade 13 from the bottom of the processing container 10.
  • An embodiment in which the pressurized steam is directly supplied into the emulsion is preferable in that the volatile organic compounds in the emulsion can be efficiently brought into contact with the pressurized steam.
  • the position of the supply port 14 with respect to the stirring blade 13 is 0.5 ⁇ d1 [from the surface (outer edge) of the stirring blade 13 when the blade diameter of the stirring blade 13 is d1 [m]. It is preferably less than or equal to [m], more preferably 0.4 ⁇ d1 [m] or less, and even more preferably 0.3 ⁇ d1 [m] or less. Further, the supply port 14 is preferably arranged at the same height as the upper end of the stirring blade 13 or below the upper end of the stirring blade 13, and is arranged below the upper end of the stirring blade 13. Is more preferable.
  • the material of the supply pipe 15 is made of metal, the surface temperature of the supply pipe 15 tends to be high, and the emulsion may be dried instantly to form a film. Therefore, if necessary, the metal portion of the supply pipe 15 may be coated with a resin or the like so that the heat of the supply pipe 15 does not come into direct contact with the emulsion.
  • the resin include fluororesins such as polytetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer, and ethylene / tetrafluoroethylene copolymer.
  • the size of the foam of pressurized steam with respect to the scale of the processing container 10 can be adjusted by the ratio of the diameter of the supply port 14 to the inner diameter (tank diameter) of the processing container 10.
  • the inner diameter of the processing container 10 means the maximum inner diameter of the accommodating portion 11 in which the undeodorized emulsion is contained.
  • the ratio between the diameter of the supply port 14 and the inner diameter of the processing container 10 is determined as follows.
  • the diameter of the supply port 14 is D1 [m]
  • the inner diameter of the processing container 10 is D2 [m] (see FIGS. 1 to 4)
  • the ratio of the diameter D1 of the supply port 14 to the inner diameter D2 of the processing container 10 is "D2".
  • / D1 is defined.
  • the diameter of the supply port 14 is the diameter D1
  • the diameter inside the container of the processing container 10 that is, the tank diameter
  • a corresponding diameter is used as the diameter and / or the inner diameter.
  • the ratio (D2 / D1) of the diameter D1 of the supply port 14 to the inner diameter D2 of the processing container 10 is set to 30 to 3000. This makes it possible to improve the stability of the emulsion over time by deodorizing treatment using pressurized steam.
  • the ratio of the diameter D1 of the supply port 14 to the inner diameter D2 of the processing container 10 is less than 30, a large amount of agglomerates of polymer particles are generated, which tends to cause a decrease in productivity and a decrease in quality.
  • the stability of the emulsion after the deodorizing treatment with time is lowered, and the quality of the emulsion tends to be lowered.
  • the ratio of the diameter D1 of the supply port 14 to the inner diameter D2 of the processing container 10 exceeds 3000, the foam of the pressurized steam becomes too fine and the liquid surface foams, which tends to make deodorization difficult. be.
  • the ratio of the diameter D1 of the supply port 14 to the inner diameter D2 of the processing container 10 is preferably 200 to 3000, more preferably 350 to 3000.
  • the configuration for setting the ratio D2 / D1 to the above range is not particularly limited.
  • a pipe having a pipe diameter of D1 having a ratio D2 / D1 satisfying the above range is used as the supply pipe 15, and the pipe is connected to the processing container 10 as it is without attaching anything to the opening of the pipe. (See Fig. 3).
  • the diameter of the opening at the tip of the pipe is set to D1
  • the diameter of the supply port 14 is set to D1.
  • a wire mesh 18 having a mesh opening dimension of D1 having a ratio D2 / D1 satisfying the above range is arranged at the tip of the supply pipe 15, and the supply pipe 15 with the wire mesh 18 attached is connected to the processing container 10. (See FIG. 4).
  • a large number of supply ports 14 are provided in the supply passage because it is easy to design the ratio D2 / D1 to satisfy the above range and a sufficient amount of pressurized steam can be efficiently supplied to the emulsion in a short time. It is preferable that the pressurized steam is supplied into the processing container 10 from the supply passage through the large number of supply ports 14.
  • a low odorous aqueous polymer emulsion having a concentration of volatile organic compounds of preferably 300 ppm or less by deodorization treatment for a short time of about 1 to 10 hours by selecting various conditions. Can be manufactured.
  • the concentration of the volatile organic compound is more preferably 100 ppm or less, further preferably 50 ppm or less, further preferably 35 ppm or less, and more preferably close to 0 ppm.
  • the concentration of the volatile organic compound in the emulsion is a value measured by gas chromatography according to the method described in Examples.
  • the ester bond possessed by the polymer or the unreacted monomer is more important than the odor of the unreacted monomer itself. It may be preferable to reduce the odor of the alcohol produced by the hydrolysis of.
  • the concentration of alcohol in the emulsion is preferably 100 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and more preferably closer to 0 ppm.
  • a low-odor aqueous polymer emulsion having a small amount of volatile organic compounds and aggregates and excellent stability over time can be obtained by a simple operation using a general-purpose device capable of reducing the pressure.
  • Such emulsions have strict requirements for environment, safety, quality, etc., such as rubber-like elastic materials, paints, coating agents, adhesives, pressure-sensitive adhesives, binders, thickeners, cosmetic compositions, pharmaceutical compositions, etc. It can be used in a wide range of applications.
  • a monomer preemulsion was prepared by mixing 3 parts of methacrylic acid (hereinafter referred to as MAA), 10 parts of G-15, and 45 parts of water.
  • MAA methacrylic acid
  • the obtained monomer preemulsion and 20 parts of a 5% ammonium persulfate aqueous solution as a polymerization initiator were continuously added dropwise into the flask over 4 hours from different dropping funnels, while maintaining the liquid temperature at about 80 ° C.
  • Emulsion polymerization was performed. After the completion of the dropping, the liquid temperature was kept at 80 ° C. for another 2 hours, and the mixture was aged. During aging, 5 parts of a 5% ammonium persulfate aqueous solution was added. Then, it cooled to 50 degreeC and the polymerization was terminated. 0.1 part of an antifoaming agent (manufactured by San Nopco Ltd., trade name: SN Deformer PC) was added to the obtained emulsion to obtain an aqueous polymer emulsion (A) having a solid content of 45.0% and a pH of 2.1.
  • an antifoaming agent manufactured by San Nopco Ltd., trade name: SN Deformer PC
  • the amount of the main volatile organic compounds contained in the obtained aqueous polymer emulsion (A) was measured by gas chromatography and found to be as follows.
  • MMA 211 ppm, BA; 277 ppm, HA; 104 ppm, St; 82 ppm, methanol; 5 ppm, n-butanol; 264 ppm, 2-ethylhexanol; 70 ppm
  • Example 1 A water vapor supply pipe and an exhaust pipe were attached to a cylindrical flask (inner diameter: 120 mm) containing the aqueous polymer emulsion (A) obtained in Production Example 1.
  • the supply pipe shall be a pipe with a pipe diameter of 1 mm, and with a wire mesh of 100 mesh (opening size: 0.154 mm) attached to the tip of the pipe, the end of the pipe on the side to which the wire mesh is attached is inserted from the bottom of the flask and stirred.
  • a steam supply port was arranged at a position where the steam supply port (hereinafter, also referred to as “steam supply port”) overlaps (see FIG. 1). Three swept wings were used as the stirring blades.
  • the supply port 14 in FIG. 1 corresponds to the steam supply port.
  • the diameter of the steam supply port corresponds to the opening size of the wire mesh and is 0.154 mm. After raising the liquid temperature to 55 ° C.
  • pressurized steam at a pressure of 0.2 MPa was applied to 100 parts of the aqueous polymer emulsion (A) at 0.
  • the pressure in the flask is reduced to 15 KPa by exhausting the steam in the system through the exhaust pipe while blowing into the liquid through the steam supply pipe at 1 part / min, and the water in the system boils. I kept it in the state of being.
  • 25% aqueous ammonia was added as appropriate to maintain the pH in the range of 7-9.
  • Example 2> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the steam supply pipe was changed to a pipe having a diameter of 1 mm and a wire mesh of 300 mesh attached to the tip of the pipe (diameter of the steam supply port: 0.05 mm). bottom.
  • Example 3> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the steam supply pipe was changed to a pipe having a diameter of 1 mm and a wire mesh of 50 mesh attached to the tip of the pipe (diameter of the steam supply port: 0.3 mm). bottom.
  • Example 4 The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the steam supply pipe was changed to a pipe having a diameter of 1 mm and a wire mesh of 30 mesh attached to the tip of the pipe (diameter of the steam supply port: 0.5 mm). bottom.
  • Example 6> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the treatment time was changed from 5 hours to 3 hours.
  • Examples 7 to 10> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the supply amount of the pressurized steam was changed as shown in Tables 1 and 2.
  • Examples 11, 12, 14 and 15> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pH at the time of the deodorizing treatment was changed as shown in Table 2.
  • Example 13> The deodorization treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pH was not adjusted before the deodorization treatment and 25% aqueous ammonia was not added during the deodorization treatment.
  • Example 16 In a heat treatment container (internal volume 5 L) equipped with a stirrer, a thermometer, and a cooler, 3000 g of the aqueous polymer emulsion (A) obtained in Production Example 1 was charged, and the liquid temperature was 55 under stirring with three swept wings. After raising the temperature to ° C., the pH was adjusted to 8 with 25% aqueous ammonia. On the other hand, an aqueous polymer emulsion (inner diameter: 200 mm) provided with a stirrer, a thermometer, a cooler, a steam supply pipe and an exhaust pipe at a supply amount of 3.3 g / min from the heat treatment container (inner diameter: 200 mm). A) was continuously supplied.
  • the steam supply pipe is a pipe with a pipe diameter of 1 mm, and with a wire mesh of 100 mesh (opening size: 0.154 mm) attached to the tip of the pipe, the end of the pipe on the side where the wire mesh is attached is from the top of the deodorizing container. Inserted into the deodorizing container, the vicinity of the stirring blade (the side of the stirring blade with a blade diameter of 90 mm, the distance D4 from the outer edge of the stirring blade is 10 mm, and the steam supply port is from the upper surface of the stirring blade. A steam supply port was placed at the lower position) (see FIG. 2). The supply port 14 in FIG. 2 corresponds to the steam supply port. The diameter of the steam supply port corresponds to the opening size of the wire mesh and is 0.154 mm.
  • Deodorization treatment When the amount of liquid in the container reaches 1000 g (5 hours from the start of supply), the same amount of liquid (emulsion) as the supply amount of the aqueous polymer emulsion (A) is withdrawn from the system and continuously deodorized. Was carried out. During the deodorizing treatment, 25% aqueous ammonia was appropriately added to maintain the pH in the range of 7 to 9.
  • Examples 17 to 24 The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the container, the temperature inside the container and the position of the steam supply port at the time of the deodorizing treatment were changed as shown in Table 3.
  • Example 25 A steam supply pipe and an exhaust pipe were attached to a reaction kettle (inner diameter: 1200 mm) containing the aqueous polymer emulsion (A) of Production Example 1, and the liquid temperature was raised to 55 ° C.
  • the steam supply pipe is a pipe with a pipe diameter of 50 mm, a flat plate having 30 holes of ⁇ 1 mm is attached to the tip of the pipe, and the end of the pipe on the side where the flat plate is attached is inserted into the deodorizing treatment container from the bottom of the deodorizing treatment container.
  • pressurized steam at a pressure of 0.2 MPa is blown into the liquid at 0.1 part / min with respect to 100 parts of the aqueous polymer emulsion (A) and exhausted.
  • the pressure in the processing container was reduced to 15 KPa, and the inside of the system was maintained in a boiling state.
  • 25% aqueous ammonia was added as appropriate to maintain the pH in the range of 7-9.
  • ⁇ Comparative Example 1> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the container during the deodorizing treatment was changed to 20 KPa (a state in which water does not boil).
  • ⁇ Comparative Example 2> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that pressurized steam was not supplied during the deodorizing treatment.
  • ⁇ Comparative Example 3> The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the container and the temperature inside the container during the deodorizing treatment were changed as shown in Table 4. However, there was a lot of foaming and it was difficult to control the vacuum, so it stopped in 1 hour.
  • Example 4 The deodorizing treatment was carried out in the same manner as in Example 1 except that the pressure inside the container and the temperature inside the container during the deodorizing treatment were changed as shown in Table 4.
  • Examples 1 to 25 in which the deodorizing treatment was performed by this production method, a general-purpose device capable of depressurizing was used, and the temperature was relatively low and the time was short. It has been found that a low odor aqueous polymer emulsion in which the volatile organic compounds in the aqueous polymer emulsion are reduced to a minute amount can be easily obtained. In addition, it has been clarified that the aqueous polymer emulsion obtained by this production method has excellent stability over time and is less likely to deteriorate in quality even when stored for a long period of time. Further, it can be said that Examples 1 to 25 are excellent in temperature controllability and productivity in the processing container because the wall surface inside the container is less contaminated during the deodorization treatment and after the deodorization treatment.
  • Comparative Example 1 and Comparative Example 2 the degree of reduction of volatile organic compounds in the emulsion was insufficient.
  • Comparative Example 3 since the pressure inside the container was as low as 10 KPa, there was a lot of foaming when the pressurized steam was blown, and it was difficult to control the vacuum.
  • Comparative Example 4 since the temperature inside the container was as high as 95 ° C., there were many agglomerates due to the skinning of the emulsion. In addition, the emulsion has an excessive heat history, so that the stability over time is also lowered.
  • Comparative Example 5 a large amount of agglomerates of polymer particles were generated.
  • Comparative Example 6 the ratio D2 / D1 was large, and the bubbles of the pressurized steam became too fine and foamed from the liquid surface, and the wall surface of the processing container was contaminated.

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Abstract

低臭気エマルションの製造方法において、減圧が可能な処理容器に水性ポリマーエマルションを仕込み、水性ポリマーエマルションの温度を50℃~90℃の範囲にし、処理容器内の圧力を12KPa~57KPaの範囲にして、かつ処理容器内を水が沸騰する状態に維持して、処理容器内に供給通路を通じて加圧水蒸気を供給する工程と、処理容器内の気相部の水蒸気と、水性ポリマーエマルションから揮発した揮発性有機化合物とを系外に排出する工程と、を含み、供給通路から処理容器内に加圧水蒸気を供給するための供給口の口径と、処理容器の内径との比を、供給口の口径1に対して処理容器の内径を30~3000とする。

Description

低臭気エマルションの製造方法 関連出願の相互参照
 本出願は、2020年10月9日に出願された日本特許出願番号2020-171389号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
 本開示は、低臭気エマルションの製造方法に関し、詳しくは、乳化重合法等により得られる水性ポリマーエマルション中の揮発性有機化合物を効率よく除去するための技術に関する。
 スチレン、酢酸ビニル、アクリロニトリル、ブタジエン及び(メタ)アクリル酸アルキル等の単量体を水性媒体中で乳化重合して得られる水性ポリマーエマルションは、ゴム状弾性体材料、塗料、コーティング剤、接着剤、粘着剤、バインダー、増粘剤、化粧組成物、医薬組成物等の原料として広く利用されている。
 水性ポリマーエマルション(以下、単に「エマルション」ともいう)には、通常、未反応の単量体や、重合中に発生する分解物を主成分とする揮発性有機化合物が微量に含まれている。こうした揮発性有機化合物は、悪臭を発生したり、取り扱う作業者の作業性に影響を及ぼしたりすることが懸念される。
 エマルション中の揮発性有機化合物の除去方法としては、エマルションに対して加圧水蒸気を吹き込み、水蒸気とともに揮発性有機化合物を追い出す方法(例えば、特許文献1参照)がある。また、重合後にレドックス開始剤を添加して追加重合させる方法(例えば、特許文献2参照)、段塔型ストリッパーの上部からエマルションを供給しながら下方から加圧水蒸気を供給する方法(例えば、特許文献3参照)、加温されたエマルションに空気や不活性ガスを吹き込む方法(例えば、特許文献4参照)等が提案されている。
特開2002-60415公報 特開2002-212207公報 特開昭58-213003号公報 特開昭53-41387号公報
 特許文献1~4の方法では、エマルションに高温・長時間の熱履歴が掛かるため、ポリマー粒子の凝集物が発生しやすいことが懸念される。また、発生したポリマー粒子の凝集物が処理容器内の壁面や撹拌機の軸等に多く付着することにより、処理容器内の温度制御の機能が低下する場合がある。こうした凝集物は、処理容器の壁面等に付着する以外にも、エマルション中に微小な形態で存在する場合がある。エマルションから凝集物を除去するには多くの労力と時間を要し、工業規模で生産を行う場合には生産性が低下する等の不都合が生じることが懸念される。更には、エマルションの経時安定性が低下し、長期保管時に容器の底に沈殿物が生じる場合があり、品質面において十分でないことが懸念される。
 本開示は上記課題に鑑みてなされたものであり、脱臭処理時における凝集物の発生量を低く抑えることができ、かつ経時安定性が良好であって、エマルション中の揮発性有機化合物が十分に低減された低臭気エマルションを製造する方法を提供することを主たる目的とする。
 本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、処理容器内に加圧水蒸気を供給するための供給口の口径と、処理容器の内径との比を特定の範囲とすることで、水性ポリマーエマルションへの熱履歴を低減でき、かつ、揮発性有機化合物を短時間で容易に除去できることを見出した。
 すなわち、本開示の第1の構成は、低臭気エマルションを製造する方法に関し、減圧が可能な処理容器に水性ポリマーエマルションを仕込み、前記水性ポリマーエマルションの温度を50℃~90℃の範囲にし、前記処理容器内の圧力を12KPa~57KPaの範囲にして、かつ前記処理容器内を水が沸騰する状態に維持して、前記処理容器内に供給通路を通じて加圧水蒸気を供給する工程と、前記処理容器内の気相部の水蒸気と、前記水性ポリマーエマルションから揮発した揮発性有機化合物とを系外に排出する工程と、を含み、前記供給通路から前記処理容器内に前記加圧水蒸気を供給するための供給口の口径と、前記処理容器の内径との比が、前記供給口の口径1に対して前記処理容器の内径が30~3000である。
 本開示によれば、減圧が可能な汎用の装置を用いて、短い処理時間(例えば10時間以内)で、揮発性有機化合物が十分に低減された水性ポリマーエマルションを製造することができる。このため、本開示の方法により得られる水性ポリマーエマルションは、低臭気であり、凝集物の量も少ないため、環境面や安全衛生面に優れている。また、脱臭処理時において凝集物の発生量を低く抑えることができるため、品質だけでなく、生産性や製造コストの面においても優れている。更に、本開示の方法により製造された水性ポリマーエマルションは経時安定性に優れているため、長期保管後においても不具合が生じにくく、安全に使用することができる。
図1は、回分式の脱臭処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 図2は、連続式の脱臭処理装置の概略構成を示す縦断面図である。 図3は、供給管における供給口側の端部の断面図である。 図4は、供給管における供給口側の端部の断面図である。
 以下、本開示について詳しく説明する。なお、本明細書において、「(メタ)アクリル」はアクリル又はメタクリルを意味する。「水性ポリマーエマルション」とは、水を主とする溶剤にポリマーを分散させてなるエマルションを意味する。「水を主とする溶剤」とは、溶剤全体に対して水を70質量%以上、好ましくは80質量%以上含む液体を意味する。
《低臭気エマルションの製造方法》
 本開示の低臭気エマルションを製造する方法(以下、「本製造方法」ともいう)は、水性ポリマーエマルションに含まれる揮発性有機化合物を除去する処理(脱臭処理)を行うことにより、低臭気の水性ポリマーエマルション(以下、「低臭気エマルション」ともいう)を製造するものである。本製造方法は、以下の工程A及び工程Bを含む。
工程A:減圧が可能な脱臭処理容器にエマルションを仕込み、エマルションに減圧下で加圧水蒸気を供給する工程。
工程B:脱臭処理容器内の気相部の水蒸気と、エマルションから揮発した揮発性有機化合物とを系外に排出する工程。
 本製造方法において、工程Bを実施するタイミングは、脱臭処理容器内の気相部の水蒸気及びエマルションから揮発した揮発性有機化合物を系外に排出できるタイミングである限り特に限定されない。すなわち、本製造方法は、工程Aの実施後に工程Bを実施する態様であってもよく、工程Aと工程Bとを同時に実施する態様であってもよい。
 本製造方法は、回分式に適用してもよく、連続式に適用してもよい。本製造方法を回分式に適用する場合、上記工程A及び上記工程Bを含む方法により低臭気エマルションを製造することができる。また、本製造方法を連続式に適用する場合、上記工程A及び上記工程Bに加え、更に以下の工程Cを含む方法により低臭気エマルションを製造することが好ましい。
工程C:上記工程Bにより揮発性有機化合物が除去されたエマルションを脱臭処理容器から抜き出すとともに、エマルションを脱臭処理容器から抜き出す速度と等速で未脱臭のエマルションを脱臭処理容器に供給する工程。
以下、本製造方法について説明する。
<水性ポリマーエマルション>
 揮発性有機化合物を除去する対象のエマルションは、好ましくは、水性媒体中での乳化重合により製造されるポリマー粒子を含むエマルションである。ポリマー粒子を構成する単量体としては、ビニル単量体を好ましく使用することができる。当該ビニル単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸エステル化合物、芳香族ビニル化合物、不飽和カルボン酸、不飽和酸無水物、ヒドロキシ基含有ビニル化合物、アミノ基含有ビニル化合物、アミド基含有ビニル化合物、アルコキシ基含有ビニル化合物、ニトリル基含有ビニル化合物、ビニルエーテル化合物、スルホン酸基含有ビニル化合物、ポリオキシアルキレン基含有ビニル化合物等が挙げられる。ビニル単量体としては、これらのうちの1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 エマルションを得るための乳化重合は、従来公知の方法に従って行うことができる。乳化重合は、界面活性剤及び保護コロイドの少なくともいずれかの存在下で行うことが好ましい。界面活性剤は、イオン種としてアニオン、カチオン、ノニオンが挙げられ、アニオン及び/又はノニオンがより好ましい。乳化重合には、ラジカル重合開始剤を使用することが好ましい。ラジカル重合開始剤としては、公知の油溶性重合開始剤や水溶性重合開始剤を使用することができる。好ましくは、水溶性重合開始剤である。
 水性媒体中での乳化重合により製造されたエマルションにおいて、重合後の水性媒体中には、通常、1000~3000ppm程度の揮発性有機化合物が含まれている。揮発性有機化合物としては、未反応の単量体、未反応の単量体から加水分解により生じたアルコール、共重合体中のエステル結合からの加水分解により生じたアルコール、単量体や乳化剤中に含まれていた不純物が挙げられる。こうした揮発性有機化合物に由来する臭気を抑えるために、本製造方法では工程A及び工程Bを実施し、これによりエマルション中から揮発性有機化合物を除去するようにしている。
<工程A:加圧水蒸気の供給>
 工程Aでは、減圧が可能な脱臭処理容器に、脱臭処理の対象のエマルションを仕込み、脱臭処理容器内のエマルションに減圧下で加圧水蒸気を供給する。これにより、エマルションに含まれる揮発性有機化合物を揮発させ、液相部から気相部に移動させる。脱臭処理容器(以下、単に「処理容器」ともいう)は、脱臭対象のエマルションを内部に収容する処理槽であり、その内部が、エマルションを収容する収容部を有している。収容部の大きさ及び形状は特に限定されない。収容部の形状としては、例えば円筒状、断面矩形状等が挙げられる。処理容器には、処理容器内に加圧水蒸気を供給する供給管(以下、「水蒸気供給管」、又は単に「供給管」ともいう)が設けられている。
 処理容器には更に、容器内のエマルションを加熱する加熱部、容器内のエマルションを撹拌する撹拌機、容器内の温度(すなわちエマルション温度)を測定する温度計(例えば熱電対)、容器内の気相部の圧力を測定する圧力計、及び容器内の気相を排気する排気ポンプ等が取り付けられていてもよい。揮発性有機化合物をエマルション中(より具体的には、水性媒体中)から効率良く放出させる観点から、脱臭処理中はエマルションを槽内で均一に撹拌することが好ましい。このため、撹拌機としては、3枚後退翼、パドル翼、プロペラ翼、アンカー翼、大型翼等といった撹拌に適した撹拌翼を有するものを使用することが好ましい。大型翼としては、例えば、フルゾーン(神鋼ソリューション社製)、マックスブレンド(住友重機械プロセス機器社製)、ベンドリーフ翼(八光産業社製)等が挙げられる。また、撹拌翼の大きさについても特に限定されないが、撹拌を十分に行う観点から、処理容器の内径1に対して撹拌翼の翼径の大きさを、0.3以上とすることが好ましく、0.4以上とすることがより好ましい。
 処理容器の概略構成図を図1及び図2に示す。図1は回分式であり、図2は連続式である。図1及び図2に示すように、処理容器10は、内部に収容部11が設けられた有底の容器である。処理容器10では、収容部11の下部に未脱臭のエマルションEmが収容され、収容部11の上部に気相部Gsが形成された状態でエマルションEmの脱臭処理が行われる。収容部11には、撹拌機12が設けられている。撹拌機12は、撹拌軸の下端部に設けられた撹拌翼13が収容部11の底部に配置されるように、収容部11内に配置されている。図1及び図2に示す処理容器10には、撹拌翼13として3枚後退翼を有する撹拌機12が設けられている。
 処理容器10には、収容部11内に加圧水蒸気を供給口14から供給する供給管15が設けられている。図1の処理容器10では、収容部11に対し、処理容器10の底部から供給管15が挿入されている。図2の処理容器10では、収容部11に対し、処理容器10の上部から供給管15が挿入されている。処理容器10の上部には、収容部11の上部の気相部Gsにおける気体を系外に排出する排気管16が設けられている。連続式の処理容器10には更に、脱臭処理後のエマルションを収容部11から抜き出す抜き出し孔17が処理容器10の底部に設けられている。
 なお、撹拌機の使用は、処理容器内においてエマルションと加圧水蒸気との接触効率を高め、揮発性有機化合物の除去効果を上げることができる一方、過剰な撹拌により発泡を招きやすくなることが考えられる。そこで、泡の抑制を図るために、消泡剤を適量使用してもよい。また、脱臭処理時には、必要に応じて更に、液相部(すなわち、処理容器の下部)からエマルションを系外へ抜き出し、抜き出したエマルションを循環ポンプにより循環させて、処理容器内の気相部(すなわち、処理容器の上部)からフラッシュ噴射するようにしてもよい。
 処理容器内に貯留されたエマルションに加圧水蒸気が供給されることにより、エマルション中に含まれる揮発性有機化合物が液相部から分離して気相部に含まれるようになる。処理容器内に供給する加圧水蒸気としては、ゲージ圧0.05~0.50MPa(温度110~160℃)程度の水蒸気を使用することが好ましく、ゲージ圧0.05~0.30MPaの水蒸気を使用することがより好ましく、0.10~0.30MPaの水蒸気を使用することが更に好ましい。
 処理容器内に加圧水蒸気を供給する際には、処理容器内のエマルション中に加圧水蒸気を直接供給するようにしてもよい。あるいは、処理容器内の気相部に加圧水蒸気を供給することにより、処理容器内のエマルションに対し加圧水蒸気を間接的に供給するようにしてもよい。これらのうち、処理容器内に貯留されたエマルション中に加圧水蒸気を直接供給することが好ましく、処理容器の底部から処理容器内のエマルション中に加圧水蒸気を直接供給することがより好ましく、処理容器の底部かつ撹拌翼の近傍から処理容器内のエマルション中に加圧水蒸気を直接供給することが更に好ましい。エマルション中に加圧水蒸気を直接供給する手法によれば、エマルションへの熱履歴をより軽減でき、ポリマー粒子の破壊を抑制しながら、エマルション中の揮発性有機化合物を効率よく除去することができる。
 工程Aでは、揮発性有機化合物がエマルション中から十分に除去されるようにするために、処理容器内のエマルションの温度を所定の温度範囲内に維持する。処理容器内のエマルションの温度を所定範囲内の温度に維持する方法としては特に限定されないが、温度コントロールを簡便にかつ高精度に行うことができる点で、脱臭処理の対象のエマルションを加熱する処理とすることが好ましい。この加熱処理は、加温用ジャケットや、処理容器の外側に設けられた熱交換器等を用いて行うことができる。また必要に応じて、加熱処理容器を用いたバッチ処理や、熱交換器を用いたライン加熱による連続処理によってエマルションを予め加熱した上で処理容器にエマルションを供給してもよい。
 処理容器内に加圧水蒸気を供給している期間では、処理容器内のエマルションの温度(すなわち、容器内温度)が50~90℃の範囲になるように、処理容器内のエマルションの温度が調整される。エマルション温度が90℃を超えると、容器内壁面、特に気液相の界面において比較的多量の重合体皮膜が発生しやすくなり、容器内の温度が不均一になって温度コントロールの精度が低下してしまう。また、重合体や未反応の単量体が有するエステル結合が加水分解してアルコールが新たに生成しやすく、エマルション中の揮発性有機化合物の除去に長時間を要することとなる傾向がある。容器内温度が50℃未満であると、揮発性有機化合物の除去速度が遅くなり、生産性が低下する。容器内温度の好ましい温度は50~85℃であり、より好ましくは50~80℃である。
 本工程では、上記のエマルション温度において処理容器内(より具体的には、処理容器内の気相部)が飽和水蒸気圧、すなわち処理容器内の水分が沸騰している状態となるようにエマルション温度及び処理容器内の圧力を制御する。具体的には、脱臭処理中は、処理容器内の気相部の圧力を、12KPa(90mmHg)~57KPa(430mmHg)の範囲とする。脱臭処理の際のエマルション温度をより低温に設定でき、ポリマー粒子の凝集物の発生を低く抑えることができる点で、容器内の圧力は、好ましくは12KPa(90mmHg)~40KPa(300mmHg)であり、より好ましくは12KPa(90mmHg)~30KPa(225mmHg)である。
<工程B:揮発性有機化合物及び水蒸気の系外排出>
 工程Bでは、上記工程Aにより加圧水蒸気を処理容器内に供給した後に、及び/又は加圧水蒸気を処理容器内に供給すると同時に、処理容器内の気体を系外に排気する。これにより系内を減圧させ、系内を所定の圧力範囲内に維持する。具体的には、処理容器内への加圧水蒸気の供給後に、及び/又は供給と同時に、加圧水蒸気の供給によって分解した揮発性有機化合物と、処理容器内に供給した水蒸気量と等量の水蒸気とを系外に排出する。このときの排気処理の方法は特に限定されないが、処理容器に排気ポンプを設け、排気ポンプにより行うことが好ましく、処理容器の上部から、排気管16を通じて排気ポンプにより排気して減圧にすることがより好ましい。また、処理容器と排気ポンプとの中間の位置にコンデンサを設け、コンデンサにより凝縮して除去してもよい。
 本製造方法では、工程Aにおいて、処理容器内のエマルションに加圧水蒸気を供給し、工程Bにおいて、揮発性有機化合物と、処理容器内に供給した水蒸気量と等量の水蒸気を系外に排出する。処理容器内に供給する加圧水蒸気の量は、エマルション100質量部当たり、加圧水蒸気が5~100質量部となる量とすることが好ましく、5~90質量部となる量とすることがより好ましく、15~70質量部となる量とすることが更に好ましい。加圧水蒸気の量を上記範囲とすることにより、エマルションにかかる熱履歴を抑えることができ、エマルションの不安定化を抑制することができる。また、揮発性有機化合物の除去効率を十分に高めることができる。
 回分式の場合、工程A及び工程Bによるエマルションの脱臭処理の時間は、加圧水蒸気の供給量及びその他条件によっても異なるが、生産性の観点から、10時間以下が好ましく、生産性及び低臭気性の観点から、1~8時間がより好ましく、2~6時間が更に好ましい。
<工程C:エマルションの抜き出し及び供給>
 工程Cでは、上記工程A及び工程Bにより揮発性有機化合物が除去されたエマルションを処理容器から別の槽(例えば、タンク)に連続的に抜き出すと同時に、又は抜き出す前若しくは抜き出した後に、脱臭未処理のエマルションを、脱臭処理後のエマルションを処理容器から連続的に抜き出す速度と等速で供給する。これにより、処理容器には定常状態で一定量のエマルションが存在する。
 連続式の場合、処理容器の内容積に対して供給量を選択することにより、処理容器におけるエマルションの平均滞留時間を適宜選択することができる。エマルションの滞留時間は、10時間以下が好ましく、生産性及び低臭気性の観点から、1~8時間がより好ましく、2~6時間が更に好ましい。滞留時間が十分に長い(例えば1時間以上)と、揮発性有機化合物の除去を十分に除去できるため好適である。
 揮発性有機化合物がエマルション中から十分に除去されるようにするためには、処理容器内のエマルションの温度を所定の温度範囲内で維持することが好ましい。そのため、脱臭未処理のエマルションを処理容器に供給することで処理容器内のエマルションの温度が低下する場合には、脱臭未処理のエマルションを予め加熱しておくことが好ましい。この加熱処理方法としては、加熱処理容器を用いたバッチ処理や、熱交換器を用いたライン加熱による連続処理等が挙げられる。
 脱臭処理の前及び/又は脱臭処理中には、必要に応じて、エマルションを適切なpH域に中和してもよい。好適なpHの範囲は5~10であり、より好ましくは6~10であり、更に好ましくは6.5~9.5であり、より更に好ましくは7~9である。pHが10以下であると、重合体や未反応の単量体が有するエステル結合が加水分解することによってアルコールが新たに生成されるのを抑制することができ、エマルション中の揮発性有機化合物の除去に要する時間を短縮化することができる。一方、pHが5以上であると、ポリマー粒子の凝集物の発生を抑制でき、生産性を良好にすることができる。また、エマルションの経時安定性を確保でき、エマルションの品質を良好に保持することができる。
 中和に用いられる塩基性化合物としては、アンモニア、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ブチルアミン等のアルキルアミン、2-ジメチルアミノエタノール、ジエチルアミノエタノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、2-アミノ-2-メチル-1-プロパノール、2-アミノ-2-メチル-1,3-プロパンジオール、モルホリン等のエーテルアミン;水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の金属水酸化物などが挙げられる。エマルションのpH調整方法(具体的には、塩基性化合物の添加)としては、脱臭処理前に添加する方法、脱臭処理中に分割添加する方法、脱臭処理中に連続添加する方法等が挙げられる。
<加圧水蒸気の供給>
 次に、処理容器内に加圧水蒸気を供給する態様について図1~図4を用いて説明する。
 供給管15は、加圧水蒸気が流通する通路として供給通路を有し、該供給通路と処理容器10の内部(すなわち収容部11)とが連通されるように処理容器10に接続されている(図1、2参照)。供給管15は、加圧水蒸気を処理容器10内に供給できるものであればよく、その形状・材質等は特に限定されない。供給管15は、例えば樹脂製又は金属製の配管(パイプ)である。
 供給管15の先端部には、供給管15内の供給通路から処理容器10内に加圧水蒸気を供給するための供給口14が設けられている。供給口14の形状やその数は特に限定されない。供給口14の形状としては、例えば矩形状、円形状、楕円状、星形状等が挙げられる。供給口14の一態様は、図3に示すように、供給管15としての配管の開口部分が供給口14を構成している態様である。この場合、供給口14は、配管の管径に対応する口径を有する。
 また、供給口14の他の一態様としては、図4に示すように、多数の孔を有する多孔部材(例えば、金網や、厚み方向に多数の貫通孔が設けられた平板等)を供給通路に配置し、これにより供給通路に多数の供給口14が設けられている構成が挙げられる。この場合、金網及び上記平板が有する各孔が1個の供給口14に対応する。図4には、供給管15の開口部に、多数部材として金網18が配置されている場合を示している。供給管15において、供給口14が設けられている側の端部は、供給口14に向かって拡径されていてもよく、縮径されていてもよい。
 処理容器10において、供給口14が配置される位置は特に限定されず、処理容器10の側壁部、天井部及び底部等の少なくともいずれかに供給口14が配置されていればよい。処理容器10内のエマルションに加圧水蒸気を直接供給し、これによりエマルション中の揮発性有機化合物と加圧水蒸気との接触を効率良く行わせる観点から、供給口14は、少なくとも処理容器10の底部に配置されていることが好ましい。
 処理容器10の内部に撹拌機12が設けられている場合、撹拌翼13の近傍に供給口14が配置されることが好ましい。特に、処理容器10の底部に撹拌翼13が配置されるように撹拌機12を設けるとともに、処理容器の底部であってかつ撹拌翼13の近傍に供給口14を設け、処理容器10の底部からエマルション中に加圧水蒸気を直接供給する態様が、エマルション中の揮発性有機化合物と加圧水蒸気との接触を効率良く行うことができる点で好適である。上記の観点から、撹拌翼13に対する供給口14の位置は、撹拌翼13の翼径をd1[m]とした場合に、撹拌翼13の表面(外縁)からの位置が0.5×d1[m]以下であることが好ましく、0.4×d1[m]以下であることがより好ましく、0.3×d1[m]以下であることが更に好ましい。また、供給口14は、撹拌翼13の上端部と同等の高さ位置又は撹拌翼13の上端部よりも下方に配置されていることが好ましく、撹拌翼13の上端部よりも下方に配置されていることがより好ましい。
 なお、供給管15の材質が金属製である場合、供給管15の表面温度が高くなりやすく、エマルションが瞬時に乾燥し、皮膜が形成される場合がある。そのため、必要に応じて、供給管15の熱がエマルションに直接に触れないように、供給管15の金属部分を樹脂等で被覆してもよい。樹脂としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体等のフッ素樹脂等が挙げられる。
 供給口14の口径と、処理容器10の内径(槽径)との比率により、処理容器10のスケールに対する加圧水蒸気の泡の大きさを調整することができる。ここで、処理容器10の内径とは、未脱臭のエマルションが入れられる収容部11のうち最大内径をいう。
 供給口14の口径と、処理容器10の内径との比は、以下のようにして決定される。供給口14の口径をD1[m]、処理容器10の内径をD2[m]とし(図1~図4参照)、供給口14の口径D1と処理容器10の内径D2との比を「D2/D1」と定義する。供給口14及び処理容器10が断面円形状の場合、それぞれ、供給口14の直径が口径D1となり、処理容器10の容器内側の直径(すなわち槽径)が内径D2となる。一方、供給口14及び処理容器10のうち断面円形状でないものについては、口径及び/又は内径としては相当直径を用いる。相当直径は、供給口14の開口面積、処理容器10の開口部の断面積をS[m]とし、周の長さをL[m]として、下記式(3)により求められる値である。
相当直径[m]=(4×S)/L  …(3)
 本製造方法では、供給口14の口径D1と処理容器10の内径D2との比(D2/D1)が、30~3000に設定されている。これにより、加圧水蒸気を用いた脱臭処理によってエマルションの経時安定性を改善することができる。供給口14の口径D1と処理容器10の内径D2との比が30未満の場合には、ポリマー粒子の凝集物が多く発生し、生産性の低下及び品質の低下を招きやすい。また、脱臭処理後のエマルションの経時安定性が低下し、エマルションの品質が低下しやすい。一方、供給口14の口径D1と処理容器10の内径D2との比が3000を超える場合には、加圧水蒸気の泡が細かくなりすぎることによって液面が発泡し、脱臭処理が困難となる傾向がある。こうした観点から、供給口14の口径D1と処理容器10の内径D2との比は、200~3000が好ましく、350~3000がより好ましい。
 比D2/D1を上記範囲にするための構成は特に限定されない。例えば、比D2/D1が上記範囲を満たすD1を管径とする配管を供給管15として用い、配管の開口部に何も取り付けずに該配管をそのままの状態で処理容器10に接続する構成とする(図3参照)。この構成では、例えば、配管の端部を下流側に向けて縮径させることにより、配管先端における開口部の直径をD1とし、これにより供給口14の口径をD1に設定する。あるいは、比D2/D1が上記範囲を満たすD1を目開き寸法とする金網18を供給管15の先端部に配置し、金網18が取り付けられた状態の供給管15を処理容器10に接続する構成としてもよい(図4参照)。これらのうち、比D2/D1が上記範囲を満たすように設計しやすい点、十分な量の加圧水蒸気を短時間に効率良くエマルションに供給できる点で、供給通路に多数の供給口14を設け、それら多数の供給口14を通じて供給通路から処理容器10内に加圧水蒸気を供給する構成とすることが好ましい。
 以上説明した本製造方法によれば、各種条件の選択により、1~10時間程度の短時間による脱臭処理により、揮発性有機化合物の濃度が、好ましくは300ppm以下である低臭気性の水性ポリマーエマルションを製造することができる。本製造方法による脱臭処理後のエマルションにおいて、揮発性有機化合物の濃度は、100ppm以下がより好ましく、50ppm以下であることが更に好ましく、35ppm以下であることがより更に好ましく、0ppmに近いほど好ましい。なお、エマルション中の揮発性有機化合物の濃度は、実施例に記載の方法に従い、ガスクロマトグラフィーにより測定された値である。
 特に、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を構成単量体として含む水性ポリマーエマルションにおいては、未反応の単量体自体の臭気よりも、重合体や未反応の単量体が有するエステル結合の加水分解によって生成するアルコールの臭気を低減させることが好ましい場合がある。こうしたアルコール由来の臭気を抑えるために、エマルション中のアルコールの濃度は、100ppm以下であることが好ましく、30ppm以下であることがより好ましく、0ppmに近いほど好ましい。
 本開示によれば、揮発性有機化合物及び凝集物の量が少なく、かつ経時安定性に優れた低臭気の水性ポリマーエマルションを、減圧が可能な汎用の装置を用いて簡便な操作により得ることができる。かかるエマルションは、ゴム状弾性体材料、塗料、コーティング剤、接着剤、粘着剤、バインダー、増粘剤、化粧組成物、医薬組成物等といった、環境面、安全面、品質面等に対する要求が厳しい用途に広範囲に使用することができる。
 以下、本開示を実施例により具体的に説明するが、本開示はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、以下において「部」及び「%」は、特に断らない限り「質量部」及び「質量%」をそれぞれ意味する。
1.水性ポリマーエマルションの合成
<製造例1>
<乳化重合>
 撹拌機、温度計、冷却器、窒素導入管及び2個の滴下ロートを備えたフラスコ内に、水45部及び界面活性剤(花王株式会社製、商品名:ネオペレックスG-15、ドデシルベンゼンスルホン酸ソーダ、以下「G-15」ともいう)を2部仕込み、80℃に昇温した。
 メタクリル酸メチル(以下、MMA)を35部、アクリル酸n-ブチル(以下、BA)を40部、アクリル酸2-エチルヘキシル(以下、HA)を17部、スチレン(以下、St)を5部、メタクリル酸(以下、MAA)を3部、G-15を10部、水45部を混合してモノマープレエマルションを調製した。得られたモノマープレエマルション、及び重合開始剤としての5%過硫酸アンモニウム水溶液20部を、それぞれ別の滴下ロートより4時間かけて連続的にフラスコ内に滴下し、液温を約80℃に保ちつつ乳化重合を行った。滴下終了後、更に2時間、液温を80℃に保ち、熟成した。熟成中には5%過硫酸アンモニウム水溶液5部を添加した。その後、50℃まで冷却して重合を終了させた。得られたエマルションに消泡剤(サンノプコ株式会社製、商品名:SNデフォーマーPC)を0.1部添加し、固形分45.0%、pH2.1の水性ポリマーエマルション(A)を得た。得られた水性ポリマーエマルション(A)に含まれる主な揮発性有機化合物の量をガスクロマトグラフィーにより測定したところ、以下の通りであった。
MMA;211ppm、BA;277ppm、HA;104ppm、St;82ppm、メタノール;5ppm、n-ブタノール;264ppm、2-エチルヘキサノール;70ppm
2.脱臭処理
<実施例1>
 上記製造例1で得た水性ポリマーエマルション(A)が入った円筒型フラスコ(内径:120mm)に、水蒸気供給管及び排気管を取り付けた。供給管は管径1mmのパイプとし、パイプの先端に100メッシュ(目開き寸法:0.154mm)の金網を取り付けた状態で、金網を取り付けた側のパイプ端部をフラスコ底部より挿入し、撹拌翼の近傍(翼径:90mmの撹拌翼の下方であって、撹拌翼の下端との距離D3が20mmの位置、かつ撹拌翼の上方から下方に見て、撹拌翼と、水蒸気供給管の加圧水蒸気の供給口(以下、「水蒸気供給口」ともいう)とが重なる位置)に水蒸気供給口を配置した(図1参照)。撹拌翼には3枚後退翼を用いた。なお、図1中の供給口14が水蒸気供給口に相当する。水蒸気供給口の口径は金網の目開き寸法に相当し、0.154mmである。
 液温を55℃に昇温した後、撹拌下、25%アンモニア水でpHを8.0に調整した後に、圧力0.2MPaの加圧水蒸気を、水性ポリマーエマルション(A)100部に対して0.1部/minで水蒸気供給管を通じて液中に吹き込みながら、排気ポンプを用いて系内の水蒸気を排気管を通じて排気することによりフラスコ内の圧力を15KPaに減圧し、系内を水が沸騰している状態に維持した。脱臭処理中、適宜25%アンモニア水を添加し、pHを7~9の範囲に維持した。加圧水蒸気の吹き込みを5時間かけて行うことにより、合計で水蒸気を30部供給した。
<実施例2>
 水蒸気供給管を、管径1mmのパイプの先端に300メッシュの金網を取り付けたもの(水蒸気供給口の口径:0.05mm)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例3>
 水蒸気供給管を、管径1mmのパイプの先端に50メッシュの金網を取り付けたもの(水蒸気供給口の口径:0.3mm)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例4>
 水蒸気供給管を、管径1mmのパイプの先端に30メッシュの金網を取り付けたもの(水蒸気供給口の口径:0.5mm)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例5>
 水蒸気供給管を、管径4mmのパイプ(水蒸気供給口の口径:4mm、金網の取り付け無し)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例6>
 処理時間を5時間から3時間に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例7~10>
 加圧水蒸気の供給量を表1,2に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例11、12、14及び15>
 脱臭処理時のpHを表2に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例13>
 脱臭処理前にpH調整せず、かつ、脱臭処理中にも25%アンモニア水を添加しなかった以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例16>
 撹拌機、温度計、冷却器を備えた加熱処理容器(内容積5L)に、上記製造例1で得た水性ポリマーエマルション(A)を3000g仕込み、3枚後退翼による撹拌下、液温を55℃に昇温した後、25%アンモニア水でpHを8に調整した。一方、撹拌機、温度計、冷却器、水蒸気供給管及び排気管を備えた円筒型の脱臭処理容器(内径:200mm)に、加熱処理容器から3.3g/minの供給量で水性ポリマーエマルション(A)を連続的に供給した。水蒸気供給管は管径1mmのパイプとし、パイプの先端に100メッシュ(目開き寸法:0.154mm)の金網を取り付けた状態で、金網を取り付けた側のパイプ端部を脱臭処理容器の上部から脱臭処理容器内に挿し込み、撹拌翼の近傍(翼径:90mmの撹拌翼の側方であって、撹拌翼の外縁端からの距離D4が10mm、かつ水蒸気供給口が撹拌翼の上面よりも下方となる位置)に水蒸気供給口を配置した(図2参照)。なお、図2中の供給口14が水蒸気供給口に相当する。水蒸気供給口の口径は金網の目開き寸法に相当し、0.154mmである。
 脱臭処理容器中の液量が100g(供給開始から0.5時間目)に達したところで、撹拌を開始した。脱臭処理容器中の液量が500g(供給開始から2.5時間目)に達したところで、0.2MPaの加圧水蒸気を、水性ポリマーエマルション(A)100部に対して0.1部/minの供給量で水蒸気供給管を通じて液中に吹き込みながら、排気ポンプを用いて系内の水蒸気を排気管を通じて排気することによりフラスコ内の圧力を15KPaに減圧し、系内を水が沸騰している状態に維持した。脱臭処理容器中の液量が1000g(供給開始から5時間目)に達したところで、水性ポリマーエマルション(A)の供給量と等量の液体(エマルション)を系外に抜き出し、連続的に脱臭処理を実施した。なお、脱臭処理中は適宜25%アンモニア水を添加し、pHを7~9の範囲に維持した。
<実施例17~24>
 脱臭処理時の容器内圧力、容器内温度及び水蒸気供給口の位置を表3に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<実施例25>
 上記製造例1の水性ポリマーエマルション(A)が入った反応釜(内径:1200mm)に、水蒸気供給管及び排気管を取り付け、液温を55℃に昇温した。水蒸気供給管は管径50mmのパイプとし、Φ1mmの孔を30個有する平板をパイプの先端部に取り付け、平板を取り付けた側のパイプ端部を脱臭処理容器の底部から脱臭処理容器内に挿入し、撹拌翼の近傍(翼径:680mmの撹拌翼の下方であって、撹拌翼の下端との距離D3が150mmの位置、かつ撹拌翼の上方から下方に見て撹拌翼と水蒸気供給口とが重なる位置)に水蒸気供給口を配置した(図1参照)。撹拌翼には3枚後退翼を用いた。なお、水蒸気供給口の口径は平板に設けた孔の直径に相当し、1mmである。
 続いて、25%アンモニア水でpHを8に調整した後に、圧力0.2MPaの加圧水蒸気を、水性ポリマーエマルション(A)100部に対して0.1部/minで液中に吹き込みながら、排気ポンプで系内の水蒸気を排気することにより処理容器内の圧力を15KPaに減圧し、系内を水が沸騰している状態に維持した。脱臭処理中、適宜25%アンモニア水を添加し、pHを7~9の範囲を維持した。加圧水蒸気の吹き込みを5時間かけて行うことにより、合計で水蒸気を30部供給した。
<比較例1>
 脱臭処理時の容器内圧力を20KPa(水が沸騰しない状態)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で、脱臭処理を実施した。
<比較例2>
 脱臭処理時に加圧水蒸気を供給しなかった以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<比較例3>
 脱臭処理時の容器内圧力及び容器内温度を表4に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法で、脱臭処理を実施した。しかし、泡立ちが多く、真空の制御が困難であったため、1時間で停止した。
<比較例4>
 脱臭処理時の容器内圧力及び容器内温度を表4に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<比較例5>
 水蒸気供給管を、管径10mmのパイプ(水蒸気供給口の口径:10mm、金網の取り付け無し)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
<比較例6>
 水蒸気供給管を、管径1mmのパイプの先端に400メッシュの金網を取り付けたもの(水蒸気供給口の口径:0.034mm)に変更した以外は、実施例1と同様の方法で脱臭処理を実施した。
3.評価
 実施例1~25及び比較例1~6で得られた脱臭処理後の水性ポリマーエマルション及び脱臭処理時の状況につき、以下の測定及び評価を行った。
<脱臭処理時の処理容器内の液面状態>
 脱臭処理時に液面の状態を目視により評価した。
(評価基準)
○:液面の泡立ちが少なく、かつ凝集物の浮遊もない(良好)
△:液面の泡立ちは多いが、凝集物の浮遊はない(可)
×:液面の泡立ちが激しく真空制御不可、又は液面に凝集物の浮遊あり(不良)
<凝集物量>
 脱臭処理後の水性ポリマーエマルションを500g採取し、予め重さを測定しておいた100メッシュ(目開き寸法:0.154mm)の金網[100メッシュの金網の重さ=N(g)]によりろ過した。金網上の残留物を蒸留水で洗浄して、50℃の熱風循環式乾燥機中で1日間静置し、23℃50%RHにて1日間静置した後に100メッシュの金網ごと質量[M(g)]を測定した。下記式(4)により、脱臭処理後の水性ポリマーエマルション(A)中の凝集物量を求めた。
凝集物量(ppm)=[(M-N)/500]×10  …(4)
<処理容器の壁面汚れ具合>
 脱臭処理後の処理容器から水性ポリマーエマルションを容器外に抜き出した後、蒸留水で洗浄した後の処理容器の壁面における汚れ具合を目視により観察し、評価した。
(評価基準)
◎:エマルション浸漬部の全表面積に対して10%未満の表面部分に凝集物の付着あり(大変良好)
○:エマルション浸漬部の全表面積に対して10%以上50%未満の表面部分に凝集物の付着有り(良好)
△:エマルション浸漬部の全表面積に対して50%以上70%未満の表面部分に凝集物の付着有り(可)
×:エマルション浸漬部の全表面積に対して70%以上の表面部分に凝集物の付着あり(不良)
<経時安定性>
 脱臭処理後の水性ポリマーエマルションに蒸留水を加えて、固形分濃度20%に調整した。この水性ポリマーエマルション(固形分濃度:20%)を100mLガラス容器に50g採取し、密封して、50℃の熱風循環式乾燥機中で7日間静置して、23℃50%RHにて1日間静置した後の外観を目視により確認した。
(評価基準)
◎:変化なし(大変良好)
○:わずかに凝集沈降等の変化はあるが、振とうすることで解消される(良好)
△:わずかに凝集沈降等の変化があり、振とうしても解消されない(可)
×:凝集沈降がある(不良)
<処理液の臭気>
 100mLガラス容器に、脱臭処理後の水性ポリマーエマルションを80g採取し、蓋をして密封して、40℃の熱風循環式乾燥機中で1時間静置した後、直ちに取り出して、蓋を取った際の臭気を官能試験にて評価した。
(評価基準)
◎:ほとんど臭気を感じない(大変良好)
○:僅かに臭気を感じる(良好)
△:臭気を感じる(可)
×:強い臭気有り(不良)
<揮発性有機化合物の含有濃度>
 揮発性有機化合物(未反応の単量体及びアルコール)の含有量をガスクロマトグラフィー(株式会社島津製作所製GC-2014、カラム:ジーエルサイエンス株式会社製DB-1、キャリアガス:窒素、検出器:水素炎イオン化検出器)により測定し、未反応の単量体及びアルコールのそれぞれの含有濃度を求めた。ガスクロマトグラフィーの測定に際しては、エマルション0.5g、エタノール4.0gと20%塩化カルシウム水溶液0.3gを混合して10分間静置し、12000rpm×10分で遠心分離して、上澄みを1.5g取り、これに内部標準としてエチレングリコールモノメチルアセテートの1%水溶液0.05gを加えた溶液をガスクロマトグラフィーの注入液とした。
 実施例1~25、比較例1~6の水性ポリマーエマルションにつき、脱臭処理時の処理容器内の液面状態、凝集物量、処理容器の壁面汚れ具合、経時安定性、揮発性有機化合物由来の臭気、及び揮発性有機化合物の含有濃度を評価した結果を表1~表4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表1~表4の結果から明らかなように、本製造方法により脱臭処理を行った実施例1~25によれば、減圧が可能な汎用の装置を用いて、しかも比較的低温かつ短時間で、水性ポリマーエマルション中の揮発性有機化合物が微小量にまで低減された低臭気の水性ポリマーエマルションを容易に得ることができることが分かった。また、本製造方法により得られる水性ポリマーエマルションは、経時での安定性にも優れ、長期保管しても品質の劣化が生じにくいことが明らかとなった。更に、実施例1~25は、脱臭処理時及び脱臭処理後の容器内部の壁面の汚れも少なく、処理容器内の温度制御性や生産性に優れているといえる。
 一方、比較例1及び比較例2は、エマルション中の揮発性有機化合物の低減具合が不十分であった。比較例3は、容器内圧力が10KPaと低いため、加圧水蒸気の吹込み時に泡立ちが多く、真空の制御が困難であった。比較例4は、容器内温度を95℃と高温であるため、エマルションの皮張りによる凝集物が多かった。また、エマルションに過大な熱履歴が掛かるため、経時安定性も低下した。比較例5は、ポリマー粒子の凝集物が多く発生した。比較例6は、比D2/D1が大きく、加圧水蒸気の泡が細かくなりすぎて液面から発泡し、処理容器の壁面汚れが発生した。
 本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1.  低臭気エマルションを製造する方法であって、
     減圧が可能な処理容器に水性ポリマーエマルションを仕込み、前記水性ポリマーエマルションの温度を50℃~90℃の範囲にし、前記処理容器内の圧力を12KPa~57KPaの範囲にして、かつ前記処理容器内を水が沸騰する状態に維持して、前記処理容器内に供給通路を通じて加圧水蒸気を供給する工程と、
     前記処理容器内の気相部の水蒸気と、前記水性ポリマーエマルションから揮発した揮発性有機化合物とを系外に排出する工程と、を含み、
     前記供給通路から前記処理容器内に前記加圧水蒸気を供給するための供給口の口径と、前記処理容器の内径との比が、前記供給口の口径1に対して前記処理容器の内径が30~3000である、方法。
  2.  前記水性ポリマーエマルションの量と、前記処理容器内に供給される加圧水蒸気の総量との割合が、前記水性ポリマーエマルション100質量部当たり、前記加圧水蒸気が5~100質量部である、請求項1に記載の方法。
  3.  前記低臭気エマルション中の前記揮発性有機化合物の濃度が300ppm以下である、請求項1又は2に記載の方法。
  4.  前記水性ポリマーエマルションのpHを5~10の範囲に維持しながら、前記加圧水蒸気を供給する、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
  5.  前記供給口の口径と前記処理容器の内径との比が、前記供給口の口径1に対して前記処理容器の内径が350~3000である、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
  6.  前記処理容器の内部に撹拌機を備え、
     前記撹拌機における撹拌翼の近傍に前記供給口が配置されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
  7.  前記低臭気エマルション中の前記揮発性有機化合物の濃度が100ppm以下である、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
  8.  前記低臭気エマルション中のアルコール濃度が100ppm以下である、請求項1~7のいずれか一項に記載の方法。
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