WO2024190477A1 - 低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法 - Google Patents

低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法 Download PDF

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友浩 樽野
孝幸 山本
充宏 金田
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    • Y02P20/54—Improvements relating to the production of bulk chemicals using solvents, e.g. supercritical solvents or ionic liquids

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer.
  • (Meth)acrylic polymers have traditionally been produced by polymerization methods such as solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization, and bulk polymerization.
  • solution polymerization generally uses an organic solvent as the medium, making it easy to control the temperature during the polymerization reaction, and can easily polymerize the resulting (meth)acrylic polymer regardless of whether it has a low or high glass transition temperature (Tg). For this reason, solution polymerization is widely used to produce (meth)acrylic polymers.
  • Patent Document 1 a method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer by radical polymerization using carbon dioxide as a diluent has been disclosed.
  • the object of the present invention is to provide a means for improving productivity in a method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer by radical polymerization in the presence of at least one fluid selected from a high pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid.
  • a method for producing a low-molecular-weight (meth)acrylic polymer according to an embodiment of the present invention is a method for producing a low-molecular-weight (meth)acrylic polymer having a weight-average molecular weight of 100,000 or less, which comprises radically polymerizing a monomer component containing a (meth)acrylic monomer using a polymerization initiator in the presence of at least one fluid selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid, and carrying out at least one of the following (a) and (b): (a) When the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is T° C., the polymerization temperature of the radical polymerization is set to (T+10)° C.
  • the polymerization initiator As the polymerization initiator, a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of 40° C. or higher is used. [2] In the method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer according to the above [1], the polymerization temperature may be set to (T+15)° C. or higher. [3] In the method for producing a low-molecular-weight (meth)acrylic polymer according to the above [1] or [2], the polymerization initiator may have a 10-hour half-life temperature of 55° C. or lower.
  • the fluid may be a supercritical fluid.
  • the supercritical fluid may be carbon dioxide in a supercritical state.
  • a low molecular weight (meth)acrylic polymer can be produced with high productivity by radical polymerization in the presence of at least one fluid selected from a high pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid.
  • weight which is the commonly used SI unit for indicating weight. Conversely, when the term “mass” appears in this specification, it may be read as “weight,” which is the commonly used conventional unit for indicating weight.
  • (meth)acrylic means “acrylic and/or methacrylic
  • the term “(meth)acrylate” means “acrylate and/or methacrylate
  • the term “(meth)allyl” means “allyl and/or methallyl”
  • the term “(meth)acrolein” means "acrolein and/or methacrolein”.
  • the method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer according to an embodiment of the present invention is a method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer having a weight average molecular weight of 100,000 or less.
  • the low molecular weight (meth)acrylic polymer having a weight average molecular weight of 100,000 or less obtained by the method for producing a low molecular weight (meth)acrylic polymer according to an embodiment of the present invention may be simply referred to as a "low molecular weight (meth)acrylic polymer" below.
  • the weight average molecular weight of the low molecular weight (meth)acrylic polymer is preferably 500 to 100,000, more preferably 1,000 to 50,000, even more preferably 2,000 to 30,000, and particularly preferably 3,000 to 10,000.
  • radical polymerization is used in the presence of at least one fluid selected from high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid.
  • radical polymerization is carried out in the presence of at least one fluid selected from high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid, so there is no need to use organic solvents, and no need to recover or treat organic solvents, which is not only preferable from a cost perspective, but also from an environmental perspective.
  • the present invention unlike the emulsion polymerization method and suspension polymerization method, it is not necessary to use an emulsifier or dispersant. This makes it possible to prevent the emulsifier or dispersant from being mixed into the obtained low molecular weight (meth)acrylic polymer.
  • radical polymerization is carried out in the presence of at least one fluid selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid, so that the monomer components can be well dispersed in the system regardless of the hydrophilic or hydrophobic properties of the monomer components. Therefore, even if, for example, two or more monomers with different hydrophilic properties are used as the monomer components, according to an embodiment of the present invention, the monomer components are dispersed with good dispersibility in the system, so that a low molecular weight (meth)acrylic polymer having a uniform composition can be produced.
  • the dilution effect of carbon dioxide allows the monomer component to be well dispersed in the system, making it easy to control the reactivity.
  • solid residues other than the low molecular weight (meth)acrylic polymer can be removed by at least one fluid selected from a high pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid. Therefore, the low molecular weight (meth)acrylic polymer can be easily separated with high purity without performing complicated operations.
  • the fluid is at least one selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid, and is preferably a supercritical fluid in that it can more effectively exert the effects of the present invention, and more preferably carbon dioxide in a supercritical state.
  • the at least one fluid selected from the high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid may be "at least one fluid selected from the high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid" during radical polymerization. That is, for example, even if it is not “at least one fluid selected from the high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid" before radical polymerization, typically when it is supplied to a high-pressure polymerization reactor, it may be "at least one fluid selected from the high-pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid” when it is supplied to the high-pressure polymerization reactor and the reactor is pressurized.
  • the carbon dioxide does not have to be in a supercritical state when it is supplied to the high-pressure polymerization reactor, and it may be "carbon dioxide in a supercritical state” when it is supplied to the high-pressure polymerization reactor and the reactor is pressurized.
  • the term "fluid material” refers to a material that becomes at least one type of fluid selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid in a high-pressure polymerization reactor during radical polymerization, but is not in a fluid state before being supplied to the high-pressure polymerization reactor (e.g., carbon dioxide, etc.).
  • the amount of carbon dioxide (which becomes supercritical carbon dioxide in a high-pressure polymerization reactor during radical polymerization) used may be any appropriate amount within the range that does not impair the effects of the present invention.
  • the amount of carbon dioxide used is preferably 5 parts by weight or more, more preferably 5 to 2000 parts by weight, and even more preferably 20 to 900 parts by weight, per 100 parts by weight of the monomer component.
  • the carbon dioxide (which becomes supercritical carbon dioxide in the high-pressure polymerization reactor during radical polymerization) is preferably high-purity carbon dioxide, and the purity of the carbon dioxide is preferably 95% or more, more preferably 98% or more, even more preferably 99% or more, and particularly preferably 99.5% or more.
  • At least one fluid selected from high pressure gas fluid, supercritical fluid, and subcritical fluid is sufficient.
  • an organic solvent e.g., toluene, hexane, ethyl acetate
  • toluene, hexane, ethyl acetate may be used in combination to improve mixability.
  • the monomer component includes a (meth)acrylic monomer.
  • the (meth)acrylic monomer may be of only one type or of two or more types.
  • the content of the (meth)acrylic monomer in the monomer component may be any appropriate content depending on the purpose, as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • the content of the (meth)acrylic monomer in the monomer component is preferably 50% by weight to 100% by weight, more preferably 70% by weight to 100% by weight, even more preferably 90% by weight to 100% by weight, and particularly preferably 95% by weight to 100% by weight.
  • Examples of (meth)acrylic monomers include (meth)acrylic acid, (meth)acrylic acid alkyl esters, alicyclic structure-containing acrylic monomers, aromatic ring-containing acrylic monomers, hydroxyl group-containing acrylic monomers, epoxy group-containing acrylic monomers, alkoxy group-containing acrylic monomers, amide group-containing acrylic monomers, cyano group-containing acrylic monomers, amino group-containing acrylic monomers, isocyanate group-containing acrylic monomers, aziridine group-containing acrylic monomers, halogen atom-containing acrylic monomers, silicon atom-containing acrylic monomers, and polyfunctional acrylic monomers.
  • the (meth)acrylic monomer preferably contains an alicyclic structure-containing acrylic monomer.
  • the content of the alicyclic structure-containing acrylic monomer in the (meth)acrylic monomer is preferably 50% by weight to 100% by weight, more preferably 70% by weight to 100% by weight, even more preferably 90% by weight to 100% by weight, and particularly preferably 95% by weight to 100% by weight.
  • any appropriate (meth)acrylic acid alkyl ester may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • examples of such (meth)acrylic acid alkyl esters include methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, propyl (meth)acrylate, isopropyl (meth)acrylate, n-butyl (meth)acrylate, isobutyl (meth)acrylate, s-butyl (meth)acrylate, t-butyl (meth)acrylate, pentyl (meth)acrylate, hexyl (meth)acrylate, heptyl (meth)acrylate, octyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, ethyl ...
  • acrylates examples include isooctyl acrylate, nonyl (meth)acrylate, isononyl (meth)acrylate, decyl (meth)acrylate, isodecyl (meth)acrylate, undecyl (meth)acrylate, dodecyl (meth)acrylate, tridecyl (meth)acrylate, tetradecyl (meth)acrylate, pentadecyl (meth)acrylate, hexadecyl (meth)acrylate, heptadecyl (meth)acrylate, octadecyl (meth)acrylate, nonadecyl (meth)acrylate, and eicosyl (meth)acrylate.
  • Any appropriate alicyclic structure-containing acrylic monomer may be used as the alicyclic structure-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • Examples of such alicyclic structure-containing acrylic monomers include monocyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomers and polycyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomers.
  • any appropriate monocyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomer may be used as long as it is an acrylic monomer having a monocyclic hydrocarbon ring and does not impair the effects of the present invention.
  • monocyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomers include cyclopentyl (meth)acrylate, cyclohexyl (meth)acrylate, cycloheptyl (meth)acrylate, and cyclooctyl (meth)acrylate.
  • any appropriate polycyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomer may be used as long as it is an acrylic monomer having a polycyclic hydrocarbon ring and does not impair the effects of the present invention.
  • Examples of such polycyclic hydrocarbon ring-containing acrylic monomers include dicyclopentanyl (meth)acrylate, dicyclopentanyloxyethyl (meth)acrylate, tricyclopentanyl (meth)acrylate, 1-adamantyl (meth)acrylate, 2-methyl-2-adamantyl (meth)acrylate, 2-ethyl-2-adamantyl (meth)acrylate, bornyl (meth)acrylate, norbornyl (meth)acrylate, and isobornyl (meth)acrylate.
  • aromatic ring-containing acrylic monomer Any appropriate aromatic ring-containing acrylic monomer may be used as the aromatic ring-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • aromatic ring-containing acrylic monomers include phenyl (meth)acrylate, naphthyl (meth)acrylate, phenoxyethyl (meth)acrylate, and benzyl (meth)acrylate.
  • any appropriate hydroxyl group-containing acrylic monomer may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • examples of such hydroxyl group-containing acrylic monomers include hydroxyethyl (meth)acrylate, hydroxypropyl (meth)acrylate, hydroxybutyl (meth)acrylate, hydroxyhexyl (meth)acrylate, hydroxyoctyl (meth)acrylate, hydroxydecyl (meth)acrylate, hydroxylauryl (meth)acrylate, (meth)acrylic acid monoester of polyethylene glycol, (meth)acrylic acid monoester of polypropylene glycol, and [4-(hydroxymethyl)cyclohexyl]methyl methacrylate.
  • epoxy group-containing acrylic monomer Any appropriate epoxy group-containing acrylic monomer may be used as the epoxy group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • epoxy group-containing acrylic monomers include glycidyl (meth)acrylate and methylglycidyl (meth)acrylate.
  • alkoxy group-containing acrylic monomer any appropriate alkoxy group-containing acrylic monomer may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • alkoxy group-containing acrylic monomers include methoxyethyl (meth)acrylate, ethoxyethyl (meth)acrylate, propoxyethyl (meth)acrylate, butoxyethyl (meth)acrylate, and ethoxypropyl (meth)acrylate.
  • Any appropriate amide group-containing acrylic monomer may be used as the amide group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • Examples of such amide group-containing acrylic monomers include (meth)acrylamide, N,N-dimethyl(meth)acrylamide, N-butyl(meth)acrylamide, and N-hydroxy(meth)acrylamide.
  • Any appropriate cyano group-containing acrylic monomer may be used as the cyano group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • An example of such a cyano group-containing acrylic monomer is (meth)acrylonitrile.
  • amino group-containing acrylic monomer Any appropriate amino group-containing acrylic monomer may be used as the amino group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • amino group-containing acrylic monomers include aminoethyl (meth)acrylate, N,N-dimethylaminoethyl (meth)acrylate, and t-butylaminoethyl (meth)acrylate.
  • Any appropriate isocyanate group-containing acrylic monomer may be used as the isocyanate group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • An example of such an isocyanate group-containing acrylic monomer is 2-(meth)acryloyloxyethyl isocyanate.
  • aziridine group-containing acrylic monomer Any appropriate aziridine group-containing acrylic monomer may be used as the aziridine group-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • An example of such an aziridine group-containing acrylic monomer is (meth)acryloylaziridine.
  • Any appropriate halogen atom-containing acrylic monomer may be used as the halogen atom-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • An example of such a halogen atom-containing acrylic monomer is 2-chloroethyl (meth)acrylate.
  • silicon-atom-containing acrylic monomer Any appropriate silicon-atom-containing acrylic monomer may be used as the silicon atom-containing acrylic monomer as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • silicon atom-containing acrylic monomers include ⁇ -(meth)acryloyloxypropyltrimethoxysilane and (meth)acryloyloxyalkyl (di- or mono-)alkoxysilanes corresponding to the (meth)acryloyloxyalkyltrialkoxysilane.
  • any appropriate polyfunctional acrylic monomer may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • examples of such polyfunctional acrylic monomers include hexanediol di(meth)acrylate, (poly)ethylene glycol di(meth)acrylate, (poly)propylene glycol di(meth)acrylate, neopentyl glycol di(meth)acrylate, pentaerythritol di(meth)acrylate, glycerin di(meth)acrylate, trimethylolpropane tri(meth)acrylate, pentaerythritol tri(meth)acrylate, dipentaerythritol hexa(meth)acrylate, epoxy acrylate, polyester acrylate, urethane acrylate, divinylbenzene, butyl di(meth)acrylate, and hexyl di(meth)acrylate.
  • any other appropriate monomer capable of radical polymerization with the above (meth)acrylic monomer can be used within the scope of not impairing the effects of the present invention.
  • examples of such other monomers include carboxyl group-containing vinyl monomers such as itaconic acid, maleic acid, fumaric acid, crotonic acid, and isocrotonic acid, and their acid anhydrides (maleic anhydride, isocrotonic anhydride, etc.); vinyl ester monomers such as vinyl acetate and vinyl propionate; styrene monomers such as styrene, ⁇ -methylstyrene, and vinyltoluene; olefin monomers such as ethylene, propylene, isoprene, and butadiene; halogen atom-containing vinyl monomers such as vinyl chloride and vinylidene chloride; methyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, and the like.
  • vinyl ether monomers such as ether; imide group-containing monomers such as N-cyclohexylmaleimide and N-isopropylmaleimide; sulfonic acid group-containing monomers such as sodium vinyl sulfonate; phosphate group-containing monomers such as 2-hydroxyethyl acryloyl phosphate; heterocycle-containing vinyl monomers such as N-vinyl-2-pyrrolidone, N-vinylpyridine, N-vinylpiperidone, N-vinylpyrimidine, N-vinylpiperazine, N-vinylpyrazine, N-vinylpyrrole, N-vinylimidazole, and N-vinyloxazole.
  • imide group-containing monomers such as N-cyclohexylmaleimide and N-isopropylmaleimide
  • sulfonic acid group-containing monomers such as sodium vinyl sulfonate
  • phosphate group-containing monomers such as 2-hydroxy
  • a preferred embodiment (1) of the radical polymerization in the production method of the present invention is an embodiment in which, when the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator used is T°C, the polymerization temperature of the radical polymerization is set to (T+10)°C or higher.
  • the polymerization temperature of the radical polymerization is, as described above, (T+10)°C or higher, preferably (T+13)°C or higher, and more preferably (T+15)°C or higher.
  • the upper limit of the polymerization temperature of the radical polymerization is preferably (T+30)°C or lower, and more preferably (T+25)°C or lower.
  • T°C when the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is T°C, setting the polymerization temperature of the radical polymerization within the above range can effectively promote the cleavage of the polymerization initiator, making it possible to shorten the polymerization time. Therefore, low molecular weight (meth)acrylic polymers can be produced with high productivity.
  • radical polymerization is carried out in at least one fluid selected from a high pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid, typically in a high pressure polymerization reactor. Therefore, in embodiment (1), even if the polymerization temperature of the radical polymerization is set within the above range, the problem of troubles such as bumping caused by a sudden increase in pressure in the polymerization system can be suppressed, and low molecular weight (meth)acrylic polymers can be produced safely and with high productivity.
  • any appropriate polymerization initiator may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • examples of such polymerization initiators include thermal polymerization initiators and photopolymerization initiators.
  • the polymerization initiator may be of only one type, or of two or more types.
  • thermal polymerization initiators examples include 2,2'-azobisisobutyronitrile, 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis(2-methylbutyronitrile), 1,1'-azobis(cyclohexane-1-carbonitrile), 2,2'-azobis(2,4,4-trimethylpentane), dimethyl-2,2'-azobis(2-methylpropionate), 4,4'-azobis(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-tridecafluorooctyl-4-cyanopentanoate), 2,2'-azobis(N-butyl-2-methyl
  • the photopolymerization initiator include azo-based polymerization initiators such as dimethyl-1,1'-azobis(1-cyclohexanecarboxylate) and dimethyl-1,1'-azobis(1-cyclohexanecarboxylate); peroxide-based polymerization initiators such as benzoyl peroxid
  • photopolymerization initiator examples include 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylethane-1-one, 1-hydroxycyclohexyl phenyl ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one, and bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphine oxide.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is preferably 40°C or higher, more preferably 43°C or higher, and even more preferably 45°C or higher.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is preferably 80°C or lower, more preferably 70°C or lower, even more preferably 60°C or lower, and particularly preferably 55°C or lower.
  • the polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature within the above range may be appropriately selected from any appropriate polymerization initiator, such as the above-mentioned thermal polymerization initiators and photopolymerization initiators.
  • the polymerization initiator is stable at room temperature, and polymerization of the monomer components can be prevented from starting before the temperature in the high-pressure polymerization reactor is raised (typically, near room temperature). Also, if the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is within the above range, the polymerization temperature can be set low because the cleavage temperature of the polymerization initiator is low. In other words, even if the polymerization temperature is low, the cleavage of the polymerization initiator is effectively promoted, and energy costs can be reduced.
  • the polymerization initiator may become less stable at room temperature, or polymerization of the monomer components may start before the temperature in the high-pressure polymerization reactor is raised. If the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is too high outside the above range, the cleavage temperature of the polymerization initiator becomes high, and it is necessary to raise the polymerization temperature, which may increase energy costs.
  • the amount of polymerization initiator used may be any appropriate amount as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • the amount used is preferably 0.005 to 20 parts by weight, and more preferably 0.05 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of the monomer component.
  • a chain transfer agent may be used in the radical polymerization to adjust the molecular weight of the low molecular weight (meth)acrylic polymer. Any appropriate chain transfer agent may be used as the chain transfer agent as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • chain transfer agents examples include alkyl mercaptans having 1 to 15 carbon atoms (such as lauryl mercaptan), benzyl mercaptan, glycidyl mercaptan, thioglycolic acid, 2-ethylhexyl thioglycolate, 3-mercaptopropionic acid, 2-mercaptoethanol, ⁇ -thioglycerol, benzyl alcohol, ⁇ -methylbenzyl alcohol, 2,3-dimethylcapto-1-propanol, and ⁇ -methylstyrene dimer.
  • alkyl mercaptans having 1 to 15 carbon atoms such as lauryl mercaptan
  • benzyl mercaptan glycidyl mercaptan
  • thioglycolic acid 2-ethylhexyl thioglycolate
  • 3-mercaptopropionic acid 2-mercaptoethanol
  • 2-mercaptoethanol ⁇ -thiogly
  • Oligomers such as rosin acid, rosin acid esters, and terpene resins may also be used to adjust the molecular weight instead of the chain transfer agent. Any appropriate amount of the chain transfer agent or the oligomers may be used as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • the amount of chain transfer agent used is, for example, preferably 0.005 to 20 parts by weight, and more preferably 0.05 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of the monomer component.
  • a monomer component, a polymerization initiator, a fluid material that becomes at least one type of fluid selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid in a high-pressure polymerization reactor during radical polymerization, and a chain transfer agent as necessary are placed in a high-pressure polymerization reactor and radically polymerized to obtain a low molecular weight (meth)acrylic polymer.
  • the polymerization initiator may be supplied to the high-pressure polymerization reactor separately from the monomer component, or may be supplied to the high-pressure polymerization reactor in the form of a mixture in which it is previously mixed with the monomer component.
  • the chain transfer agent may be supplied to the high-pressure polymerization reactor separately from the monomer component, or may be supplied to the high-pressure polymerization reactor in the form of a mixture in which it is previously mixed with the monomer component.
  • the cleavage of the polymerization initiator can be effectively promoted, so that the polymerization time during radical polymerization can be shortened, and is preferably 10 hours or less, more preferably 8 hours or less, even more preferably 6 hours or less, particularly preferably 4 hours or less, and most preferably 2 hours or less.
  • the lower limit of the polymerization time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and even more preferably 10 minutes or more.
  • the pressure during radical polymerization can be set appropriately depending on conditions such as the polymerization temperature.
  • a polymerization pressure is preferably 5.73 MPa to 40 MPa, more preferably 7.3 MPa to 30 MPa, and even more preferably 10 MPa to 25 MPa.
  • the polymerization pressure and polymerization temperature may be set in several stages, or may be set to change continuously, as necessary.
  • Another preferred embodiment (2) of the radical polymerization in the production method of the present invention is an embodiment in which a polymerization initiator having a 10-hour half-life temperature of 40° C. or higher is used as the polymerization initiator.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is, as described above, 40°C or higher, preferably 43°C or higher, and more preferably 45°C or higher.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is preferably 80°C or lower, more preferably 70°C or lower, even more preferably 60°C or lower, and particularly preferably 55°C or lower, in order to further enhance the effects of the present invention.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator if the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is within the above range, the stability of the polymerization initiator at room temperature is improved, and the initiation of polymerization of the monomer components in a state before the temperature in the high-pressure polymerization reactor is increased (typically, around 15°C to 37°C) can be suppressed.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is within the above range, the polymerization temperature can be set low because the cleavage temperature of the polymerization initiator is low. In other words, even if the polymerization temperature is low, the cleavage of the polymerization initiator is effectively promoted, and energy costs can be reduced.
  • the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is too low outside the above range, the polymerization initiator may become less stable at room temperature, or the polymerization of the monomer components may start before the temperature in the high-pressure polymerization reactor is raised. If the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is too high outside the above range, the cleavage temperature of the polymerization initiator becomes high, making it necessary to raise the polymerization temperature, which may increase energy costs.
  • radical polymerization (1) For polymerization initiators with a 10-hour half-life temperature of 40°C or higher, the explanation in the above section 1-2. Preferred embodiment of radical polymerization (1) may be used.
  • the amount of polymerization initiator used may be any appropriate amount as long as it does not impair the effects of the present invention.
  • the amount used is preferably 0.005 to 20 parts by weight, and more preferably 0.05 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of the monomer component.
  • a chain transfer agent may be used in the radical polymerization to adjust the molecular weight of the low molecular weight (meth)acrylic polymer.
  • the explanation related to the chain transfer agent may be found in the above section 1-2.
  • a monomer component, a polymerization initiator, a fluid material that becomes at least one fluid selected from a high-pressure gas fluid, a supercritical fluid, and a subcritical fluid in the high-pressure polymerization reactor during radical polymerization, and a chain transfer agent as necessary are placed in the high-pressure polymerization reactor and radically polymerized to obtain a low molecular weight (meth)acrylic polymer.
  • the polymerization initiator may be supplied to the high-pressure polymerization reactor separately from the monomer component, or may be supplied to the high-pressure polymerization reactor in the form of a mixture in which it is previously mixed with the monomer component.
  • the chain transfer agent may be supplied to the high-pressure polymerization reactor separately from the monomer component, or may be supplied to the high-pressure polymerization reactor in the form of a mixture in which it is previously mixed with the monomer component.
  • the temperature during radical polymerization is preferably T°C or higher, more preferably (T+5)°C or higher, even more preferably (T+10)°C or higher, particularly preferably (T+13)°C or higher, and most preferably (T+15)°C or higher, when the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator is T°C.
  • the upper limit of the polymerization temperature for radical polymerization is preferably (T+30)°C or lower, more preferably (T+25)°C or lower, from the viewpoint of safety, etc.
  • T+50°C since the polymerization equipment is in a high-pressure environment, there is no problem even at higher temperatures, and since safety is guaranteed, it is possible to carry out the polymerization at or below (T+50°C).
  • the pressure during radical polymerization can be set appropriately depending on conditions such as the polymerization temperature.
  • a polymerization pressure is preferably 5.73 MPa to 40 MPa, more preferably 7.3 MPa to 30 MPa, and even more preferably 10 MPa to 25 MPa.
  • the time during radical polymerization is preferably 30 hours or less, more preferably 20 hours or less, even more preferably 10 hours or less, even more preferably 8 hours or less, even more preferably 6 hours or less, particularly preferably 4 hours or less, and most preferably 2 hours or less.
  • the lower limit of the polymerization time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and even more preferably 10 minutes or more.
  • the polymerization pressure and polymerization temperature may be set in several stages, or may be set to change continuously, as necessary.
  • the reaction mixture is preferably washed with the fluid used in the radical polymerization to remove residual monomers, polymerization initiators, chain transfer agents, and other residues.
  • Monomer components, a polymerization initiator, carbon dioxide as a fluid material, and optionally a chain transfer agent are supplied into a high-pressure polymerization reactor, and radical polymerization is carried out under stirring at a predetermined polymerization pressure and temperature for a predetermined polymerization time to prepare a low molecular weight (meth)acrylic polymer, after which stirring is stopped and the reaction mixture is allowed to stand.
  • This causes the reaction mixture to be phase-separated into an upper carbon dioxide layer containing carbon dioxide, and a lower low molecular weight (meth)acrylic polymer mixed layer containing the low molecular weight (meth)acrylic polymer and carbon dioxide.
  • the upper carbon dioxide layer may contain residual monomers, polymerization initiator, chain transfer agent, etc.
  • the upper layer is discharged while supplying carbon dioxide (fresh carbon dioxide) and replaced with carbon dioxide, and then, if necessary, the reaction mixture in the high-pressure polymerization reactor is mixed by stirring and then allowed to stand, causing phase separation into an upper carbon dioxide layer and a lower low molecular weight (meth)acrylic polymer mixed layer.
  • the operation of discharging the upper layer from the reaction vessel while supplying carbon dioxide into the high-pressure polymerization reactor is repeated, and washing can be performed multiple times using carbon dioxide as a diluent, thereby further removing residual monomers, polymerization initiators, chain transfer agents, and other residues from the reaction mixture.
  • the pressure when washing the reaction mixture with carbon dioxide may be any appropriate pressure within a range that does not impair the effects of the present invention.
  • a pressure is preferably from 7 MPa to the pressure during polymerization.
  • the exhaust port at the top of the high-pressure vessel was opened, and the inside of the high-pressure vessel was returned to normal pressure while exhausting carbon dioxide.
  • This operation of supplying and discharging carbon dioxide was repeated five times to replace the air remaining in the high pressure vessel with carbon dioxide.
  • high purity carbon dioxide was supplied (introduced) into the high pressure vessel at 25°C in the same manner as above, and the pressure was temporarily maintained at 7MPa. Thereafter, the external bath electric heater was heated in order to raise the temperature (internal temperature) in the high pressure vessel to 70°C.
  • the internal pressure was gradually increased, and when the internal temperature finally reached 80°C (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator + 15°C), the internal pressure was adjusted to 25MPa.
  • the polymerization was carried out by maintaining this state for 1 hour (i.e., the polymerization time was 1 hour).
  • the gas supply port at the bottom of the high-pressure vessel was opened, and then the exhaust port at the top was opened to supply high-purity carbon dioxide while discharging the carbon dioxide from the carbon dioxide layer in the high-pressure vessel through the trap.
  • the internal pressure was maintained at 25 MPa by a pressure-maintaining valve installed before the gas supply port.
  • the gas supply port and exhaust port were closed at the point when the carbon dioxide in the high-pressure vessel was almost replaced (when about 80 mL had been discharged), and the supply and discharge of carbon dioxide were stopped.
  • stirring was performed again to mix the high-purity carbon dioxide layer and the carbon dioxide layer containing the methacrylic polymer, and then the stirring was stopped and the mixture was left to stand to allow phase separation, and the operation of supplying and discharging carbon dioxide (replacement operation of carbon dioxide) was performed again.
  • Example 2 In Example 1, the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 77°C (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator + 12°C), the internal pressure was adjusted to 25 MPa and polymerization was carried out by maintaining this state for 3 hours (i.e., the polymerization time was 3 hours). Except for this, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight-average molecular weight of 5000. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 1.5% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Example 3 In Example 1, the amount of polymerization initiator was changed to 3.5 parts by weight, and the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 110°C (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator + 45°C), the internal pressure was adjusted to 25 MPa, and polymerization was carried out by maintaining this state for 3 hours (i.e., the polymerization time was 3 hours). Except for this, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 6250. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer components were 0.5% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Example 1 In Example 1, the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 65° C. (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator), the internal pressure was adjusted to 25 MPa, and polymerization was carried out by maintaining this state for 6 hours (i.e., the polymerization time was 6 hours). Except for this, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight-average molecular weight of 5,100. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 1.8% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 2 The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the polymerization time was changed to 3 hours, to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 5,400. Furthermore, when the residual components were measured, the monomer component was 10.4% by weight, and ⁇ -thioglycerol was 0.15% by weight. The results are shown in Table 1.
  • Comparative Example 3 The same procedure as in Comparative Example 1 was carried out except that the polymerization time was set to 1 hour, to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 5,900. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 62.5% by weight, and ⁇ -thioglycerol was 0.63% by weight. The results are shown in Table 1.
  • the exhaust port at the top of the high-pressure vessel was opened, and the inside of the high-pressure vessel was returned to normal pressure while discharging carbon dioxide.
  • This operation of supplying and discharging carbon dioxide was repeated five times to replace the air remaining in the high pressure vessel with carbon dioxide.
  • high purity carbon dioxide was supplied (introduced) into the high pressure vessel at 35°C in the same manner as above, and the pressure was temporarily maintained at 7MPa. Thereafter, the external bath electric heater was heated in order to raise the temperature (internal temperature) in the high pressure vessel to 70°C.
  • the internal pressure was gradually increased, and when the internal temperature finally reached 70°C (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator + 19°C), the internal pressure was adjusted to 25MPa.
  • the polymerization was carried out by maintaining this state for 1 hour (i.e., the polymerization time was 1 hour).
  • the gas supply port at the bottom of the high-pressure vessel was opened, and then the exhaust port at the top was opened to supply high-purity carbon dioxide while discharging the carbon dioxide from the carbon dioxide layer in the high-pressure vessel through the trap.
  • the internal pressure was maintained at 25 MPa by a pressure-maintaining valve installed before the gas supply port.
  • the gas supply port and exhaust port were closed at the point when the carbon dioxide in the high-pressure vessel was almost replaced (when about 80 mL had been discharged), and the supply and discharge of carbon dioxide were stopped.
  • stirring was performed again to mix the high-purity carbon dioxide layer and the carbon dioxide layer containing the methacrylic polymer, and then the stirring was stopped and the mixture was left to stand to allow phase separation, and the operation of supplying and discharging carbon dioxide (replacement operation of carbon dioxide) was performed again.
  • Example 5 In Example 4, the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 65°C (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator + 14°C), the internal pressure was adjusted to 25 MPa and polymerization was carried out by maintaining this state for 3 hours (i.e., the polymerization time was 3 hours). Except for this, the same procedure as in Example 4 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 5,300. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 0.8% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Example 6 The same procedure as in Example 5 was carried out except that the polymerization time was changed to 1 hour, to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 5,300. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 2.3% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Example 7 In Example 4, the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 51° C. (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator), the internal pressure was adjusted to 25 MPa, and polymerization was carried out by maintaining this state for 3 hours (i.e., the polymerization time was 3 hours). Except for this, the same procedure as in Example 4 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight-average molecular weight of 5,800. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer components were 9.2% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • Example 8 In Example 4, the internal pressure was increased stepwise by supplying carbon dioxide while increasing the internal temperature, and when the internal temperature finally reached 61° C. (i.e., the 10-hour half-life temperature of the polymerization initiator +10° C.), the internal pressure was adjusted to 25 MPa and polymerization was carried out by maintaining this state for 3 hours (i.e., the polymerization time was 3 hours). Except for this, the same procedure as in Example 4 was carried out to obtain a methacrylic polymer having a weight average molecular weight of 5,500. Furthermore, when the remaining components were measured, the monomer component was 4.5% by weight, and ⁇ -thioglycerol was below the detection limit (less than 0.05% by weight). The results are shown in Table 1.
  • a low molecular weight (meth)acrylic polymer can be produced with good productivity without using an organic solvent, and therefore the method can be used for producing an environmentally friendly low molecular weight (meth)acrylic polymer.

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Abstract

二酸化炭素を希釈剤として用いたラジカル重合によって、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法において、生産性を向上させる手段を提供する。 本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法は、重量平均分子量が10万以下の低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法であって、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、(メタ)アクリル系単量体を含む単量体成分を、重合開始剤を用いてラジカル重合させ、下記の(a)および(b)から選ばれる少なくとも1つを行う。(a)前記重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、前記ラジカル重合の重合温度を(T+10)℃以上に設定する。(b)前記重合開始剤として、10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤を用いる。

Description

低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法
 本発明は、低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法に関する。
 (メタ)アクリル系重合体は、従来、溶液重合方法、乳化重合方法、懸濁重合方法、塊状重合方法などの重合方法により製造されている。これらの重合方法のうち、溶液重合方法においては、一般に有機溶剤が媒体として用いられているため、重合反応の際の温度制御が容易であり、得られる(メタ)アクリル系重合体のガラス転移温度(Tg)が低いものであっても高いものであっても、容易に重合することができる。このため、(メタ)アクリル系重合体の製造には、溶液重合方法が広く利用されている。
 しかしながら、溶液重合方法においては、(メタ)アクリル系重合体のみを反応系内から取り出す際には、大量の有機溶剤を揮発させなければならず、この揮発に要するエネルギーおよび有機溶剤の回収や処理に手間がかかってしまうという問題がある。また、近年の環境問題の観点から、大量の有機溶剤の使用は好ましくない。
 上記の問題を解決し得る技術として、二酸化炭素を希釈剤として用いたラジカル重合によって、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法が開示されている(特許文献1)。
 特許文献1で報告されている技術においては、超臨界状態の二酸化炭素中で重合を行うため、高耐圧重合反応装置が必要である。例えば、特許文献1の実施例1、2においては、系内の内圧が最大で25MPaとなるため、この高圧に耐えられる高耐圧重合反応装置が必要である。ところが、このような高耐圧重合反応装置は非常に高価であるため、製造設備に対する減価償却費が高くなり、得られる低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造コストが大きくなるという問題がある。このため、生産性を向上させることにより、製造設備にかかるコストを回収する必要がある。
 したがって、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合によって、生産性良く製造する方法が求められる。
特許第4368710号公報
 本発明の課題は、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合によって、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法において、生産性を向上させる手段を提供することにある。
 [1]本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法は、重量平均分子量が10万以下の低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法であって、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、(メタ)アクリル系単量体を含む単量体成分を、重合開始剤を用いてラジカル重合させ、下記の(a)および(b)から選ばれる少なくとも1つを行う。
 (a)前記重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、前記ラジカル重合の重合温度を(T+10)℃以上に設定する。
 (b)前記重合開始剤として、10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤を用いる。
 [2]上記[1]に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法において、上記重合温度を(T+15)℃以上に設定してもよい。
 [3]上記[1]または[2]に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法において、上記重合開始剤の10時間半減期温度が55℃以下であってもよい。
 [4]上記[1]から[3]までのいずれかに記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法において、上記流体が超臨界流体であってもよい。
 [5]上記[4]に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法において、上記超臨界流体が、超臨界状態の二酸化炭素であってもよい。
 本発明の実施形態によれば、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合によって、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、高い生産性で製造することができる。
 本明細書中で「重量」との表現がある場合は、重さを示すSI系単位として慣用されている「質量」と読み替えてもよい。逆に、本明細書中で「質量」との表現がある場合は、従来一般に重さの単位として慣用されている「重量」と読み替えてもよい。
 本明細書中で「(メタ)アクリル」との表現がある場合は、「アクリルおよび/またはメタクリル」を意味し、「(メタ)アクリレート」との表現がある場合は、「アクリレートおよび/またはメタクリレート」を意味し、「(メタ)アリル」との表現がある場合は、「アリルおよび/またはメタリル」を意味し、「(メタ)アクロレイン」との表現がある場合は、「アクロレインおよび/またはメタクロレイン」を意味する。
≪≪1.低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法≫≫
 本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法は、重量平均分子量が10万以下の低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法である。以下、説明の便宜上、本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法によって得られる重量平均分子量が10万以下の低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、単に「低分子量(メタ)アクリル系重合体」と称することがある。
 低分子量(メタ)アクリル系重合体の重量平均分子量は、好ましくは500~100000であり、より好ましくは1000~50000であり、さらに好ましくは2000~30000であり、特に好ましくは3000~10000である。
 本発明の実施形態によれば、低分子量(メタ)アクリル系重合体は、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、(メタ)アクリル系単量体を含む単量体成分を、重合開始剤を用いてラジカル重合させて得られる。
 本発明の実施形態によれば、溶液重合方法、乳化重合方法、懸濁重合方法、塊状重合方法などの一般的な重合方法を採用しておらず、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合を利用している。このように、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合を行っているので、有機溶剤を使用する必要がなく、有機溶剤の回収や処理も不要となり、コスト面の観点から好ましいだけでなく、環境問題の観点からも好ましい。
 本発明の実施形態によれば、乳化重合方法や懸濁重合方法のように、乳化剤や分散剤を用いなくてもよい。このため、得られる低分子量(メタ)アクリル系重合体中への乳化剤や分散剤の混入を防止することができる。
 本発明の実施形態によれば、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、ラジカル重合を行うので、単量体成分の親水性や疎水性の特性に関係なく、単量体成分を系中に良好に分散させることができる。このため、単量体成分として、例えば、親水性の異なる2種以上の単量体が用いられていても、本発明の実施形態によれば、単量体成分は系中に良好な分散性で分散されるので、均一な組成を有する低分子(メタ)アクリル系重合体を製造することができる。
 本発明の実施形態によれば、単量体成分として、反応性の高いアクリル系単量体が用いられていても、二酸化炭素の希釈効果によって、単量体成分を系中に良好に分散させることができ、反応性を容易にコントロールすることができる。
 本発明の実施形態によれば、重合後、低分子量(メタ)アクリル系重合体以外の固形分として残る残存物は、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体により取り除くことができる。したがって、煩雑な操作を行わなくても、低分子量(メタ)アクリル系重合体を容易に且つ高純度で分離することができる。
 流体としては、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種であり、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは超臨界流体であり、より好ましくは、超臨界状態の二酸化炭素である。
 なお、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体は、ラジカル重合の際に「高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体」であればよい。すなわち、例えば、ラジカル重合の前、代表的には、高耐圧重合反応装置に供給する際には、「高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体」になっていなくても、高耐圧重合反応装置に供給して該装置を加圧した際に「高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体」になるものであればよい。具体的には、例えば、流体が「超臨界状態の二酸化炭素」である場合、高耐圧重合反応装置に供給する際の二酸化炭素は超臨界状態ではなくてもよく、高耐圧重合反応装置に供給して該装置を加圧した際に「超臨界状態の二酸化炭素」になればよい。なお、本明細書においては、ラジカル重合の際に高耐圧重合反応装置中で高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体となるものであって、高耐圧重合反応装置に供給する前など、流体の状態になっていないもの(例えば、二酸化炭素など)を「流体材料」と称することがある。
 二酸化炭素(ラジカル重合の際に高耐圧重合反応装置中で超臨界状態の二酸化炭素となるもの)の使用量としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な使用量を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、二酸化炭素の使用量は、単量体成分100重量部に対して、好ましくは5重量部以上であり、より好ましくは5重量部~2000重量部であり、さらに好ましくは20重量部~900重量部である。
 二酸化炭素(ラジカル重合の際に高耐圧重合反応装置中で超臨界状態の二酸化炭素となるもの)は、好ましくは、高純度の二酸化炭素であり、二酸化炭素の純度が、好ましくは95%以上であり、より好ましくは98%以上であり、さらに好ましくは99%以上であり、特に好ましくは99.5%以上である。
 流体としては、通常、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種のみで十分である。しかしながら、必要に応じて、混合性の改良等のために、有機溶剤(例えば、トルエン、ヘキサン、酢酸エチル)を併用してもよい。
≪1-1.単量体成分≫
 単量体成分は、(メタ)アクリル系単量体を含む。(メタ)アクリル系単量体は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
 単量体成分中の(メタ)アクリル系単量体の含有割合は、本発明の効果を損なわない範囲で、目的に応じて、任意の適切な含有割合を採用し得る。本発明の効果をより発現させ得る点で、単量体成分中の(メタ)アクリル系単量体の含有割合は、好ましくは50重量%~100重量%であり、より好ましくは70重量%~100重量%であり、さらに好ましくは90重量%~100重量%であり、特に好ましくは95重量%~100重量%である。
 (メタ)アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸アルキルエステル、脂環式構造含有アクリル系単量体、芳香族環含有アクリル系単量体、水酸基含有アクリル系単量体、エポキシ基含有アクリル系単量体、アルコキシ基含有アクリル系単量体、アミド基含有アクリル系単量体、シアノ基含有アクリル系単量体、アミノ基含有アクリル系単量体、イソシアネート基含有アクリル系単量体、アジリジン基含有アクリル系単量体、ハロゲン原子含有アクリル系単量体、ケイ素原子含有アクリル系単量体、多官能アクリル系単量体が挙げられる。
 本発明の効果をより発現させ得る点で、(メタ)アクリル系単量体は、好ましくは、脂環式構造含有アクリル系単量体を含む。(メタ)アクリル系単量体中の脂環式構造含有アクリル系単量体の含有割合は、好ましくは50重量%~100重量%であり、より好ましくは70重量%~100重量%であり、さらに好ましくは90重量%~100重量%であり、特に好ましくは95重量%~100重量%である。
 (メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な(メタ)アクリル酸アルキルエステルを採用し得る。このような(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2-エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸ノナデシル、(メタ)アクリル酸エイコシルが挙げられる。
 脂環式構造含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な脂環式構造含有アクリル系単量体を採用し得る。このような脂環式構造含有アクリル系単量体としては、例えば、単環式炭化水素環含有アクリル系単量体、多環式炭化水素環含有アクリル系単量体が挙げられる。
 単環式炭化水素環含有アクリル系単量体としては、単環式炭化水素環を有するアクリル系単量体であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な単環式炭化水素環含有アクリル系単量体を採用し得る。このような単環式炭化水素環含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸シクロヘプチル、(メタ)アクリル酸シクロオクチルが挙げられる。
 多環式炭化水素環含有アクリル系単量体としては、多環式炭化水素環を有するアクリル系単量体であれば、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な多環式炭化水素環含有アクリル系単量体を採用し得る。このような多環式炭化水素環含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸ジシクロペンタニルオキシエチル、(メタ)アクリル酸トリシクロペンタニル、(メタ)アクリル酸1-アダマンチル、(メタ)アクリル酸2-メチル-2-アダマンチル、(メタ)アクリル酸2-エチル-2-アダマンチル、(メタ)アクリル酸ボルニル、(メタ)アクリル酸ノルボルニル、(メタ)アクリル酸イソボルニルが挙げられる。
 芳香族環含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な芳香族環含有アクリル系単量体を採用し得る。このような芳香族環含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸フェニル、(メタ)アクリル酸ナフチル、(メタ)アクリル酸フェノキシエチル、(メタ)アクリル酸ベンジルが挙げられる。
 水酸基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な水酸基含有アクリル系単量体を採用し得る。このような水酸基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸ヒドロキシエチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシヘキシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシオクチル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシデシル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシラウリル、ポリエチレングリコールの(メタ)アクリル酸モノエステル体、ポリプロピレングリコールの(メタ)アクリル酸モノエステル体、[4-(ヒドロキシメチル)シクロへキシル]メチルメタクリレートが挙げられる。
 エポキシ基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なエポキシ基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなエポキシ基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸メチルグリシジルが挙げられる。
 アルコキシ基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なアルコキシ基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなアルコキシ基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸メトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシエチル、(メタ)アクリル酸プロポキシエチル、(メタ)アクリル酸ブトキシエチル、(メタ)アクリル酸エトキシプロピルが挙げられる。
 アミド基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なアミド基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなアミド基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリルアミド、N,N-ジメチル(メタ)アクリルアミド、N-ブチル(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシ(メタ)アクリルアミドが挙げられる。
 シアノ基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なシアノ基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなシアノ基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリロニトリルが挙げられる。
 アミノ基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なアミノ基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなアミノ基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸アミノエチル、(メタ)アクリル酸N,N-ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸t-ブチルアミノエチルが挙げられる。
 イソシアネート基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なイソシアネート基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなイソシアネート基含有アクリル系単量体としては、例えば、2-(メタ)アクリロイルオキシエチルイソシアネートが挙げられる。
 アジリジン基含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なアジリジン基含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなアジリジン基含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリロイルアジリジンが挙げられる。
 ハロゲン原子含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なハロゲン原子含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなハロゲン原子含有アクリル系単量体としては、例えば、(メタ)アクリル酸2-クロロエチルが挙げられる。
 ケイ素原子含有アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切なケイ素原子含有アクリル系単量体を採用し得る。このようなケイ素原子含有アクリル系単量体としては、例えば、γ-(メタ)アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、該(メタ)アクリロイルオキシアルキルトリアルコキシシランに対応した(メタ)アクリロイルオキシアルキル(ジ又はモノ)アルコキシシランが挙げられる。
 多官能アクリル系単量体としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な多官能アクリル系単量体を採用し得る。このような多官能アクリル系単量体としては、例えば、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、(ポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレート、ジビニルベンゼン、ブチルジ(メタ)アクリレート、ヘキシルジ(メタ)アクリレートが挙げられる。
 単量体成分としては、本発明の効果を損なわない範囲で、上記(メタ)アクリル系単量体とラジカル重合が可能な、任意の適切な他の単量体を用いることもできる。このような他の単量体としては、例えば、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イソクロトン酸などのカルボキシル基含有ビニル系モノマーやその酸無水物(無水マレイン酸、無水イコタン酸など);酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル系モノマー;スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンなどのスチレン系モノマー;エチレン、プロピレン、イソプレン、ブタジエンなどのオレフィン系モノマー;塩化ビニル、塩化ビニリデン等のハロゲン原子含有ビニルモノマー;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテルなどのビニルエーテル系モノマー;N-シクロヘキシルマレイミド、N-イソプロピルマレイミドなどのイミド基含有モノマー;ビニルスルホン酸ナトリウムなどのスルホン酸基含有モノマー;2-ヒドロキシエチルアクリロイルホスフェートなどのリン酸基含有モノマー;N-ビニル-2-ピロリドン、N-ビニルピリジン、N-ビニルピペリドン、N-ビニルピリミジン、N-ビニルピペラジン、N-ビニルピラジン、N-ビニルピロール、N-ビニルイミダゾール、N-ビニルオキサゾール等の複素環含有ビニル系モノマーが挙げられる。
≪1-2.ラジカル重合の好ましい実施形態(1)≫
 本発明の製造方法におけるラジカル重合の好ましい実施形態(1)は、用いる重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、ラジカル重合の重合温度を(T+10)℃以上に設定する実施形態である。
 実施形態(1)において、ラジカル重合の重合温度は、上記の通り、(T+10)℃以上であり、好ましくは(T+13)℃以上であり、より好ましくは(T+15)℃以上である。ラジカル重合の重合温度の上限は、安全性等の観点から、好ましくは(T+30)℃以下であり、より好ましくは(T+25)℃以下である。実施形態(1)において、重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、ラジカル重合の重合温度を上記範囲に設定すると、重合開始剤の開裂を効果的に促進させることができ、重合時間の短縮化が可能となる。このため、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、高い生産性で製造することができる。
 本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法においては、高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体中でラジカル重合を行い、代表的には、高耐圧重合反応装置にて重合を行う。したがって、実施形態(1)において、ラジカル重合の重合温度を上記範囲に設定しても、重合系内圧力の急上昇により突沸等のトラブルが発生するという問題を抑制でき、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、安全に、高い生産性で製造することができる。
 実施形態(1)においては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な重合開始剤を採用し得る。このような重合開始剤としては、例えば、熱重合開始剤や光重合開始剤が挙げられる。重合開始剤は、1種のみであってもよいし、2種以上であってもよい。
 熱重合開始剤としては、例えば、2,2´-アゾビスイソブチロニトリル、2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2´-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)、1,1´-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル)、2,2´-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン)、ジメチル-2,2´-アゾビス(2-メチルプロピオネート)、4,4´-アゾビス(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロオクチル-4-シアノペンタノエート)、2,2´-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド)、ジメチル-1,1´-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボキシレート)などのアゾ系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイド、t-ブチルハイドロパーオキサイド、ジ-t-ブチルパーオキサイド、t-ブチルパーオキシベンゾエート、ジクミルパーオキサイド、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロドデカンなどの過酸化物系重合開始剤;ベンゾイルパーオキサイドとジメチルアニリンとの2元系開始剤(レドックス系開始剤);が挙げられる。光重合開始剤としては、例えば、2,2-ジメトキシ-1,2-ジフェニルエタン-1-オン、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、2-ヒドロキシ-2-メチル-1-フェニル-プロパン-1-オン、ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルフォスフィンオキサイドが挙げられる。
 実施形態(1)においては、本発明の効果をより発現させ得る点で、重合開始剤の10時間半減期温度は、好ましくは40℃以上であり、より好ましくは43℃以上であり、さらに好ましくは45℃以上である。実施形態(1)においては、本発明の効果をより発現させ得る点で、重合開始剤の10時間半減期温度は、好ましくは80℃以下であり、より好ましくは70℃以下であり、さらに好ましくは60℃以下であり、特に好ましくは55℃以下である。10時間半減期温度が上記範囲内にある重合開始剤は、例えば、上記の熱重合開始剤や光重合開始剤など、任意の適切な重合開始剤の中から、10時間半減期温度が上記範囲内にある重合開始剤を適宜選択すればよい。
 重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内にあれば、重合開始剤の常温での安定性がよくなり、高耐圧重合反応装置中の温度を上げる前の状態(代表的には、常温近く)で単量体成分の重合が開始してしまうことを抑制できる。また、重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内にあれば、重合開始剤の開裂温度が低いので、重合温度を低く設定できる。すなわち、重合温度が低くても重合開始剤の開裂が効果的に促進され、エネルギーコストを低減することができる。重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内を外れて低すぎると、重合開始剤の常温での安定性が悪くなるおそれや、高耐圧重合反応装置中の温度を上げる前に単量体成分の重合が開始してしまうおそれがある。重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内を外れて高すぎると、重合開始剤の開裂温度が高くなり、重合温度を上げる必要があり、エネルギーコストが増加するおそれがある。
 10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤の具体例としては、例えば、アゾ系重合開始剤を例にとれば、代表的には、下記のようなものが挙げられる。
2,2´-アゾビスイソブチロニトリル(AIBN):10時間半減期温度=65℃
2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル):10時間半減期温度=51℃
2,2´-アゾビス(2-メチルブチロニトリル):10時間半減期温度=67℃
1,1´-アゾビス(シクロヘキサン-1-カルボニトリル):10時間半減期温度=88℃
2,2´-アゾビス(2,4,4-トリメチルペンタン):10時間半減期温度=110℃
ジメチル-2,2´-アゾビス(2-メチルプロピオネート):10時間半減期温度=66℃
4,4´-アゾビス(3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,8,8,8-トリデカフルオロオクチル-4-シアノペンタノエート):10時間半減期温度=66.4℃
2,2´-アゾビス(N-ブチル-2-メチルプロピオンアミド):10時間半減期温度=110℃
ジメチル-1,1´-アゾビス(1-シクロヘキサンカルボキシレート):10時間半減期温度=73℃
 重合開始剤の使用量は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な使用量を採用し得る。このような使用量としては、単量体成分100重量部に対して、好ましくは0.005重量部~20重量部であり、より好ましくは0.05重量部~15重量部である。
 実施形態(1)においては、低分子量(メタ)アクリル系重合体の分子量調整等のために、ラジカル重合に際しては、連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な連鎖移動剤を採用し得る。このような連鎖移動剤としては、例えば、炭素数が1~15のアルキルメルカプタン(ラウリルメルカプタンなど)、ベンジルメルカプタン、グリシジルメルカプタン、チオグリコール酸、チオグリコール酸2-エチルヘキシル、3-メルカプトプロピオン酸、2-メルカプトエタノール、α-チオグリセロール、ベンジルアルコール、α-メチルベンジルアルコール、2,3-ジメチルカプト-1-プロパノール、α-メチルスチレンダイマーが挙げられる。また、ロジン酸、ロジン酸エステル、テルペン樹脂などのオリゴマー類も、連鎖移動剤の代わりに、分子量調整のために用いることができる。連鎖移動剤や上記オリゴマー類の使用量としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な使用量を採用し得る。連鎖移動剤の使用量としては、例えば、単量体成分100重量部に対して、好ましくは0.005重量部~20重量部であり、より好ましくは0.05重量部~15重量部である。
 実施形態(1)においては、単量体成分と、重合開始剤と、ラジカル重合の際に高耐圧重合反応装置中で高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体となる流体材料と、必要に応じて連鎖移動剤とを、高耐圧重合反応装置に入れて、ラジカル重合させることにより、低分子量(メタ)アクリル系重合体を得ることができる。重合開始剤は、単量体成分と別個に高耐圧重合反応装置に供給してもよいし、予め単量体成分と混合した混合物の状態で高耐圧重合反応装置に供給してもよい。連鎖移動剤は、単量体成分と別個に高耐圧重合反応装置に供給してもよいし、予め単量体成分と混合した混合物の状態で高耐圧重合反応装置に供給してもよい。
 実施形態(1)においては、重合開始剤の開裂を効果的に促進することができるので、ラジカル重合の際の重合時間を短縮化することができ、好ましくは10時間以下であり、より好ましくは8時間以下であり、さらに好ましくは6時間以下であり、特に好ましくは4時間以下であり、最も好ましくは2時間以下である。なお、重合時間の下限値は、現実的には、好ましくは1分以上であり、より好ましくは5分以上であり、さらに好ましくは10分以上である。
 実施形態(1)において、ラジカル重合の際の圧力(重合圧力)は、重合温度などの条件によって適宜設定され得る。このような重合圧力としては、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは、5.73MPa~40MPaであり、さらに好ましくは7.3MPa~30MPaであり、さらに好ましくは10MPa~25MPaである。
 実施形態(1)において、重合圧力や重合温度は、必要に応じて、数段階に設定されていてもよく、また連続的に変化するように設定されていてもよい。
≪1-3.ラジカル重合の別の好ましい実施形態(2)≫
 本発明の製造方法におけるラジカル重合の別の好ましい実施形態(2)は、重合開始剤として、10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤を用いる実施形態である。
 実施形態(2)において、重合開始剤の10時間半減期温度は、上記の通り、40℃以上であり、好ましくは43℃以上であり、より好ましくは45℃以上である。重合開始剤の10時間半減期温度は、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは80℃以下であり、より好ましくは70℃以下であり、さらに好ましくは60℃以下であり、特に好ましくは55℃以下である。実施形態(2)において、重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内にあれば、重合開始剤の常温での安定性がよくなり、高耐圧重合反応装置中の温度を上げる前の状態(代表的には、15℃~37℃あたり)で単量体成分の重合が開始することを抑制できる。また、重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内にあれば、重合開始剤の開裂温度が低いので、重合温度を低く設定できる。すなわち、重合温度が低くても重合開始剤の開裂が効果的に促進され、エネルギーコストを低減することができる。重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内を外れて低すぎると、重合開始剤の常温での安定性が悪くなるおそれや、高耐圧重合反応装置中の温度を上げる前に単量体成分の重合が開始してしまうおそれがある。重合開始剤の10時間半減期温度が上記範囲内を外れて高すぎると、重合開始剤の開裂温度が高くなり、重合温度を上げる必要があり、エネルギーコストが増加するおそれがある。
 10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤については、上記の≪1-2.ラジカル重合の好ましい実施形態(1)≫の項における説明を援用し得る。
 重合開始剤の使用量は、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な使用量を採用し得る。このような使用量としては、単量体成分100重量部に対して、好ましくは0.005重量部~20重量部であり、より好ましくは0.05重量部~15重量部である。
 実施形態(2)においては、低分子量(メタ)アクリル系重合体の分子量調整等のために、ラジカル重合に際しては、連鎖移動剤を用いてもよい。連鎖移動剤に関連する説明は、上記の≪1-2.ラジカル重合の好ましい実施形態(1)≫の項における説明を援用し得る。
 実施形態(2)においては、単量体成分と、重合開始剤と、ラジカル重合の際に高耐圧重合反応装置中で高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体となる流体材料と、必要に応じて連鎖移動剤とを、高耐圧重合反応装置に入れて、ラジカル重合させることにより、低分子量(メタ)アクリル系重合体を得ることができる。重合開始剤は、単量体成分と別個に高耐圧重合反応装置に供給してもよいし、予め単量体成分と混合した混合物の状態で高耐圧重合反応装置に供給してもよい。連鎖移動剤は、単量体成分と別個に高耐圧重合反応装置に供給してもよいし、予め単量体成分と混合した混合物の状態で高耐圧重合反応装置に供給してもよい。
 実施形態(2)において、ラジカル重合の際の温度(重合温度)は、重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、好ましくはT℃以上であり、より好ましくは(T+5)℃以上であり、さらに(T+10)℃以上であり、特に好ましくは(T+13)℃以上であり、最も好ましくは(T+15)℃以上である。実施形態(2)において、ラジカル重合の重合温度の上限は、安全性等の観点から、好ましくは(T+30)℃以下であり、より好ましくは(T+25)℃以下である。ただし、重合設備が高圧環境であるため、より高い温度でも問題はなく、安全が担保されるため、(T+50℃)以下でも実施は可能である。
 実施形態(2)において、ラジカル重合の際の圧力(重合圧力)は、重合温度などの条件によって適宜設定され得る。このような重合圧力としては、本発明の効果をより発現させ得る点で、好ましくは、5.73MPa~40MPaであり、さらに好ましくは7.3MPa~30MPaであり、さらに好ましくは10MPa~25MPaである。
 実施形態(2)において、ラジカル重合の際の時間(重合時間)は、好ましくは30時間以下であり、より好ましくは20時間以下であり、さらに好ましくは10時間以下であり、さらに好ましくは8時間以下であり、さらに好ましくは6時間以下であり、特に好ましくは4時間以下であり、最も好ましくは2時間以下である。なお、重合時間の下限値は、現実的には、好ましくは1分以上であり、より好ましくは5分以上であり、さらに好ましくは10分以上である。
 実施形態(2)において、重合圧力や重合温度は、必要に応じて、数段階に設定されていてもよく、また連続的に変化するように設定されていてもよい。
≪1-4.ラジカル重合後の操作≫
 本発明の実施形態による低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法においては、ラジカル重合の後、好ましくは、ラジカル重合において用いた流体を用いて洗浄することにより、残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などの残存物を取り除くことができる。
 一例として、ラジカル重合において用いた流体が超臨界流体である二酸化炭素である場合について説明する。
 高耐圧重合反応装置内に、単量体成分と、重合開始剤と、流体材料としての二酸化炭素と、必要に応じて連鎖移動剤とを供給して、撹拌下、所定の重合圧力および所定の重合温度で、所定の重合時間、ラジカル重合を行って、低分子量(メタ)アクリル系重合体を調製した後、撹拌を止めて、反応混合物を静置させる。これにより、反応混合物は、二酸化炭素を含む上層である二酸化炭素層と、低分子量(メタ)アクリル系重合体および二酸化炭素を含む下層である低分子量(メタ)アクリル系重合体混合層とに相分離される。上層の二酸化炭素層には、残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などが含まれ得る。そこで、上記のように相分離させた後、二酸化炭素(フレッシュな二酸化炭素)を高耐圧重合反応装置内(特に、上層部側)に供給しながら(例えば、高耐圧重合反応装置の上部から供給しながら)、上層(残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などを含み得る二酸化炭素層)を高耐圧重合反応装置から排出して、上層を二酸化炭素により置換して、反応混合物を洗浄することにより、残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などを反応混合物から効果的に除去することができる。
 この際、二酸化炭素(フレッシュな二酸化炭素)を供給しながら上層を排出して、上層を二酸化炭素により置換した後、必要に応じて、さらに、高耐圧重合反応装置内の反応混合物を撹拌により混合させてから、静置させることにより、上層の二酸化炭素層と、下層の低分子量(メタ)アクリル系重合体混合層とに相分離させ、その後、二酸化炭素を高耐圧重合反応装置内に供給しながら上層を反応容器から排出する操作を繰り返して、希釈剤としての二酸化炭素を用いての洗浄を複数回行うことができ、これにより、反応混合物から、残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などの残存物をさらに取り除くことができる。
 なお、二酸化炭素により反応混合物を洗浄する際の圧力(例えば、二酸化炭素を供給しながら上層を排出する際の圧力や、上層を排出させて供給した二酸化炭素により置換した後に、反応容器内の反応混合物を撹拌させる際の圧力など)としては、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の適切な圧力を採用し得る。このような圧力としては、例えば、7MPa~重合時の圧力であることが好ましい。
 二酸化炭素を用いて反応混合物を洗浄した後、反応容器内の下層の低分子量(メタ)アクリル系重合体混合層は、二酸化炭素を含んだ高圧の状態から脱圧することにより、低分子量(メタ)アクリル系重合体混合層から二酸化炭素を容易に除去することができ、高度に精製された低分子量(メタ)アクリル系重合体を取り出すことができる。
 このように、二酸化炭素を用いて反応混合物を洗浄するという容易な分離操作により、反応混合物から、残存モノマー、重合開始剤、連鎖移動剤などの残存物を効果的に取り除いて、低分子量(メタ)アクリル系重合体を高純度で分離することができる。
 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例になんら限定されるものではない。なお、実施例等における、試験および評価方法は以下のとおりである。なお、「部」と記載されている場合は、特記事項がない限り「重量部」を意味し、「%」と記載されている場合は、特記事項がない限り「重量%」を意味する。
[実施例1]
 ジシクロペンタニルメタクリレート(商品名「ファンクリルFA-513M」、株式会社レゾナック製)50重量部、メチルメタクリレート(三菱ガス化学社製)50重量部、及び連鎖移動剤として、α-チオグリセロール(東京化成工業株式会社製)2重量部、重合開始剤として商品名「AIBN」(2,2´-アゾビス(イソブチロニトリル)、富士フイルム和光純薬株式会社製、10時間半減期温度=65℃)7重量部を、35℃の状態で、ステンレス製高圧容器(内容量:500mL)に投入し、蓋をして撹拌羽根により撹拌しながら、高圧容器の上部のガス供給口を開けて徐々に高純度の二酸化炭素を流し込み、高圧容器内の圧力(内圧)が2MPaになった時点で、一旦その状態を保持した。数秒後、高圧容器の上部の排出口を開けて、二酸化炭素を排出しながら高圧容器内を常圧まで戻した。この二酸化炭素の供給及び排出の操作を5回繰り返して、高圧容器内に残存する空気を二酸化炭素で置換した。この二酸化炭素の置換操作のあと、前記と同様にして、25℃の状態で、高純度の二酸化炭素を高圧容器内に供給(投入)し、一旦7MPaの圧力に保持した。その後、高圧容器内の温度(内部温度)を70℃まで上昇させるため、外浴電気ヒーターを加熱した。内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度が80℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+15℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整した。この状態で、1時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は1時間)。
 重合終了後、撹拌を止めて静置させると、二酸化炭素層と、ジシクロペンタニルメタクリレートをモノマー主成分とするメタクリル系重合体および二酸化炭素を含有する混合層(メタクリル系重合体を含む二酸化炭素層)とに相分離したような状態となった。
 ここで、高圧容器の底部のガス供給口を開けて、次に、上部の排出口を開けて、高純度の二酸化炭素を供給するとともに、高圧容器内の二酸化炭素層の二酸化炭素を、トラップを通して排出させた。この際、内圧は、ガス供給口より前に設置された保圧弁により25MPaに保持させた。二酸化炭素の排出量をガスメーターで計測しながら、おおおそ、高圧容器内の二酸化炭素が入れ替わった時点(約80mL排出させた時点)で、ガス供給口および排出口を閉めて、二酸化炭素の供給および排出をやめた。その後、また、撹拌を行って、高純度の二酸化炭素層と、メタクリル系重合体を含む二酸化炭素層とを混合した後、撹拌を停止し静置して、相分離させ、再度、二酸化炭素の供給及び排出の操作(二酸化炭素の入れ替え操作)を行った。
 次に、撹拌しながら、ステンレス製高圧容器の底部の排出口より、メタクリル系重合体溶液を、大気圧下のガラス瓶内に放出することで、乾燥した粉末状のメタクリル系重合体を得た。このメタクリル系重合体の重量平均分子量(Mw)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定によって求めたところ、5200であった。また、ガスクロマトグラフィー(GC)測定により、残存成分を測定したところ、モノマー成分が1.2重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例2]
 実施例1において、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度が77℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+12℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、3時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は3時間)以外は、実施例1と同様に行い、重量平均分子量が5000のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が1.5重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例3]
 実施例1において、重合開始剤の量を3.5重量部に変更し、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度110℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+45℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、3時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は3時間)以外は、実施例1と同様に行い、重量平均分子量が6250のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が0.5重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[比較例1]
 実施例1において、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度が65℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、6時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は6時間)以外は、実施例1と同様に行い、重量平均分子量が5100のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が1.8重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[比較例2]
 重合時間を3時間とした以外は、比較例1と同様に行い、重量平均分子量が5400のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が10.4重量%、α-チオグリセロールは0.15重量%であった。結果を表1に示した。
[比較例3]
 重合時間を1時間とした以外は、比較例1と同様に行い、重量平均分子量が5900のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が62.5重量%、α-チオグリセロールは0.63重量%であった。結果を表1に示した。
[実施例4]
 ジシクロペンタニルメタクリレート(商品名「ファンクリルFA-513M」、株式会社レゾナック製)50重量部、メチルメタクリレート(三菱ガス化学社製)50重量部、及び連鎖移動剤として、α-チオグリセロール(東京化成工業株式会社製)2重量部、重合開始剤として商品名「V65」(2,2´-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、富士フイルム和光純薬株式会社製、10時間半減期温度=51℃):7重量部を、25℃の状態で、ステンレス製高圧容器(内容量:500mL)に投入し、蓋をして撹拌羽根により撹拌しながら、高圧容器の上部のガス供給口を開けて徐々に高純度の二酸化炭素を流し込み、高圧容器内の圧力(内圧)が2MPaになった時点で、一旦その状態を保持した。数秒後、高圧容器の上部の排出口を開けて、二酸化炭素を排出しながら高圧容器内を常圧まで戻した。この二酸化炭素の供給及び排出の操作を5回繰り返して、高圧容器内に残存する空気を二酸化炭素で置換した。この二酸化炭素の置換操作のあと、前記と同様にして、35℃の状態で、高純度の二酸化炭素を高圧容器内に供給(投入)し、一旦7MPaの圧力に保持した。その後、高圧容器内の温度(内部温度)を70℃まで上昇させるため、外浴電気ヒーターを加熱した。内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度が70℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+19℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整した。この状態で、1時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は1時間)。
 重合終了後、撹拌を止めて静置させると、二酸化炭素層と、ジシクロペンタニルメタクリレートをモノマー主成分とするメタクリル系重合体および二酸化炭素を含有する混合層(メタクリル系重合体を含む二酸化炭素層)とに相分離したような状態となった。
 ここで、高圧容器の底部のガス供給口を開けて、次に、上部の排出口を開けて、高純度の二酸化炭素を供給するとともに、高圧容器内の二酸化炭素層の二酸化炭素を、トラップを通して排出させた。この際、内圧は、ガス供給口より前に設置された保圧弁により25MPaに保持させた。二酸化炭素の排出量をガスメーターで計測しながら、おおおそ、高圧容器内の二酸化炭素が入れ替わった時点(約80mL排出させた時点)で、ガス供給口および排出口を閉めて、二酸化炭素の供給および排出をやめた。その後、また、撹拌を行って、高純度の二酸化炭素層と、メタクリル系重合体を含む二酸化炭素層とを混合した後、撹拌を停止し静置して、相分離させ、再度、二酸化炭素の供給及び排出の操作(二酸化炭素の入れ替え操作)を行った。
 次に、撹拌しながら、ステンレス製高圧容器の底部の排出口より、メタクリル系重合体溶液を、大気圧下のガラス瓶内に放出することで、乾燥した粉末状のメタクリル系重合体を得た。このメタクリル系重合体の重量平均分子量(Mw)を、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)測定によって求めたところ、5200であった。また、ガスクロマトグラフィー(GC)測定により、残存成分を測定したところ、モノマー成分が1.3重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例5]
 実施例4において、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度65℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+14℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、3時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は3時間)以外は、実施例4と同様に行い、重量平均分子量が5300のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が0.8重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例6]
 重合時間を1時間とした以外は、実施例5と同様に行い、重量平均分子量が5300のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が2.3重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例7]
 実施例4において、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度51℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、3時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は3時間)以外は、実施例4と同様に行い、重量平均分子量が5800のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が9.2重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[実施例8]
 実施例4において、内部温度を上昇させながら、二酸化炭素を供給することで、段階的に内圧を上げていき、最終的に内部温度が61℃(すなわち、重合開始剤の10時間半減期温度+10℃)に達した時点で内圧を25MPaに調整し、この状態で、3時間保持して重合を行った(すなわち、重合時間は3時間)以外は、実施例4と同様に行い、重量平均分子量が5500のメタクリル系重合体を得た。また、残存成分を測定したところ、モノマー成分が4.5重量%、α-チオグリセロールは検出限界未満(0.05重量%未満)であった。結果を表1に示した。
[参考例1]
 ジシクロペンタニルメタクリレート(商品名「ファンクリルFA-513M」、株式会社レゾナック製)50重量部、メチルメタクリレート(三菱ガス化学社製)50重量部、及び連鎖移動剤として、α-チオグリセロール(東京化成工業株式会社製)2重量部、重合開始剤として商品名「V70」(2,2´-アゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)、富士フイルム和光純薬株式会社製、10時間半減期温度=30℃):7重量部を、25℃の状態で、ステンレス製高圧容器(内容量:500mL)に投入し、蓋をして撹拌羽根により撹拌しながら、高圧容器の上部のガス供給口を開けて徐々に高純度の二酸化炭素を流し込み、高圧容器内の圧力(内圧)が2MPaになった時点で、一旦その状態を保持した。数秒後、高圧容器の上部の排出口を開けて、二酸化炭素を排出しながら高圧容器内を常圧まで戻した。この二酸化炭素の供給及び排出の操作を5回繰り返して、高圧容器内に残存する空気を二酸化炭素で置換した。この二酸化炭素の置換操作のあと、前記と同様にして、25℃の状態で、高純度の二酸化炭素を高圧容器内に供給(投入)し、7MPaの圧力に保持しようと昇温していったところ、昇温途中で重合が開始してしまい、十分な流動性が得られず、撹拌不能となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明の実施形態による製造方法によれば、低分子量の(メタ)アクリル系重合体を、有機溶剤を使用せずに、生産性良く製造できるので、環境問題に配慮した低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造に利用可能である。
 

 

Claims (5)

  1.  重量平均分子量が10万以下の低分子量の(メタ)アクリル系重合体を製造する方法であって、
     高圧ガス流体、超臨界流体、および亜臨界流体から選ばれる少なくとも1種の流体の存在下で、
     (メタ)アクリル系単量体を含む単量体成分を、重合開始剤を用いてラジカル重合させ、
     下記の(a)および(b)から選ばれる少なくとも1つを行う、
     低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法。
     (a)前記重合開始剤の10時間半減期温度がT℃のときに、前記ラジカル重合の重合温度を(T+10)℃以上に設定する。
     (b)前記重合開始剤として、10時間半減期温度が40℃以上の重合開始剤を用いる。
  2.  前記重合温度を(T+15)℃以上に設定する、請求項1に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法。
  3.  前記重合開始剤の10時間半減期温度が55℃以下である、請求項1に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法。
  4.  前記流体が超臨界流体である、請求項1に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法。
  5.  前記超臨界流体が、超臨界状態の二酸化炭素である、請求項4に記載の低分子量の(メタ)アクリル系重合体の製造方法。
     
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