JP3296580B2 - 超高分子量重合体エマルジョンの製造法 - Google Patents
超高分子量重合体エマルジョンの製造法Info
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Description
紙、土木等の各工業分野で使用される合成樹脂エマルジ
ョンに関する。
量の重合体からなり、従ってその単独皮膜や成形品また
はそれを用いた加工品は高い機械的性質と化学的安定性
を有している。
脂エマルジョンはすでに数多くの提案がなされている。
は、ラジカル重合能を有するビニル基含有単量体100
重量部に対し、ヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩0.
001〜0.2重量部を含む特定組成のレドックス系重
合開始剤及び乳化剤3〜50重量部を使用する超高分子
量重合体の製造法が示されている。
の製造法においては反応系の雰囲気の酸素の除去はよく
実施されているが、反応系水相の酸素濃度についての検
討はされていなかった。例えば、反応系雰囲気に対して
窒素を流通しながら反応する程度のことであって、反応
系水相の酸素濃度の測定は行われていない。
するためには、重合開始剤の量を単量体に比し極めて少
量用いることが必要であるため、反応速度が小さく、エ
マルジョンの安定性も悪く、実用上大きな障害になって
いた。
10%以上の多量の乳化剤を用いてエマルジョン重合を
行うことが行われているが、このようにして得られたエ
マルジョンは大量の乳化剤を含んでいるため、塗料、接
着剤、繊維、紙等の分野に使用したとき、得られた皮膜
等の耐水性や耐久性を低下させる原因となり、せっかく
の超高分子量エマルジョンの性能が発揮できなかった。
の使用量が極めて少量であっても反応速度を大きく維持
でき、また生成した超高分子量重合体エマルジョンは安
定性が高く、かつこの超高分子量重合体エマルジョンか
ら得られた皮膜等の耐水性や耐久性を高めるための少量
の乳化剤使用量で良いエマルジョン製造法の開発を目的
とする。
能を有するビニル基含有単量体を乳化重合するに際し、
0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液中に電極を浸漬し、指示
をゼロに較正した溶存酸素濃度計を用いて、反応系両系
を該溶存酸素濃度計の指示をゼロまたはそれ以下にし、
ヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩を該単量体100重
量部に対し、0.001〜0.2重量部含むヒドロペル
オキシド−還元剤−活性剤−キレート化剤または過硫酸
塩−還元剤−活性剤からなるレドックス系開始剤および
ラジカル重合能を有する乳化剤を用いて反応することを
特徴とする超高分子量重合体エマルジョンの製造法、を
開発することにより上記の目的を達成できた。
るラジカル重合能を有するビニル基含有単量体としては
ブタジエン、イソプレン等のジエン化合物;スチレン、
α−メチルスチレン、メチルスチレン等の芳香族アルケ
ニル化合物;メチルメタクリレート、エチルメタクリレ
ート等のメタクリル酸エステル;メチルアクリレート、
エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアクリル
酸エステル;アクリロニトリル;メタクリロニトリル;
塩化ビニル;アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸等
の不飽和酸、アクリルアミド等が含まれ、これらは単独
でまたは混合して用いられる。
開始剤はヒドロペルオキシドまたは過硫酸塩を必須構成
成分とするものであり、ヒドロペルオキシドまたは過硫
酸塩の使用量は上記ラジカル重合能を有するビニル基含
有単量体100重量部に対し0.001〜0.2重量
部、好ましくは0.01〜0.1重量部の範囲である。
0.001重量部未満の使用量では重合を完結させるた
めには長時間の反応が必要となるばかりでなく、反応が
完結せず、また0.2重量部を越える使用量では重合体
の重合度が低下するため好ましくない。
ペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド、ジイソ
プロピルベンゼンヒドロペルオキシド、P−メンタンヒ
ドロペルオキシド、1.1.3.3−テトラメチルブチ
ルヒドロペルオキシド、2.5−ジメチルヘキサン−
2.5−ジヒドロペルオキシド等が使用される。また過
硫酸塩としては過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等
が使用される。
重合開始剤の還元剤としてはグルコース、デキストロー
ス、ホルムアルデヒドナトリウムスルホキシラート、チ
オ硫酸ナトリウム等を、及び活性化剤としては硫酸第一
鉄、硫酸銅、ヘキサシアノ鉄(III) カリウム、キレート
化剤としてはピロリン酸ナトリウム、エチレンジアミン
4酢酸塩等を使用することができる。これらの使用量は
それぞれの開始剤系の組み合わせに応じ適量を用いる。
酸第一鉄−還元剤(例えばグルコース、デキストロース
またはホルムアルデヒドナトリウムスルホキシレート)
−キレート化剤(例えばエチレンジアミン4酢酸塩)、
過硫酸塩−チオ硫酸ソーダ−硫酸銅の組み合わせたレド
ックス系開始剤は好ましい。
ジョン粒子が超高分子であるときは生成したエマルジョ
ンの機械的、化学的安定性が低下し易く、また乾燥皮膜
は不均一になり、クラックやクレーターを生じ易い傾向
がある。本発明においては乳化剤としてラジカル重合能
を有する乳化剤を使用するのでエマルジョンの安定性、
製品エマルジョンを使用した場合の乾燥皮膜の良好な機
械的性質、化学的性質を確保できる。
般式[I]〜[III] で表される乳化剤を挙げることがで
きる。
乳化剤は単量体成分100重量部に対して通常0.3〜
5重量部、好ましくは0.3〜3重量部使用される。
0.3重量部未満の使用量では生成エマルジョンの安定
性に乏しく、また反応速度も遅くなる。また5重量部を
超えて使用するときは生成したエマルジョンを使用した
場合に乾燥皮膜等の耐水性、機械的性質、化学的性質を
劣化させることになる。
量を極めて少なく使用していながら比較的短時間で、安
定したエマルジョンを生成できるための手段として、反
応系水相の酸素濃度を0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液の
酸素濃度よりも低く保持した条件下で反応させることが
必要である。
では達成できないほどの溶存酸素濃度である。
開始剤及び/または乳化剤の増量を必要とし、超高分子
量重合体の分子量の低下、エマルジョンの安定性、皮膜
の機械的性質、化学的性質を低下させる。
剤及び水を反応器に仕込む。他方所定量の単量体を所定
量の水、乳化剤でモノマー乳化し、滴下ロートに装入す
る。両者に窒素ガスをバブルし脱酸素する。反応系水相
の酸素濃度は例えば0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液中に
電極を浸漬し、酸素濃度を0ppmに較正した溶存酸素
濃度計を用いて測定する。
またはそれ以下になった時点で、窒素ガスのバブリング
を続けながら同様に溶存酸素濃度計の指示をゼロまたは
それ以下とした触媒含有水溶液の滴下を開始する方法を
とる。
であればその範囲内で自由に選びうるが、開始剤量が少
ないので50℃以下、好ましくは30℃以下が望まし
い。
する乳化剤を用いたので溶剤に溶かすとゲル分が多く、
全体として分子量を測定できない。
極度に小さく(0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液の溶存量
以下)保持することにより、結果として極めて少量の重
合開始剤及び少量の乳化剤を使用しても安定したエマル
ジョンを得ることができ、このためこの生成したエマル
ジョンからは機械的特性、化学的特性の優れた乾燥フィ
ルムが得られた。
剤が溶存酸素がほとんどないため副反応により浪費され
ずに重合反応に使用されたこと、また乳化剤もそのため
少なくて済んだためと考えられる。
ないため得られた重合体は超高分子量のものであり、こ
れから生成される乾燥皮膜の特性が優れたものになった
ものと推定している。
有しているため、該乳化剤を用いるときはエマルジョン
粒子内でゲル化が起こっている(ミクロゲルの生成)た
め、これから得られた皮膜は溶剤不溶となるものと考え
ている。
ス通気管及び酸素濃度計の電極を備えた1リットルフラ
スコに[メタクリロキシポリエチレングリコール−2−
エチルヘキシルスルホコハク酸ソーダ](ポリエチレン
グリコールの重合度=15)(乳化剤A)1.5g、硫
酸第一鉄の0.002g、エチレンジアミン4酢酸ナト
リウム0.01及び水200gを仕込んだ。この場合の
酸素濃度は一般的に5〜10ppmである。1リットル
ビーカーに2−エチルヘキシルアクリレート466g、
メタクリル酸10g、乳化剤A1.5g、水228gを
仕込み、ホモミキサーで乳化する。乳化物及びフラスコ
に窒素ガスを50〜100ml/分、約2時間バブリン
グを続けると溶存酸素濃度計の指示はゼロになる。(溶
存酸素濃度計は0.5%重亜硫酸ソーダ水溶液で酸素濃
度ゼロに較正する。)両系の溶存酸素濃度計の指示がゼ
ロになったらモノマー乳化物、0.3%t−ブチルヒド
ロペルオキシド水溶液20g、及び0.7%ホルムアル
デヒドナトリウムスルホキシレート水溶液20gを3時
間かけて滴下する。この間系の温度は32℃±2℃を保
つ。滴下終了後、1時間同温度に保持し、熟成する。冷
却後25%アンモニア水を5g添加、中和する。
−エチレンジアミン4酢酸ナトリウムの代りに硫酸銅:
0.001g、t−ブチルヒドロペルオキシド−ホルム
アルデヒドナトリウムスルホキシレートの代りに0.5
%過硫酸カリウム水溶液20g、−1%チオ硫酸ソーダ
10gを用いる以外は同じ条件で重合した。
ヒドロペルオキシド−ホルムアルデヒドナトリウムスル
ホキシレートの代りに0.5%キュメンヒドロペルオキ
シド−1%グルコースを同量用いる以外は同じ条件で重
合した。
代りに、同量の酸性りん酸メタアクリロキシポリエチレ
ングリコールエステル(ニュープンティアA−229
E,第一工業製薬)を用いる以外は同じ条件で重合し
た。
0.2ppmの酸素濃度を示したが滴下モノマーエマル
ジョン系は+0.5ppmの酸素濃度の時点で反応を開
始した。滴下30分位で発熱が見られなくなり、モノマ
ーの滞留が見られるようになり反応を中断した。
ヒドロペルオキシド−ホルムアルデヒドスルホキシレー
ト−硫酸第一鉄−エチレンジアミン4酢酸の代りに10
%過硫酸アンモニウム20g及び6%重亜硫酸ソーダを
用い、反応系の雰囲気のみを30分窒素置換する以外は
脱気処理を行わず、重合を40℃で行った以外は同じ条
件で重合した。得られたエマルジョンのエマルジョン物
性及び皮膜物性を表1に示す。
剤及び乳化剤を用いて比較的反応速度を大きく保ちなが
ら、エマルジョン重合を行い、超高分子量重合体を製造
した。
あり、これから得られる乾燥皮膜等は乳化剤使用量が少
ないため、耐水性、機械的性質、化学的性質に優れてい
る。
乳化剤を用いているため皮膜形成性は有するが、一旦乾
燥皮膜となると溶剤不溶性となる皮膜を得ることもで
き、塗料、接着、繊維加工剤、紙加工剤あるいは土木等
の各方面においてその高い機械的特性、化学的安定性を
発揮できる。
Claims (3)
- 【請求項1】 ラジカル重合能を有するビニル基含有単
量体を乳化重合するに際し、0.5%重亜硫酸ソーダ水
溶液中に電極を浸漬し、指示をゼロに較正した溶存酸素
濃度計を用いて、反応系両系を該溶存酸素濃度計の指示
をゼロまたはそれ以下にし、ヒドロペルオキシドまたは
過硫酸塩を該単量体100重量部に対し、0.001〜
0.2重量部含むヒドロペルオキシド−還元剤−活性剤
−キレート化剤または過硫酸塩−還元剤−活性剤からな
るレドックス系開始剤およびラジカル重合能を有する乳
化剤を用いて反応することを特徴とする超高分子量重合
体エマルジョンの製造法。 - 【請求項2】 ラジカル重合能を有する乳化剤を単量体
100重量部に対し、0.5〜5重量部用いる請求項1
記載の超高分子量重合体エマルジョンの製造法。 - 【請求項3】 ラジカル重合能を有する乳化剤がリン酸
系乳化剤である請求項1記載の超高分子量重合体エマル
ジョンの製造法。
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