JP4465921B2 - Method for producing macromonomer - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、分子末端に重合性官能基を有するオリゴマー又はポリマーであるマクロモノマーの製造方法に関し、化学品製造技術に属するものである。
【0002】
【従来の技術】
マクロモノマーは、高分子材料の多機能化の為の有力な材料で、各種重合性モノマーと共重合されて、種々の特性を有するポリマーの製造を可能とするものである。
このマクロモノマーを原料として製造されるポリマーは、塗料、接着剤、成形材料などの主剤あるいはそれらの改良剤として用いられているもので、それら塗料、接着剤、成形材料などを製造し、利用する各種の分野で広く使用されているものである。
【0003】
これらマクロモノマーの製造方法としては、例えば、イオン重合を中心とするリビング重合を用いる方法や、ラジカル重合を中心とする連鎖移動重合法が挙げられる。
いずれの製造方法も、モノマーを重合反応させて得られたポリマーの末端に形成させた官能基に、重合性官能基を有する化合物を反応させて、ポリマーの末端に重合性官能基を付加するという二段反応である。
【0004】
かかる製造方法に対して、近年、モノマーを高温で反応させて、しかも反応容器内にビニルモノマーを連続的に供給して重合させる連続重合反応で、マクロモノマーを製造する方法(国際公開特許WO99/07755号公報)が提案されている。
【0005】
モノマーを連続的に供給して重合させる高温連続重合法は、短時間でポリマーを得ることができる効率的な製造方法(特表昭57−502171号公報、特開昭59−6207号公報、同60−215007号公報など)として知られ、その改良方法については、最近に至るも種々提案されているものである(特表平10−511992号公報)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
発明者らは、マクロモノマーを高温連続重合法で製造するのは、従来の二段反応に比べて反応は一段で、しかも連続反応であるため、非常に生産効率が良いことに注目し、マクロモノマーの高温連続重合法による製造方法について、より効率的で、選択率、収率の良い製造方法を求めて検討を行ったのである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、高温連続重合法によりマクロモノマーを製造するに際し、効率、選択率及び収率を向上させるために、種々の重合条件について検討を行った。
その結果、モノマーとして、脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを用い、反応槽から抜き出した、生成物を含む反応液中の揮発成分の一部又は全部を、反応系に戻しながら反応させると、マクロモノマーが効率的に、選択率及び収率も良く、かつ、1分子当りの末端二重結合数の多いマクロモノマーを製造できることを見出し、この発明を完成させたのである。
【0008】
すなわち、この発明の請求項1に記載の発明は、
抜き出した反応液中の揮発成分を反応器に戻しながら、
脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー、もしくは脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを主体とするモノマー混合物を、
ビニルモノマー混合物に対して0.01〜1質量%の重合開始剤の存在下に、反応温度150〜300℃で連続重合させること
を特徴とするマクロモノマーの製造方法。
【0009】
また、請求項2に記載の発明は、
請求項1に記載のマクロモノマーの製造方法において、
前記連続重合において、
反応層に供給されたビニルモノマー混合物と重合開始剤が、反応液として回収されるまでの時間が2〜60分に調整されていること
を特徴とするものである。
【0010】
また、請求項3に記載の発明は、
請求項1又は請求項2に記載のマクロモノマーの製造方法において、
前記連続重合において溶剤として2級アルコールを使用する場合、
その濃度は、8質量%以下であること
を特徴とするものである。
【0011】
さらに、請求項4に記載の発明は、
請求項1〜3のいずれかに記載のマクロモノマーの製造方法において、
前記各揮発成分は、
ビニルモノマーの二量体を含有するものであること
を特徴とするものである。
【0012】
【発明の実施の形態】
<脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー>
この発明により製造されるマクロモノマーは、脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー、もしくは脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを主体とするモノマーを骨格の主体とするものである。
【0013】
前記脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーとしては、一般的に広くポリマーの調製に用いられているモノマーを挙げることができる。
【0014】
具体的には、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸、アクリロニトリル、エチレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、塩化ビニリデン等
を挙げることができる。
【0015】
なお、この明細書では、アクリルとメタクリルを(メタ)アクリル、アクリレートとメタクリレートを(メタ)アクリレートと総称する。
【0016】
この発明においては、これらの脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーは、単独でも複数を併用したビニルモノマー混合物としても用いることができる。
【0017】
このビニルモノマー混合物には、少量の芳香族系ビニルモノマーを含ませることができる。
前記芳香族系ビニルモノマーとしては、スチレン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、クロルスチレン、ジビニルベンゼン等のスチレン誘導体が挙げられる。
【0018】
芳香族系ビニルモノマーを併用する際、その併用割合としては50質量%未満で、15質量%以下が好ましい。
芳香族系ビニルモノマーが50質量%以上、すなわち、芳香族系ビニルモノマーが主体となると、そのビニルモノマー混合物からは、マクロモノマーを効率的に製造することができなくなる。
【0019】
<連続重合>
この発明において、マクロモノマーの製造は、脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー、もしくは脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを主体とするビニルモノマー混合物を、高温連続重合によって行うものである。
【0020】
連続重合や高温連続重合は、前記したようにビニルモノマーを連続的に供給して重合して、短時間でポリマーを得ることができる効率的なポリマー製造方法(特表昭57−502171号公報、特開昭59−6207号公報、同60−215007号公報など)として知られているが、それら公知の製造方法を、この発明にも用いることができ、中でも、この発明にとり好ましい方法は、撹拌機付き反応槽を用いる連続重合である。
【0021】
反応槽としては耐圧容器が用いられ、連続重合であるため、反応液を急速に均一化するためと、加温冷却の均一性のために撹拌機としては、撹拌能力・撹拌効率の大きいものが好ましい。
【0022】
反応槽には反応液を加温し、反応熱を除去し、反応槽内を所望の温度に制御できるように温度調節付きのジャケットが設けられ、必要により、内部に冷却用として冷却管などを設けたものでもよい。
【0023】
さらに、反応槽には、ビニルモノマー、重合開始剤(触媒)などの反応原料混合物の供給口と、生成した反応物(マクロモノマー)を含む反応液を取り出す反応液抜出口が設けられているもので、供給口は、ビニルモノマーと重合開始剤を別々に供給するために、複数設けられたものでもよい。
【0024】
また、反応槽には、反応槽内の温度を計測するための温度計、反応槽内の圧力を計測するための圧力計、反応槽の圧力に対する安全弁、及び反応槽内を窒素ガス雰囲気にするための窒素ガス供給手段など、通常の連続反応槽に必要とされている機器が備えられているものである。
【0025】
重合反応に用いられる触媒は重合開始剤で、具体的には、
過酸化水素、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド等の過酸化物、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物等
が挙げられる。
【0026】
反応に供給される重合開始剤の量は、反応に供給されるビニルモノマー混合物に対して0.01〜1重量%である。
【0027】
重合反応には溶媒を併用することができ、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、セルソルブアセテート、メチルプロピレングリコールアセテート、カルビトールアセテートとメチルプロピレングリコールアセテート、カルビトールアセテートとエチルカルビトールアセテート等の酢酸エステル、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、イソプロピルアルコール等のアルコール類、エトキシエチルプロピオネート等が用いられる。
【0028】
但し、イソプロピルアルコール等の2級アルコールを併用する際は、その濃度が反応液中の8質量%以下で用いられる。
濃度が8質量%を越えると、得られるマクロモノマーが末端に有する二重結合の濃度が小さいものとなる場合がある。
【0029】
反応温度は温度150〜300℃で、好ましくは温度180〜280℃、さらに好ましくは温度200〜270℃である。
この温度が150℃未満の場合には、反応速度が遅いためにマクロモノマーを効率的に製造できず、また反応液の粘度が高くなるために反応を制御し難い。
他方、温度300℃を超える場合には、分解反応が発生して反応物が純度の低いものとなったり、着色しやすくなる。
【0030】
温度150〜300℃の範囲で重合させる場合には、少ない重合開始剤の使用量でも短時間で効率的に、品質の安定したマクロモノマーを製造することができるとともに、重合開始剤に由来する不純物をほとんど含有しない純度の高いマクロモノマーが得られ、温度の調節により分子量の調節が可能となるため、連鎖移動剤を必要としないという利点もある。
【0031】
反応時間、すなわち、ビニルモノマー混合物と重合開始剤が反応槽内に滞留する時間、言い換えると、反応槽に供給されたビニルモノマー混合物と重合開始剤が反応液として回収されるまでの時間は2〜60分に調整され、6〜30分に調整するのが好ましい。
【0032】
この滞留時間が2分未満の場合には、ビニルモノマーの反応率が低くなることがある。
また、60分を超える場合には、マクロモノマーが着色したり生産性が低下したりすることがある。
【0033】
重合反応としては、塊状重合、溶液重合、乳化重合、懸濁重合等、各種の方法を適用できるが、塊状重合もしくは上記した溶媒を使用する溶液重合が反応の制御がし易いために好ましい方法である。
【0034】
溶媒は、ビニルモノマー混合物、重合開始剤などに混合させて反応槽に供給するようにしてもよいし、それらとは別に供給してもよい。
【0035】
重合開始剤が固体である場合は、溶媒などに溶解して供給することが必要であるが、液体である場合も溶媒などに溶解して供給するのが、重合開始剤の供給量・供給速度を制御しやすいために好ましい方法で、溶媒の使用量は、得られるマクロモノマーの濃度が10〜90質量%となる範囲であることが好ましい。
【0036】
重合反応は、ビニルモノマー混合物と重合開始剤を、一緒に又は別々に連続的に反応槽に供給されて行われ、供給量に相当する量の反応槽内の反応液が抜出口から連続的に抜き出され、反応槽内の反応液量を常に一定の量に維持される。
【0037】
抜出口から抜き出され反応液は、薄膜蒸発器などを使用してマクロモノマーとビニルモノマーなどの揮発成分とが分離され、マクロモノマーは製品として回収され、揮発成分は反応液に戻される。
【0038】
薄膜蒸発器を使用する際の条件としては、分離される成分の種類や量により異なるが、通常、温度200〜300℃、圧力0.1〜50kPaで運転するのが好ましい。
【0039】
マクロモノマーと分離された揮発成分は、原料のビニルモノマー、溶媒の他に、ビニルモノマーの二量体を含むものである。
反応液への戻し量としては、分離された量の50〜95質量%であるのが好ましく、ビニルモノマーの二量体を反応液中に0.1〜5質量%存在する様に戻すことが好ましい。
このビニルモノマーの二量体には、二重結合を有するものと二重結合を有さないものがあり、この発明の奏する効果は、二重結合を有するビニルモノマーの二量体によって、もたらされるものと予測されている。
【0040】
重合反応の際の圧力は、反応温度と使用するビニルモノマー及び溶媒の沸点に依存するもので、反応に影響を及ぼさないが、前記反応温度を維持できる圧力であればよく、必要に応じて窒素などの不活性ガスにより加圧してもよい。
【0041】
得られたマクロモノマーは、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)と核磁気共鳴スペクトルを用いて、平均分子量と末端二重結合の濃度を求め、それに基づいてマクロモノマー1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値を求めた。
【0042】
なお、平均値としたのは、この発明で製造される個々の分子においては、構造的に、末端二重結合が存在しないもの、片末端のみに存在するもの、両末端に存在するものという三種の存在が可能であるからである。
【0043】
以上のようにすることにより、ビニルモノマーを連続重合することによって分子量や組成分布の狭い、また、1分子当りの末端二重結合数の多いマクロモノマーを効率的に製造することができ、従来の方法に比較して一段と生産性を向上させたマクロモノマーの製造方法とすることができる。
【0044】
【実施例】
以下、実施例及び比較例を挙げ、この発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。
【0045】
<実施例1>
熱交換用のジャケット付容量35リットルの撹拌式連続反応槽に、表1に示される組成の反応原料混合物を一定の速度で供給し、撹拌しながら反応温度を温度270℃に維持した。
反応槽の内容積の84%が反応原料で満たされた後は、反応槽の出口を開いて、反応原料混合物の供給量に応じて反応液を取り出し、常に反応槽の内容積の84%が反応原料で満たされた状態で反応を続けた。
反応原料混合物の供給速度を100kg/hrに維持すると、反応槽中における反応原料混合物の滞留時間は12分であった。
反応槽から取り出された反応原料混合物は、温度250℃に加熱されたジャケットを有し、真空度30kPaとした薄膜蒸発器に導入され、未反応モノマーと副生成物を含む揮発成分とポリマー成分に分離した。
揮発成分は凝縮器を通じて回収し、その80%を反応原料混合物と共に反応槽に還流供給した。
【0046】
定常状態になった際の還流した揮発成分を含む反応原料混合物の組成は、以下のとおりであった。
なお、括弧内は新しく供給される反応原料の量である。
アクリル酸ブチル 69.10質量部(59.30)
アクリル酸 17.30質量部(14.90)
メチルエチルケトン 3.00質量部( 0.67)
ビニル系二量体 0.66質量部
ジ−t−ブチルパーオキサイド 0.03質量部( 0.03)
【0047】
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量(MW)が2720、数平均分子量(MN)が1680、酸価が137mgKOH/g、マクロモノマー1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は1.03であった。
【0048】
【表1】
【0049】
なお、表中、BAはイソブチルアクリレート、AAはアクリル酸、HAはアクリル酸2−エチルヘキシル、HEAはヒドロキシエチルアクリレート、STはスチレン、α−MeStはα−メチルスチレン、MEKはメチルエチルケトン、IPAはイソプロピルアルコール、DTBPはジ−t−ブチルパーオキサイドの略である。
【0050】
MW、MNは、上記したとおりゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)で測定したポリスチレン換算の重量平均分子量と数平均分子量で、
MW/MNは分散度を示すものである。
【0051】
また、二量体の分析は、同定を株式会社島津製作所製GCMS−QP1000、定量はガスクロマトグラフを用いて行った。
【0052】
<実施例2>
反応原料混合物の組成を表1に示したものとし、反応温度を温度215℃に維持し、回収された揮発成分の90%を反応器に還流した以外は実施例1と同様にして反応させた。
【0053】
定常状態になった際の還流した揮発成分を含む反応原料混合物の組成は以下のとおりであった。
なお、括弧内は新しく供給される反応原料の量である。
アクリル酸ブチル 85.26質量部(81.42)
メチルエチルケトン 8.53質量部( 1.24)
ビニル系二量体 0.43質量部
ジ−t−ブチルパーオキサイド 0.08質量部( 0.08)
【0054】
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量が5660、数平均分子量が2410、マクロモノマー1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は0.88であった。
【0055】
<実施例3>
反応原料混合物の組成を表1に示したものとし、反応温度を温度180℃に維持し、回収された揮発成分の90%を反応器に還流し、また薄膜蒸発器の温度を230℃にした以外は実施例1と同様にして反応させた。
【0056】
定常状態になった際の還流した揮発成分を含む反応原料混合物の組成は以下のとおりであった。
なお、括弧内は新しく供給される反応原料の量であり、ビニル系二量体の濃度は測定しなかった。
アクリル酸2−エチルヘキシル 49.56質量部(47.83)
アクリル酸ブチル 34.76質量部(33.28)
アクリル酸ヒドロキシエチル 3.65質量部( 3.54)
イソプロピルアルコール 8.46質量部( 1.10)
ジ−t−ブチルパーオキサイド 0.08質量部( 0.08)
【0057】
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量が10430、数平均分子量が3420、水酸基価が22mgKOH/g、マクロモノマー1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は0.68であった。
【0058】
<比較例1>
還流を行わない以外は実施例1と同様にして反応させた。定常状態になった際の反応器に供給される反応原料混合物の組成は、以下のとおりであった。
アクリル酸ブチル 79.20質量部
アクリル酸 19.80質量部
メチルエチルケトン 0.97質量部
ジ−t−ブチルパーオキサイド 0.03質量部
【0059】
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量が3600、数平均分子量が1790、酸価が138mgKOH/g、重合体1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は0.84であった。
【0060】
<比較例2>
還流を行わない以外は実施例2と同様にして反応させた。定常状態になった際の反応器に供給される反応原料混合物の組成は、以下のとおりであった。
アクリル酸ブチル 90.83質量部
メチルエチルケトン 9.08質量部
ジ−t−ブチルパーオキサイド 0.09質量部
【0061】
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量が5750、数平均分子量が2440、重合体1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は0.82であった。
【0062】
<比較例3>
表1に示される組成の芳香族系ビニルモノマーを主成分とするモノマー混合物を実施例1に準じて重合させた。
得られたマクロモノマーは、質量平均分子量が1470、数平均分子量が690、マクロモノマー1分子当たりに含まれる末端二重結合数の平均値は0.33であった。
【0063】
【発明の効果】
この発明は、マクロモノマーの骨格を構成するビニルモノマーとして、脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー、もしくは脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを主体とするモノマー混合物を選択し、連続重合により、マクロモノマーを製造するに際し、反応液中のビニルモノマーの二量体を含む揮発成分を反応器に戻しながら反応させることにより、効率的にマクロモノマーを製造することができ、生産性を向上させることができるほか、得られるマクロモノマーの分子量や組成の分布を狭くすることや、1分子当りの末端二重結合数の多いマクロモノマーができるという優れた効果が奏される。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a macromonomer that is an oligomer or polymer having a polymerizable functional group at the molecular end, and belongs to a chemical product production technique.
[0002]
[Prior art]
Macromonomer, a leading materials for multifunctional polymeric materials, various polymerizable monomer are copolymerized, Ru der what enables the production of polymers having different properties.
The polymer produced from this macromonomer is used as the main agent of paints, adhesives, molding materials, etc., or as an improving agent thereof. The paints, adhesives, molding materials, etc. are produced and used. It is widely used in various fields.
[0003]
The preparation of these macromonomers, for example, a method using a living polymerization around the ionic polymerization, Ru include chain transfer polymerization method centered radical polymerization.
In any production method, a compound having a polymerizable functional group is reacted with a functional group formed at the end of a polymer obtained by polymerizing a monomer to add a polymerizable functional group to the end of the polymer. It is a two-stage reaction.
[0004]
In contrast to such a production method, in recent years, a method of producing a macromonomer by a continuous polymerization reaction in which a monomer is reacted at a high temperature and a vinyl monomer is continuously fed into a reaction vessel for polymerization (International Patent Publication WO99 / No. 07755) has been proposed.
[0005]
A high-temperature continuous polymerization method in which a monomer is continuously supplied and polymerized is an efficient production method that can obtain a polymer in a short time (Japanese Patent Publication No. 57-502171, Japanese Patent Laid-Open No. 59-6207, No. 60-215007 and the like, and various improvements have been proposed recently (Japanese Patent Publication No. 10-511992).
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
The inventors noticed that the production of the macromonomer by the high-temperature continuous polymerization method is a single-stage reaction compared to the conventional two-stage reaction, and is a continuous reaction, so that the production efficiency is very good. The production method of the monomer by the high-temperature continuous polymerization method was examined in search of a more efficient production method with good selectivity and yield.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The inventors examined various polymerization conditions in order to improve efficiency, selectivity, and yield when producing a macromonomer by a high-temperature continuous polymerization method .
As a result, when an aliphatic or alicyclic vinyl monomer is used as a monomer, and a part or all of the volatile components in the reaction liquid containing the product extracted from the reaction vessel is returned to the reaction system, The present inventors have found that a macromonomer can be produced efficiently, with good selectivity and yield, and capable of producing a macromonomer having a large number of terminal double bonds per molecule.
[0008]
That is, the invention according to claim 1 of the present invention is
While returning the volatile components in the extracted reaction liquid to the reactor,
A monomer mixture mainly composed of an aliphatic or alicyclic vinyl monomer, or an aliphatic or alicyclic vinyl monomer ,
A method for producing a macromonomer, wherein continuous polymerization is performed at a reaction temperature of 150 to 300 ° C in the presence of 0.01 to 1% by mass of a polymerization initiator based on a vinyl monomer mixture .
[0009]
The invention according to claim 2
In the manufacturing method of the macromonomer according to claim 1,
Oite the continuous polymerization,
Vinyl monomer mixture and the polymerization initiator supplied to the reaction layer, the time until recovered as reaction is characterized in that it is adjusted to 2 to 60 minutes.
[0010]
The invention according to claim 3
In the method for producing a macromonomer according to claim 1 or 2,
When using the secondary alcohol as Oite solvent to the continuous polymerization,
Its concentration is characterized in that at most 8 mass%.
[0011]
Furthermore, the invention described in claim 4
In the manufacturing method of the macromonomer in any one of Claims 1-3,
Each volatile component is
It contains a dimer of a vinyl monomer.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Aliphatic or alicyclic vinyl monomer>
The macromonomer produced according to the present invention is mainly composed of an aliphatic or alicyclic vinyl monomer, or a monomer mainly composed of an aliphatic or alicyclic vinyl monomer.
[0013]
Examples of the aliphatic or alicyclic vinyl monomer include monomers that are generally widely used for polymer preparation.
[0014]
Specifically, (meth) acrylic acid esters such as methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, propyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, hydroxy (Meth) acrylic acid hydroxyalkyl esters such as ethyl (meth) acrylate, hydroxypropyl (meth) acrylate, hydroxybutyl (meth) acrylate, (meth) acrylic acid, acrylonitrile, ethylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinylidene chloride, etc. Can be mentioned.
[0015]
In this specification, acrylic and methacryl are collectively referred to as (meth) acryl, and acrylate and methacrylate are collectively referred to as (meth) acrylate.
[0016]
In the present invention, these aliphatic or alicyclic vinyl monomers can be used singly or as a mixture of plural vinyl monomers.
[0017]
The vinyl monomer mixture, Ru can be included a small amount of aromatic vinyl monomer.
Examples of the aromatic vinyl monomer include styrene derivatives such as styrene, vinyl toluene, α-methyl styrene, t-butyl styrene, chlorostyrene, and divinylbenzene.
[0018]
When an aromatic vinyl monomer is used in combination, the combined ratio is less than 50% by mass and preferably 15% by mass or less.
When the aromatic vinyl monomer is 50% by mass or more, that is, when the aromatic vinyl monomer is the main component, the macromonomer cannot be efficiently produced from the vinyl monomer mixture.
[0019]
<Continuous polymerization>
In the present invention, production of macromonomer, aliphatic or alicyclic vinyl monomer or a vinyl monomer mixture mainly comprising an aliphatic or alicyclic vinyl monomer, is performed by the high temperature continuous polymerization.
[0020]
As described above, the continuous polymerization and the high-temperature continuous polymerization are an efficient polymer production method (Japanese Patent Publication No. 57-502171, which can obtain a polymer in a short time by continuously supplying and polymerizing vinyl monomers as described above. JP-A-59-6207, JP-A-60-215007, etc.), but these known production methods can also be used in this invention, and among these, the preferred method for this invention is stirring. It is a continuous polymerization using a reaction vessel equipped with a machine.
[0021]
A pressure vessel is used as the reaction tank, and it is a continuous polymerization. Therefore, a stirrer with high stirring ability and stirring efficiency is used to rapidly homogenize the reaction solution and to ensure uniform heating and cooling. preferable.
[0022]
The reaction tank is heated to remove the reaction heat, and a jacket with temperature adjustment is provided so that the inside of the reaction tank can be controlled to a desired temperature. It may be provided.
[0023]
Further, the reaction vessel is provided with a supply port for a reaction raw material mixture such as a vinyl monomer and a polymerization initiator (catalyst) and a reaction solution outlet for taking out a reaction solution containing the generated reaction product (macromonomer). In order to supply the vinyl monomer and the polymerization initiator separately, a plurality of supply ports may be provided.
[0024]
The reaction tank also has a thermometer for measuring the temperature in the reaction tank, a pressure gauge for measuring the pressure in the reaction tank, a safety valve for the pressure in the reaction tank, and a nitrogen gas atmosphere in the reaction tank. Equipment required for a normal continuous reaction tank, such as a nitrogen gas supply means, is provided.
[0025]
The catalyst used in the polymerization reaction is a polymerization initiator, specifically,
Peroxides such as hydrogen peroxide, di-t-butyl peroxide, benzoyl peroxide, 2,2′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 2, Examples thereof include azo compounds such as 2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile).
[0026]
The amount of the polymerization initiator supplied to the reaction is 0.01 to 1% by weight based on the vinyl monomer mixture supplied to the reaction .
[0027]
A solvent can be used in combination with the polymerization reaction, and aromatic hydrocarbons such as toluene and xylene, ethyl acetate, butyl acetate, cellosolve acetate, methylpropylene glycol acetate, carbitol acetate and methylpropylene glycol acetate, carbitol acetate Acetic acid esters such as ethyl carbitol acetate, ketones such as acetone and methyl ethyl ketone, alcohols such as isopropyl alcohol, ethoxyethyl propionate and the like are used.
[0028]
However, when the combination of two alcohols such as isopropyl alcohol, the concentration is used in the following 8 wt% in the reaction mixture.
If the concentration exceeds 8% by mass, the resulting macromonomer may have a small concentration of double bonds at the ends.
[0029]
The reaction temperature is a temperature 150 to 300 ° C., preferably a temperature 180 to 280 ° C., more preferably a temperature 200 to 270 ° C..
When this temperature is lower than 150 ° C., the reaction rate is slow, so that the macromonomer cannot be produced efficiently, and the viscosity of the reaction solution becomes high, and the reaction is difficult to control .
On the other hand, when the temperature exceeds 300 ° C., a decomposition reaction occurs, and the reaction product becomes low in purity or easily colored.
[0030]
When polymerizing at a temperature in the range of 150 to 300 ° C., it is possible to produce a macromonomer having a stable quality efficiently in a short time even with a small amount of polymerization initiator used, and impurities derived from the polymerization initiator In addition, a highly pure macromonomer containing almost no benzene is obtained, and the molecular weight can be adjusted by adjusting the temperature. Therefore, there is also an advantage that no chain transfer agent is required.
[0031]
The reaction time, that is, the time for the vinyl monomer mixture and the polymerization initiator to stay in the reaction tank, in other words, the time until the vinyl monomer mixture and the polymerization initiator supplied to the reaction tank are recovered as the reaction liquid is 2 to 2. It is preferably adjusted to 60 minutes and 6 to 30 minutes.
[0032]
If the residence time is less than 2 minutes, Ru Kotogaa the reaction rate of the vinyl monomers is low.
Moreover , when it exceeds 60 minutes, a macromonomer may color or productivity may fall.
[0033]
As the polymerization reaction, various methods such as bulk polymerization, solution polymerization, emulsion polymerization, suspension polymerization and the like can be applied, but bulk polymerization or solution polymerization using the above-described solvent is preferable because the reaction is easily controlled. is there.
[0034]
The solvent may be mixed with a vinyl monomer mixture, a polymerization initiator or the like and supplied to the reaction vessel, or may be supplied separately from them.
[0035]
When the polymerization initiator is solid, it is necessary to supply it by dissolving it in a solvent or the like, but even when it is a liquid, it is necessary to dissolve it in a solvent or the like to supply it. The amount of the solvent used is preferably in a range in which the concentration of the obtained macromonomer is 10 to 90% by mass.
[0036]
The polymerization reaction is carried out by continuously supplying the vinyl monomer mixture and the polymerization initiator together or separately to the reaction vessel, and the reaction liquid in the reaction vessel corresponding to the supply amount is continuously discharged from the outlet. The amount of the reaction solution in the reaction tank is always kept constant.
[0037]
The reaction liquid extracted from the outlet is separated into volatile components such as a macromonomer and a vinyl monomer using a thin film evaporator or the like, the macromonomer is recovered as a product, and the volatile component is returned to the reaction liquid.
[0038]
Conditions for using the thin film evaporator vary depending on the types and amounts of components to be separated, but it is usually preferable to operate at a temperature of 200 to 300 ° C. and a pressure of 0.1 to 50 kPa.
[0039]
Volatile components are separated from the macromonomer raw vinyl monomer, in addition to the solvent, Ru der those containing dimers of vinyl monomers.
The amount returned to the reaction solution is preferably 50 to 95% by mass of the separated amount, and the vinyl monomer dimer may be returned so that it is present in the reaction solution in an amount of 0.1 to 5% by mass. preferable.
The vinyl monomer dimer has a double bond and no double bond. The effect of the present invention is brought about by the vinyl monomer dimer having a double bond. It is predicted.
[0040]
The pressure during the polymerization reaction depends on the reaction temperature and the boiling point of the vinyl monomer and solvent to be used and does not affect the reaction, but may be any pressure that can maintain the reaction temperature. You may pressurize with inert gas, such as.
[0041]
The obtained macromonomer was obtained by using gel permeation chromatograph (GPC) and nuclear magnetic resonance spectrum to determine the average molecular weight and the concentration of the terminal double bond, and based on this, the terminal double contained in one macromonomer molecule. The average number of bonds was determined.
[0042]
In addition, the average value is the three types of the individual molecules produced in the present invention: those having no terminal double bond, those existing only at one end, and those existing at both ends. This is because the existence of
[0043]
As described above, by continuously polymerizing vinyl monomers, a macromonomer having a narrow molecular weight and composition distribution and a large number of terminal double bonds per molecule can be efficiently produced. It can be set as the manufacturing method of the macromonomer which improved productivity further compared with the method.
[0044]
【Example】
Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples.
[0045]
<Example 1>
A reaction raw material mixture having the composition shown in Table 1 was supplied at a constant rate to a stirred continuous reaction tank having a capacity of 35 liters with a jacket for heat exchange, and the reaction temperature was maintained at 270 ° C. while stirring.
After 84% of the internal volume of the reaction tank is filled with the reaction raw material, the reaction tank outlet is opened and the reaction liquid is taken out according to the supply amount of the reaction raw material mixture. The reaction was continued with the reaction material being filled.
When the supply rate of the reaction raw material mixture was maintained at 100 kg / hr, the residence time of the reaction raw material mixture in the reaction vessel was 12 minutes.
The reaction raw material mixture taken out from the reaction vessel is introduced into a thin film evaporator having a jacket heated to a temperature of 250 ° C. and having a vacuum degree of 30 kPa, and is converted into a volatile component and a polymer component containing unreacted monomers and by-products. separated.
Volatile components were recovered through a condenser, and 80% of the volatile components were fed back to the reaction tank together with the reaction raw material mixture.
[0046]
The composition of the reaction raw material mixture containing the volatile components refluxed when the steady state was reached was as follows.
In addition, the amount in parentheses is the amount of reaction raw material newly supplied.
69.10 parts by mass of butyl acrylate (59.30)
Acrylic acid 17.30 parts by mass (14.90)
Methyl ethyl ketone 3.00 parts by mass (0.67)
Vinyl dimer 0.66 parts by mass Di-t-butyl peroxide 0.03 parts by mass (0.03)
[0047]
The obtained macromonomer has a mass average molecular weight (M W ) of 2720, a number average molecular weight (M N ) of 1680, an acid value of 137 mgKOH / g, and the average number of terminal double bonds contained per macromonomer molecule. Was 1.03.
[0048]
[Table 1]
[0049]
In the table, BA is isobutyl acrylate, AA is acrylic acid, HA is 2-ethylhexyl acrylate, HEA is hydroxyethyl acrylate, ST is styrene, α-MeSt is α-methylstyrene, MEK is methyl ethyl ketone, and IPA is isopropyl alcohol. , DTBP is an abbreviation for di-t-butyl peroxide.
[0050]
M W, M N is the weight average molecular weight to number average molecular weight in terms of polystyrene measured by the above-described as gel permeation chromatography (GPC),
M W / M N indicates the degree of dispersion.
[0051]
Furthermore, dimer analysis of the identification manufactured by Shimadzu Corporation GCMS-QP1000, quantification was performed using a gas chromatograph.
[0052]
<Example 2>
The composition of the reaction raw material mixture was as shown in Table 1, the reaction temperature was maintained at 215 ° C., and the reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 90% of the recovered volatile components were refluxed to the reactor. .
[0053]
The composition of the reaction raw material mixture containing the volatile components refluxed when the steady state was reached was as follows.
In addition, the amount in parentheses is the amount of reaction raw material newly supplied.
85.26 parts by mass of butyl acrylate (81.42)
Methyl ethyl ketone 8.53 parts by mass (1.24)
Vinyl-based dimer 0.43 parts by mass Di-t-butyl peroxide 0.08 parts by mass (0.08)
[0054]
The obtained macromonomer had a mass average molecular weight of 5660, a number average molecular weight of 2410, and an average number of terminal double bonds contained per macromonomer molecule of 0.88.
[0055]
<Example 3>
The composition of the reaction raw material mixture was as shown in Table 1, the reaction temperature was maintained at 180 ° C., 90% of the recovered volatile components were refluxed to the reactor, and the temperature of the thin film evaporator was 230 ° C. The reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that.
[0056]
The composition of the reaction raw material mixture containing the volatile components refluxed when the steady state was reached was as follows.
The amount in the parenthesis is the amount of the reaction raw material to be newly supplied, and the concentration of the vinyl dimer was not measured.
2-ethylhexyl acrylate 49.56 parts by mass (47.83)
Butyl acrylate 34.76 parts by mass (33.28)
3.65 parts by mass of hydroxyethyl acrylate (3.54)
8.46 parts by mass of isopropyl alcohol (1.10)
Di-t-butyl peroxide 0.08 parts by mass (0.08)
[0057]
The obtained macromonomer had a mass average molecular weight of 10430, a number average molecular weight of 3420, a hydroxyl value of 22 mgKOH / g, and an average number of terminal double bonds contained per macromonomer molecule of 0.68.
[0058]
<Comparative Example 1>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 1 except that refluxing was not performed. The composition of the reaction raw material mixture supplied to the reactor when the steady state was reached was as follows.
79.20 parts by weight of butyl acrylate 19.80 parts by weight of acrylic acid 0.97 parts by weight of methyl ethyl ketone 0.03 parts by weight of di-t-butyl peroxide
The obtained macromonomer had a mass average molecular weight of 3600, a number average molecular weight of 1790, an acid value of 138 mg KOH / g, and an average number of terminal double bonds contained per polymer molecule of 0.84.
[0060]
<Comparative example 2>
The reaction was conducted in the same manner as in Example 2 except that refluxing was not performed. The composition of the reaction raw material mixture supplied to the reactor when the steady state was reached was as follows.
Butyl acrylate 90.83 parts by mass Methyl ethyl ketone 9.08 parts by mass Di-t-butyl peroxide 0.09 parts by mass
The obtained macromonomer had a mass average molecular weight of 5750, a number average molecular weight of 2440, and an average number of terminal double bonds contained per polymer molecule was 0.82.
[0062]
<Comparative Example 3>
A monomer mixture mainly composed of an aromatic vinyl monomer having the composition shown in Table 1 was polymerized according to Example 1.
The obtained macromonomer had a mass average molecular weight of 1470, a number average molecular weight of 690, and the average number of terminal double bonds contained per macromonomer molecule was 0.33.
[0063]
【The invention's effect】
In the present invention, an aliphatic or alicyclic vinyl monomer or a monomer mixture mainly composed of an aliphatic or alicyclic vinyl monomer is selected as a vinyl monomer constituting the skeleton of the macromonomer. When the monomer is produced, by reacting the volatile component containing the vinyl monomer dimer in the reaction solution while returning it to the reactor, the macromonomer can be produced efficiently and the productivity can be improved. In addition, there are excellent effects that the molecular weight and composition distribution of the resulting macromonomer are narrowed and that a macromonomer having a large number of terminal double bonds per molecule can be produced.
Claims (4)
脂肪族又は脂環族系ビニルモノマー、もしくは脂肪族又は脂環族系ビニルモノマーを主体とするモノマー混合物を、
ビニルモノマー混合物に対して0.01〜1質量%の重合開始剤の存在下に、反応温度150〜300℃で連続重合させること
を特徴とするマクロモノマーの製造方法。While returning the volatile components in the extracted reaction liquid to the reactor,
A monomer mixture mainly composed of an aliphatic or alicyclic vinyl monomer, or an aliphatic or alicyclic vinyl monomer ,
A method for producing a macromonomer, wherein continuous polymerization is performed at a reaction temperature of 150 to 300 ° C in the presence of 0.01 to 1% by mass of a polymerization initiator based on a vinyl monomer mixture .
反応層に供給されたビニルモノマー混合物と重合開始剤が、反応液として回収されるまでの時間が2〜60分に調整されていること
を特徴とする請求項1に記載のマクロモノマーの製造方法。 Oite the continuous polymerization,
The method for producing a macromonomer according to claim 1, wherein the time until the vinyl monomer mixture and the polymerization initiator supplied to the reaction layer are recovered as a reaction solution is adjusted to 2 to 60 minutes. .
その濃度は、8質量%以下であること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載のマクロモノマーの製造方法。When using the secondary alcohol as Oite solvent to the continuous polymerization,
The method for producing a macromonomer according to claim 1 or 2, wherein the concentration is 8% by mass or less.
ビニルモノマーの二量体を含有するものであること
を特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のマクロモノマーの製造方法。The volatile component is
The method for producing a macromonomer according to any one of claims 1 to 3, comprising a dimer of a vinyl monomer.
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