JPS608681B2 - 凝集性重合体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に凝集剤として用いることのできる有機重
合体の製造方法に関するものである。

アクリル系単量体、特にアクリルアミド、メタＺクリル
アミド及び場合により塩形成されていてもよいアクリル
酸又はメタクリル酸、並びに（メタ）アクリル酸ジアル
キルアミノアルキルから誘導されるアンモニウム塩の光
重合によって凝集剤を製造することはよく知られている
。 Ｚこれらの有機凝集剤は通常水に可溶であ
ること、高分子量（従って高い固有粘度）をもつこと、
水に迅速に溶解すること、及びこれらが水に溶解された
とき何らの不溶残澄を残さないことが要求される。
２これらの有機凝集剤の製
造に関して、（装置の生産性をあげるため）光重合はで
きるだけ濃い溶液で行われることが望ましく、しかし、
この重合中発生する熱は、分子量の滅成及び水不溶分の
生成の可能性を避けるために、重合温度をできるだ２レ
ナ低く保つようにできるだけ速やかに除くことが望まし
い。また、凝集剤中の残存単量体の割合ができるだけ低
くなるように重合ができるだけ高度に進行することが望
ましい。さらに詳しくは、本発明の方法は、最初水溶液
３状態の単量体を好ましくは移動しつ）ある支持体上に
付着させた薄層の形とし、これの光重合によって有機凝
集剤を製造する方法の範囲内にある。

単量体水溶液の光重合がこのようにして行われるときは
、この溶液の粘度は徐々に増大し、流動３性溶液は次第
に粘鋼になり、次いでゲルに変化し、次いでゴム様コン
システソシーの層及び／又は、或る場合には、堅い層に
変化する。すでに述べたように、不綾分を含まない水漆
性の凝集性重合体を得ることがとくに望ましい。

不幸にも、多くの操作方法は水不溶分を生じ易い傾向を
もつ。この傾向を有する方法として次の方法を挙げるこ
とができる。凝集剤中の残存単量体の割合を減少させる
ために照射の時間及び／又は強度を増加させること、ほ
とんどの各種手段による光重合を加速すること、照射を
受ける水溶液の濃度を増加させること、高分子量（即ち
高い固有粘度）の重合体の製造に都合のよい操作条件、
高出力のＵＶ照射ランプ（特に高圧水銀灯）を使用する
こと、及び光重合媒体のｐＨの低下、特にこのｐＨの偶
発的低下をはかること。

その上、不溶分が存在する場合、それらはすべて同じ外
観又は同じ性質をもっとは限らないように思われる。

あるものはフレーク状又はゼラチン様の外観をしており
、他のものは薄層状の、いまいま湾曲した「たまねぎは
だ」と呼ばれる外観をしている。最後に、たとえある方
法が完全に水溶性の重合体を製造することができると定
義されていても、そのような方法が工業規模で実施され
る場合、操作条件の僅かな（予期せぬ）変化が時として
水不溶一性成分又は水にそれほど容易に熔解しない成分
を生ずることが起り得るものである。

本発明の一つの目的は、薄層光重合による凝集性重合体
の改良製造方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、できるだけ最少量不溶分、
特に製造条件の偶発的及び／又は予期せざる変化の結果
として生ずる不溶分を有する凝集性重合体を製造する方
法を提供することである。本発明の他の目的は、より大
きい融通性を有する凝集性重合体、即ち広範囲の操作条
件にわたって水不溶分を含まない凝集剤を得ることを可
能にするような凝集性重合体を製造する方法を提供する
ことである。この発明の別の目的は、「たまねぎはだ」
型の不熔分の生成を防ぐことである。

ここに、これら種々の目的は、とりわけ本発明に従う方
法によって達成されることが明らかになつた。

この方法は、可動支持体上に付着された薄層状のオレフ
ィン不飽和単量体の水溶液が、その支持体を照射源下に
配置させて、紫外線照射を受け、そして光重合媒体を取
囲む雰囲気が、光重合の影響下でその水溶液が固体状態
（ここで用語「固体状態」とは、通常の意味に於て、非
流動性の状態或いは非粘性の状態をも意味するものと理
解される）まで変えられる時も含めて照射期間中を通じ
てづつと湿った状態に保たれることを特徴とするもので
ある。

用語「湿った雰囲気」とは、例えば雰囲気が周囲温度（
２３つ○）に調節されたときに、この水の割合が２３ｏ
ｏの周囲温度で５０％以上、好ましくは８０％以上の水
蒸気飽和であるようなある割合の水蒸気を含む雰囲気を
意味するものと理解される。

さらに、この水の割合は、光重合媒体上に広がる実際の
温度に於ける飽和水蒸気の割合よりも少ないか或いはこ
れに等しいことは勿論である。雰囲気はどんな種類のも
のであってもよい。

一般には空気であるか、又は酸素の存在を避けることが
望まれるならば不活性ガスである。（重合に関して）不
活性なガスとして主に窒素及びアルゴンを挙げることが
できる。酸素を含まない（及び例えば５容量％、好まし
くは０．５％以上は含まなない）雰囲気がいまいま望ま
れるが、酸素の存在下で操業することも可能であり、特
に適当な補助剤が使用される場合或いは残存単量体の割
合が低い照射の末期に於て然りである。上に定義の湿っ
た雰囲気を得る便利な手段は、好ましくは水からなる水
性液状媒体中に前以つて吹込んだ（バブリング）ガスの
流れを液状又は固体状光重合媒体上に循環させることか
らなる。

ガスの流れをバブリングさせる水性液体の温度は明らか
に広い範囲内で変えられるが、本発明の方法が実施され
る環境の通常の温度を選ぶのがより簡単であり、これに
より特別の加熱又は冷却が回避される。勿論、ガスの流
れをバブリングさせる水性液体の温度は、所望する特定
の湿度水準の関数として変更することができる。好まし
い方法によれば、光重合媒体を覆う湿った雰囲気を流し
出す速度は、０．１ｗ／秒以上、１の／秒以上とすると
更に有利になる。

放射線の波長は、一般には１５０から５００ｍ仏（ＵＶ
線）の範囲、好ましくは３００から４５０肌山の範囲で
ある。

本発明の方法は、単量体水溶液が可動支持体上に連続的
に付着されるように、連続的に行なわれることが有利で
ある。

最初に使われる単量体溶液は、好ましくは光重合促進剤
を含み、かつ必要ならば光重合補助剤を含む。

使われるオレフィン不飽和単量体は、少くとも５の重量
％程度まで、好ましくは少くとも８の重量％程度までア
クリル系単量体である。

本発明で特に用いることのできる単量体としては、特に
アクリルアミド及びメタクリルアミド、アクリル酸、メ
タクリル酸、メタリルスルホン酸及びビニールベンゼン
スルホン酸及びこれらの塩又はェステル、特にアルカリ
金属塩、Ｎービニルピロリドン、２−メチル−５−ビニ
ルピリジン、並びにアクリル酸及びメタクリル酸のアミ
ノアルキルェステルで、好ましくはこれら化合物は四級
化されておりかつ若し適していれ‘ま四級化されたアミ
ノアルキル部分に４個から１針固の炭素原子をもつもの
を挙げることができる。

これら単量体の単独又は混合物での使用によりホモ重合
体又は共重合体凝集剤が得られるが、これら単量体の性
質及び割合は明らかに水溶性重合体を得るように選ばれ
る。従って、アクリロニトリル及びメタクリロニトリル
も共単量体として使うことができるが、それらの他の単
量体に対する割合は３重量％以下に制限されることが好
ましい。好ましい単量体はアクリルアミド、アクリル酸
又はそのアルカリ金属塩、及び（塩化物又は硫酸塩の形
で）四級化されたメタクリル酸ジアルキルアミノアルキ
ルである。

光重合に付される単量体水溶液の濃度は、一般に３０か
ら９の重量％である。

アクリルアミド及びアクリル酸塩又はェステルの場合に
は、その濃度は一般に３０から７０％、好ましくは４０
から６０％である。

四級アンモニウム塩の場合、特にメタクリル酸アミノア
ルキルより譲導せられたるものの場合、その濃度は一般
に４０から９の重量％、好ましくは７０から８箱重量％
である。

メタクリル酸アミノアルキルの四級塩と共にアクリルア
ミドを使用する場合には、単量体水溶液の濃度は一般に
４０から７の重量％、好ましくは４５から６５％である
。

光開始剤と呼ぶこともある光重合促進剤はそれ自身既知
の種類のものである。

ジアセチル、ジベンゾイル、ベンゾフェノン、ベンゾイ
ン及びそのアルキルェーテル、特にそれのメチル、エチ
ル、プロピル及びィソプロピルェーテルを特に挙げるこ
とができる。光重合に付される単量体の初期溶液中の光
開始剤の割合は、一般に単量体について０．００５から
１重量％、好ましくは０．０１から０．５重量％である
。また、特許２３２７２５８に記載のアントラキノン光
重合補助剤を用いることも可能である。光重合させるべ
き単量体水溶液を付着させる可動支持体は、一般にエン
ドレスベルトより成るか、或いは場合により幾つかの連
続するエンドレスベルト（第二のベルトは光重合された
媒体の固化の後でのみ使われる）より成る。光重合に付
される水溶液の層の厚さは、一般に２から２仇肋、好ま
しくは３から８肋である。

可動支持体は溌水性の支持体であることが好ましい。支
持体に通した材料としては、ポリパーフルオロオレフィ
ン類（ホモ重合体又は共重合体）、及び例えばポリエス
テルフィルムのような溌水性プラスチックフィルムで被
覆され又はされていない金属類を挙げることができる。
光重合によって発生した熱を除くためには、可動光重合
支持体は通常冷却される。

この冷却は可動支持体の下面で行うのが便利で、好まし
くは冷水を噴射して行われる。光重合媒体の温度は約７
０℃以下に、好ましくは６０００以下に保たれる。しか
しながら、特に単量体の大部分が既に重合している場合
、例えば残存単量体の割合が１０％以下、好ましくは２
％以下（光重合を受ける物質に対する重量％）になって
いる場合には冷却を回避することもできる。光重合に付
される単量体水溶液のｐＨは、一般に４から１３の間で
ある。さらに詳しいｐＨ値は、各種要因、特に使用され
る個々の単量体、所望の分子量、及び単量体中に存在す
る不純物に依存する。一般に、ｐＨ値を上げることによ
り最高分子量での架橋（架橋は不溶分を生ずる）を避け
る傾向がある。しかし、あまり高いｐＨは、特に単量体
がけん化を受け易い場合には好ましくない。今まで述べ
た内容に従えば、本発明はオレフィン系不飽和単量体の
水溶液をすでに定義された条件下で光重合に付すことよ
り成る。しかしながら、上で規定した種類及び濃度によ
れば、光重合媒体は初期はもっぱら水溶液の状態にある
が、これに対して、光重合が進行するにつれて光重合媒
体は増々粘稲になり、ついには固化し、そして光重合媒
体を覆う雰囲気は終始上記した湿度を有しなければなら
ないということは明白に理解されることであり、かつ明
らかなことである。光重合自体は一段又はそれ以上の段
階に分けて行うことができる。

ＵＶ照射は残存単量体の割合が所望の値に達するまで行
われる。照射の末期には、既に述べたように、例えば可
動支持体ベルトを冷却することなく酸素の存在下で照射
することも可能である。以下の例は、本発明を具体的に
説明し、かっこの発明がどのように使用されることがあ
るかを示０すものであり、本発明を何ら制限するもので
はない。

例１ 溶解槽中で次の成分からなる溶液をつくる。

脱イオン水６８．７ｋ９、アクリルアミド４５．６ｋ９
、アクリタル酸１６．９ｋｇ及び水酸化ナトリウムの５
の重量％水溶液１８．８ｋ９。この溶液を充てん塔の塔
頂に仕込む。

水酸化ナトリウムの３０％濃度希釈液をこの同じ塔の塔
頂に導入する。これはｐＨを１３に調節することを可能
にひする。ペンゾインイソプロピルェーテルをアクリル
酸中３４夕／そ含む溶液を８８の／時の速度で塔の中央
に導入し、塔底を出る液中の溶解酸素の割合を溶液１夕
当り酸素０．１５の９以下に保つのに充分な速度で繁底
に窒素を導入する。タ この脱気された単量体水溶液を
、幅４８肌で、横への流出を防ぐために側面に２本の類
似の緑を有するステンレススチール製ベルト上に３１〆
／時の速度で連続的に流し込む。

更に、このベルトは溶液の逆流を防ぐため動きの方向に
ごく僅かに傾斜０させる。ベルト上のガス雰囲気をガラ
ス板で仕切り（高さ３伽）、その雰囲気は、水３そを含
む洗気瓶中を周囲温度においてバブリングミせることに
よって湿らせた窒素流からなる。金属ベルトは約２４肌
／分の速度で動く。この速度で、単量体溶タ液の層の厚
さは約４．５柳になる。ｌ５ｏｏの水でその下面を冷却
したこのベルトを、３．６凧の長さにわたって、各２０
００ワット（商標フィリップスＨＴＱ７）の電力を有す
る８個の高圧水銀灯による照射にかける。これら８個の
ランプはベルトの動ひきの方向に、その上部１０狐の所
に配置する。１５分の照射時間の後、可塑性フィルムを
得、これは単に引張ることによってベルトから剥離する
。

次いでそのフィルムをチョッパー中で破砕し、約８５０
０で３び分間乾燥し、粉砕する。重合体が粉体又は破砕
片のいずれかの形態にあるとき、その性質を測定する。
脱イオン水に５タ′そ含む溶液を、磁気濃伴機を用いて
周囲温度（約２０００）でゆっくりかきまぜることによ
って調製する。

不港性物質の存在は、このように調製した溶液を孔径が
９０から１５０一のガラスフリット上で炉過することに
よって判別する。

沈積物は測定しない。この同一溶液及びこれに５０タノ
そのＮａＣＩを加えた別の溶液のブルックフィールド粘
度を、セル及び型式番号１又は３を溶液の粘度に応じて
用い、２０ｑｏ、１仇ｐｍで測定する。

最終粉体について、下記に示した同一の結果を得た。

ブルジクフィールト粘度 水 溶 液 ３０００ ｃｐ
ｏ塩水溶液 ２００ｃｐｏ固 有 粘 度
１４ ｄメタ残存単量体くアクリルァミド
） ０．４％（対乾燥粉）。

例２例１で１５分の照射時間後に得られた可塑性フィル
ムを重合支持体（可動ベルト）より剥離し、２４伽／分
の速度で前進している第二の金属支持体（格子）に移し
た。

冷却してないこの支持体を支持体の動きの方向に垂直に
配列した低圧水銀灯（商標フィリップスＴＬＡＫ４肌／
０５）を用い、ガラススクリーンを通して後照射に付し
た。長さ１４．５のにわたり全部で９針固のランプを配
置してある。後照射装置全体は、例１の窒素の場合と同
様に水中にバブリングさせた湿った空気流を流した室に
囲まれている。例１と同様にそのフィルムを続いて破砕
し、乾燥し、粉砕して分析した。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 可動支持体上に付着させた薄層状のオレフイン不飽
   和単量体水溶液が、その支持体を照射源下に配置させて
   、紫外線照射を受けること、及び光重合媒体を覆う雰囲
   気が、光重合の効果によりその水溶液が固体状態まで変
   えられる時も含めて照射期間を通じて、湿つた状態に保
   たれることを特徴とする特に凝集剤として使用すること
   ができる有機重合体の製造方法。 ２ 湿つた雰囲気が、周囲温度で５０％以上、好ましく
   は８０％以上の水蒸気飽和であるような割合の水蒸気を
   含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の方法
   。 ３ 湿つた雰囲気が、前以つて水中にバブリングさせた
   ガスの流れを光重合媒体上に循環させることによつて得
   られることを特徴とする特許請求の範囲第１項及び第２
   項記載の方法。 ４ 水溶液の初期ｐＨが４から１３までの範囲にあるこ
   と、放射線の波長が１５０から５００ｍμの範囲、好ま
   しくは３００から４５０ｍμの範囲にあること、及び単
   量体が使用される全単量体の５０重量％以上、好ましく
   は８０％以上の程度までアクリル系の単量体であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項から第３項までに記
   載の方法。 ５ 薄層が２から２０ｍｍまでの範囲、好ましくは３か
   ら８ｍｍまでの範囲の厚さを有することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項から第４項までに記載の方法。 ６ 単量体がアクリルアミド及びメタクリルアミド、ア
   クリル酸、メタクリル酸、メタリルスルホン酸及びビニ
   ルベンゼンスルホン酸及びこれらの塩又はエステル、Ｎ
   −ビニルピロリドン、２−メチル−５−ビニルピリジン
   、並びに四級化されたアクリル酸及びメタクリル酸アミ
   ノアルキルであり、そして単量体の濃度が３０から９０
   重量％までの範囲であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第５項のいずれかに記載の方法。 ７ 単量体がアクリルアミド、アクリル酸類又はそれら
   のアルカリ金属塩、及び四級化されたメタクリル酸アミ
   ノアルキル（四級化されたアミノアルキル部分に４〜１
   ６個の炭素原子を有する）よりなる群から選ばれること
   を特徴とする特許請求の範囲第６項記載の方法。 ８ 光重合の全工程又は一部の工程の間、重合により発
   生された熱を除くために可動支持体が冷却されること、
   及び光重合媒体を覆う雰囲気中の酸素の割合が５容量％
   以下、好ましくは０．５％以下であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項から第７項のいずれかに記載の方
   法。 ９ 残存単量体の割合が低い場合は湿つた空気の存在下
   で加熱することなく、さらに照射工程が追加実施される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の方法。 １０ 残存単量体の割合が１０％以下、好ましくは２％
   以下の場合に第二照射工程が行なわれることを特徴とす
   る特許請求の範囲第９項記載の方法。