WO2017170577A1 - カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法 - Google Patents

カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法 Download PDF

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carboxyl group
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carboxylic acid
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慧 西口
亮輔 村上
慎郷 井澤
美有 池田
梨絵 中島
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住友精化株式会社
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    • C08L33/02Homopolymers or copolymers of acids; Metal or ammonium salts thereof

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a carboxyl group-containing polymer composition.
  • carboxyl group-containing polymers have been used as gelling bases for cosmetic thickeners, moisturizers for poultices, emulsifiers, suspension stabilizers, batteries, and the like.
  • the carboxyl group-containing polymer is added to water or the like to prepare a uniform dispersion, and then neutralized with an alkali and used.
  • the carboxyl group-containing polymer is a fine powder, when dispersed in water or the like, a lump (mamako (seed powder)) tends to occur.
  • Mamako is formed, a gel-like layer is formed on the surface of Mamako, so that the speed at which water penetrates into Mamako is slow, and it is difficult to obtain a uniform dispersion.
  • a carboxyl group-containing polymer is produced by polymerizing ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid or the like, a polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct and a polyhydric alcohol fatty acid are used. It is known that a carboxyl group-containing polymer composition having excellent dispersibility in water can be obtained by adding a specific amount of at least one compound of the ester and polymerizing the polymer (see Patent Document 1). .
  • the carboxyl group-containing polymer composition disclosed in Patent Document 1 is excellent in dispersibility in water immediately after production and the transparency of the neutralized viscous liquid, it is stored at room temperature for about one month, for example. Then, there exists a problem that the dispersibility to water etc. deteriorates. That is, the carboxyl group-containing polymer composition disclosed in Patent Document 1 has room for improvement in terms of storage stability.
  • storage stability means “excellent dispersibility is maintained over a long period of time”.
  • the main object of the present invention is to provide a method for producing a carboxyl group-containing polymer composition having excellent dispersibility in water immediately after production, storage stability, and transparency of a neutralized viscous liquid. There is.
  • a carboxyl group containing a copolymer of a monomer containing ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups in the molecule A method for producing a carboxyl group-containing polymer composition comprising a polymer (A) and a nonionic surfactant (B), wherein in the step of copolymerizing monomers, ⁇ , ⁇ -unsaturation
  • the polymerization rate of the carboxylic acid (a-1) became 70 to 100% (that is, 70% of the total ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) used in the step of copolymerizing the monomers).
  • the resulting carboxyl group-containing polymer composition has improved storage stability. I found it excellent. Furthermore, the carboxyl group-containing polymer composition obtained by such a production method can also be dispersed without damaging the transparency of the neutralized viscous liquid even when dispersed in water or the like immediately after production. I found it to be improved.
  • the present invention is an invention that has been completed based on such findings and further earnest studies.
  • a carboxyl group-containing polymer that is a copolymer of a monomer comprising an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups in the molecule
  • a method for producing a carboxyl group-containing polymer composition comprising A) and a nonionic surfactant (B), Comprising the step of copolymerizing the monomers, In this step, when the polymerization rate of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) reaches 70 to 100%, the nonionic surfactant (B) is added to the system.
  • a method for producing a polymer composition Item 2.
  • Item 2. The carboxyl group according to Item 1, wherein the addition amount of the nonionic surfactant (B) is 0.5 to 9 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1).
  • a method for producing a polymer composition Item 2.
  • Item 2. The carboxyl group according to Item 1, wherein the addition amount of the nonionic surfactant (B) is 0.5 to 9 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1).
  • the production method of the present invention is a copolymer of a monomer containing an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups in the molecule.
  • a method for producing a carboxyl group-containing polymer composition comprising a certain carboxyl group-containing polymer (A) and a nonionic surfactant (B), comprising a step of copolymerizing the monomers. Yes.
  • the nonionic surfactant ( B) is added.
  • the nonionic surfactant (B) may be added at least when the polymerization rate is 70 to 100%, and further added when the polymerization rate is 0% or more and less than 70%. The same effect can be expected.
  • the addition amount is 100 parts by mass of the component (B) addition when the polymerization rate is 70 to 100%. On the other hand, it exceeds 0 mass part and about 50 mass parts or less is mentioned.
  • a neutralizing agent such as an alkaline compound
  • a monomer comprising an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups in the molecule is copolymerized.
  • a carboxyl group-containing polymer (A) is produced by this step. That is, at least an ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups are used as monomers, and the monomer containing these is used as a monomer.
  • the manufacturing method of this invention may include processes other than the said process.
  • the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) (sometimes referred to as monomer (a-1)) is not particularly limited, and examples thereof include acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, maleic acid, Examples thereof include olefinic unsaturated carboxylic acids having 3 to 5 carbon atoms such as itaconic acid and fumaric acid.
  • these ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids (a-1) they are inexpensive and easily available, and the neutralized viscous liquid using the resulting carboxyl group-containing polymer composition has high transparency.
  • Acrylic acid, methacrylic acid and the like are preferably used.
  • These ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acids may be used alone or in combination of two or more.
  • the compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups is not particularly limited, and examples thereof include two or more substitutions of polyol.
  • Acrylic acid esters Methacrylic acid esters with two or more polyols; Allyl ethers with two or more polyols; Diallyl phthalate, triallyl phosphate, allyl methacrylate, tetraallyloxyethane, triallyl cyanurate, adipic acid
  • examples include divinyl, vinyl crotonate, 1,5-hexadiene, divinylbenzene and the like.
  • the polyol include ethylene glycol, propylene glycol, polyoxyethylene glycol, polyoxypropylene glycol, glycerin, polyglycerin, trimethylolpropane, pentaerythritol, saccharose, sorbitol and the like.
  • pentaerythritol triallyl ether is used from the viewpoint of easy viscosity adjustment of the neutralized viscous liquid using the obtained carboxyl group-containing polymer composition.
  • Erythritol tetraallyl ether, tetraallyloxyethane, triallyl phosphate, and polyallyl saccharose are preferably used.
  • These compounds (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups may be used alone or in combination of two or more.
  • the ratio of the compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups is preferably 0.01 to 10 parts by mass, more preferably 100 parts by mass of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid.
  • the amount is 0.05 to 10 parts by mass, and more preferably 0.05 to 3 parts by mass.
  • the resulting carboxyl group-containing polymer composition can be suitably used as a neutralized viscous liquid.
  • “100 parts by mass of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid” means the total amount of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) used in the production method of the present invention. .
  • an ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (from the viewpoint of adjusting the viscosity of the neutralized viscous liquid using the resulting carboxyl group-containing polymer composition ( a-3) or the like may be used.
  • the ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) is not particularly limited as long as it is different from the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1).
  • Acrylates such as octyl acrylate, 2-ethyl acrylate, decyl acrylate, lauroyl acrylate, stearyl acrylate, glycidyl acrylate; methacrylic acid esters corresponding to the above acrylate esters; vinyl glycidyl ether, isopropenyl glycidyl Glycidyl ethers such as ether, allyl glycidyl ether and butenyl glycidyl ether; acrylic amides such as acrylamide, N-methyl acrylamide, N-ethyl acrylamide and Nt-butyl acrylamide S; me
  • acrylic acid esters and methacrylic acid esters are preferably used, and in particular, straight chain having 12 to 40 (particularly 15 to 30) carbon atoms or Acrylic acid esters and methacrylic acid esters having a branched alkyl group are preferred, and stearyl methacrylate, eicosanyl methacrylate, behenyl methacrylate, and tetracosanyl methacrylate are more preferably used.
  • These ⁇ , ⁇ -unsaturated compounds (a-3) may be used alone or in combination of two or more.
  • a trade name Blemmer VMA70 manufactured by NOF Corporation may be used as the acrylic acid esters and methacrylic acid esters.
  • the amount of ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) used is preferably 0.1 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1).
  • the amount is preferably 1 to 10 parts by mass. If the amount of ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) used is 0.1 parts by mass or more, the effect of adjusting the viscosity of the neutralized viscous liquid using the resulting carboxyl group-containing polymer composition is suitably obtained. It can be expressed.
  • the amount of ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) used is 20 parts by mass or less, the viscosity of the neutralized viscous liquid using the resulting carboxyl group-containing polymer composition is too low. Can be suppressed.
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) compound having at least two ethylenically unsaturated groups (a-2)
  • the total proportion of the ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) is not particularly limited, but is preferably 50% by mass or more, more preferably about 80% by mass to 100% by mass, and still more preferably 90% by mass.
  • the total ratio may be substantially 100% by mass.
  • the ratio of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) in the monomer constituting the carboxyl group-containing polymer (A) is not particularly limited, but is preferably 95% by mass or more, more preferably Is about 96% to 99% by weight, more preferably about 97% to 98% by weight.
  • the method for copolymerizing these monomers is not particularly limited, and known or conventional methods can be applied. Specifically, for example, it can be carried out by any of the following methods (1) to (3).
  • Method (1) ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups (if necessary, ⁇ , ⁇ -unsaturated compound ( a-3) and a) are co-polymerized from the beginning of polymerization (for example, all are co-existing).
  • Method (2) The ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) is mixed with an ethylenically unsaturated group.
  • the method of attaching is not particularly limited, and for example, it may be previously allowed to coexist with ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1), or compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups It may be added continuously in the same manner as described above.
  • Method (3) Method of polymerizing ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups while continuously adding
  • the method for subjecting it to the polymerization is not particularly limited. For example, it may be charged into the polymerization system in advance, or ⁇ , ⁇ -It may be added continuously in the same manner as the unsaturated carboxylic acid (a-1) and the compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups.
  • the method (1) will be specifically described.
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) previously weighed in a desired amount in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen gas blowing tube, and a cooling tube.
  • a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, a radical polymerization initiator, and an inert solvent for example, ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) previously weighed in a desired amount in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen gas blowing tube, and a cooling tube.
  • a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, a radical polymerization initiator, and an inert solvent.
  • the polymerization reaction can be performed by heating to 20 to 120 ° C., preferably 30 to 90 ° C. in a warm bath or the like. The polymerization reaction is usually completed in 2 to 10 hours.
  • the unsaturated compound (a-3) is used, the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1), the compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, and ⁇ ,
  • the total charged amount of ⁇ -unsaturated compound (a-3) is desirably 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more from the viewpoint of increasing volumetric efficiency and improving productivity.
  • the reaction from the viewpoint of smooth progress of 30 wt% or less, preferably not more than 25 wt%.
  • a preferable total charge is 1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 25% by mass.
  • the inert solvent examples include ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1), compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, and ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3).
  • the obtained carboxyl group-containing polymer composition is not particularly limited as long as it is a solvent that does not dissolve.
  • the inert solvent include aliphatic hydrocarbons having 2 to 8 carbon atoms which may be substituted with halogen such as ethylene dichloride, normal pentane, normal hexane, isohexane, normal heptane, normal octane, isooctane, etc .; cyclopentane C 5-7 alicyclic hydrocarbons such as methylcyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, etc .; aromatic hydrocarbons optionally substituted with halogen such as benzene, toluene, xylene, chlorobenzene; ethyl acetate, isopropyl acetate, etc.
  • halogen such as ethylene dichloride, normal pentane, normal hexane, isohexane, normal heptane, normal octane, isooctane, etc .
  • acetic acid alkyl esters such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone.
  • ketone compounds such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone.
  • these inert solvents ethylene dichloride, normal hexane, cyclohexane, normal heptane, and ethyl acetate are preferable from the viewpoint of stable quality and easy availability.
  • radical polymerization initiator is not particularly limited. Specific examples thereof include ⁇ , ⁇ ′-azoisobutyronitronyl, 2,2′-azobis-2,4-dimethylvaleronitrile, dimethyl-2,2′-azobisisobutyrate, benzoyl peroxide, lauroyl. Peroxide, cumene hydroperoxide, tertiary butyl hydroperoxide and the like can be mentioned.
  • a radical polymerization initiator may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.
  • the amount of radical polymerization initiator varies depending on the type and reaction temperature, and cannot be determined unconditionally. However, from the viewpoint of increasing the polymerization reaction rate, the monomer of the carboxyl group-containing polymer (A) is usually used.
  • the amount of the radical polymerization initiator is preferably 0.1 to 10% by mass, more preferably 0.3 to 3% by mass.
  • the atmosphere during the reaction is preferably an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas from the viewpoint of avoiding the influence of oxygen.
  • the nonionic surface activity in the system is increased.
  • Add agent (B) That is, the nonionic surfactant (B) is in a state where the copolymerization of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) is incomplete (the polymerization rate is 70% or more and less than 100%) Is completed (the polymerization rate is 100%), it is added to the system.
  • the nonionic surfactant (B) in the production method of the present invention, by adding the nonionic surfactant (B) at a specific timing, dispersibility in water immediately after production, storage stability, and transparency of the neutralized viscous liquid can be improved. It becomes possible to produce a carboxyl group-containing polymer composition excellent in all.
  • the said nonionic surfactant (B) is added at the time of the said polymerization rate being 70% or more at least, even if it adds separately at the time of less than 70%, the same effect will be expressed.
  • the polymerization rate in the copolymerization step can be confirmed by the method described in Examples.
  • the nonionic surfactant (B) is composed of a hydrophilic part and a hydrophobic part.
  • hydrophobic portion include polyhydric alcohol fatty acid esters and hydroxy fatty acid addition polymers.
  • polyhydric alcohol part of the polyhydric alcohol fatty acid ester examples include glycerin, polyglycerin, trimethylpropanol, sorbit, sorbitan and the like.
  • polyhydric alcohol residue of the nonionic surfactant (B) those derived from these polyhydric alcohols are preferred.
  • One type of polyhydric alcohol part may be sufficient, and two or more types may be sufficient as it.
  • Suitable examples of the fatty acid portion of the polyhydric alcohol fatty acid ester include stearic acid, isostearic acid, palmitic acid and the like. That is, as the fatty acid residue of the nonionic surfactant (B), those derived from these fatty acids are preferable.
  • the fatty acid moiety may be one type or two or more types.
  • examples of the polyhydric alcohol fatty acid ester in the hydrophobic portion of the nonionic surfactant (B) include stearic acid ester, isostearic acid ester, palmitic acid ester, and hardened castor oil derivative.
  • Suitable examples of the addition polymer of hydroxy fatty acid in the hydrophobic part of the nonionic surfactant (B) include addition polymers of 2-hydroxy palmitic acid, 16-hydroxy palmitic acid, and 12-hydroxy stearic acid. Is mentioned.
  • hydrophilic part of the nonionic surfactant (B) examples include a carboxy group, a hydroxy group, an amino group, a sulfonyl group, and an ether group.
  • the ether group in the hydrophilic part of the nonionic surfactant (B) may be an oxyalkylene chain such as polyoxyalkylene.
  • Preferable examples of the oxyalkylene chain in the nonionic surfactant (B) include an oxyalkylene group represented by the following formula.
  • R 1 represents a hydrogen atom, a methyl group or an ethyl group, and n represents an integer of 1 to 100. If n is an integer of 2 or more, plural R 1 may each be the same or may be different.
  • a polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct is preferably exemplified.
  • the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct is a compound in which an alkylene oxide is added to a fatty acid ester of a polyhydric alcohol.
  • the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct functions as an emulsifier.
  • Suitable examples of the polyhydric alcohol moiety in the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct include glycerin, polyglycerin, trimethylpropanol, sorbit, sorbitan and the like as described above. That is, the polyhydric alcohol residue of the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct is preferably derived from these polyhydric alcohols.
  • One type of polyhydric alcohol part may be sufficient, and two or more types may be sufficient as it.
  • suitable examples of the fatty acid moiety in the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct include stearic acid, isostearic acid, palmitic acid and the like as described above. That is, as the fatty acid residue of the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct, those derived from these fatty acids are preferred.
  • the fatty acid moiety may be one type or two or more types.
  • examples of the polyhydric alcohol fatty acid ester in the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct include stearic acid ester, isostearic acid ester and palmitic acid ester, and hardened castor oil derivatives.
  • Suitable examples of the oxyalkylene chain in the polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adduct include an oxyalkylene group represented by the above general formula (I).
  • the HLB in the nonionic surfactant (B) is preferably 5 to 8.
  • nonionic surfactant (B) examples include polyoxyethylene glyceryl triisostearate, polyoxyethylene (30) triisostearate hydrogenated castor oil, polyoxyethylene hydrogenated castor oil derivative, polyoxyethylene glycerin fatty acid ester And polyoxyethylene tristearate trimethylol.
  • polyoxyethylene glycerin fatty acid ester examples include polyoxyethylene glyceryl monostearate, polyoxyethylene glyceryl distearate, polyoxyethylene glyceryl tristearate, polyoxyethylene glyceryl isostearate, polyoxyethylene glyceryl diisostearate, tris Polyoxyethylene glyceryl isostearate, block copolymer of 2-hydroxypalmitic acid and alkylene glycol, block copolymer of 16-hydroxypalmitic acid and alkylene glycol, and block copolymer of 12-hydroxystearic acid and alkylene glycol Is mentioned.
  • Preferred examples of polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adducts when the hardened castor oil derivative is a polyhydric alcohol fatty acid ester include polyoxyethylene hardened castor oil, polyoxyethylene hardened castor oil laurate, isostearin Acid polyoxyethylene hydrogenated castor oil, triisostearic acid polyoxyethylene hydrogenated castor oil, and the like.
  • polyhydric alcohol fatty acid ester alkylene oxide adducts a carboxyl group-containing polymer composition having excellent dispersibility can be obtained with a small amount of use, and the thickening effect is maintained while maintaining the high transparency of the neutralized viscous liquid. Therefore, polyoxyethylene hydrogenated castor oil, polyoxyethylene hydrogenated castor oil isostearate, polyoxyethylene hydrogenated castor oil triisostearate and polyoxyethylene sorbite tetraoleate are preferred.
  • the addition amount of the nonionic surfactant (B) (that is, nonionic properties at the time when the polymerization rate is 70% or more and 100% or less)
  • the addition amount of the surfactant (B) is preferably 0.5 parts by mass or more, more preferably 3 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the carboxyl group-containing polymer (A).
  • the addition amount of the nonionic surfactant (B) is preferably about 0.5 to 9 parts by mass, more preferably 3 to 7 parts by mass.
  • the method for producing the carboxyl group-containing polymer composition of the present invention can be carried out, for example, in the following methods (1A) and (2A).
  • the ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3) the method for subjecting it to polymerization is not particularly limited. For example, it may be charged in a reaction vessel in advance, or the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) and the ethylenically unsaturated group may be used. May be continuously added to the reaction vessel in the same manner as the compound (a-2) having at least two.
  • ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1), which is previously weighed in a desired amount in a reaction vessel equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen gas blowing tube and a cooling tube, A compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, an ⁇ , ⁇ -unsaturated compound (a-3), a radical polymerization initiator, and an inert solvent are charged if necessary.
  • Nitrogen gas is blown into the contents.
  • the polymerization reaction can be carried out by heating to 20 to 120 ° C., preferably 30 to 90 ° C. in a warm bath or the like.
  • the polymerization reaction is usually completed in 2 to 10 hours.
  • the nonionic surfactant (B) is diluted with an inert solvent, added to the slurry in the system, and stirred until uniform.
  • the inert solvent is distilled off from the reaction solution by heating under reduced pressure or normal pressure, and the carboxyl group-containing polymer composition can be obtained as a white fine powder.
  • an alkaline component such as sodium hydroxide or triethanolamine
  • alcohol gel means “gel obtained by dissolving a carboxy group-containing polymer composition in an aqueous solution containing a total of 54 to 94% by weight of a single component or a plurality of component alcohols”.
  • the polymerization rate of ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) is, for example, 70.
  • the non-ionic surfactant (B) was added to the system at the time when it reached -80% to produce a carboxyl group-containing polymer composition, the resulting carboxyl group-containing polymer composition was A neutralized viscous liquid or alcohol gel having excellent dispersibility in water and the like and excellent in viscosity and transparency can be obtained.
  • Dispersibility 100 g of ion-exchanged water is put into a 200 mL (milliliter) beaker, and the temperature of the ion-exchanged water is adjusted to 25 ° C.
  • 3.0 g of the carboxyl group-containing polymer composition was charged all at once without stirring, and the swelling state of the carboxyl group-containing polymer composition was visually observed, and the carboxyl group-containing polymer composition was observed.
  • Measure the time (minutes) required to completely get wet without any dry parts referred to as “dispersion time”. If the time required for swelling is 30 minutes or less, it can be judged that the dispersibility is excellent.
  • Dispersibility stability (storage stability)
  • the carboxyl group-containing polymer composition was measured by the method (1) 30 days after the production with respect to the dispersion time (referred to as “dispersion time 1”) measured by the method (1) within 24 hours after the production.
  • the polymerization rate was calculated by the following formula.
  • the amount of the unreacted monomer (a-1) is the amount of the monomer (a-1) not added to the system at that time out of the total amount of the monomer (a-1) used in the polymerization reaction. ) And the total amount of monomer (a-1) present in an unreacted state in the system.
  • each amount of monomer (a-1) is based on weight.
  • the amount of the unreacted monomer (a-1) was measured using liquid chromatography such as high performance liquid chromatography.
  • Viscosity and transparency of alcohol gel 51.7 g of ion-exchanged water and 96.0 g of ethanol are placed in a 200 mL (milliliter) beaker, and 0.75 g of a carboxy group-containing polymer composition is added with stirring. . After uniformly dispersing, stirring is stopped, an ethanol solution of triethanolamine (50% by weight) is added so that the pH is 6 to 8, and stirring is performed with a hand mixer or the like until the gel is uniform. After soaking in a constant temperature bath at 25 ° C., the viscosity and transparency are measured. As for the viscosity, a Brookfield viscometer (model number: DV1MRVTJ0) was used. 5 is measured at 20 rpm.
  • the transmittance of light having a wavelength of 425 nm is measured using a spectrophotometer (model number: UV-3150) manufactured by Shimadzu Corporation. If it is 95% or more, it can be said that the transparency is high.
  • Example 1 In a 500 mL (milliliter) four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen blowing tube and a cooling tube, 40 g of acrylic acid and an alkyl group having 18 to 24 carbon atoms in the alkyl group as a (meth) acrylic acid alkyl ester VMA 70 (manufactured by NOF Corporation, 10-20 parts by mass of stearyl methacrylate, 10-20 parts by mass of eicosanyl methacrylate, 59-80 parts by mass of behenyl methacrylate, and tetracosanyl methacrylate content of 1% by mass or less 0.88 g of a mixture), 0.20 g of pentaerythritol tetraallyl ether as a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, and 0.22 g of 2,2′-azobis (methyl isobutyrate) as a radical polymerization initi
  • the flask was charged and the contents of the flask were kept stirring for another hour. Thereafter, the set temperature of the oil bath was set to 100 ° C. and heated, and normal hexane was removed from the flask. Thereafter, the contents of the flask were transferred to a vacuum dryer (Yamatho, Vacuum Dry Oven DP33), the oven set temperature was set to 115 ° C., the set pressure was set to 10 mmHg, and dried for 8 hours. 38 g of a carboxyl group-containing polymer composition was obtained. As shown in Table 1, the polymerization rate when polyoxyethylene (3) castor oil was added was 98%.
  • Example 2 is the same as Example 1 except that the timing of adding polyoxyethylene (3) castor oil is changed to the time when the polymerization rate is 70% (the time when the polymerization rate is maintained at 60 to 65 ° C. for about 2 hours) As a result, 38 g of a white fine powder carboxyl group-containing polymer composition was obtained.
  • Example 3 Same as Example 1 except that polyoxyethylene (3) castor oil was changed to polyisoethylene stearate polyoxyethylene (30) hydrogenated castor oil (Emulex RWIS-330, manufactured by Nippon Emulsion Co., Ltd.) in Example 1. As a result, 38 g of a white fine powder carboxyl group-containing polymer composition was obtained.
  • Example 4 In Example 1, 38 g of a white fine powder carboxyl group-containing polymer composition was obtained in the same manner as in Example 1 except that Bremer VMA-70 was not used.
  • Example 5 In Example 1, not only when the polymerization rate was 98% (after completion of heating) but also when the polymerization rate was 50% (when kept at 60 to 65 ° C. for about 1 hour) 0.4 g of normal hexane. Example 1 except that 0.4 g of polyoxyethylene (3) castor oil (Nikko Chemical Co., Ltd., NIKKOL CO3) was added as a nonionic surfactant (B) (emulsifier). Similarly, 38 g of a carboxyl group-containing polymer composition as a white fine powder was obtained.
  • polyoxyethylene (3) castor oil Nikko Chemical Co., Ltd., NIKKOL CO3
  • B nonionic surfactant
  • Example 1 is the same as Example 1 except that the timing of adding polyoxyethylene (3) castor oil is changed to the time when the polymerization rate is 50% (the time when the polymerization is held at 60 to 65 ° C. for about 1 hour). As a result, 38 g of a white fine powder carboxyl group-containing polymer composition was obtained.
  • Example 2 In Example 1, the carboxyl group of the white fine powder was changed in the same manner as in Example 1 except that the timing of adding the polyoxyethylene (3) castor oil was changed to before the polymerization (when the polymerization rate was 0%). 38 g of a containing polymer composition was obtained.
  • Example 6 In a 500 mL (milliliter) four-necked flask equipped with a stirrer, a thermometer, a nitrogen blowing tube and a cooling tube, 40 g of acrylic acid and an alkyl group having 18 to 24 carbon atoms in the alkyl group as a (meth) acrylic acid alkyl ester VMA 70 (manufactured by NOF Corporation, 10-20 parts by mass of stearyl methacrylate, 10-20 parts by mass of eicosanyl methacrylate, 59-80 parts by mass of behenyl methacrylate, and tetracosanyl methacrylate content of 1% by mass or less 0.88 g of a mixture), 0.20 g of pentaerythritol tetraallyl ether as a compound (a-2) having at least two ethylenically unsaturated groups, and 0.22 g of 2,2′-azobis (methyl isobutyrate) as a radical poly
  • Example 6 (Comparative Example 3) In Example 6, the timing of adding the nonionic surfactant (B) was changed to the time when the polymerization rate was 0% (the time when the monomer or the like was charged) in the same manner as in Example 6, 38 g of powdery carboxyl group-containing polymer composition was obtained.
  • Example 6 obtained by adding the nonionic surfactant when the polymerization rate of the ⁇ , ⁇ -unsaturated carboxylic acid (a-1) was 75% was obtained. It can be seen that the product has a high viscosity when used as an alcohol gel, and the alcohol gel is also highly transparent.

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Abstract

製造直後の水等への分散性、保存安定性、及び中和粘稠液の透明性の全てに優れた、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法を提供する。 α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体の共重合体であるカルボキシル基含有重合体(A)と、ノニオン性界面活性剤(B)とを含む、カルボキシル基含有重合体組成物を製造する方法であって、 前記単量体を共重合させる工程を備えており、 当該工程において、前記α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった時点で、系中に前記ノニオン性界面活性剤(B)を添加する、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法。

Description

カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法
 本発明は、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法に関する。
 従来、化粧品用の増粘剤、パップ剤用の保湿剤、乳化剤、懸濁安定剤、電池等のゲル化基剤として、カルボキシル基含有重合体が用いられている。カルボキシル基含有重合体をこれらの用途に使用する場合、例えば、カルボキシル基含有重合体を水等に添加し、均一な分散液を調製し、次いで、アルカリで中和して使用する。しかしながら、一般に、カルボキシル基含有重合体は微粉末であるため、水等に分散させる際、塊状物(ママコ(継粉))が生じやすい。一度ママコが生成すると、ママコ表面にゲル状の層が形成されるため、ママコの内部に水が浸透する速度が遅くなり、均一な分散液を得ることが困難となる。
 ママコの生成を防止する観点から、例えば、α,β-不飽和カルボン酸等を重合してカルボキシル基含有重合体を作製する際、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物、及び、多価アルコール脂肪酸エステルのうちの少なくとも1種の化合物を特定量添加して重合することにより、水への分散性に優れたカルボキシル基含有重合体組成物が得られることが知られている(特許文献1参照)。
特開2000-355614号公報
 しかしながら、特許文献1に開示されたカルボキシル基含有重合体組成物は、製造直後の水等への分散性及び中和粘稠液の透明性には優れているものの、例えば1ヶ月程度常温で保管すると、水等への分散性が悪化するという問題がある。すなわち、特許文献1に開示されたカルボキシル基含有重合体組成物には、保存安定性の点で改良の余地がある。なお、本明細書において「保存安定性」とは、「優れた分散性が長期に亘って維持されること」を意味する。
 本発明の主な目的は、製造直後の水等への分散性、保存安定性、及び中和粘稠液の透明性の全てに優れた、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法を提供することにある。
 本発明者等は、上記課題を解決するため、検討を重ね、カルボキシル基含有重合体組成物に含まれる界面活性剤の構造等に着目した。その結果、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体の共重合体であるカルボキシル基含有重合体(A)と、ノニオン性界面活性剤(B)とを含む、カルボキシル基含有重合体組成物を製造する方法であって、単量体を共重合させる工程において、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった(すなわち、単量体を共重合させる工程で使用する全α,β-不飽和カルボン酸(a-1)のうち、70~100%(重量基準)が共重合された)時点で、系中に前記ノニオン性界面活性剤(B)を添加することにより、得られたカルボキシル基含有重合体組成物は、保存安定性に優れることを見出した。さらに、このような製造方法により得られたカルボキシル基含有重合体組成物は、製造直後に水などへ分散させた場合にも、中和粘稠液の透明性を損なうことなく、分散性についても改善されることを見出した。本発明はこのような知見に基づき、さらに鋭意検討を重ねて完成された発明である。
 すなわち、本発明は、下記の構成を備える発明を提供する。
項1. α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体の共重合体であるカルボキシル基含有重合体(A)と、ノニオン性界面活性剤(B)とを含む、カルボキシル基含有重合体組成物を製造する方法であって、
 前記単量体を共重合させる工程を備えており、
 当該工程において、前記α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった時点で、系中に前記ノニオン性界面活性剤(B)を添加する、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法。
項2. ノニオン性界面活性剤(B)の添加量が、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)100質量部に対して、0.5~9質量部である、項1に記載のカルボキシル基含有重合体組成物の製造方法。
 本発明によれば、製造直後の水等への分散性、保存安定性、及び中和粘稠液の透明性の全てに優れた、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法を提供することができる。
 本発明の製造方法は、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体の共重合体であるカルボキシル基含有重合体(A)と、ノニオン性界面活性剤(B)とを含む、カルボキシル基含有重合体組成物を製造する方法であって、前記単量体を共重合させる工程を備えている。本発明の製造方法においては、当該工程において、前記α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった時点で、系中に前記ノニオン性界面活性剤(B)を添加することを特徴とする。なお、前記ノニオン性界面活性剤(B)は、少なくとも前記重合率が70~100%の時点で添加していればよく、前記重合率が0%以上70%未満の時点でさらに添加していても、同様の効果が期待できる。前記重合率0%以上70%未満の時点で成分(B)を添加する場合、その添加量としては、前記重合率が70~100%の時点での成分(B)の添加量100質量部に対して、0質量部を超え、50質量部以下程度が挙げられる。以下、本発明のカルボキシル基含有重合体組成物の製造方法について、詳述する。なお、本明細書において、中和粘稠液とは、カルボキシル基含有重合体組成物を水に分散させた後、アルカリ性化合物等の中和剤を加えて、pHを約7(pH=6~8)に調整した溶液をいう。
 本発明の製造方法においては、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体を、共重合させる工程を備えており、当該工程により、カルボキシル基含有重合体(A)が生成する。すなわち、少なくとも、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)と、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)とを単量体とし、これらを含む単量体を共重合させることによって、カルボキシル基含有重合体(A)が生成する。なお、本発明の製造方法は、当該工程以外の工程を含んでいてもよい。
(α,β-不飽和カルボン酸)
 α,β-不飽和カルボン酸(a-1)(単量体(a-1)と称する場合がある)としては、特に限定されず、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸等の炭素数3~5のオレフィン系不飽和カルボン酸等が挙げられる。これらのα,β-不飽和カルボン酸(a-1)の中でも、安価で入手が容易であり、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の透明性が高いことから、アクリル酸、メタクリル酸などが好適に用いられる。なお、これらのα,β-不飽和カルボン酸は、それぞれ単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物)
 エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)(エチレン性不飽和基を2個以上有する化合物(a-2))としては、特に限定されず、例えば、ポリオールの2置換以上のアクリル酸エステル類;ポリオールの2置換以上のメタクリル酸エステル類;ポリオールの2置換以上のアリルエーテル類;フタル酸ジアリル、リン酸トリアリル、メタクリル酸アリル、テトラアリルオキシエタン、トリアリルシアヌレート、アジピン酸ジビニル、クロトン酸ビニル、1,5-ヘキサジエン、ジビニルベンゼン等が挙げられる。なお、前記ポリオールとは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリオキシエチレングリコール、ポリオキシプロピレングリコール、グリセリン、ポリグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、サッカロース、ソルビトール等が挙げられる。これらのエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物の中でも、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の粘度調整が容易である観点から、ペンタエリスリトールトリアリルエーテル、ペンタエリスリトールテトラアリルエーテル、テトラアリルオキシエタン、リン酸トリアリル、ポリアリルサッカロースが好適に用いられる。なお、これらのエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)は、それぞれ単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)の割合は、α,β-不飽和カルボン酸100質量部に対して、好ましくは0.01~10質量部であり、より好ましくは0.05~10質量部であり、さらに好ましくは0.05~3質量部である。エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)の割合が、0.01質量部以上であることにより、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の粘度調整効果が好適に発現される。また、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物の使用量が10質量部以下であることにより、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を好適に中和粘稠液とし得る。なお、本発明において、「α,β-不飽和カルボン酸100質量部」とは、本発明の製造方法で使用したα,β-不飽和カルボン酸(a-1)の全量を意味している。
(α,β-不飽和化合物)
 カルボキシル基含有重合体(A)を構成する単量体としては、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の粘度を調整する観点から、α,β-不飽和化合物(a-3)等を用いてもよい。
 α,β-不飽和化合物(a-3)としては、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)と異なれば、特に限定されず、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、オクチルアクリレート、2-エチルアクリレート、デシルアクリレート、ラウロイルアクリレート、ステアリルアクリレ-ト、グリシジルアクリレート等のアクリル酸エステル類;前記アクリル酸エステル類に相当するメタクリル酸エステル類;ビニルグリシジルエーテル、イソプロペニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ブテニルグリシジルエーテル等のグリシジルエーテル類;アクリルアミド、N-メチルアクリルアミド、N-エチルアクリルアミド、N-t-ブチルアクリルアミド等のアクリルアミド類;前記アクリルアミド類に相当するメタクリルアミド類;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、安息香酸ビニル等のビニルエステル類等が挙げられる。これらのα,β-不飽和化合物(a-3)の中でも、アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類が好適に用いられ、とりわけ、炭素数12~40(特に、15~30)の直鎖又は分岐鎖状のアルキル基を有するアクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類が好ましく、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸エイコサニル、メタクリル酸ベヘニル、メタクリル酸テトラコサニルがより好適に用いられる。なお、これらのα,β-不飽和化合物(a-3)は、それぞれ単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。さらに、前記アクリル酸エステル類、メタクリル酸エステル類としては、例えば、日油株式会社製の商品名ブレンマーVMA70等を用いてもよい。
 α,β-不飽和化合物(a-3)の使用量は、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)100質量部に対して、好ましくは0.1~20質量部であり、より好ましくは1~10質量部である。α,β-不飽和化合物(a-3)の使用量が0.1質量部以上であれば、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の粘度調整効果を好適に発現し得る。また、α,β-不飽和化合物(a-3)の使用量が20質量部以下である場合、得られるカルボキシル基含有重合体組成物を用いた中和粘稠液の粘度が低くなり過ぎることを抑制できる。
 本発明において、カルボキシル基含有重合体(A)を構成する単量体における、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、及びα,β-不飽和化合物(a-3)の合計割合としては、特に制限されないが、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80質量%~100質量%程度、さらに好ましくは90質量%~100質量%程度、特に好ましくは95質量%~100質量%程度が挙げられる。当該合計割合は、実質的に100質量%であってもよい。また、カルボキシル基含有重合体(A)を構成する単量体における、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の割合としては、特に制限されないが、好ましくは95質量%以上、より好ましくは96質量%~99質量%程度、さらに好ましくは97質量%~98質量%程度が挙げられる。
 これらの単量体を共重合させる方法としては、特に限定されず、公知乃至慣用の方法を適用することができる。具体的には、例えば、以下の方法(1)~(3)のいずれかによって実施することができる。
 方法(1):α,β-不飽和カルボン酸(a-1)とエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)と(さらに必要であればα,β-不飽和化合物(a-3)と)を重合初期から共存させて(例えば、それぞれを全量共存させて)共重合する方法
 方法(2):α,β-不飽和カルボン酸(a-1)に、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を連続的に添加しながら重合させる方法
 当該方法(2)においてα,β-不飽和化合物(a-3)を使用する場合、これを重合に付す方法は特に限定されず、例えば、あらかじめα,β-不飽和カルボン酸(a-1)と共存させておいてもよいし、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)と同様に連続的に添加してもよい。
 方法(3):α,β-不飽和カルボン酸(a-1)と、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)とを、連続的に添加しながら重合させる方法
 当該方法(3)においてα,β-不飽和化合物(a-3)を使用する場合、これを重合に付す方法は特に限定されず、例えば、あらかじめ重合系に仕込んでおいてもよいし、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及びエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)と同様に連続的に添加してもよい。
 一例として、方法(1)を具体的に説明する。方法(1)においては、例えば、攪拌機、温度計、窒素ガス吹込管、及び冷却管を備えた反応容器に、それぞれ予め所望量に秤量された、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個以上有する化合物(a-2)、ラジカル重合開始剤、及び不活性溶媒を仕込む。
 次に、反応容器内の内容物を攪拌し、組成が均一となるように混合する。次に、反応容器の上部空間に含まれている酸素ガス、及び内容物中に溶解している溶存酸素を除去するために、内容物中に窒素ガスを吹き込む。重合反応は、温浴などで20~120℃、好ましくは30~90℃に加熱することによって行うことができる。重合反応は、通常2~10時間で終了する。
 α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、必要であればα,β-不飽和化合物(a-3)、ラジカル重合開始剤、及び不活性溶媒の仕込み全量における、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及びエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)の合計仕込量(α,β-不飽和化合物(a-3)を使用する場合には、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、及びα,β-不飽和化合物(a-3)の合計仕込量)は、容積効率を高め、生産性を向上させる観点から、1質量%以上、好ましくは5質量%以上であることが望ましく、また重合反応の進行に伴って重合体の析出が著しくなり、スラリーの粘度が高くなるのを回避し、反応を円滑に進行させる観点から、30質量%以下、好ましくは25質量%以下であることが望ましい。好ましい合計仕込量は、1~30質量%であり、より好ましくは5~25質量%である。
 不活性溶媒としては、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、及びα,β-不飽和化合物(a-3)は溶解するが、得られるカルボキシル基含有重合体組成物は溶解しない溶媒であればよく、特に制限されない。不活性溶媒の好ましい具体例としては、エチレンジクロライド、ノルマルペンタン、ノルマルヘキサン、イソヘキサン、ノルマルヘプタン、ノルマルオクタン、イソオクタンなどのハロゲン置換されていてもよい炭素数2~8の脂肪族炭化水素;シクロペンタン、メチルシクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンなどの炭素数5~7の脂環族炭化水素;ベンゼン、トルエン、キシレン、クロロベンゼンなどのハロゲン置換されていてもよい芳香族炭化水素;酢酸エチル、酢酸イソプロピルなどの酢酸アルキルエステル;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンなどのケトン系化合物などが挙げられる。これらは単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。これらの不活性溶媒の中では、品質が安定しており、入手が容易である観点から、エチレンジクロライド、ノルマルヘキサン、シクロヘキサン、ノルマルヘプタン及び酢酸エチルが好ましい。
 ラジカル重合開始剤の種類には、特に限定がない。その具体例としては、α,α’-アゾイソブチロニトニル、2,2’-アゾビス-2,4-ジメチルバレロニトリル、ジメチル-2,2’-アゾビスイソブチレート、過酸化ベンゾイル、ラウロイルパーオキシド、クメンハイドロパーオキサイド、第3級ブチルハイドロパーオキシドなどを挙げることができる。ラジカル重合開始剤は、1種類を単独で使用してもよいし、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
 ラジカル重合開始剤の量は、その種類や反応温度などによって異なるので一概には決定することができないが、通常、重合反応速度を増大させる観点から、カルボキシル基含有重合体(A)の単量体として用いるα,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、及びα,β-不飽和化合物(a-3)の合計量に対して、0.1質量%以上が好ましく、より好ましくは0.3質量%以上であり、また重合反応の際の除熱を容易に行なうことができるようにするために、10質量%以下が好ましく、より好ましくは3質量%以下である。ラジカル重合開始剤の量は、好ましくは0.1~10質量%であり、より好ましくは0.3~3質量%である。
 なお、反応の際に酸素が存在していると、反応に悪影響を及ぼすため、あらかじめ反応系から酸素を除去しておくことが好ましい。したがって、反応時の雰囲気は、酸素による影響を回避する観点から、例えば、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気であることが好ましい。
 本発明の製造方法では、単量体の共重合工程において、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった時点で、系中にノニオン性界面活性剤(B)を添加する。すなわち、ノニオン性界面活性剤(B)は、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の共重合が未完全(前記重合率が70%以上100%未満)である状態か、共重合が完結(前記重合率が100%)した時点で、系中に添加する。本発明の製造方法においては、特定のタイミングでノニオン性界面活性剤(B)を添加することにより、製造直後の水等への分散性、保存安定性、及び中和粘稠液の透明性の全てに優れた、カルボキシル基含有重合体組成物を製造することが可能となる。なお、前記ノニオン性界面活性剤(B)は、少なくとも前記重合率が70%以上の時点で添加していれば、70%未満の時点で別に添加していても同様の効果を発現する。
 本発明の製造方法において、共重合工程における前記重合率は、実施例に記載の方法により確認することができる。
(ノニオン性界面活性剤)
 ノニオン性界面活性剤(B)は、親水部と疎水部とから構成される。疎水部の例としては、例えば、多価アルコール脂肪酸エステルやヒドロキシ脂肪酸の付加重合物などが挙げられる。
 多価アルコール脂肪酸エステルの多価アルコール部分の好適な例としては、グリセリン、ポリグリセリン、トリメチルプロパノール、ソルビット、ソルビタンなどが挙げられる。ノニオン性界面活性剤(B)の多価アルコール残基としては、これらの多価アルコールに由来するものが好ましい。多価アルコール部分は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
 多価アルコール脂肪酸エステルの脂肪酸部分の好適な例としては、ステアリン酸、イソステアリン酸、パルミチン酸などが挙げられる。すなわち、ノニオン性界面活性剤(B)の脂肪酸残基としては、これらの脂肪酸に由来するものが好ましい。脂肪酸部分は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
 また、ノニオン性界面活性剤(B)の疎水部における、多価アルコール脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸エステル、イソステアリン酸エステル、パルミチン酸エステル、及び、硬化ヒマシ油誘導体などが挙げられる。
 ノニオン性界面活性剤(B)の疎水部における、ヒドロキシ脂肪酸の付加重合物の好適な例としては、2-ヒドロキシパルミチン酸、16-ヒドロキシパルミチン酸、及び、12-ヒドロキシステアリン酸の付加重合物などが挙げられる。
 ノニオン性界面活性剤(B)の親水部としては、カルボキシ基、ヒドロキシ基、アミノ基、スルホニル基、エーテル基などが挙げられる。ノニオン性界面活性剤(B)の親水部におけるエーテル基としては、ポリオキシアルキレンのようなオキシアルキレン鎖であってもよい。
 ノニオン性界面活性剤(B)における、オキシアルキレン鎖の好適な例としては、下記式で示されるオキシアルキレン基が挙げられる。
式:-(CH2-CHR1-O)n -
[式中、R1は水素原子、メチル基またはエチル基を示し、nは1~100の整数を示す。nが2以上の整数である場合、複数のR1は、それぞれ同一であってもよいし、異なっていてもよい。]
 ノニオン性界面活性剤(B)としては、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物が好ましく例示される。多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物は、多価アルコールの脂肪酸エステルに、アルキレンオキサイドが付加した化合物である。多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物は、乳化剤として機能する。
 多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物における、多価アルコール部分の好適な例としては、前述のように、グリセリン、ポリグリセリン、トリメチルプロパノール、ソルビット、ソルビタンなどが挙げられる。すなわち、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物の多価アルコール残基としては、これらの多価アルコールに由来するものが好ましい。多価アルコール部分は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
 また、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物における、脂肪酸部分の好適な例としては、前述の通り、ステアリン酸、イソステアリン酸、パルミチン酸などが挙げられる。すなわち、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物の脂肪酸残基としては、これらの脂肪酸に由来するものが好ましい。脂肪酸部分は、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
 また、前述の通り、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物における、多価アルコール脂肪酸エステルとしては、ステアリン酸エステル、イソステアリン酸エステル、パルミチン酸エステルの他、硬化ヒマシ油誘導体なども挙げられる。
 多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物における、オキシアルキレン鎖の好適な例としては、上記一般式(I)で示されるオキシアルキレン基が挙げられる。
 ノニオン性界面活性剤(B)におけるHLBとしては、5~8が好ましい。
 ノニオン性界面活性剤(B)の好ましい具体例としては、トリイソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、トリイソステアリン酸ポリオキシエチレン(30)硬化ヒマシ油、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油誘導体、ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレントリステアリン酸トリメチロールが挙げられる。ポリオキシエチレングリセリン脂肪酸エステルの具体例としては、モノステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、ジステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、トリステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、イソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、ジイソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、トリイソステアリン酸ポリオキシエチレングリセリル、2-ヒドロキシパルミチン酸とアルキレングリコールのブロック共重合体、16-ヒドロキシパルミチン酸とアルキレングリコールのブロック共重合体、及び、12-ヒドロキシステアリン酸とアルキレングリコールのブロック共重合体が挙げられる。
 また、硬化ヒマシ油誘導体を多価アルコール脂肪酸エステルとした場合の、多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物の好ましい具体例としては、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、ラウリン酸ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、イソステアリン酸ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、トリイソステアリン酸ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油などが挙げられる。
 多価アルコール脂肪酸エステルアルキレンオキサイド付加物の中では、少量の使用で分散性に優れたカルボキシル基含有重合体組成物が得られ、その中和粘稠液の高い透明性を維持したまま増粘効果を付与することができることから、ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、イソステアリン酸ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油、トリイソステアリン酸ポリオキシエチレン硬化ヒマシ油及びテトラオレイン酸ポリオキシエチレンソルビットが好ましい。
 得られるカルボキシル基含有重合体組成物の水への分散性を向上させる観点から、ノニオン性界面活性剤(B)の添加量(すなわち、前記重合率が70%以上100%以下の時点におけるノニオン性界面活性剤(B)の添加量)としては、カルボキシル基含有重合体(A)100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは3質量部以上が挙げられる。また、得られるカルボキシル基含有重合体組成物の中和粘稠液の過度の粘度増加を抑える観点からは、カルボキシル基含有重合体(A)100質量部に対して、好ましくは9質量部以下、より好ましくは7質量部以下が挙げられる。すなわち、ノニオン性界面活性剤(B)の添加量は、好ましくは0.5~9質量部程度、より好ましくは3~7質量部が挙げられる。
 本発明のカルボキシル基含有重合体組成物の製造方法は、例えば、以下の方法(1A)、(2A)の態様で実施できる。
 方法(1A):α,β-不飽和カルボン酸(a-1)とエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)と(さらに必要であればα,β-不飽和化合物(a-3))を反応容器に予め仕込み、これらを共重合させ、前記重合率が70~100%になった時点で、系中のスラリーにノニオン性界面活性剤(B)を添加する方法
 方法(2A):α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及びエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を、反応容器にそれぞれ連続的に添加しながら共重合させ、前記重合率が70~100%になった時点で、系中のスラリーにノニオン性界面活性剤(B)を添加する方法
 当該方法(2A)においてα,β-不飽和化合物(a-3)を使用する場合、これを重合に付す方法は特に限定されず、例えば、あらかじめ反応容器に仕込んでおいてもよいし、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及びエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)と同様に反応容器に連続的に添加してもよい。
 例えば、方法(1A)において、攪拌機、温度計、窒素ガス吹込管及び冷却管を備えた反応容器に、それぞれ予め所望量で秤量された、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)、必要であればα,β-不飽和化合物(a-3)、ラジカル重合開始剤、及び不活性溶媒を仕込む。反応容器内の内容物を攪拌し、組成が均一となるように混合した後、反応容器の上部空間に含まれている酸素ガス、内容物中に溶解している溶存酸素を除去するために、内容物中に窒素ガスを吹き込む。重合反応は、温浴などで20~120℃、好ましくは30~90℃に加熱することによって行なうことができる。重合反応は、通常2~10時間で終了する。次に、前記重合率が70~100%になったことを確認し、ノニオン性界面活性剤(B)を不活性溶媒で希釈し、系中のスラリーに添加し、均一になるまで撹拌する。その後、減圧または常圧下、加熱することにより、反応溶液から不活性溶媒を留去し、カルボキシル基含有重合体組成物を白色微粉末として得ることができる。
 かくしてカルボキシル基含有重合体組成物が得られる。本発明の製造方法によって製造されたカルボキシル基含有重合体組成物は、製造直後の水等への分散性、保存安定性、及び当該中和粘稠液の透明性の全てに優れている。また、当該カルボキシル基含有重合体組成物を、例えば、水に分散させた後、水酸化ナトリウム、トリエタノールアミンなどのアルカリ成分を加えて、水溶液のpHが約7(pH=6~8)となるように調整することにより、中和粘稠液を得ることができる。この中和粘稠液は、従来の架橋型カルボキシル基含有重合体を用いて中和粘稠液を調製した場合と対比して、増粘性に優れたものである。
 また、近年、カルボキシル基含有重合体組成物は、殺菌用アルコールゲルの増粘剤としての需要が増している。しかしながら、例えば、前述の特許文献1に開示されたカルボキシル基含有重合体組成物を用いてアルコールゲルを作製すると、粘性が劣る場合や、濁りが生じて透明性が低下する場合があるという問題がある。なお、本明細書において「アルコールゲル」とは、「単成分あるいは複数成分のアルコールの合計54~94重量%を含む水溶液にカルボキシ基含有重合体組成物を溶かして中和したゲル」を意味する。
 これに対して、本発明のカルボキシル基含有重合体組成物の製造方法の前記単量体を共重合させる工程において、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が、例えば70~80%となった時点で、系中にノニオン性界面活性剤(B)を添加して、カルボキシル基含有重合体組成物を製造することにより、得られたカルボキシル基含有重合体組成物は、水等への分散性に優れ、これを用いて粘性や透明性に優れた中和粘稠液やアルコールゲルが得られる。
 以下に実施例及び比較例を示して本発明を詳細に説明する。但し本発明は実施例に限定されるものではない。
[評価方法]
 実施例及び比較例により得られたカルボキシル基含有重合体組成物を、以下の方法により測定、評価した。
 (1)分散性
 200mL(ミリリットル)容のビーカーに、イオン交換水100gを入れ、イオン交換水の温度を25℃に調整する。このビーカーに、カルボキシル基含有重合体組成物3.0gを無攪拌条件下で一気に投入し、該カルボキシル基含有重合体組成物の膨潤状態を目視で観察して、該カルボキシル基含有重合体組成物が乾いた部分無く、すべて濡れきるのに要する時間(分)(「分散時間」と称する)を測定する。膨潤するのに要する時間が30分間以下であれば、分散性に優れていると判断できる。
(2)分散性の安定性(保存安定性)
 カルボキシル基含有重合体組成物を製造後24時間以内に上記(1)の方法で測定した分散時間(「分散時間1」と称する)に対する、製造後30日後に上記(1)の方法で測定した分散時間(「分散時間2」と称する)の比[=分散時間2/分散時間1]を保存安定性(分散性の安定性:時間が経っても良好な分散性が維持される特性)の指標とした。上記比が1に近いほど保存安定性がよく、0.8~1.2であれば良好と判断できる。
(3)重合率
 重合率は、下記の式により算出した。未反応の単量体(a-1)の量は、重合反応に用いた単量体(a-1)の総量のうち、その時点で系中に添加していない単量体(a-1)と、系中で未反応の状態で存在している単量体(a-1)の合計量を意味する。また、式において、単量体(a-1)の各量は、重量を基準としたものである。未反応の単量体(a-1)の量は、高速液体クロマトグラフィー等の液体クロマトグラフィーを用いて測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
(4)アルコールゲルの粘度及び透明性
 200mL(ミリリットル)容のビーカーに、イオン交換水51.7g、エタノール96.0gを入れ、撹拌しながら、カルボキシ基含有重合体組成物0.75gを添加する。均一に分散させた後、撹拌を止め、トリエタノールアミンのエタノール溶液(50重量%)をpHが6~8になるよう添加し、ハンドミキサー等でゲルが均一になるまで撹拌する。25℃の恒温槽に浸した後、粘度及び透明性を測定する。粘度については、BrookField社製の粘度計(型番:DV1MRVTJ0)を用い、スピンドルNo.5を使用して20rpmで測定する。5000mPa・s以上であれば高粘度といえる。透明性については、島津製作所社製の分光光度計(型番:UV-3150)を用いて、波長425nmの光の透過率を測定する。95%以上であれば透明性が高いといえる。
(実施例1)
 攪拌機、温度計、窒素吹き込み管及び冷却管を備えた500mL(ミリリットル)容の四つ口フラスコに、アクリル酸40g、アルキル基の炭素数が18~24である(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしてブレンマーVMA70(日油株式会社製、メタクリル酸ステアリルが10~20質量部、メタクリル酸エイコサニルが10~20質量部、メタクリル酸ベヘニルが59~80質量部及びメタクリル酸テトラコサニルの含有率が1質量%以下の混合物)0.88g、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)としてペンタエリスリトールテトラアリルエーテル0.20g、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソ酪酸メチル)0.116g、及び反応溶媒としてノルマルヘキサン230.9gを仕込んだ。その後、内容物を攪拌しながらフラスコ内の酸素を除去するために、溶液中に窒素ガスを吹き込んだ。その後、撹拌と窒素ガスの吹き込みを続けた状態で、オイルバスの設定を60~65℃に設定し、フラスコの内容物を3時間加熱した。その後、3時間60~65℃に保持した。加熱終了直後、ノルマルヘキサン2.0gにノニオン性界面活性剤(B)(乳化剤)としてポリオキシエチレン(3)ヒマシ油(日光ケミカル株式会社製、NIKKOL CO3)2.0gを溶解させたものを、フラスコに投入し、フラスコの内容物を更に1時間撹拌を続けた。その後、オイルバスの設定温度を100℃に設定して加熱し、フラスコ内からノルマルヘキサンを除去した。その後、フラスコの内容物を減圧乾燥機(Yamatho社製、バキュームドライオーブンDP33)に移し、オーブンの設定温度を115℃に設定し、設定圧力を10mmHgに設定して8時間乾燥し、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。表1に示すように、ポリオキシエチレン(3)ヒマシ油を投入した時点の前記重合率は、98%であった。
(実施例2)
 実施例1において、ポリオキシエチレン(3)ヒマシ油を添加するタイミングを前記重合率が70%の時点(60~65℃で2時間程度保持した時点)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(実施例3)
 実施例1において、ポリオキシエチレン(3)ヒマシ油をトリイソステアリン酸ポリオキシエチレン(30)硬化ヒマシ油(日本エマルジョン株式会社製、エマレックスRWIS-330)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(実施例4)
 実施例1において、ブレンマーVMA-70を使用しなかったこと以外は実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(実施例5)
 実施例1において、前記重合率が98%(加熱終了後)の時点だけでなく、前記重合率が50%の時点(60~65℃で1時間程度保持した時点)においてもノルマルヘキサン0.4gにノニオン性界面活性剤(B)(乳化剤)としてポリオキシエチレン(3)ヒマシ油(日光ケミカル株式会社製、NIKKOL CO3)0.4gを溶解させたものを添加したこと以外は、実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(比較例1)
 実施例1において、ポリオキシエチレン(3)ヒマシ油を添加するタイミングを前記重合率が50%の時点(60~65℃で1時間程度保持した時点)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(比較例2)
 実施例1において、ポリオキシエチレン(3)ヒマシ油を添加するタイミングを重合前(前記重合率が0%の時点)に変更したこと以外は実施例1と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
[評価結果]
 実施例1~4、及び比較例1、2の方法で得られたカルボキシル基含有重合体組成物について、上記の方法により、測定し、評価した。その結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 以上の結果より、ノニオン性界面活性剤を、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70%~100%の時点で添加して得られたカルボキシル基含有重合体組成物は、保存安定性(分散性の安定性)が良好であることがわかる。
(実施例6)
 攪拌機、温度計、窒素吹き込み管及び冷却管を備えた500mL(ミリリットル)容の四つ口フラスコに、アクリル酸40g、アルキル基の炭素数が18~24である(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしてブレンマーVMA70(日油株式会社製、メタクリル酸ステアリルが10~20質量部、メタクリル酸エイコサニルが10~20質量部、メタクリル酸ベヘニルが59~80質量部及びメタクリル酸テトラコサニルの含有率が1質量%以下の混合物)0.88g、エチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)としてペンタエリスリトールテトラアリルエーテル0.20g、ラジカル重合開始剤として2,2’-アゾビス(イソ酪酸メチル)0.116g、及び反応溶媒としてノルマルヘキサン230.9gを仕込んだ。その後、内容物を攪拌しながらフラスコ内の酸素を除去するために、溶液中に窒素ガスを吹き込んだ。その後、撹拌と窒素ガスの吹き込みを続けた状態で、オイルバスの設定を60~65℃に設定し、フラスコの内容物を3時間加熱した。その後、1時間60~65℃に保持し(重合率75%)、ノルマルヘキサン2.0gに、ノニオン性界面活性剤(B)(乳化剤)として12-ヒドロキシステアリン酸とポリオキシエチレンのブロック共重合体(クローダ製、Hypermer B246)2.0gを溶解させたものを、フラスコに投入した。さらに、2時間、60~65℃に保持し、反応を完結させた。その後、オイルバスの設定温度を100℃に設定して加熱し、フラスコ内からノルマルヘキサンを除去した。その後、フラスコの内容物を減圧乾燥機(Yamatho社製、バキュームドライオーブンDP33)に移し、オーブンの設定温度を115℃に設定し、設定圧力を10mmHgに設定して8時間乾燥し、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
(比較例3)
 実施例6において、ノニオン性界面活性剤(B)を添加するタイミングを、前記重合率が0%の時点(モノマー等を仕込む時点)に変更したこと以外は実施例6と同様にして、白色微粉末のカルボキシル基含有重合体組成物38gを得た。
[評価結果]
 実施例6及び比較例3の方法で得られたカルボキシル基含有重合体組成物について、上記の方法により、アルコールゲルの粘度を測定し、さらに透明性を評価した。その結果を表2に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 以上の結果より、ノニオン性界面活性剤を、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が75%の時点で添加して得られた実施例6のカルボキシル基含有重合体組成物は、アルコールゲルとした場合の粘性が高く、さらにアルコールゲルの透明性も高いことが分かる。

Claims (2)

  1.  α,β-不飽和カルボン酸(a-1)及び分子内にエチレン性不飽和基を少なくとも2個有する化合物(a-2)を含む単量体の共重合体であるカルボキシル基含有重合体(A)と、ノニオン性界面活性剤(B)とを含む、カルボキシル基含有重合体組成物を製造する方法であって、
     前記単量体を共重合させる工程を備えており、
     当該工程において、前記α,β-不飽和カルボン酸(a-1)の重合率が70~100%となった時点で、系中に前記ノニオン性界面活性剤(B)を添加する、カルボキシル基含有重合体組成物の製造方法。
  2.  ノニオン性界面活性剤(B)の添加量が、α,β-不飽和カルボン酸(a-1)100質量部に対して、0.5~9質量部である、請求項1に記載のカルボキシル基含有重合体組成物の製造方法。
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