JP4337594B2 - Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition - Google Patents
Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition Download PDFInfo
- Publication number
- JP4337594B2 JP4337594B2 JP2004086014A JP2004086014A JP4337594B2 JP 4337594 B2 JP4337594 B2 JP 4337594B2 JP 2004086014 A JP2004086014 A JP 2004086014A JP 2004086014 A JP2004086014 A JP 2004086014A JP 4337594 B2 JP4337594 B2 JP 4337594B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ethylenically unsaturated
- monomer
- macromonomer
- mass
- polymer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
Description
本発明は、カルボキシル基を有し、末端にエチレン性不飽和結合を有するビニル重合体からなるマクロモノマーを水性媒体中で製造する方法に関するものである。
The present invention relates to a method for producing a macromonomer composed of a vinyl polymer having a carboxyl group and having an ethylenically unsaturated bond at a terminal in an aqueous medium.
特許文献1には、t−ブトキシ基をアルコール残基とするエステル構造を有するマクロモノマーを一旦合成した後、該エステルを分解させることにより、カルボキシル基を有するマクロモノマーを製造する方法が提案されている。しかし、該エステルの分解の際にカルボキシル基と共に生成するイソブチレン等の副生物を処理せねばならない問題や分解工程に多大な時間が必要であるという欠点を有する。
特許文献2には、重合体骨格を製造する際のラジカル重合において、連鎖移動剤としてコバルト錯体を使う方法が提案されている。本方法ではコバルト錯体の毒性が強く、また着色も著しいことから工業化が困難であるという問題があった。特許文献2には水性媒体中での重合は開示されておらず、当然、反応液のpHを制御することも開示されていない。
特許文献3には、220℃以上の高温下でアクリル酸をラジカル重合すると重合体末端に不飽和結合が導入されるという方法が提案されている。しかし、特許文献3には反応液のpHを制御することは開示されておらず、特許文献3に具体的に開示されている方法により得られる重合体は、マイケル付加反応や脱炭酸反応が起き易いために酸の濃度が低下したものとなる場合があり、また著しく着色したものとなる場合もある。
特許文献4には、水酸基を有するマクロモノマーに無水カルボン酸を反応させ、マクロモノマー骨格にカルボシル基を導入する方法が提案されている。しかしながら、本方法では、マクロモノマーの合成後さらに無水カルボン酸の付加反応工程を必要とするので経済的に問題があった。また本法では高い酸価を得るのに限界がある。
Patent Document 1 proposes a method for producing a macromonomer having a carboxyl group by once synthesizing a macromonomer having an ester structure having a t-butoxy group as an alcohol residue and then decomposing the ester. Yes. However, there is a problem that a by-product such as isobutylene produced together with a carboxyl group in the decomposition of the ester has to be treated, and a disadvantage that much time is required for the decomposition process.
Patent Document 2 proposes a method of using a cobalt complex as a chain transfer agent in radical polymerization when producing a polymer skeleton. In this method, there is a problem that industrialization is difficult because the cobalt complex is highly toxic and the coloring is remarkable. Patent Document 2 does not disclose polymerization in an aqueous medium, and naturally does not disclose controlling the pH of the reaction solution.
Patent Document 3 proposes a method in which when an acrylic acid is radically polymerized at a high temperature of 220 ° C. or higher, an unsaturated bond is introduced into the polymer terminal. However, Patent Document 3 does not disclose controlling the pH of the reaction solution, and the polymer obtained by the method specifically disclosed in Patent Document 3 undergoes a Michael addition reaction or a decarboxylation reaction. Since it is easy, the acid concentration may be lowered, and it may be remarkably colored.
Patent Document 4 proposes a method of reacting a macromonomer having a hydroxyl group with carboxylic anhydride to introduce a carbosyl group into the macromonomer skeleton. However, this method has an economical problem because it requires an additional reaction step of carboxylic anhydride after the synthesis of the macromonomer. Moreover, this method has a limit in obtaining a high acid value.
特許文献5には、モノアルコキシポリアルキレングリコール存在下にアクリル酸を180〜270℃でラジカル重合を行うという方法が提案されているが、マクロモノマーの存在については記載されていない。また、特許文献5には反応液のpHを制御することは開示されておらず、特許文献5に具体的に開示されている方法により得られる重合体は、末端不飽和基の導入率はきわめて小さく、マクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものにすぎない。
特許文献6には、連続攪拌槽型プロセスを使用して、3.5以下のpHおよび20〜90℃の温度において、アクリル酸を水溶液重合させるというアクリル酸重合体の製造方法が提案されているが、マクロモノマーの存在については記載されていない。特許文献6に開示されている方法により得られる重合体には、末端に不飽和基はほとんど導入されず、マクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものにすぎない。
特許文献7には、pHを6〜9の範囲に調整し、95〜100℃の温度においてアクリル酸を水溶液重合させるというアクリル酸重合体の製造方法が提案されている。しかし、特許文献7には末端不飽和結合の存在は全く示唆されておらずマクロモノマーとしての利用概念は示されていない。特許文献7に開示されている方法により得られる重合体は、末端不飽和基の導入率はきわめて小さく、マクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものにすぎない。
特許文献8には、130〜240℃の温度においてアクリル酸を水溶液重合させるというアクリル酸重合体の製造方法が提案されている。しかし、特許文献8には、末端不飽和結合の存在は全く示唆されておらずマクロモノマーとしての利用概念は開示されていない。また、特許文献8には反応液のpHを制御することは開示されておらず、特許文献8に具体的に開示されている方法すなわち重合開始剤を多量に使用して得られる重合体は、末端不飽和基の導入率はきわめて小さく、マクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものにすぎない。さらに、マイケル付加反応や脱炭酸反応が起き易いために酸の濃度が低下したものとなる場合があり、また著しく着色したものとなる場合もある。
特許文献9、特許文献10、特許文献11には、マレイン酸などのエチレン性不飽和ジカルボン酸をアクリル酸などのエチレン性不飽和モノカルボン酸と円滑に共重合させるために、pHを制御する方法が開示されている。しかし、これらの公知文献では、末端不飽和結合の存在は全く示唆されておらずマクロモノマーとしての利用についても示唆されていない。また、実施例に具体的に開示された技術は、重合温度が100〜120℃であり、得られる重合体は、末端不飽和基の導入率はきわめて小さく、マクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものにすぎない。
Patent Document 5 proposes a method of performing radical polymerization of acrylic acid at 180 to 270 ° C. in the presence of a monoalkoxypolyalkylene glycol, but does not describe the presence of a macromonomer. Patent Document 5 does not disclose controlling the pH of the reaction solution, and the polymer obtained by the method specifically disclosed in Patent Document 5 has a very high terminal unsaturated group introduction rate. Even if it is small and contains a macromonomer, it is only low in purity.
Patent Document 6 proposes a method for producing an acrylic acid polymer in which an acrylic acid is polymerized in an aqueous solution at a pH of 3.5 or less and a temperature of 20 to 90 ° C. using a continuous stirred tank type process. However, the presence of macromonomers is not described. In the polymer obtained by the method disclosed in Patent Document 6, an unsaturated group is hardly introduced at the terminal, and even if a macromonomer is contained, the polymer is only low in purity.
Patent Document 7 proposes a method for producing an acrylic acid polymer in which pH is adjusted to a range of 6 to 9 and acrylic acid is polymerized in an aqueous solution at a temperature of 95 to 100 ° C. However, Patent Document 7 does not suggest the existence of a terminal unsaturated bond, and does not show the concept of use as a macromonomer. The polymer obtained by the method disclosed in Patent Document 7 has a very small introduction rate of terminal unsaturated groups, and even if a macromonomer is contained, the polymer is only low in purity.
Patent Document 8 proposes a method for producing an acrylic acid polymer in which acrylic acid is polymerized in an aqueous solution at a temperature of 130 to 240 ° C. However, Patent Document 8 does not suggest the existence of a terminal unsaturated bond, and does not disclose the concept of use as a macromonomer. Further, Patent Document 8 does not disclose controlling the pH of the reaction solution, and the method specifically disclosed in Patent Document 8, that is, a polymer obtained by using a large amount of a polymerization initiator, The introduction rate of terminal unsaturated groups is extremely small, and even if a macromonomer is contained, the purity is only low. Furthermore, since the Michael addition reaction and the decarboxylation reaction are likely to occur, the acid concentration may be lowered, and the product may be remarkably colored.
Patent Document 9, Patent Document 10, and Patent Document 11 disclose a method for controlling pH in order to smoothly copolymerize an ethylenically unsaturated dicarboxylic acid such as maleic acid with an ethylenically unsaturated monocarboxylic acid such as acrylic acid. Is disclosed. However, these known documents do not suggest the existence of terminal unsaturated bonds, nor do they suggest use as a macromonomer. In addition, the technology specifically disclosed in the examples has a polymerization temperature of 100 to 120 ° C., and the resulting polymer has a very low introduction rate of terminal unsaturated groups, even if a macromonomer is contained. It is only low purity.
上記公知文献を整理する。
特許文献1〜4には、カルボキシル基を有し、末端にエチレン性不飽和を有するビニル重合体からなるマクロモノマーが開示されている。
特許文献1および4に記載されているマクロモノマーは、製造方法が本願発明により得られるマクロモノマーとは大きく異なり、生産性が悪いものである。また、マクロモノマーの構造も本願発明により得られるマクロモノマーとは異なる。
特許文献2に記載されているマクロモノマーは、製造方法が本願発明により得られるマクロモノマーとは大きく異なる。また、マクロモノマーが夾雑物を含有し、着色しやすいものである点も本願発明により得られるマクロモノマーとは異なる。
特許文献3に記載されているマクロモノマーの製造方法は、上位概念として本願発明のマクロモノマーの製造方法を開示している。しかし、具体的に開示されている方法により得られる重合体は、酸の濃度が低下したものとなる場合があり、著しく着色したものとなる場合もある点で、本願発明とは異なる。
The above known documents are organized.
Patent Documents 1 to 4 disclose macromonomers made of a vinyl polymer having a carboxyl group and having ethylenic unsaturation at the terminal.
The macromonomers described in Patent Documents 1 and 4 are significantly different in productivity from the macromonomers obtained by the present invention and have poor productivity. The structure of the macromonomer is also different from the macromonomer obtained by the present invention.
The macromonomer described in Patent Document 2 is greatly different from the macromonomer obtained by the present invention in the production method. Also, the macromonomer is different from the macromonomer obtained by the present invention in that it contains impurities and is easily colored.
The method for producing a macromonomer described in Patent Document 3 discloses the method for producing a macromonomer of the present invention as a superordinate concept. However, the polymer obtained by the specifically disclosed method is different from the present invention in that the polymer may have a reduced acid concentration and may be significantly colored.
特許文献5〜11には、カルボキシル基を有するビニル重合体の製造方法が開示されているが、末端にエチレン性不飽和を有するビニル重合体からなるマクロモノマーについては何ら記載されていない。個々の発明の目的に応じて、反応液のpHや反応温度が種々規定されているが、具体的に開示された方法により得られる重合体は、末端不飽和基の導入率はきわめて小さく、実質的にマクロモノマーが含まれていないか、もしマクロモノマーが含まれていたとしても純度が低いものとなりやい点で本願発明とは異なる。 Patent Documents 5 to 11 disclose a method for producing a vinyl polymer having a carboxyl group, but do not describe any macromonomer composed of a vinyl polymer having ethylenic unsaturation at the terminal. The pH of the reaction solution and the reaction temperature are variously defined according to the purpose of each invention. However, the polymer obtained by the specifically disclosed method has a very small introduction rate of terminal unsaturated groups, and is substantially The present invention is different from the present invention in that it does not contain a macromonomer or has a low purity even if a macromonomer is contained.
本発明の第1の目的は、マイケル付加反応や脱炭酸反応に起因する酸濃度の低下が小さく、着色が少なく、カルボキシル基を有するビニル重合体からなるマクロモノマーの含有割合の大きい、すなわち末端エチレン性不飽和の含有率が大きい、マクロモノマー組成物を生産性よく(低コストで)製造する方法を提供することである。本発明の第2の目的は、上記マクロモノマー組成物に含まれるカルボキシル基を有するビニル重合体からなるマクロモノマーおよびエチレン性不飽和単量体を共重合させてグラフト共重合体またはブロック共重合体を効率よく製造する方法を提供することである。
The first object of the present invention is that the decrease in the acid concentration due to the Michael addition reaction or the decarboxylation reaction is small, the coloration is small, and the content of the macromonomer composed of a vinyl polymer having a carboxyl group is large. It is to provide a method for producing a macromonomer composition with high productivity (low cost) having a high content of polyunsaturation. The second object of the present invention is to copolymerize a macromonomer composed of a vinyl polymer having a carboxyl group contained in the macromonomer composition and an ethylenically unsaturated monomer, thereby graft copolymer or block copolymer. It is providing the method of manufacturing efficiently.
上記課題を解決するために、請求項1に記載の発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物の製造方法は、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)20〜100質量%、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)0〜30質量%およびその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)0〜80質量%からなる単量体混合物を、水性媒体中でpH3.8〜12の範囲、温度130〜240℃の範囲において、全単量体を基準として0〜3mol%のラジカル重合開始剤を添加して重合させることを特徴とする。
請求項2に記載の発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物の製造方法は、連続撹拌槽式反応器を使用して、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)20〜100質量%、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)0〜30質量%およびその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)0〜80質量%からなる単量体混合物を、水性媒体中でpH3.8〜12の範囲、温度110〜240℃の範囲において、全単量体を基準として0〜3mol%のラジカル重合開始剤を添加し、平均滞留時間5〜120分の条件で重合させることを特徴とする。
請求項3に記載の発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物の製造方法は、請求項1または2に記載の発明において、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)の割合が0〜10質量%であることを特徴とする。
請求項4に記載の発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物の製造方法は、請求項1または2に記載の発明において、ラジカル重合開始剤の添加量が全単量体を基準として0〜1mol%であることを特徴とする。
請求項5に記載の発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物の製造方法は、請求項1または2に記載の発明において、pH4.5〜11の範囲、温度130℃〜215℃の範囲で上記単量体混合物を重合させることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the method for producing a polycarboxylic acid macromonomer composition of the invention according to claim 1 comprises 20 to 100% by mass of ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1), ethylene A monomer mixture consisting of 0 to 30% by mass of the unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) and 0 to 80% by mass of the other ethylenically unsaturated monomer (a-3) in an aqueous medium In the pH range of 3.8 to 12 and the temperature range of 130 to 240 ° C., 0 to 3 mol% of a radical polymerization initiator is added and polymerized based on all monomers.
The manufacturing method of the polycarboxylic acid macromonomer composition of the invention described in claim 2 uses a continuous stirred tank reactor, and the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1) 20 to 100 mass. %, A monomer mixture consisting of 0 to 30% by mass of ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) and 0 to 80% by mass of other ethylenically unsaturated monomer (a-3), In a medium with a pH of 3.8 to 12 and a temperature of 110 to 240 ° C., 0 to 3 mol% of a radical polymerization initiator is added based on the total monomers, and the average residence time is 5 to 120 minutes. It is characterized by polymerizing.
The method for producing a polycarboxylic acid macromonomer composition according to claim 3 is the method according to claim 1 or 2, wherein the ratio of ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) is 0 to 0. It is characterized by being 10% by mass.
The method for producing a polycarboxylic acid macromonomer composition of the invention according to claim 4 is the invention according to claim 1 or 2, wherein the addition amount of the radical polymerization initiator is 0 to 1 mol% based on the total monomers. It is characterized by being.
The method for producing the polycarboxylic acid macromonomer composition of the invention according to claim 5 is the method according to claim 1 or 2, wherein the above-mentioned unit is used in the range of pH 4.5 to 11 and temperature of 130 ° C to 215 ° C. The polymer mixture is polymerized.
請求項6に記載の共重合体の製造方法は、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)20〜100質量%、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)0〜30質量%およびその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)0〜80質量%からなる単量体混合物を、水性媒体中でpH3.8〜12の範囲、温度110〜240℃の範囲において、全単量体を基準として0〜3mol%のラジカル重合開始剤を添加して重合させて得られるポリカルボン酸マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)とをラジカル反応させることを特徴とする。
The method for producing a copolymer according to claim 6 comprises 20 to 100% by mass of ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1), ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) 0. A monomer mixture consisting of ˜30% by mass and other ethylenically unsaturated monomers (a-3) 0-80% by mass in an aqueous medium at a pH of 3.8-12 and a temperature of 110-240 ° C. In the range, a radical reaction of a polycarboxylic acid macromonomer composition obtained by adding 0 to 3 mol% of a radical polymerization initiator based on the total monomers and polymerizing it with the ethylenically unsaturated monomer (b) It is characterized by making it.
マイケル付加反応や脱炭酸反応に起因する酸濃度の低下が小さく、着色が少なく、カルボキシル基を有するビニル重合体からなるマクロモノマーの含有割合の大きい、すなわち末端エチレン性不飽和の含有率が大きい、マクロモノマー組成物を生産性よく(低コストで)製造することができた。
上記マクロモノマー組成物に含まれるカルボキシル基を有するビニル重合体からなるマクロモノマーおよびビニル単量体を共重合させてグラフト共重合体またはブロック共重合体を効率よく製造することができた。
上記マクロモノマーすなわちポリカルボン酸マクロモノマーならびにポリカルボン酸重合体単位を有するグラフト重合体およびブロック重合体は、様々な用途に有用である。例えば有機顔料分散剤、無機顔料分散剤、増粘剤、会合性増粘剤、凝集剤、紙用ザイズ剤や紙力増強剤などの紙用薬剤、洗剤ビルダー、高分子乳化剤、反応性高分子乳化剤、コーティング、インキバインダー、ニス、相溶化剤などに利用できる。
Little decrease in acid concentration due to Michael addition reaction or decarboxylation reaction, little coloration, high content of macromonomer composed of vinyl polymer having carboxyl group, that is, high content of terminal ethylenic unsaturation, The macromonomer composition could be produced with high productivity (at low cost).
A graft copolymer or a block copolymer could be efficiently produced by copolymerizing a macromonomer composed of a vinyl polymer having a carboxyl group and a vinyl monomer contained in the macromonomer composition.
The macromonomer, that is, the polycarboxylic acid macromonomer and the graft polymer and block polymer having a polycarboxylic acid polymer unit are useful for various applications. For example, organic pigment dispersants, inorganic pigment dispersants, thickeners, associative thickeners, flocculants, paper agents such as paper sizing agents and paper strength enhancers, detergent builders, polymeric emulsifiers, reactive polymers It can be used for emulsifiers, coatings, ink binders, varnishes, compatibilizers and the like.
本明細書において、アクリルとメタクリルを合わせて(メタ)アクリルともいう。
エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)は、分子内にエチレン性不飽和結合および1個のカルボキシル基を有する単量体である。具体例としてはメタクリル酸、アクリル酸などが挙げられる。これらは、一種または二種以上を用いることができる。
In this specification, acrylic and methacryl are collectively referred to as (meth) acryl.
The ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1) is a monomer having an ethylenically unsaturated bond and one carboxyl group in the molecule. Specific examples include methacrylic acid and acrylic acid. These can use 1 type, or 2 or more types.
エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)は、分子内にエチレン性不飽和結合および2個のカルボキシル基を有する単量体である。具体例としてはマレイン酸、イタコン酸、フマル酸等が挙げられる。これらは、一種または二種以上を用いることができる。 The ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) is a monomer having an ethylenically unsaturated bond and two carboxyl groups in the molecule. Specific examples include maleic acid, itaconic acid, fumaric acid and the like. These can use 1 type, or 2 or more types.
その他のエチレン性不飽和単量体(a−3)は、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)およびエチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)以外のエチレン性不飽和単量体である。具体例としては、(メタ)アクリルアミド、(メタ)アクリルジアルキルアミド、(メタ)アクリル酸ポリアルキレングリコールエステル、(メタ)アクリル酸アルコキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパン-スルホン酸、ビニルピロリドン、(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリル酸ジアルキルアミノアルキルエステルおよびその4級塩等の水溶性あるいは高親水性のエチレン性不飽和単量体が好ましいものとして挙げられる。しかし、疎水性エチレン性不飽和単量体でも水性媒体中での重合を阻害しないかぎり用いることが出来る。疎水性エチレン性不飽和単量体の具体例としては炭素数が1〜20のアルキル基を有する(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基は直鎖、分岐鎖でもよい)、(メタ)アクリル酸グリシジルエステル、(メタ)アクリル酸ベンジルエステル、(メタ)アクリル酸フェノキシアルキルエステル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシルエステル、(メタ)アクリル酸イソボルニルエステル、(メタ)アクリル酸アルコキシシリルアルキルエステル、ビニルエステル類、ビニルエーテル類、(メタ)アリルエーテル類、スチレン、α−メチルスチレン等が挙げられる。これらは一種または二種以上を併用できる。 The other ethylenically unsaturated monomer (a-3) is ethylenic other than the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1) and the ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2). It is an unsaturated monomer. Specific examples include (meth) acrylamide, (meth) acrylic dialkylamide, (meth) acrylic acid polyalkylene glycol ester, (meth) acrylic acid alkoxyalkyl ester, (meth) acrylic acid hydroxyalkyl ester, styrene sulfonic acid, 2 Water-soluble or highly hydrophilic ethylenically unsaturated monomers such as -acrylamido-2-methylpropane-sulfonic acid, vinylpyrrolidone, (meth) acrylonitrile, (meth) acrylic acid dialkylaminoalkyl esters and quaternary salts thereof It is mentioned as preferable. However, hydrophobic ethylenically unsaturated monomers can be used as long as they do not inhibit polymerization in an aqueous medium. Specific examples of the hydrophobic ethylenically unsaturated monomer include (meth) acrylic acid alkyl ester having an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms (the alkyl group may be linear or branched), (meth) acrylic acid Glycidyl ester, (meth) acrylic acid benzyl ester, (meth) acrylic acid phenoxyalkyl ester, (meth) acrylic acid cyclohexyl ester, (meth) acrylic acid isobornyl ester, (meth) acrylic acid alkoxysilylalkyl ester, vinyl ester , Vinyl ethers, (meth) allyl ethers, styrene, α-methylstyrene and the like. These can be used alone or in combination of two or more.
本発明のポリカルボン酸マクロモノマーの製造方法は、エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)20〜100質量%、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)0〜30質量%およびその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)0〜80質量%からなる単量体混合物をラジカル重合させて得られる。(a−1)、(a−2)および(a−3)の合計は100質量%である。
(a−1)の割合が20質量%より小さいと酸価が小さくなりすぎる。また末端エチレン性不飽和結合導入率が低下する。(a−2)が30質量%より多いとβ切断が起こりにくくなり末端エチレン性不飽和結合の導入率が低下する。
エチレン性不飽和モノカルボン酸単量体(a−1)、エチレン性不飽和ジカルボン酸単量体(a−2)およびその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)の好ましい割合は、それぞれ50〜100質量%、0〜20質量%および0〜50質量%であり、より好ましい割合は、70〜100質量%、0〜10質量%および0〜30質量%である。
The method for producing the polycarboxylic acid macromonomer of the present invention comprises 20 to 100% by mass of ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1), ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) 0 to 0. It is obtained by radical polymerization of a monomer mixture composed of 30% by mass and other ethylenically unsaturated monomers (a-3) 0 to 80% by mass. The sum of (a-1), (a-2) and (a-3) is 100% by mass.
When the ratio of (a-1) is smaller than 20% by mass, the acid value becomes too small. Moreover, the terminal ethylenically unsaturated bond introduction rate is lowered. When (a-2) is more than 30% by mass, β-cleavage is unlikely to occur, and the introduction rate of terminal ethylenically unsaturated bonds decreases.
A preferred ratio of the ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1), the ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) and the other ethylenically unsaturated monomer (a-3) is: They are 50-100 mass%, 0-20 mass%, and 0-50 mass%, respectively, and a more preferable ratio is 70-100 mass%, 0-10 mass%, and 0-30 mass%.
単量体混合物のラジカル重合は水性媒体中でおこなわれる。水性媒体は、水そのものかまたは水および水と混和性を有する有機溶剤との混合液である。水性媒体は水を50質量%以上含むものであることが好ましく、70質量%以上含むものであることがより好ましく、90質量%以上含むものであることがさらに好ましい。水と混和性を有する有機溶剤の例としては、アセトン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、テトラヒドロフラン、エチレングリコール、グリセリン、ジオキサン、アセトニトリルなどがあげられるがこの限りではない。好ましくは連鎖移動能の小さいアセトン、メタノールなどである。エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールやイソプロピルアルコールなどの連鎖移動能の高い溶剤は、ポリマー末端に連鎖移動剤が導入され、末端へのエチレン性不飽和結合導入率が低くなるため、使用を避けるのが好ましい。 The radical polymerization of the monomer mixture takes place in an aqueous medium. The aqueous medium is water itself or a mixed solution of water and an organic solvent miscible with water. The aqueous medium preferably contains 50% by mass or more of water, more preferably contains 70% by mass or more, and further preferably contains 90% by mass or more. Examples of organic solvents miscible with water include, but are not limited to, acetone, methanol, ethanol, isopropyl alcohol, tetrahydrofuran, ethylene glycol, glycerin, dioxane, acetonitrile and the like. Acetone and methanol having a low chain transfer ability are preferred. Solvents with high chain transfer ability such as ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol and isopropyl alcohol are used because a chain transfer agent is introduced at the polymer end and the introduction rate of ethylenically unsaturated bonds at the end is lowered. Is preferably avoided.
単量体混合物は、単量体混合物および水性媒体の合計量100質量%を基準として、5〜65質量%の濃度であることが好ましい。より好ましい濃度は15〜55質量%であり、さらに好ましい濃度は25〜45質量%である。濃度が低すぎると生産性が悪い場合がある。濃度が高すぎると分子量制御が困難となり、ゲル化にいたる場合がある。また、生成する重合体が高分子量化するにともない、粘度が増大し均一な反応ができなくなる場合がある。 The monomer mixture preferably has a concentration of 5 to 65% by mass based on 100% by mass of the total amount of the monomer mixture and the aqueous medium. A more preferable concentration is 15 to 55% by mass, and a further preferable concentration is 25 to 45% by mass. If the concentration is too low, productivity may be poor. If the concentration is too high, it is difficult to control the molecular weight, which may lead to gelation. In addition, as the polymer produced increases in molecular weight, the viscosity may increase and a uniform reaction may not be possible.
単量体混合物の重合は、110〜240℃の温度で行われる。
重合温度が低すぎると、生成した重合体の主鎖において起こるβ切断の頻度が低くなるために、重合体の末端にエチレン性不飽和基が導入される割合が小さくなる。また、重合温度が低すぎると、重合体が分岐を有するものとなりやすいため、高分子量化による粘度上昇が起きたりゲル化したりする。重合が連続撹拌槽式反応器を使用して行われる場合には、上記の問題が緩和されるため、重合温度の下限は110℃であり、120℃が好ましく、130℃がより好ましい。重合が連続撹拌槽式反応器を使用せずに行われる場合には、重合温度の下限は130℃が好ましく、140℃がより好ましく、150℃がさらに好ましい。
重合温度の上限は215℃が好ましく、205℃がより好ましい。重合温度が高すぎると、カルボキシル基の分解反応である脱炭酸反応が起こり酸価が小さくなる。また着色も著しくなる。
The polymerization of the monomer mixture is performed at a temperature of 110 to 240 ° C.
If the polymerization temperature is too low, the frequency of β-cleavage occurring in the main chain of the produced polymer becomes low, and the ratio of ethylenically unsaturated groups introduced to the polymer ends becomes small. On the other hand, if the polymerization temperature is too low, the polymer tends to have a branched structure, resulting in an increase in viscosity due to a high molecular weight or gelation. When the polymerization is carried out using a continuous stirred tank reactor, the above problem is alleviated, so the lower limit of the polymerization temperature is 110 ° C., preferably 120 ° C., more preferably 130 ° C. When the polymerization is carried out without using a continuous stirred tank reactor, the lower limit of the polymerization temperature is preferably 130 ° C, more preferably 140 ° C, and even more preferably 150 ° C.
The upper limit of the polymerization temperature is preferably 215 ° C, more preferably 205 ° C. If the polymerization temperature is too high, a decarboxylation reaction that is a decomposition reaction of the carboxyl group occurs and the acid value becomes small. In addition, the coloring becomes remarkable.
単量体混合物の重合は、pH3.8〜12の範囲で行われる。好ましい範囲はpH4.5〜11であり、より好ましい範囲はpH5.5〜10である。重合前と重合後のpHが異なる場合は、重合前のpHを対象とする。
pHが3.8より小さいと、重合体の末端にエチレン性不飽和基が導入される割合が小さくなる。また、pHが3.8より小さいと、重合体が分岐を有するものとなりやすいため、高分子量化による粘度上昇が起きたりゲル化したりする。さらにマイケル付加生成物が増えて酸の濃度が低下する場合もあり、着色が著しくなる場合もある。
pHが12より大きいと設備が腐食しやすくなる場合がある。
カルボン酸の中和のために使用される中和剤には特に制限は無く、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、有機アミンなどがあげられる。
The polymerization of the monomer mixture is performed in the range of pH 3.8-12. A preferred range is pH 4.5-11, and a more preferred range is pH 5.5-10. When the pH before polymerization and after polymerization are different, the pH before polymerization is targeted.
If the pH is less than 3.8, the proportion of ethylenically unsaturated groups introduced at the ends of the polymer is small. On the other hand, if the pH is less than 3.8, the polymer tends to have a branch, so that the viscosity increases due to high molecular weight or gelation occurs. Further, the Michael addition product may increase and the acid concentration may decrease, and the coloring may be significant.
If the pH is greater than 12, the equipment may be easily corroded.
The neutralizing agent used for neutralizing the carboxylic acid is not particularly limited, and examples thereof include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, and organic amine.
重合温度およびpHが上記範囲に制御されることが特に重要なポイントであり、その結果、重合体の末端にエチレン性不飽和基が導入される割合が大きくなることがわかった。その理由は、上記条件において、生成した重合体の主鎖中の3級炭素原子に結合した水素原子が水素ラジカルとして引き抜かれる反応が高い頻度で起こるためと考えている。すなわち、エチレン性不飽和モノカルボン酸(a−1)単位またはその他のエチレン性不飽和単量体(a−3)単位に由来するα位炭素原子に結合した水素原子が水素ラジカルとして引き抜かれる反応が高い頻度で起こり、該水素ラジカル引き抜き反応に続いて起こるβ切断反応の頻度も高くなるためと考えている。
重合温度およびpHが上記範囲に制御されることにより、連鎖移動剤や多量のラジカル重合開始剤を使用しなくても、分子量が低、末端にβ切断に伴うエチレン性不飽和基が多く導入された重合体すなわちマクロモノマーが効率よく得られる。
重合温度およびpHが上記範囲に制御されることにより、マイケル付加反応や脱炭酸反応に起因する酸濃度の低下が小さく、着色が少なく、カルボキシル基を有するビニル重合体からなるマクロモノマーの含有割合の大きい、すなわち末端エチレン性不飽和の含有率が大きい、マクロモノマー組成物を生産性よく(低コストで)製造することが可能となる。
It was particularly important that the polymerization temperature and pH were controlled within the above ranges, and as a result, it was found that the ratio of introducing ethylenically unsaturated groups at the ends of the polymer was increased. The reason is considered to be that, under the above conditions, a reaction in which a hydrogen atom bonded to a tertiary carbon atom in the main chain of the produced polymer is extracted as a hydrogen radical occurs frequently. That is, a reaction in which a hydrogen atom bonded to an α-position carbon atom derived from an ethylenically unsaturated monocarboxylic acid (a-1) unit or another ethylenically unsaturated monomer (a-3) unit is extracted as a hydrogen radical. This is considered to occur at a high frequency, and the frequency of the β-cleavage reaction that follows the hydrogen radical abstraction reaction is also increased.
By controlling the polymerization temperature and pH within the above ranges, the molecular weight is low and a large amount of ethylenically unsaturated groups accompanying β-cleavage are introduced at the end without using a chain transfer agent or a large amount of radical polymerization initiator. Thus, a polymer, that is, a macromonomer can be obtained efficiently.
By controlling the polymerization temperature and pH within the above ranges, the decrease in the acid concentration due to the Michael addition reaction and the decarboxylation reaction is small, the coloring is small, and the content ratio of the macromonomer composed of a vinyl polymer having a carboxyl group is reduced. A macromonomer composition having a large content of terminal ethylenic unsaturation, ie, a large content of terminal ethylenic unsaturation, can be produced with high productivity (at a low cost).
単量体混合物をラジカル重合させるにあたり、水性媒体中でラジカル重合開始能のあるラジカル重合開始剤を使用することができる。例えば、t−ブチルハイドロパーオキサイド、過酸化水素、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムや水溶性アゾ系開始剤等を挙げることができる。好ましくはt−ブチルハイドロパーオキサイド、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過酸化水素である。ラジカル重合開始剤の使用割合は、全単量体を基準として0〜3mol%であり、好ましくは0.001〜2mol%であり、より好ましくは0.01〜1mol%である。ラジカル重合開始剤の使用量が多すぎると、開始剤断片がポリマー末端に多く導入されるので、マクロモノマーの末端不飽和基の導入率が低くなる。ラジカル重合開始剤の使用量の下限を0mol%としているのは、ラジカル重合開始剤を使用しなくてもラジカル重合が起こる場合もあるためである。 In radical polymerization of the monomer mixture, a radical polymerization initiator capable of initiating radical polymerization in an aqueous medium can be used. Examples thereof include t-butyl hydroperoxide, hydrogen peroxide, sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate, and a water-soluble azo initiator. T-butyl hydroperoxide, sodium persulfate, potassium persulfate and hydrogen peroxide are preferred. The use ratio of the radical polymerization initiator is 0 to 3 mol%, preferably 0.001 to 2 mol%, more preferably 0.01 to 1 mol%, based on all monomers. When the amount of the radical polymerization initiator used is too large, a large amount of initiator fragments are introduced at the ends of the polymer, so that the introduction rate of terminal unsaturated groups of the macromonomer becomes low. The reason why the lower limit of the amount of the radical polymerization initiator used is 0 mol% is that radical polymerization may occur without using a radical polymerization initiator.
単量体混合物をラジカル重合させるにあたり、連鎖移動剤を使用することもできるが、連鎖移動剤の使用割合は全単量体を基準として、0〜10mol%にとどめるべきである。好ましくは0〜5mol%であり、より好ましくは0〜1mol%であり、最も好ましくは実質的に使用しないことである。連鎖移動剤の使用量が多すぎると、連鎖移動剤に由来する基が末端に導入された重合体の割合が増えて、末端にエチレン性不飽和基を有する重合体すなわちマクロモノマーの収率が小さくなる。
ここでいう連鎖移動剤とは、Polymer Handbook 4th Editionなどで定義される連鎖移動定数(C=生長反応速度定数kp/連鎖移動反応速度定数kf)の値が10-4以上のものである。具体的にはイソプロピルアルコール、sec-ブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、カルビトール、ポリアルキレングリコール、クメン等の有機溶剤、メルカプトエタノール、メルカプトプロピオン酸等のメルカプタン系化合物、亜硫酸塩、重亜硫酸塩、次亜リン酸塩、次亜リン酸、ギ酸アンモニウム、硫酸ヒドロキシアンモニウム、ホルムアルデヒド等があげられる。
In carrying out radical polymerization of the monomer mixture, a chain transfer agent can be used. However, the chain transfer agent should be used in an amount of 0 to 10 mol% based on the total monomers. Preferably it is 0-5 mol%, More preferably, it is 0-1 mol%, Most preferably, it is not using it substantially. If the amount of the chain transfer agent used is too large, the proportion of the polymer in which a group derived from the chain transfer agent is introduced at the terminal increases, and the yield of the polymer having an ethylenically unsaturated group at the terminal, that is, the macromonomer yield is increased. Get smaller.
The chain transfer agent here has a chain transfer constant (C = growth reaction rate constant kp / chain transfer reaction rate constant kf) defined by Polymer Handbook 4th Edition or the like of 10 −4 or more. Specifically, isopropyl alcohol, sec-butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, carbitol, polyalkylene glycol, organic solvents such as cumene, mercaptan compounds such as mercaptoethanol and mercaptopropionic acid, sulfites, bisulfites, Examples thereof include hypophosphite, hypophosphorous acid, ammonium formate, hydroxyammonium sulfate, formaldehyde and the like.
単量体混合物のラジカル重合は、バッチ重合、セミバッチ重合、管式反応器を使用する重合、連続攪拌槽式反応器(CSTR)を使用する重合およびこれらを組み合わせた多段重合など、公知の重合方法により実施できる。好ましい重合方法は連続攪拌槽式反応器(CSTR)を使用する重合方法である。たとえば特表昭57−502171号、特開昭59−6207号、特開昭60−215007号等に開示された連続攪拌槽式反応器(CSTR)を使用した重合方法などを参考に行えばよい。CSTRを使用する重合方法は、他の重合方法と比べて生成する重合体の分子量分布、組成分布、滞留時間分布を狭くすることが出来るので、より均一なポリカルボン酸マクロモノマーを得ることが出来る。 The radical polymerization of the monomer mixture includes known polymerization methods such as batch polymerization, semi-batch polymerization, polymerization using a tubular reactor, polymerization using a continuous stirred tank reactor (CSTR), and multistage polymerization combining these. Can be implemented. A preferred polymerization method is a polymerization method using a continuous stirred tank reactor (CSTR). For example, a polymerization method using a continuous stirred tank reactor (CSTR) disclosed in JP-T-57-502171, JP-A-59-6207, JP-A-60-215007, etc. may be used as a reference. . The polymerization method using CSTR can narrow the molecular weight distribution, composition distribution, and residence time distribution of the polymer produced compared to other polymerization methods, so that a more uniform polycarboxylic acid macromonomer can be obtained. .
単量体混合物をラジカル重合させる反応時間(滞留時間)は、特に制限はないが、5〜300分が好ましく、5〜120分がより好ましく、5〜60分がさらに好ましい。300分より長いと生成した末端不飽和結合が新たに発生した開始剤ラジカルによって消費され、マクロモノマーの末端不飽和基導入率を下げる場合がある。また生産性も悪く、着色や熱劣化が起こる場合がある。反応時間が5分に満たない場合は単量体が充分に反応しない恐れがあり、また重合熱が除熱困難となるなどの生産上の問題がおこる場合がある。 The reaction time (residence time) for radical polymerization of the monomer mixture is not particularly limited, but is preferably 5 to 300 minutes, more preferably 5 to 120 minutes, and further preferably 5 to 60 minutes. If it is longer than 300 minutes, the terminal unsaturated bond produced is consumed by newly generated initiator radicals, and the introduction rate of the terminal unsaturated group of the macromonomer may be lowered. Moreover, productivity is also bad and coloring and heat deterioration may occur. If the reaction time is less than 5 minutes, the monomer may not sufficiently react, and production problems such as difficulty in removing heat of polymerization may occur.
本発明により得られるポリカルボン酸マクロモノマー組成物は、重量平均分子量は300〜120000であることが好ましい。重量平均分子量が300より小さいとポリカルボン酸としての機能を発揮しない場合がある。すなわち、マクロモノマー組成物またはマクロモノマー単位を構成単位として有するグラフト重合体組成物もしくはブロック重合体組成物が、分散剤、増粘剤、凝集剤、紙用ザイズ剤、紙力増強剤、洗剤ビルダー、高分子乳化剤、コーティング剤、相溶化剤などに利用したときの性能が不充分なものとなる場合がある。
重量平均分子量が120000より大きいと、マクロモノマー組成物は末端不飽和基導入率が低くなりやすく、マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)をラジカル反応させたときに、共重合体が収率よく得られない場合がある。
ポリカルボン酸マクロモノマー組成物の好ましい重量平均分子量は500〜80000であり、より好ましくは1000〜50000、さらに好ましくは1500〜20000である。
The polycarboxylic acid macromonomer composition obtained by the present invention preferably has a weight average molecular weight of 300 to 120,000. When the weight average molecular weight is less than 300, the function as a polycarboxylic acid may not be exhibited. That is, a macromonomer composition or a graft polymer composition or block polymer composition having a macromonomer unit as a constituent unit is a dispersant, a thickener, a flocculant, a paper sizing agent, a paper strength enhancer, or a detergent builder. When used as a polymer emulsifier, a coating agent, a compatibilizing agent, etc., the performance may be insufficient.
When the weight average molecular weight is greater than 120,000, the macromonomer composition tends to have a low terminal unsaturated group introduction rate. When the macromonomer composition and the ethylenically unsaturated monomer (b) are radically reacted, The coalescence may not be obtained in good yield.
The preferred weight average molecular weight of the polycarboxylic acid macromonomer composition is 500 to 80000, more preferably 1000 to 50000, and still more preferably 1500 to 20000.
ポリカルボン酸マクロモノマー組成物は、下記式(1)に示す構造を有するポリカルボン酸マクロモノマーを含有する。 The polycarboxylic acid macromonomer composition contains a polycarboxylic acid macromonomer having a structure represented by the following formula (1).
式(1)において、Mは単量体単位を意味し、nは重合度を表す自然数であり、Xは−COOR、−CONR2、−OR、−OCOR、−OCOOR、−NCOOR、ハロゲン原子、−CN又は置換基を有していてもよいフェニル基若しくはアリール基である。Rはアルキル基、ヒドロキシアルキル基、アルコキシアルキル基、その他の置換基を有していてもよいアルキル基、フェニル基、ベンジル基、ポリアルキレングリコール基、ジアルキルアミノアルキル基、トリアルコキシシリルアルキル基又は水素原子である。
Xがカルボキシル基である場合はアルカリにより中和されて、−COONa、−COOK、−COONH4などに例示される塩であるものも含む。
In the formula (1), M means a monomer unit, n is a natural number representing the degree of polymerization, X is -COOR, -CONR2, -OR, -OCOR, -OCOOR, -NCOOR, a halogen atom,- CN or an optionally substituted phenyl group or aryl group. R represents an alkyl group, a hydroxyalkyl group, an alkoxyalkyl group, an alkyl group which may have other substituents, a phenyl group, a benzyl group, a polyalkylene glycol group, a dialkylaminoalkyl group, a trialkoxysilylalkyl group or hydrogen. Is an atom.
In the case where X is a carboxyl group, those which are neutralized with an alkali and are salts exemplified by -COONa, -COOK, -COONH 4 and the like are also included.
ポリカルボン酸マクロモノマー組成物における末端エチレン性不飽和結合の導入率(以下、単に末端不飽和結合導入率ともいう。)は次式で定義される。
末端不飽和結合導入率(f)=末端エチレン性不飽和結合モル濃度/高分子モル濃度
つまり末端不飽和結合導入率(f)とは高分子1分子が末端に有するエチレン性不飽和結合数の平均値である。本発明における末端不飽和結合導入率は、0.5〜2.5である。好ましくは0.7〜1.5であり、より好ましくは0.8〜1.2である。0.5より小さいと、マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)をラジカル反応させるときに、共重合体が収率よく得られない。2.5より大きいと、マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)をラジカル反応させるときに、ゲル化や分子量分布を増大させるなどの問題を生じる。
The introduction rate of terminal ethylenically unsaturated bonds in the polycarboxylic acid macromonomer composition (hereinafter also simply referred to as terminal unsaturated bond introduction rate) is defined by the following formula.
Terminal unsaturated bond introduction rate (f) = terminal ethylenically unsaturated bond molar concentration / polymer molar concentration In other words, terminal unsaturated bond introduction rate (f) is the number of ethylenically unsaturated bonds at one end of a polymer molecule. Average value. The terminal unsaturated bond introduction rate in this invention is 0.5-2.5. Preferably it is 0.7-1.5, More preferably, it is 0.8-1.2. If it is less than 0.5, the copolymer cannot be obtained in good yield when the macromonomer composition and the ethylenically unsaturated monomer (b) are subjected to radical reaction. When the ratio is larger than 2.5, problems such as gelation and an increase in molecular weight distribution occur when the macromonomer composition and the ethylenically unsaturated monomer (b) undergo a radical reaction.
本発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物製造工程における末端エチレン性不飽和結合導入機構は、次のようなものではないかと推定している。ポリカルボン酸マクロモノマー組成物製造に供される単量体をCH2=CHXとして説明する。 It is presumed that the terminal ethylenically unsaturated bond introduction mechanism in the production process of the polycarboxylic acid macromonomer composition of the present invention is as follows. The monomer used for the production of the polycarboxylic acid macromonomer composition will be described as CH 2 = CHX.
重合体が、水素ラジカル引き抜きを受けてα炭素(Xが結合している炭素)上にラジカルを有するもの(式(2)に示す構造を有する重合体)となる。 The polymer undergoes hydrogen radical abstraction and becomes a polymer having a radical on the α-carbon (carbon to which X is bonded) (a polymer having a structure represented by the formula (2)).
式(2)に示す構造を有する重合体のラジカルと単量体が付加反応すると、分岐を有する重合体(式(3)に示す構造を有する重合体)を生成する。 When the radical of the polymer having the structure represented by the formula (2) and the monomer undergo an addition reaction, a branched polymer (polymer having the structure represented by the formula (3)) is generated.
式(2)に示す構造を有する重合体が、β開裂反応(β位の炭素とγ位の炭素の結合が切れる反応)を起こすと末端にエチレン性不飽和結合を有する重合体(式(4)に示す構造を有する重合体)すなわちマクロモノマーおよび重合体ラジカル(式(5)に示す構造を有する重合体)を生成する。 When a polymer having the structure represented by the formula (2) undergoes a β-cleavage reaction (a reaction in which the bond at the β-position carbon and the γ-position carbon is broken), a polymer having an ethylenically unsaturated bond at the terminal (formula (4 ), That is, a macromonomer and a polymer radical (polymer having the structure shown in Formula (5)).
式(3)に示す構造を有する重合体を生成する反応と、式(4)に示す構造を有する重合体すなわちマクロモノマーを生成する反応とは競争反応である。
本発明は、重合条件を上記のように制御することにより、式(3)に示す構造を有する重合体の生成割合を小さくし、マクロモノマーを効率的に得られることを見出したのである。
The reaction for producing a polymer having the structure represented by the formula (3) and the reaction for producing a polymer having the structure represented by the formula (4), that is, a macromonomer, are competitive reactions.
The present invention has found that by controlling the polymerization conditions as described above, the production ratio of the polymer having the structure represented by the formula (3) can be reduced, and the macromonomer can be obtained efficiently.
本発明のマクロモノマーは前述の機構によって生成されると推定されるので、十分にβ切断頻度が高い場合、理論的には末端不飽和結合導入率(f)は平均1.0になる。すなわち、高分子1本あたり平均1個の末端不飽和結合数である。しかしながら、確率的には末端不飽和結合数は分布をもち、両末端に不飽和結合が存在するマクロモノマー成分もいくらか存在する。そのため、グラフトポリマーの製造条件によってはゲル化などの問題を生じることもある。また、よく理由はわからないが、実験的には末端不飽和結合導入率(f)が1.0を上回ることも観察されている。 Since the macromonomer of the present invention is presumed to be produced by the above-described mechanism, when the β-cleavage frequency is sufficiently high, the terminal unsaturated bond introduction rate (f) is theoretically 1.0 on average. That is, the average number of terminal unsaturated bonds per polymer is one. However, probabilistically, the number of terminal unsaturated bonds has a distribution, and there are some macromonomer components in which unsaturated bonds exist at both ends. Therefore, problems such as gelation may occur depending on the production conditions of the graft polymer. Although the reason is not well understood, it has been experimentally observed that the terminal unsaturated bond introduction rate (f) exceeds 1.0.
本発明のポリカルボン酸マクロモノマー組成物は、末端に不飽和結合を有するマクロモノマーの含有割合が大きいため、エチレン性不飽和単量体(b)とラジカル反応させて、効率的に共重合体を製造することができる。 Since the polycarboxylic acid macromonomer composition of the present invention has a high content of macromonomer having an unsaturated bond at the terminal, it is allowed to undergo a radical reaction with the ethylenically unsaturated monomer (b) to efficiently produce a copolymer. Can be manufactured.
上記共重合体の製造すなわちポリカルボン酸マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)とのラジカル反応は、エマルション重合、水分散重合、水溶液重合、溶液重合、塊状重合、シート重合など公知のラジカル重合方法によって実施できる。ポリカルボン酸マクロモノマーは水溶液で製造されるので水性媒体中での重合が好ましい。 Production of the above copolymer, that is, radical reaction between the polycarboxylic acid macromonomer composition and the ethylenically unsaturated monomer (b) includes emulsion polymerization, water dispersion polymerization, aqueous solution polymerization, solution polymerization, bulk polymerization, sheet polymerization, etc. It can be carried out by a known radical polymerization method. Since the polycarboxylic acid macromonomer is produced in an aqueous solution, polymerization in an aqueous medium is preferred.
ポリカルボン酸マクロモノマー組成物とエチレン性不飽和単量体(b)とのラジカル反応によって得られる共重合体は、その反応条件によってグラフト共重合体が主成分となる場合、ブロック共重合体が主成分となる場合、グラフト共重合体とブロック共重合体の共存したものとなる場合などがある。 The copolymer obtained by the radical reaction of the polycarboxylic acid macromonomer composition and the ethylenically unsaturated monomer (b) has a block copolymer when the graft copolymer is a main component depending on the reaction conditions. When the main component is used, the graft copolymer and the block copolymer may coexist.
グラフト共重合体を主成分とする共重合体を得ることを意図する場合は、マクロモノマーの生成機構をよく考慮する必要がある。すなわち、マクロモノマーに生長ラジカルが付加した状態は3級ラジカルとなり、式(2)に示す構造を有する重合体と同様な構造をとると考えられる。マクロモノマーの製造に適した温度やpHの条件下では、分岐(グラフト)反応よりベータ切断が優先するためグラフトポリマーへの反応が進行しにくい。このような理由からグラフトポリマー製造条件として好ましい温度は50〜110℃、より好ましくは60〜100℃、最も好ましい温度は70〜95℃である。また、pHは3.5〜12の範囲が好ましく、pH4.5〜11がより好ましく、pH5.5〜10がさらに好ましい。pHが3.5より低いとゲル化が起こりやすく重合反応を制御することが困難になる場合がある。pHが12より高いと分解や着色などの問題を起こす場合がある。 When it is intended to obtain a copolymer containing a graft copolymer as a main component, it is necessary to carefully consider the macromonomer formation mechanism. That is, it is considered that the state in which the growth radical is added to the macromonomer becomes a tertiary radical and has the same structure as the polymer having the structure represented by the formula (2). Under conditions suitable for the production of macromonomer and pH, beta-cleavage takes precedence over branching (grafting) reaction, so that the reaction to the graft polymer hardly proceeds. For these reasons, the preferable temperature for the graft polymer production conditions is 50 to 110 ° C, more preferably 60 to 100 ° C, and the most preferable temperature is 70 to 95 ° C. Moreover, the range of 3.5-12 is preferable, pH4.5-11 is more preferable, and pH5.5-10 is still more preferable. If the pH is lower than 3.5, gelation is likely to occur and it may be difficult to control the polymerization reaction. If the pH is higher than 12, problems such as decomposition and coloring may occur.
エチレン性不飽和単量体(b)は、ラジカル重合性を有するものであればよく、特に制限はない。
グラフト共重合体を主成分とする共重合体を得ることを意図する場合は、エチレン性不飽和単量体(b)は、エチレン性不飽和単量体(b)全量を基準としてα位に水素を有する単量体を30mol%以上含有するものであることが好ましい。α位に水素を有する単量体を50mol%以上含有するものがより好ましく、70mol%以上含有するものがさらに好ましい。
α位に水素を有する単量体の割合が30mol%未満の場合、つまり、例えばα位にメチル基を有する単量体の割合が70mol%を超える場合、グラフト共重合率が著しく低下する。その理由は以下のように推察している。α位にメチル基を有する単量体がマクロモノマーに付加すると隣接するユニットにメチル基を有する3級ラジカルが生成し、メチル基の影響で3級ラジカルはβ切断を速やかに起こし分岐反応が進行しない。そのため、α位にメチル基を有する単量体の割合が多いとグラフト共重合反応が著しく遅くなると考えられる。
The ethylenically unsaturated monomer (b) is not particularly limited as long as it has radical polymerizability.
When it is intended to obtain a copolymer having a graft copolymer as a main component, the ethylenically unsaturated monomer (b) is in the α-position based on the total amount of the ethylenically unsaturated monomer (b). It is preferable to contain 30 mol% or more of hydrogen-containing monomers. Those containing 50 mol% or more of a monomer having hydrogen at the α-position are more preferred, and those containing 70 mol% or more are more preferred.
When the ratio of the monomer having hydrogen at the α-position is less than 30 mol%, that is, for example, when the ratio of the monomer having a methyl group at the α-position exceeds 70 mol%, the graft copolymerization rate is significantly lowered. The reason is guessed as follows. When a monomer having a methyl group at the α-position is added to the macromonomer, a tertiary radical having a methyl group in an adjacent unit is generated. Under the influence of the methyl group, the tertiary radical rapidly causes β-cleavage and a branching reaction proceeds. do not do. Therefore, it is considered that the graft copolymerization reaction is remarkably slow when the ratio of the monomer having a methyl group at the α-position is large.
α位に水素を有する単量体としては、例えばアクリル酸、アクリルアミド、アクリルジアルキルアミド、アクリル酸ポリアルキレングリコールエステル、アクリル酸アルコキシアルキルエステル、アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、スチレンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパン-スルホン酸、ビニルピロリドン、アクリル酸ジアルキルアミノアルキルエステルおよびその4級塩、アクリル酸アルキルエステル(アルキル基は直鎖、分岐鎖でもよい)、アクリル酸グリシジルエステル、アクリル酸ベンジルエステル、アクリル酸フェノキシアルキルエステル、アクリル酸シクロヘキシルエステル、アクリル酸イソボルニルエステル、アクリル酸アルコキシシリルアルキルエステルビニルエステル類、トリフルオロエチルアクリレート、パーフルオロアルキルエチルアクリレート、ビニルエーテル類、ビニルエステル類、アリルエーテル類、アクリロニトリル、スチレン等が挙げられる。水溶性あるいは高親水性のビニル単量体が特に好ましい。 Examples of the monomer having hydrogen at the α-position include acrylic acid, acrylamide, acrylic dialkylamide, acrylic acid polyalkylene glycol ester, acrylic acid alkoxyalkyl ester, acrylic acid hydroxyalkyl ester, styrenesulfonic acid, and 2-acrylamide-2. -Methylpropane-sulfonic acid, vinylpyrrolidone, dialkylaminoalkyl acrylate and its quaternary salts, alkyl acrylate (alkyl group may be linear or branched), glycidyl acrylate, benzyl acrylate, acrylic Acid phenoxyalkyl ester, cyclohexyl acrylate ester, isobornyl acrylate ester, alkoxysilylalkyl acrylate vinyl ester vinyl ester, trifluoroethyl acrylate Over DOO, perfluoroalkylethyl acrylates, vinyl ethers, vinyl esters, allyl ethers, acrylonitrile, styrene and the like. A water-soluble or highly hydrophilic vinyl monomer is particularly preferred.
α位に水素以外の基を有する単量体の例としては、メタアクリル酸、メタアクリルアミド、メタアクリルジアルキルアミド、メタアクリル酸ポリアルキレングリコールエステル、メタアクリル酸アルコキシアルキルエステル、メタアクリル酸ヒドロキシアルキルエステル、メタアクリル酸ジアルキルアミノアルキルエステルおよびその4級塩、イタコン酸、メタアクリル酸アルキルエステル(アルキル基は直鎖、分岐鎖でもよい)、メタアクリル酸グリシジルエステル、メタアクリル酸ベンジルエステル、メタアクリル酸フェノキシアルキルエステル、メタアクリル酸シクロヘキシルエステル、メタアクリル酸イソボルニルエステル、メタアクリル酸アルコキシシリルアルキルエステルビニルエステル類、トリフルオロエチルメタアクリレート、パーフルオロアルキルエチルメタアクリレート、メタクリロニトリル、α−メチルスチレンなどが挙げられる。水溶性あるいは高親水性のビニル単量体が特に好ましい。
Examples of monomers having a group other than hydrogen at the α-position include methacrylic acid, methacrylamide, methacryl dialkylamide, methacrylic acid polyalkylene glycol ester, methacrylic acid alkoxyalkyl ester, and methacrylic acid hydroxyalkyl ester. , Methacrylic acid dialkylaminoalkyl esters and quaternary salts thereof, itaconic acid, methacrylic acid alkyl esters (the alkyl group may be linear or branched), methacrylic acid glycidyl ester, methacrylic acid benzyl ester, methacrylic acid Phenoxyalkyl ester, methacrylic acid cyclohexyl ester, methacrylic acid isobornyl ester, methacrylic acid alkoxysilylalkyl ester vinyl esters, trifluoroethyl methacrylate Perfluoroalkylethyl methacrylate, methacrylonitrile, etc. α- methyl styrene. A water-soluble or highly hydrophilic vinyl monomer is particularly preferred.
実施例1(重合体1の製造)
アクリル酸ナトリウム(AA−Na)36g、水64g、t−ブチルハイドロパーオキサイド(TBHP)69%水溶液0.2gを混合した。その混合液は20℃でpH8.0であった。その混合液3gを外径10mmのSUS316製反応管に仕込んで密封した。予め200℃に保ったオイルバスに反応管を完全に浸して30分間後にとりだし、水で急速冷却した。反応管から得られた水溶液は薄黄色で、pH11.0であった。次にイオン交換樹脂でイオン交換を行いナトリウム塩を取り除き、真空乾燥を行い重合体1を得た。その重量から転化率はおよそ90%以上であることが分かった。乾燥したポリアクリル酸を水系GPCで分子量測定を行い、標準ポリアクリル酸で作られた校正曲線で分子量計算したところ重量平均分子量(以下Mw)は3400、数平均分子量(以下Mn)は1300、分子量分布Mw/Mnは2.6であった。また1H−NMR測定をおこない、5.6PPMと6.1PPMに末端エチレン性不飽和結合に由来するピークが観察された。しかし、4.2PPMのマイケル付加反応に伴うエステル由来のピークは全く観察されなかった。末端不飽和結合のピーク強度と1.2PPM〜2.8PPMの主鎖中のプロトンに由来するピーク強度比と数平均分子量から末端不飽和結合導入率(f)を計算した。fは1.5であった。
Example 1 (Production of polymer 1)
36 g of sodium acrylate (AA-Na), 64 g of water, and 0.2 g of a 69% aqueous solution of t-butyl hydroperoxide (TBHP) were mixed. The mixture was pH 8.0 at 20 ° C. 3 g of the mixed solution was charged into a SUS316 reaction tube having an outer diameter of 10 mm and sealed. The reaction tube was completely immersed in an oil bath previously maintained at 200 ° C., taken out after 30 minutes, and rapidly cooled with water. The aqueous solution obtained from the reaction tube was light yellow and had a pH of 11.0. Next, ion exchange was performed with an ion exchange resin to remove sodium salts, and vacuum drying was performed to obtain a polymer 1. From the weight, the conversion was found to be about 90% or more. The molecular weight of the dried polyacrylic acid was measured with aqueous GPC, and the molecular weight was calculated with a calibration curve made of standard polyacrylic acid. The weight average molecular weight (Mw) was 3400, the number average molecular weight (Mn) was 1300, and the molecular weight. The distribution Mw / Mn was 2.6. Further, 1 H-NMR measurement was performed, and peaks derived from terminal ethylenically unsaturated bonds were observed at 5.6 PPM and 6.1 PPM. However, no ester-derived peak associated with the Michael addition reaction of 4.2 PPM was observed. The terminal unsaturated bond introduction ratio (f) was calculated from the peak intensity of the terminal unsaturated bond, the peak intensity ratio derived from protons in the main chain of 1.2 PPM to 2.8 PPM, and the number average molecular weight. f was 1.5.
実施例2〜5および比較例1〜2(重合体2〜5および比較重合体1〜2の製造)
実施例1と同様な方法で、pHを変えて重合体2〜5、比較重合体1〜2を製造した。 全て重合率は90%以上であった。pH3.5以下では分子量分布が広がり、末端不飽和結合量もpH3.5を超えるものと比べて低くなり、着色も激しかった。結果を表1に示した。
Examples 2-5 and Comparative Examples 1-2 (Production of Polymers 2-5 and Comparative Polymers 1-2)
In the same manner as in Example 1, polymers 2 to 5 and comparative polymers 1 to 2 were produced by changing the pH. All the polymerization rates were 90% or more. When the pH was 3.5 or less, the molecular weight distribution was widened, the amount of terminal unsaturated bonds was lower than that exceeding pH 3.5, and coloring was intense. The results are shown in Table 1.
実施例6〜10および比較例3〜4(重合体6〜10および比較重合体3〜4の製造)
実施例1と同様な方法で、150℃でpHを変えて重合体6〜10、比較重合体3〜4を製造した。重合体6〜10は重合率は90%以上であった。pH3.5以下ではゲル化した。結果を表2に示した。
Examples 6 to 10 and Comparative Examples 3 to 4 (Production of Polymers 6 to 10 and Comparative Polymers 3 to 4)
In the same manner as in Example 1, polymers 6 to 10 and comparative polymers 3 to 4 were produced by changing the pH at 150 ° C. Polymers 6 to 10 had a polymerization rate of 90% or more. Gelation occurred at pH 3.5 or lower. The results are shown in Table 2.
比較例5〜9(比較重合体5〜9の製造)
開始剤に過硫酸ナトリウムを用いる点および反応温度を100℃に変える点以外は実施例1と同様な方法で、pHを変えて比較例6〜9を製造した。全てゲル化した。結果を表3に示した。
Comparative Examples 5-9 (Production of Comparative Polymers 5-9)
Comparative Examples 6 to 9 were produced by changing the pH in the same manner as in Example 1 except that sodium persulfate was used as the initiator and the reaction temperature was changed to 100 ° C. All gelled. The results are shown in Table 3.
実施例11(重合体11の製造)
アクリル酸ナトリウム(AA−Na)18g、メタクリル酸ナトリウム(MAA−Na)18g、水64g、t−ブチルハイドロパーオキサイド(TBHP)69%水溶液0.2gを混合した。その混合液は20℃でpH7.8であった。その混合液3gを外径10mmのSUS316製反応管に仕込んだ。予め200℃に保ったオイルバスに反応管を完全に浸して30分間後にとりだし、水で急速冷却した。反応管から得られた水溶液は薄黄色で、pH10.7であった。実施例1と同様に分析を行い、Mw2500、Mn1000、Mw/Mn=2.5、fは1.1であった。
Example 11 (Production of polymer 11)
18 g of sodium acrylate (AA-Na), 18 g of sodium methacrylate (MAA-Na), 64 g of water, and 0.2 g of a 69% aqueous solution of t-butyl hydroperoxide (TBHP) were mixed. The mixture had a pH of 7.8 at 20 ° C. 3 g of the mixed solution was charged into a SUS316 reaction tube having an outer diameter of 10 mm. The reaction tube was completely immersed in an oil bath previously maintained at 200 ° C., taken out after 30 minutes, and rapidly cooled with water. The aqueous solution obtained from the reaction tube was light yellow and had a pH of 10.7. Analysis was performed in the same manner as in Example 1, and Mw 2500, Mn 1000, Mw / Mn = 2.5, and f was 1.1.
実施例12(重合体12の製造)
オイルジャケット備えた容量1リットルの加圧式攪拌槽型反応器のオイルジャケット温度を、200℃に保った。次いで、アクリル酸ナトリウム(AA−Na)84重量部、アクリル酸(AA)16重量部、水169重量部からなる単量体混合液に、重合開始剤としてターシャリーブチルハイドロパーオキサイド(以下TBHP)0.5重量部を混合し原料タンクに仕込んだ。一定の供給速度(48g/分、滞留時間:12分)で原料タンクから反応器に連続供給し、反応器内の混合液重量が580g一定になるように重合物を反応機出口から連続的に抜き出した。抜き出した反応液のpHは6.5であった。その時の反応器内温は、所望の200℃に保たれた。
単量体混合物の供給開始後、反応器内部の温度が安定してからさらに36分後をほぼ平衡状態に達したと判断し、それから約2.9kgのポリアクリル酸ナトリウム水溶液を回収した。液の色は薄黄色であった。液体クロマトグラフィ−で残存AAを分析すると2.1wt%であった。その結果から重合率は94%であることがわかった。
実施例1と同様にイオン交換処理後、分子量、末端不飽和結合導入率(f)を測定した。Mwは7900、Mnは3100、分子量分布Mw/Mnは2.5であった。また末端不飽和結合導入率(f)は1.1であった。
Example 12 (Production of polymer 12)
The oil jacket temperature of a 1 liter pressurized stirred tank reactor equipped with an oil jacket was kept at 200 ° C. Next, a tertiary butyl hydroperoxide (hereinafter referred to as TBHP) as a polymerization initiator was added to a monomer mixture consisting of 84 parts by weight of sodium acrylate (AA-Na), 16 parts by weight of acrylic acid (AA), and 169 parts by weight of water. 0.5 part by weight was mixed and charged into the raw material tank. The raw material tank is continuously supplied to the reactor at a constant supply rate (48 g / min, residence time: 12 minutes), and the polymer is continuously fed from the reactor outlet so that the weight of the mixed liquid in the reactor is constant 580 g. Extracted. The pH of the extracted reaction solution was 6.5. At that time, the internal temperature of the reactor was maintained at a desired 200 ° C.
After the start of the monomer mixture supply, it was judged that an almost equilibrium state was reached 36 minutes after the temperature inside the reactor was stabilized, and then about 2.9 kg of a sodium polyacrylate aqueous solution was recovered. The color of the liquid was light yellow. The residual AA was analyzed by liquid chromatography and found to be 2.1 wt%. From the result, it was found that the polymerization rate was 94%.
In the same manner as in Example 1, after the ion exchange treatment, the molecular weight and the terminal unsaturated bond introduction rate (f) were measured. Mw was 7900, Mn was 3100, and molecular weight distribution Mw / Mn was 2.5. The terminal unsaturated bond introduction rate (f) was 1.1.
実施例13(グラフト共重合体1の製造)
攪拌機、還流冷却機、温度計、窒素導入管を備えた反応容器内に実施例12で製造したポリカルボン酸ナトリウムマクロモノマー水溶液(重合体12)を100重量部、水100重量部仕込み、窒素雰囲気下で90℃にした。別途調整したアクリル酸ナトリウム(AA−Na)36重量部、アクリル酸(AA)6.9重量部と過硫酸ナトリウム(NPS)0.8重量部、水20重量部からなる単量体溶液を4時間かけて連続的に滴下させた。滴下終了後、過硫酸ナトリウム(NPS)0.1重量部、水4重量部を添加し1時間反応を継続させた。この間反応温度は90℃を保った。
得られた共重合体の分子量はGPC測定からMw52000、Mn8200、Mw/Mn=6.3であった。残存AA−Naから求めた重合率は92%であった。NMRから求めたマクロモノマーの反応率は95%であり、ほとんどのマクロモノマーが反応したことが確認された。
Example 13 (Production of Graft Copolymer 1)
In a reaction vessel equipped with a stirrer, reflux condenser, thermometer, and nitrogen introduction tube, 100 parts by weight of an aqueous solution of sodium polycarboxylate macromonomer (polymer 12) produced in Example 12 and 100 parts by weight of water were charged, and a nitrogen atmosphere Under 90 ° C. Separately prepared monomer solution comprising 36 parts by weight of sodium acrylate (AA-Na), 6.9 parts by weight of acrylic acid (AA), 0.8 part by weight of sodium persulfate (NPS), and 20 parts by weight of water. It was dripped continuously over time. After completion of the dropwise addition, 0.1 part by weight of sodium persulfate (NPS) and 4 parts by weight of water were added and the reaction was continued for 1 hour. During this period, the reaction temperature was maintained at 90 ° C.
The molecular weight of the obtained copolymer was Mw52000, Mn8200, Mw / Mn = 6.3 from GPC measurement. The polymerization rate determined from the remaining AA-Na was 92%. The reaction rate of the macromonomer determined by NMR was 95%, and it was confirmed that most of the macromonomer reacted.
実施例、比較例における諸物性は次の方法により測定した。
(1)重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)、分子量分布(Mw/Mn)はゲルパーミションクロマトグラフ(GPC)を用いて、溶離液に水+リン酸バッファーを使用し、アクリル酸標準ポリマーを用いてポリアクリル酸換算で測定した。
(2)pHはpHメーターを用いて測定された。実施例1〜11の重合後のpHは5倍に希釈して測定した。
(3)末端不飽和結合導入率(f)
実施例で得られた重合体水溶液は、残存モノマーの影響を取り除くためイオン交換樹脂でイオン交換し、真空乾燥機で乾燥して測定に使用された。1H−NMRで溶媒に重水を用いて測定をおこない、5.6PPMと6.1PPMに末端不飽和結合に由来するピーク強度と1.2PPM〜2.8PPMの主鎖中のプロトン(メチレンおよびメチンのプロトン)に由来するピーク強度比とGPCのMnから下式のとおり計算した。
f=(主鎖のピーク強度/3)/(末端不飽和の水素ピーク強度/2)× 72/Mn
(4)マイケル付加生成量
1H−NMRで溶媒に重水を用いて測定をおこない、4.2PPMのエステルに由来するピーク強度と1.2PPM〜2.8PPMの主鎖中のプロトンに由来するピーク強度比から下式のとおり計算した。
マイケル付加量=(エステルピーク強度/2)/(主鎖のピーク強度/3)×100
(5)着色は目視にて評価した。
(6)残存アクリル酸は、逆相液体クロマトグラフィーでODSカラムを用いて定量した。残存アクリル酸量から重合率を計算した。
Various physical properties in Examples and Comparative Examples were measured by the following methods.
(1) Weight average molecular weight (Mw), number average molecular weight (Mn), molecular weight distribution (Mw / Mn) were measured by gel permeation chromatograph (GPC), water + phosphate buffer was used as eluent, acrylic acid Measurement was made in terms of polyacrylic acid using a standard polymer.
(2) The pH was measured using a pH meter. The pH after polymerization in Examples 1 to 11 was measured by diluting 5 times.
(3) Terminal unsaturated bond introduction rate (f)
The aqueous polymer solution obtained in the examples was subjected to ion exchange with an ion exchange resin in order to remove the influence of residual monomers, and dried in a vacuum dryer and used for measurement. Measurement was performed using heavy water as a solvent by 1 H-NMR, and peak strengths derived from terminal unsaturated bonds in 5.6 PPM and 6.1 PPM and protons in the main chain of 1.2 PPM to 2.8 PPM (methylene and methine). From the peak intensity ratio derived from the proton and the Mn of GPC.
f = (peak intensity of main chain / 3) / (end unsaturated hydrogen peak intensity / 2) × 72 / Mn
(4) Michael addition production
Measurement was performed using heavy water as a solvent in 1 H-NMR, and the peak intensity ratio derived from the ester of 4.2 PPM and the peak intensity ratio derived from the protons in the main chain of 1.2 PPM to 2.8 PPM as shown in the following formula: Calculated.
Michael addition amount = (ester peak intensity / 2) / (peak intensity of main chain / 3) × 100
(5) Coloring was evaluated visually.
(6) Residual acrylic acid was quantified by reverse phase liquid chromatography using an ODS column. The polymerization rate was calculated from the amount of residual acrylic acid.
表1、2に示す結果から明らかな通り、同じ温度、同じ開始剤量でもpHが低くなるにつれ分子量や分子量分布は増大、あるいはゲル化した。このことはpHが中性領域に近いほどβ切断が頻度高く起こっていることを示し、高い末端不飽和結合導入率になることを支持している。しかし、表3がしめす100℃での重合結果ではpHが中性領域に近くてもゲル化を起こし、100℃ではβ切断より分岐反応が優先して起こることを示している。
表1、2のpH3.5以下をみると150℃でゲル化し、分岐反応が優先して起こることを示し、200℃ではゲル化こそ回避されているが、Mw/Mnは23以上あり分岐反応が頻度高く起こっていることを示している。また、着色、マイケル付加物の量でもpH3.5以下で高い。これらのことからpH3.8〜pH12の領域かつ110℃〜240℃の温度範囲でポリカルボン酸マクロモノマーの製造が最適であることが示された。
As is clear from the results shown in Tables 1 and 2, the molecular weight and molecular weight distribution increased or gelled as the pH decreased even at the same temperature and the same initiator amount. This indicates that the β-cleavage occurs more frequently as the pH is closer to the neutral region, and supports a higher terminal unsaturated bond introduction rate. However, the polymerization results at 100 ° C. shown in Table 3 indicate that gelation occurs even when the pH is close to the neutral region, and that the branching reaction takes precedence over β-cleavage at 100 ° C.
When the pH below 3.5 in Tables 1 and 2 is observed, gelation occurs at 150 ° C., indicating that the branching reaction takes precedence, and gelation is avoided at 200 ° C., but there is a Mw / Mn of 23 or more and branching reaction. Is happening frequently. The amount of coloring and Michael adduct is also high at pH 3.5 or less. From these, it was shown that the production of the polycarboxylic acid macromonomer is optimal in the range of pH 3.8 to pH 12 and the temperature range of 110 ° C. to 240 ° C.
実施例12では連続攪拌槽型反応器(CSTR)を使用して重合を行った例を示したが、実施例1〜11では重合の進行に伴いpHが変化しているのに対し、実施例12の方法ではpH6.5のほぼ一定のpHを維持したまま連続的に重合を行うこと可能であり、高い末端不飽和結合導入率および狭い分子量分布を達成できる。CSTRを使用する方法がポリカルボン酸マクロモノマーの製造に適したプロセスであることが示された。例えば、CSTRを使用する方法は、CSTRを使用しない方法よりも、より広い温度範囲で好適にポリカルボン酸マクロモノマーを製造することができる。 Although Example 12 showed the example which superposed | polymerized using the continuous stirred tank type | mold reactor (CSTR), in Examples 1-11, although pH changed with progress of superposition | polymerization, an Example In the method of 12, the polymerization can be continuously carried out while maintaining a substantially constant pH of 6.5, and a high terminal unsaturated bond introduction rate and a narrow molecular weight distribution can be achieved. It has been shown that the process using CSTR is a suitable process for the production of polycarboxylic acid macromonomers. For example, the method using CSTR can suitably produce a polycarboxylic acid macromonomer in a wider temperature range than the method not using CSTR.
実施例13では、該ポリカルボン酸マクロモノマーをアクリル酸と共重合する例が示された。高いグラフト重合率が示され、本条件がグラフト共重合に適した条件であることが分かった。
In Example 13, an example in which the polycarboxylic acid macromonomer was copolymerized with acrylic acid was shown. A high graft polymerization rate was shown, and it was found that this condition was suitable for graft copolymerization.
本発明は、末端不飽和結合導入率が大きく、高酸価で、着色の少ないポリカルボン酸マクロモノマーを経済的に生産し、工業的に容易なラジカル重合によってポリカルボン酸単位を有する共重合体、特にポリカルボン酸単位を枝とするグラフトポリマ−の製造方法を提供するものである。本発明におけるポリカルボン酸マクロモノマー及びポリカルボン酸を枝とするグラフトポリマ−は、高い機能と品質をもち、様々な用途に有用である。用途の例としては、有機顔料または無機顔料分散剤、増粘剤、会合性増粘剤、凝集剤、紙用ザイズ剤や紙力増強剤などの紙用薬剤、洗剤ビルダー、高分子乳化剤、反応性高分子乳化剤、コーティング、インキバインダー、ニス、相溶化剤などが挙げられる。 The present invention economically produces a polycarboxylic acid macromonomer having a high terminal unsaturated bond introduction rate, a high acid value, and little coloration, and a copolymer having a polycarboxylic acid unit by radical polymerization which is industrially easy In particular, the present invention provides a method for producing a graft polymer having a polycarboxylic acid unit as a branch. The graft polymer having a polycarboxylic acid macromonomer and a polycarboxylic acid as a branch in the present invention has high function and quality and is useful for various applications. Examples of applications include organic or inorganic pigment dispersants, thickeners, associative thickeners, flocculants, paper agents such as paper sizing agents and paper strength enhancers, detergent builders, polymeric emulsifiers, reactions For example, a functional polymer emulsifier, a coating, an ink binder, a varnish, and a compatibilizer.
Claims (6)
チレン性不飽和単量体(b)とをラジカル反応させる共重合体の製造方法。 Ethylenically unsaturated monocarboxylic acid monomer (a-1) 20 to 100% by mass, ethylenically unsaturated dicarboxylic acid monomer (a-2) 0 to 30% by mass and other ethylenically unsaturated monomers (A-3) A monomer mixture composed of 0 to 80% by mass in an aqueous medium at a pH of 3.8 to 12 and at a temperature of 110 to 240 ° C. A method for producing a copolymer in which a polycarboxylic acid macromonomer composition obtained by polymerizing by adding a radical polymerization initiator is radically reacted with an ethylenically unsaturated monomer (b).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004086014A JP4337594B2 (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2004086014A JP4337594B2 (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2005272553A JP2005272553A (en) | 2005-10-06 |
| JP4337594B2 true JP4337594B2 (en) | 2009-09-30 |
Family
ID=35172574
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004086014A Expired - Fee Related JP4337594B2 (en) | 2004-03-24 | 2004-03-24 | Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4337594B2 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106574021B (en) * | 2014-09-22 | 2019-05-14 | 东亚合成株式会社 | Acrylic copolymer, method for producing the same, and water treatment agent |
| CN114426408B (en) * | 2020-10-13 | 2022-12-09 | 中国石油化工股份有限公司 | Oil well cement dispersant, preparation method and application thereof |
| CN114213597B (en) * | 2021-12-09 | 2023-08-29 | 科之杰新材料集团有限公司 | Sustained-release polycarboxylate superplasticizer with high water reducing rate and preparation method thereof |
| CN114478962B (en) * | 2021-12-27 | 2023-08-25 | 科之杰新材料集团有限公司 | Slump-retaining early-strength functional monomer, slump-retaining early-strength polycarboxylate superplasticizer and preparation method thereof |
-
2004
- 2004-03-24 JP JP2004086014A patent/JP4337594B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2005272553A (en) | 2005-10-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4885358B2 (en) | Method for producing polymer by radical polymerization and condensation reaction, and apparatus and product relating thereto | |
| KR100564331B1 (en) | Polymer composition | |
| US6150468A (en) | Water soluble amphiphilic heteratom star polymers and their use as emulsion stabilizers in emulsion polymerization | |
| AU715459B2 (en) | Polymer synthesis | |
| EP0882071B1 (en) | Branched polymer synthesis | |
| TW200402323A (en) | Use of gradient copolymers as dispersants to treat pigments and other solids | |
| CN101360771B (en) | Process for the preparation of living polymers comprising methacrylic and/or methacrylate units | |
| JP4337594B2 (en) | Process for producing polycarboxylic acid macromonomer composition | |
| JP3489893B2 (en) | Polymethacrylate having a functional group at one end and method for producing the same | |
| WO2001096411A1 (en) | Water soluble ampiphilic heteratom star polymers and their use as emulsion stabilizers in emulsion polymerization | |
| JP2025521796A (en) | Reactive nonionic surfactant having vinyl group and propylene oxide group and pressure-sensitive adhesive composition containing the same | |
| WO2006007999A2 (en) | Aqueous vinyl graft copolymer compositions | |
| JP2011137135A (en) | Composition containing intermediate for water-soluble monomer and manufacturing method therefor, intermediate for the water-soluble monomer, and cationic group-containing monomer and manufacturing method therefor | |
| JP7681208B2 (en) | Vinyl alcohol polymer, aqueous solution containing vinyl alcohol polymer, paint and cement admixture | |
| EP1940884A1 (en) | High temperature polymerization process for making branched acrylic polymers, caprolactone-modified branched acrylic polymers, and uses thereof | |
| JP6394785B2 (en) | Method for producing water-soluble polymer | |
| JPH0770242A (en) | Vinyl copolymer containing allyl group at side chain and its production |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060828 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20081210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081216 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090209 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090609 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090622 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120710 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |