JP2010077340A - (メタ)アクリル酸系重合体、その用途、および(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法 - Google Patents

(メタ)アクリル酸系重合体、その用途、および(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭く、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現できる(メタ)アクリル酸系重合体、および、その製造方法を提供する。
【解決手段】主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比で3以上であり、分子量分布が2.8以下の(メタ)アクリル酸系重合体。(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンク1から出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ライン2に循環させながら該単量体成分を重合する、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法であって、該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口11、少なくとも1つの冷却器4、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ライン3を備え、該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を3〜7g供給する。
【選択図】図1

Description

本発明は、(メタ)アクリル酸系重合体、その用途、および(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法に関する。
(メタ)アクリル酸系重合体は、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に好適な水溶性重合体として知られている。
分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現でき、且つ、工業規模において高効率で製造することが可能な(メタ)アクリル酸系重合体が要望されている。
上記のような(メタ)アクリル酸系重合体として、炭酸カルシウムスラリーの分散性が比較的良好な(メタ)アクリル酸系重合体が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載の(メタ)アクリル酸系重合体は、亜リン酸を連鎖移動剤として用いて製造されたものである。しかし、特許文献1に記載の(メタ)アクリル酸系重合体は、炭酸カルシウムスラリーの分散性がまだまだ十分なレベルには到達していない。
他方、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法として、発泡や温度を制御したバッチ重合での高濃度のポリアクリル酸ソーダの製造方法が知られている(特許文献2参照)。しかし、特許文献2に記載の製造方法では、冷却装置、槽型反応器、撹拌型ミキサーを有する回分(バッチ)式反応装置を用いるため、高生産性を確保するには過剰に大規模な装置が必要となる。さらに、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の分子量分布(Mw/Mn)が比較的大きくなってしまい、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現することは困難である。なお、分子量分布(Mw/Mn)は、重量平均分子量(Mw)を数平均分子量(Mn)で割った商で示される。
また、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法として、複数個の反応装置を直列に設置して用いる、分子量分布の狭いポリアクリル酸の連続的な製造方法が知られている(特許文献3および特許文献4参照)。特許文献3および特許文献4に記載の実施例においては、槽型の第1〜第3反応器と、必要に応じて第2反応器に冷却装置と撹拌型ミキサーとを有する、撹拌槽直列連続式反応装置が用いられている。この反応装置は「連続式」と称されているが、実質的には、撹拌槽が第1〜第3反応器として直列に接続され、第1反応器から第3反応器に順に反応液が送られて第3反応器から取り出される方式である。このような直列型反応装置を用いると、反応時間の短縮化が困難となり、生産性を高め難く、除熱効率が不十分となる。
また、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法として、ループ型の循環ラインを用いる、分子量分布の狭いポリアクリル酸の連続的な製造方法が知られている(特許文献5参照)。特許文献5には、管型反応器とモーションレスミキサーとを有する循環型連続式反応装置が記載されている。しかしながら、このような循環型連続式反応装置を用いると、反応時間の短縮化が困難となり、生産性を高め難く、除熱効率が不十分となる。
さらに、所望の特性を有する(メタ)アクリル酸系重合体が実験室規模において高効率で得られる場合であっても、実際の製造設備規模において製造した場合には同様には得られないという問題が生じ得る。
一方、分子量分布の狭い水溶性重合体を高効率で製造できる連続的製造方法が知られている(特許文献6参照)。
特開2001−70778号公報 特開2004−244617号公報 特開2003−002909号公報 特開2003−040912号公報 特開2001−098002号公報 特開2007−217654号公報
本発明の課題は、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭く、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現でき、且つ、工業規模において高効率で製造することが可能な(メタ)アクリル酸系重合体およびその用途を提供することにある。また、そのような(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法を提供することにある。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比で3以上であり、分子量分布が2.8以下である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、また、
(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する製造方法によって得られる(メタ)アクリル酸系重合体であって、
該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備え、
該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を3〜7g供給する。
本発明の別の局面によれば、分散剤が提供される。本発明の分散剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。
本発明の別の局面によれば、洗剤組成物が提供される。本発明の洗剤組成物は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。
本発明の別の局面によれば、水処理剤が提供される。本発明の水処理剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。
本発明の別の局面によれば、スケール防止剤が提供される。本発明のスケール防止剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。
本発明の別の局面によれば、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法が提供される。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法は、
(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法であって、
該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備え、
該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を3〜7g供給する。
本発明によれば、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭く、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現でき、且つ、工業規模において高効率で製造することが可能な(メタ)アクリル酸系重合体およびその用途を提供することができる。また、そのような(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法を提供することができる。
上記効果は、(メタ)アクリル酸系重合体として、該重合体の主鎖末端と主鎖内部にリン原子を有するようにするとともに、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比を所定値以上し、且つ、分子量分布を所定値以下とすることで、発現することが可能となる。
上記効果は、また、(メタ)アクリル酸系重合体として、(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する製造方法によって得られる(メタ)アクリル酸系重合体を採用し、該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備えるようにし、さらに、該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を所定量の範囲内で供給することで、発現することが可能となる。
上記効果は、また、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法として、(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法を採用し、該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備えるようにし、さらに、該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を所定量の範囲内で供給することで、発現することが可能となる。
≪A.(メタ)アクリル酸系重合体製造装置≫
最初に、本発明の製造方法に用いる(メタ)アクリル酸系重合体製造装置について説明する。図1は、本発明の1つの実施形態における(メタ)アクリル酸系重合体製造装置を説明する概念図である。図2は、本発明の別の実施形態における(メタ)アクリル酸系重合体製造装置を説明する概念図である。(メタ)アクリル酸系重合体製造装置100は、タンク1と、循環ライン2と、排出ライン3とを備える。タンク1は、(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を一時的に貯留する。循環ライン2は、タンク1の出口aから出て、タンク1の外部を循環し、タンク1の戻り口bに戻る(すなわち、循環ラインは、いわゆるループ型である)。循環ライン2には、通常、循環ポンプ6および混合装置5が設けられ、上記循環液を混合しながら循環させる。循環液が循環ラインを循環しながら、循環液中の単量体の重合が進行する。また、循環ライン2には、通常、単量体および各種添加剤の供給口(図1および図2の形態においては、供給口7、8、9および10)が設けられている。本発明においては、リン含有化合物を供給する供給口が必須である。なお、このような供給口は、タンク1の任意の位置に設けてもよい。また、供給口7、8、9および10は、これらのいくつかが共通の供給口となっていてもよい。本発明においては、循環ライン2は少なくとも1つの冷却器4を有する。循環ライン2に冷却器4を設けることにより、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。さらに、タンク1に撹拌手段12が設けられていてもよい。撹拌手段12は、タンク内の循環液を0.5kW/m以上の撹拌所要動力Pvで撹拌することが好ましい。このように、所定の値以上の撹拌所要動力でタンク内の循環液を撹拌することにより、工業規模の製造ラインにおいても分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体をより効率的に得ることができる。排出ライン3は、循環液の一部を循環ライン2から排出し、得られる重合体を回収する。以下、(メタ)アクリル酸系重合体製造装置の構成部について詳細に説明する。なお、本明細書においては、便宜上、タンクと循環ラインとを併せて「反応装置」と称することがあり、反応装置と排出ラインとを併せて「製造装置」と称することがある。さらに、単量体および各種添加剤をまとめて「原料」と称することがある。
上記循環ライン2は、任意の適切な配管として構成される。管を構成する材料は、好ましくは、SUSである。伝熱性および耐食性に優れ、かつ、重合反応に影響を与えないからである。具体例としては、SUS304、SUS316、SUS316L等が挙げられる。必要に応じて、循環ライン内表面(循環液と接する表面)には、任意の適切なスケール防止剤を塗布してもよい。
本発明においては、上記のように、循環ライン2には少なくとも1つの冷却器4が設けられている。冷却器を設けることにより、重合熱、希釈熱、中和熱、分解熱、溶解熱等の反応熱を除去することができ、反応装置内の温度分布を均一なものとすることができるとともに、反応装置内の温度を容易に制御することができる。その結果、分子量分布が狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。冷却器を設けない場合には、反応熱を十分に除去できないので、重合反応が急激に進む場合がある。その結果、ハンドリングが困難になる場合がある。具体的には、反応液(循環液)が沸点に達したり、マイケル付加物が多量に発生したり、連鎖移動剤を用いる場合に、当該連鎖移動剤が十分に機能しなかったりする場合がある。
特に、本発明に用いられる(メタ)アクリル酸系重合体製造装置は、重合反応が早く進む単量体(例えば、(メタ)アクリル酸やその塩、エステル等の重合)を用いる場合に好適に適用され得る。冷却器を設けることにより、このような場合であっても十分にマイルドな重合反応とすることができる。例えば、反応条件によっては、30秒で90%以上の単量体が水溶性重合体に転換するほど反応が速いものもあり、その場合、それに伴う反応熱も大きい。このような場合であっても、循環ラインに適切に冷却器を設けることにより、重合反応を制御することができる。
上記冷却器としては、冷却器内を通過する循環液の温度を下げて反応熱を除去できる限りにおいて、任意の適切な冷却器が採用され得る。除去すべき反応熱の割合は、目的や反応系に応じて変化し得る。1つの実施形態においては、冷却器は、発生する反応熱のうち、好ましくは1%以上、より好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、特に好ましくは70%以上除去することができる。反応熱を除去することにより、循環液の温度(重合温度)を目的に応じた所望の範囲に制御することができる。反応熱の除去が充分でない場合には、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の分子量分布を充分に狭くできなくなるおそれがある。さらに、上記冷却器は、S/Vが好ましくは5以上であり、さらに好ましくは6.5以上であり、特に好ましくは8以上である。ここで、Vは循環液の体積(循環ラインおよびタンク中の循環液の総量)[m]であり、Sは冷却器の伝熱面積[m]である。特に好ましくは、冷却器は、上記反応熱の除去効率および上記S/Vの両方を満足する。冷却器の冷却効率が大きいほど、短い滞留時間で(すなわち、非常に高い生産性で)、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができるので、好ましい。
上記冷却器の形状または形式は、目的に応じて適切に設定され得る。冷却器の形状または形式としては、任意の適切な冷却器または熱交換器の形状または形式が採用され得る。具体例としては、多管円筒型、二重管式、プレート式、エアクーラー、イリゲーションクーラー、コイル式、渦巻き式、ジャケット等が挙げられる。これらは、単独で採用してもよく、組み合わせて採用してもよい。例えばジャケット等の場合、配管やタンクに接している長さ等は、特に制限されない。
冷却器の設置個数および設置位置もまた、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、冷却器の設置個数は、一つであってもよく、複数であってもよい。図1は、循環ラインにおける単量体および各種添加剤供給口7、8、9および10(詳細は後述)の上流に冷却器を1つ設ける場合を示す。図2は、単量体および各種添加剤供給口7、8、9および10の上流および下流に冷却器を1つずつ(合計2つ)設ける場合を示す。図示していないが、3つ以上の冷却器を設けてもよいことはいうまでもない。複数設置する場合は、循環ラインの一ヶ所にまとめて複数設置してもよく、例えば図2のように循環ラインの複数箇所に分散させて設置してもよい。複数箇所に分散させて設置するのが好ましい。冷却効率にさらに優れるからである。例えば、発生する反応熱量が多い単量体を用いる場合には、分散して複数設置することが特に好ましい。冷却器の設置位置は、図示例に限定されない。例えば、タンク出口aのすぐ下流に設けてもよく、戻り口bのすぐ上流に設けてもよく、それらの両方に設けてもよい。冷却器は、反応装置の少なくとも循環ラインに設けられればよい。したがって、冷却器は、循環ラインのみに設けられてもよく、循環ラインとタンクの両方に設けられてもよい。好ましくは、冷却器は、循環ラインのみに設けられる。タンク内の循環液の温度勾配や濃度勾配(これらは、得られる重合体の分子量分布を拡大するおそれがある)を留意する必要がないからである。なお、ジャケットや二重管等の冷却器を設けなくても、循環ラインの長さを長くするだけで、循環液の温度をある程度低下させることはできる。しかし、このような手段によれば、循環ラインの配管および装置敷設の建設コストが増大し、かつ、ポンプ能力の強化が必要となる。さらに、仮に非常に長い循環ラインを設け、かつポンプ能力を強化した場合であっても、十分な冷却能力が得られない場合が多く、その結果、循環ライン内の温度勾配が大きくなるので、所望の特性を有する重合体が得られない場合が多い。また、このような長い循環ラインは、生産性が不十分であるという問題がある。
上記循環ポンプ6としては、所望の(メタ)アクリル酸系重合体を得るに十分な程度に循環液を循環させ得る限りにおいて、任意の適切な循環ポンプが採用され得る。循環ポンプの設置位置、個数及び形式等も、目的に応じて適切に設定され得る。図1および図2に示す形態においては、1つの循環ポンプがタンクと循環ラインから排出ラインへの分岐点との間に設けられている。
上記混合装置5としては、所望の(メタ)アクリル酸系重合体を得るに十分な程度に循環液の濃度分布を均一にし得る任意の適切な混合装置が採用され得る。混合装置の設置位置、個数及び形式等も、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、混合装置5は、少なくとも循環ラインに設けられればよく、したがって、循環ラインに加えてタンクおよび/または排出ラインに設けられてもよい。混合装置の具体例としては、パドル翼、マックスブレンド(登録商標)、アンカー翼等の撹拌翼に代表されるモーター駆動型;シェイカー等に代表される面駆動型;噴射衝突型;超音波分散型;モーションレスミキサーが挙げられる。好ましくは、パドル翼、マックスブレンド、アンカー翼を使用した撹拌装置、モーションレスミキサーであり、より好ましくは、パドル翼またはアンカー翼を用いた撹拌装置、モーションレスミキサーであり、更に好ましくは、モーションレスミキサーである。循環ラインにモーションレスミキサーを設けることにより、循環液中の単量体および添加剤(例えば、重合開始剤、連鎖移動剤)が効率的に混合するので、循環液の濃度勾配が減少し、より均一な循環液が得られるという利点がある。
上記のように、循環ライン2には、通常、単量体および各種添加剤の供給口が設けられている。本発明においては、リン含有化合物を供給する供給口が必須である。供給口の数および設置位置は、目的とする重合体の種類や分子量等に応じて適切に設定することができる。例えば、図1および図2に示すように、供給口7、8、9および10が設けられ得る。1つの実施形態においては、供給口7からアルカリ剤または酸化剤等が供給され、供給口8から単量体が供給され、供給口9からリン含有化合物が供給され、供給口10から重合開始剤(または重合促進剤)が供給され得る。単量体供給口を循環ラインの所定の位置に設けることにより、撹拌が必ずしも必要とされなくなるので、装置の製造コストや設置の簡便さという点で非常に有利である。なお、上記以外の添加剤(例えば、スケール防止剤)を供給してもよいことはいうまでもない。また、供給口7、8、9および10は、これらのいくつかが共通の供給口となっていてもよい。また、図示しないが、重合を不活性ガス雰囲気下で行う場合には、そのようなガス導入口を適切な場所に設けてもよい。単量体や添加剤の供給口のより具体的な設置形態について、以下で説明する。単量体供給口、重合開始剤供給口、その他の成分の供給口の順に説明する。
上記単量体供給口8は、例えば図1に示すような冷却器が1つだけ設けられる形態においては、循環ライン内の循環液の流路方向において、図1に示すように冷却器からタンクまでの間に位置していてもよく、タンクから冷却器までの間に位置していてもよい。冷却器からタンクまでの間に位置する場合は、単量体を冷却器の下流側で供給することにより、循環ラインが閉塞する等の不測の事態が起こっても復旧が容易であるという利点がある。タンクから冷却器までの間に位置する場合は、著しく反応熱が大きい反応系において、好ましくない副反応を抑制できるという利点がある。また例えば、循環ラインにモーションレスミキサーが設けられる形態においては、単量体供給口8は、循環ラインのいずれの場所に設けられてもよい。より具体的には、単量体供給口8は、モーションレスミキサー内に設けられてもよく、循環ライン内の循環液の流路方向において、タンクからモーションレスミキサーまでの間に設けられてもよく、モーションレスミキサーからタンクまでの間に設けられてもよい。好ましくは、単量体供給口は、モーションレスミキサー内、あるいは、タンクからモーションレスミキサーまでの間に設けられる。特に好ましくは、単量体供給口は、循環液の流路方向において冷却器からモーションレスミキサーの間に設けられる。単量体をモーションレスミキサー内又はその直前で添加することにより、供給した単量体が直ちに撹拌されることになり、単量体の濃度分布が均一になるので、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。
上記重合開始剤供給口10は、例えば図1に示すような冷却器が1つだけ設けられる形態においては、循環ライン内の循環液の流路方向において、図1に示すように冷却器からタンクまでの間に位置していてもよく、タンクから冷却器までの間に位置していてもよい。冷却器からタンクまでの間に位置する場合は、循環液がタンクに戻る際に定温としやすく、温度勾配を極めて小さくできるという利点がある。タンクから冷却器までの間に位置する場合は、著しく速い反応系において、開始剤濃度が均一となっており、供給口での望まざる暴走反応を抑制できるという利点がある。また例えば、循環ラインにモーションレスミキサーが設けられる形態においては、重合開始剤供給口10は、循環ライン内の循環液の流路方向において、タンクからモーションレスミキサーまでの間に設けられてもよく、モーションレスミキサーからタンクまでの間に設けられてもよい。いずれの場合でも、モーションレスミキサーにより循環液の混合を充分に行うことができる。
重合開始剤供給口10、単量体供給口8、冷却器4および混合装置5の相対的な位置関係も特に限定されない。例えば、重合開始剤供給口10は、循環ライン内の循環液の流路方向において、図1および図2に示すように単量体供給口8の下流に設けられてもよく、図示しない上流に設けられてもよい。また、循環ライン内の循環液の流路方向において、重合開始剤供給口10を混合装置(例えば、モーションレスミキサー)5の下流に設けかつ単量体供給口8を混合装置5の上流に設けてもよく(図1および図2に示す形態)、重合開始剤供給口10を混合装置5の上流に設けかつ単量体供給口8を混合装置5の下流に設けてもよく、重合開始剤供給口10および単量体供給口8の両方を混合装置5の上流に設けてもよく、重合開始剤供給口10および単量体供給口8の両方を混合装置5の下流に設けてもよい。さらに、例えば図1に示すような冷却器が1つだけ設けられる形態においては、重合開始剤供給口10を冷却器4の上流に設けかつ単量体供給口8を冷却器4の下流に設けてもよく、重合開始剤供給口10を冷却器4の下流に設けかつ単量体供給口8を冷却器4の上流に設けてもよく、重合開始剤供給口10および単量体供給口8の両方を冷却器4の上流に設けてもよく、重合開始剤供給口10および単量体供給口8の両方を冷却器4の下流に設けてもよい。好ましい配置は、循環ライン内の循環液の流路方向において、冷却器4/単量体供給口8/混合装置5/重合開始剤供給口10、冷却器4/単量体供給口8/重合開始剤供給口10/混合装置5であり、特に好ましい配置は、冷却器4/単量体供給口8/重合開始剤供給口10/混合装置5である。さらに、例えば図2に示すような冷却器が2つ設けられる形態においては、特に好ましい配置は、冷却器4/単量体供給口8/混合装置5/重合開始剤供給口10/冷却器4である。例えば循環液の粘度が低い場合、上記のような配置(順序)で単量体等を供給することにより、これらが非常にすばやく混合され、濃度勾配を迅速に均一にすることができる。その結果、分子量分布が非常に狭い(メタ)アクリル酸系重合体が得られるという利点がある。
本発明においては、リン含有化合物を供給する供給口が必須である。図1および図2に示す形態においては、供給口9からリン含有化合物が供給され得る。好ましくは、この供給口は、循環液の流路方向において、排出ラインからタンクまでの間に設けられる。循環ライン内の循環液の流路方向において、タンク、排出ライン、冷却器がこの順に配置される場合には、この供給口は、好ましくは、冷却器からタンクまでの間、または、排出ラインから冷却器までの間に設けられる。上記循環ラインがモーションレスミキサーを有する場合には、この供給口は、好ましくは、循環液の流路方向においてモーションレスミキサーの上流に設けられる。このような位置に設置することにより、モーションレスミキサーにより単量体等と早期に均一に混合することができる。
その他の成分の供給口の設置個数および設置位置は、目的に応じて適切に設定され得る。例えば、図1および図2に示すように供給口7が設けられてもよく、その他の成分の供給口が2つ以上設けられてもよい。図1および図2に示す形態においては、供給口7からアルカリ剤または酸化剤等が供給され得る。好ましくは、この供給口は、循環液の流路方向において、排出ラインからタンクまでの間に設けられる。循環ライン内の循環液の流路方向において、タンク、排出ライン、冷却器がこの順に配置される場合には、この供給口は、好ましくは、冷却器からタンクまでの間、または、排出ラインから冷却器までの間に設けられる。上記循環ラインがモーションレスミキサーを有する場合には、この供給口は、好ましくは、循環液の流路方向においてモーションレスミキサーの上流に設けられる。このような位置に設置することにより、モーションレスミキサーにより単量体等と早期に均一に混合することができる。特に好ましい配置は、循環ライン内の循環液の流路方向において、アルカリ剤供給口7/単量体供給口8/リン含有化合物供給口9/混合装置5/重合開始剤供給口10である。
単量体および各種添加剤の供給口が上記以外の位置に設けられてもよいことはいうまでもない。例えば、単量体および各種添加剤の供給口7、8、9および10の少なくとも1つをタンクに設けてもよく、タンク出口aのすぐ下流に設けてもよく、タンク戻り口bのすぐ上流に設けてもよく、これらの形態を組み合わせてもよい。
上記タンク1は、循環液を一時的に貯留し得る限りにおいて、任意の適切な構成を有し得る。例えば、タンクを構成する材料は、循環ラインと同様である。必要に応じて、タンク内表面(循環液と接する表面)には、任意の適切なスケール防止剤を塗布してもよい。好ましくは、タンクは、循環液を貯留・循環させるのみならず、循環液の重合反応を進行させる重合器としても機能し得る。タンクが重合器として機能することにより(すなわち、反応装置の一部を構成することにより)、(メタ)アクリル酸系重合体の生産性を高くすることができる。さらに、低分子量の重合体の製造を意図する場合に、循環液の濃度や単量体供給量を大きくしても、所望の低分子量の重合体を得ることができる。従来のループ型反応器(循環ライン)を用いた連続的重合法では、生産性を高めようとして循環液の濃度や単量体供給量を大きくすると、所望の低分子量の重合体を得ることができなかった。これに対して、本発明によれば、反応装置の一部としてタンクを設けることにより、循環液の濃度や単量体供給量を大きくしても、所望の低分子量の重合体を高生産性で得ることができる。タンクには、必要に応じて気液分離器を設けて、循環液のガスを抜きながら循環ラインを循環させてもよい。
上記タンクは、好ましくは、循環ラインの体積に対して所定の比率の体積を有する。より具体的には、タンクの体積は、循環ライン全体の体積に対して、好ましくは10体積%以上であり、より好ましくは30体積%以上である。タンクの体積が10体積%未満である場合には、結果として配管が非常に長くなり、圧力損失等が生じる場合がある。その結果、タンクが重合器として十分に機能せず、生産性が不十分となるおそれがある。一方、タンクの体積は、循環ライン全体の体積に対して、好ましくは90体積%以下であり、より好ましくは75体積%以下である。タンクの体積が90体積%を超える場合には、循環比(後述)を適切な範囲に設定するために循環速度を非常に大きくする必要がある。その結果、ポンプを大きくする必要が生じ、および、圧力損失が大きくなる場合がある。さらに、除熱が不十分になる場合がある。なお、本明細書においては、便宜上、タンクをリサイクルタンクと称することもある。
上記タンクと上記循環ラインとは、出口aおよび戻り口bで接続されている。すなわち、循環ライン2は、タンク1の出口aから出て、タンク1の外部を循環し、タンク1の戻り口bに戻る。出口aおよび戻り口bは、タンクの任意の適切な場所に設けられる。図示例では、出口aがタンク底部に設けられ、戻り口bがタンク上部に設けられている。
本発明においては、タンク1には撹拌手段12が設けられていてもよい。撹拌手段12としては、タンク内の循環液を好ましくは0.5kW/m以上の撹拌所要動力Pvで撹拌し得る任意の適切な撹拌手段が採用され得る。このような撹拌所要動力Pvを実現し得る手段としては、タンク内の循環液に乱流を生じさせる手段が挙げられる。撹拌手段の具体例としては、パドル型撹拌翼、錨型撹拌翼、格子型撹拌翼または大型平板翼を用いた撹拌装置が挙げられる。大型平板翼の具体例としては、マックスブレンド(登録商標)型撹拌翼、フルゾーン型撹拌翼、スーパーミックス型撹拌翼、サンメラー型撹拌翼が挙げられる。また、通常の撹拌翼に邪魔板を設けてもよい。タンクにこのような撹拌手段を設けることにより、工業規模の製造ラインにおいても分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。なお、一般的に、撹拌装置は、駆動部と変速部と撹拌翼とを有する。駆動部および変速部は、所望の撹拌所要動力Pvが得られる限りにおいて、任意の適切な形状および/または様式を有するものが採用され得る。駆動部の具体例としては、電動駆動、油圧駆動、空気駆動(エアモーター)が挙げられる。変速部には、例えば、インバーター、変速ギアを備えることができる。
上記排出ライン3は、任意の適切な配管として構成される。管を構成する材料は、上記循環ラインと同様である。排出ライン3は、反応装置のいずれの位置に設けてもよい。好ましくは、排出ライン3は、循環ライン2から分かれて設けられる。配管が単純であり、設備が簡略化され、コスト面で有利だからである。排出ラインは、目的に応じて、1つだけ設けてもよく、2つ以上設けてもよい。
上記排出ライン3は、循環比が好ましくは3以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは9以上、特に好ましくは10以上となるように構成される。循環比が3以上であれば、濃度勾配が小さく、狭い分子量分布を有する(メタ)アクリル酸系重合体を、高い生産性で得ることができる。循環比は、(タンクに戻る循環液の量)/(反応装置から排出される排出液の量)で定義される。循環比と上記冷却器の冷却効率とを適切に調整することにより、非常に狭い分子量分布を有する(メタ)アクリル酸系重合体を、非常に高い生産性で得ることができる。循環比を調整する手段としては、例えば、ポンプの吐出量(駆動力)を調整すること、循環ラインおよび/または排出ラインの開度を調整すること、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。
好ましくは、排出ライン3は、少なくとも1つの冷却器4を有する。冷却器を排出ラインに設けることにより、得られる生成物を充分に除熱することができ、重合体中の単量体除去や中和等の後処理がある場合、装置を簡略化できる。冷却器の具体例としては、上記のとおりである。図1および図2に示す形態においては、冷却器は、排出ラインの2箇所に設けられる。
好ましくは、排出ライン3は、少なくとも1つの混合装置を有する。混合装置としては、モーションレスミキサーが好ましい。混合装置(例えば、モーションレスミキサー)を排出ラインに設けることにより、残存単量体を除くための開始剤の混合や、重合体の中和等の後処理を容易に行うことができる。
好ましくは、排出ライン3は、少なくとも1つの単量体供給口を備える。排出ラインに単量体供給口を設けて、排出液(水溶性重合体の溶液)と単量体とを混合することにより、(メタ)アクリル酸系重合体に含まれる残留単量体(および加えた単量体)の重合が新たに進行し、得られる(メタ)アクリル酸系重合体に含まれる残留単量体を極めて低レベルとすることができる。排出ラインに冷却器またはモーションレスミキサーのいずれかを設置する場合には、冷却器またはモーションレスミキサーの上流側の少なくとも1箇所に、単量体供給口を設置する形態が好ましい。冷却器とモーションレスミキサーを共に設置する場合には、モーションレスミキサーの上流に冷却器を設け、上流冷却器とモーションレスミキサーとの間に単量体供給口を設ける形態が好ましい(図1および図2は、このような形態を示している)。このように配置することにより、単量体の添加による反応熱を良好に除去することができ、排出液を適度な温度に調整することができる。
排出ライン3は、必要に応じて、上記添加剤(例えば、アルカリ剤、重合開始剤または重合促進剤、リン含有化合物、酸化剤)を供給する供給口を有するものであってもよい。排出ラインに冷却器またはモーションレスミキサーのいずれかを設置する場合には、冷却器またはモーションレスミキサーの上流側の少なくとも1箇所に、添加剤の供給口を設置する形態が好ましい。冷却器とモーションレスミキサーを共に設置する場合には、モーションレスミキサーの上流に冷却器を設け、上流冷却器とモーションレスミキサーとの間に添加剤の供給口を設ける形態が好ましい。このように配置することにより、重合開始剤等の添加による反応熱を良好に除去することができ、排出液を適度な温度に調整することができる。このような供給口は、上記の単量体供給口と別個に設けてもよく、単量体供給口と兼用してもよい。単量体および/または添加剤の供給口が複数設けられる場合には、その位置関係は目的に応じて適切に設定され得る。なお、図1および図2においては、単量体および/または添加剤の供給口を便宜上1つの「剤供給口11」として示している。
≪B.(メタ)アクリル酸系重合体の連続的製造方法≫
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法は、(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンク1から出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ライン2に循環させながら該単量体を重合する。以下、詳細を説明する。
まず、単量体と、必要に応じて各種の添加剤(例えば、アルカリ剤、重合開始剤または重合促進剤、リン含有化合物、酸化剤、架橋剤など)を上記A項で説明した製造装置に供給する。単量体および添加剤の供給順序は、目的とする重合体の種類、分子量および分子量分布等に応じて適切に設定され得る。例えば、アルカリ剤または酸化剤を供給することにより、循環液のpHを調整することができ、単量体を部分中和又は完全中和することができ;重合促進剤を用いることにより、重合反応を制御し、得られる水溶性重合体の分子量分布を狭くすることができ;リン含有化合物を用いることにより、重合反応を制御し、得られる水溶性重合体の分子量分布を狭くすることができるとともに、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れるような重合体を得ることができる。図1および図2に示す製造装置を用いる実施形態においては、循環液を定常状態で循環させながら、アルカリ剤、単量体、リン含有化合物および重合開始剤がこの順に供給され得る。単量体等のタンクへの供給方法としては、例えば、背圧弁などを利用して循環液が逆流しないようにしながら、定量ポンプなどを用いて供給する方法が挙げられる。単量体に対する各種添加剤の添加量は、目的に応じて適切に設定され得る。なお、単量体および各種添加剤の詳細については、後述のC項で説明する。
上記単量体および各種添加剤の供給形態としては、本発明の効果が得られる限りにおいて任意の適切な供給形態が採用され得る。1つの実施形態においては、単量体および各種添加剤は、あらかじめ適切な溶媒(例えば、後述のC項で説明する溶媒)に溶解させて溶液として循環ラインに供給され得る。このような溶液の濃度は、目的とする重合体の種類や分子量等に応じて適切に設定され得る。1つの実施形態においては、単量体および各種添加剤は、適切な範囲に温度制御された状態で循環ラインに供給され得る。単量体等の温度は、所望の循環液の温度(重合温度)等に応じて適切に設定され得る。単量体および各種添加剤は、連続的に供給してもよく、一括して供給してもよく、断続的に分割して供給してもよい。連続的に供給する場合には、単位時間当たりの供給量は、一定であってもよく、漸次増加または減少させてもよく、段階的に変化させてもよい。さらに、単位時間の供給量は、目的に応じて増減し得る。上記で説明した供給形態を適宜組み合わせてもよいことはいうまでもない。共重合体を製造する場合には、複数の単量体を一括して供給してもよく、順次供給してもよい。順次供給する場合の供給順序は、目的(例えば、共重合体の所望の構造)に応じて適切に設定され得る。
上記循環ラインに供給される単量体および各種添加剤の供給量の合計は、循環ラインの全循環液量に対して、好ましくは0.1〜50重量%であり、さらに好ましくは0.5〜20重量%である。供給量をこのような範囲に制御することにより、分子量分布が狭く、かつ、残留単量体が少ない水溶性重合体が高生産性で得られ得る。なお、循環液の流量は、目的や製造装置の規模(生産能力)に応じて適切に設定され得る。循環液の流量は、一定でもよく、重合の進行に伴って連続的又は段階的に変化させてもよい。循環液の流量(または流速)は、製造装置によって適宜設定することができる。例えば循環液の総量が85kgである場合には、循環液の流量は、好ましくは1700kg/h以上である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対してリン含有化合物を3〜7g供給することが重要である。上記のような所定量のリン含有化合物を供給することにより、本発明の効果が十分に発現される。特に、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭い(メタ)アクリル酸系重合体を製造することができる。(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対する上記リン含有化合物の供給量は、好ましくは3.1〜6.5g、より好ましくは3.2〜6.3gである。なお、本発明にいうリン含有化合物とは、リン原子を含有する化合物であって連鎖移動剤として機能し得るものであれば、任意の適切なリン含有化合物を採用し得る。本発明において特に好ましいリン含有化合物は、次亜リン酸、次亜リン酸塩(例えば、次亜リン酸ナトリウム)である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、上記循環ラインの少なくとも1ヶ所で上記循環液を冷却する。循環ラインにおける好ましい冷却位置(冷却器の設置位置)については、上記A項で説明したとおりである。このような冷却処理を行うことにより、反応熱を効率的に除去できるので、単量体を高い重合濃度で重合することができる。その結果、循環液が反応装置内に滞留する時間を短くすることができるので、非常に高い生産性で(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。なお、滞留時間については後述する。
1つの実施形態においては、上記循環ライン内の循環液の液温(重合温度)は25〜150℃である。重合温度は、好ましくは50℃以上であり、さらに好ましくは70℃以上である。また、重合温度は、好ましくは130℃以下であり、さらに好ましくは99℃以下であり、95℃未満とすることも可能である。重合温度がこのような範囲であれば、分子量の上昇、不純物の増加等を生じることなく、適切な重合時間により充分な生産性を達成することができる。重合開始剤を用いる場合には、重合温度は、重合開始剤の半減期に応じて変化し得る。例えば、重合開始剤を用いる場合の重合温度は、好ましくは60〜130℃であり、より好ましくは70〜120℃であり、さらに好ましくは80〜120℃である。本発明の製造方法においては、循環ラインの適切な位置で冷却を行うことにより、循環液の温度を効率的に所望の範囲に制御することができる。その結果、安価な汎用の重合開始剤が使用できるという利点がある。タンク内に貯留された循環液の温度も、上記範囲であることが好ましい。重合温度は、必要に応じて、所定の範囲で経時的に変動(昇温または降温)させてもよい。
上記重合温度は、循環ラインにおいて所定の範囲内で変動幅を制御することが好ましい。例えば、循環ラインの入口(タンク1の出口a)における循環液の温度と循環ラインの出口(タンク1の戻り口b)における循環液の温度との差は、好ましくは25℃以内であり、より好ましくは20℃以内であり、さらに好ましくは18℃以内である。循環ラインにおける変動幅をこのような範囲に制御することにより、狭い分子量分布を有する(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。また、重合開始剤を用いる場合にその分解速度をほぼ一定にできるので、均一な重合反応を行うことができる。なお、循環ラインの入口および出口における循環液の温度は、好ましくは10〜90℃である。これにより、循環液を安定的に除熱することができる。この温度は、製造装置における溶液流速と冷却媒体の温度を適宜設定することにより、制御することができる。
上記所望の重合温度および変動幅に制御する方法としては、例えば、循環液の温度を温度センサーで検出し、この検出値に応じて冷却器の設定を調節するフィードバック制御が挙げられる。例えば、目的の重合温度がT℃である場合、制御範囲は、好ましくはT℃±10℃であり、より好ましくはT℃±7℃であり、さらに好ましくはT℃±5℃である。このフィードバック制御による温度制御は、製造装置(特にタンク)の規模が大きいほど効果を発揮し得る。タンク表面からの放熱が減少するので、特に循環ラインによる除熱の効果が現れ易いからである。具体的には、製造装置(タンク)の体積が、好ましくは1m以上であり、より好ましくは3m以上であり、さらに好ましくは5m以上である。また、循環液を保温する必要がある場合には、任意の適切な手段が用いられ得る。例えば、モーションレスミキサーのジャケット内を流れる熱媒(又は冷媒)の温度を制御すること、単量体供給量を調整すること、配管及びタンクの保温(保温材を巻き付ける等)、循環ライン及びタンクへの熱供給等が挙げられる。
上記のように、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法によれば、単量体を高い重合濃度で重合させることができ、熟成工程を必要としないので、循環液の反応装置内の滞留時間を短くすることができる(すなわち、短い重合時間で単量体を重合することができる)。ここで、滞留時間とは、循環液の総量/単位時間あたりの排出量をいう。滞留時間は、好ましくは240分以下であり、より好ましくは180分以下であり、さらに好ましくは120分以下であり、特に好ましくは90分以下である。一方、滞留時間は、好ましくは3分以上である。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法によれば、このような短い滞留時間で、分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を非常に効率よく得ることができる。さらに、クレイ分散性等の各種特性に優れた(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。なお、滞留時間を短くすると、生産性が高くなる一方で、単位時間あたりの反応熱量は大きくなる。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法は、上記のような適切な冷却処理を行うことにより、反応系中の温度勾配を小さくすることができるので、このような滞留時間の短い製造を実現することができる。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、上記の温度変動(タンク出口と戻り口との温度差)が小さく、かつ、滞留時間が短いことが特に好ましい。例えば、温度変動/滞留時間の組み合わせは、好ましくは25℃以内/180分以下であり、より好ましくは20℃以内/120分以下であり、さらに好ましくは20℃以内/90分以下であり、特に好ましくは15℃以内/90分以下である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、単量体の転化率は、好ましくは90%以上であり、より好ましくは96%以上であり、さらに好ましくは99%以上である。転化率が90%未満であると、残存単量体が多く、また生産性が低下するおそれがある。ここで、転化率とは、単量体供給口での単量体添加量に対して、循環ライン出口(タンク入口)で単量体が重合体に転化した量をいう。転化率は、例えば単量体としてアクリル酸ナトリウムを用いてポリアクリル酸ナトリウム(PSA)を得る場合において、開始剤量、移動剤量、促進剤量、温度、滞留時間を種々に変化させ得られた反応速度解析によるシミュレーションの結果から、アレニウスの式に基づいて算出することができる。なお、上記算出方法による転化率は、攪拌槽式連続反応装置(continuous stirred tank reactor;CSTR)において、(メタ)アクリル酸(塩)/(メタ)アクリル酸エステル等のコポリマーを製造する場合には、PSA等のホモポリマーの場合と異なる可能性があるが、転化率の好ましい範囲は、上記のとおりである。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、タンク内の循環液を好ましくは0.5kW/m以上の撹拌所要動力Pvで撹拌する。撹拌所要動力Pvは、より好ましくは0.6〜8.0kW/mであり、さらに好ましくは1.0〜6.0kW/mである。このような範囲の撹拌所要動力でタンク内の循環液を撹拌することにより、工業規模の製造ラインにおいても分子量分布の狭い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。撹拌所要動力Pvを8.0kW/mより大きくしても所望の撹拌状態を得ることは可能であるが、上記好ましい範囲の場合と得られる効果は実質的に変わらないので、経済性(例えば、電力や運転コストがかかること、装置の大型化が必要とされること)を考慮すると、あえて採用しなくてもよい。撹拌所要動力Pvは、例えば、化学工学便覧(化学工学会編、改定六版、丸善株式会社)の431ページに記載の永田の式から算出され得る。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、タンク出口における循環液の単量体濃度は、好ましくは0.3モル/kg以下であり、より好ましくは0.15モル/kg以下であり、さらに好ましくは0.10モル/kg以下である。タンク出口における循環液の単量体濃度は小さいほど好ましく、実質的に0モル/kgであることが特に好ましい。このような濃度に制御することにより、最終的に得られる製品の残留単量体を極めて低レベルとすることができる。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法によれば、タンクが重合器としても機能することにより、このような単量体濃度を達成することができる。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、タンクおよび/または循環ラインにおける重合反応を加圧下で行ってもよい。重合反応を加圧下で行うことにより、高温で重合反応を行うことができる。その結果、残存単量体が少ない(メタ)アクリル酸系重合体を非常に高い生産性で得ることができる。圧力の制御は、例えば、循環液の流量や温度等を調整することにより制御してもよく、加圧ポンプまたは減圧ポンプ等の圧力制御手段を用いて制御してもよい。タンクおよび/または循環ラインの圧力は、好ましくは0.1MPa〜3.0MPaであり、より好ましくは0.12MPa〜1.0MPaである。また、上記重合反応は、任意の適切な雰囲気下(例えば、空気下、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下、連鎖移動剤等に由来する反応性ガス雰囲気下)で行われ得る。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、重合反応は、任意の適切なpH領域で行われ得る。言い換えれば、重合反応は、酸性条件下で行ってもよく、中性条件下で行ってもよく、アルカリ性条件下で行ってもよい。例えば、重合開始剤として過硫酸塩を用いる場合には、低いpH条件下で行うことが好ましく、過酸化水素を用いる場合には、高いpH条件下で行うことが好ましい。例えば、重合反応を酸性領域下で行う場合には、重合反応系の水溶液の粘度の上昇を抑制し、低分子量の(メタ)アクリル酸系重合体を良好に製造することができる。循環液のpHは、酸化剤またはアルカリ剤を適切に用いることにより調整され得る。
上記のように、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法においては、供給された単量体は循環ラインを循環する間に非常に高い転化率で重合体に転化している。したがって、循環液を循環させながら、循環液の一部を循環ライン外に排出することにより、排出液((メタ)アクリル酸系重合体溶液)を回収することができる。通常、排出液には後処理が行われ得る。本明細書において「後処理」とは、排出液中の(メタ)アクリル酸系重合体を所定の用途(例えば、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤)に好適に用いることができるようにするために、当該(メタ)アクリル酸系重合体に行われる種々の処理をいう。以下、代表的な後処理について具体的に説明する。
1つの実施形態においては、上記排出液には、上記単量体と、必要に応じて上記各種添加剤が供給され得る。排出液((メタ)アクリル酸系重合体の溶液)と単量体とを混合することにより、(メタ)アクリル酸系重合体に含まれる残留単量体(および加えた単量体)の重合が新たに進行し、得られる(メタ)アクリル酸系重合体に含まれる残留単量体を極めて低レベルとすることができる。1つの実施形態においては、排出ラインの適切な位置で、混合(代表的には撹拌)および/または冷却が行われ得る。混合装置および冷却器に関しては、上記A項で説明したとおりである。
1つの実施形態においては、上記添加剤は酸化剤であり得る。酸化剤を供給することにより、排出液のpHが調整され、残留単量体の新たな重合が良好に進行し得る。したがって、酸化剤は、好ましくは上記単量体の供給前に供給され得る。供給される酸化剤の種類は、重合開始剤の種類、排出液中の成分等に応じて適切に選択され得る。
上記の各種後処理は、適宜組み合わせて行われ得る。
排出液を排出ラインから回収する時点(重合反応が終了した時点)における排出液の固形分濃度は、好ましくは35質量%以上、より好ましくは40〜70質量%、さらに好ましくは45〜65質量%である。固形分濃度が35質量%未満の場合には、例えば、(メタ)アクリル酸系重合体を実用に供するために排出液を濃縮する必要が生じる場合がある。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法によれば、このような高濃度(高固形分濃度)かつ一段で重合を行うことができるので、低分子量の(メタ)アクリル酸系重合体を効率よく得ることができる。例えば、上記のような濃縮工程(従来の製造方法では多くの場合に必要であった)を省略することができる。その結果、(メタ)アクリル酸系重合体の製造効率および製造コストを大幅に改善することができる。さらに、従来の方法では、上記固形分濃度を高くすると、重合反応の進行に伴う反応溶液の粘度の上昇が顕著となり、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量も大幅に高くなるという問題点を生じていた。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を連続的に製造する方法の1つの実施形態によれば、重合反応を例えば酸性条件下(例えば、25℃でのpHが1〜6であり、中和度が0〜25mol%の範囲)で行うことにより、重合反応の進行に伴う反応溶液(循環液および/または排出液)の粘度の上昇を抑制することができる。その結果、高濃度(高固形分濃度)かつ一段で、低分子量の(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。
必要に応じて、回収される排出液(目的の(メタ)アクリル酸系重合体の溶液)には、任意の適切なアルカリ剤が添加されて、中和度(最終中和度)を所望の範囲に調整し得る。アルカリ剤は、目的に応じて、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。上記最終中和度は、水溶性重合体の用途に応じて所望の値が異なる。したがって、最終中和度は、0〜100mol%の極めて広範囲に設定可能である。例えば、素肌に優しいといわれている弱酸性洗剤等に、洗剤ビルダーとして(メタ)アクリル酸系重合体を利用するような場合には、排出液を中和せずに酸性のまま使用してもよい。酸性の重合体として使用する場合の最終中和度は、好ましくは0〜75mol%、より好ましくは5〜70mol%である。また例えば、中性洗剤やアルカリ洗剤等に使用するような場合には、排出液をアルカリ剤で中和して中和度90mol%以上に中和して使用してもよい。中性ないしアルカリ性の重合体として使用する場合の最終中和度は、好ましくは75〜100mol%、より好ましくは85〜99mol%である。なお、用途により問題とならない場合もあるが、最終中和度が99mol%を超える場合には、排出液((メタ)アクリル酸系重合体溶液)が着色するおそれがある。
以上のようにして、(メタ)アクリル酸系重合体が製造される。
≪C.(メタ)アクリル酸系重合体およびその原料≫
C−1.(メタ)アクリル酸系重合体
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体が、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等として供される場合、その重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1500〜30000であり、より好ましくは2000〜20000であり、さらに好ましくは3500〜15000であり、特に好ましくは4000〜12000である。また、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体が、(メタ)アクリル酸(塩)のホモポリマーである場合には、その重量平均分子量(Mw)は、好ましくは1500〜30000であり、より好ましくは2000〜12000であり、さらに好ましくは2000〜10000である。このような分子量範囲において分子量分布(Mw/Mn)が狭くなることにより、同程度の重合度を有する重合体をより多く得られることとなる。その結果、例えば分散剤では分散性の向上等、各用途に要求される性能に好ましい影響を与えることとなる。Mw/Mnは、7以下が好ましく、5以下がより好ましく、3.5以下が更に好ましく、3.2以下が特に好ましく、2.8以下が最も好ましい。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)及びMw/Mnは、GPC(ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー)測定により得ることができる。測定条件は以下のとおりである:(1)GPCのカラムとしては東ソー株式会社製G−3000PWXL(商品名)を用いる。(2)移動相としては、リン酸水素二ナトリウム12水和物34.5g及びリン酸二水素ナトリウム2水和物46.2g(いずれも試薬特級)に純水を加えて全量を5000gとし、その後0.45μmのメンブランフィルターで濾過した水溶液(固形分0.1質量%)を用いる。(3)検出器としては、株式会社日立製作所製のL−7110(商品名)を用い、検出波長は、214nmを用いる。(4)測定はUV測定モードで行う。(5)ポンプは、日立製作所社製L−6000を用い、移動相の流量は0.5ml/分とし、温度は35℃とする。(6)検量線は、創和科学社製のポリアクリル酸ナトリウム標準サンプルを用いて作成し、システムインスツルメント株式会社製解析ソフト SIC480IIデータステーションにより分子量を算出する。
本明細書において、(メタ)アクリル酸系重合体とは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリル酸エステル、およびメタアクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1種を必須に含む単量体成分を重合して得られる重合体を意味する。塩としては、例えば、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩;アンモニウム塩;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられる。これらの塩は単独で用いても良いし、2種以上の混合物として用いても良い。塩とする場合における好ましい形態は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩とアンモニウム塩であり、特に好ましくはナトリウム塩とアンモニウム塩である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、主鎖末端および主鎖内部にリン原子を有する。該リン原子は、製造時に用いるリン含有化合物に由来するものである。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比で、好ましくは3以上、より好ましくは3.5以上、特に好ましくは4以上である。主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率の上限値は、モル比で、好ましくは50以下、より好ましくは30以下、特に好ましくは20以下である。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体において、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比で上記範囲にあると、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭く、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に用いた場合に格別に優れた性能を発現でき、且つ、工業規模において高効率で製造することが可能な(メタ)アクリル酸系重合体を提供することができる。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体において、主鎖内部にリン原子を有する形態としては、該重合体のポリマー主鎖をAで表した場合に、下記一般式で表現できる。
A−P(=O)(OX)−A
なお、Xは、水素原子;ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属;アンモニウム;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン;等を示す。Xは、好ましくは、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属とアンモニウムであり、特に好ましくは、ナトリウムとアンモニウムである。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体において、主鎖末端にリン原子を有する形態としては、該重合体のポリマー主鎖をAで表した場合に、下記一般式で表現できる。
A−P(=O)(OX)−H
または
A−P(=O)(OX)−OX
なお、Xは、水素原子;ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属;アンモニウム;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン;等を示す。Xは、好ましくは、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属とアンモニウムであり、特に好ましくは、ナトリウムとアンモニウムである。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体のピークトップ分子量は、好ましくは100〜50000の範囲である。また、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで、標準ポリアクリル酸ソーダを使用した検量線から得られた分子量が2500となる保持時間から7000となる保持時間に含まれる区間の面積強度が、該(メタ)アクリル酸系重合体の全面積強度に対して、好ましくは38.0%以上であり、より好ましくは39.0%以上であり、さらに好ましくは、39.5%以上であり、特に好ましくは40.0%以上であり、最も好ましくは41.0%以上である。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーで、標準ポリアクリル酸ソーダを使用した検量線から得られた分子量が2500となる保持時間から7000となる保持時間に含まれる区間の面積強度が、該(メタ)アクリル酸系重合体の全面積強度に対して、好ましくは100%以下であり、より好ましくは95.0%以下であり、さらに好ましくは90.0%以下であり、特に好ましくは85.0%以下であり、最も好ましくは80.0%以下である。
上記面積強度の比は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により得られる面積比であって、〔標準ポリアクリル酸ソーダを使用した検量線から得られた分子量が2500となる保持時間から7000となる保持時間に含まれる区間のポリアクリル酸及び/又はその塩の面積強度〕/〔(メタ)アクリル酸系重合体の全面積強度〕×100で得られるものである。保持時間が分子量2500未満であると、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の分散性が低く、保持時間が分子量7000を超えると、金属原子が共存する場合、該金属原子に架橋して、不溶化し、後述する各種用途に好適に用いることができなくなるおそれがある。上記面積比としては、例えば、図3の概念図に示すように、網線部分が、標準ポリアクリル酸ソーダを使用した検量線から得られた分子量が2500となる保持時間から7000となる保持時間に含まれる区間の(メタ)アクリル酸系重合体の面積強度を示し、斜線部分が(メタ)アクリル酸系重合体の全面積強度を表す。
上記ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)の測定条件としては、上述の通りであることが好ましい。また、標準ポリアクリル酸ソーダを使用した検量線は、例えば、ピークトップ分子量(Mp)が900〜47500等の標準ポリアクリル酸ソーダを、上記(メタ)アクリル酸系重合体のGPC測定条件と同じ条件で測定し、保持時間と分子量との関係を表したものである。上記(メタ)アクリル酸系重合体の面積強度は、当該検量線からMpが2500〜7000に相当する区間の面積を全区間の面積で割ったものである。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体には、重合体成分以外のその他の成分が含まれていてもよい。上記その他の成分としては、開始剤・移動剤等に由来の有機物/無機物、残存単量体や残存単量体由来の付加反応物等が挙げられる。上記重合体成分の含有割合としては、(メタ)アクリル酸系重合体100モル中、90モル以上であることが好ましい。90モル未満であると、本発明の作用効果を十分に発揮することができないおそれがある。より好ましくは95モル以上であり、さらに好ましくは100モル%である。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、クレイ分散性が0.85以上であることが好ましい。0.85未満であると、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等の種々の用途に好適に用いることができないおそれがある。より好ましくは、0.88以上であり、さらに好ましくは、0.90以上である。
C−2.単量体成分
本発明において、単量体成分としては、(メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分であれば、任意の適切な単量体成分が用いられ得る。
上記単量体成分中の(メタ)アクリル酸系単量体の含有割合は、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは70〜100モル%、さらに好ましくは90〜100モル%、特に好ましくは95〜100モル%、最も好ましくは100モル%である。上記単量体成分中の(メタ)アクリル酸系単量体の含有割合が上記範囲にあることにより、本発明の効果が十分に発現し得る。
上記(メタ)アクリル酸系単量体としては、好ましくは、アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸塩、メタクリル酸塩、アクリル酸エステル、およびメタアクリル酸エステルから選ばれる少なくとも1種である。塩としては、例えば、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属塩;アンモニウム塩;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩等が挙げられる。これらの塩は単独で用いても良いし、2種以上の混合物として用いても良い。塩とする場合における好ましい形態は、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩とアンモニウム塩であり、特に好ましくはナトリウム塩とアンモニウム塩である。上記(メタ)アクリル酸系単量体は、1種のみ用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
本発明において、上記単量体成分中の、上記(メタ)アクリル酸系単量体以外に含有し得る単量体としては、例えば、上記(メタ)アクリル酸系単量体以外の不飽和カルボン酸系単量体(以下、単量体(I)ともいう。)や、上記(メタ)アクリル酸系単量体や上記単量体(I)と共重合可能なその他の単量体(以下、単量体(II)ともいう。)が挙げられる。上記単量体(I)は、1種のみ用いても良いし、2種以上を併用しても良い。上記単量体(II)は、1種のみ用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
上記単量体(I)としては、(メタ)アクリル酸系単量体以外の、重合性不飽和基とカルボアニオンを形成しうる基とを有する単量体であればよく、好ましくは、下記一般式(1)で表される化合物である。
Figure 2010077340
式中、R、R及びRは、同一若しくは異なって、水素原子、メチル基、又は−(CHz1COOMを表し、z1は0〜3の数を表す。−(CHz1COOMは、−COOM又は他の−(CHz1COOMと無水物を形成していてもよい。M及びMは、同一若しくは異なって、水素原子、金属原子、アンモニウム基又は有機アミン基(有機アンモニウム基)を表す。ただし、一般式(1)で表される化合物が(メタ)アクリル酸系単量体である場合を除く。
上記一般式(1)のM及びMにおける金属原子としては、リチウム、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属原子等の1価の金属原子;カルシウム、マグネシウム等のアルカリ土類金属原子等の2価の金属原子;アルミニウム、鉄等の3価の金属原子が好適である。また、有機アミン基としては、エタノールアミン基、ジエタノールアミン基、トリエタノールアミン基等のアルカノールアミン基や、トリエチルアミン基が好適である。更に、有機アミン基はアンモニウム基であってもよい。
上記単量体(I)としては、(メタ)アクリル酸系単量体以外の不飽和モノカルボン酸系単量体や不飽和ジカルボン酸系単量体等が好適である。(メタ)アクリル酸系単量体以外の不飽和モノカルボン酸系単量体としては、分子内に不飽和基とカルボアニオンを形成しうる基とを1つずつ有する単量体であればよく、例えば、クロトン酸、α−ヒドロキシアクリル酸等;これらの1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩が好ましい。不飽和ジカルボン酸系単量体としては、分子内に不飽和基を1つとカルボアニオンを形成しうる基を2つとを有する単量体であればよく、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、フマル酸等や、それらの1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩及び有機アミン塩等、又は、それらの無水物が好ましい。
上記単量体(I)としてはまた、不飽和ジカルボン酸系単量体と炭素数1〜22個のアルコールとのハーフエステル、不飽和ジカルボン酸類と炭素数1〜22のアミンとのハーフアミド、不飽和ジカルボン酸系単量体と炭素数2〜4のグリコールとのハーフエステル、マレアミン酸と炭素数2〜4のグリコールとのハーフアミド等を用いることもできる。
上記単量体(II)としては、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、3−アリロキシ−2−ヒドロキシプロパンスルホン酸、イソプレンスルホン酸、2−アクリルアミドメチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸、2−スルホエチルメタクリレート等のスルホン酸基を有するモノエチレン性不飽和単量体、及び、これらの1価金属塩、2価金属塩、アンモニウム塩、有機アミン塩等の部分又は完全中和した塩;3−メチル−2−ブテン−1−オール(単に、プレノールともいう)、3−メチル−3−ブテン−1−オール(単に、イソプレノールともいう)、(メタ)アリルアルコール等の水酸基を含有する不飽和炭化水素及びイソプレノールやアリルアルコールにアルキレンオキシドを付加した不飽和ポリアルキレングリコール系単量体等を挙げることができる。
上記単量体(II)としては、ラジカル重合性単量体も好適に使用することができる。ラジカル重合性単量体としては、(メタ)アクリル酸系単量体がアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸塩、およびメタクリル酸塩から選ばれる少なくとも1種である場合には、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸ラウリル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸ステアリル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、(メタ)アクリル酸ジメチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸エチルアミノエチル、(メタ)アクリル酸グリシジル、(メタ)アクリル酸テトラヒドロフルフリル、(メタ)アクリル酸アリル等のモノ(メタ)アクリレート類;トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパンジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の多価(メタ)アクリレート類;等の(メタ)アクリレート類;アルコキシポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート;ポリアルキレングリコール(メタ)アクリレート;α−(ヒドロキシアルキル)アクリル酸(塩);α−(ヒドロシキポリアルキレンオキシメチル)アクリル酸(塩);等が挙げられる。
上記ラジカル重合性単量体としては、また、例えば、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族系単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル類;ヒドロキシメチルビニルエーテル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、ヒドロキシプロピルビニルエーテル、ヒドロキシブチルビニルエーテル等のビニルエーテル類;N−ビニルピロリドン、アクリロイルモルホリン等の窒素含有官能基を有する単量体;(メタ)アクリロニトリル等のニトリル基含有単量体;(メタ)アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド等のアミド系単量体等;イタコン酸、クロトン酸、無水マレイン酸、マレイン酸等のカルボキシル基含有単量体;(メタ)アクリル酸2−ヒドロキシエチル等のヒドロキシル基含有単量体;(メタ)アクリル酸グリシジル等のエポキシ基含有単量体;等が挙げられる。
本発明において、上記単量体成分中の、上記(メタ)アクリル酸系単量体、単量体(I)、単量体(II)は、それぞれ、後述する溶媒、好ましくは水に溶解して溶液(好ましくは水溶液)の形態で添加してもよい。
上記溶媒としては、水;メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルシクロヘキサノール、ベンジルアルコール等の1価アルコール;エチレングリコール、プロピレングリコール、エチレングリコールジアセタート、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテルアセタート、エチレングリコールモノエチルエーテルアセタート、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジアセタート、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、グリセリン等の多価アルコール及びその誘導体;ジメチルホルムアルデヒド等のアミド類;ジエチルエーテル、ジオキサン等のエーテル類;アセトン、メチルエチルケトン、ジイソブチルケトン、ジイソプロピルケトン、ジエチルケトン、シクロヘキサノン、メチルイソブチルケトン等のケトン系溶剤;アセト酢酸メチル、アセト酢酸エチル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶剤;ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン等の炭化水素系溶剤;等が挙げられる。上記溶媒は、1種のみを用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
上記溶媒として好ましくは、水、アルコール、グリコール、グリセリン、ポリエチレングリコール類等の水性の溶媒である。より好ましくは、水と水以外の1種以上を用いる水系溶媒である。水以外の溶媒を用いると、沸点の調整又は溶解性の調整等をおこなうことができる。水と水以外の溶媒との混合割合は、重合体の溶解性、原料との反応性等を考慮して適宜設定すればよく、通常10重量%以下であることが好ましい。
上記溶媒の使用量は、単量体成分全量に対して、好ましくは40〜200重量%、より好ましくは45〜180重量%、さらに好ましくは50〜150重量%である。該溶媒の使用量が40重量%未満の場合には、分子量が高くなってしまい、一方、該溶媒の使用量が200重量%を超える場合には、製造された(メタ)アクリル酸系重合体の濃度が低くなり、場合によっては溶媒除去が必要となるため、好ましくない。なお、該溶媒の一部は、必要に応じて、重合初期に製造装置に仕込むこともできる。溶媒の一部は、単独で重合中に反応系内に、例えば、その他の成分の供給口から適宜添加してもよい。また、単量体成分や開始剤やその他の添加剤等を予め溶媒に溶解させた形で、これらの成分と共に重合中に反応系内に適当に添加してもよい。
溶媒と単量体成分との使用量比は、例えば、溶媒100重量部に対し、単量体成分全量を200重量部以下とすることが好ましい。より好ましくは180重量部以下、さらに好ましくは160重量部以下である。
共重合する場合、単量体成分に含まれる各単量体それぞれの重合性に応じて添加時間を制御するとよい。例えば、重合性の低い単量体を用いる場合には、添加時間を短くしてもよい。また、予め単量体の一部又は全量を製造装置に仕込んでおいてもよい。
C−3.重合開始剤
本発明の製造方法に用いることのできる重合開始剤としては、過硫酸塩、レドックス開始剤、アゾ系開始剤、有機過酸化物、光開始剤が好適である。具体的には、例えば、過硫酸ナトリウム、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩;過酸化水素;2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリン酸)、アゾビスイソブチルニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物;過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酢酸、過コハク酸、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等の有機過酸化物;等が挙げられる。中でも、レドックス開始剤、アゾ系開始剤、有機過酸化物が好ましい。具体的には、例えば、過硫酸塩、過酸化水素、有機過酸化物、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩が好ましく、過硫酸塩、過酸化水素、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)2塩酸塩がより好ましく、過硫酸塩、過酸化水素がさらに好ましい。重合開始剤は、1種のみを用いても良いし、2種以上を併用しても良い。
上記重合開始剤としては、複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体(これらを総称して多価金属イオンということがある)を用いてもよい。複数の酸化数を有する金属とは、例えば、鉄の2価と3価、銅の1価と2価、コバルトの2価と3価、クロムの2価、3価及び6価等、イオンとなった際に複数の酸化数を有するものを指す。好ましくは、2種類の酸化数を有する金属構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体である。金属錯体の配位子としては、例えば、水(アコ錯体)、アンモニア(アンモン錯体)、エチレンジアミン、シアン(シアノ錯体)、ヒドロキシル基(ヒドロキシ錯体)、ハロゲン(ハロゲノ錯体)、環状エーテル、ピリジン等の環状アミン、フラーレン、ポルフィリン、シクロペンタジエン(メタロセン)等が好適である。
上記複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体としては、多価金属化合物又は単体が好ましい。具体的には、例えば、オキシ三塩化バナジウム、三塩化バナジウム、シュウ酸バナジル、硫酸バナジル、無水バナジン酸、メタバナジン酸アンモニウム、硫酸アンモニウムハイポバナダス[(NHSO・VSO・6HO]、硫酸アンモニウムバナダス[(NH)V(SO・12HO]、酢酸銅(II)、臭化銅(II)、銅(II)アセチルアセテート、塩化第二銅アンモニウム、塩化銅アンモニウム、炭酸銅、塩化銅(II)、クエン酸銅(II)、ギ酸銅(II)、水酸化銅(II)、硝酸銅、ナフテン酸銅、オレイン酸銅(II)、マレイン酸銅、リン酸銅、硫酸銅(II)、塩化第一銅、シアン化銅(I)、ヨウ化銅、酸化銅(I)、チオシアン酸銅、鉄アセチルアセナート、クエン酸鉄アンモニウム、シュウ酸第二鉄アンモニウム、硫酸鉄アンモニウム(モール塩)、硫酸第二鉄アンモニウム、クエン酸鉄、フマル酸鉄、マレイン酸鉄、乳酸第一鉄、硝酸第二鉄、鉄ペンタカルボニル、リン酸第二鉄、ピロリン酸第二鉄等の水溶性多価金属塩;五酸化バナジウム、酸化銅(II)、酸化第一鉄、酸化第二鉄等の多価金属酸化物;硫化鉄(III)、硫化鉄(II)、硫化銅等の多価金属硫化物;銅粉末;鉄粉末;等が挙げられる。なお、これらは水和物の形態であってもよい。より好ましくは、入手の容易さと経済性を考慮すると、硫酸塩、ハロゲン化物、水溶性の錯体であり、さらに好ましくは、硫酸塩、水溶性の錯体である。上記複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体は、上述した重合開始剤供給口から循環ラインにされることが好適であり、該重合開始剤供給口の配置、設置個数等については、上述の通りである。
上記重合開始剤としては、上記のものを組み合わせてもよい。例えば、過硫酸塩と亜硫酸塩系、過硫酸塩と過酸化水素系、亜硫酸塩と酸素系、多価金属イオンと上記開始剤の1又は2以上(例えば、鉄と過酸化水素系または過硫酸塩系、鉄と過硫酸塩と亜硫酸塩系)、過酸化水素とチオ尿酸、L−アスコルビン酸またはその塩のような還元性有機化合物、のような組み合わせが挙げられる。中でも、多価金属イオンと過硫酸塩の組み合わせが好ましい。上記多価金属イオンとしては、具体的には、後述の重金属含有化合物で挙げられる化合物、例えば、オキシ三塩化バナジウム等の水溶性多価金属塩、五酸化バナジウム等の多価金属酸化物、硫化鉄(III)等の多価金属硫化物、硫酸鉄アンモニウム(モール塩)等の多価金属を含有した錯体、銅粉末等の金属単体等が挙げられる。中でも硫酸鉄アンモニウム(モール塩)が好ましい。すなわち、上記重合開始剤としては、多価金属を含有した錯体と過硫酸塩系がより好ましく、硫酸鉄アンモニウム(モール塩)と過硫酸塩系が更に好ましい。具体的には、硫酸鉄アンモニウム(モール塩)と過硫酸ナトリウムまたは過硫酸アンモニウムを組み合わせた形態であることが好ましい。
本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、例えば、過硫酸塩及び重亜硫酸塩をそれぞれ1種類以上組み合わせて用いることにより、分散能やキレート能に優れた低分子量の(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができ、好ましい。過硫酸塩に加えて、重亜硫酸塩を開始剤系に加えることで、得られる(メタ)アクリル酸系重合体が必要以上に高分子量化することが抑制され、重合体の分子量を調整することができる。また複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体を組み合わせた場合、反応速度を大幅に向上できるという利点がある。例えば、モール塩を併用した場合、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の分子量を容易に規定することができ、重亜硫酸塩において脱酸素させることができ、同時に所望の分子量の水溶性重合体を得ることができる。また、(メタ)アクリル酸系重合体の重合速度を速くすることができる。
本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、過硫酸塩としては、具体的には、上記のように、過硫酸ナトリウム(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)、過硫酸カリウム及び過硫酸アンモニウム等を挙げることができる。好ましくは過硫酸ナトリウムである。また、重亜硫酸塩としては、具体的には、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム及び重亜硫酸アンモニウム等を挙げることができる。さらに重亜硫酸塩の代わりに、亜硫酸塩、ピロ亜硫酸塩等を用いてもよい。
本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、過硫酸塩及び重亜硫酸塩の添加比率は、過硫酸塩1重量部に対して、重亜硫酸塩は、好ましくは0.5〜5重量部、より好ましくは1〜4重量部、さらに好ましくは1.25〜3重量部の範囲内である。過硫酸塩1重量部に対して重亜硫酸塩を0.5重量部以上用いることにより、重亜硫酸塩による十分な効果が得られるとともに、(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量も十分に低く抑えることができる。一方、過硫酸塩1重量部に対して重亜硫酸塩が5重量部以下用いることにより、十分な重亜硫酸塩添加効果を得ることができ、重亜硫酸塩の過剰供給を抑えることができる。このため、過剰な重亜硫酸塩が重合反応系で分解されることによる亜硫酸ガスの発生を抑制することができる。また、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の性能低下や低温保持時の不純物析出を有効に防止することができ、低温保持時に不純物析出を招くこともなく、好ましい。複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体を併用する場合の添加比率としては、過硫酸塩100重量%に対し、20重量%以下であることが好ましい。20重量%を超える場合、反応促進等の効果は保たれるが、経済性に劣るおそれがある。また、添加する金属塩や錯体によっては、pH等の条件によって着色し、(メタ)アクリル酸系重合体の用途によっては好ましくない結果をもたらすおそれがある。より好ましくは、0.2重量%以下であり、さらに好ましくは、0.02重量%以下である。
本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、過硫酸塩及び重亜硫酸塩の添加量は、単量体成分1モルに対して、過硫酸塩及び重亜硫酸塩の合計量が好ましくは2〜20g、より好ましくは4〜15g、さらに好ましくは6〜12g、特に好ましくは6〜9gである。本発明では、このように低い添加量の範囲で過硫酸塩及び重亜硫酸塩を加えてもよく、不純物の発生を低減できる。さらに、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の性能低下や低温保持時の不純物析出を防止することができる。上記重合開始剤の過硫酸塩及び重亜硫酸塩の添加量が2〜20gの範囲内において、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の純度低下等の悪影響を及ぼすことなく、良好な分子量の(メタ)アクリル酸系重合体を効率よく得ることができる。複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体を併用する場合の添加量としては、また、単量体成分100重量%に対し、1.5重量%以下であることが好ましい。1.5重量%を超える場合、反応促進等の効果は保たれるが、経済性に劣るおそれがある。また、添加する金属塩や錯体によっては、pH等の条件によって着色し、(メタ)アクリル酸系重合体の用途によっては好ましくない結果をもたらすおそれがある。より好ましくは、0.015重量%以下であり、さらに好ましくは、0.0015重量%以下である。
上記過硫酸塩は、上記水系溶媒に溶解して過硫酸塩の溶液(好ましくは水溶液)の形態で添加されてもよい。該過硫酸塩溶液(好ましくは水溶液)として用いる場合の濃度としては、好ましくは1〜35重量%、より好ましくは5〜35重量%、さらに好ましくは10〜30重量%である。ここで、過硫酸塩溶液の濃度が1重量%未満の場合には、製品の濃度が低下してしまい、輸送及び保管が繁雑となる。一方、過硫酸塩溶液の濃度が35重量%を超える場合には、過硫酸塩が析出するおそれがある。
バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合は、重合の際の過硫酸塩(溶液)の添加終了時間は、(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了時間よりも遅らせることが好ましい。具体的には、好ましくは1〜30分、より好ましくは1〜20分、さらに好ましくは1〜15分遅らせる。これにより、重合終了後に残存する単量体成分量を低減できる等、残存単量体に起因する不純物を格段に低減することができる。
バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合、過硫酸塩(溶液)の添加終了時間が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了時間よりも1分未満しか遅くすることができない場合には、重合終了後に単量体成分が残存する場合がある。このような場合としては、過硫酸塩(溶液)の添加終了と(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了が同時である場合や、過硫酸塩(溶液)の添加終了の方が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了よりも早い場合が含まれる。こうした場合には、不純物の形成を有効かつ効果的に抑制するのが困難となる。一方、過硫酸塩(溶液)の添加終了時間が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了時間よりも30分を超えて遅い場合には、重合終了後に過硫酸塩又はその分解物が残存し、不純物を形成するおそれがある。
本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、上記重亜硫酸塩は、バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合、上記水系溶媒に溶解して重亜硫酸塩の溶液(好ましくは水溶液)の形態で添加されてもよい。該重亜硫酸塩溶液(好ましくは水溶液)として用いる場合の濃度としては、好ましくは10〜40重量%、より好ましくは20〜40重量%、さらに好ましくは30〜40重量%である。重亜硫酸塩溶液の濃度を上記範囲内とすることにより、重亜硫酸塩の析出のおそれなく、充分な濃度の製品を得ることができ、輸送及び保管上好ましい。
さらに、重亜硫酸塩は、重合初期の分子量が最終分子量に大きく影響する。このため、本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、初期分子量を低下させるために、バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合、重合開始より好ましくは60分以内、より好ましくは30分以内、さらに好ましくは10分以内に重亜硫酸塩ないしその溶液を5〜20重量%添加することにより調整可能であり、特に、室温から重合を開始する場合には有効である。
また、本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、重合の際の添加成分のうち、重亜硫酸塩ないしその溶液の添加時間については、バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合、(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了よりも好ましくは1〜30分、より好ましくは1〜20分、さらに好ましくは1〜15分添加終了を早めることで、重合終了後の重亜硫酸塩量を低減でき、該重亜硫酸塩による亜硫酸ガスの発生や不純物の形成を有効かつ効果的に抑制することができる。そのため、重合終了後、気相部の亜硫酸ガスが液相に溶解してできる不純物を格段に低減することができる。重合終了後に重亜硫酸塩が残存する場合には、不純物を生成し重合体の性能低下や低温保持時の不純物析出等を招くことにつながる。したがって、重合の終わりには重亜硫酸塩を含む開始剤が消費され残存していないことがより望ましい。
ここで、本発明において、過硫酸塩と重亜硫酸塩を併用する場合は、バッチ重合により(メタ)アクリル酸系重合体を製造する場合、重亜硫酸塩(溶液)の添加終了時間を、(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了時間よりも1分未満しか早めることができない場合には、重合終了後に重亜硫酸塩が残存する場合がある。このような場合としては、重亜硫酸塩ないしその溶液の添加終了と(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了が同時である場合や、重亜硫酸塩(溶液)の添加終了の方が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了よりも遅い場合が含まれる。このような場合には、亜硫酸ガスの発生や不純物の形成を有効かつ効果的に抑制するのが困難となり、残存する開始剤が得られる重合体の熱的安定性に悪影響を及ぼすおそれがある。一方、重亜硫酸塩ないしその溶液の添加終了時間が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加終了時間よりも30分を超えて早い場合には、重合終了までに重亜硫酸塩が消費されてしまっている。このため、分子量の増大をまねくおそれがある。そのほか、重合中に重亜硫酸塩の添加速度が(メタ)アクリル酸系単量体(溶液)の添加速度に比して速く、短時間で多く添加されるために、この添加期間中に不純物や亜硫酸ガスが多く発生するおそれがある。
また、本発明においては、重合開始剤として、1種類又は2種類以上の過硫酸塩及び過酸化水素を併用して用いることも好ましい。また場合により、連鎖移動剤や多価金属イオンを用いてもよく(ここで、多価金属イオンは重合開始剤の分解促進剤として働く)、これらは両方同時に用いても良い。
本発明において過硫酸塩と過酸化水素を併用する場合は、上記過酸化水素の添加量は、単量体成分1モルに対して2.0〜10.0gであることが好ましく、3.0〜8.0gであることがより好ましい。過酸化水素の添加量が2.0g以上において、重合平均分子量が十分に低い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができる。また、添加量が10.0g以下において、残存する過酸化水素による悪影響もなく、十分に有効な過酸化水素の効果を得ることができる。上記過硫酸塩の添加量は、単量体1モルに対して1.0〜5.0gであることが好ましく、2.0〜4.0gであることがより好ましい。過硫酸塩の添加量が1.0g以上において、分子量が十分に低い(メタ)アクリル酸系重合体を得ることができ、また、添加量が5.0g以下において、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の純度低下を招くことなく十分に有効な過硫酸塩の効果を得ることができる。
本発明において過硫酸塩と過酸化水素を併用する場合は、上記過酸化水素及び過硫酸塩の添加比率は、重量比で過酸化水素の重量が1としたときに、過硫酸塩の重量が0.1〜5.0であることが好ましく、0.5〜3.0であることがより好ましい。過硫酸塩の重量比が0.1以上において、得られる(メタ)アクリル酸系重合体の重量平均分子量を十分に低く抑えることができ、また5.0以下で過硫酸塩添加効果を十分に得ることができる。
本発明においては、本発明の作用効果に悪影響を及ぼさない限り、他の開始剤を、必要に応じて適宜使用してもよい。本発明においては、開始剤系として、上記過硫酸塩のみ(連鎖移動剤を使用する場合を含む)、または過硫酸塩と複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体(多価金属イオン)の組み合わせが好適に用いられるが、特に限定されるものではない。すなわち、本発明の作用効果が発揮される限り、上述の開始剤を用いてもよく、他の開始剤を用いてもよく、また、上述した開始剤に加えて更に他の開始剤を用いてもよい。他の開始剤としては、例えば、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩、4,4’−アゾビス−4−シアノパレリン酸、アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ系化合物;過酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイル、過酢酸、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルヒドロパーオキサイド、クメンヒドロパーオキサイド等の有機過酸化物;過酸化水素;等が挙げられる。
上記他の開始剤についても、上記水系溶媒に溶解して水溶液の形態で添加してもよい。該水溶液として用いる場合の濃度としては、本発明の効果を損なわない範囲であればよく、通常は、上記した過硫酸塩又は重亜硫酸塩の溶液の濃度と同程度に基づき適宜決定される。
C−4.リン含有化合物
本発明においては、リン含有化合物を必須に用いる。リン含有化合物としては、リン原子を含有する化合物であって連鎖移動剤として機能し得るものであれば、任意の適切なリン含有化合物を採用し得る。本発明において特に好ましいリン含有化合物は、次亜リン酸、次亜リン酸塩(例えば、次亜リン酸ナトリウム)である。本発明においては、(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対してリン含有化合物を3〜7g供給することが重要である。上記のような所定量のリン含有化合物を供給することにより、本発明の効果が十分に発現される。特に、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭い(メタ)アクリル酸系重合体を製造することができる。(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対する上記リン含有化合物の供給量は、好ましくは3.1〜6.5g、より好ましくは3.2〜6.3gである。
C−5.連鎖移動剤
本発明においては、リン含有化合物以外の連鎖移動剤を用いても良い。リン含有化合物以外の連鎖移動剤としては、例えば、亜硫酸(塩)、亜硫酸水素(塩)、ピロ亜硫酸(塩)、チオグリコール酸、チオグリコール酸オクチル、チオプロピオン酸、チオプロピオン酸オクチル、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、エチレングリコールジチオグリコレート、エチレングリコールジチオプロピオネート、1,4−ブタンジオールチオグリコレート、トリメチロールプロパントリチオグリコレート、トリメチロールプロパントリチオプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキスチオグリコレート、ペンタエリスリトールテトラキスチオプロピオネート、ジペンタエリスリトールヘキサキスチオグリコレート、ジペンタエリスリトールヘキサキスチオプロピオネート等のメルカプト基含有化合物、ブタンチオール、オクタンチオール、デカンチオール、ヘキサデカンチオール、オクタデカンチオール、シクロヘキシルメルカプタン、チオフェノール、メルカプトエタノール、チオグリセロール、チオリンゴ酸、2−メルカプトエタンスルホン酸、イソプロパノール、グリセリンが挙げられる。
C−6.アルカリ剤
重合中の反応溶液のpHを調整したり、単量体成分を中和したりするために、アルカリ剤(pH調整剤又は中和剤とも言う。)を用いても良い。アルカリ剤としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物;水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等のアルカリ土類金属の水酸化物;アンモニア;モノエタノールアミン、トリエタノールアミン等の有機アミン塩;等が挙げられる。これらは1種のみで用いても良いし、2種以上を併用しても良い。これらの中でも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属の水酸化物とアンモニアが好ましく、水酸化ナトリウムとアンモニアがより好ましい。
重合中の中和度は、好ましくは0〜25モル%であるが、重合に用いられる単量体成分が(メタ)アクリル酸系単量体のみの場合には、好ましくは0〜15モル%、より好ましくは0〜10モル%の範囲内である。重合に用いられる単量体が上記単量体(I)や単量体(II)を含む場合には、該単量体(I)や単量体(II)の一部または全量を初期に仕込むことが可能である。このときの重合中の中和度は、好ましくは0〜25モル%、より好ましくは0〜10モル%の範囲内である。重合中の中和度がかかる範囲内であれば、良好に共重合することが可能である。また、重合反応系の水溶液の粘度が上昇することがなく、低分子量の重合体を良好に製造することができる。しかも、従来よりも高濃度の条件下で重合反応を進行させることができるため、製造効率を大幅に上昇させることができる。揮発性ガスを生じる開始剤系、例えば、亜硫酸塩を使用する場合などは、重合中の中和度が1モル%以上であれば、亜硫酸ガスの発生量を良好に抑制でき、得られる重合体の分子量を十分に低く抑えることができ、好ましい。また、重合中の中和度が25モル%以下であれば、十分な重亜硫酸塩の連鎖移動効率を得ることができるため、得られる重合体の分子量を十分に低く抑えることができ、また、重合が進行するに伴う重合反応系の水溶液の粘度の上昇も抑えることができ、得られる重合体の分子量が必要以上に増大することなく、低分子量の重合体を得ることができるので、好ましい。さらに、上記中和度低減による効果を十分に発揮でき、不純物を低減することができるので、好ましい。他方、揮発性ガスを生じない開始剤系、例えば、過硫酸塩、次亜リン酸塩、および多価金属イオンを使用する場合では、中和により揮発成分を抑制する必要がないため、中和度が0モル%でも反応を実施することができる。
上記中和の方法としては、任意の適切な方法を採用し得る。中和剤として、例えば、(メタ)アクリル酸ナトリウム等のアルカリ性の単量体成分を利用しても良いし、水酸化ナトリウム等のアルカリ金属の水酸化物等を用いても良いし、これらを併用しても良い。中和の際の中和剤の添加形態は、固体であっても良いし、適当な溶媒、好ましくは水に溶解した水溶液であっても良い。水溶液を用いる場合の水溶液の濃度は、好ましくは10〜60重量%、より好ましくは20〜55重量%、さらに好ましくは30〜50重量%である。水溶液の濃度が10重量%以上であれば、良好な濃度の製品を得ることができ、輸送及び保管上好ましい。水溶液の濃度が60重量%以下であれば、析出や粘度上昇のおそれがなく、送液や液−液混合も容易であり、好ましい。
C−7.酸化剤
酸化剤としては、酸素、オゾン、過酸化水素、過硫酸塩、過塩素酸塩、過マンガン酸塩、ニクロム酸塩、臭素酸塩、硝酸(塩)、次亜塩素酸塩等が好適である。酸化剤は、開始剤の種類や装置等への腐食性、得られる水溶性重合体に残存する成分により選択可能であるが、その中でも、酸素、オゾン、過酸化水素、過硫酸塩が好ましい。
C−8.他の添加剤
重合反応系に用いることのできる他の添加剤としては、本発明の作用効果に影響を与えない範囲で任意の適切な添加剤を適量加えることができる。例えば、重金属含有化合物、有機過酸化物、過酸化水素(H)と金属塩等が用いることが好適である。このような添加剤を用いることにより、反応を速めることができ、生産効率の観点からこれらを添加することが好ましい。上記重金属含有化合物としては、例えば、上述した複数の酸化数を有する金属を構成成分とする金属単体、塩及び/又は錯体に記載のものを添加剤として用いることができる。
本発明における(メタ)アクリル酸系重合体の重金属イオン濃度は、0.05〜10ppmであることが好ましいことから、上記重金属含有化合物を必要に応じて適量添加するのが好ましい。さらに、本発明においては、SUS(ステンレス)製の容器や撹拌器等を用いた場合に、上記に規定する適量の重金属イオン、特に鉄イオンが、容器等の材質であるSUSから反応溶液中に極微量溶出(供給)するため、費用対効果の面で有利である。本発明においては、このようなSUS製の反応容器や撹拌翼等の反応装置を利用する場合、上記重金属含有化合物を添加する場合と同様の作用効果を奏しうる。なお、既存の鋼鉄(スチール)製や銅合金製の反応容器であっても問題はないが、重金属イオンが多く溶出されるおそれがある。このような場合には、重金属により着色が生じるため、重金属イオンを除去する操作が必要となり、不経済である。
≪D.用途≫
D−1.分散剤
本発明の分散剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。本発明の分散剤は、水系の分散剤であればよく、例えば、顔料分散剤、セメント分散剤、炭酸カルシウムの分散剤、カオリンの分散剤等が好適である。本発明の分散剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含むので、極めて優れた分散能を発現することができる。本発明の分散剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含むので、長期間保存しても性能低下や低温保持時の不純物析出なども生じることのない極めて高品質高性能で安定性に優れた分散剤である。
本発明の分散剤における本発明の(メタ)アクリル酸系重合体以外の他の組成成分や配合比率としては、通常の分散剤に用いることができる各種成分、および、その配合比率に基づき、本発明の作用効果を損なわない範囲で適宜設定することができる。
本発明の分散剤は、特に好ましくは、無機顔料分散剤に用いることができる。上記無機顔料分散剤には、必要に応じて、他の配合剤として、縮合リン酸およびその塩、ホスホン酸およびその塩、ポリビニルアルコールを用いても良い。
上記無機顔料分散剤中における、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の含有量は、無機顔料分散剤全体に対して、好ましくは5〜100重量%である。また性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでいてもよい。
上記無機顔料分散剤は、紙コーティングに用いられる重質ないしは軽質炭酸カルシウム、クレイの無機顔料の分散剤として良好な性能を発揮し得る。例えば、無機顔料分散剤を無機顔料に少量添加して水中に分散することにより、低粘度でしかも高流動性を有し、かつ、それらの性能の経日安定性が良好な、高濃度炭酸カルシウムスラリーのような高濃度無機顔料スラリーを製造することができる。
上記無機顔料分散剤を無機顔料の分散剤として用いる場合、該無機顔料分散剤の使用量は、無機顔料100重量部に対して、0.05〜2.0重量部が好ましい。該無機顔料分散剤の使用量が0.05部より少ないと、十分な分散効果が得られないおそれがある。該無機顔料分散剤の使用量が2.0重量部を超えると、添加量に見合った効果が得られないおそれがあり、経済的にも不利となるおそれがある。
D−2.洗剤組成物
本発明の洗剤組成物は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。本発明の洗剤組成物は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の配合量が、洗剤組成物全体に対して、好ましくは1〜20重量%である。(メタ)アクリル酸系重合体の配合量が洗剤組成物全体に対して1重量%未満であると、添加効果が発現できないおそれがある。(メタ)アクリル酸系重合体の配合量が洗剤組成物全体に対して20重量%を超えると、添加した効果が洗浄力の向上につながらず、経済的にも不利となるおそれがある。
本発明の洗剤組成物には、必要に応じて、任意の適切な界面活性剤、酵素、アルカリビルダー、キレートビルダー、再付着防止剤、ソイルリリース剤、色移り防止剤、柔軟剤、蛍光剤、漂白剤、漂白助剤、香料、起泡剤、消泡剤、抗菌剤、腐食防止剤、着色剤等の洗剤組成物に常用される成分を配合してもよい。また、ゼオライトを配合してもよい。
界面活性剤としては、アニオン界面活性剤、ノニオン界面活性剤、両性界面活性剤およびカチオン界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つを使用することができる。
アニオン界面活性剤としては、任意の適切なアニオン界面活性剤を採用し得る。例えば、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルまたはアルケニルエーテル硫酸塩、アルキルまたはアルケニル硫酸塩、α−オレフィンスルホン酸塩、α−スルホ脂肪酸またはエステル塩、アルカンスルホン酸塩、飽和または不飽和脂肪酸塩、アルキルまたはアルケニルエーテルカルボン酸塩、アミノ酸型界面活性剤、N−アシルアミノ酸型界面活性剤、アルキルまたはアルケニルリン酸エステルまたはその塩等が挙げられる。
ノニオン界面活性剤としては、任意の適切なノニオン界面活性剤を採用し得る。例えば、ポリオキシアルキレンアルキルまたはアルケニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、高級脂肪酸アルカノールアミドまたはそのアルキレンオキサイド付加物、ショ糖脂肪酸エステル、アルキルグリコキシド、脂肪酸グリセリンモノエステル、アルキルアミンオキサイド等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、任意の適切な両性界面活性剤を採用し得る。例えば、カルボキシ型またはスルホベタイン型両性界面活性剤等が挙げられる。
カチオン界面活性剤としては、任意の適切なカチオン界面活性剤を採用し得る。例えば、第4級アンモニウム塩等が挙げられる。
本発明の洗剤組成物に配合され得る酵素としては、任意の適切な酵素を採用し得る。
上記酵素としては、例えば、プロテアーゼ、リパーゼ、セルラーゼ等が挙げられる。特に、アルカリ洗浄液中で活性が高いプロテアーゼ、アルカリリパーゼおよびアルカリセルラーゼが好ましい。
アルカリビルダーとしては、任意の適切なアルカリビルダーを採用し得る。例えば、珪酸塩、炭酸塩、硫酸塩等が挙げられる。
キレートビルダーとしては、任意の適切なキレートビルダーを採用し得る。例えば、ジグリコール酸(塩)、オキシカルボン酸(塩)、EDTA(エチレンジアミン四酢酸)、DTPA(ジエチレントリアミン六酢酸)、クエン酸(塩)、3−ヒドロキシ−2,2´−イミノジコハク酸(塩)、L−アスパラギン酸ジ酢酸(塩)、メチルグリシンジ酢酸(塩)、L−グルタミンジ酢酸(塩)等が挙げられる。
D−3.水処理剤
本発明の水処理剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。本発明の水処理剤には、必要に応じて、他の配合剤として、重合リン酸塩、ホスホン酸塩、防食剤、スライムコントロール剤、キレート剤を用いても良い。
本発明の水処理剤は、冷却水循環系、ボイラー水循環系、海水淡水化装置、パルプ蒸解釜、黒液濃縮釜等でのスケール防止に有用である。また、性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでもよい。
D−4.スケール防止剤
本発明のスケール防止剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。本発明のスケール防止剤は、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、ケイ酸マグネシウム、水酸化亜鉛、リン酸亜鉛、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、水酸化マグネシウム、シリカ、鉄等の各種スケールの防止、除去に優れた効果を発揮するものである。
本発明のスケール防止剤は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体のみからなるものでも良いし、必要に応じて、任意の適切な他のスケール防止剤を含んでいてもよい。他のスケール防止剤としては、例えば、アクリル酸重合体やマレイン酸重合体やアクリル酸等と、2−ヒドロキシ−3−アリルオキシプロパンスルホン酸やアクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸等のモノエチレン性不飽和スルホン酸化合物との共重合体等が挙げられる。また、本発明のスケール防止剤中の本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の含有量は、好ましくは10〜100重量%、さらに好ましくは20〜100重量%である。
本発明のスケール防止剤は、水処理において一般的に使用される薬剤とともに使用してもよい。上記薬剤としては、例えば、重合リン酸塩、ホスホン酸塩、ホスホノカルボン酸等のリン酸化合物や亜鉛等の金属塩等のような金属腐食抑制剤;塩素、次亜塩素酸塩、ヒドラジン等のような殺菌剤;スライム防止剤;スラッジ分散剤;消泡剤脱酸素剤;等が挙げられる。これらの薬剤は、1種のみを用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。上記薬剤の使用量は、適宜設定すればよい。本発明のスケール防止剤を上記薬剤とともに使用することにより、非常に効果的な水処理を行うことができる。
本発明のスケール防止剤は、あらゆる水系においてスケール防止能に優れるものであるので、通常、その添加量は、好ましくは0.1〜100ppm程度で良い。本発明のスケール防止剤は、冷却水系、ボイラー水系、海水淡水化装置、オイルフィード、集塵水系、パルプ溶解釜、黒液濃縮釜等の水系に、そのまま添加すればよく、また、上記薬剤と混合して添加してもよい。
D−4.その他の用途
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、炭酸カルシウムスラリーの分散性が非常に優れ、分子量分布が狭いので、その他の任意の適切な用途に用いることもできる。例えば、繊維処理剤、金属イオン封止剤、増粘剤、各種バインダーなどに用いることができる。繊維処理剤に用いる場合を例に挙げると、繊維処理剤は、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つと、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体を含む。
上記繊維処理剤における本発明の(メタ)アクリル酸系重合体の含有量は、繊維処理剤全体に対して、好ましくは1〜100重量%であり、より好ましくは5〜100重量%である。また、性能、効果に影響しない範囲で、任意の適切な水溶性重合体を含んでいてもよい。
繊維処理剤は、繊維処理における精錬、染色、漂白、ソーピングの工程で使用することができる。染色剤、過酸化物および界面活性剤としては、繊維処理剤に通常使用されるものが挙げられる。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体と、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つとの配合比率は、例えば、繊維の白色度、色むら、染色けんろう度の向上のためには、繊維処理剤純分換算で、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体1重量部に対して、染色剤、過酸化物および界面活性剤からなる群より選ばれる少なくとも1つを0.1〜100重量部の割合で用いることが好ましい。
上記繊維処理剤を使用できる繊維としては、任意の適切な繊維を採用し得る。例えば、木綿、麻等のセルロース系繊維、ナイロン、ポリエステル等の化学繊維、羊毛、絹糸等の動物性繊維、人絹等の半合成繊維およびこれらの織物および混紡品が挙げられる。
上記繊維処理剤を精錬工程に適用する場合は、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体と、アルカリ剤および界面活性剤とを配合することが好ましい。漂白工程に適用する場合では、本発明の(メタ)アクリル酸系重合体と、過酸化物と、アルカリ性漂白剤の分解抑制剤としての珪酸ナトリウム等の珪酸系薬剤とを配合することが好ましい。
以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されない。なお、特に明記しない限り、実施例における部および%は重量基準である。
31P−NMRの測定>
測定する重合体を室温で減圧乾燥し、得られた固形分を重水(アルドリッチ社製)に10重量%となるように溶解し、Varian社製UnityPlus−400(400MHz、パルスシーケンス:s2pu1、測定間隔:10.000秒、パルス:45.0度、捕捉時間:0.800秒、積算回数:128回)にて測定した。
〔実施例1〕
2Lのガラス製セパラブルフラスコに、反応液抜き出し用のポンプと、当該フラスコから出て当該フラスコ外部を循環し当該フラスコに戻る、開度調節が可能な循環ラインとを設置した。循環ラインには、原料供給口、冷却器およびスタティックミキサーを設けた。さらに、循環ラインから分岐して排出ラインを設けた。加えて、フラスコ内に撹拌翼を設置した。このようにして、ループライン型反応器(重合体製造装置)を作製した。
このセパラブルフラスコに水720gを予め仕込み、表1に示す温度まで加熱した。その条件下で反応液抜き出し用ポンプを起動させ、フラスコ内の温度が当該温度を維持するように冷却水温および冷却水量を調整しながら、原料供給口から80重量%アクリル酸水溶液(80%AA)、45重量%ホスフィン酸ナトリウム(次亜リン酸ナトリウム)水溶液(45%SHP)、15重量%過硫酸ナトリウム(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)水溶液(15%NaPS)、5ppmモール塩水溶液を、表1に示す処方でそれぞれ加えた。分子量の調整は反応条件を適宜調整することにより行った。反応時間は6時間とした。また、循環比(=循環量/系外抜き出し液量)は10となるように調整した。反応後、原料供給と循環を止め、フラスコ内に残った反応液を冷却後取り出し、48質量%水酸化ナトリウムを加えpH=7となるまで中和した。
得られた重合体(1)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔実施例2〕
表1に示す処方で行った以外は実施例1と同様に行い、重合体(2)を得た。
得られた重合体(2)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
さらに、得られた重合体(2)の31P−NMR測定を行った。得られたNMRチャートにおける積分強度から、残存SHPの積分強度を1としたときの、主鎖末端配置リン原子の積分強度比および主鎖内部嵌入リン原子の積分強度比を算出し、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率(モル比)を算出した。結果を表4に示した。
〔実施例3〕
表1に示す処方で行った以外は実施例1と同様に行い、重合体(3)を得た。
得られた重合体(3)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔実施例4〕
表1に示す処方で行った以外は実施例1と同様に行い、重合体(4)を得た。
得られた重合体(4)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔実施例5〕
表1に示す処方で行った以外は実施例1と同様に行い、重合体(5)を得た。
得られた重合体(5)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
さらに、得られた重合体(5)の31P−NMR測定を行った。得られたNMRチャートにおける積分強度から、残存SHPの積分強度を1としたときの、主鎖末端配置リン原子の積分強度比および主鎖内部嵌入リン原子の積分強度比を算出し、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率(モル比)を算出した。結果を表4に示した。
〔実施例6〕
表1に示す処方で行った以外は実施例1と同様に行い、重合体(6)を得た。
得られた重合体(6)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔比較例1:バッチ重合〕
2Lのガラス製セパラブルフラスコに、表2に示すように水とモール塩を加え、表2に示す温度まで加熱した。撹拌を行いつつ、フラスコ内の温度が当該温度を維持するようにしながら、フラスコ内に、80重量%アクリル酸水溶液(80%AA)、45重量%ホスフィン酸ナトリウム(次亜リン酸ナトリウム)水溶液(45%SHP)、15重量%過硫酸ナトリウム(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)水溶液(15%NaPS)を、表2に示す処方でそれぞれ加えた。分子量の調整は反応条件を適宜調整することにより行った。
原料の供給が終わった後30分間温度を保ち、その後冷却して、48重量%水酸化ナトリウムを加え、pH=7となるまで中和した。
得られた重合体(C1)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔比較例2:バッチ重合〕
表2に示す処方で行った以外は比較例1と同様に行い、重合体(C2)を得た。
得られた重合体(C2)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔比較例3:バッチ重合〕
表2に示す処方で行った以外は比較例1と同様に行い、重合体(C3)を得た。
得られた重合体(C3)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔比較例4:バッチ重合〕
表2に示す処方で行った以外は比較例1と同様に行い、重合体(C4)を得た。
得られた重合体(C4)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
〔比較例5:バッチ重合〕
表2に示す処方で行った以外は比較例1と同様に行い、重合体(C5)を得た。
得られた重合体(C5)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
さらに、得られた重合体(C5)の31P−NMR測定を行った。得られたNMRチャートにおける積分強度から、残存SHPの積分強度を1としたときの、主鎖末端配置リン原子の積分強度比および主鎖内部嵌入リン原子の積分強度比を算出し、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率(モル比)を算出した。結果を表4に示した。
〔比較例6:バッチ重合〕
表2に示す処方で行った以外は比較例1と同様に行い、重合体(C6)を得た。
得られた重合体(C6)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
さらに、得られた重合体(C6)の31P−NMR測定を行った。得られたNMRチャートにおける積分強度から、残存SHPの積分強度を1としたときの、主鎖末端配置リン原子の積分強度比および主鎖内部嵌入リン原子の積分強度比を算出し、主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率(モル比)を算出した。結果を表4に示した。
〔比較例7:バッチ重合〕
2Lのガラス製セパラブルフラスコに、表2に示すように水と45重量%ホスフィン酸ナトリウム(次亜リン酸ナトリウム)水溶液(45%SHP)とモール塩を加え、表2に示す温度まで加熱した。撹拌を行いつつ、フラスコ内の温度が当該温度を維持するようにしながら、フラスコ内に、80重量%アクリル酸水溶液(80%AA)、45重量%ホスフィン酸ナトリウム(次亜リン酸ナトリウム)水溶液(45%SHP)、15重量%過硫酸ナトリウム(ペルオキソ二硫酸ナトリウム)水溶液(15%NaPS)を、表2に示す処方でそれぞれ加えた。分子量の調整は反応条件を適宜調整することにより行った。
原料の供給が終わった後30分間温度を保ち、その後冷却して、48重量%水酸化ナトリウムを加え、pH=7となるまで中和した。
得られた重合体(C7)の重量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)をGPCにより測定した。結果を表3に示した。
Figure 2010077340
Figure 2010077340
Figure 2010077340
Figure 2010077340
〔実施例7:炭酸カルシウムスラリーの分散性の評価〕
丸尾カルシウム株式会社製「重質炭酸カルシウム」200gをビーズミル(粉砕機)に取り、低速(約300rpm)で撹拌しながら、実施例2で得られた重合体(2)の水溶液(固形分換算で10重量%)9.50gと水43.50gを投入した。さらに撹拌を続けながら、粒径2mmのアルミナビーズ500gをゆっくり加えた後、計時を開始し、初期5分間は約500rpm、続いての5分間は約1000rpm、その後は約1400rpmの回転速度を維持しながら分散させた。
粉砕開始から40分で、上記の重合体(2)の水溶液を4.75g、同じく70分、90分でそれぞれ2.375gを添加し、その後、粉砕機中のスラリー粒径をレーザー回折式粒度分布計(株式会社堀場製作所製、LA−910)にて測定しながら、2μm以下分量が93%以上となるまで粉砕を継続した。
得られたスラリーを1mmの篩に取り、スラリーとビーズを篩い分けした後、スラリーを容器(後にブルックフィールド型粘度計にて測定ができる高さ・内径のものであり、容量にして約50mL程度)に採取した。
採取したサンプルを25℃に調整、保管し、測定前に分速120回以上で1分間振盪することにより、スラリーを均一化した。その後、ブルックフィールド型粘度計(株式会社トキメック社製、品番:BM)にて、スピンドルNo.3、60rpmの条件で1分間回転させ、1分後の値を読み取った。
上記測定は、スラリー採取後、1時間後、3時間後、1日後、7日後の測定を必須とし、2〜6日後のデータは粘度変化の確認のため任意に測定した。
測定結果を表5に示した。
〔実施例8:炭酸カルシウムスラリーの分散性の評価〕
実施例2で得られた重合体(2)に代えて実施例5で得られた重合体(5)を用いた以外は実施例7と同様に行った。
測定結果を表5に示した。
〔比較例8:炭酸カルシウムスラリーの分散性の評価〕
実施例2で得られた重合体(2)に代えて比較例5で得られた重合体(C5)を用いた以外は実施例7と同様に行った。
測定結果を表5に示した。
〔比較例9:炭酸カルシウムスラリーの分散性の評価〕
実施例2で得られた重合体(2)に代えて比較例7で得られた重合体(C7)を用いた以外は実施例7と同様に行った。
測定結果を表5に示した。
Figure 2010077340
炭酸カルシウムスラリーの分散性の評価を行った4種の重合体は、それぞれほぼ同じ重量平均分子量(Mw)を有し、重合体の固形分に含まれる重合開始剤や連鎖移動剤からもたらされる成分量もほぼ変わらない。重合体(2)についてのスラリー粘度上昇は200mPa・s程度であり、重合体(5)についてのスラリー粘度上昇は250mPa・s程度であった。これに対し、重合体(C5)については、初期粘度も高く、スラリー粘度上昇は500mPa・s程度であった。また、重合体(C7)については、初期粘度は高くないものの、スラリー粘度上昇は700mPa・s程度であった。
炭酸カルシウムスラリーの分散性が優れるためには、炭酸カルシウム表面への吸着と、粒子同士を反発させる力(静電反発や立体障害など)が必要であると推察される。本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、主鎖内部に嵌入したリン原子の量が多いので、当該嵌入部分の炭酸カルシウム表面への吸着が起こるとともに、主鎖内部にリン原子が多く嵌入していることにより立体障害が増加すると考えられ、このため、炭酸カルシウムスラリーの分散性が優れるものと考えられる。
重合体(2)、重合体(5)は、主鎖内部に嵌入したリン原子の量が多いため(表4)、効率よく炭酸カルシウムスラリーを分散できる構造になっている。さらに、重合体(2)、重合体(5)は、分子量分布(Mw/Mn)が狭いので(表3)、分散剤として好ましい分子量の成分が増加する。これらの相乗効果によって、表5に示すような優れた炭酸カルシウムスラリーの分散性を発現できるものと考えられる。
一方、重合体(C5)は、主鎖内部に嵌入したリン原子の量は多いが、分子量分布(Mw/Mn)が広いので(表3)、分散剤として好ましい分子量の成分が減少してしまい、表5に示すように、炭酸カルシウムスラリーの分散性を十分に発現できないのと考えられる。また、重合体(C7)は、分子量分布(Mw/Mn)は狭いものの(表3)、主鎖内部に嵌入したリン原子の量が少ないため(表4)、表5に示すように、炭酸カルシウムスラリーの分散性を十分に発現できないのと考えられる。
本発明の(メタ)アクリル酸系重合体は、分散剤、洗剤組成物、水処理剤、スケール防止剤等に好適である。
本発明の1つの実施形態における水溶性重合体製造装置を説明する概念図である。 本発明の別の実施形態における水溶性重合体製造装置を説明する概念図である。 ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により得られる面積比を示す概念図である。
符号の説明
100 (メタ)アクリル酸系重合体重合体製造装置
1 タンク
2 循環ライン
3 排出ライン
4 冷却器
5 混合装置
6 循環ポンプ
7 アルカリ剤供給口
8 単量体供給口
9 リン含有化合物供給口
10 重合開始剤供給口
11 剤供給口
12 撹拌手段
a タンク出口
b タンク戻り口

Claims (7)

  1. 主鎖末端配置リン原子量に対する主鎖内部嵌入リン原子量の比率がモル比で3以上であり、分子量分布が2.8以下である、(メタ)アクリル酸系重合体。
  2. (メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する製造方法によって得られる(メタ)アクリル酸系重合体であって、
    該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備え、
    該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を3〜7g供給する、
    (メタ)アクリル酸系重合体。
  3. 請求項1または2に記載の(メタ)アクリル酸系重合体を含む、分散剤。
  4. 請求項1または2に記載の(メタ)アクリル酸系重合体を含む、洗剤組成物。
  5. 請求項1または2に記載の(メタ)アクリル酸系重合体を含む、水処理剤。
  6. 請求項1または2に記載の(メタ)アクリル酸系重合体を含む、スケール防止剤。
  7. (メタ)アクリル酸系単量体を含む単量体成分を含有する循環液を、タンクから出て該タンクの外部を循環し該タンクに戻る循環ラインに循環させながら該単量体成分を重合する、(メタ)アクリル酸系重合体の製造方法であって、
    該循環ラインが、リン含有化合物を供給する供給口、少なくとも1つの冷却器、および該循環液の一部を該循環ライン外に排出する排出ラインを備え、
    該(メタ)アクリル酸系単量体1モルに対して該リン含有化合物を3〜7g供給する、
    (メタ)アクリル酸系重合体の製造方法。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120202937A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Basf Se Low molecular weight phosphorus-containing polyacrylic acids and use thereof as dispersants
WO2013065634A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体の製造方法及びその用途
CN103347600A (zh) * 2011-02-04 2013-10-09 巴斯夫欧洲公司 低分子量含磷聚丙烯酸及其在输水体系中作为水垢抑制剂的用途
CN103415336A (zh) * 2011-02-04 2013-11-27 巴斯夫欧洲公司 低分子量的含磷聚丙烯酸及其作为分散剂的用途
JP2014518752A (ja) * 2011-04-14 2014-08-07 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 系の表面上のスケール堆積物を溶解および/または抑制する方法
US20150027956A1 (en) * 2011-02-04 2015-01-29 Basf Se Low molecular weight phosphorus-containing polyacrylic acids and use thereof as scale inhibitors in water-carrying systems
WO2016103771A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体水溶液の製造方法
US9469936B2 (en) 2011-08-31 2016-10-18 Nippon Shokubai Co., Ltd. Poly(meth)acrylic acid-based polymer composition
JP2017025136A (ja) * 2015-07-16 2017-02-02 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体水溶液の製造方法
EP2651991B1 (en) 2010-12-17 2017-04-26 Basf Se Stable polyacrylic acids, their manufacture and their use

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0234694A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd 洗剤添加剤
JPH03121101A (ja) * 1989-06-26 1991-05-23 Rohm & Haas Co 低分子量水溶性カルボキシル基含有重合体混合物及びその製造方法
JPH06287208A (ja) * 1993-03-29 1994-10-11 Rohm & Haas Co 連鎖移動剤の有効利用方法
JP2000080396A (ja) * 1998-07-02 2000-03-21 Nippon Shokubai Co Ltd 洗剤ビルダ―、その製造方法、及びポリ(メタ)アクリル酸(塩)系重合体ならびにその用途
JP2007217654A (ja) * 2005-08-31 2007-08-30 Nippon Shokubai Co Ltd 水溶性重合体の連続的製造方法、及び、水溶性重合体

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0234694A (ja) * 1988-07-25 1990-02-05 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd 洗剤添加剤
JPH03121101A (ja) * 1989-06-26 1991-05-23 Rohm & Haas Co 低分子量水溶性カルボキシル基含有重合体混合物及びその製造方法
JPH06287208A (ja) * 1993-03-29 1994-10-11 Rohm & Haas Co 連鎖移動剤の有効利用方法
JP2000080396A (ja) * 1998-07-02 2000-03-21 Nippon Shokubai Co Ltd 洗剤ビルダ―、その製造方法、及びポリ(メタ)アクリル酸(塩)系重合体ならびにその用途
JP2007217654A (ja) * 2005-08-31 2007-08-30 Nippon Shokubai Co Ltd 水溶性重合体の連続的製造方法、及び、水溶性重合体

Cited By (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2651991B1 (en) 2010-12-17 2017-04-26 Basf Se Stable polyacrylic acids, their manufacture and their use
EP2651991B2 (en) 2010-12-17 2022-12-21 Basf Se Use of a polymer of acrylic acid as dispersant in mineral processing
US10889661B2 (en) 2010-12-17 2021-01-12 Basf Se Stable polyacrylic acids, their manufacture and their use
JP2014511402A (ja) * 2011-02-04 2014-05-15 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 低分子量のリン含有ポリアクリル酸および水搬送システムにおけるスケール抑制剤としてのそれらの使用
EP2670523B1 (de) 2011-02-04 2017-05-03 Basf Se Niedermolekulare phosphorhaltige polyacrylsäuren und deren verwendung als belagsinhibitoren in wasserführenden systemen
KR20140003525A (ko) * 2011-02-04 2014-01-09 바스프 에스이 저분자량의 인-함유 폴리아크릴산 및 물 공급 시스템에서의 스케일 억제제로서의 이의 용도
US20120202937A1 (en) * 2011-02-04 2012-08-09 Basf Se Low molecular weight phosphorus-containing polyacrylic acids and use thereof as dispersants
CN103347600A (zh) * 2011-02-04 2013-10-09 巴斯夫欧洲公司 低分子量含磷聚丙烯酸及其在输水体系中作为水垢抑制剂的用途
KR101941431B1 (ko) * 2011-02-04 2019-01-23 바스프 에스이 저분자량의 인-함유 폴리아크릴산 및 물 공급 시스템에서의 스케일 억제제로서의 이의 용도
JP2014516363A (ja) * 2011-02-04 2014-07-10 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 低分子量のリン含有ポリアクリル酸及び分散剤としてのそれらの使用
EP2670524B1 (de) 2011-02-04 2017-05-10 Basf Se Niedermolekulare phosphorhaltige polyacrylsäuren und deren verwendung als dispergiermittel
US20150027956A1 (en) * 2011-02-04 2015-01-29 Basf Se Low molecular weight phosphorus-containing polyacrylic acids and use thereof as scale inhibitors in water-carrying systems
EP2670524A1 (de) 2011-02-04 2013-12-11 Basf Se Niedermolekulare phosphorhaltige polyacrylsäuren und deren verwendung als dispergiermittel
CN103415336A (zh) * 2011-02-04 2013-11-27 巴斯夫欧洲公司 低分子量的含磷聚丙烯酸及其作为分散剂的用途
JP2014518752A (ja) * 2011-04-14 2014-08-07 ビーエーエスエフ ソシエタス・ヨーロピア 系の表面上のスケール堆積物を溶解および/または抑制する方法
US9382139B2 (en) 2011-04-14 2016-07-05 Basf Se Method of dissolving and/or inhibiting the deposition of scale on a surface of a system
US9469936B2 (en) 2011-08-31 2016-10-18 Nippon Shokubai Co., Ltd. Poly(meth)acrylic acid-based polymer composition
KR101933748B1 (ko) * 2011-10-31 2018-12-28 도아고세이가부시키가이샤 아크릴산계 중합체의 제조 방법 및 그의 용도
US9034996B2 (en) 2011-10-31 2015-05-19 Toagosei Co., Ltd. Method for manufacturing acrylic acid-based polymer and use for same
JPWO2013065634A1 (ja) * 2011-10-31 2015-04-02 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体の製造方法及びその用途
KR20140087008A (ko) * 2011-10-31 2014-07-08 도아고세이가부시키가이샤 아크릴산계 중합체의 제조 방법 및 그의 용도
CN103827147A (zh) * 2011-10-31 2014-05-28 东亚合成株式会社 丙烯酸系聚合物的制造方法及其用途
WO2013065634A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体の製造方法及びその用途
CN107074993A (zh) * 2014-12-25 2017-08-18 东亚合成株式会社 丙烯酸系聚合物水溶液的制造方法
JPWO2016103771A1 (ja) * 2014-12-25 2017-09-07 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体水溶液の製造方法
WO2016103771A1 (ja) * 2014-12-25 2016-06-30 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体水溶液の製造方法
JP2017025136A (ja) * 2015-07-16 2017-02-02 東亞合成株式会社 アクリル酸系重合体水溶液の製造方法

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