JP2018030909A - Ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof, production method thereof and use thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】高い分子量又は高い溶液粘度を有し、且つスチレンスルホン酸モノマー含量が少ない水溶性の超高分子量ポリスチレンスルホン酸もしくはその塩、その製造方法、及び当該超高分子量ポリスチレンスルホン酸もしくはその塩を含む増粘剤もしくは分散剤などの用途を提供する。【解決手段】スチレンスルホン酸構造単位及びジビニルベンゼンスルホン酸構造単位を含む水溶性ポリマーであって、当該水溶性ポリマーがゲル浸透クロマトグラフィーにより求められる重量平均分子量が90万ダルトン(Da)を超える、及び/又は、5重量%水溶液(30℃)として測定される粘度が100mPa・sを超える、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩、及びジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩をコモノマーとして利用したその製造方法、及びその用途を用いる。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a water-soluble ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof having a high molecular weight or a high solution viscosity and a low content of a styrene sulfonic acid monomer, a method for producing the same, and the ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof. Provide applications such as thickeners or dispersants. A water-soluble polymer containing a styrene sulfonic acid structural unit and a divinylbenzene sulfonic acid structural unit, wherein the weight average molecular weight of the water-soluble polymer exceeds 900,000 daltons (Da) obtained by gel permeation chromatography. And / or a method for producing an ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof having a viscosity measured as a 5 wt% aqueous solution (30 ° C.) exceeding 100 mPa · s, and a divinylbenzene sulfonic acid or a salt thereof as a comonomer. , And its uses. [Selection diagram] None
Description
本発明は、水溶液として利用可能な超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩、ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩をコモノマーとして利用したその製造方法、及び当該超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩を含む増粘剤もしくは分散剤などの用途に関する。 The present invention relates to an ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or salt thereof usable as an aqueous solution, a production method using divinylbenzene sulfonic acid or salt thereof as a comonomer, and a thickening containing the ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or salt thereof. The present invention relates to the use of an agent or a dispersant.
グアガム、キサンタンガム、ヒドロキシプロピルセルロース、カルボキシルメチルセルロースなどの天然系ポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリアクリル酸塩、ポリ2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩などの合成系ポリマーなど、分子量が数百万を超える超高分子量の水溶性又は水膨潤性のポリマーが、合成糊剤、化粧品、トイレタリー用品、錠剤、高分子凝集剤、土壌改質剤、消火器、石油採掘などの用途で使用されている。しかしながら、用途によっては、耐熱性や化学的安定性が不足しており、改良が強く求められている。 Hundreds of molecular weight such as natural polymers such as guar gum, xanthan gum, hydroxypropyl cellulose, carboxymethyl cellulose, synthetic polymers such as polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, polyacrylate, poly-2-acrylamide-2-methylpropanesulfonate Over 10,000 water-soluble or water-swellable polymers are used in applications such as synthetic glues, cosmetics, toiletries, tablets, polymer flocculants, soil modifiers, fire extinguishers, and oil mining. Yes. However, depending on the application, heat resistance and chemical stability are insufficient, and improvement is strongly demanded.
例えば、在来型油田における石油の増進回収(EOR)や非在来型油田におけるシェールガス(オイル)採掘において、水溶性又は水膨潤性ポリマーで増粘させた水性流体が使用されているが、採掘深度が深くなるに従って、水溶性又は水膨潤性ポリマーに求められる耐熱性は益々高くなっている。また、地層によっては、多量の酸やアルカリを注入したり、活性酸素ラジカルが発生する場合があるため、これらに対する化学的安定性が要求される。例えば、数年に渡る水性流体の粘度、即ち、ポリマー分子量の維持が必要になる場合もある。しかしながら、従来のポリマーは耐熱性や化学的安定性が不十分であり、厳しい環境下では分子量低下が起こり易いため、改良が強く求められている。例えば、主鎖にエーテル結合を有する上記天然系ポリマーは、アルカリ存在下、50℃を超えた程度で分解すると言われており(例えば、非特許文献1参照)、一方、上記合成系ポリマーは、天然系ポリマーに比べて優れた耐熱性を示すが、活性酸素により容易に分解すると言われている(例えば、非特許文献2参照)。さらに、上記ポリアクリル酸塩などの弱酸系ポリマーは、カルシウムやマグネシウムなどの多価カチオンにより凝集し易い欠点があり、一方、多価カチオンに対する安定性が優れるポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、ポリ2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸塩などのポリマーは、アミド結合を有するため、酸やアルカリで加水分解され易い欠点がある(例えば、非特許文献3参照)。 For example, in enhanced oil recovery (EOR) in conventional oil fields and shale gas (oil) mining in non-conventional oil fields, aqueous fluids thickened with water-soluble or water-swellable polymers are used. As the mining depth increases, the heat resistance required for water-soluble or water-swellable polymers is increasing. In addition, depending on the formation, a large amount of acid or alkali may be injected or active oxygen radicals may be generated, so that chemical stability against these is required. For example, it may be necessary to maintain the viscosity of an aqueous fluid over several years, ie, the polymer molecular weight. However, since conventional polymers have insufficient heat resistance and chemical stability, and molecular weight tends to decrease in harsh environments, improvements are strongly demanded. For example, the natural polymer having an ether bond in the main chain is said to decompose at a temperature exceeding 50 ° C. in the presence of alkali (see, for example, Non-Patent Document 1), while the synthetic polymer is Although it exhibits superior heat resistance compared to natural polymers, it is said to be easily decomposed by active oxygen (see, for example, Non-Patent Document 2). Furthermore, weak acid polymers such as the above polyacrylates have the disadvantage that they are easily aggregated by polyvalent cations such as calcium and magnesium. On the other hand, polyvinylpyrrolidone, polyacrylamide, and poly-2-acrylamide have excellent stability against polyvalent cations. Since a polymer such as -2-methylpropane sulfonate has an amide bond, it has a drawback that it is easily hydrolyzed with an acid or an alkali (see, for example, Non-Patent Document 3).
一方、エーテル、アミド及びエステル結合などを含まないポリスチレンスルホン酸塩は、極めて耐熱性や化学的安定性に優れる水溶性ポリマーであり、毒性も極めて低いことから、古くから合成糊、トイレタリー用品、分散剤などの用途で使用されており、上記用途への応用が期待されている。しかしながら、水溶液として利用可能なポリスチレンスルホン酸塩の分子量は、100万程度が上限であり、上記要求に応えることができなかった。 On the other hand, polystyrene sulfonates that do not contain ethers, amides, and ester bonds are water-soluble polymers with extremely high heat resistance and chemical stability and extremely low toxicity. It is used in applications such as agents, and is expected to be applied to the above applications. However, the molecular weight of polystyrene sulfonate usable as an aqueous solution has an upper limit of about one million, and could not meet the above requirements.
一般に、高分子量のポリマーを製造する場合、モノマーに対する重合開始剤の添加量を減量するか、あるいはモノマー濃度を高めて重合すれば良く、例えば、上記したアクリル酸系ポリマーやアクリルアミド系ポリマーの超高分子量体が製造されている(例えば、非特許文献4、非特許文献5、特許文献1参照)。 In general, when producing a high molecular weight polymer, the polymerization amount may be reduced by reducing the amount of the polymerization initiator added to the monomer or by increasing the monomer concentration. For example, the above-mentioned acrylic polymer or acrylamide polymer is extremely high. Molecular weight bodies have been produced (see, for example, Non-Patent Document 4, Non-Patent Document 5, and Patent Document 1).
一方、スチレンスルホン酸塩は、少なくとも400℃以下では固体状のモノマーであり、溶媒への溶解性が低いため、工業的には、20重量%程度のモノマー水溶液を用いたラジカル重合によりポリマー化(ポリスチレンスルホン酸塩の水溶液として製造)されている。スチレンスルホン酸塩の場合、重合時のモノマー濃度を高くするには限界があり、重合開始剤を減量しても、アクリル酸やアクリルアミドと比べて分子量が伸び難いだけでなく、未反応モノマーが残り易いという課題があった。 On the other hand, since styrene sulfonate is a solid monomer at least at 400 ° C. or less and has low solubility in a solvent, it is industrially polymerized by radical polymerization using an aqueous monomer solution of about 20% by weight ( Manufactured as an aqueous solution of polystyrene sulfonate. In the case of styrene sulfonate, there is a limit to increasing the monomer concentration during polymerization, and even if the polymerization initiator is reduced, the molecular weight is not easily increased compared to acrylic acid and acrylamide, and unreacted monomers remain. There was a problem that it was easy.
また、スチレンスルホン酸塩は、減圧留去などの簡単な方法で除去することは困難であり、残存モノマーがたとえ少量であっても、当該ポリマーを適用できない用途もある。例えば、ポリスチレンスルホン酸塩を増粘及び分散安定剤として用い、酢酸ビニルなどの共役性の低いモノマーを水中で分散又は乳化重合する場合、共役性の高い(ラジカル反応性が高い)スチレンスルホン酸塩が酢酸ビニルの重合禁止剤として作用し、酢酸ビニルが重合できないなどの課題がある(例えば、非特許文献6参照)。 Further, it is difficult to remove styrene sulfonate by a simple method such as distillation under reduced pressure, and there are applications in which the polymer cannot be applied even if the amount of residual monomer is small. For example, when polystyrene sulfonate is used as a thickening and dispersion stabilizer and a monomer with low conjugation such as vinyl acetate is dispersed or emulsion polymerized in water, styrene sulfonate with high conjugation (high radical reactivity) Acts as a polymerization inhibitor for vinyl acetate, and there is a problem that vinyl acetate cannot be polymerized (for example, see Non-Patent Document 6).
水への溶解性や増粘効果が不要な用途では、ジビニルベンゼンスルホン酸重合残基を含む超高分子量ポリスチレンスルホン酸塩が知られている(例えば、特許文献2、特許文献3参照)。しかしながら、これらは三次元架橋されたイオン交換膜に関するものであり、水溶性でかつ水溶液として利用可能な超高分子量スチレンスルホン酸又はその塩、及びその製造方法に関する記載はない。 For uses that do not require solubility in water or thickening effect, ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonates containing divinylbenzenesulfonic acid polymerization residues are known (see, for example, Patent Document 2 and Patent Document 3). However, these relate to three-dimensionally cross-linked ion exchange membranes, and there is no description regarding an ultra-high molecular weight styrene sulfonic acid or a salt thereof which is water-soluble and can be used as an aqueous solution, and a production method thereof.
また、ポリスチレンスルホン酸塩の別の工業的製法として、ポリスチレンをハロゲン化溶媒中でスルホン化する方法が知られている(例えば、非特許文献7、非特許文献8参照)。しかしながら、超高分子量ポリスチレンのハロゲン化溶媒への溶解性と溶液粘度、スルホン化後の余剰酸分とハロゲン化溶媒の除去性を考慮すると、工業的に製造できる分子量100万を超える超高分子量ポリスチレンを得ることは依然として困難であった。 Further, as another industrial production method of polystyrene sulfonate, a method of sulfonating polystyrene in a halogenated solvent is known (for example, see Non-Patent Document 7 and Non-Patent Document 8). However, considering the solubility of ultra-high molecular weight polystyrene in halogenated solvent, solution viscosity, excess acid content after sulfonation and removability of halogenated solvent, ultra-high molecular weight polystyrene exceeding 1 million which can be produced industrially It was still difficult to get.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、従来困難だった高い分子量又は高い溶液粘度を有し、且つスチレンスルホン酸モノマー含量が少ない水溶性の超高分子量ポリスチレンスルホン酸もしくはその塩、その製造方法、及び当該超高分子量ポリスチレンスルホン酸もしくはその塩を含む増粘剤もしくは分散剤などの用途を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its object is to achieve a water-soluble ultrahigh molecular weight polystyrene sulfone having a high molecular weight or a high solution viscosity, which has been difficult in the past, and a low styrene sulfonic acid monomer content. The present invention provides an acid or a salt thereof, a production method thereof, and uses such as a thickener or a dispersant containing the ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof.
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、スチレンスルホン酸又はその塩(以下、スチレンスルホン酸又はその塩を「SS」と言うことがある)を高分子量化するため、当該高分子量化の反応に供される重合開始剤を減量してスチレンスルホン酸又はその塩をラジカル重合する際に、少量のジビニルベンゼンスルホン酸又は塩を添加し、ラジカル共重合することによって、従来困難だった超高分子量で水溶性ポリマーであるポリスチレンスルホン酸又はその塩(以下、ポリスチレンスルホン酸又はその塩を「PSS」、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩を「超高分子量PSS」と言うことがある)を、高い重合転化率、言い換えれば低い残存モノマー量で製造できることを見出し、本発明を完成するに至った。 In order to increase the molecular weight of styrene sulfonic acid or a salt thereof (hereinafter, styrene sulfonic acid or a salt thereof may be referred to as “SS”) as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems. In the radical polymerization of styrene sulfonic acid or a salt thereof by reducing the amount of the polymerization initiator used for the high molecular weight reaction, a small amount of divinylbenzene sulfonic acid or a salt is added, and radical copolymerization is performed. Polystyrene sulfonic acid or a salt thereof, which is an ultra-high molecular weight and water-soluble polymer, which has been difficult in the past (hereinafter, polystyrene sulfonic acid or a salt thereof is referred to as “PSS”, and ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof is referred to as “ultra high molecular weight PSS” Has been found to be able to be produced with a high polymerization conversion rate, in other words, a low residual monomer amount, and has led to the completion of the present invention.
すなわち本発明は、下記繰り返し構造単位(A)及び(B)を含む水溶性ポリマーであって、
当該水溶性ポリマーがゲル浸透クロマトグラフィー(以下、ゲル浸透クロマトグラフィーを「GPC」と言うことがある)により求められる重量平均分子量が90万ダルトン(Da)を超える、及び/又は、5重量%(wt%)水溶液(30℃)として測定される粘度が100mPa・sを超える、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩に係る。
That is, the present invention is a water-soluble polymer containing the following repeating structural units (A) and (B),
The water-soluble polymer has a weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography (hereinafter, gel permeation chromatography may be referred to as “GPC”) exceeding 900,000 daltons (Da) and / or 5% by weight ( wt%) an ultra-high molecular weight polystyrene sulfonic acid or salt thereof having a viscosity measured as an aqueous solution (30 ° C.) exceeding 100 mPa · s.
〔繰り返し構造単位(A)及び(B)中、Mはプロトン、ナトリウムイオン、カリウムイオン、リチウムイオン、アンモニウムイオン、第四級アンモニウムカチオン又は第四級ホスホニウムカチオンを表す。ここで、xを水溶性ポリマーに含まれる繰り返し構造単位(A)の数、yを水溶性ポリマーに含まれる繰り返し構造単位(B)の数とするとき、70.00≦100x/(x+y)≦99.95、0.05≦100y/(x+y)≦30.00。〕
さらに本発明は、上記水溶性ポリマーに含まれる繰り返し構造単位(A)及び(B)に加え、下記繰り返し構造単位(C)を含む、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩に係る。
[In the repeating structural units (A) and (B), M represents a proton, sodium ion, potassium ion, lithium ion, ammonium ion, quaternary ammonium cation or quaternary phosphonium cation. Here, when x is the number of repeating structural units (A) contained in the water-soluble polymer and y is the number of repeating structural units (B) contained in the water-soluble polymer, 70.00 ≦ 100x / (x + y) ≦ 99.95, 0.05 ≦ 100y / (x + y) ≦ 30.00. ]
Furthermore, the present invention relates to an ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof containing the following repeating structural unit (C) in addition to the repeating structural units (A) and (B) contained in the water-soluble polymer.
〔繰り返し構造単位(C)中、Qはラジカル重合性モノマー残基を表す。〕 [Q in the repeating structural unit (C) represents a radical polymerizable monomer residue. ]
また本発明は、次の(D)及び(E)を含むモノマー混合物を、ラジカル重合の開始剤を加えて水中又は水性溶媒中でラジカル重合する際に、重合溶液における当該モノマー混合物濃度60重量%以下でラジカル重合する、上記した水溶性の超高分子量PSSの製造方法に係る。 In addition, the present invention provides a monomer mixture containing the following (D) and (E) when radical polymerization is carried out in water or an aqueous solvent by adding a radical polymerization initiator, and the monomer mixture concentration in the polymerization solution is 60% by weight. The present invention relates to a method for producing the above-described water-soluble ultra-high molecular weight PSS that undergoes radical polymerization below.
(D)スチレンスルホン酸又はその塩
(E)ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩
但し、(D)は99.95〜90.00モル%、及び(E)は0.05〜10.00モル%である。
(D) Styrenesulfonic acid or salt thereof (E) Divinylbenzenesulfonic acid or salt thereof However, (D) is 99.95-90.00 mol%, and (E) is 0.05-10.00 mol%. is there.
さらに本発明は、上記水溶性の超高分子量PSSの製造方法に係るモノマー混合物において、(D)及び(E)に加え、下記ラジカル重合性モノマーを含む、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩の製造方法に係る。
(F)(D)及び(E)とは異なる共重合可能なラジカル重合性モノマー
Furthermore, the present invention provides a monomer mixture according to the method for producing the water-soluble ultrahigh molecular weight PSS, wherein (D) and (E), in addition to the following radical polymerizable monomer, an ultrahigh molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof: Related to manufacturing method.
(F) A radically polymerizable monomer that is copolymerizable different from (D) and (E)
また本発明は上記した超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩を含む、増粘剤又は分散剤に係る。 The present invention also relates to a thickener or dispersant containing the ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or salt thereof.
本発明の超高分子量PSSの増粘剤としての利用方法は特に限定するものではないが、例えば、上記した石油採掘用の水性流体に用いる場合、水性流体が所望の粘度になるよう超高分子量PSSの添加量を調整すれば良い。この際、より粘度を高めたり、粘性を調整する目的で、一般的な超高分子量の水溶性ポリマー、会合型ポリマー、カチオン性界面活性剤、ノニオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、又は両性界面活性剤を添加しても良い。 The method of using the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention as a thickener is not particularly limited. For example, when used in the above-described aqueous fluid for oil mining, the ultrahigh molecular weight PSS is adjusted so that the aqueous fluid has a desired viscosity. What is necessary is just to adjust the addition amount of PSS. At this time, for the purpose of increasing the viscosity or adjusting the viscosity, a general ultra-high molecular weight water-soluble polymer, associative polymer, cationic surfactant, nonionic surfactant, anionic surfactant, or amphoteric interface An activator may be added.
また、無機顔料の分散や乳化重合、分散重合の分散剤に用いる場合、分散液や乳化液が所望の粘度になるよう超高分子量PSSの添加量を調整すれば良い。この際、分散性を補助するため、一般的な分散剤を添加しても良く、消泡剤や発泡抑制剤などを添加しても良い。 In addition, when used as a dispersant for inorganic pigment dispersion, emulsion polymerization, or dispersion polymerization, the amount of ultrahigh molecular weight PSS added may be adjusted so that the dispersion or emulsion has a desired viscosity. At this time, in order to assist dispersibility, a general dispersant may be added, or an antifoaming agent, a foaming inhibitor, or the like may be added.
本発明の超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩は、従来にはない高い分子量又は溶液粘度を有する水溶性ポリマーであり、残存するスチレンスルホン酸モノマー量も大きく減少させることができるため、高度な耐久性や低環境負荷が要求される石油採掘などの分野における増粘剤、分散及び乳化重合における分散剤として産業上極めて有用である。 The ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof of the present invention is a water-soluble polymer having a high molecular weight or solution viscosity that has not been conventionally used, and the amount of residual styrene sulfonic acid monomer can be greatly reduced. It is extremely useful industrially as a thickener in fields such as petroleum mining, which require high performance and low environmental impact, and as a dispersant in dispersion and emulsion polymerization.
本発明は、特定の繰り返し構造を有する水溶性ポリマーであって、その水溶性ポリマーがゲル浸透クロマトグラフィーにより求められる重量平均分子量が90万ダルトン(Da)を超える、及び/又は、5重量%水溶液(30℃)として測定される粘度が100mP・sを超える水溶性の超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩、ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩をコモノマーとして利用したその製造方法、及びその増粘剤もしくは分散剤などの用途に関する。なお、水溶性ポリマーの粘度は、本発明において、原則としてブルックフィールド型回転粘度計により測定されるものをいう。 The present invention relates to a water-soluble polymer having a specific repeating structure, and the water-soluble polymer has a weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography of more than 900,000 daltons (Da) and / or a 5% by weight aqueous solution. (30 ° C.) water-soluble ultra-high molecular weight polystyrene sulfonic acid or a salt thereof, divinylbenzene sulfonic acid or a salt thereof as a comonomer, and a thickener or It relates to uses such as dispersants. In the present invention, the viscosity of the water-soluble polymer means that measured by a Brookfield rotary viscometer in principle.
本発明は、(高分子量化するため)重合開始剤を減量してスチレンスルホン酸又はその塩(以下、スチレンスルホン酸又はその塩を「SS」と言うことがある)を水中又は水性溶媒中でラジカル重合する際に、少量のジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩(以下、ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩を「DVBS」と言うことがある)を添加し、ラジカル共重合するところにも特徴がある。 In the present invention, the polymerization initiator is reduced in weight (in order to increase the molecular weight) and styrene sulfonic acid or a salt thereof (hereinafter, styrene sulfonic acid or a salt thereof may be referred to as “SS”) in water or an aqueous solvent. It is also characterized by radical copolymerization by adding a small amount of divinylbenzenesulfonic acid or a salt thereof (hereinafter, divinylbenzenesulfonic acid or a salt thereof may be referred to as “DVBS”) during radical polymerization.
本発明の超高分子量PSSの製造方法の一実施態様として、一般的な溶液ラジカル重合による方法が挙げられる。例えば、反応容器に重合溶媒、スチレンスルホン酸又はその塩とジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩、及びラジカル共重合可能な他のモノマーを仕込み、必要に応じて分子量調節剤を加え、系内を脱酸素した後、所定温度に加熱し、ラジカル重合開始剤を添加しながら重合すれば良い。この際、急激な重合を避けるため、最初に全てのモノマーを反応容器に仕込むのではなく、各々のモノマーを重合開始剤と共に、反応容器に少量ずつ連続添加しても良い。 One embodiment of the method for producing the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention includes a general solution radical polymerization method. For example, a polymerization vessel, styrene sulfonic acid or a salt thereof and divinylbenzene sulfonic acid or a salt thereof, and other monomers capable of radical copolymerization are charged into a reaction vessel, and a molecular weight regulator is added as necessary to deoxidize the system. Then, the polymerization may be performed while heating to a predetermined temperature and adding a radical polymerization initiator. At this time, in order to avoid rapid polymerization, not all monomers are initially charged in the reaction vessel, but each monomer may be continuously added to the reaction vessel together with the polymerization initiator.
反応溶媒は特に限定するものではないが、上記モノマー混合物の溶解性、重合反応性、及び増粘剤としての利用を考慮すると、誘電率が高い水が好ましいが、例えば、PSSの界面活性や粘度特性などを調整する目的で、水溶性が乏しいコモノマーを共重合する場合には、水溶性の有機溶剤を併用しても良い。 The reaction solvent is not particularly limited, but water having a high dielectric constant is preferable in consideration of solubility of the monomer mixture, polymerization reactivity, and utilization as a thickener. For example, the surface activity and viscosity of PSS are preferred. For the purpose of adjusting characteristics and the like, when a comonomer having poor water solubility is copolymerized, a water-soluble organic solvent may be used in combination.
水溶性の有機溶剤、すなわち水性溶媒としては、上記したモノマー混合物がラジカル共重合できる組成であれば特に制限はないが、例えば、アセトン、テトラヒドロフラン、ジオキサン、メタノール、エタノール、n-プロパノール、イソプロパノール、メトキシエタノール、2−エトキシエタノール、2−ブトキシエタノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン等があげられる。 The water-soluble organic solvent, that is, the aqueous solvent is not particularly limited as long as the above monomer mixture can be radically copolymerized. For example, acetone, tetrahydrofuran, dioxane, methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, methoxy Examples include ethanol, 2-ethoxyethanol, 2-butoxyethanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone and the like.
これらの内でも好ましくは、アセトン、エタノール、イソプロパノール、n−プロパノール、n−ブタノール、sec−ブタノール、t−ブタノール、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、ジオキサン、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、およびジメチルホルムアミドである。 Among these, acetone, ethanol, isopropanol, n-propanol, n-butanol, sec-butanol, t-butanol, tetrahydrofuran, acetonitrile, dioxane, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, and dimethylformamide are preferable.
これらの溶媒は2種以上を組合せてもよく、さらに水との混合溶媒としてもよい。 These solvents may be used in combination of two or more, and may be a mixed solvent with water.
重合反応溶媒の使用量は、全モノマー量100重量部に対し、通常、50重量部〜2,000重量部である。重合反応溶媒の量が少ない、即ち、モノマー濃度が高い程、生成するPSSの分子量は増大するため、高いモノマー濃度で重合する場合には、PSSが三次元架橋などによりポリマーが硬化しないよう、DVBSと重合開始剤の添加量を適宜調整すれば良い。重合溶液の硬化リスクを避けるため、重合反応溶媒は66重量部以上(従って、重合溶液中のモノマー濃度60重量%以下)とすることが好ましい。 The amount of the polymerization reaction solvent used is usually 50 parts by weight to 2,000 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the total amount of monomers. The smaller the amount of the polymerization reaction solvent, that is, the higher the monomer concentration, the higher the molecular weight of the produced PSS. Therefore, when polymerizing at a high monomer concentration, DVBS prevents the polymer from curing due to three-dimensional crosslinking. And the addition amount of the polymerization initiator may be appropriately adjusted. In order to avoid the risk of curing the polymerization solution, the polymerization reaction solvent is preferably 66 parts by weight or more (thus, the monomer concentration in the polymerization solution is 60% by weight or less).
本発明の超高分子量PSSの分子量について、その水溶性ポリマーがゲル浸透クロマトグラフィーにより求められる重量平均分子量が90万ダルトン(Da)を超える、及び/又は、5重量%水溶液(30℃)として測定される粘度が100mPa・sを超えるものであれば特に制限はない。上記したように、本発明において水溶性ポリマーの粘度は、原則としてブルックフィールド型回転粘度計により測定されるものをいう。 Regarding the molecular weight of the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention, the water-soluble polymer has a weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography exceeding 900,000 daltons (Da) and / or measured as a 5 wt% aqueous solution (30 ° C.). The viscosity is not particularly limited as long as the viscosity exceeds 100 mPa · s. As described above, in the present invention, the viscosity of the water-soluble polymer is in principle measured by a Brookfield rotational viscometer.
なお、本発明の超高分子量PSSにおいては、繰り返し構造単位(A)および(B)は、種々の配列となりうる。例えば(A)および(B)の2つの繰り返し構造単位の場合を例とすると、「(A)(B)」の繰り返し、「(A)(A)(A)(B)(B)(B)」のようなある程度の同じ構造単位のまとまりの繰り返しや、さらには(A)および(B)がランダムに配列するなど、種々のパターンとなりうる。さらに(A)および(B)とは異なる構造の(C)が加わった場合も同様である。 In the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention, the repeating structural units (A) and (B) can have various arrangements. For example, in the case of two repeating structural units (A) and (B), the repetition of “(A) (B)”, “(A) (A) (A) (B) (B) (B ) "To a certain extent, and (A) and (B) may be randomly arranged. The same applies when (C) having a different structure from (A) and (B) is added.
本発明の超高分子量PSSの重量平均分子量が90万ダルトン(Da)以下であって、かつ5重量%水溶液として測定される粘度が100mP・a以下では、十分な増粘効果は期待できない。 When the weight average molecular weight of the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention is 900,000 daltons (Da) or less and the viscosity measured as a 5% by weight aqueous solution is 100 mP · a or less, a sufficient thickening effect cannot be expected.
また、超高分子量PSSに含まれる未反応のスチレンスルホン酸又はその塩の量は、環境負荷の観点、あるいは、分散及び乳化重合における分散剤としての利用の観点から、可能な限り少ない方が良いが、生産性の観点から、超高分子量PSS中2.0重量%以下(例えば、5重量%水溶液換算では0.1重量%以下)が好ましい。ここで言う5重量%水溶液とは、未反応モノマーを除くポリマー濃度を意味する。 In addition, the amount of unreacted styrene sulfonic acid or a salt thereof contained in the ultrahigh molecular weight PSS is preferably as small as possible from the viewpoint of environmental impact or from the viewpoint of use as a dispersant in dispersion and emulsion polymerization. However, from the viewpoint of productivity, it is preferably 2.0% by weight or less (for example, 0.1% by weight or less in terms of 5% by weight aqueous solution) in the ultrahigh molecular weight PSS. The 5% by weight aqueous solution mentioned here means the polymer concentration excluding unreacted monomers.
本発明の超高分子量PSSの製造に用いるスチレンスルホン酸は、全ての異性体又はそれらの混合物が使用できるが、それらの内でもp−スチレンスルホン酸が好ましく、さらに一般に頒布されているナトリウム塩、リチウム塩、アンモニウム塩の他、第四級アンモニウム塩、アミン塩、第四級ホスホニウム塩など、用途に応じて使用することができる。 As the styrene sulfonic acid used for the production of the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention, all isomers or a mixture thereof can be used. Among them, p-styrene sulfonic acid is preferable, and a sodium salt which is generally distributed, In addition to lithium salts and ammonium salts, quaternary ammonium salts, amine salts, quaternary phosphonium salts, and the like can be used depending on the application.
本発明の超高分子量PSSの製造に用いるジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩は、ベンゼン環にラジカル重合性のビニル基を二つ以上、スルホン酸基を一つ以上有するものであれば、全ての異性体又はそれらの混合物が使用でき、それらの内でも一般に頒布されているナトリウム塩の他、リチウム塩、アンモニウム塩の他、第四級アンモニウム塩、アミン塩、第四級ホスホニウム塩など、用途に応じて使用することができる。 The divinylbenzene sulfonic acid or salt thereof used in the production of the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention has all isomers as long as it has two or more radical polymerizable vinyl groups and one or more sulfonic acid groups in the benzene ring. Or a mixture of them, in addition to sodium salts generally distributed, lithium salts, ammonium salts, quaternary ammonium salts, amine salts, quaternary phosphonium salts, etc. Can be used.
ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩の使用量は、全モノマー中0.05モル%〜10.00モル%とすることが好ましい。0.05モル%未満ではPSSの高分子量化が不十分となることがあり、10.00モル%を超えると、上記特許文献(例えば、国際公開2015/125597号の段落0162)に、「本発明の高分子硬化物であるイオン交換膜を構成する一般式(I−1)で表される構造単位を有する高分子の質量平均分子量は、三次元架橋が形成されているため数十万以上であり、実質的に測定できない。一般的には無限大とみなされる。」と記載されているように、PSSの三次元架橋化が進行し、水溶液としての使用、即ち、増粘剤としての利用が困難となることがある。DVBSの共重合量を増やす場合、PSSが三次元架橋することで硬化することがないように、重合反応溶媒や重合開始剤を増量したり、分子量調節剤を添加すれば良い。 The amount of divinylbenzenesulfonic acid or a salt thereof used is preferably 0.05 mol% to 10.00 mol% in all monomers. If it is less than 0.05 mol%, the high molecular weight of PSS may be insufficient, and if it exceeds 10.00 mol%, the above-mentioned patent document (for example, paragraph 0162 of International Publication No. 2015/125597) states “ The mass average molecular weight of the polymer having the structural unit represented by the general formula (I-1) constituting the ion exchange membrane that is the polymer cured product of the invention is several hundred thousand or more because three-dimensional crosslinking is formed. As it is described, “It is generally regarded as infinite.”, The three-dimensional cross-linking of PSS proceeds, so that it is used as an aqueous solution, that is, as a thickener. Use may be difficult. When increasing the copolymerization amount of DVBS, the polymerization reaction solvent and the polymerization initiator may be increased or a molecular weight regulator may be added so that the PSS is not cured by three-dimensional crosslinking.
スチレンスルホン酸又はその塩、及びジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩以外のモノマーとしては、これらとラジカル共重合できるものであれば特に制限はない。例えば、スチレン、クロロスチレン、p−アミノスチレン、ジクロロスチレン、ブロモフロロスチレン、トリフロロスチレン、ニトロスチレン、シアノスチレン、α−メチルスチレン、p−クロロメチルスチレン、p−シアノスチレン、p−アセトキシスチレン、p−t-ブトキシスチレン、p−塩化p−スチレンスルホニル、エチルp−スチレンスルホニル、メチルp−スチレンスルホニル、プロピルp−スチレンスルホニル、4−ビニル安息香酸、p-トリメトキシシリルスチレン、3−イソプロペニル−α,α’−ジメチルベンジルイソシアネート、ビニルベンジルトリメチルアンモニウムクロライドなどのスチレン類、イソブチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、2−フェニルビニルアルキルエーテル、ニトロフェニルビニルエーテル、シアノフェニルビニルエーテル、クロロフェニルビニルエーテル、クロロエチルビニルエーテルなどのビニルエーテル類、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸ペンチル、アクリル酸ヘキシル、アクリル酸デシル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸オクチル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸ステアリル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸ボルニル、アクリル酸2−エトキシエチル、アクリル酸2−ブトキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸テトラヒドロフルフリル、アクリル酸メトキシエチレングリコール、アクリル酸エチルカルビトール、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アクリル酸4−ヒドロキシブチル、アクリル酸3−(トリメトキシシリル)プロピル、ポリエチレングリコールアクリレート、アクリル酸グリシジル、2−(アクリロイルオキシ)エチルフォスフェート、アクリル酸2,2,3,3−テトラフロロプロピル、アクリル酸2,2,2−トリフロロエチル、アクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフロロプロピル、アクリル酸2,2,3,4,4,4−ヘキサフロロブチルなどのアクリル酸エステル類、メタクリル酸メチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸sec−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ボルニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸グリシジル、ポリエチレングリコールメタクリレート、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル、メタクリル酸メトキシエチレングリコール、メタクリル酸エチルカルビトール、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸4−ヒドロキシブチル、2−(メタクリロイルオキシ)エチルフォスフェート、メタクリル酸2−(ジメチルアミノ)エチル、メタクリル酸2−(ジエチルアミノ)エチル、メタクリル酸3−(ジメチルアミノ)プロピル、メタクリル酸2−(イソシアナート)エチル、メタクリル酸2,4,6−トリブロモフェニル、メタクリル酸2,2,3,3−テトラフロロプロピル、メタクリル酸2,2,2−トリフロロエチル、メタクリル酸2,2,3,3,3−ペンタフロロプロピル、メタクリル酸2,2,3,4,4,4−ヘキサフロロブチル、ジアセトンメタクリレートなどのメタクリル酸エステル類、イソプレンスルホン酸、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、2−クロロ−1,3−ブタジエン、2,3−ジクロロ−1,3−ブタジエン、2−シアノ−1,3−ブタジエン、1−クロロ−1,3−ブタジエン、2−(N−ピペリジルメチル)−1,3−ブタジエン、2−トリエトキシメチル−1,3−ブタジエン、2−(N,N−ジメチルアミノ)−1,3−ブタジエン、N−(2−メチレン−3−ブテノイル)モルホリン、2−メチレン−3−ブテニルホスホン酸ジエチルなどの1,3−ブタジエン類、N−フェニルマレイミド、N-(クロロフェニル)マレイミド、N-(メチルフェニル)マレイミド、N-(イソプロピルフェニル)マレイミド、N-(スルフォフェニル)マレイミド、N−メチルフェニルマレイミド、N−ブロモフェニルマレイミド、N−ナフチルマレイミド、N−ヒドロキシフェニルマレイミド、N−メトキシフェニルマレイミド、N−カルボキシフェニルマレイミド、N−(ニトロフェニル)マレイミド、N−ベンジルマレイミド、N−(4−アセトキシ−1−ナフチル)マレイミド、N−(4−オキシ−1−ナフチル)マレイミド、N−(3−フルオランチル)マレイミド、N−(5−フルオレセイニル)マレイミド、N−(1−ピレニル)マレイミド、N−(2,3−キシリル)マレイミド、N−(2,4−キシリル)マレイミド、N−(2,6−キシリル)マレイミド、N−(アミノフェニル)マレイミド、N−(トリブロモフェニル)マレイミド、N−[4−(2−ベンゾイミダゾリル)フェニル]マレイミド、N−(3,5−ジニトロフェニル)マレイミド、N−(9−アクリジニル)マレイミド、マレイミド、N-(スルフォフェニル)マレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−メトキシフェニルマレイミドなどのマレイミド類、フマル酸ジブチル、フマル酸ジプロピル、フマル酸ジエチル、フマル酸ジシクロヘキシル、フマル酸ビス2−エチルヘキシル、フマル酸ドデシルなどのフマル酸ジエステル類、フマル酸ブチル、フマル酸プロピル、フマル酸エチルなどのフマル酸モノエステル類、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジプロピル、マレイン酸ジエチルなどのマレイン酸ジエステル類、マレイン酸ブチル、マレイン酸プロピル、マレイン酸エチル、マレイン酸ジシクロヘキシルなどのマレイン酸モノエステル類、無水マレイン酸、無水シトラコン酸などの酸無水物、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、2−ヒドロキシエチルアクリルアミド、N,N−ジエチルアクリルアミド、アクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド、イソプロピルアクリルアミド、N−メチロールアクリルミド、スルフォフェニルアクリルアミド、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミド−1−メチルスルホン酸、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドアルキルトリアルキルアンモニウムクロライドなどのアクリルアミド類、メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、2−ヒドロキシエチルメタクリルアミド、N,N−ジエチルメタクリルアミド、N,N−ジメチルメタクリルアミド、N−メチロールメタクリルアミド、メタクリロイルモルホリン、N,N−ジメチルアミノプロピルメタクリルアミド、イソプロピルメタクリルアミド、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、メタクリルアミドアルキルトリアルキルアンモニウムクロライドなどのメタクリルアミド類などが挙げられる。 The monomer other than styrene sulfonic acid or a salt thereof and divinylbenzene sulfonic acid or a salt thereof is not particularly limited as long as it can be radically copolymerized with these monomers. For example, styrene, chlorostyrene, p-aminostyrene, dichlorostyrene, bromofluorostyrene, trifluorostyrene, nitrostyrene, cyanostyrene, α-methylstyrene, p-chloromethylstyrene, p-cyanostyrene, p-acetoxystyrene, p-t-butoxystyrene, p-p-styrenesulfonyl chloride, ethyl p-styrenesulfonyl, methyl p-styrenesulfonyl, propyl p-styrenesulfonyl, 4-vinylbenzoic acid, p-trimethoxysilylstyrene, 3-isopropenyl -Styrenes such as α, α'-dimethylbenzyl isocyanate and vinylbenzyltrimethylammonium chloride, isobutyl vinyl ether, ethyl vinyl ether, 2-phenyl vinyl alkyl ether, nitrophenyl vinyl ester Ter, cyanophenyl vinyl ether, chlorophenyl vinyl ether, vinyl ethers such as chloroethyl vinyl ether, methyl acrylate, ethyl acrylate, propyl acrylate, butyl acrylate, pentyl acrylate, hexyl acrylate, decyl acrylate, lauryl acrylate, acrylic Octyl acid, dodecyl acrylate, stearyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, cyclohexyl acrylate, bornyl acrylate, 2-ethoxyethyl acrylate, 2-butoxyethyl acrylate, 2-hydroxyethyl acrylate, tetrahydrofurate acrylate Furyl, methoxyethylene glycol acrylate, ethyl carbitol acrylate, 2-hydroxypropyl acrylate, 4-hydroxybutyl acrylate, 3- (trimethoxysilyl) propyl acrylate, polyethylene glycol acrylate, glycidyl acrylate, 2- (acryloyloxy) ethyl phosphate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl acrylate, 2,2,2 acrylate -Acrylic esters such as trifluoroethyl, 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl acrylate, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl acrylate, methyl methacrylate, methacryl T-butyl acid, sec-butyl methacrylate, i-butyl methacrylate, i-propyl methacrylate, decyl methacrylate, lauryl methacrylate, octyl methacrylate, dodecyl methacrylate, stearyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, bornyl methacrylate , Methacrylic acid , Phenyl methacrylate, glycidyl methacrylate, polyethylene glycol methacrylate, 2-hydroxyethyl methacrylate, tetrahydrofurfuryl methacrylate, methoxyethylene glycol methacrylate, ethyl carbitol methacrylate, 2-hydroxypropyl methacrylate, 4-methacrylic acid 4- Hydroxybutyl, 2- (methacryloyloxy) ethyl phosphate, 2- (dimethylamino) ethyl methacrylate, 2- (diethylamino) ethyl methacrylate, 3- (dimethylamino) propyl methacrylate, 2- (isocyanate) methacrylate Ethyl, 2,4,6-tribromophenyl methacrylate, 2,2,3,3-tetrafluoropropyl methacrylate, 2,2,2-trifluoroethyl methacrylate, meta Methacrylic acid esters such as 2,2,3,3,3-pentafluoropropyl silylate, 2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate, diacetone methacrylate, isoprene sulfonic acid, 1, 3-butadiene, 2-methyl-1,3-butadiene, 2-chloro-1,3-butadiene, 2,3-dichloro-1,3-butadiene, 2-cyano-1,3-butadiene, 1-chloro- 1,3-butadiene, 2- (N-piperidylmethyl) -1,3-butadiene, 2-triethoxymethyl-1,3-butadiene, 2- (N, N-dimethylamino) -1,3-butadiene, 1,3-butadienes such as N- (2-methylene-3-butenoyl) morpholine, diethyl 2-methylene-3-butenylphosphonate, N-phenylmaleimide, N- (chloro Phenyl) maleimide, N- (methylphenyl) maleimide, N- (isopropylphenyl) maleimide, N- (sulfophenyl) maleimide, N-methylphenylmaleimide, N-bromophenylmaleimide, N-naphthylmaleimide, N-hydroxyphenyl Maleimide, N-methoxyphenylmaleimide, N-carboxyphenylmaleimide, N- (nitrophenyl) maleimide, N-benzylmaleimide, N- (4-acetoxy-1-naphthyl) maleimide, N- (4-oxy-1-naphthyl) ) Maleimide, N- (3-fluoranthyl) maleimide, N- (5-fluoresceinyl) maleimide, N- (1-pyrenyl) maleimide, N- (2,3-xylyl) maleimide, N- (2,4-xylyl) Maleimide, N- (2,6-xylyl) Reimide, N- (aminophenyl) maleimide, N- (tribromophenyl) maleimide, N- [4- (2-benzimidazolyl) phenyl] maleimide, N- (3,5-dinitrophenyl) maleimide, N- (9- Acridinyl) maleimide, maleimide, N- (sulfophenyl) maleimide, N-cyclohexylmaleimide, N-methylmaleimide, N-ethylmaleimide, N-methoxyphenylmaleimide and other maleimides, dibutyl fumarate, dipropyl fumarate, fumaric acid Diesters such as diethyl, dicyclohexyl fumarate, bis-2-ethylhexyl fumarate, dodecyl fumarate, fumaric acid monoesters such as butyl fumarate, propyl fumarate, ethyl fumarate, dibutyl maleate, dipropiyl maleate Maleic acid diesters such as diethyl maleate, maleic acid monoesters such as butyl maleate, propyl maleate, ethyl maleate and dicyclohexyl maleate, acid anhydrides such as maleic anhydride and citraconic anhydride, acrylamide, N -Methylacrylamide, N-ethylacrylamide, 2-hydroxyethylacrylamide, N, N-diethylacrylamide, acryloylmorpholine, N, N-dimethylaminopropylacrylamide, isopropylacrylamide, N-methylolacrylimide, sulfophenylacrylamide, 2- Acrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, 2-acrylamido-1-methylsulfonic acid, diacetone acrylamide, acrylamide alkyltrialkylammo Acrylamides such as umchloride, methacrylamide, N-methylmethacrylamide, N-ethylmethacrylamide, 2-hydroxyethylmethacrylamide, N, N-diethylmethacrylamide, N, N-dimethylmethacrylamide, N-methylolmethacrylamide And methacrylamide such as methacryloylmorpholine, N, N-dimethylaminopropylmethacrylamide, isopropylmethacrylamide, 2-methacrylamide-2-methylpropanesulfonic acid, methacrylamide alkyltrialkylammonium chloride, and the like.
その他にも、ビニルピロリドン、スルフォフェニルイタコンイミド、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、フマロニトリル、α−シアノエチルアクリレート、シトラコン酸、無水シトラコン酸、ビニル酢酸、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサミック酸ビニル、クロトン酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸、モノ2−(メタクリロイルオキシ)エチルフタレート、モノ2−(メタクリロイルオキシ)エチルサクシネート、モノ2−(アクリロイルオキシ)エチルサクシネート、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルジメトキシシラン、アクロレイン、ビニルメチルケトン、N−ビニルアセトアミド、N−ビニルホルムアミド、ビニルエチルケトン、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、デヒドロアラニン、二酸化イオウ、塩化ビニル、イソブテン、N−ビニルカルバゾール、ビニリデンジシアニド、パラキノジメタン、クロロトリフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン、ノルボルネン、N−ビニルカルバゾール、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられる。 In addition, vinylpyrrolidone, sulfophenylitaconimide, acrylonitrile, methacrylonitrile, fumaronitrile, α-cyanoethyl acrylate, citraconic acid, citraconic anhydride, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl pivalate, vinyl versatic acid, crotonic acid , Itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, mono 2- (methacryloyloxy) ethyl phthalate, mono 2- (methacryloyloxy) ethyl succinate, mono 2- (acryloyloxy) ethyl succinate, methacryloxypropyltrimethoxysilane, methacrylic acid Roxypropyldimethoxysilane, acrolein, vinyl methyl ketone, N-vinylacetamide, N-vinylformamide, vinyl ethyl ketone, vinyl sulfonic acid, allyl sulfonic acid Dehydroalanine, sulfur dioxide, vinyl chloride, isobutene, N- vinylcarbazole, vinylidene di-cyanide, Parakinojimetan, chlorotrifluoroethylene, tetrafluoroethylene, norbornene, N- vinylcarbazole, acrylic acid, and methacrylic acid.
これらの中で、スチレンスルホン酸又はその塩との共重合性や超高分子量PSSの耐熱性や化学的安定性などを考慮すると、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、N−ビニルピロリドンや、これらの2種以上の組合せが好ましい。
以上に挙げたモノマーが本発明の超高分子量PSSとして製造されると、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、N−ビニルピロリドンの場合には、アクリル酸残基、メタクリル酸残基、マレイン酸残基及びN−ビニルピロリドン残基からなる群より選ばれる1種又は2種以上の組合せとなるラジカル重合性モノマー残基となる。
Of these, acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, N-vinyl pyrrolidone, and the like, in view of copolymerization with styrene sulfonic acid or a salt thereof, heat resistance and chemical stability of ultra-high molecular weight PSS, etc. A combination of two or more of these is preferred.
When the above-mentioned monomers are produced as the ultrahigh molecular weight PSS of the present invention, for example, in the case of acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid, N-vinylpyrrolidone, acrylic acid residue, methacrylic acid residue, malein It becomes a radically polymerizable monomer residue that is one or a combination of two or more selected from the group consisting of acid residues and N-vinylpyrrolidone residues.
上記したスチレンスルホン酸又はその塩、及びジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩以外の他のモノマーの使用割合は、全モノマー中で29.95モル%以下が好ましく、さらに、0.0モル%〜29.95モル%である。29.95モル%を超えると、ポリマーに界面活性あるいは疑塑性やダイラタンシーなどの粘度特性を付与することができるが、本発明の主用途である増粘剤もしくは分散剤に使用する場合、耐熱性や化学的安定性が低下することがある。 The use ratio of the above-described styrene sulfonic acid or a salt thereof and other monomers other than divinylbenzene sulfonic acid or a salt thereof is preferably 29.95 mol% or less in all monomers, and more preferably 0.0 mol% to 29. 95 mol%. If it exceeds 29.95 mol%, the polymer can be imparted with surface-active properties or viscosity properties such as pseudoplasticity and dilatancy, but when used in a thickener or dispersant as the main application of the present invention, it has heat resistance. And chemical stability may be reduced.
本発明の目的は超高分子量PSSの製造方法の提供であることから、分子量調節剤は必ずしも使用する必要はないが、分子量分布や分岐点の分布を調整し、三次元架橋を抑制するために使用しても良い。
分子量調節剤としては、例えば、ジイソプロピルキサントゲンジスルフィド、ジエチルキサントゲンジスルフィド、ジエチルチウラムジスルフィド、2,2’−ジチオジプロピオン酸、3,3’−ジチオジプロピオン酸、4,4’−ジチオジブタン酸、2,2’−ジチオビス安息香酸などのジスルフィド類、n−ドデシルメルカプタン、オクチルメルカプタン、t−ブチルメルカプタン、チオグリコール酸、チオリンゴ酸、2−メルカプトプロピオン酸、3−メルカプトプロピオン酸、チオサリチル酸、3−メルカプト安息香酸、4−メルカプト安息香酸、チオマロン酸、ジチオコハク酸、チオマレイン酸、チオマレイン酸無水物、ジチオマレイン酸、チオグルタール酸、システイン、ホモシステイン、5−メルカプトテトラゾール酢酸、3−メルカプト−1−プロパンスルホン酸、メタリルスルホ酸、3−メルカプトプロパン−1,2−ジオール、メルカプトエタノール、1,2−ジメチルメルカプトエタン、2−メルカプトエチルアミン塩酸塩、6−メルカプト−1−ヘキサノール、2−メルカプト−1−イミダゾール、3−メルカプト−1,2,4−トリアゾール、システイン、N−アシルシステイン、グルタチオン、N−ブチルアミノエタンチオール、N,N−ジエチルアミノエタンチオールなどのメルカプタン類、ヨードホルムなどのハロゲン化炭化水素、ジフェニルエチレン、p−クロロジフェニルエチレン、p−シアノジフェニルエチレン、α−メチルスチレンダイマー、ベンジルジチオベンゾエート、2−シアノプロプ−2−イルジチオベンゾエート、有機テルル化合物、イオウ、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸カリウム、重亜硫酸ナトリウム、重亜硫酸カリウム、ピロ亜硫酸ナトリウム、ピロ亜硫酸カリウム等が挙げられる。
Since the object of the present invention is to provide a method for producing ultra-high molecular weight PSS, it is not always necessary to use a molecular weight regulator. However, in order to adjust the molecular weight distribution and the distribution of branch points to suppress three-dimensional crosslinking. May be used.
Examples of the molecular weight regulator include diisopropyl xanthogen disulfide, diethyl xanthogen disulfide, diethyl thiuram disulfide, 2,2′-dithiodipropionic acid, 3,3′-dithiodipropionic acid, 4,4′-dithiodibutanoic acid, 2, Disulfides such as 2'-dithiobisbenzoic acid, n-dodecyl mercaptan, octyl mercaptan, t-butyl mercaptan, thioglycolic acid, thiomalic acid, 2-mercaptopropionic acid, 3-mercaptopropionic acid, thiosalicylic acid, 3-mercaptobenzoic acid Acid, 4-mercaptobenzoic acid, thiomalonic acid, dithiosuccinic acid, thiomaleic acid, thiomaleic anhydride, dithiomaleic acid, thioglutaric acid, cysteine, homocysteine, 5-mercaptotetrazole acetic acid, 3-mer Capto-1-propanesulfonic acid, methallylsulfonic acid, 3-mercaptopropane-1,2-diol, mercaptoethanol, 1,2-dimethylmercaptoethane, 2-mercaptoethylamine hydrochloride, 6-mercapto-1-hexanol, 2- Mercaptans such as mercapto-1-imidazole, 3-mercapto-1,2,4-triazole, cysteine, N-acylcysteine, glutathione, N-butylaminoethanethiol, N, N-diethylaminoethanethiol, and halogens such as iodoform Hydrocarbon, diphenylethylene, p-chlorodiphenylethylene, p-cyanodiphenylethylene, α-methylstyrene dimer, benzyldithiobenzoate, 2-cyanoprop-2-yldithiobenzoate, organic tellurium compound Sulfur, sodium sulfite, potassium sulfite, sodium bisulfite, potassium bisulfite, sodium metabisulfite, potassium metabisulfite and the like.
分子量調節剤の使用量としては、超高分子量PSSの製造に用いられるモノマー全量100重量部に対し、通常、10重量部以下である。 The amount of the molecular weight regulator used is usually 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the total amount of monomers used for the production of the ultrahigh molecular weight PSS.
上記ラジカル重合開始剤としては、例えば、ジ−t−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、t−ブチルクミルパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、ジラウリルパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−シクロヘキサン、シクロヘキサノンパーオキサイド、t−ブチルパーオキシベンゾエート、t−ブチルパーオキシイソブチレート、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、クミルパーオキシオクトエート、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などのパーオキサイド系化合物、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオニトリル)、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、1,1’−アゾビス(シクロヘキサン−1−カルボニトリル)、1−[(1−シアノ−1−メチルエチル)アゾ]ホルムアミド、ジメチル2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオネート)、4,4’−アゾビス(4−シアノバレリックアシッド)、2,2’−アゾビス(2,4,4−トリメチルペンタン)、2,2’−アゾビス{2−メチル−N−[1,1’−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチル]プロピオンアミド}、2,2’−アゾビス{2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス{2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]ジサルフェートジハイドレート、2,2’−アゾビス{2−[1−(2−ヒドロキシエチル)−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]}ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス(1−イミノ−1−ピロリジノ−2−メチルプロパン)ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス(2−メチルプロピオンアミジン)ジハイドロクロライド、2,2’−アゾビス[N−(2−カルボキシエチル)−2−メチルプロピオンアミジン]テトラハイドレート、1,1’−アゾビス(1−アセトキシ−1−フェニルメタン)、4,4’−ジアゼンジイルビス(4−シアノペンタン酸)・α−ヒドロ−ω−ヒドロキシポリ(オキシエチレン)重縮合物などのアゾ化合物等があげられる。 Examples of the radical polymerization initiator include di-t-butyl peroxide, dicumyl peroxide, t-butyl cumyl peroxide, benzoyl peroxide, dilauryl peroxide, cumene hydroperoxide, and t-butyl hydroperoxide. 1,1-bis (t-butylperoxy) -3,5,5-trimethylcyclohexane, 1,1-bis (t-butylperoxy) -cyclohexane, cyclohexanone peroxide, t-butylperoxybenzoate, t -Butylperoxyisobutyrate, t-butylperoxy-3,5,5-trimethylhexanoate, t-butylperoxy-2-ethylhexanoate, t-butylperoxyisopropyl carbonate, cumylperoxyoct Ate, persulfate Peroxide compounds such as ammonium, ammonium persulfate, hydrogen peroxide, 2,2′-azobis (4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2′-azobis (2,4-dimethylvaleronitrile) 2,2′-azobis (2-methylpropionitrile), 2,2′-azobis (2-methylbutyronitrile), 1,1′-azobis (cyclohexane-1-carbonitrile), 1-[( 1-cyano-1-methylethyl) azo] formamide, dimethyl 2,2′-azobis (2-methylpropionate), 4,4′-azobis (4-cyanovaleric acid), 2,2′-azobis (2,4,4-trimethylpentane), 2,2′-azobis {2-methyl-N- [1,1′-bis (hydroxymethyl) -2-hydroxyethyl] pro Onamide}, 2,2′-azobis {2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride, 2,2′-azobis {2- (2-imidazolin-2-yl) propane] disulfate disulfate Hydrate, 2,2′-azobis {2- [1- (2-hydroxyethyl) -2-imidazolin-2-yl) propane]} dihydrochloride, 2,2′-azobis (1-imino-1- Pyrrolidino-2-methylpropane) dihydrochloride, 2,2′-azobis (2-methylpropionamidine) dihydrochloride, 2,2′-azobis [N- (2-carboxyethyl) -2-methylpropionamidine] Tetrahydrate, 1,1′-azobis (1-acetoxy-1-phenylmethane), 4,4′-diazendiylbis (4- And azo compounds such as cyanopentanoic acid) .alpha.-hydro-.omega.-hydroxypoly (oxyethylene) polycondensates.
また、必要に応じて、アスコルビン酸、エリソルビン酸、アニリン、三級アミン、ロンガリット、ハイドロサルファイト、亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウムなどの還元剤を、上記ラジカル重合開始剤と併用して使用しても良い。 If necessary, a reducing agent such as ascorbic acid, erythorbic acid, aniline, tertiary amine, longalite, hydrosulfite, sodium sulfite, sodium bisulfite, sodium thiosulfate, sodium hypophosphite, etc. It may be used in combination with an initiator.
ラジカル重合開始剤の使用量は、超高分子量PSSの製造に用いられる全モノマー量100重量部に対し、通常、0.1重量部〜10重量部である。さらに0.1重量部〜5重量部が好ましく、特に0.1重量部〜2重量部がより好ましい。 The usage-amount of a radical polymerization initiator is 0.1 weight part-10 weight part normally with respect to 100 weight part of total monomers used for manufacture of ultra high molecular weight PSS. Furthermore, 0.1 weight part-5 weight part are preferable, and 0.1 weight part-2 weight part are especially more preferable.
重合転化率は、95.0%以上が好ましく、98.0%以上がより好ましく、99.9%以上がさらに好ましい。重合開始剤の量を増やせば重合転化率は向上するが重合体の分子量は低下し、重合開始剤の量を減らせば分子量は増大するが重合反応における重合転化率は低下する。特に、重合時のモノマー濃度が高く、DVBSの共重合量が多い場合、PSSが三次元架橋して硬化し易いため、重合開始剤を増量したり、分子量調節剤を添加するなどの調整が必要となることがある。ここで、重合転化率は重合反応時用いられるモノマーの量に対する、重合反応で消費されたモノマーの量をいう。 The polymerization conversion rate is preferably 95.0% or more, more preferably 98.0% or more, and further preferably 99.9% or more. Increasing the amount of the polymerization initiator improves the polymerization conversion, but the molecular weight of the polymer decreases. Decreasing the amount of the polymerization initiator increases the molecular weight but decreases the polymerization conversion in the polymerization reaction. In particular, when the monomer concentration during polymerization is high and the amount of DVBS copolymerized is large, PSS is easy to cure by three-dimensional crosslinking, so adjustments such as increasing the polymerization initiator or adding a molecular weight regulator are necessary. It may become. Here, the polymerization conversion rate refers to the amount of monomer consumed in the polymerization reaction relative to the amount of monomer used during the polymerization reaction.
重合条件は特に限定するものではないが、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気下、20℃〜120℃で、4時間〜30時間加熱すれば良く、重合反応溶媒、モノマー組成、及び重合開始剤の種類によって適宜調整すれば良い。 The polymerization conditions are not particularly limited, but may be heated at 20 ° C. to 120 ° C. for 4 hours to 30 hours in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. The polymerization reaction solvent, the monomer composition, and the polymerization initiator What is necessary is to adjust suitably according to a kind.
本発明の超高分子量ポリスチレンスルホン酸の共重合体は、上記の一般的な溶液ラジカル重合で製造できるが、第二の方法として公知の逆相エマルション重合(例えば、Polymer International,vol.59,78−84頁,2010年;Polymer Bulletin,vol.65,565−576頁,2010年)を適用することもできる。 The ultra-high molecular weight polystyrene sulfonic acid copolymer of the present invention can be produced by the above-mentioned general solution radical polymerization, but as a second method, known as reverse phase emulsion polymerization (for example, Polymer International, vol. 59, 78). -84, 2010; Polymer Bulletin, vol. 65, 565-576, 2010) can also be applied.
例えば、スチレンスルホン酸又はその塩を含むモノマー水溶液を、適当な乳化剤を用いて、油相内に乳化分散させた後、上記した溶液ラジカル重合と同様、脱気し、ラジカル重合開始剤を添加しながら重合すれば良い。 For example, an aqueous monomer solution containing styrene sulfonic acid or a salt thereof is emulsified and dispersed in an oil phase using an appropriate emulsifier, and then degassed and added with a radical polymerization initiator in the same manner as in the above solution radical polymerization. However, polymerization may be performed.
乳化分散させる際に用いられる界面活性剤は特に限定されるものではないが、例えば、ロジン酸塩、脂肪酸塩、アルケニルコハク酸塩、アルキルエーテルカルボン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、アルカンスルホン酸塩、アルキルサクシネートスルホン酸塩、ポリオキシエチレン多環式フェニルエーテル硫酸エステル塩、α−オレフィンスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、ナフタレンスルホン酸塩ホルマリン縮合物、タウリン誘導体、ポリスチレンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸スチレン共重合体、ポリスチレンスルホン酸N−ビニルピロリドン共重合体、ポリスチレンスルホン酸N−置換マレイミド共重合体、ポリスチレンスルホン酸メタクリル酸共重合体、ポリスチレンスルホン酸アクリル酸共重合体、ポリスチレンスルホン酸アクリル酸エステル共重合体、スチレンスルホン酸マレイン酸共重合体、スチレンスルホン酸アクリルアミド共重合体、スチレンスルホン酸メタクリルアミド共重合体、スチレンスルホン酸2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体、ポリビニルホスホン酸共重合体、ポリビニルスルホン酸共重合体、ポリイソプレンスルホン酸共重合体、ポリアクリル酸エステルアクリル酸共重合体、ポリメタクリル酸エステルメタクリル酸共重合体、ポリアクリルアミドアクリル酸共重合体、ポリメタクリルアミドメタクリル酸共重合体、アルキルスルホコハク酸塩、アルキル硫酸エステル塩、アルキルエーテル硫酸エステル塩、アルキルプロペニルフェノールポリエチレンオキサイド付加物の硫酸エステル塩、アリルアルキルフェノールポリエチレンオキサイド付加物の硫酸エステル塩、アルキルリン酸エステル塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル燐酸エステル塩、高級脂肪酸アミドのスルホン酸塩、高級脂肪酸アルキロールアミドの硫酸エステル塩などのアニオン性乳化剤、例えば、ポリオキシアルキレンアルキルアミン、アルキルアルカノールアミド、アミンオキシド系ノニオン乳化剤、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシアルキレン多環式フェニルエーテル、アルキルプロペニルフェノールポリエチレンオキサイド付加物、アリルアルキルフェノールポリエチレンオキサイド付加物、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、グリセリン脂肪酸エステル、アルキルポリグルコキシド、ショ糖脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール、ポリビニルアルコール、カルボキシルメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、ポリアクリルアミド、ポリメタクリルアミド、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート、ポリジメチルアミノエチルアクリレート、ポリジエチルアミノエチルメタクリレート、ポリジエチルアミノエチルアクリレート、ポリt−ブチルエチルアミノエチルメタクリレート、ポリt−ブチルアミノエチルアクリレート、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート/メチルメタクリレート共重合体、ポリジメチルアミノエチルアクリレート/メチルメタクリレート共重合体、ポリジメチルアミノエチルメタクリレート/ブチルアクリレート共重合体、ポリジメチルアミノエチルアクリレート/エチルアクリレート共重合体などのノニオン性乳化剤、例えば、アルキルジメチルアミノ酢酸ベタイン、アルキルジメチルアミノスルホベタイン、アルキルスルホベタインなどの両性乳化剤などがあげられる。 The surfactant used for emulsifying and dispersing is not particularly limited. For example, rosin acid salt, fatty acid salt, alkenyl succinate, alkyl ether carboxylate, alkyl diphenyl ether disulfonate, alkane sulfonate , Alkyl succinate sulfonate, polyoxyethylene polycyclic phenyl ether sulfate ester, α-olefin sulfonate, alkylbenzene sulfonate, naphthalene sulfonate formalin condensate, taurine derivative, polystyrene sulfonate, polystyrene sulfonate Styrene copolymer, polystyrenesulfonic acid N-vinylpyrrolidone copolymer, polystyrenesulfonic acid N-substituted maleimide copolymer, polystyrenesulfonic acid methacrylic acid copolymer, polystyrenesulfonic acid acrylic acid copolymer Body, polystyrene sulfonic acid acrylic acid ester copolymer, styrene sulfonic acid maleic acid copolymer, styrene sulfonic acid acrylamide copolymer, styrene sulfonic acid methacrylamide copolymer, styrene sulfonic acid 2-hydroxyethyl methacrylate copolymer, Polyvinyl phosphonic acid copolymer, polyvinyl sulfonic acid copolymer, polyisoprene sulfonic acid copolymer, polyacrylic acid ester acrylic acid copolymer, polymethacrylic acid ester methacrylic acid copolymer, polyacrylamide acrylic acid copolymer, Polymethacrylamide methacrylic acid copolymer, alkyl sulfosuccinate, alkyl sulfate ester, alkyl ether sulfate ester, sulfate salt of alkyl propenyl phenol polyethylene oxide adduct, allyl Anionic emulsifiers such as sulfate esters of alkylphenol polyethylene oxide adducts, alkyl phosphate esters, polyoxyethylene alkyl ether phosphate esters, sulfonates of higher fatty acid amides, sulfates of higher fatty acid alkylolamides, etc. , Polyoxyalkylene alkylamine, alkyl alkanolamide, amine oxide nonionic emulsifier, polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, polyoxyalkylene polycyclic phenyl ether, alkyl propenyl phenol polyethylene oxide adduct, allyl alkyl phenol polyethylene Oxide adduct, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester, sorbitan Fatty acid ester, glycerin fatty acid ester, alkyl polyglucooxide, sucrose fatty acid ester, polyoxyethylene polyoxypropylene glycol, polyvinyl alcohol, carboxymethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, hydroxyethylcellulose, polyacrylamide, polymethacrylamide, polydimethylaminoethyl methacrylate , Polydimethylaminoethyl acrylate, polydiethylaminoethyl methacrylate, polydiethylaminoethyl acrylate, poly-t-butylethylaminoethyl methacrylate, poly-t-butylaminoethyl acrylate, polydimethylaminoethyl methacrylate / methyl methacrylate copolymer, polydimethylaminoethyl Acrylate / methyl methacrylate copolymer, Nonionic emulsifiers such as redimethylaminoethyl methacrylate / butyl acrylate copolymer, polydimethylaminoethyl acrylate / ethyl acrylate copolymer, for example, amphoteric emulsifiers such as alkyldimethylaminoacetic acid betaine, alkyldimethylaminosulfobetaine, alkylsulfobetaine Etc.
なお、これらの乳化剤の使用量は、上記本発明のPSS成分に対し、0.1重量%〜30重量%の範囲で用いればよい。 In addition, what is necessary is just to use the usage-amount of these emulsifiers in the range of 0.1 weight%-30 weight% with respect to the PSS component of the said invention.
上記の逆相エマルション重合における重合開始剤、還元剤、及び分子量調節剤については、上記した溶液ラジカル重合と同様である。その他、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、リン酸ナトリウム、リン酸水素ナトリウム、リン酸二水素ナトリウムなどのpH緩衝剤を添加しても良い。 The polymerization initiator, the reducing agent, and the molecular weight regulator in the reverse emulsion polymerization are the same as those in the solution radical polymerization described above. In addition, pH buffering agents such as sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium phosphate, sodium hydrogen phosphate, sodium dihydrogen phosphate may be added.
なお逆相エマルション重合において、油相とは、モノマーのミセル及びモノマー水溶液の液滴を分散させるためのマトリックスであり、この目的に適合するものであれば特に制限はないが、トルエン、クロロベンゼンなどの芳香族溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素の他、ミネラルオイル、合成油、植物油、シリコーンオイルなどが使用できる。 In the reversed-phase emulsion polymerization, the oil phase is a matrix for dispersing the micelles of the monomer and the droplets of the aqueous monomer solution, and is not particularly limited as long as it meets this purpose, but toluene, chlorobenzene, etc. In addition to aromatic hydrocarbons, aliphatic hydrocarbons such as hexane, cyclohexane, methylcyclohexane, and heptane, mineral oil, synthetic oil, vegetable oil, silicone oil, and the like can be used.
本発明の水溶性の超高分子量PSSは、重合転化率が高く、従って残存モノマー量が少ないため、重合した後、そのまま溶液として使用することができる。また、噴霧乾燥機や押出し乾燥機などの設備により乾燥粉体化して使用することもできる。 Since the water-soluble ultra-high molecular weight PSS of the present invention has a high polymerization conversion rate and therefore a small amount of residual monomer, it can be used as a solution after polymerization. Moreover, it can also be used after making it into dry powder by equipment such as a spray dryer or an extrusion dryer.
本発明の水溶性の超高分子量PSSは、耐熱性と化学的安定性に優れ、残存モノマー量も少ないため、高度な耐久性や低環境負荷が要求される石油採掘分野の他、乳化及び分散重合用の分散剤、化粧品、トイレタリー用品における増粘剤、凝集剤、土壌改質剤として産業上極めて有用である。 The water-soluble ultra-high molecular weight PSS of the present invention is excellent in heat resistance and chemical stability and has a small amount of residual monomer, so that it is emulsified and dispersed in the oil mining field where high durability and low environmental load are required. It is extremely useful industrially as a thickener, a flocculant, and a soil modifier in polymerization dispersants, cosmetics and toiletries.
以下の実施例により、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により何らの制限を受けるものではない。 The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited to these examples.
<パラスチレンスルホン酸ナトリウムの純度測定>
酸化還元滴定法により、活性二重結合を定量し、試料中のスチレンスルホン酸ナトリウム含量とした。
(1)器具及び装置
1)秤量瓶:直径50mm、深さ70mm
2)500ml、1000mlメスフラスコ
3)500ml共栓付三角フラスコ
4)電子化学天秤
(2)試薬
1)臭素液:臭化カリウム(KBr)22.00g、臭素酸カリウム(KBrO3)3.00gを純水に溶解し、全体を1000mlとした。
2)硫酸水溶液(濃硫酸/純水体積比=1/1)
3)ヨウ化カリウム水溶液(200g/L)
4)0.1mol/Lチオ硫酸ナトリウム水溶液
5)でんぷん水溶液:6.00gのでんぷんを純水に溶解し、全体を1000mlとした。
(3)操作
1)試料20gを0.1mgの桁まで秤量瓶に秤取る。
2)500mlメスフラスコに純水で洗い移し、液量を約400mlとする。
3)磁気回転子を入れて撹拌し、試料を溶解する。
4)回転子を取り出し、純水で標線を合わせて振り混ぜ、検液とする。
5)純水200mlを入れた500ml共栓付三角フラスコに臭素液25mlを加える。
6)検液5mlを加えた後、硫酸水溶液10mlを加えて密栓し、20分間放置する。
7)ヨウ化カリウム水溶液10mlを素早く加えて10分間放置する。
8)チオ硫酸ナトリウム水溶液で滴定し、溶液の黄色が薄くなってから、指示薬として、でんぷん溶液1mlを加え、生じたヨウ素でんぷんの青色が消えるまで滴定する。
9)別に空試験として、純水200mlを加えて共栓付三角フラスコに臭素液25mlを加え、ヨウ化カリウム水溶液10ml、硫酸水溶液10mlを素早く加え、8)の操作を行う。
(4)計算
次式によってスチレンスルホン酸ナトリウム含量を算出する。
<Purity measurement of sodium parastyrene sulfonate>
The active double bond was quantified by the oxidation-reduction titration method to obtain the sodium styrenesulfonate content in the sample.
(1) Instrument and device 1) Weighing bottle: diameter 50 mm, depth 70 mm
2) 500 ml, 1000 ml volumetric flask 3) 500 ml Erlenmeyer flask with a stopper 4) Electrochemical balance (2) Reagent 1) Bromine solution: 22.00 g of potassium bromide (KBr), 3.00 g of potassium bromate (KBrO 3 ) The whole was dissolved in pure water to make 1000 ml.
2) Aqueous sulfuric acid solution (concentrated sulfuric acid / pure water volume ratio = 1/1)
3) Potassium iodide aqueous solution (200 g / L)
4) 0.1 mol / L sodium thiosulfate aqueous solution 5) Starch aqueous solution: 6.00 g of starch was dissolved in pure water to make 1000 ml as a whole.
(3) Operation 1) Weigh 20 g of sample to the order of 0.1 mg in a weighing bottle.
2) Rinse into a 500 ml volumetric flask with pure water to make the liquid volume about 400 ml.
3) Put a magnetic rotor and stir to dissolve the sample.
4) Take out the rotor, align the mark with pure water and shake to make the test solution.
5) Add 25 ml of bromine solution to a 500 ml conical stoppered flask containing 200 ml of pure water.
6) Add 5 ml of the test solution, add 10 ml of sulfuric acid aqueous solution, seal tightly and leave for 20 minutes.
7) Add 10 ml of potassium iodide aqueous solution quickly and leave for 10 minutes.
8) Titrate with an aqueous sodium thiosulfate solution, and after the solution becomes light yellow, add 1 ml of starch solution as an indicator, and titrate until the blue color of the resulting iodine starch disappears.
9) Separately, as a blank test, add 200 ml of pure water, add 25 ml of bromine solution to a conical flask with a stopper, quickly add 10 ml of potassium iodide aqueous solution and 10 ml of sulfuric acid aqueous solution, and perform the operation of 8).
(4) Calculation The sodium styrenesulfonate content is calculated by the following formula.
A=100×[0.01031×(a−b)×f]/(S×5/500)
A:スチレンスルホン酸ナトリウム含量(%)
a:空試験に要したチオ硫酸ナトリウム水溶液(ml)
b:本試験に要したチオ硫酸ナトリウム水溶液(ml)
f:チオ硫酸ナトリウム水溶液の力価
S:試料量(g)
A = 100 × [0.01031 × (ab) × f] / (S × 5/500)
A: Sodium styrenesulfonate content (%)
a: Sodium thiosulfate aqueous solution (ml) required for the blank test
b: Sodium thiosulfate aqueous solution (ml) required for this test
f: Potency of sodium thiosulfate aqueous solution S: Sample amount (g)
<ジビニルベンゼンスルホン酸塩の純度測定>
核磁気共鳴スペクトルにより純度を測定した。
(1)試料の調製
試料0.02gと内部標準物質としてトリエチルアミン又はメチルイソブチルケトン0.01gを0.1mgの桁まで秤量瓶(50mmφ×70mm)に秤取り、重水又は重アセトンを全量0.6gになるまで加えて溶解し、NMR測定用サンプルを調製した。
(2)測定機器
機種=Bruker製AV−400M
積算回数=16
(3)純度の算出
次式によって生成物の純度を算出した。
<Purity measurement of divinylbenzene sulfonate>
Purity was measured by nuclear magnetic resonance spectrum.
(1) Preparation of sample 0.02 g of sample and 0.01 g of triethylamine or methyl isobutyl ketone as an internal standard substance are weighed in a weighing bottle (50 mmφ × 70 mm) to the order of 0.1 mg, and a total amount of heavy water or heavy acetone is 0.6 g. The sample was added until dissolved to prepare an NMR measurement sample.
(2) Measuring equipment Model = Bruker AV-400M
Integration count = 16
(3) Calculation of purity The purity of the product was calculated by the following formula.
純度(重量%)=(B/Mb)×(a/aH)/(b/bH)×Ma/S×100
a:任意の目的物ピークの積分値
b:任意の内部標準物質の積分値
aH:aで選択した任意の生成物ピークの水素数
bH:bで選択した任意の生成物ピークの水素数
Ma:目的物の分子量
Mb:内部標準物質の分子量
B:内部標準の採取量(g)
S:試料の採取量(g)
Purity (% by weight) = (B / M b ) × (a / a H ) / (b / b H ) × M a / S × 100
a: integral value of any of the object peak b: integral value of any of the internal standard substance a H: number of hydrogens of any product peak selected in a b H: any number of hydrogens of product peaks selected in b M a : Molecular weight of target substance M b : Molecular weight of internal standard substance B: Amount of collected internal standard (g)
S: Amount of sample collected (g)
<GPCによる分子量及びモノマー重合転化率の測定>
スチレンスルホン酸塩、ジビニルベンゼンスルホン酸塩の重合転化率及びポリスチレンスルホン酸塩の分子量は、下記の条件で測定した。
<Measurement of molecular weight and monomer polymerization conversion by GPC>
The polymerization conversion of styrene sulfonate and divinylbenzene sulfonate and the molecular weight of polystyrene sulfonate were measured under the following conditions.
機種:東ソー株式会社製、HLC−8320GPC
カラム:TSK guardcolumn AW−H/TSK AW−3000/TSK AW−6000
溶離液:硫酸ナトリウム緩衝液(0.05mol/L):アセトニトリル=90:10(体積比)溶液
カラム温度:40℃
流量:0.6ml/min
検出器:UV検出器(波長230nm)、注入量:10μl
検量線:創和科学株式会社製の単分散ポリスチレンスルホン酸ナトリウム(3KDa(3000ダルトン)、15KDa、41KDa、300KDa、1000KDa、2350KDa、5000KDa)を検量線作成に用い、各々のピークトップの溶出時間と分子量とから検量線を作成した。
Model: Tosoh Corporation, HLC-8320GPC
Column: TSK guardcolumn AW-H / TSK AW-3000 / TSK AW-6000
Eluent: Sodium sulfate buffer (0.05 mol / L): Acetonitrile = 90: 10 (volume ratio) solution Column temperature: 40 ° C.
Flow rate: 0.6ml / min
Detector: UV detector (wavelength 230 nm), injection amount: 10 μl
Calibration curve: Sodium monodisperse polystyrene sulfonate (3 KDa (3000 Dalton), 15 KDa, 41 KDa, 300 KDa, 1000 KDa, 2350 KDa, 5000 KDa) manufactured by Soka Kagaku Co., Ltd. was used for the preparation of the calibration curve. A calibration curve was prepared from the molecular weight.
<水溶液粘度の測定>
5重量%のポリマー水溶液を30℃の恒温水槽内で4時間静置後、ブルックフィールド型回転粘度計を用いて、下記条件で測定した。
<Measurement of aqueous solution viscosity>
A 5% by weight polymer aqueous solution was allowed to stand in a constant temperature bath at 30 ° C. for 4 hours, and then measured using a Brookfield rotary viscometer under the following conditions.
機種:芝浦システム株式会社製、ビスメトロンVDA−2
ローター:No.2、回転数:12rpm
Model: Shibaura System Co., Ltd., Bismetron VDA-2
Rotor: No. 2, rotation speed: 12rpm
<ポリマーの耐過酸化水素性の評価>
5重量%のポリマー水溶液100g、過酸化水素水(和光純薬工業株式会社製、特級)2gを250mlポリビン(株式会社日本メディカルサイエンス社製、アイボーイ)に採取し、振り混ぜ、空間に窒素を流して密閉した後、50℃の恒温槽で4日間エージングした。その後、上記した条件でGPCを測定し、分子量の変化を調べた。
<Evaluation of hydrogen peroxide resistance of polymer>
100 g of 5% polymer aqueous solution and 2 g of hydrogen peroxide solution (made by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) are collected in 250 ml polybin (Nippon Medical Science Co., Ltd., Eyeboy), shaken and flushed with nitrogen. And sealed and then aged for 4 days in a thermostatic bath at 50 ° C. Thereafter, GPC was measured under the above-described conditions to examine changes in molecular weight.
<ポリマーの耐熱性の評価>
真空乾燥したポリマーの熱分解挙動を差動型高温示差熱天秤により、下記の条件で分析した。急激に重量減少が始まる温度を分解温度とした。
機種:株式会社マックサイエンス社製、TG−DTA2000
試料量:5mg(白金オープンパン)
標準試料:酸化アルミニウムAl2O3、5mg(白金オープンパン)
昇温速度:10℃/min(室温〜600℃)
雰囲気:窒素フロー50ml/min。
<Evaluation of heat resistance of polymer>
The thermal decomposition behavior of the vacuum-dried polymer was analyzed with a differential high-temperature differential thermobalance under the following conditions. The temperature at which weight loss suddenly started was defined as the decomposition temperature.
Model: TG-DTA2000, manufactured by Mac Science Co., Ltd.
Sample amount: 5mg (platinum open pan)
Standard sample: Aluminum oxide Al 2 O 3 , 5 mg (platinum open pan)
Temperature increase rate: 10 ° C / min (room temperature to 600 ° C)
Atmosphere: nitrogen flow 50 ml / min.
実施例1(DVBS 0.47モル%にて実施)
還流冷却管、窒素導入管を取り付けた2Lガラスフラスコ反応器にイオン交換水393.57g、スチレンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度88.0%)37.51g、ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)0.2099g及びアゾ開始剤V−50(和光純薬工業株式会社製)0.4601gを仕込んだ後、メカニカルスターラー(150rpm)撹拌下、窒素ガス(0.2L/min)を10分間流して脱気した。その後、反応器を60℃の湯浴に浸漬し、10時間重合した。仕込み組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は7.69重量%であり、ここへイオン交換水を添加してPSS濃度を5.00重量%に調整した。
Example 1 (implemented at 0.47 mol% DVBS)
In a 2 L glass flask reactor equipped with a reflux condenser and a nitrogen introduction tube, 393.57 g of ion-exchanged water, 37.51 g of sodium styrenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 88.0%), sodium divinylbenzenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) 0.2099 g and azo initiator V-50 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.4601 g were charged and then stirred under a mechanical stirrer (150 rpm) under nitrogen. Gas (0.2 L / min) was degassed by flowing for 10 minutes. Thereafter, the reactor was immersed in a 60 ° C. hot water bath and polymerized for 10 hours. From the charged composition and polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 7.69% by weight, and ion exchange water was added thereto to adjust the PSS concentration to 5.00% by weight.
表1に示した通り、後記する比較例1〜5、及び比較例9に比べて、明らかに高粘度、高重量平均分子量のPSS溶液が得られ、且つ、高転化率まで重合が進行した結果、5重量%水溶液中の残存SSは検出されなかった。また、当該PSSの過酸化水素に対する耐久性と耐熱性(熱分解温度)は、比較例7及び比較例8に記載した市販ポリマーよりも著しく優れていることが明らかである。 As shown in Table 1, as compared with Comparative Examples 1 to 5 and Comparative Example 9 described later, a PSS solution having a clearly high viscosity and a high weight average molecular weight was obtained, and the polymerization progressed to a high conversion rate. Residual SS in a 5 wt% aqueous solution was not detected. Further, it is apparent that the durability and heat resistance (thermal decomposition temperature) of the PSS with respect to hydrogen peroxide are remarkably superior to the commercially available polymers described in Comparative Examples 7 and 8.
本実施例では、撹拌など実験設備上の問題から、5重量%という低いモノマー濃度で重合を実施したが、高いモノマー濃度で重合すれば、さらに高分子量化又は高粘度化できると考えられる。 In this example, the polymerization was carried out at a monomer concentration as low as 5% by weight due to problems in experimental equipment such as stirring, but it is considered that if the polymerization is carried out at a high monomer concentration, the molecular weight or viscosity can be further increased.
実施例2(DVBS 0.47モル%、MAA9.6モル%にて実施)
還流冷却管、窒素導入管を取り付けた2Lガラスフラスコ反応器にイオン交換水393.60g、スチレンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度88.0%)37.50g、ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)0.2300g、メタクリル酸(和光純薬工業株式会社製、特級)1.50g、5重量%水酸化ナトリウム水溶液13.20g、及びアゾ開始剤V−50(和光純薬工業株式会社製)0.4642gを仕込んだ後、メカニカルスターラー(150rpm)撹拌下、窒素ガス(0.2L/min)を10分間流して脱気した。その後、反応器を60℃の湯浴に浸漬し、10時間重合した。仕込組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は7.85重量%であり、ここへイオン交換水を添加してPSS濃度を5.00重量%に調整した。
Example 2 (implemented at DVBS 0.47 mol%, MAA 9.6 mol%)
In a 2 L glass flask reactor equipped with a reflux condenser and a nitrogen inlet tube, 393.60 g of ion-exchanged water, 37.50 g of sodium styrenesulfonate (manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 88.0%), sodium divinylbenzenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) 0.2300 g, methacrylic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade) 1.50 g, 5 wt% sodium hydroxide aqueous solution 13.20 g, and azo initiator After charging 0.4642 g of V-50 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), nitrogen gas (0.2 L / min) was allowed to flow for 10 minutes while stirring with a mechanical stirrer (150 rpm). Thereafter, the reactor was immersed in a 60 ° C. hot water bath and polymerized for 10 hours. From the charged composition and the polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 7.85% by weight, and ion exchange water was added thereto to adjust the PSS concentration to 5.00% by weight.
表1に示した通り、後記する比較例1〜6に比べて、明らかに高粘度、高重量平均分子量のPSS水溶液が得られ、且つ、高転化率まで重合が進行した結果、5重量%水溶液中の残存SSは検出されなかった。また、当該PSSの過酸化水素に対する耐久性と耐熱性(熱分解温度)は、比較例7及び比較例8に記載した市販ポリマーよりも著しく優れていることが明らかである。 As shown in Table 1, as compared with Comparative Examples 1 to 6 which will be described later, a PSS aqueous solution having a clearly high viscosity and a high weight average molecular weight was obtained, and the polymerization progressed to a high conversion rate. Residual SS was not detected. Further, it is apparent that the durability and heat resistance (thermal decomposition temperature) of the PSS with respect to hydrogen peroxide are remarkably superior to the commercially available polymers described in Comparative Examples 7 and 8.
実施例3(DVBS 0.24モル%、開始剤減量にて実施)
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)0.1050g、及びアゾ開始剤V−50(和光純薬工業株式会社製)0.2300gへ減量した他は、全て実施例1と同じ条件で10時間重合した。仕込組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は7.69重量%であり、ここへイオン交換水を添加してPSS濃度を5.00重量%に調整した。
Example 3 (implemented with DVBS 0.24 mol%, reduced initiator weight)
Other than reducing the amount to sodium divinylbenzenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) 0.1050 g, and azo initiator V-50 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.2300 g Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 1. From the charged composition and polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 7.69% by weight, and ion exchange water was added thereto to adjust the PSS concentration to 5.00% by weight.
表1に示した通り、後記する比較例1〜6に比べて、明らかに高粘度、高重量平均分子量のPSS水溶液が得られ、且つ、高転化率まで重合が進行した結果、5重量%水溶液中の残存SSは検出されなかった。また、当該PSSの過酸化水素に対する耐久性と耐熱性(熱分解温度)は、比較例7及び比較例8に記載した市販ポリマーよりも著しく優れていることが明らかである。 As shown in Table 1, as compared with Comparative Examples 1 to 6 which will be described later, a PSS aqueous solution having a clearly high viscosity and a high weight average molecular weight was obtained, and the polymerization progressed to a high conversion rate. Residual SS was not detected. Further, it is apparent that the durability and heat resistance (thermal decomposition temperature) of the PSS with respect to hydrogen peroxide are remarkably superior to the commercially available polymers described in Comparative Examples 7 and 8.
実施例4(DVBS 0.89モル%、AA11.20モル%、水倍増にて実施)
還流冷却管、窒素導入管を取り付けた2Lガラスフラスコ反応器にイオン交換水626.00g、スチレンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度88.0%)37.51g、ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)0.4495g、アクリル酸(和光純薬工業株式会社製、特級)、5重量%水酸化ナトリウム水溶液16.20g及びアゾ開始剤V−50(和光純薬工業株式会社製)0.4642gを仕込んだ後、メカニカルスターラー(150rpm)撹拌下、窒素ガス(0.2L/min)を10分間流して脱気した。その後、反応器を60℃の湯浴に浸漬し、10時間重合した。仕込組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は5.18重量%であり、ここへイオン交換水を添加してPSS濃度を5.00重量%に調整した。表1に示した通り、後記する比較例1〜6に比べて、明らかに高粘度、高重量平均分子量のPSS水溶液が得られ、且つ、高転化率まで重合が進行した結果、5重量%水溶液中の残存SSは検出されなかった。また、当該PSSの過酸化水素に対する耐久性と耐熱性(熱分解温度)は、比較例7及び比較例8に記載した市販ポリマーよりも著しく優れていることが明らかである。
Example 4 (implemented at DVBS 0.89 mol%, AA 11.20 mol%, water doubling)
In a 2 L glass flask reactor equipped with a reflux condenser and a nitrogen inlet tube, 626.00 g of ion-exchanged water, 37.51 g of sodium styrenesulfonate (manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 88.0%), sodium divinylbenzenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) 0.4495 g, acrylic acid (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade), 5 wt% aqueous sodium hydroxide solution 16.20 g and azo initiator V-50 ( After charging 0.4642 g (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), the mixture was deaerated by flowing nitrogen gas (0.2 L / min) for 10 minutes while stirring with a mechanical stirrer (150 rpm). Thereafter, the reactor was immersed in a 60 ° C. hot water bath and polymerized for 10 hours. From the charged composition and the polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 5.18 wt%, and ion exchange water was added thereto to adjust the PSS concentration to 5.00 wt%. As shown in Table 1, as compared with Comparative Examples 1 to 6 which will be described later, a PSS aqueous solution having a clearly high viscosity and a high weight average molecular weight was obtained, and the polymerization progressed to a high conversion rate. Residual SS was not detected. Further, it is apparent that the durability and heat resistance (thermal decomposition temperature) of the PSS with respect to hydrogen peroxide are remarkably superior to the commercially available polymers described in Comparative Examples 7 and 8.
実施例5(DVBS 2.00モル%、水倍増にて実施)
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)0.9010g、及びイオン交換水626.00gへ増量した他は、全て実施例1と同じ条件で10時間重合した。仕込み組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は5.00重量%であり、そのまま分析に用いた。
Example 5 (DVBS 2.00 mol%, carried out with double water)
Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 1 except that the amount was increased to 0.9010 g of sodium divinylbenzenesulfonate (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) and 626.00 g of ion-exchanged water. From the charged composition and the polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 5.00% by weight, and was used for the analysis as it was.
表1に示した通り、後記する比較例1〜6に比べて、明らかに高粘度、高重量平均分子量のPSS水溶液が得られ、且つ、高転化率まで重合が進行した結果、5重量%水溶液中の残存SSは検出されなかった。また、当該PSSの過酸化水素に対する耐久性と耐熱性(熱分解温度)は、比較例7及び比較例8に記載した市販ポリマーよりも著しく優れていることが明らかである。 As shown in Table 1, as compared with Comparative Examples 1 to 6 which will be described later, a PSS aqueous solution having a clearly high viscosity and a high weight average molecular weight was obtained, and the polymerization progressed to a high conversion rate. Residual SS was not detected. Further, it is apparent that the durability and heat resistance (thermal decomposition temperature) of the PSS with respect to hydrogen peroxide are remarkably superior to the commercially available polymers described in Comparative Examples 7 and 8.
比較例1(実施例5のDVBSなしにて検討)
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム(東ソー有機化学株式会社製、純度84.0%)を添加しなかった他は、全て実施例5と同じ条件で10時間重合した。
表1に示した通り、重合は高転化率まで進行したが、実施例1〜5に比べて、PSS水溶液の粘度と重量平均分子量は明らかに低かった。即ち、高粘度、高重量平均分子量、及び高重合転化率を達成するためには、DVBSの使用が不可欠である。
Comparative Example 1 (Study without DVBS of Example 5)
Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 5 except that sodium divinylbenzenesulfonate (manufactured by Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., purity 84.0%) was not added.
As shown in Table 1, the polymerization proceeded to a high conversion rate, but the viscosity and weight average molecular weight of the PSS aqueous solution were clearly lower than those of Examples 1-5. That is, the use of DVBS is essential to achieve high viscosity, high weight average molecular weight, and high polymerization conversion.
比較例2(比較例1の開始剤減にて検討)
アゾ開始剤V−50を0.1531gへ減量した他は、全て比較例1と同じ条件で10時間重合した。
表1に示した通り、高粘度及び高重量平均分子量のPSS溶液は得られたが、重合転化率は低く、残存モノマー濃度が0.1%(固形PSS換算で2.00重量%)を超えた。即ち、高粘度、高重量平均分子量、及び高重合転化率を達成するためには、DVBSの使用が不可欠である。
Comparative Example 2 (Study by reducing initiator in Comparative Example 1)
Polymerization was conducted for 10 hours under the same conditions as in Comparative Example 1 except that the amount of the azo initiator V-50 was reduced to 0.1531 g.
As shown in Table 1, a high viscosity and high weight average molecular weight PSS solution was obtained, but the polymerization conversion was low and the residual monomer concentration exceeded 0.1% (2.00% by weight in terms of solid PSS). It was. That is, the use of DVBS is essential to achieve high viscosity, high weight average molecular weight, and high polymerization conversion.
比較例3(比較例1の開始剤変種及び減量にて検討)
アゾ開始剤V−50(和光純薬工業株式会社製)0.4590gの代わりに過硫酸アンモニウム(和光純薬工業株式会社製)0.1500gを添加した他は、全て比較例1と同じ条件で10時間重合した。
表1に示した通り、高粘度及び高重量平均分子量のPSS溶液は得られたが、重合転化率は低く、残存モノマー濃度が0.1%(固形PSS換算で2.00重量%)を超えた。即ち、高粘度、高重量平均分子量、及び高重合転化率を達成するためには、DVBSの使用が不可欠である。
Comparative Example 3 (Study with initiator variant and weight loss of Comparative Example 1)
10 except that 0.1500 g of ammonium persulfate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 0.1500 g was added instead of 0.4590 g of the azo initiator V-50 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Polymerized for hours.
As shown in Table 1, a high viscosity and high weight average molecular weight PSS solution was obtained, but the polymerization conversion was low and the residual monomer concentration exceeded 0.1% (2.00% by weight in terms of solid PSS). It was. That is, the use of DVBS is essential to achieve high viscosity, high weight average molecular weight, and high polymerization conversion.
比較例4(DBVSの代わりにEG−DMA使用にて検討)
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムの代わりにエチレングリコールジメタクリレート(東京化成工業株式会社製、特級)0.6706gを用いた他は、全て実施例5と同じ条件で10時間重合した。仕込組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は5.00重量%であり、このまま分析に用いた。表1に示した通り、重合は高転化率まで進行したが、実施例1〜5に比べて、PSS水溶液の粘度と重量平均分子量は明らかに低かった。即ち、高粘度、高重量平均分子量、及び高重合転化率を達成するためには、多官能ビニルモノマーとして、DVBSの使用が不可欠である。
Comparative example 4 (considering using EG-DMA instead of DBVS)
Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 5 except that 0.6706 g of ethylene glycol dimethacrylate (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special grade) was used instead of sodium divinylbenzenesulfonate. From the charged composition and the polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 5.00% by weight, and was used in the analysis as it was. As shown in Table 1, the polymerization proceeded to a high conversion rate, but the viscosity and weight average molecular weight of the PSS aqueous solution were clearly lower than those of Examples 1-5. That is, in order to achieve high viscosity, high weight average molecular weight, and high polymerization conversion rate, it is essential to use DVBS as a polyfunctional vinyl monomer.
比較例5(DBVSの代わりにMBAM使用にて検討)
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムの代わりにN,N’−メチレンビスアクリルアミド(東京化成工業株式会社製、特殊用)0.5210gを用いた他は、全て実施例5と同じ条件で10時間重合した。仕込組成と重合転化率から、重合溶液中のPSS濃度は5.00重量%であり、このまま分析に用いた。
Comparative example 5 (considering using MBAM instead of DBVS)
Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 5 except that 0.5210 g of N, N′-methylenebisacrylamide (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., special use) was used instead of sodium divinylbenzenesulfonate. From the charged composition and the polymerization conversion rate, the PSS concentration in the polymerization solution was 5.00% by weight, and was used in the analysis as it was.
表1に示した通り、重合は高転化率まで進行したが、実施例1〜5に比べて、PSS水溶液の粘度と重量平均分子量は明らかに低かった。即ち、高粘度、高重量平均分子量、及び高重合転化率を達成するためには、多官能ビニルモノマーとして、DVBSの使用が不可欠である。 As shown in Table 1, the polymerization proceeded to a high conversion rate, but the viscosity and weight average molecular weight of the PSS aqueous solution were clearly lower than those of Examples 1-5. That is, in order to achieve high viscosity, high weight average molecular weight, and high polymerization conversion rate, it is essential to use DVBS as a polyfunctional vinyl monomer.
比較例6
ジビニルベンゼンスルホン酸ナトリウムを3.5000gへ、イオン交換水を675.00gへ増量した他は、全て実施例5と同じ条件で10時間重合した。
Comparative Example 6
Polymerization was carried out for 10 hours under the same conditions as in Example 5 except that sodium divinylbenzenesulfonate was increased to 3.5000 g and ion-exchanged water was increased to 675.00 g.
重合途中で溶液がゲル化し、撹拌及び分析は困難だった。 During the polymerization, the solution gelled and stirring and analysis were difficult.
比較例7(AMPSにて検討)
市販のポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸)水溶液(シグマ・アルドリッチジャパン株式会社製、15重量%水溶液)に39.5重量%水酸化ナトリウム水溶液とイオン交換水を添加し、ポリ(2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸ナトリウム)の5重量%水溶液(pH=7.23)を調製した。
Comparative Example 7 (examined by AMPS)
To a commercially available aqueous solution of poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid) (manufactured by Sigma-Aldrich Japan Co., Ltd., 15% by weight aqueous solution), 39.5% by weight aqueous sodium hydroxide and ion-exchanged water were added. A 5% by weight aqueous solution (pH = 7.23) of poly (2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonate) was prepared.
表1に示したように、当該ポリマーは、実施例1〜5と同等の高粘度及び高重量平均分子量を示したが、耐過酸化水素性と耐熱性(熱分解温度)は、実施例1〜5のPSSに対して大きく劣った。 As shown in Table 1, the polymer exhibited a high viscosity and a high weight average molecular weight equivalent to those of Examples 1 to 5, but the hydrogen peroxide resistance and heat resistance (thermal decomposition temperature) were as described in Example 1. Greatly inferior to PSS of ~ 5.
比較例8(PAMにて検討)
市販のポリアクリルアミド水溶液(東京化成工業株式会社製、10重量%水溶液)にイオン交換水を添加し、5重量%水溶液を調製した。
Comparative Example 8 (examined by PAM)
Ion exchange water was added to a commercially available polyacrylamide aqueous solution (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., 10 wt% aqueous solution) to prepare a 5 wt% aqueous solution.
表1に示したように、当該ポリマーの重量平均分子量は低めながら、実施例1〜5と同等の高粘度を示した。しかしながら、耐過酸化水素性と耐熱性(熱分解温度)はPSSに対して大きく劣った。 As shown in Table 1, the polymer exhibited a high viscosity equivalent to that of Examples 1 to 5 while lowering the weight average molecular weight of the polymer. However, hydrogen peroxide resistance and heat resistance (thermal decomposition temperature) were greatly inferior to PSS.
比較例9(市販PSSにて検討)
市販の高分子量ポリスチレンスルホン酸ナトリウム水溶液(東ソー有機化学株式会社製、21重量%水溶液)にイオン交換水を添加し、5重量%水溶液を調製した。
Comparative Example 9 (examined with commercially available PSS)
Ion-exchanged water was added to a commercially available high molecular weight sodium polystyrenesulfonate aqueous solution (Tosoh Organic Chemical Co., Ltd., 21 wt% aqueous solution) to prepare a 5 wt% aqueous solution.
当該ポリマーの溶液粘度と重量平均分子量は、何れも実施例1〜5に劣った。 The solution viscosity and weight average molecular weight of the polymer were both inferior to Examples 1-5.
本発明の超高分子量で水溶性のポリスチレンスルホン酸又はその塩は、耐熱性と化学的安定性に優れ、残存モノマー量も少ないため、高度な耐久性や低環境負荷が要求される石油採掘分野の他、乳化及び分散重合用の分散剤、化粧品、トイレタリー用品における増粘剤、凝集剤として産業上極めて有用である。 The ultra-high molecular weight, water-soluble polystyrene sulfonic acid or salt thereof of the present invention is excellent in heat resistance and chemical stability, and also has a small amount of residual monomer, so that it has a high durability and low environmental impact, and is in the oil mining field. In addition, it is very useful industrially as a dispersant for emulsion and dispersion polymerization, a thickener and a flocculant in cosmetics and toiletries.
Claims (12)
当該水溶性ポリマーがゲル浸透クロマトグラフィーにより求められる重量平均分子量が90万ダルトン(Da)を超える、及び/又は、5重量%水溶液(30℃)として測定される粘度が100mPa・sを超える、超高分子量ポリスチレンスルホン酸又はその塩。
The water-soluble polymer has a weight average molecular weight determined by gel permeation chromatography exceeding 900,000 daltons (Da) and / or a viscosity measured as a 5% by weight aqueous solution (30 ° C.) exceeding 100 mPa · s. High molecular weight polystyrene sulfonic acid or salt thereof.
(D)スチレンスルホン酸又はその塩
(E)ジビニルベンゼンスルホン酸又はその塩
〔但し、(D)は99.95〜90.00モル%、及び(E)は0.05〜10.00モル%である。〕 When the monomer mixture containing the following (D) and (E) is radically polymerized in water or an aqueous solvent by adding a radical polymerization initiator, the monomer mixture in the polymerization solution is radically polymerized at a concentration of 60% by weight or less. The manufacturing method of the ultra high molecular weight polystyrene sulfonic acid of any one of Claims 1-4, or its salt.
(D) Styrenesulfonic acid or a salt thereof (E) Divinylbenzenesulfonic acid or a salt thereof (However, (D) is 99.95 to 90.00 mol%, and (E) is 0.05 to 10.00 mol%. It is. ]
(F)(D)及び(E)とは異なる共重合可能なラジカル重合性モノマー The method for producing an ultrahigh molecular weight styrene sulfonic acid or a salt thereof according to claim 5, comprising the following radical polymerizable monomer in addition to (D) and (E).
(F) A radically polymerizable monomer that is copolymerizable different from (D) and (E)
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