(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機溶剤を含まないゴム状弾性体分散物の製造方法であって、
蒸発缶から取り出した有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を、加熱器内に、その加熱領域において液体と気体の界面が形成されないように供給して、当該加熱領域において当該ゴム状弾性体乳化物の乳化破壊温度よりも低い温度に加熱し、次いで加熱した有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を蒸発缶に戻して、有機溶剤を留去し、有機溶剤を含まないゴム状弾性体分散物を得ることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
蒸発缶の内圧は、加熱器の内圧よりも低い請求項1に記載の製造方法。
【請求項３】
有機溶剤を留去する前記工程は、減圧下に行う請求項1または2に記載の製造方法。
【請求項４】
前記乳化物を加熱する温度は、（乳化破壊温度−5）〜（乳化破壊温度−35）℃の範囲である請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
【請求項５】
前記加熱器は、熱交換器である請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
【請求項６】
請求項1に記載の製造方法を実施するための設備であって、
有機溶剤蒸発用の蒸発缶と、蒸発缶から加熱器に有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を供給するためのポンプと、ポンプによって供給されたゴム状弾性体乳化物を加熱するための加熱器と、前記蒸発缶において蒸発した有機溶剤を凝縮するための凝縮器と、凝縮した有機溶剤を貯蔵するための受槽とを備えることを特徴とする設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゴム状弾性体分散物の製造方法および当該製造方法のための設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境学的見地から、SBR（スチレン・ブタジエンゴム）やIR（イソプレンゴム）などのゴム状弾性体は、有機溶剤を含まない水性分散物の形態で、種々の用途において採用されている。このような水性のゴム状弾性体分散物を製造するには、例えば、SBRを、トルエンに溶解し、次いで水の添加により乳化して乳化物を形成し、その後、乳化物からトルエンを留去し、要すれば、得られた分散物に水を添加して固形分を調整し、最終生成物として、水性のゴム状弾性体分散物とする方法が採用されている。なお、トルエンを留去した生成物は、一般に乳化状態の分散物ではなく、懸濁状態の分散物であると言われている。
【０００３】
トルエンなどの有機溶剤を蒸発させる工業的方法として、薄膜蒸発法やフラッシュ蒸発法などが知られている（以下の特許文献１、参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平05-237301号公報
【０００５】
また、本発明者らは、従来、ゴム状弾性体乳化物からトルエンなどの有機溶剤を蒸発させるのに、好適には減圧下に、ジャケット付きの蒸発釜1で行っている（図1、参照）。図1において、符号2は加熱コイルなどのジャケットであり、符号3は撹拌機であり、符号4は乳化物である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者らは、かかるジャケット付きの蒸発釜1による蒸発法において次のような問題点を知見したのである。すなわち、蒸発処理工程の当初は、乳化物は、液面Aを形成しているが、蒸発処理工程が進行して、液面Aから液面Bに低下した場合、液面Aと液面Bの間の領域には、乳化物が存在しないことになり、その結果、液面B付近の乳化物は、このような乳化物が存在しない区域周囲に設けられたジャケットによって過熱状態になり、乳化破壊が起こって乳化物の凝集物が形成される問題を、本発明者らが知見したのである。
このような問題の解決手段として、前記した薄膜蒸発法やフラッシュ蒸発法を採用することも考えられるが、これらの方法は、コストが過大であるという問題を有している。
そこで、上記問題点に鑑み、本発明は、コストが安価であって乳化破壊を防止しうるようなゴム状弾性体分散物の製造方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記知見に基づき、従来技術が被る乳化破壊の問題並びに過大なコストの問題を解決すべく、鋭意検討した結果、1）乳化物を、加熱器内に、その加熱領域において液体と気体の界面が形成されないように供給して、当該加熱領域において当該乳化物の乳化破壊温度よりも低い温度に加熱する工程と、2）加熱した乳化物を蒸発缶に戻して、有機溶剤を留去する工程とを組み合わせることによって、乳化物が過熱状態に付されることを回避でき、これにより、前記した問題を解決できることを見出し、本発明が完成するに至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明は、有機溶剤を含まないゴム状弾性体分散物の製造方法であって、蒸発缶から取り出した有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を、加熱器内に、その加熱領域において液体と気体の界面が形成されないように供給して、当該加熱領域において当該ゴム状弾性体乳化物の乳化破壊温度よりも低い温度に加熱し、次いで加熱した有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を蒸発缶に戻して、有機溶剤を留去し、有機溶剤を含まないゴム状弾性体分散物を得ることを特徴とする製造方法を提供する。
【０００９】
本発明によれば、本発明の前記構成要件、特に、1）乳化物を、加熱器内に、その加熱領域において液体と気体の界面が形成されないように供給して、当該加熱領域において当該乳化物の乳化破壊温度よりも低い温度に加熱する工程と、2）加熱した乳化物を蒸発缶に戻して、有機溶剤を留去する工程とを組み合わせることによって、前記したジャケット付蒸発器1による従来法における液面と気体の界面（図1の液面B）形成による乳化物の過熱状態を回避でき、これにより、有機溶剤を蒸発する際の乳化物の凝集破壊を防止できるという、技術的効果を奏することができる。また、本発明は、コスト高な薄膜蒸発法またはフラッシュ蒸発法に代えて、過大なコストが不要であるという利点をも有する。
【００１０】
本明細書に用いられる「有機溶媒を含まない」なる用語は、有機溶媒含有量が、ゴム状弾性体分散物全量を基準に、2質量％未満、好ましくは0.7質量％未満、より好ましくは0.4質量％未満であることを意味する。また、本発明に関し、最終生成物としての「ゴム状弾性体分散物」なる用語は、ゴム状弾性体が水中に安定した状態で懸濁化または乳化されている分散物を意味する。さらに本発明に関し、出発材料としての「ゴム状弾性体乳化物」なる用語は、乳化破壊温度を越えると、乳化破壊を起こしうる乳化物であって、有機溶剤と、水と、ゴム状弾性体とを含む乳化物を意味する。また、本明細書に用いられる「乳化破壊温度」なる用語は、乳化物に固有な温度であって、乳化物を昇温させて最初に凝集物を形成する温度を意味する。乳化破壊温度は、以下の実施例に記載の測定法によって測定される。
【００１１】
本発明に用いられるゴム状弾性体は、汎用ゴム、特殊ゴムまたは熱可塑性エラストマーのいずれであってもよいが、好ましくは汎用ゴム（特に、合成ゴム）および特殊ゴムである。合成ゴムとして、SBR、IR、BR（ブタジエンゴム）、EPR（エチレン-プロピレンゴム）などを例示でき、本発明にとって、SBRが特に好ましい。また、特殊ゴムとして、CR（クロロプレンゴム）、NBR（アクリロニトリル-ブタジエンゴム）、HSN（水素ニトリルゴム）、CSM（クロロスルホン化ポリエチレン）などを例示でき、本発明にとって、CRが特に好ましい。最も好ましいゴム状弾性体は、スチレン・ブタジエンゴム（SBR）である。
また、本発明に使用される有機溶剤は、ゴム状弾性体を溶解し、比較的沸点の低い有機溶剤であれば、いずれでもよく、ゴム状弾性体がSBRである場合は、トルエンが好ましく、CRの場合も、トルエンが好ましい。他の溶剤として、ベンゼン、トルエン、キシレン、シクロヘキサン、シクロオクタンなどを例示することができる。
【００１２】
本発明に用いられる加熱器は、少なくとも加熱領域を有する装置である。ここに、加熱領域とは、熱媒体、電熱線などの加熱源が乳化物と、直接または壁を介して接触しうる領域を意味する。本発明に関し、加熱器として、特に熱交換器を使用する。この熱交換器は、温度差の異なる２つの流体を、薄壁を介して接触させ、これにより熱交換を行う装置であって、上記条件を充足すれば、いずれの装置であってもよい。本発明によれば、少なくとも加熱領域において、液体と気体の界面が形成されないことが必要である。なぜなら、熱交換がなされる加熱領域、例えば、伝熱管に対応する熱交換器本体内部の加熱領域において、乳化物としての液体と、乳化物が存在しない空気などの気体との界面が形成されれば、当該界面が過熱状態になって乳化破壊が起こり、凝集物が形成されるからである。市販の熱交換器は、本発明の前記要件を充足する限り、いずれも用いることができる。
また、本明細書に用いられる「蒸発缶」なる用語は、一般に、スチル、蒸留釜とも呼ばれるものであるが、好ましくは、加熱装置を何ら有しない装置を意味する。しかしながら、所望により、補助的に乳化物を予熱するための装置を、乳化破壊温度から充分に低い温度に加熱する装置であれば、備えてもよい。
【００１３】
さらに、本発明は、前記した本発明の製造方法を実施するための設備を提供する。本発明の設備は、有機溶剤蒸発用の蒸発缶と、蒸発缶から加熱器（特に、熱交換器）に有機溶剤含有ゴム状弾性体乳化物を供給するためのポンプと、ポンプによって供給されたゴム状弾性体乳化物を加熱するための加熱器（特に、熱交換器）と、蒸発缶において蒸発した有機溶剤を凝縮するための凝縮器と、凝縮した有機溶剤を貯蔵するための受槽とを備える。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図2を参照しながら、本発明の製造方法を更に詳しく説明する。
図2は、本発明の製造方法の好適な態様を示す工程系統図である。すなわち、本実施形態は、好ましくは、分散物製造用の設備１０を用い、次のような工程によって行われる。
（1）出発物質としてのゴム状弾性体乳化物を、蒸発缶１１に供給する工程
（2）蒸発缶１１に供給した乳化物を、熱交換器１３に供給して、（乳化破壊温度−5）〜（乳化破壊温度−35）℃の温度範囲で加熱する工程
（3）加熱した乳化物を蒸発缶１１に戻して、減圧下に、凝縮器１４によって有機溶剤を留去し、これにより有機溶剤を受槽１５において回収する工程
（4）有機溶剤を留去したゴム状弾性体分散物を回収する工程
【００１５】
前記（1）工程によれば、通常、ゴム状弾性体乳化物は、手動により蒸発缶１１に供給する。なお、この乳化物は、工程（1）の実施に先立ち、ゴム状弾性体を有機溶剤に溶解したのち、界面活性剤、例えばアニオン性界面活性剤、非イオン性界面などを添加し、次いで水を添加して調製する。また、必要に応じて、乳化物調製の際に、消泡剤、例えばシリコーン系消泡剤を添加することができる。
【００１６】
前記工程（2）では、乳化物は、好適には移送ポンプ１２によって蒸発缶１１から熱交換器１３に供給して、（乳化破壊温度−5）〜（乳化破壊温度−35）℃の温度範囲で加熱する。
熱交換器１３の内圧は、移送ポンプ１２で供給しているため、蒸発缶１１の内圧よりも高く設定される。また、本発明に用いられるゴム状弾性体乳化物は、一般に熱に弱く、乳化破壊を起こしやすいため、蒸発工程は、真空ポンプ１６により減圧下で実施し、有機溶剤の沸点を低下させる。熱交換器１３による加熱温度は、蒸発缶１１において有機溶剤が蒸発する温度であって乳化物の乳化破壊温度よりも低い温度に加熱すれば足りるが、好ましくは、（乳化破壊温度−5）〜（乳化破壊温度−35）℃の範囲である。上限の温度として「乳化破壊温度−5℃」としたのは、温度管理の安全性の観点から規定したものである一方、下限の温度として「乳化破壊温度−35℃」としたのは、あまりにも低温にすると、高い減圧度が必要となり、これにより減圧装置のエネルギー損失が大となるからである。減圧度は、一般に3〜20 kPa（絶対圧）、好ましくは5〜15 kPa（絶対圧）である。
なお、減圧した場合、乳化物調製時に添加した界面活性剤の作用によって、乳化物の発泡が著しい場合がある。このような場合には、前記したように、前記工程（1）で消泡剤を添加することができる。
【００１７】
前記工程（3）によれば、加熱した乳化物を蒸発缶１１に戻して、減圧下に、凝縮器１４によって有機溶剤を留去し、これにより有機溶剤を受槽１５において回収する。
加熱済みの乳化物は、例えば、移送ポンプの手段、好ましくは自由落下により、蒸発缶１１に戻し、ここで有機溶剤を蒸発させる。なお、減圧度は前記したとおりである。また、この工程（3）の蒸発缶１１において、有機溶剤は、蒸発されるが、これは、前記工程（2）の加熱器の加熱によってなされる。次いで、蒸発缶１１において蒸発した有機溶剤は、凝縮器１４に供給し、凝縮器１４において液化し、受槽１５に貯蔵する。
受槽１５内に貯蔵した有機溶剤は、再利用することができ、資源の節約という技術的効果が得られる。
【００１８】
前記工程（4）によれば、有機溶剤を含まないゴム状弾性体分散物を得ることができる。その後、要すれば水を添加して、固形分を調節して最終生成物を得る。本発明の水性ゴム状弾性体分散物は、粘着剤、接着剤、塗料、自動車シートなどの製造に使用される。
以上、好適な本発明の製造方法によれば、減圧下で実施しているため、低温で効率的に有機溶剤を除去できるという、技術的効果を奏することができる。
【００１９】
【実施例】
次に、実施例を挙げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。なお実施例において、特に断らない限り、割合は、全て質量（重量）を基準とする。
乳化破壊温度の一般的測定法
乳化破壊温度は、次のようにして測定した。
乳化液（0.001 m3）を、常圧下、セパラブルフラスコなどの容器（0.002 m3）に入れ、撹拌翼にて容器を撹拌する。容器は、恒温槽に浸漬しておき、乳化液の温度は、恒温槽にて制御する。恒温槽の温度を徐々に上げてゆき、容器内を目視にて観察する。最初に凝集物を確認できたときの液温を温度計にて測定する。この時点での温度を乳化破壊温度とする。
【００２０】
調製例1：SBR乳化物の調製
SBR〔TR-2631C（商品名）、JSR〕30 kgを、トルエン70 kg中に溶解し、アニオン性界面活性剤〔ロジン石鹸、荒川化学工業（株）〕1.1 kgおよび非イオン性界面活性剤〔ノイゲンEA-167（商品名）、第一工業製薬〕1.5 kgを添加し、水46 kgで乳化して乳化物を調製した。
【００２１】
調製例2：CR乳化物の調製
JSR製のCR 30 kgを、トルエン70 kg中に溶解し、アニオン性界面活性剤〔ロジン石鹸、荒川化学工業（株）〕1.0 kgおよび非イオン性界面活性剤〔ノイゲンEA-167（商品名）、第一工業製薬〕1.5 kgを添加し、水48 kgで乳化して乳化物を調製した。
【００２２】
実施例1：SBR分散物の製造
調製例1で調製したSBR乳化物を、実験室において、前記した破壊温度の測定法に従い、加熱・蒸発させて、乳化破壊温度52℃のデータを得た。また、10 kPa（絶対圧）の減圧下、蒸発温度40℃で蒸発・濃縮を続けたところ、固形分濃度45％で乳化破壊が生じ、このときのトルエン含有率は、9.5％であった。
【００２３】
調製例1で調製した乳化物を、200 L容の蒸発缶内に仕込み、シリコーン系消泡剤〔FSアンチフォーム（商品名）、ダウコーニング〕0.1 kgを添加し、自吸式ポンプ（スプルト工業製）によって、伝熱面積2 m2の熱交換器に送り込んだ。一方、メカニカルブースター（宇野沢組鉄工所製）で蒸発缶内を減圧とし、10 kPa（絶対圧）を維持した。熱交換器の伝熱管に60℃の温水を通水して加熱を開始した。蒸発缶内の温度が35℃でトルエンの蒸発が始まった。蒸発缶の乳化物の固形分濃度が33％になったら、随時水を添加して固形分濃度を33〜38％に維持した。水を20 kg添加した時点でトルエン含有率は、1％以下になっていた。その後、水を添加せずに、蒸発温度を続け、固形分濃度50％で濃縮を終了した。
得られたSBR分散物は、固形分濃度50.5％およびトルエン含有率0.7％の安定な分散物である。なお、上記製造工程において、凝集物は、実質的に全く形成されず、かつ乳化物は、乳化破壊を起こすことなく、有機溶剤を含まない分散物を得ることができた。
【００２４】
実施例2：CR分散物の製造
実施例1と同様な方法により、乳化破壊温度を測定し、CR分散物を製造した。ただし、調製例1のSBR乳化物に代えて、調製例2で調製したCR乳化物を用いた。乳化破壊温度は、55℃である。また、乳化破壊濃度は、45％であって、このときのトルエン含有率は、9.5％である。
トルエン除去後のゴム状弾性体分散物は、固形分50.5％で、トルエン含有率0.2％の安定な分散物である。なお、実施例1と同様に、上記製造工程において、凝集物は、実質的に全く形成せず、かつ乳化物は、乳化破壊を起こすことなく、有機溶剤を含まない分散物を得ることができた。
【００２５】
比較例1
実施例1と同様な方法によって、分散物を製造した。ただし、本発明の熱交換器と蒸発缶の組合せに代えて、ジャケット付きの蒸発釜による従来法を用いた（図1、参照）。この製造工程において、乳化物を基準に、22％もの多量の凝集物が形成され、乳化物は、乳化破壊を起こし、製品として許容できないものである。
【００２６】
評価
実施例1および比較例1の結果から明らかなように、多量の凝集物を発生するジャケット付きの蒸発釜による従来法に比し、本発明の製造方法は、乳化破壊が起こらず、凝集物も全く形成しておらず、本発明の製造方法は、優れた技術的効果を奏することが証明された。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の製造方法は、従来技術に比し、コストが安価であって乳化破壊を防止しうる効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来法に用いられるジャケット付きの蒸発釜を示す模式図
【図２】  本発明の製造方法の実施形態を示す工程系統図
【符号の説明】
A：液面、B：液面、1：蒸発釜、2：ジャケット、3：撹拌機、4：乳化物、10：分散物製造用の設備、11：蒸発缶、12：移送ポンプ、13：熱交換器、14：凝縮器、15：受槽、16：真空ポンプ
【図１】
0003730229.tif 000002
【図２】
0003730229.tif 000003