JP2001072713A - ポリビニルイミダゾリンの製造方法 - Google Patents

ポリビニルイミダゾリンの製造方法

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JP2001072713A
JP2001072713A JP24825299A JP24825299A JP2001072713A JP 2001072713 A JP2001072713 A JP 2001072713A JP 24825299 A JP24825299 A JP 24825299A JP 24825299 A JP24825299 A JP 24825299A JP 2001072713 A JP2001072713 A JP 2001072713A
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sulfuric acid
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polyamine
polyvinyl imidazoline
ammonium chloride
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Fumiharu Takahashi
史治 高橋
Yasushi Hara
靖 原
Kouji Kawahata
光時 河畑
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Tosoh Corp
Original Assignee
Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】特に凝集剤に有用な高粘度のポリビニルイミダ
ゾリンを得るため、硫化水素を副生させることなく、ポ
リビニルイミダゾリンの粘度低下を抑制する製造方法を
提供する。 【解決手段】ポリビニルイミダゾリン又はその塩の製造
方法において、(i)ニトリル基を含有する重合体と
(ii)硫酸とを接触させた後、(iii)塩化アンモ
ニウム及び/又はアミンの塩酸塩及び(iv)ポリアミ
ンを用いて反応させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はポリビニルイミダゾ
リンの製造方法に関する。ポリビニルイミダゾリンは高
分子凝集剤等として有用な化合物である。
【0002】
【従来の技術】アクリロニトリル又はメタクリロニトリ
ル重合体とポリアミンを反応させ、ポリビニルイミダゾ
リン又はその塩を製造する方法としては、触媒に硫黄を
使用する方法が知られている(特公昭42−6271号
公報)。硫黄を触媒とする方法は、100℃以下の低温
で反応が進行するが、反応中に硫化水素を副生する。硫
化水素は極めて毒性が高く、臭気もひどい。生成したポ
リビニルイミダゾリンは塩基性物質であるため、酸性の
硫化水素と塩を形成し、硫化水素を取り除くのは容易で
はなかった。
【0003】一方、硫化水素を副生しないポリビニルイ
ミダゾリンの製造方法もすでに知られている。すなわ
ち、触媒として塩化アンモニウム及び/又はアミンの塩
酸塩等を使用することによって、硫化水素を発生させず
にポリビニルイミダゾリンを製造する方法を開示してい
る(特開平10−259209号)。
【0004】この方法により、重量平均分子量が10万
程度のアクリロニトリル重合体を用いて反応した場合、
原料に用いたアクリロニトリル重合体に対応した粘度の
ポリビニルイミダゾリンが得られる。しかし、粘度の高
いポリビニルイミダゾリンを得る目的で、重量平均分子
量100万程度の高分子量のアクリロニトリル重合体を
用いて反応を行った場合でも、低粘度のポリビニルイミ
ダゾリンしか得られず、重量平均分子量10万のアクリ
ロニトリル重合体を用いた場合と同じような粘度のポリ
ビニルイミダゾリンしか得られないといった問題が生じ
てきた。そこで、このようなポリビニルイミダゾリンの
粘度低下が発生しない製造方法が望まれていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
凝集剤に有用な高粘度のポリビニルイミダゾリンを得る
ため、硫化水素を副生させることなく、ポリビニルイミ
ダゾリンの粘度低下を抑制する製造方法を提供すること
にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記課題を
解決するために鋭意検討した結果、触媒として塩化アン
モニウム及び/又はアミンの塩酸塩及び硫酸を添加する
ことによって、硫化水素を副生させることなくポリビニ
ルイミダゾリンが製造でき、さらにポリビニルイミダゾ
リンの粘度低下を抑制するという新規な事実を見出し、
本発明を完成させるに至った。
【0007】すなわち、本発明は、ポリビニルイミダゾ
リン又はその塩の製造方法において、(i)ニトリル基
を含有する重合体と(ii)硫酸とを接触させた後、
(iii)塩化アンモニウム及び/又はアミンの塩酸塩
及び(iv)ポリアミンを用いて反応させることを特徴
とするポリビニルイミダゾリンの製造方法である。
【0008】以下、本発明について詳細に説明する。
【0009】本発明の方法において原料のニトリル基を
含有する重合体としては、アクリロニトリル又はメタク
リロニトリル重合体の均一重合体を使用しても良いし、
共重合体も使用できる。アクリロニトリル、メタクリロ
ニトリルと共重合できるモノマーとしては、塩化ビニ
ル、臭化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル
類、塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニリデン類、アク
リル酸、メタクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸等
の不飽和カルボン酸及びこれらの塩類、(メタ)アクリ
ル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル等の(メタ)ア
クリル酸エステル類、メチルビニルケトン、メチルイソ
プロペニルケトン等の不飽和ケトン類、酢酸ビニル、安
息香酸ビニル等のビニルエステル類、メチルビニルエー
テル、エチルビニルエーテル等のビニルエーテル類、
(メタ)アクリルアミド及びそのアルキル置換体、ビニ
ルスルホン酸、(メタ)アリルスルホン酸、p−スチレ
ンスルホン酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパ
ンスルホン酸、(メタ)アクリロイルオキシエチルスル
ホン酸等の不飽和スルホン酸及びこれらの塩類、スチレ
ン、α−メチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン
及びそのアルキル又はハロゲン置換体、アリルアルコー
ル及びそのエステル又はエーテル類、ビニルピリジン、
ビニルピリミジン、ビニルピロリドン、ビニルイミダゾ
ール、ジメチルアミノエチルメタクリレート、ビニルベ
ンジルジメチルアミン等の塩基性ビニル化合物類等が挙
げられる。
【0010】本発明の方法において使用される硫酸は、
濃硫酸でも希硫酸でも良く、硫酸アンモニウムや硫酸ナ
トリウムなどのように硫酸塩でも使用することができ
る。
【0011】本発明の方法において使用される触媒は、
塩化アンモニウム及び/又はアミンの塩酸塩である。ア
ミンに特に制限はなく、例えば、メチルアミン、ジメチ
ルアミン、トリメチルアミン、エチルアミン、ジエチル
アミン、トリエチルアミン等の脂肪族アミン類、ピペリ
ジン、ピロリジン、シクロヘキシルアミンなどの脂環式
アミン、ピリジン、アニリン等の芳香族アミン類、エチ
レンジアミン、ジエチレントリアミン、プロパンジアミ
ン等のポリアミン類等が挙げられる。本発明の方法にお
いては反応原料としてポリアミンを使用するので、反応
系中に塩化水素を添加してアンモニウム塩としても良
い。
【0012】本発明の方法において使用される原料のポ
リアミンとしては、1,2−ジアミンが例示される。
1,2−ジアミンは下式(1)で示される化合物であ
る。
【0013】 H2NCHR1CHR2NHR3 (1) (式中、R1、R2、R3は各々独立して水素、脂肪族、
芳香脂肪族及び芳香族の基を意味し、それらは官能基を
含んでいてもよい。)1,2−ジアミンとしては、エチ
レンジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテ
トラミン、テトラエチレンペンタミン、ペンタエチレン
ヘキサミン、アミノエチレンピペラジンなどのエチレン
アミン、ジアミノプロパン、ジアミノブタン、ジアミノ
ペンタン、ジアミノヘキサン、ジアミノヘプタン、ジア
ミノオクタン、ジアミノノナン、ジアミノデカン、シク
ロヘキシルエチレンジアミン、ベンジルエチレンジアミ
ン、フェニルエチレンジアミン、メトキシフェニルエチ
レンジアミン、ジメチルフェニルエチレンジアミン、ト
リルエチレンジアミン、N−シクロヘキシルエチレンジ
アミン、N−ベンジルエチレンジアミン、N−フェニル
エチレンジアミン、N−メトキシフェニルエチレンジア
ミン、N−ジメチルフェニルエチレンジアミン、N−ト
リルエチレンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、
N−エチルエチレンジアミン、N−イソブチルエチレン
ジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N−(2−
アミノエチル)エチレンジアミン等が例示される。
【0014】本発明の方法において使用される硫酸(i
i)は、ポリビニルイミダゾリンを合成する前にニトリ
ル基を含有する重合体(i)と接触させなければならな
い。ポリビニルイミダゾリンを合成した後に上記の硫酸
(ii)を加えても、得られるポリビニルイミダゾリン
の粘度低下は抑制できない。ニトリル基を含有する重合
体(i)と硫酸(ii)とを接触させた後は、塩化アン
モニウム及び/又はアミンの塩酸塩(iii)及びポリ
アミン(iv)の添加順序に特に制限はない。
【0015】本発明の方法において、ポリアミン(i
v)とアクリロニトリル又はメタクリロニトリルの重合
体(i)は、化学当量又は一方の過剰で反応を行うこと
ができる。
【0016】本発明の方法において、硫酸(ii)と塩
化アンモニウム及び/又はアミンの塩酸塩(iii)の
量比は、反応性やポリビニルイミダゾリンの粘度低下抑
制効果等を考慮すると、塩化アンモニウム及び/又はア
ミンの塩酸塩(iii)をmol換算で総量1molに
対し、硫酸(ii)0.01〜10000mmolが好
ましく、0.1〜5000mmolの範囲での使用が更
に好ましい。
【0017】本発明の方法において、反応温度は、原料
のアクリロニトリル又はメタクリロニトリル重合体の分
子鎖切断や粘度低下さらには経済性等を考慮すると、6
0〜200℃の範囲が好ましく、70〜180℃で行う
ことが更に好ましい。
【0018】本発明の方法は通常液層で実施される。
【0019】本発明の方法において、反応は原料を液体
状、溶液状、懸濁状に保てればよく、常圧、又は加圧下
で行うことができる。この反応では、反応中にアンモニ
アが生成するため、加圧反応の場合は、圧力が上昇する
が、このアンモニアは反応途中で除去することもできる
し、反応が終了してから除去することもできる。反応温
度が原料の沸点を越えている場合は、加圧下で反応を実
施する、凝縮器を設ける、あるいは原料を少しずつ供給
するなどの方法をとることができる。
【0020】本発明の方法においては、ニトリル基を含
有する重合体(i)に硫酸(ii)が分散されていれば
反応時に溶媒を使用してもしなくても良い。溶媒として
は、水などイミダゾリンを分解するものの使用は好まし
くないが、反応条件に不活性なものであれば特に制限な
く使用できる。
【0021】本発明の方法は、連続反応で実施しても良
いし、回分反応、半回分反応で実施しても良い。また、
固定床でも懸濁床でも反応できる。
【0022】本発明におけるポリビニルイミダゾリン
は、それ自体とその塩も含むものである。ポリビニルイ
ミダゾリンの塩の場合、例えば酸と接触させることによ
り、容易に塩に変えることができる。具体的には、ポリ
ビニルイミダゾリンに当量の塩化水素を加えることによ
って、ポリビニルイミダゾリンの塩化物に変えることが
できる。
【0023】本発明においては硫酸を添加するため、硫
酸の量がニトリル基を含有する重合体の当量以上であれ
ば硫酸塩となるし、用いる触媒が塩安であれば発生する
塩化水素により塩酸塩もできる。しかし、双方あわせて
当量以下であれば塩を含まないポリビニルイミダゾリン
も製造することができる。
【0024】本発明の方法においては、反応生成物のポ
リビニルイミダゾリンはそのまま精製しても良いし、塩
の形で精製しても良い。
【0025】
【実施例】本発明を以下の実施例により更に詳細に説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。な
お、粘度測定は以下の方法により実施した。
【0026】<ポリビニルイミダゾリンの粘度測定>ポ
リビニルイミダゾリン0.25gを純水に溶解させ5w
t%水溶液とし、溶解を始めてから1時間後に、25℃
でEL型粘度計(東京計器製)を用いて測定し、センチ
ポアズ(cP)単位で示した。
【0027】実施例1 ポリアクリロニトリル(重量平均分子量800000)
5g、1−プロパノール40g、硫酸0.1gをフラス
コに入れ、窒素置換して攪拌した後、エチレンジアミン
13.4g、塩化アンモニウム5gを加えて、昇温を開
始した。95℃で7時間加熱した後、これを冷却し、粘
稠な黄色溶液を取り出し、テトラヒドロフラン中に注ぐ
と、白色の固体となった。これを乾燥すると12.5g
の白色のポリビニルイミダゾリン塩酸塩粉末が得られ
た。このポリビニルイミダゾリン塩酸塩の粘度は90c
Pであった。
【0028】比較例1 実施例1において硫酸を添加しなかった以外は全く同じ
方法で反応を行った。その結果、12.3gの白色のポ
リビニルイミダゾリン塩酸塩粉末が得られた。このポリ
ビニルイミダゾリン塩酸塩の粘度は8cPであった。
【0029】実施例2 実施例1において硫酸を0.03g添加した以外は全く
同じ方法で反応を行った。その結果、11.5gの白色
のポリビニルイミダゾリン塩酸塩粉末が得られた。この
ポリビニルイミダゾリン塩酸塩の粘度は20cPであっ
た。
【0030】実施例3 ポリアクリロニトリル(重量平均分子量400000)
5g、1−プロパノール20g、硫酸0.05gをフラ
スコに入れ、窒素置換して攪拌した後、エチレンジアミ
ン50g、塩化アンモニウム0.05gを加えて、昇温
を開始した。95℃で30時間加熱した後、これを冷却
し、粘稠な黄色溶液を取り出し、テトラヒドロフラン中
に注ぐと、白色の固体となった。これを乾燥すると7.
8gの白色のポリビニルイミダゾリン粉末が得られた。
このポリビニルイミダゾリンの粘度は318cPであっ
た。
【0031】比較例2 実施例3において硫酸を添加しなかった以外は全く同じ
方法で反応を行った。その結果、10.3gの白色のポ
リビニルイミダゾリン粉末が得られた。このポリビニル
イミダゾリンの粘度は7cPであった。
【0032】
【発明の効果】本発明は硫化水素を副生しないポリビニ
ルイミダゾリンの製造方法に関して、反応時におけるポ
リビニルイミダゾリンの粘度低下を抑制し、凝集剤に適
した剤を提供するものであり、極めて有意義である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4D015 BA09 BA10 DB12 DB24 DC02 4J100 AB02Q AB03Q AB07Q AB08Q AC00Q AC04Q AE03Q AE04Q AF10Q AG04Q AG08Q AJ02Q AJ08Q AJ09Q AK01Q AK18Q AL02Q AM02P AM15Q AP01Q AQ06Q BA56Q BC43Q BC73H CA01 CA04 CA31 HA61 HB42 HB52 HC43 HC63 JA18

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリビニルイミダゾリン又はその塩の製造
    方法において、(i)ニトリル基を含有する重合体と
    (ii)硫酸とを接触させた後、(iii)塩化アンモ
    ニウム及び/又はアミンの塩酸塩及び(iv)ポリアミ
    ンを用いて反応させることを特徴とするポリビニルイミ
    ダゾリンの製造方法。
  2. 【請求項2】ニトリル基を含有する重合体が、アクリロ
    ニトリル又はメタクリロニトリルの均一重合体又は共重
    合体であることを特徴とする請求項1に記載の製造方
    法。
  3. 【請求項3】ポリアミンが、1,2−ジアミンであるこ
    とを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の製造方
    法。
  4. 【請求項4】ポリアミンが、下式(1)で示される化合
    物であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載
    の製造方法。 H2NCHR1CHR2NHR3 (1) (式中、R1、R2、R3は各々独立して水素、脂肪族、
    芳香脂肪族又は芳香族の基を意味し、それらは官能基を
    含んでいても良い。)
  5. 【請求項5】硫酸の量が塩化アンモニウム及び/又はア
    ミンの塩酸塩の総量1molに対して、0.01〜10
    000mmolであることを特徴とする請求項1〜請求
    項4のいずれかに記載の製造方法。
  6. 【請求項6】反応温度が、60℃〜200℃の範囲であ
    ることを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記
    載の製造方法。
  7. 【請求項7】反応を液相で実施することを特徴とする請
    求項1〜請求項6のいずれかに記載の製造方法。
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