JP2009051767A - Cationic vinyl monomer - Google Patents

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JP2009051767A JP2007219682A JP2007219682A JP2009051767A JP 2009051767 A JP2009051767 A JP 2009051767A JP 2007219682 A JP2007219682 A JP 2007219682A JP 2007219682 A JP2007219682 A JP 2007219682A JP 2009051767 A JP2009051767 A JP 2009051767A
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Mayu Kudo
繭 工藤
Hideki Masuda
英樹 増田
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Kohjin Holdings Co Ltd
Kohjin Co
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cationic vinyl monomer which is stable with the passage of time and is free from the increase of its viscosity or the occurrence of popcorn polymerization due to exterior temperature, light, impact, a few amount of an ion of a metal such as iron in particular, during production, transportation or storage, and also exhibits satisfactory polymerizability. <P>SOLUTION: The cationic vinyl monomer is prepared by adding 0.1 to 5,000 ppm of a thiol compound or a nitroxyl radical compound as a stabilizer, to a cationic vinyl monomer represented by general formula (1) (R<SB>1</SB>is H or methyl group; R<SB>2</SB>and R<SB>3</SB>are each independently identically or differently a 1-3C alkyl group; R<SB>4</SB>is a 1-3C alkyl group or a benzyl group; A is a 1-3C alkylene group; X is a halogen atom, a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group or a p-toluene sulfonyl group). <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、重合性を損なうことなく、貯蔵、運搬、製造時の変質を防止できる、安定性を飛躍的に向上させたカチオン性ビニルモノマーに関する。   The present invention relates to a cationic vinyl monomer which can prevent deterioration during storage, transportation and production without impairing polymerizability, and which has dramatically improved stability.

カチオン性ビニルモノマーは、単独重合あるいは他のモノマーとの共重合等により、陽イオン性、導電性、水溶性、接着性等の機能を有するポリマーに容易になり得るため、高分子凝集剤、製紙用薬剤、帯電防止剤、繊維改質剤、接着剤、化粧品等の用途で有用性の高いカチオン性ポリマーの原料モノマーとして工業的に広く利用されている。   Cationic vinyl monomers can be easily made into polymers having functions such as cationicity, conductivity, water solubility, and adhesiveness by homopolymerization or copolymerization with other monomers. It is widely used industrially as a raw material monomer for cationic polymers that are highly useful in applications such as pharmaceuticals, antistatic agents, fiber modifiers, adhesives, and cosmetics.

カチオン性ビニルモノマーは、一般に、不飽和第3級アミンに塩酸、硫酸等を加えて中和し酸塩としたり、あるいは四級化剤を加えて四級化反応を行わせることによって製造される。
そして、カチオン性モノマーは、不飽和第3級アミンに比べて不安定で、特に水溶液中において高濃度で存在させた場合は自然重合しやすく、製造、運搬、保管時に外温、光、衝撃、微量の金属イオン (特に鉄など) 等により、増粘やポプコン重合を起こすことがあり、カチオン性ビニルモノマーの製造や保存、重合体製造時の安定性の向上が大きな課題となっている。
Cationic vinyl monomers are generally produced by adding hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. to an unsaturated tertiary amine to neutralize it to give an acid salt, or adding a quaternizing agent to cause a quaternization reaction. .
The cationic monomer is unstable as compared with the unsaturated tertiary amine, and is likely to spontaneously polymerize particularly when it is present in a high concentration in an aqueous solution. During production, transportation and storage, external temperature, light, impact, A very small amount of metal ions (especially iron, etc.) may cause thickening or popcon polymerization, and the production and storage of cationic vinyl monomers and the improvement of stability during polymer production are major issues.

従来、カチオン性ビニルモノマーの安定剤としては、ハイドロキノン(以下、HQと略称する。)、ハイドロキノンモノメチルエーテル(以下、MEHQと略称する。)、t−ブチルカテコール等の重合防止剤を添加することが行われてきた。しかし、カチオン性ビニルモノマーに対して、このような重合防止剤では必ずしも満足できるものではなかった。
そこで、さらに有利な方法が検討され、種々の安定化法が提案されてきた。例えば、芳香族ニトロソ化合物の添加(特許文献1)、環状アミン化合物の添加(特許文献2)、ニトロソ化合物またはキノン系化合物と、エチレンジアミン四酢酸(以下、EDTAと略称する。)やニトリロ三酢酸などの金属封鎖剤との併用(特許文献3)、重合防止剤と金属封鎖剤との併用において、金属封鎖剤としてジエチレントリアミン五酢酸(以下、DTPAと略称する。)、N−(ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン三酢酸およびこれらの塩などのアミノポリカルボン酸型の使用(特許文献4)、あるいは、重合防止剤とアルキレンホスホン酸系金属封鎖剤との併用(特許文献5)等の方法が提案されている。
Conventionally, as a stabilizer for a cationic vinyl monomer, a polymerization inhibitor such as hydroquinone (hereinafter abbreviated as HQ), hydroquinone monomethyl ether (hereinafter abbreviated as MEHQ), or t-butylcatechol is added. Has been done. However, such polymerization inhibitors are not always satisfactory for cationic vinyl monomers.
Therefore, more advantageous methods have been studied and various stabilization methods have been proposed. For example, addition of an aromatic nitroso compound (Patent Document 1), addition of a cyclic amine compound (Patent Document 2), a nitroso compound or a quinone compound, ethylenediaminetetraacetic acid (hereinafter abbreviated as EDTA), nitrilotriacetic acid, etc. In combination with a metal sequestering agent (Patent Document 3), in combination with a polymerization inhibitor and a sequestering agent, diethylenetriaminepentaacetic acid (hereinafter abbreviated as DTPA), N- (hydroxyethyl) -ethylenediamine as a sequestering agent. Methods such as the use of aminopolycarboxylic acid types such as triacetic acid and salts thereof (Patent Document 4), or the combined use of a polymerization inhibitor and an alkylenephosphonic acid sequestering agent (Patent Document 5) have been proposed. .

しかしながら、芳香族ニトロソ化合物は、ハイドロキノン等に比べて安定剤としての効果は格段に大きいものの少量の添加でもカチオン性ビニルモノマーを著しく着色させる傾向があり、また、カチオン性ビニルモノマーの重合を阻害し、残存モノマーの多いポリマーが生成しやすくなるという欠点があった。また、環状アミン化合物は、酸性領域あるいは金属イオンに対する安定性は未知数である。
さらに、重合禁止剤と金属封鎖剤との併用では、オキシカルボン酸やポリカルボン酸は鉄イオン等の金属イオンに対する金属封鎖力が弱く、また、アミノポリカルボン酸やアルキレンホスホン酸等の金属封鎖剤は、酸性領域、すなわち局所的高濃度の金属イオンが存在する場合の金属封鎖力は不十分であり、自然重合や重合体製造時のゲル発生、及び着色の要因となる金属イオンを完全に封鎖することは困難であった。
特開昭53−144519号公報 特開昭58−15942号公報、同58−99449号公報 特開昭57−109747号公報、同特開昭57−109749号公報 特開平10−67720号公報、同10−67721号公報 特開2001−226334号公報
However, aromatic nitroso compounds are much more effective as stabilizers than hydroquinone and the like, but there is a tendency to significantly color the cationic vinyl monomer even when added in a small amount, and also inhibits polymerization of the cationic vinyl monomer. There is a drawback that a polymer having a large amount of residual monomer is easily generated. Further, the cyclic amine compound has an unknown stability in the acidic region or metal ion.
Furthermore, in the combined use of a polymerization inhibitor and a sequestering agent, oxycarboxylic acid and polycarboxylic acid have a weak sequestering power against metal ions such as iron ions, and sequestering agents such as aminopolycarboxylic acid and alkylenephosphonic acid. Has insufficient sequestering power in the acidic region, that is, in the presence of locally high concentrations of metal ions, and completely sequesters metal ions that cause gel formation and coloration during natural polymerization and polymer production. It was difficult to do.
JP-A-53-144519 JP 58-155942 A and 58-99449 Gazette. JP-A-57-109747, JP-A-57-109747 JP-A-10-67720 and JP-A-10-67721 JP 2001-226334 A

したがって、本発明は、重合性を損なわずに製造、運搬、長期にわたる貯蔵時の変質を防止し、さらには、酸性・無酸素領域下においても、金属容器保管中や重合体製造時に金属製重合釜表面のゲル発生を抑制し、重合安定性が飛躍的に向上したカチオン性ビニルモノマー、及びカチオン性ビニルモノマーの安定化法を提供することを課題とする。   Therefore, the present invention prevents deterioration during production, transportation, and long-term storage without impairing the polymerizability. Furthermore, even in an acidic / oxygen-free region, metal polymerization is performed during metal container storage or during polymer production. It is an object of the present invention to provide a cationic vinyl monomer that suppresses the generation of gel on the surface of the kettle and dramatically improves the polymerization stability, and a method for stabilizing the cationic vinyl monomer.

本発明者らは鋭意検討した結果、チオール化合物あるいはニトロキシルラジカル化合物を添加することにより、課題を解決できることを見い出し、本発明に到達した。
すなわち本発明は、
(1)チオール化合物及び/又はニトロキシルラジカル化合物を0.1〜5000ppm含有した、一般式(1)(式中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で互いに同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜3のアルキル基またはベンジル基を、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を、Xはハロゲン原子、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基又はP−トルエンスルホニル基を、それぞれ表す。)で表される、カチオン性ビニルモノマー、
(2)チオール化合物が、メルカプト基と、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を有する化合物である、上記(1)記載のカチオン性ビニルモノマー、
(3)チオール化合物が、チオグリコール酸である、上記(1)又は(2)記載のカチオン性ビニルモノマー、
(4)ニトロキシルラジカル化合物が、室温で安定に存在しうるフリーラジカルを有する化合物である、上記(1)記載のカチオン性ビニルモノマー、
(5)ニトロキシルラジカル化合物が、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルである、上記(1)又は(4)記載のカチオン性ビニルモノマー、
(6)チオール化合物及び/又はニトロキシルラジカル化合物を0.1〜5000ppm添加することを特徴とする、一般式(1)(式中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で、互いに同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜3のアルキル基またはベンジル基を、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を、Xはハロゲン原子、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基又はP−トルエンスルホニル基を、それぞれ表す。)で表されるカチオン性ビニルモノマーの安定化法、
を提供するものである。
As a result of intensive studies, the present inventors have found that the problem can be solved by adding a thiol compound or a nitroxyl radical compound, and have reached the present invention.
That is, the present invention
(1) General formula (1) containing 0.1 to 5000 ppm of thiol compound and / or nitroxyl radical compound (wherein R 1 is a hydrogen atom or methyl group, R 2 and R 3 are each independently carbon or different and be identical to one another by the number 1 to 3 alkyl groups, the R 4 is an alkyl group or a benzyl group having 1 to 3 carbon atoms, a is an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, X is A cationic vinyl monomer represented by a halogen atom, a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group or a P-toluenesulfonyl group.
(2) The cationic vinyl monomer according to the above (1), wherein the thiol compound is a compound having a mercapto group and a hydroxyl group or a carboxyl group,
(3) The cationic vinyl monomer according to the above (1) or (2), wherein the thiol compound is thioglycolic acid,
(4) The cationic vinyl monomer according to the above (1), wherein the nitroxyl radical compound is a compound having a free radical that can stably exist at room temperature,
(5) The cationic vinyl monomer according to the above (1) or (4), wherein the nitroxyl radical compound is 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl,
(6) A general formula (1) characterized by adding 0.1 to 5000 ppm of a thiol compound and / or a nitroxyl radical compound (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 and R 3 Are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, which may be the same or different from each other, R 4 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a benzyl group, and A represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. An alkylene group, and X represents a halogen atom, a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group or a P-toluenesulfonyl group, respectively))
Is to provide.

Figure 2009051767
Figure 2009051767

本発明によれば、製造、運搬、保管時の外温、光、衝撃、微量の金属イオン(特に鉄など)等による自然重合、または重合体製造時のゲル化による変質を防止し、かつ、重合体製造時にはその重合性を損なわずに、求める重合体を得ることが可能な、安定性の高い一般式(1)で表されるカチオン性ビニルモノマーが提供される。   According to the present invention, external temperature during production, transportation, storage, light, impact, natural polymerization due to a small amount of metal ions (particularly iron, etc.), or alteration due to gelation during polymer production is prevented, and There is provided a cationic vinyl monomer represented by the general formula (1) having high stability, which can obtain a desired polymer without impairing the polymerizability at the time of producing the polymer.

本発明のカチオン性ビニルモノマーは、チオール化合物及び/又はニトロキシルラジカル化合物を0.1〜5000ppm含有した、上記一般式(1)で表される化合物である。
一般式(1)中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で互いに同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜3のアルキル基またはベンジル基を、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を、Xはハロゲン原子、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基又はP−トルエンスルホニル基を、それぞれ表す。
具体的には、下記一般式(2)で表されるジアルキルアミノアルキル (メタ) アクリルアミドに、四級化剤としてのハロゲン化アルキル、ジアルキル硫酸あるいはアルキルトルエンスルフォネートを公知の方法により反応させた反応生成物が挙げられる。
The cationic vinyl monomer of the present invention is a compound represented by the above general formula (1) containing 0.1 to 5000 ppm of a thiol compound and / or a nitroxyl radical compound.
In general formula (1), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, which may be the same or different, and R 4 is An alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a benzyl group, A represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, and X represents a halogen atom, a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group, or a P-toluenesulfonyl group.
Specifically, a dialkylaminoalkyl (meth) acrylamide represented by the following general formula (2) was reacted with an alkyl halide as a quaternizing agent, dialkylsulfuric acid or alkyltoluenesulfonate by a known method. Reaction products are mentioned.

Figure 2009051767
Figure 2009051767

一般式(2)中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で互いに同一であっても異なっていてもよく、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を表し、具体的には、N,N−ジメチルアミノエチル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジメチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジエチルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド、N,N−ジプロピルアミノプロピル(メタ)アクリルアミド等が例示される。
また、四級化剤としては、メチルクロライド、エチルクロライド、メチルブロマイド、エチルブロマイド等のアルキルハライド、ベンジルクロライド、及びベンジルブロマイド等のアラルキルハライド、ジメチル硫酸、ジエチル硫酸等のアルキル硫酸、パラトルエンスルホン酸メチル、パラトルエンスルホン酸エチル等のアルキルトルエンスルフォネートが挙げられる。
In general formula (2), R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, R 2 and R 3 are each independently an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, which may be the same or different, and A is carbon Represents an alkylene group of formulas 1 to 3, specifically, N, N-dimethylaminoethyl (meth) acrylamide, N, N-dimethylaminopropyl (meth) acrylamide, N, N-diethylaminopropyl (meth) acrylamide, Examples thereof include N, N-dipropylaminopropyl (meth) acrylamide.
The quaternizing agents include alkyl halides such as methyl chloride, ethyl chloride, methyl bromide and ethyl bromide, aralkyl halides such as benzyl chloride and benzyl bromide, alkyl sulfuric acids such as dimethyl sulfate and diethyl sulfate, and paratoluenesulfonic acid. Examples thereof include alkyltoluenesulfonates such as methyl and ethyl paratoluenesulfonate.

本発明で用いられるチオール化合物は、その化学構造式中にメルカプト基を有し安定化剤として機能する化合物をいい、メルカプト基とヒドロキシル基又はカルボキシル基を有する化合物がより好ましく、具体的には、メルカプトエタノール、メルカプトプロパノール、チオグリセロール、チオジグリコールなどのアルコール類、チオグリコール酸、チオグリコール酸アンモニウム、ジチオグリコール酸アンモニウム、チオグリコール酸2−エチルヘキシル、チオグリコール酸メトキシブチル、チオグリコール酸モノエタノールアミン、3,3’−チオジプロピオン酸、メルカプトプロピオン酸、チオリンゴ酸などのカルボン酸類が例示される。
このようなチオール化合物の中でも、特に炭素数2〜7個、好ましくは2〜4個のものが優れた効果を示すため、望ましい。
チオール化合物は、1種あるいは2種以上を組み合わせて用いても良い。
The thiol compound used in the present invention refers to a compound having a mercapto group in its chemical structural formula and functioning as a stabilizer, more preferably a compound having a mercapto group and a hydroxyl group or a carboxyl group, specifically, Alcohols such as mercaptoethanol, mercaptopropanol, thioglycerol, thiodiglycol, thioglycolic acid, ammonium thioglycolate, ammonium dithioglycolate, 2-ethylhexyl thioglycolate, methoxybutyl thioglycolate, monoethanolamine thioglycolate And carboxylic acids such as 3,3′-thiodipropionic acid, mercaptopropionic acid, and thiomalic acid.
Among such thiol compounds, those having 2 to 7 carbon atoms, preferably 2 to 4 carbon atoms are particularly preferable because they exhibit excellent effects.
The thiol compounds may be used alone or in combination of two or more.

本発明で用いられるニトロキシルラジカル化合物は、室温で安定に存在し得るフリーラジカルを有する化合物であり、ジ−tert−ブチルニトロキサイド、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルおよびその誘導体、2,2,5,5−テトラメチルピロリジン−1−オキサイドおよびその誘導体が挙げられる。具体的には、ジ−tert−ブチルニトロキサイド、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−アセトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルが例示される。これらの中では、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルが特に好ましい。
これらニトロキシルラジカル化合物は、1種あるいは2種以上を組み合わせて用いても良い。
The nitroxyl radical compound used in the present invention is a compound having a free radical that can exist stably at room temperature, and is di-tert-butyl nitroxide, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl. And its derivatives, 2,2,5,5-tetramethylpyrrolidine-1-oxide and its derivatives. Specifically, di-tert-butyl nitroxide, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-oxo-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-amino-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-methoxy-2,2,6, 6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-acetoxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl, 4-benzoyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl Is exemplified. Among these, 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl is particularly preferable.
These nitroxyl radical compounds may be used alone or in combination of two or more.

これら化合物は、カチオン性ビニルモノマーに対し0.1〜5000ppm、好ましくはチオール化合物の場合5〜500ppm、ニトロキシルラジカル化合物の場合1〜50ppm添加される。   These compounds are added in an amount of 0.1 to 5000 ppm with respect to the cationic vinyl monomer, preferably 5 to 500 ppm in the case of a thiol compound, and 1 to 50 ppm in the case of a nitroxyl radical compound.

チオール化合物及びニトロキシルラジカル化合物の添加方法としては、カチオン性ビニルモノマーに対してそのまま添加する方法あるいは水溶液として添加する方法が挙げられるが、カチオン性ビニルモノマーの製造時に添加することもできる。   Examples of the method of adding the thiol compound and the nitroxyl radical compound include a method of adding the cationic vinyl monomer as it is or a method of adding it as an aqueous solution, but it can also be added during the production of the cationic vinyl monomer.

本発明において、必要に応じて、HQ、MEHQ、t−ブチルカテコール、パラフェニレンジアミン、フェノチアジン等の不飽和化合物のラジカル重合反応を禁止する公知の重合防止剤を併用することもできる。   In the present invention, if necessary, a known polymerization inhibitor that inhibits radical polymerization reaction of unsaturated compounds such as HQ, MEHQ, t-butylcatechol, paraphenylenediamine, phenothiazine and the like may be used in combination.

本発明の効果である保存安定性は、一般式(1)で表されるカチオン性ビニルモノマーが、固体状、溶液状、エマルジョン状、スラリー状などいずれの形態であっても発揮される。水溶液として保存される場合、添加される水の量は、該カチオン性ビニルモノマーに対して、通常、0.01〜10倍(重量)、好ましくは0.1〜5倍(重量)である。   The storage stability, which is an effect of the present invention, is exhibited even when the cationic vinyl monomer represented by the general formula (1) is in any form such as solid, solution, emulsion, and slurry. When stored as an aqueous solution, the amount of water added is usually 0.01 to 10 times (weight), preferably 0.1 to 5 times (weight), relative to the cationic vinyl monomer.

本発明のカチオン性ビニルモノマーは、公知の方法によって重合体または共重合体とすることができる。共重合体を製造する際、使用できる他のビニルモノマーとしては、アクリルアミド、α−メチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミドなどの親水性の非イオン性ビニル単量体、アクリルニトリル、スチレン、メチルメタアクリレートなどの油溶性のビニル単量体が挙げられる。
重合は公知の方法、例えば水溶液重合、水と有機溶剤を用いた乳化重合、懸濁重合、沈殿重合などの方法により行うことができる。これら重合は、ラジカル重合開始剤を用いる方法が好ましく、ラジカル重合開始剤としては、アゾ化合物系触媒(アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩)、過酸化物系触媒(過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムなど)、レドックス系触媒(過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウムなどの過酸化物と第1鉄硫酸アンモニウム、重亜硫酸ソーダなどの還元剤からなるもの)などが挙げられる。
一例として水溶液重合を例示すれば、カチオン性ビニルモノマーを水溶液(モノマー濃度:20〜80重量%)とし、系内を不活性ガスで置換したのち、ラジカル重合開始剤を加え、通常、0〜95℃程度の重合温度で数時間重合することにより行うことができる。
The cationic vinyl monomer of the present invention can be converted into a polymer or copolymer by a known method. Other vinyl monomers that can be used in the production of the copolymer include hydrophilic nonionic vinyl monomers such as acrylamide, α-methylacrylamide, N, N-dimethylacrylamide, acrylonitrile, styrene, methyl methacrylate. Examples thereof include oil-soluble vinyl monomers such as acrylate.
The polymerization can be carried out by a known method such as aqueous solution polymerization, emulsion polymerization using water and an organic solvent, suspension polymerization, precipitation polymerization or the like. For these polymerizations, a method using a radical polymerization initiator is preferable. As the radical polymerization initiator, an azo compound catalyst (azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) is used. ) Propane] dihydrochloride), peroxide catalysts (ammonium persulfate, sodium persulfate, etc.), redox catalysts (peroxides such as ammonium persulfate, sodium persulfate, etc. and reduction of ferrous ammonium sulfate, sodium bisulfite, etc. And the like).
As an example, aqueous solution polymerization is exemplified. The cationic vinyl monomer is made into an aqueous solution (monomer concentration: 20 to 80% by weight), the inside of the system is replaced with an inert gas, and a radical polymerization initiator is added. The polymerization can be carried out at a polymerization temperature of about 0 ° C. for several hours.

本発明の特徴は、カチオン性ビニルモノマーの安定化剤としてチオール化合物あるいはニトロキシル化合物を用いる点にある。従来提案されてきた芳香族ニトロソ化合物安定化剤は、ハイドロキノン等に比べて安定剤としての効果は格段に大きいが、数十ppmの添加でもカチオン性ビニルモノマーを著しく着色させ、一方、ラジカル重合に対して極めて大きな禁止効果を有するため、多量の添加では重合体製造時の重合性を阻害するという欠点があり、単独で安定性に有効な量を用いることは困難であった。
また、カチオン性ビニルモノマーは、その特徴として、特に水溶液とした場合、アニオン性対イオンX が水溶液中の水素イオンと結合することにより強酸を生じることがあり、経時的にpHが低下し、例えば、金属容器保存中や重合体製造時に金属製重合釜の表面を腐食するというおそれがあった。そのため、特に重合体製造時のように、脱気や窒素置換により重合防止効果のある溶存酸素が取り除かれる過酷な条件となる為、この腐食によって溶出した局所的高濃度の金属イオンが、例えばカチオン性ビニルモノマー中に存在する微量のゲル化要因物質等に影響を与え、金属容器や金属製重合釜表面にゲルが発生し、合成収率の低下や、装置の使用を不可能にするなど、円滑な重合体の製造が困難となる場合があった。
このため、カチオン性ビニルモノマーの安定化に各種金属封鎖剤も提案されてきたが、これら金属封鎖剤は、元々金属封鎖力が弱いか、あるいは強くても酸性領域では著しく弱く、局所的高濃度の金属イオンに対する金属封鎖力は不十分であり、自然重合や重合体製造時のゲル化、及び着色を完全に防ぐことは困難であった。これに対し、本発明で用いられるチオール化合物あるいはニトロキシルラジカル化合物は、酸性・無酸素領域下においても、局所的高濃度の金属イオンが存在する場合であっても、長期にわたり、安定であり、かつ、重合体製造時にもその重合性を損なわない、という優れた作用効果を奏する。
A feature of the present invention is that a thiol compound or a nitroxyl compound is used as a stabilizer for the cationic vinyl monomer. The conventionally proposed aromatic nitroso compound stabilizers are much more effective as stabilizers than hydroquinone and the like, but even with the addition of several tens of ppm, the cationic vinyl monomer is remarkably colored, while it is used for radical polymerization. On the other hand, since it has a very large prohibiting effect, there is a drawback that the addition of a large amount inhibits the polymerizability during the production of the polymer, and it has been difficult to use an effective amount alone for stability.
Further, the cationic vinyl monomer is characterized in that, particularly when an aqueous solution is used, the anionic counter ion X may combine with hydrogen ions in the aqueous solution to generate a strong acid, and the pH decreases with time. For example, there has been a risk of corroding the surface of the metal polymerization kettle during storage of the metal container or during production of the polymer. For this reason, it becomes a severe condition in which dissolved oxygen having an effect of preventing polymerization is removed by degassing or nitrogen substitution, particularly at the time of polymer production. It affects the trace amount of gelling substances present in the functional vinyl monomer, and a gel is generated on the surface of the metal container or metal polymerization kettle, resulting in a decrease in the synthesis yield, making it impossible to use the device, etc. In some cases, it was difficult to produce a smooth polymer.
For this reason, various metal sequestering agents have been proposed for stabilizing cationic vinyl monomers, but these metal sequestering agents are originally weak in sequestering power or are extremely weak in the acidic region even if they are strong. The metal sequestering power against the metal ions is insufficient, and it is difficult to completely prevent natural polymerization, gelation and coloration during the production of the polymer. On the other hand, the thiol compound or nitroxyl radical compound used in the present invention is stable over a long period of time even in the presence of a local high concentration of metal ions even in an acidic / anoxic region. And the outstanding effect that the polymerizability is not impaired also at the time of polymer manufacture is produced.

以下、実施例によって本発明をさらに説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
実施例1
N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩を75%水溶液にし、安定化剤としてチオグリコール酸50ppm均一に溶解し、本発明のカチオン性ビニルモノマー水溶液を得た。このモノマー水溶液20質量部をステンレス製金属容器に入れ、蒸留水25質量部に溶解したのち、硫酸にて強制的に系内のpHを5とした。次いで、室温で窒素ガスを吹込み、系内を窒素置換し、ステンレス金属容器缶壁付着ゲル生成の有無及び水溶液の着色(いずれも目視)を調べた。結果を表1に示す。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to this.
Example 1
N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride quaternary salt was made into a 75% aqueous solution and 50 ppm of thioglycolic acid was uniformly dissolved as a stabilizer to obtain an aqueous cationic vinyl monomer solution of the present invention. 20 parts by mass of this monomer aqueous solution was placed in a stainless steel metal container, dissolved in 25 parts by mass of distilled water, and then the pH of the system was forcibly adjusted to 5 with sulfuric acid. Next, nitrogen gas was blown at room temperature, the inside of the system was replaced with nitrogen, and the presence / absence of formation of gel attached to the stainless steel metal container can wall and the coloring of the aqueous solution (both visually) were examined. The results are shown in Table 1.

実施例2
実施例1において、安定化剤をチオグリコール酸50ppmにかえて、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル10ppmとした以外は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
Example 2
In Example 1, it carried out similarly to Example 1 except having changed the stabilizer into 50 ppm of thioglycolic acid and using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl as 10 ppm. The results are shown in Table 1.

比較例1〜5
実施例1において、安定化剤を添加しないもの、チオグリコール酸にかえてt−ブチルカテコール、フェノチアジン、ニトロソR塩、ニトロソ−N−メチルアニリンをそれぞれ100ppm添加したものとした以外は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
Comparative Examples 1-5
Example 1 is the same as Example 1 except that 100 ppm of t-butylcatechol, phenothiazine, nitroso R salt, and nitroso-N-methylaniline was added in each case without adding a stabilizer, instead of thioglycolic acid. It carried out like. The results are shown in Table 1.

比較例6〜7
実施例1において、チオグリコール酸にかえて、MEHQ3000ppm、及びエチレンジアミン四酢酸2Na塩(EDTA−2Na)又は1−ヒドロキシエチリデン−1,1−ジホスホン酸(HEDP)それぞれ100ppmを添加したものとした以外は、実施例1と同様に実施した。結果を表1に示す。
Comparative Examples 6-7
In Example 1, instead of thioglycolic acid, MEHQ 3000 ppm and ethylenediaminetetraacetic acid 2Na salt (EDTA-2Na) or 1-hydroxyethylidene-1,1-diphosphonic acid (HEDP) were added except that 100 ppm was added. This was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.

Figure 2009051767
Figure 2009051767

試験例1
還流冷却器、温度計、窒素ガス導入管及び撹拌装置を備えた反応器に蒸留水200質量部を仕込み、反応器を窒素置換したのち50℃まで加熱した。反応器に2,2’−アゾビス[2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン]二塩酸塩0.6質量部を添加した後、実施例1で得た本発明のカチオン性ビニルモノマー水溶液(N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩75%水溶液にチオグリコール酸50ppmを均一に溶解した水溶液)を47重量部、N,N−ジメチルアクリルアミド53重量部、及び蒸留水80重量部を加え、3時間反応させ、共重合体を得た。
得られた共重合体の20%水溶液粘度を測定し、重量平均分子量を測定した。結果を表2に示す。
なお、重量平均分子量の測定は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにて、ポリエチレングリコールを標準物質として重量平均分子量を求めた。また、粘度の測定は、B型粘度計を用い25℃で実施した。
Test example 1
200 parts by mass of distilled water was charged into a reactor equipped with a reflux condenser, a thermometer, a nitrogen gas introduction tube and a stirring device, and the reactor was heated to 50 ° C. after substituting the nitrogen. After adding 0.6 parts by mass of 2,2′-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] dihydrochloride to the reactor, the aqueous cationic vinyl monomer solution of the present invention obtained in Example 1 was used. 47 parts by weight (aqueous solution in which 50 ppm of thioglycolic acid is uniformly dissolved in a 75% aqueous solution of N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride quaternary salt), 53 parts by weight of N, N-dimethylacrylamide, and 80 parts by weight of distilled water Was added and reacted for 3 hours to obtain a copolymer.
The viscosity of a 20% aqueous solution of the obtained copolymer was measured, and the weight average molecular weight was measured. The results are shown in Table 2.
The weight average molecular weight was measured by gel permeation chromatography using polyethylene glycol as a standard substance. The viscosity was measured at 25 ° C. using a B-type viscometer.

試験例2
試験例1において、実施例1で得られたカチオン性ビニルモノマー水溶液にかえて、実施例2で得た本発明のカチオン性ビニルモノマー水溶液(N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩75%水溶液に2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシル10ppmを均一に溶解した水溶液)を用いた以外は試験例1と同様に実施した。結果を表2に示す。
Test example 2
In Test Example 1, instead of the cationic vinyl monomer aqueous solution obtained in Example 1, the cationic vinyl monomer aqueous solution of the present invention obtained in Example 2 (N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride quaternary salt 75) The test was conducted in the same manner as in Test Example 1, except that an aqueous solution in which 10 ppm of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl was uniformly dissolved) was used. The results are shown in Table 2.

比較試験例1
試験例1において、実施例1で得られたカチオン性ビニルモノマー水溶液に変えて、安定化剤が添加されていないN,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミド塩化メチル4級塩75%水溶液を用いた以外は試験例1と同様に実施した。結果を表2に示す。
Comparative Test Example 1
In Test Example 1, instead of the cationic vinyl monomer aqueous solution obtained in Example 1, a 75% aqueous solution of N, N-dimethylaminopropylacrylamide methyl chloride quaternary salt to which no stabilizer was added was used. The same operation as in Test Example 1 was performed. The results are shown in Table 2.

Figure 2009051767
Figure 2009051767

以上説明してきたように、本発明のカチオン性ビニルモノマーは、製造、運搬、保管時の外温、光、衝撃、微量の金属イオン(特に鉄など)等による、増粘やポプコン重合、または重合体製造時のゲル化による変質がなく、経時的に安定なものである。したがって、高分子凝集剤、製紙用薬剤、帯電防止剤、遷移改質剤、接着剤、化粧品等のカチオン性ポリマーの原料として好適に用いることができる。   As described above, the cationic vinyl monomer of the present invention can be used for thickening, popcon polymerization or heavy polymerization due to external temperature, light, impact, trace amount of metal ions (particularly iron, etc.) during production, transportation and storage. There is no alteration due to gelation during the production of coalescence, and it is stable over time. Therefore, it can be suitably used as a raw material for cationic polymers such as polymer flocculants, papermaking chemicals, antistatic agents, transition modifiers, adhesives and cosmetics.

Claims (6)

チオール化合物及び/又はニトロキシルラジカル化合物を0.1〜5000ppm含有した、一般式(1)(式中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で互いに同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜3のアルキル基またはベンジル基を、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を、Xはハロゲン原子、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基又はP−トルエンスルホニル基を、それぞれ表す。)で表される、カチオン性ビニルモノマー。
Figure 2009051767
General formula (1) containing 0.1 to 5000 ppm of a thiol compound and / or a nitroxyl radical compound (wherein R 1 represents a hydrogen atom or a methyl group, R 2 and R 3 each independently represents 1 to 1 carbon atoms) 3 may be the same as or different from each other, R 4 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a benzyl group, A represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms, X represents a halogen atom, A cationic vinyl monomer represented by a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group or a P-toluenesulfonyl group.
Figure 2009051767
チオール化合物が、メルカプト基と、ヒドロキシル基又はカルボキシル基を有する化合物である、請求項1記載のカチオン性ビニルモノマー。 The cationic vinyl monomer according to claim 1, wherein the thiol compound is a compound having a mercapto group and a hydroxyl group or a carboxyl group. チオール化合物がチオグリコール酸である、請求項1又は2記載のカチオン性ビニルモノマー。 The cationic vinyl monomer according to claim 1 or 2, wherein the thiol compound is thioglycolic acid. ニトロキシルラジカル化合物が、室温で安定に存在しうるフリーラジカルを有する化合物である、請求項1記載のカチオン性ビニルモノマー。 The cationic vinyl monomer according to claim 1, wherein the nitroxyl radical compound is a compound having a free radical that can stably exist at room temperature. ニトロキシルラジカル化合物が、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−1−オキシルである、請求項1又は請求項4記載のカチオン性ビニルモノマー。 The cationic vinyl monomer according to claim 1 or 4, wherein the nitroxyl radical compound is 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl. チオール化合物及び/又はニトロキシルラジカル化合物を0.1〜5000ppm添加することを特徴とする、一般式(1)(式中、Rは水素原子またはメチル基を、R及びRは各々独立に炭素数1〜3のアルキル基で、互いに同一であっても異なっていてもよく、Rは炭素数1〜3のアルキル基またはベンジル基を、Aは炭素数1〜3のアルキレン基を、Xはハロゲン原子、メチルスルホニル基、エチルスルホニル基又はP−トルエンスルホニル基を、それぞれ表す。)で表されるカチオン性ビニルモノマーの安定化法。
Figure 2009051767
0.1 to 5000 ppm of a thiol compound and / or a nitroxyl radical compound is added, wherein R 1 is a hydrogen atom or a methyl group, and R 2 and R 3 are each independently Are alkyl groups having 1 to 3 carbon atoms, which may be the same or different from each other, R 4 represents an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms or a benzyl group, and A represents an alkylene group having 1 to 3 carbon atoms. , X represents a halogen atom, a methylsulfonyl group, an ethylsulfonyl group or a P-toluenesulfonyl group, respectively)).
Figure 2009051767
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