JP2843406B2 - ポリビニルアルコールの酸化方法 - Google Patents

ポリビニルアルコールの酸化方法

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Description

【発明の詳細な説明】 A. 産業上の利用分野 本発明はポリビニルアルコールの酸化方法に関する。
さらに詳しくはポリビニルアルコールの水酸基を酸化し
て、カルボニル基を有し極めて反応性に富む新規高分子
化合物を製造する方法に関する。
B. 従来の技術 従来より高分子化合物中にカルボニル基を導入し、反
応性に富む高分子化合物を合成する試みが数多くの研究
者によつてなされてきた。例えば、ビニルアルキルケト
ンのラジカル重合によつてポリビニルケトンが合成され
ることは古くから知られている。しかしながら、この方
法では分子中に多くのカルボニル基が導入されるが、カ
ルボニル基の導入位置が主鎖に直結しておらず、カルボ
ニル基間が非共役である為に望みとする高い反応性が得
られず、いまだ工業化されていないのが現状である。
また、別にポリビニルアルコールの水酸基を酸化剤に
より酸化してカルボニル基を有するポリビニルアルコー
ルを合成しようという試みがなされてきた。例えば、次
亜塩素酸ナトリウムによりポリビニルアルコールを酸化
する方法が良く知られている(例えばPolym.Sci.Technc
l.,21,75(1983))。しかしながらこの方法ではポリビ
ニルアルコール中の1,2−グリコール結合が酸化的に切
断され、重合度が大幅に低下するとともにアルデヒド基
が生成するという問題点を含んでいた。
このように主鎖中に多数のカルボニル基を含む高分子
化合物の合成方には満足できる方法がないのが現状であ
つた。
既に本発明者らはオキソアミニウム塩を酸化剤として
用いてポリビニルアルコールを酸化し、40モル%未満の
カルボニル基を主鎖中に含む高分子化合物の合成方法を
報告している(Makromol.Chem.,Rapid Commun.,,208
(1988))。この方法は望ましくない副反応もなく、ま
た重合度低下もないことから、主鎖中にカルボニル基を
含む高分子化合物を与える極めて優れた方法である。し
かしながら、この方法ではポリビニルアルコールを溶解
する溶媒を用い、かつ極めて薄い濃度で酸化反応を実施
することが必要であり、工業的規模での製造には適用で
きない方法であつた。
C. 発明が解決しようとする課題 このように、ポリビニルアルコールの水酸基を酸化し
てカルボニル基を主鎖中に有し、かつ望ましくない副反
応がないために重合度の低下がなく、また望ましくない
アルデヒド基等の基を含まない高分子化合物の工業的製
造方法は未だかつて確立されていないのが現状であり、
このような高分子化合物の工業的製造法の開発が待たれ
る状況である。
D. 課題を解決するための手段 上記問題点を解決すべく本発明者らは鋭意検討した結
果、工業的に適用が十分可能なポリビニルアルコールの
酸化方法を確立し、本発明を完成させるに至つた。
本発明は、α、α′−テトラアルキルオキソアミニウ
ム塩を溶解し、ポリビニルアルコールを溶解せず、水酸
基を有しない溶媒中で、α、α′−テトラアルキルオキ
ソアミニウム塩を用いてポリビニルアルコールを酸化す
ることを特徴とする、ポリビニルアルコールの酸化方法
である。
用いるポリビニルアルコールの鹸化度は20モル%より
も低いとオキソアミニウム塩による酸化が進行しにくく
なるので、20モル%以上であることが必要で、40モル%
以上が好ましく、70モル%以上がさらに一層好ましい。
用いるポリビニルアルコールの重合度については特に
制限はない。本発明の高分子化合物の製造法に於いて
は、製造中に実質的な重合度低下がなく、用いるポリビ
ニルアルコールの重合度がそのまま製造後の本発明の新
規な高分子化合物の重合度となる。
本発明において用いられるポリビニルアルコールが他
の単位を含むことは少量であれば差し支えない。そのよ
うな単位の導入法としては、脂肪酸ビニルとラジカル共
重合可能な単量体を共重合し、鹸化する方法が考えられ
る。そのような単量体の具体例としては、例えばエチレ
ン・プロピレン・イソブテン・ドデセン等のα−オレフ
イン類、無水マレイン酸・マレイン酸・フマル酸・イタ
コン酸・クロトン酸等のカルボキシル基含有単量体やそ
のアルキルエステル・その塩、(メタ)アクリル酸やそ
のアルキルエステル・その塩等の(メタ)アクリレート
類、(メタ)アクリルアミド・N,N−ジメチル(メタ)
アクリルアミド・N−メチロール(メタ)アクリルアミ
ド等の(メタ)アクリルアミド類、3−(メタ)アクリ
ルアミド−プロピルトリメチルアンモニウムクロリド等
のカチオン基含有単量体、ビニルスルホン酸・(メタ)
アリルスルホン酸・2−(メタ)アクリルアミドプロピ
ル−2−メチルプロパンスルホン酸等のスルホン酸基含
有単量体、スチレン、弗化ビニル・塩化ビニル・塩化ビ
ニリデン等のハロゲン含有単量体、トリエトキシビニル
シラン・トリメトキシビニルシラン等のシラン基含有単
量体、N−ビニル−2−ピロリドン、メチルビニルエー
テル・t−ブチルビニルエーテルなどのビニルエーテル
類などがあげられる。
本発明に於いて用いられるα、α′−テトラアルキル
オキソアミニウム塩は、α位およびα′位がそれぞれジ
アルキル置換のオキソアミニウム塩であれば特に制限は
ないが、通常アルキル基として炭素数1〜4のアルキル
基が用いられ、とりわけメチル基がよく知られている。
また、好ましくはオキソアミニウム塩の窒素原子が環状
骨格中に位置するのがよく、その中でも1−オキソピペ
リジニウム骨格が最も好ましい。1−オキソピペリジニ
ウム骨格に関し、窒素原子のα、α′位、即ち2位およ
び6位のテトラアルキル基以外に、他の置換基を持つも
のを用いることもできる。そのような置換基の例として
はアルコキシ基、エステル基、アミノ基、アミド基、カ
ルボニル基があげられる。また、1−オキソピペリジニ
ウム骨格がアミド基やエステル基を介して高分子化合物
と結合していても良い。オキソアミニウム塩の対陰イオ
ンとしては弗素イオン、塩素イオン、臭素イオン、沃素
イオンのハロゲン陰イオンが用いられるが、この内塩素
イオン、臭素イオンが好ましく、塩素イオンが最も好ま
しい。このようなオキソアミニウム塩の具体例として
は、例えば2,2,6,6−テトラメチル−1−オキソピペリ
ジニウムクロリド、2,2,6,6−テトラメチル−1−オキ
ソピペリジニウムブロミド、4−メトキシ−2,2,6,6−
テトラメチル−1−オキソピペリジニウムクロリド、4
−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチル−1−オキソピペ
リジニウムブロミド、4−オキソ−2,2,6,6−テトラメ
チル−1−オキソピペリジニウムクロリド、4−オキソ
−2,2,6,6−テトラメチル−1−オキソピペリジニウム
ブロミドなどがあげられる。
本発明において用いられるオキソアミニウム塩の使用
量は特に制限はないが、通常本発明の酸化反応は量論的
に進行するので導入しようとするカルボニル基と等量以
上が用いられる。また必要に応じて、二価の銅の塩等の
酸化剤を併用して触媒系を構築するならば用いるオキソ
アミニウム塩の使用量を等量以下とすることができる
(J.Mol.Catal.,32,357(1985))。
本発明に於いてはオキソアミニウム塩を溶解し、ポリ
ビニルアルコールは溶解せず、水酸基を有しない溶媒を
用いることが必須である。溶媒がオキソアミニウム塩を
溶解しない場合には酸化反応の進行が著しく遅くなるの
で好ましくない。また、溶媒がポリビニルアルコールを
溶解する場合には本発明の製造法の優れた特色が発揮で
きないので、本発明に於いては用いられない。さらに、
溶媒が水酸基を有する場合には、オキソアミニウム塩が
溶媒の水酸基を酸化するのに消費されてしまい、ポリビ
ニルアルコールの水酸基を酸化する効率が著しく低下す
るので、本発明に於いては用いられない。さらに本発明
において、溶媒がポリビニルアルコールを溶解しない
が、ポリビニルアルコールがその溶媒に膨潤する場合に
は酸化反応の進行がより効率的となるので好ましく用い
られる。本発明に於いて用いられる溶剤の具体例として
は、例えば炭素数1〜8のハロゲン化炭化水素類、例え
ば塩化メチレン・クロロホルム・四塩化炭素・ジクロロ
エタン・トリクロロエタン・テトラクロロエタン・ジク
ロロエチレン・トリクロロエチレン・テトラクロロエチ
レン・ジクロロプロパン・トリクロロプロパン等;炭素
数3〜8のケトン類、例えばアセトン・メチルエチルケ
トン・ジエチルケトン等;炭素数3〜8のエステル類、
例えば酢酸メチル・酢酸エチル・酢酸n−プロピル等;
炭素数3〜8のエーテル類、例えばジエチルエーテル、
ジn−プロピルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキ
サン、エチレングリコールジメチルエーテル等;炭素数
6〜12の芳香族炭化水素類、例えばベンゼン、トルエ
ン、キシレン、t−ブチルベンゼン等;等があげられ
る。これらの溶媒は単独で用いても良く、また混合して
用いることもできる。また必要に応じ、水、N−メチル
−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−
ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド等のポリ
ビニルアルコールを溶解する溶剤を少量併用し、ポリビ
ニルアルコールがより膨潤するようにして反応を行なう
こともできる。さらに、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類
をポリビニルアルコールの膨潤を調節する目的で添加す
ることもできる。
酸化反応に用いるポリビニルアルコールと溶媒の使用
比率は特に制限はないが、溶媒の使用比率が低すぎると
系の流動性が低下するので好ましくなく、通常ポリビニ
ルアルコールに対して重量で1/2倍以上、好ましくは1
倍以上の量が用いられる。また逆に溶媒の使用比率が多
すぎると、酸化反応の速度が低下するので好ましくな
く、通常ポリビニルアルコールに対して重量で100倍以
下、好ましくは50倍以下の量が用いられる。
酸化反応の温度は特に制限はないが、通常−78℃〜20
0℃、好ましくは0〜100℃、さらに好ましくは5〜50℃
の範囲から選ばれる。
酸化反応の時間は特に制限はないが、通常1分〜1週
間、好ましくは1時間〜3日の範囲から適宜選ばれる。
本発明の酸化反応は空気中で実施しても差し支えない
が、通常は窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲
気中で実施される。
本発明の酸化方法によると、ポリビニルアルコールの
水酸基を酸化して、カルボニル基を有する高分子化合物
を製造することができる。導入するカルボニル基として
は、0.01〜85モル%の広範囲にわたつて調節することが
可能である。
E. 実施例 以下、実施例により本発明をより具体的に説明する
が、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。な
お、以下で「部」または「%」は特に断わりのない限
り、「重量部」または「重量%」を意味する。
実施例1 鹸化度88.5モル%、平均重合度2050の微粉状のポリビ
ニルアルコール100部と塩化メチレン200部を窒素気流下
で混合した。これに4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメ
チル−1−オキソピペリジニウムクロリド401部を加
え、光が入らないよう覆いをし、室温下窒素雰囲気中で
24時間撹拌し酸化反応を実施した。反応物を濾過後大量
のアセトンで5回洗浄した。室温下真空乾燥して主鎖中
にカルボニル基を含む高分子化合物を得た。このものの
1H−NMRスペクトルより求めたカルボニル基の含有率は7
5モル%であり、またビニルアルコールユニット、ビニ
ルアセテートユニットの含有率は、それぞれ、13.5モル
%、11.5モル%であつた。
実施例2〜8 用いるPVAの種類と量、酸化剤、溶媒の種類と量を変
更した以外は実施例1と同様にして主鎖中にカルボニル
基を含むポリビニルアルコールを合成した。分析結果と
合わせて表1に示す。
比較例1 鹸化度88.5モル%、平均重合度2050の微粉状のポリビ
ニルアルコール100部をN−メチル−2−ピロリドン400
部に窒素気流下で150℃で溶解した。このものを冷却し
ていくと約100℃で粘度が高くて撹拌できない状態とな
り、さらに室温まで冷却したときにはゲル化しており、
酸化反応が実施できない状態であつた。
比較例2 鹸化度88.5モル%、平均重合度2050の微粉状のポリビ
ニルアルコール100部をジメチルスルホキシド400部に窒
素気流下で150℃で溶解した。このものを冷却していく
と約100℃で粘度が高くて撹拌できない状態となり、さ
らに室温まで冷却したときにはゲル化しており、酸化反
応が実施できない状態であつた。
さらに、溶媒をN,N−ジメチルホルムアミドおよびN,N
−ジメチルアセトアミドに替えて比較例2と同様に試験
してみたが、どちらも室温まで冷却するとゲル化してお
り、酸化反応が実施できない状況であつた。
比較例3 鹸化度88.5モル%、平均重合度2050の微粉状のポリビ
ニルアルコール100部を水400部に窒素気流下で95℃で溶
解した。このものを室温まで冷却すると粘度が著しく高
くなり、撹拌が不可能で、取り扱える状態ではなかつ
た。
F. 発明の効果 本発明によつて得られる高分子化合物は主鎖中にカル
ボニル基を有し、かつそのカルボニル基同士が1位と3
位に位置しており、共約の関係にあるため、極めて高い
反応性を有する高分子化合物である。例えば1,3−ジカ
ルボニル化合物は非常に高いキレート形成能を有するこ
とは良く知られているが、本発明の高分子化合物は主鎖
中に極めて多くの1,3−ジカルボニル基を有しているの
で、そのキレート形成能は絶大である。また主鎖中にカ
ルボニル基を多く含むため、光によつて容易に分子が切
断され、光崩壊性高分子として、微生物によつても容易
に分解されるので、生分解性高分子として極めて有用で
ある。さらにカルボニル基の反応性を利用して、容易に
架橋反応を起こすことができるので、工業的にも有用性
の高い高分子化合物であり、その工業的製造方法を提供
する本発明の意義は極めて大きいといえる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】α、α′−テトラアルキルオキソアミニウ
    ム塩を溶解し、ポリビニルアルコールを溶解せず、水酸
    基を有しない溶媒中で、α、α′−テトラアルキルオキ
    ソアミニウム塩を用いてポリビニルアルコールを酸化す
    ることを特徴とするポリビニルアルコールの酸化方法。
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