JP3016677B2 - 高分子量ポリジオキソランの処理方法 - Google Patents

高分子量ポリジオキソランの処理方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、高分子量ポリジオキ
ソランの処理方法に関するものである。更に詳しくは、
環境中の水分の影響を受けにくく、かつ腐食性が小さい
重合触媒で、高分子量のポリジオキソランを安定的に製
造するための処理方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ポリジオキソランは温水可溶性であり、
その高分子量体は柔軟なフィルムとすることができる。
これらの特徴を利用して包装材、繊維処理剤、増粘剤、
可塑剤等の用途が考えられるが、高分子量ポリジオキソ
ランを安定的に製造できる工業的製法はいまだ見出され
ていない。
【0003】1,3−ジオキソランの重合触媒として
は、硫酸、リン酸、塩酸等の鉱酸;三塩化鉄、四塩化ス
ズ、三塩化アルミニウム、フッ化ホウ素等のルイス酸又
はこれらのエーテル等との複合体;有機アルミニウム等
が知られている。しかし、これらの触媒では、得られる
ポリジオキソランの分子量が低かったり、あるいは重合
時間が長いという問題点があった。これらの問題点を解
決する方法として、有機アルミニウム−硫酸反応物(特
公昭46−40702号)やトリアルキルアルミニウム
−ハロゲン化亜鉛(特公昭48−17390号)を触媒
に用いる方法が提案されているが、その再現性は良くな
かった。また、ヘテロポリ酸を重合触媒に使用する方法
が提案されているが、重合時間が長い上に数平均分子量
も4万程度までしか上がらず、強度のあるフィルムにな
るものではなかった。(Makromol.Chem.
190,929(1989))
【0004】
【発明が解決しようとする課題】 本発明は、上記従来
技術の問題点を解決するものであって、ヘテロポリ酸を
重合触媒に使用して1,3─ジオキソランから高分子量
ポリジオキソランを工業的規模で再現性良く製造する
めの処理方法を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段及び作用】 本発明者の研
究した結果によれば、ヘテロポリ酸を重合触媒に使用し
た場合に高分子量ポリジオキソランを得にくい理由は次
の通りである。ポリジオキソランは安定性に乏しい。と
ころが、ヘテロポリ酸を重合触媒に使用して1,3−ジ
オキソランを重合した場合、得られた重合反応生成物
は、重合触媒であるヘテロポリ酸に起因して酸性が強
い。そのため、分子量が低下し、分子量の低いポリジオ
キソランになるのである。そこで、本発明者は重合反応
生成物を中和することによって、この問題を解消するこ
とにした。すなわち、本発明は、ヘテロポリ酸を重合触
媒として1,3ジオキソランを重合させて得られた重
合反応生成物を有機アミン及び/又はアンモニアで中和
することを特徴とする高分子量ポリジオキソランの処理
法である。本発明の工程である重合反応生成物の中和
工程を説明するに先立って、まず、重合反応生成物を得
るための方法を以下に詳しく述べる。
【0006】本発明に用いられるヘテロポリ酸は、骨格
酸の中心原子がモリブデン、タングステン、バナジウム
等から選ばれ、ヘテロ原子がケイ素、リン、ゲルマニウ
ム、チタン、ジルコニウム、ホウ素、砒素、コバルト等
から選ばれた原子からなるケギン構造を有するポリ酸で
あり、例えば、リンタングステン酸、ケイタングステン
酸、リンモリブデン酸、ケイモリブデン酸、ホウタング
ステン酸、ホウモリブデン酸、コバルトモリブデン酸、
コバルトタングステン酸、砒素タングステン酸、ゲルマ
ニウムタングステン酸、リンモリブドタングステン酸、
ホウモリブドタングステン酸、等が挙げられる。これら
のなかでも、リンタングステン酸が無着色性、溶解性及
び重合開始能力の点で特に好ましい。
【0007】本発明に用いられるヘテロポリ酸は部分的
に中和された塩でも使用できる。これらの部分中和塩と
しては、例えばナトリウム塩、カリウム塩、セシウム
塩、有機アミン塩、アンモニウム塩等が挙げられる。ヘ
テロポリ酸の部分中和塩は調製してから1,3−ジオキ
ソランに添加しても良いが、1,3−ジオキソラン中で
ヘテロポリ酸と塩基とを反応させることにより生成させ
ても良い。
【0008】本発明で用いられるヘテロポリ酸は使用前
に高温及び/又は減圧で乾燥させて、ヘテロポリ酸の結
晶水部分が、好ましくは1〜15重量%、特に好ましく
は3〜8重量%になるように調製して重合に使用する。
結晶水部分が1重量%未満の場合や15重量%を越える
場合には得られるポリジオキソランの分子量が高くなら
ない場合がある。
【0009】本発明で用いられるヘテロポリ酸の使用量
には特に制限はないが、1,3−ジオキソラン100重
量部あたり好ましくは0.001〜2重量部、特に好ま
しくは0.01〜0.2重量部である。0.001重量
部未満の使用量では、重合が開始されない場合があった
り、2重量部を越える使用量では重合が激しくなりすぎ
て制御できなくなったり、得られるポリジオキソランの
分子量が低くなったりする場合がある。
【0010】本発明で用いられるヘテロポリ酸は粉末状
で1,3−ジオキソランに添加しても良いが、好ましく
は有機溶媒に溶解希釈して添加する。粉末状で添加した
場合には、ヘテロポリ酸が継粉になったりして1,3−
ジオキソランの重合が均一に起こらなかったり、重合が
急激に起こって重合を制御できない場合がある。溶解希
釈に使用する溶媒としては、例えばアセトン、メチルエ
チルケトン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジ
メチルエーテル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の含酸素有
機溶媒が好ましく、特にアセトン、メチルエチルケト
ン、酢酸エチル等のカルボニル化合物が溶解性及び重合
特性に優れている点で好ましい。ヘテロポリ酸溶液の濃
度は好ましくは0.1〜30重量%、特に好ましくは1
〜10重量%である。濃度が0.1重量%未満の場合に
は1,3−ジオキソランの濃度が低くなるため得られる
ポリジオキソランの分子量が低くなったり、30重量%
を越える場合には重合が激しくなって制御できない場合
がある。ヘテロポリ酸は1,3−ジオキソランに一度に
全量添加しても良いが、分割して添加したり、少量づつ
連続的に添加しても良い。
【0011】本発明に用いられる有機アミンとしては、
特に制限はないが、例えばトリメチルアミン、トリエチ
ルアミン、トリイソプロピルアミン、ジエチルアミン、
ジメチルアミン、エチルアミン、メチルアミン、イソプ
ロピルアミン、n−ブチルアミン,エチレンジアミン、
ジエチレントリアミン、ピリジン、ピペリジン、ピペラ
ジン等が挙げられ、これらの1種又は2種以上が使用さ
れる。有機アミン及び/又はアンモニアは、液状で重合
反応生成物と混合しても良いし、ガス状で混合しても良
い。有機アミン及び/又はアンモニアの使用量は、好ま
しくはヘテロポリ酸の酸としての当量の1〜30倍量で
ある。1倍未満の場合にはヘテロポリ酸が完全には中和
されないので、得られるポリジオキソランの分子量が低
くなる場合があり、30倍を越えて使用しても、それ以
上の効果は得られないことが多い。有機アミン及び/又
はアンモニアの使用量が、1,3−ジオキソランの使用
量に比べて少量になる場合には、有機溶媒で希釈して重
合反応生成物と混合することが好ましい。有機アミン及
び/又はアンモニアの希釈に使用する有機溶媒としては
有機アミン及び/又はアンモニアを溶解させる限り特に
制限はないが、沸点が120℃以下の有機溶媒が、除去
しやすく高分子量ポリジオキソランの精製が容易になる
という点で好ましい。特に1,3−ジオキソランを溶媒
に使用すると、重合に用いられなかった未反応の1,3
−ジオキソランと合わせて回収・再使用することができ
るので好ましい。重合反応生成物の中和に水酸化ナトリ
ウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等の無機
塩基を使用する場合には得られるポリジオキソランの分
子量が高くならない。重合反応生成物を中和することな
く取り出した場合には、分子量の低いポリジオキソラン
しか得られないし、また得られたポリジオキソランの分
子量が経時的に著しく低下する。有機アミン及び/又は
アンモニアを使用する場合のみ特異的に高分子量のポリ
ジオキソランが得られ、得られたポリジオキソランの熱
安定性も高くなる。
【0012】本発明に用いられる1,3−ジオキソラン
には、得られるポリジオキソランの物性を低下させない
範囲で他の環状化合物を加えても良い。他の環状化合物
を加える範囲は1,3−ジオキソラン100重量部に対
して好ましくは100重量部以下、特に好ましくは20
重量部以下である。100重量部以上の場合には、得ら
れるポリジオキソランの分子量が低下したり、温水可溶
性が低下したりする場合がある。他の環状化合物として
は2−メチル−1,3−ジオキソラン、トリオキサン、
1,3,6−トリオキソカン、1,3−ジオキセパン、
テトラヒドロフラン等があげられる。
【0013】本発明に用いられる1,3−ジオキソラン
は実質的に溶媒を含まない系で重合に使用しても良い
し、溶液にして使用しても良いが、1,3−ジオキソラ
ン100重量部に対する溶媒量が5重量部未満であるこ
とが好ましい。5重量部を越えて溶媒を使用した場合に
は得られるポリジオキソランの分子量が低くなる場合が
ある。
【0014】本発明において、1,3−ジオキソランを
重合する温度は特に制限はないが−10〜100℃が好
ましい。特に高分子量ポリジオキソランを得るために
は、重合開始温度を0〜30℃、重合中の最高温度を3
0〜80℃に、加熱又は冷却により調整することが好ま
しい。重合温度が−10℃未満では、重合速度が小さく
なったり、得られるポリジオキソランの分子量が低くな
ったり、あるいは固化したり粘度が高くなったりして取
り扱いが困難になる場合がある。重合温度が100℃を
越える場合には得られるポリジオキソランの分子量が低
くなる場合がある。
【0015】本発明において、1,3−ジオキソランの
重合時間(すなわち、ヘテロポリ酸を1,3−ジオキソ
ランに添加後、有機アミン及び/又はアンモニアを添加
する前までの時間)は特に制限はない。また重合時間
は、重合温度により最適値が変化するものであるが、重
合温度が−10〜100℃の場合には2〜300分の重
合時間が好ましく、特に5〜100分が好ましい。重合
時間が2分未満の場合には、得られるポリジオキソラン
の分子量が低くなったり、重合率が低下する場合があ
る。重合時間が300分を超える場合には、得られるポ
リジオキソランの分子量が低くなる場合がある。
【0016】本発明において、1,3−ジオキソランを
重合する装置は特に制限はないが、例えば槽型反応器、
二軸混合撹拌機、スタテイックミキサー等が使用でき
る。
【0017】
【実施例】以下、実施例により本発明を詳細に説明する
が、本発明の範囲はこれらの実施例によって限定される
ものではない。
【0018】(実施例1)撹拌機、温度計を備えた10
0mlフラスコに1,3−ジオキソラン60gを仕込
み、0℃に冷却した。減圧下120℃で20時間乾燥す
ることによって得られたリンタングステン酸(結晶水部
分4.2重量%含む、DTAによる分析、以下同じ)
0.03gをアセトン0.5gに溶解させた重合触媒液
を該フラスコに撹拌しながら添加し、重合を開始した。
氷浴で冷却することによって、重合触媒液添加3分後の
重合ピーク温度が54℃になった。重合ピーク温度を確
認後、50℃の湯浴で15分間加熱した。その後トリエ
チエルアミン0.08gを1,3−ジオキソラン5gに
溶解させた中和液を該重合反応生成物に添加した。15
分間撹拌後、減圧下で1,3−ジオキソラン及びトリエ
チルアミンを留去することによって、本発明のポリジオ
キソラン(1)を得た。ポリジオキソラン(1)の収量
は45gであり、数平均分子量(ポリスチレンを標準物
質としてゲルパーミエイションクロマトグラフィーで測
定、以下同じ)は15万であった。ポリジオキソラン
(1)から作成したフィルムは柔軟性があり引張強度2
00kg/cm2,伸度1100%(JISK4127
による、以下同じ)であった。該フィルムは冷水中では
崩壊し、温水中では可溶化した。
【0019】(実施例2)撹拌機、温度計を備えた10
0mlフラスコに1,3−ジオキソラン60gを仕込
み、水浴中で10℃に冷却した。減圧下120℃で20
時間乾燥することによって得られたリンタングステン酸
(結晶水部分4.2重量%含む)0.020gをメチル
エチルケトン0.25gに溶解させた重合触媒液を該フ
ラスコに撹拌しながら添加し、重合を開始した。重合触
媒液添加3分後から発熱が認められ、6分後に重合ピー
ク温度48℃を示した。重合ピーク温度を確認後、50
℃の湯浴で15分間加熱した。その後ジエチルアミン
0.10gを1,3−ジオキソラン5gに溶解させた中
和液を該重合反応生成物に添加した。15分間撹拌後、
減圧下で1,3−ジオキソラン及びジエチルアミンを留
去することによって、本発明のポリジオキソラン(2)
を得た。ポリジオキソラン(2)の収量は38gであ
り、数平均分子量は17万であった。ポリジオキソラン
(2)から作成したフィルムは柔軟性があり引張強度2
30kg/cm2,伸度1500%であった。該フィル
ムは冷水中では崩壊し、温水中では可溶化した。
【0020】(比較例1)中和液として、ナトリウムメ
トキシドの1.6重量%メタノール−メチレンクロライ
ド溶液0.3gを使用する以外は実施例1と同様の操作
を行い比較ポリジオキソラン(1)を得た。比較ポリジ
オキソラン(1)の収量は42gであったが、数平均分
子量は4万であった。比較ポリジオキソラン(1)から
作成したフィルムは非常にもろく引張試験に供すること
ができなかった。
【0021】(比較例2)中和液を用いない以外は実施
例1と同様の操作を行い比較ポリジオキソラン(2)を
得た。比較ポリジオキソラン(2)の収量は41gであ
ったが、数平均分子量は2万であった。比較ポリジオキ
ソラン(2)から作成したフィルムは非常にもろく引張
試験に供することができなかった。
【0022】
【発明の効果】本発明の方法によれば、再現性良く高分
子量のポリジオキソランが得られる。また、用いる重合
触媒は、腐食性がほとんどなく、さらに環境の水分の影
響を受けにくいという特徴のため安価な重合装置で重合
することが可能である。
【0023】本発明の方法で得られるポリジオキソラン
は高分子量になるため、高強度フィルムとなる。また、
その冷水崩壊性、温水可溶性等の特徴を生かして、包装
用フィルム、繊維処理剤、増粘剤、可塑剤等に使用する
ことができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平7−41532(JP,A) 特開 平1−170610(JP,A) 特開 昭61−204223(JP,A) 特開 昭61−268727(JP,A) 特公 昭41−13636(JP,B1) 特公 昭46−40702(JP,B1) 特公 昭48−17390(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 2/00 - 2/38 C08G 4/00 C08G 65/00 - 65/48

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ヘテロポリ酸を重合触媒として1,3−
    ジオキソランを重合して得られた重合反応生成物を有
    ミン及び/又はアンモニアで中和することを特徴とす
    る高分子量ポリジオキソランの処理方法。
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