JP3441258B2 - ビニル系化合物の懸濁重合用分散助剤及び分散安定剤 - Google Patents
ビニル系化合物の懸濁重合用分散助剤及び分散安定剤Info
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Description
濁重合用分散助剤及び分散安定剤に関する。さらに詳し
くは消泡効果に著しく優れた塩化ビニルなどのビニル系
化合物の懸濁重合用分散助剤及び分散安定剤に関する。
系重合体を製造する場合には、水性媒体中で分散安定剤
の存在下で塩化ビニルなどのビニル系化合物を分散さ
せ、油溶性触媒を用いて重合を行う懸濁重合が広く実施
されている。一般に、ビニル系重合体の品質を支配する
因子としては、重合率、水−モノマー比、重合温度、触
媒の種類および量、重合槽の型式、撹拌速度あるいは分
散安定剤の種類などが挙げられるが、なかでも分散安定
剤の種類による影響が非常に大きい。
要求される性能としては、(1) 得られるビニル系重合体
粒子の粒径分布をできるだけシャープにする働きのある
こと、(2) 可塑剤の吸収速度を大きくして加工性を容易
にし、重合体粒子中に残存する塩化ビニルなどのモノマ
ーの除去を容易にし、かつ成形品中のフィッシュアイな
どの生成を防止するために、各重合体粒子を多孔性にす
る働きがあること、(3) 充填比重の大きい重合体粒子を
形成する働きがあることなどが挙げられる。従来、ビニ
ル系化合物の懸濁重合用分散安定剤としては、メチルセ
ルロース、カルボキシメチルセルロースなどのセルロー
ス誘導体あるいは部分けん化ポリビニルアルコール、低
けん化ポリビニルエステル系重合体などが単独または組
み合わせて使用されている。しかしながら、従来の分散
安定剤は上記(1) 〜(3) の要求性能を満たしていないと
いう問題があった。
合は、通常バッチ式で行われ、重合器中に水性媒体、分
散安定剤、重合開始剤およびビニル系化合物などを仕込
み、さらに必要とされる添加剤を加えた後、昇温して重
合反応を行わせるという方法が一般的である。最近で
は、生産性を向上させるために重合1バッチに要する時
間を短縮することが求められており、ビニル系化合物の
懸濁重合においてリフラックスコンデンサー等を設置し
て重合熱の除熱効率を高めたり、あらかじめ加熱した水
性媒体を仕込む方法(ホットチャージ法)により昇温時
間を短縮する方法が用いられている。しかしながら、従
来のビニル系化合物の懸濁重合用分散安定剤を用いた場
合には、重合中における発泡が激しいことから重合器内
の有効容積が減少して生産性が低下したり、リフラック
スコンデンサー付重合器を用いると温度コントロールが
できなくなったり、ホットチャージ法を用いるとビニル
系重合体粒子の多孔性が低下するという致命的欠点があ
った。一方、発泡を防止するために消泡剤等を添加する
と、生成するビニル系重合体粒子の熱安定性が低下する
という問題があった。
の一般的なビニル系化合物の懸濁重合方法である常温の
水性媒体を重合器内に仕込む方法(コールドチャージ
法)および重合器内のジャケットまたはコイルにより重
合温度のコントロールを行う方法はもとより、コンデン
サー付重合器を使用する方法、ホットチャージ法および
コンデンサー付重合器を用いたホットチャージ法におい
ても、重合器内の消泡効果が著しく優れており、かつ前
記(1) 〜(3) の要求特性を同時に満たす分散助剤及び分
散安定剤を提供することにある。
解決するために鋭意検討を重ねた結果、炭素数2〜20
のヒドロキシアルキル基を側鎖に有し、けん化度が65
モル%未満であるビニルエステル系重合体(A)よりな
るビニル系化合物の懸濁重合用分散助剤(以下「第一発
明」と略記する);該ビニルエステル系重合体(A)お
よびけん化度が60〜95モル%で重合度が400以上
のポリビニルアルコール系重合体(B)を重量比で
(A)成分/(B)成分が1/9〜8/2の割合で併用
してなるビニル系化合物の懸濁重合用分散安定剤(以下
「第二発明」と略記する)を見いだし、本発明を完成さ
せるに到った。
る。本発明におけるビニルエステル系重合体(A)は、
分子内にビニルエステル単位を有していることが必要で
ある。本発明におけるビニルエステル系重合体(A)の
側鎖は炭素数2〜20のヒドロキシアルキル基であり、
該側鎖はビニルエステル系重合体の主鎖に直接結合して
いることが必要である。本発明におけるビニルエステル
系重合体(A)のヒドロキシアルキル基の炭素数は、2
〜20であり、2〜15が好ましく、3〜10がより好
ましい。ヒドロキシアルキル基は、少なくとも1個のヒ
ドロキシル基(水酸基)を有するアルキル基であり、水
溶性の点で、ω−ヒドロキシアルキル基がより好まし
い。ヒドロキシアルキル基のアルキル基としては、その
水素原子が炭素数1〜9の直鎖状または分岐状のアルキ
ル基で置換されたものでもよい。側鎖に炭素数2〜20
のヒドロキシアルキル基を有する単量体単位としては、
ヒドロキシル基含有オレフィン単位が挙げられる。ヒド
ロキシル基含有オレフィン単位のなかでも、ビニルエス
テル系重合体の重合度の制御の容易性やヒドロキシアル
キル基を有する単量体単位の含有量の制御の容易性など
の点から、3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1
−オール、5−ヘキセン−1−オール、7−オクテン−
1−オール、9−デセン−1−オール、11−ドデセン
−1−オールなどに由来する単量体単位が好ましい。こ
れらの単量体単位のほかに、ビニルエステル系重合体の
けん化反応時に、ヒドロキシル基の生成が可能なエステ
ル基を含有する単量体単位であってもよい。
(A)における炭素数2〜20のヒドロキシアルキル基
の含有量については特に制限はないが、0.1〜50モ
ル%が好ましく、1〜30モル%がより好ましい。本発
明におけるビニルエステル系重合体(A)のけん化度は
65モル%未満であることが必要であり、55モル%以
下が好ましく、45モル%以下がさらに好ましい。本発
明におけるビニルエステル系重合体(A)の粘度平均重
合度(以下「重合度」と略記する)は、100〜200
0が好ましく、200〜700がより好ましく、250
〜500が特に好ましい。
体(A)の製法としては、ビニルエステルとヒドロキシ
アルキル基含有オレフィンとを共重合して得られたビニ
ルエステル系重合体を、アルコールあるいはジメチルス
ルホキシド溶液中でけん化する方法などの公知の方法が
挙げられる。ビニルエステルとしては、蟻酸ビニル、酢
酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ピバリン酸ビニルなど
が挙げられるが、酢酸ビニルが好ましい。
(A)は、本発明の効果を損なわない範囲で、共重合可
能なエチレン性不飽和単量体を共重合したものでもよ
い。エチレン性不飽和単量体としては、エチレン、プロ
ピレン、1−ブテン、イソブテンなどのオレフィン類;
アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、(無水)フタ
ル酸、(無水)マレイン酸、(無水)イタコン酸などの
不飽和酸類あるいはその塩あるいは炭素数1〜18のモ
ノまたはジアルキルエステル類;アクリルアミド、炭素
数1〜18のN−アルキルアクリルアミド、N,N−ジ
メチルアクリルアミド、2−アクリルアミドプロパンス
ルホン酸あるいはその塩、アクリルアミドプロピルジメ
チルアミンあるいはその酸塩あるいはその4級塩などの
アクリルアミド類;メタクリルアミド、炭素数1〜18
のN−アルキルメタクリルアミド、N,N−ジメチルメ
タクリルアミド、2−メタクリルアミドプロパンスルホ
ン酸あるいはその塩、メタクリルアミドプロピルジメチ
ルアミンあるいはその酸塩あるいはその4級塩などのメ
タクリルアミド類;N−ビニルピロリドン、N−ビニル
ホルムアミド、N−ビニルアセトアミドなどのN−ビニ
ルアミド類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルな
どのシアン化ビニル類;炭素数1〜18のアルキルビニ
ルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、アル
コキシアルキルビニルエーテルなどのビニルエーテル
類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ
化ビニリデン、臭化ビニルなどのハロゲン化ビニル類;
トリメトキシビニルシランなどのビニルシラン類、酢酸
アリル、塩化アリル、アリルアルコール、ジメチルアリ
ルアルコール、トリメチル−(3−アクリルアミド−3
−ジメチルプロピル)−アンモニウムクロリド、アクリ
ルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸などが挙げら
れる。また、本発明におけるビニルエステル系重合体
(A)は、チオール酢酸、メルカプトプロピオン酸など
のチオール化合物の存在下で、酢酸ビニルなどのビニル
エステル系単量体を、ヒドロキシアルキル基含有オレフ
ィンと共重合し、それをけん化することによって得られ
る末端変性物でもよい。
有オレフィンとの共重合の方法としては、塊状重合法、
溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法などの公知の方法
が挙げられる。その中でも、無溶媒あるいはアルコール
などの溶媒中で重合する塊状重合法や溶液重合法が通常
採用される。溶液重合時に溶媒として使用されるアルコ
ールとしては、メチルアルコール、エチルアルコール、
プロピルアルコールなどの低級アルコールが挙げられ
る。共重合に使用される開始剤としては、α,α’−ア
ゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,
4−ジメチル−バレロニトリル)、過酸化ベンゾイル、
n−プロピルパーオキシカーボネートなどのアゾ系開始
剤または過酸化物系開始剤などの公知の開始剤が挙げら
れる。重合温度については特に制限はないが、室温〜1
50℃の範囲が適当である。
有オレフィンとの共重合体は、アルコール、場合によっ
ては含水アルコールに溶解した状態でけん化される。け
ん化反応に使用されるアルコールとしては、メチルアル
コール、エチルアルコールなどの低級アルコールが挙げ
られ、メチルアルコールが特に好適に使用される。けん
化反応に使用されるアルコールには、40重量%以下であ
れば、アセトン、酢酸メチルエステル、酢酸エチルエス
テル、ベンゼン等の溶剤を含有していてもよい。けん化
反応に用いられる触媒としては、水酸化カリウム、水酸
化ナトリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、ナトリウ
ムメチラートなどのアルカリ触媒、あるいは鉱酸などの
酸触媒が用いられる。けん化反応の温度については特に
制限はないが、20〜60℃の範囲が適当である。
第二発明において用いられるビニルエステル系重合体
(A)は、第一発明において用いられるビニルエステル
系重合体(A)と同一のものが用いられる。第二発明に
おけるポリビニルアルコール系重合体(B)のけん化度
は60〜95モル%であり、65〜88モル%が好まし
く、さらに68〜82モル%がより好ましい。成分
(A)と成分(B)の重量比(A)/(B)は1/9〜
8/2であり、2/8〜6/4がより好ましく、3/7
〜5/5がさらにより好ましい。本発明におけるポリビ
ニルアルコール系重合体(B)の重合度は、400以上
であり、650〜3500がより好ましく、680〜2
500がさらにより好ましい。本発明においては、第一
発明の分散助剤にポリビニルアルコール系重合体(B)
が併用された形態も、分散安定剤という。
合体(B)の製造方法には特に制限はなく、従来公知の
ものが好適に用いられ、イオン、ノニオン、アルキル基
を側鎖に持つ変性ポリビニルアルコール系重合体、また
末端イオン変性、末端チオール変性ポリビニルアルコー
ル系重合体であってもよい。
分散安定剤を用いたビニル系化合物の懸濁重合によるビ
ニル系重合体の製造方法について説明する。ビニル系重
合体の製造方法において用いる水性媒体の温度は特に制
限はなく、20℃程度の冷水はもとより、90℃以上の
温水も好適に用いられる。この加熱水性媒体を構成する
媒体としては、純粋な水のほかに、各種の添加成分を含
有する水溶液あるいは他の有機溶剤を含む水性媒体を挙
げることができる。また、加熱水性媒体を重合反応系に
仕込む際の供給量は、重合反応系を充分に加温できる量
であればよい。また除熱効率を高めるためにリフラック
スコンデンサー付重合器も好適に用いられる。ビニル系
重合体の製造方法において、分散安定剤の使用量は特に
制限はないが、通常ビニル系化合物100重量部に対し
て5重量部以下であり、0.01〜1重量部が好まし
く、0.02〜0.2重量部がさらにより好ましい。本
発明の分散安定剤は単独で使用しても良いが、塩化ビニ
ルなどのビニル系化合物を水性媒体中で懸濁重合する際
に通常使用されるメチルセルロース、ヒドロキシエチル
セルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキ
シプロピルメチルセルロースなどの水溶性セルロースエ
ーテル、ゼラチンなどの水溶性ポリマー、ソルビタンモ
ノラウレート、ソルビタントリオレート、グリセリント
リステアレート、エチレンオキシドプロピレンオキシド
ブロックコポリマーなどの油溶性乳化剤、ポリオキシエ
チレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレン
グリセリンオレート、ラウリン酸ナトリウムなどの水溶
性乳化剤などを併用しても良い。その添加量については
特に制限はないが、塩化ビニルなどのビニル系化合物1
00重量部当たり0.01〜1.0重量部が好ましい。
〜20のヒドロキシアルキル基を側鎖に有しない、いわ
ゆるポリビニルエステル系分散助剤を本発明の分散安定
剤100重量部に対し1〜100重量部添加することも
可能である。この際分散助剤は無変性のものでも、また
側鎖あるいは末端にカルボキシル基などのイオン基を1
0モル%以下有するものであっても良い。
とができる。各種添加剤としては、例えばアセトアルデ
ヒド、ブチルアルデヒド、トリクロロエチレン、パーク
ロロエチレンあるいはメルカプタン類などの重合度調節
剤、フェノール化合物、イオウ化合物、N−オキシド化
合物などの重合禁止剤などが挙げられる。また、pH調
整剤、スケール防止剤、架橋剤などを加えることも任意
であり、上記の添加剤を複数併用しても差し支えない。
一方、重合開始剤も、従来塩化ビニルなどのビニル系化
合物の重合に使用されているものでよく、これには例え
ばジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−
エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジエトキシ
エチルパーオキシジカーボネートなどのパーカーボネー
ト化合物、t−ブチルパーオキシネオデカネート、α−
クミルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキ
シネオデカネートなどのパーエステル化合物、アセチル
シクロヘキシルスルホニルパーオキシド、2,4,4−
トリメチルペンチル−2−パーオキシフェノキシアセテ
ートなどの過酸化物、2,2′−アゾビスイソブチロニ
トリル、アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、
アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニト
リル)などのアゾ化合物などが挙げられ、さらにはこれ
らに過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素
などを組み合わせて使用することもできる。
ことのできるビニル系化合物としては、具体的には塩化
ビニル単独のほか、塩化ビニルを主体とする単量体混合
物(塩化ビニル50重量%以上)が包含され、この塩化
ビニルと共重合されるコモノマーとしては、酢酸ビニ
ル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル、(メ
タ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルなど
の(メタ)アクリル酸エステル、エチレン、プロピレン
などのオレフィン、無水マレイン酸、アクリロニトリ
ル、イタコン酸、スチレン、塩化ビニリデン、ビニルエ
ーテル、その他塩化ビニルと共重合可能な単量体が例示
される。さらには、塩化ビニルを含まない上記ビニル系
化合物の単独重合や共重合に当たっても、本発明の分散
安定剤を用いることができる。本発明の分散安定剤を用
いて懸濁重合するに当たって、各成分の仕込み割合、重
合温度などは、従来塩化ビニルなどのビニル系化合物の
懸濁重合で採用されている条件に準じて定めればよい。
また、ビニル系化合物、重合開始剤、分散安定剤、加熱
水性媒体およびその他添加物の仕込み順序や比率につい
ては、なんら制限されない。また、温水を用いると同時
に、ビニル系化合物を重合器に仕込む前にビニル系化合
物を加熱しておく方法も好適に用いられる。
明するが、本発明はこれらの実施例によってなんら限定
されるものではない。なお、以下の実施例において
「%」および「部」は特に断りのない限り、「重量%」
および「重量部」を意味する。
キシアルキル基、ビニルエステル単位、ビニルアルコー
ル単位および他のコモノマー単位の含有量は、270M
Hz1H−NMRにより定量した。1H−NMR測定時
のビニルエステル系重合体の溶媒には重水素化DMSO
あるいは重水素化クロロホルムを用いた。
方法で測定した。 粘度平均重合度: ビニルエステル系重合体を、けん化
度99. 5モル%以上になるまでけん化し、得られたP
VAについて、水中、30℃で測定した極限粘度[η]
(g/dl)から次式により求めた粘度平均重合度
(P)で表す。P=([η]×103 /8.29)
(1/0.62)
系重合体の製造) 還流冷却器、撹拌機、温度計、窒素導入管および後添加
液用の仕込み口とポンプを備えた5リットルの重合槽に
酢酸ビニルを2800g、7−オクテン−1−オールを
58.9g、メタノールを700g、3−メルカプトプ
ロピオン酸0.521gを仕込んだ。重合液を撹拌しな
がら、系内を窒素置換して加温し、60℃の恒温になっ
た時点で、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(以
下「AIBN」と略記する)を23g添加して重合を開
始した。重合開始時点より、3−メルカプトプロピオン
酸をディレーし系内の固形分濃度を分析しつつ重合を行
い、4時間後に重合槽を冷却することにより重合を停止
した。重合停止時の重合率は65%、3−メルカプトプ
ロピオン酸の全仕込量は12.9gであった。得られた
重合ペーストをn−ヘキサン中に滴下して重合物を析出
させた。次に、重合物をアセトンに溶解し、n−ヘキサ
ン中で析出させる再沈−精製操作を3回実施した後、再
度アセトンに溶解し、蒸留水に滴下させ、煮沸精製した
後、60℃で乾燥して精製ポリビニル酢酸ビニル(以下
「PVAc」と略記する)を得た。次に、精製PVAc
の濃度30%のメタノール溶液を調製し、40℃で撹拌
しながら、水酸化ナトリウムの濃度10%のメタノール
溶液(PVAcに対してモル比0.10)を添加し、6
0分間のけん化反応を行った。得られたゲル状物を粉砕
後、メタノールに浸漬し、水酸化ナトリウムの濃度10
%のメタノール溶液(PVAcに対するモル比0.0
2)を添加し、さらに5時間の再けん化を行った。その
後メタノールで洗浄し、50℃で18時間乾燥してけん
化度98.1モル%、重合度250のPVAを得た。得
られたPVA中の7−オクテン−1−オール単位の含量
は0.6モル%であった。次に、精製PVAcの濃度3
0%のメタノール溶液を調製し、40℃で撹拌しなが
ら、水酸化ナトリウムの濃度10%のメタノール溶液
(PVAcに対してモル比0.005)を添加し、60
分間のけん化反応を行った。その後50℃で18時間乾
燥してけん化度42.8モル%のPVAを得た。
鎖に有するPVAの製造) 表1に示すヒドロキシアルキル基を用い、酢酸ビニルモ
ノマー、メタノール、3−メルカプトプロピオン酸、開
始剤等の仕込量を適当に選択し、けん化の際の水酸化ナ
トリウムのモル比を種々変更したこと以外は、実施例1
と同様にして重合、けん化を行い、目的とするビニルエ
ステル系重合体を得た。結果を表1に示す。
ラスライニング製オートクレーブに、表(表1:実施例
1〜7、比較例1〜4)に示した分散安定剤を溶かした
脱イオン水1部およびジイソプロピルパーオキシジカー
ボネートの70%トルエン溶液0.04部を仕込み、オ
ートクレーブ内を50mmHgとなるまで脱気して酸素
を除いたのち、撹拌下で85℃の温水39部および塩化
ビニルモノマー30部を同時に仕込んだ。仕込みが終了
した時点での液面は重合器の底面から60%の高さであ
り、内温は57℃であった。その後内温を57℃保ち重
合を継続した。重合開始時、オートクレーブ内の圧力は
7.3kg/cm2 Gであったが、重合開始6時間後に
4.2kg/cm2 Gとなった時点で重合を停止し、未
反応の塩化ビニルモノマーをパージし、内容物を取り出
し脱水乾燥した。得られた塩化ビニル樹脂の性能を下記
の方法により評価し、その結果を表2に示す。塩化ビニ
ル重合体の重合収率は85%であり、平均重合度は10
50であった。
得られた塩化ビニル重合体粉末400gを入れ、60r
pmで撹拌しながら予熱(4分)して88℃としたの
ち、これにジオクチルフタレートを200g添加し、添
加時からトルクの下降した時点まで時間を可塑剤吸収性
(分)とした。 (2)CPA(Cold Plasticizer A
bsorption:冷可塑剤吸収量)ASTM−D3
367−75に記載された方法より、23℃におけるジ
オクチルフタレートの吸収量を測定した。 (3)発泡性評価 重合終了時に重合器内の発泡状態を目視により観察し、
以下の記号で示す。 ◎:発泡なし ○:重合器の底面から62〜65%の高さにまで泡が認
められた。 △:重合器の底面から66〜70%の高さにまで泡が認
められた。 ▲:重合器の底面から90〜100%の高さにまで泡が
認められた。 ×:重合器の底面から100%の高さにまで泡が認めら
れ、さらにリフラックスコンデンサーに泡が詰まってい
た。
来のものに比べて、重合中における発泡挙動が極めて小
さいことから重合器内の有効容積が増加して生産性が向
上し、リフラックスコンデンサー付重合器を用いた懸濁
重合、ホットチャージ法による懸濁重合、またはリフラ
ックスコンデンサー付重合器を用いたホットチャージ法
による懸濁重合において、重合器の温度コントロールが
容易となる。また本発明の懸濁重合用分散安定剤を用い
た場合には、得られたビニル系重合体粒子は、粒子径が
大きく、その分布がシャープで、取扱い時の飛散が少な
く、かつ成形機などへのくい込み性が良好であり、ビニ
ル系重合体粒子の多孔性が向上し、可塑剤吸収速度が大
きく、しかも充填比重の高いことから工業的な評価が極
めて高い。
Claims (3)
- 【請求項1】 炭素数2〜20のヒドロキシアルキル基
を側鎖に有し、けん化度が65モル%未満であるビニル
エステル系重合体(A)よりなるビニル系化合物の懸濁
重合用分散助剤。 - 【請求項2】 ヒドロキシアルキル基がω−ヒドロキシ
アルキル基である請求項1記載のビニル系化合物の懸濁
重合用分散助剤。 - 【請求項3】 請求項1または2記載のビニルエステル
系重合体(A)およびけん化度が60〜95モル%で重
合度が400以上のポリビニルアルコール系重合体
(B)を重量比で(A)成分/(B)成分が1/9〜8
/2の割合で併用してなるビニル系化合物の懸濁重合用
分散安定剤。
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