JP3739174B2 - ポリビニルアセタール系樹脂の製造方法及び該製造方法で得られたポリビニルアセタール系樹脂 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポリビニルアセタール系樹脂の製造方法及びポリビニルアセタール系樹脂に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、ポリビニルアセタール系樹脂は、高濃度の酸を触媒としてポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドを反応させ、反応終了後にアルカリ中和剤にて触媒の酸を中和し、その後に多量の水で水洗するという工程で行われていた。この製造方法の場合、樹脂中に残留する酸及び塩が多いと、樹脂自身の熱安定性や透明性が劣化することがあり、また該樹脂をバインダー用途として使用した場合には鋳が発生したり電気絶縁性が著しく変化するといった不具合を生じることがある。従って、品質安定化のため酸の中和や樹脂中の酸や塩の除去のための水洗、そして生じた大量の廃水の処理は不可欠のものとなっており、このため非常に多くの工数と費用を必要としていた。
【0003】
こうしたポリビニルアセタール系樹脂中の含有酸アルカリ塩を低減しようとする試みは過去にも種々の検討がなされている。例えば特開平4−55404号公報では、アルカリ中和剤を用いる代わりにアルキレンオキサイドを用いることで酸触媒によるアセタール化反応を停止させ、ポリビニルアセタール樹脂中の含有酸アルカリ塩を低減しようとする製造方法が提案されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の製造方法によると、確かにポリビニルアセタール系樹脂中の含有塩の量は低減でき目的は達成されるものの、使用するアルキレンオキサイド自身の反応性が高いため、酸触媒のみならず、製造したポリビニルアセタール樹脂の一部とも反応が起こり、目的とする組成のポリビニルアセタール系樹脂を得ることができない場合がある。また、反応系中に残存するアルデヒドとアルキレンオキサイドが反応して、得られる樹脂が黄色く着色する場合もある。
【0005】
本発明は上記の課題を解決し、樹脂中に残留する酸及び塩量を低減できるポリビニルアセタール樹脂の製造方法及びポリビニルアセタール系樹脂を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法(本発明1)は、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、上記アセタール化反応の触媒に、陽極を反応液に、陰極を電解質溶液にそれぞれ浸漬し、両極間に直流電圧を印加することにより発生する水素イオンを用い、上記反応液と電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で、隔絶するものである。
【0007】
本発明において使用されるポリビニルアルコール系樹脂は、ポリ酢酸ビニルをアルカリ、酸、アンモニア水などでケン化することにより得られるポリビニルアルコール樹脂及びその変性物をいう。
【0008】
上記ポリビニルアルコール系樹脂の重合度は、特に限定されるものではないが、重合度の低すぎるポリビニルアルコール系樹脂の合成は難しくなる傾向があり、重合度が高すぎると、水溶液にしたときの溶液粘度が高くなりすぎるため、アセタール化反応が不均一となるので、200〜5000が好ましい。
【0009】
上記ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度は、低すぎると、ポリビニルアセタール樹脂の水に対する溶解性が十分でないことがあり、ケン化度の高すぎるポリビニルアルコール系樹脂の合成は難しくなる傾向があるので、70〜99.9モル%が好ましい。
【0010】
また、上記ポリビニルアルコールとしては、2種以上の重合度の異なるポリビニルアルコールを混合して用いてもよく、その場合、見かけ上の重合度が上記範囲に含まれる2種以上の重合度の異なるポリビニルアルコールを用いることが好ましい。
【0011】
上記ポリビニルアルコール系樹脂を水溶液として用いる場合、その濃度は、低すぎると得られるポリビニルアセタール系樹脂のアセタール化度が低下し、高すぎると溶液枯度が高くなりすぎるため、アセタール化反応が不均一となるので、5〜20重量%が好ましい。
【0012】
本発明において使用されるアルデヒドは、通常のポリビニルアセタール樹脂の合成に用いられる原料であるアルデヒドを使用することができ、例えば、(パラ)ホルムアルデヒド、(パラ)アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、アミルアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ヘプチルアルデヒド、2−エチルヘキシルアルデヒド等の脂肪族アルデヒド;シクロヘキシルアルデヒド、フルフラール、グルタールアルデヒド等の脂環族アルデヒド;ベンズアルデヒド、アルキル置換ベンズアルデヒド、ハロゲン置換ベンズアルデヒド、フェニル置換アルキルアルデヒド及びこれらの芳香環にヒドロキシ基、アルコキシ基、アミノ基、シアノ基等の置換基を有する芳香族アルデヒドなどがあげられ、好ましくは一般式RCHO(R:炭素数1〜10のアルキル基)で示される脂肪族アルデヒド、さらに好ましくはアセトアルデヒド、ブチルアルデヒドである。
これらのアルデヒドは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0013】
本発明1において使用される電解質水溶液は、導電性を有するものであれば特に限定されず、例えば塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、炭酸ナトリウム等の塩類、塩酸、硫酸、硝酸等の酸、水酸化ナトリウム等のアルカリ溶液などがあげられる。さらに、水道水を用いることも可能である。
【0014】
本発明1のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法は、まず、上記ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を、水溶液として混合する。この際、アルデヒドの、ポリビニルアルコール系樹脂水溶液への添加方法は一括投入でも逐次投入でもいずれでもよい。
又、反応温度は使用するポリビニルアルコール系樹脂やアルデヒドの種類、および目的とするポリビニルアセタール樹脂の組成にあわせて、所望の温度に設定すればよい。また、反応時間も上記組成にあわせて自由に設定すればよい。
【0015】
一方、電解質水溶液を用意し、上記反応液との間を、陰イオンは透過しないが、水素イオンは透過する隔膜で隔絶する。
上記陰イオンは透過しないが、水素イオンは透過する隔膜としては、例えばイオン交換膜が挙げられる。
【0016】
次に、陽極を反応液に、陰極を電解質溶液にそれぞれ浸漬し、両極間に直流電圧を印加する。両極間に印加する電圧の大きさは、陰極側から水素ガスが発生する程度を目安にするとよい。
【0017】
請求項2記載のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法(本発明2)は、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、上記アセタール化反応の触媒に、電解質溶液を電気分解することにより発生する水素イオンを用い、上記反応液と電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で、隔絶するものである。
【0018】
本発明2において使用される反応液、電解質溶液及び隔膜は、本発明1と同様のものが使用される。
【0019】
本発明2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法において、電解質溶液を電気分解することにより発生する水素イオンを、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で、反応液側に取り込み、この水素イオンをアセタール化反応の触媒に用いるものである。この方法において、上記電解質溶液は、単独で用いてもよいし、陽極側に酸、陰極側にアルカリ溶液を用いることもできる。
【0020】
陽極側に酸、陰極側にアルカリ溶液を用いる場合において、酸の槽に陽極を、アルカリ溶液の槽に陰極を浸漬し、両槽間に、上記隔膜で隔絶された反応液の槽を設ける。さらに、陽極が浸漬された酸の槽/反応液/電解質溶液・・・・・・/反応液/陰極が浸漬されたアルカリ溶液の槽のように、多段に設けることも可能である。
【0021】
次に、両極間に直流電圧を印加して、電気分解を開始する。両極間に印加する電圧の大きさは、陰極側から水素ガスが発生する程度を目安にするとよい。
【0022】
本発明3のポリビニルアセタール系樹脂は、本発明1又は2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法によって得られたものである。
【0023】
(作用)
本発明1のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法は、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、上記アセタール化反応の触媒に、陽極を反応液に、陰極を電解質溶液にそれぞれ浸潰し、両極間に直流電圧を印加することにより発生する水素イオンを用い、上記反応液と電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で、隔絶するものであるから、触媒に用いた水素イオンは、そのまま、陰極側に水素ガスとして抜けるため、得られた樹脂中に触媒やその反応生成物が残らないので、樹脂中に残留する酸及び塩量を極めて低減できる。
【0024】
本発明2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法は、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、上記アセタール化反応の触媒に、電解質溶液を電気分解することにより発生する水素イオンを用い、上記反応液と電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で、隔絶するものであるから、触媒に用いた水素イオンは、そのまま、陰極側に水素ガスとして抜けるため、得られた樹脂中に触媒やその反応生成物が残らないので、樹脂中に残留する酸及び塩量を極めて低減できる。
【0025】
本発明3のポリビニルアセタール系樹脂は、本発明1又は2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法によって得られたものであるから、得られた樹脂中に触媒やその反応生成物が残らないので、樹脂中に残留する酸及び塩量を極めて低減できるので、変色することもなく、該樹脂をバインダー用途として使用した場合でも、錆が発生したり電気絶縁性が著しく変化することがない。
【0026】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図1は本発明1のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法に使用される反応槽の一例を示す説明図である。
【0027】
図1において、1は陽極側液槽、2は陰極側液槽、3は陽極、4は陰極、5は直流電源、6は反応液貯蔵槽、7は電解質溶液貯蔵槽、10はイオン交換膜である。
【0028】
本実施の形態においては、まず陽極側液槽1と反応液貯蔵槽6に、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を、陰極側液槽2と電解質溶液貯蔵槽7に電解質溶液(塩化ナトリウム水溶液)をそれぞれ供給する。陽極側液槽1と反応液貯蔵槽6との間、及び陰極側液槽2と電解質溶液貯蔵槽7との間は、それぞれ図示しない輸液ポンプにより、反応液及び塩化ナトリウム水溶液を循環している。
【0029】
さらに、陽極側液槽1には陽極(Pt/Ti電極)3を、陰極側液槽2には陰極(ステンレス電極)4をそれぞれ浸潰し、陽極3と陰極4の間に、直流電源5より直流電圧を印加する。
【0030】
すると、陽極側液槽1に水素イオン(図中H+ と記す)が発生し、反応液のアセタール化が進行する。発生した水素イオン(H+ )は、イオン交換膜10を透過して陰極側液槽2に入り、陰極4から電子を供給されて、水素ガスとなり、系外に放出される。
【0031】
図2は、本発明2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法に使用される反応槽の実施の形態を示す説明図である。
【0032】
図2において、11は陽極側液槽、12は反応液槽、13は陰極側液槽、14は陽極、15は陰極、16は直流電源、17は第1の電解質溶液貯蔵槽、18は反応液貯蔵槽、19は第2の電解質溶液貯蔵槽、20、21はイオン交換膜である。
【0033】
本実施の形態においては、まず陽極側液槽11と第1の電解質溶液貯蔵槽17に第1の電解質溶液である希硫酸を、反応液槽12と反応液貯蔵槽18にポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を、陰極側液槽13と第2の電解質溶液貯蔵槽19に第2の電解質溶液である水酸化ナトリウム水溶液をそれぞれ供給する。陽極側液槽11と電解質溶液貯蔵槽17の間、反応液槽12と反応液貯蔵槽18の問、及び陰極側液槽14と第2の電解質溶液貯蔵槽19の間は、それぞれ図示しない輸液ポンプにより、希硫酸、反応液及び水酸化ナトリウム水溶液を循環している。
【0034】
さらに、陽極側液槽11には陽極(Pt/Ti電極)14を、陰極側液槽13には陰極(ステンレス電極)15をそれぞれ浸潰し、陽極14と陰極15の間に、直流電源16より直流電圧を印加する。
【0035】
すると、陽極側液槽11に水素イオン(図中H+ と記す)が発生し、イオン交換膜20を通過して、反応液槽12に入り、反応液のアセタール化が進行する。発生した水素イオン(H+ )は、さらにイオン交換膜21を透過して陰極側液槽13に入り、陰極15から電子を供給されて、水素ガスとなり、系外に放出される。
【0036】
【実施例】
(実施例1)
重合度800、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコール樹脂100重量部を水1060重量部に加え、90℃で約2時間攪拌して溶解させた。この後35℃迄冷却し、純度99%のブチルアルデヒド63重量部を加え、図1に示した反応槽の陽極側液槽1と反応液貯蔵槽6に供給した。一方、100ppm濃度の塩化ナトリウム水溶液を陰極側液槽2と電解質溶液貯蔵槽7に供給した。
次に、陽極側液槽1に陽極(Pt/Ti電極)3を、陰極側液槽2に陰極(ステンレス電極)4をそれぞれ浸漬し、陽極側液槽1と陰極側液槽2との間は、陽イオン交換膜10で隔絶した。
【0037】
さらに、陽極側液槽1と反応液貯蔵槽6、陰極側液槽2と電解質溶液貯蔵槽7との間は、それぞれ輸液ポンプにより流量70cc/minの速度で循環するとともに、陽極1と陰極2の間に直流電源5 より、55ボルトの電圧を印加し、ポリビニルブチラール樹脂を得た。1 時間反応後、得られたポリビニルブチラール樹脂のプチラール化度を測定したところ22.3モル%であり、反応液は略中性であった。また反応液中のナトリウムイオン濃度を測定したところ6ppmであった。
【0038】
(実施例2)
重合度800、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコール樹脂100重量部を水1060重量部に加え、90℃で約2時間攪拌して溶解させた。この後35℃迄冷却し、純度99%のブチルアルデヒド63重量部を加え、図2に示した反応槽の反応液槽12と反応液貯蔵槽18に供給した。一方、0.5N濃度の希硫酸を陽極側液槽11と第1の電解質溶液貯蔵槽17に、0.5N濃度の水酸化ナトリウム水溶液を陰極側液槽13と第2の電解質溶液貯蔵槽19に供給した。
【0039】
次に、陽極側液槽11に陽極(Pt/Ti電極)14を、陰極側液槽13に陰極(ステンレス電極)15をそれぞれ浸潰し、陽極側液槽11と反応液槽12との間は、陽イオン交換膜20で、反応液槽12と陰極側液槽13との間は陽イオン交換膜21で、それぞれ隔絶した。
【0040】
さらに、陽極側液槽11と第1の電解質溶液貯蔵槽17、反応液槽12と反応液貯蔵槽18、陰極側液槽13と第1の電解質溶液貯蔵槽19との間は、それぞれ輸液ポンプにより流量70cc/minの速度で循環するとともに、陽極1と陰極2の間に直流電源16より、55ボルトの電圧を印加し、ポリビニルブチラール樹脂を得た。1 時間反応後、得られたポリビニルブチラール樹脂のプチラール化度を測定したところ22.6モル%であり、反応液はほぼ中性であった。また反応液中のナトリウムイオン濃度を測定したところ7ppm7p pm であった。
【0041】
(比較例1)
重合度800、ケン化度98.5モル%のポリビニルアルコール樹脂100重量部を水1060重量部に加え、90℃で約2時間攪拌して溶解させた。この後45℃迄冷却し、35重量%濃度の塩酸7.8重量部を加え、更に35℃迄冷却した。ついで純度99%のブチルアルデヒド10.6重量部を2時間かけて滴下し35℃で3時間反応させたところ、白濁した反応混合物を得た。
この反応混合物に攪拌下で10重量%濃度の水酸化ナトリウム水溶液26重量部を加えて中和した後、20℃まで冷却して透明なポリビニルブチラール樹脂水溶液を得た。この溶液のプチラール化度は17モル%であった。
この溶液を45℃に上げてポリビニルブチラール樹脂を析出させた後、水溶液を分離した。残った樹脂を再び水で溶解し、その時のナトリウムイオン濃度を測定したところ1870ppmであった。脱塩のため再び溶液を45℃に上げポリビニルブチラール樹脂を析出させた後、水溶液を分離、残った樹脂を水に再溶解した。大量の洗浄水を使用しこの精製工程を合計4回繰り返した後、得られたポリビニルブチラール樹脂液はほぼ中性であったものの、ナトリウムイオン濃度を測定したところ50ppmであった。
【0042】
(比較例2)
重合度1500、ケン化度88モル%のポリビニルアルコール樹脂を使用したこと以外は、比較例1と同様にして透明なポリビニルブチラール樹脂水溶液を得た。この溶液のプチラール化度は13モル%であった。
この溶液を比較例1と同様にしてポリビニルブチラール樹脂を析出させた後、水溶液を分離し、残った樹脂を再び水で溶解し、その時のナトリウムイオン濃度を測定したところ1950ppmであった。さらに、比較例1と同様にして精製したところ、得られたポリビニルブチラール樹脂液はほぼ中性であったものの、ナトリウムイオン濃度を測定したところ80ppmであった。
【0043】
(比較例3)
重合度1700、ケン化度99モル%のポリビニルアルコール100重量部を水1050重量部に加え、90℃で約2時間攪拌して溶解させた。
この後、45℃に冷却し、35重量%漉度の塩酸74重量部を加え、更に13℃迄冷却した。ついで純度99%のブチルアルデヒド54重量部を滴下しこの温度で反応させたところ、白濁した反応混合物を得た。
この反応混合物を攪拌下に6重量%濃度の炭酸水素ナトリウム水溶液91重量部を加えて中和したのち、大量の洗浄水を用いて洗浄した後、得られたポリビニルブチラール樹脂のナトリウムイオン濃度を測定したところ45ppmであった。
【0044】
【発明の効果】
本発明1及び2のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法は、上述の如き構成とされているので、樹脂中に残留する酸及び塩量を低減できる。従って、本発明のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法によれば、水洗、廃水処理工程が不要となる。
【0045】
したがって本発明3のポリビニルアセタール系樹脂は、変色することもなく、該樹脂をバインダー用途として使用した場合でも、錆が発生したり電気絶縁性が著しく変化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明1のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法に使用される反応槽の一例を示す説明図である。
【図2】本発明2の本発明のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法に使用される反応槽の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
1、11 陽極側液槽
2、13 陰極側液槽
3、14 陽極
4、15 陰極
10、20、21イオン交換膜
Claims (3)
- ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、上記アセタール化反応の触媒に、陽極を反応液に、陰極を電解質溶液にそれぞれ浸漬し、両極間に直流電圧を印加することにより発生する水素イオンを用い、上記反応液と電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜で隔絶することを特徴とするポリビニルアセタール系樹脂の製造方法。
- ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒドとからなる反応液を触媒中でアセタール化反応させてポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、第1の電解質溶液、上記反応液および第2の電解質溶液をこの順序で配置し、上記反応液と第1の電解質溶液との間ならびに上記反応液と第2の電解質溶液との間を、陰イオンは透過しないが水素イオンは透過する隔膜でそれぞれ隔絶し、陽極を第1の電解質溶液に、陰極を第2の電解質溶液にそれぞれ浸漬し、両極間に直流電圧を印加することにより発生する水素イオンを反応液側に取り込み、この取り込まれた水素イオンを上記アセタール化反応の触媒として用いることを特徴とするポリビニルアセタール系樹脂の製造方法。
- 第1の電解質溶液に酸を用い、第2の電解質溶液にアルカリ溶液を用いることを特徴とする請求項2に記載のポリビニルアセタール系樹脂の製造方法。
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