JP5718516B1 - アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末およびその製造方法 - Google Patents

アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】優れた水溶性を備えたアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末およびその製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】炭素数1〜3のアルコールを0.5〜4重量%含有するアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末である。そして、このアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末は、ポリビニルアルコール系樹脂粉末にジケテンを反応させた後、反応により得られたアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を炭素数1〜3のアルコールにて洗浄して未反応のジケテンを除去し、その後、上記洗浄後のアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を温度40〜120℃、圧力20kPa以下にて乾燥させることにより得られる。【選択図】なし

Description

本発明は、水溶液とした際の不溶解分の量が極めて少ないアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末およびその製造方法に関するものである。
従来から、ポリビニルアルコール系樹脂(以下、「PVA」と略記する場合がある。)をアセトアセチル化したアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂(以下、「AA−PVA」と略記する場合がある。)が提案されており、このAA−PVAは各種架橋剤との高い反応性により優れた耐水性を得られることが知られている。このようなAA−PVAの製造方法として、例えば、
(1)脂肪酸エステル(酢酸メチル)および酸無水物(無水酢酸)の共存下でPVAとジケテンを反応させるAA−PVAの製造方法(特許文献1)、
(2)有機酸(酢酸)および酸無水物(無水酢酸)の共存下でPVAとジケテンを反応させるAA−PVAの製造方法(特許文献2)、
(3)有機酸(酢酸)と水の共存下でPVAとジケテンを反応させるAA−PVAの製造方法(特許文献3)、
(4)平均粒子径が250〜1000μmで、かつPVA粉末における粒子径150μm以下の含有量が20重量%以下の原料となるPVA粉末を用いてAA−PVAを製造する方法(特許文献4)、
(5)さらには、上記のような方法にて製造したAA−PVAを100mmHgの減圧下で乾燥することによりAA−PVAを製造する方法が開示されている(特許文献5)、
等が提案されている。
特開2000−063427号公報 特開2002−308928号公報 特開2007−277492号公報 特開2010−168500号公報 特開平9−25379号公報
上記のようにして製造して得られるAA−PVAに対する要求特性として、例えば、不溶解分の少ない、すなわち良好な水溶性があげられ、特に水溶性に優れたAA−PVAが求められているが、充分満足のいくものが未だ得られてはおらず、その開発が望まれている。
本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、優れた水溶性を備えたAA−PVA粉末およびその製造方法の提供を目的とするものである。
本発明者は、水溶性に優れたAA−PVA粉末を得るべく鋭意検討を重ねた。そして、従来、AA−PVA粉末を作製し、これを低級アルコールを用いて洗浄した後、乾燥するということを行なっていたが、上記洗浄に用いるアルコールはAA−PVAの物性には全く影響を与えず、むしろAA−PVAを使用する際に作業者の健康を害したり、臭気の原因となる恐れもあり、最終的には可能な限りAA−PVA粉末における残存アルコール量が0に近いほうが良いと考えられてきた。また、臭気や健康被害の恐れがない用途に用いられる場合には、乾燥のエネルギー、コスト等の点から通常5重量%程度の残存アルコールを含むものが用いられていた。しかしながら、本発明者は、このような技術常識を覆し、低級アルコールを特定少量含有する方が上記特性を得る上で良好な結果が得られることを突き止めた。すなわち、低級アルコールの含有量が上記特定範囲であると、水溶性に優れ、不溶解分の少ないAA-PVA粉末が得られることを見出し本発明に到達した。上記低級アルコールを少量含有することにより、水溶性に優れ、不溶解分の少ないAA−PVA粉末が得られるのであるが、これは、微量の低級アルコールがAA−PVA粉末中に存在することにより、粒子同士の空隙に水が入りやすくなり、結果、水溶性が向上したためであると推測される。
《本発明の要旨》
すなわち、本発明は、炭素数1〜3のアルコールを0.5〜4重量%含有するAA−PVA粉末を第1の要旨とする。
そして、本発明は、上記第1の要旨のAA−PVA粉末を製造する製造方法であって、PVA粉末にジケテンを反応させてAA−PVA粉末を作製する工程と、上記AA−PVA粉末を炭素数1〜3のアルコールにて洗浄し未反応のジケテンを除去する工程と、上記洗浄後のAA−PVA粉末の上記アルコール含有量を0.5〜4重量%に制御するため、上記AA−PVA粉末を温度40〜120℃、圧力20kPa以下にて乾燥させる工程とを備えたAA−PVA粉末の製造方法を第2の要旨とする。
このように、本発明のAA−PVA粉末は、炭素数1〜3のアルコールを0.5〜4重量%含有するものである。このため、優れた水溶性を備えるようになる。そして、上記特定のAA−PVA粉末は、PVA粉末にジケテンとを反応させてAA−PVA粉末を作製した後、AA−PVA粉末を炭素数1〜3のアルコールにて洗浄して未反応のジケテンを除去し、ついで上記AA−PVA粉末を温度40〜120℃、圧力20kPa以下にて乾燥させることにより得られる。このような製造方法により、上記特定のAA−PVA粉末を得ることができる。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に限定されるものではない。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の特定のAA−PVA粉末は、炭素数1〜3のアルコールを特定量含有するものである。
[AA−PVA粉末]
本発明の特定のAA−PVA粉末の原料となるAA−PVA粉末は、ビニルエステル系モノマーの重合体であるポリビニルエステル系樹脂をケン化して得られるPVA粉末にアセトアセチル基を導入したものであり、側鎖にアセトアセチル基を有する粉末状のPVAである。具体的には、下記の式(1)で表される構造単位を有するものであり、この式(1)で表されるアセトアセチル基を有する構造単位以外に、ビニルアルコール構造単位、さらには未ケン化部分である酢酸ビニル構造単位を有している。
Figure 0005718516
上記原料となるビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等があげられるが、経済性の点から酢酸ビニルが好ましく用いられる。
また、上記ビニルエステル系モノマーとこのビニルエステル系モノマーと共重合性を有するモノマーとの共重合体のケン化物等を用いることもでき、このような共重合モノマーとしては、例えば、エチレンやプロピレン、イソブチレン、α−オクテン、α−ドデセン、α−オクタデセン等のオレフィン類、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、3,4−ジヒドロキシ−1−ブテン等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類およびそのアシル化物などの誘導体、アクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、イタコン酸、ウンデシレン酸等の不飽和酸類、その塩、モノエステル、あるいはジアルキルエステル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル等のニトリル類、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸類あるいはその塩、アルキルビニルエーテル類、ジメチルアリルビニルケトン、N−ビニルピロリドン、塩化ビニル、ビニルエチレンカーボネート、2,2−ジアルキル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン、グリセリンモノアリルエーテル、等のビニル化合物、酢酸イソプロペニル、1−メトキシビニルアセテート等の置換酢酸ビニル類、塩化ビニリデン、1,4−ジアセトキシ−2−ブテン、1,4−ジヒドロキシ−2−ブテン、ビニレンカーボネート等があげられる。
さらに、ポリオキシエチレン(メタ)アクリルエーテル、ポリオキシエチレン(メタ)アクリルアミド、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリルアミド、ポリオキシエチレン(メタ)アクリレート、ポリオキシプロピレン(メタ)アクリレート、ポリオキシエチレン(1−(メタ)アクリルアミド−1,1−ジメチルプロピル)エステル、ポリオキシエチレンビニルエーテル、ポリオキシプロピレンビニルエーテル、ポリオキシエチレンアリルアミン、ポリオキシプロピレンアリルアミン、ポリオキシエチレンビニルアミン、ポリオキシプロピレンビニルアミン等のポリオキシアルキレン基含有モノマー、N−アクリルアミドメチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムクロライド、N−アクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、2−アクリロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、2−メタクリロキシエチルトリメチルアンモニウムクロライド、2−ヒドロキシ−3−メタクリロイルオキシプロピルトリメチルアンモニウムクロライド、アリルトリメチルアンモニウムクロライド、メタアリルトリメチルアンモニウムクロライド、3−ブテントリメチルアンモニウムクロライド、ジメチルジアリルアンモニウムクロリド、ジエチルジアリルアンモニウムクロライド等のカチオン基含有モノマー等もあげられる。
本発明において、(メタ)アクリルとは、アクリルまたはメタクリルをいい、(メタ)アクリレートとはアクリレートまたはメタクリレートをいう。
なお、上記共重合モノマーの導入量はモノマーの種類によって適宜設定されるが、通常は10モル%以下、特には5モル%以下であり、導入量が多すぎると、水溶性や耐薬品性が損なわれる場合があるため好ましくない。
また、通常のPVAの場合、主鎖の結合様式は1,3−ジオール結合が主であり、1,2−ジオール結合の含有量は1.5〜1.7モル%程度であるが、ビニルエステル系モノマーを重合する際の重合温度を高温にすることによって、その含有量を1.7〜3.5モル%としたものを使用することも可能である。
上記AA−PVA粉末におけるアセトアセチル基を有する構造単位の含有量は、通常0.1〜20モル%、さらに好ましくは0.3〜10モル%、特に好ましくは1〜8モル%である。アセトアセチル基を有する構造単位の含有量が少なすぎると、耐水性が低下する傾向がみられ、含有量が多すぎると、高温高湿環境下での長期保存等によってアセトアセチル基同士が反応し、架橋構造を形成、水溶性が低下する傾向がみられる。
そして、上記AA−PVA粉末におけるケン化度(AA−PVA粉末の原料となるPVA粉末のケン化度)は、通常75〜99.9モル%、さらに好ましくは80〜99.5モル%、特に好ましくは85〜99.3モル%である。AA−PVA粉末のケン化度が低すぎると、水に対する溶解性が低下する傾向がみられ好ましくない。
また、上記AA−PVA粉末の平均重合度(JIS K6726に準拠)は、通常300〜4000、特に好ましくは400〜2000、さらに好ましくは500〜1500である。平均重合度が低すぎると、耐水性が低下する傾向がみられ、高すぎると、粘度が上昇し、扱いにくくなる傾向がみられる。
さらに、AA−PVA粉末の平均粒子径は、通常50〜1000μm、好ましくは100〜900μm、特に好ましくは150〜800μmである。平均粒子径が小さすぎると、ジケテンとの反応時に継粉になりやすく、反応ムラが生じる傾向があり、大きすぎるとジケテンとの反応にムラが出る傾向がある。
ここで、平均粒子径とは、AA−PVA粒子を、目開き、1700μm、1000μm、850μm、500μm、250μm、150μmの篩を用い、篩振とう機にて粒径が1700μm以上、1000μm以上1700μm未満、850μm以上1000μm未満、500μm以上850μm未満、250μm以上500μm未満、150μm以上250μm未満のものに分別し、各々の重量から求めた粉体粒度分布の累積値が50重量%となる粒子径をいう。
[特定のAA−PVA粉末の製造]
本発明の特定のAA−PVA粉末は、原料となるPVA粉末にジケテンを反応させ(反応生成工程)、その後、炭素数1〜3のアルコールを用いて未反応のジケテンを洗浄除去し(洗浄工程)、ついで所定の条件にて乾燥させる(乾燥工程)ことにより製造することができる。上記PVA粉末にジケテンを反応させることによりアセトアセチル基を導入する方法としては、例えば、PVA粉末とガス状または液状のジケテンを直接反応させる方法、酢酸等の有機酸をPVA粉末に予め吸着吸蔵させた後、これに不活性ガス雰囲気下でガス状または液状のジケテンを反応させる方法、あるいはPVA粉末に有機酸とジケテンの混合物を噴霧して反応させる方法、等があげられる。
上記反応に際して使用される反応装置としては、加温可能で撹拌機の付いた装置が好ましく、例えば、ニーダー、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、その他各種ブレンダーを用いることができる。
上記洗浄工程にて使用される炭素数1〜3のアルコールとしては、具体的には、エタノール、メタノール、n−ブチルアルコールがあげられる。これらの中でも、沸点が低く、除去に要するエネルギーが少ないという点から、メタノールが好ましく用いられる。
上記乾燥工程での乾燥条件としては、温度は通常40〜120℃であり、好ましくは50〜110℃、特に好ましくは60〜100℃である。上記温度が高すぎると樹脂が劣化し、低すぎると乾燥に時間がかかりすぎることとなる。また、圧力は通常20kPa以下、好ましくは17.3kPa以下、特に好ましくは13.3kPa以下である。上記圧力が高すぎると乾燥に時間がかかり、製造工程として好ましいものではない。なお、上記圧力の下限は0kPaに近いほどよい。また、上記乾燥時間は、上記温度および圧力条件、さらには処理対象物の重量等を考慮して適宜選択されるものであるが、通常30〜1200分の範囲内にて設定することが好ましい。
上記のようにして得られる特定のAA−PVA粉末は、炭素数1〜3のアルコールを通常0.8〜4重量%含有するものであり、好ましくは0.8〜3.5重量%、特に好ましくは0.8〜3.0重量%含有するものである。上記アルコールの含有量が多すぎると、ブロッキングの発生等の問題が生じ、少なすぎると、不溶解分が増加することとなる。なお、本発明において、AA−PVA粉末が炭素数1〜3のアルコールを特定量含有するとは、炭素数1〜3のアルコールが個々のAA−PVA粒子内に含浸された状態を意味するものではなく、AA−PVA粒子間およびその粒子表面に炭素数1〜3のアルコールが存在しAA−PVA粉末全体に偏在することなく略均一に存在することを意味する。
上記AA−PVA粉末中の炭素数1〜3のアルコール含有量(含有濃度)は、例えば、ガスクロマトグラフィを用いた内部標準法により、AA−PVA粉末中の残存アルコールの定量を実施することにより測定することができる。具体的には、洗浄液である炭素数1〜3のアルコールとしてメタノールを用いた場合を例として、つぎのようにして測定・算出することができる。
(1)ガスクロマト装置として、Agilent社製の7890B(検出器としてFID使用)を使用するとともに、解析ソフトとして、ChemStationOpenLABを使用する。
(2)また、分析条件として、カラム:パックドカラム(材質/ガラス)、充填剤ガスクロパック55ID(3mm×3m)を使用し、分析温度は、OVEN:150℃、注入口:150℃、検出器:160℃とし、キャリアーガスとしては窒素を使用する。
(3)基準液として、n−プロパノール(100μl)、メタノール(100μl)、酢酸メチル(86μl)を50mlメスフラスコに量り採り、純水で50mlとしたものを使用する。
(4)AA−PVA試験溶液の調製方法は、まず、純水138mlおよび回転子を耐圧溶解瓶に投入し、測定サンプル(AA−PVA粉末)5.30gをスターラーの撹拌下において、投入し分散させる。分散後、湯浴槽で昇温して95℃以上でAA−PVA粉末を加熱溶解させる。完溶したのを確認した後、室温(20±10℃)まで冷却する。冷却後、n−プロパノール(100μl)を添加し、密栓した後、撹拌して均一な溶液とする。
(5)AA−PVA粉末中のメタノール量(含有濃度)は、以下のように求めることができる。
上記基準液の結果から下記の式により計算を実施し、メタノールのPeakFactor(PF)を求め、AA−PVA試験溶液の結果からメタノール含有濃度(重量%)を算出する。
<メタノールのPeakFactor(PF)の算出>
メタノールのPF=(メタノールの使用重量/n−プロパノールの使用重量)/(メタノールの面積/n−プロパノールの面積)=重量比(wt)/面積比(AR)
<メタノール含有濃度の計算>
メタノール含有濃度(重量%)=n−プロパノールの使用重量(g)×(メタノールの面積/n−プロパノールの面積)×(メタノールのPF/5.30)×100
本発明の特定のAA−PVA粉末には、その用途等に応じて本発明の特性を阻害しない範囲内で、消泡剤、防黴剤、防腐剤、レベリング剤等の添加剤、各種エマルジョン等のその他の成分を適宜添加してもよい。上記その他の成分の添加量は、例えば、AA−PVA粉末100重量部に対して、通常10重量部以下、さらに好ましくは5重量部以下である。
本発明の特定のAA−PVA粉末の用途としては、例えば、下記の(1)〜(10)に示すような各種用途があげられる。
(1)成形物関係:繊維、フィルム、シート、パイプ、チューブ、防漏膜、暫定皮膜、ケミカルレース用、水溶性繊維等。
(2)接着剤関係:木材、紙、アルミ箔、プラスチック等の接着剤、粘着剤、再湿剤、不織布用バインダー、石膏ボードや繊維板等の各種建材用バインダー、各種粉体造粒用バインダー、セメントやモルタル用添加剤、ホットメルト型接着剤、感圧接着剤、アニオン性塗料の固着剤等。
(3)被覆剤関係:紙のクリアーコーティング剤、紙の顔料コーティング剤、紙の内添サイズ剤、繊維製品用サイズ剤、経糸糊剤、繊維加工剤、皮革仕上げ剤、塗料、防曇剤、金属腐食防止剤、亜鉛メッキ用光沢剤、帯電防止剤、導電剤、暫定塗料等。
(4)疎水性樹脂用ブレンド剤関係:疎水性樹脂の帯電防止剤、および親水性付与剤、複合繊維、フィルムその他成形物用添加剤等。
(5)懸濁分散安定剤関係:塗料、墨汁、水性カラー、接着剤等の顔料分散安定剤、塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、(メタ)アクリレート、酢酸ビニル等の各種ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤等。
(6)乳化分散安定剤関係:各種アクリルモノマー、エチレン性不飽和化合物、ブタジエン性化合物の乳化重合用乳化剤、ポリオレフィン、ポリエステル樹脂等疎水性樹脂、エポキシ樹脂、パラフィン、ビチューメン等の後乳化剤等。
(7)増粘剤関係:各種水溶液やエマルジョンや石油掘削流体の増粘剤等。
(8)凝集剤関係:水中懸濁物及び溶存物の凝集剤、パルプ、スラリーの濾水性等。
(9)交換樹脂等関係:イオン交換樹脂、キレート交換樹脂、イオン交換膜等。
(10)その他:土壌改良剤、感光剤、感光性レジスト樹脂等。
以下、実施例をあげて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。なお、例中、「部」は、重量基準を意味する。
[実施例1]
<AA−PVA粉末の作製>
温度調節付きリボンブレンダーに、粉末状の未変性PVA(平均重合度1200、ケン化度99.2モル%、平均粒子径200μm)を3600部仕込み、これに酢酸1000部を加えて膨潤させ、回転数20rpmで撹拌しながら、60℃に昇温した後、ジケテン550部を3時間かけて滴下し、更に1時間反応させた。反応終了後、メタノールで洗浄することによりAA−PVA粉末を作製した。
<AA−PVA粉末の乾燥工程>
上記にて得られたメタノール含有のAA−PVA粉末のうち200部を、圧力5.33kPa下、90℃で60分間乾燥することにより目的とするAA−PVA粉末を得た。
<含有メタノール量の測定>
得られたAA-PVA粉末の含有メタノール量を上述の測定法に従って測定・算出した。その結果、メタノール含有量は3.71重量%であり、アセトアセチル化度は5.3モル%、ケン化度および平均重合度は原料である未変性PVAの通りであった。
<不溶解分の測定・算出>
三角フラスコ中のイオン交換水200mlに上記乾燥後のAA−PVA粉末約20g(Sg)を充分に分散させた後、95℃で1時間撹拌することによりAA−PVA粉末を溶解させた。そして、予め秤量してある44μmの金網(Ag)で濾過した。さらに、80〜90℃の温水2リットルにて三角フラスコ内の不溶解分を完全に金網上に移して洗浄した後、電気定温乾燥器を用いて105℃で2時間乾燥を行ない、その重量(Bg)を測定した。これらの測定値から、下記の式(1)に基づき、不溶解分(%)を算出した。その結果を後記の表1に示す。
[(B−A)/S]×100 ・・・(1)
[実施例2]
実施例1において、乾燥時間を90分に変更した以外は同様にしてAA-PVA粉末を得た。そして、得られたAA−PVA粉末を用い、実施例1と同様にして測定・評価した。その結果を下記の表1に示す。
[実施例3]
実施例1において、乾燥時間を180分に変更した以外は同様にしてAA-PVA粉末を得た。そして、得られたAA−PVA粉末を用い、実施例1と同様にして測定・評価した。その結果を下記の表1に示す。
[比較例1]
実施例1において、乾燥時間を960分に変更した以外は同様にしてAA-PVA粉末を得た。そして、得られたAA−PVA粉末を用い、実施例1と同様にして測定・評価した。その結果を下記の表1に示す。
Figure 0005718516
上記結果から、メタノール含有量が特定の範囲内である実施例品は不溶解分の非常に少ないAA−PVA水溶液が得られた。これに対して、メタノール含有量が特定範囲を外れ少ない比較例1品は、不溶解分の多いAA−PVA水溶液が得られた。このことから、実施例品は、水溶性に優れていることがわかる。
本発明のAA−PVA粉末は、例えば、各種成形材料、各種接着剤材料、被覆剤材料、疎水性樹脂用ブレンド剤、懸濁分散安定剤、乳化分散安定剤、増粘剤、凝集剤、交換樹脂等の各種用途に好適に用いられる。

Claims (3)

  1. 炭素数1〜3のアルコールを0.5〜4重量%含有することを特徴とするアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末。
  2. 炭素数1〜3のアルコールがメタノールである請求項1記載のアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末。
  3. 請求項1または2記載のアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を製造する製造方法であって、ポリビニルアルコール系樹脂粉末にジケテンを反応させてアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を作製する工程と、上記アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を炭素数1〜3のアルコールにて洗浄し未反応のジケテンを除去する工程と、上記洗浄後のアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末の上記アルコール含有量を0.5〜4重量%に制御するため、上記アセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末を温度40〜120℃、圧力20kPa以下にて乾燥させる工程とを備えたことを特徴とするアセトアセチル基含有ポリビニルアルコール系樹脂粉末の製造方法。
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