JP5767930B2 - ポリビニルアセタールの製造方法及びポリビニルアセタール - Google Patents
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Description
低重合度のポリビニルアルコールを得る方法としては、酢酸ビニルの重合に際して鎖移動定数の高い溶剤を用いる方法が特許文献2に開示されており、連鎖移動剤を重合開始前及び重合中に供給しながら酢酸ビニルの重合を行う方法が特許文献3に開示されている。
しかしながら、これらの方法では、けん化を行う際に溶剤を置換する必要があったり、残留した連鎖移動剤を回収する必要があったりするといった製造上の問題や、精製したポリビニルアルコールが着色したり、溶剤への溶解性に劣るものとなったりするという品質上の問題があった。また、特許文献4には、ポリビニルアルコールを過酸化水素等の酸化剤を用いて主鎖開裂し、還元処理して低重合度化する方法が開示されている。
しかしながら、特許文献4に開示されている方法で低重合度化したポリビニルアルコールは、アセタール化後に得られるポリビニルアセタールが、反応阻害によりアセタール化度の低いものとなったり、ポリビニルアセタール粒子が粗大化したりするという問題があった。
以下に本発明を詳述する。
しかしながら、けん化反応が完全に進行したり、樹脂の着色が発生したりしてしまうという問題や、触媒や中和によって発生した塩類等の無機イオン成分が、樹脂に残留することによって、不純物として製品の性能を悪化させるという問題が生じていた。特にセラミックバインダー用途として使用した場合の歩留まりを悪化させるという製品の品質上の課題が新たに生じていた。
上記ポリビニルアルコールは、完全けん化されていてもよいが、少なくとも主鎖の1カ所にメソ、ラセミ位に対して2連の水酸基を有するユニットが最低1ユニットあれば完全けん化されている必要はなく、部分けん化ポリビニルアルコールであってもよい。また、上記ポリビニルアルコールとしては、エチレン−ビニルアルコール共重合体、部分けん化エチレン−ビニルアルコール共重合体等のビニルエステルと共重合可能なモノマーとビニルエステルとの共重合体のけん化物も用いることができる。
なお、上記ポリビニルアルコールの重合度の好ましい下限は200、好ましい上限は4000であり、より好ましい下限は300、より好ましい上限は3000である。
紫外線を照射することで、過酸化水素が励起状態となって活性種に変換されるため、高効率に主鎖切断反応を起こし、ポリビニルアルコールを低重合度化させることが可能となる。
また、塩基性条件としたり、触媒の添加や中和を行ったりする必要もないため、けん化反応の進行や無機イオン成分の残留についても大幅に抑制することが可能となる。
上記波長が200nm未満の紫外線を照射した場合は、ポリビニルアルコールが紫外光を吸収した結果、劣化の原因となるだけでなく、窒素や酸素による光吸収が問題となり、工業的には不適当であり、300nmを超える紫外線を照射した場合は、過酸化水素自身に光吸収特性がなくなり、反応性が著しく低下する。好ましくは250〜280nmである。また、上記波長が200〜300nmの範囲内にある紫外線は、連続スペクトル光であってもよく、線スペクトル光であってもよい。なお、上記紫外線が連続スペクトル光である場合は、少なくとも、波長が200〜280nmの範囲内にある紫外線を含むものであればよい。
上記照射光量が10J/cm2未満であると、低重合度化反応が充分に進行せず、所定の重合度のポリビニルアルコールが得られないことがあり、100J/cm2を超えると、樹脂の劣化による着色の原因となる。
本発明の方法では、紫外線を照射しない従来法と比較して、短時間でポリビニルアルコールを低重合度化させる工程を行うことができる。これにより、製造コストの低下や、生産性向上を図ることが可能となる。
上記過酸化水素の分解を促進する化合物としては、二酸化マンガンやカタラーゼ等が挙げられ、上記過酸化水素と酸化還元反応を起こす化合物としては、過マンガン酸カリウムや重クロム酸カリウム等が挙げられる。
[低重合度化工程]
ポリビニルアルコールA(鹸化度98.5%、重合度500)100g、イオン交換水870gを2Lのセパラブルフラスコにて95℃で1時間、150rpmで加熱攪拌しポリビニルアルコール水溶液を得た。
次いで、溶液を室温まで冷却させた後、30重量%濃度の過酸化水素水11.3gを添加し、さらに15分攪拌させた。得られた溶液をパット型の容器に深さ1cm程度に流し込み、ベルトコンベア型の紫外光照射器(光源:メタルハライドランプ)に100cm/minの速さで通すことにより、紫外線(波長200〜300nm、照射光量30J/cm2)を照射した。
なお、照射光量は、光量計(アイグラフィックス社製 UV meter UVPF−A1)により計測した。
得られたポリビニルアルコール水溶液を60分かけて5℃以下に冷却した後、25重量%濃度の塩酸130gとブチルアルデヒド58gを添加し、120分アセタール化反応させた。その後、60分かけて40℃にまで昇温し、その温度でさらに120分反応させた。反応時間終了後、室温にまで冷却した後に析出した樹脂を濾過により回収し、樹脂分をイオン交換水で洗浄した。次いで、樹脂を炭酸ナトリウム水溶液で洗浄した後、再度水洗し、乾燥させてポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、ポリビニルアルコールAに代えて、ポリビニルアルコールB(鹸化度98.5%、重合度1700)を用いた以外は、実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、照射光量を60J/cm2とした以外は、実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、照射光量を10J/cm2とした以外は、実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、30重量%濃度の過酸化水素水添加量を22.7gとし、紫外線照射前の過酸化水素濃度を0.2mol/Lとした以外は実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、ポリビニルアルコールAに代えて、ポリビニルアルコールC(鹸化度94.5%、重合度500)を用いた以外は、実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、過酸化水素を添加しない以外は実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、紫外光を照射しなかったこと以外は実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例1の[低重合度化工程]において、紫外線(波長310〜450nm、照射光量30J/cm2)を照射した以外は実施例1と同様にして、ポリビニルブチラール樹脂を得た。
[低重合度化工程]
ポリビニルアルコール(鹸化度98.5%、重合度1700)100g、イオン交換水865gを2Lのセパラブルフラスコにて95℃で1時間、150rpmで加熱攪拌し、ポリビニルアルコール水溶液を得た。
次いで、攪拌したまま温度を60℃とした後、20重量%の水酸化ナトリウム水溶液を投入して液中のOH−イオン濃度を0.1mol/Lとし、次いで、30重量%濃度の過酸化水素水11.3gを添加し、溶液中の過酸化水素濃度を0.1mol/Lとした。過酸化水素の添加終了後、さらに2時間反応させ、ポリビニルアルコール水溶液を得た。
得られたポリビニルアルコール水溶液を用いた以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラール樹脂を得た。
[低重合度化工程]
ポリビニルアルコール(鹸化度98.5%、重合度1700)100g、イオン交換水860gを2Lのセパラブルフラスコにて95℃で1時間、150rpmで加熱攪拌しポリビニルアルコール水溶液を得た。
次いで、攪拌したまま温度を60℃とした後、塩酸を投入してpHを1.3とし、塩化鉄(II)を二価の鉄イオン濃度が0.5mmol/Lとなるように添加した。次いで、35重量%濃度の過酸化水素水25gを添加し、1時間反応させて低重合度化したポリビニルアルコール水溶液を得た。
得られたポリビニルアルコール水溶液を用いた以外は実施例1と同様にしてポリビニルブチラール樹脂を得た。
実施例及び比較例で製造したポリビニルアルコール及びポリビニルブチラールについて、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
(1−1)変性後PVA重合度
得られたポリビニルアルコール溶液を、固形分1.0重量%になるまでイオン交換水で希釈した。得られた溶液に対してJIS K6726に準拠して重合度を測定した。
得られたポリビニルアルコール水溶液の色を目視にて評価した。無色透明である場合を「○」、濃い黄色、あるいは茶色に着色している場合を「×」として評価した。
(2−1)アセタール化度
得られたポリビニルブチラールを重水素化ジメチルスルホキシドに溶解し、1H−NMR測定によりブチラール化度を測定した。
得られたポリビニルブチラールをDMSO−d6に溶解し、1H−NMR測定により、側鎖に占めるアセチル基のモル分率を評価した。
得られたポリビニルブチラール樹脂をエタノールとトルエンとの1:1混合溶剤に溶解した10重量%溶液を、溶液温度が20℃の条件でB型粘度計を用いて測定した。
得られたポリビニルブチラール15gをエタノールとトルエンの混合溶剤(重量混合比1:1)135gに加え、室温にて2時間振とうした後に静止し、目視により観察した。溶剤に溶解していない樹脂が全く無い場合を「○」、溶剤に溶解していない樹脂がわずかに見られる場合を「△」、樹脂が膨潤し、完全に溶解させるのに50℃以上の加熱を要する場合を「×」として評価した。
得られたポリビニルブチラール1gをフレームレス原子吸光法により燃焼させ、鉄部位の吸光度より、ポリビニルブチラール樹脂中に混入する鉄の濃度(ppm)を測定した。
Claims (3)
- ポリビニルアルコールを過酸化水素と接触させて低重合度化する工程1、及び、酸触媒を用いて酸性条件にした系において、前記工程1で低重合度化したポリビニルアルコールをアルデヒドと反応させてアセタール化する工程2を有し、
工程1において、波長が200〜300nmの紫外線を照射し、
前記紫外線を照射する際の照射光量は、10〜100J/cm 2 である
ことを特徴とするポリビニルアセタールの製造方法。 - 工程1において、ポリビニルアルコールの低重合度化は、ポリビニルアルコールの溶解とともに行うことを特徴とする請求項1記載のポリビニルアセタールの製造方法。
- 請求項1又は2記載のポリビニルアセタールの製造方法によって製造されたポリビニルアセタール。
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