JP6502371B2 - エチレンイミン重合体、およびその製造方法 - Google Patents
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Description
エチレンイミン重合体は、エチレンイミンを重合した水溶性ポリマーであり、1級、2級、3級アミンを含む分岐構造を有する高分子化合物である。他の高分子化合物に比べて反応性に富み、アルデヒド化合物、アルキルハライド化合物、イソシアネート化合物、エピクロルヒドリン等のエポキシ化合物、シアナマイド化合物、グアニジン化合物、尿素、カルボン酸化合物、環状酸無水化合物、アシルハライド化合物と反応させることにより用途に応じて化学的に変性したものを使用することもできる。
測定装置;島津製作所製
使用カラム;昭和電工製 Shodex Asahipac GF−710HQ+GF−510HQ+GF−310HQ
溶離液;0.2モル%−モノエタノールアミン水溶液に酢酸を添加してpH5.1に調整したもの
標準物質;プルランP−82(和光純薬製)
検出器;示唆屈折計(島津製作所製)
本発明に係るエチレンイミン重合体の製造方法については特に制限はないが、本発明の他の形態によれば、エチレンイミン100質量%に対し1.0〜40質量%の水とエチレンイミン100質量%に対し0.3〜5質量%の触媒の存在下で、エチレンイミンを90℃を超えて150℃以下の温度条件で重合する工程を含むエチレンイミン重合体の製造方法が提供される。このような方法によれば、脱水が容易であり、本願に係る含水率が3〜35質量%のエチレンイミン重合体を得ることができるため、製品化に有利である。以下、本形態に係る製造方法の好ましい実施形態について、説明する。
本形態に係る製造方法に用いるエチレンイミンには特に制限はなく、その合成方法としては、例えば、液相でハロゲン化エチルアミンを濃アルカリにより分子内閉環する方法、モノエタノールアミン硫酸エステルを熱濃アルカリにより分子内閉環する方法(以下、液相法ともいう)、あるいはモノエタノールアミンを触媒的気相分子内脱水反応させる方法(以下、気相法ともいう)などが挙げられる。
触媒としては、エチレンイミンの重合に一般に用いられているものを使用でき、特に限定されないが、例えば、塩酸、臭化水素酸などハロゲンを含む鉱酸、リン酸、二酸化炭素、有機酸、三フッ化ホウ素などルイス酸、クロロメタン、ブロモメタンなどの有機ハロゲン化合物、2−クロロエタノール、3−クロロ−1−プロパノール、3−クロロ−2−プロパノール、3−クロロ−1,2−プロパンジオール、3−クロロベンジルアルコール、3−クロロ−2,2−ジメチル−1−プロパノール、2−(2−クロロエトキシ)エタノール、2−ブロモエタノール、3−ブロモ−1−プロパノール、3−ブロモ−2−プロパノール、3−ブロモ−1,2−プロパンジオールなどのモノハロゲンアルコール化合物を使用でき、2種類以上を併用してもよい。
水添加量の下限としては、エチレンイミン100質量%に対して1.0質量%以上であり、好ましくは5.0質量%以上である。水添加量が1質量%未満である場合、急激な重合反応が起こりやすく、重合反応を制御しにくいため好ましくなく、得られたエチレンイミン重合体は表面被膜も形成しやすい。また、水添加量の上限としては40質量%以下であり、好ましくは20質量%以下である。水添加量が40質量%を超えると本願発明のエチレンイミン重合体を得られないだけでなく、水分を除去するために必要なエネルギーが膨大となり、製品のコスト増につながるため好ましくない。
触媒の添加方法としては、特に限定されないが、例として、次の3つの方法のいずれかを用いることができる。
反応容器にあらかじめ所定量の水と触媒を入れ、これに所定温度でエチレンイミンを添加する方法である。
反応容器に所定量の水を入れ、これに所定温度でエチレンイミンと触媒を連続で添加する方法である。なお、連続添加する際にはモノマーが過剰となり急激に反応が進行することを防止するために、触媒の添加をエチレンイミンの添加よりも15分程度早く開始することが好ましい。
反応容器に所定量の水を入れ、これに所定温度でエチレンイミンを連続で添加する共に触媒を数回に分けて断続的に添加する方法である。
本発明において、エチレンイミンを重合する際の反応溶液温度の下限は90℃超であり、好ましくは100℃以上である。反応溶液の温度が90℃以下の場合、得られる重合体の分散度が小さくなり、表面被膜を形成しやすくなる。また、反応溶液の温度の上限は150℃以下であり、好ましくは130℃以下である。反応溶液の温度が150℃を超えると、高分子量のエチレンイミン重合体が得られにくい。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた容量0.5Lの反応器に水18.5gと2−クロロエタノール7.03gを仕込み加熱した。100℃に昇温後、エチレンイミン添加開始し最終的には110℃に保ちながら8時間かけて370gのエチレンイミンを添加した。エチレンイミンを添加終了後、110℃で1時間熟成しエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:19320、Mw/Mn:3.1であった。
最終的な重合温度を120℃とした以外は実施例1と同様にしてエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:17800、Mw/Mn:3.3であった。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた容量0.5Lの反応器に水18.5gと38%塩酸4.87gを仕込み加熱した。100℃に昇温後、エチレンイミン添加開始し最終的には120℃に保ちながら8時間かけて370gのエチレンイミンを添加した。エチレンイミンを添加終了後、110℃で1時間熟成しエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:17050、Mw/Mn:3.1であった。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた容量200リットルの反応器に水98gを仕込み加熱した。100℃に昇温後、2−クロロエタノール28gとエチレンイミン1274gをそれぞれ、反応液の温度を100℃に保ちながら12時間かけて添加した。エチレンイミンの溶液(または組成物)を添加終了後、100℃で1時間熟成しエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:13969、Mw/Mn:3.4であった。
重合温度を90℃に変更した以外は実施例1と同様にしてエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:17494、Mw/Mn:2.6であった。
重合温度を90℃に変更した以外は実施例3と同様にしてエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:16621、Mw/Mn:2.0であった。
温度計、還流冷却器、撹拌機を備えた容量0.5リットルの反応器に水18.5gを仕込み加熱した。90℃に昇温後、硫酸7.03gとエチレンイミン370gをそれぞれ、反応液の温度を90℃に保ちながら8時間かけて添加した。エチレンイミンの溶液(または組成物)を添加後、90℃で1時間熟成しエチレンイミン重合体を得た。GPCにて分子量を測定した結果、Mn:6300、Mw/Mn:1.5であった。
実施例1、2、4および比較例1で得られた各エチレンイミン重合体の水分を3質量%、5質量%、10質量%に調整し、エチレンイミン重合体の各5g(水分を含む重量)をフタ付管ビンに充填し、密閉下、80℃、5時間、恒温槽で加熱し表面被膜の形成を観察した。その結果を下記の表1に示す。なお、上記実施例・比較例において、合成後の水分量はいずれも5質量%であったことから、3質量%品については蒸留により水分を蒸発させることにより濃縮して調製した。一方、10質量%品については水を添加して希釈することにより調製した。
エタノール59gにポリビニルブチラール10gと各エチレンイミン重合体1gを溶解し、さらに顔料として酸化チタン30gを混合してインクを調製した。延伸ポリプロピレンフィルム(OPPフィルム)に22.9μmの厚さでインクを塗布し、90℃、5分間の条件で乾燥した。次にインクの接着性を以下の二つの方法で評価した。結果を下記の表2に示す。
Claims (6)
- ゲルパーミエイションクロマトグラフィーにてプルラン換算で測定した数平均分子量(Mn)が13000以上で、かつ分散度が3.0を超え4.5以下で、かつ含水率が3〜35重量%であることを特徴とする、エチレンイミン重合体。
- 請求項1に記載のエチレンイミン重合体の製造方法であって、
エチレンイミン100質量%に対し1.0〜40質量%の水、およびエチレンイミン100質量%に対し0.3〜5質量%の触媒の存在下で、エチレンイミンを90℃を超えて150℃以下の温度条件で重合する工程を含む、製造方法。 - 前記触媒は、少なくとも1つのハロゲン元素および親水性置換基を有する水溶性有機化合物、またはハロゲン元素を含む水溶性の無機酸である、請求項2に記載のエチレンイミン重合体の製造方法。
- 前記重合の後に、含水率を調整する工程をさらに含む、請求項2または3に記載の製造方法。
- 前記触媒の添加方法は、連続添加である、請求項2〜4のいずれか1項に記載の製造方法。
- 請求項1に記載のエチレンイミン重合体、または請求項2〜5のいずれか1項に記載の製造方法により製造されたエチレンイミン重合体を含む、フィルム印刷インク用接着促進剤。
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