JP6737771B2 - 懸濁重合反応における2次沈殿防止剤 - Google Patents

懸濁重合反応における2次沈殿防止剤 Download PDF

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Description

本発明は、懸濁重合反応用の沈殿防止剤に関する。より具体的には、本発明は、他を排除するものではないが、懸濁重合反応用の2次沈殿防止剤に関する。また、本発明は、懸濁重合用の2次沈殿防止剤としてのポリマーの使用、懸濁重合反応組成物、懸濁重合反応を行う方法、および懸濁重合用の2次沈殿防止剤として用いるためのポリマーに関する。
懸濁重合反応、例えば塩化ビニルの懸濁重合では、1次沈殿防止試薬および2次沈殿防止試薬が用いられることが多い。1次沈殿防止剤は、ポリマー粒子の癒合を制御し、したがってそのように形成されるポリマーの粒径を主に決定付ける。2次沈殿防止剤は、通常、ポリマー粒子の2次的な特性、例えば粒子形状および気孔率を定義する。そのような2次沈殿防止剤は、通常、部分的に加水分解されたビニルアセテート(典型的な加水分解度は35〜55mol%)を含む。部分加水分解ポリ酢酸ビニルの製造は、ポリ酢酸ビニルの製造とそれに続く部分的加水分解との2段階プロセスである。したがって、加水分解をせずとも機能し得る2次沈殿防止剤をつくり出せることが望まれている。
本発明は、上記の問題を軽減しようとするものである。あるいは、またはさらに、本発明は、代わりとなる、かつ/または改良された、懸濁重合用の2次沈殿防止剤を提供しようとするものである。
本発明の第1の態様によれば、懸濁重合反応における2次沈殿防止剤としてのポリマーの使用であって、当該ポリマーは、(i)エステル含有モノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびエステル基を含む、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、ならびに(ii)スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む少なくとも1つのモノマーの1以上の残留物を含み、当該ポリマーは、当該エステル基の一部がアルコール基を形成するように、任意で部分的に加水分解されており、当該ポリマーの加水分解度は0〜60mol%である、ポリマーの使用が、提供される。
誤解を避けるために記すと、加水分解度は、残存アセテート(RA)値から計算される。ポリマーの残存アセテート値は、過剰の0.1N水酸化ナトリウム溶液との還流によって測定される。ポリマー無しでのブランク測定も行われる。残存する水酸化ナトリウムは、フェノールフタレイン指示薬を用いて0.1N塩酸で滴定される。ポリマーにおける残存アセテート率(%RA)は、下記式を用いて計算される。
加水分解度(DH)は、次の等式を用いて計算される。
本出願人は、驚いたことに、そのようなポリマーが、低い加水分解度を要して、または加水分解を要せずに、2次沈殿防止剤として良好に機能し得る、ということを発見した。
誤解を避けるために記すと、用語「前記エステル基の一部」は、全てのエステル基が加水分解された状態を包含する。
本発明の方法は、任意で、2次沈殿防止剤としてのポリマーのエマルションの使用を含む。あるいは、ポリマーは溶液重合によりつくられてもよい。
ポリマーは、乳化重合によりつくられて懸濁重合反応混合物に添加されてもよい。ポリマーはエマルションとして添加されてもよい。誤解を避けるために、ポリマーはエマルションとして添加され得るが、ひとたび懸濁重合反応混合物に添加されるとエマルションはそのエマルション特性を保持してもしなくてもよい、ということをここに述べておく。あるいは、またはさらに、ポリマーは乳化重合によりつくられてもよい。ポリマーは、溶媒中、例えば水とメタノールとの混合物中での均一溶液として懸濁重合反応混合物に添加されてもよい。あるいは、またはさらに、場合によって分散してエマルションを形成し得る、ポリマーの乾燥粒子が、懸濁重合反応混合物に添加されてもよい。任意で、ポリマーの乾燥粒子は、乳化重合を用いてポリマーをつくった後にエマルションを乾燥させて、それによってドライエマルションとしてよく知られたものを形成することによって、形成されてもよい。あるいは、またはさらに、任意で例えばコロイドを用いて、ポリマーを溶媒中でのエマルションとして分散させてもよい。
ポリマーを乳化重合によってつくる場合には、ポリマーは任意で種を含む。当該種は、通常、ポリマー粒子の内部に位置する。任意で、ポリマーは、種の存在下で乳化重合によりつくられてもよい。乳化重合におけるそのような種の使用は、当業者に既知である。そのような種は、粒径および粒度分布を制御するために用いられる。そのような種は、通常、種または種周辺において実質的に全てのポリマーの成長が起こるように十分な量で提供される。種は、任意でシードポリマーを含む。シードポリマーがポリマーと同じである必要は無い、つまり、シードポリマーが上記のエステル含有モノマーおよび硫黄含有モノマーの残留物を含有する必要は無い。種は、乳化重合のために用いられるエマルション中でコロイド状に安定であるべきである。種は予め合成されていてもよい。あるいは、種は系中で合成されてもよい。例えば、種は、少なくとも1つのエステル含有モノマーと、少なくとも1つの、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含有するモノマーとのうちの片方または両方から形成されてもよい。
したがって、本発明は、2次沈殿防止剤としての、上記の乳化重合によりつくられたポリマーの使用を提供し得る。乳化重合によりつくられたポリマーは、実質的に加水分解されていなくてもよい。
あるいは、ポリマーは、分散媒体中での重合、または溶液重合もしくは塊状重合によりつくられてもよい。
上述したように、ポリマーは、1以上のエステル含有モノマーの残留物を含み得る。例えば、ポリマーは、ビニルアセテートの残留物およびメチルメタクリレートの残留物、またはビニルアセテートの残留物およびジメチルマレエートの残留物を含んでもよい。
エステル含有モノマーに関する以下の記載は、ポリマーをつくるために用いられる1以上のモノマーに適用され得る。
任意で、エステル含有モノマーは、エステル基に結合した重合性のC=C基を、任意でリンカーを介して含む。一般に、重合性のC=C基とエステル基との間には結合基がないことが好ましい。例えば、エステル基は、例えばアルケン酸のエステルを含み得る。例えば、エステル基は、アクリル酸のエステル、例えば(メタ)アクリル酸のエステルを含み得る。エステル基は、例えば、アルケニルアルカノエートを含み得る。
エステル基は、ビニルアセテートなどのアルケニルアルカノエートの場合のように、C=C基と隣接した−O−部分が配置されていてもよく、またはアルキルアクリレート、例えばメチルアクリレートおよびメチルメタクリレートなどの場合のように、C=C基と隣接したC=O部分が配置されていてもよい。
C=C基は、任意で、1、2または3か所で置換されていてもよい。例えば、存在する各置換基は、任意で、ハロ、ヒドロキシ、または任意で置換されたC〜Cアルキル基のうちの1つ以上から選択され得る。
ポリマーが部分的に加水分解されて、結果として少なくともいくらかのエステル基が反応してアルコールを形成する場合には、そのように生成したヒドロキシル基の少なくとも5%、任意で少なくとも10%、任意で少なくとも20%、任意で少なくとも50%、任意で少なくとも70%、任意で少なくとも80%、任意で少なくとも90%、および任意で実質的に全てが、ポリマーに直接結合していることが好ましい。これは、C=C基に−O−部分が直接結合しているアルケニルアルカノエートモノマーを用いて成し遂げられ得る。
エステル含有モノマーは、ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニル4−tert−ブチルベンゾエート、ビニルクロロホルメート、ビニルシンナメート、ビニルデカノエート、ビニルネオノナノエート、ビニルネオデカノエート、ビニルピバレート、ビニルプロピオネート、ビニルステアレート、ビニルトリフルオロアセテート、ビニルバレレート、メチルビニルアセテート、プロペニルアセテート、メチルプロペニルアセテート、エチルプロペニルアセテート、ブテニルアセテート、メチルブテニルアセテート、ビニルプロパノエート、プロペニルプロパノエート、ビニルブチレート、ビニルヘキサノエート、ビニルヘプタノエート、ビニルオクタノエート、ビニル2−プロピルヘプタノエート、ビニルノナノエート、ビニルネオノナノエート、ビニルトリフルオロアセテートのうちの1つ以上を任意で含む。例えば、1以上の上記モノマーは、エステル含有モノマーの含有量の50mol%超を提供するという点において主要モノマーであり得る。あるいは、またはさらに、1以上の上記モノマーは、エステル含有モノマーの含有量の50mol%未満を提供するという点において副次的モノマーであり得る。
エステル含有モノマーは、任意で、(メタ)アクリル酸のエステルを1つ以上含む。このことは、例えばポリマーがエマルションポリマーである場合に当てはまり得る。一般に、好ましい(メタ)アクリル酸のアルキルエステルは、C〜C10アルキル(メタ)アクリレート、好ましくはC〜C10−アルキル(メタ)アクリレートから選択され得る。そのようなアクリレートモノマーの例としては、n−ブチルアクリレート、第二級ブチルアクリレート、エチルアクリレート、ヘキシルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、2−エチル−ヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレート、4−メチル−2−ペンチルアクリレート、2−メチルブチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、エチルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、およびセチルメタクリレートが挙げられる。(メタ)アクリル酸のその他のエステルとしては、4−アセトキシフェネチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロイルクロリド、4−(メタ)アクリロイルモルフォリン、2−(4−ベンゾイル−3−ヒドロキシフェノキシ)エチル(メタ)アクリレート、[2−((メタ)アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド、ベンジル2−プロピル(メタ)アクリレート、sec−ブチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル(メタ)アクリレート、2−{[(ブチルアミノ)カルボニル]オキシ}エチル(メタ)アクリレート、tert−ブチル2−ブロモ(メタ)アクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシル(メタ)アクリレート、2−カルボキシエチル(メタ)アクリレート、2−クロロエチル(メタ)アクリレート、ジ(エチレングリコール)エチルエーテル(メタ)アクリレート、ジ(エチレングリコール)2−エチルヘキシルエーテル(メタ)アクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチル(メタ)アクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピル(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ−/ヘキサ−(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、メチルアクリレート、2−エチル(メタ)アクリロイルクロリド、エチル2−(ブロモメチル)(メタ)アクリレート、エチルcis−(β−シアノ)(メタ)アクリレート、エチレングリコールジシクロペンテニルエーテル(メタ)アクリレート、エチレングリコールフェニルエーテル(メタ)アクリレート、エチル2−エチル(メタ)アクリレート、エチル2−プロピル(メタ)アクリレート、エチル2−(トリメチルシリルメチル)(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピル(メタ)アクリレート、ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、イソブチルアクリレート、イソオクチルメタクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、メチル2−アセトアミド(メタ)アクリレート、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピル(メタ)アクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシル(メタ)アクリレート、10−ウンデセニル(メタ)アクリレート、マレイン酸、無水マレイン酸、ジメチルマレエート、ジエチルマレエート、ジプロピルマレエート、ジブチルマレエート、ジ2−エチルヘキシルマレエート(および対応するマレイン酸の半エステル)、フマル酸、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジプロピルフマレート、ジブチルフマレート、ジ2−エチルヘキシルフマレート(および対応するフマル酸の半エステル)、メチルα−ブロモ(メタ)アクリレート、メチル2−(ブロモメチル)(メタ)アクリレート、ペンタブロモベンジル(メタ)アクリレート、ペンタブロモフェニル(メタ)アクリレート、ペンタフルオロフェニル(メタ)アクリレート、ポリ(エチレングリコール)アクリレート、メチル2−(クロロメチル)(メタ)アクリレート、メチル3−ヒドロキシ−2−メチレンブチレート、メチル2−(トリフルオロメチル)(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、およびポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリレートが挙げられる。例えば、1以上の上記モノマーは、エステル含有モノマー含有量の50mol%超を提供するという点において主要モノマーであり得る。あるいは、またはさらに、1以上の上記モノマーは、エステル含有モノマー含有量の50mol%未満を提供するという点において副次的モノマーであり得る。
その他のモノマーの残留物がコモノマーとして含まれていてもよく、当該その他のモノマーとしては、エチレン、4−アセトキシフェネチルアクリレート、4−アクリロイルモルフォリン、2−(4−ベンゾイル−3−ヒドロキシフェノキシ)エチルアクリレート、[2−(アクリロイルオキシ)エチル]トリメチルアンモニウムクロリド、ベンジル2−プロピルアクリレート、ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、2−{[(ブチルアミノ)カルボニル]オキシ}エチルアクリレート、tert−ブチル2−ブロモアクリレート、4−tert−ブチルシクロヘキシルアクリレート、2−カルボキシエチルアクリレート、2−クロロエチルアクリレート、ジ(エチレングリコール)エチルエーテルアクリレート、ジ(エチレングリコール)2−エチルヘキシルエーテルアクリレート、2−(ジメチルアミノ)エチルアクリレート、3−(ジメチルアミノ)プロピルアクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ−/ヘキサ−アクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、メチルアクリレート、2−エチルアクリロイルクロリド、エチル2−(ブロモメチル)アクリレート、エチルcis−(β−シアノ)アクリレート、エチレングリコールジシクロペンテニルエーテルアクリレート、エチレングリコールフェニルエーテルアクリレート、エチル2−エチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、エチル2−プロピルアクリレート、エチル2−(トリメチルシリルメチル)アクリレート、ヘキシエルアクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェノキシプロピルアクリレート、ヒドロキシプロピルアクリレート、iメチルアクリレート、ソボルニルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチル2−アセトアミドアクリレート、テトラヒドロフルフリルアクリレート、3−(トリメトキシシリル)プロピルアクリレート、3,5,5−トリメチルヘキシルアクリレート、10−ウンデセニルアクリレート、メチルメタクリレート、マレイン酸、無水マレイン酸、ジメチルマレエート、ジエチルマレエート、ジプロピルマレエート、ジブチルマレエート、ジ2−エチルヘキシルマレエート(および対応するマレイン酸の半エステル)、フマル酸、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジプロピルフマレート、ジブチルフマレート、ジ2−エチルヘキシルフマレート(および対応するフマル酸の半エステル)、メチルα−ブロモアクリレート、メチル2−(ブロモメチル)アクリレート、ペンタブロモベンジルアクリレート、ペンタブロモフェニルアクリレート、ペンタフルオロフェニルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)アクリレート、メチル2−(クロロメチル)アクリレート、メチル3−ヒドロキシ−2−メチレンブチレート、メチル2−(トリフルオロメチル)アクリレート、およびオクタデシルアクリレート、およびポリ(エチレングリコール)メチルエーテル(メタ)アクリレートが挙げられる。
誤解を回避するために、用語「モノマー」は、重合性の炭素−炭素二重結合を含むオリゴマーおよびポリマーに適用される、ということをここに述べておく。そのようなオリゴマーは5つ未満の繰り返し単位を含み、その一方でポリマーは5つ以上の繰り返し単位を含む。
上述したように、ポリマーは、任意で、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む1以上のモノマーの残留物を含む。
スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマーに関する以下の記載は、ポリマーをつくるために用いられる1以上のそのようなモノマーに適用され得る。
スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマーは、典型的には、スルホネート(SO )基(任意で塩、例えばナトリウム塩として提供される)、スルホン酸(−SOH)基、スルホン酸エステル(−SOR、式中のRはあらゆる適切な基であり、例えば、任意で置換されたアルキル、アリールまたはアルケニルであり得る)、スルホンアミド(第一級、第二級または第三級)またはスルホニルハライド(−SOX、式中のXはハロゲン)に(任意でリンカーを介して)結合した、重合性のC=C基を含む。一般に、重合性のC=C基とスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基との間には結合基、例えば、C1−C6アルキレン基を任意で含む(任意で置換された、および任意で枝分かれの)アルキレンリンカーなど、例えばメチレン結合基などが、存在することが好ましい。
結合基は、最大10個までの原子、任意で最大8個までの原子、および任意で最大5個までの原子の鎖を含み得る。結合基は、任意で、1以上のエーテルおよび/または第二級もしくは第三級のアミノ基を含む。結合基は、任意で1以上のアルキル、ハロまたはヒドロキシル基によって、任意で置換されている。
スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマーの例としては、ビニルスルホン酸ナトリウム、(メタ)アリルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、α−メチルスチレンスルホン酸ナトリウム、エチルスチレンスルホン酸ナトリウム、1−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロピルスルホン酸ナトリウムが挙げられる。同じくアクリル酸またはメタアクリル酸の直線状または枝分かれC−C10−アルキルスルホンアミドが好適である。また、2〜10の炭素原子を有するω−アルケン−1−スルホン酸も好適である。その他の例としては、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタリルスルホン酸、2−メタクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、2−アクリルアミドエタンスルホン酸、2−アクリロイルオキシエタンスルホン酸、2−メタクリロイルオキシエタンスルホン酸、3−アクリロイルオキシプロパンスルホン酸、2,2−エチルヘキシルアミノエタンスルホン酸、および2−メタクリロイルオキシプロパンスルホン酸、4−ビニルベンゼンスルホン酸ナトリウム、ならびにそれらの塩およびエステルが挙げられる。
C=C基は、任意で、1、2または3か所で置換されていてもよい。例えば、存在する各置換基は、任意で、ハロ、ヒドロキシ、または任意で置換されたC〜Cアルキル基のうちの1つ以上から選択され得る。
コポリマーは、スルホネート基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホンアミド基またはスルホニルハライド基を含むモノマーの残留物を、1以上のエステル含有モノマーの残留物含有量に基づいて最大10mol%まで、任意で最大7mol%まで、任意で最大5mol%まで、任意で最大3mol%まで、任意で最大2mol%まで、任意で最大1mol%まで、任意で少なくとも0.1mol%、任意で少なくとも1mol%、任意で少なくとも1.5mol%、任意で1〜10mol%、任意で1〜7mol%、任意で2〜7mol%、任意で2〜5mol%、任意で0.1〜2mol%、および任意で0.1〜1.5mol%含み得る。
コポリマーは、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物やスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライドを含む少なくとも1つのモノマーの残留物ではない、モノマーの残留物を任意で含む。例えば、コポリマーは、エチレン、スチレン、アルファ−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレンまたはビニルトルエンなどのビニルモノマーまたはビニル芳香族モノマーの残留物を任意で含む。コポリマーはまた、溶媒、連鎖移動剤および開始剤のうちの1つ以上を含み得る。
コポリマーは、任意で、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む少なくとも1つのモノマーの残留物を、少なくとも90重量%(任意で少なくとも95重量%、および任意で少なくとも98重量%)含み、任意で当該エステル残留物の一部は最大60mol%までの加水分解度を備えるために加水分解され、当該ポリマーの残りは、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライドを含む少なくとも1つのモノマーの残留物ではない、他の残留物、例えば、溶媒、連鎖移動剤および開始剤の残留物である。
ポリマーは、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル基、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む上記少なくとも1つのモノマーの残留物(群)の他または代わりに、下記式(1)で示される1以上のモノマーの1以上の残留物を含み得る。
式(1)
(式(1)中、A、BおよびCのうちの少なくとも1つは、少なくとも1つの(および任意で唯一の)重合性の炭素−炭素二重結合を含み、かつ
A、BおよびCのうちの少なくとも1つは−OHまたはその塩もしくはエステルを含む。)
誤解を避けるために記すと、式(1)中、Pはリンであり、Oは酸素である。
任意で、A、BおよびCのうちの2つは−OHまたはその塩もしくはエステルを含み、その場合、上記A、BおよびCのうちの2つは、同じであるかまたは異なり得る。
任意で、A、BおよびCのうちの2つは、少なくとも1つの(および任意で唯一の)重合性の炭素−炭素二重結合を含み得、その場合、上記A、BおよびCのうちの2つは、同じであるかまたは異なり得る。
上記−OH基のエステルは、例えば、アルキルエステルを含み得る。
少なくとも1つの(および任意で唯一の)重合性の炭素−炭素二重結合を含む基(群)は、アクリル酸基(またはそのエステルもしくは塩)、アクリルアミド基(またはその誘導体)を含み得、または例えばビニルもしくはアリル基を含み得る。
少なくとも1つのホスホン酸基(またはその塩もしくはエステル)を含むモノマー(群)は、任意で、ビニルホスホン酸(およびメチルエステル)、2−プロペンホスホン酸(およびジエチルエステル)、リン酸2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレートエステル、2−(メタクリロイルオキシ)エチルホスフェート、α−(ジアルキルホスホネート)アクリレート、β−(ジアルキルホスホネート)アクリレート、ジアルキルホスホネート(メタ)アクリレート、N−(ジアルキルホスホネート)(メタ)アクリルアミド、ジメチル(メタクリロイルオキシ)メチルホスホネート、ジアルキルビニルホスホネート(例えばジメチルビニルホスホネート、ジエチルビニルホスホネート、ジイソプロピルビニルホスホネートなど)、アリルホスホン酸およびアリルホスホン酸モノアンモニウム塩、ジメチル−1−アリルオキシメチルホスホネート、ジアルキルビニルエーテルホスホネート(例えば2−ビニルオキシエチルホスホネートなど)、ジエチル2−ブテニルホスホネート、ビス(2−メタクリルオキシエチル)ホスホネート、ポリエチレングリコールモノ(メタ)アクリレートのリン酸エステル、ポリプロピレングリコールモノ(メタ)アクリレートのリン酸エステル、パラ−ビニルベンジルホスホネート、ジエチルベンジルホスホネート、ならびにそれらの塩およびエステルからなる群より選択され得る。
例えば、ポリマーは、式(1)で示される1以上のモノマーの残留物を含んでいてもよく、スルホネート基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホンアミド基またはスルホニルハライド基を含む上記少なくとも1つのモノマーの残留物を実質的に含んでいなくてもよい。
一実施形態において、コポリマーはいかなる著しい程度にも加水分解されていない。この場合、加水分解度は、任意で10mol%以下、任意で5mol%以下、任意で実質的にゼロである。本出願人は、驚いたことに、加水分解されていないコポリマーがビニル化合物の懸濁重合において2次安定化剤として良好に機能できることを発見した。このことは、ポリマーがエマルションとして提供される場合に特に当てはまる。
コポリマーが加水分解されている場合、加水分解度は、任意で60mol%未満、任意で10〜50mol%、任意で10〜45mol%、および任意で10〜40mol%であり得る。加水分解度は、任意で10〜30mol%であり得る。それゆえ、ポリマーの加水分解度は0〜30mol%であり得る。
ポリマーは、任意で実質的に直鎖状ポリマーである。
あるいは、ポリマーは、枝分かれポリマーであり得る。したがって、コポリマーは、各々に複数の重合性の不飽和基、例えばC=C基の含まれた、1以上の多価不飽和モノマーの残留物を含み得る。上記モノマーによって、ポリマー中に枝分かれが組み込まれ得る。
少なくとも1つの(任意で各々の)多価不飽和モノマーは、フリーラジカル機構によって重合できるいかなるモノマーをも含み得る。用語「モノマー」はまた、適切な反応性を有するオリゴマー(典型的には5つ未満の繰り返し単位を含むもの)またはポリマー(典型的には5つ以上の繰り返し単位を含むもの)をも包含する。
少なくとも1つ(および任意で各々の)多価不飽和モノマーの1以上(および任意で各々)の炭素−炭素二重結合(存在するのであれば)は、エチレン性の炭素−炭素二重結合であり得る。
少なくとも1つの多価不飽和モノマーは、1分子当たり少なくとも2つ(および任意で少なくとも3つ)の重合性の(任意で炭素−炭素の)二重結合を任意で含む。
少なくとも1つの多価不飽和モノマーは、二価不飽和モノマーを含み得る、つまり、2つおよび2つ以下の重合性の(任意でC―Cの)二重結合を含み得る。好適な二価不飽和モノマーの例としては、ジ(メタ)アクリレートまたはジアリル化合物、例えばジアクリレートおよびジ(メタ)アクリレート、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレ−ト、ブタンジオ−ルジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、およびビニルアクリレート、例えばアリル(メタ)アクリレート、ブタジエン、ジアリルサクシネート、ジアリルカーボネート、ジアリルフタレート、ならびにそれらの置換された類似体が挙げられる。
例えば、少なくとも1つの多価不飽和モノマーは、三価不飽和モノマーを含み得る、つまり、3つおよび3つ以下の重合性の(任意でC―Cの)二重結合を含み得る。
三価不飽和モノマーとしては、トリプロピレングリコールトリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、1,3,5−トリアリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオン(「TTT」)、またはジアリルマレエートが挙げられる。
少なくとも1つの多価不飽和モノマーは、4つの(および4つのみの)重合性の(任意でC―Cの)二重結合を含み得る。四価不飽和モノマーは、例えば、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレートである。
少なくとも1つの多価不飽和モノマーは、5つの(および5つのみの)重合性の(任意でC―Cの)二重結合を含む五価不飽和モノマーを含み得る。五価不飽和モノマーの例としては、グルコースペンタ(メタ)アクリレートが挙げられる。
ポリマーは、1以上の連鎖移動剤の残留物を任意で含み得る。そのような連鎖移動剤は、ポリマー重量を制御するために用いられ得る。1以上の連鎖移動剤は、チオール、アルコールまたはカルボニル含有部分を含み得る。チオールは、例えば、N−ドデシルメルカプタン、第三級ドデシルメルカプタン、tert−ノニルメルカプタン、ペンタエリスリトールテトラキス(2−メルカプトアセテート)またはペンタエリスリトールテトラキス(3−メルカプトプロピオネート)を含み得る。連鎖移動剤は、アルコール、例えばメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノールなどを含み得、または連鎖移動剤は、カルボニル含有化合物、例えばアセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ペンタンアルデヒド、ヘキシルアルデヒド、ベンジルアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトンなどを含み得る。その他の好適な連鎖移動剤は、Kinetics and Mechanisms of Polymerization、第1巻、第1部、第1章−12および第4章−2、C部、1967、Marcel Dekker Inc.中に見出され得る。
ポリマーを製造するためにプロセスにおいて用いられる連鎖移動剤の量は、連鎖移動剤の効率性に大いに依存するであろう。効率的な連鎖移動剤(例えばチオール)は通常、効率性のより低い連鎖移動剤(例えばイソプロピルアルコール)よりもはるかに少ない量で提供され得る。
ポリマーは、1以上の重合開始剤の残留物を任意で含み得る。そのような開始剤は、フリーラジカルを発生させることができる。開始剤としては、アゾ開始剤、例えばアゾビス(イソブチロニトリル)(AIBN)、アゾビス(2−メチルブチロニトリル)、アジビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(4−シアノバレリン酸)など、または酸化剤、例えば、過硫酸塩(例えば過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムまたは過硫酸アンモニウムなど)、過酸化水素、第三級ブチル過酸化水素、油溶性のパーオキシエステル、例えばジラウリルパーオキサイドなど、またはtert−ブチルパーオキシネオデカノエート、ジベンゾイルパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート、tert−ブチルパーオキシジエチルアセテートおよびtert−ブチルパーオキシベンゾエート、パーオキシジカーボネート、例えばジ(n−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もしくはジ(4−tert−ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートなど、またはレドックス対、例えば還元剤と併用した過酸化物など、例えば、過酸化水素とホルムアルデヒドスルホキシル酸ナトリウムもしくはジチオナイトナトリウムもしくはメタビスルファイトナトリウムもしくはアスコルビン酸となど(レドックス開始剤のさらなる例はUS2007/0184732、特に段落[0043]に見出され得る)、または開始剤の組み合わせが挙げられる。光開始剤系の例は、US8603730、特に本文をまたぐ列6および7に見出され得る。任意で、開始剤は、制御されたラジカル重合、例えばRAFT、ATRPまたはNMPなどを起こすことのできる系を含み得る。
数平均分子量Mは、任意で300,000以下、任意で150,000以下、任意で50,000以下、任意で10,000以下、任意で5,000以下である。数平均分子量は、少なくとも1,000、および任意で少なくとも2,000であり得る。数平均分子量は、任意で1,200〜200,000、任意で1,400〜150,000、および任意で1,500〜120,000g/molである。
重量平均分子量Mは、任意で2,000,000以下、任意で500,000以下、任意で100,000以下、任意で50,000以下、および任意で25,000以下である。重量平均分子量は、少なくとも5000、任意で少なくとも10,000、および任意で少なくとも15,000であり得る。重量平均分子量は、任意で5,000〜50,000、任意で5,000〜40,000、任意で8,000〜40,000、および任意で10,000〜30,000g/molである。
上記の分子量MおよびMは、THF溶液中でのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(ゲル浸透クロマトグラフィー、GPCとしても知られる)によって測定した。移動相としての安定化THFと、各々が300mm×7.5mm×10μmの寸法を有する3つの連続したPL gel(登録商標)カラムとを用いて、自動サンプラーによって試料をPL−GPC−50(登録商標)システム内へ注入した。システムの較正は、ポリスチレン標準、すなわちAgilent Technologiesから提供されたMp分子量範囲が6,035,000−580g/molであるPS High Easivialsを用いて行った。GPC分析用の試料は、20℃の乾燥ボックス中で溶液またはエマルションを乾燥させた後に0.1gの乾燥ポリマーを20mLのテトラヒドロフラン(THF)中に溶かすことによって調製した。
溶液重合または乳化重合によって得られた乾燥ポリマーの試料に対する溶液粘度測定を行ってK値を決定した。この場合、K値測定は、ポリマーを適切な溶媒(通常はメタノールまたは酢酸エチル)に溶かした2%(w/v)溶液を用いて、水浴中で20±0.2℃に平衡化させた「C」U字管粘度計において行った。平衡化した溶液が毛細管にある2つのマーク間を流れる時間を用いて、相対溶液粘度ηを計算した。
その後、K値を下記式から導き出した。
式中、c=ポリマー濃度(g/100mL溶液で表したもの)である。ポリマーの乾燥試料は、20℃の空気流下で溶液またはエマルション(任意でメタノールを用いて可溶化させた)の試料を乾燥させることによって調製した。
ポリマーのK値(K−v)は、任意で20〜90、任意で25〜85、任意で30〜80、任意で30〜40、および任意で70〜80である。
ポリマーは、1以上の凝結阻害剤を含み得る。1以上の凝結阻害剤は、1以上の界面活性剤および1以上の水溶性ポリマー(しばしば当業者に「コロイド」として知られる)のうちの1つ以上を含み得る。凝結阻害剤は、ポリマーの粒子の凝結を阻害し、エマルションを安定化させる。
任意で、界面活性剤はアニオン性、非イオン性またはカチオン性であり得る。
界面活性剤は、モノマー(すなわち、エステル含有モノマー(群)およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマー(群))の全重量に基づく重量部で0〜20wt%、好ましくは0〜10wt%の量、より好ましくは0〜5wt%の量で、任意に用いられ得る。界面活性剤の量は、上記に定義したモノマーの全重量に基づいて任意で0.1wt%以上、任意で0.5wt%以上、および任意で1wt%以上を占める。界面活性剤の量は、モノマーの全重量に基づいて任意で最大2wt%まで、任意で最大3wt%まで、任意で最大5wt%まで、任意で最大10wt%までを占める。ポリマーは、界面活性剤無しで合成されてもよい。
1以上の界面活性剤の代わりにまたは追加して、1以上のコロイドを用いることもできる。好適なコロイドとしては、ポリヒドロキシ化合物、例えば、部分的にアセチル化されたポリビニルアルコール、カゼイン、ヒドロキシエチルスターチ、カルボキシメチルセルロース、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、ポリエチレングリコール、およびアラビアガムなどが挙げられる。1以上のコロイドは、ポリビニルアルコールを含み得る。一般に、これらの保護コロイドは、上記に定義したモノマーの全重量に基づいて0〜10wt%、任意で0〜5wt%の含有量で用いられる。保護コロイドの量は、上記に定義したモノマーの全重量に基づいて任意で0.1wt%以上、任意で0.5wt%以上、および任意で1wt%以上を占める。界面活性剤の量は、モノマーの全重量に基づいて任意で最大2wt%まで、任意で最大3wt%まで、任意で最大5wt%まで、任意で最大10wt%まで、および任意で最大20wt%までを占める。ポリマーは、コロイド無しで合成されてもよい。
上記のポリマーは、たとえ加水分解されていなくとも懸濁重合反応において2次沈殿防止剤としてうまく用いられ得ることが見出された。加水分解の段階を省略することによって、製造される最終製品の1トン当たりで必要とされるビニルアセテートはより少なくなる。つまりそれは、部分加水分解ポリ酢酸ビニル2次沈殿防止剤を加水分解プロセスによって製造するための従来のプロセスに比べて、はるかに原子効率のよいプロセスである。
ポリマーは、エマルションの形態で存在していてもよい。ポリマー粒子径は、任意で40〜1000nm、任意で100〜800nm、および任意で200〜600nmである。
粒子径は、いかなる適切な技術を用いて測定されてもよいが、通常はエマルション粒子の強度平均粒径を用いて測定され、それは、Zetasizer6.2(登録商標)を用いてMalvern Instruments社からのZetasizer Nano−S(登録商標)を用いて温度25℃で動的光散乱(DLS)によって測定されたものである。機器の較正は、Malvern Instruments社から提供された、水中で220±6nmの粒子径を呈する標準ポリスチレンラテックスを用いて行った。試料は脱イオン水で希釈した。
エマルションは、最初につくられたときには、任意で少なくとも5%、任意で少なくとも15%、任意で少なくとも35%、任意で70%以下 任意で65%以下、および任意で60%以下の全固形分を有する。エマルションは、懸濁重合試薬に添加される前に、任意で希釈される。
エマルションがつくられたときに、任意で、揮発性成分の除去によってエマルションを濃縮してもよい。噴霧乾燥、または塩を用いた凝結に続く濾過など、現状技術において既知のいかなる既知プロセスによってエマルションを任意で水から分離してもよい。乾燥ポリマーには、乾燥粉末の「ブロッキング」を防ぐために炭酸カルシウムまたはシリカなどの流動化剤が任意で提供されてもよい。
任意で、エマルションを最初につくられた形態で重合反応器に直接添加してもよく、または添加前にプロセス水で希釈してもよく、または反応器へ流れるいかなる水性試薬によって、例えば1次沈殿防止剤溶液によって希釈してもよい。任意で乾燥エマルションを固形材料として反応器に直接添加してもよく、任意で乾燥エマルション粉末をプロセス流のうちの1つ、例えば1次沈殿防止剤溶液に添加してもよく、または乾燥エマルション粉末をエマルションとして元に戻して、任意で1次沈殿防止剤溶液に組み込むことによって反応器に添加してもよい。
最初につくられたときのエマルションのpHは、任意で9以下、任意で7.5以下、任意で6.5以下、任意で4〜6、任意で1〜2であり得る。したがって、(懸濁重合試薬に添加される)希釈されたエマルションのpHは、エマルションの希釈に依存するであろう。エマルションは、任意で1以上の緩衝剤を含む。緩衝剤はpHを所望の範囲(例えば4〜6)に保ち、それは、ポリマーの望ましくない加水分解が起こるレベルにまでpHが低下するのを阻止し得る。
エマルションの粘度は、50Ps未満、任意で30Ps以下、典型的には5Ps未満、典型的には1Ps未満である。粘度は、Brookfield DV−I(商標)粘度計、スピンドル1を用いて20℃および20rpmで測定される。
懸濁重合反応は、当業者によく知られており、IUPACによって定義されているとおりである。懸濁重合は、モノマーおよび形成されるポリマーのいずれに対しても非溶媒である連続相において、モノマー液滴中またはモノマー−溶媒液滴中でポリマーを形成させる重合である。さらに、液滴は、1ミクロン超、典型的には5ミクロン超、任意で10ミクロン超の平均粒径を有する。この定義は、Pure Appl Chem、第83巻、第12号、2229−2259頁、2011年9月、「Terminology of polymers and polymerisation in dispersed phases(IUPAC推奨2011)」に見出すことができる。同じく、当業者であれば用語「2次沈殿防止剤」を理解するであろう。誤解を避けるために記すと、2次沈殿防止剤は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、第A21巻、717−742頁、1992、VCH Publichers Inc、特に721−723頁に記載されている。誤解を避けるために記すと、上記参考文献は「2次沈殿防止剤」の代わりに「2次保護コロイド」に言及している。上記文献の「2次保護コロイド」に関する教示は、参照によって本明細書中に組み込まれる。2次沈殿防止剤は、2次安定化剤としても知られている。
本発明の第2の態様によれば、ビニル化合物の懸濁重合のための2次沈殿防止剤組成物であって、当該組成物は、(i)エステル含有モノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびエステル基を含む、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、ならびに(ii)スルホネート基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホンアミド基またはスルホニルハライド基を含むモノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルクロリド基を含む、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む少なくとも1つのモノマーの1以上の残留物を含むコポリマーの溶液またはエマルションを含み、当該ポリマーは、当該エステル基の一部がアルコール基を形成するように、任意で部分的に加水分解されており、当該ポリマーの加水分解度は0〜60mol%である、ビニル化合物の懸濁重合のための2次沈殿防止剤組成物が、提供される。
本発明の第2の態様の2次沈殿防止剤組成物において用いられるポリマーは、本発明の第1の態様のポリマーの使用に関して上述した特徴を含み得る。同じく、用いられるエマルションは、本発明の第1の態様に関して上述した特徴を含み得る。例えば、ポリマーは、乳化重合によりつくられてもよい。ポリマーが乳化重合によりつくられる場合、ポリマーは種を含み得る。
本発明の第3の態様によれば、懸濁重合反応組成物であって、
ポリマー化される1以上のモノマーの液滴を分散させている連続相、
1以上の1次沈殿防止剤、および
(i)エステル含有モノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびエステル基を含む、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、ならびに(ii)スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む少なくとも1のモノマーの1以上の残留物のコポリマー(任意で、コポリマーのエマルション)を含む少なくとも1つの2次沈殿防止剤を含み、当該ポリマーは、当該エステル基の一部がアルコール基を形成するように、任意で部分的に加水分解されており、当該ポリマーの加水分解度は0〜60mol%である、懸濁重合反応組成物が、提供される。
コポリマーは、本発明の第1の態様によるポリマーの使用に関して上述した特徴を有し得る。例えば、ポリマーは、乳化重合によりつくられ得る。
ポリマー化される1以上のモノマーは、重合性ビニル(C=C)基を含むモノマー、および任意で1以上のコモノマーを含み得る。例えば、モノマーは、ビニルハライド(ビニルクロリドやビニリデンクロリドなど)、アルケニルアルカノエート(ビニルアセテートなど)、アルキルアクリレート(エチルアクリレート、ブチルアクリレートまたは2−エチレンヘキシルアクリレートなど)、アルキルメタクリレート(メチルメタクリレートなど)、またはアクリロニトリルのうちの1つ以上を含み得る。コポリマーは、存在する場合には、通常、「主要」モノマーよりも少ない量で提供される。コポリマーは、ポリマー鎖に沿って統計的または塊状に分布したモノマー単位を有していてもよい。好ましくは、ポリ(ビニルクロリド)は、ポリ(ビニルクロリド)ホモポリマー、ならびにビニルアセテート、アクリロニトリルおよび/またはアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマー(例えばビニルクロリド/ビニルアセテートコポリマーなど)から選択される。例えば、PVCの製造において、ビニルクロリドは、コポリマーよりも多い量で提供され、コポリマーには、例えば、ビニルアセテートおよびビニルアルコールを含み得る。
1次沈殿防止剤は、1以上のポリ酢酸ビニルを任意で含み得、典型的には加水分解度が約70〜90mol%であり(したがってその沈殿防止剤はポリ酢酸ビニル−コ−ポリビニルアルコールである)、部分的に加水分解されたポリ酢酸ビニルまたはポリビニルアルコールとしても知られる。1次沈殿防止剤は、1より多い成分を含み得る。任意で、1次沈殿防止剤は、セルロース系ポリマー、例えばヒドロキシプロピルメチルセルロースまたはヒドロキシエチルセルロースなどを含み得る。1次沈殿防止剤の具体例は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、1992、722頁、表3に記載されており、その教示は参照によって本明細書中に組み込まれる。1次沈殿防止剤は、1以上のセルロース系ポリマーを含み得る。1次沈殿防止剤は、1以上のポリビニルアルコールおよび1以上のセルロース系ポリマーを含み得る。1以上のポリビニルアルコールの量は、通常、1以上のセルロース系ポリマーの量よりも多い。
ポリマー化されるモノマーは、ラジカル付加重合を用いて重合可能であり得、したがって、反応組成物は、ラジカル付加重合に適し得る。重合プロセスは、付加重合プロセスであってもよい。重合プロセスは、制御されたリビングラジカルプロセスであってもよい。
組成物は、任意で、1以上の開始剤および1以上のさらなる2次沈殿防止剤を含む。通常、連続相は水性である。
組成物は、ポリマー化される1以上のモノマー100重量部、連続相(例えば水)85〜130重量部(例えば、90〜130重量部)、1次沈殿防止剤0.04〜0.22重量部(例えば、0.05〜0.15重量部)、上記ポリマーを含む上記2次沈殿防止剤0.001〜0.20重量部、および開始剤0.03〜0.15重量部(例えば、0.03〜0.12重量部または0.03〜0.10重量部)を任意で含む。
得られるポリ(ビニルクロリド)粒の形態を改良するために、さらなる添加物、例えば:
1以上のさらなる2次沈殿防止剤、1以上の3次沈殿防止剤、1以上の緩衝剤、酸素、1以上の連鎖移動剤または鎖伸長剤、および1以上の連鎖停止剤、1以上の酸化防止剤、および1以上の蓄積抑制剤のうちの1つ以上などを添加することができる。1次保護コロイドの主な機能は、粒径を制御することであるが、1次保護コロイドは気孔率およびその他の形態特性にも影響を与える。さらに、バルク密度を向上させ、任意で発泡を制御して樹脂中の好ましくない熱履歴を防止するために、重合の最中に追加量の1次沈殿防止剤または別のポリビニルアルコールを添加してもよい。
モノマー(群)に可溶性の様々なフリーラジカル開始剤を用いることができ、それは、ジアセチルパーオキサイド、パーオキシジカーボネートおよびアルキルパーオキシエステル、ならびにアゾ開始剤およびベンゾイルパーオキサイドを包含する。様々な開始剤の混合物を用いることもできる。開始剤の具体例は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、1992、723頁、表4に列挙されており、その教示は参照によって本明細書中に組み込まれる。
組成物は、任意で、2次沈殿防止剤よりも大きな重量で1次沈殿防止剤を含む。組成物は、任意で、1次沈殿防止剤よりも大きな重量で2次沈殿防止剤を含む。
組成物に用いられる1次沈殿防止剤の重量は、用いられる2次沈殿防止剤の重量の、任意で少なくとも0.5倍、任意で少なくとも1.0倍、任意で少なくとも1.2倍、任意で少なくとも1.5倍、任意で少なくとも1.8倍、任意で少なくとも2.0倍、任意で少なくとも5.0倍、任意で少なくとも10倍、任意で少なくとも20倍、任意で少なくとも30倍、任意で少なくとも50倍、および任意で少なくとも90倍である。
組成物は、ポリマー化される上記1以上のモノマーの重量に対し、上記2次沈殿防止剤を任意で20〜2000ppm、任意で50〜1000ppm、任意で100〜800ppm、任意で100〜600ppm、および任意で200〜500ppm含む。計算されたppm量はポリマーの固形分を基準とするものである。
組成物は、1以上の開始剤を任意で含む。モノマー(群)に可溶性である様々なフリーラジカル開始剤を懸濁重合および塊状重合において用いることができ、それは、ジアセチルパーオキサイド、パーオキシジカーボネートおよびアルキルパーオキシエステル、ならびにアゾ開始剤およびベンゾイルパーオキサイドを包含する。様々な開始剤の混合物を用いることもできる。開始剤の具体例は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、1992、723頁、表4に列挙されており、その教示は参照によって本明細書中に組み込まれる。
上述したように、ポリマー化される1以上のモノマーは、任意で、ビニルクロリドおよび任意でコポリマーを含む。本発明の範囲内において、用語「ポリ(ビニルクロリド)」は、ビニルクロリドのホモポリマーのみならず、1以上のコモノマーを(モノマーの全重量に基づいて)最大60重量%まで、典型的には最大30重量%まで、好ましくは最大20重量%まで、より好ましくは最大17重量%まで有するビニルクロリドのコポリマーをも包含する。通常、コモノマーは、ビニリデンクロリド、ビニルアセテート、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ヒドロキシルアルキルアクリレート、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリロニトリル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルフルオライド、ビニリデンフルオライド、無水マレイン酸およびそのエステル、エチレン、プロピレン、スチレン、およびブタジエン、ならびにそれらの混合物から選択される。コポリマーは、ポリマー鎖に沿って統計的または塊状に分布したモノマー単位を有していてもよい。好ましくは、ポリ(ビニルクロリド)は、ポリ(ビニルクロリド)ホモポリマー、ならびにビニルアセテート、アクリロニトリルおよび/またはアルキル(メタ)アクリレートとのコポリマー、例えば、83〜93重量%のポリマー化ビニルクロリド単位と17〜7重量%のポリマー化ビニルアセテート単位とを典型的に含むビニルクロリド/ビニルアセテートコポリマー;40〜75重量%のポリマー化ビニルクロリド単位と25〜60重量%のポリマー化アクリロニトリル単位とを典型的に含むビニルクロリド/アクリロニトリルコポリマー;および98〜75重量%のポリマー化ビニルクロリド単位と2〜25重量%のポリマー化アルキル(メタ)アクリレート単位とを典型的に含むビニルクロリド/アルキル(メタ)アクリレートコポリマーなどから選択される。最も好ましくは、ポリ(ビニルクロリド)はポリ(ビニルクロリド)ホモポリマーである。
本発明の第4の態様によれば、懸濁重合を用いたポリマーの製造方法であって、当該方法は:
(i)エステル含有モノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびエステル基を含む、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、ならびに(ii)スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含むモノマー(群)がモノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合、およびスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミドまたはスルホニルハライド基を含む少なくとも1つのモノマーの1以上の残留物を含むコポリマー(および任意でコポリマーのエマルション)を含む2次沈殿防止剤の存在下で1以上のモノマーを重合することを含み、当該ポリマーは、当該エステル基の一部がアルコール基を形成するように、任意で部分的に加水分解されており、当該ポリマーの加水分解度は0〜60mol%以下である、懸濁重合を用いたポリマーの製造方法が、提供される。
当該方法は、1以上のモノマーを1以上の1次沈殿防止剤の存在下で重合することを含み得る。
当該方法は、1以上のモノマーを1以上の開始剤の存在下で重合することを含み得る。
当該方法は、1以上のモノマーを:
1以上のさらなる2次沈殿防止剤、1以上の3次沈殿防止剤、1以上の緩衝剤、酸素、1以上の連鎖移動剤または鎖伸長剤、および1以上の連鎖停止剤、1以上の酸化防止剤、および1以上の蓄積抑制剤
のうちの1つ以上の存在下で重合することを含み得る。
上記2次沈殿防止剤(群)は、本発明の第1の態様の使用ならびに本発明の第2および第3の態様の組成物に関して上述した特性および特徴を有し得る
当該方法は、連続相を形成している液体(典型的には水)、任意で上記2次沈殿防止剤、および任意で1以上の1次沈殿防止剤を含む初期充填を、反応器へ供給することを任意で含む。その後、ポリマー化される1以上のモノマーを初期充填に添加する。
任意で、1次沈殿防止剤の少なくともいくらか、および任意で2次沈殿防止剤の少なくともいくらかを、ポリマー化される1以上のモノマーと同時に、任意で連続相を形成する液体の一部または全部の入った予熱反応器内へ、添加してもよい。任意で、その後に1以上の開始剤を反応器に充填する。一般に、反応器内壁は、壁、撹拌機、冷却ケージ(存在する場合)および邪魔板(存在する場合)へのポリ(ビニルクロリド)の付着を防止するために蓄積抑制剤で被覆されていてもよい。任意で、少なくともいくらかの開始剤を、水および1以上の1次沈殿防止剤と一緒に添加してもよく、またはポリマー化される1以上のモノマーの導入後に添加してもよい。充填の後または間に、反応器内容物を、通常、いくらかの開始剤の分解をもたらし得る40〜75℃の温度に加熱する。
特定の事例において、反応は強い発熱反応であり、その場合、追加の連続相液体を(任意で追加の1次沈殿防止剤および/または2次沈殿防止剤と共に)添加すること、または例えばジャケット、内部コイルもしくは冷却器を用いることにより熱を除去することによって、温度を制御してもよい。撹拌は、通常、反応を通して継続される。反応は、通常80〜95%、例えば80〜90%の転化率において、通常は所定圧力で、一般に連鎖停止剤の使用および/または未反応モノマーの排出によって停止させる。
本発明の第4の態様の方法は、本発明の第3の態様に従って反応組成物を形成することを含み得る。
本発明の第5の態様によれば、本発明の第1の態様における2次沈殿防止剤としての使用に関して定義した(任意で乳化重合によりつくられる)ポリマーが提供される。ポリマーは、本発明の第1の態様の使用に関して上述した特徴を有し得る。
本発明の一態様に関して記載された特徴が本発明のその他の態様に組み込まれ得ることは、当然理解されるであろう。例えば、本発明の第4の態様の方法は、本発明の第1の態様の使用に関して記載されたいかなる特徴をも組み込み得、またその逆の場合も同じである。
これより、図1を参照して本発明を実施例のみによって説明することにし、最初に(第1部において)溶液重合によりつくられるポリマーに関して説明し、次に(第2部において)乳化重合によりつくられるポリマーに関して説明する。
図1は、ビニルクロリドモノマー(VCM)(%)が、本発明の実施形態によるポリ酢酸ビニル/ポリビニルアルコールの実施例を用いてつくられるポリ塩化ビニルポリマーへと、時間に関してどのように変化するかを示す。
第1部―溶液重合によりつくられるポリマー
1.A―ビニルアセテートと2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩とのコポリマー
表1.A―材料
ビニルアセテート(「VAc」)とスルホネートモノマーである2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩(「NaMPSA」)とのコポリマーを、表1.1に示す方法を用いて合成した。MeOHはメタノールであり、IPAはイソプロピルアルコールであり、TBPEHは有機パーオキサイド開始剤であるt−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエートである。
簡潔に述べると、初期段階において、NaMPSA、メタノール、イソプロピルアルコールおよびビニルアセテートを反応器(1リットル容積反応器)内へ装填し、内容物を撹拌し、窒素流を設置した。試薬を還流(85℃)へと加熱した。30分の還流の後に開始剤を添加した。さらに30分還流させた後、「添加1」と標記された組成物(ビニルアセテート、開始剤、メタノールおよびイソプロピルアルコールを含む)および追加のNaMPSAの添加を(個別に)開始した。添加プロセスには210分かかった。表1.1に示すように、NaMPSA、および「添加1」と標記される組成物の添加の30分後に、さらなる開始剤を添加し、還流をさらに120分継続した。
表1.1―2次沈殿防止剤として用いられるポリマーをつくるために用いられる一般的方法
NaMPSAの量を変化させ、分子量をほぼ一定に保つためにイソプロパノール濃度を調節し、転化率をモニタリングしながら、上記の方法を行った。その結果を表1.2に示す。
表1.2―スルホネート含有量の関数としてのポリマーの特性
K値は、上述した方法においてポリマーの2%(w/v)酢酸エチル溶液を用い、較正されたU字粘度計を用いて、一点粘度測定法によって決定した。
溶液粘度=(記録された2%(w/v)溶液の流動時間)/(記録された酢酸エチルの流動時間)
スケールアップにおけるポリマーの特性に対する影響を調べた。その結果を表1.3に示す。4リットル反応器を用い、4倍量の試薬を用いて、ポリマーを得るために用いられる表1.1に示した方法を本質的に再現した。
表1.3―4リットル反応器におけるスルホネート含有量の関数としてのポリマーの特性
1リットルおよび4リットルのスケールで調製したポリマーの転化率レベルは同程度であった。スケールアップはK値を上昇させる、と見受けられた。
ポリマー中に組み込まれるNaMPSAの実際の量は、下記方法を用いてHPLCにより残存NaMPSAを測定することによって、測定した。
カラム:Ascentis Express(登録商標)C8 15cm*4.6mm、2.7μm(Sigma Supelcoからの提供)
移動相:アクリロニトリル:脱塩水 50:50 + 1ml/リットルの酢酸
波長:190nm
流速:0.8ml/分
カラム温度:40℃
流出時間:10分
0.1gのNaMPSAを100mlの容量フラスコ内へ計り入れ、アクリロニトリル:脱塩水が50:50の溶液を用いて標準に到達させることによって、1000ppmのNaMPSA標準を調製した。この原液から100、50、10および5ppmのNaMPSAの標準を適切な希釈によって調製した。HPLCバイアルに移したこれらの標準を上記条件で流した。
0.1gの試料を10mlの容量フラスコ内へ計り入れ、アクリロニトリル:脱塩水が50:50の溶液を用いて標準へと到達させることによって、試料を調製した。試料が溶けた時点でそれらをCarrez(登録商標)Clarification Reagent Kit(BioVision Inc.)で処理し、その結果得られた沈殿物を遠心分離した。上清をHPLCバイアル中へ静かに移し、上記条件で流した。
その後、表1.4に示すように、ポリマー中へのNaMPSAの組み込み率(%)をNaMPSAの実測値と理論値とによって決定することができた。以下の表1.4においてC.Ex.1は比較例1である。
表1.4―理論的NaMPSA含有量に対するポリマーの測定NaMPSA含有量
GPCを用いて、表1.5に示すように上記ポリマーの分子量(数平均分子量、M;重量平均分子量、M)を決定した。
表1.5―2次沈殿防止剤として用いられるコポリマーの分子量
表中、C.Ex.2は、Synthomer社(英国)から提供された加水分解度の低い標準2次沈殿防止剤であるAlcotex(登録商標)A522Pである。
およびMは、THF溶液中でのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(ゲル浸透クロマトグラフィー、GPCとしても知られる)によって測定した。移動相としての安定化THFと、各々が300mm×7.5mm×10μmの寸法を有する3つの連続したPL gelカラム(登録商標)とを用いて、自動サンプラーによって試料をPL−GPC−50(登録商標)内へ注入した。システムの較正は、Agilent Technologiesから提供されたMp分子量範囲が6,035,000−580g/molであるポリスチレン標準を用いて行った。
スルホン化のレベルが高いほど、MおよびMが小さいことに留意されたい。さらに、多分散度(PDI)(M/M)は比較的高かった。ポリマーの試験から、オリゴマーレベルは生成物がポリマーと見なされるための規定の限界を有する、ということが指し示された。
実施例1.8のポリマーの2次エマルションをつくった。Dispermill Yellow−Line2075(登録商標)高剪断分散機(Atpen Engineering NL.)を用いて、Alcotex(登録商標)88−47(Synthomer社(英国)から入手可能な88mol%加水分解されたポリビニルアルコール)の2%(w/w)水溶液を、酢酸エチルに溶かした実施例1.8のポリマーの溶液(50%(w/w)酢酸エチル溶液)中に、6500〜7500rpmで撹拌しながら相反転が観察されるまで滴加した。このように得られた試料をその後、残存酢酸エチルを除去するために真空下で揮散させた。
1.B 溶液重合により得られた非加水分解コポリマーを用いるPVCの製造
上記の方法に従ってつくられたポリマーを、PVCの製造における2次沈殿防止剤として用いた。
重合は、1リットルステンレス鋼反応器において次の条件下で実施した。
表1.6―1リットルスケールでPVCを製造するための一般的条件
脱塩水、沈殿防止剤、緩衝剤および開始剤を全て、(Synthomer社(英国)から提供されたAlcotex(登録商標)225蓄積抑制剤で予め被覆された)1リットルBuchi(登録商標)ステンレス鋼反応器へ充填し、用具上に組み立てた。代表的な市販品と変わらない最終粒径を与えるように方策を計画した。その後、反応器に圧力試験を行い、大気へ脱気し、その後、窒素圧下でビニルクロリドモノマーを容量噴霧器によって充填した。約750rpmでの撹拌下でビニルクロリドの懸濁液を調製した。その後、750rpmでの撹拌下で反応器を6分以内に所望の重合温度である57℃へと加熱し、約750rpmでの撹拌を継続し、最大圧力を記録して、0.2MPaの圧力降下後に反応を(冷却および大気圧への脱気によって)停止した。その後、反応器を45分間、約50kPaの真空にした。その後、反応器内容物を濾過用漏斗に静かに移し入れ、(帯電防止処理として)1%(w/w)ラウリル硫酸ナトリウム溶液で2回洗浄した。その後、試料を対流式ファンオーブン内に50℃で12時間配置して乾燥させた。
その結果得られたPVC試料を、粒径(D50)、粒度分布(GSD)、低温可塑剤吸収性(CPA)、バルク密度(BD)および充填率(PF)に関して分析した。これらのパラメータの測定を以下に説明する。
50―これは粒径の尺度(典型的にはミクロンで与えられる)であり、このように決定される。12.5gの樹脂を計量して、目開きがそれぞれ315、250、200、160、100および75ミクロンの篩と75ミクロン篩を通過するものを回収するための回収パンとの積重体上に置く。積重体を振動機に固定して15分間振盪する。各篩内の樹脂の質量を記録し、各値を12.5で除して、全質量のうちその篩によって捕捉された割合の尺度を得る。その値を対数グラフ上にプロットし、その質量の50%に達する値を決定する。
GSD―粒度分布。GSDは、D50粒径測定のために得られたグラフを用いて樹脂の質量の16%に達する粒径と樹脂の質量の84%の量に達する粒径とを決定することによって、決定される。その後、質量の16%に達する粒径と質量の84%に達する粒径との差を取って、その結果をD50で除することによって、GSDが計算される。
BD―バルク密度―ある量の樹脂を流動層乾燥機内に入れ、50℃で1時間乾燥させる。その樹脂を1時間冷却する。その後、ASTM1895Bに準拠して、樹脂を、厳密に100cmのステンレス鋼容器内へ漏斗を通じて注ぎ入れ、その容器の重さを量る。盛られた樹脂を、鋭い刃を用いて水平にし、容器を計量する。BD(バルク密度)は容器内の樹脂の質量と体積から計算され得る。
CPA―CPA(低温可塑剤吸収性)は、2.5gの樹脂と4gのジオクチルフタレート(可塑剤)とを慎重に計量して、膜の入った容器に入れることによって決定され得る。(ASTM規格と同じ値を与えるために)容器にジャケットを付け、3000rpmで1時間遠心分離する。再び容器の重さを量って樹脂に吸着された可塑剤の質量を決定する。樹脂の質量に対するパーセント数を計算することができる。
PF―充填率は、樹脂の粒がいかによく詰め込まれているかについての尺度である。それはこのように計算される。
非加水分解ポリ酢酸ビニルを用いて得られたPVCポリマーの特性を、Synthomer社(英国)から入手可能な市販の従来型の部分加水分解ポリ酢酸ビニル2次沈殿防止剤であるAlcotex(登録商標)552Pに基づく数々の実行(C.Ex.2としても知られる)と一緒に表1.7に示す。非加水分解生成物をメタノール溶液の形態でPVC反応器へ添加した。表1.7に示すポリマーをPVCの製造における2次沈殿防止剤として用いた。
表1.7―1リットル反応器で製造された2次沈殿防止剤の関数としてのPVCの特性
N/D―粒径D50が250ミクロンよりも大きかったために特性を測定しなかったことを示す。
未変性ポリ酢酸ビニル(C.Ex.1)をこの一連の実験のための対照として用いた。スルホン化コモノマーの添加は、気孔率を上昇させ、PVC樹脂の粒径を減少させた。しかしながら、スルホン化コモノマーの量の増加に伴って粒径が増大する傾向は明白である。
十分な粒径値が得られた場合に非加水分解のスルホン化の実施例とC.Ex.2の結果とを比較すると、同程度のCPA値が観測されたことが指し示され、このことは予想外のことであった。CPA値はPVC粒内部の到達可能な気孔率を反映しており、それゆえ、樹脂が使用時に可塑化され得る容易さ、または重合の最後にVCMが樹脂から揮散する容易さを反映している。1リットル実験において2次沈殿防止剤として潜在的に有用であると同定されたいくつかのポリマーを用いて、10リットル反応器でのスケールアップ実験を行った。下記の条件をこのスケールにおいて用いた。
表1.8―10リットルスケールでPVCを製造するための一般的方法
圧力試験に続いて、脱塩水、沈殿防止剤および緩衝剤を全て、(Synthomer社(英国)から提供されたAlcotex(登録商標)225蓄積抑制剤で予め被覆された)10リットルステンレス鋼反応器へ充填した。代表的な市販品と変わらない最終粒径を与えるように方策を計画した。その後、窒素圧下で流量メーターによってビニルクロリドモノマーを充填した。600rpmでの撹拌下でビニルクロリドの懸濁液を調製した。その後、600rpmでの撹拌を継続しながら反応器を57℃に加熱した。バッチ内容物が57℃に達した時点で開始剤を窒素圧下でその容器に充填した。開始剤添加時の反応器圧力を記録して、0.2MPaの圧力降下後に反応を(停止剤の添加、冷却および大気圧への脱気によって)停止した。その後、反応器を45分間、約80kPaの真空にした。その後、反応器内容物を濾過用漏斗に静かに移し入れ、(帯電防止処理として)1%(w/w)ラウリル硫酸ナトリウム溶液で2回洗浄した。
それらの実験の結果を表1.9に示す。
表1.9―10リットル反応器で製造された2次沈殿防止剤の関数としてのPVCの特性
スルホン化ポリマーのCPA結果を従来型の2次沈殿防止剤に対して比較することにより、それらが同様の値またはわずかに低い値であることが指し示されたが、バルク密度値は同程度であるかまたはより高くなった。
1.C―ビニルアセテートとNaMPSAとの部分加水分解コポリマー
上記の数々のポリマーを、酸または塩基触媒のいずれかを用いて加水分解した。ポリ酢酸ビニルの加水分解は当業者によく知られている。加水分解に関するさらなる手引きは、C.A.Finch編集の「Polyvinyl alcohol developments」、(C)1992 John Wiley&Sons社、第3章:F.L.Marten、C.W.ZvanutによるHydrolysis of Polyvinyl Acetate to Plyvinyl Alcohol、57−77頁に見出され得る。得られた加水分解値を、触媒、開始ポリマーおよび加水分解時間の関数として表1.10に示す。
表1.10―2次沈殿防止剤として用いるための部分加水分解ポリマー
1.D―溶液重合により得られた加水分解コポリマーを用いるPVCの製造
表1.10において識別される数々の実施例を、ビニルクロリドの1リットルスケールでの重合における有望な2次沈殿防止剤として試験した。そのようにつくられたPVCの特性を表1.11に示す。1リットル反応器においてPVCを製造するための上記の一般的方法を用いた。加水分解された実施例のポリマーは、メタノール溶液として添加した。
表1.11―部分加水分解ポリマーを用いてつくられたPVCの特性
N/D―粒径D50が250ミクロンよりも大きかったために特性を測定しなかったことを示す。
スルホン化ポリマーから得られるCPA値はC.Ex.2対照のそれと同程度であり、加水分解度の低下とともに低下する傾向にあった。
スルホン化ポリマーから得られる粒径値は、試料の加水分解度に対する依存を示し、加水分解度の上昇およびスルホン化度の上昇とともに徐々に上昇した。
部分加水分解ポリマーを用いて製造されたPVCの充填率およびバルク密度は、標準であるC.Ex.2ポリマーを用いて製造されたPVCのそれらと少なくとも同程度である。
第2部―乳化重合によりつくられたポリマー
2.A―乳化重合によりつくられたビニルアセテートと2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩とのコポリマー。
表2.A―材料
これより、ビニルアセテート(「VAc」)とスルホネートである2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩(「NaMPSA」)とのエマルションコポリマーの合成について説明することにする。
250gの水(HO)と必要量のNaMPSAとを1リットル反応器に充填し、撹拌下で70℃に加熱した。70℃に達したときに10gのNaPS水溶液(13.8wt%)を導入した。5分後、遅れて添加するモノマー(150gのVAcに50gのIPAを混合したもの)と40gのNaPS水溶液(13.8wt%)とを個別に1時間に亘って供給した。これらの添加が完了した時点で、2gのNaMPSAを50gのHOに溶かした溶液を、反応器に添加し、70℃でさらに2時間、その後すぐに85℃でさらに2時間、反応系を加熱撹拌した(「熱処理工程」として知られる)。
数々のレベルのNaMPSAを評価した。その実行を表2.1に列挙する。
表2.1
i)MeOH中で測定
1)水25g中の1gのNaPSを熱処理工程に用いた
2)4リットル反応器での実施例4のスケールアップ
TSC試験方法
パーセンテージ全固形分(TSC)は、IRランプ下での2時間の乾燥の前後に材料の試料の重さを量ることによって決定される。
(式中、W1=試料容器の重さ
W2=容器および乾燥前の試料の重さ
W3=容器および乾燥後の試料の重さ)
K−vは、メタノールを溶媒として用いて、上述したとおりに測定した。
上記の実施例2.8は、VAcを含む「種」を反応開始時に反応器内でつくり出したという点で、他の上記の実施例とは少し異なっていた。200gの水、NaMPSA(0.5g)およびVAc(5g)を1リットル反応器に充填し、撹拌下で70℃に加熱した。70℃に達したときに4gのNaPS水溶液(50g)を導入した。5分後、遅れて添加するモノマー(200gのVAcに50gのIPAを混合したもの)とNaPS(3g)の水溶液(50g)とを個別に1時間に亘って供給した。これらの添加が完了した時点で、過酸化水素溶液1mL(35wt%)を反応器に添加し、70℃でさらに2時間、その後すぐに85℃でさらに2時間、反応系を加熱撹拌した(「熱処理工程」として知られる)。
実施例2.1〜2.8のpHはいくぶん低いことが分かり、それは、高温においてアセテート基をヒドロキシル基に加水分解させ得る。より高いpHを有するエマルションを形成するために、緩衝剤の存在下で本発明によるさらなるポリマーを合成した(表2.2)。
これより、用いた一般的方法について説明することにする。250gの水と3.5gのNaMPSAとを1リットル反応器内で混合し、撹拌下で70℃に加熱した。70℃に達したときに10gのNaPS水溶液(7.4wt%)を導入した。5分後、遅れて添加するモノマー(200gのVAcに50gのIPAを混合したもの)と40gのNaPS水溶液(7.4wt%)とを反応器内へ個別に1時間に亘って供給した。それと同時に(但し、異なる時間スケールで)、緩衝液も添加した。モノマーおよびNaPSの添加完了時に、1mLの過酸化水素(H)を添加し、70℃で2時間および85℃で2時間、反応系をさらに加熱処理した。
表2.2
i)MeOH中で測定
1)H添加無し
2)NaMPSAの供給:250gのHO、1gの初期NaMPSA。NaPS溶液の場合と同様に、250gのVAc、75gのIPA、50gのHO中の6gのNaPS、ならびに50gのHO中の2.5gのNaMPSA、4gのSBおよび4gのSBを、個別に1時間に亘って供給した。供給が完了した時点で、1mLのHを添加し、さらに70℃で2時間および85℃で2時間、反応系を反応させた。
表2.2中、t=30分において30分間に亘って供給とは、モノマーと開始剤との初期充填の30分後に緩衝液の添加を開始し、緩衝液を30分間に亘って反応器に添加したこととして定義される。同様に、t=0において1時間に亘って供給とは、モノマーと開始剤との初期充填と同時に緩衝液の添加を開始し、緩衝液を1時間に亘って反応器に添加したこととして定義される。
緩衝剤を用いた実施例では最終エマルションpHが5より大きいことが見て取れる。
本発明による使用のためのポリマーエマルションのさらなる実施例を、連鎖移動剤としてNDMを用いて合成した。
表2.3
実施例2.14Aは、実施例2.14に基づくものであったが、連鎖移動剤としてはNDMを用いた。IPAの量を減らすことによって、結果として得られるエマルションが不安定化することが見出された。IPAをNDMで置き換えることによって安定なエマルションが形成されることが見出されたが、結果として得られるポリマーは(実施例2.14Aは別として)メタノールに不溶であった。
上記の実施例のエマルションは自己安定化されていた、つまり、エマルションを安定化させるための界面活性剤やコロイドは添加しなかった。様々な界面活性剤およびコロイドを用いてさらなるエマルションを合成した。反応は、250gのHO、3.5gのNaMPSA、1.5gの界面活性剤、150gのVAc、50gのIPA、50gのHO中の8gのNaPSを用いて70℃で行った。NaPS溶液の場合と同様に、VAcおよびIPA溶液を1時間に亘って供給した。その後、添加終了時に、反応系を70℃で2時間および85℃で2時間反応させた。
表2.4
1―実施例2.4に基づく
2―実施例2.12に基づく
SDBSを用いて形成されたエマルションは安定であることが分かったが、SDSの存在下で調製されたポリマーは凝結した。
本発明による使用のためのポリマーエマルションは、ポリビニルアルコールコロイド、この事例ではAlcotex(登録商標)88−47(Synthomer社(英国)からの提供)、すなわち加水分解度が86.7−88.7モル%であり粘度が45−49mPa.sであるポリ(ビニルアルコール)(4%(w/w)水溶液、20℃)を用いて合成した。そのコロイドを様々な方法によって、すなわち最初に添加、遅れて添加、および後に添加することによって、エマルション配合物中へ導入した。その結果を表2.5に示す。
実施例2.17については、250gの水、5gのVAc、2gのAlcotex(登録商標)、および0.5gのNaMPSAを1リットル反応器内で混合し、70℃に加熱した。70℃に達した時点で10gのNaPS水溶液(7.4wt%)を導入した。5分後、遅れて添加するモノマー(200gのVAcに50gのIPAを混合したもの)、7.4wt%での40gのNaPS水溶液、および50gのHO中の4gの炭酸水素ナトリウムと4gのクエン酸ナトリウムと3gのNaMPSAとからなる溶液を、個別に1時間に亘って供給した。添加が完了した時点で、1mLのHを添加し、70℃で2時間および85℃で2時間、反応系をさらに加熱処理した。他の実施例についてのプロセスは表2.5に示すとおりであった。
c)凝結した
d)室温で保存すると不安定化した
表2.5
実施例2.17のエマルションは、35%のTSC、95%の転化率、37のK値、5.0のpHを示した。表2.5の実施例および比較例から、この特定ポリマーについては(特に、反応系が緩衝されている場合には)、初期反応混合物中にいくらかのコロイドを有することが望ましい、ということが示唆される。
IPAを用いず、代わりにポリビニルアルコールコロイドを用いて、エマルションを形成した。実施例2.20のエマルションポリマーは以下のように合成した。300gの蒸留水と10gのM5−88(Celanese corporationから提供されたCelvol(登録商標)205ポリビニルアルコール)とを1リットル反応器内に導入し、温度を80℃に設定した。この温度に達してPVOHが完全に可溶化された時点で、200gのVAcを約2時間に亘って(1.79mL/分で)添加した。それと同時に、次の溶液を約2時間に亘って(0.4mL/分で)添加した;i)50gの蒸留水中の1gのNaPS、およびii)50gの蒸留水中の1.2gの炭酸水素ナトリウムと1.2gのクエン酸ナトリウムと2.5gのNaMPSA。添加完了時に、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。エマルションの特性は:
GC:1.5%VAc
K値:74.3
TSC:35.8%
pH:4.7
粒径:440nm
であった。
Perkin Elmer Turbomatrix(登録商標)ヘッドスペースサンプリング装置を用いて残存ビニルアセテート測定を行った。0.5gの試料をヘッドスペースバイアル内へ計り入れた。1mLの水を添加した後、2mLの内部標準(Sigma Aldrich Co.LLCから提供された1,4−ジオキサン)を添加した。ヘッドスペースバイアルにきつく栓をし、ヘッドスペース・カルーセル内に装着する前に30分間振盪器上に置いた。
水素炎イオン化検出器(FID)の備わったGC内にヘッドスペース蒸気を注入する前に、バイアルを90℃で1時間加熱した。
代替的なコロイドの実施例として、セルロース系安定化剤を用いた。その配合物は、80℃でのThe Dow Chemical Companyから提供されたヒドロキシプロピルメチルセルロースF50(登録商標)の存在下で実施例2.20に基づくものであった。
表2.5a
本発明に従って使用されるさらなるポリマーを、まずポリ酢酸ビニルシードを合成した後に残りのビニルアセテート、NaMPSAおよび過硫酸ナトリウムを添加することによってつくった。実施例を表2.6に示す。
表2.6
SVS:ビニルスルホン酸ナトリウム
AHPS:3−アリルオキシ−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸
MA80:ジヘキシルスルホこはく酸ナトリウム
表2.6の実施例は、NaMPSAの他にイオン含有モノマーを用いてもよいことを実証する。
これより、表2.6のエマルションポリマーの合成について以下に説明する。
実施例2.21
900gの蒸留水を4リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で2.2gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、60gのVAcを約30分間に亘って(2.14mL/分で)供給した。添加終了時に540gのVAcを約2時間に亘って4.8mL/分で添加し、それと同時に、次の溶液の2つの供給物を約2時間に亘って0.8mL/分で添加した;i)100gの蒸留水中の0.8gのNaPS、およびii)100gの蒸留水中の0.75gの炭酸水素ナトリウムと0.75gのクエン酸ナトリウムと10.5gのNaMPSA。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.22
0.75gのクエン酸ナトリウムおよび0.75gの炭酸水素ナトリウムをバッチ中へ充填した以外は実施例2.21の繰り返しである。
実施例2.25
225gの蒸留水を1リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。この温度に達した時点で0.55gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、15gのVAcを約30分間に亘って(0.5mL/分で)添加した。添加終了時に135gのVAcを約2時間に亘って(1.2mL/分で)添加し、それと同時に、次の溶液の2つの供給物を約2時間に亘って(0.2mL/分で)添加した:i)25gの蒸留水中の0.2gのNaPS、およびii)25gの蒸留水中の0.2gの炭酸水素ナトリウムと0.2gのクエン酸ナトリウムと2.5gのNaMPSAと1.5gのSVS。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.29
225gの蒸留水および0.2gの炭酸水素ナトリウム、0.2gのクエン酸ナトリウムを1リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で0.55gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、15gのVAcを約30分間に亘って0.5mL/分で添加した。添加終了時に135gのVAcを約2時間に亘って1.2mL/分で添加し、それと同時に、次の溶液の2つの供給物を約2時間に亘って0.2mL/分で添加した:i)25gの蒸留水中の0.2gのNaPS、およびii)ii)25gの蒸留水中の3.5gのNaMPSAと1.65gのエアロゾルMA−80(ジヘキシルスルホこはく酸ナトリウム)。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.23
900gの蒸留水、1.3gの炭酸水素ナトリウムおよび1.3gのクエン酸ナトリウムを4リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。この温度に達した時点で2.2gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、60gのVAcを約30分間に亘って(2.14mL/分で)供給した。添加終了時に690gのVAcを約2時間40分間に亘って(4.6mL/分で)添加し;それと同時に、次の溶液の2つの供給物を約2時間40分間に亘って(0.63mL/分で)添加した:i)100gの蒸留水中の1.1gのNaPS、およびii)100gの蒸留水中の13.1gのNaMPSA。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.30
225gの蒸留水および0.2gの炭酸水素ナトリウム、0.2gのクエン酸ナトリウムを1リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で0.55gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、15gのVAcを約30分間に亘って(0.5mL/分で)添加した。添加終了時に135gのVAcを約2時間に亘って(1.2mL/分で)添加し;それと同時に、次の溶液すなわち25gの蒸留水中の0.2gのNaPS、1.65gのMA−80を、約2時間に亘って0.2mL/分で添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.26
0.2gの炭酸水素ナトリウムおよび0.2gのクエン酸ナトリウムをバッチ内に充填し、ii)を25gの蒸留水中の3gのSVS(ビニルスルホン酸ナトリウム)とした以外は実施例2.25の繰り返しである。
実施例2.28
溶液ii)を21gの蒸留水中の40wt%での6.5gの3−アリルオキシ−2−ヒドロキシ−1−プロパンスルホン酸(AHPS)とした以外は実施例2.22の繰り返しである。
実施例2.27
溶液ii)を22.4gの蒸留水中の50wt%での5.25gの2−アクリルアミノ−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩(AMPS)とした以外は実施例2.28の繰り返しである。
「種」の中に硫黄含有モノマーを組み込むことによってさらなる実験を行った。形成されるエマルションを安定化させるためにポリビニルアルコールを用いた。
本発明による使用のためのポリマーのさらなる実施例を、より高いレベルの連鎖移動剤、過硫酸塩を用いて、または2次開始剤(過酸化水素)を添加して、合成した。
表2.7
合成は実施例2.22に基づくものであった。連鎖移動剤の量の増加は低いK値につながるということが実証された。
本発明による使用のためのポリマーのさらなる実施例を、架橋モノマーであるTTT(1,3,5−トリアリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリオン)を用いて、実施例2.22のための合成に基づいて合成した。実施例2.36ではビニルアセテートに対して1%w/wのTTTを、実施例2.37ではビニルアセテートに対して5%w/wのTTを含有しており、両者ともに、メタノールおよびTHFに不溶のポリマーを生じた。
本発明による使用のためのポリマーの実施例を、VAc以外の1以上のモノマーを用いて合成した。その結果を以下の表2.8に示す。
表2.8
表中、MMAはメチルメタクリレートであり、BAはブチルアクリレートである。全ての実行は、275gのHO、0.2gのSB、0.75gのSC、0.75gのNaPS、150gの(混合)アクリレートモノマー(群)、2.6gのNaMPSAを用いて80℃で行われた。
これらのポリマーはメタノールに不溶であることが分かり、それゆえ分子量データ(MおよびM)はTHF溶液中でのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(ゲル浸透クロマトグラフィー、GPCとしても知られる)によって測定した。移動相としての安定化THFと、各々が300mm×7.5mm×10μmの寸法を有する3つの連続したPL gel(登録商標)カラムとを用いて、自動サンプラーによって試料をPL−GPC−50(登録商標)システム内へ注入した。システムの較正は、ポリスチレン標準、すなわちAgilent Technologiesから提供されたMp分子量範囲が6,035,000−580g/molであるPS High Easivialsを用いて行った。この場合、M=数平均分子量、M=重量平均分子量、および多分散度(PDI)はM/Mで定義される。
本発明による使用のためのポリマーのさらなる実施例を、様々な比率のスルホン化モノマーを種中に用いて様々なスルホン化モノマー含有量および様々な固形分で合成した。
1)20%炭酸水素ナトリウム水溶液を用いてpHを調節
2)1%のNDM%(w/wVAc)を用いる
3)以下に説明するようにスルホン化モノマーを添加
4)以下に説明するように遅らせて開始剤溶液を添加
表2.9
実施例2.42
225gの蒸留水、2gの炭酸水素ナトリウム、2gのクエン酸ナトリウム、および1gのNaMPSAを1リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で1gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、15gのVAcを約30分間に亘って(0.5mL/分で)添加した。添加終了時に135gのVAcを約2時間に亘って(1.2mL/分で)添加し;それと同時に、次の溶液、すなわちi)25gの蒸留水中の0.5gのNaPS、およびii)25gの蒸留水中の2gのNaMPSAを、約2時間に亘って0.2mL/分で添加した。添加が完了したときに、反応系を85℃で2時間さらに加熱処理した。
実施例2.57
800gの蒸留水、10gの炭酸水素ナトリウム、10gのクエン酸ナトリウムを、4リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で6.72gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、48gのVAcを0.48gのNDMと共に約1時間に亘って(0.86mL/分で)添加した。添加終了時に912gのVAcを9.12gのNDMと共に約4時間11分間に亘って(3.89mL/分で)添加し;それと同時に、次の溶液、すなわちi)100gの蒸留水中の2.88gのNaPS、およびii)62gの蒸留水中の38.4gのAMPSを、約2時間に亘って0.4mL/分で添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.58
800gの蒸留水、10gの炭酸水素ナトリウム、10gのクエン酸ナトリウムを、4リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で6.72gのNaPSを撹拌下(150rpm)で導入し、62gの蒸留水中の38.4gのAMPSの水溶液を約5時間11分間に亘って0.3mL/分で添加した。それと同時に、48gのVAcを0.48gのNDMと共に約1時間に亘って(0.86mL/分で)添加した。VAc−NDMの添加終了時に912gのVAcを9.12gのNDMと共に約4時間11分間に亘って(3.9mL/分で)添加し、100gの蒸留水中の2.88gのNaPSを約2時間に亘って0.4mL/分で添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
実施例2.59
187gの蒸留水、1.25gの炭酸水素ナトリウム、1.25gのクエン酸ナトリウムを、1リットル反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、12.5gの蒸留水中に可溶化された1.58gのNaPS、および48gのVAcを、0.48gのNDMと共に撹拌下(150rpm)で約1時間に亘って添加した。1時間後、添加終了時に、228gのVAcを2.28gのNDMと共に約4時間11分間に亘って添加し;それと同時に、次の溶液、すなわちi)25gの蒸留水中の0.72gのNaPS、ii)15.4gの蒸留水中の9.6gのAMPSを、約4時間11分間に亘って添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。
様々な配合物を500リットル(0.5T)反応器および1000リットル(1.0T)反応器でスケールアップした。
表2.10
実施例2.60
277.7kgの蒸留水、0.292kgの炭酸水素ナトリウム、0.292kgのクエン酸ナトリウムを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、6.408kgの蒸留水に可溶化させた0.641kgのNaPSを撹拌下で導入した。17.494kgのVAcを約30分間に亘って添加した。添加終了時に157.445kgのVAcを約2時間に亘って添加し、それと同時に、次の溶液、すなわちi)21.696kgの蒸留水中の0.233kgのNaPS、ii)14.916kgの蒸留水中の7.013kgのAMPSを、約2時間に亘って添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。65℃のときに、0.053kgのtBHPを充填し、10分後に、0.534kgの蒸留水中に可溶化させた0.053kgのアスコルビン酸を10分間に亘って添加した。
実施例2.61
271.59kgの蒸留水、2.355kgの炭酸水素ナトリウム、2.355kgのクエン酸ナトリウムおよび4.716kgのAMPSを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、11.773kgの蒸留水に可溶化させた1.177kgのNaPSを撹拌下で導入した。17.659kgのVAcを約30分間に亘って添加した。添加終了時に158.929kgのVAcを約2時間に亘って添加し、それと同時に、次の溶液、すなわちi)16.688kgの蒸留水中の0.589kgのNaPS、ii)14.916kgの蒸留水中の2.359kgのAMPSを、約2時間に亘って添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。65℃のときに、0.053kgのtBHPを充填し、10分後に、0.534kgの蒸留水中に可溶化させた0.053kgのアスコルビン酸を10分間に亘って添加した。
実施例2.62
実施例2.61を0.5T反応器の代わりに1T反応器でスケールアップして繰り返したものである。
実施例2.63
520kgの蒸留水、4.16kgの炭酸水素ナトリウム、4.16kgのクエン酸ナトリウムを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、3kgの蒸留水に可溶化させた2.8kgのNaPSを撹拌下で導入した。0.2kgのNDMと混合した20kgのVAcを約1時間に亘って添加した。添加終了時に、3.8kgのNDMと混合した380kgのVAcを約4時間に亘って添加し、それと同時に、次の溶液、すなわちi)27.6kgの蒸留水中の1.2kgのNaPS、ii)12.8kgの蒸留水中の16kgのAMPSを、約4時間に亘って添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。65℃のときに、0.15kgのtBHPを充填し、10分後に、2.8kgの蒸留水中に可溶化させた0.2kgのアスコルビン酸を10分間に亘って添加した。30℃のときに、0.1kgの消泡剤および0.686kgのHを添加した。
実施例2.64
215.1kgの蒸留水、2.486kgの炭酸水素ナトリウム、2.48kgのクエン酸ナトリウムを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、1.673kgのNaPSを撹拌下で導入した。0.12kgのNDMと混合した11.95kgのVAcを約1時間に亘って添加した。添加終了時に、2.271kgのNDMと混合した227.05kgのVAcを約4時間に亘って添加し、それと同時に、次の溶液、すなわちi)16.491kgの蒸留水中の0.717kgのNaPS、ii)7.648kgの蒸留水中の9.56kgのAMPSを、約4時間に亘って添加した。添加が完了したときに、反応系を80℃で1時間さらに加熱処理した。65℃のときに、0.089kgのtBHPを充填し、10分後に、0.621kgの蒸留水中に可溶化させた0.086kgのアスコルビン酸を10分間に亘って添加した。
実施例2.65
実行の最後において0.1kgの消泡剤および0.403kgのHを30℃で添加した以外は、実施例2.63を0.5T反応器の代わりに1T反応器でスケールアップして繰り返したものである。
実施例2.66
390kgの蒸留水、5.4kgの炭酸水素ナトリウム、5.4kgのクエン酸ナトリウムを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、3.64kgのNaPSを撹拌下で導入した。0.26kgのNDMと混合した26kgのVAcを約1時間に亘って添加した。添加終了時に、4.94kgのNDMと混合した494kgのVAcを約4時間に亘って添加し、それと同時に、14.56kgの蒸留水中の20.8kgのAMPSを約4時間に亘って添加し、33.8kgの蒸留水中の1.56kgのNaPSを約4時間15分間に亘って添加した。NaPS溶液の添加が完了したときに、反応系を85℃で1時間さらに加熱処理した。75℃および65℃のときに、0.193kgのtBHPを充填し、10分後に、1.352kgの蒸留水中に可溶化させた0.169kgのアスコルビン酸を10分間に亘って供給した。30℃のときに、0.13kgの消泡剤および0.446kgのHを添加した。
実施例2.67
390kgの蒸留水、5.4kgの炭酸水素ナトリウム、5.4kgのクエン酸ナトリウムを反応器内へ導入し、温度を80℃に設定した。その温度に達した時点で、3.64kgのNaPSを撹拌下で導入した。0.31kgのNDMと混合した26kgのVAcを約1時間に亘って添加した。添加終了時に、5.928kgのNDMと混合した494kgのVAcを約4時間に亘って添加し、それと同時に、14.56kgの蒸留水中の20.8kgのAMPSを約4時間に亘って添加し、33.8kgの蒸留水中の1.56kgのNaPSを約4時間15分間に亘って添加した。NaPS溶液の添加が完了したときに、反応系を85℃で1時間さらに加熱処理した。75℃のときに、0.193kgのtBHPを充填し、10分後に、1.352kgの蒸留水中に可溶化させた0.156kgのアスコルビン酸を10分間に亘って供給した。30℃のときに、0.13kgの消泡剤および0.446kgのHを添加した。
概して、種段階プロセスを利用して得られたエマルションは、凍結融解サイクル(エマルションの試料(2mL)を2時間凍結させた後に融解させた。このサイクルは3回繰り返され、安定性は目視で評価した。)に対して、良好な安定性をもたらした。
しかもこれらのエマルションは、剪断安定性(エマルションを30%、20%および10%のTSCにおいてチューブ(直径=0.8mm)内に10、20、30および40mL/分で1時間圧送することによって測定した;これらの実験の前後に粘度をBrookfield DV−I粘度計(登録商標)を用いて測定した。測定は25℃でスピンドル1を用いて行い、安定性は±2mPas内にとどまる測定値として定義した)をも実証した。
2.B 乳化重合により得られた非加水分解コポリマーを用いるPVCの製造
これより説明するように、上記のポリマーをビニルクロリドの乳化重合において2次沈殿防止剤として用いた。
反応は下記条件を用いてPVCパイロットプラント1リットルBuchi(登録商標)ステンレス鋼反応器内で行った。
温度:57℃
撹拌機スピード:750rpm
撹拌機タイプ:標準(提供されたとおり)
表2.11
脱塩水、沈殿防止剤、緩衝剤および開始剤を全て、(Synthomer社(英国)から提供されたAlcotex(登録商標)225蓄積抑制剤で予め被覆された)1リットルBuchi(登録商標)ステンレス鋼反応器へ充填し、用具上に組み立てた。代表的な市販品と変わらない最終粒径を与えるように方策を計画した。その後、反応器に圧力試験を行い、大気へ脱気し、その後、窒素圧下でビニルクロリドモノマーを容量噴霧器によって充填した。約750rpmでの撹拌によってビニルクロリドの懸濁液を調製した。その後、反応器を6分以内に所望の重合温度である57℃へと加熱し、最大圧力が記録されるまで750rpmでこれを維持し、0.2MPaの圧力降下後に反応を(冷却および大気圧への脱気によって)停止した。その後、反応器を45分間、約50kPaの真空にした。その後、反応器内容物を濾過用漏斗に静かに移し入れ、(帯電防止処理として)1%(w/w)ラウリル硫酸ナトリウム溶液で2回洗浄した。その後、試料を対流式ファンオーブン内に50℃で12時間配置して乾燥させた。
その結果得られたPVC試料を、粒径(D50)、粒度分布(GSD)、低温可塑剤吸収性(CPA)、バルク密度(BD)および充填率(PF)に関して分析した。これらのパラメータの測定については第1部において上記に論じている。
表2.12
* 2次沈殿防止剤無し
** 平均結果
, C.Ex.401は、Synthomer社(英国)から提供された固形ポリ酢酸ビニルM30(登録商標)、Mw=85,000g/mol
, C.Ex.402は、Synthomer社(ドイツ)から提供されたアクリルコポリマー分散液Plextol(登録商標)R760
表2.12中の実施例番号は、2次沈殿防止剤として用いられたポリマーが(そのポリマーが本発明によるものである場合に)何であるかを指し示している。ポリマーは、ビニルクロリドを基準としてポリマー+安定化剤を500ppmとしたC.Ex.402以外は、ビニルクロリドを基準として500ppmのレベルで充填した。
表2.12のデータは、実施例のエマルションポリマーが、特にビニルクロリドの懸濁重合に関して、2次沈殿防止剤としてうまく用いられ得るということを明確に示している。実施例のポリマーを用いて製造されたポリマーのCPA値は、従来型の2次沈殿防止剤であるC.Ex.2を用いて合成されたポリマーの示すCPA値に比べて同程度であり、多くの場合、より優れている。CPA値は2次沈殿防止剤中の硫黄含有モノマーの量とともに変動すると見受けられ、硫黄含有モノマーの含有量が約2〜3%(w/w)で最適値となる。さらに、実施例のポリマーを用いてつくられるPVCの粒度分布(GSD)は、典型的には、従来型の2次沈殿防止剤を用いてつくられるPVCのGSDよりも低い。
また、種段階プロセスを用いて得られた試料をsPVC(ビニルクロリドモノマーの懸濁重合)で試験した;さらに、配合物中のより少ない量の2次沈殿防止剤について評価した。
表2.13
2次沈殿防止剤無し
** 平均結果
(1)―MeOH中に安定化させたエマルション
表2.13中の結果は、種の存在下で製造されたポリマーのエマルションが、少ない装填量で良好に機能したということを指し示している。
概して良好な粒径制御が認められた。大スケール(1T)で製造されたポリマーは実験室スケールで製造されたものと同様に機能した。
本発明のポリマーを用いて10リットル反応器でPVCを製造した。その実験結果を表2.14に示す。
* 著しい量の酸素の存在下
表2.14
10リットルPVCパイロットプラントにおいて得られたデータから、スルホン化PVAc2次沈殿防止剤について得られた粒径値が130〜180μmの範囲であること、ならびに、CPA値が、従来型の2次沈殿防止剤であるC.Ex.2に近い24〜28%ではあるものの、それらの製造、および溶媒が実質的に存在しないことにおいて原子効率がより良好である利点のあることが、示された。
特定の実施形態に関して本発明を説明および例示してきたが、本発明が、本明細書に具体的に例示されていない多くの様々な変形に適している、ということは当業者に理解されるであろう。これより、特定の取り得る変形について、実施例のみによって説明することにする。
上記の実施例は、PVCを製造するための2次沈殿防止剤としてのポリマーの使用を例示する。当該ポリマーを、その他のポリマーを製造するために用いてもよい。
2次沈殿防止剤として用いられるポリマーは、上記の実施例に記載したものとは異なる組成を有していてもよい。
スルホン化PVAcを用いて10リットル反応器で得られたPVC樹脂に対して、VCM脱着速度論を行い、様々な装填量でC.Ex.301と比較した。
反応後に樹脂を濾過して70℃のオーブンで乾燥させた。0、5、15、30、60および120分において試料を採った。0、5、15分における最初の3つの試料については0.1gのPVC試料が10mLのシクロヘキサノンに溶けたが、その一方で30、60および120分における試料については0.25gのPVCが10mLのシクロヘキサノンに溶けた。シクロヘキサンの添加後、PVCが溶解するまで試料を撹拌放置した。
各試料中の残存VCMのレベルを、1ppmの検出限界および50ppmの定量限界を有するGCヘッドスペース法によって測定した。0.1/0.25gのPVC試料を20mLヘッドスペースバイアル中で10mlのシクロヘキサノンに溶かした。PDMS carboxen SPMEファイバー(登録商標)(Supelcoからの提供)を用いて50℃で30分間、バイアルのヘッドスペースからVCMを抽出した。その後、SPMEファイバーを、Shimadzu GC−MS(登録商標)インジェクター内で3分間脱着させ、60M MP−5(1.25mm+1μm)(登録商標)カラム(Agilent Technologies社からの提供)を用いて流した。100〜0.1ppmの範囲の一連のDCM標準を調製し、Shimadzu GC−MS(登録商標)に直接注入して同様に流した。
様々なポリマーを2次沈殿防止剤として用いて製造されたPVC樹脂についてのVCM(%)の脱着実験の結果を時間の関数として図1に示す(C.Ex.2(白三角―1リットル反応器、黒三角―10リットル反応器)、実施例2.61(黒菱形―500ppm、10リットル反応器)、実施例2.64(黒四角―400ppm、10リットル反応器、白四角―300ppm、10リットル反応器)および実施例2.63(黒丸―400ppm、10リットル反応器、白丸―300ppm、10リットル反応器))。
図1に示すように、脱着の最初の20分間はいずれの試料も同様の挙動を示した。30分およびその後の時間において、スルホン化PVAcの存在下で製造されたPVC樹脂では、標準2次剤を用いて製造されたものに比べてより低いVCM%値が得られた。後者のPVCは表2.14中で最も高いCPA(30.2%)を持っていた、ということに留意すべきである。さらに、図1は、400ppmまたは300ppmの本発明のスルホン化ポリマーを用いて製造されたPVC樹脂についてVCM脱着がより効率的であった、ということを指し示している。
本発明において実証されたPVC重合実施例は、1次沈殿防止剤および2次沈殿防止剤が一連の充填の最初に存在する、コールドチャージとして知られるタイプのものである。その他の方法は既知である。一般に、水、保護コロイド(群)およびさらなる任意の添加剤を最初に反応器へ充填し、その後、液化させたビニルクロリドモノマーおよび任意選択のコモノマー(群)を添加する。任意で、保護コロイドをビニルクロリドモノマーと同時に、水相のいくらかまたは全ての入った予熱反応器内へ充填してもよい。任意で、水、コロイド(群)およびモノマー(例えばビニルクロリド)の充填時までに反応器が所望の重合温度またはその近傍になるように水相を形成する高温の脱塩水のいくらかまたは全てと同時に、保護コロイドを充填してもよい。このプロセスは「ホットチャージ」として知られている。任意で、その後に開始剤を反応器に充填する。
ポリビニルアルコール2次沈殿防止剤は、他の保護コロイドと共に用いてもよい(例えば、1次保護コロイドや、その他の2次および3次の保護コロイドと共になど)。保護コロイドの具体例は、Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、1992、722頁、表3に列挙されている。
特定の実施形態に関して本発明を説明および例示してきたが、本発明が、本明細書に具体的に例示されていない多くの様々な変形に適している、ということは当業者に理解されるであろう。これより、特定の取り得る変形について、実施例のみによって説明することにする。
上記の実施例は、PVCを製造するための2次沈殿防止剤としてのポリマーの使用を例示する。当該ポリマーを、その他のポリマーを製造するために用いてもよい。
2次沈殿防止剤として用いられるポリマーは、上記の実施例に記載したものとは異なる組成を有していてもよい。
先の記載において、既知、明白または予測可能な均等物を有する完全体または要素に言及されている場合、そのような均等物は個別に示されたかのように本明細書に組み込まれる。本発明の真の範囲は、特許請求の範囲を参照して決定されるべきであり、そのような均等物を包含するように解釈されるべきである。また、好ましい、有益である、好都合であるなどとして記載される本発明の完全体または特徴は任意的なものであり、独立請求項の範囲を限定するものではない、ということも読者には理解されるであろう。さらに、そのような任意の完全体または特徴は本発明のいくつかの実施形態では有益となる可能性があるものの、他の実施形態では望ましくないかもしれず、したがって存在しないかもしれない、ということが理解されるべきである。

Claims (30)

  1. 懸濁重合反応に用いる2次沈殿防止剤であって、該2次沈殿防止剤はポリマーを含み、該ポリマーは
    (i)エステル含有モノマー(群)が、モノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合及びエステル基を含む、少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、並びに
    (ii)スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む該モノマー(群)が、モノマー当たり1つの重合性炭素−炭素二重結合及びスルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む、スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む少なくとも1つのモノマーの1以上の残留物を含み、該ポリマーは、前記エステル基の一部がアルコール性基を形成するように、任意で部分的に加水分解されており、該ポリマーの前記加水分解度は5mol%以下である、2次沈殿防止剤。
  2. 乳化重合によりつくられ、または前記エマルションポリマーから誘導される、前記請求項1に記載の2次沈殿防止剤。
  3. 種の存在下で乳化重合により形成される、請求項2に記載の2次沈殿防止剤。
  4. 該種はシードポリマーを含む、請求項3に記載の2次沈殿防止剤。
  5. 分散媒体、または溶液中の重合または塊状重合によりつくられる、請求項1に記載の2次沈殿防止剤。
  6. 1以上のエステル含有モノマーの残留物を含む、前記請求項1〜5のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  7. 該エステル含有モノマーはエステル基に結合した重合性のC=C基を含み、該重合性のC=C基と該エステル基の間に結合基がない、前記請求項1〜6のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  8. 該エステル基はC=C基と隣接した−O−部分が配置されている、請求項7に記載の2次沈殿防止剤。
  9. 該エステル基はC=C基と隣接したC=O部分が配置されている、請求項7に記載の2次沈殿防止剤。
  10. 該エステル含有モノマーのC=Cが、1、2または3か所で置換されている、前記請求項1〜9のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  11. 該エステル含有モノマーは、ビニルアセテート、ビニルベンゾエート、ビニル4−t−ブチルベンゾエート、ビニルクロロホルメート、ビニルシンナメート、ビニルデカノエート、ビニルネオノナノエート、ビニルネオデカノエート、ビニルピバレート、ビニルプロピオネート、ビニルステアレート、ビニルトリフルオロアセテート、ビニルバレレート、メチルビニルアセテート、プロペニルアセテート、メチルプロペニルアセテート、エチルプロペニルアセテート、ブテニルアセテート、メチルブテニルアセテート、ビニルプロパノエート、プロペニルプロパノエート、ビニルブチレート、ビニルヘキサノエート、ビニルヘプタノエート、ビニルオクタノエート、ビニル2−プロピルヘプタノエート、ビニルノナノエート、ビニルネオノナノエート、またはビニルトリフルオロアセテート、を含む、前記請求項1〜10のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  12. スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む1以上のモノマーの残留物を含む、前記請求項1〜11のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  13. スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む2次沈殿防止剤は、該重合性のC=C基と該スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基の間の結合を含む、前記請求項1〜12のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  14. スルホネート、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む2次沈殿防止剤は、ビニルスルホン酸ナトリウム、アリルスルホン酸ナトリウム、2−メチル−2−プロペン−1−スルホン酸ナトリウム塩及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸ナトリウム塩、3−スルホプロピル(メタ)アクリレート、1−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロピルスルホン酸ナトリウム、アクリル酸またはメタアクリル酸の直線状または枝分かれC1−C10−アルキルスルホンアミド或いは2〜10の炭素原子を有するω−アルケン−1−スルホン酸を含む、前記請求項1〜13のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  15. スルホネ−ト、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含むモノマーの残留物を最大5mol%まで含む、前記請求項1〜14のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  16. スルホネ−ト、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含むモノマーの残留物を最大3mol%まで含む、前記請求項1〜15のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  17. スルホネ−ト、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含むモノマーの残留物を0.1〜1.5mol%含む、前記請求項1〜16のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  18. 該少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、及びスルホネ−ト、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む該少なくとも1つのモノマーの残留物を少なくとも90重量%含み、任意で該エステル残留物の一部は最大60mol%までの加水分解度を備えるために加水分解され、該ポリマーの残りは該少なくとも1つのエステル含有モノマーの残留物、及びスルホネ−ト、スルホン酸、スルホン酸エステル、スルホンアミド、またはスルホニルハライド基を含む該少なくとも1つのモノマーの残留物ではない他の残留物から備えられる、前記請求項1〜17のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  19. 加水分解度が実質的にゼロである、前記請求項1〜18のいずれかに記載の2次沈殿防止剤。
  20. ビニル化合物の懸濁重合のための2次沈殿防止剤組成物であって、前記請求項1〜19のいずれかに記載の2次沈殿防止剤の溶液またはエマルションを含む組成物。
  21. 懸濁重合反応組成物であって、
    それは1以上のモノマーが分散された液滴でポリマー化される連続相
    1以上の1次沈殿防止剤、及び
    前記請求項1〜19のいずれかに記載の少なくとも1つの2次沈殿防止剤を含む、懸濁重合反応組成物。


  22. ポリマー化される1以上のモノマーが、重合性ビニル(C=C)基を含むモノマーと、1以上のコモノマーを含んでいる、請求項21記載の反応組成物。
  23. 該1次沈殿防止剤は、約70〜90mol%の加水分解度を有する1以上のポリ酢酸ビニルを含む、請求項21または請求項22に記載の反応組成物。
  24. 該1次沈殿防止剤は、1以上のセルロ−ス系ポリマーを含む、請求項23に記載の反応組成物。
  25. 該反応組成物は、ラジカル付加重合に適している、前記請求項21〜24のいずれかに記載の反応組成物。
  26. ポリマー化される該1以上のモノマー100重量部、連続相85〜130重量部、1次沈殿防止剤0.04〜0.22重量部、前記2次沈殿防止剤0.001〜0.20重量部、及び開始剤0.03〜0.15重量部を含む、前記請求項21〜25のいずれかに記載の反応組成物。
  27. 該組成物に用いられる該1次沈殿防止剤の重量が、前記2次沈殿防止剤の重量の少なくとも0.5倍、及び任意で少なくとも5.0倍である、前記請求項21〜26のいずれかに記載の反応組成物。
  28. ポリマー化される該1以上のモノマーの重量に対し、該組成物は該2次沈殿防止剤100〜800ppmを含む、前記請求項21〜27のいずれかに記載の反応組成物。
  29. 懸濁重合を用いたポリマーの製造方法であって、該方法は:
    前記請求項1〜19のいずれかに記載の2次沈殿防止剤の存在下で1以上のモノマーを重合することを含む、懸濁重合を用いたポリマーの製造方法。
  30. 前記請求項21〜28のいずれかに記載の反応組成物を形成することを含む、請求項29に記載の方法。
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