JP7113617B2 - 枝分かれポリマーの製造方法、枝分かれポリマー及びそのようなポリマーの用途 - Google Patents

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Description

本発明は、枝分かれポリマーの製造方法、枝分かれポリマー及び前記ポリマーの用途、例えば塩化ビニルのような、アルケニルモノマー群の懸濁重合における1次沈殿防止剤としての用途に関するものである。
(塩化ビニルのような)モノマーの懸濁重合は、典型的には1次沈殿防止剤を用いる。そのような1次沈殿防止剤は、典型的にはポリマー粒子の大きさを制御するのに役立ち、ポリマー粒子の凝固を阻害するのに役立つ。小さいポリマー粒子を作成できることが望ましい場合があるが、周知の1次沈殿防止剤には小さいポリマー粒子の生産を促進しないものもある。本願において、用語「粒子」は広義に理解され、通常、最新技術において「粗粒」として周知である、非凝集粒子また重合されたモノマー小滴の凝集体から形成される粒子を含む。
(Alcotex(登録商標)B72、シントマー(UK)社製のような)炭素-炭素二重結合と共役するカルボニル基を包含するポリマーは周知であり、1次沈殿防止剤として用いられるものもある。しかし、カルボニル基を含むポリマーの中には黄色いものがあり、この呈色は使用者によっては受け入れられないかもしれない。
本発明は、上述の問題の1以上を軽減することを目的とするものである。代替的に又は付加的に、本発明は代替的及び/または改良した1次沈殿防止剤を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、(C=C)-(C=C)-CO基を含む枝分かれポリマーを製造するフリーラジカル重合法であって、該方法は:
(i)混合物において、モノマー当たり1つの重合性炭素-炭素二重結合を含む少なくとも1つの単官能モノマー、モノマー当たり少なくとも2つの重合性炭素-炭素二重結合を含む少なくとも1つの多官能モノマー、アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも1つの連鎖移動剤、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤を備え;
(ii)該混合物からポリマーを形成し;
(iii)該ポリマーを加水分解し、加水分解ポリマーを形成することを含む、
枝分かれポリマーを製造するラジカル重合法が提供される。
この(C=C)-(C=C)-CO基は、典型的には好適に変性されたポリ(アルケニルアルカノエート)の加水分解により形成され;(C=C)-(C=C)-CO構造を製造するために、加熱のような加水分解後の処理は要求されない。この(C=C)-(C=C)-CO基は、カルボニル含有連鎖移動剤の使用によって、鎖の末端に形成される。
誤解を避けるために記すと、本発明の方法はフリーラジカル重合である。ラジカルは、重合開始剤、レドックス化学物質、及び(紫外線のような)好適な波長の電磁線への暴露の1以上のように、当業者に周知のどんな方法を用いて発生させてもよい。
当業者は、ポリマーを加水分解するステップは、100%加水分解されたポリマーを必ずしも製造しないことを理解するものである。
誤解を避けるために記すと、上記ステップ(i)、(ii)及び(iii)は、必ずしも分離された、連続的なステップではない。例えば本発明の方法は、最初に、混合物において少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び少なくとも1つの重合開始剤を備え、その後、アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも連鎖移動剤を添加することを含んでもよい。連鎖移動剤なしで重合が行われるが、一旦少なくとも1つの連鎖移動剤が添加されると、ポリマーが形成される、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、少なくとも1つの連鎖移動剤、及び少なくとも1つの開始剤を含む混合物になる。
アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも1つの連鎖移動剤は、炭素数1~20、任意で1~10、任意で2~6及び任意で2~4を含んでもよい。例えば、前記連鎖移動剤の少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)は、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド(プロパナールとして知られることが多い)、ブチルアルデヒド(ブタナールとして知られることが多い)、イソブチルアルデヒド、ペンタナール、ヘキサナール、イソバレルアルデヒド、5-クロロペンタナール、5,5-ジメチル-1,3-シクロヘキサンジオン(ジメドンとしても知られる)、シクロヘキサンカルバルデヒド、3-メチルシクロヘキサンカルバルデヒド、3,3-ジブロモシクロペンタンカルバルデヒド、トランス-2-メチルシクロペンタンカルバルデヒド、ベンズアルデヒド、置換ベンズアルデヒド類、クロトンアルデヒド、パラアルデヒド、クロラール、ペンタンジアール、ブタンジアール、4-ヒドロキシブタナール、4-ヒドロキシ-3-メチルブタナールまたはアセトン、ブタン-2-オン(メチルエチルケトンまたはMEKとして知られることが多い)、メチルプロピルケトン、メチルイソプロピルケトン、メチルイソブチルケトン、エチルプロピルケトン、ジエチルケトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、アセチルアセトン、ベンゾフェノン、またはオキソペンタナール、3,4-ジオキソペンタナール、3-メチル-3-オキソ-ブタナール、ブタン-2,3-ジオン)、2,4-ペンタンジオン、2,3-ヘキサンジオン、シクロペンタノン、2-ブロモシクロペンタノン、4-ヒドロキシシクロヘキサノン、2-ブロモ-5-メチルシクロヘキサノン、1,4-シクロヘキサンジオン、1,2-シクロペンタンジオン、4-ヒドロキシ-2-ブタノン、1,5-ジヒドロキシ-3-ペンタノン、4-ペンテン-2-オン、トランス-3-ペンタナール、(E)-3-メチル-3-ペンタナール、(Z)-5-ブロモ-4-ヘキセン-3-オン、ベンゾイン、フルフラールまたは置換フルフラール類、等を含んでもよい。
該方法は、1を超える連鎖移動剤を備えてもよい。例えば該方法は、アルデヒド類またはケトン類のようなカルボニル基を含む第1の連鎖移動剤、及び第2の連鎖移動剤を備えることを含んでもよい。第2の連鎖移動剤は任意でアルデヒド類またはケトン類を含んでもよく、または第2の連鎖移動剤は任意でアルデヒド類またはケトン類を含まなくてもよい。
アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の量は、単官能モノマーの量の0.005~50モル%であってよく、即ち、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数は、任意で単官能モノマーのモル数の0.005~50%であってよい。これは、1を超える単官能モノマー及び/または1を超えるアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤が用いられる場合でも、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量を用いて算出されるべきである。
アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の量は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、任意で単官能モノマーの量の少なくとも0.005mol%、少なくとも0.05mol%、少なくとも0.5mol%、少なくとも1mol%、少なくとも5mol%、少なくとも7mol%、少なくとも10mol%、20mol%以下、25mol%以下、30mol%以下、40mol%以下、45mol%以下、及び任意で50mol%以下であってよい。任意で、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の量は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、任意で単官能モノマーの量の少なくとも0.5~50mol%、0.5~45mol%、0.5~30mol%、1~25mol%、5~45mol%、5~25mol%、7~40mol%、10~25mol%及び任意で10~20mol%であってよい。前記連鎖移動剤の量は、例えば、用いられる溶媒の性質に依存してもよい。例えば、議論されている重合反応において比較的高い連鎖移動定数を有する溶媒もあり、それゆえ、ゲルの生成を阻害するために前記連鎖移動剤を大量に用いる必要がないかもしれない。例えば、単官能モノマーがビニルアセテートである場合、比較的高いイソプロパノール含有量を含む溶媒は、ゲル生成を阻害するのに要求される連鎖移動剤の量を減らす。なぜなら、ビニルアセテートの重合のためにイソプロパノールは比較的高い連鎖移動定数を有するからである。しかし当業者は、ポリマーの中に連鎖移動剤残留物の代わりに溶媒残留物を取り込むことは、ポリマーの中にアルデヒド類またはケトン類からの連鎖移動剤残留物と関連した必須のカルボニル官能価を取り込む観点からは望ましくないかもしれないことを理解するものである。当業者は、超低の連鎖移動定数をもつ溶媒を用いてもよいことを理解するものである。
多官能モノマーのモル数に対するアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数の比は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、少なくとも10:1、少なくとも20:1、少なくとも30:1、少なくとも50:1、少なくとも70:1、少なくとも100:1及び少なくとも120:1であってよい。多官能モノマーのモル数に対するアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数の比は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、100:1以下、120:1以下、150:1以下、200:1以下及び任意で300:1以下であってよい。例えば、溶液重合において、前記連鎖移動剤の相対量は典型的には懸濁重合におけるよりも高く、それゆえ、溶液重合における比は、例えば、少なくとも50:1、任意で少なくとも70:1、任意で少なくとも90:1、任意で150:1以下、任意で200:1以下及び任意で300:1以下であってよい。例えば、多官能モノマーのモル数に対するアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数の比は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、30:1~200:1、任意で50:1~150:1及び任意で70:1~120:1であってよい。
懸濁重合において、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の総量及び単官能モノマーの総量に基づき、該比はより低くても、例えば、少なくとも30:1、少なくとも50:1、任意で100:1以下及び任意で150:1以下であってよい。
重合反応開始時に、実質的にすべてのアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤は、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤(存在する場合)の1以上と混合されてもよい。これは、例えば、多官能モノマーの量が比較的少ない(例えば、単官能モノマーの量の0.1mol%以下及び任意で0.05mol%である)場合、または重合反応が懸濁反応である場合、有効かもしれない。
代替的に、該方法は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の少なくとも一部の添加を遅らせることを含んでもよい。該方法は、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%及び任意で実質的にすべての添加を遅らせることを含んでもよい。該方法は、したがって、アルデヒド類又はケトン類を含む連鎖移動剤を、反応の開始時に反応混合物に10%以下(及び任意で実質的に皆無)有することを含んでもよい。該方法は、重合反応開始前に、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤(存在する場合)の1以上との混合において、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の少なくとも5%、任意で少なくとも10%及び任意で少なくとも15%を備えることを含んでもよい。前記連鎖移動剤の遅延添加は、連続的または不連続的に(例えば、分離している部分のシリーズとして)行われてもよい。該方法は、アルデヒド類またはケトン類を含む前記連鎖移動剤の少なくとも50%、任意で少なくとも60%及び任意で少なくとも70%を、重合反応の開始後に、最大4時間、任意で最大3時間、任意で最大2時間の時間及び任意で最大1時間の時間で添加することを含んでもよい。該方法は、モノ不飽和モノマー群のパーセンテージ転換率が70%以下であるときに、アルデヒド類またはケトン類を含む前記連鎖移動剤の少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%を添加することを含んでもよい。
重合反応の開始後、比較的短い時間に遅延添加することが有利かもしれないことが見出された。該方法は、単官能モノマーの転化率が60%、任意で40%、任意で30%及び任意で20%に到達する前に、前記連鎖移動剤を少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%及び任意で実質的にすべて添加することを含んでもよい。
それぞれの単官能モノマーは、1分子当たり1つ(及び唯一)の重合性炭素-炭素二重結合を含む。炭素-炭素二重結合は、ポリマーを形成するために付加重合反応を経る。少なくとも1つの単官能モノマーは、例えば、C=O二重結合のような他の不飽和基を含んでもよい。
それぞれの単官能モノマーは、フリーラジカル機構によって重合できるどんなモノマーを含んでもよい。用語「モノマー」は、好適な反応性オリゴマー(典型的には、5未満の反復単位を含む)、またはポリマー群(典型的には、5以上の反復単位を含む)も含む。
少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)の単官能モノマーの重合性炭素-炭素二重結合は、エチレン性炭素-炭素二重結合の形であってよい。
少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)の単官能モノマーは、例えば、炭素数1~20を含んでよいが、任意で20を超える炭素数を含んでよい。任意で、該単官能モノマーは炭素数1~10、任意で2~8及び任意で3~6を含んでよい。
少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)の単官能モノマーの分子量は、例えば、2000未満、任意で1500未満、任意で1000未満、任意で500未満及び任意で200g・mol-1であってよい。
少なくとも1つの単官能モノマーは、例えば、(アルケニルアルカノエート[例えば、ビニルアセテート]のような)エステルであってよい。少なくとも1つの単官能モノマーは、任意で置換されてもよい。少なくとも1つの単官能モノマーは、任意で、任意で置換されたアルケニルアルカノエートを含んでもよい。
前述の通り、該方法は、少なくとも1つ(それゆえ、潜在的に1を超える)の単官能モノマーを備えることを含んでよい。
したがって、第2の単官能モノマーが存在してもよい。 第1及び第2の単官能モノマーの一方または両方は、例えば、(アルケニルアルカノエート[例えば、ビニルプロピオネート]またはアルキルアルケノエート[例えば、メチルアクリレート]のような)エステル、(アクリルアミドのような)アミド、(無水マレイン酸のような)酸無水物、(イタコン酸のような)酸、(マレイミドのような)イミドまたは(エチレンのような)アルケンであってよい。第2の単官能モノマーは、任意で置換されてもよい。第2の単官能モノマーは、任意で置換されたアルケニルアルカノエートまたは任意で置換されたアルキルアルケノエートを含んでよい。該アルケニルアルカノエートは、存在する場合、炭素数3~10、任意で炭素数3~6を任意で含む。該アルキルアルケノエートは、存在する場合、炭素数3~10、任意で炭素数3~6を任意で含む。
少なくとも1つの単官能モノマーは、一旦ポリマーが合成された後の反応のための反応性部分を含んでよい。 例えば、少なくとも1つの単官能モノマーは、ヒドロキシルまたは酸基を形成するために加水分解されてよい1以上のエステル部分を含んでよい。少なくとも1つの単官能モノマーのC-C二重結合は、非環式部分に取り込まれてよい。代替的に、少なくとも1つの単官能モノマーは、無水マレイン酸におけるように、C-C二重結合が環式部分に取り込まれている、1以上の環式部分を含んでよい。
好適な単官能モノマー群の更なる例は、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、ビニルネオデカノエート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニルピバレート、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、ビニルステアレート、ビニルトリフルオロアセテート、及びビニルバレレートを含む。
好適な単官能モノマー群の例は:エチレン、モノエチレン性不飽和C3-C6モノカルボン酸とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ―C1-C4アルカノール類のエステル類、より詳細には、前述のアクリル酸のエステル類、また前述のメタアクリル酸のエステル類;モノエチレン性不飽和C4-C6ジカルボン酸とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ―C1-C4アルカノール類のジエステル類、より詳細には、前述のマレイン酸のエステル類、また前述のフマル酸のエステル類;モノエチレン性不飽和C3-C6-モノカルボン酸とC4-C20-アルキルアミン類またはジ-C2-C20-アルキルアミン類のアミド類;飽和脂肪族カルボン酸のビニル、アリル、及びメタリルエステル類、特に脂肪族C2-C18モノカルボン酸の、殊にビニルエステル類を含む。モノエチレン性不飽和C3-C6モノカルボン酸とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ―C1-C4アルカノール類のエステル類の例は、特に、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、2-ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、3-プロピルヘプチルアクリレート、デシルアクリレート、ラウリルアクリレート、ステアリルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、2-フェニルエチルアクリレート、1-フェニルエチルアクリレート、2-フェニルエチルアクリレートのようなアクリル酸のエステル類、またメチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、イソプロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、2-ブチルメタクリレート、イソブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、n-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、デシルメタクリレート、ラウリルメタクリレート、ステアリルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、ベンジルメタクリレート、2-フェニルエチルメタクリレート、1-フェニルエチルメタクリレート、及び2-フェニルエチルメタクリレートのようなメタアクリル酸のエステル類である。モノエチレン性不飽和C4-C6ジカルボン酸とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ-C1-C4アルカノール類のジエステル類の例は、特に、マレイン酸のジエステル類及びフマル酸のジエステル類であり、より詳細には、ジメチルマレイネート、ジエチルマレイネート、ジ-n-ブチルマレイネート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、及びジ-n-ブチルフマレートのようなジ-C1-C20アルキルマレイネート類及びジ-C1-C20アルキルフマレート類である。飽和脂肪族カルボン酸のビニル、アリル、及びメタリルエステル類の例は、特にビニルアセテート、ビニルプロピオネート、ビニルブチレート、ビニルピバレート、ビニルヘキサノエート、ビニル-2-エチルヘキサノエート、ビニルラウレート、及びビニルステアレート、また対応するアリル、及びメタリルエステル類のようなC2-C18モノカルボン酸のビニルエステル類を含む。更なるモノマー群は、モノエチレン性不飽和C3-C6モノカルボン酸のエステル類を含み、より詳細には、アクリル酸またはメタアクリル酸、とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ―C1-C4アルカノール類のエステル類、モノエチレン性不飽和C4-C6ジカルボン酸とC1-C20アルカノール類、シクロアルカノール類、フェニル-C1-C4アルカノール類またはフェノキシ-C1-C4アルカノール類が好ましい。
好適な単官能モノマー群の更なる例は、モノエチレン性不飽和C3-C6モノカルボン酸のエステル類を含み、より詳細には、アクリル酸またはメタアクリル酸のエステル類、とC1-C20アルカノール類が任意で好ましい。
好適な単官能モノマー群の更なる例は、アクリル酸とC2-C10アルカノール類のエステル類(C2-C10アルキルアクリレート類など)とを含み、メタアクリル酸とC1-C10アルカノール類のエステル類(C1-C10アルキルメタアクリレート類など)が好ましい。
好適な単官能モノマー群の更なる例は、アクリル酸、メタアクリル酸、2-ブテン酸、3-ブテン酸、2-アクリルオキシエチル酢酸、2-メタアクリルオキシエチル酢酸のような、モノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸;-マレイン酸、イタコン酸及びフマル酸のような、モノエチレン性不飽和C4-C8モノカルボン酸;前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸の第一アミド類、より詳細には、アクリルアミド及びメタアクリルアミド、前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸の環状アミドとピロリジン、ピペリジン、モルホリンまたはピペラジン、より詳細には、N-アクリロイルモルホリンまたはN-メタアクリロイルモルホリンのような環状アミン類、前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸のヒドロキシアルキルのエステル類、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタアクリレート、2-及び3-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-及び3-ヒドロキシプロピルメタアクリレート、前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸及びC4-C8ジカルボン酸とC2-C4ポリアルキレングリコール類のモノエステル類、より詳細には、これらのカルボン酸とポリエチレングリコール類またはアルキル-ポリエチレングリコール類のエステル類であって、(アルキル)ポリエチレングリコールラジカルが、典型的には100~5000、特に100~3000の範囲の分子量を有するもの;脂肪族C1-C10カルボン酸類のN-ビニルアミド類、並びにN-ビニルホルムアミドN-ビニルアセトアミド、N-ビニルピロリドン、及びN-ビニルカプロラクタムのようなN-ビニルラクタム類、モノエチレン性不飽和スルホンであって、スルホン酸基がビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、2-アクリルアミド-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-アクリルオイロキシエタンスルホン酸、2-メタアクリルオイロキシエタンスルホン酸、3-アクリルオイロ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及び2-メタアクリルオイロキシプロパンスルホン酸、及びその塩類のような、脂肪族炭化水素ラジカル、及びそのエステル類及び塩類に結合しているもの、 モノエチレン性不飽和ホスホン酸であって、ホスホン酸基がビニルホスホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンホスホン酸、2-メタアクリルアミド-2-メチルプロパンホスホン酸、2-アクリルアミドエタンホスホン酸、2-メタアクリルアミドエタンホスホン酸、、2-アクリルオイロキシエタンホスホン酸、2-メタアクリルオイロキシエタンホスホン酸、3-アクリルオイロキシプロパンホスホン酸、2-メタアクリルオイロキシプロパンホスホン酸、並びにその塩類のような、脂肪族炭化水素ラジカル、及びそのエステル類及び塩類に結合したもの、モノエチレン性不飽和燐酸モノエステル類、より詳細には、例えば、2-アクリルオイロキシエチルホスフェート、2-メチルアクリルオイロキシエチルホスフェート、3-アクリルオイロキシプロピルホスフェート、3-メタアクリルオイロキシプロピルホスフェート、4-アクリルオイロキシブチルホスフェート及び4-メタアクリルオイロキシブチルホスフェート、及びその塩類のような、燐酸のモノエステル類とヒドロキシ-C2-C4アルキルアクリレート類及びヒドロキシ-C2-C4アルキルメタアクリレート類のモノエステル類、を含む。
単官能モノマー群の更なる例は、モノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸類、より詳細には、アクリル酸及びメタアクリル酸、前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸類のアミド類、より詳細には、アクリルアミド及びメタアクリルアミド、並びに前述のモノエチレン性不飽和C3-C8モノカルボン酸類のヒドロキシアルキルのエステル類、例えば、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタアクリレート、2-及び3-ヒドロキシプロピルアクリレート、2-及び3-ヒドロキシプロピルメタアクリレート、を含む。
単官能モノマー群の組み合わせの例は、ビニルアセテートとプロピオネート、ビニルアセテートとイタコン酸、ビニルアセテートとジ(アルキル)マレエート、ビニルアセテートとエチレン、またはビニルアセテートとメチル(メタ)アクリレートを含む。前記共重合体は、統計的、またはポリマー鎖に沿った組成の単官能モノマー単位の「ブロック状の」分布を有してよい。
それぞれの多官能モノマーは、フリーラジカル機構によって重合できるどんなモノマーを含んでもよい。多官能モノマー(群)に関する限りでは、用語「モノマー」は、好適な反応性オリゴマー(典型的には、5未満の反復単位を含む)、またはポリマー群(典型的には、5以上の反復単位を含む)も含む。
少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)の多官能モノマーの、少なくとも1つ(及び任意でそれぞれ)の重合性炭素-炭素二重結合は、エチレン性炭素-炭素二重結合であってよい。
少なくとも1つの多官能モノマーは、1分子当たり任意で少なくとも2つ(及び任意で少なくとも3つ)の重合性炭素-炭素二重結合を含む。
少なくとも1つの多官能モノマーは、2官能モノマーを含んでよく、即ち2つ、及び2つ以下の重合性C-C二重結合を含む。好適な2官能モノマーの例は、ジアクリレートのようなジ(メタ)アクリレートまたはジアリルの化合物類及び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)アクリレート、ブタンジオールジ(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)アクリレートのようなジ(メタ)アクリレート類及びアリル(メタ)アクリレートブタジエン、ジアリルスクシネート、ジアリルカーボネート、ジアリルフタレート、及びその置換類似体類のようなビニルアクリレートを含む。
例えば、少なくとも1つの多官能モノマーは、3官能モノマー、即ち3つ、及び3つ以下の重合性C-C二重結合であってよい。
3官能モノマーは: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を含む。
少なくとも1つの多官能モノマーは、4つ(及びたった4つ)の重合性C-C二重結合を含む4官能モノマーを含んでよい。4官能モノマーの例は、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つの多官能モノマーは、5つ(及びたった5つ)の重合性C-C二重結合を含む5官能モノマーを含んでよい。5官能モノマーの例は:グルコースペンタ(メタ)アクリレートを含む。
少なくとも1つ及び好ましくはそれぞれの多官能モノマーは、加水分解/エステル交換反応を受けないものである。
少なくとも1つの多官能モノマーの分子量は、例えば、100を超え、任意で200を超え、任意で300を超え、任意で2000未満、任意で1500未満、任意で1000未満及び任意で500g・mol-1未満であってよい。
少なくとも1つの多官能モノマーは、任意で重合性炭素-炭素二重結合を含む結合基である環式部分を含んでよい。典型的には、それぞれの重合性炭素-炭素二重結合は、任意でスペーサーで、環式部分の相互に異なる原子に結合される。環式部分は、例えば、5または6員環を含んでよい。例えば、該環は1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリオン部分またはベンゼン部分を含んでよい。
前述の通り、該方法は、それぞれの多官能モノマーが1を超える重合性炭素-炭素二重結合を含む、1を超える多官能モノマーを備えることを含んでよい。それぞれの多官能モノマーは、多官能モノマーに関する上記の特徴を含んでよい。該方法は、例えば、第1の多官能モノマー及び第2の多官能モノマーを備えることを含んでよい。好適な組み合わせの例は、エチレングリコールジ(メタ)アクリレートとブタンジオールジ(メタ)アクリレート、 エチレングリコールジ(メタ)アクリレートとジアリルマレエート、TTTとジアリルマレエート、TTTとジアリルスクシネート、TTTとジアリルカーボネート、TTTとブタンジオールジ(メタ)アクリレート、TTTとエチレングリコールジ(メタ)アクリレートを含む。
多官能モノマーの量は、(典型的には、単官能モノマー群の総含有量及び多官能モノマー群の総含有量に基づき)単官能モノマー含有量の少なくとも0.005mol%、少なくとも0.05mol%、少なくとも0.1mol%、任意で少なくとも0.2mol%、任意で0.4mol%以下、0.5mol%以下、0.6mol%以下、0.8mol%以下、1mol%以下、2mol%以下及び任意で5mol%以下であってよい。任意で、多官能モノマーの量は、(典型的には、単官能モノマー群の総含有量及び多官能モノマー群の総含有量に基づき)単官能モノマー含有量の0.005~1mol%、0.05~0.8mol%、0.1~0.6mol%、0.1~0.5mol%、任意で0.1~0.4mol%及び0.2~0.4mol%であってよい。
該方法は、溶液重合、塊状重合または懸濁重合を実施することを含んでよい。重合反応が溶液重合の場合、溶液重合に用いられる溶媒は、第1の連鎖移動定数を有する第1の溶媒成分及び第2の連鎖移動定数を有する第2の溶媒成分の混合物からなり、第2の連鎖移動定数が第1の連鎖移動定数を超え、第1の連鎖移動定数の任意で少なくとも2倍、任意で少なくとも3倍、任意で少なくとも4倍、任意で少なくとも5倍及び任意で少なくとも6倍であってよい。これは、例えば、過度の架橋及びゲル化を阻害するために、溶媒が鎖停止プロセスに参加することが要望または要求される場合、有用かもしれない。当業者は、連鎖移動定数が重合される単官能モノマー(群)に依存することを理解するものである。 例えば、ビニルモノマーの重合において、溶媒はメタノール及びイソプロパノールを含み、イソプロパノールの連鎖移動定数がメタノールのそれの約8倍であってよい。第2の溶媒成分は、第1の溶媒成分含有量の少なくとも1mol%、少なくとも3mol%、少なくとも5mol%、少なくとも8mol%、少なくとも10mol%及び任意で15mol%を含んでよい。第2の溶媒成分は、第1の溶媒成分含有量の10mol%以下、15mol%以下、20mol%以下、25mol%以下及び任意で30mol%以下を含んでよい。重合は、大気圧下で、例えばレドックス系を用いて0℃~25℃の間で行われてもよく、より典型的には高温、典型的には少なくとも30℃、少なくとも40℃、少なくとも50℃、少なくとも60℃、少なくとも65℃、少なくとも70℃、任意で100℃以下、90℃以下及び任意で80℃以下で行われる。当業者は、反応が圧力下で行われる場合、これらの値は高められ得ることを理解するものである。
該方法は、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの開始剤(存在する場合)及び少なくとも1つの多官能モノマーの少なくとも1以上の少なくとも一部の添加を遅らせることを含んでよい。該方法は、少なくとも1つの単官能モノマーの少なくとも一部の添加を遅らせることを含んでよい、即ち、単官能モノマーの少なくとも一部は反応の開始時に反応混合物に存在しない。該方法は、単官能モノマーの最大5%、任意で最大10%、任意で最大20%及び任意で最大50%の添加を遅らせることを含んでよい。
該方法は、少なくとも1つの開始剤を備えることを含んでよい。そのような開始剤は、フリーラジカルを生じさせることができる。開始剤は、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)(AIVN)、アゾビス(2、4-ジメチルバレロニトリル)、アゾビス(4-シアノバレリアン酸)のようなアゾ開始剤、または過酸化水素、t-ブチルヒドロペルオキシド、ジラウロイルペルオキシド、t-ブチルペルオキシネオデカノエート、ジベンゾイルペルオキシド、クミルペルオキシド、t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート、t-ブチルペルオキシジエチルアセテート及びt-ブチルペルオキシベンゾエートのような過酸化物、または過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウムのような過硫酸塩を含んでよい。開始剤は、レドックス開始剤、光開始剤または油溶性開始剤を含んでよい。
レドックス開始剤の例は、US2007/0184732、特に[0043]で見出すことができる。
光開始剤の例は、US8603730、特に第6及び7欄にかかる本文で見出すことができる。
開始剤の更なる例、特に油溶性開始剤はUS209/0258953、特に段落[0026]~[0028]で見出すことができる。
該方法は、反応の開始時に反応混合物に開始剤の10%未満(及び任意で実質的に皆無)有することを含んでよい。該方法は、重合反応開始前に、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー及び前記連鎖移動剤の1以上との混合において、開始剤の少なくとも5%、任意で少なくとも10%及び任意で少なくとも15%を備えることを含んでよい。開始剤の遅延添加は、連続的または不連続的に(例えば、分離している部分のシリーズとして)行われてもよい。該方法は、重合反応開始後に、前記開始剤の少なくとも50%、任意で少なくとも60%及び任意で少なくとも70%を、最大4時間、任意で最大3時間、任意で最大2時間の時間及び任意で最大1時間の時間で添加することを含んでもよい。該方法は、モノ不飽和モノマー群のパーセンテージ転換率が70%以下であるときに、開始剤の少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%を添加することを含んでもよい。
重合反応の開始後、比較的短い時間に遅延添加することが有利であろうことが見出された。該方法は、単官能モノマーの転化率が60%、任意で40%、任意で30%及び任意で20%に到達する前に、開始剤を少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%及び任意で実質的にすべて添加することを含んでもよい。
該方法は、反応の開始時に反応混合物に、少なくとも1つの単官能モノマーの10%未満(及び任意で実質的に皆無)有することを含んでよい。該方法は、重合反応開始前に、少なくとも1つの開始剤(存在する場合)、少なくとも1つの多官能モノマー及び前記連鎖移動剤の1以上との混合において、少なくとも1つの単官能モノマーの少なくとも5%、任意で少なくとも10%及び任意で少なくとも15%を備えることを含んでもよい。少なくとも1つの単官能モノマーの遅延添加は、連続的または不連続的に(例えば、分離している部分のシリーズとして)行われてもよい。該方法は、重合反応開始後に、少なくとも1つの単官能モノマーの少なくとも50%、任意で少なくとも60%及び任意で少なくとも70%を、最大4時間、任意で最大3時間、任意で最大2時間の時間及び任意で最大1時間の時間で添加することを含んでもよい。
該方法は、反応の開始時に反応混合物に、少なくとも1つの多官能モノマーの10%未満(及び任意で実質的に皆無)有することを含んでよい。該方法は、重合反応開始前に、少なくとも1つの単官能モノマー、開始剤(存在する場合)及び前記連鎖移動剤の1以上との混合において、少なくとも1つの多官能モノマーの少なくとも5%、任意で少なくとも10%及び任意で少なくとも15%を備えることを含んでもよい。少なくとも1つの多官能モノマーの遅延添加は、連続的または不連続的に(例えば、分離している部分のシリーズとして)行われてもよい。該方法は、重合反応開始後に、少なくとも1つの多官能モノマーの少なくとも50%、任意で少なくとも60%及び任意で少なくとも70%を、最大4時間、任意で最大3時間、任意で最大2時間の時間及び任意で最大1時間の時間で添加することを含んでもよい。該方法は、モノ不飽和モノマー群のパーセンテージ転換率が70%以下であるときに、多官能モノマーの少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%を添加することを含んでもよい。
重合反応の開始後、比較的短い時間に遅延添加することが有利かもしれないことが見出された。該方法は、単官能モノマーの転化率が60%、任意で40%、任意で30%及び任意で20%に到達する前に、少なくとも1つの多官能モノマーを少なくとも50%、任意で少なくとも60%、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%及び任意で実質的にすべて添加することを含んでもよい。
単官能モノマーの転化率は、少なくとも70%、任意で少なくとも80%及び任意で少なくとも90%であってよい。
加水分解は、当業者に周知のどんな好適な方法で実施されてもよく、要望される加水分解度、任意で少なくとも60mol%、任意で少なくとも65mol%、任意で少なくとも70mol%、任意で98mol%以下、任意で95mol%以下及び任意で90mol%以下、に到達するよう制御されてよい。任意で、加水分解度は65%~95mol%及び任意で70%~90mol%である。
本願において、用語「加水分解」は広義に理解され、塩基触媒加水分解、ケン化、アシドリシス、及びエルテル交換を含む。加水分解に関する更なる手引きは、「Polyvinyl alcohol developments」、C.A.Finch編集、(C) 1992 John Wiley & Sons Ltd、第3章:Hydrolysis of Polyvinyl Acetate to Polyvinyl Alcohol、F.L. Marten;C.W. Zvanut箸、57~77頁で見出すことができる。
加水分解に先立って形成されるポリマーは、ポリ(ビニルアセテート)のようなポリ(アルケニルアルカノエート)を含んでよい。加水分解後に形成されるポリマーは、ポリ(ビニルアルコール)-コ-ポリ(ビニルアセテート)のようなポリ(アルケニルアルコール)-コ-ポリ(アルケニルアルカノエート)を含んでよい。
本発明の第2の態様によれば、本発明の第1の態様の方法により作成可能な枝分かれポリマーが提供される。
本発明の第3の態様によれば、枝分かれポリマーは、(C=C)-(C=C)-C=O基部分を含み、該ポリマーは:
(i)1分子当たり少なくとも1つの重合性二重結合を有する少なくとも1つの単官能モノマー;
(ii)1分子当たり少なくとも2つの重合性二重結合を有する少なくとも1つの多官能モノマー;及び
(iii)アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも1つの連鎖移動剤の残留物を含む、枝分かれポリマーが提供される。
(C=C)-(C=C)-CO基は、カルボニル含有連鎖移動剤の使用によって、鎖の末端に形成される。
ポリマーは、任意で:
1以上の溶媒成分、1以上の開始剤、及び第2の連鎖移動剤の1以上の残留物を含んでよい。第2の連鎖移動剤は、例えば、本発明の第1の態様の方法に関し記載されているように、一定の官能価をポリマーに導入するために用いられてもよい。
ポリマーは、もちろん、1を超える単官能モノマー、及び/または1を超える多官能モノマーの残留物を含んでよい。
ポリマーは、任意で、本発明の第1の態様の方法に関し提示されている、上に述べた様々な成分の量を含む。例えば、ポリマーは、単官能モノマーの残留物の総モル数及びアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤類の残留物の総モル数に基づき、アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の残留物の少なくとも0.5mol%、少なくとも1mol%、少なくとも5mol%、少なくとも10mol%、20mol%以下、25mol%以下、30mol%以下及び任意で50mol%以下を含んでよい。
当業者は、残留物が後処理されてもよいことを理解するものである。例えば、ポリマーは、ビニルアセテートの残留物を、ポリマー主鎖に結合したアセテート基の形で含んでよい。これらのアセテート基は、ヒドロキシル基を形成するために加水分解されてよい。そのうえ、ポリマーは、ジアルキルマレエートの残留物を、ポリマー主鎖に結合したアルカノール基の形で含んでよい。これらのアルカノール基は、カルボン酸基を形成するために加水分解されてよい。
ポリマーは、ハイパーブランチであってよい。本願において、用語「ハイパーブランチである」は広義に理解され、Pure Appl.Chem.、Vol.81、No.6、1131~1186ページ、2009.doi:10.1351/PAC-REC-08-01-30(C)2009IUPAC、Publication date (Web):2009年5月5日;International Union of Pure and Applied Chemistry Polymer Division;Commission on macromolecular nomenclature;subcommittee on macromolecular terminology and subcommittee on polymer terminology glossary of class names of polymers based on chemical structure and molecular architectureと矛盾することなく使用されている。
広義の条件において、ハイパーブランチであるとは、どんな直鎖状の部分鎖も、少なくとも2つの他の部分鎖に向かっていずれの方向につながってもよい、高度に枝分かれした高分子で構成されたポリマーを意味する。
ポリマーは、ポリ(アルケニルアルカノエート)またはポリ(アルケニルアルコール)-コ-ポリ(アルケニルアルカノエート)またはポリ(アルキルアルコール)-コ-ポリ(アルキルアルケノエート)であってよい。ポリマーは、したがって、例えばエステル基、カルボン酸基及びヒドロキシル基を含んでよい。ポリマーは、少なくとも60mol%、任意で少なくとも65mol%、任意で少なくとも70mol%、任意で95mol%以下及び任意で90mol%以下の加水分解度を有してよい。この比較的高い加水分解度は、塩化ビニル及びその共重合体のようなアルケニル化合物の重合のような一定の重合反応における1次沈殿防止剤として、よい挙動を促進するのに有効であることが見出された。
ポリマーは、少なくとも3,000、任意で少なくとも10,000、任意で少なくとも20,000、任意で少なくとも40,000及び任意で少なくとも50,000の重量平均分子量(M)を有してよい。ポリマーは、任意で、60,000以下、任意で70,000以下、任意で80,000以下、任意で100,000以下、任意で200,000以下、任意で300,000以下、任意で400,000以下、任意で500,000以下、任意で750,000以下、及び任意で1,000,000g・mol-1以下の重量平均分子量(M)を有してよい。
ポリマーは、任意で、少なくとも1,500、任意で少なくとも2,000、任意で少なくとも2,500、任意で少なくとも3,000及び任意で少なくとも4,000の数平均分子量(M)を有してもよい。ポリマーは、任意で、6,000以下、任意で7,000以下、任意で8,000以下、任意で10,000以下、任意で12,000以下、任意で15,000以下、任意で25,000以下、任意で30,000以下、任意で50,000以下、任意で100,000以下、任意で200,000以下、任意で300,000以下、任意で400,000以下及び及び任意で500,000g・mol-1以下の数平均分子量(M)を有してもよい。
及びM は、THF溶液において、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)(ゲル透過クロマトグラフィー、GPCとしても知られる)によって測定された。サンプルは、安定化されたTHFを移動相として、及びそれぞれのカラムが300mm×7.5mm×10μmの寸法を有する、3本のPLgelカラムを直列で用いて、オートサンプラ経由でPL-GPC-50システムに注入された。該システムは、6,035,000~580g・mol-1の範囲のMp分子量(Agilent Technologies提供)において、PS High Easivialis(登録商標) polystyrene standardsで検量された。
ポリマーの分散度(M/Mと定義され、多分散、または多分散指数(PDI)として知られることが多い)は、少なくとも2、少なくとも3、少なくとも5及び任意で少なくとも10であってよい。分散度は、任意で20以下、任意で25以下、任意で30以下、任意で50以下、任意で100以下、任意で150以下及び任意で200以下であってよい。任意で、ポリマーの分散度は3~200、任意で5~150、任意で3~30及び任意で5~25であってよい。
20℃における加水分解ポリマーの4%(w/w)溶液の粘度、典型的にはポリ(ビニルアセテート)-コ-ポリ(ビニルアルコール)は、50mPa・s以下、任意で30mPa・s以下、任意で20mPa・s以下、任意で10PaS以下、任意で8Pa・s以下及び任意で5mPas以下であってよい。任意で、粘度は少なくとも1mPa・s、任意で少なくとも2mPa・s及び任意で少なくとも5mPa・sである。
上に述べた4%(w/w)溶液の粘度は、要求される溶液の量を、水槽内で20±0.2℃で平衡された検量済みのU管粘度計(細管サイズは、流下時間がおよそ60秒になるよう選ばれた)に置き、要望される濃度になるよう、蒸留水に乾燥物を溶解して測定された。平衡溶液が細管の2標点間を流れる時間は、溶液粘度を計算するために用いられる。溶液粘度はこのように計算された:
粘度=(記録された流下時間)×(4%(w/w)溶液の密度)×(粘度計の検量係数)。
ポリ(ビニルアセテート)のようなポリ(アルケニルアルカノエート類)の溶液粘度測定は、K値を決定するために行われた。この場合、K値測定は、水槽内で20±0.2℃で平衡された検量済みの「C」U管粘度計内のエチルアセテートに、ポリマーの2%(w/v)溶液を用いて実施された。平衡溶液が細管の2標点間を流れる時間は、相対溶液粘度を計算するために用いられる。
相対溶液粘度=(2%(w/v)溶液の記録された流下時間)/(エチルアセテートの記録された流下時間)。
K値は、少なくとも10、少なくとも15、少なくとも20及び任意で少なくとも25であってよい。K値は、任意で、40以下、50以下、60以下、70以下、80以下及び任意で100以下であってよい。K値は、20~70、任意で25~70、任意で25~60及び任意で30~60であってよい。
本発明のポリマーは、任意で、(C=C)CO部分より多くのC=C-C=C-C=O部分を、任意で著しく多く、含む。ポリマーの溶液によって生じる(C=C-C=C-C=O部分に帰する)280nmにおける紫外線吸収ピークの強度は、((C=C)CO部分に帰する)320nmにおける紫外線吸収ピークの強度より大きくてよく、280nmにおけるピークが任意で、320nmにおけるピーク強度の少なくとも2倍の強度、任意で少なくとも3倍の強度、任意で少なくとも4倍の強度、任意で少なくとも5倍の強度、及び任意で少なくとも6倍の強度であってよい。当業者は、ピークが観測された正確な波長は、280nm~320nmまで、わずかに変化してもよいことを理解するものである。
誤解を避けるために記すと、紫外線吸収ピークの強度はこのように測定された。ポリマーの溶液または分散は蒸留水内、典型的には0.1%または0.2%(w/w)の濃度で形成された。溶液の紫外線スペクトルはそのとき、光路長10mmの石英セルを用いて、紫外線単一ビーム分光光度計(Thermo Spectronic社製)に記録され、スペクトルは溶媒/分散剤(水)に対して調整される。吸光度は、ポリマーの濃度1%(w/w)での吸光度を提供するため、好適な数(用いられた濃度に依存して、典型的には10または5)で乗算される。
当業者は、本発明の第3の態様のポリマーが、本発明の第1の態様の方法に関して記載されている特徴を取り込んでよいことを理解するものである。そのうえ、本発明の第1の態様の方法は本発明の第3の態様のポリマーの特徴を取り込んでよく、本発明の第1の態様の方法は本発明の第3の態様のポリマーを作るために用いられてよい。
本発明の第4の態様によれば、不飽和モノマーの懸濁重合における、本発明の第2または第3の態様によるポリマーの使用が提供される。ポリマーは、任意で1次沈殿防止剤として用いられる。1次沈殿防止剤は、典型的には粒子サイズを制御するため、及び粒子の凝固を制御するために用いられる。
本発明の第4の態様によれば、重合されるモノマーの分散された液状ビーズである連続相、及び本発明の第2または第3の態様によるポリマーを含む懸濁重合反応組成物が提供される。
典型的には、1次沈殿防止剤は400ppm及び1500ppmのレベルで、任意で2次沈殿防止剤0~2000ppmとの組み合わせで用いられ、正確な値は、反応器形状、攪拌、酸素レベル、(緩衝剤のような)添加剤、温度、還流冷却器の存在、その他に左右される。加えて、1次沈殿防止剤は、1を超える成分を含んでよい;例えば、72mol%加水分解PVOHを88mol%加水分解PVOHとの組み合わせで、任意で88mol%加水分解PVOHとの組み合わせで、任意でセルロース系1次沈殿防止剤の存在下で含んでよい。同様に、2次沈殿防止剤は、例えば、低加水分解ポリ酢酸ビニル(典型的には、60mol%未満)、セルロース系材料またはソルビタンモノラウレートのような非イオン界面活性剤、またはその組み合わせであってよい。連続相は水性であってよい。モノマーは、塩化ビニル、及びその共重合体のようなアルケニル化合物を含んでよい。用語「1次沈殿防止剤」及び「2次沈殿防止剤」は、当業者に公知である。1次沈殿防止剤は、典型的にはポリマー粒子の合一を制御し、それゆえ、主としてそのように形成されたポリマー粒子のサイズを規定する。2次沈殿防止剤は、典型的には、粒子形状及び多孔度のようなポリマー粒子の二次特性を規定する。そのような2次沈殿防止剤は、典型的には、(約55mol%の典型的な加水分解度をもつ)部分加水分解ポリ酢酸ビニル類を含む。
本発明の実施態様を、例示のためのみに説明する。
詳細な説明
以下の説明において、次の略語または用語が用いられている:
IPA-イソプロピルアルコール(2-プロパノール)
TTT-1,3,5-トリアリル-1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリオン
-数平均分子量
-重量平均分子量
PDI-M/M
K-K値
RA-残留アセテート(%(w/w))
DH-加水分解度(mol%)
MeOH-メタノール
VAc-ビニルアセテート
AIBN-アゾビスイソブチロニトリル
AIVN-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)
BP2EH-t-ブチルペルオキシ-2-エチルヘキサノエート
CTA-連鎖移動剤
4-L/SP-4-4リットル容積の反応器
1-L/SP-1リットル容積の反応器
UV280-濃度1%(w/w)で表明される280nmにおける紫外線吸収ピークの強度
UV320-濃度1%(w/w)で表明される320nmにおける紫外線吸収ピークの強度
DH-加水分解度(mol%)-加水分解度は、残留アセテート(RA)値から計算される。ポリマーの残留アセテート値は、知られている0.1N水酸化ナトリウム溶液の過剰で還流することによって測定される。ポリマー無しの空試験も行われる。残りの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塩酸に対して滴定される。ポリマーにおける残留アセテートは、以下の式を用いて計算される。

残留アセテート(%(w/w))=(V Blank -V Titre )×0.86
サンプルの重量
加水分解度(mol%)=
Figure 0007113617000001

4%(w/w)粘度-ポリ(ビニルアルコール)-コ-ポリ(ビニルアセテート)の4%(w/w)溶液の粘度が上記のように測定された。
TSC-全固形分。全固形分(TSC)百分率は、約-900~-1000mbar及び105℃で一時間、真空炉で乾燥させる前及び後に、材料のサンプルを秤量することによって決定される。
MH-Mark-Houwink定数
これはSECソフトウェアによってもたらされ、データ収集はVarian Inc.提供のCirrus(登録商標) Multi Online GPC / SEC Version 3.2が用いられた。データ分析は、Varian Inc.提供のCirrus(登録商標) Multi Online GPC / SEC Version 3.2を用いて行われた。
Mark-Houwink式は、ポリマーの極限粘度数及びその相対分子量の間の関係を説明するために用いられる:
「η」=K.M
そこで、
「η」=極限粘度数、並びにK及び‘a’は定数(Mark-Houwink定数と称されることが多い)であって、ポリマー及び溶媒の性質、また温度に依存し、通常、相対分子量平均の1つである(http://goldbook.iupac.org/M03706.html)。同一の温度及び濃度における同一溶媒内の所与のポリマー(及び同等の加水分解度)において、Kは不変で、指数項“a”のみがポリマーの直鎖状または枝分かれ状の性質を反映する。こういった場合、aの値の減少は、枝分かれ/ハイパーブランチの程度の増加を示すことが広く認められている。
50-これはPVCの粗粒サイズの目安であり、このように定義される。樹脂12.5gが秤量され、それぞれ315、250、200、160、100及び75の開口を有する6つの篩のスタック、及び75ミクロンの篩を通過するものは何でも回収するための回収パンに置かれる。スタックはバイブレーターに固定され、15分間振盪された。それぞれの篩における樹脂の質量は記録され、その篩によって受け止められた総質量の画分の目安を与えるため、それぞれの値は12.5で割られる。値は対数グラフにプロットされ、質量の50%に到達した値が決定される。
GSD-粗粒サイズ分布。GSDは、樹脂の質量の16%に到達した粗粒サイズ、及びを樹脂の質量の84%に到達した粗粒サイズ決定するために、D50粗粒サイズ測定のために得られたグラフを用いて決定される。その後、GSDは、質量の84%に到達した粗粒サイズと質量の16%に到達した粗粒サイズの間の違いを半減させ、その結果をD50で割ることによって計算される。
BD-嵩密度。樹脂の量は流動層乾燥機に置かれ、50℃で1時間乾燥される。樹脂は1時間冷却される。その後、樹脂は、ASTM 1895Bに準じて、漏斗を通してちょうど100cmのステンレス鋼容器に注がれる。樹脂の山を均一にするために鋭い刃が用いられ、容器が秤量される。BD(嵩密度)は、容器内の樹脂の質量及び容積から計算される。
CPA-PVCのCPA(冷可塑剤吸収量)は、樹脂2.5g及びジオクチルフタレート(可塑剤)4gを、膜を包含する容器の中に慎重に秤量することによって決定してよい。容器は、(ASTM標準と同一の値になるよう)被覆され3000rpmで1時間遠心分離される。容器は、樹脂に吸収された可塑剤の質量を決定するために再度秤量される。樹脂の質量に関連する百分率の数値を計算することができる。
PF-PVCの充填率は、樹脂の粗粒がどれほど良く互いに群がるかの目安である。
それはこのように計算される:
PF=
Figure 0007113617000002
試験前に、樹脂のサンプルはすべて、1%(w/w)ラウリル硫酸ナトリウムで二度洗浄され、50℃の炉内で一晩乾燥される。その後、樹脂は秤量され、さらに1時間炉内に置かれ、その後再度秤量される。質量がもはや1.0gを超えて減少しなくなったときにのみ、試験用に十分乾燥されたとみなされる。
本発明を、例示のためのみに説明する。
すべての材料は、さらに精製することなく、供給されたまま用いられた。AIBN(Pergan GmbHより)、IPA(Fisher Scientificより)、メタノール(Brenntag GmbHまたはMitsui & Co. Europe PLCより)及びVAc(Brenntag GmbHまたはLyondellBasell Industries N.V.より)を除いて、すべての材料はAldrich社から得た。本発明の方法の実施例は、溶液重合及び懸濁重合で実施された。まず、溶液重合を用いた本発明の方法の実施例を説明する。
A-溶液重合を用いたPVAcの生産に用いられる一般的な方法
単官能モノマー(典型的にはビニルアセテート)、多官能モノマー(この場合、TTT)、開始剤(典型的にはAIBN)、溶媒(メタノール及び/またはIPA)及びCTA(典型的にはプロパナール)は反応フラスコ(典型的には1リットルフラスコ)内で混合され、30分間窒素で脱酸素される。その後、混合物は反応温度まで加熱された(典型的には70℃)。(CTAといった)さらなる成分が添加される場合、それらは典型的には続く1時間の間に添加される(しかし、この時間は1時間より長いかもしれない)。その後、さらに4時間、反応温度で反応が行われた(それによって、反応温度での合計が5時間となる)。その後、過剰の液体は、作業可能粘度を維持するためにメタノールの一定の供給量を4時間添加して、蒸留によって除去された。
B-PVAcからのPVOHの生産
上記「A」に概して説明されている方法によって作られたPVAcは、メタノールにPVAcの45%(w/w)溶液を用いて加水分解された。典型的には、ポリマー100g当たり14mLの触媒(メタノールに10%(w/w)NaOH)が用いられた。時にはより多くの量の触媒を用いる必要がある(例 ポリマー100g当たり最大20mLの触媒(メタノールに10%(w/w)NaOH))。水酸化ナトリウム(NaOH)の溶液を用いたPVOHへのPVAcの加水分解は、例えばGB749458のように、当業者に公知であり、それは「Polyvinyl alcohol developments」、C.A.Finch編集、(C) 1992 John Wiley & Sons Ltd、第3章:Hydrolysis of Polyvinyl Acetate to Polyvinyl Alcohol、F.L. Marten;C.W. Zvanut箸、57~77頁に記載されている。本願のクレームは、それらの文献のいずれかに開示されている特徴を取り込んでよい。特に、本願のクレームは、これらの文献に記載されている、ポリマー鎖のエステルモノマー残留物の加水分解に関する特徴を含むよう補正されてよい。
誤解を避けるために記すと、記載ポリビニルアルコールの使用は、ポリ(ビニルアルコール)及び部分加水分解ポリ(酢酸ビニル)及び部分加水分解ポリ酢酸ビニル及びPVOHも網羅する。
誤解を避けるために記すと、記載ポリ酢酸ビニルの使用は、ポリ(酢酸ビニル)及びPVAcも網羅する。
上記「A」の一般的な方法を用いて作られたポリ酢酸ビニルポリマーの例を、表1に関連して説明する。「c.Ex」とラベル付けされた例は比較例で、本発明の範囲内ではない。
溶媒はIPA及び/メタノールであった。CTAはプロパナールであり、そのすべては反応混合物から最初に存在していた、即ちCTAの遅延添加はなかった。反応時間は時間で、反応温度は70℃であった。
上の実施例は、反応混合物に存在するCTA及びTTTの量が与えられ、納得のいく転化レベルは得られるが、ゲル化を阻害するためにかなりのレベルのIPAが必要であったことを例証する。
Figure 0007113617000003
NDはゲル化のため、決定されていない。
さらなる実施例を、CTAの遅延添加がゲル化を阻害することを例証する表2に関連して説明する。
Figure 0007113617000004
表2のポリマーは、上記の一般的な方法を用いて合成された。IPAini、MeOHini及びプロパナールiniは、最初に反応混合物にあるIPA、メタノール及びプロパナールの量に言及する。VAc248.8g、TTT1.20g及びAIBN9.5gもまた、反応混合物に最初から存在していた。反応混合物が反応温度の状態にされた後、1時間の間に、さらなるプロパナール(プロパナールdel)が(メタノール、ラベル付けされたMeOHdelと共に)連続的に添加された。
表2の実施例は、IPAなし、またはIPAが少ししか存在しなくても、CTAの少なくとも一部の添加を遅延することで、ゲル化されていないポリマーを得ることが可能であることを例証する。表2の実施例は、制御された添加が好ましいことを例証する:実施例25では、プロパナールの遅延添加は制御されておらずゲル化が観測されたが、実施例26では、プロパナールの遅延添加が制御されておりゲルは形成されていない。上の実施例では、IPAより低い連鎖移動定数を有し、それにより、より少ない溶媒残留物がポリマーに取り込まれるため、メタノールは好まれる溶媒である。これは、ポリマー内のカルボニル基の量を増加させるよう、より多くのCTA残留物を取り込むことが望まれるため、望ましい。
上記「A」及び「B」に概して説明されている方法によって作られたポリビニルアルコールの特性を決定するため、調査が行われた。作られたポリビニルアルコールの例を、表3に関連して説明する。別段の規定がない限り、表3の実施例のビニルアセテートのポリマーは、反応混合物に最初から存在するVAc248.8g、TTT1.20g、AIBN9.5g及びプロパナール6.79g及びMeOH213.9gを用いて、プロパナール23.5gが1時間の間反応混合物に連続的に添加され、反応はプロパナールが添加された後、さらに4時間反応温度で維持して、70℃で合成された。このようにして得られたポリ酢酸ビニル類はその後、ポリビニルアルコールを形成するため加水分解された。
Figure 0007113617000005
比較例2 TTTなし、プロパナールini=5.82g、プロパナールdel=20.6g
比較例3 TTTなし、VAc=300g、プロパナールini=5.82g、プロパナールdel=20.6g
実施例27 TTT0.7g
実施例28 VAc=265g、プロパナールdel=25g
実施例29 MeOHini=163.9g、MeOHdel=50g
比較例4 プロパナールの代わりに用いられたIPA、IPAini=24.4g、IPAdel=100g
実施例32 MeOHini=163.9g、TTT=1.45g、プロパナールini=8.5g、プロパナールdel=24.5g、MeOHdel=50g
実施例33 TTT=1.7g、「アリコート添加」プロパナールの添加(5.66gをt=10-20-30-40-50-60分で)
下付きの「ini」の使用は、反応混合物に最初から存在している特定成分の量に言及している。下付きの「del」の使用は、遅延添加の対象となる成分の量に言及している。
上の表3に掲げられているパラメーターは、ポリ酢酸ビニル類について測定されたK値を除いて、ポリビニルアルコールについて測定された。
表3の実施例は、相応に大量のCTAを用いることによって、高いTTT濃度でポリマーをつくることが可能であることを例証している。その際、CTAの少なくとも一部の添加が、遅延及び制御されている。例えば、実施例38では、最初にプロパナール10.1g、及びその後約1時間の間に43gが添加された。表3の実施例は、さらに、TTTの量を増加させることは、280nmにおける紫外線吸収ピークの強度を増加させることを例証し、-(C=C)C=O種の濃度は使用されるTTT量で増加することを示している。320nmにおける紫外線吸収ピークの強度は、使用されるTTT量で明らかには増加せず、(C=C)C=O種の濃度は著しく増加していないことを示している。さらに、320nmにおいて観測された小さなピークは、ポリマーの白色呈色と矛盾していない。Mark-Houwink定数は使用されるTTT量の増加で減少し、TTTの増加はより多くの枝分かれにつながることを示している。ポリ酢酸ビニルを(1リットル反応器に対して)4リットル反応器で作る効果を調査するため、さらなる実験が実施された。
Figure 0007113617000006
ポリ酢酸ビニルは、表3の実施例に関する上記に概して説明されている方法を用いて作られた。その後、ポリ酢酸ビニル類は上記「B」のように加水分解された。280nmにおける紫外線吸収ピークの強度は、使用されるTTT量で増加する。ポリビニルアルコールの溶液の粘度は概して低く、ポリマーの枝分かれ特性が加水分解後保たれていることを示している。GPC分析のために、ポリマーのサンプルが6つ提示された。
Figure 0007113617000007
上記の方法を、トリ-不飽和モノマーTTTの代わりに、他のトリ-不飽和モノマー群を使用するよう適合できるかを決定するため、実験が実施された。ジアリルマレエート(「DAM」)を用いて作られるポリビニルアルコールの例を、表5に関連して説明する。
Figure 0007113617000008
*Ex.38-DAMではなく、TTT使用
ポリ酢酸ビニル類は、上記に概して説明されている方法を用いて作られた。反応はすべて、70℃でVAc=248.8g、MeOH=214g、AIBN=9.5g及びDAM1.9gで実施された。CTA(プロパナール)は1時間の間に添加され、その後、反応混合物はさらに4時間の間、反応温度で保持された。開始時に添加されたプロパナールの最初の装填量は、実施例40、41及び42においてそれぞれ、10.1g、10.1g及び11.0gであった。1時間の間に、プロパナールのさらなる量(実施例40、41及び42においてそれぞれ、43.0g、47.6g及び60.0g)が添加された。
ゲル生成を避けるためには、DAMを用いた場合、TTTを用いた場合より、より多くの量のプロパナールが要求されることが観測された。UV280吸収ピークの強度は、TTTを用いて作られたポリマーよりDAMを用いて作られたポリマーの方がわずかに大きく、わずかに大きい(C=C)C=O部分の濃度を示している。(DAMを用いて作られた)実施例42のK値は、(TTTを用いて作られた)実施例38のそれよりも大きいが、4%粘度測定は類似しており、枝の一部が加水分解の間に切断されたであろうことを示している。単官能モノマー及び選択的に多官能モノマーの遅延供給の効果が調査され、以下表6に結果が示されている。
Figure 0007113617000009
NDは、未決定である。
実施例43 初期混合物 MeOH=250g、VAcini=200g、TTT=1.2g、AIBN=9.5g、プロパナールini=6.79g。プロパナール=33.8g及びVAc=100gの遅延添加
実施例44 初期混合物 MeOH=250g、VAcini=200g、TTT=1.2g、AIBN=9.5g及びプロパナールini=6.79g。 Delayed addition of プロパナール=25g及びVAc=100gの遅延添加

実施例45 初期混合物 MeOH=250g、VAcini=200g、TTT=1.2g、AIBN=9.5g及びプロパナールini=6.79g。Delayed addition of プロパナール=25g及びVAc=50gの遅延添加
実施例46-48 初期混合物 MeOH=250g、VAcini=50g、AIBN=9.5g 及びプロパナールini=10.lg。プロパナール=43g、TTT=2.15g及びVAc=199gの遅延添加
実施例48 要求の加水分解レベルは達成されなかった
実施例49 初期混合物 MeOH=250g、VAcini=50g、AIBN=9.5g及びプロパナールini=10.lg。TTT=2.15g及びVAc=199gの遅延添加。VAc及びTTTの遅延供給とは別に、プロパナール=43gの遅延添加
それぞれの場合の供給時間は、遅延成分が添加された時限を示している。総反応時間(供給時間を含む)は、それぞれの場合において5時間であった。上の多数の実施例は、溶液重合を用いて作られたポリ酢酸ビニル類及びポリビニルアルコール類の合成及び性質を例証する。
ポリマー性質への開始剤の種類の影響が調査された。
以下の表7のポリマーは、上記「A」及び「B」の一般的な方法を用い合成され、及び特徴付けられた。実施例のビニルアセテートのポリマーは、反応混合物に最初から存在するVAc248.8g、TTT2.15g、プロパナール10.1g及びMeOH(典型的には214gだが、実施例により異なる)を用いて;プロパナール43gが1時間の間反応混合物に連続的に添加されて、典型的には70℃で重合された。重合はすべてのプロパナールが添加された後、さらに4時間反応温度で維持された。開始剤及び開始剤装填方法を以下に記載する。このようにして得られたポリ酢酸ビニル類はその後、先に記載の一般的な方法によりポリビニルアルコールに加水分解された。
Figure 0007113617000010
3欄目の「I」は「開始剤」を示す。
以下の実施例101~106では、下付きの「ini」は、最初に反応混合物にある量に言及している。
実施例101 AIBNini=4.94g。AIBN=1.14gを1アリコートとして、45分間の重合後添加。
実施例102 MeOHini=209g、AIVNini=6.5g。MeOH5gに溶解したAIVN=1.5gを1アリコートとして、45分間の重合後添加。
実施例103 BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5g及びさらなるアリコートを、それぞれ45分間及び1時間30分間の重合後添加。
実施例104 BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5gを1アリコートとして、45分間の重合後添加。Ex.104の非加水分解性のポリ酢酸ビニルは、M=3,700g・mol-1、M=334,900g・mol-1、PDI=91、MH=0.42を有していた。
実施例105 MeOHini=194g、BP2EHini=1.5g。MeOH20gに溶解したBP2EH=2gが遅延様式で、しかし2時間30分の間に連続的に添加された。
実施例106 MeOHini=194g、BP2EHini=0.5g。 MeOH20gに溶解したBP2EH=1.5gが遅延様式で、しかし2時間30分の間に連続的に添加された。
表7より、異なる開始剤、またはビニルアセテートへの開始剤の異なるモル量、または開始剤の添加における異なるプロトコルの使用は、ポリ酢酸ビニル類及びポリビニルアルコール類の性質に劇的に影響しなかったことがわかる。UV280吸収ピークの強度、K値及び4%溶液粘度測定値はすべて類似しており、先に記載されているそれらと類似している。
表7の実施例は、フリーラジカルを生じさせることができる種々の開始剤を用いて、ゲル化されておらず、最終的なポリビニルアルコールの性質を維持しているポリマーを作ることが可能であることを例示している。さらに、重合開始時に、最初のモノマー装填に前記開始剤を添加する、または開始剤の初期及び遅延装填両方の組み合わせのいずれかによって、十分に高いUV吸収値を発生させ得る。
Figure 0007113617000011
非加水分解性のポリ酢酸ビニル
表7.1に示すデータは、ハイパーブランチであるポリ酢酸ビニルの形成を確証する。
連鎖移動剤を変える効果が調査された。
Figure 0007113617000012
実施例104及び108はプロパナールを用い、Ex.109及び111はブチルアルデヒドを用いた。
実施例104 プロパナールini=10.lg、プロパナールdel=43.0g
実施例108 プロパナールini=8.0g、プロパナールdel=34.0g
実施例109 ブチルアルデヒドini=12.54g、ブチルアルデヒドdel=53.4g
実施例110 ブチルアルデヒドini=10.1g、ブチルアルデヒドdel=43.0g
実施例111 ブチルアルデヒドini=11.6g、ブチルアルデヒドdel=49.5g
ポリ酢酸ビニル類は、上記の一般的な方法を用いて作製された。反応はすべて、反応混合物に最初から存在するVAc=248.8g、BP2EH=3.5g、TTT=2.15g、MeOH=214g及び連鎖移動剤の初期量(下付きの「ini」によって示されている)を用いて、(下付きの「del」で表示されている)連鎖移動剤の量が1時間の間重合反応混合物に連続的に添加されて、70℃で実施された。重合反応は、連鎖移動剤がすべて添加された後、さらに4時間70℃で維持される。
BP2EH1.5gのアリコートが、45分間の重合後添加された。
表8に示す結果は、(同等のモル基準で)連鎖移動剤としてブチルアルデヒドがプロパナールに代用された場合に、UV280吸収ピークの強度が相当に増加したことを示す。理論に拘束されることなく、この観測は、ブチルアルデヒドが用いられた場合に、要望の(C=C)C=O部分のより高い濃度が存在することを示す。(ブチルアルデヒドを用いて作られた)Ex.109及びEx.110で得られたK値及び4%溶液粘度値は、それぞれ、(プロパナールを用いて作られた)Ex.107及びEx.108のそれらよりも低かった。理論に拘束されることなく、これはブチルアルデヒドと起こっているより多くの連鎖移動反応と矛盾しない。
Figure 0007113617000013
表8.1に示すデータは、ハイパーブランチであるポリ酢酸ビニルの形成を確証する。
上記「A」及び「B」の一般的な方法論を用いて、異なる重合プロトコルが調査された。
Figure 0007113617000014
実施例112 MeOH=200g、VAcini=100g、TTTini=0.7g、BP2EHini=3.5gの初期混合物。BP2EH=1.5gが45分間の重合後に添加された。重合開始後1時間の間に添加された、MeOH=14g、TTT=1.45g及びVAc=148.8gの遅延添加。重合開始後1時間の間の、VAc及びTTTの遅延供給とは別の、プロパナール=36.5gの遅延添加。
実施例113 初期混合物 MeOH=214g、VAcini=l00g、TTTini=0.7g、BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5gがアリコートとして、45分間の重合後に添加された。重合開始後1時間の間に添加された、TTT=1.45g及びVAc=148.8gの遅延添加。重合開始後1時間の間の、VAc及びTTTの遅延供給とは別の、プロパナール=32.9gの遅延添加。
実施例114 初期混合物 MeOH=210g、VAcini=248.8g、TTTini=0.71g、BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5gがアリコートとして、45分間の重合後に添加された。2gMeOH中のTTT=0.72gの多重添加、重合開始後45分後に1回、及び1時間15分後に1回、が行われた。その重合開始後1時間30分の間に、プロパナール=43gの遅延添加が行われた。
実施例115 初期混合物 MeOH=210g、VAcini=248.8g、TTTini=0.71g、BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5gがアリコートとして、45分間の重合後に添加された。2gMeOH中のTTT=0.72gの多重添加、重合開始後45分後に1回、及び1時間15分後に1回、が行われた。重合開始後1時間30分の間に、プロパナール=30.6gの遅延添加が行われた。
実施例116 初期混合物 MeOH=196.2g、VAcini=248.8g、BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5gが45分間の重合後に添加された。重合開始後1時間の間に、MeOH=21.4g及びTTT=2.15gの遅延添加が行われた。TTTの遅延供給とは別に、重合開始後1時間の間にプロパナール=43gの遅延添加も行われた。
実施例117 初期混合物 MeOH=856gであり、VAc=995.2g、TTT=8.6g、BP2EHini=14g、プロパナール=127.6gの混合物が形成された。重合開始前に、混合物の20wt%が反応器に初期装填され、混合物の残りの80%は2時間30分の間に遅延添加として添加された。その後、バッチは、80℃で2時間30分間煮沸された。
実施例118 初期混合物 MeOH=210g、VAcini=248.8g、TTTini=0.71g、BP2EHini=3.5g。BP2EH=1.5がアリコートとして、45分間の重合後に添加された。2gMeOH中のTTT=0.72gの多重添加、重合開始後45分後に1回、及び1時間15分後に1回、が行われた。重合開始後1時間30分の間に、プロパナール=34.0gの遅延添加が行われた。
Figure 0007113617000015
表9.1に示すデータは、ハイパーブランチであるポリ酢酸ビニルの形成を確証する。
本発明のポリマーのさらなる実施例は、懸濁重合プロセスを用いて合成された。
C-PVAcを形成する懸濁重合
O1200g、塩化ナトリウム216g、セルロースエーテル1.36g、炭酸ナトリウム0.44g、テトラピロ燐酸ナトリウム4.44g、炭酸水素ナトリウム7.28g、蟻酸0.4ml及び脱泡剤0.6mLが装填され、4リットル反応器で30分の間、30℃で混合された。VAc900g、TTT5.8g及びプロパナール89.8gの溶液が添加され、水槽は59℃に上昇した。59℃で10分間の後、VAc100gに可溶化されたAIBN35gが添加され、温度は72℃に設定された。還流終了後、懸濁液は88℃で30分間維持され、その後、120℃で1時間45分間蒸留された。一旦反応が40℃に冷却すると、塩化ナトリウム44gが添加され、冷却前に、反応媒体は1時間攪拌された。
D-懸濁重合によって作られたPVAcからのPVOHの形成
上の「C」により作られたビーズは抽出され、水で洗浄され、一晩乾燥された。45%(w/w)でビーズをメタノールに溶解することによって溶液が作製された。その後この溶液は、ポリマー100g当たり、(溶液重合に関し、上に記載の通り)メタノール性水酸化ナトリウム(10%(w/w))14mLを用いて、加水分解に用いられた。
表10の実施例は、懸濁重合プロセスを用いたPVAc及びPVOHの生産を例示している。
Figure 0007113617000016
表10の実施例は、懸濁重合を用いて本発明のポリ酢酸ビニル類及びポリビニルアルコール類を作ることができることを例示している。さらに、ゲル化を妨げるために、CTAの遅延供給は要求されない。理論に拘束されることなく、これは、CTA及びモノマー間の接触を減らす、水に対するプロパナールの比較的高い溶解性の結果かもしれない。
上記のポリビニルアルコールの例の一部は、1リットル反応器または10リットル反応器のいずいれにおいても、懸濁PVC重合プロセスの1次沈殿防止剤として用いられた。
1リットル反応器条件
次の配合に基づいて、ポリ(塩化ビニル)組成物の様々なサンプルが作製された:
Figure 0007113617000017

脱イオン水、沈殿防止剤、緩衝剤及び開始剤はすべて、(Synthomer(UK)Ltd.提供のAlcotex(登録商標)225Build-Up suppressantで前もって塗装された)1リットルBuchiステンレス鋼反応器に装填され、リグに組み付けられた。表11の配合は、典型的な商品と矛盾しない最終的な粗粒サイズとなるよう、設計された。その後、反応器に圧力試験が行われ、大気までガス抜きされ、その後、塩化ビニルモノマーが容積ボンベ経由にて窒素圧下で装填された。塩化ビニルの懸濁液が、約750rpmの攪拌下で作製された。その後、反応器は750rpmでの攪拌下において6分以内で、57℃の範囲内で要望の重合温度に加熱され、約750rpmでの攪拌が継続され、最大圧が記録され、反応は(大気圧まで冷却及びガス抜きすることによる)0.2MPaの圧力低下後、停止した。その後、反応器は、45分間、およそ50kPaの真空にさらされた。その後、反応器内容物は(帯電防止処理として)濾過用漏斗にデカントされ、1%(w/w)ラウリル硫酸ナトリウム溶液で二度洗浄された。その後、サンプルは乾燥のため、50℃で12時間、循環ファン炉に置かれた。その後、PVC分析が行われ、その結果が表12に示されている。
1リットル反応器において得られた結果が、以下表12に示されている。
Figure 0007113617000018
比較例6=Alcotex(登録商標)B72-Synthomer(UK)Limitedから入手可能
比較例7=Alcotex(登録商標)80-Synthomer(UK)Limitedから入手可能
当業者は、表12及び13に用いられているTTT:VAc、DH、UV280及びUV320が沈殿防止剤として用いられているPVOHの性質に言及しており、D50、GSD、CPA、BD及びPFがポリ塩化ビニル(PVC)の性質であることを理解するものである。
10リットル反応器条件
モノマーは塩化ビニルであった。実施例のPVOHは1300ppmで添加された。2次沈殿防止剤は用いられなかった。緩衝剤は(1%(w/w)炭酸水素ナトリウム溶液として)200ppmであった。開始剤は、1000ppmのジ(4-t-ブチルシクロヘキシル)パーオキシジカーボネートであった。Alcotex(登録商標)225Build-Up suppressantで塗装された10リットルステンレス鋼反応容器における反応温度は57℃であり、標準的な撹拌機が攪拌機速度600rpmで作業している。
10リットル反応器を用いて得られた結果が、以下表13に示されている。
Figure 0007113617000019
比較例8=Alcotex(登録商標)72.5-Synthomer(UK)Limitedから入手可能
比較例9=Alcotex(登録商標)78-Synthomer(UK)Limitedから入手可能
表12及び13のデータは、本発明のポリビニルアルコール類が、PVC生産において1次沈殿防止剤として首尾よく働いたことを示唆する。
データはさらに、本発明のポリビニルアルコール類が、PVCの粗粒サイズを減らすことに関し明確な効果を有することを示す。理論に拘束されることを望むことなく、これは、ポリビニルアルコールの高度に枝分かれした性質、及び-(C=C)C=O部分の存在の両方と関連していることが期待される。実に、UV280ピークの強度とD50によって測定された粗粒サイズの間に逆相関がある、即ち、UV280ピークの強度が大きいほど粗粒サイズは小さいようである。さらに、本発明のポリビニルアルコール類は、典型的には白、またはオフホワイトであり、黄、橙または茶ではない。この呈色の欠如は望ましいだろう。
本発明を特定の実施態様に関連して説明及び例示してきたが、ここに具体的に例示されていない多数の異なるバリエーションに発明そのものが適することを、当業者は認識するであろう。例示のためのみに、一定の可能なバリエーションを説明する。
上の実施例のポリマーは、1つの単官能モノマー及び1つの多官能モノマーから作られる。当業者は、1を超える単官能モノマー及び/または1を超える多官能モノマーが用いられてよいことを理解するものである。
上の実施例は、単官能モノマーとしてのビニルアセテートの使用を例示する。
当業者は、(アクリレート類のような)他の単官能モノマー群がコモノマーとして用いられ得ることを理解するものである。
同じように、上記実施例以外の多官能モノマー群が用いられ得る。上の実施例は、連鎖移動剤としてのプロパナールまたはブチルアルデヒドの使用を例示する。連鎖移動剤類を包含する他のカルボニル基が用いられ得る。
本願において実証されているPVC重合の例は、コールドチャージとして周知の種類であり、1次及び2次沈殿防止剤が一連の装填の始めから存在している。他の方法が知られている。通常、水、保護コロイド(類)及び更なる任意の添加剤がまず反応器装填にされ、その後、液化された塩化ビニルモノマー及び任意のコモノマー(類)が添加される。任意で、水相の一部またはすべてを包含する予熱された反応器への保護コロイドの装填は、塩化ビニルモノマーと同時であってよい。任意で、保護コロイドの装填は、水、コロイド(類)及び(塩化ビニルのような)モノマーが装填されるまでには反応器が要望の重合温度またはその付近であるといった方法で水相を形成する、温かい脱イオン水の一部またはすべてと同時であってよい。このプロセスは「ホットチャージ」として周知である。任意で、その後、開始剤は反応器に装填される。
さらに、PVC重合において1次沈殿防止剤として用いられ得るポリビニルアルコール類は、PVC重合において用いられ得る開始剤の分散を安定化するためにも用いられ得ることは、技術水準において周知である、例えばWO9818835参照。
ポリビニルアルコールの1次沈殿防止剤は、のような他の1次保護コロイド類、並びに2次及び3次保護コロイド類と併せて用いられてよい。保護コロイド類の具体的な例は、Ullmann‘s Encyclopedia of Industrial Chemistry、第5版、1992、722ページ、表3に掲げられている。
先の記載において、周知、明白または予測可能な均等物を有する整数または要素が述べられている場合、そのような均等物は、個々に明らかにされたかのようにここに取り込まれる。そのような均等物を網羅すると解釈されるべき、本発明の本来の範囲を決定するため、クレームが参照されるべきである。好ましい、有利、好都合等として記載されている本薄明の整数または特徴は、任意であり独立クレームの範囲を限定しないことも読者は認識するであろう。また、そのような任意の整数または特徴は、発明の実施態様の一部における可能性のある利点であるとはいえ、他の実施態様において望ましくないかもしれず、そのため見られないかもしれないことが理解されている。

Claims (23)

  1. フリーラジカル重合を用いた(C=C)-(C=C)-CO基を含む枝分かれポリマーの製造方法であって、該方法は:
    (i)混合物において、モノマー当たり1つの重合性炭素-炭素二重結合を含む任意で置換されたアルケニルアルカノエートを含む少なくとも1つの単官能モノマー、モノマー当たり少なくとも2つの重合性炭素-炭素二重結合を含む少なくとも1つの多官能モノマー、アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも1つの連鎖移動剤、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤を備え;
    (ii)フリーラジカル重合を用いて該混合物からポリマーを形成し;
    (iii)該ポリマーを加水分解し、加水分解ポリマーを形成することを含み;
    多官能モノマーのモル数に対するアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数の比が、少なくとも10:1及び300:1以下である、
    ポリマーがゲルでない枝分かれポリマーの製造方法。
  2. アルデヒド類またはケトン類を含む少なくとも1つの連鎖移動剤が、炭素数1~6を含む、請求項1に記載の方法。
  3. アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の量が、単官能モノマーの量の少なくとも5モル%及び50モル%以下である、請求項1または2に記載の方法。
  4. アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の量が、単官能モノマーの量の10~45モル%である、請求項3に記載の方法。
  5. 多官能モノマーのモル数に対するアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤のモル数の比が、30:1~300:1であって、任意で50:1~250:1であって、任意で60:1~200:1である、請求項1~4のいずれかに記載の方法。
  6. 重合反応開始時に、実質的にすべてのアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤は、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤(存在する場合)の1以上と混合される、請求項1~5のいずれかに記載の方法。
  7. 該方法は、少なくとも一部のアルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の添加を遅らせる方法を含む、請求項1~5のいずれかに記載の方法。
  8. アルデヒド類またはケトン類を含む連鎖移動剤の少なくとも0.0001%の添加を遅らせることを含む、請求項7に記載の方法。
  9. 0.001~70の間の転化率で前記連鎖移動剤を少なくとも0.001%添加することを含む、請求項8に記載の方法。
  10. 実質的にアルデヒド類又はケトン類を含む連鎖移動剤が、重合反応の開始時に反応混合物に添加されていない、請求項7に記載の方法。
  11. 該単官能モノマーの転化率が60%に到達する前に、前記連鎖移動剤を少なくとも50%添加することを含む、請求項7~10のいずれかに記載の方法。
  12. 重合反応開始前に、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤(存在する場合)の1以上との混合において、アルデヒド類またはケトン類を含む該連鎖移動剤の少なくとも一部分を備えることを含む、請求項7~のいずれかに記載の方法。
  13. 重合反応開始前に、少なくとも1つの単官能モノマー、少なくとも1つの多官能モノマー、及び任意で少なくとも1つの重合開始剤(存在する場合)の1以上との混合において、アルデヒド類またはケトン類を含む該連鎖移動剤の少なくとも5%を備えることを含む、請求項7~9及び12のいずれかに記載の方法。
  14. それぞれの単官能モノマーが1つ(及び唯一)の重合性炭素-炭素二重結合を含む、1を超える単官能モノマーを備えることを含む、請求項1~13のいずれかに記載の方法。
  15. 少なくとも1つの多官能モノマーは、2官能モノマー、3官能モノマーまたは4官能モノマーまたは5官能モノマーを含む、請求項1~14のいずれかに記載の方法。
  16. 多官能モノマーの量は、該単官能モノマー含有量の少なくとも0.05mol%及び2mol%以下である、請求項1~15のいずれかに記載の方法。
  17. 多官能モノマーの量は、該単官能モノマー含有量の0.1~0.5mol%である、請求項16に記載の方法。
  18. 溶液重合を含む方法であって、溶液重合は、単一溶媒、または溶液重合で用いられる溶媒が第1の連鎖移動定数を有する第1の溶媒成分及び第2の連鎖移動定数を有する第2の溶媒成分の混合物からなり、該第2の連鎖移動定数が該第1の連鎖移動定数の少なくとも5倍である溶媒のいずれかである、請求項1~17のいずれかに記載の方法。
  19. 懸濁重合を含む、請求項1~18のいずれかに記載の方法。
  20. 0℃を超える温度で重合が行われる、請求項1~19のいずれかに記載の方法。
  21. 少なくとも60mol%の加水分解度を有する加水分解ポリマーを形成するために、該ポリマーは加水分解されている、請求項1~20のいずれかに記載の方法。
  22. 該ポリマーは、320nmにおけるそれの少なくとも3倍の紫外線吸光度を280nmで有する、請求項1~21のいずれかに記載の方法。
  23. 多官能モノマーの量は、該単官能モノマー含有量の5モル%以下である、請求項1~15のいずれかに記載の方法。
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