JP7259296B2 - Modified polyvinyl alcohol resin and method for producing the same - Google Patents

Modified polyvinyl alcohol resin and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、変性ポリビニルアルコール系樹脂に関し、更に詳しくは、脂肪族ポリエステルがグラフトされた変性ポリビニルアルコール系樹脂およびその製造方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a modified polyvinyl alcohol-based resin, and more particularly to a modified polyvinyl alcohol-based resin grafted with an aliphatic polyester and a method for producing the same.

ポリビニルアルコール系樹脂(以下、「PVA系樹脂」と称することがある。)は、水酸基を有するため、水への親和性が高く、水溶性である。また、かかる水酸基の水素結合により、分子鎖間の結合力が強く、結晶性が高い樹脂である。
結晶性が高いため、ガスバリア性が高く、包装材等のバリア性が求められる用途として有用である一方、結晶性が高いために、柔軟性が低下し、ピンホール等が生じやすいという欠点があった。
Polyvinyl alcohol-based resins (hereinafter sometimes referred to as “PVA-based resins”) have hydroxyl groups, so they have a high affinity for water and are water-soluble. In addition, the hydrogen bond of the hydroxyl group provides a strong bonding force between molecular chains, making the resin highly crystalline.
Due to its high crystallinity, it has high gas barrier properties and is useful for applications that require barrier properties such as packaging materials. rice field.

そこで、柔軟性の向上を目的とし、PVA系樹脂に、ラクトン単量体を付加重合した、ラクトン変性PVA系樹脂が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。かかるラクトン変性PVA系樹脂は、融点が低く、溶融成形にも適している。 Therefore, for the purpose of improving flexibility, a lactone-modified PVA-based resin obtained by addition-polymerizing a lactone monomer to a PVA-based resin has been proposed (see, for example, Patent Document 1). Such a lactone-modified PVA-based resin has a low melting point and is suitable for melt molding.

他にも、溶融成形に適したPVA系樹脂として、側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂やオキシアルキレン基含有PVA系樹脂が提案されている(例えば、特許文献2、3参照。)。 In addition, as PVA-based resins suitable for melt molding, PVA-based resins having 1,2-diol structures in side chains and PVA-based resins containing oxyalkylene groups have been proposed (see, for example, Patent Documents 2 and 3). .).

特開平08-151411号公報JP-A-08-151411 特開2008-208347号公報JP 2008-208347 A 特開2015-117286号公報JP 2015-117286 A

しかしながら、従来のラクトン変性PVA系樹脂は、変性されていないPVA系樹脂を溶融混練し、ラクトン変性するため、ガスバリア性の高い、ケン化が高いPVA系樹脂を用いることが溶融成形性の点で困難であり、溶融成形が比較的容易なケン化度の低いPVA系樹脂を用いることとなり、ガスバリア性については満足いくものではなかった。
また、ケン化度が低いPVA系樹脂に、疎水基であるラクトン基で変性するため水溶性が劣るという問題があった。
そこで、溶融成形が比較的容易で、ガスバリア性にも優れ、水溶性にも優れる、側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂が提案されている。しかしながら、かかる側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂は、生分解性と溶融成形性については、まだまだ改善の余地があった。
そこで、本発明は、ガスバリア性と水溶性と生分解性、3つの性能を有する変性PVA系樹脂を提供することを目的とする。
However, conventional lactone-modified PVA-based resins are melt-kneaded with unmodified PVA-based resins and lactone-modified. However, the gas barrier property was not satisfactory because PVA-based resin with a low degree of saponification, which is relatively easy to melt and mold, was used.
Moreover, since the PVA-based resin having a low degree of saponification is modified with a lactone group, which is a hydrophobic group, there is a problem of poor water solubility.
Therefore, a PVA-based resin having a 1,2-diol structure in a side chain has been proposed, which is relatively easy to melt-mold, has excellent gas barrier properties, and is also excellent in water solubility. However, such a PVA-based resin having a 1,2-diol structure in its side chain still has room for improvement in terms of biodegradability and melt moldability.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a modified PVA-based resin having three properties of gas barrier properties, water solubility and biodegradability.

本発明者は鋭意検討を重ねた結果、特定の構造単位を有する変性PVA系樹脂が上記の課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies, the present inventors have found that a modified PVA-based resin having a specific structural unit can solve the above problems, and completed the present invention.

即ち、本発明の要旨は、構造単位(A)及び構造単位(B)を主鎖に有する変性ポリビニルアルコール系樹脂であって、
構造単位(A)は、下記一般式(1)で表れる構造単位であり、
構造単位(B)は、側鎖の末端に水酸基を有するアルキル基を有する構造単位であることを特徴とする変性ポリビニルアルコール系樹脂に関するものである。

Figure 0007259296000001
(化学式(1)中、Xはヘテロ原子を有する有機鎖を表し、nは正の整数を表す。) That is, the gist of the present invention is a modified polyvinyl alcohol resin having a structural unit (A) and a structural unit (B) in its main chain,
Structural unit (A) is a structural unit represented by the following general formula (1),
The structural unit (B) relates to a modified polyvinyl alcohol-based resin characterized by being a structural unit having an alkyl group having a hydroxyl group at the end of a side chain.
Figure 0007259296000001
(In chemical formula (1), X represents an organic chain having a heteroatom, and n represents a positive integer.)

更に本発明は、上記の変性PVA系樹脂の製造方法をも提供するものである。 Furthermore, the present invention also provides a method for producing the above-mentioned modified PVA-based resin.

本発明の変性PVA系樹脂を用いて得られた溶融成形物は、柔軟性と生分解性に優れる。また、ガスバリア性も保持しているため、各種包装材として有用である。 A melt-molded article obtained using the modified PVA-based resin of the present invention is excellent in flexibility and biodegradability. In addition, since it also retains gas barrier properties, it is useful as various packaging materials.

本発明の変性PVA系樹脂のH-NMRチャート 1 H-NMR chart of the modified PVA-based resin of the present invention 本発明の変性PVA系樹脂の13C-NMRチャート 13 C-NMR chart of the modified PVA-based resin of the present invention

以下、本発明の発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は下記実施態様に限定されるものではない。 The invention of the present invention will be described in more detail below, but the invention is not limited to the following embodiments.

[変性PVA系樹脂]
本発明の変性PVA系樹脂は、構造単位(A)及び(B)を有する変性ポリビニルアルコール系樹脂であって、
構造単位(A)は、下記一般式(1)で表され、主鎖に結合し、
構造単位(B)は、側鎖の末端に水酸基を有するアルキル基を有する構造単位であることを特徴とする変性ポリビニルアルコール系樹脂である。

Figure 0007259296000002
[Modified PVA-based resin]
The modified PVA-based resin of the present invention is a modified polyvinyl alcohol-based resin having structural units (A) and (B),
Structural unit (A) is represented by the following general formula (1), is bound to the main chain,
Structural unit (B) is a modified polyvinyl alcohol-based resin characterized by being a structural unit having an alkyl group having a hydroxyl group at the end of a side chain.
Figure 0007259296000002

(化学式(1)中、Xはヘテロ原子を有する有機鎖を表し、nは正の整数を表す。) (In chemical formula (1), X represents an organic chain having a heteroatom, and n represents a positive integer.)

まず、構造単位(A)について説明する。
化学式(1)において、Xはヘテロ原子を有する有機鎖を表す。ヘテロ原子としては、例えば、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等が挙げられる。これらのうち工業的観点からは、ヘテロ原子は酸素原子、窒素原子又は硫黄原子が好ましく、特には酸素原子が好ましい。
First, the structural unit (A) will be explained.
In chemical formula (1), X represents an organic chain having a heteroatom. Heteroatoms include, for example, an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, a silicon atom, and the like. Among these, from an industrial point of view, the heteroatom is preferably an oxygen atom, a nitrogen atom or a sulfur atom, and particularly preferably an oxygen atom.

更に、Xは製造上の観点から、カルボニル基を起点として置換基を有していてもよい炭化水素鎖を有し、繰り返し末端に置換基を有していてもよいヘテロ原子を有する有機鎖であることが好ましい。また、Xはカルボニル基を起点として、少なくとも繰り返し末端にヘテロ原子を有していれば、他にヘテロ原子を有していてもよい。 Furthermore, from the viewpoint of production, X is an organic chain having a hydrocarbon chain which may have a substituent starting from a carbonyl group and having a hetero atom which may have a repeating group at the end. Preferably. In addition, X may have another heteroatom as long as it has a heteroatom at least at the repeating end of the carbonyl group as a starting point.

上記置換基を有していてもよい炭化水素鎖をRx、繰り返し末端に有する置換基を有していてもよいヘテロ原子をZとした場合、化学式(1)は下記化学式(2)で表される。 When the hydrocarbon chain that may have a substituent is Rx, and the heteroatom that may have a substituent at the repeating end is Z, chemical formula (1) is represented by the following chemical formula (2). be.

Figure 0007259296000003
Figure 0007259296000003

(化学式(2)中、Rxは置換基を有していてもよい炭化水素鎖を表し、Zは置換基を有していてもよいヘテロ原子を表し、nは正の整数を表す。) (In chemical formula (2), Rx represents an optionally substituted hydrocarbon chain, Z represents an optionally substituted heteroatom, and n represents a positive integer.)

化学式(2)において、Zが酸素原子の場合、繰り返し単位としては-CO-Rx-O-が挙げられ、Zが窒素原子の場合、繰り返し単位としては-CO-Rx-NH-、-CO-Rx-NR-が挙げられ、Zが硫黄原子の場合、繰り返し単位としては-CO-Rx-S-が挙げられる。なお、炭化水素及びヘテロ原子が有していてもよい置換基としては、例えば、メチル基やエチル基等のアルキル基や芳香環等のアリール基、アセチル基等のアシル基等が挙げられる。すなわち、前記-Rx-NR-におけるRはメチル基やエチル基等のアルキル基や芳香環等のアリール基、アセチル基等のアシル基を表す。
これらの中でも、ガスバリア性を向上させるという観点から、繰り返し単位としては、-CO-Rx-O-、-CO-Rx-NH-又は-CO-Rx-S-が好ましく、特にはZが酸素原子であることが好ましく、具体的には、繰り返し単位が-CO-Rx-O-の場合、化学式(1)は下記化学式(3)で表される。
In the chemical formula (2), when Z is an oxygen atom, the repeating unit includes -CO-Rx-O-, and when Z is a nitrogen atom, the repeating unit is -CO-Rx-NH-, -CO- Rx-NR 1 -, and when Z is a sulfur atom, repeating units include -CO-Rx-S-. Examples of substituents that the hydrocarbon and heteroatom may have include alkyl groups such as methyl and ethyl groups, aryl groups such as aromatic rings, and acyl groups such as acetyl groups. That is, R 1 in -Rx-NR 1 - represents an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group, an aryl group such as an aromatic ring, or an acyl group such as an acetyl group.
Among these, from the viewpoint of improving gas barrier properties, the repeating unit is preferably -CO-Rx-O-, -CO-Rx-NH- or -CO-Rx-S-, and particularly Z is an oxygen atom. Specifically, when the repeating unit is -CO-Rx-O-, the chemical formula (1) is represented by the following chemical formula (3).

Figure 0007259296000004
Figure 0007259296000004

(化学式(3)中、Rxは置換基を有していてもよい炭化水素鎖を表し、nは正の整数を表す。) (In chemical formula (3), Rx represents a hydrocarbon chain which may have a substituent, and n represents a positive integer.)

化学式(2)及び(3)における炭化水素鎖Rxは、炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖であることが好ましい。炭素数1~10の直鎖又は分岐鎖の炭化水素鎖としては、例えば、メチレン基(-CH-)、メチン基(-CHR-)、水素原子を持たない4級炭素(-CR-)、プロピレン基、イソプロピレン基、ブチレン基、イソブチレン基、フェニレン基等が挙げられる。前記メチン基、4級炭素におけるR、R、Rはメチル基やエチル基等のアルキル基や芳香環等のアリール基を表す。中でも、炭化水素鎖として、炭素数2~8の直鎖又は分岐鎖のアルキル鎖であることがより好ましく、炭素数3~7の直鎖又は分岐鎖のアルキル鎖が更に好ましい。これらの中でも、樹脂の保存安定性や加工安定性を向上させるという観点から、直鎖炭化水素鎖であることが好ましく、炭素数2~8の直鎖アルキル鎖が更に好ましく、炭素数3~7の直鎖アルキル鎖が特に好ましい。 The hydrocarbon chain Rx in chemical formulas (2) and (3) is preferably a straight or branched chain having 1 to 10 carbon atoms. The linear or branched hydrocarbon chain having 1 to 10 carbon atoms includes, for example, a methylene group ( --CH.sub.2-- ), a methine group ( --CHR.sub.2-- ), and a quaternary carbon having no hydrogen atom ( --CR.sub.3-- ). R 4 -), propylene group, isopropylene group, butylene group, isobutylene group, phenylene group and the like. R 2 , R 3 and R 4 in the methine group and quaternary carbon atoms represent alkyl groups such as methyl and ethyl groups, and aryl groups such as aromatic rings. Among them, the hydrocarbon chain is more preferably a straight or branched alkyl chain having 2 to 8 carbon atoms, and more preferably a straight or branched alkyl chain having 3 to 7 carbon atoms. Among these, from the viewpoint of improving the storage stability and processing stability of the resin, it is preferably a straight hydrocarbon chain, more preferably a straight alkyl chain having 2 to 8 carbon atoms, and 3 to 7 carbon atoms. is particularly preferred.

化学式(1)~(3)において、nは正の整数を表す。nは1~10の整数であることが好ましく、1~5の整数であることがより好ましい。nが1~10であると変性基の導入によるバリア性の低下を抑えることができる。 In chemical formulas (1) to (3), n represents a positive integer. n is preferably an integer of 1-10, more preferably an integer of 1-5. When n is 1 to 10, it is possible to suppress the deterioration of the barrier properties due to the introduction of the modifying group.

なお、化学式(1)~(3)において、nが2以上の場合、複数のXは同一であっても異なっていてもよいが、バリア性の観点から同一であることが好ましい。 In chemical formulas (1) to (3), when n is 2 or more, a plurality of X's may be the same or different, but are preferably the same from the viewpoint of barrier properties.

本発明の変性PVA系樹脂中における、前記化学式(1)~(3)中のnの平均値(すなわち、グラフト鎖の平均鎖長と称することがある。)は、それぞれ1~10の範囲であることが好ましく、1~8の範囲がより好ましく、1~5の範囲が更に好ましく、1~3の範囲が特に好ましい。nの平均値が大きくなりすぎると、ガスバリア性が低下する傾向になるため、10以下であることが好ましい。 In the modified PVA-based resin of the present invention, the average value of n in the chemical formulas (1) to (3) (that is, sometimes referred to as the average chain length of the graft chain) is in the range of 1 to 10. 1 to 8 is more preferred, 1 to 5 is even more preferred, and 1 to 3 is particularly preferred. If the average value of n is too large, the gas barrier properties tend to deteriorate, so it is preferably 10 or less.

本発明の変性PVA系樹脂中の構造単位(A)の含有量としては、通常は0.1~30モル%であり、さらに好ましくは1~20モル%、特に好ましくは5~15モル%である。かかる変性率は、PVA樹脂構造単位のうち、化学式(1)~(3)のいずれかで表される構造単位の構造がグラフトされた割合を意味する。変性PVA系樹脂中の変性率が低すぎると、柔軟性が低下する傾向があり、一方で、変性PVA系樹脂中の変性率が高すぎると、ガスバリア性が低下する傾向がある。
なお、本発明の変性PVA系樹脂中の変性率は、核磁気共鳴分光による測定結果から算出することができる。
The content of the structural unit (A) in the modified PVA-based resin of the present invention is usually 0.1 to 30 mol%, more preferably 1 to 20 mol%, particularly preferably 5 to 15 mol%. be. The modification rate means the proportion of the PVA resin structural units grafted with the structure of the structural unit represented by any one of the chemical formulas (1) to (3). If the modification rate in the modified PVA-based resin is too low, the flexibility tends to decrease. On the other hand, if the modification rate in the modified PVA-based resin is too high, the gas barrier properties tend to decrease.
The modification rate in the modified PVA-based resin of the present invention can be calculated from the results of measurement by nuclear magnetic resonance spectroscopy.

化学式(1)~(3)で表される構造単位は、例えば、核磁気共鳴分光法(NMR)や赤外分光光度法、質量分析法等の一般的な有機化学的手法により特定することができる。
本発明の変性PVA系樹脂における化学式(1)~(3)中のグラフト鎖の平均鎖長は、核磁気共鳴分光による測定結果から算出することができる。
Structural units represented by chemical formulas (1) to (3) can be identified by general organic chemical techniques such as nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), infrared spectrophotometry, and mass spectrometry. can.
The average chain length of the grafted chains in chemical formulas (1) to (3) in the modified PVA-based resin of the present invention can be calculated from the results of measurement by nuclear magnetic resonance spectroscopy.

次に構造単位(B)について説明する。
構造単位(B)は、側鎖の末端に水酸基を有するアルキル基を有する構造単位であって、例えば、側鎖に1,2-ジオール構造単位やヒドロキシメチル基を有する構造単位が挙げられる。
中でも生産性の点で、側鎖に1,2-ジオール構造単位やオキシアルキレン基含有構造単位が好ましい。
Next, the structural unit (B) will be explained.
Structural unit (B) is a structural unit having an alkyl group having a hydroxyl group at the end of the side chain, and includes, for example, a structural unit having a 1,2-diol structural unit and a hydroxymethyl group in the side chain.
Among them, 1,2-diol structural units and oxyalkylene group-containing structural units are preferable in the side chain from the viewpoint of productivity.

まずは、側鎖に1,2-ジオール構造単位について説明する。
側鎖に1,2-ジオール構造単位とは、下記一般式(4)で表されるものである。

Figure 0007259296000005
(化学式(4)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル基を表し、Xは単結合又は炭素数1~4アルキレン鎖を表す。) First, the 1,2-diol structural unit in the side chain will be explained.
The 1,2-diol structural unit in the side chain is represented by the following general formula (4).
Figure 0007259296000005
(In chemical formula (4), R 5 to R 8 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X 2 represents a single bond or an alkylene chain having 1 to 4 carbon atoms.)

一般式(4)で表わされる1,2-ジオール構造単位中のR~Rは、すべて水素原子であることが側鎖の末端が一級水酸基となり更にブロック共重合体の官能基との反応性が向上する点で望ましいが、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば炭素数1~4のアルキル基で置換されていてもよい。炭素数1~4のアルキル基は、例えばメチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基等であり、必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。 All of R 5 to R 8 in the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (4) are hydrogen atoms, so that the terminal of the side chain becomes a primary hydroxyl group and further reacts with the functional group of the block copolymer. However, it may be substituted with an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms in an amount that does not significantly impair the properties of the resin. The alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group and the like, and optionally halogen group, hydroxyl group. , an ester group, a carboxylic acid group, a sulfonic acid group, or the like.

なお、かかる側鎖に1,2-ジオール構造単位の含有量は、本発明の変性PVA系樹脂の全構造単位に対して、通常0.5~20モル%、好ましくは1~10モル%、更に好ましくは2~8モル%あり、残る部分は、通常のケン化度相当量のビニルアルコール構造単位とそれ以外は酢酸ビニル構造単位、一般式(1)で表される構造単位を含有する。 The content of the 1,2-diol structural unit in the side chain is usually 0.5 to 20 mol%, preferably 1 to 10 mol%, based on the total structural units of the modified PVA-based resin of the present invention. More preferably 2 to 8 mol %, the remaining portion contains vinyl alcohol structural units corresponding to the usual degree of saponification, vinyl acetate structural units other than that, and structural units represented by general formula (1).

次に、ヒドロキシメチル基を有する構造単位について説明する。
ヒドロキシメチル基は以下の一般式(5)で表される。

Figure 0007259296000006
Next, a structural unit having a hydroxymethyl group will be explained.
A hydroxymethyl group is represented by the following general formula (5).
Figure 0007259296000006

なお、かかるヒドロキシメチル基を有する構造単位の含有量は、本発明の変性PVA系樹脂の全構造単位に対して、通常0.5~10モル%であり、好ましくは1~5モル%であり、残る部分は、通常のケン化度相当量のビニルアルコール構造単位とそれ以外は酢酸ビニル構造単位、一般式(1)で表される構造単位を含有する。 The content of the structural unit having such a hydroxymethyl group is usually 0.5 to 10 mol%, preferably 1 to 5 mol%, based on the total structural units of the modified PVA-based resin of the present invention. , the remaining portion contains vinyl alcohol structural units corresponding to the usual degree of saponification, vinyl acetate structural units other than that, and structural units represented by general formula (1).

[変性PVA系樹脂の製造]
本発明の変性PVA系樹脂は、通常、構造単位(B)を有するPVA樹脂とヘテロ官能基を有する化合物をグラフト反応させることにより得ることができる。
変性PVA系樹脂の主鎖が有する化学式(1)からなる繰り返し単位、すなわちグラフト反応による側鎖グラフト構造の形成は、原料として用いた構造単位(B)を有するPVA樹脂の水酸基を開始末端とするものである。
[Production of modified PVA-based resin]
The modified PVA-based resin of the present invention can usually be obtained by graft reaction of a PVA resin having the structural unit (B) and a compound having a heterofunctional group.
Formation of the repeating unit represented by the chemical formula (1) in the main chain of the modified PVA-based resin, that is, the formation of the side chain graft structure by the graft reaction, starts from the hydroxyl group of the PVA resin having the structural unit (B) used as the starting material. It is.

(構造単位(B)を有するPVA樹脂)
本発明で用いる構造単位(B)を有するPVA樹脂は、ビニルエステル系モノマーと共重合性を有する変性モノマーを共重合させた後にケン化させることにより得られる樹脂であり、公知の方法で製造することができる。
側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂及びオキシアルキレン基含有PVA系樹脂は、特開2015-117286号に記載の方法で製造することが出来る。ヒドロキシメチル基含有PVA系樹脂は、特開2013-177576号に記載の方法で製造することが出来る。
(PVA resin having structural unit (B))
The PVA resin having the structural unit (B) used in the present invention is a resin obtained by saponifying after copolymerizing a modified monomer having copolymerizability with a vinyl ester monomer, and is produced by a known method. be able to.
A PVA-based resin having a 1,2-diol structure in a side chain and an oxyalkylene group-containing PVA-based resin can be produced by the method described in JP-A-2015-117286. Hydroxymethyl group-containing PVA-based resin can be produced by the method described in JP-A-2013-177576.

また、構造単位(B)を有するPVA樹脂には、以下に示すコモノマーに由来する構造単位が、さらに含まれていてもよい。前記コモノマーは、プロピレン、イソブテン、α-オクテン、α-ドデセン、α-オクタデセン等のα-オレフィン、3-ブテン-1-オール、4-ペンテン-1-オール、3-ブテン-1,2-ジオール等のヒドロキシ基含有α-オレフィン類やそのエステル化物、アシル化物などのヒドロキシ基含有α-オレフィン誘導体、1,3-ヒドロキシ-2-メチレンプロパン、1,5-ヒドロキシ-3-メチレンペンタン等ヒドロキシメチルビニリデン類;これらのエステル化物である1,3-ジアセトキシ-2-メチレンプロパン、1,3-ジプロピオニルオキシ-2-メチレンプロパン、1,3-ジブチロニルオキシ-2-メチレンプロパン等のビニリデンジアセテート類;不飽和カルボン酸又はその塩・部分アルキルエステル・完全アルキルエステル・ニトリル・アミド・無水物、不飽和スルホン酸又はその塩、ビニルシラン化合物、塩化ビニル、スチレン等のコモノマーである。 Moreover, the PVA resin having the structural unit (B) may further contain a structural unit derived from a comonomer shown below. The comonomers include α-olefins such as propylene, isobutene, α-octene, α-dodecene, α-octadecene, 3-butene-1-ol, 4-pentene-1-ol, 3-butene-1,2-diol. hydroxy group-containing α-olefins such as esters thereof, hydroxy group-containing α-olefin derivatives such as acylated products, hydroxymethyl such as 1,3-hydroxy-2-methylenepropane and 1,5-hydroxy-3-methylenepentane vinylidenes; vinylidenes such as 1,3-diacetoxy-2-methylenepropane, 1,3-dipropionyloxy-2-methylenepropane, 1,3-dibutyronyloxy-2-methylenepropane, which are esters thereof; Acetates; comonomers such as unsaturated carboxylic acids or their salts, partial alkyl esters, complete alkyl esters, nitriles, amides, anhydrides, unsaturated sulfonic acids or their salts, vinylsilane compounds, vinyl chloride, and styrene.

構造単位(B)を有するPVA樹脂の平均重合度は、200~1000であることが好ましく、250~800がより好ましく、300~600が更に好ましい。かかる平均重合度が低すぎると、材料として脆くなる傾向があり、平均重合度が高すぎると樹脂の溶融粘度が高くなって混練時の加工性が低下する傾向がある。
なお、上記平均重合度はJIS K6726に準じて測定されるものである。
The average degree of polymerization of the PVA resin having the structural unit (B) is preferably 200-1000, more preferably 250-800, even more preferably 300-600. If the average degree of polymerization is too low, the material tends to be brittle.
In addition, the said average degree of polymerization is measured according to JISK6726.

構造単位(B)を有するPVA樹脂のケン化度は、70~100モル%であることが好ましく、80~100モル%がより好ましく、85~100モル%が更に好ましい。かかるケン化度がこの範囲にあることで、溶融混練を行う際の効率が向上する傾向にある。一方で低すぎると耐熱性が低下する傾向がある。
なお、上記ケン化度はJIS K6726に準じて測定されるものである。
The saponification degree of the PVA resin having the structural unit (B) is preferably 70 to 100 mol%, more preferably 80 to 100 mol%, even more preferably 85 to 100 mol%. When the degree of saponification is within this range, efficiency in melt-kneading tends to be improved. On the other hand, if it is too low, the heat resistance tends to decrease.
The degree of saponification is measured according to JIS K6726.

構造単位(B)を有するPVA樹脂のメルトフローレート(MFR)(210℃、荷重2,160g)は、通常0.5~50g/10分であり、好ましくは1.5~25g/10分、特に好ましくは2~20g/10分である。MFRが大きすぎる場合には、バリア性が低下する傾向があり、小さすぎる場合には加工性が低下する傾向がある。 The melt flow rate (MFR) (210° C., load 2,160 g) of the PVA resin having the structural unit (B) is usually 0.5 to 50 g/10 minutes, preferably 1.5 to 25 g/10 minutes, Particularly preferably, it is 2 to 20 g/10 minutes. If the MFR is too large, the barrier properties tend to deteriorate, and if it is too small, the workability tends to deteriorate.

構造単位(B)を有するPVA樹脂の20℃における4重量%水溶液の粘度は、2.5~70mPa・sが好ましく、3~12mPa・sがより好ましく、3.5~6mPa・sが更に好ましい。該粘度が低すぎるとフィルム強度等の機械的物性が劣る傾向があり、高すぎるとフィルムへの製膜性が低下する傾向がある。
なお、上記粘度はJIS K6726に準じて測定されるものである。
The viscosity of a 4% by weight aqueous solution of the PVA resin having the structural unit (B) at 20° C. is preferably 2.5 to 70 mPa·s, more preferably 3 to 12 mPa·s, and even more preferably 3.5 to 6 mPa·s. . If the viscosity is too low, the mechanical properties such as film strength tend to be poor, and if it is too high, the ability to form a film tends to be low.
The above viscosity is measured according to JIS K6726.

構造単位(B)を有するPVA樹脂としては、その平均値が、上記要件を充足する組合せであれば、エチレン含有率、ケン化度、MFR、変性種が異なる2種以上のPVA樹脂を混合して用いてもよい。 As the PVA resin having the structural unit (B), two or more PVA resins having different ethylene content, degree of saponification, MFR, and modified species are mixed as long as the average value thereof satisfies the above requirements. may be used.

(ヘテロ官能基を有する化合物)
次に、ヘテロ官能基を有する化合物について説明する。ヘテロ官能基とは、ヘテロ原子を有する官能基であり、ヘテロ原子としては、酸素原子、窒素原子、硫黄原子、リン原子、ケイ素原子等が挙げられ、ヘテロ原子を有する官能基としては、具体的に、エステル基、カルボン酸基、アシル基、チオエステル基、アミド基、カーボネート基、カルバメート基、チオカルバメート基、カルバミド基、N-アシル基、N,N’-ジアシル基等を挙げることができる。
(Compound with heterofunctional group)
Next, a compound having a heterofunctional group will be explained. The hetero functional group is a functional group having a hetero atom, and the hetero atom includes an oxygen atom, a nitrogen atom, a sulfur atom, a phosphorus atom, a silicon atom and the like. Examples include an ester group, a carboxylic acid group, an acyl group, a thioester group, an amide group, a carbonate group, a carbamate group, a thiocarbamate group, a carbamide group, an N-acyl group, and an N,N'-diacyl group.

ヘテロ官能基を有する化合物としては、ヘテロ官能基を有する環状化合物、カルボン酸化合物、カーボネート化合物、カルバメート化合物、チオカルバメート化合物、ジアシル化合物、トリアシル化合物、及びそれらの類縁体等が挙げられる。 Compounds having a heterofunctional group include cyclic compounds, carboxylic acid compounds, carbonate compounds, carbamate compounds, thiocarbamate compounds, diacyl compounds, triacyl compounds, and analogues thereof having a heterofunctional group.

<ヘテロ官能基を有する環状化合物>
ヘテロ官能基を有する環状化合物としては、炭素数2以上のヘテロ環状化合物が好ましい。ヘテロ官能基を有する環状化合物としては、例えば、ラクトン類等の環状エステル、ラクタム類等の環状アミド、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネート等の環状カーボネート、チエタン-2-オン、3,3-ジメチルチエタン-2-オン、4-メチルチエタン-2-オン、3-メチルチエタン-2-オン、3-エチルチエタン-2-オン、3-メチル-3-エチルチエタン-2-オン等の環状チオエステル、エチレンカルバメート等の環状カルバメート、フェニルフタルイミドやシクロヘキサンジカルボキシイミド、等のイミド化合物、N,N’-ジメチルプロピレン尿素や1,3-ジメチル-2-イミダゾリジソン等の環状ウレア誘導体、N-アシル置換カプロラクタム等の環式N,N’-ジアシル化合物、等が挙げられ、これらの中でも環状エステルが好ましく、ラクトン類がより好ましい。
<Cyclic compound having a heterofunctional group>
As the cyclic compound having a heterofunctional group, a heterocyclic compound having 2 or more carbon atoms is preferable. Examples of the cyclic compound having a heterofunctional group include cyclic esters such as lactones, cyclic amides such as lactams, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, thietan-2-one, 3,3-dimethylthietane- Cyclic thioesters such as 2-one, 4-methylthietane-2-one, 3-methylthietane-2-one, 3-ethylthietane-2-one, 3-methyl-3-ethylthietane-2-one, and cyclic carbamates such as ethylene carbamate , phenylphthalimide and cyclohexanedicarboximide, etc., cyclic urea derivatives such as N,N'-dimethylpropylene urea and 1,3-dimethyl-2-imidazolidison, and cyclic N compounds such as N-acyl-substituted caprolactam. , N′-diacyl compounds, etc. Among these, cyclic esters are preferred, and lactones are more preferred.

ラクトン類としては、開環重合により脂肪族ポリエステルを形成する炭素原子の数が3~15であるラクトン類を挙げることができる。このようなラクトン類は、置換基を有さない場合には下記一般式で表され、式中、nは2~14の整数であり、好ましくはnが4~5である。また、下記式中のアルキレン鎖-(CH)n-のいずれかの炭素原子が、少なくとも1個の、炭素数が1~8程度の低級アルキル基、炭素数が1~8程度の低級アルコキシ基、シクロアルキル基、フェニル基、アラルキル基等の置換基を有するものであってもよい。 Lactones include lactones having 3 to 15 carbon atoms that form aliphatic polyesters by ring-opening polymerization. Such lactones, when not having a substituent, are represented by the following general formula, where n is an integer of 2-14, preferably 4-5. Any carbon atom of the alkylene chain —(CH 2 )n— in the following formula may be at least one lower alkyl group having about 1 to 8 carbon atoms, or a lower alkoxy group having about 1 to 8 carbon atoms. It may have a substituent such as a group, a cycloalkyl group, a phenyl group, an aralkyl group, or the like.

ラクトン類としては、具体的には、例えば、β-プロピオラクトン類、γ―ブチロラクトン類、ε-カプロラクトン類、δ-バレロラクトン類等を挙げることができる。 Specific examples of lactones include β-propiolactones, γ-butyrolactones, ε-caprolactones, δ-valerolactones and the like.

β-プロピオラクトン類としては、例えば、β-プロピオラクトン、ジメチルプロピオンラクトン等が挙げられる。 Examples of β-propiolactones include β-propiolactone and dimethylpropionolactone.

γ-ブチロラクトン類としては、例えば、ブチロラクトン、γ-バレロラクトン、γ-カプロラクトン、γ-カプリロラクトン、γ-ラウロラクトン、γ-パルミトラクトン、γ-ステアロラクトン、クロトノラクトン、α-アンゲリカラクトン、β-アンゲリカラクトン等が挙げられる。 Examples of γ-butyrolactones include butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, γ-caprylolactone, γ-laurolactone, γ-palmitolactone, γ-stearolactone, crotonolactone, and α-angelica. lactones, β-angelical lactones, and the like.

ε-カプロラクトン類としては、例えば、ε-カプロラクトン、モノメチル-ε-カプロラクトン、モノエチル-ε-カプロラクトン、モノデシル-ε-カプロラクトン、モノプロピル-ε-カプロラクトン等のモノアルキル-ε-カプロラクトン;2個のアルキル基がε位置以外の炭素原子にそれぞれ置換しているジアルキル-ε-カプロラクトン;3個のアルキル基がε位置以外の炭素原子にそれぞれ置換しているトリアルキル-ε-カプロラクトン;エトキシ-ε-カプロラクトン等のアルコキシ-ε-カプロラクトン;シクロヘキシル-ε-カプロラクトン等のシクロアルキル-ラクトン;ベンジル-ε-カプロラクトン等のアラルキル-ε-カプロラクトン;フェニル-ε-カプロラクトン等のアリール-ε-カプロラクトン等が挙げられる。 Examples of ε-caprolactones include monoalkyl-ε-caprolactones such as ε-caprolactone, monomethyl-ε-caprolactone, monoethyl-ε-caprolactone, monodecyl-ε-caprolactone, monopropyl-ε-caprolactone; dialkyl-ε-caprolactone in which groups are respectively substituted on carbon atoms other than the ε-position; trialkyl-ε-caprolactones in which three alkyl groups are respectively substituted on carbon atoms other than the ε-position; ethoxy-ε-caprolactone cycloalkyl-lactones such as cyclohexyl-ε-caprolactone; aralkyl-ε-caprolactones such as benzyl-ε-caprolactone; aryl-ε-caprolactones such as phenyl-ε-caprolactone;

δ-バレロラクトン類としては、例えば、5-バレロラクトン、3-メチル-5-バレロラクトン、3,3-ジメチル-5-バレロラクトン、2-メチル-5-バレロラクトン、3-エチル-5-バレロラクトン等が挙げられる。 δ-valerolactones include, for example, 5-valerolactone, 3-methyl-5-valerolactone, 3,3-dimethyl-5-valerolactone, 2-methyl-5-valerolactone, 3-ethyl-5- valerolactone and the like.

これらのラクトン類は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。 These lactones can be used singly or in combination of two or more.

これらの中でも、本発明で使用するラクトン類としては、反応性の点から、ε-カプロラクトン類又はδ-バレロラクトン類が好ましく、さらに安価かつ容易に入手できる点から、ε-カプロラクトン類がより好ましい。 Among these, the lactones used in the present invention are preferably ε-caprolactones or δ-valerolactones from the viewpoint of reactivity, and more preferably ε-caprolactones from the viewpoint of low cost and easy availability. .

<カルボン酸化合物>
カルボン酸化合物としては、直鎖カルボン酸エステル、直鎖カルボン酸チオエステル、直鎖カルボン酸アミド、カルボン酸のアシルハライド、あるいは酸無水物等が挙げられる。これらの中でも、直鎖カルボン酸エステルが好ましい。
<Carboxylic acid compound>
Examples of the carboxylic acid compound include linear carboxylic acid esters, linear carboxylic acid thioesters, linear carboxylic acid amides, acyl halides of carboxylic acids, acid anhydrides, and the like. Among these, linear carboxylic acid esters are preferred.

<カーボネート化合物>
カーボネート化合物としては、各種のジアルキルカーボネートやジアリールカーボネート、アリールアルキルカーボネート等が挙げられる。
<Carbonate compound>
Examples of carbonate compounds include various dialkyl carbonates, diaryl carbonates, arylalkyl carbonates, and the like.

<カルバメート化合物>
カルバメート化合物としては、メチルカルバメートやエチルカルバメート等が挙げられる。
<Carbamate compound>
Examples of carbamate compounds include methyl carbamate and ethyl carbamate.

<チオカルバメート化合物>
チオカルバメート化合物としては、ジメチルアミノ-S-アリールチオカルバメート等の誘導体等が挙げられる。
<Thiocarbamate compound>
Thiocarbamate compounds include derivatives such as dimethylamino-S-arylthiocarbamate.

<ジアシル化合物>
ジアシル化合物としては、ジアセトアミドやジアセチル(シクロペンチル)アザン等が挙げられる。
<Diacyl compound>
Examples of diacyl compounds include diacetamide and diacetyl(cyclopentyl)azane.

<トリアシル化合物>
トリアシル化合物としては、トリアセトアミドやトリベンズアミド等が挙げられる。
<Triacyl compound>
Examples of triacyl compounds include triacetamide and tribenzamide.

その他、ヘテロ官能基を有する化合物として、化学式(1)~(3)中のnで表記された繰り返し構成単位のオリゴマー、あるいは重合体を使用することもできる。例えばポリ-ε-カプロラクトンやポリ乳酸等のポリエステル類、ポリ-ε-カプロラクタム等のポリアミド類、あるいはポリチオエステル類等を使用できる。 In addition, as the compound having a heterofunctional group, oligomers or polymers of repeating structural units represented by n in chemical formulas (1) to (3) can also be used. For example, polyesters such as poly-ε-caprolactone and polylactic acid, polyamides such as poly-ε-caprolactam, and polythioesters can be used.

上記したように、化学式(1)で表される構造単位を有する、本発明の変性PVA系樹脂の製造方法は、(i)構造単位(B)を有するPVA樹脂とヘテロ官能基を有する化合物を溶融混練し、ヘテロ官能基を有する化合物をPVA系樹脂にグラフト反応し、付加させて製造する方法、(ii)構造単位(B)を有するPVA系樹脂を溶剤に溶かし、得られたPVA系樹脂溶液にヘテロ官能基を有する化合物を含有させ、グラフト反応させて、製造する方法、(iii)構造単位(B)を有するPVA系樹脂を溶剤に膨潤させ、得られたPVA系樹脂膨潤液にヘテロ官能基を有する化合物を含有させ、グラフト反応させて、製造する方法等が挙げられる。 As described above, the method for producing a modified PVA-based resin of the present invention having a structural unit represented by the chemical formula (1) comprises: (i) a PVA resin having a structural unit (B) and a compound having a heterofunctional group; (ii) a PVA-based resin obtained by dissolving a PVA-based resin having the structural unit (B) in a solvent; (iii) swelling a PVA-based resin having the structural unit (B) in a solvent; A method of producing by incorporating a compound having a functional group and performing a graft reaction, and the like can be mentioned.

ヘテロ官能基を有する化合物としてヘテロ官能基を有する環状化合物が用いられる場合は、構造単位(B)を有するPVA樹脂の存在下でヘテロ官能基を有する環状化合物の開環重合反応及びグラフト反応を行う。または、ヘテロ官能基を有する化合物としてカルボン酸化合物が用いられる場合は、構造単位(B)を有するPVA樹脂の存在下でカルボン酸化合物の求核置換反応又は脱水縮合反応及びグラフト反応を行う。かかる工程により、本発明の変性PVA系樹脂を製造することができる。 When a cyclic compound having a heterofunctional group is used as the compound having a heterofunctional group, ring-opening polymerization reaction and graft reaction of the cyclic compound having a heterofunctional group are performed in the presence of the PVA resin having the structural unit (B). . Alternatively, when a carboxylic acid compound is used as the compound having a heterofunctional group, the nucleophilic substitution reaction or dehydration condensation reaction and graft reaction of the carboxylic acid compound are carried out in the presence of the PVA resin having the structural unit (B). Through such steps, the modified PVA-based resin of the present invention can be produced.

本発明においては、重合材料には、上記したPVA樹脂とモノマーとしてヘテロ官能基を有する化合物を用い、及び所望により重合触媒を含有する。 In the present invention, the above-described PVA resin and a compound having a heterofunctional group as a monomer are used as the polymerization material, and if desired, a polymerization catalyst is contained.

各材料の仕込みは、各々順次行ってもよいし、予め混合して行ってもよい。中でも、先ずPVA樹脂を仕込み、これにヘテロ官能基を有する化合物を仕込む方法が最も好ましい。かかるヘテロ官能基を有する化合物の仕込みは、PVA樹脂を撹拌しながら行う方法が好ましく用いられる。 Each material may be charged one by one, or may be mixed in advance. Among them, the most preferable method is to charge the PVA resin first and then charge the compound having a heterofunctional group. A method of charging the compound having such a heterofunctional group while stirring the PVA resin is preferably used.

モノマーであるヘテロ官能基を有する化合物の使用量は、所望のグラフトした構造単位の含有量が得られるように適宜選択すればよいが、PVA樹脂100質量部に対して、1~200質量部であることが好ましく、より好ましくは10~150質量部、更に好ましくは20~100質量部である。ヘテロ官能基を有する化合物の使用量が少なすぎると、柔軟性が低下する傾向があり、一方で、使用量が多すぎると、ガスバリア性が低下する傾向がある。 The amount of the compound having a heterofunctional group, which is a monomer, may be appropriately selected so as to obtain the desired grafted structural unit content. is preferably 10 to 150 parts by mass, more preferably 20 to 100 parts by mass. When the amount of the compound having a heterofunctional group used is too small, the flexibility tends to decrease, while when the amount used is too large, the gas barrier properties tend to decrease.

重合触媒としては、例えば金属触媒が挙げられ、ヘテロ官能基を有する環状化合物の開環重合触媒、カルボン酸化合物の求核置換反応触媒又は脱水縮合反応触媒として従来公知のものを用いることができる。
例えば、チタン系化合物、錫系化合物、アルミニウム系化合物、鉄系化合物、ジルコニウム系化合物、亜鉛系化合物、鉛系化合物等を挙げることができる。具体的には、テトラ-n-ブトキシチタン、テトライソブトキシチタン、テトライソプロポキシチタンなどのチタニウムアルコキシド、ジブチルジブトキシスズなどのスズアルコキシド、ジブチルスズジアセテート、2-エチルヘキサン酸スズ(II)などのスズエステル化合物などが挙げられるが、これらの中でも本発明の効果がより効果的に得られる点でスズエステル化合物が好ましく、さらにヘテロ官能基を有する化合物に対する相溶性の点からは2-エチルヘキサン酸スズ(II)が好ましい。
Examples of the polymerization catalyst include metal catalysts, and conventionally known catalysts such as a ring-opening polymerization catalyst for a cyclic compound having a heterofunctional group, a nucleophilic substitution reaction catalyst for a carboxylic acid compound, or a dehydration condensation reaction catalyst can be used.
Examples include titanium-based compounds, tin-based compounds, aluminum-based compounds, iron-based compounds, zirconium-based compounds, zinc-based compounds, and lead-based compounds. Specifically, titanium alkoxides such as tetra-n-butoxytitanium, tetraisobutoxytitanium and tetraisopropoxytitanium; tin alkoxides such as dibutyldibutoxytin; dibutyltin diacetate; tin (II) 2-ethylhexanoate; Among these, tin ester compounds are preferred in that the effects of the present invention can be obtained more effectively, and 2-ethylhexanoic acid is preferred in terms of compatibility with compounds having a heterofunctional group. Tin(II) is preferred.

重合触媒を使用する場合、その使用量は、モノマーであるヘテロ官能基を有する化合物100質量部に対して、5質量部未満であることが好ましく、好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは1質量部以下、より好ましくは0.5質量部以下である。 When a polymerization catalyst is used, the amount used is preferably less than 5 parts by mass, preferably 3 parts by mass or less, more preferably 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the compound having a heterofunctional group that is a monomer. parts or less, more preferably 0.5 parts by mass or less.

(i)の製造方法の場合の溶融混練の条件としては、加熱温度を180~240℃とすることが好ましく、190~235℃がより好ましく、195~210℃が更に好ましい。加熱温度が低すぎるとグラフト反応の効率が低下する場合があり、加熱温度が高すぎると樹脂の着色や粘度増加によって加工性が低下する場合があるため、上記温度範囲で加熱することが好ましい。 As for the melt-kneading conditions in the production method (i), the heating temperature is preferably 180 to 240°C, more preferably 190 to 235°C, and even more preferably 195 to 210°C. If the heating temperature is too low, the efficiency of the graft reaction may decrease, and if the heating temperature is too high, the processability may decrease due to coloring of the resin or increase in viscosity, so heating within the above temperature range is preferable.

(ii)の製造方法の場合の溶液反応の条件としては、原料となるPVAを十分に溶解出来る高極性溶媒を用いることが好ましい。例としては、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドなどの日プロトン性の高極性溶媒が挙げられるが、溶解性と反応時の安定性からジメチルスルホキシドが特に好ましい。加熱温度は高極性溶媒の沸点と分解温度に依存し、50~150℃が好ましく、80~140℃がより好ましい。 As the conditions for the solution reaction in the production method (ii), it is preferable to use a highly polar solvent capable of sufficiently dissolving the raw material PVA. Examples thereof include diprotic highly polar solvents such as dimethylsulfoxide, dimethylformamide, and dimethylacetamide, but dimethylsulfoxide is particularly preferred in terms of solubility and stability during the reaction. The heating temperature depends on the boiling point and decomposition temperature of the highly polar solvent, preferably 50 to 150°C, more preferably 80 to 140°C.

(iii)の製造法の場合のPVA系樹脂を溶剤に膨潤させて反応させる条件としては、原料となるPVAを十分に膨潤できる溶媒を用いることが好ましい。例としては酢酸、プロピオン酸、酪酸、カプロン酸などの各種カルボン酸類を用いることが出来るが、価格と膨潤性の観点から酢酸を用いることが好ましい。加熱温度は膨潤溶媒の沸点に依存し、50~180℃が好ましく、80~120℃がより好ましい。 In the case of the production method (iii), as conditions for swelling the PVA-based resin in the solvent for reaction, it is preferable to use a solvent capable of sufficiently swelling the raw material PVA. For example, various carboxylic acids such as acetic acid, propionic acid, butyric acid and caproic acid can be used, but acetic acid is preferably used from the viewpoint of cost and swelling property. The heating temperature depends on the boiling point of the swelling solvent, preferably 50 to 180°C, more preferably 80 to 120°C.

グラフト反応後、樹脂の臭気防止の為に、未反応モノマーを除去することが好ましい。
未反応モノマーを除去する方法としては、未反応モノマーが溶解する溶液に浸す方法や減圧除去する方法が挙げられるが、生産効率の観点から、減圧除去する方法が好ましい。
例えば、減圧除去の条件としては、反応温度と同じ設定温度で、100~1200Paの圧力下で、1秒~10時間行うことが好ましい。
After the graft reaction, it is preferable to remove unreacted monomers in order to prevent the odor of the resin.
Methods for removing the unreacted monomer include a method of immersion in a solution in which the unreacted monomer is dissolved and a method of removal under reduced pressure. From the viewpoint of production efficiency, the method of removal under reduced pressure is preferred.
For example, as conditions for removal under reduced pressure, it is preferable to carry out at the same set temperature as the reaction temperature under a pressure of 100 to 1200 Pa for 1 second to 10 hours.

未反応モノマーが溶解する溶媒としては、未反応モノマーを溶解させつつも本発明の変性PVA系樹脂を溶解させない溶媒であることが好ましい。溶媒は用いるモノマーによって自由に選択されるが、メタノールやエタノールの様な低級アルコールが特に好ましい。 The solvent that dissolves the unreacted monomer is preferably a solvent that dissolves the unreacted monomer but does not dissolve the modified PVA-based resin of the present invention. The solvent can be freely selected according to the monomers used, but lower alcohols such as methanol and ethanol are particularly preferred.

本発明の変性PVA系樹脂の数平均分子量(ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で測定した標準ポリスチレン換算)としては、通常10000~300000であり、好ましくは12500~200000であり、特に好ましくは15000~100000である。変性PVA系樹脂の数平均分子量が高すぎると、バリア性低下の傾向があり、一方で、変性PVA系樹脂の数平均分子量が低すぎると柔軟性低下の傾向がある。
なお、上記の変性PVA系樹脂中の数平均分子量は、GPC測定結果から算出することができる。
The number average molecular weight (measured by gel permeation chromatography (GPC) in terms of standard polystyrene) of the modified PVA-based resin of the present invention is usually 10,000 to 300,000, preferably 12,500 to 200,000, and particularly preferably 15,000 to 100,000. is. When the number average molecular weight of the modified PVA-based resin is too high, barrier properties tend to decrease, while when the number-average molecular weight of the modified PVA-based resin is too low, flexibility tends to decrease.
The number average molecular weight in the modified PVA-based resin can be calculated from the results of GPC measurement.

本発明の変性PVA系樹脂の融点としては、100~190℃であることが好ましく、より好ましくは110~160℃であり、特に好ましくは120~150℃である。変性PVA系樹脂の融点が高すぎると、柔軟性低下の傾向があり、一方で、変性PVA系樹脂の融点が低すぎるとバリア性低下の傾向がある。
一般に、上記モノマーがグラフトされることにより、骨格のPVA樹脂における水酸基同士の水素結合等の分子間力が弱くなるため、変性PVA系樹脂中の変性率が高くなると、変性PVA系樹脂の融点が低くなる傾向がある。
なお、上記の変性PVA系樹脂の融点は、示差走査熱量計を用いて測定することができる。
The melting point of the modified PVA-based resin of the present invention is preferably 100 to 190°C, more preferably 110 to 160°C, and particularly preferably 120 to 150°C. If the melting point of the modified PVA-based resin is too high, flexibility tends to decrease, while if the melting point of the modified PVA-based resin is too low, barrier properties tend to decrease.
In general, the grafting of the above monomers weakens the intermolecular forces such as hydrogen bonding between hydroxyl groups in the PVA resin skeleton. tends to be lower.
The melting point of the modified PVA-based resin can be measured using a differential scanning calorimeter.

本発明の変性PVA系樹脂には、本発明の効果を阻害しない範囲において(例えば変性PVA系樹脂に対して5質量%以下)、一般にPVA樹脂に配合する配合剤、例えば、熱安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、着色剤、紫外線吸収剤、滑剤、可塑剤、光安定剤、界面活性剤、抗菌剤、乾燥剤、アンチブロッキング剤、難燃剤、架橋剤、硬化剤、発泡剤、結晶核剤、防曇剤、生分解用添加剤、シランカップリング剤、酸素吸収剤などが含有されていてもよい。 The modified PVA-based resin of the present invention contains compounding agents that are generally blended with PVA resins, such as heat stabilizers, oxidation Antistatic agents, antistatic agents, colorants, UV absorbers, lubricants, plasticizers, light stabilizers, surfactants, antibacterial agents, desiccants, antiblocking agents, flame retardants, cross-linking agents, hardeners, foaming agents, crystals A nucleating agent, an antifog agent, a biodegradable additive, a silane coupling agent, an oxygen absorber, and the like may be contained.

可塑剤としては、例えば、脂肪族多価アルコール(例えば、エチレングリコール、ヘキサンジオール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ジグリセリン等)等の多価アルコールへエチレンオキサイドを付加した化合物、各種アルキレンオキサイド(例えば、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エチレンオキサイドとプロピレンオキサイドの混合付加体等)、糖類(例えば、ソルビトール、マンニトール、ペンタエリスリトール、キシロール、アラビノース、リブロース等)、ビスフェノールAやビスフェノールS等のフェノール誘導体、N-メチルピロリドン等のアミド化合物、α-メチル-D-グルコシド等のグルコシド類等が挙げられる。 Examples of plasticizers include compounds obtained by adding ethylene oxide to polyhydric alcohols such as aliphatic polyhydric alcohols (e.g., ethylene glycol, hexanediol, glycerin, trimethylolpropane, diglycerin, etc.), and various alkylene oxides (e.g., ethylene oxide, propylene oxide, mixed adducts of ethylene oxide and propylene oxide, etc.), sugars (e.g., sorbitol, mannitol, pentaerythritol, xylol, arabinose, ribulose, etc.), phenol derivatives such as bisphenol A and bisphenol S, N-methyl Examples include amide compounds such as pyrrolidone, glucosides such as α-methyl-D-glucoside, and the like.

<変性PVA系樹脂の用途>
かくして得られた本発明の変性PVA系樹脂は、溶融成形により例えばフィルム、シート、カップやボトルなどに成形することができる。かかる溶融成形方法としては、押出成形法(T-ダイ押出、インフレーション押出、ブロー成形、溶融紡糸、異型押出等)、射出成形法が主として採用される。溶融成形温度は、通常120~300℃の範囲から選ぶことが多い。
<Application of modified PVA-based resin>
The modified PVA-based resin of the present invention thus obtained can be molded into films, sheets, cups, bottles, etc. by melt molding. As such a melt molding method, extrusion molding (T-die extrusion, inflation extrusion, blow molding, melt spinning, profile extrusion, etc.) and injection molding are mainly employed. The melt-molding temperature is usually selected from the range of 120 to 300°C.

成形物は、外観性が良好であることから、光学材料、食品包装材、紙などの表面コーティング剤、繊維のサイジング剤、各種顔料のバインダー等に好適に利用される。¥また、さらに強度を上げたり他の機能を付与したりするために他の基材と積層して積層体とすることもできる。
かかる他の基材としてはPVA樹脂以外の熱可塑性樹脂が有用である。熱可塑性樹脂としては、脂肪族ポリエステル系樹脂のような生分解性樹脂が挙げられる。
Since the molded article has a good appearance, it is suitably used as an optical material, a food packaging material, a surface coating agent for paper, a sizing agent for fibers, a binder for various pigments, and the like. In addition, in order to further increase the strength or impart other functions, it can be laminated with other base materials to form a laminate.
Thermoplastic resins other than PVA resins are useful as such other base materials. Thermoplastic resins include biodegradable resins such as aliphatic polyester resins.

積層体の熱可塑性樹脂層及び接着性樹脂層の厚みは、層構成、熱可塑性樹脂の種類、接着性樹脂の種類、用途や包装形態、要求される物性などにより一概に言えないが、熱可塑性樹脂層は通常10~1000μm、好ましくは50~500μm、接着性樹脂層は5~500μm、好ましくは10~250μm程度の範囲から選択される。 The thickness of the thermoplastic resin layer and the adhesive resin layer of the laminate cannot be generalized depending on the layer structure, type of thermoplastic resin, type of adhesive resin, application, packaging form, required physical properties, etc. However, thermoplastic The resin layer is usually 10 to 1000 μm, preferably 50 to 500 μm, and the adhesive resin layer is 5 to 500 μm, preferably 10 to 250 μm.

また、本発明の変性PVA系樹脂層の厚みは要求されるガスバリア性などによって異なるが、通常は5~500μmであり、好ましくは10~250μm、特に好ましくは20~100μmであり、かかる厚みが薄すぎると十分なガスバリア性が得られない傾向があり、逆に厚すぎるとフィルムの柔軟性が低下する傾向にある。 The thickness of the modified PVA-based resin layer of the present invention varies depending on the required gas barrier properties, etc., but is usually 5 to 500 μm, preferably 10 to 250 μm, particularly preferably 20 to 100 μm. If it is too thick, there is a tendency that sufficient gas barrier properties cannot be obtained, and if it is too thick, the flexibility of the film tends to decrease.

また、本発明の変性PVA系樹脂は水溶性であることから、かかる変性PVA系樹脂を水に溶解し、コーティング液として、各種基材に塗布することも出来る。 Further, since the modified PVA-based resin of the present invention is water-soluble, it can be dissolved in water and applied as a coating liquid to various substrates.

以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに説明するが、本発明は下記例に制限されるものではない。なお、例中「部」、「%」とあるのは、特記しない限り質量基準を意味する。 The present invention will be further described below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples. "Parts" and "%" in the examples are based on mass unless otherwise specified.

(実施例1)
〔本発明の変性PVA系樹脂の製造〕
3か所混練部を有するスクリュー、モノマー導入部を付属した2軸押出機(テクノベル社製、L/D=60、15mmφ)を用いて、原料投入部より、側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂(側鎖の1,2-ジオール構造6モル%、平均重合度470、ケン化度99モル%、MFR3.3g(210℃、荷重2,160g))100部を投入し、モノマー導入部より、触媒として2-エチルヘキサン酸スズ(II)(Sn(Oct)2)を1%含有したε-カプロラクトンモノマー(株式会社ダイセル製「PLACCEL M」)30部を連続的に導入し、押出機(スクリュー回転数:200rpm)の中で230℃にて混練した。
(Example 1)
[Production of modified PVA-based resin of the present invention]
Using a twin-screw extruder (manufactured by Technobel, L/D = 60, 15 mmφ) equipped with a screw having three kneading sections and a monomer introduction section, a 1,2-diol structure is added to the side chain from the raw material input section. 100 parts of PVA resin (1,2-diol structure of side chain 6 mol%, average degree of polymerization 470, saponification degree 99 mol%, MFR 3.3 g (210 ° C., load 2,160 g)), From the monomer introduction part, 30 parts of ε-caprolactone monomer ("PLACCEL M" manufactured by Daicel Corporation) containing 1% of tin (II) 2-ethylhexanoate (Sn(Oct)2) as a catalyst was continuously introduced. and kneaded at 230° C. in an extruder (screw speed: 200 rpm).

混練後の樹脂をストランド状に吐出しながら空気乾燥させた後、ファンカッターで切断することによって本発明の変性PVA系樹脂ペレットを得た。核磁気共鳴分光法を用いた構造解析により、側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂とモノマーとの反応率は94%であり、グラフト鎖の平均鎖長は1.7であった。
構造解析については、ブルカージャパン社製 Ascend400の装置を用いて以下の通り行った。
The resin after kneading was air-dried while being extruded in the form of strands, and then cut with a fan cutter to obtain modified PVA-based resin pellets of the present invention. Structural analysis using nuclear magnetic resonance spectroscopy revealed that the reaction rate between the PVA-based resin having a 1,2-diol structure in the side chain and the monomer was 94%, and the average chain length of the grafted chain was 1.7. rice field.
Structural analysis was performed as follows using an Ascend 400 device manufactured by Bruker Japan.

測定装置:
H-NMR測定条件
重溶媒 ジメチルスルホキシド-d6
測定濃度 5重量%
測定温度 50℃
積算回数 16回
measuring device:
1 H-NMR measurement conditions heavy solvent dimethyl sulfoxide-d6
Measured concentration 5% by weight
Measurement temperature 50℃
Accumulated times 16 times

H-NMRチャート(図1)
・1.2~1.7ppm:PVAのメチレンプロトン
・1.9~2.0ppm:PVAの残存酢酸基のプロトン
・2.1~2.3ppm:主鎖にグラフトしたカプロラクトン鎖に含まれる
カルボニル基のαメチレンプロトン、及びモノマーが加水分解した開環体
・2.6ppm:残存する未反応のεカプロラクトンモノマー
・4.2~4.6ppm:水酸基プロトン
1 H-NMR chart (Fig. 1)
1.2 to 1.7 ppm: methylene protons of PVA 1.9 to 2.0 ppm: protons of residual acetic acid groups of PVA 2.1 to 2.3 ppm: carbonyl groups contained in the caprolactone chain grafted to the main chain α-methylene protons, and a ring-opened product hydrolyzed by the monomer 2.6 ppm: Remaining unreacted ε-caprolactone monomer 4.2 to 4.6 ppm: hydroxyl group protons

13C-NMR測定条件(逆ゲートデカップリング法、緩和時間2秒)
重溶媒 ジメチルスルホキシド-d6
測定濃度 5重量%
測定温度 80℃
積算回数 4096回
13 C-NMR measurement conditions (reverse gate decoupling method, relaxation time 2 seconds)
Heavy solvent dimethyl sulfoxide-d6
Measured concentration 5% by weight
Measurement temperature 80℃
Accumulated times 4096 times

13C-NMRチャート(図2)
・60.4ppm:主鎖にグラフトしたカプロラクトン鎖の末端カーボン(a)
・63.3ppm:主鎖にグラフトしたカプロラクトン鎖の繰り返し連鎖中に含まれる末端カーボン(b)
末端カーボン(a)及び末端カーボン(b)の具体的な位置を以下に示す。

Figure 0007259296000007
13C -NMR chart (Fig. 2)
· 60.4 ppm: Terminal carbon (a) of caprolactone chain grafted to the main chain
· 63.3 ppm: Terminal carbon (b) contained in the repeating chain of the caprolactone chain grafted to the main chain
Specific positions of terminal carbon (a) and terminal carbon (b) are shown below.
Figure 0007259296000007

<融点評価>
上記で得られた本発明の変性PVA系樹脂ペレットをメトラー・トレド社のDSC1の装置を用いて示差走査熱量測定を行うことで樹脂の融点を測定した。値は2nd Runの融点を採用した。測定条件を以下に示す。
1st Run:-30~215℃
2nd Run:-30~230℃
昇温速度:10℃/分
結果を表1に示す。
<Melting point evaluation>
The melting point of the modified PVA-based resin pellets of the present invention obtained above was measured by differential scanning calorimetry using a Mettler-Toledo DSC1 apparatus. The melting point of the 2nd run was adopted as the value. Measurement conditions are shown below.
1st Run: -30 to 215°C
2nd Run: -30 to 230°C
Heating rate: 10°C/min The results are shown in Table 1.

〔フィルムの作製〕
得られた本発明の変性PVA系樹脂ペレットを用い、圧縮成形機(アズワン社、PRESS AH-10TD)を用いて200℃にて熱プレス成型を行うことで、厚み約50μmのフィルムを得た。
[Preparation of film]
Using the obtained modified PVA-based resin pellets of the present invention, hot press molding was performed at 200° C. using a compression molding machine (PRESS AH-10TD, manufactured by AS ONE) to obtain a film having a thickness of about 50 μm.

<酸素ガスバリア性評価>
上記で得られたフィルムを、酸素ガス透過量測定装置(モコン社製、「OX-TRAN 2/20)を用いて、OTR(酸素透過度、23℃、内部65%RH、外部50%RH)を測定した。得られたOTRの値は20μm換算で比較した。
結果を表1に示す。
<Oxygen gas barrier property evaluation>
OTR (oxygen permeability, 23 ° C., internal 65% RH, external 50% RH) was measured using an oxygen gas permeation measuring device (manufactured by Mocon Co., Ltd., "OX-TRAN 2/20"). The obtained OTR values were compared in terms of 20 μm.
Table 1 shows the results.

<水溶性評価>
上記で得られたフィルムを2cm×2cmの試験片に切り出して80℃の熱水中で1時間加熱させた後、かき混ぜながら室温まで徐冷させ、水への溶解状態を目視で観察し、下記の基準で評価した。
〇:フィルムが水に溶解し、目視では観察できない状態となった
×:フィルムが水にほとんど溶解せず、目視でフィルムが観察できる状態であった
結果を表1に示す。
<Water solubility evaluation>
The film obtained above was cut into a 2 cm x 2 cm test piece, heated in hot water at 80°C for 1 hour, then slowly cooled to room temperature while stirring, and the state of dissolution in water was visually observed. was evaluated according to the criteria of
◯: The film was dissolved in water and could not be visually observed. ×: The film was hardly dissolved in water and could be visually observed. Table 1 shows the results.

<生分解性評価>
上記で得られたフィルムを、それぞれ所定量裁断し、JIS K6950に記載された生分解性試験の方法を参考にし、生分解性の評価を行った。
装置 :閉鎖系酸素消費量測定装置
植種源:大阪市の下水処理場の返送汚泥
標準試験培養液:300mL
植種濃度:90mg/L
温度:25±1℃
期間:28日間
サンプルの元素分析値より算出された理論的酸素要求量に基づいて、生分解度を算出した。
結果を表1に示す。
<Biodegradability Evaluation>
Each of the films obtained above was cut into a predetermined amount, and biodegradability was evaluated with reference to the biodegradability test method described in JIS K6950.
Apparatus: Closed system oxygen consumption measuring apparatus Inoculum source: Returned sludge from a sewage treatment plant in Osaka City Standard test culture solution: 300 mL
Seed concentration: 90mg/L
Temperature: 25±1°C
Period: 28 days Biodegradability was calculated based on the theoretical oxygen demand calculated from the elemental analysis values of the samples.
Table 1 shows the results.

実施例2
実施例1において、ε-カプロラクトンモノマーを、Sn(Oct)2触媒を2%含有させたε-カプロラクトンとし、導入量を側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂100部に対して20部に変え、押出機内の反応温度を220℃で実施した以外は、実施例1と類似の方法で反応させることで樹脂ペレットを得た。核磁気共鳴分光法を用いた構造解析により、樹脂とモノマーとの反応率は99%で、グラフト鎖の平均鎖長は2.7であった。
得られた本発明の変性PVA樹脂ペレットを用いて実施例1と同様の方法でフィルムを得、同様に評価した。結果を表1に示す。
Example 2
In Example 1, the ε-caprolactone monomer was ε-caprolactone containing 2% Sn(Oct)2 catalyst, and the amount introduced was 100 parts of the PVA resin having a 1,2-diol structure in the side chain. Resin pellets were obtained by reacting in the same manner as in Example 1, except that the amount was changed to 20 parts and the reaction temperature in the extruder was 220°C. Structural analysis using nuclear magnetic resonance spectroscopy revealed that the reaction rate between the resin and the monomer was 99%, and the average chain length of the grafted chains was 2.7.
Using the obtained modified PVA resin pellets of the present invention, a film was obtained in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. Table 1 shows the results.

比較例1
未変性PVA(ケン化度:75モル%、MFR:5.2g/10分(210℃、荷重2160g))100部を、ブラベンダー社のプラスチコーダーを用いて、220℃で溶融状態とさせた。その後ε-カプロラクトンモノマー(触媒含有無し)30部を加えて、220℃、50rpmの条件で10分間溶融混練によって反応させることで変性PVA系樹脂を得た。核磁気共鳴分光法を用いた構造解析により、樹脂とモノマーとの反応率は93%で、グラフト鎖の平均鎖長は1.0であった。
得られた樹脂ペレットを用いて実施例1と同様の方法でフィルムを得、同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative example 1
100 parts of unmodified PVA (degree of saponification: 75 mol%, MFR: 5.2 g/10 min (210°C, load: 2160 g)) was melted at 220°C using a Brabender plasticorder. . After that, 30 parts of ε-caprolactone monomer (containing no catalyst) was added, and the reaction was carried out by melt-kneading for 10 minutes at 220° C. and 50 rpm to obtain a modified PVA-based resin. Structural analysis using nuclear magnetic resonance spectroscopy revealed that the reaction rate between the resin and the monomer was 93%, and the average chain length of the grafted chains was 1.0.
Using the obtained resin pellets, a film was obtained in the same manner as in Example 1 and evaluated in the same manner. Table 1 shows the results.

比較例2
側鎖に1,2-ジオール構造を有するPVA系樹脂(ケン化度:99モル%、側鎖の1,2-ジオール構造6モル%、平均重合度1200)の各種評価を行った。
樹脂を90℃熱水に溶解させて水溶液を得た後、23℃、50%RHの環境で乾燥させることでフィルムを得、実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
Comparative example 2
Various evaluations were performed on a PVA-based resin having a 1,2-diol structure in a side chain (degree of saponification: 99 mol%, 1,2-diol structure in the side chain: 6 mol%, average degree of polymerization: 1200).
After dissolving the resin in hot water at 90° C. to obtain an aqueous solution, a film was obtained by drying in an environment of 23° C. and 50% RH and evaluated in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

Figure 0007259296000008
Figure 0007259296000008

本発明の変性PVA系樹脂を用いた実施例1及び2は、ガスバリア性、水溶性、生分解性を有するものであった。一方、構造単位(B)を有しない未変性PVAを用いた比較例1は、ガスバリア性が劣り、更には水に対して溶解しないものであった。
また、構造単位(B)を有するPVA系樹脂をカプロラクトン変性しなかった比較例2は、生分解に時間を要するものであった。
Examples 1 and 2 using the modified PVA-based resin of the present invention had gas barrier properties, water solubility, and biodegradability. On the other hand, Comparative Example 1 using an unmodified PVA having no structural unit (B) had poor gas barrier properties and was insoluble in water.
In Comparative Example 2, in which the PVA-based resin having the structural unit (B) was not modified with caprolactone, biodegradation took time.

本発明によって得られた変性PVAは、成形性と水溶性を有するため、各種成形物関係、積層構造体、被覆材関係、乳化剤、懸濁剤の分野等に好適に用いることが出来る。特に低温での成形性と適度なバリア性を持つために、ホットメルトやヒートシール用の材料として好適に用いることができる。更に生分解性が良好であるので、生分解性の包材や成形物の用途に好適に用いることが出来る。 Since the modified PVA obtained by the present invention has moldability and water solubility, it can be suitably used in the fields of various moldings, laminated structures, coating materials, emulsifiers, suspending agents, and the like. In particular, it can be suitably used as a hot-melt or heat-sealing material because of its low-temperature moldability and appropriate barrier properties. Furthermore, since it has good biodegradability, it can be suitably used for biodegradable packaging materials and moldings.

Claims (2)

構造単位(A)及び構造単位(B)を主鎖に有する変性ポリビニルアルコール系樹脂であって、
構造単位(A)は、下記一般式(1)で表れる構造単位であり、
構造単位(B)は、下記一般式(4)で表される側鎖1,2-ジオール構造を有することを特徴とする変性ポリビニルアルコール系樹脂。
Figure 0007259296000009
(化学式(1)中、Xはヘテロ原子を有する有機鎖を表し、nは正の整数を表す。)
Figure 0007259296000010
(化学式(4)中、R~Rはそれぞれ独立して水素原子又は炭素数1~4のアルキル
基を表し、Xは単結合又は炭素数1~4アルキレン鎖を表す。)
A modified polyvinyl alcohol resin having a structural unit (A) and a structural unit (B) in its main chain,
Structural unit (A) is a structural unit represented by the following general formula (1),
A modified polyvinyl alcohol resin characterized in that the structural unit (B) has a side chain 1,2-diol structure represented by the following general formula (4).
Figure 0007259296000009
(In chemical formula (1), X represents an organic chain having a heteroatom, and n represents a positive integer.)
Figure 0007259296000010
(In chemical formula (4), R 5 to R 8 each independently represent a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and X 2 represents a single bond or an alkylene chain having 1 to 4 carbon atoms.)
請求項1に記載の変性ポリビニルアルコール系樹脂の製造方法であって、
ポリビニルアルコール系樹脂とヘテロ官能基を有する化合物を溶融混練する工程を含むことを特徴とする変性ポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
A method for producing a modified polyvinyl alcohol-based resin according to claim 1,
A method for producing a modified polyvinyl alcohol-based resin, comprising a step of melt-kneading a polyvinyl alcohol-based resin and a compound having a heterofunctional group.
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