JP7375808B2 - ポリビニルアルコール系樹脂、ポリビニルアルコール系樹脂の製造方法、分散剤及び懸濁重合用分散剤 - Google Patents
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Description
さらに、PVA系樹脂は、熱処理することにより、脱水し、主鎖中に二重結合を有する構造をもつこととなる。かかる構造を有するPVA系樹脂は、ポリ塩化ビニル製造時の懸濁用分散安定剤、保水材等の用途に用いられている。また、PVA系樹脂を用いてなるフィルムや繊維を熱処理することにより強度を向上できることも知られている。
また、濃度0.1重量%水溶液の紫外吸収スペクトルによる280nmの吸光度(a)が0.1より大であり、同水溶液の紫外吸収スペクトルによる320nmの吸光度(b)が0.03以上であり、吸光度(b)/吸光度(a)が0.3未満であり、かつ残存酢酸基のブロックキャラクターが0.4以上であるPVA系重合体が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。
(1)0.1重量%水溶液としたときの紫外線吸収スペクトルにおける波長320nmの吸光度(X)が0.3以上であり、波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)が0.09以上であるポリビニルアルコール系樹脂。
(2)ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度が60モル%以上である(1)に記載のポリビニルアルコール系樹脂。
(3)ビニルエステル系単量体を含む単量体を重合し、得られた重合体をケン化することと、ケン化後の重合体を熱処理することを含むポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
(4)前記ケン化後の重合体のカルボニル基含有量が0.03モル%以上である(3)に記載のポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
(5)(1)又は(2)に記載のポリビニルアルコール系樹脂からなる分散剤。
(6)(1)又は(2)に記載のポリビニルアルコール系樹脂からなる懸濁重合用分散剤。
本発明のポリビニルアルコール系樹脂(以下、PVA系樹脂という。)は熱処理が施されたPVA系樹脂であって、0.1重量%水溶液としたときの紫外線吸収スペクトルにおける波長320nmの吸光度(X)が0.3以上であり、波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)が0.09以上である。
本発明のPVA系樹脂は、上記したように、0.1重量%水溶液としたときの紫外線吸収スペクトルにおける波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)が0.09以上である。波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)を0.09以上にするためには、例えば、分子内にカルボニル基をより多く有したPVA系樹脂を用い、さらにそれを熱処理し、脱水または脱酢酸反応を起こし、共役二重結合を導入する方法が挙げられる。
(i)ビニルエステル系単量体を含む単量体組成物を重合し、得られた重合体をケン化し、得られたPVA系樹脂を過酸化水素等の酸化剤で酸化処理する方法において、より多量の酸化剤で酸化処理する方法
(ii)ビニルエステル系単量体を含む単量体組成物の重合の際に、アルデヒド類やケトン類等のカルボニル基を含有する連鎖移動剤の共存下で重合を行い、得られた重合体をケン化する方法において、より多量の連鎖移動剤を用いる方法
(iii)1-メトキシ-ビニルアセテート等の共存下でビニルエステル系単量体を含む単量体組成物を重合し、得られた重合体をケン化する方法において、より多量の1-メトキシ-ビニルアセテート等を使用する方法
(iv)ビニルエステル系単量体を含む単量体組成物の重合時にエアを吹き込んで重合し、得られた重合体をケン化する方法において、より多量のエアを吹き込む方法
上記方法の中でも、工業的には、溶剤回収が容易であるという観点から上記(ii)の方法が好ましい。
上記連鎖移動剤の中でも、重合後の構造が最終生成物と類似する点でアルデヒド類を用いることが好ましく、アセトアルデヒドがより好ましい。
また、3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-1-ブテン、3-アシロキシ-4-ヒドロキシ-1-ブテン、4-アシロキシ-3-ヒドロキシ-1-ブテン、3,4-ジアシロキシ-2-メチル-1-ブテン、4,5-ジヒドロキシ-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-1-ペンテン、4,5-ジヒドロキシ-3-メチル-1-ペンテン、4,5-ジアシロキシ-3-メチル-1-ペンテン、5,6-ジヒドロキシ-1-ヘキセン、5,6-ジアシロキシ-1-ヘキセン、グリセリンモノアリルエーテル、2,3-ジアセトキシ-1-アリルオキシプロパン、2-アセトキシ-1-アリルオキシ-3-ヒドロキシプロパン、3-アセトキシ-1-アリルオキシ-2-ヒドロキシプロパン、グリセリンモノビニルエーテル、グリセリンモノイソプロペニルエーテル、ビニルエチレンカーボネート、2,2-ジメチル-4-ビニル-1,3-ジオキソラン等のジオールを有する化合物等が挙げられる。これらの単量体は、単独で、又は2種以上を併用してもよい。
ケン化は公知の方法で行うことができ、例えば、ビニルエステル系重合体をアルコールに溶解させ、アルカリ触媒又は酸触媒の存在下で行われる。アルコールとしては、例えば、メタノール、エタノール、ブタノール等の炭素数1~6のアルコールが挙げられる。
すなわち、カルボニル基量を測定したいPVA系樹脂を公知の方法で完全ケン化し、完全ケン化されたPVA系樹脂0.5gを100mL三角フラスコ中に秤取し、Walpol緩衝液(N/50・塩酸-酢酸ナトリウム、pH5.2)15mLを加えて溶解する。さらにp-ニトロフェニルヒドラジン溶液(p-ニトロフェニルヒドラジン0.82g/100mLメタノール)6mLを加えて室温で2日放置した後、メタノール中に投入し、PVA系樹脂を析出させる。析出させたPVA系樹脂を濾過し、メタノールを用いてソックスレーで7時間洗浄し、110℃で3時間乾燥後、PVA系樹脂0.2gを分取して水50mLに溶解し、濃度を求める。この溶液を希釈して0.1重量%水溶液としたときの紫外線吸収スペクトルにおける450nmの吸光度からカルボニル基量を算出する。なお、カルボニル基量の検量線として、カルボニル基量=0.21×E405 (g-1lcm-1)となることが知られている。E405 は波長405nmにおける吸光度である。(今井清和、上総雄二郎、高分子化学 第15巻 第156号 249~254ページ(1958)を参照。)
上記のようにして得られた本発明のPVA系樹脂は、着色が抑えられているので色相に優れ、様々な用途に好適に使用することができる。本発明のPVA系樹脂の用途としては、例えば、以下が挙げられる。
(1)成形物関係:繊維、フィルム、シート、パイプ、チューブ、防漏膜、暫定皮膜、ケミカルレース用、水溶性繊維等。
(2)接着剤関係:木材、紙、アルミ箔、プラスチック等の接着剤、粘着剤、再湿剤、不織布用バインダー、石膏ボードや繊維板等の各種建材用バインダー、各種粉体造粒用バインダー、セメントやモルタル用添加剤、ホットメルト型接着剤、感圧接着剤、アニオン性塗料の固着剤等。
(3)被覆剤関係:紙のクリアーコーティング剤、紙の顔料コーティング剤、紙の内添サイズ剤、繊維製品用サイズ剤、経糸糊剤、繊維加工剤、皮革仕上げ剤、塗料、防曇剤、金属腐食防止剤、亜鉛メッキ用光沢剤、帯電防止剤、導電剤、暫定塗料等。
(4)疎水性樹脂用ブレンド剤関係:疎水性樹脂の帯電防止剤、および親水性付与剤;複合繊維、フィルムおよびその他成形物用添加剤等。
(5)分散剤関係:感熱発色層用塗工液の顕色剤用分散剤;塗料、墨汁、水性カラー、接着剤等の顔料分散安定剤;塩化ビニル、塩化ビニリデン、スチレン、(メタ)アクリレート、酢酸ビニル等の各種ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤等。
(6)乳化分散安定剤関係:各種アクリルモノマー、エチレン性不飽和化合物、ブタジエン性化合物の乳化重合用乳化剤;ポリオレフィン、ポリエステル樹脂等疎水性樹脂、エポキシ樹脂、パラフィン、ビチューメン等の後乳化剤等。
(7)増粘剤関係:各種水溶液やエマルジョンや石油掘削流体の増粘剤等。
(8)凝集剤関係:水中懸濁物及び溶存物の凝集剤、パルプ、スラリーの濾水剤等。
(9)交換樹脂等関係:イオン交換樹脂、キレート交換樹脂、イオン交換膜等。
(10)その他:土壌改良剤、感光剤、感光性レジスト樹脂等。
上記の中でも特に、本発明のPVA系樹脂は、酢酸ビニルや塩化ビニル等の各種ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に有用であり、特に塩化ビニル系化合物の懸濁重合用分散安定剤として有用である。
本発明のPVA系樹脂を分散剤として使用する場合、被分散体としては、例えば、重合性モノマー、粉体などが挙げられる。本発明のPVA系樹脂は特に重合性モノマーを分散し、懸濁重合用の分散剤として用いることが好ましい。
懸濁重合の対象となる重合性モノマーとしては、例えば、塩化ビニル、ハロゲン化ビニリデン、ビニルエーテル、酢酸ビニル、安息香酸ビニル、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸又はその無水物、エチレン、プロピレン、スチレン等が挙げられる。中でも、本発明のPVA系樹脂は塩化ビニルの単独重合又は塩化ビニルと共重合可能なモノマーとの共重合に好適に用いられる。
本発明のPVA系樹脂を懸濁重合用分散剤として使用する場合について以下に詳述する。
本発明のPVA系樹脂の使用量は懸濁重合させる単量体に応じて適宜調整すればよいが、例えば、塩化ビニル系単量体の懸濁重合に使用する場合は、塩化ビニル系単量体100重量部に対して5重量部以下で用いることが好ましく、0.01~1重量部がより好ましく、さらに好ましくは0.02~0.2重量部である。かかる使用量が多すぎると分散剤として作用しないPVA系樹脂が増加する傾向がある。
添加のタイミングとしては、重合の初期に一括添加しても、又重合の途中で分割して添加してもよい。
酢酸ビニル100部、アセトアルデヒド1.6部、メタノール4.7部及び酢酸ビニルに対して0.0092%のアセチルパーオキサイド(APO)を重合缶に仕込み、窒素で置換した。その後、加熱して沸点下で重合を開始させ、反応時間約7時間後に重合率80.0%に達した時点で重合を停止した。次いで未重合の酢酸ビニルを除去し、得られた重合体を水酸化ナトリウムで常法によりケン化して樹脂分12%のPVA系樹脂(平均重合度630、ケン化度71.7モル%、カルボニル基量0.20モル%)のケン化スラリー(酢酸メチル/メタノール=8/2(重量比)の溶媒)を調製した。ケン化スラリーに振り切り後の酢酸ナトリウム量がPVA系樹脂に対して1重量%となるように酢酸ナトリウムを加え、振り切りを行った。
次に上記で調製したPVA系樹脂に、金属化合物として酢酸マグネシウム4水和物の20%メタノール溶液を、PVA系樹脂に対して酢酸マグネシウムが2重量%となるように添加した。その後、乾燥して酢酸マグネシウム2重量%(141μmol/g)、酢酸ナトリウム1重量%(122μmol/g)を含有したPVA系樹脂を得た。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-1)の製造〕
次いで、ケン化により得られたPVA系樹脂を2軸押出機に供給して、下記の押出条件Aで押出熱処理を行ない、ポリビニルアルコール系樹脂(PVA-1)を得た。
<押出の条件>
2軸押出機(東芝機械株式会社製TEM-58、L/D=45、Φ=58、同方向回転)にて、樹脂温度が設定温度になるようにし、押出熱処理を行った。
(押出条件A)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1=50/90/170/180/190/200/205/205/205/205/215℃
スクリュー回転数:100rpm
樹脂温度:230℃
C9部真空ベント
PVA系樹脂(PVA-1)の0.1%水溶液を作製した。紫外可視近赤外分光光度計(日本分光株式会社製「V-560」(商品名))を用いて、波長215nm、280nm、320nm、380nmにおける、PVA系樹脂の0.1%水溶液の吸光度を測定した。なお、厚さ1cmの試料容器(セル)を用いた。また、波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)を算出した。結果を表1に示す。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-2)の製造〕
上記PVA系樹脂(PVA-1)の製造において、押出条件を下記の押出条件Bとした以外は実施例1と同様に熱処理を行った。
(押出条件B)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1=50/90/170/180/190/200/205/205/205/205/215℃
スクリュー回転数:140rpm
樹脂温度:239℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-2)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、Y/X値を測定した。結果を表1に示す。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-3)の製造〕
上記PVA系樹脂(PVA-1)の製造において、押出条件を下記の押出条件Cとした以外は実施例1と同様に熱処理を行った。
(押出条件C)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1=50/90/170/180/200/210/215/215/215/215/215℃
スクリュー回転数:140rpm
樹脂温度:241℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-3)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、Y/X値を測定した。結果を表1に示す。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-4)の製造〕
上記PVA系樹脂(PVA-1)の製造において、押出条件を下記の押出条件Dとした以外は実施例1と同様に熱処理を行った。
(押出条件D)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1/D1/D2/D3=50/200/200/200/220/230/230/230/230/230/230/230/220/230℃
スクリュー回転数:310rpm
樹脂温度:245℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-4)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、Y/X値を測定した。結果を表1に示す。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-5)の製造〕
上記PVA系樹脂(PVA-1)の製造において、押出条件を下記の押出条件Eとした以外は実施例1と同様に熱処理を行った。
(押出条件E)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1/D1/D2/D3=50/220/220/220/230/240/240/260/260/260/260/230/230/230℃
スクリュー回転数:350rpm
樹脂温度:249℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-5)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、Y/X値を測定した。結果を表1に示す。
〔本発明のPVA系樹脂(PVA-6)の製造〕
上記PVA系樹脂(PVA-1)の製造において、押出条件を下記の押出条件Fとした以外は実施例1と同様に熱処理を行った。
(押出条件F)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1/D1/D2/D3=50/200/200/220/230/230/250/250/250/250/250/250/230/220℃
スクリュー回転数:350rpm
樹脂温度:248℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-6)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、Y/X値を測定した。結果を表1に示す。
酢酸ビニル100部、アセトアルデヒド1.2部、メタノール4.7部及び酢酸ビニルに対して0.0092%のアセチルパーオキサイド(APO)を重合缶に仕込み、窒素で置換した。その後、加熱して沸点下で重合を開始させ、反応時間約5.7時間後に重合率91.8%に達した時点で重合を停止した。次いで未重合の酢酸ビニルを除去し、得られた重合体を水酸化ナトリウムで常法によりケン化して樹脂分12%のPVA系樹脂(平均重合度770、ケン化度71.7モル%、カルボニル基量0.16モル%)のケン化スラリー(酢酸メチル/メタノール=8/2(重量比)の溶媒)を調製した。
次に上記で調製したPVA系樹脂に、金属化合物として酢酸マグネシウム4水和物の10%メタノール溶液を、PVA系樹脂1kgに対して350gの割合で添加し、25℃で1時間撹拌した。その後、ヌッチェで振り切りを行って、酢酸マグネシウム3.2重量%(225μmol/g)を含有したPVA系樹脂を得た。
〔PVA系樹脂(PVA-7)の製造〕
次いで、上記PVA系樹脂を2軸押出機(東芝機械株式会社製TEM-58、L/D=45、Φ=58、同方向回転)にて、実施例1と同じ押出条件Aにて、押出熱処理を行なった。
(押出条件A)
温度設定:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/C9/C10/H1=50/90/170/180/190/200/205/205/205/205/215℃
スクリュー回転数:100rpm
樹脂温度:230℃
C9部真空ベント
得られたPVA系樹脂(PVA-7)について、実施例1と同様に、各波長における紫外線吸光度、波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)値を測定した。結果を表1に示す。
Claims (6)
- 0.1重量%水溶液としたときの紫外線吸収スペクトルにおける波長320nmの吸光度(X)が0.3以上であり、波長320nmの吸光度(X)に対する波長380nmの吸光度(Y)の比(Y/X)が0.09以上であるポリビニルアルコール系樹脂。
- ポリビニルアルコール系樹脂のケン化度が60モル%以上である請求項1に記載のポリビニルアルコール系樹脂。
- ビニルエステル系単量体を含む単量体を重合し、得られた重合体をケン化することと、ケン化後の重合体を熱処理することを含むポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
- 前記ケン化後の重合体のカルボニル基含有量が0.03モル%以上である請求項3に記載のポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
- 請求項1又は2に記載のポリビニルアルコール系樹脂からなる分散剤。
- 請求項1又は2に記載のポリビニルアルコール系樹脂からなる懸濁重合用分散剤。
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