JP7377073B2 - ポリビニルアセタール樹脂、積層体、及びポリビニルアセタール樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]
下記式(1)で表される構造単位(X1)を含み、アセトキシ基濃度が0.1~5mol%であり、且つ、アセタール化度が50~80mol%である、ポリビニルアセタール樹脂。
[2]
前記ポリビニルアセタール樹脂が、125℃以上のガラス転移温度を有する、上記[1]に記載のポリビニルアセタール樹脂。
[3]
前記構造単位(X1)が、アセタール化された構造単位中、50mol%以上含まれる、上記[1]又は[2]に記載のポリビニルアセタール樹脂。
[4]
前記式(1)中、nが1である、上記[1]~[3]のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂。
[5]
上記[1]~[4]のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂を含む接着層(N)と、
ガラス、ポリエステル樹脂、繊維強化樹脂、及び金属からなる群から選ばれる被接着層(M)と、
を積層した積層体。
[6]
前記被接着層(M)が、ポリエステル樹脂である、上記[5]に記載の積層体。
アセトキシ基濃度が0.1~5mol%のポリビニルアルコールと、下記式(3)で表される化合物を反応させ、下記式(1)で表される構造単位(X1)を含み、アセタール化度が50~80mol%である、ポリビニルアセタール樹脂を得る工程を含む、ポリビニルアセタール樹脂の製造方法。
[8]
前記ポリビニルアセタール樹脂のアセトキシ基濃度が0.1~5mol%である、上記[7]に記載のポリビニルアセタール樹脂の製造方法。
[9]
前記[1]~[4]のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂を含有する接着剤。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂は、式(1)で表される構造単位(X1)を含み、アセトキシ基濃度が0.1~5mol%であり、且つ、アセタール化度が50~80mol%である。
以上の構成により、本実施形態のポリビニルアセタール樹脂は、高い耐熱性及び優れた外観を有し、フィルムキャスト成型性及び密着性に優れる。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂におけるアセトキシ基濃度は、0.1~5mol%である。アセトキシ基濃度が0.1~5.0mol%であることで、ポリビニルアセタール樹脂は、黄変が抑制されて優れた外観を示す。ポリビニルアセタール樹脂は、高いアセタール化度を得ることができるため、ポリビニルアセタール樹脂の耐熱性を向上させることができる。本実施形態のポリビニルアセタール樹脂におけるアセトキシ基濃度は、好ましくは0.3~4mol%であり、より好ましくは0.5~3mol%である。
アセトキシ基濃度(mol%)=〔アセトキシ基のモル数〕/[〔アセトキシ基のモル数〕+〔水酸基のモル数〕+〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×2]×100 ・・・(A)
また、アセトキシ基濃度は、原料として使用するポリビニルアルコールのけん化度を適宜調整することで上記の範囲とすることができる。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂におけるアセタール化度は、50~80mol%である。アセタール化度が当該範囲にあることで、ポリビニルアセタール樹脂は、優れた耐熱性を示す。本実施形態のポリビニルアセタール樹脂におけるアセタール化度は、好ましくは55~75mol%であり、より好ましくは60~73mol%である。
アセタール化度(mol%)=[〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×2]/[〔アセトキシ基のモル数〕+〔水酸基のモル数〕+〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×2]×100 ・・・(B)
また、アセタール化度は、原料として使用するポリビニルアルコールと、アルデヒド化合物との仕込比を調整することで上記の範囲とすることができる。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂は、下記式(1)で表される構造単位(X1)を含む。ポリビニルアセタール樹脂は構造単位(X1)を含むことで、高い耐熱性を示しつつも、優れた溶媒への溶解性を示すのでフィルムキャスト成型性に優れる。さらには、ポリビニルアセタール樹脂は構造単位(X1)を含むことで、優れた密着性を示す。
nは、好ましくは1以上3以下であり、より好ましくは1以上2以下であり、更に好ましくは1である。nが当該範囲であることで、より高い耐熱性を有し、より優れた密着性を示すポリビニルアセタール樹脂が得られる。
構造単位(X1)の割合は、アセタール化された構造単位中、好ましくは50mol%以上であり、より好ましくは60mol%以上であり、更に好ましくは80mol%以上であり、更に好ましくは90mol%以上である。そして構造単位(X1)の割合は、その上限は特に限定されないが、例えば100mol%以下である。構造単位(X1)の割合が当該範囲であることで、ポリビニルアセタール樹脂は高い耐熱性を示す。
構造単位(X1)の割合(mol%)=〔構造単位(X1)のモル数〕/〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×100 ・・・(C)
また、構造単位(X1)の割合は、原料として使用するポリビニルアルコールと、アルデヒド化合物との仕込比を調整することで上記の範囲とすることができる。
構造単位(X1)の割合(mol%)=[〔構造単位(X1)のモル数〕×2]/[〔アセトキシ基のモル数〕+〔水酸基のモル数〕+〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×2]×100 ・・・(D)
また、構造単位(X1)の割合は、原料として使用するポリビニルアルコールと、アルデヒド化合物との仕込比を調整することで上記の範囲とすることができる。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂は、下記式(2)で表される構造単位(X2)を更に含んでいてもよい。
R2は、好ましくは炭素数1~10の脂肪族炭化水素基である。脂肪族炭化水素基の炭素数は、好ましくは2~8であり、より好ましくは3~6である。脂肪族炭化水素基は、直鎖状、分岐状、環状のいずれであってもよいが、直鎖状脂肪族炭化水素が好ましい。脂肪族炭化水素基は、飽和であっても、不飽和であってもよいが、飽和脂肪族炭化水素が好ましい。
ポリビニルアセタール樹脂が構造単位(X2)を含む場合、構造単位(X2)の割合は、アセタール化された構造単位中、好ましくは1~50mol%である。
構造単位(X2)の割合(mol%)=〔構造単位(X2)のモル数〕/〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×100 ・・・(C’)
また、構造単位(X2)の割合は、原料として使用するポリビニルアルコールと、アルデヒド化合物との仕込比を調整することで上記の範囲とすることができる。
構造単位(X2)の割合(mol%)=[〔構造単位(X2)のモル数〕×2]/[〔アセトキシ基のモル数〕+〔水酸基のモル数〕+〔アセタール化により導入された部位のモル数〕×2]×100 ・・・(D’)
また、構造単位(X2)の割合は、原料として使用するポリビニルアルコールと、アルデヒド化合物との仕込比を調整することで上記の範囲とすることができる。
(ガラス転移温度)
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂は、好ましくは125℃以上のガラス転移温度を有する。当該範囲のガラス転移温度を有することで、高い耐熱性を示す。ポリビニルアセタール樹脂のガラス転移温度は、より好ましくは130~200℃であり、更に好ましくは140~190℃であり、より更に好ましくは145~180℃である。
ガラス転移温度は、示差走査熱量計により測定できる。より詳細には、ガラス転移温度は、実施例に記載の方法により測定できる。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂の重量平均分子量(Mw)は、好ましくは10,000~2,000,000であり、より好ましくは100,000~1,000,000であり、更に好ましくは200,000~500,000である。重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法にて測定し、ポリスチレンにて換算した値である。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂の用途は、特に限定されないが、例えば、接着剤である。接着剤として、特定の材料の接着により、積層体を形成することが好ましい。本実施形態の接着剤は、本実施形態のポリビニルアセタール樹脂を含有する。本実施形態の接着剤は、溶剤を含んでいても、含んでいなくてもよい。
本実施形態の積層体としては、ポリビニルアセタール樹脂を含む接着層(N)と、ガラス、ポリエステル樹脂、繊維強化樹脂、及び金属からなる群から選ばれる被接着層(M)とを積層した積層体が挙げられる。当該積層体は、ポリビニルアセタール樹脂が高い耐熱性を有するため、高温条件での耐久性に優れる。本実施形態の積層体は、被接着層(M)と、接着層(N)と、被接着層(M)とがこの順で積層されたものが好ましい。
本実施形態のポリビニルアセタール樹脂の製造方法は、アセトキシ基濃度が0.1~5mol%のポリビニルアルコールと、下記式(3)で表される化合物を反応させ、下記式(1)で表される構造単位(X1)を含み、アセタール化度が50~80mol%である、ポリビニルアセタール樹脂を得る工程(以下、「工程1」ともいう。)を含む。
以上の構成により、本実施形態の製造方法によれば、高い耐熱性及び優れた外観を有し、フィルムキャスト成型性及び密着性に優れるポリビニルアセタール樹脂が得られる。
<ガラス転移温度>
5mgの試料を用いて、窒素雰囲気下で、示差走査熱量計「DSC-60」(株式会社島津製作所製)により、昇温速度10℃/minで昇温し、200℃に到達した時点で急冷し、再び昇温速度10℃/minで昇温して、示差走査熱量測定曲線(DSC曲線)の転移前後における基線の差の1/2だけ変化した温度をガラス転移温度とした。
試料10mgを2gの1-メチル-2-ピロリドンに溶解させた溶液20μLを、高速液体クロマトグラフィー「Shodex GPC‐104」(製品名、昭和電工株式会社製)に注入し分析を実施した。カラム「Shodex GPC LF-804」(製品名、昭和電工株式会社製、長さ30cm×内径8mm)を用い、移動相として1-メチル-2-ピロリドンを用い、検出は示差屈折計(RI)を用いた。なお、温度は40℃、流速は0.25mL/min.とした。重量平均分子量Mwは、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ法により標準ポリスチレンを標準物質として求めた。
ジメチルスルホキシド-d6(以下、「重DMSO」ともいう。)に試料を溶解させて、核磁気共鳴装置(500MHz)により、プロトン非照射、パルス間時間14秒の条件で、13C-NMRを測定した。得らえたスペクトルから、アセタール化により導入された部位、アセトキシ基、及び水酸基(水酸基に結合した炭素)の代表的なシグナルの積分比に基づいて、アセトキシ濃度を計算した。なお、内部標準物質は使用せず、重DMSOに帰属されるピーク(39.52ppm)を基準とした。
重DMSOに試料を溶解させて、核磁気共鳴装置(500MHz)により、1H-NMRを測定した。得らえたスペクトルから、アセタール化により導入された部位、アセトキシ基、及び水酸基の代表的なシグナルの積分比に基づいて、アセタール化度を計算した。なお、内部標準物質は使用せず、重DMSOの残存プロトンに帰属されるピーク(2.50ppm)を基準とした。
実施例1
攪拌装置及び還流冷却器を備えた反応器に、ポリビニルアルコール「デンカポバール K-17E」(デンカ株式会社製、重合度1800、鹸化度98mol%、アセトキシ基濃度2mol%)6g(136mmol)を1-メチル-2-ピロリドン(NMP)150gに加え、90℃の温度で約1時間攪拌し溶解させた。完全に溶解させた後、この溶液を25℃に冷却した。この溶液に、4-ビフェニルアルデヒド(4-BPAL)25g(三菱瓦斯化学株式会社製)(141mmol)を1-メチル-2-ピロリドン90gに溶かした溶液を添加し、撹拌した。次いで、濃度35質量%の塩酸水溶液2gを添加して、液温を60℃として4時間保持してアセタール化反応を行った。この反応溶液を、水酸化ナトリウムを溶解させたメタノール中に滴下して中和を行い、ポリビニルアセタール樹脂の粗精製物を得た。粗精製物を水洗してろ過を行い、得られた固形物にジメチルスルホキサイドを加えて撹拌して溶解させた。この溶液をメタノール中に滴下し、析出物を水洗及び乾燥を経て、精製されたポリビニルアセタール樹脂の粉末を得た。重量平均分子量(Mw)は260,000であった。得られたポリビニルアセタール樹脂について、アセトキシ濃度及びアセタール化度を測定し、表1に示した。また得られたポリビニルアセタール樹脂について、以下の評価を行い、その結果を表1に示した。
表1に示したアセトキシ基濃度のポリビニルアルコールを用いて、表1に示したアセタール化率が得られる量の原料アルデヒドを用いたこと以外、実施例1と同様の方法により、実施例2~4、比較例1,2,4~6のポリビニルアセタール樹脂を得た。得られたポリビニルアセタール樹脂について、アセトキシ濃度及びアセタール化度を測定し、表1に示した。また得られたポリビニルアセタール樹脂について、以下の評価を行い、その結果を表1に示した。
なお、比較例3では、目的のアセタール化率を有するポリビニルアセタール樹脂は得られなかった。
<耐熱性>
実施例及び比較例で得られた樹脂のガラス転移温度を測定し、そのガラス転移温度により耐熱性を評価した。ガラス転移温度が高いほど耐熱性に優れる。
実施例及び比較例で得られた樹脂の外観を目視で確認し、以下の基準で外観を評価した。
A:黄変がみられない(良好)
B:やや黄変している
C:明らかに黄変している
実施例及び比較例で得られた樹脂を用いて以下の方法により、フィルムキャスト成型を試み、当該方法が実施できるか否かによってフィルムキャスト成型性を評価した。なお、評価基準は、下記に示したとおりである。
実施例及び比較例で得られた樹脂を、溶媒であるクロロホルムに溶解させて塗工液を作成した。当該塗工液を平滑なガラスシャーレに注ぎ入れ、室温で一晩乾燥させることで75μmの塗工膜を作製した。
A:樹脂が溶媒に溶解し、フィルムキャストができた
C:樹脂が溶媒に溶解しない
試験方法は、T字引張試験(JISK6854-3:1999)に準拠した。上記<フィルムキャスト成型性>で得られた塗工膜を25×100mmに切り取り、2枚の二軸延伸ポリエチレンテレフタレート(PET)樹脂板「コスモシャインA4100(東洋紡製)」(25×150×0.19mm)で挟み、温度200℃、付加荷重10MPa/Gで10分間プレスすることで接着を行い、試験体を得た。
オートグラフ「AG-Xplus」(株式会社島津製作所製)を用いて、引張速度10mm/minで試験を行い、材料破壊時の破壊モードから接着力を評価した。以下の基準で評価した。
A:破壊モード 材料破壊
C:破壊モード 界面破壊を含む
PV-1:ポリビニルアルコール「デンカポバール K-17E」(デンカ株式会社製、平均重合度1800、鹸化度98mol%、アセトキシ基濃度2mol%)
PV-2:ポリビニルアルコール「デンカポバール B-24N」(デンカ株式会社製、平均重合度2400,鹸化度88mol%、アセトキシ基濃度12mol%)
4-BPAL:4-ビフェニルアルデヒド
NAL:ナフトアルデヒド
BuAL:ブチルアルデヒド
Claims (9)
- 前記ポリビニルアセタール樹脂が、125℃以上のガラス転移温度を有する、請求項1に記載のポリビニルアセタール樹脂。
- 前記構造単位(X1)が、アセタール化された構造単位中、50mol%以上含まれる、請求項1又は2に記載のポリビニルアセタール樹脂。
- 前記式(1)中、nが1である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂を含む接着層(N)と、
ガラス、ポリエステル樹脂、繊維強化樹脂、及び金属からなる群から選ばれる被接着層(M)と、
を積層した積層体。 - 前記被接着層(M)が、ポリエステル樹脂である、請求項5に記載の積層体。
- 前記ポリビニルアセタール樹脂のアセトキシ基濃度が0.1~5mol%である、請求項7に記載のポリビニルアセタール樹脂の製造方法。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載のポリビニルアセタール樹脂を含有する接着剤。
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