JPH10101728A - ポリビニルイミダゾリンの製造法 - Google Patents

ポリビニルイミダゾリンの製造法

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JPH10101728A
JPH10101728A JP2665497A JP2665497A JPH10101728A JP H10101728 A JPH10101728 A JP H10101728A JP 2665497 A JP2665497 A JP 2665497A JP 2665497 A JP2665497 A JP 2665497A JP H10101728 A JPH10101728 A JP H10101728A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来のポリビニルイミダゾリンの製造法は、
硫化水素が副生する問題があり、工業的に十分満足でき
るものではない。したがって、硫化水素を副生しない製
造法の開発が望まれていた。 【解決手段】 ニトリル基を含有する重合体とポリアミ
ンを反応させ、ポリビニルイミダゾリン又はその塩を製
造する方法において、金属酸化物及びカルボン酸の存在
下で反応を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポリビニルイミダ
ゾリンの製造法に関する。ポリビニルイミダゾリンは高
分子凝集剤として有用な化合物である。
【0002】
【従来の技術】アクリロニトリル又はメタクリロニトリ
ルの重合体とポリアミンを反応させ、ポリビニルイミダ
ゾリン又はその塩を製造する方法には、触媒として硫黄
を使用する方法が知られている(特公昭42−6271
号公報)。硫黄を触媒とする方法は、100℃以下の温
度で反応が進行するものの、反応中に極めて毒性の高い
硫化水素が副生する問題があった。
【0003】また、ニトリル化合物とポリアミンを反応
させ、イミダゾリン環を形成する方法として銅塩(特公
平5−39943号公報)、亜鉛塩(特開昭62−19
5369号公報)を使用し、100℃以上に加熱して反
応させる方法が知られている。しかしながらこれらの方
法においては、ニトリル基を1個又は2個有するニトリ
ル化合物とポリアミンとの反応が進行することは知られ
ているものの、例えば、分子中にニトリル基を多数有す
るアクリロニトリル(又はメタクリロニトリル)の重合
体とポリアミンとの反応が進むかどうかは知られていな
い。アクリロニトリル(又はメタクリロニトリル)の重
合体中には多数のニトリル基があり、加熱すると容易に
熱分解することが広く知られている。
【0004】したがって、ポリビニルイミダゾリンを製
造する方法としては、硫黄触媒を使用する方法以外は知
られていなかった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】従来のポリビニルイミ
ダゾリンの製造法は、上記したように、硫化水素が副生
する問題があり、工業的に十分満足できるものではな
い。したがって、硫化水素を副生しない製造法の開発が
望まれていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、ポリビニル
イミダゾリンの製造法について鋭意検討した結果、触媒
として金属酸化物、カルボン酸を使用することによっ
て、硫化水素の発生も無く、そして意外にも、アクリロ
ニトリル(又はメタクリロニトリル)の重合体の熱分解
もなく、ポリビニルイミダゾリンを製造できるという新
規な事実を見出し、本発明を完成させるに至った。
【0007】すなわち、本発明は、ニトリル基を含有す
る重合体とポリアミンを反応させ、ポリビニルイミダゾ
リン又はその塩を製造する方法において、金属酸化物及
びカルボン酸の存在下で行うことを特徴とするポリビニ
ルイミダゾリンの製造法である。
【0008】以下に、本発明をさらに詳細に説明する。
【0009】本発明の方法において言う金属酸化物とし
ては、例えば、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化チ
タン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸化マンガン、酸
化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化亜
鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、
酸化銀、酸化カドミウム、酸化インジウム、酸化錫、酸
化タンタル、酸化タングステン、酸化レニウム、酸化
鉛、スカンジウム,イットリウム,ランタン,セリウム
等の希土類元素の酸化物等が挙げられるが、その中でも
活性、選択性が向上する酸化銅、酸化クロム、酸化マン
ガン、酸化亜鉛、酸化ニオブが特に好ましい。金属元素
の酸化度には特に制限無く、例えば銅の場合は一価、二
価のどちらを使用しても良い。また金属酸化物は水を含
んだ形、例えば水酸化物として使用しても良い。さらに
金属酸化物は担体に担持して使用しても良い。担体とし
ては、シリカ、アルミナ等の酸化物、シリカ−アルミ
ナ、珪藻土等の複合酸化物、活性炭、多孔質ガラス、セ
ラミック等が使用できる。
【0010】金属酸化物は他の金属酸化物と混合しても
使用できる。例えば銅クロマイト、酸化銅−酸化亜鉛等
も使用できる。
【0011】本発明の方法においてカルボン酸に特に制
限は無いが、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酢酸、イソ酪
酸、吉草酸、イソ吉草酸、ピバル酸、ラウリン酸、ミリ
スチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、2−エチルヘ
キサン酸等の脂肪族飽和モノカルボン酸類、シュウ酸、
マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリ
ン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪
族飽和ジカルボン酸類、アクリル酸、プロピオル酸、メ
タクリル酸、クロトン酸、イソクロトン酸、オレイン
酸、エライジン酸、マレイン酸、フマル酸、シトラコン
酸、メサコン酸等の脂肪族不飽和カルボン酸類、ショウ
ノウ酸、安息香酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタ
ル酸、ナフトエ酸、トルイル酸、ヒドロアトロパ酸、ア
トロパ酸、けい皮酸等の炭素環式カルボン酸類、フル
酸、テン酸、ニコチン酸、イソニコチン酸等の複素環式
カルボン酸類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等の
重合体や、モノクロロ酢酸、ジクロロ酢酸、トリフルオ
ロ酢酸等が例示される。本発明の方法においてカルボン
酸は塩の形で使用しても一向に差し支えない。
【0012】本発明において使用される触媒は、これら
の金属酸化物及びカルボン酸又はカルボン酸である。ま
た、金属酸化物とカルボン酸の比に特に制限はなく、こ
の両方が存在すると反応は大きく加速される。
【0013】なお本発明の方法における条件では、ポリ
アミン化合物が存在するため系中は強塩基性になり、金
属酸化物とカルボン酸が反応して、金属のカルボン酸塩
を形成することはない。
【0014】本発明の方法において、触媒の形態に特に
制限はなく、反応形式に応じて、金属酸化物触媒は粉末
で使用しても良いし、成型して使用することもできる。
金属酸化物は反応生成物のポリビニルイミダゾリンには
溶解しないため、容易に分離でき、再使用が可能であ
る。カルボン酸は金属酸化物と混合して使用しても良い
し、原料に混合して使用しても良い。
【0015】本発明の方法において、原料のニトリル基
を含有する重合体として、アクリロニトリル又はメタク
リロニトリルの単独重合体を使用しても良いし、共重合
体も使用できる。アクリロニトリル又はメタクリロニト
リルと共重合できるモノマーとしては、塩化ビニル、臭
化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類、塩化
ビニリデン等のハロゲン化ビニリデン類、アクリル酸、
メタクリル酸、イタコン酸、無水マレイン酸等の不飽和
カルボン酸及びこれらの塩類、(メタ)アクリル酸メチ
ル、(メタ)アクリル酸エチル等の(メタ)アクリル酸
エステル類、メチルビニルケトン、メチルイソプロペニ
ルケトン等の不飽和ケトン類、酢酸ビニル、安息香酸ビ
ニル等のビニルエステル類、メチルビニルエーテル、エ
チルビニルエーテル等のビニルエーテル類、(メタ)ア
クリルアミド及びそのアルキル置換体、ビニルスルホン
酸、(メタ)アリルスルホン酸、p−スチレンスルホン
酸、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン
酸、(メタ)アクリロイルオキシエチルスルホン酸等の
不飽和スルホン酸等及びこれらの塩類、スチレン、α−
メチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン及びその
アルキル又はハロゲン置換体、アリルアルコール及びそ
のエステル又はエーテル類、ビニルピリジン、ビニルピ
リミジン、ビニルイミダゾール、ジメチルアミノエチル
メタクリレート、ビニルベンジルジメチルアミン等の塩
基性ビニル化合物類等が挙げられる。
【0016】本発明の方法において使用される原料のポ
リアミンは、1,2−ジアミンである。1,2−ジアミ
ンは下式(1)で示される化合物である。
【0017】 H2NCHR1CHR2NHR3 (1) (式中、R1、R2、R3は、各々独立して、水素、脂肪
族、芳香脂肪族又は芳香族の基を意味する) 1,2−ジアミンとしては、エチレンジアミン、ジエチ
レントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチ
レンペンタミン、ペンタエチレンヘキサミン、アミノエ
チルピペラジン等のエチレンアミン、ジアミノプロパ
ン、ジアミノブタン、ジアミノペンタン、ジアミノヘキ
サン、ジアミノオクタン、ジアミノノナン、ジアミノデ
カン、シクロヘキシルエチレンジアミン、ベンジルエチ
レンジアミン、フェニルエチレンジアミン、メトキシフ
ェニルエチレンジアミン、ジメチルフェニルエチレンジ
アミン、トリルエチレンジアミン、N−シクロヘキシル
エチレンジアミン、N−ベンジルエチレンジアミン、N
−フェニルエチレンジアミン、N−メトキシフェニルエ
チレンジアミン、N−ジメチルフェニルエチレンジアミ
ン、N−トリルエチレンジアミン、N−メチルエチレン
ジアミン、N−エチルエチレンジミン、N−イソブチル
エチレンジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N
−(2−アミノエチル)エチレンジアミン等が例示され
る。
【0018】本発明の方法において、ポリアミンとアク
リロニトリル又はメタクリロニトリルの重合体は化学当
量又は一方の過剰で反応を行うことができる。
【0019】本発明の方法において、反応温度は、反応
速度の向上、アミン類の分解抑制及びポリビニルイミダ
ゾリンの収率向上のため、通常60〜300℃の範囲で
行われるが、70〜250℃で行うことが更に好まし
い。
【0020】本発明の方法は通常液相で実施される。
【0021】本発明の方法において、反応は原料を液体
状、溶液状、懸濁状に保てれば良く、常圧、又は加圧下
で行うことができる。この反応では、反応中にアンモニ
アが生成するため、加圧反応の場合は、圧力が上昇する
が、このアンモニアは反応途中で除去することもできる
し、反応が終了してから除去することもできる。反応温
度が原料の沸点を越えている場合は、加圧下で反応を実
施する、凝縮器を設ける、あるいは原料を少しずつ供給
する等の方法をとることができる。
【0022】本発明の方法においては、溶媒を使用して
もしなくても良い。溶媒としては、水等イミダゾリンを
分解するものの使用は好ましくないが、反応条件に不活
性なものであれば特に制限なく使用できる。
【0023】本発明の方法は、連続反応で実施しても良
いし、回分反応、半回分反応で実施しても良い。また固
定床でも懸濁床でも反応できる。
【0024】ポリビニルイミダゾリンは、酸と接触させ
ることにより、容易に塩に変えることができる。具体的
には、水溶性のポリビニルイミダゾリンに当量の塩酸水
溶液を加えることによって、ポリビニルイミダゾリンの
塩化物に変えることができる。
【0025】本発明の方法においては、反応生成物のポ
リビニルイミダゾリンはそのまま精製しても良いし、塩
の形で精製しても良い。
【0026】
【実施例】以下、本発明を実施例にて説明するが、本発
明はこれらに限定されるものではない。
【0027】実施例1 ポリアクリロニトリル(平均分子量8万6千)25g,
エチレンジアミン60g,活性亜鉛華1.5g,酢酸
1.5gを200mlの電磁撹拌式ステンレス製オート
クレーブに入れ、窒素置換した後、昇温を開始した。1
00℃を越えると圧力が上昇し、130℃で0.3MP
aになった。そのまま昇温を続け180℃にした。オー
トクレーブの圧力は引き続き上昇し、5時間後には1.
7MPaになった。
【0028】これを冷却し、粘調な赤色溶液を取り出
し、アセトン中に注ぐと、淡黄色の固体となった。これ
を乾燥すると48gの淡黄色のポリビニルイミダゾリン
粉末が得られた。メタノールに溶解し、濾過すると、不
溶の活性亜鉛華1.5gが分離できた。
【0029】実施例2 溶媒として、N,N−ジメチルホルムアミド40gを使
用し、活性亜鉛華の代わりに酸化ニオブを使用した他は
実施例1と同じ方法でポリビニルイミダゾリンを製造し
た。180℃到達から5時間で1.6MPaの圧力が上
昇した。
【0030】これを冷却し、アセトン中に注ぐと、淡黄
色の固体となった。これを乾燥すると39gの淡黄色の
ポリビニルイミダゾリン粉末が得られた。
【0031】実施例3 ポリアクリロニトリル(平均分子量8万6千)26g,
エチレンジアミン60g,メタノール40g,酸化銅
1.5g,プロピオン酸1.5gを200mlの電磁撹
拌式ステンレス製オートクレーブに入れ、窒素置換した
後、220℃に昇温した。220℃で3.1MPaにな
った。30分後これを冷却し、粘調な褐色溶液を取り出
した。これをアセトン中に注ぎ、乾燥すると、50gの
褐色固体が得られた。
【0032】実施例4 アクリロニトリル、スチレン共重合体(アクリロニトリ
ル25%)50g,エチレンジアミン60g,活性亜鉛
華1.5g,酢酸1.5gを200mlの電磁撹拌式ス
テンレス製オートクレーブに入れ、窒素置換した後、1
80℃に昇温した。5時間後の圧力は1.0MPaにな
った。
【0033】これを冷却し、粘調な白色溶液を取り出し
た。これ水中に注ぐと、白色の固体となった。これを乾
燥すると56gの白色のビニルイミダゾリンスチレン共
重合体粉末が得られた。
【0034】実施例5 ポリアクリロニトリル(平均分子量8万6千)240
g,エチレンジアミン1200g,酢酸144gを2l
のフラスコに入れ、窒素置換した後、昇温を開始した。
90℃で12時間加熱した後、これを冷却し、粘調な赤
色溶液を取り出し、アセトン中に注ぐと、淡黄色の固体
となった。これを乾燥すると一部が酢酸塩となった57
5gの淡黄色のポリビニルイミダゾリン粉末が得られ
た。
【0035】実施例6 ポリアクリロニトリル(平均分子量50万)5g,エチ
レンジアミン50g,酢酸1gを200mlのフラスコ
に入れ、窒素置換した後、昇温を開始した。90℃で1
2時間加熱した後、これを冷却し、粘調な赤色溶液を取
り出し、アセトン中に注ぐと、白色の固体となった。こ
れを乾燥すると一部が酢酸塩となった10gのポリビニ
ルイミダゾリン粉末が得られた。
【0036】実施例7 ポリアクリロニトリル(平均分子量8万6千)5g,エ
チレンジアミン10g,n−ヘプタン40g,酢酸1.
5gを200mlのフラスコに入れ、窒素置換した後、
95℃に昇温した。95℃で9時間反応させた後、これ
を冷却し、これをアセトン中に注ぎ、乾燥すると、9g
の白色固体が得られた。 実施例8 アクリロニトリル、スチレン共重合体(アクリロニトリ
ル25%)25g,1,2−プロパンジアミン50g,
2−エチルエキサン酸5gを200mlのフラスコに入
れ、窒素置換した後、130℃に昇温した。これを冷却
し、粘調な白色溶液を取り出した。これ水中に注ぐと、
白色の固体となった。これを乾燥すると白色のメチルビ
ニルイミダゾリン−スチレン共重合体粉末が得られた。
【0037】
【発明の効果】本発明は、硫化水素を副生せず、アクリ
ロニトリル(又はメタクリロニトリル)の重合体の熱分
解もないポリビニルイミダゾリンの製造法を提供するも
のであり、工業的に極めて有意義である。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ニトリル基を含有する重合体とポリアミ
    ンを反応させ、ポリビニルイミダゾリン又はその塩を製
    造する方法において、金属酸化物及びカルボン酸の存在
    下で反応を行うことを特徴とするポリビニルイミダゾリ
    ンの製造法。
  2. 【請求項2】 ニトリル基を含有する重合体とポリアミ
    ンを反応させ、ポリビニルイミダゾリン又はその塩を製
    造する方法において、カルボン酸の存在下で行うことを
    特徴とするポリビニルイミダゾリンの製造法。
  3. 【請求項3】 ニトリル基を含有する重合体が、アクリ
    ロニトリル又はメタクリロニトリルの単独重合体又は共
    重合体であることを特徴とする請求項1又は請求項2に
    記載の製造法。
  4. 【請求項4】 ポリアミンが下式(1)で示される化合
    物であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいず
    れかに記載の製造法。 H2NCHR1CHR2NHR3 (1) (式中、R1、R2、R3は各々独立して、水素、脂肪
    族、芳香脂肪族又は芳香族の基を意味する)
  5. 【請求項5】 金属酸化物が、酸化アルミニウム、二酸
    化珪素、酸化チタン、酸化バナジウム、酸化クロム、酸
    化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸
    化銅、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化
    モリブデン、酸化銀、酸化カドミウム、酸化インジウ
    ム、酸化錫、酸化タンタル、酸化タングステン、酸化レ
    ニウム、酸化鉛、又は希土類元素の酸化物であることを
    特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の製
    造法。
  6. 【請求項6】 カルボン酸が、脂肪族飽和モノカルボン
    酸類、脂肪族飽和ジカルボン酸類、脂肪族不飽和カルボ
    ン酸類、炭素環式カルボン酸類、複素環式カルボン酸
    類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸の重合体、モノ
    クロロ酢酸、ジクロロ酢酸、又はトリフルオロ酢酸であ
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに
    記載の製造法。
  7. 【請求項7】 反応温度が、60〜300℃の範囲であ
    ることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに
    記載の製造法。
  8. 【請求項8】 反応を液相で実施することを特徴とする
    請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の製造法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6652087B2 (en) 2000-07-04 2003-11-25 Furukawa Ken-Ichi Image formation

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