JPWO2013105188A1 - ビニルアルコール系重合体及びその製造方法、ならびにビニルアルコール系重合体を含む組成物及び塗工剤 - Google Patents

ビニルアルコール系重合体及びその製造方法、ならびにビニルアルコール系重合体を含む組成物及び塗工剤 Download PDF

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Abstract

本発明は、メルカプト基を有する反応性に優れたビニルアルコール系重合体を提供する。本発明は、ビニルアルコール単位、及び下記式(I)で表される構成単位を含む側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体である(式中の各記号は、明細書に定義の通りである)。

Description

本発明は、側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体及びその製造方法に関する。本発明はまた、側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体を含む組成物に関する。本発明はさらに、側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体を含む塗工剤に関する。
ビニルアルコール系重合体(以下ビニルアルコール系重合体をPVAと略記することがある)は数少ない結晶性の水溶性高分子として優れた界面特性及び強度特性を有する事から、紙加工、繊維加工及びエマルジョン用の安定剤に利用されているほか、PVA系フィルム及びPVA系繊維等として重要な地位を占めている。一方で結晶性を制御したり、官能基を導入して特定の性能を向上させた高機能化の追求も行われており、いわゆる変性PVAも種々開発されている。
メルカプト基は反応性に富む官能基であり、メルカプト基をPVAに導入することはグラフトポリマーやブロックポリマー等の機能性重合体の製造、各種高分子反応による重合体の改質、架橋剤との反応による耐水化等を可能にすることができ、重要である。
メルカプト基を有する変性PVAとしてはこれまでにいくつかの提案がなされている(特許文献1〜3)。しかしながら、当該変性PVAのメルカプト基は分子鎖末端のみに導入されているため、反応点の数が少なく、架橋剤との反応において十分な耐水性が発現しないという問題があった。
また、架橋剤との反応性を活かしたPVAとして、カルボキシル基変性PVAやアセト酢酸エステル基含有PVAが知られており、印刷用紙やコート層を形成するための塗工剤などに用いられている(特許文献4、5)。しかしながら、カルボキシル基変性PVAは反応性が充分ではなく、所望の耐水レベルに到達させるために、30〜40℃の環境下で1日〜1週間程度保存するキュア工程が必要であった。また、アセト酢酸エステル基含有PVAは、優れた反応性を有するため、耐水性付与は可能であるが、側鎖に導入されたアセト酢酸エステルと架橋剤との反応性が急速に進むため溶液での粘度安定性が悪く、使用可能時間が短いという問題点があった。
特開昭59−187005号公報 特許第3256544号公報 特開2007−246639号公報 特開平9−164763号公報 特開2007−84802号公報
本発明は、メルカプト基を有する反応性に優れたビニルアルコール系重合体及びその製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、耐水性に優れる製品を与えるビニルアルコール系重合体組成物を提供することを目的とする。本発明はさらに、優れた耐水性を発現し、粘度安定性に優れ貯蔵安定性が良好な塗工剤を提供することを目的とする。
上記課題を解決した本発明は、ビニルアルコール単位、及び下記式(I)で表される構成単位を含む側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体である。
Figure 2013105188
(式中、Rは、水素原子又はカルボキシル基であり、Rは、水素原子、メチル基、カルボキシル基又はカルボキシメチル基であり、Xは、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜22の2価の基であり、Rがカルボキシル基である場合、当該カルボキシル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよく、Rがカルボキシル基又はカルボキシメチル基である場合、当該カルボキシル基又はカルボキシメチル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよい。)
本発明はまた、上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体と耐水化剤とを含むビニルアルコール系重合体組成物である。
本発明はまた、ビニルエステルと、上記式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体とを共重合する工程を含む上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の製造方法である。
本発明はまた、上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体を含む塗工剤である。
本発明によれば、側鎖にメルカプト基を有する反応性に優れたビニルアルコール系重合体及びその製造方法が提供される。また、本発明によれば、耐水性に優れる製品を与えるビニルアルコール系重合体組成物が提供される。さらに、本発明によれば、優れた耐水性を発現し、粘度安定性に優れ貯蔵安定性が良好な塗工剤が提供される。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、以下の式(I)に示される構成単位を有する。重合体の繰り返し単位中にメルカプト基が存在することにより反応点を多くすることができるため、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は反応性が高い。式(I)において、Rは、水素原子又はカルボキシル基であり、Rは、水素原子、メチル基、カルボキシル基又はカルボキシメチル基であり、Xは、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜22の2価の基である。Rがカルボキシル基である場合、当該カルボキシル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよい。Rがカルボキシル基又はカルボキシメチル基である場合、当該カルボキシル基又はカルボキシメチル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよい。
Figure 2013105188
式(I)で表される単位中のXは、重合体主鎖とメルカプト基との間のスペーサーの役割を果たし、メルカプト基の反応性を立体的因子の点から向上させる部位である。Xは、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜22の2価の基であればよく、特に限定されない。Xの炭素数としては、1〜20が好ましい。Xが含む水素原子、窒素原子及び酸素原子の数は特に限定されない。Xが窒素原子及び/又は酸素原子を含む場合としては、例えば、脂肪族炭化水素基の炭素原子間に挿入された、カルボニル結合(−CO−)、エステル結合(−COO−)、エーテル結合(−O−)、アミノ結合〔−NR−(Rは水素原子またはNと結合する炭素を含む基)〕、アミド結合(−CONH−)等として含む場合や、脂肪族炭化水素基の水素原子を置換する、カルボキシル基(−COOH)、水酸基(−OH)等として含む場合が挙げられる。Xの例としては、直鎖状、分岐状又は環状の炭素数1〜22の脂肪族炭化水素基(特に、アルキレン基);カルボニル結合、エステル結合、エーテル結合、アミノ結合、及びアミド結合からなる群より選ばれる少なくとも1種の結合を含み、合計炭素数が1〜22の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素基(特に、アルキレン基);アルコキシ基、カルボキシル基及び水酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有する合計炭素数が1〜22の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素基(特に、アルキレン基);アルコキシ基、カルボキシル基及び水酸基からなる群より選ばれる少なくとも1種の置換基を有し、かつカルボニル基、エステル結合、エーテル結合及びアミド結合からなる群より選ばれる少なくとも1種の結合を含み、合計炭素数が1〜20の直鎖状、分岐状又は環状の脂肪族炭化水素基(特に、アルキレン基)等が挙げられる。
好ましい一実施形態では、式(I)において、R1が、水素原子であり、Rが、水素原子又はメチル基であり、Xが、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の2価の基である。当該実施形態においては、Xは、原料入手性、合成上の容易さから、カルボキシル基又は水酸基で置換されていてもよい合計炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であることが好ましく、合計炭素数1〜20の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であることがより好ましく、合計炭素数2〜14の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であることがさらに好ましく、合計炭素数2〜8の直鎖状又は分岐状のアルキレン基であることがさらにより好ましい。さらに反応性の観点から、最も好ましくは、直鎖状の炭素数6のアルキレン基である。
別の好ましい一実施形態では、式(I)において、Xが、アミド結合を含み、当該アミド結合が、直接又は一つのメチレン基を介して、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の主鎖に結合する。当該実施形態では、式(I)で表される構成単位は、例えば、下記式(I’)となる。
Figure 2013105188
式中、R1及びRは、前記と同義であり、nは0又は1であり、Xは、窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の2価の脂肪族炭化水素基である。
nは0であることが好ましい。このとき、Xは、*−CO−NH−X−(式中、*は重合体主鎖と結合する結合手を示し、Xは前記と同義である)となる。nが0である場合、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の製造の際に、未反応の単量体が残りにくく、未反応の単量体による影響を低減することができる。
で表され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く、好ましくは直鎖又は分岐状である。前記脂肪族炭化水素基が分岐している場合には、脂肪族炭化水素基の主鎖(硫黄原子と窒素原子との間で原子が連続する鎖)から分岐した部位の炭素数は、1〜5であることが好ましい。Xが窒素原子及び/又は酸素原子を含む場合としては、例えば、窒素原子及び/又は酸素原子を、前記脂肪族炭化水素基に挿入された、カルボニル結合、エーテル結合、アミノ結合、アミド結合等として含む場合や、窒素原子及び/又は酸素原子を、前記脂肪族炭化水素基を置換する、カルボキシル基、水酸基等として含む場合が挙げられる。原料入手性、合成上の容易さから、Xは、好ましくは、合計炭素数が1〜20の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、より好ましくは、合計炭素数が2〜15の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基であり、さらに好ましくは、合計炭素数が2〜10の、カルボキシル基を有していてもよい直鎖状又は分岐状アルキレン基である。
かかる構成単位は、後述するビニルエステルと共重合可能であり、かつ式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体より誘導することができ、好ましくは、式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体より誘導することができる。
Figure 2013105188
式中、R及びRは、共に水素原子、又は一方が水素原子かつ他方がカルボキシル基であり、Rは、水素原子、メチル基、カルボキシル基又はカルボキシメチル基であり、Xは、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜22の基であり、Rはメチル基であるか、Xに含まれる特定の炭素原子と共有結合して環状構造を形成する。
がアミド結合を含み、当該アミド結合のカルボニル炭素がビニル炭素と結合している場合には、式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体は、後述するビニルエステルとの共重合性が良好であり、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の変性量、重合度を高くすることが容易である。また、一般にチオエステル系単量体を使用した場合、重合終了時に残留する未反応の単量体に起因する臭気が懸念されている。しかしながら、Xがアミド結合を含み、当該アミド結合のカルボニル炭素がビニル炭素と結合している場合には、式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体は、重合終了時に残留する未反応の単量体が非常に少ないことから、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の臭気を大きく低減することができる。
式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体は、公知方法に準じて製造することができる。
式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体としては、例えば、チオ酢酸S−(3−メチル−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−17−オクタデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−15−ヘキサデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−14−ペンタデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−13−テトラデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−12−トリデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−11−ドデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−10−ウンデセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−9−デセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−8−ノネン−1−イルエステル、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−6−ヘプテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−5−ヘキセン−1−イルエステル、チオ酢酸S−4−ペンテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−3−ブテン−1−イルエステル、チオ酢酸S−2−プロペン−1−イルエステル、チオ酢酸S−[1−(2−プロペン−1−イル)ヘキシル]エステル、チオ酢酸S−(2,3−ジメチル−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(1−エテニルブチル)エステル、チオ酢酸S−(2−ヒドロキシ−5−ヘキセン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(2−ヒドロキシ−3−ブテン−1−イル)エステル、チオ酢酸S−(1,1−ジメチル−2−プロペン−1−イル)エステル、2−[(アセチルチオ)メチル]−4−ペンテン酸、チオ酢酸S−(2−メチル−2−プロペン−1−イル)エステル、下記式(a−1)〜(a−30)で表される化合物等が挙げられる。
Figure 2013105188
Figure 2013105188
Figure 2013105188
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不飽和単量体の重合性の観点から、式(a−1)〜(a−30)で表される化合物が好ましく、式(a−1)〜(a−20)及び(a−26)〜(a−30)で表される化合物がより好ましい。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体における式(I)に示される構成単位の含有率は特に限定されないが、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは0.05〜10モル%であり、より好ましくは0.1〜7モル%、特に好ましくは0.3〜6モル%である。含有率がこれらの好ましい範囲にある場合、架橋皮膜の耐水性が発現しやすい。含有率が0.05モル%未満であると、式(I)で表される構成単位によるビニルアルコール系重合体の変性の効果が不十分となることがある。含有率が10モル%を超えると、ビニルアルコール系重合体の結晶性が低下し始める傾向にあり、架橋皮膜の耐水性が高くなる程度が減少することがある。本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、式(I)で表される構成単位を1種又は2種以上有することができる。2種以上の当該構成単位を有する場合、これら2種以上の構成単位の含有率の合計が上記範囲にあることが好ましい。なお、本発明において重合体中の構成単位とは、重合体を構成する繰り返し単位のことをいう。例えば、下記のビニルアルコール単位や、下記のビニルエステル単位も構成単位である。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体におけるビニルアルコール単位の含有率(すなわち、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体のけん化度)は特に限定されないが、下限に関しては、水に対する溶解性の観点から、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは50モル%以上であり、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは75モル%以上、特に好ましくは80モル%以上である。一方、上限に関しては、重合体中の全構成単位を100モル%として、好ましくは99.94モル%以下であり、より好ましくは99.9モル%以下であり、さらに好ましくは99.5モル%以下である。99.94モル%より含有率が高いビニルアルコール系重合体は、一般に製造が難しい。
ビニルアルコール単位は、加水分解や加アルコール分解などによってビニルエステル単位から誘導することができる。そのためビニルエステル単位からビニルアルコール単位に変換する際の条件等によってはビニルアルコール系重合体中にビニルエステル単位が残存することがある。よって、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体はビニルエステル単位を含んでいてもよい。
ビニルエステル単位のビニルエステルの例としては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、バーサチック酸ビニル、カプロン酸ビニル、カプリル酸ビニル、ラウリル酸ビニル、パルミチン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、オレイン酸ビニル、安息香酸ビニルなどを挙げることができ、これらの中でも酢酸ビニルが工業的観点から好ましい。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、本発明の効果が得られる限り、式(I)で表される構成単位、ビニルアルコール単位及びビニルエステル単位以外の構成単位をさらに有することができる。当該構成単位は、例えば、ビニルエステルと共重合可能でありかつ式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体及びビニルエステルと共重合可能なエチレン性不飽和単量体に由来する構成単位である。エチレン性不飽和単量体は、例えば、エチレン、プロピレン、n−ブテン、イソブチレン、1−ヘキセンなどのα−オレフィン類;アクリル酸及びその塩;アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸i−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸i−ブチル、アクリル酸t−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸ドデシル、アクリル酸オクタデシルなどのアクリル酸エステル類;メタクリル酸及びその塩;メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ドデシル、メタクリル酸オクタデシルなどのメタクリル酸エステル類;アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド、N−エチルアクリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、アクリルアミドプロパンスルホン酸及びその塩、アクリルアミドプロピルジメチルアミン及びその塩(例えば4級塩);メタクリルアミド、N−メチルメタクリルアミド、N−エチルメタクリルアミド、メタクリルアミドプロパンスルホン酸及びその塩、メタクリルアミドプロピルジメチルアミン及びその塩(例えば4級塩);メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、n―プロピルビニルエーテル、i−プロピルビニルエーテル、n−ブチルビニルエーテル、i−ブチルビニルエーテル、t−ブチルビニルエーテル、ドデシルビニルエーテル、ステアリルビニルエーテル、2,3−ジアセトキシ−1−ビニルオキシプロパンなどのビニルエーテル類;アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアン化ビニル類;塩化ビニル、フッ化ビニルなどのハロゲン化ビニル類;塩化ビニリデン、フッ化ビニリデンなどのハロゲン化ビニリデン類;酢酸アリル、2,3−ジアセトキシ−1−アリルオキシプロパン、塩化アリルなどのアリル化合物;マレイン酸、イタコン酸、フマル酸などの不飽和ジカルボン酸及びその塩又はそのエステル;ビニルトリメトキシシランなどのビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニルである。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体における式(I)で表される構成単位、ビニルアルコール単位、及びその他の任意の構成単位の配列順序には特に制限はなく、ランダム、ブロック、交互などのいずれであってもよい。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体のJIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度は特に限定されず、好ましくは100〜5,000であり、より好ましくは200〜4,000である。粘度平均重合度が100未満になると、フィルムとしたときに当該フィルムの機械的強度が低下することがある。粘度平均重合度が5,000を超える本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、工業的な製造が難しい。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の製造方法は特に限定されない。製造方法としては、ビニルエステルと、前記式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体とを共重合する工程を含む方法が簡便である。当該方法として、より具体的には、ビニルエステルと、式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体とを共重合し、得られた共重合体のビニルエステル単位をビニルアルコール単位に変換し、一方で式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体に由来する単位を式(I)で表される構成単位に変換する方法が挙げられる。特に、ビニルエステルと式(II)で表される不飽和二重結合を有するチオエステル系単量体(以下、チオエステル系単量体(II)と称する)とを共重合し、得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合及びチオエステル系単量体(II)由来の構成単位のチオエステル結合を、加水分解又は加アルコール分解する方法が簡便であり好ましく用いられ、以下この方法について説明する。
ビニルエステルとチオエステル系単量体(II)との共重合は、ビニルエステルを単独重合する際の公知の方法及び条件を採用して行うことができる。
なお、共重合の際、ビニルエステル及びチオエステル系単量体(II)と共重合可能な単量体をさらに共重合させてもよい。当該共重合可能な単量体は、前記のエチレン性不飽和単量体と同様である。
得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合と、チオエステル系単量体(II)由来の構成単位のチオエステル結合は、ほぼ同じ条件で加水分解又は加アルコール分解可能である。したがって、得られた共重合体のビニルエステル単位のエステル結合及びチオエステル系単量体(II)由来の構成単位のチオエステル結合の加水分解又は加アルコール分解は、ビニルエステルの単独重合体をけん化する際の公知の方法及び条件を採用して行うことができる。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、その特性を利用して、単独で又は他の成分を添加した組成物として、成形、紡糸、エマルジョン化等の公知方法に従い、ビニルアルコール系重合体が用いられる各種用途に使用可能である。例えば、各種用途の界面活性剤、紙用コーティング剤、紙用内添剤及び顔料バインダーなどの紙用改質剤、木材、紙、アルミ箔及び無機物などの接着剤、不織布バインダー、塗料、経糸糊剤、繊維加工剤、ポリエステルなどの疎水性繊維の糊剤、その他各種フィルム、シート、ボトル、繊維、増粘剤、凝集剤、土壌改質剤、イオン交換樹脂、イオン交換膜などに使用できる。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体を成形する方法は限定されない。成形方法は、例えば、当該重合体を水、ジメチルスルホキシドなどの溶媒に溶解させた溶液の状態から成形する方法(例えばキャスト成形法);加熱により当該重合体を可塑化して成形する方法(例えば押出成形法、射出成形法、インフレ成形法、プレス成形法、ブロー成形法)である。これらの成形方法により、フィルム、シート、チューブ、ボトルなどの任意の形状を有する成形品が得られる。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体は、末端メルカプト基変性ビニルアルコール系重合体に比べ、メルカプト基の含有量が多く反応点を多く有するため、反応性、特に架橋剤等の耐水化剤との反応性に富んでいる。よって、本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体に耐水化剤を配合することにより、耐水性に優れた製品を与えるビニルアルコール系重合体組成物を得ることができる。
そこで、本発明はまた、上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体と耐水化剤とを含むビニルアルコール系重合体組成物である。
本発明のビニルアルコール系重合体組成物が含有する耐水化剤としては、例えば、硝酸ジルコニル、炭酸ジルコニウムアンモニウム、塩化ジルコニル、酢酸ジルコニル、硫酸ジルコニル、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、チタンラクテート、チタンジイソプロポキシビス(トリエタノールアミネート)、ピロメリット酸二無水物等の酸無水物、ジビニルスルホン化合物、メラミン系樹脂、メチロールメラミン、メチロール化ビスフェノールS、多価ビニル化合物、多価(メタ)アクリレート化合物、多価エポキシ化合物、アルデヒド化合物、多価イソシアネート化合物、水溶性酸化剤、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂等が挙げられる。
上記の多価(メタ)アクリレート化合物としては、特に限定されないが、例えば、新中村化学株式会社製「NKエステル」(701A、A−200、A−400、A−600、A−1000、A−B1206PE、ABE−300、A−BPE−10、A−BPE−20、A−BPE−30、A−BPE−4、A−BPEF、A−BPP−3、A−DCP、A−DOD−N、A−HD−N、A−NOD−N、APG−100、APG−200、APG−400、APG−700、A−PTMG−65、A−9300、A−9300−1CL、A−GLY−9E、A−GLY−20E、A−TMM−3、A−TMM−3L、A−TMM−3LM−N、A−TMPT、AD−TMP、ATM−35E、A−TMMT、A−9550、A−DPH、1G、2G、3G、4G、A−PG5054E等)等が挙げられる。
上記の多価エポキシ化合物としては、特に限定されないが、例えば、ナガセケムテックス株式会社製「デナコール」(EX−611、EX−612、EX−614、EX−614B、EX−622、EX−512、EX−521、EX−411、EX−421、EX−313、EX−314、EX−321、EX−201、EX−211、EX−212、EX−252、EX−810、EX−811、EX−850、EX−851、EX−821、EX−830、EX−832、EX−841、EX−861、EX−911、EX−941、EX−920、EX−931、EX−721、EX−203、EX−711、EX−221等)、ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAジβメチルグリシジルエーテル、ビスフェノールFジグリシジルエーテル、テトラヒドロキシフェニルメタンテトラグリシジルエーテル、レゾルシノールジグリシジルエーテル、ブロム化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、クロル化ビスフェノールAジグリシジルエーテル、水素添加ビスフェノールAジグリシジルエーテル、ビスフェノールAアルキレンオキサイド付加物のジグリシジルエーテル、ノボラックグリシジルエーテル、ポリアルキレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールジグリシジルエーテル、エポキシウレタン樹脂等のグリシジルエーテル型;p−オキシ安息香酸グリシジルエーテル・エステル等のグリシジルエーテル・エステル型;フタル酸ジグリシジルエステル、テトラハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、ヘキサハイドロフタル酸ジグリシジルエステル、アクリル酸ジグリシジルエステル、ダイマー酸ジグリシジルエステル等のグリシジルエステル型;グリシジルアニリン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、トリグリシジルイソシアヌレート、トリグリシジルアミノフェノール等のグリシジルアミン型;エポキシ化ポリブタジエン、エポキシ化大豆油等の線状脂肪族エポキシ樹脂;3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル 3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキサンカルボキシレート、3,4−エポキシシクロヘキシルメチル 3,4−エポキシシクロヘキサンカルボキシレート、ビス(3,4−エポキシ−6−メチルシクロヘキシルメチル)アジペート、ビニルシクロヘキセンジエポキサイド、ジシクロペンタジエンオキサイド、ビス(2,3−エポキシシクロペンチル)エーテル、リモネンジオキサイド等の脂環族エポキシ樹脂等が挙げられる。
上記のアルデヒド化合物としては、特に限定されないが、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、クロトンアルデヒド、ベンズアルデヒドなどのモノアルデヒド類、グリオキザール、マロンアルデヒド、グルタルアルデヒド、ピメリンジアルデヒド、スベリンジアルデヒド、ジアルデヒドデンプン等のジアルデヒド類が挙げられる。
上記の多価イソシアネート化合物としては、特に限定されないが、例えば、旭化成ケミカルズ株式会社製「デュラネート」(WB40−100、WB40−80D、WE50−100、WT30−100、WT20−100等);トリレンジイソシアネート(TDI);水素化TDI;トリメチロールプロパン−TDIアダクト(例えばバイエル社製、「DesmodurL」);トリフェニルメタントリイソシアネート;メチレン(ビスフェニルイソシアネート)(MDI);水素化MDI;重合MDI;ヘキサメチレンジイソシアネート;キシリレンジイソシアネート;4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート;イソホロンジイソシアネート等が挙げられる。乳化剤を用いて水に分散させたイソシアネートも使用できる。
上記の水溶性酸化剤としては、特に限定されないが、例えば、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過硫酸ナトリウムなどの過硫酸塩、過酸化水素、ベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、キュメンハイドロパーオキシド、t−ブチルハイドロパーオキシド、臭素酸カリウム、過酢酸t−ブチル、過安息香酸t−ブチル等を挙げることができる。
耐水化剤は、1種のみで用いても良いし複数種併用しても構わない。また、耐水化剤の含有量は特に限定されないが、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の種類に応じて決めることができる。例えば、耐水化剤と反応後の皮膜の耐水性の観点から、側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体100質量部に対し0.1質量部〜200質量部であることが好ましく、0.5質量部〜100質量部であることがより好ましく、1質量部〜80質量部であることが特に好ましい。
本発明のビニルアルコール系重合体組成物には、さらに、充填材、銅化合物などの加工安定剤、耐候性安定剤、着色剤、紫外線吸収剤、光安定剤、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、可塑剤、他の熱可塑性樹脂、潤滑剤、香料、消泡剤、消臭剤、増量剤、剥離剤、離型剤、補強剤、防かび剤、防腐剤、結晶化速度遅延剤などの添加剤を、必要に応じて適宜配合できる。
本発明のビニルアルコール系重合体組成物は、公知のビニルアルコール系重合体と耐水化剤を含む組成物と同様の方法で同様の用途に用いることができる。例えば、無機質材料、あるいは紙、各種樹脂基材などの有機質材料のコート剤、特に紙の表面コート剤、各種樹脂フィルムの表面コート剤として有効に使用される。ここで、樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエステル、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリイミド等のフィルムが挙げられる。また、本発明のビニルアルコール系重合体組成物は、記録材料、とりわけ高温で熱処理のできない感熱記録材料のコート層、特にオーバーコート層に極めて有効に使用される。本発明のビニルアルコール系重合体組成物は、無機物あるいは有機物用接着剤あるいはバインダー、塗料用ビヒクル、顔料分散などの分散剤、架橋性エマルジョン用の重合安定剤や後添加剤、ゼラチンブレンドあるいは感光性樹脂等の画像形成材料、菌体固定ゲルあるいは酵素固定ゲル等のハイドロゲル用基材、さらには、従来水溶性樹脂が使用されていた用途にも広範に使用できる。さらに、フィルム、シート、繊維などの成形物にも使用できる。
本発明の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体を塗工剤に用いた際には、優れた耐水性を発現し、粘度安定性に優れ貯蔵安定性が良好である。そこで本発明はさらに、上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体を含む塗工剤である。
本発明の塗工剤は、上記の側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体の他に、上記の耐水化剤を含んでいても良い。上記の耐水化剤は、1種のみで用いても良いし複数種併用しても構わない。塗工剤のより高い粘度安定性の観点から、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂が好ましい。
側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体と耐水化剤との質量比は特に限定されないが、ビニルアルコール系重合体100質量部に対して、耐水化剤が0.5〜100質量部であることが好ましく、1〜80質量部であることがより好ましい。耐水化剤の量が0.5質量部未満だと架橋性能や架橋速度が不十分となるおそれがあり、100質量部より多いと耐水性が低下する場合や塗工剤の粘度安定性が悪くなる場合がある。
本発明の塗工剤は、好ましくは水を含み、水性塗工液の形態で使用される。本発明の塗工剤を水性塗工液の形態で使用する場合、その固形分濃度は塗工剤の塗工性や塗工後の乾燥に要する時間などを考慮して任意に選択することができるが、1〜40質量%の範囲内が好ましく、3〜30質量%の範囲内がより好ましい。
本発明の塗工剤は、必要に応じて、各種の添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、例えば、グリコール類、グリセリンなどの可塑剤;アンモニア、カセイソーダ、炭酸ソーダ、リン酸などのpH調節剤;ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤;滑剤、増粘剤、流動性改良剤、染料、顔料、蛍光増白剤、酸化防止剤、防腐剤、防黴剤、消泡剤、離型剤、界面活性剤、充填剤などが挙げられる。
本発明の塗工剤は、添加剤として、無変性PVA、スルホン酸基変性PVA、アクリルアミド変性PVA、カチオン基変性PVA、長鎖アルキル基変性PVAなどの各種の変性PVA;澱粉、変性澱粉、カゼイン、カルボキシメチルセルロースなどの水溶性高分子;スチレン−ブタジエンラテックス、ポリアクリル酸エステルエマルジョン、酢酸ビニル−エチレン共重合エマルジョン、酢酸ビニル−アクリル酸エステル共重合エマルジョンなどの合成樹脂エマルジョンなどを、本発明の効果が損なわれない範囲で含んでいてもよい。
本発明の塗工剤は、無機質材料、あるいは紙、各種樹脂基材などの有機質材料のコート剤などに使用される。特に、紙用塗工剤として好適であり、クリア塗工剤あるいは顔料塗工剤として用いることができる。本発明の塗工剤をクリア塗工剤として用いた場合、塗工層をコート層(例、オーバーコート層、バックコート層)として紙面に形成でき、顔料塗工剤として用いた場合、塗工層を発色層として紙面に形成できる。本発明の塗工剤の塗工量は特に限定されないが、通常、固形分換算で0.1〜30g/m程度である。
本発明の塗工剤をクリア塗工剤として用いる場合、塗工の対象となる紙の種類は特に限定されないが、例えば、マニラボール、白ボール、ライナーなどの板紙;一般上質紙、中質紙、グラビア用紙などの印刷用紙;感熱紙などが挙げられる。
本発明の塗工剤をクリア塗工剤として用いる場合、当該塗工剤を、そのまま塗工対象となる紙の紙面に塗工すればよい。
本発明の塗工剤を顔料塗工剤として用いる場合においても、塗工の対象となる紙の種類は特に限定されないが、例えば、感熱紙、インクジェット用紙、感圧紙、アート・コート紙、微塗工紙などが挙げられる。
本発明の塗工剤を顔料塗工剤として用いる場合、例えば当該塗工剤と顔料とを混合して得た塗工液を、塗工対象となる紙の紙面に塗工すればよい。塗工剤と顔料との混合比は特に限定されないが、顔料100質量部に対して、塗工剤0.5〜15質量部を混合することが好ましく、塗工剤1〜10質量部を混合することがより好ましい。塗工液の固形分濃度は、30〜65質量%の範囲で適宜調整できる。
本発明の塗工剤を顔料塗工剤として用いる場合、顔料としては特に限定されず公知の化合物を使用でき、例えば、カオリン、クレー、タルク、炭酸カルシウム、焼成クレー、酸化チタン、ケイソウ土、沈降シリカ、ゲル状シリカ、コロイダルシリカ、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、合成ケイ酸アルミニウム、合成ケイ酸マグネシウム、ポリスチレン微粒子、ポリ酢酸ビニル系微粒子、尿素−ホルマリン樹脂微粒子等を使用することができる。
本発明の塗工剤を紙面に塗工する方法は特に限定されず、例えば、公知のコーター(サイズプレスコーター、エアナイフコーター、ブレードコーター、ロールコーターなど)を用いればよい。
紙面への塗工後は、乾燥工程を行えばよく、乾燥工程において耐水性に優れる塗工層を形成することができ、長時間にわたるキュア工程を別途設ける必要がない。乾燥工程の後は、必要に応じて、カレンダー工程などの任意の工程を経てもよい。乾燥工程では、低温、高温いずれでも行うことができるが、低温下、例えば50℃以下、特に40℃以下、さらには室温以下でも充分耐水性を付与することができる。
このようにして、本発明の塗工剤より得られる塗工層を有する紙を得ることができる。
以下、合成例、実施例及び比較例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
[フィルムの耐水性評価]
以下の実施例又は比較例で得られた組成物を含む水溶液をポリエチレンテレフタレートフィルムの端を折り曲げて作製した15cm×15cmの型枠に流延し、室温大気圧下で溶媒を充分に揮発させ、厚さ約40μmの評価用PVAフィルムを作製した。
得られた評価用フィルムを沸騰水中に1時間浸漬し、水から取り出して、40℃で12時間真空乾燥した後に質量(W1)を測定した。得られた質量(W1)と浸漬前の質量(W2)とから、以下の式に従って煮沸条件下における溶出率を算出した。そして、この溶出率を架橋後の耐水性の指標とした。なお、水中に浸漬中に評価用フィルムが溶解した場合には「測定不能」と評価した。
溶出率(質量%)=100×([W2]−[W1])/[W2]
[塗工液の粘度安定性評価]
下記の実施例及び比較例で得られた塗工剤を、温度20℃で1週間放置し、放置後の液の流動性に基づき、以下に示す2段階で評価した。
○:流動性があった。
×:ゲル化し液の流動性が無かった。
[塗工層の耐水性評価]
下記の実施例及び比較例で得られた塗工剤を、市販の感熱紙(コクヨ社製、ワープロ用感熱紙A4スタンダードタイプ)の紙面に、バーコーターのNo.22(エトウキカイ社製)を用いて手塗りした後、乾燥機を用いて50℃で10分乾燥させ、塗工層を作製した。当該塗工層を有する紙を20℃の水に16時間浸漬させた後、塗工面を指で100回擦って、当該面に生じた剥がれの状態を観察し、剥がれがほとんど無ければ耐水性が高いと判断した。塗工剤により形成された塗工層の耐水性の評価は、以下の基準により3段階で行った。○及び△が実使用可能なレベルである。
○:100回擦ってもほとんど剥がれが無かった。
△:50回擦った時点で剥がれが少しあった。
×:1回擦った時点で剥がれが生じた。
<実施例1>
(1) 攪拌機、還流冷却管、アルゴン導入管、開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル630質量部、下記式(II−1)で示されるチオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル13.8質量部、及びメタノール170質量部を仕込み、アルゴンバブリングをしながら30分間系内をアルゴン置換した。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.5質量部を添加し重合を開始した。60℃で4時間重合した後、冷却して重合を停止した。重合停止時の重合率は38%であった。続いて、30℃、減圧下でメタノールを時々添加しながら未反応のモノマーの除去を行い、チオエステル基を有するポリ酢酸ビニルのメタノール溶液(濃度35.6%)を得た。
Figure 2013105188
得られたチオエステル基を有するポリ酢酸ビニルの一部を乾固し、H−NMR(270MHz,DMSO−d,60℃)で解析したところ、全構成単位のモル数に対してチオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル単位が0.5モル%共重合されたチオエステル基を有するポリ酢酸ビニルであることが分かった。H−NMRの分析結果を以下に示した。
H−NMR(270MHz,DMSO−d,60℃) δ(ppm):1.1−1.9(−C CH(OCOCH)−、および、−C (C CHSCOCH)−)、1.9−2.1(−CHCH(OCOC )−)、2.29−2.31(−CHCH(CHCHCHCHCHCHSCOC )−)、2.75−2.86(−CHCH(CHCHCHCHCH SCOCH)−)、4.6−4.9(−CH(OCOCH)−)
(2) 上記(1)で得られたチオエステル基を有するポリ酢酸ビニルのメタノール溶液280.9質量部にメタノール39.7質量部を加え(溶液中のチオエステル基を有するポリ酢酸ビニルは100質量部)、さらに、12.7質量部の水酸化ナトリウムメタノール溶液(濃度12.8%)を添加して、40℃でけん化を行った(けん化溶液のチオエステル基を有するポリ酢酸ビニル濃度30%、チオエステル基を有するポリ酢酸ビニル中の酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比0.035)。水酸化ナトリウムメタノール溶液を添加後約8分でゲル化物が生成したので、これを粉砕機にて粉砕し、さらに40℃で52分間放置してけん化を進行させた。これに酢酸メチルを加えて残存するアルカリを中和した後、メタノールでよく洗浄し、真空乾燥機中40℃で12時間乾燥することにより共重合体(PVA−1)を得た。得られた共重合体は未反応のモノマー由来と考えられる臭気を有していた。
得られた共重合体をH−NMR(270MHz,DO(3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸ナトリウム(DSS)含有),60℃)で解析したところ、全構成単位のモル数に対して8−メルカプト−1−オクテン単位が0.5モル%共重合されたメルカプト基を有するポリビニルアルコールであることが分かった。当該メルカプト基を有するポリビニルアルコールのけん化度は98.4モル%であった。また、JIS K6726に準拠して測定した当該ポリビニルアルコールの粘度平均重合度は1600であった。H−NMRの分析結果を以下に示した。
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):1.3−1.9(−C CH(OH)−、および、−C (C CHSH)−)、2.05−2.15(−CHCH(OCOC )−)、2.51−2.61(−CHCH(CHCHCHCHCH SH)−)、3.9−4.2(−CH(OH)−)
<実施例2〜5>
実施例1において、酢酸ビニル、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステル、メタノール、及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの使用量、ならびにけん化時における酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比を表1に示した量に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に記載のメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−2〜PVA−5)を得た。得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールは未反応のモノマー由来と考えられる臭気を有していた。得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールの各評価結果(実施例1と同様にして評価したもの)を表2に示した。
<実施例6>
実施例1において、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステルに代えて下記式(II−2)で示されるチオ酢酸S−11−ドデセン−1−イルエステルを表1に示した量用い、酢酸ビニル、メタノール、及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリルの使用量、ならびにけん化時における酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比を表1に示した量に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に記載のメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−6)を得た。得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールは未反応のモノマー由来と考えられる臭気を有していた。得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールのH−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃)の分析結果を以下に示した。また、得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールの各評価結果(実施例1と同様にして評価したもの)を表2に示した。
Figure 2013105188
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):1.3−1.9(−C CH(OH)−、および、−C (C CHSH)−)、2.05−2.15(−CHCH(OCOC )−)、2.51−2.61(−CHCH(CHCHCHCHCHCHCHCHCH SH)−)、3.9−4.2(−CH(OH)−)
<実施例7〜8>
実施例1において、チオ酢酸S−7−オクテン−1−イルエステルに代えて下記式(II−3)で示されるチオ酢酸S−(3−メチル−3−ブテン−1−イル)エステルを表1に示した量用い、酢酸ビニル、メタノール、及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、ならびにけん化時における酢酸ビニルユニットに対する水酸化ナトリウムのモル比の使用量を表1に示した量に変更した以外は実施例1と同様にして、表1に記載のメルカプト基を有するポリビニルアルコール(PVA−7、PVA−8)を得た。得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールは未反応のモノマー由来と考えられる臭気を有していた。PVA−7に関するH−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃)の分析結果を以下に示した。また、得られたメルカプト基を有するポリビニルアルコールの各評価結果(実施例1と同様にして評価したもの)を表2に示した。
Figure 2013105188
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):0.9−1.1(−CHC(C )(CHCHSH)−)、1.3−1.9(−C CH(OH)−、および、−C C(CH)(C CHSH)−)、2.05−2.15(−CHCH(OCOC )−)、2.51−2.61(−CHC(CH)(CH SH)−)、3.9−4.2(−CH(OH)−)
Figure 2013105188
<実施例9〜13>
上記実施例で得たPVA−1〜PVA−5 1.5質量部を水28.5質量部に溶解し、これにアクリレート系架橋剤(新中村化学株式会社製「NKエステル」A−400)を、メルカプト基を有するPVAが有するメルカプト基とアクリレート系架橋剤が有するアクリロイルオキシ基とが等モルとなる割合で添加し、ビニルアルコール系重合体組成物の水溶液を作製した。上記の評価方法に従って、ビニルアルコール系重合体組成物の架橋後の耐水性を評価した。結果を表2に示す。
<実施例14〜16>
実施例9で用いたPVA−1に代えてPVA−6〜PVA−8を用い、アクリレート系架橋剤(新中村化学株式会社製「NKエステル」ATM−35E)を用いたこと以外は実施例9と同様に行った。結果をあわせて表2に示す。
<実施例17>
実施例9で用いたアクリレート系架橋剤に代えてエポキシ系架橋剤(ナガセケムテックス株式会社製「デナコール」EX−512)を、メルカプト基を有するPVAが有するメルカプト基とエポキシ系架橋剤が有するエポキシ基とが等モルとなる割合で用いた以外は実施例9と同様に行った。結果をあわせて表2に示す。
<実施例18>
実施例9で用いたアクリレート系架橋剤に代えてイソシアネート系架橋剤(旭化成ケミカルズ株式会社製「デュラネート」WB40−100、イソシアネート基含量16.6wt%)をメルカプト基を有するPVAが有するメルカプト基とイソシアネート系架橋剤が有するイソシアネート基とが等モルとなる割合で用いた以外は実施例9と同様に行った。結果をあわせて表2に示す。
Figure 2013105188
<合成例1>
チオエステル系単量体(a−6)の合成
Figure 2013105188
反応器に2−アミノエタンチオール塩酸塩3.1質量部、及び塩化メチレン20質量部を仕込み、室温で塩化アセチル4.3質量部を滴下し、4時間加熱還流した。室温まで冷却し、析出した固体をろ別した後、塩化メチレンで洗浄し、チオ酢酸S−アミノエチル塩酸塩4.1質量部を得た。
次に、得られたチオ酢酸S−アミノエチル塩酸塩1.9質量部、トリエチルアミン3.7質量部、ヒドロキノン0.3質量部、及び塩化メチレン30質量部を別の反応器に仕込み、0℃まで冷却した。メタクリル酸クロリド1.3質量部を1時間かけて滴下した後、0℃のまま3時間攪拌し、反応を完結させた。ここに飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を添加して分液処理を行い、抽出した塩化メチレン層を濃縮して粗体を得た。得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで単離精製(展開溶媒:塩化メチレン/酢酸エチル=1/5)し、チオエステル系単量体(a−6)1.1質量部を得た。H−NMRの分析結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d,TMS) δ(ppm):1.79(3H,CHCC )、1.92(3H,SCOC )、2.96(2H,SC CHNH)、3.21(2H,SCH NH)、5.78(1H,C CCH)、6.04(1H,C CCH)、8.08(1H,SCHCH
<合成例2>
チオエステル系単量体(a−9)の合成
Figure 2013105188
反応器に1−アミノ−7−オクテン塩酸塩14.6質量部、チオ酢酸10.2質量部、及びテトラヒドロフラン100質量部を仕込み、20分間アルゴンを吹き込んだ。その後、アルゴン雰囲気のまま2,2−アゾビスイソブチロニトリル1.5質量部を添加し、2時間加熱還流した。室温まで冷却し、ヒドロキノン1.5質量部を添加した後、溶媒を減圧留去した。得られた固体を酢酸メチルで再結晶精製し、チオ酢酸S−アミノオクチル塩酸塩15.4質量部を得た。
次に、得られたチオ酢酸S−アミノオクチル塩酸塩15.4質量部、トリエチルアミン19.7質量部、ヒドロキノン0.3質量部、及びテトラヒドロフラン100質量部を別の反応器に仕込み、30分間加熱還流した。その後0℃まで冷却し、メタクリル酸クロリド7.5質量部を2時間かけて滴下した。その後室温まで昇温してさらに30分間攪拌し、反応を完結させた。溶媒を減圧留去した後、酢酸エチルと炭酸水素ナトリウム水溶液(濃度5質量%)で分液処理を行い、抽出した酢酸エチル層を濃縮して粗体を得た。得られた粗体をシリカゲルカラムクロマトグラフィーで単離精製し、チオエステル系単量体(a−9)を得た。H−NMRの分析結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d,TMS) δ(ppm):1.2−1.5(12H,SCH CHNH)、1.82(3H,CHCC )、2.30(3H,SCOC )、2.81(2H,SC CH)、3.05(2H,CH NH)、5.27(1H,C CCH)、5.60(1H,C CCH)、7.86(1H,CH
<合成例3>
チオエステル系単量体(a−10)の合成
Figure 2013105188
反応器にDL−ホモシステインチオラクトン塩酸塩2.5質量部、トリエチルアミン5.0質量部、ヒドロキノン0.3質量部、及び塩化メチレン60質量部を仕込み、0℃まで冷却した。メタクリル酸クロリド1.7質量部を1時間かけて滴下した後、室温まで昇温し1時間攪拌し、反応を完結させた。ここに飽和炭酸水素ナトリウム水溶液を添加して分液処理を行い、抽出した塩化メチレン層を濃縮して粗体を得た。得られた粗体を塩化メチレンに溶解し、活性炭を加え、室温で30分間攪拌した。セライトとシリカゲルを用いて活性炭をろ別した後、ろ液を濃縮してチオエステル系単量体(a−10)2.1質量部を得た。H−NMRの分析結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d,TMS) δ(ppm):1.85(3H,CHCC )、2.1−2.5(2H,SCH )、3.3−3.5(2H,SC CH)、4.7(1H,SCOCNH)、5.41(1H,C CCH)、5.70(1H,C CCH)、8.23(1H,CHN
<合成例4>
チオエステル系単量体(a−11)の合成
Figure 2013105188
反応器に、合成例1と同様の方法で得られたチオ酢酸S−アミノエチル塩酸塩1.5質量部、無水マレイン酸1.0質量部、酢酸ナトリウム0.8質量部、及び酢酸50質量部を仕込み、室温で4時間攪拌した。ここに水100質量部を添加し、室温で5時間攪拌した後、析出した固体をろ別し、チオエステル系単量体(a−11)1.4質量部を得た。H−NMRの分析結果を以下に示す。
H−NMR(270MHz,DMSO−d,TMS) δ(ppm):2.33(3H,SCOC )、3.07(2H,SC CHNH)、3.45(2H,SCH NH)、4.89(1H,SCHCH)、6.24(1H,COCCHCO)、6.42(1H,COCHCCO)
<実施例19>
変性ポリビニルアルコール(PVA−9)の合成
攪拌機、還流冷却管、アルゴン導入管、コモノマー添加口及び重合開始剤の添加口を備えた反応器に、酢酸ビニル450質量部、コモノマーとしてチオエステル系単量体(a−9)0.37質量部、及びメタノール141質量部を仕込み、アルゴンバブリングをしながら30分間系内をアルゴン置換した。これとは別に、コモノマーの逐次添加溶液(以降ディレー溶液と表記する)としてチオエステル系単量体(a−9)のメタノール溶液(濃度4質量%)を調製し、30分間アルゴンをバブリングした。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル0.1質量部を添加し重合を開始した。重合反応の進行中は、調製したディレー溶液を系内に滴下することで、重合溶液におけるモノマー組成(酢酸ビニルとチオエステル系単量体(a−9)のモル比率)が一定となるようにした。60℃で210分間重合した後、冷却して重合を停止した。重合停止時の重合率は40%であり、チオエステル系単量体(a−9)は重合系内にほとんど残存していなかった。次に、30℃の減圧下でメタノールを追加しながら未反応の酢酸ビニルモノマーを留去し、チオエステル系単量体(a−9)が導入された変性ポリビニルアセテートのメタノール溶液(濃度21質量%)を得た。
次に、得られた当該メタノール溶液95質量部にメタノールを加えて98質量部とし、これに水酸化ナトリウムのメタノール溶液(濃度12.8質量%)2.2質量部を添加し、40℃で1時間けん化を行った。けん化終了後、酢酸メチル200質量部を添加し、残存するアルカリを中和した。フェノールフタレイン指示薬を用いて中和が完了していることを確認した後、溶液をろ別して白色固体を得た。次に、得られた白色固体にメタノール300質量部を添加し、50℃で攪拌後、ろ過する洗浄工程を三回繰り返した。洗浄後の白色固体を40℃の真空乾燥機で24時間乾燥し、変性ポリビニルアルコール(PVA−9)を得た。得られた変性ポリビニルアルコールはほぼ無臭であった。合成条件を表3に示す。また、H−NMR測定により得られた化学シフト値を以下に示す。また、H−NMR測定により求めた式(I)で表される構成単位の含有量(変性量)とビニルアルコール単位の含有量(けん化度)を表4に示す。さらに、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度を表4に示す。
H−NMR(270MHz,DO(3−(トリメチルシリル)−1−プロパンスルホン酸ナトリウム(DSS)含有),60℃) δ(ppm):0.9−1.1(−CHCC )、1.3−1.9(−C CH(OH)−,NHCH CHSH)、2.0−2.2(−CHCH(OCOC )−)、2.5−2.6(CH SH)、3.5−4.2(−CH(OH)−,NHC CH
<実施例20〜25>
重合条件(酢酸ビニルモノマー、メタノール及びコモノマーの初期仕込み量ならびに重合時に使用するコモノマーの種類)とけん化条件(変性ポリビニルアセテートの濃度及び酢酸ビニル単位に対する水酸化ナトリウムのモル比)を表1に示すように変更したこと以外は実施例19と同様にして、各種変性ポリビニルアルコール(PVA−10〜PVA−15)を合成した。得られた変性ポリビニルアルコールはほぼ無臭であった。H−NMR測定により得られた化学シフト値を以下に示す。また、H−NMR測定により求めた式(I)で表される構成単位の含有量(変性量)とビニルアルコール単位の含有量(けん化度)を表4に示す。さらに、JIS K6726に準拠して測定した粘度平均重合度を表4に示す。
<PVA−11>
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):0.9−1.1(−CHCC )、1.3−1.9(−C CH(OH)−)、2.0−2.2(−CHCH(OCOC )−)、2.5−2.6(NHCH SH)、3.5−4.2(−CH(OH)−,NHC CHSH)
<PVA−12>
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):0.9−1.1(−CHCC )、1.3−1.9(−C CH(OH)−,−C CCH,SHCH CHNH)、2.0−2.2(−CHCH(OCOC )−)、2.5−2.6(NHCHCH SH)、3.8−4.2(−CH(OH)−,NHCCOOH)
<PVA−13>
H−NMR(270MHz,DO(DSS含有),60℃) δ(ppm):1.3−1.9(−C CH(OH)−)、2.0−2.2(−CHCH(OCOC )−)、2.5−2.6(NHCH SH)、3.5−4.2(−CH(OH)−,−C(COOH)C−,NHC CHSH)
<実施例26〜31>
上記実施例で得たPVA−9〜PVA−14 1.5質量部を水28.5質量部に溶解し、これにアクリレート系架橋剤(新中村化学株式会社製「NKエステル」A−400)を、メルカプト基を有するPVAが有するメルカプト基とアクリレート系架橋剤が有するアクリロイルオキシ基とが等モルとなる割合で添加し、ビニルアルコール系重合体組成物の水溶液を作製した。上記の評価方法に従って、ビニルアルコール系重合体組成物の架橋後の耐水性を評価した。結果を表4に示す。
<実施例32>
上記実施例で得たPVA−15 1.5質量部を水28.5質量部に溶解し、これにイソシアネート系架橋剤(旭化成ケミカルズ株式会社製「デュラネート」WB40−100、イソシアネート基含量16.6wt%)を、メルカプト基を有するPVAが有するメルカプト基とイソシアネート系架橋剤が有するイソシアネート基とが等モルとなる割合で添加し、ビニルアルコール系重合体組成物の水溶液を作製した。上記の評価方法に従って、ビニルアルコール系重合体組成物の架橋後の耐水性を評価した。結果を表4に示す。
<比較例1>
実施例26で用いたPVA−9に代えて、無変性PVA(粘度平均重合度1700、けん化度98.5モル%;PVA−16)を用い、アクリレート系架橋剤の添加量を無変性PVAのビニルアルコール単位の0.15モル%(実施例26と同質量部)とした以外は実施例26と同様に行った。結果を合わせて表4に示す。
<比較例2>
実施例26で用いたPVA−9に代えて、末端メルカプト基変性PVA(PVA−17)を用いた以外は実施例26と同様に行った。結果を合わせて表4に示す。
Figure 2013105188
Figure 2013105188
表2及び4に示すように、側鎖にメルカプト基を有する本発明のビニルアルコール系重合体は、汎用の架橋剤と導入されたメルカプト基との反応により高い耐水性を発現することができる。比較例1のように、メルカプト基を導入していないビニルアルコール系重合体では、耐水性は発現しない。また、メルカプト基を有する場合でも、比較例2のように分子鎖末端のみである場合には、耐水性が発現しない。
[塗工剤の作製]
<実施例33>
水酸化アルミニウム粉末(昭和電工社製、ハイジライトH42)90gを蒸留水210gに投入し、混合することで水酸化アルミニウムの分散液A(水酸化アルミニウム濃度30%)を調製した。これとは別に、PVA−1を95℃の熱水に溶解させて、濃度10%のPVA水溶液を調製した。
次に、PVA水溶液60gを26gの分散液Aに加え、両者を均一に混合した後、さらに、耐水化剤としてポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂(星光PMC株式会社製「WS4020」)1.8gを加え、均一に混合し、固形分濃度が12%となるようにイオン交換水を加えて、塗工剤を調製した。得られた塗工剤の粘度安定性及び耐水性を前記の方法で評価した。評価結果を表5に示す。
<実施例34〜42>
実施例33で用いたPVA−1に代えて、PVA−3〜PVA−6、PVA−8〜PVA−10、PVA−13〜PVA−14を用いた以外は実施例33と同様に行った。評価結果を表5に示す。
<実施例43>
実施例33で用いた分散液Aの使用量を26.6gに変更し、耐水化剤としてポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂に加えて、さらに多価アクリレート化合物(新中村化学株式会社製「NKエステル」A−400)を0.18g加えた以外は実施例33と同様に行った。評価結果を表5に示す。
<実施例44〜46>
実施例43で用いたPVA−1に代えて、PVA−3、PVA−13〜PVA−14を用いた以外は実施例43と同様に行った。評価結果を表5に示す。
<実施例47>
実施例33において、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂の添加量を1.2gにした以外は実施例33と同様に行った。評価結果を表5に示す。
<実施例48>
実施例47で用いたPVA−1に代えて、PVA−13を用いた以外は実施例47と同様に行った。評価結果を表5に示す。
<比較例3>
実施例33で用いたPVA−1に代えて、無変性PVA(粘度平均重合度1700、けん化度98.5モル%)を用いた以外は実施例33と同様に行った。評価結果をあわせて表5に示す。
<比較例4>
実施例33で用いたPVA−1に代えて、イタコン酸と酢酸ビニルの共重合体をけん化して得られたけん化度98.0モル%、粘度平均重合度1800、変性量2モル%のカルボン酸変性PVAを用いた以外は実施例33と同様に行った。評価結果をあわせて表5に示す。
<比較例5>
実施例33で用いたPVA−1に代えてアセトアセチル基変性PVA(けん化度98.5モル%、粘度平均重合度1000、変性量5モル%)を用い、ポリアミドポリアミンエピクロロヒドリン樹脂に代えてグリオキザールを0.3g用いた以外は実施例33と同様に行った。評価結果をあわせて表5に示す。
<比較例6>
実施例33で用いたPVA−1に代えてアセトアセチル基変性PVA(けん化度98.5モル%、粘度平均重合度1000、変性量5モル%)を用いた以外は実施例33と同様に行った。評価結果をあわせて表5に示す。
Figure 2013105188
表5に示すように、本発明の塗工剤は、水性塗工液とした場合における粘度安定性および貯蔵安定性に優れ、また紙に塗工した後は、キュア工程を省略可能でありながら、耐水性に優れる層を紙面に形成することができる。
本発明の側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体は、従来のビニルアルコール系重合体と同様の用途に使用できる。用途は、例えば紙用コーティング剤;紙用内添剤及び顔料バインダーなどの紙用改質剤;木材用、紙用、アルミ箔用、無機物用の接着剤;各種用途の界面活性剤;不織布バインダー;塗料;経糸糊剤;繊維加工剤;ポリエステルなどの疎水性繊維糊剤;各種フィルム、シート、ボトル、繊維;増粘剤、凝集剤、土壌改質剤、イオン交換樹脂、イオン交換膜などである。特に、本発明の側鎖にメルカプト基を有するビニルアルコール系重合体を用いて、優れた耐水性を発現し、粘度安定性および貯蔵安定性に優れる塗工剤を提供することができる。当該塗工剤を紙用塗工剤として使用した場合には、オフセット印刷、感熱印刷を始めとする各種の印刷に好適な耐水性に優れる層を有する紙を、高い生産性で製造することができる。

Claims (6)

  1. ビニルアルコール単位、及び下記式(I)で表される構成単位を含む側鎖メルカプト基含有ビニルアルコール系重合体。
    Figure 2013105188
    (式中、Rは、水素原子又はカルボキシル基であり、Rは、水素原子、メチル基、カルボキシル基又はカルボキシメチル基であり、Xは、炭素原子及び水素原子を含みかつ窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜22の2価の基であり、Rがカルボキシル基である場合、当該カルボキシル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよく、Rがカルボキシル基又はカルボキシメチル基である場合、当該カルボキシル基又はカルボキシメチル基は、隣接するビニルアルコール単位の水酸基と環を形成していてもよい。)
  2. 前記Xが、*−CO−NH−X−(式中、*は重合体主鎖と結合する結合手を示し、Xは窒素原子及び/又は酸素原子を含んでいてもよい炭素数1〜20の2価の脂肪族炭化水素基を示す)で表される2価の基である請求項1に記載のビニルアルコール系重合体。
  3. 前記式(I)で表される構成単位を0.05〜10モル%含む請求項1に記載のビニルアルコール系重合体。
  4. 請求項1に記載のビニルアルコール系重合体と耐水化剤とを含むビニルアルコール系重合体組成物。
  5. ビニルエステルと、前記式(I)で表される構成単位に変換可能な不飽和単量体とを共重合する工程を含む請求項1に記載のビニルアルコール系重合体の製造方法。
  6. 請求項1に記載のビニルアルコール系重合体を含むことを特徴とする塗工剤。
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