JPWO2015019613A1 - 懸濁重合用分散安定剤およびビニル系樹脂の製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、水溶性が高くハンドリング性に優れる懸濁重合用分散安定剤であって、該懸濁重合用分散安定剤をビニル化合物の懸濁重合に用いた場合に、使用量が少量であっても可塑剤の吸収性が高く加工が容易なビニル系樹脂が得られ、得られるビニル系樹脂から残存するモノマー成分を除去することが容易であり、かつ得られるビニル系樹脂に粗大粒子の形成が少ない、懸濁重合用分散安定剤を提供する。本発明は、けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体(A)を含む、ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に関する。

Description

本発明は、ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に関する。また、本発明は、該懸濁重合用分散安定剤の存在下で、ビニル化合物の懸濁重合を行うビニル系樹脂の製造方法に関する。
従来より、ビニル化合物(例えば、塩化ビニル)からビニル系樹脂を得るために、ビニル化合物を懸濁重合することが行われている。ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤として、部分けん化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)を用いることが知られている。
ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に要求される性能としては、(1)懸濁重合用分散安定剤の使用量が少量であっても、可塑剤の吸収性が高く加工が容易なビニル系樹脂が得られること、(2)得られるビニル系樹脂から残存するモノマー成分を除去することが容易であること、(3)得られるビニル系樹脂に粗大粒子の形成が少ないこと、(4)懸濁重合用分散安定剤の水溶性が高くハンドリング性に優れること等が挙げられる。
これらの性能(1)〜(4)への要求レベルは日々高まってきており、特に上記(2)に記載のモノマー成分の除去性に関しての要求は、例えば60℃以上の温度で重合を行う硬質のポリ塩化ビニル製造時などにおいて非常にハイレベルになっている。具体的には、一般に、60℃以上の温度で重合させて製造される硬質のポリ塩化ビニルは、60℃未満で重合させて製造されるポリ塩化ビニルに比べ、重合終了後の乾燥工程においてポリ塩化ビニル粒子中に残存する塩化ビニルモノマーを除去しづらく、残存モノマー除去のために、激しい条件または長時間の乾燥が必要となる。よって残存モノマー除去工程におけるエネルギー低減や時間短縮の要求が非常に強く、より短時間で多くの残存モノマーを取り除くことを可能にする分散安定剤が求められている。
このような要求レベルの高まりに対し、従来用いられていた通常の部分けん化PVAを懸濁重合用分散安定剤として用いたのでは、これらの要求性能すべてを十分に満たすことが困難となっている。
部分けん化PVAを用いた懸濁重合用分散安定剤を高性能化する方法として、特許文献1〜2では、末端にアルキル基を有するPVAをビニル化合物の懸濁重合に用いる方法が提案されている。しかしながらこの方法では、PVAのけん化度および重合度が低い場合、上記(1)〜(2)の要求性能についてはある程度の効果を発揮するが、水に不溶となってしまうため(4)の要求性能を満足できない。けん化度を高めることで水溶性は改善されるが、(1)〜(2)の要求性能を満足できなくなる。そこで、特許文献3〜4では、低けん化度かつ低重合度のPVAにオキシアルキレン基を導入して水溶性を付加したPVAをビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に用いる方法が提案されている。しかしながらこの方法によっても(1)〜(4)の要求性能を満足できる結果が得られているとは言いがたい。また、特許文献5〜7では、側鎖にイオン性基を有するPVAをビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に用いる方法が提案されている。しかしながらこの方法では、(4)の要求性能には改善が見られるが依然、(1)〜(3)の要求性能を満足する結果が得られているとは言いがたい。
このように、高まった(1)〜(4)の要求性能に対し、現在のところ、特許文献1〜7に記載の各種PVAを用いた懸濁重合用分散安定剤を含め、これらの要求性能を十分満足させるビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤が存在するとは言いがたい。
特開昭59−166505号公報 特開昭54−025990号公報 特開平10−259213号公報 特開2002−069105号公報 特開2007−070531号公報 特開平1−95103号公報 特開平6−80710号公報
本発明は、水溶性が高くハンドリング性に優れる懸濁重合用分散安定剤であって、該懸濁重合用分散安定剤をビニル化合物の懸濁重合に用いた場合に、使用量が少量であっても可塑剤の吸収性が高く加工が容易なビニル系樹脂が得られ、得られるビニル系樹脂から残存するモノマー成分を除去することが容易であり、かつ得られるビニル系樹脂に粗大粒子の形成が少ない、懸濁重合用分散安定剤を提供することを目的とする。
本発明者らは、ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤に、けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体を用いることによって上記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の通りである。
[1] けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体(A)を含む、ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤。
[2] 前記ビニルアルコール系重合体(A)の粘度平均重合度Pと前記脂肪族炭化水素基の変性率S(モル%)の関係が、下記式(1)を満たす上記[1]に記載の懸濁重合用分散安定剤。
50≦S×P/1.880<100 (1)
[3] 前記ビニルアルコール系重合体(A)のビニルエステル系単量体単位および/またはビニルアルコール単位が連続する部位に関し、該部位におけるビニルエステル系単量体単位のブロックキャラクターが0.6以下である上記[1]または[2]に記載の懸濁重合用分散安定剤。
[4] さらにけん化度が65モル%以上、かつ粘度平均重合度が600以上のビニルアルコール系重合体(B)を含有する上記[1]〜[3]のいずれかに記載の懸濁重合用分散安定剤。
[5] 前記ビニルアルコール系重合体(A)と前記ビニルアルコール系重合体(B)との質量比〔ビニルアルコール系重合体(A)〕/〔ビニルアルコール系重合体(B)〕が10/90〜55/45である上記[4]に記載の懸濁重合用分散安定剤。
[6] 上記[1]〜[5]のいずれかに記載の懸濁重合用分散安定剤の存在下で、ビニル化合物の懸濁重合を行う工程を含む、ビニル系樹脂の製造方法。
[7] 前記懸濁重合が水の存在下に行われ、前記ビニル化合物と前記水の質量比〔ビニル系化合物〕/〔水〕が、3/4より大きい上記[6]に記載の製造方法。
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、水溶性が高く、メタノール等の有機溶媒を用いることなく水のみで溶解または分散させることが可能であるため、ハンドリング性に優れる。本発明の懸濁重合用分散安定剤の存在下でビニル化合物の懸濁重合を行った場合には、重合安定性が高いため、粗大粒子の形成が少なく、粒径が均一なビニル系樹脂粒子が得られる。さらに、本発明の懸濁重合用分散安定剤の使用量が少量であっても、可塑剤の吸収性が高く加工が容易なビニル系樹脂粒子が得られる。またさらに、ビニル系樹脂粒子における単位時間当たりの残存ビニル化合物の除去割合が高く、脱モノマー性に優れたビニル系樹脂粒子が得られる。
<懸濁重合用分散安定剤>
本発明のビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤は、けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体(A)を含有する(なお、本明細書において、特に断らない限り、該ビニルアルコール系重合体(A)のことを単にPVA(A)と略記することがある)。該懸濁重合用分散安定剤は、本発明の趣旨を損なわない範囲で、PVA(A)以外のPVA(例えば、後述のけん化度が65モル%以上、粘度平均重合度が600以上のビニルアルコール系重合体(B))および他の成分を含有してもよい。以下、各成分について詳述する。
[PVA(A)]
本発明で用いられるPVA(A)は、末端に脂肪族炭化水素基を有するが、PVA(A)の生産効率および分散安定剤の性能の観点から、PVA(A)に含まれる末端脂肪族炭化水素基の炭素数が6以上18以下であることが重要である。末端脂肪族炭化水素基の炭素数が6未満である場合、脂肪族炭化水素基を導入するための連鎖移動剤の沸点が低くなりすぎ、PVA(A)を製造する際の回収工程で他物質(酢酸ビニル等のビニルエステル系単量体およびメタノール等の溶媒)との分離が困難になる。また、該炭素数が6未満である場合、得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去することが困難になるとともに、ビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下する。PVA(A)の末端脂肪族炭化水素基の炭素数は、8以上であることが好ましい。一方、PVA(A)の末端脂肪族炭化水素基の炭素数が18を超える場合、PVA(A)を製造する際の重合過程で好適に用いられるメタノール等の溶媒への溶解性が低下する。そのため、重合時に脂肪族炭化水素基を導入するための連鎖移動剤をメタノール等の溶媒に溶解し、逐次添加する操作において溶解性が低いことに起因する連鎖移動剤の析出等が発生し添加が困難になる。また、連鎖移動剤が溶解しないまま添加することによる重合反応ムラも生じる。このように該炭素数が18を超える場合、製造過程での操作の煩雑さおよび製品の品質管理面で問題が生じる。PVA(A)に含まれる末端脂肪族炭化水素基の炭素数は、15以下であることが好ましい。
PVA(A)の末端の炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基の構造に特に制限はなく、直鎖状、分岐鎖状、環状のいずれであってもよい。脂肪族炭化水素基としては、飽和脂肪族炭化水素基(アルキル基)、二重結合を有する脂肪族炭化水素基(アルケニル基)、三重結合を有する脂肪族炭化水素基(アルキニル基)等を挙げることができる。脂肪族炭化水素基を導入するための連鎖移動剤の経済性、生産性を考えると、脂肪族炭化水素基としては、アルキル基が好ましく、直鎖アルキル基および分岐アルキル基がより好ましい。
脂肪族炭化水素基がPVA(A)の末端に結合する様式としては特に限定はないが、製造の容易さの観点から、チオエーテル硫黄(−S−)を介してPVA(A)主鎖の末端に直接結合していることが好ましい。すなわち、PVA(A)は末端に、主鎖に直接結合する、アルキルチオ基、アルケニルチオ基、またはアルキニルチオ基を有することが好ましく、主鎖に直接結合するアルキルチオ基を有することがより好ましい。
炭素数6以上18以下のアルキルチオ基の例としては、n−ヘキシルチオ基、シクロヘキシルチオ基、アダマンチルチオ基、n−ヘプチルチオ基、n−オクチルチオ基、n−ノニルチオ基、n−デシルチオ基、n−ウンデシルチオ基、n−ドデシルチオ基、t−ドデシルチオ基、n−ヘキサデシルチオ基、n−オクタデシルチオ基等を挙げる事ができる。
本発明で用いられるPVA(A)は、側鎖に、イオン性基の中でもアニオン性基を有することが重要である。アニオン性基を有さない場合、PVAの水溶性または水分散性が低下することで水中において沈殿を生じてしまい、ハンドリング性が著しく低下する。メタノール等の有機溶剤を用いることで沈殿は解消されることがあるが、近年の地球環境への意識の高まりから、水以外の溶媒を用いて懸濁重合用分散安定剤をビニル化合物の懸濁重合に用いることは好ましくなく、使用者から敬遠される。
アニオン性基としては、例えば、カルボン酸アニオン基(−COO-)、スルホン酸アニオン基(−SO3 -)等が挙げられる。中でも、カルボン酸アニオン基(−COO-)が、懸濁重合用分散安定剤の重合安定性が高まるため好ましい。
PVA(A)が側鎖にアニオン性基を有する形態としては、例えば、PVA(A)が、アニオン性基を有する繰り返し単位を含む形態が挙げられる。アニオン性基を有する繰り返し単位としては、特に制限はないが、アニオン性基を有するコモノマー単位や、ビニルアルコール単位の水酸基に、該水酸基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させて得られる単位、ビニルエステル系単量体単位のエステル基に、該エステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させて得られる単位などが挙げられる。アニオン性基を有するコモノマー、水酸基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物、ならびにエステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物については後述する。
PVA(A)におけるアニオン性基の含有量(アニオン性基の変性量)には特に制限は無いが、水溶性または水分散性付与の観点から、PVA(A)を構成する全繰り返し単位に対して、0.05モル%以上であることが好ましく、生産性、コスト面、および懸濁重合用分散安定剤の性能面から10モル%以下であることが好ましい。アニオン性基の含有量が0.05モル%未満であると水溶性または水分散性が低下して水中で沈殿を生じ、ハンドリング性が低下する可能性がある。10モル%を超えると変性剤の使用量増加によって生産性および経済性が悪化したり、懸濁重合用分散安定剤としての性能が低下する可能性がある。下限について含有量はより好ましくは0.1モル%以上、さらに好ましくは0.3モル%以上である。上限について含有量はより好ましくは7モル%未満、さらに好ましくは5モル%未満、特に好ましくは2モル%未満である。PVA(A)におけるアニオン性基の含有量は、1H−NMR測定により求めることができる。例えば、測定した1H−NMRスペクトルから、PVA(A)を構成する各繰り返し単位に特徴的なプロトンのピークの積分値を用いて、1つのアニオン性基を有する繰り返し単位が有するアニオン性基の数を考慮して、算出することができる。なお、特徴的なピークとは他のピークと重ならない、または重なったとしても他のピークとの関係からそのピークの積分値を計算可能なピークを指す。
本発明で用いられるPVA(A)は、部分けん化PVAであり、したがって、繰り返し単位として、上記のアニオン性基を有する繰り返し単位以外にビニルアルコール単位およびビニルエステル系単量体単位を含む。PVA(A)のけん化度は、分散安定剤の性能の面から20モル%以上65モル%未満であることが重要である。PVA(A)のけん化度が20モル%未満であると、ビニル化合物の懸濁重合により得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したり、PVA(A)の水溶性が低下し、析出する、沈殿物が生じる等の問題が生じる。PVA(A)のけん化度は、25モル%以上であることが好ましく、30モル%以上であることがより好ましく、33モル%以上であることがさらに好ましい。一方、PVA(A)のけん化度が65モル%以上の場合はビニル化合物の懸濁重合により得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したりする。PVA(A)のけん化度は、60モル%以下であることが好ましく、55モル%以下であることがより好ましい。
PVA(A)のけん化度は、1H−NMR測定によってビニルアルコール単位の水酸基とビニルエステル系単量体単位の残存エステル基との比率から求める方法やJIS K 6726(1994)に記載の方法により求めることができる。ただし、後者の方法で求める場合、PVA(A)の繰り返し単位の中に、ビニルエステル系単量体単位およびビニルアルコール単位以外にアニオン性基を有する繰り返し単位等の他の繰り返し単位が存在することとなり、そのままけん化度を求めるとビニルエステル系単量体単位およびビニルアルコール単位以外の繰り返し単位の分子量や変性量が大きくなるほど、真のけん化度から外れた値となってしまう。そのため、ビニルエステル系単量体単位およびビニルアルコール単位以外の繰り返し単位を有するPVAのけん化度をJIS K 6726(1994)に記載の方法により求める場合、JIS K 6726(1994)に記載のけん化度を求める式中の平均分子量の項において、ビニルエステル系単量体およびビニルアルコール単位以外の繰り返し単位を加味した平均分子量を用いて計算する必要がある。なおこの求め方で求めるけん化度は1H−NMR測定によって求められる値とほぼ一致する。
本発明で用いられるPVA(A)は、本発明の主旨を損なわない範囲で、ビニルエステル系単量体単位、ビニルアルコール単位、およびアニオン性基を有する繰り返し単位以外の繰り返し単位を有していてもよい。該繰り返し単位としては、ビニルエステル系単量体と共重合可能であってアニオン性基を生じないコモノマーに由来する単位が挙げられる。該コモノマーの例については後述する。該コモノマーに由来する単位は、PVA(A)の全繰り返し単位中、10モル%以下であることが好ましい。
本発明で用いられるPVA(A)の粘度平均重合度Pが100以上であることが重要である。PVA(A)の粘度平均重合度Pが100未満になるとビニル化合物の懸濁重合の重合安定性が低下し、懸濁重合によって得られるビニル系樹脂粒子が粗粒となる、均一な粒子径の粒子が得られない等の問題が生じる。PVA(A)の粘度平均重合度Pが600未満であることも重要である。PVA(A)の粘度平均重合度Pが600以上となると、ビニル化合物の懸濁重合により得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したりする。PVA(A)の粘度平均重合度Pは、500以下であることが好ましく、450以下であることがより好ましい。
PVA(A)の粘度平均重合度Pは、PVAを実質的に完全にけん化した後、アセチル化してビニルエステル系重合体とし、該ビニルエステル系重合体のアセトン溶液の極限粘度測定から中島の式(中島章夫:高分子化学6(1949))を用いて算出することができる。
本発明の懸濁重合用分散安定剤において、PVA(A)の粘度平均重合度Pと脂肪族炭化水素基の変性率S(モル%)の関係が、次に示す式(1)を満たすことが好ましい。
50≦S×P/1.880<100 (1)
上記式(1)中の「S×P/1.880」で示される値は、PVA(A)を合成した際の、脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の導入率を概ね表すものである。「S×P/1.880」が50以上であることが好ましい。「S×P/1.880」が50未満の場合、得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したりして、分散安定剤の性能が低下する場合がある。「S×P/1.880」は、55以上であることが好ましく、60以上であることがより好ましい。
また、「S×P/1.880」が100未満であることも好ましい。「S×P/1.880」が100以上のPVA(A)は合成することが困難であるためである。連鎖移動重合においては、連鎖移動剤は得られるPVA(A)の片末端にのみ導入される反応が主反応となる。そのため、「S×P/1.880」を100以上にするためには、例えばPVA(A)を製造する重合過程で、二分子停止を促進させるような特殊な操作を導入したり、特殊な触媒等を添加したりして、脂肪族炭化水素基が2つ以上導入されたPVA(A)が生成する確率を上げる必要がある。そしてさらに、重合率を非常に低くしたり、重合に使用する溶媒の比率を酢酸ビニル等のビニルエステル系単量体に対して非常に小さくすることによって、溶媒がPVA(A)の片末端に導入される副反応を抑制する操作が必要となる。このような操作を採用することは、コストがかかる、生産性が悪化する、品質が制御できないなどの問題が生じるので、現実的ではなく好ましくない。
上記式(1)の中で、粘度平均重合度Pを1.880で割ることで粘度平均重合度Pから数平均重合度Pnへの変換を行っている。PVA(A)を合成する際のラジカル重合工程において、理想的に重合が進行したとみなし、数平均重合度Pnと重量平均重合度Pwとの比(Pn/Pw)の値を1/2とした際の数平均重合度Pnと粘度平均重合度Pとの関係はMark−Houwink−桜田の式[η]=KMαで求めることができる。ここで[η]は高分子の極限粘度、Mは分子量、K、αは定数である。この式において、アセトン中におけるポリ酢酸ビニルのαの値0.74を用いることで粘度平均重合度Pと数平均重合度Pnとの比(P/Pn)の値が1.880と算出される。この比を脂肪族炭化水素基の変性率S(モル%)と組み合わせることで、PVA(A)を合成した際の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の導入率を概ね表せる式を導いた。(大津隆行:改訂高分子合成の化学,11(1979)、中島章夫:高分子化学6(1949)、高分子学会:高分子科学実験法)
上述の脂肪族炭化水素基の変性率S(モル%)は、PVA(A)を構成する全繰り返し単位に対する脂肪族炭化水素基のモル百分率のことをいい、1H−NMR測定により求めることができる。例えば、測定した1H−NMRスペクトルから、PVA(A)を構成する各繰り返し単位に特徴的なプロトンのピークの積分値と、末端脂肪族炭化水素基に特徴的なプロトンのピーク積分値を用いて算出することができる。なお、特徴的なピークとは他のピークと重ならない、または重なったとしても他のピークとの関係からそのピークの積分値を計算可能なピークを指す。上述の式(1)の数値は、ビニルエステル系単量体の種類、量、連鎖移動剤の種類、量、触媒や溶媒等の重合条件等で調整することができる。
PVA(A)のビニルエステル系単量体単位および/またはビニルアルコール単位が連続する部位に関し、該部位におけるビニルエステル系単量体単位のブロックキャラクターは、0.6以下が好ましく、0.5以下がより好ましい。ブロックキャラクターが0.6を超えると得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したりする場合がある。
上述のブロックキャラクターとは、残存エステル基と、エステル基のけん化によって生じる水酸基の分布を表した数値であり、0から2の間の値をとる。0が完全にブロック的に残存エステル基または水酸基が分布していることを示し、値が増加するにつれて交互性が増していき、1が残存エステル基と水酸基が完全にランダムに存在し、2が残存エステル基と水酸基が完全に交互に存在することを示している。前記残存エステル基とは、けん化処理を経て得られるビニルアルコール系重合体(A)におけるビニルエステル系単量体単位に含まれるエステル基(−O−C(=O)−Y(Yは、ビニルエステル系単量体に含まれる、CH=CH−O−C(=O)部分以外の炭化水素基を表す。))を意味する。なお、PVA(A)において、ビニルエステル系単量体単位および/またはビニルアルコール単位が連続する部位は、アニオン性基を有する繰り返し単位等の他の繰り返し単位の存在によって断片的に存在するが、本明細書においてブロックキャラクターは、この断片的に存在する部位すべてを対象として計算され、13C−NMR測定により求めることができる。
上述のブロックキャラクターはビニルエステル系単量体の種類、触媒や溶媒等のけん化条件、けん化後の熱処理等で調整することができる。
PVA(A)の製造法については特に制限はなく、種々の方法を採用することができる。簡便には、PVA(A)を製造するには、部分けん化PVAの末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を導入する方法と、部分けん化PVAの側鎖にアニオン性基を導入する方法とを組み合わせればよい。
部分けん化PVAの末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を導入する方法としては、(i)炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の存在下にビニルエステル系単量体を重合させてビニルエステル系重合体を得て、次いで該ビニルエステル系重合体を部分けん化する方法;(ii)部分けん化PVAの末端に官能基を導入し、該官能基に対する反応性を有する基と炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する化合物を、前記末端基の官能基と反応させる方法などが挙げられる。
部分けん化PVAの側鎖にアニオン性基を導入する方法としては、例えば、(iii)ビニルエステル系単量体とアニオン性基を有するコモノマーとを共重合させることによって側鎖にアニオン性基を有するビニルエステル系共重合体を得て、次いで該共重合体を部分けん化する方法;(iv)ビニルエステル系単量体を重合してビニルエステル系重合体を得て、該ビニルエステル系重合体を部分けん化した後、部分けん化重合体のビニルアルコール単位の水酸基に、水酸基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させる方法;(v)ビニルエステル系単量体を重合してビニルエステル系重合体を得て、該ビニルエステル系重合体のビニルエステル系単量体単位のエステル基に、エステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させ、その後重合体を部分けん化する方法;または(vi)ビニルエステル系単量体を重合してビニルエステル系重合体を得て、該ビニルエステル系重合体を部分けん化した後、部分けん化重合体のビニルエステル単位のエステル基に、エステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させる方法、例えば、ジカルボン酸とのエステル交換反応などが挙げられる。
部分けん化PVAの末端に脂肪族炭化水素基を導入する方法としては、経済的かつ効率的に末端に脂肪族炭化水素基を導入できることから(i)の方法が好ましく、特に、連鎖移動剤としてのアルキルチオールの存在下で、酢酸ビニル等のビニルエステルを重合し、ビニルエステル系重合体を得て、次いで該ビニルエステル系重合体を部分けん化する方法が好ましい(特開昭57−28121号公報および特開昭57−105410号公報参照)。また、部分けん化PVAの側鎖にアニオン性基を導入する方法としては、生産性、コスト面の観点から、(iii)の方法が好ましい。したがって、PVA(A)の製造方法としては、(i)の方法と(iii)の方法を組み合わせた、(vii)ビニルエステル系単量体とアニオン性基を有するコモノマーとを、炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の存在下で共重合させることによって側鎖にアニオン性基を有するビニルエステル系共重合体を得て、次いで、得られた該共重合体を部分けん化する方法が好ましい。
PVA(A)の製造において用いられるビニルエステル系単量体としては、例えば、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、ラウリン酸ビニル、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、安息香酸ビニル等が挙げられる。中でも酢酸ビニルが最も好ましい。
アニオン性基を有するコモノマーとしては、アニオン性基およびビニルエステル系単量体と共重合可能なビニル基を有する限り特に制限はないが、例えば、カルボキシル基またはその塩を有するコモノマー(−COO-基を含む)、スルホン酸基またはその塩を有するコモノマー(−SO3 -基を含む)などが挙げられる。
カルボキシル基またはその塩を有するコモノマーの例としては、(メタ)アクリル酸、クロトン酸、2−ペンテン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、マレイン酸モノエステル、フマル酸、フマル酸モノエステル、イタコン酸、無水イタコン酸、イタコン酸モノエステル、シトラコン酸、無水シトラコン酸、シトラコン酸モノエステル、メサコン酸、メサコン酸モノエステル、アコニット酸、アコニット酸モノ(ジ)エステルなどの単量体およびその塩が挙げられる。スルホン酸基またはその塩を有するコモノマーの例としては、次の一般式(a)〜(e)に示す単量体が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
Figure 2015019613
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上記式において、R1〜R11はそれぞれ同一または異なって、水素原子またはメチル基を示し、Xは水素原子、アルカリ金属イオン(例えばリチウム、ナトリウム、カリウムなど)またはアンモニウムイオンを示し、nは1〜4の整数を示す。
上述のアニオン性基を有するコモノマーは1種類だけ用いても、異なる2種類以上のものを用いても構わない。
PVA(A)の合成に際して、本発明の趣旨を損なわない範囲で、ビニルエステル系単量体と共重合可能であってアニオン性基を生じないコモノマーを共重合させても差し支えない。該コモノマーとして使用しうる単量体としては、例えば、エチレン、プロピレン、n−ブテン、イソブチレン等のα−オレフィン;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ピルジメチルアミンおよびその塩またはその4級塩、N−メチロールアクリルアミドおよびその誘導体等のアクリルアミド誘導体;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ピルジメチルアミンおよびその塩またはその4級塩、N−メチロールメタクリルアミドおよびその誘導体等のメタクリルアミド誘導体;アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、クロトン酸エステル、イタコン酸ジエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸ジエステル、シトラコン酸ジエステル、メサコン酸ジエステル、アコニット酸トリエステルなどのエステル類;メチルビニルエーテル、エチルビニルエーテル、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等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等のニトリル類;塩化ビニル、フッ化ビニル等のハロゲン化ビニル類;塩化ビニリデン、フッ化ビニリデン等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、塩化アリル等のアリル化合物;ポリオキシエチレンアリルエーテル、ポリオキシプロピレンアリルエーテル、ポリオキシエチレンアクリルアミド等のポリオキシアルキレン基を含む単量体;ビニルトリメトキシシラン等のビニルシリル化合物;酢酸イソプロペニル等が挙げられる。このようなビニルエステル系単量体と共重合可能であってアニオン性基を生じないコモノマーの共重合量は、通常10モル%以下である。
炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤としては、例えば、炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する、アルコール、アルデヒド、チオール等を用いることができ、好ましくは、炭素数6以上18以下のアルキルチオールが用いられる。炭素数6以上18以下のアルキルチオールの例としては、n−ヘキサンチオール、シクロヘキサンチオール、アダマンタンチオール、n−ヘプタンチオール、n−オクタンチオール、n−ノナンチオール、n−デカンチオール、n−ウンデカンチオール、n−ドデカンチオール、t−ドデカンチオール、n−ヘキサデカンチオール、n−オクタデカンチオール等を挙げることができる。
PVA(A)の合成に際して、連鎖移動剤の存在下にビニルエステル系単量体およびアニオン性基を有するコモノマーを重合(共重合)させる際の温度は特に限定されないが、0℃以上200℃以下が好ましく、30℃以上140℃以下がより好ましい。重合を行う温度が0℃より低い場合は、十分な重合速度が得られないため好ましくない。また、重合を行う温度が200℃より高い場合、目的とする重合体が得られにくい。重合を行う際に採用される温度を0℃以上200℃以下に制御する方法としては、例えば、重合速度を制御することで、重合により生成する発熱と反応器の表面からの放熱とのバランスをとる方法や、適当な熱媒を用いた外部ジャケットにより制御する方法等が挙げられるが、安全性の面からは後者の方法が好ましい。
上述の重合を行うのに採用される重合方式としては、回分重合、半回分重合、連続重合、半連続重合のいずれでもよい。重合方法としては、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法、乳化重合法等公知の方法の中から、任意の方法を採用することができる。その中でも、無溶媒下で重合を行う塊状重合法やアルコール系溶媒存在下で重合を行う溶液重合法が好適に採用される。高重合度の重合物の製造を目的とする場合は乳化重合法が採用される。溶液重合法に用いられるアルコール系溶媒としては、メタノール、エタノール、n−プロパノール等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。またこれらの溶媒は2種類またはそれ以上の種類を併用することができる。
重合に使用される開始剤としては、重合方法に応じて従来公知のアゾ系開始剤、過酸化物系開始剤、レドックス系開始剤などが適宜選ばれる。アゾ系開始剤としては、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)、2,2’−アゾビス(4−メトキシ−2,4−ジメチルバレロニトリル)などが挙げられる。過酸化物系開始剤としては、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジエトキシエチルパーオキシジカーボネートなどのパーカーボネート化合物;t−ブチルパーオキシネオデカネート、α−クミルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキシデカネートなどのパーエステル化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキシド;2,4,4−トリメチルペンチル−2−パーオキシフェノキシアセテートなどが挙げられる。さらには、上記開始剤に過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素などを組み合わせて開始剤とすることもできる。また、レドックス系開始剤としては、上記の過酸化物と、亜硫酸水素ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酒石酸、L−アスコルビン酸、ロンガリットなどの還元剤とを組み合わせたものが挙げられる。
また、重合を高い温度で行った場合、ビニルエステル系単量体の分解に起因するPVAの着色等が見られることがある。その場合には着色防止の目的で重合系に酒石酸のような酸化防止剤を、ビニルエステル系単量体の質量に対して1ppm以上100ppm以下程度添加してもよい。
また、重合に際して得られるビニルエステル系重合体の重合度を調節すること等を目的として、本発明の主旨を損なわない範囲で他の連鎖移動剤の存在下で重合を行ってもよい。連鎖移動剤としては、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド等のアルデヒド類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;2−ヒドロキシエタンチオール等のメルカプタン類;トリクロロエチレン、パークロロエチレン等のハロゲン化炭化水素類;ホスフィン酸ナトリウム1水和物等のホスフィン酸塩類が挙げられる。中でもアルデヒド類およびケトン類が好適に用いられる。連鎖移動剤の添加量は、添加する連鎖移動剤の連鎖移動定数および目的とするビニルエステル系重合体の重合度に応じて決定すればよく、一般にビニルエステル系単量体に対して0.1質量%以上10質量%以下が望ましい。
重合に際して用いる攪拌翼には特に制限はなく、アンカー翼、パドル翼、マックスブレンド翼等、任意の攪拌翼を用いることができるが、マックスブレンド翼は攪拌効率を高め、得られるビニルエステル系重合体の重量平均分子量Mwと数平均分子量Mnとの比(Mw/Mn)の値を小さくすることができる。すなわち分子量分布が狭いビニルエステル系重合体を得ることができ、本発明の懸濁重合用分散安定剤の性能を向上させることが可能であるため好ましい。
ビニルエステル系重合体のけん化反応には、従来公知の水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、ナトリウムメトキシド等の塩基性触媒またはp−トルエンスルホン酸、塩酸、硫酸、硝酸等の酸性触媒を用いた加アルコール分解反応ないし加水分解反応を適用することができる。この反応に使用しうる溶媒としては、メタノール、エタノール等のアルコール類;酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素等が挙げられる。これらは単独で、または2種以上を組み合わせて用いることができる。中でもメタノールまたはメタノール/酢酸メチル混合溶液を溶媒とし、水酸化ナトリウムを触媒に用いてけん化反応を行うのが簡便であり好ましい。アルコール中のビニルエステル系重合体の濃度は、特に限定するものではないが、10〜80質量%の範囲から選ばれる。用いるアルカリや酸の使用量は目標とするけん化度に合わせて調整を行うが、ビニルエステル系重合体に対して1〜100ミリモル当量にすることがPVAの着色防止や酢酸ナトリウムの量を低く抑えるという点から好ましい。アルカリを用いてけん化を行うに際して、ビニルエステル系重合体に導入した官能基が、酸のようなアルカリを消費するものである場合には、アルカリの量を消費される分だけ上記範囲より多く加えて、けん化を実施してもよい。けん化温度は特に限定されるものではないが、10℃〜70℃、好ましくは30℃〜40℃の範囲がよい。また、酸を用いてけん化反応を行う場合、アルカリを用いる場合に比べ反応速度が低下する可能性があるため、アルカリを用いる場合よりも高温でけん化を実施してもよい。反応時間は特に限定されるものではないが30分〜5時間程度である。
上記(vii)以外の方法によってPVA(A)を製造する場合でも、上記と同様の重合条件およびけん化条件を採用することができる。例えば、(i)の方法と、(iv)、(v)または(vi)との方法を組み合わせた以下の方法によりPVA(A)を製造する場合には、上記と同様の重合条件およびけん化条件を採用することができる;
(viii)炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の存在下にビニルエステル系単量体を重合させてビニルエステル系重合体を得て、次いで、該ビニルエステル系重合体を部分けん化した後、部分けん化重合体のビニルアルコール単位の水酸基に、水酸基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させる方法;(ix)炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の存在下にビニルエステル系単量体を重合させてビニルエステル系重合体を得て、得られる該ビニルエステル系重合体のビニルエステル系単量体単位のエステル基に、エステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させ、その後該重合体を部分けん化する方法;または(x)炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の存在下にビニルエステル系単量体を重合させてビニルエステル系重合体を得て、次いで、該ビニルエステル系重合体を部分けん化した後、得られる該部分けん化重合体のビニルエステル系単量体単位のエステル基に、エステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物を反応させる方法。
水酸基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物ならびにエステル基と反応性を有する基およびアニオン性基を有する化合物の例としては、2個以上のカルボキシル基を有する化合物(例、ジカルボン酸化合物)およびその塩、2個以上のスルホン酸基を有する化合物(例、ジスルホン酸化合物)およびその塩、分子内にアルデヒド基とカルボキシル基を有する化合物およびその塩等が挙げられる。これらの反応を行った後、酸の部分を金属塩化するために塩基等で処理してもよい。
[PVA(B)]
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、上記PVA(A)に加えて、粘度平均重合度が600以上であり、かつけん化度が65モル%以上であるPVA(B)を、さらに含有することが好ましい。けん化度や粘度平均重合度がPVA(A)よりも高いPVA(B)をさらに含有することで、重合安定性がさらに向上し、粗粒化をさらに防止できる。
本発明で用いられるPVA(B)のけん化度は65モル%以上であり、65モル%以上95モル%以下であることが好ましく、68モル%以上90モル%以下であることがより好ましい。PVA(B)のけん化度が65モル%未満の場合には、PVA(B)の水溶性が低下してハンドリング性が悪化する場合がある。また、重合が不安定となり得られるビニル系樹脂粒子が粗粒となる場合がある。なお、PVA(B)のけん化度は、JIS K 6726(1994)に準じて測定することができる。
また、PVA(B)の粘度平均重合度は600以上であり、600以上8000以下であることが好ましく、600以上3500以下であることがより好ましい。PVA(B)の粘度平均重合度が600未満の場合には、ビニル化合物を懸濁重合する際の重合安定性が低下するおそれがある。なお、PVA(B)の粘度平均重合度は、上述のPVA(A)と同様の方法により算出できる他、JIS K 6726(1994)に準じて測定することができる。
PVA(B)は一種類を使用してもよいし、特性の異なる二種類以上のものを組み合わせて用いてもよい。
使用するPVA(A)とPVA(B)との質量比は〔PVA(A)〕/〔PVA(B)〕=10/90〜55/45が好ましく、15/85〜50/50がより好ましい。当該質量比が10/90よりも小さくなくなるとビニル化合物の懸濁重合により得られるビニル系樹脂粒子からモノマー成分を除去するのが困難になったり、また得られるビニル系樹脂粒子の可塑剤吸収性が低下したりと分散安定剤の性能が低下する場合がある。一方、当該質量比が55/45よりも大きくなるとビニル化合物の懸濁重合の重合安定性が低下し、懸濁重合によって得られるビニル系樹脂粒子が粗粒となる、均一な粒子径の粒子が得られない等の問題が生じる場合がある。
本発明の懸濁重合用分散安定剤がPVA(B)を含む場合には、本発明の懸濁重合用分散安定剤は、PVA(A)とPVA(B)の混合物の製品形態にあってもよいし、PVA(A)とPVA(B)とが分包された製品形態にあってもよい。
[その他の成分]
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、本発明の趣旨を損なわない範囲で、上記のPVA(A)およびPVA(B)以外のPVAを含有していてもよい。例えば、けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、側鎖にアニオン性基を有し、かつ末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有さないPVAを含んでいてもよい。該PVAは、PVA(A)の合成時に、連鎖移動剤が有する脂肪族炭化水素基がPVAの末端に導入されなかったときに生成し得るものである。
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、本発明の趣旨を損なわない範囲で、その他の各種添加剤を含有してもよい。上記添加剤としては、例えば、アルデヒド類、ハロゲン化炭化水素類、メルカプタン類などの重合調節剤;フェノール化合物、イオウ化合物、N−オキサイド化合物などの重合禁止剤;pH調整剤;架橋剤;防腐剤;防黴剤、ブロッキング防止剤、消泡剤、相溶化剤等が挙げられる。
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、固形であってよいが、溶液または分散液の形態であってもよい。したがって、溶媒または分散媒を含んでいてもよい。該溶媒または分散媒としては、特に制限はないが、環境への影響の観点から好ましくは水である。溶液または分散液の形態にあるときの懸濁重合用分散安定剤の濃度には特に制限はなく、使用時の濃度、ハンドリング性などに応じて、適宜設定すればよい。
[用途(ビニル系樹脂の製造方法)]
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、ビニル化合物の懸濁重合に用いられる。そこで本発明は、別の側面から、上記の懸濁重合用分散安定剤の存在下で、ビニル化合物の懸濁重合を行う工程を含む、ビニル系樹脂の製造方法である。
ビニル化合物としては、塩化ビニル等のハロゲン化ビニル;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル等のビニルエステル;アクリル酸、メタクリル酸、これらのエステルおよび塩;マレイン酸、フマル酸、これらのエステルおよび無水物;スチレン、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、ビニルエーテル等が挙げられる。これらの中でも、塩化ビニルが好ましい。また、塩化ビニルおよびそれと共重合可能な単量体との組み合わせも好ましい。塩化ビニルと共重合可能な単量体としては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルなどのビニルエステル;(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチルなどの(メタ)アクリル酸エステル;エチレン、プロピレンなどのα−オレフィン;無水マレイン酸、イタコン酸などの不飽和ジカルボン酸類;アクリロニトリル、スチレン、塩化ビニリデン、ビニルエーテル等が挙げられる。
ビニル化合物の懸濁重合法は、従来から塩化ビニル等の重合に使用されている、油溶性または水溶性の重合開始剤を用いることができる。油溶性の重合開始剤としては、例えば、ジイソプロピルパーオキシジカーボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジエトキシエチルパーオキシジカーボネート等のパーカーボネート化合物;t−ブチルパーオキシネオデカネート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシピバレート、α−クミルパーオキシネオデカネート等のパーエステル化合物;アセチルシクロヘキシルスルホニルパーオキサイド、2,4,4−トリメチルペンチル−2−パーオキシフェノキシアセテート、3,5,5−トリメチルヘキサノイルパーオキサイド、ラウロイルパーオキサイド等の過酸化物;アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリル、アゾビス(4−2,4−ジメチルバレロニトリル)等のアゾ化合物等が挙げられる。水溶性の重合開始剤としては、例えば、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化水素、クメンハイドロパーオキサイド等が挙げられる。これらの油溶性または水溶性の重合開始剤は単独で、または2種類以上を組合せて用いることができる。
ビニル化合物の懸濁重合に際し、重合温度には特に制限はなく、20℃程度の低い温度はもとより、90℃を超える高い温度に調整することもできる。また、重合反応系の除熱効率を高めるために、リフラックスコンデンサー付の重合器を用いることも好ましい実施態様の一つである。
ビニル系樹脂を上記の懸濁重合用分散安定剤を用いて製造する場合、重合温度によらず得られたビニル系樹脂からモノマー成分を除去することに関して顕著な効果を発揮する。ビニル系樹脂に残留するモノマー成分が比較的除去しやすい重合温度60℃未満で懸濁重合する際に上記の懸濁重合用分散安定剤を用いるよりも、残留するモノマー成分が除去しづらい重合温度60℃以上で懸濁重合する際に上記の懸濁重合用分散安定剤を用いた方が特に効果を発揮するため好ましい。
ビニル化合物の懸濁重合において、上記の懸濁重合用分散安定剤の他に、ビニル化合物を水性媒体中で懸濁重合する際に通常使用される、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどの水溶性セルロースエーテル;ゼラチンなどの水溶性ポリマー;ソルビタンモノラウレート、ソルビタントリオレエート、グリセリントリステアレート、エチレンオキシドプロピレンオキシドブロックコポリマーなどの油溶性乳化剤;ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート、ポリオキシエチレングリセリンオレエート、ラウリン酸ナトリウムなどの水溶性乳化剤等を併用してもよい。その添加量については特に制限は無いが、ビニル化合物100質量部あたり0.01質量部以上1.0質量部以下が好ましい。
ビニル化合物の懸濁重合に際し、上記の懸濁重合用分散安定剤の重合槽への仕込み方には特に制限はない。例えば、上記の懸濁重合用分散安定剤がPVA(B)を含む場合には、PVA(A)およびPVA(B)を混合して仕込んでもよい。また、PVA(A)およびPVA(B)は別々に仕込んでもよく、例えば、重合開始前にPVA(A)、PVA(B)をそれぞれ仕込んでもよいし、重合開始前にPVA(A)を仕込み、重合開始後にPVA(B)を仕込んでもよい。
上記の懸濁重合用分散安定剤を重合槽へ仕込む場合には、ハンドリング性、環境への影響の観点から、メタノール等の有機溶剤を用いずに、懸濁重合用分散安定剤の水溶液または水分散液として仕込むことが好ましい。
本発明に用いられるPVA(A)のけん化度の範囲においては、通常のPVAでは、水溶性が低く、水に溶解または分散させることは困難である。そのため、水溶性を付与しようと、アニオン性基、あるいはオキシアルキレン基を導入したビニルアルコール系重合体を懸濁重合用分散安定剤として用いる検討が行われている。しかし水溶性と引き換えに懸濁重合用分散安定剤としての性能、具体的には重合安定性、得られるビニル重合体粒子の可塑剤吸収性の向上性能、モノマー成分の除去性能等が低下するという問題点があった。しかし、本発明に用いられるPVA(A)は、側鎖にアニオン性基、かつ末端に特定の炭素数の脂肪族炭化水素基を有しているため、水溶液あるいは水分散液としてハンドリング可能であるにもかかわらず、懸濁重合用分散安定剤としての性能が飛躍的に向上している。
ビニル化合物の懸濁重合に際し、仕込むビニル化合物と水の比は特に限定されないが、ビニル化合物の水に対する割合が低いほど重合は安定するが生産性が低く、ビニル化合物の水に対する割合が高いほど生産性は高くなるが、重合が不安定となる。通常、〔ビニル化合物〕と〔水〕の質量比(〔ビニル化合物〕/〔水〕)は4/7〜5/4であり、該比が4/7より小さいと得られるビニル系樹脂の生産性が低く、逆に該比が5/4より大きくなると重合が非常に不安定になり、生成するビニル系樹脂粒子が粗粒子化したり、得られる製品のフィッシュアイが増加する傾向にあり好ましくない。しかしながら、上記の懸濁重合用分散安定剤を用いる場合、その重合条件はビニル化合物の水に対する割合が多く、重合が不安定になりやすい条件、具体的には、質量比〔ビニル化合物〕/〔水〕が3/4よりも大きい重合条件でも重合を安定に進行させることができる。よって、得られるビニル重合体粒子の粗粒化防止効果がより発揮されることから、質量比〔ビニル系化合物〕/〔水〕が3/4よりも大きいことが好ましい。一方で、質量比〔ビニル系化合物〕/〔水〕は、10/9より小さいことが好ましい。
本発明の懸濁重合用分散安定剤は、水溶性が高く、メタノール等の有機溶媒を用いることなく水のみで溶解または分散させることが可能であるため、ハンドリング性に優れる。本発明の懸濁重合用分散安定剤の存在下でビニル化合物の懸濁重合を行った場合には、重合安定性が高いため、粗大粒子の形成が少なく、粒径が均一なビニル系樹脂粒子が得られる。さらに、本発明の懸濁重合用分散安定剤の使用量が少量であっても、可塑剤の吸収性が高く加工が容易なビニル系樹脂粒子が得られる。またさらに、ビニル系樹脂粒子における単位時間当たりの残存ビニル化合物の除去割合が高く、脱モノマー性に優れたビニル系樹脂粒子が得られる。得られた粒子は、適宜可塑剤などを配合して、各種の成形品用途に用いることができる。
以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。以下の実施例および比較例において、特に断りがない場合、「部」および「%」はそれぞれ「質量部」および「質量%」を示す。
下記の製造例により得られたPVAについて、以下の方法にしたがって評価を行った。
[PVAの粘度平均重合度]
PVAの粘度平均重合度は、PVAを実質的に完全にけん化した後、アセチル化してビニルエステル系重合体とし、該ビニルエステル系重合体のアセトン溶液の極限粘度測定から中島の式(中島章夫:高分子化学6(1949))を用いて算出した。
[PVAのけん化度]
PVAのけん化度は、JIS K 6726(1994)に記載の方法で求めた。ただしJIS K 6726(1994)に記載のけん化度を求める式において、共重合した不飽和単量体ユニットを加味した平均分子量を用いてなすべき補正を行い計算した。
[アニオン性基の変性量]
PVAのアニオン性基の変性量は、PVAを構成する全繰り返し単位に対するアニオン性基のモル百分率(モル%)として、1H−NMR測定により求めた。
[PVAのブロックキャラクター]
PVAの残存エステル基のブロックキャラクターは、PVAを重水/重メタノール混合溶媒に溶解させた試料について、測定温度70℃、積算回数18000回で13C−NMR測定を行い、メチレン領域に現れる2単位連鎖構造(dyad)に関する3本のピークの解析により、ピークの積分値から求めた。前記3本のピークは、残存エステル基(−O−C(=O)−Y(Yは上記と同一意味を有する))に結合した主鎖の炭素原子と、水酸基に結合した主鎖の炭素原子とに挟まれたメチレン炭素;残存エステル基に結合した主鎖の炭素原子と、該炭素原子に近接し、残存エステル基に結合した主鎖の炭素原子とに挟まれたメチレン炭素;および水酸基に結合した主鎖の炭素原子と、該炭素原子に近接し、水酸基に結合した主鎖の炭素原子とに挟まれたメチレン炭素に相当する。測定法、計算法についてはポバール(高分子刊行会、1984年発行、第246〜249頁)およびMacromolecules,10,532(1977年)に記載されている。
[S×P/1.880値]
Pには、上記測定したPVAの粘度平均重合度の値を用いた。Sは、PVAを構成する全繰り返し単位に対する脂肪族炭化水素基のモル百分率(モル%)として、1H−NMR測定により求めた。このPとSの値を用いて、S×P/1.880値を求めた。
[PVAの水溶性]
水95部にPVAを5部加え室温で4時間撹拌したのち、攪拌を止め、沈殿の有無を目視で確認し、以下の基準に従って評価した。
A:沈殿が生じておらず、透明な溶液または分散液となっている。
B:沈殿が生じている。
製造例1(PVA(A1)の製造)
酢酸ビニル(以下VAcと略す)1197部、メタノール603部、n−ドデカンチオール(以下DDMと略す)0.44部、およびマレイン酸モノメチル1.16部を重合缶に仕込み、窒素置換後加熱して沸点まで昇温させた。VAcに対して0.05%の2,2’−アゾビスイソブチロニトリルと、メタノール10部を加えた。直ちに室温のDDMメタノール溶液(濃度5wt%)とマレイン酸モノメチルメタノール溶液(濃度3wt%)を重合缶内に添加開始し、該重合缶内部のDDMおよびマレイン酸モノメチルの濃度がVAcに対して常に一定になるように、DDMメタノール溶液およびマレイン酸モノメチルメタノール溶液を添加し続け重合を行った。重合率が40%となったところで重合を停止し、減圧下残存するVAcをメタノールとともに系外に追い出す操作をメタノールを添加しながら行い、ポリ酢酸ビニル(以下PVAcと略す)のメタノール溶液(濃度63%)を得た。次いでメタノール溶媒中で、PVAc濃度30%、温度40℃、けん化反応液含水率1%の条件下で、けん化触媒としてPVAcに対してモル比0.0101の割合で水酸化ナトリウムを用い、1時間けん化反応を行った。けん化物に対し水による中和、次いで乾燥を行い、粘度平均重合度250、けん化度45モル%、マレイン酸モノメチル由来のアニオン性基の変性量が0.7モル%、ブロックキャラクターの値が0.449、式(1)の「S×P/1.880」が76のPVA(A1)を得た。
製造例2〜20、23〜26、28〜29(PVA(A2〜A20、A23、I〜III、V、VI)の製造)
酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、重合時に使用する脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の種類およびその使用量や添加濃度、共重合に用いるコモノマーの種類およびその使用量や添加濃度、開始剤使用量、目標重合率等の重合条件等およびけん化時に用いる水酸化ナトリウムの量を変更したこと以外は、製造例1と同様にして表2に示すPVA(A2〜A20、A23、I〜III、V、VI)を製造した。製造条件を表1に、用いた連鎖移動剤の種類、用いたコモノマーの種類およびけん化条件をそれぞれ表3、4、5に示す。
製造例21(PVA(A21)の製造)
製造したPVA(A1)を窒素雰囲気下、130℃で6時間熱処理してPVA(A21)を得た。製造したPVA(A21)の物性値を表2に示す。
製造例22(PVA(A22)の製造)
製造例1に示すPVA(A1)を合成する際のけん化工程においてけん化触媒の種類、けん化触媒量、けん化時間、けん化温度、けん化時の含水率を変更してけん化を行ったのち、用いたけん化触媒を中和する量の水酸化ナトリウムを加えてけん化反応を停止したこと以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(A22)を製造した。製造条件を表1に、用いた連鎖移動剤の種類、用いたコモノマーの種類およびけん化条件をそれぞれ表3、4、5に示す。
製造例27(PVA(IV)の製造)
連鎖移動剤にn−ドコサンチオールを用いようとしたが、n−ドコサンチオールがメタノールに難溶性であり、室温のメタノール溶液として重合缶に添加することができなかったためPVA(IV)の製造が行えなかった。
製造例30(PVA(VII)の製造)
脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤を用いなかったこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量、共重合に用いるコモノマーの種類およびその使用量や添加濃度等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(VII)を製造した。製造条件を表1に示す。
製造例31(PVA(VIII)の製造)
アニオン性基を有するコモノマーを用いなかったこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量、使用する脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の使用量や添加濃度、共重合に用いるコモノマーの種類およびその使用量等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(VIII)を製造した。製造条件を表1に示す。
製造例32(PVA(IX)の製造)
脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤を用いなかったこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量、共重合に用いるコモノマーの使用量や添加濃度等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(IX)を製造した。製造条件を表1に示す。
製造例33(PVA(X)の製造)
アニオン性基を有するコモノマーを用いなかったこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量、使用する脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の使用量や添加濃度等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(X)を製造した。製造条件を表1に示す。
製造例34(PVA(XI)の製造)
アニオン性基を有するコモノマーの代わりにカチオン性基に相当するコモノマーを用いたこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量、使用する脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤の使用量や添加濃度等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示すPVA(XI)を製造した。製造条件を表1に示す。
製造例35(PVA(XII)の製造)
脂肪族炭化水素基を有する連鎖移動剤およびアニオン性基を有するコモノマーを用いなかったこと、ならびに酢酸ビニルおよびメタノールの仕込み量、開始剤使用量等の重合条件、けん化条件等以外は製造例1と同様にして表2に示す無変性のPVA(XII)を製造した。製造条件を表1に示す。
Figure 2015019613
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実施例1
容量5Lのオートクレーブに粘度平均重合度2400、けん化度80モル%のPVA(B)を塩化ビニル単量体に対して1000ppmとなるように100部の脱イオン水溶液として仕込み、上記PVA(A1)を塩化ビニル単量体に対して400ppmとなるように100部の脱イオン水溶液として仕込み、仕込む脱イオン水の合計が1200部となるように脱イオン水を追加して仕込んだ。次いで、ジ(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネートの70%トルエン溶液1.07部をオートクレーブに仕込んだ。オートクレーブ内の圧力が0.2MPaとなるように窒素を導入後、次いで導入した窒素をパージするという作業を計5回行い、オートクレーブ内を十分に窒素置換して酸素を除いた後、塩化ビニル940部を仕込み、オートクレーブ内の内容物を65℃に昇温して撹拌下で塩化ビニル単量体の重合を開始した。重合開始時におけるオートクレーブ内の圧力は1.05MPaであった。重合を開始してから約3時間経過後、オートクレーブ内の圧力が0.70MPaとなった時点で重合を停止し、未反応の塩化ビニル単量体を除去した後、重合反応物を取り出し、65℃にて16時間乾燥を行い、塩化ビニル重合体粒子を得た。
(塩化ビニル重合体粒子の評価)
実施例1で得られた塩化ビニル重合体粒子について、(1)平均粒子径、(2)粒度分布、(3)可塑剤吸収性および(4)脱モノマー性を以下の方法にしたがって評価した。評価結果を表6に示す。
(1)平均粒子径
タイラーメッシュ基準の金網を使用して、乾式篩分析により粒度分布を測定し、塩化ビニル重合体粒子の平均粒子径を求めた。
(2)粒度分布
JIS標準篩い42メッシュオンの含有量を質量%で表示した。
A:0.5%未満
B:0.5%以上1%未満
C:1%以上
JIS標準篩い60メッシュオンの含有量を質量%で表示した。
A:5%未満
B:5%以上10%未満
C:10%以上
なお、42メッシュオンの含有量および60メッシュオンの含有量はともに、値が小さいほど粗大粒子が少なくて粒度分布が狭く、重合安定性に優れていることを示している。
(3)可塑剤吸収性
脱脂綿を0.02g詰めた容量5mLのシリンジの質量を量り(Agとする)、そこに塩化ビニル重合体粒子0.5gを入れ質量を量り(Bgとする)、そこにジオクチルフタレート(DOP)1gを入れ15分静置後、3000rpmで40分間遠心分離して質量を量った(Cgとする)。そして、下記の計算式より可塑剤吸収性(%)を求めた。
可塑剤吸収性(%)=100×[{(C−A)/(B−A)}−1]
(4)脱モノマー性(残留モノマー割合)
塩化ビニルの懸濁重合における重合反応物を取り出したのち、75℃にて乾燥を1時間、および3時間行い、それぞれの時点での残留モノマー量をヘッドスペースガスクロマトグラフィーにて測定し、(3時間乾燥時の残留モノマー量/1時間乾燥時の残留モノマー量)×100の式より残留モノマー割合を求めた。この値が小さいほど1時間乾燥時から3時間乾燥時、すなわち2時間のうちに塩化ビニル重合体粒子に残存するモノマーが乾燥によって除去された割合が多いということであり、この値が残存するモノマーの除去され易さ、すなわち脱モノマー性を表す指標となる。
実施例2〜23
PVA(A2〜23)をそれぞれ使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行い、塩化ビニル重合体粒子を得た。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。
実施例24
仕込んだ脱イオン水の合計を1640部としたこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行い、塩化ビニル重合体の粒子を得た。得られた重合体粒子の評価結果を表7に示す。
比較例1
PVA(A1)を使用しなかったこと以外は実施例1と同様にして、塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であった。
比較例2
PVA(A1)に代えて、けん化度が69モル%であるPVA(I)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であり、かつ42メッシュオンの塩化ビニル重合体粒子が多く見受けられ、重合不安定であった。
比較例3
PVA(A1)に代えて、けん化度が15モル%であるPVA(II)を使用したが、該PVA(II)はけん化度が低すぎるためか、水に溶解、または分散せず、評価を行うことができなかった。
比較例4
PVA(A1)に代えて、連鎖移動剤にn−ブタンチオールを用いて合成したPVA(III)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であった。
比較例5
PVA(A1)に代えて、粘度平均重合度が80であるPVA(V)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性は良好であったが、塩化ビニル粒子が非常に粗粒となり、42メッシュオン、60メッシュオンの塩化ビニル重合体粒子の割合が多く、重合安定性に劣る結果となった。
比較例6
PVA(A1)に代えて、粘度平均重合度が720であるPVA(VI)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であった。
比較例7
PVA(A1)に代えて、末端に脂肪族炭化水素基を有さず、側鎖にアニオン性基とポリオキシプロピレン基を有するPVA(VII)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性は良好であったが、塩化ビニル粒子が非常に粗粒となり、42メッシュオン、60メッシュオンの塩化ビニル重合体粒子の割合が多く、重合安定性に劣る結果となった。
比較例8
PVA(A1)に代えて、側鎖にアニオン性基を有さず、末端に脂肪族炭化水素基を有し、側鎖に親水性基であるポリオキシエチレン基を有するPVA(VIII)を使用したが、該PVA(VIII)は親水性が足りず、水に溶解、または分散せず、評価を行うことができなかった。
比較例9
PVA(A1)に代えて、末端に脂肪族炭化水素基を有さないPVA(IX)を使用したこと以外は実施例1と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行った。塩化ビニル重合体粒子の評価結果を表6に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であり、塩化ビニル粒子が粗粒となり、42メッシュオン、60メッシュオンの塩化ビニル重合体粒子の割合が多く、重合安定性に劣る結果となった。
比較例10
PVA(A1)に代えて、側鎖にアニオン性基を有さないPVA(X)を使用したが、該PVA(X)は親水性が足りず、水に溶解、または分散せず、評価を行うことができなかった。
比較例11
PVA(A1)に代えて、側鎖にカチオン性基を有するPVA(XI)を使用したが、該PVA(XI)は親水性が足りず、水に溶解、または分散せず、評価を行うことができなかった。
比較例12
PVA(A1)に代えて、無変性のPVA(XII)を使用したが、該PVA(XII)は親水性が足りず、水に溶解、または分散せず、評価を行うことができなかった。
比較例13
仕込んだ脱イオン水の合計を1640部としたこと以外は比較例9と同様にして塩化ビニルの懸濁重合を行い、塩化ビニル重合体の粒子を得た。得られた重合体粒子の評価結果を表7に示す。この場合、得られた塩化ビニル重合体粒子の可塑剤吸収性や脱モノマー性が不十分であり、塩化ビニル粒子が粗粒となり、42メッシュオン、60メッシュオンの塩化ビニル重合体粒子の割合が多く、重合安定性に劣る結果となった。また、表7の実施例1、24、比較例9、13をそれぞれ比較すると、本発明の懸濁重合用分散安定剤によれば、塩化ビニルの水に対する割合が高い重合条件を採用しても、得られる塩化ビニル重合体粒子が粗粒化せず安定に重合が可能である。
Figure 2015019613
Figure 2015019613
上記実施例において示されているように、本発明のけん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体(A)を含有するビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤を、ビニル化合物の懸濁重合に用いた場合は、重合安定性が高いため粗大粒子の形成が少なく、粒子径が均一な粒子が得られる。また、可塑剤吸収性に優れた重合体粒子を得ることが可能であり、特に脱モノマー性の面で非常に優れた効果を発揮し、残留モノマーの除去効率のよい重合体粒子を得ることが可能である。さらに、メタノール等の有機溶剤を使用することなく水のみで溶液または分散液の作製が可能であり、ハンドリング性に非常に優れ、環境への負荷も低い。よって本発明の懸濁重合用分散安定剤の工業的な有用性はきわめて高い。
本発明は、懸濁重合法を用いた種々のビニル系樹脂(特に塩化ビニル系樹脂)の製造に有用である。

Claims (7)

  1. けん化度が20モル%以上65モル%未満、かつ粘度平均重合度Pが100以上600未満であり、末端に炭素数6以上18以下の脂肪族炭化水素基を有し、かつ側鎖にアニオン性基を有するビニルアルコール系重合体(A)を含む、ビニル化合物の懸濁重合用分散安定剤。
  2. 前記ビニルアルコール系重合体(A)の粘度平均重合度Pと前記脂肪族炭化水素基の変性率S(モル%)の関係が、下記式(1)を満たす請求項1に記載の懸濁重合用分散安定剤。
    50≦S×P/1.880<100 (1)
  3. 前記ビニルアルコール系重合体(A)のビニルエステル系単量体単位および/またはビニルアルコール単位が連続する部位に関し、該部位におけるビニルエステル系単量体単位のブロックキャラクターが0.6以下である請求項1または2に記載の懸濁重合用分散安定剤。
  4. さらにけん化度が65モル%以上、かつ粘度平均重合度が600以上のビニルアルコール系重合体(B)を含有する請求項1に記載の懸濁重合用分散安定剤。
  5. 前記ビニルアルコール系重合体(A)と前記ビニルアルコール系重合体(B)との質量比〔ビニルアルコール系重合体(A)〕/〔ビニルアルコール系重合体(B)〕が10/90〜55/45である請求項4に記載の懸濁重合用分散安定剤。
  6. 請求項1に記載の懸濁重合用分散安定剤の存在下で、ビニル化合物の懸濁重合を行う工程を含む、ビニル系樹脂の製造方法。
  7. 前記懸濁重合が水の存在下に行われ、前記ビニル化合物と前記水の質量比〔ビニル系化合物〕/〔水〕が、3/4より大きい請求項6に記載の製造方法。
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