JPWO2021100638A1 - 懸濁重合用分散剤、懸濁重合用分散剤の製造方法、及びビニル系重合体粒子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]下記式1で表される構造を有するビニルアルコール系重合体を含み、平均粒子径が100μm以上2,000μm以下である粉体であり、粒子径が500μm以上の粒子A及び粒子径が220μm以下の粒子Bを含有し、上記粒子Aの0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長320nmにおける吸光度Aと上記粒子Bの0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長320nmにおける吸光度Bとの比(A/B)が0.7以上1.2以下である懸濁重合用分散剤;
[2]粒子径100μm以上1,000μm以下の粒子から任意に抽出した50個の粒子の下記式2で表される円磨度Pの平均値PAが0.1以上0.8以下である[1]の懸濁重合用分散剤;
[3]上記ビニルアルコール系重合体の粘度平均重合度が500以上1,500以下であり、けん化度が60モル%以上90モル%以下である[1]又は[2]の懸濁重合用分散剤;
[4]上記ビニルアルコール系重合体の0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長280nmにおける吸光度が0.05以上であり、光路長10mm、波長320nmにおける吸光度が0.05以上である[1]〜[3]のいずれかの懸濁重合用分散剤;
[5]粒子径100μm以上1,000μm以下の粒子の含有率が50質量%以上である[1]〜[4]のいずれかの懸濁重合用分散剤;
[6]ビニルアルコール系重合体を含む樹脂固形物を粉砕することにより、粗粉体を得る工程、及び上記粗粉体を加熱しながら表面を加工する工程を備える[1]〜[5]のいずれかの懸濁重合用分散剤の製造方法;
[7][1]〜[5]のいずれかの懸濁重合用分散剤を用いてビニル化合物を懸濁重合する工程を備えるビニル系重合体粒子の製造方法;
のいずれかを提供することにより達成される。
本発明の懸濁重合用分散剤(以下、「分散剤」とも称する。)は、下記式1で表される構造を有するビニルアルコール系重合体(以下、「PVA(ポリビニルアルコール)」とも称する。)を含み、平均粒子径が100μm以上2,000μm以下である粉体である。当該分散剤は、粒子径が500μm以上の粒子A及び粒子径が220μm以下(212μm以下)の粒子Bを含有する。上記粒子Aの0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長320nmにおける吸光度Aと上記粒子Bの0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長320nmにおける吸光度Bとの比(A/B)は0.7以上1.2以下である。
式1で表される構造を有するPVAは、本発明の分散剤の必須成分である。式1中のR1は炭素数1〜4のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜3のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜2のアルキル基である。式1中のR1で表される炭素数1〜4のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基等が挙げられ、メチル基及びエチル基が好ましい。式1中のnは、例えば1〜6の整数であってよく、1〜4の整数であってもよい。式1で表される構造は、後述するように、前駆体であるビニルエステル系重合体を重合する際に、連鎖移動剤(変性剤)として、アルデヒドやケトンを用い、係る重合体を加熱することで効果的に重合体に導入することができる。
粘度平均重合度=([η]×104/8.29)(1/0.62)
本発明の分散剤は、平均粒子径が100μm以上2,000μm以下である粉体である。上記平均粒子径の下限は、150μmが好ましく、200μmがより好ましい。一方、上記平均粒子径の上限は、1,500μmが好ましく、1,000μmがより好ましく、800μmがさらに好ましい。平均粒子径が上記範囲である場合、より均一性が高く熱処理がなされた粉体となること、溶解性が良好であることなどにより、粒子径のより小さいビニル系重合体粒子を製造することができる。また、平均粒子径が上記下限以上であることで、粉塵爆発が生じ難くなり、安全性が高まる。分散剤の平均粒子径は、JIS K7369:2009に記載の方法に準拠して測定される値である。
本発明の分散剤の製造方法は特に制限されないが、以下の方法が好ましい。すなわち、本発明の分散剤の製造方法は、
PVAを含む樹脂固形物を粉砕することにより、粗粉体を得る工程(工程B)、及び
上記粗粉体を加熱しながら表面を加工する工程(工程C)
を備える。
工程Aは、例えば、重合工程、けん化工程等を備えることができる。
工程Bでは、PVAを含む樹脂固形物を粉砕する。工程Bに供せられる樹脂固形物中のPVAは、末端構造中にカルボニル基を含むPVAであることが好ましい。具体的には、末端構造として、R1−CO−(R1は炭素数1〜4のアルキル基である。)で表される構造を有するPVAであることが好ましい。このような末端構造中にカルボニル基を含むPVAを用いることで、工程Cの熱処理を経て上記式1で表される構造を有するPVAが効果的に得られる。R1−CO−(R1は炭素数1〜4のアルキル基である。)で表される構造を有するPVAは、上述のように、連鎖移動剤(変性剤)としてアルデヒド又はケトンを用いて得られたビニルエステル系重合体をけん化することなどにより得られる。
工程Cでは、粗粉体を加熱しながら、その表面を加工する。PVAを含む樹脂固形物を破砕した場合、得られる粗粉体は非常に角が尖った形状となっている。このような粗粉体を単に熱処理した場合、粒子毎及び粒子内の熱処理の程度の差が大きく、吸光度Aと吸光度Bとの比が1に近い本発明の懸濁重合用分散剤を得ることが難しい。そこで、工程Cにより、粗粉体に対して加熱処理を行いながら、角が丸まるような加工(研磨等)をすることで、均一性の高い熱処理が行われる。工程Cは、粗粉体に対して、研磨等の角が丸まるような加工をしながら、加熱処理を行う工程であるともいえる。また、このような工程Cを経ることで、平均円摩度が高い分散剤が得られる。
本発明のビニル系重合体粒子の製造方法は、本発明の分散剤を用いてビニル化合物を懸濁重合する工程を備える。当該製造方法は、分散剤として、本発明の分散剤を用いること以外は、公知のビニル系重合体粒子の製造方法と同様である。
PVAの粘度平均重合度をJIS K6726:1994に準じて測定した。具体的には、PVAのけん化度が99.5モル%未満の場合には、けん化度99.5モル%以上になるまでけん化し、得られたPVAについて、水中、30℃で測定した極限粘度[η](リットル/g)を用いて下記式により粘度平均重合度を求めた。
粘度平均重合度=([η]×104/8.29)(1/0.62)
PVAのけん化度をJIS K6726:1994に記載の方法により求めた。
JIS標準ふるいを使用して、JIS K7369:2009に記載の方法により懸濁重合用分散剤の平均粒子径及び粒子径100〜1,000μm(具体的には粒子径106〜1,000μm)の粒子の含有率を求めた。
上記したふるい分けによって粒子径100〜1,000μm(具体的には粒子径106〜1,000μm)の粒子を選別し、これらの粒子の中から任意の50個を抽出した。これらの粒子に対して、株式会社キーエンス製デジタルマイクロスコープVHX−900を用いた拡大率100倍の画像に基づき、曲率半径ri及び最大内接円の半径Rを求め、各粒子の円磨度Pを求めた。50個の粒子の円磨度Pの平均値PAを求め、平均円磨度とした。
PVA(懸濁重合用分散剤)の0.1質量%水溶液を調製し、UV分光光度計(島津製作所製「UV2100」)を用い、測定試料の光路長10mmで、波長280nmにおける吸光度(UV280nm)及び波長320nmにおける吸光度(UV320nm)を測定した。これらの吸収が確認できるPVAは、上記式1で表される構造を有するものとした。
上記したふるい分けによって、懸濁重合用分散剤から、粒子径が500μm以上の粒子A及び粒子径が220μm以下の粒子Bを選別した。粒子A及び粒子Bそれぞれの0.1質量%水溶液を調製し、UV分光光度計(株式会社島津製作所製「UV2100」)を用い、測定試料の光路長10mm、波長320nmにおける吸光度(吸光度A及び吸光度B)を測定した。
(1)平均粒子径(MGS)
得られたビニル系重合体粒子について、JIS標準篩を使用して、JIS Z 8815:1994に記載の乾式篩法により粒度分布を測定した。その結果をロジン・ラムラー(Rosin−Rammler)分布式にプロットして平均粒子径を算出した。測定された平均粒子径に基づいて、以下の基準で評価した。
5:150μm未満
4:150μm以上160μm未満
3:160μm以上170μm未満
2:170μm以上180μm未満
1:180μm以上
得られたビニル系重合体粒子について、ASTM−D3367−75に記載された方法により、23℃におけるジオクチルフタレートの吸収量を測定した。測定された可塑剤吸収量に基づいて、以下の基準で評価した。
5:28%以上
4:26%以上28%未満
3:24%以上26%未満
2:22%以上24%未満
1:22%未満
撹拌機、還流冷却管、窒素導入管、コモノマー滴下口及び開始剤の添加口を備えた250Lの反応器に、酢酸ビニル80kg及びメタノール20kg(酢酸ビニル80質量%:メタノール20質量%)を仕込み、窒素バブリングをしながら30分間系内を窒素置換した。反応器の昇温を開始し、内温が60℃となったところで、アセトアルデヒド1.85kg(酢酸ビニルに対して2.3質量%)及び2,2’−アゾビスイソブチロニトリル(AIBN)43gを添加し重合を開始し、重合率が50%となったところで冷却し、重合を停止した。重合停止時の固形分濃度は39.3質量%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酢酸ビニルモノマーの除去を行い、ポリ酢酸ビニル(PVAc)のメタノール溶液を得た。さらに、これにメタノールを加えて調製したPVAcのメタノール溶液57.1kg(濃度35質量%、溶液中のPVAc20.0kg)に、0.465kgのアルカリ溶液(水酸化ナトリウムの10質量%メタノール溶液)を添加してけん化を行った(けん化溶液のPVAc濃度30質量%、PVAc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0.005)。アルカリ溶液を添加後約1分でゲル状物(樹脂固形物)が生成したので、これを粉砕機にて粉砕した。粉砕物を40℃で1時間放置してけん化を進行させた後、酢酸メチル50kgを加えて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終了したことを確認した後、濾別して白色固体を得、これにメタノール200kgを加えて室温で3時間放置洗浄した。上記の洗浄操作を3回繰り返した後、遠心脱液して得られた白色固体を乾燥機中65℃で2日間放置してPVA1の粗粉体を得た。PVA1の重合度は800、けん化度は72.0モル%であった。
次にPVA1の粗粉体を中央機工株式会社製ベッカー型ショベルを搭載したレーディゲミキサー「FKM130D」に充填した。窒素雰囲気下、回転速度160rpmで、処理時間3.5時間、処理温度120℃の熱処理を行った。これにより、平均粒子径650μm、平均円磨度0.35の懸濁重合用分散剤1が得られた。
表1に記載の条件としたこと以外は実施例1と同様にして、PVA2〜16をそれぞれ含む懸濁重合用分散剤2〜16、及びPVA1’〜4’をそれぞれ含む懸濁重合用分散剤1’〜4’を得た。
実施例1〜16及び比較例1〜4で得られた各懸濁重合用分散剤を用いて、以下の方法にてビニル系重合体であるポリ塩化ビニルの粒子を得た。
表2に示した各懸濁重合用分散剤0.94g(塩化ビニルモノマーに対して1000ppm)を溶解した水溶液1390gを、容量5Lのオートクレーブに仕込んだ。次いでオートクレーブにジイソプロピルパーオキシジカーボネートの70質量%トルエン溶液1.5gを仕込んだ。オートクレーブ内の圧力が0.0067MPaになるまで脱気して酸素を除いた。その後、塩化ビニル940gを仕込み、オートクレーブ内の内容物を57℃に昇温して、撹拌下に懸濁重合を開始した。重合開始時におけるオートクレーブ内の圧力は0.83MPaであった。懸濁重合を開始してから4時間が経過し、オートクレーブ内の圧力が0.65MPaとなった時点で重合を停止し、未反応の塩化ビニルを除去した。その後、重合スラリーを取り出し、65℃にて一晩乾燥を行い、塩化ビニル重合体粒子を得た。
一方、吸光度の比(A/B)が0.7未満である比較例1〜3の懸濁重合用分散剤、及び式1で表される構造を有するPVAを含まない比較例4の懸濁重合用分散剤を用いた場合、平均粒子径(MGS)の評価が1となり、粒子径の小さいビニル系重合体粒子を得ることができなかった。また、カルボニル基を有するPVAに対して特定の装置を用いて熱処理を施すことで、吸光度の比(A/B)が0.7以上1.2以下の懸濁重合用分散剤が得られた。特定の装置を用いて熱処理を施し、吸光度の比(A/B)が0.7以上1.2以下となった懸濁重合用分散剤は、0.1以上の平均円摩度を有するものとなっていた。
Claims (7)
- 上記ビニルアルコール系重合体の粘度平均重合度が500以上1,500以下であり、けん化度が60モル%以上90モル%以下である請求項1又は2に記載の懸濁重合用分散剤。
- 上記ビニルアルコール系重合体の0.1質量%水溶液の光路長10mm、波長280nmにおける吸光度が0.05以上であり、光路長10mm、波長320nmにおける吸光度が0.05以上である請求項1〜3のいずれかに記載の懸濁重合用分散剤。
- 粒子径100μm以上1,000μm以下の粒子の含有率が50質量%以上である請求項1〜4のいずれかに記載の懸濁重合用分散剤。
- ビニルアルコール系重合体を含む樹脂固形物を粉砕することにより、粗粉体を得る工程、及び
上記粗粉体を加熱しながら表面を加工する工程
を備える請求項1〜5のいずれかに記載の懸濁重合用分散剤の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の懸濁重合用分散剤を用いてビニル化合物を懸濁重合する工程
を備えるビニル系重合体粒子の製造方法。
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