WO2014175042A1 - ポリアセタール共重合体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Hx[Mm・M’nOl]・yH2O ・・・(1)
〔一般式(1)において、MはP及び/又はSiから選ばれる中心元素を示し、M’はW、Mo、Vより選ばれる一種以上の配位元素を示す。lは10~100であり、mは1~10であり、nは6~40であり、xは1以上であり、yは0~50である。〕
xMI 2O・pMV 2O6・yH2O ・・・(2)
xMI 2O・pMVI 2O6・yH2O ・・・(3)
〔一般式(2)及び(3)において、MIは水素であるが、一部が金属で置換されていてもよい。MVは周期律表V族のV、Nb、Taより選ばれる一種以上の元素を示す。MVIは周期律表VI族のCr、Mo、W、Uより選ばれる一種以上の元素を示す。p及びxは1以上であり、yは0~50である。〕
工程(S1)~(S4)を説明するにあたり、まずは、図1を参照しながら反応装置1の概略構成について説明する。図1は、反応装置1を説明するための概略図である。反応装置1は、原料を投入する投入口2と、この原料の重合反応を行い、反応混合物を得る混合部3と、反応混合物から未反応モノマーを気化分離する気化分離部4と、反応混合物からポリアセタール共重合体を回収するポリアセタール共重合体回収部5とを備える。
続いて、(S1)原料供給工程について説明する。原料供給工程は、上記の反応装置1に、トリオキサン、このトリオキサンと共重合するコモノマー、及び不揮発性のプロトン酸を含む原料を供給する工程である。なお、理解を容易にするため、図1では、全ての原料の混合物が投入口2に投入されるように記載されているが、この態様に限るものでなく、最終的に全ての原料が投入口2に投入されれば足りる。
コモノマーとしては、少なくとも一つの炭素-炭素結合を有する環状エーテル及び環状ホルマールから選ばれる化合物が使用される。コモノマーとして使用する化合物の代表的な例としては、例えば、1,3-ジオキソラン、ジエチレングリコールホルマール、1,4-ブタンジオールホルマール、1,3-ジオキサン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、エピクロルヒドリン等が挙げられる。中でも、重合の安定性から考慮して、1,3-ジオキソラン、ジエチレングリコールホルマール、1,4-ブタンジオールホルマール、1,3-ジオキサン、エチレンオキシド等が好ましい。更に、環状エステル、例えばβ-プロピオラクトンや、ビニル化合物、例えばスチレン等も使用できる。また、コモノマーとして、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテルの如き、置換基単位を有する単官能の環状エーテルや環状ホルマールを用いることも可能である。さらに、コモノマーとして、アルキレングリコールのジグリシジルエーテルやジホルマールの如き2個の重合性環状エーテル基又は環状ホルマール基を有する化合物、例えば、ブタンジオールジメチリデングリセリルエーテル、ブタンジオールジグリシジルエーテル等や、グリセリントリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールテトラグリシジルエーテル等の如き3個以上の重合性環状エーテル基又は環状ホルマール基を有する化合物を用いることもできる。これによって分岐構造や架橋構造が形成されたポリアセタール共重合体も本発明の対象である。
本発明において、不揮発性のプロトン酸は重合触媒として機能する。本発明では、三フッ化ホウ素系触媒でなく、不揮発性のプロトン酸を重合触媒として用いているため、三フッ化ホウ素系触媒を重合触媒とした場合に比べ、重合転化率を高めることができる。
まず、ヘテロポリ酸又はその酸性塩について詳しく説明する。ヘテロポリ酸又はその酸性塩は、一般式(1)で表すことができる。
Hx[Mm・M’nOl]・yH2O ・・・(1)
続いて、イソポリ酸又はその酸性塩について詳しく説明する。イソポリ酸又はその酸性塩は、一般式(2)又は一般式(3)で表すことができる。
xMI 2O・pMV 2O6・yH2O ・・・(2)
xMI 2O・pMVI 2O6・yH2O ・・・(3)
重合反応を均一に行うため、不揮発性のプロトン酸は、重合に悪影響のない不活性な溶剤で希釈して、トリオキサン及び/又はコモノマーに添加して使用することが好ましい。不活性な溶媒として、ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸等の炭素数1~10の低分子量カルボン酸と、メタノール、エタノール、1-プロバノール、2-プロパノール、1-ブタノール、2-ブタノール、2-メチル-1-プロパノール、2-メチル-2-プロパノール、1-ペンタノール、3-メチル-1-ブタノール、1-へキサノール等の炭素数1~10の低分子量のアルコールが縮合して得られるエステル;アセトン、2-ブタノン、2-ペンタノン、3-ペンタノン、2-ヘキサノン、3-へキサノン、メチルイソブチルケトン、メチル-t-ブチルケトン等の炭素数1~10の低分子量のケトン類が好ましく挙げられるが、これらに限定されるものではない。工業的な入手しやすさ等も勘案すると、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル、アセトン、2-ブタノン、メチルイソブチルケトン等が最も好適である。重合触媒は、上記不活性溶媒に、好適には濃度1~30重量/重量%で溶解されるが、これに限定されるものではない。また、トリオキサン、コモノマー、分子量調節剤等のいずれか一種又は複数種の一部量又は全量に、不揮発性のプロトン酸の所定量を予め混合し、この溶液を重合系に添加して重合を行う方法も好ましい。
続いて、(S2)重合反応工程について説明する。(S2)重合反応工程は、回転軸を、反応装置1の入口(投入口2)から出口(ポリアセタール共重合体回収部5)に向けて水平方向Hに対して1~6°上方に傾斜させた状態で原料の重合反応を行い、反応混合物を得る工程である。
この傾斜を有する重合反応工程において、上述のヘテロポリ酸のような不揮発性のプロトン酸が従来のBF3触媒と比較し、反応装置での高い重合率を与えることを見出したのである。
(S3)未反応モノマー再供給工程は、反応混合物から未反応モノマーを気化分離させ、反応装置1に再度供給する工程である。
(S4)ポリアセタール共重合体回収工程は、反応混合物からポリアセタール共重合体を回収する工程である。
はない。
表1における略称は次のとおりである。
(コモノマー)
DOXO:1,3-ジオキソラン
DOXP:1,3-ジオキセパン
(重合触媒)
HPA:リンモリブデン酸(不揮発性のプロトン酸)
IPA:パラタングステン酸(不揮発性のプロトン酸)
BF3:三フッ化ホウ素(ジブチルエーテル錯体)(従来公知の重合触媒)
図1に示す反応装置1を用い、ジャケットに85℃の温水を通し、パドルの先端の回転周速度が0.5m/秒になるように2本の回転軸を一定の速度で同方向に回転させ、投入口2より、表1に示すコモノマーを3.0重量%、分子量調節剤としてメチラール700ppmを含有するトリオキサンを連続的に供給し、同時に、表1に示す重合触媒を、全供給モノマーに対する重合触媒量が表1に示す量になるようにギ酸メチルで調整して連続添加することで、トリオキサンとコモノマーとの共重合を行った。共重合の際、回転軸を、反応装置1の入口(投入口2)から出口(ポリアセタール共重合体回収部5)に向けて水平方向Hに対して、表1に示す角度だけ上方に傾斜させた。
実施例及び比較例について、反応装置1の滞留時間、原料の重合転化率、回収したポリアセタール共重合体の粒径及び残存モノマー含量を測定した。
滞留時間の評価は1wt%のカーボンブラックを原料供給部2より供給し、重合体回収部5より排出されるまでの時間を計測した。
原料の重合転化率の評価は、回収したポリアセタール共重合体の全供給モノマーに対する重量比(%)と、回収したポリアセタール共重合体の原料に含まれるモノマーに対する重量比(%)との2種類を測定することによって行った。まず、原料に含まれるモノマーの重量Aと、全供給モノマーの重量Cとを測定した。続いて、重合反応後の取得生成物を失活剤溶液(トリエチルアミン2wt%水溶液)で洗浄後、乾燥して得られたその重合体の重量Dを測定した。
そして、D/C×100及びD/A×100を計算した。結果を表2に示す。
回収したポリアセタール共重合体の粒径を測定した。目開き11.2mmの篩を通った粒径が11.2mm以下のものの割合を表2に示す。
残存モノマーの含量は、回収したポリアセタール共重合体をトリエチルアミン2wt%水溶液で洗浄し、その洗浄液中のモノマーの含量をガスクロマトグラフィーにて求めた。モノマーの含量の回収したポリアセタール共重合体の含量に対する重量%を表2に示す。
実施例1~4と比較例1とを対比すると、反応装置1の回転軸を、反応装置1の入口(投入口2)から出口(ポリアセタール共重合体回収部5)に向けて水平方向Hに対して1~6°上方に傾斜させた状態で原料の重合反応を行い、反応混合物を得ることで、原料の反応装置1内部での滞留時間を長くすることができ、その結果、重量比D/Cを大きく改善できることが確認された。また、回収ポリアセタール共重合体の粒径も小さいことが確認された。
重合反応の触媒として不揮発性のプロトン酸を用いた場合、ポリアセタール共重合体から未反応モノマーを回収できた(実施例1~7)。一方、重合反応の触媒として三フッ化ホウ素(ジブチルエーテル錯体)を用いた場合、ポリアセタール共重合体から未反応モノマーを回収することはできなかった(比較例2~4)。これは、三フッ化ホウ素系の重合触媒は揮発性であるため、回収モノマーとともに揮発した重合触媒が重合反応を起こし、重合物が多量に生成し、モノマー回収経路の閉塞を起こすためである。
実施例2又は5と比較例3、実施例4又は6と比較例4を対比すると、重合反応の触媒として不揮発性のプロトン酸を用いることで、重量比D/Aを大きく改善できることが分かる。重合反応の触媒として三フッ化ホウ素(ジブチルエーテル錯体)を用いた場合、前述の通り、未反応モノマーは回収できなかった(比較例2~4)。
2 投入口
3 混合部
4 気化分離部
5 ポリアセタール共重合体回収部
Claims (9)
- 2本の平行して互いに同方向又は異方向に回転する軸と、各軸上に取り付けられた多数のパドルと、該パドル外周に近接するバレルとを有し、周期的にパドルの長軸端が相手側の短軸端に近接するように構成され、軸方向の一端に設けた投入口から原料が仕込まれ、他端に設けた複数の取出し口から反応混合物及び未反応モノマーを得る連続撹拌混合機タイプの反応装置に、トリオキサン、このトリオキサンと共重合するコモノマー、及び不揮発性のプロトン酸を含む原料を供給する原料供給工程と、
前記回転軸を、前記反応装置の入口から出口に向けて水平方向に対して1~6°上方に傾斜させた状態で前記原料の重合反応を行い、反応混合物を得る重合反応工程と、
前記反応混合物から未反応モノマーを気化分離させ、前記原料供給工程へ供給する未反応モノマー再供給工程と、
前記反応混合物からポリアセタール共重合体を回収するポリアセタール共重合体回収工程とを含み、
前記反応装置に新たに供給されるモノマーAと、前記反応装置から回収及び再供給されるモノマーBとの和で規定される全供給モノマーCに対する前記ポリアセタール共重合体Dの重量比D/Cが0.7以上であり、
前記反応装置に新たに供給されるモノマーAに対する前記ポリアセタール共重合体Dの重量比D/Aが0.85以上である、ポリアセタール共重合体の製造方法。 - 前記ポリアセタール共重合体に含まれる未反応モノマーの含有量は1.0重量%以下であり、前記ポリアセタール共重合体は、粒径が11.2mm以下のものを90重量%以上含むものである、請求項1に記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
- 前記反応装置の前記回転軸方向の長さLに対する前記反応装置の前記回転軸の半径方向の内径dに対する比で規定されるL/dは5以上20以下である、請求項1又は2に記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
- 前記不揮発性のプロトン酸は、ヘテロポリ酸、イソポリ酸又はこれらの酸性塩から選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1から3のいずれかに記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
- 前記不揮発性のプロトン酸が下記一般式(1)で示されるヘテロポリ酸又はその酸性塩を含む、請求項1から3のいずれかに記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
Hx[Mm・M’nOl]・yH2O ・・・(1)
〔一般式(1)において、MはP及び/又はSiから選ばれる中心元素を示し、M’はW、Mo、Vより選ばれる一種以上の配位元素を示す。lは10~100であり、mは1~10であり、nは6~40であり、xは1以上であり、yは0~50である。〕 - 前記ヘテロポリ酸又はその酸性塩は、リンモリブデン酸、リンタングステン酸、リンモリブドタングステン酸、リンモリブドバナジン酸、リンモリブドタングストバナジン酸、リンタングストバナジン酸、ケイタングステン酸、ケイモリブデン酸、ケイモリブドタングステン酸、ケイモリブドタングストバナジン酸又はこれらの酸性塩から選ばれる少なとも一種の化合物を含む、請求項5に記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
- 前記不揮発性のプロトン酸が下記一般式(2)又は(3)で示されるイソポリ酸又はその酸性塩を含む、請求項1から3のいずれかに記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
xMI 2O・pMV 2O6・yH2O ・・・(2)
xMI 2O・pMVI 2O6・yH2O ・・・(3)
〔一般式(2)及び(3)において、MIは水素であるが、一部が金属で置換されていてもよい。MVは周期律表V族のV、Nb、Taより選ばれる一種以上の元素を示す。MVIは周期律表VI族のCr、Mo、W、Uより選ばれる一種以上の元素を示す。p及びxは1以上であり、yは0~50である。〕 - 前記イソポリ酸又はその酸性塩は、パラタングステン酸、メタタングステン酸、パラモリブデン酸、メタモリブデン酸、パラバナジウム酸、メタバナジウム酸又はこれらの酸性塩から選ばれる少なとも一種の化合物を含む、請求項7に記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
- 前記コモノマーは、1,3-ジオキソラン、ジエチレングリコールホルマール、1,4-ブタンジオールホルマール、エチレンオキシドから選ばれる少なくとも一種を含む、請求項1から8のいずれかに記載のポリアセタール共重合体の製造方法。
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