JP2014095078A - 選択された粘度を有するポリビニルアセタールの製造方法 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】粗製ポリビニルアセタールを、異なる平均粒径を有する少なくとも2つのフラクションに分級することにより、粗製ポリビニルアセタールを、異なる粘度を有するポリビニルアセタールを含む少なくとも2つのフラクションに分別する方法
【効果】異なる平均粒径を有する少なくとも2つ、好ましくは3つ、特に好ましくは4つ又は5つのフラクションに分級することにより、相応する数の異なる粘度を有するフラクションが得られる
【選択図】なし

Description

本発明は、粗製ポリビニルアセタールの粒度分布に基づいて粗製ポリビニルアセタールを分別することにより選択された粘度を有するポリビニルアセタールの製造方法に関する。
ポリビニルアルコールの酸触媒によるアセタール化によるポリビニルアセタール、特にポリビニルブチラールの製造は、数十年来大規模工業的に、例えば特許文献1、特許文献2、特許文献3に記載されたように、多くの変法で実施されている。これらの方法の共通点は、ポリビニルアルコールが均質な水溶液中で逐次的にアセタール化され、この際、得られたポリビニルアセタールはアセタール化度の上昇と共に水中に不溶性となり、反応溶液から粒子の形で沈殿することにある。このポリビニルアセタール粒子を反応の完了後に濾別し、洗浄し、乾燥する。
この使用されるポリビニルアルコールは、2.5〜4.5の相対的に大きな多分散性を有する酢酸ビニルのラジカル重合体として存在する。従って、得られたポリビニルアセタールも、多様な鎖長及び部分的に多様なアセタール化度のポリビニルアセタールからなる混合物である。
ポリビニルアセタールに関する巨視的に測定された特性、例えばアセタール化度、残留ポリビニルアルコール含有量、重合度及び粘度は、全てのフラクションにわたる相応する平均値である。
DE2838025 US5187217 EP1384731
低い粘度を有するポリビニルアセタールの製造は、このような化合物が低い融点を有し、かつ25℃以上の室温で既に、反応壁、導管又はフィルター系に付着する傾向があるという技術的な問題を含んでいる。従って、目指された合成を回避しながら低粘度のポリビニルアセタール用の代替の製造方法を提供することが好ましい。
意外にも、ポリビニルアセタールの製造の際に、低粘度分は主に比較的小さな粒子の形で存在し、高粘度分は比較的大きな粒子の形で存在することが判明した。
従って、本発明の主題は、粗製ポリビニルアセタールを、異なる平均粒径を有する少なくとも2つのフラクションに分級することにより、粗製ポリビニルアセタールを、異なる粘度を有するポリビニルアセタールを含む少なくとも2つのフラクションに分別する方法である。
本発明による方法は、粗製ポリビニルアセタールの絶対粘度及び平均粒径とは無関係に実施することができる。異なる平均粒径を有する少なくとも2つ、好ましくは3つ、特に好ましくは4つ又は5つのフラクションに分級することにより、相応する数の異なる粘度を有するフラクションが得られる。
「異なる粒度のフラクションに分級」の概念は、粗製ポリビニルアセタールを、複数のフラクション(このフラクションは、分級法の分離精度に応じて技術的に生じる重複領域を有していてもよい)に分けることを含む。
本発明の特別な特徴は、ポリビニルアセタールの残留アセタート含有量及びポリビニルアルコール割合はこの分級によって変化しない、つまり複数のフラクションのポリビニルアセタールは、使用された粗製ポリビニルアセタールとほぼ同じ残留アセタート含有量及びポリビニルアルコール割合を有することである。
本発明による方法は、第1の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールの分級により、粗製ポリビニルアセタールが2つのフラクションに分けられるように実施され、その際、第1のフラクションはd50よりも小さい平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd50よりも大きい平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
第2の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールは、粗製ポリビニルアセタールの分級により2つのフラクションに分けられ、その際、第1のフラクションは、d40よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションは、d40よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
第3の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールは、粗製ポリビニルアセタールの分級により2つのフラクションに分けられ、その際、第1のフラクションは、d30よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションは、d30よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
第4の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールは、粗製ポリビニルアセタールの分級により2つのフラクションに分けられ、その際、第1のフラクションは、d20よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションは、d20よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
第5の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールは、粗製ポリビニルアセタールの分級により2つのフラクションに分けられ、その際、第1のフラクションは、d10よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションは、d10よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
第6の実施態様の場合に、粗製ポリビニルアセタールは粗製ポリビニルアセタールの分級により2つのフラクションに分けられ、その際、第1のフラクションは、d90よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションは、d90よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有する。
粒子クラスの分離により、粗製ポリビニルアセタールを異なる平均分子量を有する複数のフラクションに分けることが実現される。これらのフラクションの粘度及び分子量は、粗製ポリビニルアセタールの平均粒径及び分子量分布、並びに分子量分布の幅に依存する。
第1のバリエーションの場合には、本発明による方法を用いて、粗製ポリビニルアセタールは、次の粒度分布d50
51〜300μm(A)
50〜1μm(C)
を有する複数のフラクションに分級される。
第2のバリエーションの場合には、本発明による方法を用いて、粗製ポリビニルアセタールは、次の粒度分布d50を有する複数のフラクションに分級される。
1〜10μm(A)
11〜20μm(B)
21〜30μm(C)
31〜300μm(D)。
第3のバリエーションの場合には、本発明による方法を用いて、粗製ポリビニルアセタールは、次の粒度分布d50を有する複数のフラクションに分級される。
110〜300μm(A)
21〜109μm(B)
9〜20μm(C)
1〜8μm(D)。
本発明による分別は、篩い分け、遠心分離又は空気分級のような技術によって行うことができる。
本発明により使用される粗製ポリビニルアセタールは、好ましくは、12〜27質量%、特に12〜18質量%、18〜21質量%、21〜24質量%及び24〜27質量%のポリビニルアルコール割合を有する。
この場合、残留アセタート含有量は、好ましくは20mol%未満、特に16〜6.5mol%、又は4mol%未満である。
本発明により使用されるポリビニルアセタールは、15〜1、好ましくは10〜1.5、特に好ましくは7〜2の多分散性を有する。
好ましくは、分別のために、質量平均分子量Mwが10000g/molより大の、好ましくはMwが20000g/molより大であり及び/又は溶液粘度(20℃でEtOH:H2O(95:5)中でPVBの10%溶液について測定して)が14mPas、好ましくは17mPas〜90mPasの間にあるポリビニルアセタールが使用される。この場合、質量平均分子量Mwは150000g/mol及び/又は溶液粘度(20℃でEtOH:H2O(95:5)中でPVBの5%の溶液について測定して)は300mPasを越えないのが好ましい。
この粗製ポリビニルアセタールは、好ましくは30〜150μmの粒度分布d50を有する。
この分子量Mw並びに溶液粘度は、実施例に記載したように、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて並びに20℃でエタノール/水(95:5)中でのポリビニルアセタールの10%並びに5%の溶液について測定される。
本発明による製造のために使用された粗製ポリビニルアセタールは、公知の方法により、相応する分子量及び残留アセタート含有量を有するポリビニルアルコールを1種又は数種のアルデヒドと反応させることにより得られる。
ポリビニルアセタールとして、特にポリビニルアルコールとブチルアルデヒドとの反応により得られるポリビニルブチラールが使用される。
絶対分子量並びに溶液粘度は、ポリビニルアセタールの製造のために相応するポリビニルアルコールの使用により制御することができる。好ましくは、ポリビニルアセタールの製造のために使用されたポリビニルアルコールは、20℃で4%の水溶液として測定して、2.7mPasより高い溶液粘度を有する。このポリビニルアルコールは、本発明の範囲内で、純粋であるか又は多様な重合度又は加水分解度を有する複数のポリビニルアルコールの混合物として使用することができる。複数のポリビニルアルコールの混合物を使用する場合に、その溶液粘度は本発明の場合には2.7mPasを越え、かつ60mPasを越えない。
ポリビニルアルコールとして、本発明の範囲内では、ビニルアルコールと酢酸ビニルとのコポリマーの他に、加水分解された酢酸ビニル/エチレンコポリマーからなるターポリマーも使用することができる。これらの化合物は、一般に98%より多くが加水分解されていて、1〜10質量%がエチレンに基づく単位を有する(例えばKuraray Europe GmbH社の「Exceval」タイプ)。
ポリビニルアルコールとして、本発明の範囲内で、更に、酢酸ビニルと、少なくとも1つの他のエチレン性不飽和モノマーとからなる加水分解されたコポリマーも使用することができる。
2〜10個の炭素原子を有するアルデヒド、並びにその分枝された異性体、好ましくはアセトアルデヒド、ブチルアルデヒド、イソブチルアルデヒド、バレルアルデヒド、又はそれらの混合物を用いたアセタール化を実施することができる。
本発明の他の第2のバリエーションの場合に、本発明により使用されたポリビニルアセタールは、カルボキシル基を介した架橋によるか、ポリアルデヒド、グルタルアルデヒド又はグリオキシル酸により高められた分子量及び高められた溶液粘度を有する。
架橋されたポリビニルアセタールは、例えばカルボキシル基で置換されたポリビニルアセタールの分子間架橋によって得られる。これは、例えばポリビニルアルコールをポリアルデヒド、グルタルジアルデヒド又はグリオキシル酸でコアセタール化(Coacetalisierung)することにより製造することができる。特に好ましくは、得られたポリビニルアセタールは、分子量Mw並びに溶液粘度について既に記載された下限を有する。好ましくは、この架橋により、ポリビニルアセタール中に当初に含まれるOH基の0.001〜1%が反応する。この架橋されたポリビニルアセタールは、未架橋のポリビニルアセタールと同様の溶解挙動を有するのが好ましい。
ポリビニルアセタールにとって適切な架橋方法は、例えばEP1527107B1及びWO2004/063231A1(カルボキシル基含有のポリビニルアセタールの熱による自己架橋)、EP1606325A1(ポリアルデヒドで架橋されたポリビニルアセタール)、EP1622946A1(グルタルジアルデヒドで架橋されたポリビニルアセタール)及びWO03/020776A1(グリオキシル酸で架橋されたポリビニルアセタール)に記載されている。これらの特許出願の開示について、全範囲の参照により取り込まれる。このポリビニルアセタールの架橋は、巨視的には高められた分子量並びにエタノール性溶液の高められた粘度によって検知される。
ポリビニルアセタールの製造の際に、通常では、ポリビニルアルコールと1種もしくは数種のアルデヒド又はポリビニルアルコールと酸、例えばHClとの混合物が装入され、−6〜40℃の温度で酸又は1種もしくは複数のアルデヒドの添加によりポリビニルアセタールを沈殿させながら反応させる(沈殿期)。この沈殿期は、最後の成分(酸又はアルデヒド)の添加によって開始し、一般に5〜360分、好ましくは5〜240分の間続く。この沈殿期は、加熱が開始して最終温度で完了する。
この加熱の開始は加熱期の開始である。引き続き、この反応は20〜80℃の最終温度で完了し、その後で、この反応混合物を冷却し、ポリビニルアセタールを分離及び後処理する。この加熱期は、冷却の開始によって完了し、一般に0〜300分間続く。
酸及び1種もしくは数種のアルデヒドの添加は、一回で又は部分量で行うことができる。
本発明により使用された粗製ポリビニルアセタールのポリビニルアセタート割合は、好ましくは14質量%未満、特に好ましくは10質量%未満、又は5質量%未満、特に4質量%以下である。
ポリビニルアルコール割合及び残留アセタール含有量から、アセタール化度を算出することができる。
測定方法:
ポリビニルアセタールのポリビニルアルコール含有量及びポリビニルアルコールアセタート含有量は、ASTM D 1396−92により測定した。
ポリビニルアセタールの分子量Mw(質量平均)は、氷酢酸中でのゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いてRI検出器及び無極性固定相(Polymer Standards Service(PSS)社のSDVカラム)を使用して測定した。検出器の校正はPVB校正標準を用いて行い、その絶対値は静的光散乱法によって測定した。
多分散性は、GPCで得られた質量平均と、数平均とから次の式により算出される:
Q=Mw/Mn
不均等性は、多分散性から次の式により算出される:
U=Q−1
ポリビニルアセタールの溶液粘度の測定は、DIN 53015により20℃でエタノール95部及び水5部の混合物中で行った。この粘性溶液の固体含有量は、高粘度化合物の場合、10質量%又は5質量%である。
ポリビニルアルコールの溶液粘度の測定は、DIN 53015により20℃で水中で行った。この粘性溶液の固体含有量は、4質量%であった。
PVB粉末の粒度の測定は、ISO 13320:2009によりレーザー回折を用いて行った。粒度を測定するために使用されるレーザーは、測定されるべき粒子によって回折し、その特別な回折パターンが生じ、この回折パターンに関していわゆるフラウンホーファー又はミー理論により粒径を決定することができる。この場合、この結果はもちろん理想化され、測定された粒子は理想的な球形と見なされる。通常の測定システムは、Sympatec (Rodos)、Malvern (Mastersizer 2000/3000)などから得られる。
粒度クラスの分離は、いわゆる空気分級(Windsichten)によって行われる。この場合、一定の空気流を用いて粒子をそのサイズ及び密度によって分級し、その際、重力分離の原理が利用される。このために大規模工業的には多様な分級形状が標準的に使用され、この場合、空気導入は水平又は垂直に行うことができる。通常の分級システムは、例えばPMT Jetmill GmbH又はHosokawa Alpine Aktiengesellschaft社から得られる。
実施例1及び2は、例示的に、比較的低い粘度及び比較的高い粘度を有する粗製RVBの合成を示す。この場合に既に、低粘度PVBの製造が冷却出力などについて必要とされる要求は高くなり、同時にバッチ当たりの収率も低くなることは明白である。
表1及び2中では、まず粗製PVBの粘度及び粒径分布が記載されている。分級によって、これを多様なフラクションに分け、これらのフラクションはまた多様な粘度を有するPVBを含む。従って、本発明による方法を用いて、粗製PVBを多様な粒度の複数のフラクションに分離することにより、規定された粘度のPVBを製造することができる。
実施例1
粗製ポリビニルアセタールの一般的製造方法
2.85mPasの動粘度を有するポリビニルアルコール100質量部を、水1492質量部中に90℃に加熱しながら溶かした。40℃の温度でn−ブチルアルデヒド64.0質量部を、−0.5℃の温度で15分間撹拌しながら20%の塩酸220質量部を添加し、その後、ポリビニルブチラール(PVB)が沈殿した。この混合物を、その後、撹拌しながらさらに50分間−0.5℃に保持し、その後、110分間に31℃に加熱し、30分間この温度に保持した。このPVBを室温に冷却後に分離し、水で中性になるまで洗浄し、乾燥した。19.8質量%のポリビニルアルコール含有量及び2.5質量%のポリビニルアセタート含有量を有するPVBが得られた。
Figure 2014095078
実施例2
粗製ポリビニルアセタールの一般的製造方法
4.23mPasの動粘度を有するポリビニルアルコール100質量部を、水1111質量部中に90℃に加熱しながら溶かした。40℃の温度でn−ブチルアルデヒド59.5質量部を添加し、2℃の温度で15分間に撹拌しながら20%の塩酸120質量部を添加し、その後で、ポリビニルブチラール(PVB)が沈殿した。この混合物を、その後、撹拌しながら更に50分間保持し、その後、105分間に38℃に加熱し、この温度に90分間保持した。このPVBを室温に冷却後に分離し、水で中性になるまで洗浄し、乾燥した。19.6質量%のポリビニルアルコール含有量及び1.8質量%のポリビニルアセタート含有量を有するPVBが得られた。
Figure 2014095078
[発明の態様]
1. 粗製ポリビニルアセタールを、異なる粒度を有する少なくとも2つのフラクションに分級することによる、前記粗製ポリビニルアセタールを、異なる粘度を有するポリビニルアセタールを含む少なくとも2つのフラクションに分別する方法。
2. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd50よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd50よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
3. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd40よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd40よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
4. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd30よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd30よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
5. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd20よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd20よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
6. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd10よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd10よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
7. 前記粗製ポリビニルアセタールを、粒度分布d50
51〜300μm(A)
50〜1μm(C)
を有する複数のフラクションに分級することによる、前記1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
8. 前記分別を、篩い分け、遠心分離又は空気分級により行うことを特徴とする、前記1から7までのいずれか1に記載の方法。
9. 前記粗製ポリビニルアセタールが、14〜90mPasの粘度(10%溶液、測定方法の記載を参照)を有することを特徴とする、前記1から8までのいずれか1に記載の方法。
10. 前記粗製ポリビニルアセタールが、30〜150μmの粒径分布d50を有することを特徴とする、前記1から9までのいずれか1に記載の方法。
11. 前記粗製ポリビニルアセタールと前記複数のフラクションとが、同じ残留アセタート含有量及び同じポリビニルアルコール含有量を有することを特徴とする、前記1から10までのいずれか1に記載の方法。
12. 前記ポリビニルアセタールとしてポリビニルブチラールを使用することを特徴とする、前記1から11までのいずれか1に記載の方法。

Claims (12)

  1. 粗製ポリビニルアセタールを、異なる粒度を有する少なくとも2つのフラクションに分級することによる、前記粗製ポリビニルアセタールを、異なる粘度を有するポリビニルアセタールを含む少なくとも2つのフラクションに分別する方法。
  2. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd50よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd50よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  3. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd40よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd40よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  4. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd30よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd30よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  5. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd20よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd20よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  6. 前記粗製ポリビニルアセタールを2つのフラクションに分級し、その際、第1のフラクションはd10よりも小さな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有し、第2のフラクションはd10よりも大きな平均粒径を有する全ての粗製ポリビニルアセタール粒子を含有することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  7. 前記粗製ポリビニルアセタールを、粒度分布d50
    51〜300μm(A)
    50〜1μm(C)
    を有する複数のフラクションに分級することによる、請求項1記載の粗製ポリビニルアセタールを分別する方法。
  8. 前記分別を、篩い分け、遠心分離又は空気分級により行うことを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 前記粗製ポリビニルアセタールが、14〜90mPasの粘度(10%溶液、測定方法の記載を参照)を有することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 前記粗製ポリビニルアセタールが、30〜150μmの粒径分布d50を有することを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
  11. 前記粗製ポリビニルアセタールと前記複数のフラクションとが、同じ残留アセタート含有量及び同じポリビニルアルコール含有量を有することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法。
  12. 前記ポリビニルアセタールとしてポリビニルブチラールを使用することを特徴とする、請求項1から11までのいずれか1項記載の方法。
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