JP2893330B2 - 変性ポリビニルアルコールの製造方法 - Google Patents
変性ポリビニルアルコールの製造方法Info
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Description
ール(以下、「PVA」と略す。)変性体の製造方法に
関し、詳しくはPVAにビニル化合物をマイケル付加反
応させることによる変性PVAの製造方法に関する。
Aの製造方法としては、例えば、「工業化学雑誌」第6
3巻第2号(1960)第142〜145頁やUSP
5,104,933などに記載の方法が公知である。こ
れらはいずれもPVAの水溶液中でマイケル付加反応さ
せる方法である。
PVAを得ようとした場合、溶媒の水を蒸留によって除
くか、もしくは、多量のメタノールやイソプロピルアル
コールなどで精製する必要があり、工業的には非常にコ
ストが高くつくため不利である。
ニル化合物の有効利用率)が低く、例えば、「工業化学
雑誌」第63巻第2号(1960)第142〜145頁
に記載の内容によれば、15時間反応させても反応率は
20%にも満たない結果となっている。なお、このとき
の変性率は18モル%である。
には、固相条件下でPVAをマイケル付加可能な単量体
と反応させる方法が記載されている。この方法において
は、反応プロセスを通して使われる溶剤の量を最小に保
つために、まず、単量体を含有する溶剤を、PVAがス
ラリーを形成せず、また溶解しないような量で噴霧添加
してPVAを膨潤させ、次いで塩基性触媒を噴霧添加す
る。
り先に添加する場合、なるほどPVAの膨潤度は大きく
なるが、薬剤の添加方法が噴霧添加に制限されるという
難点がある。すなわち、粉末のPVAをリボンブレンダ
ー等で撹拌しているところに、単量体及び溶剤を通常の
滴下によって添加すると、粉末のPVAの造粒物が生
じ、その結果反応の不均一性が助長され、製品の粒度分
布にも悪影響を与えるためである。
に窒素等の雰囲気下で反応を行う場合、先に単量体を添
加すると、塩基性触媒を加えるまでの間に一部で重合反
応が起こり、マイケル付加の反応率が低下するばかりで
なく、最終製品の物性に悪影響を与える恐れがある。
は、PVAの膨潤度を高めるため、けん化度87〜89
モル%のPVAの使用を推奨しているが、一方でこのよ
うなPVAを用いた場合、塩基性触媒によるけん化反応
が起こるため、酢酸ソーダの副生が避けられないといっ
た問題がある。
性PVA及びその粉末品を安価で大量生産でき、しかも
上記着色と副生成物の問題を解決する変性PVAの製造
方法を提供するものである。
を解決するため鋭意研究を重ねた結果、粉末のPVAに
液状の塩基性触媒を添加した後、固−液反応条件下でビ
ニル化合物をマイケル付加反応させることにより、ビニ
ル化合物の反応率を高めることができ、かつ製品の着色
や副生成物の生成の問題も解決されることを見出だし、
本発明の完成に至った。
造方法は、(1)粉末のポリビニルアルコールに液状の
塩基性触媒を添加し、アルコラート化ポリビニルアルコ
ールを生成させ、(2)このアルコラート化ポリビニル
アルコールにビニル化合物を添加し、固−液反応条件下
でマイケル付加反応させることを特徴とするものであ
る。
請求項1に記載の方法において、反応系中にPVA不溶
性溶媒を添加することを特徴とするものである。
請求項1または2に記載の方法において、窒素雰囲気下
で反応を行うことを特徴とするものである。
請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法において、前
記粉末のPVAがけん化度95モル%以上であることを
特徴とするものである。
請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法において、前
記ビニル化合物がアクリルアミドであることを特徴とす
るものである。
請求項5記載の方法において、マイケル付加反応後、さ
らに加水分解処理を行なうことを特徴とするものであ
る。
法は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法により
製造された変性PVAを直接乾燥するか、あるいは少量
の有機溶媒で精製したのち乾燥することを特徴とする方
法である。
の塩基性触媒の存在下、粉末のPVAとビニル化合物と
をマイケル付加反応させて変性PVAを製造する際に、
前記粉末のPVAが、反応を通して前記ビニル化合物に
ほとんど溶解せず、固体の状態を維持したまま、変性を
受ける条件のことをいう。従って、液体が粉末のPVA
にすべて浸透し、液体の存在が目視では確認できないよ
うな条件についても本発明の固−液反応条件に含まれる
ものとする。
化度に特に限定はないが、触媒に強アルカリを用いる場
合は80モル%以上が好ましく、95モル%以上がさら
に好ましい。これは触媒のアルカリがけん化により消費
されるのを防止するためと、けん化により生じる副生成
物(酢酸塩)の量を抑えるためである。
しく、入手の容易さの点で300〜4,000がより好
ましい。
性、スルホン基変性、カチオン変性及びシリル基変性等
の変性PVAを原料として用いることもできる。このよ
うな変性PVAを用いる場合は、通常は変性率0.5〜
10モル%程度のものを用いる。
Aを用い、その後もPVAを溶解させることなく、固体
の状態を維持したままで反応を進行させることである。
本発明で用いられる粉末状のPVAは、反応薬剤の浸透
性を高めるという点で、平均粒径が1,000μm以下
であることが好ましい。
アクリロニトリル、アクリルアミド、N−メチロールア
クリルアミド、N,N−ジメチルアクリルアミド、アク
リル酸またはその塩、アクリル酸エステル、2−アクリ
ルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸またはその
塩、ビニルスルホン酸またはその塩、ビニルスルホオキ
サイド、ビニルスルホン、マレイン酸、マレイン酸ジエ
ステルなどのノニオン、アニオン性ビニル化合物の他に
N,N−ジメチルアミノエチルアクリレートまたはその
四級塩、N,N−ジメチルアミノプロピルアクリルアミ
ドまたはその四級塩、N−ビニルホルムアミド、N−ビ
ニルアセトアミドなどのカチオン性ビニル化合物が挙げ
られる。また、これらを2種以上組み合わせて使用する
こともできる。これらのうち、反応性が高く、低価格で
あるという理由でアクリルアミド、アクリロニトリルが
好ましい。
を呈するもの(アクリロニトリルなど)はそのまま希釈
せずに、あるいは水等の適当な溶媒を用いて希釈した溶
液の状態で用いられる。また、常温で固体状を呈するビ
ニル化合物(アクリルアミドなど)については、これを
水等の適当な溶媒で溶解した溶液として用いるのが望ま
しい。
Aに対し、好ましくは1〜150モル%、より好ましく
は5〜100モル%である。
ーダ、苛性カリ、ナトリウムメトキシド、トリエチルア
ミン等が用いられるが、このうち苛性ソーダ、苛性カリ
が好ましい。この塩基性触媒も水等で溶解して液状にし
て使用する。
ましくは0.5〜100モル%、より好ましくは2〜5
0モル%である。
末のPVAに、液状の塩基性触媒を添加し、充分に浸透
させ、アルコラート化PVAを生成させる。次いでビニ
ル化合物を添加し、固−液反応条件下でマイケル付加反
応を進行させる。PVAのアルコラート化については、
Zhur.Prikland Khim.,26,90
0−8(1953)の中で報告されている。
Aとビニル化合物を横形ブレンダーなどでPVAの固体
状態を維持しつつ撹拌し、30分〜10時間行う。マイ
ケル付加反応を行うための適当な温度は5〜90℃の範
囲であり、好ましくは20〜70℃の範囲である。
解明されていないが、まず最初に添加される塩基性触媒
によりPVAの水酸基の一部がアルコラート化され、次
いで添加されるビニル化合物が優先的にアルコラート化
された水酸基にマイケル付加するものと推察される。
トリル、アクリルアミド等)によっては、この後アルカ
リ等を添加し、加水分解を行うこともできる。この場
合、用途に応じて部分的に加水分解してもよく、完全に
加水分解してもよい。加水分解物についても、本発明に
よる変性PVAに該当する。
H,Na2CO3,NH4OH等のアルカリ製剤のほ
か、ジメチルアミン等のアルキルアミン類、モノエタノ
ールアミン等のアルカノールアミン類も使用できる。
により、製品の着色やラジカルによる分子鎖の切断を防
止することができる。
るか、あるいは生成物1重量部に対し、1〜10重量部
程度の少量のメタノールやイソプロピルアルコールなど
で精製したのち乾燥することで容易に粉末品を得ること
ができる。
るためには、反応を通して、反応系の水分量を0〜70
重量%に維持することが必要であり、好ましくは0〜5
0重量%以下にする。反応系の水分量が70重量%を超
えると粉末化が困難となるばかりでなく反応率も上がり
にくくなる。また、PVAが粘着性を帯びて、反応を通
してPVAが固体状態を維持することが困難となる。こ
のような場合には、反応に影響を与えない範囲で、PV
Aの粘着性を低下させる助剤を添加しても良い。このよ
うな助剤としては、エチレングリコール、プロピレング
リコール、グリセリン、ポリエチレングリコール、ポリ
プロピレングリコール、ポリオキシエチレンポリオキシ
プロピレンブロックポリマー等が挙げられる。
わち、反応系内の反応の偏りを防ぐという目的で)、P
VA不溶性溶媒を添加することもできる。PVA不溶性
溶媒とは、PVAを溶解させずに分散させてスラリー
(懸濁液)を形成し得る溶媒をいい、具体的には、メタ
ノール、イソプロピルアルコール、アセトン、メチルエ
チルケトン等が挙げられる。PVA不溶性溶媒を添加す
ることにより、反応中にPVA(既に変性されているも
のも含む)が、団子状(塊状)になるのを防ぐという効
果も得られる。
PVA1重量部に対し0.1〜5重量部が適当であり、
これ以下であると均一化への寄与が小さく、またこれ以
上になるとスラリー状となりにくい。
性率は、NMRやIRにより求めることができる。ま
た、その他の変性率を求める手段としては、アニオンあ
るいはカチオン基変性についてはコロイド滴定が、また
窒素を含む化合物による変性ではセミミクロケルダール
法などが挙げられる。本発明により得られる変性PVA
の変性率は通常0.5〜45モル%である。
平均分子量をGPCにより測定したところ8,000〜
390,000の範囲であった。
の方法と異なり、噴霧ではなく通常の滴下方法を採用し
ても、反応に影響を与えるような造粒物を生ずることが
ない。また、PVAの膨潤度を高めるためにけん化度が
低目のPVAを使用する必要がなく、けん化度の高いも
の(完全けん化物を含む)が使用できるので酢酸ソーダ
の副生を抑制することができる。さらに、ビニル化合物
が添加された時点で、速やかにマイケル付加反応が開始
されるため、製品の着色防止のために窒素雰囲気下で反
応しても、最終製品の物性に影響を与えるようなビニル
化合物の重合物の生成もない。従って、着色のない高品
質の変性PVAを安価で大量生産することが可能とな
る。
発明はこれによって限定されない。
加し、アルコラート化PVAを生成させたのち、ビニル
化合物を添加し、固−液反応条件下でマイケル付加反応
させることを特徴とする変性PVAの製造方法。
る1項記載の方法。
る1項記載の方法。
1〜3のいずれか1項記載の方法。
1〜3のいずれか1項記載の方法。
ある1〜5のいずれか1項記載の方法。
である1〜5のいずれか1項記載の方法。
る1〜7のいずれか1項記載の方法。
1〜7のいずれか1項に記載の方法。
7のいずれか1項記載の方法。
〜10のいずれか1項記載の方法。
1〜10のいずれか1項記載の方法。
〜12のいずれか1項記載の方法。
てPVAをスラリー状にする1〜13のいずれか1項記
載の方法。
溶媒の添加量が10〜500部である14項記載の方法。
を行なう8又は9項記載の方法。
記載の方法。
解する16項記載の方法。
により製造された変性PVAを直接乾燥することを特徴
とする変性PVA粉末品の製造方法。
より製造された変性PVAを、少量の有機溶媒で精製し
たのち乾燥することを特徴とする変性PVA粉末品の製
造方法。
部に対し、1〜10部である20項記載の方法。
加反応させて変性PVAを製造するにおいて、粉末のP
VAを液状塩基性触媒でアルコラート化したのち、ビニ
ル化合物を加え、マイケル付加反応させることを特徴と
する変性PVAの製造における反応性向上方法。
するが、本発明はこれらによりなんら限定されるもので
はない。なお、文中「%」とあるのは、特に断らない限
り、「重量%」を意味する。
PVA(重合後1,750、けん化度98.8モル%、
平均粒径540μm)440gを加え、撹拌下、30%
−苛性ソーダ水溶液130gを滴下添加し、40℃で1
時間アルコラート化を行った。次いで、50%−アクリ
ルアミド水溶液426g、ポリエチレングリコール(分
子量300)5gを滴下添加し、40℃で6時間マイケ
ル付加反応を行った。この時の反応系の水分量は30%
であった。得られた生成物を1000gのメタノールで
精製したのち乾燥し、白色粉末598gを得た。
ルバモイルエチル化度(変性率)は23モル%、反応率
は77%であった。また、GPCにより測定した重量平
均分子量は90,000、4%の水溶液粘度は31.0
mPa・S(B型粘度計−60rpm)であった。
として0.1規定NaCl水溶液を用い、東ソー(株)
製カラム4本(TSKgelG2500PW,G300
0PW,G4000PW,G5000PW)を直列につ
ないで行った(以下の実施例、比較例においても同
様。)。
反応を行ったのち、80℃に昇温し、すでに添加済の触
媒の苛性ソーダのみにより1時間加水分解を行った。得
られた生成物を1000gのメタノールで精製したのち
乾燥し、白色粉末602gを得た。
ルバモイルエチル化度は14モル%、カルボキシエチル
化度10モル%(トータル変性率24モル%)、反応率
は80%であった。また、GPCにより重量平均分子量
を測定したところ、90,000であった。
加反応を行ったのち、さらに48%−苛性ソーダ170
gを加え、80℃に昇温し、3時間加水分解を行った。
このときの反応系の水分量は33%であった。得られた
生成物を酢酸で中和したのち、直接乾燥し、白色粉末7
10gを得た。
ルバモイルエチル化度は0モル%、カルボキシエチル化
度は24モル%(トータル変性率24モル%)、反応率
は80%であった。また、GPCにより重量平均分子量
を測定したところ、91,000であった。
加反応を行ったのち、さらに48%−苛性ソーダ170
g、50%の2−アクリルアミド−2−メチルプロパン
スルホン酸ソーダ水溶液230gを加え、80℃に昇温
し、5時間反応を行った。このときの反応系の水分量は
39%であった。得られた生成物を酢酸で中和したの
ち、直接乾燥し、白色粉末829gを得た。
ルバモイルエチル化度は0モル%、カルボキシエチル化
度は24モル%、スルホン基変性率は2.7モル%(ト
ータル変性率26.7モル%)、反応率は76%であっ
た。また、GPCにより重量平均分子量を測定したとこ
ろ、91,000であった。
0μmの粉末PVAを用いた以外は実施例1と全く同様
にして、白色粉末592gを得た。
ルバモイルエチル化度は22モル%、反応率は73%で
あった。また、GPCにより重量平均分子量を測定した
ところ、24,000であった。
50μmのカルボキシ変性PVA(酢酸ビニルとイタコ
ン酸の共重合体のけん化物、カルボキシ変性率2モル
%)を用いた以外は実施例1と全く同様にして、白色粉
末597gを得た。
ルバモイルエチル化度は22モル%、反応率は73%で
あった。また、GPCにより重量平均分子量を測定した
ところ、81,000であった。
ロニトリル79gを用いた以外は実施例1と全く同様に
して、白色粉末507gを得た。このときの反応系の水
分量は14%であった。
アノエチル化度は13モル%、反応率は87%であっ
た。また、GPCにより重量平均分子量を測定したとこ
ろ、88,000であった。
PVA(重合後3,500、けん化度95.8モル%、
平均粒径610μm)440gを加え、撹拌下、30%
−苛性ソーダ水溶液60gを滴下添加し、20℃で1時
間アルコラート化を行った。次いで、50%のN,N−
ジメチルアミノプロピルアクリルアミドのメチルクロラ
イド四級塩の水溶液621gを加え、50℃で6時間撹
拌した。この時の反応系の水分量は31%であった。得
られた生成物を500gのイソプロピルアルコールで精
製したのち乾燥し、白色粉末640gを得た。
定で分析したところ、変性率は10モル%、反応率は6
7%であった。また、GPCにより測定した重量平均分
子量は172,000であった。
PVA(重合後1,600、けん化度93.5モル%、
平均粒径390μm)440gを加え、撹拌下、30%
−苛性ソーダ水溶液130gを滴下添加し、20℃で1
時間アルコラート化を行った。次いで、50%−アクリ
ルアミド水溶液284g、イソプロピルアルコール20
0gを加え、40℃で6時間撹拌し、マイケル付加反応
を行った。この時の反応系の水分量は22%であった。
得られた生成物を遠心分離したのち乾燥し、白色粉末5
30gを得た。
ルバモイルエチル化度は14モル%、反応率は70%で
あった。また、GPCにより重量平均分子量を測定した
ところ、88,000であった。
て、淡黄色粉末707gを得た。
ルバモイルエチル化度は0モル%、カルボキシエチル化
度は23モル%(トータル変性率23モル%)、反応率
は77%であった。また、GPCにより重量平均分子量
を測定したところ、85,000であった。
度1,750、けん化度98.8モル%、平均粒径54
0μm)200g、および水1500gを加え、80℃
に昇温し、PVAを完全に溶解させた。次いで、50%
−NaOH水溶液20gおよびアクリルアミド97gを
加え、50℃で10時間撹拌した。得られた反応溶液を
多量のメタノールに投入し、ミキサーで剪断することに
より、ようやく粉末品167gを得ることができた。
カルバモイルエチル化度(変性率)は4モル%、反応率
は13%と大変低いものであった。
逆にした以外は、実施例10と全く同様にして、淡黄色
粉末690gを得た。最終生成物には多くの造粒物が認
められた。
ルバモイルエチル化度は0モル%、カルボキシエチル化
度は18モル%(トータル変性率18モル%)、反応率
は60%であった。また、GPCにより重量平均分子量
を測定したところ、84,000であった。
逆にした以外は、実施例1と全く同様にして白色粉末5
80gを得た。最終生成物には多くの造粒物が認められ
た。
ルバモイルエチル化度は17モル%、反応率は57%で
あった。また、4%の水溶液粘度は1240mPa・S
(B型粘度計−60rpm)で、アクリルアミド重合物
に起因する強い曳糸性があった。
ば、PVAに対するビニル化合物の有効利用率、すなわ
ち反応率を高くすることができ、副生成物の生成が抑え
られ、着色のない高品質の変性PVAの安価な大量生産
が可能となる。
VAを直接乾燥するか、あるいは少量の有機溶媒で精製
したのち乾燥することによって、従来は非常に困難であ
った変性PVAの粉末品を容易に得ることができる。
Aは、優れた分散性を有し、分散剤や掘削用泥水調整剤
として有用であるほか、紙用添加剤、繊維用薬剤、土木
用薬剤、水溶性フィルム等、接着剤等、種々の用途に利
用できる。
面、及び品質の保持の点でメリットがある。
Claims (7)
- 【請求項1】(1)粉末のポリビニルアルコールに液状
の塩基性触媒を添加し、アルコラート化ポリビニルアル
コールを生成させ、 (2)このアルコラート化ポリビニルアルコールにビニ
ル化合物を添加し、固−液反応条件下でマイケル付加反
応させることを特徴とする変性ポリビニルアルコールの
製造方法。 - 【請求項2】反応系中にポリビニルアルコール不溶性溶
媒を添加することを特徴とする、請求項1に記載の変性
ポリビニルアルコールの製造方法。 - 【請求項3】窒素雰囲気下で反応を行うことを特徴とす
る、請求項1又は2に記載の変性ポリビニルアルコール
の製造方法。 - 【請求項4】前記粉末のポリビニルアルコールがけん化
度95モル%以上であることを特徴とする、請求項1〜
3のいずれか1項に記載の製造方法。 - 【請求項5】前記ビニル化合物がアクリルアミドである
ことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載
の製造方法。 - 【請求項6】前記マイケル付加反応後、さらに加水分解
処理を行うことを特徴とする、請求項5に記載の製造方
法。 - 【請求項7】請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法
により製造された変性ポリビニルアルコールを直接乾燥
するか、あるいは少量の有機溶媒で精製したのち乾燥す
ることを特徴とする変性ポリビニルアルコール粉末品の
製造方法。
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JP374096 | 1996-01-12 | ||
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1996
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