JP3093351B2 - 塩化ビニルの懸濁重合用分散安定剤、その製造法及び塩化ビニルの懸濁重合法 - Google Patents
塩化ビニルの懸濁重合用分散安定剤、その製造法及び塩化ビニルの懸濁重合法Info
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Description
独、又はこれを主体とするビニル単量体の混合物を懸濁
重合させる場合において多孔性に富み、見掛け比重
大、かつ粗大粒子が少なく良好な粒子径を有する等物性
の優れた塩化ビニル樹脂を製造できる懸濁重合用分散安
定剤及びその製法並びに該分散安定剤を用いるホット
ウォーターチャージ方式により重合サイクルの効率アッ
プをはかり、生産性向上に効果の大きい塩化ビニルの懸
濁重合法に関するものである。
と共重合し得る単量体との混合物を懸濁重合する場合に
おいて、各種の分散安定剤を使用することは必須であ
り、ポリビニルアルコール、メチロールセルローズ、酢
酸ビニル/無水マレイン酸共重合物、ゼラチン等の分散
安定剤が用いられているが、なかでもポリビニルアルコ
ールは優れた性質を有しており、一般に最も使用されて
いる。しかして一口にポリビニルアルコールと言っても
その平均重合度、平均ケン化度の物理的、化学的特性値
等によって塩化ビニル樹脂に微妙な影響を与えることが
知られており、種々の提案がなされているが、例えば
(a)特開昭51−45189号ではケン化度、重合度、
カルボニル基含量及びビニレン基含量を特定範囲に規定
したポリビニルアルコール、(b)特公昭57−5924
2号ではマレイン酸及び/又はマレイン酸エステルで変
性されたポリビニルアルコール等についての報告があ
る。
重合はバッチ式で行われている。これは重合缶中に水媒
体、分散安定剤、重合開始剤及び塩化ビニル系単量体を
仕込み、更に必要とされる添加剤を加えた後、重合温度
まで除々に昇温して反応を行わせるという方法である。
しかし、この様な方法では仕込みや昇温に非常に長時間
を要し、1サイクルの重合時間の10%以上も占めるこ
とがあるため、重合の生産性低下の一因となっており当
業者の長年の懸案となっていた。しかるにかかる課題を
解決すべく種々の方法が検討され、最近では50℃以上
の温水を利用する温水仕込み重合法(ホットウォーター
チャージ方式)が提案されており、重合時における工程
面及び時間短縮において大きな効果を示している。
(b)のポリビニルアルコールを分散安定剤として用い、
かかる方法により懸濁重合を行うと、温水を供給した際
に一部のポリビニルアルコールが析出し、水溶液を白濁
させて分散安定剤としての本来優れた効果を発揮できな
いばかりか、塩化ビニル系単量体の重合安定性及び樹脂
の物性面に悪影響を及ぼすことが多々あることが判明し
た。従って温水仕込重合法が可能でありかつ常に品質の
優れた塩化ビニル樹脂が得られる分散安定剤は塩化ビニ
ル系単量体の懸濁重合を非常に有利に実施可能とするの
で、かかる分散安定剤の開発が強く要請されている。
記の課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、ケン化度
75〜85モル%、カルボニル基の含有量として0.1
重量%水溶液の波長280mμにおける吸光度が0.1以
上、カルボキシル基の含有量が0.01〜0.15モル及
び0.1重量%水溶液の曇点が50℃以上であるポリビ
ニルアルコールを塩化ビニル系単量体の懸濁重合用分散
安定剤として用いた場合、温水仕込重合法を用いてもポ
リビニルアルコールの析出及び溶液の白濁化等の現象は
全く見られず、重合を安定に実施出来、多孔性に富み、
粒径及び粒度分布等物性が非常に優れた塩化ビニル樹脂
が得られることを見出し本発明を完成するに至った。本
発明は上記の如く、特定範囲のケン化度、カルボニル基
含有量、カルボキシル基含有量及び曇点をもつポリビニ
ルアルコールによって初めて本発明如き優れた効果を示
すものであり、上記範囲外ではかかる特異な効果は認め
られない。
おいて用いられるポリビニルアルコールは、通常、例え
ばアルデヒド類及びケトン類等の連鎖移動剤の共存下に
酢酸ビニル単量体を重合し、ケン化することによりカル
ボニル基含有ポリビニルアルコールを得た後、かかるポ
リビニルアルコールに対して好ましくは2重量%以下の
酢酸ナトリウムを加え、特定の酸素濃度の雰囲気下で熱
処理を行うことによりカルボキシル基を導入して得られ
る。又、アルデヒド類及びケトン類等の連鎖移動剤の共
存重合以外で得たポリビニルアルコールであっても、か
かる熱処理条件下でカルボニル基及びカルボキシル基が
導入され、目的とする品質が付与されたポリビニルアル
コールが得られれば何ら問題はない。
ド類には、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、
ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒドなどが挙げられ、
ケトン類としては、アセトン、メチルエチルケトン、ヘ
キサノン、シクロヘキサノンなどが挙げられる。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や
目的とするポリビニルアルコールの重合度などに多少異
なるが、通常、酢酸ビニル単量体に対して0.1〜5重
量%、好ましくは0.5〜3重量%が望ましい。
限はなく公知の重合方法が任意に用いられるが、普通メ
タノール、エタノールあるいはイソプロピルアルコール
等のアルコールを溶媒とする溶液重合が実施される。勿
論、乳化重合、懸濁重合も可能である。かかる溶液重合
において酢酸ビニル単量体の仕込み方法は、分割仕込
み、一括仕込み等任意の手段を用いて良い。重合反応
は、アゾビスイソブチロニトリル、過酸化アセチル、過
酸化ベンゾイル、過酸化ラウロイルなどの公知のラジカ
ル重合触媒を用いて行われる。又反応温度は50℃〜反
応混合物の沸点程度の範囲から選択される。
体、例えばアクリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、マ
レイン酸、マレイン酸モノアルキルなどの不飽和カルボ
ン酸或いはこれら不飽和酸のアルキルエステル、アクリ
ロニトリル、メタクリロニトリル、アクリルアミド、メ
タクリルアミドなどのニトリル又はアミド、エチレンス
ルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸な
どのオレフィンスルホン酸或いはこれらの塩、酢酸ビニ
ル以外のビニルエステル、飽和分岐脂肪酸ビニル、ビニ
ルエーテル、ビニルケトン、α−オレフィン、ハロゲン
化ビニル、ハロゲン化ビニリデン等を共重合させること
も可能である。かかる単量体の混合割合は樹脂全体に対
して10モル%以下、好ましくは5モル%以下が適当で
ある。
ニル重合体をアルコールに溶解し、アルカリ触媒又は酸
触媒の存在下に行われる。アルコールとしてはメタノー
ル、エタノール、ブタノール等が挙げられる。アルコー
ル中の重合体の濃度は20〜50重量%の範囲から選ば
れる。アルカリ触媒としては水酸化ナトリウム、水酸化
カリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラー
ト、カリウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物や
アルコラートの如きアルカリ触媒を用いることができ、
酸触媒としては、塩酸、硫酸等の無機酸水溶液、p−ト
ルエンスルホン酸等の有機酸を用いることができる。か
かる触媒の使用量は酢酸ビニルに対して1〜100ミリ
モル当量にすることが必要である。かかる場合、ケン化
温度は特に制限はないが、通常10〜70℃好ましくは
30〜40℃の範囲から選ぶのが望ましい。反応は通常
2〜3時間にわたって行われる。
は、酸素濃度が1〜15容量%、好ましくは3〜12容
量%のもと120〜150℃、0.5〜5時間で熱処理
を行わなければならない。酸素濃度が規定範囲を越える
場合はカルボキシル基の量が多くなり過ぎ、又不溶化が
起こり易くなる。熱処理温度が120℃未満の場合は所
望のカルボキシル基量が得られず一方、150℃を越え
る場合は熱処理による架橋が始まりフィッシュアイの原
因となる不溶解物が多くなる等、目的とするポリビニル
アルコールは得られない。
0.1重量%水溶液の波長280mμにおける吸光度の表
示で0.1以上の部分ケン化ポリビニルアルコールであ
り、かつそのケン化度が75〜85モル%、カルボキシ
ル基含有量が0.01〜0.15モル%及び0.1重量%
水溶液の曇点が50℃以上に限定することが必要であ
る。吸光度が0.1未満では、空隙率が大きく、可塑剤
の吸水性が良好な塩化ビニル樹脂は得られない。
して、温水仕込重合法を用いた場合に分散安定剤として
の優れた効果を発揮できず、一方ケン化度が85モル%
を越える場合は、分散能力が不足するため、得られる塩
化ビニル樹脂は、粒子の多孔性、粒径分布等の物性面が
満足出来るものではない。又、カルボキシル基含有量が
0.01モル%未満の場合は曇点を50℃以上に保つこ
とが難しく、0.15モル%を越えた場合は塩化ビニル
系単量体の懸濁重合が不安定となり、塩化ビニル樹脂の
物性面を低下させてしまう。
の温水を用いるとポリビニルアルコールの析出及び白濁
化現象が見られるため、高温水仕込重合法には適用でき
ない。尚、本発明における曇点とは0.1重量%のポリ
ビニルアルコール水溶液をビーカーに入れ、約20℃か
ら毎分0.5℃の速度で昇温させていく際に水溶液が白
濁し始める温度をいう。
分散安定剤を使用することにより、高温水仕込重合法に
より懸濁重合を行っても樹脂粒子が多孔性であり、粒径
分布が均一でフィッシュアイが少ない等物性の非常に優
れた塩化ビニル樹脂が常に得られる。以下、高温水仕込
み重合法についていくつか例を挙げ具体的に説明する
が、これらに限定されるものではない。
安定剤、その他の添加剤及び塩化ビニル系単量体を重合
開始剤が実質的に分解を起こす温度以下で均一に混合す
る。次に50℃以上に加熱した水媒体を撹拌下に仕込ん
で重合反応を開始する。 (特開昭57−5703号参照)
用分散安定剤、その他の添加剤及び重合系に存在させる
全水量のうち約5〜50重量%を約30℃以下の冷水の
状態で仕込む。上記の各仕込物質の添加順序は特に制限
されるものではない。上記原料を仕込んだ後、通常重合
缶内は脱気処理に付され重合缶内に存在する空気を除去
する。次いで重合缶内に塩化ビニル樹脂を仕込む。最後
に重合系に存在させる全水量のうちの約95〜50重量
%を重合温度以上(50℃以上)に加温された温水の状
態で仕込み、重合を行う。(特開昭54−47785号
参照)
剤、その他の添加物、水及び塩化ビニル系単量体を50
℃以下で予備混合器により十分撹拌混合する。当該予備
混合物を連続的に熱交換器により、重合缶に仕込んだ時
点で反応温度に達する様に加熱しながら重合缶に仕込ん
で、重合を行う。(特開昭60−158207号参照)
のまま或いは溶液状にして加えられる。溶液状で加える
場合は水溶液にして又、アルコール、ケトン、エステル
等の有機溶媒あるいは水との混合溶媒に溶かした溶液と
して加えられる。該分散安定剤は塩化ビニル系単量体に
対して0.01〜0.3重量%、好ましくは0.03〜0.
1重量%使用される。又、分散安定剤として本発明のポ
リビニルアルコールの他にも取得塩化ビニル樹脂の目標
物性により適量であれば、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等のセルロース誘
導体、部分ケン化ポリビニルアルコール、部分ケン化ポ
リ酢酸ビニル、アクリル酸系重合物、ゼラチン、ソルビ
タンエステル系、ポリエーテル系混合物等のうちから1
種又は2種以上を併用しても差し支えない。
に使用されているものでよく、これにはジイソプピルパ
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、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等の過酸化物、アゾビ
ス−2,4−ジメチルパレロニトリル、アゾビス(4−
メトキシ−2,4−ジメチルパレロニトリル)等のアゾ
化合物、更には過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、
過酸化水素等を単独又は組合わせて使用することができ
る。
重合調整剤、連鎖移動剤、ゲル化改良剤、帯電防止剤、
PH調整剤等を添加することも任意である。本発明の方
法で重合される塩化ビニル系単量体としては塩化ビニル
単独のほか、塩化ビニルを主体とする単量体混合物(塩
化ビニル50重量%以上)が包含され、この塩化ビニル
と共重合されるコモノマーとしては酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル等のビニルエステル、アクリル酸メチル、
アクリル酸エチル等のアクリル酸エステルもしくはメタ
クリル酸エステル、エチレン、プロピレン等のオレフィ
ン、無水マレイン酸、アクリロニトリル、スチレン、塩
化ビニリデンその他塩化ビニルと共重合可能な単量体が
例示される。
分の仕込み割合、重合温度等は従来塩化ビニルの懸濁重
合で採用されている条件に準じて定めればよく、特に限
定する理由は存在しない。
温水仕込重合法による懸濁重合が可能となり、得られる
塩化ビニル系樹脂は多孔性に富み粒径分布が均一でフィ
ッシュアイが少なく非常に優れた物性を示す。
しく説明する。 実施例1 〈分散安定剤の製造〉酢酸ビニル100重量部、アセト
アルデヒド1.2重量部、メタノール5重量部及び酢酸
ビニルに対して0.07重量%のアゾビスイソブチロニ
トリルを重合缶に仕込み、窒素置換後加熱して反応温度
50〜70℃のもと重合を開始し、重合率90%に達し
た時点で重合を停止した。次いで未重合の酢酸ビニルを
除去し、得られた重合体を水酸化ナトリウムで常法によ
りケン化して部分ケン化ポリビニルアルコールを得た。
コール100重量部に対して1.5重量部の酢酸ナトリ
ウムを添加し、粉温110℃において2時間乾燥させた
後、窒素:空気=1:1のガスを100l/時間の速度
で反応缶内に流し込み、酸素濃度10容量%に保ちつ
つ、145℃で2時間加熱処理を行った。得られたポリ
ビニルアルコールの物性は次のとおりである。 重合度 1000 ケン化度 79.0モル% 0.1重量%水溶液の波長280mμにおける吸光度 0.5 カルボキシル基含有量 0.08モル% 曇点 60℃
容量100lのステンレス製オートクレープ中に撹拌下
30℃の冷水30重量部、塩化ビニルモノマー100重
量部、上記で得た分散安定剤0.1重量部、重合触媒と
してジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート
を0.2重量部の割合で同時に仕込み、続いて85℃の
熱水120重量部を添加して重合温度58℃に調整し、
懸濁重合を行った。得られた塩化ビニル樹脂の物性を下
記の方法に従い測定した。結果はまとめて表1に示す。
た。 2.かさ密度 JISK−6721により測定した。 3.可塑吸収性 塩化ビニル樹脂6重量部とフタル酸ジエチルヘキシル4
重量部の混合物の乾燥点までの時間をブラベンダーにて
測定した。尚、表示は下記の如く表す。 乾燥時間が3分以内・・・・A 〃 3〜5分・・・・B 〃 5〜10分・・・C
20cm2あたりの斑点数を測定した。尚、表示は下記の
如く表す。 0〜4個・・・・A 5〜10個・・・B 11個位上・・・C 5.粒度分布 JIS標準ふるい42メッシュオンの粗大粒子の含有量
を%で表示した。尚、表示は下記の如く表す。 42メッシュオンの含有量の百分率が1%以下・・・・A 〃 1〜5%・・・・B 〃 5%以上・・・・C
デヒド1.2重量部、メタノール5重量部及び酢酸ビニ
ルに対して0.07重量%のアゾビスイソブチロニトリ
ルを重合缶に仕込み重合し、部分ケン化ポリビニルアル
コールを得た。ついで、該部分ケン化ポリビニルアルコ
ール100重量部に対して1.5重量部の酢酸ナトリウ
ムを添加し、粉温110℃において2時間乾燥させた
後、窒素:空気=1:0.5のガスを100l/時間の速
度で反応缶に流し込み、酸素濃度5容量%に保ちつつ、
145℃で2時間加熱処理を行った。得られたポリビニ
ルアルコールの物性は次のとおりである。
施例1に従い塩化ビニル系樹脂を製造し、かかる樹脂の
物性を測定した。結果はまとめて表1に示す。
20重量部及び酢酸ビニルに対して0.02重量%のア
ゾビスイソブチロニトリルを重合缶に仕込み重合し、部
分ケン化ポリビニルアルコールを得た。ついで、該部分
ケン化ポリビニルアルコール100重量部に対して1.
5重量部の酢酸ナトリウムを添加し、粉温110℃にお
いて2時間乾燥させた後、窒素:空気=1:1のガスを
100l/時間の速度で反応缶に流し込み、酸素濃度1
0%に保ちつつ、145℃で2時間加熱処理を行った。
得られたポリビニルアルコールの物性は次のとおりであ
る。
施例1に従い塩化ビニル系樹脂を製造し、かかる樹脂の
物性を測定した。結果はまとめて表1に示す。
デヒド1.5重量部、メタノール5重量部及び酢酸ビニ
ルに対して0.08重量%のアゾビスイソブチロニトリ
ルを重合缶に仕込み、部分ケン化ポリビニルアルコール
を得た。ついで、該部分ケン化ポリビニルアルコール1
00重量部に対して2.0重量部の酢酸ナトリウムを添
加し、粉温110℃において2時間乾燥させた後、窒
素:空気=1:2のガスを100l/時間の速度で反応
缶に流し込み、酸素濃度20%に保ちつつ、145℃で
2時間加熱処理を行った。得られたポリビニルアルコー
ルの物性は次のとおりである。
施例1に従い塩化ビニル系樹脂を製造し、かかる樹脂の
物性を測定した。結果はまとめて表1に示す。
デヒド1.2重量部、メタノール5重量部及び酢酸ビニ
ルに対して0.07重量%のアゾビスイソブチロニトリ
ルを重合缶に仕込み、部分ケン化ポリビニルアルコール
を得た。ついで、該部分ケン化ポリビニルアルコール1
00重量部に対して1.5重量部の酢酸ナトリウムを添
加し、粉温110℃において2時間乾燥させた後、窒
素:空気=1:1のガスを100l/時間の速度で反応
缶に流し込み、酸素濃度10%に保ちつつ、90℃で2
時間加熱処理を行った。得られたポリビニルアルコール
の物性は次のとおりである。
施例1に従い塩化ビニル系樹脂を製造し、かかる樹脂の
物性を測定した。結果はまとめて表1に示す。
20重量部及び酢酸ビニルに対して0.02重量%のア
ゾビスイソブチロニトリルを重合缶に仕込み、部分ケン
化ポリビニルアルコールを得た。ついで、該部分ケン化
ポリビニルアルコール100重量部に対して0.3重量
部の酢酸ナトリウムを添加し、粉温110℃において2
時間乾燥させ、加熱処理は行わなかった。得られたポリ
ビニルアルコールの物性は次のとおりである。
施例1に従い塩化ビニル系樹脂を製造し、かかる樹脂の
物性を測定した。結果はまとめて表1に示す。
水仕込重合法による懸濁重合が可能となり、得られる塩
化ビニル系樹脂は多孔性に富み、粒径分布が均一でフィ
ッシュアイが少なく非常に優れた物性を示すので該分散
安定剤は工業的に極めて有利なものである。
Claims (5)
- 【請求項1】ケン化度75〜85モル%、0.1重量%
水溶液の波長280mμにおける吸光度が0.1以上、カ
ルボキシル基の含有量が0.01〜0.15モル%及び
0.1重量%水溶液の曇点が50℃以上であるポリビニ
ルアルコールよりなる塩化ビニルの懸濁重合用分散安定
剤 - 【請求項2】ポリビニルアルコールを酢酸ナトリウムの
存在下、酸素濃度1〜15容量%の雰囲気下で120〜
150℃にて熱処理することを特徴とする請求項1記載
の塩化ビニルの懸濁重合用分散安定剤の製造法。 - 【請求項3】重合開始剤、請求項1記載の懸濁重合用分
散安定剤、及び塩化ビニル系単量体を重合缶に仕込み、
その均一混合系に50℃以上の水媒体を加えて重合反応
を実施することを特徴とする塩化ビニルの懸濁重合法。 - 【請求項4】重合缶に重合開始剤及び請求項1記載の懸
濁重合用分散安定剤を30℃以下の冷水中に仕込み、次
いで塩化ビニル系単量体を仕込んだ後、重合温度以上に
加温された温水を仕込んで重合を実施することを特徴と
する塩化ビニルの懸濁重合法。 - 【請求項5】重合開始剤、請求項1記載の懸濁重合用分
散安定剤、水及び塩化ビニル系単量体を50℃以下で予
備混合した後、速やかに当該混合物を反応温度まで予熱
して重合缶に仕込み、ただちに重合を実施することを特
徴とする塩化ビニルの懸濁重合法。
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