JP2005089492A - Polyvinyl alcohol particle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、親水性のポリビニルアルコール系粒子及びその製造法に関する。 The present invention relates to hydrophilic polyvinyl alcohol-based particles and a method for producing the same.
親水性のゲル粒子の製造法としては、親水性モノマーと架橋剤を、沈殿重合や逆相懸濁重合等の手法により重合する方法が、一般的に知られている。例えば、アクリル酸等のイオン性モノマーを微量の架橋剤存在下に、逆相懸濁重合する方法により、高い吸水率を有するゲル粒子が得られる事が広く知られている。しかし、これらの方法で得られるゲル粒子は、何れも数十μm以上の大きな粒径を持つものであり、小さな粒径領域(数μm以下)で高い吸水率を有する親水性ミクロゲルは得られていない。また、川口等は、アクリルアミド類を高濃度の架橋剤存在下、沈殿重合する方法により、数μm程度の粒径の架橋ミクロゲルが得られる事を報告している(非特許文献1)。しかしこの方法では、数μm程度の粒子は作成できるが、微粒子を合成する上で、高濃度の架橋剤を使用しなければならない。これは、沈殿重合における微粒子生成過程において、モノマーと架橋剤を重合開始剤の存在下で重合すると、核が析出し、モノマーや架橋剤が溶剤中から核に分配されつつ重合が進行するが、モノマー自身の親水性や溶剤への可溶性の問題から、微量の架橋剤使用条件では、凝集力が不足し、微粒子としての形状を発現するまでに到らない為である。このように高濃度の架橋剤を使用した場合、得られるミクロゲルは架橋剤の化学構造の影響を色濃く持つものとなり、また、架橋度が高すぎると、ゲルの保水力も乏しいものとなる。 As a method for producing hydrophilic gel particles, a method in which a hydrophilic monomer and a crosslinking agent are polymerized by a technique such as precipitation polymerization or reverse phase suspension polymerization is generally known. For example, it is widely known that gel particles having a high water absorption can be obtained by a reverse phase suspension polymerization method of an ionic monomer such as acrylic acid in the presence of a small amount of a crosslinking agent. However, the gel particles obtained by these methods all have a large particle size of several tens of μm or more, and hydrophilic microgels having high water absorption in a small particle size region (several μm or less) have been obtained. Absent. Kawaguchi et al. Have reported that a crosslinked microgel having a particle size of about several μm can be obtained by precipitation polymerization of acrylamides in the presence of a high concentration of a crosslinking agent (Non-patent Document 1). However, in this method, particles of about several μm can be prepared, but a high concentration of a crosslinking agent must be used for synthesizing fine particles. This is because in the fine particle generation process in precipitation polymerization, when the monomer and the crosslinking agent are polymerized in the presence of the polymerization initiator, the nucleus is precipitated, and the polymerization proceeds while the monomer and the crosslinking agent are distributed from the solvent to the nucleus. This is because, due to the hydrophilicity of the monomer itself and the solubility in the solvent, the cohesive force is insufficient under the conditions of using a small amount of the crosslinking agent, and the shape as fine particles cannot be achieved. Thus, when a high concentration crosslinking agent is used, the resulting microgel has a strong influence on the chemical structure of the crosslinking agent, and if the crosslinking degree is too high, the gel water retention is poor.
一方、代表的な水溶性高分子の一つであるポリビニルアルコール(以下、PVAと略記する)は、平均粒径200〜1000μmの造粒品が工業生産されており、造膜性や強度に優れた性質を持つ為、紙用コーティング剤(クリアーコーティング剤、顔料コーティング剤)、及び紙用改質剤、糸用糊剤、紙・木材用接着剤等の各種用途に広く利用されてきた。通常、PVAは水溶液の形態で使用されているが、高剪断条件下での塗工においては、粘度上昇を生じ、塗膜の品質低下を招く問題があったので、この問題を解決する為、PVAを小粒径化するための様々な検討が行われてきた。小粒径PVAの製造法としては、汎用PVAを機械的に粉砕する方法(特許文献1)、ジメチルスルホキシド噴霧滴(平均粒径1〜数mm)やジメチルスルホキシド溶液の油性分散液を貧溶媒に添加し凝固析出させる方法(特許文献2、特許文献3)、界面活性剤を用いて分散重合して得られる平均粒径0.05〜50μmのポリビニルエステルの非水性分散液を鹸化する方法(特許文献4)等が例として挙げられる。しかし、これらの方法で得られたPVA系粒子は、何れも水や温水に対して可溶なものであり、本質的に架橋された構造を有するものではない。
本発明の課題は、紙用コーティング剤等に有用な、高い親水性を有するPVA系粒子及びその製造法を提供する事にある。 An object of the present invention is to provide a highly hydrophilic PVA-based particle useful for paper coating agents and the like, and a method for producing the same.
本発明者等は、懸濁重合や沈殿重合等の微粒子製造法とは異なり、より小さな粒径を得るために乳化重合法に着眼し、ビニルエステルモノマー及び架橋剤を含むモノマー成分を乳化重合して得られるポリビニルエステル系エマルジョン粒子を加水分解することにより、高い親水性を有するPVA系粒子が得られることを見出し、本発明を完成した。 Unlike the fine particle production methods such as suspension polymerization and precipitation polymerization, the present inventors focused on the emulsion polymerization method to obtain a smaller particle size, and emulsion polymerized monomer components including a vinyl ester monomer and a crosslinking agent. The present inventors have found that PVA-based particles having high hydrophilicity can be obtained by hydrolyzing the resulting polyvinyl ester-based emulsion particles.
即ち、本発明は、平均粒径10〜1000nmである、架橋されたポリビニルアルコール系粒子、並びにビニルエステルモノマー及び架橋剤を含むモノマー成分を乳化重合した後、加水分解する、ポリビニルアルコール系粒子の製造法を提供する。 That is, the present invention provides a polyvinyl alcohol-based particle having an average particle diameter of 10 to 1000 nm, which is hydrolyzed after emulsion polymerization of a crosslinked polyvinyl alcohol-based particle and a monomer component containing a vinyl ester monomer and a crosslinking agent. Provide law.
本発明により、水で膨潤した時の粒子の平均粒径が数μm以下で、高い親水性を有するPVA系粒子を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain PVA-based particles having a high hydrophilicity with an average particle size of several μm or less when swollen with water.
本発明のPVA系粒子は、平均粒径10〜1000nm、好ましくは50〜800nmの架橋された粒子である。 The PVA-based particles of the present invention are crosslinked particles having an average particle size of 10 to 1000 nm, preferably 50 to 800 nm.
本発明のPVA系粒子の平均粒径は、後述する加水分解前のポリビニルエステル系エマルジョンのエタノール中の平均粒径と本質的に同じである。 The average particle size of the PVA-based particles of the present invention is essentially the same as the average particle size in ethanol of the polyvinyl ester emulsion before hydrolysis described below.
本発明のPVA系粒子は、水で膨潤し、平均粒径が数μm以下の架橋構造を有するゲルとなる。尚、ゲルの平均粒径は、下記実施例に記載した方法により測定することができる。 The PVA-based particles of the present invention swell with water and become a gel having a crosslinked structure with an average particle size of several μm or less. In addition, the average particle diameter of a gel can be measured by the method described in the following Example.
本発明のPVA系粒子は、以下の工程1及び2により製造することができる。 The PVA-based particles of the present invention can be produced by the following steps 1 and 2.
工程1:ビニルエステルモノマー及び架橋剤を含むモノマー成分を乳化重合してポリビニルエステル系エマルジョンを得る工程
工程2:工程1で得られたポリビニルエステル系エマルジョンを加水分解してPVA系粒子を得る工程
各工程について、以下に説明する。
Step 1: Step of obtaining a polyvinyl ester emulsion by emulsion polymerization of a monomer component containing a vinyl ester monomer and a crosslinking agent Step 2: Step of hydrolyzing the polyvinyl ester emulsion obtained in Step 1 to obtain PVA particles The process will be described below.
工程1で用いられるビニルエステルモノマーとしては、ビニルアルコールと炭素数1〜6の脂肪酸のエステルが挙げられ、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等が好ましく、酢酸ビニルが更に好ましい。 Examples of the vinyl ester monomer used in Step 1 include esters of vinyl alcohol and fatty acids having 1 to 6 carbon atoms. Vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl butyrate and the like are preferable, and vinyl acetate is more preferable.
工程1で用いられる架橋剤は、ビニルエステルモノマーとの共重合反応に関与し、架橋構造を形成するものであれば特に限定されないが、少なくとも2個のビニル基を分子中に有する架橋性不飽和モノマーが好ましい。架橋性不飽和モノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,2−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,3−ブチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート等の多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステル類、N−メチルアリルアクリルアミド、N−ビニルアクリルアミド、N,N’−メチレンビス(メタ)アクリルアミド、ビスアクリルアミド酢酸等のアクリルアミド類、ジビニルベンゼン、ジビニルエーテル、ジビニルエチレン尿素等のジビニル化合物、ジアリルフタレート、ジアリルマレート、ジアリルアミン、トリアリルアミン、トリアリルアンモニウム塩、ペンタエリスリトールのアリルエーテル化体、分子中に少なくとも2個のアリルエーテル単位を有するスクローゼのアリルエーテル化体等のポリアリル化合物、ビニル(メタ)アクリレート、アリル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシ−3−(メタ)アクリロイルオキシプロピル(メタ)アクリレート等の不飽和アルコールの(メタ)アクリル酸エステル等が挙げられる。この中では、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ポリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼンが好ましい。 The cross-linking agent used in step 1 is not particularly limited as long as it is involved in the copolymerization reaction with the vinyl ester monomer and forms a cross-linked structure, but is a cross-linkable unsaturated having at least two vinyl groups in the molecule. Monomers are preferred. Examples of the crosslinkable unsaturated monomer include ethylene glycol di (meth) acrylate, diethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, propylene glycol di (meth) acrylate, dipropylene glycol di (meth) acrylate, Polypropylene glycol di (meth) acrylate, 1,2-butylene glycol di (meth) acrylate, 1,3-butylene glycol di (meth) acrylate, neopentyl glycol di (meth) acrylate, glycerin di (meth) acrylate, glycerin tri (Meth) acrylates, (meth) acrylic esters of polyhydric alcohols such as trimethylolpropane tri (meth) acrylate and pentaerythritol tetra (meth) acrylate N-methylallylacrylamide, N-vinylacrylamide, N, N'-methylenebis (meth) acrylamide, acrylamides such as bisacrylamideacetic acid, divinyl compounds such as divinylbenzene, divinyl ether, divinylethyleneurea, diallyl phthalate, diallyl malate , Diallylamine, triallylamine, triallyl ammonium salt, allyl etherified product of pentaerythritol, allyl etherified product of sucrose having at least two allyl ether units in the molecule, vinyl (meth) acrylate, allyl ( And (meth) acrylates of unsaturated alcohols such as (meth) acrylate and 2-hydroxy-3- (meth) acryloyloxypropyl (meth) acrylate. Among these, ethylene glycol di (meth) acrylate, polyethylene glycol di (meth) acrylate, and divinylbenzene are preferable.
尚、本明細書において、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリル、(メタ)アクリロイルは、それぞれ、アクリレート又はメタクリレート、アクリル又はメタクリル、アクリロイル又はメタクリロイルを意味する。 In the present specification, (meth) acrylate, (meth) acryl and (meth) acryloyl mean acrylate or methacrylate, acrylic or methacryl, acryloyl or methacryloyl, respectively.
工程1に用いられるモノマー成分中の架橋剤の割合は、少なすぎると、得られる重合物の架橋度が小さくなり過ぎて、次の工程2で行う加水分解反応の段階で、水に溶解してしまったり、不溶成分を抽出できたとしても、高い親水率を保持できなくなってしまい、また多すぎると高い親水性を失う事となるので、モノマー全量(架橋剤を除く)に対して0.002〜5.0重量%が好ましく、0.002〜1.0重量%が特に好ましい。 If the proportion of the crosslinking agent in the monomer component used in step 1 is too small, the degree of crosslinking of the resulting polymer will be too small, and it will dissolve in water at the stage of the hydrolysis reaction performed in the next step 2. Even if the insoluble component can be extracted, the high hydrophilicity cannot be maintained, and if it is too much, the high hydrophilicity is lost. -5.0 wt% is preferable, and 0.002-1.0 wt% is particularly preferable.
工程1において本発明の効果を損なわない範囲内で、モノマー成分として、ビニルエステルモノマー及び架橋剤以外に、これらと共重合可能な他のモノマーも用いることができる。他のモノマーとしては、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、イソブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、n−ペンチル(メタ)アクリレート、ネオペンチル(メタ)アクリレート、シクロペンチル(メタ)アクリレート、n−ヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、n−オクチル(メタ)アクリレート、イソオクチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、n−デシル(メタ)アクリレート、イソデシル(メタ)アクリレート、ラウリル(メタ)アクリレート、トリデシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、イソステアリル(メタ)アクリレート、ベヘニル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、トルイル(メタ)アクリレート、キシリル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−エトキシエチル(メタ)アクリレート、2−ブトキシエチル(メタ)アクリレート、2−フェノキシ(メタ)アクリレート、2−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、3−メトキシプロピル(メタ)アクリレート、2−エトキシプロピル(メタ)アクリレート、3−エトキシプロピル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸誘導体、2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、スチレンスルホン酸ナトリウム、(メタ)アクリル酸、2−スルホエチル(メタ)アクリレート等のアニオン性基含有モノマー、N−(3−スルホプロピル)−N−(メタ)アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン、N−(3−スルホプロピル)−N−(メタ)アクリロイルアミドプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン、N−カルボキシメチル−N−(メタ)アクリロイルアミドプロピル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン、N−カルボキシメチル−N−(メタ)アクリロイルオキシエチル−N,N−ジメチルアンモニウムベタイン等のベタイン類等が挙げられる。 As long as the effects of the present invention are not impaired in Step 1, other monomers that can be copolymerized therewith can be used as the monomer component in addition to the vinyl ester monomer and the crosslinking agent. Other monomers include methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, n-propyl (meth) acrylate, isopropyl (meth) acrylate, n-butyl (meth) acrylate, isobutyl (meth) acrylate, t-butyl ( (Meth) acrylate, n-pentyl (meth) acrylate, neopentyl (meth) acrylate, cyclopentyl (meth) acrylate, n-hexyl (meth) acrylate, cyclohexyl (meth) acrylate, n-octyl (meth) acrylate, isooctyl (meth) Acrylate, 2-ethylhexyl (meth) acrylate, n-decyl (meth) acrylate, isodecyl (meth) acrylate, lauryl (meth) acrylate, tridecyl (meth) acrylate, stearyl (meth) Acrylate, isostearyl (meth) acrylate, behenyl (meth) acrylate, phenyl (meth) acrylate, toluyl (meth) acrylate, xylyl (meth) acrylate, benzyl (meth) acrylate, 2-ethoxyethyl (meth) acrylate, 2- Butoxyethyl (meth) acrylate, 2-phenoxy (meth) acrylate, 2-methoxypropyl (meth) acrylate, 3-methoxypropyl (meth) acrylate, 2-ethoxypropyl (meth) acrylate, 3-ethoxypropyl (meth) acrylate Anionic groups such as (meth) acrylic acid derivatives such as 2-acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid, sodium styrenesulfonate, (meth) acrylic acid, 2-sulfoethyl (meth) acrylate Monomer, N- (3-sulfopropyl) -N- (meth) acryloyloxyethyl-N, N-dimethylammonium betaine, N- (3-sulfopropyl) -N- (meth) acryloylamidopropyl-N, N -Dimethylammonium betaine, N-carboxymethyl-N- (meth) acryloylamidopropyl-N, N-dimethylammonium betaine, N-carboxymethyl-N- (meth) acryloyloxyethyl-N, N-dimethylammonium betaine, etc. Examples include betaines.
これら他のモノマーの割合は、モノマー全量に対し、50重量%以下が好ましく、30重量%以下が更に好ましい。 The proportion of these other monomers is preferably 50% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, based on the total amount of monomers.
工程1において、モノマー成分の重合方法として、高い親水性を有する小粒径粒子(水で膨潤した粒子の平均粒径が数μm以下)を得る観点から、乳化重合法を用いる。懸濁重合法を用いた場合は、粒径が数十μm以上のものが得られ、沈殿重合法を用いると、粒径が数μm程度のものは得られるが、架橋剤を高濃度で使用した場合にのみ作成可能となるので、高い親水性を失うので好ましくない。 In Step 1, as a polymerization method of the monomer component, an emulsion polymerization method is used from the viewpoint of obtaining small particle size particles having high hydrophilicity (average particle size of particles swollen with water is several μm or less). When the suspension polymerization method is used, a particle size of several tens of μm or more can be obtained. When the precipitation polymerization method is used, a particle size of about several μm can be obtained, but the crosslinking agent is used at a high concentration. It is not preferable because it can be created only when it is made.
乳化重合を行う際に必要とされる乳化剤は、非イオン界面活性剤が好ましく、HLBが16〜19、特に16.5〜18.8のものが好ましい。このような非イオン界面活性剤としては、アルキル鎖またはアルケニル鎖の炭素数が8〜18、好ましくは10〜18であり、エチレンオキサイド平均付加モル数が20〜70、好ましくは30〜60のポリオキシエチレンアルキルエーテルもしくはポリオキシエチレンアルケニルエーテルが挙げられる。非イオン界面活性剤は、モノマー全量に対し、好ましくは0.1〜5重量%、より好ましくは0.2〜3重量%の割合で用いる。 The emulsifier required for carrying out the emulsion polymerization is preferably a nonionic surfactant, and preferably has an HLB of 16 to 19, particularly 16.5 to 18.8. As such a nonionic surfactant, a polyalkylene having an alkyl chain or alkenyl chain having 8 to 18 carbon atoms, preferably 10 to 18 carbon atoms, and an average ethylene oxide addition mole number of 20 to 70, preferably 30 to 60. Examples thereof include oxyethylene alkyl ether and polyoxyethylene alkenyl ether. The nonionic surfactant is preferably used in a proportion of 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.2 to 3% by weight, based on the total amount of monomers.
また、乳化重合を行う際に分散剤を用いることが好ましい。分散剤を用いることにより、乳化重合時及びその後の加水分解反応時に粒子を安定化し、分散性に優れたPVA系粒子の分散液を調製することができる。また、乳化重合時に、使用した分散剤の一部は、乳化重合により得られたポリビニルエステルと化学結合を形成し固定化される。このような分散剤としては、非イオン性高分子化合物ならびにイオン性高分子化合物の何れもが使用可能であるが、非イオン性高分子化合物が好ましい。非イオン性高分子化合物としては、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、化工澱粉、水溶性セルロース誘導体等を挙げることができる。分散剤は、モノマー全量に対して0.1〜10重量%の範囲で使用する事が好ましい。 Moreover, it is preferable to use a dispersing agent when performing emulsion polymerization. By using a dispersing agent, it is possible to prepare a dispersion of PVA-based particles having excellent dispersibility by stabilizing the particles during emulsion polymerization and the subsequent hydrolysis reaction. Moreover, at the time of emulsion polymerization, a part of used dispersing agent forms a chemical bond with the polyvinyl ester obtained by emulsion polymerization, and is fix | immobilized. As such a dispersant, any of a nonionic polymer compound and an ionic polymer compound can be used, and a nonionic polymer compound is preferable. Examples of nonionic polymer compounds include polyvinyl alcohol, polyvinyl pyrrolidone, modified starch, and water-soluble cellulose derivatives. The dispersant is preferably used in the range of 0.1 to 10% by weight based on the total amount of monomers.
乳化重合の際には、系中の酸、アルカリの影響により、加水分解を生じる事がある。乳化重合の際に発生した酢酸等の酸は、重合系のpHを徐々に酸性とする為、緩衝剤として炭酸ナトリウム、重炭酸ナトリウム、オルソリン酸ナトリウム、第1リン酸ナトリウム、塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム等の無機塩を利用すると、pH変動による重合挙動への悪影響を回避させることができる。ここで使用する緩衝剤の割合は、モノマー全量に対して2重量%以下が好ましく、さらに0.1〜1重量%が好ましい。 During emulsion polymerization, hydrolysis may occur due to the influence of acid and alkali in the system. Acids such as acetic acid generated during emulsion polymerization gradually make the pH of the polymerization system acidic, so that sodium carbonate, sodium bicarbonate, sodium orthophosphate, monobasic sodium phosphate, sodium chloride, sodium sulfate are used as buffers. When inorganic salts such as these are used, adverse effects on polymerization behavior due to pH fluctuations can be avoided. The ratio of the buffering agent used here is preferably 2% by weight or less, more preferably 0.1 to 1% by weight, based on the total amount of monomers.
乳化重合時の重合開始剤としては、従来公知のもので、分散媒に可溶なものが使用され、2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)等の水溶性アゾ系開始剤、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム等の水溶性過酸化系開始剤、過酸化水素/第一鉄塩、過硫酸塩/酸性亜硫酸ナトリウム等の水溶性レドックス系開始剤等が例として挙げられる。重合開始剤の使用量はモノマー全量に対して0.01〜5重量%の範囲が好ましい。 As the polymerization initiator at the time of emulsion polymerization, a conventionally known polymerization initiator that is soluble in a dispersion medium is used, and a water-soluble azo initiator such as 2,2′-azobis (2-amidinopropane), persulfuric acid. Examples include water-soluble peroxide initiators such as potassium and ammonium persulfate, and water-soluble redox initiators such as hydrogen peroxide / ferrous salt, persulfate / acidic sodium sulfite, and the like. The amount of the polymerization initiator used is preferably in the range of 0.01 to 5% by weight based on the total amount of monomers.
乳化重合時の溶媒としては水が用いられるが、モノマーとして水に溶け難い成分を使用する様な場合には、親水性溶媒を適量利用しても良い。 Water is used as the solvent during the emulsion polymerization, but an appropriate amount of a hydrophilic solvent may be used when a component that is hardly soluble in water is used as the monomer.
本発明の重合反応は、必要に応じて反応系を窒素等の不活性気体で置換し、常温あるいは加熱して重合を開始させることが好ましい。重合反応は、撹拌下で行われ、特に系全体を均一に撹拌することが好ましい。また、重合反応を行う上で必要とされる各成分の添加方法は、全ての成分を同時に添加して反応させても良く、ビニルエステルモノマー、架橋剤及びその他のモノマー以外の成分を仕込んだ容器に、これらモノマー成分を徐々に添加する方法で行ってもよい。ビニルエステルモノマー、架橋剤及びその他のモノマー等を一括で添加しても良く、個別に添加しても良い。乳化重合時の反応温度は40〜120℃、好ましくは50〜90℃であり、pHは3〜9、好ましくは4〜8の範囲が好ましい。 In the polymerization reaction of the present invention, it is preferable to start the polymerization by substituting the reaction system with an inert gas such as nitrogen as necessary, and at room temperature or by heating. The polymerization reaction is performed under stirring, and it is particularly preferable to uniformly stir the entire system. Moreover, the addition method of each component required in performing a polymerization reaction may add all the components simultaneously, and may make it react, The container which prepared components other than a vinyl ester monomer, a crosslinking agent, and another monomer Alternatively, these monomer components may be gradually added. A vinyl ester monomer, a crosslinking agent, and other monomers may be added all at once or individually. The reaction temperature during emulsion polymerization is 40 to 120 ° C., preferably 50 to 90 ° C., and the pH is preferably 3 to 9, preferably 4 to 8.
工程1で得られたポリビニルエステル系エマルジョンは、引き続いて工程2の加水分解反応に供し、ポリビニルエステルの鹸化を行う。 The polyvinyl ester emulsion obtained in step 1 is subsequently subjected to the hydrolysis reaction in step 2 to saponify the polyvinyl ester.
加水分解反応を行う際の固形分濃度は、鹸化時に凝集が起こり粒子が粗大化することを抑制する為に、10重量%以下が好ましく、5重量%以下がより好ましい。 The solid content concentration in carrying out the hydrolysis reaction is preferably 10% by weight or less, and more preferably 5% by weight or less, in order to suppress aggregation and particle coarsening during saponification.
加水分解反応に用いられる触媒としては、アルカリ触媒及び酸触媒が挙げられ、従来から公知のものが使用可能である。例としては、アルカリ触媒として、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、アンモニア、ナトリウムメチラート等が挙げられ、酸触媒として、硫酸、塩酸、p−トルエンスルホン酸等が挙げられる。加水分解反応時に使用されるアルカリは、加水分解反応の結果生成する酢酸等の酸の影響により、一部中和するので、ポリビニルエステルを構成するビニルエステル成分に対して過剰量使用され、全モノマー量に対して100〜300モル%の範囲で使用することが好ましい。 Examples of the catalyst used in the hydrolysis reaction include alkali catalysts and acid catalysts, and conventionally known catalysts can be used. Examples of the alkali catalyst include sodium hydroxide, potassium hydroxide, ammonia, sodium methylate, and the like, and the acid catalyst includes sulfuric acid, hydrochloric acid, p-toluenesulfonic acid, and the like. The alkali used in the hydrolysis reaction is partially neutralized by the influence of an acid such as acetic acid generated as a result of the hydrolysis reaction, so an excess amount is used with respect to the vinyl ester component constituting the polyvinyl ester, and all monomers. It is preferable to use in the range of 100 to 300 mol% with respect to the amount.
加水分解反応に用いられる溶媒としては、溶媒置換等の操作の煩雑さを避けるため、イオン交換水が好ましいが、適宜メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール等のアルコール系溶媒を用いても良いし、析出するPVA系粒子に対して貧溶媒である範囲で、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド等の非プロトン性極性溶媒、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン等の芳香族系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒等を添加しても良い。 As the solvent used for the hydrolysis reaction, ion exchange water is preferable in order to avoid complicated operations such as solvent substitution, but alcohol solvents such as methanol, ethanol, n-propanol, isopropanol, and n-butanol are appropriately used. As long as it is a poor solvent for the precipitated PVA-based particles, aprotic polar solvents such as dimethyl sulfoxide and dimethylformamide, aromatic solvents such as benzene, toluene and chlorobenzene, tetrahydrofuran, dioxane and the like Ether solvents, ester solvents such as methyl acetate and ethyl acetate, and ketone solvents such as acetone and methyl ethyl ketone may be added.
加水分解反応の際に、系内に溶媒可溶である分散剤を添加しても良く、これは工程1において使用可能な上記界面活性剤や高分子型の分散剤等を使用する事ができる。 During the hydrolysis reaction, a solvent-soluble dispersant may be added to the system, and the above-mentioned surfactants and polymer type dispersants that can be used in Step 1 can be used. .
加水分解反応の温度は、鹸化速度の点から10℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましい。また150℃以下が好ましく、100℃以下がより好ましい。 The temperature of the hydrolysis reaction is preferably 10 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher from the viewpoint of the saponification rate. Moreover, 150 degrees C or less is preferable and 100 degrees C or less is more preferable.
加水分解反応後のPVA系粒子は、デカンテーション、分液操作及び遠心分離等の方法により液相反応媒体から分離し、共存するアルカリ、酢酸等の酸や共存する不純物等を除去する事ができる。 The PVA-based particles after the hydrolysis reaction can be separated from the liquid phase reaction medium by methods such as decantation, liquid separation operation, and centrifugation to remove coexisting alkalis, acids such as acetic acid and coexisting impurities. .
PVA系粒子の鹸化度は、特に制限はないが、高含水率を保持できる観点から、50%以上が好ましく、さらには80%以上が好ましい。鹸化度は、様々な手法により解析する事ができるが、ガスクロマトグラフィー(以下、GCと略記する)を用いると、加水分解反応溶液中に存在する酢酸等の酸量を簡便に測定でき、ポリマー中の鹸化度を算出する事ができる。 The saponification degree of the PVA-based particles is not particularly limited, but is preferably 50% or more, more preferably 80% or more from the viewpoint of maintaining a high water content. The degree of saponification can be analyzed by various methods. When gas chromatography (hereinafter abbreviated as GC) is used, the amount of acid such as acetic acid present in the hydrolysis reaction solution can be easily measured. The degree of saponification inside can be calculated.
本発明のPVA系粒子のゲルの粒径は、pH7のイオン交換水中0.2〜10μmが好ましく、1〜10μmが更に好ましい。 The particle diameter of the gel of the PVA-based particles of the present invention is preferably 0.2 to 10 μm, and more preferably 1 to 10 μm, in pH 7 ion-exchanged water.
本発明により得られるPVA系粒子は、小粒径で高い親水性を有し、紙用コーティング剤、紙用改質剤、糸用糊剤、紙・木材用接着剤等の各種用途に好ましく用いられる。 The PVA-based particles obtained by the present invention have a small particle size and high hydrophilicity, and are preferably used for various applications such as paper coating agents, paper modifiers, yarn glues, paper and wood adhesives. It is done.
以下の実施例において特に断りのない限り、「%」及び「部」はそれぞれ「重量%」及び「重量部」を意味する。実施例における物性値は、以下の方法により測定した。 In the following examples, “%” and “parts” mean “% by weight” and “parts by weight”, respectively, unless otherwise specified. The physical property values in the examples were measured by the following methods.
<ポリビニルエステル系エマルジョンの平均粒径>
エマルジョンをエタノール中に分散させ、電気泳動光散乱光度計(大塚電子(株)製、型式ELS−8000)を用いて、20℃で測定した。
<Average particle size of polyvinyl ester emulsion>
The emulsion was dispersed in ethanol and measured at 20 ° C. using an electrophoretic light scattering photometer (manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd., model ELS-8000).
<PVA系粒子の鹸化度>
微粒子分散液を0.1g精秤し、6N塩酸をパスツールピペットで1滴混合する事で、微粒子分散液のpHを3以下とした後に、下記条件でGC測定により、微粒子分散液中に含まれる酢酸量を定量し、下記式で鹸化度を求めた。
<Saponification degree of PVA particles>
0.1g of the fine particle dispersion is precisely weighed, and 1 drop of 6N hydrochloric acid is mixed with a Pasteur pipette to adjust the pH of the fine particle dispersion to 3 or less, and then included in the fine particle dispersion by GC measurement under the following conditions. The amount of acetic acid produced was quantified, and the degree of saponification was determined by the following formula.
鹸化度(%)=(酢酸の測定量/100%鹸化の理論酢酸量)×100
ここで、100%鹸化の理論酢酸量は以下の式で表される。
Saponification degree (%) = (Measured amount of acetic acid / 100% theoretical amount of acetic acid for saponification) × 100
Here, the theoretical acetic acid amount of 100% saponification is represented by the following formula.
100%鹸化の理論酢酸量=
[反応液中の酢酸ビニルの割合×0.1/86]×酢酸の分子量
0.1:微粒子分散液の測定量
86:酢酸ビニルの分子量
・GC測定条件
以下のGC測定装置を用いて、以下の条件で酢酸量を測定した。
Theoretical amount of acetic acid for 100% saponification =
[Ratio of vinyl acetate in reaction solution × 0.1 / 86] × molecular weight of acetic acid 0.1: measured amount of fine particle dispersion 86: molecular weight of vinyl acetate / GC measurement conditions The amount of acetic acid was measured under the following conditions.
機器:HP6890(ヒューレットパッカード社製)
カラム:HP−FFAP 30m×0.53mm×0.1μm(ヒューレットパッカード社製)
注入口温度:170℃
オーブン温度:80℃で1分保持後、毎分10℃で150℃まで昇温
<PVA系粒子のゲルの粒径>
PVA系粒子の水分散液を、光学顕微鏡により目視観察した。
Equipment: HP6890 (manufactured by Hewlett-Packard Company)
Column: HP-FFAP 30 m × 0.53 mm × 0.1 μm (manufactured by Hewlett-Packard Company)
Inlet temperature: 170 ° C
Oven temperature: held at 80 ° C. for 1 minute, then heated up to 150 ° C. at 10 ° C./min. <PVA particle particle size>
The aqueous dispersion of PVA-based particles was visually observed with an optical microscope.
実施例1
5つ口フラスコに、非イオン界面活性剤(花王(株)製 エマルゲン147)10.0部及びイオン交換水350部を90℃にて均一溶解した後、60℃まで冷却し、酢酸ビニル10部、ポリビニルアルコール(日本合成ゴム(株)製 ゴーセノールGL−05)20.0部を加え、昇温の後、80℃にて完全に溶解した。この後、酢酸ビニル200部とジビニルベンゼン0.01部を混合したモノマー溶液ならびに2,2’−アゾビス(2−アミジノプロパン)塩酸塩0.5部をイオン交換水20部に溶解した水溶液を、個別に反応溶液中に6時間かけて連続して滴下した。滴下終了後、さらに2時間かけて熟成した。得られたエマルジョンの固形分濃度から計算した反応率は95.8%であった。エマルジョン粒子をエタノールに分散し、平均粒径を測定したところ、500nmであった。
Example 1
In a five-necked flask, 10.0 parts of a nonionic surfactant (Emulgen 147 manufactured by Kao Corporation) and 350 parts of ion-exchanged water are uniformly dissolved at 90 ° C., then cooled to 60 ° C., and 10 parts of vinyl acetate 20.0 parts of polyvinyl alcohol (Nippon Synthetic Rubber Co., Ltd. Gohsenol GL-05) was added, and after the temperature was raised, it was completely dissolved at 80 ° C. Thereafter, an aqueous solution obtained by dissolving 200 parts of vinyl acetate and 0.01 part of divinylbenzene and 0.5 part of 2,2′-azobis (2-amidinopropane) hydrochloride in 20 parts of ion-exchanged water, The solution was individually dropped continuously into the reaction solution over 6 hours. After completion of dropping, the mixture was further aged for 2 hours. The reaction rate calculated from the solid content concentration of the obtained emulsion was 95.8%. The emulsion particles were dispersed in ethanol and the average particle size was measured and found to be 500 nm.
3つ口フラスコに、得られたエマルジョン100部と、5N水酸化ナトリウム水溶液100部を加え、昇温の後、80℃にて10時間反応を行った。この間、加熱に伴う、反応の進行とともに、溶液には着色(黄〜橙色)が認められた。反応前後のエマルジョン中に共存する酢酸量を定量し、鹸化度を算出したところ、反応前11.8%(酢酸量2.3%)、反応後81.2%(酢酸量15.6%)であった。続いて、系中に大量に存在する水酸化ナトリウムや酢酸、未反応モノマー等の不純物の除去を目的として、100gのエマルジョンにイオン交換水を加えて5倍希釈した後に、遠心分離を行い、分離後の上澄み液を捨て、新たなイオン交換水を加えるという操作を5回繰り返す事により、洗浄を行った。洗浄後のpHはほぼ中性で、得られた粒子は水で膨潤したゲルであった。得られた水で膨潤したゲルの粒径は、目視観察により、一部凝集に起因する粒度分布の広がりを持つものの、平均的には数μm程度のものであった。
To the three-necked flask, 100 parts of the obtained emulsion and 100 parts of a 5N aqueous sodium hydroxide solution were added, and after the temperature was raised, the reaction was carried out at 80 ° C. for 10 hours. During this time, as the reaction progressed with heating, the solution was colored (yellow to orange). When the amount of acetic acid coexisting in the emulsion before and after the reaction was quantified and the degree of saponification was calculated, 11.8% before the reaction (acetic acid amount 2.3%), after the reaction 81.2% (acetic acid amount 15.6%) Met. Subsequently, for the purpose of removing impurities such as sodium hydroxide, acetic acid, and unreacted monomers present in large quantities in the system, ion exchange water is added to 100 g of emulsion and diluted 5 times, followed by centrifugation and separation. Washing was performed by repeating the operation of discarding the subsequent supernatant and adding fresh ion exchange water five times. The pH after washing was almost neutral, and the obtained particles were gel swollen with water. The particle diameter of the obtained gel swollen with water was, on average, about a few μm, although the particle size distribution due to partial aggregation was broadened by visual observation.
Claims (5)
A method for producing polyvinyl alcohol particles, wherein a monomer component containing a vinyl ester monomer and a crosslinking agent is subjected to emulsion polymerization and then hydrolyzed.
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- 2003-09-12 JP JP2003320722A patent/JP2005089492A/en active Pending
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