JP2024138893A - Polyvinyl alcohol resin and its manufacturing method, and polyvinyl ester polymer and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリビニルアルコール系樹脂、およびその製造方法、ならびにポリビニルエ
ステル系重合体、およびその製造方法に関する。
The present invention relates to a polyvinyl alcohol resin and a method for producing the same, and a polyvinyl ester polymer and a method for producing the same.
ポリビニルエステル系重合体は、従来、ポリビニルアルコール系樹脂の原料等として広
く使用されている。ポリビニルアルコール樹脂はポリ酢酸ビニルなどのポリビニルエステ
ル系重合体をけん化することで得られる結晶性の水溶性高分子材料であり、その優れた水
溶性や皮膜特性(強度、耐油性、造膜性、酸素ガスバリア性等)を利用して、乳化剤、懸
濁剤、界面活性剤、繊維加工剤、各種バインダー、紙加工剤、接着剤、フィルム等に使用
されている。
Polyvinyl ester polymers have been widely used as raw materials for polyvinyl alcohol resins, etc. Polyvinyl alcohol resins are crystalline water-soluble polymeric materials obtained by saponifying polyvinyl ester polymers such as polyvinyl acetate, and are used in emulsifiers, suspending agents, surfactants, fiber processing agents, various binders, paper processing agents, adhesives, films, etc., taking advantage of their excellent water solubility and film properties (strength, oil resistance, film-forming properties, oxygen gas barrier properties, etc.).
また、空気中の酸素等により食品や薬品等が変質あるいは腐敗するのを防ぐために、そ
の包装材料にはガスバリア性(特には酸素バリア性)が要求されているところ、このよう
な包装材料としても、ガスバリア性、透明性、保香性等に優れたポリビニルアルコール樹
脂が用いられている。
Furthermore, in order to prevent food, medicine, etc. from deteriorating or spoiling due to oxygen in the air, etc., the packaging materials used for these products are required to have gas barrier properties (particularly oxygen barrier properties). Polyvinyl alcohol resins, which have excellent gas barrier properties, transparency, aroma retention, etc., are used as such packaging materials.
一方で、ポリビニルアルコール樹脂は融点が高く成形性が悪いこと、高湿度下では水分
子によって結晶性が低下し、ガスバリア性も低下することが知られている。このため、ポ
リビニルアルコール樹脂を変性することで融点を低下させて成形性を向上させる方法やガ
スバリア性を向上させる方法が提案されている。例えば、特許文献1では、ポリビニルア
ルコール樹脂に脂環式骨格を導入することでガラス転移点(Tg)を上昇させて、高湿度
下でのバリア性が向上することが記載されている。
On the other hand, it is known that polyvinyl alcohol resin has a high melting point and poor moldability, and that under high humidity, the crystallinity is reduced by water molecules, and the gas barrier property is also reduced. For this reason, a method of lowering the melting point and improving the moldability and the gas barrier property by modifying the polyvinyl alcohol resin has been proposed. For example, Patent Document 1 describes that the barrier property under high humidity is improved by increasing the glass transition point (Tg) by introducing an alicyclic skeleton into the polyvinyl alcohol resin.
しかしながら、特許文献1に記載の2-ノルボルネンなどのモノマーをラジカル共重合
でポリビニルアルコール樹脂に導入する場合、重合中に2-ノルボルネンへの連鎖移動反
応が非常に起こりやすいため、変性率や重合度のコントロールが難しいという問題があっ
た。変性率が低いと融点低下が小さく、成形性を改善することが困難である。さらには2
-ノルボルネンなどのオレフィン類は酢酸ビニルなどのビニルエステル系モノマーとの共
重合性が悪く、重合終了時に2-ノルボルネンが残存しやすく生産性の面でも課題があっ
た。
However, when a monomer such as 2-norbornene described in Patent Document 1 is introduced into a polyvinyl alcohol resin by radical copolymerization, a chain transfer reaction to 2-norbornene occurs very easily during polymerization, which makes it difficult to control the modification rate and polymerization degree. If the modification rate is low, the melting point is not lowered much, making it difficult to improve moldability.
However, olefins such as 2-norbornene have poor copolymerizability with vinyl ester monomers such as vinyl acetate, and 2-norbornene is likely to remain at the end of polymerization, which poses a problem in terms of productivity.
そこで、本発明ではこのような背景下において、重合工程において残存する共重合モノ
マーが非常に少なく生産性に優れ、かつガスバリア性や成形性に優れるポリビニルアルコ
ール系樹脂およびその製造方法、その原料となるポリビニルエステル系樹脂およびその製
造方法を提供することを目的とする。
Under these circumstances, the present invention aims to provide a polyvinyl alcohol-based resin which has an extremely small amount of copolymerized monomer remaining in the polymerization step and is excellent in productivity, and which also has excellent gas barrier properties and moldability, and a production method thereof, as well as a polyvinyl ester-based resin which is a raw material thereof and a production method thereof.
しかるに本発明者等は、一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位
をポリビニルアルコール樹脂に導入することで高湿度下のガスバリア性と成形性を改善す
ることができること、ならびに共重合モノマーとして一般式(3)の構造の化合物を用い
ることでポリビニルアルコール樹脂を一般式(1)および/または一般式(2)の構造で
変性することが可能であり、さらに重合終了時に共重合モノマーの残存量が少ないことを
見出し、本発明を完成した。
However, the present inventors have found that the gas barrier properties and moldability under high humidity conditions can be improved by introducing a structural unit represented by general formula (1) and/or general formula (2) into a polyvinyl alcohol resin, that the polyvinyl alcohol resin can be modified with a structure represented by general formula (1) and/or general formula (2) by using a compound represented by general formula (3) as a copolymerization monomer, and further that the amount of copolymerization monomer remaining at the end of polymerization is small, and have completed the present invention.
即ち本発明は、以下の[1]~[6]を、その要旨とする。
[1]下記一般式(1)および/または下記一般式(2)で表される構造単位を有するこ
とを特徴とするポリビニルアルコール系樹脂。
That is, the gist of the present invention is the following [1] to [6].
[1] A polyvinyl alcohol-based resin having a structural unit represented by the following general formula (1) and/or the following general formula (2):
(上記式(2)中、R1は、金属原子、水素原子または炭素数1~6のアルキル基である
。)
[2]上記一般式(1)および/または上記一般式(2)で表される構造単位を、樹脂中
のモノマー構造単位の総量に対し、0.1~30モル%含有することを特徴とする[1]
に記載のポリビニルアルコール系樹脂。
[3]けん化度が80~99.9モル%以下であることを特徴とする[1]または[2]
に記載のポリビニルアルコール系樹脂。
[4]平均重合度が200~5,000であることを特徴とする[1]~[3]いずれか
に記載のポリビニルアルコール系樹脂。
[5]上記一般式(2)で表される構造単位を有することを特徴とするポリビニルエステ
ル系重合体。
[6]上記一般式(2)で表される構造単位を、重合体中のモノマー構造単位の総量に対
し、0.1~30モル%含有することを特徴とする[5]に記載のポリビニルエステル系
重合体。
[7]上記一般式(1)および/または上記一般式(2)で表される構造単位を有する請
求項1記載のポリビニルアルコール系樹脂の製造方法であって、上記一般式(2)で表さ
れる構造単位を有するポリビニルエステル系重合体をけん化する工程を有することを特徴
とするポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。
[8]上記一般式(2)で表される構造単位を有する[5]または[6]に記載のポリビ
ニルエステル系重合体の製造方法であって、ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3
)で表される化合物とをラジカル重合する工程を有することを特徴とするポリビニルエス
テル系重合体の製造方法。
(In the above formula (2), R 1 is a metal atom, a hydrogen atom, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)
[2] The resin contains structural units represented by the above general formula (1) and/or the above general formula (2) in an amount of 0.1 to 30 mol % based on the total amount of monomer structural units in the resin. [1]
The polyvinyl alcohol resin according to claim 1.
[3] [1] or [2], characterized in that the degree of saponification is 80 to 99.9 mol% or less.
The polyvinyl alcohol resin according to claim 1.
[4] The polyvinyl alcohol-based resin according to any one of [1] to [3], characterized in that the average polymerization degree is 200 to 5,000.
[5] A polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by the above general formula (2).
[6] The polyvinyl ester polymer according to [5], characterized in that the structural unit represented by the above general formula (2) is contained in an amount of 0.1 to 30 mol % based on the total amount of monomer structural units in the polymer.
[7] A method for producing a polyvinyl alcohol-based resin according to claim 1, which has a structural unit represented by the general formula (1) and/or the general formula (2), comprising a step of saponifying a polyvinyl ester-based polymer having a structural unit represented by the general formula (2).
[8] A method for producing a polyvinyl ester polymer according to [5] or [6] having a structural unit represented by the above general formula (2), comprising reacting a vinyl ester monomer with a compound represented by the following general formula (3):
and a compound represented by the formula (I) above.
(上記式(3)中、R2は、金属原子、水素原子または炭素数1~6のアルキル基である
。)
[1]ビニルエステル系モノマーと上記一般式(3)で表される化合物とをラジカル重合
する工程において、上記一般式(3)で表される化合物を含む溶液を連続的に滴下させる
ことを特徴とする[8]に記載のポリビニルエステル系重合体の製造方法。
(In the above formula (3), R2 is a metal atom, a hydrogen atom, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)
[1] The method for producing a polyvinyl ester polymer according to [8], characterized in that in the step of radically polymerizing a vinyl ester monomer and a compound represented by the general formula (3), a solution containing the compound represented by the general formula (3) is continuously added dropwise.
本発明のポリビニルアルコール系樹脂は高湿度下でのガスバリア性が高く、食品や薬品
等の包装材料のガスバリア層として好適に使用することができる。また、本発明のポリビ
ニルアルコール系樹脂は融点が低く、成形性に優れる。
また、モノマーとして一般式(3)の構造の化合物を用いることでポリビニルアルコー
ル樹脂を一般式(1)および/または一般式(2)の構造で変性することが可能であり、
さらに重合終了時に共重合モノマーの残存量が少ないために生産性に優れる。
The polyvinyl alcohol-based resin of the present invention has high gas barrier properties under high humidity conditions and can be suitably used as a gas barrier layer for packaging materials for foods, medicines, etc. In addition, the polyvinyl alcohol-based resin of the present invention has a low melting point and excellent moldability.
In addition, by using a compound having a structure of general formula (3) as a monomer, it is possible to modify a polyvinyl alcohol resin with a structure of general formula (1) and/or general formula (2),
Furthermore, the amount of copolymerization monomer remaining at the end of polymerization is small, resulting in excellent productivity.
以下、本発明につき更に詳細に説明する。本発明のポリビニルアルコール系樹脂(以下
、「PVA系樹脂」と記載することがある。)は、ポリビニルアルコール系樹脂中に、ビ
ニルアルコール構造単位、下記一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造
単位を有することを特徴とする。以下、本発明の各構成要素について説明する。
The present invention will be described in more detail below. The polyvinyl alcohol-based resin (hereinafter, sometimes referred to as "PVA-based resin") of the present invention is characterized in that it contains a vinyl alcohol structural unit and a structural unit represented by the following general formula (1) and/or general formula (2) in the polyvinyl alcohol-based resin. Each of the components of the present invention will be described below.
〔ビニルアルコール構造単位〕
本発明のPVA系樹脂は、ビニルアルコール構造単位を少なくとも有する。ビニルアル
コール構造単位は、ビニルエステル系モノマーに由来した構造単位をけん化することで得
ることができる。ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カ
プリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチッ
ク酸ビニル等が挙げられるが、経済的にみて中でも酢酸ビニルが好ましく用いられる。
[Vinyl alcohol structural unit]
The PVA resin of the present invention has at least a vinyl alcohol structural unit. The vinyl alcohol structural unit can be obtained by saponifying a structural unit derived from a vinyl ester monomer. Examples of the vinyl ester monomer include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valerate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl pivalate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, and vinyl versatate. Among them, vinyl acetate is preferably used from an economical viewpoint.
ポリビニルアルコール系樹脂におけるビニルアルコール単位の含有率は特に限定されな
いが、全構造単位を100モル%として、好ましくは40モル%以上99.9モル%未満
であり、より好ましくは50モル%以上99モル%以下、さらに好ましくは60モル%以
上98モル%以下である。含有率が40モル%未満であると、ガスバリア性が不十分とな
る場合がある。
The content of vinyl alcohol units in the polyvinyl alcohol resin is not particularly limited, but is preferably 40 mol% or more and less than 99.9 mol%, more preferably 50 mol% or more and 99 mol% or less, and even more preferably 60 mol% or more and 98 mol% or less, based on 100 mol% of all structural units. If the content is less than 40 mol%, the gas barrier property may be insufficient.
〔一般式(1)で表される構造単位〕
下記一般式(1)で表される構造単位は、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸また
はその塩または2-(アリルオキシメチル)アクリル酸エステルに由来した構造単位と、
ビニルアルコールまたはビニルエステル系モノマーに由来した構造単位がラクトン化して
得られる構造単位である。2-(アリルオキシメチル)アクリル酸の塩としてはナトリウ
ム塩、リチウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等が挙げられる。2-(
アリルオキシメチル)アクリル酸エステルとしては、2-(アリルオキシメチル)アクリ
ル酸メチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸エチル、2-(アリルオキシメチル
)アクリル酸n-プロピル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸i-プロピル、2-
(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸
i-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸t-ブチル、2-(アリルオキシメ
チル)アクリル酸n-ペンチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ヘキシル、
2-(アリルオキシメチル)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられるが、経済的に見て
中でも2-(アリルオキシメチル)アクリル酸メチルが好ましく用いられる。
[Structural unit represented by formula (1)]
The structural unit represented by the following general formula (1) is a structural unit derived from 2-(allyloxymethyl)acrylic acid or a salt thereof, or a 2-(allyloxymethyl)acrylic acid ester,
It is a structural unit obtained by lactonization of a structural unit derived from vinyl alcohol or a vinyl ester monomer. Examples of salts of 2-(allyloxymethyl)acrylic acid include sodium salts, lithium salts, potassium salts, calcium salts, and magnesium salts.
Examples of 2-(allyloxymethyl)acrylic acid esters include methyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, ethyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, i-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, and 2-
n-Butyl (allyloxymethyl)acrylate, i-butyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, t-butyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-pentyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-hexyl 2-(allyloxymethyl)acrylate,
Among them, 2-(allyloxymethyl) acrylate is preferably used from the economical viewpoint.
〔一般式(2)で表される構造単位〕
下記一般式(2)で表される構造単位中のR1は、金属原子、水素原子または炭素数1
~6のアルキル基であり、好ましくは水素原子、メチル基、エチル基であり、特に好まし
くはメチル基である。
一般式(2)で表される構造単位は、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸またはそ
の塩または2-(アリルオキシメチル)アクリル酸エステルに由来した構造単位である。
2-(アリルオキシメチル)アクリル酸の塩としてはナトリウム塩、リチウム塩、カリウ
ム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等が挙げられる。2-(アリルオキシメチル)アク
リル酸エステルとしては、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸メチル、2-(アリル
オキシメチル)アクリル酸エチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-プロピル
、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸i-プロピル、2-(アリルオキシメチル)ア
クリル酸n-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸i-ブチル、2-(アリル
オキシメチル)アクリル酸t-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ペン
チル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ヘキシル、2-(アリルオキシメチル
)アクリル酸シクロヘキシル等が挙げられるが、経済的に見て中でも2-(アリルオキシ
メチル)アクリル酸メチルが好ましく用いられる。
[Structural unit represented by formula (2)]
In the structural unit represented by the following general formula (2), R 1 is a metal atom, a hydrogen atom, or a compound having 1 carbon atom.
The alkyl group is an alkyl group having a substituent of 1 to 6, preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and particularly preferably a methyl group.
The structural unit represented by the general formula (2) is a structural unit derived from 2-(allyloxymethyl)acrylic acid or a salt thereof, or a 2-(allyloxymethyl)acrylic acid ester.
Examples of the salt of 2-(allyloxymethyl)acrylic acid include sodium salt, lithium salt, potassium salt, calcium salt, magnesium salt, etc. Examples of the 2-(allyloxymethyl)acrylic acid ester include methyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, ethyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, i-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-butyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, i-butyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, t-butyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-pentyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-hexyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, and cyclohexyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, with methyl 2-(allyloxymethyl)acrylate being preferred from an economical standpoint.
(上記式(2)中、R1は、金属原子、水素原子または炭素数1~6のアルキル基である
。)
(In the above formula (2), R 1 is a metal atom, a hydrogen atom, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)
本発明のPVA系樹脂は、上記一般式(1)および/または上記一般式(2)で表され
る構造単位を、樹脂中のモノマー構造単位の総量に対し、0.1~30モル%含有するこ
とが好ましく、特に好ましくは0.5~20モル%、更に好ましくは1~10モル%であ
る。
かかる含有量が上記特定の範囲内にあるとガスバリア性が良好かつ生産性に優れる傾向
があり好ましい。また、上記一般式(1)で表される構造単位と上記一般式(2)で表さ
れる構造単位の存在比率は上記一般式(1)で表される構造単位が多い方が好ましい。
The PVA-based resin of the present invention preferably contains the structural units represented by the above general formula (1) and/or the above general formula (2) in an amount of 0.1 to 30 mol %, particularly preferably 0.5 to 20 mol %, and further preferably 1 to 10 mol %, based on the total amount of monomer structural units in the resin.
When the content is within the above specific range, the gas barrier property and productivity tend to be good, which is preferable. In addition, the abundance ratio of the structural unit represented by the general formula (1) to the structural unit represented by the general formula (2) is preferably such that the structural unit represented by the general formula (1) is more.
〔エチレン構造単位〕
本発明のPVA系樹脂は、特にエチレンを共重合させると、共重合体の結晶性が下がり
、融点が低くなることによって、溶融成形が容易となるため好ましい。樹脂中のモノマー
構造単位の総量に対するエチレン構造単位の割合は、通常1~70モル%、好ましくは1
0~60モル%、特に好ましくは25~50モル%である。
[Ethylene structural unit]
The PVA-based resin of the present invention is preferably copolymerized with ethylene, since the crystallinity of the copolymer is reduced and the melting point is lowered, which facilitates melt molding. The ratio of the ethylene structural unit to the total amount of the monomer structural units in the resin is usually 1 to 70 mol %, preferably 1.
It is preferably from 0 to 60 mol %, more preferably from 25 to 50 mol %.
[その他構造単位]
また、本発明のPVA系樹脂は、発明の趣旨を損なわない範囲で、通常10モル%以下
にてエチレン以外の共重合可能なエチレン性不飽和モノマーを共重合させてもよい。
かかるモノマーとしては、プロピレン、1-ブテン、イソブテン等のオレフィン類;ア
クリル酸、メタクリル酸、クロトン酸、(無水)フタル酸、(無水)マレイン酸、(無水
)イタコン酸等の不飽和酸類、その塩または炭素数1~18のモノもしくはジアルキルエ
ステル類;アクリルアミド、炭素数1~18のN-アルキルアクリルアミド、N,N-ジ
メチルアクリルアミド、2-アクリルアミドプロパンスルホン酸またはその塩、アクリル
アミドプロピルジメチルアミン、その塩またはその4級塩等のアクリルアミド類;メタク
リルアミド、炭素数1~18のN-アルキルメタクリルアミド、N,N-ジメチルメタク
リルアミド、2-メタクリルアミドプロパンスルホン酸またはその塩、メタクリルアミド
プロピルジメチルアミン、その塩またはその4級塩等のメタクリルアミド類;N-ビニル
ピロリドン、N-ビニルホルムアミド、N-ビニルアセトアミド等のN-ビニルアミド類
;アクリルニトリル、メタクリルニトリル等のシアン化ビニル類;炭素数1~18のアル
キルビニルエーテル、ヒドロキシアルキルビニルエーテル、アルコキシアルキルビニルエ
ーテル等のビニルエーテル類;塩化ビニル、塩化ビニリデン、フッ化ビニル、フッ化ビニ
リデン、臭化ビニル等のハロゲン化ビニル類;ビニルトリメトキシシラン、ビニルメチル
ジメトキシシラン、ビニルジメトキシシラン等のビニルシラン類;酢酸アリル;酢酸2-
メチルアリル;3,4-ジアセトキシ-1-ブテン;ビニルエチレンカーボネート;塩化
アリル;アリルアルコール;2-メチルアリルアルコール;ジメチルアリルアルコール;
3,4-ジヒドロキシ-1-ブテン;トリメチル-(3-アクリルアミド-3-ジメチル
プロピル)-アンモニウムクロリド;アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸等
が挙げられる。
[Other structural units]
Furthermore, the PVA-based resin of the present invention may be copolymerized with a copolymerizable ethylenically unsaturated monomer other than ethylene, usually in an amount of up to 10 mol %, within the scope of the invention.
Examples of such monomers include olefins such as propylene, 1-butene, and isobutene; unsaturated acids such as acrylic acid, methacrylic acid, crotonic acid, (anhydrous) phthalic acid, (anhydrous) maleic acid, and (anhydrous) itaconic acid, their salts, and mono- or dialkyl esters having 1 to 18 carbon atoms; acrylamide, N-alkylacrylamide having 1 to 18 carbon atoms, N,N-dimethylacrylamide, 2-acrylamidopropanesulfonic acid or its salt, acrylamidopropyldimethylamine, its salt, and its quaternary salt; methacrylamide, N-alkylmethacrylamide having 1 to 18 carbon atoms, N,N-dimethylmethacrylamide, 2-methacrylamidopropanesulfonic acid or its salt, acrylamidopropyldimethylamine, its salt, and its quaternary salt; Sulfonic acid or its salt, methacrylamide propyl dimethylamine, its salt or its quaternary salt, and other methacrylamides; N-vinyl amides such as N-vinylpyrrolidone, N-vinylformamide, and N-vinylacetamide; vinyl cyanides such as acrylonitrile and methacrylonitrile; vinyl ethers such as alkyl vinyl ethers, hydroxyalkyl vinyl ethers, and alkoxyalkyl vinyl ethers having 1 to 18 carbon atoms; vinyl halides such as vinyl chloride, vinylidene chloride, vinyl fluoride, vinylidene fluoride, and vinyl bromide; vinyl silanes such as vinyl trimethoxysilane, vinyl methyl dimethoxysilane, and vinyl dimethoxysilane; allyl acetate; 2-
Methylallyl; 3,4-diacetoxy-1-butene; vinyl ethylene carbonate; allyl chloride; allyl alcohol; 2-methylallyl alcohol; dimethylallyl alcohol;
Examples of the acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid include 3,4-dihydroxy-1-butene; trimethyl-(3-acrylamido-3-dimethylpropyl)-ammonium chloride; and acrylamido-2-methylpropanesulfonic acid.
本発明のポリビニルアルコール系樹脂のけん化度は、通常80モル%以上、好ましくは
90モル%以上、特に好ましくは98モル%以上である。
The degree of saponification of the polyvinyl alcohol resin of the present invention is usually 80 mol % or more, preferably 90 mol % or more, and particularly preferably 98 mol % or more.
本発明のポリビニルアルコール系樹脂の平均重合度(JIS K 6726に準拠して測
定)は、通常200~5000、さらには300~3000、特には500~2200で
あることが好ましい。
The average degree of polymerization of the polyvinyl alcohol resin of the present invention (measured in accordance with JIS K 6726) is preferably usually 200 to 5,000, more preferably 300 to 3,000, and even more preferably 500 to 2,200.
本発明のポリビニルアルコール系樹脂は、ガラス転移点(Tg)が通常75~180℃
、好ましくは78~140℃、特に好ましくは82~120℃である。また、エチレンを
共重合させた場合の本発明によるPVA系樹脂は、ガラス転移点(Tg)が通常60~1
60℃、好ましくは65~130℃、特に好ましくは70~110℃である。かかるガラ
ス転移点(Tg)がより高いほうが、ガスバリア性に優れる傾向がある。なお、ガラス転
移点(Tg)は示差走査熱量計を用いて、2回目の昇温時に測定したとき(セカンド・ラ
ン)の温度である。
The polyvinyl alcohol resin of the present invention usually has a glass transition point (Tg) of 75 to 180° C.
The glass transition temperature (Tg) of the PVA-based resin according to the present invention in the case where ethylene is copolymerized therewith is usually 60 to 150° C., preferably 78 to 140° C., and particularly preferably 82 to 120° C.
The glass transition temperature (Tg) is preferably 60° C., more preferably 65 to 130° C., and particularly preferably 70 to 110° C. The higher the glass transition temperature (Tg), the better the gas barrier property tends to be. The glass transition temperature (Tg) is the temperature measured during the second heating run (second run) using a differential scanning calorimeter.
次に、本発明のポリビニルアルコール系樹脂を製造する方法について説明する。
本発明の一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビ
ニルアルコール系樹脂の製造方法としては、特に限定されるものではないが、一般式(2
)で表される構造単位を有するポリビニルエステル系重合体をけん化することにより製造
することが好ましく、更に、かかる一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニル
エステル系重合体は、ビニルエステル系モノマーと一般式(3)で表される化合物とをラ
ジカル重合して製造されたものであることが好ましい。
以下、上記製造方法について順に説明する。
Next, the method for producing the polyvinyl alcohol resin of the present invention will be described.
The method for producing the polyvinyl alcohol resin having the structural units represented by the general formula (1) and/or the general formula (2) of the present invention is not particularly limited, but may be a method for producing a polyvinyl alcohol resin having the structural units represented by the general formula (2
It is preferable that the polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by the general formula (2) is produced by radical polymerization of a vinyl ester monomer and a compound represented by the general formula (3).
The above manufacturing method will now be described in detail.
[一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニルエステル系重合体の製造方法(重
合工程)]
まず、下記一般式(3)で表される化合物について説明する。
下記一般式(3)で表される化合物中のR2は、金属原子、水素原子または炭素数1~
6のアルキル基であり、好ましくは水素原子、メチル基、エチル基であり、特に好ましく
はメチル基である。
下記一般式(3)で表される化合物として具体的には、例えば、2-(アリルオキシメチ
ル)アクリル酸、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸ナトリウム、2-(アリルオキ
シメチル)アクリル酸リチウム、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸カリウム、2-
(アリルオキシメチル)アクリル酸カルシウム、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸
マグネシウム、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸メチル、2-(アリルオキシメチ
ル)アクリル酸エチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-プロピル、2-(ア
リルオキシメチル)アクリル酸i-プロピル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n
-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸i-ブチル、2-(アリルオキシメチ
ル)アクリル酸t-ブチル、2-(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ペンチル、2-
(アリルオキシメチル)アクリル酸n-ヘキシル、2-(アリルオキシメチル)アクリル
酸シクロヘキシル等が挙げられ、好ましくは2-(アリルオキシメチル)アクリル酸メチ
ルである。
[Method for producing polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by formula (2) (polymerization step)]
First, the compound represented by the following general formula (3) will be described.
In the compound represented by the following general formula (3), R 2 is a metal atom, a hydrogen atom, or a C1-C1
6, preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and particularly preferably a methyl group.
Specific examples of the compound represented by the following general formula (3) include 2-(allyloxymethyl)acrylic acid, sodium 2-(allyloxymethyl)acrylate, lithium 2-(allyloxymethyl)acrylate, potassium 2-(allyloxymethyl)acrylate, 2-
Calcium 2-(allyloxymethyl)acrylate, magnesium 2-(allyloxymethyl)acrylate, methyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, ethyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, i-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, n-propyl 2-(allyloxymethyl)acrylate
-butyl, 2-(allyloxymethyl)acrylate i-butyl, 2-(allyloxymethyl)acrylate t-butyl, 2-(allyloxymethyl)acrylate n-pentyl, 2-
Examples of such acrylates include n-hexyl 2-(allyloxymethyl)acrylate and cyclohexyl 2-(allyloxymethyl)acrylate, with methyl 2-(allyloxymethyl)acrylate being preferred.
(上記式(3)中、R2は、金属原子、水素原子または炭素数1~6のアルキル基である
。)
(In the above formula (3), R2 is a metal atom, a hydrogen atom, or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.)
[重合工程]
ビニルエステル系モノマーと上記一般式(3)で表される化合物とのラジカル重合の方
法は、特に制限がなく、塊状重合、溶液重合、懸濁重合、分散重合、またはエマルジョン
重合等の公知の方法を採用することができるが、通常は溶液重合が行われる。
ラジカル重合時のモノマー成分の仕込み方法としては特に制限されず、一括仕込み、分
割仕込み、連続仕込み等の任意の方法が採用できるが、重合中に生成するポリマーに一般
式(3)で表される化合物が均一に取り込まれるため一般式(3)で表される化合物を含
む溶液を連続的に滴下させることが好ましい。
またエチレンを共重合させる場合には、例えばエチレン加圧重合を採用することができ
る。エチレンの圧力を調整することによって、その導入量を制御することが可能であり、
目的とするエチレン含有量により一概にはいえないが、圧力は通常1~80kg/cm2
から選択される。
[Polymerization process]
The method of radical polymerization of a vinyl ester monomer and a compound represented by the above general formula (3) is not particularly limited, and any known method such as bulk polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, dispersion polymerization, or emulsion polymerization can be adopted, but solution polymerization is usually carried out.
The method of feeding the monomer components during radical polymerization is not particularly limited, and any method such as bulk feeding, divided feeding, continuous feeding, etc. can be used. However, it is preferable to continuously dropwise add a solution containing the compound represented by general formula (3) so that the compound represented by general formula (3) is uniformly incorporated into the polymer produced during polymerization.
In the case of copolymerizing ethylene, for example, pressurized polymerization of ethylene can be adopted. By adjusting the pressure of ethylene, it is possible to control the amount of ethylene introduced.
Although it depends on the desired ethylene content, the pressure is usually 1 to 80 kg/ cm2.
is selected from.
かかるラジカル重合で用いられる溶媒としては、通常、メタノール、エタノール、プロ
パノール、ブタノール等の低級アルコール、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類
等、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類が挙げられ、工業的には、メタ
ノールが好適に使用される。溶媒の使用量は、目的とする重合度に合わせて、溶媒の連鎖
移動定数を考慮して適宜選択すれば良い。例えば、溶媒がメタノールの時は、溶媒/モノ
マー=0.01~10(質量比)、好ましくは0.05~3(質量比)程度の範囲から選
択される。
かかるラジカル重合で用いられる重合開始剤としては、例えば2,2’-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、過酸化ラウリル等の公知のラジカ
ル重合開始剤、2,2’-アゾビス(2,4-ジメチルバレロニトリル)、2,2’-ア
ゾビス(4-メトキシ-2,4-ジメチルバレロニトリル)等の低温重合用のラジカル重
合開始剤等が挙げられる。重合開始剤の使用量は、開始剤の種類により異なり一概には決
められず、重合速度に応じて任意に選択される。例えば、アゾイソブチロニトリルや過酸
化アセチルを用いる場合、ビニルエステル系モノマーに対して0.001~0.2モル%
が好ましく、特には0.01~0.1モル%が好ましい。
Solvents used in such radical polymerization usually include lower alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and esters such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate, and methanol is preferably used industrially. The amount of the solvent used may be appropriately selected in consideration of the chain transfer constant of the solvent according to the desired degree of polymerization. For example, when the solvent is methanol, the solvent/monomer ratio is selected from the range of about 0.01 to 10 (mass ratio), preferably about 0.05 to 3 (mass ratio).
Examples of polymerization initiators used in such radical polymerization include known radical polymerization initiators such as 2,2'-azobisisobutyronitrile, acetyl peroxide, benzoyl peroxide, and lauryl peroxide, and radical polymerization initiators for low-temperature polymerization such as 2,2'-azobis(2,4-dimethylvaleronitrile) and 2,2'-azobis(4-methoxy-2,4-dimethylvaleronitrile). The amount of polymerization initiator used varies depending on the type of initiator and is not generally determined, but is selected arbitrarily depending on the polymerization rate. For example, when azoisobutyronitrile or acetyl peroxide is used, it is 0.001 to 0.2 mol% based on the vinyl ester monomer.
is preferable, and 0.01 to 0.1 mol % is particularly preferable.
かかるラジカル重合の反応温度は、使用する溶媒や圧力により20℃~沸点程度とする
ことが好ましい。なお、重合終了まで一定温度で重合する必要はなく、例えばモノマーや
重合開始剤の追加仕込みとともに変更してもよい。
重合時間は、回分式の場合、1~20時間、更には2~12時間が好ましい。連続式の
場合、重合缶内での平均滞留時間は2~10時間、更には2~8時間が好ましい。重合時
間(滞留時間)が短過ぎると、高生産性(高重合率)を達成するための重合制御が難しく
なり、逆に長過ぎると生産性の面で問題があり好ましくない。
必要に応じて、重合禁止剤を添加して重合を停止させてもよい。重合禁止剤としては、
特に限定されず、例えば、ハイドロキノン、アニリン、アントラセン、ニトロベンゼン、
ジニトロベンゼン、トリニトロベンゼン、ベンゾニトリル、ベンゾフェノン、N,N-ジ
メチルホルムアミド、桂皮アルコール、桂皮酸、ソルビン酸等が挙げられる。重合停止後
は、蒸留を行うことにより、未反応のモノマー等が除去される。
The reaction temperature of such radical polymerization is preferably about 20° C. to the boiling point depending on the solvent and pressure used. It is not necessary to carry out the polymerization at a constant temperature until the end of the polymerization, and the temperature may be changed, for example, by adding monomers and a polymerization initiator.
In the case of a batch polymerization, the polymerization time is preferably 1 to 20 hours, more preferably 2 to 12 hours. In the case of a continuous polymerization, the average residence time in the polymerization tank is preferably 2 to 10 hours, more preferably 2 to 8 hours. If the polymerization time (residence time) is too short, it becomes difficult to control the polymerization to achieve high productivity (high polymerization rate), whereas if it is too long, it is not preferable because there is a problem in terms of productivity.
If necessary, a polymerization inhibitor may be added to terminate the polymerization. Examples of the polymerization inhibitor include:
Examples of the amine include, but are not limited to, hydroquinone, aniline, anthracene, nitrobenzene,
Examples of the solvent include dinitrobenzene, trinitrobenzene, benzonitrile, benzophenone, N,N-dimethylformamide, cinnamic alcohol, cinnamic acid, sorbic acid, etc. After the polymerization is terminated, unreacted monomers and the like are removed by distillation.
本発明のポリビニルエステル系重合体は上記一般式(2)で表される構造単位を、樹脂
中のモノマー構造単位の総量に対し、0.1~30モル%含有することが好ましく、特に
好ましくは0.5~20モル%、更に好ましくは1~10モル%である。かかる含有量が
特定の範囲内にあるとポリビニルエステル系重合体をけん化して得られるポリビニルアル
コール系樹脂のガスバリア性が良好かつ生産性に優れる傾向があり好ましい。
The polyvinyl ester polymer of the present invention preferably contains the structural unit represented by the above general formula (2) in an amount of 0.1 to 30 mol %, particularly preferably 0.5 to 20 mol %, and further preferably 1 to 10 mol %, based on the total amount of monomer structural units in the resin. If the content is within a specific range, the polyvinyl alcohol resin obtained by saponifying the polyvinyl ester polymer tends to have good gas barrier properties and excellent productivity, which is preferable.
[一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニルアル
コール系樹脂の製造方法(けん化工程)]
本発明の一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビ
ニルアルコール系樹脂は、以下で説明するけん化工程で、上記で得られた一般式(2)で
表される構造単位を有するポリビニルエステル系重合体をけん化することにより製造する
ことが好ましい。
上記で得られた一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニルエステル系重合体
を、撹拌機や混錬機等を用いた回分式、またはベルト上やカラム内等での連続式によりけ
ん化する。
けん化は、上記で得られた一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニルエステ
ル系重合体をアルコール又は含水アルコールに溶解し、アルカリ触媒又は酸触媒を用いて
行われる。アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、tert-ブ
タノール等が挙げられるが、メタノールが特に好ましく用いられる。アルコール中の共重
合体の濃度は系の粘度により適宜選択されるが、通常は4~60質量%の範囲から選ばれ
る。
[Method for producing polyvinyl alcohol resin having structural units represented by general formula (1) and/or general formula (2) (saponification step)]
The polyvinyl alcohol-based resin having the structural unit represented by general formula (1) and/or general formula (2) of the present invention is preferably produced by saponifying the polyvinyl ester-based polymer having the structural unit represented by general formula (2) obtained above in a saponification step described below.
The polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by general formula (2) obtained above is saponified by a batch method using a stirrer or kneader, or a continuous method on a belt or in a column.
The saponification is carried out by dissolving the polyvinyl ester polymer having the structural unit represented by the general formula (2) obtained above in alcohol or water-containing alcohol, and using an alkali catalyst or an acid catalyst. Examples of the alcohol include methanol, ethanol, propanol, and tert-butanol, and methanol is particularly preferred. The concentration of the copolymer in the alcohol is appropriately selected depending on the viscosity of the system, and is usually selected from the range of 4 to 60 mass %.
けん化に使用される触媒としては、特に限定されず、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、リチウムメチ
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;硫酸、塩酸、硝
酸、メタンスルフォン酸、ゼオライト、カチオン交換樹脂等の酸触媒が挙げられる。
けん化触媒の使用量については、けん化方法、目標とするけん化度等により適宜選択さ
れるが、アルカリ触媒を使用する場合は、一般式(2)で表される構造単位を有するポリ
ビニルエステル系重合体のモノマー構造単位の総量に対し、通常0.01~5モル%、好
ましくは0.2~1.7モル%が適当である。
The catalyst used for saponification is not particularly limited, and examples thereof include alkali catalysts such as hydroxides or alcoholates of alkali metals, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, sodium methylate, sodium ethylate, potassium methylate, and lithium methylate; and acid catalysts such as sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid, methanesulfonic acid, zeolite, and cation exchange resins.
The amount of the saponification catalyst used is appropriately selected depending on the saponification method, the desired degree of saponification, etc., but when an alkali catalyst is used, the amount is usually 0.01 to 5 mol %, preferably 0.2 to 1.7 mol %, based on the total amount of monomer structural units of the polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by general formula (2).
また、けん化反応の反応温度は、特に限定されないが、10~80℃が好ましく、より
好ましくは20~70℃である。けん化反応は通常0.5~5時間にわたって行なわれる
。これらの条件は所望のけん化度になるよう適宜調節する。
The reaction temperature of the saponification reaction is not particularly limited, but is preferably 10 to 80° C., and more preferably 20 to 70° C. The saponification reaction is usually carried out for 0.5 to 5 hours. These conditions are appropriately adjusted so as to obtain the desired degree of saponification.
けん化終了後、得られたスラリーを公知の方法で固液分離し、酢酸メチルやメタノール
等により洗浄し、必要に応じてストランド化の後にペレット化を行い、乾燥して本発明の
一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビニルアルコ
ール系樹脂が得られる。
またアルカリ触媒を用いた場合、けん化終了後に酢酸などの酸でアルカリ触媒を中和す
ることが好ましい。アルカリを中和することによりラクトン化が進行し、ポリビニルアル
コール系樹脂中の一般式(1)で表される構造単位が増加する。
After completion of saponification, the obtained slurry is subjected to solid-liquid separation by a known method, washed with methyl acetate, methanol, or the like, and, if necessary, stranded and then pelletized, and dried to obtain a polyvinyl alcohol-based resin having structural units represented by general formula (1) and/or general formula (2) of the present invention.
When an alkali catalyst is used, it is preferable to neutralize the alkali catalyst with an acid such as acetic acid after completion of saponification. By neutralizing the alkali, lactonization proceeds and the structural unit represented by general formula (1) in the polyvinyl alcohol resin increases.
本発明の一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビ
ニルアルコール系樹脂を各種用途に供するには、適した物性を付与する目的等により、異
なる他のPVA系樹脂と混合してもよい。
かかる他のPVA系樹脂としては、けん化度が異なるもの、重合度が異なるもの、変性
基が異なるもの、またその変性度が異なるものなどを挙げることができる。また、変性度
を調節するため等の目的で、未変性PVA系樹脂やエチレン-ビニルアルコール共重合体
を混合しても良い。
In order to provide the polyvinyl alcohol-based resin having the structural units represented by the general formula (1) and/or the general formula (2) of the present invention for various applications, the resin may be mixed with a different PVA-based resin for the purpose of imparting suitable physical properties to the resin.
Such other PVA-based resins include those having different degrees of saponification, different degrees of polymerization, different modifying groups, different degrees of modification, etc. For the purpose of adjusting the degree of modification, etc., an unmodified PVA-based resin or an ethylene-vinyl alcohol copolymer may be mixed.
〔添加剤〕
本発明の一般式(1)および/または一般式(2)で表される構造単位を有するポリビ
ニルアルコール系樹脂を各種用途に供するには、本発明の目的を阻害しない範囲において
、滑剤、無機塩(例えばハイドロタルサイト等)、可塑剤(例えばエチレングリコール、
グリセロール、ヘキサンジオール等の脂肪族多価アルコールなど)、酸素吸収剤、熱安定
剤、光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、着色剤、帯電防止剤、界面活性剤、抗菌剤、
アンチブロッキング剤、スリップ剤、充填材(例えば無機フィラー等)、他樹脂(例えば
ポリオレフィン、ポリアミド等)等を含有していても良い。
[Additives]
In order to use the polyvinyl alcohol resin having the structural units represented by the general formula (1) and/or the general formula (2) of the present invention for various applications, it is necessary to add lubricants, inorganic salts (e.g., hydrotalcite, etc.), plasticizers (e.g., ethylene glycol,
Aliphatic polyhydric alcohols such as glycerol and hexanediol), oxygen absorbers, heat stabilizers, light stabilizers, antioxidants, UV absorbers, colorants, antistatic agents, surfactants, antibacterial agents,
It may contain anti-blocking agents, slip agents, fillers (eg, inorganic fillers), other resins (eg, polyolefins, polyamides), and the like.
以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの
実施例に限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例において「部」及び
「 %」は、特に断りのない限り質量を基準とする。
The present invention will be described in more detail below with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following examples and comparative examples, "parts" and "%" are based on mass unless otherwise specified.
<実施例1>
[重合工程]
撹拌機、温度計、還流冷却管、試料投入口を備えた反応器に酢酸ビニル120質量部、
メタノール60質量部、蒸留したAOMA((株)日本触媒製、2-(アリルオキシメチ
ル)アクリル酸メチル)0.109質量部を仕込んだ。反応器を水浴に浸漬して水浴を加
熱して内液が沸騰するまで加熱した。ラジカル開始剤として2,2’-アゾビスイソブチ
ロニトリル0.12質量部を添加し、重合を開始した。重合開始と同時に蒸留したAOM
Aと酢酸ビニルの混合モノマーの滴下を開始した。滴下速度は10.5質量部/hrとし
、混合モノマーはAOMAと酢酸ビニルの重量比で6:94となるようにあらかじめ調製
したものを用いた。1.5時間重合させたのちに加熱を停止して、重合停止剤としてm-
ジニトロベンゼンを0.03質量部とメタノール200質量部を添加して重合を停止した
。このとき重合率は28%であった。得られた溶液から酢酸ビニルモノマーを除去するた
め、減圧下でメタノールと酢酸ビニルを留去した。適宜、粘度が上昇したところでメタノ
ールを添加することで残存する酢酸ビニルを追い出して変性ポリ酢酸ビニルのメタノール
溶液を得た。このメタノール溶液の一部を採取して乾燥させて変性ポリ酢酸ビニル(ポリ
ビニルエステル系重合体)を得た。得られた変性ポリ酢酸ビニルの1H-NMRを測定す
ることで変性率を算出したところ、AOMA変性率は1.6モル%であった。この値は、
重合開始前に仕込んだAOMA量と重合中に滴下したAOMA量を合算した量がポリマー
中にすべて取り込まれたと仮定して計算した変性率(1.6モル%)と一致しており、重
合系内に存在したAOMAがほぼすべて消費されたと言える。
[けん化工程]
続いて変性ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液を濃度8質量%になるまでメタノールで希
釈し、この変性ポリ酢酸ビニルメタノール溶液400質量部(変性ポリ酢酸ビニルとして
32質量部)を上記同様の反応器に仕込んだ。この反応器を水浴に浸漬して内温が65℃
となるように加温した。そこに3.5質量%の水酸化ナトリウムのメタノール溶液を8.
5質量部添加して、けん化反応を開始した。けん化反応が進むとけん化物が析出するが、
そのまま撹拌を継続した。水酸化ナトリウムのメタノール溶液を添加してから1.5時間
後に析出したけん化物を濾別して、再度反応器に仕込み、そこにメタノールを240質量
部添加して65℃に加温した。そこに3.5質量%の水酸化ナトリウムのメタノール溶液
8.5質量部を添加して2.5時間反応させることで、けん化反応を追い込んだ。その後
、酢酸0.36質量部を添加して中和を行い、メタノールで洗浄しながら吸引ろ過し、け
ん化物を取り出した。このけん化物にメタノール1000質量を加えて65℃で30分間
撹拌することでけん化物を洗浄した。洗浄後のけん化物は吸引ろ過で取り出したのち、真
空乾燥機で50℃で12時間乾燥させ、AOMAで変性されたポリビニルアルコール系樹
脂を得た。
Example 1
[Polymerization process]
A reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, and a sample inlet was charged with 120 parts by mass of vinyl acetate,
60 parts by mass of methanol and 0.109 parts by mass of distilled AOMA (manufactured by Nippon Shokubai Co., Ltd., 2-(allyloxymethyl)methyl acrylate) were charged. The reactor was immersed in a water bath, and the water bath was heated until the liquid inside boiled. 0.12 parts by mass of 2,2'-azobisisobutyronitrile was added as a radical initiator to initiate polymerization. At the same time as the start of polymerization, the distilled AOM was
The dropwise addition of a monomer mixture of AOMA and vinyl acetate was started. The dropwise addition rate was 10.5 parts by mass/hr, and the monomer mixture was prepared in advance so that the weight ratio of AOMA to vinyl acetate was 6:94. After polymerization for 1.5 hours, heating was stopped, and m-
The polymerization was terminated by adding 0.03 parts by mass of dinitrobenzene and 200 parts by mass of methanol. At this time, the polymerization rate was 28%. In order to remove the vinyl acetate monomer from the obtained solution, methanol and vinyl acetate were distilled off under reduced pressure. When the viscosity increased appropriately, methanol was added to expel the remaining vinyl acetate, thereby obtaining a methanol solution of modified polyvinyl acetate. A part of this methanol solution was sampled and dried to obtain modified polyvinyl acetate (polyvinyl ester polymer). The modification rate of the obtained modified polyvinyl acetate was calculated by measuring 1 H-NMR, and the AOMA modification rate was 1.6 mol%. This value was
This coincides with the modification rate (1.6 mol%) calculated on the assumption that the total amount of AOMA charged before the start of polymerization and the amount of AOMA dropped during polymerization was entirely incorporated into the polymer, and it can be said that almost all of the AOMA present in the polymerization system was consumed.
[Saponification step]
Next, the methanol solution of the modified polyvinyl acetate was diluted with methanol to a concentration of 8% by mass, and 400 parts by mass of this modified polyvinyl acetate methanol solution (32 parts by mass as modified polyvinyl acetate) was charged into the same reactor as above. The reactor was immersed in a water bath until the internal temperature reached 65° C.
The mixture was heated to a temperature of 8.5° C. A 3.5% by mass solution of sodium hydroxide in methanol was added thereto.
The saponification reaction was started by adding 5 parts by mass of ethyl alcohol. As the saponification reaction proceeded, a saponified product precipitated.
Stirring was continued as it was. The saponified product precipitated 1.5 hours after the addition of the methanol solution of sodium hydroxide was filtered off and charged again into the reactor, where 240 parts by mass of methanol was added and heated to 65 ° C. 8.5 parts by mass of a 3.5% by mass methanol solution of sodium hydroxide was added thereto and reacted for 2.5 hours to drive the saponification reaction. Thereafter, 0.36 parts by mass of acetic acid was added to neutralize, and the saponified product was removed by suction filtration while washing with methanol. 1000 mass of methanol was added to the saponified product and stirred at 65 ° C for 30 minutes to wash the saponified product. The washed saponified product was removed by suction filtration, and then dried in a vacuum dryer at 50 ° C for 12 hours to obtain a polyvinyl alcohol resin modified with AOMA.
<実施例2>
重合工程において、滴下速度を10.7質量部/hrとし、滴下に用いた混合モノマー
のAOMAと酢酸ビニルの重量比を8:92とし、重合時間を2時間とした以外は実施例
1と同様に行った。重合停止時の重合率は29%であった。得られた変性ポリ酢酸ビニル
の1H-NMRを測定することで変性率を算出したところ、AOMA変性率は2.7モル
%であった。この値は、重合開始前に仕込んだAOMA量と重合中に滴下したAOMA量
を合算した量がポリマー中にすべて取り込まれたと仮定して計算した変性率(2.7モル
%)と一致しており、重合系内に存在したAOMAがほぼすべて消費されていた。
Example 2
In the polymerization step, the dropping rate was 10.7 parts by mass/hr, the weight ratio of AOMA and vinyl acetate in the mixed monomer used for dropping was 8:92, and the polymerization time was 2 hours. The polymerization rate at the time of stopping the polymerization was 29%. The modification rate was calculated by measuring 1 H-NMR of the obtained modified polyvinyl acetate, and the AOMA modification rate was 2.7 mol%. This value coincides with the modification rate (2.7 mol%) calculated on the assumption that the total amount of AOMA charged before the start of polymerization and the amount of AOMA dropped during polymerization was all incorporated into the polymer, and almost all of the AOMA present in the polymerization system was consumed.
<比較例1>
汎用のポリビニルアルコール樹脂として、ゴーセノールNL-05(三菱ケミカル(株
)製、完全けん化ポリビニルアルコール、重合度:500)を用いた。
<Comparative Example 1>
As a general-purpose polyvinyl alcohol resin, Gohsenol NL-05 (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation, fully saponified polyvinyl alcohol, polymerization degree: 500) was used.
<比較例2>
[重合工程]
撹拌機、温度計、還流冷却管、試料投入口を備えた反応器に酢酸ビニル100質量部、
ノルボルネン3.38質量部(酢酸ビニルとノルボルネンのモル比として97:3)、メ
タノール20.7質量部を仕込んだ。反応器を水浴に浸漬して水浴を加熱して内液が沸騰
するまで加熱した。ラジカル開始剤として2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.0
104質量部を添加し、重合を開始した。5時間重合させたのちに加熱を停止して、重合
停止剤としてm-ジニトロベンゼンを0.005質量部とメタノール200質量部を添加
して重合を停止した。このとき重合率は33%であった。得られた溶液から酢酸ビニルモ
ノマーと2-ノルボルネンを除去するため、減圧下でメタノールと酢酸ビニルを留去した
。適宜、粘度が上昇したところでメタノールを添加することで残存する酢酸ビニルを追い
出して変性ポリ酢酸ビニルのメタノール溶液を得た。
[けん化工程]
けん化工程は実施例1と同様の操作を行い、変性ポリビニルアルコールを得た。変性率
は2.1モル%であった。ポリマー中の2-ノルボルネン由来のユニットのモル数は重合
時に仕込んだ2-ノルボルネンのモル数よりも少なく、実施例1や実施例2のAOMAを
用いた場合と比較して重合終了時に2-ノルボルネンが多く残存していることが分かった
。
<Comparative Example 2>
[Polymerization process]
A reactor equipped with a stirrer, a thermometer, a reflux condenser, and a sample inlet was charged with 100 parts by mass of vinyl acetate,
3.38 parts by mass of norbornene (molar ratio of vinyl acetate to norbornene of 97:3) and 20.7 parts by mass of methanol were charged. The reactor was immersed in a water bath and the water bath was heated until the liquid inside boiled. 0.0 parts by mass of 2,2'-azobisisobutyronitrile was used as a radical initiator.
104 parts by mass of m-dinitrobenzene was added to initiate polymerization. After polymerization for 5 hours, heating was stopped, and 0.005 parts by mass of m-dinitrobenzene and 200 parts by mass of methanol were added as a polymerization terminator to terminate the polymerization. At this time, the polymerization rate was 33%. In order to remove vinyl acetate monomer and 2-norbornene from the obtained solution, methanol and vinyl acetate were distilled off under reduced pressure. When the viscosity increased appropriately, methanol was added to drive out the remaining vinyl acetate, and a methanol solution of modified polyvinyl acetate was obtained.
[Saponification step]
The saponification step was carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a modified polyvinyl alcohol. The degree of modification was 2.1 mol%. The number of moles of units derived from 2-norbornene in the polymer was smaller than the number of moles of 2-norbornene charged during polymerization, and it was found that a larger amount of 2-norbornene remained at the end of polymerization compared to the cases where AOMA was used in Examples 1 and 2.
上記実施例1,2および比較例2で得られたポリビニルエステル系重合体、ポリビニル
アルコール系樹脂、比較例1で用いたポリビニルアルコール系樹脂について、下記測定を
行ない、その結果を表1に示した。
The polyvinyl ester polymers and polyvinyl alcohol resins obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Example 2, and the polyvinyl alcohol resin used in Comparative Example 1 were subjected to the following measurements. The results are shown in Table 1.
[測定方法]
<重合率の測定>
アルミカップに反応器内の重合液のサンプルを約1~2g量り取り、140℃の乾燥機
にて30分間乾燥した後、アルミカップに残ったサンプル量から、重合終了時の樹脂分率
を算出した。樹脂分率の測定の結果から反応したモノマーの重量を計算し、仕込みモノマ
ーと滴下したモノマーを合算した重量で割り重合率とした。
[Measurement method]
<Measurement of polymerization rate>
About 1 to 2 g of a sample of the polymerization liquid in the reactor was weighed out and placed in an aluminum cup, and after drying for 30 minutes in a dryer at 140° C., the resin fraction at the end of polymerization was calculated from the amount of sample remaining in the aluminum cup. The weight of the reacted monomer was calculated from the measurement result of the resin fraction, and divided by the combined weight of the charged monomer and the dropped monomer to obtain the polymerization rate.
<ポリ酢酸ビニル中の2-(アリルオキシメチル)アクリル酸メチル(AOMA)変性率
の測定>
ポリ酢酸ビニル中のAOMAの含有率(AOMA変性率)は1H-NMRにより測定し
た。装置はBruker 社製 Ascend 400を用い、測定温度は23℃とした
。溶媒にCDCl3を、内部標準にテトラメチルシランを用いた。3.3~4.3ppm
のピークがAOMAの構造単位のうちTHF環の酸素原子に隣接するメチレン(CH2)
2つとエステル基のメチル(CH3)の計7つ分の水素原子分のピーク(上記構造単位に
中のHa、図1における積分値a)であり、4.6ppm~5.3ppmのピークが酢酸
ビニルの構造単位のメチン(CH)のピーク(上記構造単位に中のHb、図1における積
分値b)である。
<Measurement of 2-(allyloxymethyl)methyl acrylate (AOMA) modification rate in polyvinyl acetate>
The content of AOMA in polyvinyl acetate (AOMA modification rate) was measured by 1H -NMR. The measurement temperature was 23°C using an Ascend 400 manufactured by Bruker. CDCl3 was used as the solvent and tetramethylsilane was used as the internal standard. 3.3 to 4.3 ppm
The peak is the methylene (CH 2 ) adjacent to the oxygen atom of the THF ring in the structural unit of AOMA.
The peaks at 4.6 ppm to 5.3 ppm are the peaks of the methine ( CH ) structural unit of vinyl acetate (H b in the structural unit above, integral value b in FIG. 1), which is a total of seven hydrogen atoms, including the two hydrogen atoms in the vinyl acetate structural unit and the methyl (CH) of the ester group (H a in the structural unit above, integral value a in FIG. 1).
<2-ノルボルネン変性PVOHの変性率の測定>
特許文献:特開2008-202048に記載の方法に従い、1H-NMRから算出し
た
<Measurement of Modification Ratio of 2-Norbornene Modified PVOH>
Calculated from 1 H-NMR according to the method described in Patent Document JP-A-2008-202048.
<平均重合度の測定>
平均重合度は、JIS K 6726-1994に準拠して分析を行った。
<Measurement of average polymerization degree>
The average degree of polymerization was analyzed in accordance with JIS K 6726-1994.
<融点、ガラス転移点(Tg)の測定>
ポリビニルアルコール系樹脂を示差走査熱量計(TA Instrument社製「Q
2000」)を用いて、N2流速50ml/minの条件、変調振幅5℃/min、変調
周期6secとして、-50℃から260℃まで5℃/分で昇温した後、5℃/分で-5
0℃まで冷却して3分保持し、再度-50℃から260℃まで5℃/分で昇温して測定を
実施した。2回目の昇温過程におけるリバーシングヒートフローからガラス転移点を、ト
ータルヒートフローの融解ピークから融点を求めた。
<Measurement of Melting Point and Glass Transition Point (Tg)>
The polyvinyl alcohol resin was measured using a differential scanning calorimeter (TA Instruments "Q
2000"), under the conditions of N2 flow rate 50 ml/min, modulation amplitude 5°C/min, modulation period 6 sec, the temperature was raised from -50°C to 260°C at 5°C/min, and then reduced to -5°C at 5°C/min.
The sample was cooled to 0° C. and held for 3 minutes, and then heated again from −50° C. to 260° C. at 5° C./min for measurement. The glass transition point was determined from the reversing heat flow during the second heating process, and the melting point was determined from the melting peak of the total heat flow.
<酸素透過度(OTR)の測定>
ポリビニルアルコール系樹脂の10質量%水溶液を調製し、表面がコロナ処理されたポ
リエチレンテレフタレートフィルム(厚み38μm)上に、バーコーターを用いて乾燥厚
みが3μmになるように塗工した。塗工したフィルムを乾燥処理(120℃×5分)して
、PETフィルム上にポリビニルアルコール系樹脂のフィルム層を形成した。この2層のフ
ィルムから、ポリビニルアルコール系樹脂のフィルム層を取り出し、取り出したフィルム
層の酸素透過度(OTR)の評価を行った。
酸素透過度(OTR、cc・3μm/m2・day・atm)は、温度23℃、湿度8
0%RHの条件下で、酸素透過度測定装置(MOCON 社製「OX-TRAN」)を用
いて測定した。
<Measurement of oxygen transmission rate (OTR)>
A 10% by weight aqueous solution of polyvinyl alcohol-based resin was prepared, and coated on a polyethylene terephthalate film (thickness 38 μm) whose surface had been corona-treated, using a bar coater so that the dry thickness was 3 μm. The coated film was dried (120° C. x 5 minutes) to form a film layer of polyvinyl alcohol-based resin on the PET film. The film layer of polyvinyl alcohol-based resin was taken out of this two-layer film, and the oxygen transmission rate (OTR) of the film layer taken out was evaluated.
Oxygen permeability (OTR, cc-3 μm/ m2 -day-atm) was measured at a temperature of 23°C and a humidity of 8
The measurement was carried out under the condition of 0% RH using an oxygen permeability measuring device ("OX-TRAN" manufactured by MOCON Co., Ltd.).
実施例1のポリビニルアルコール系樹脂を用いたフィルムは比較例1及び2のポリビニ
ルアルコール系樹脂を用いた場合と比較してガスバリア性に優れるものであることがわか
る。
実施例2のポリビニルアルコール系樹脂を用いたフィルムは、比較例1のポリビニルア
ルコール系樹脂を用いた場合と比較してガスバリア性に優れるものであり、また比較例2
のポリビニルアルコール系樹脂を用いた場合と同程度のガスバリア性を有するものである
が、実施例1のポリビニルアルコール系樹脂は比較例1および2のポリビニルアルコール
系樹脂と比べて融点が低く成形性に優れるものであることがわかる。
It is clear that the film using the polyvinyl alcohol-based resin of Example 1 has superior gas barrier properties compared to the films using the polyvinyl alcohol-based resins of Comparative Examples 1 and 2.
The film using the polyvinyl alcohol-based resin of Example 2 has a superior gas barrier property compared to the film using the polyvinyl alcohol-based resin of Comparative Example 1.
It can be seen that the polyvinyl alcohol-based resin of Example 1 has gas barrier properties similar to those of the polyvinyl alcohol-based resin of Comparative Examples 1 and 2, but the polyvinyl alcohol-based resin of Example 1 has a lower melting point and is excellent in moldability compared to the polyvinyl alcohol-based resins of Comparative Examples 1 and 2.
また、実施例1および2のポリビニルアルコール系樹脂製造時においては、比較例2の
ポリビニルアルコール系樹脂製造時に比べて共重合モノマーの残存量が少なく生産性に優
れるものであることが分かる。
Moreover, it is understood that when the polyvinyl alcohol-based resins of Examples 1 and 2 are produced, the amount of remaining copolymerization monomer is smaller than that when the polyvinyl alcohol-based resin of Comparative Example 2 is produced, and thus the productivity is excellent.
本発明のポリビニルアルコール系樹脂は、乾燥条件下のみならず、高湿度条件下におい
てもガスバリア性が良好であるので、この樹脂を用いたフィルムは、単層であっても、食
品包装材料、医薬品包装材料、工業薬品包装材料、農薬包装材料等の各種包装材料として
有用である。また、さらに単層または2層以上の他の樹脂層を積層し、本発明のPVA系
樹脂を含有する層を少なくとも1層有する積層体を形成した場合、より高湿度条件下にお
けるガスバリア性の低下が抑えられ、また機械的強度が増加するので、酸素によって品質
が劣化しうる物品の包装用材料として好適である。
The polyvinyl alcohol-based resin of the present invention has good gas barrier properties not only under dry conditions but also under high humidity conditions, so that a film using this resin, even if it is a single layer, is useful as various packaging materials such as food packaging materials, pharmaceutical packaging materials, industrial chemical packaging materials, agricultural chemical packaging materials, etc. Furthermore, when a single layer or two or more layers of other resin layers are further laminated to form a laminate having at least one layer containing the PVA-based resin of the present invention, the deterioration of gas barrier properties under high humidity conditions is further suppressed and the mechanical strength is increased, so that it is suitable as a packaging material for articles whose quality may deteriorate due to oxygen.
Claims (9)
特徴とするポリビニルアルコール系樹脂。
。) A polyvinyl alcohol-based resin having a structural unit represented by the following general formula (1) and/or the following general formula (2):
ノマー構造単位の総量に対し、0.1~30モル%含有することを特徴とする請求項1記
載のポリビニルアルコール系樹脂。 The polyvinyl alcohol-based resin according to claim 1, characterized in that the structural unit represented by the general formula (1) and/or the general formula (2) is contained in an amount of 0.1 to 30 mol % based on the total amount of monomer structural units in the resin.
ルアルコール系樹脂。 2. The polyvinyl alcohol resin according to claim 1, wherein the degree of saponification is 80 to 99.9 mol %.
ルコール系樹脂。 2. The polyvinyl alcohol resin according to claim 1, wherein the average degree of polymerization is 200 to 5,000.
重合体。 A polyvinyl ester polymer having a structural unit represented by the above general formula (2).
0.1~30モル%含有することを特徴とする請求項5記載のポリビニルエステル系重合
体。 The structural unit represented by the above general formula (2) is
6. The polyvinyl ester polymer according to claim 5, wherein the content is 0.1 to 30 mol %.
1記載のポリビニルアルコール系樹脂の製造方法であって、上記一般式(2)で表される
構造単位を有するポリビニルエステル系重合体をけん化する工程を有することを特徴とす
るポリビニルアルコール系樹脂の製造方法。 A method for producing the polyvinyl alcohol-based resin according to claim 1, which has a structural unit represented by the general formula (1) and/or the general formula (2), comprising a step of saponifying a polyvinyl ester-based polymer having a structural unit represented by the general formula (2).
合体の製造方法であって、ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で表される化合
物とをラジカル重合する工程を有することを特徴とするポリビニルエステル系重合体の製
造方法。
。) 6. A method for producing a polyvinyl ester polymer according to claim 5, which has a structural unit represented by the general formula (2), comprising a step of radically polymerizing a vinyl ester monomer and a compound represented by the following general formula (3):
工程において、上記一般式(3)で表される化合物を含む溶液を連続的に滴下させること
を特徴とする請求項8記載のポリビニルエステル系重合体の製造方法。 The method for producing a polyvinyl ester polymer according to claim 8, characterized in that in the step of radically polymerizing a vinyl ester monomer and the compound represented by the general formula (3), a solution containing the compound represented by the general formula (3) is continuously added dropwise.
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