JP6565274B2 - ポリビニルアセタール系樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
しかし、アセタール化度が11〜40モル%のポリビニルアセタール系樹脂を製造しようとすると、反応液中のポリビニルアセタール系樹脂の溶解性が低下し、また、ポリビニルアセタール系樹脂が完全に不溶化もしないので、製造装置内に多量のスケールが発生する。スケールが発生すると、回収率の低下、反応缶などの洗浄時間の増長、コンタミの発生などが生じるので、製造効率が低下する。
しかし、ケン化度の高いポリビニルアルコールを原料として用いた場合、ポリビニルアルコールが水とアルコールの混合溶媒に完溶せず、一部のポリビニルアルコールが不溶となり製造効率が低下するという問題が生じる。
さらに、特許文献3には、反応溶媒として初期は水を用い、ポリビニルアルコールと芳香族アルデヒドとをアセタール化反応させるポリビニルアセタール樹脂の製造方法であって、中和処理前にアルコールを添加して混合溶媒とする方法が記載されている。
しかし、これらの方法ではスケールの発生は抑制できるものの、アセタール化度が10モル%を超える場合、アセタール化反応が不均一反応となるので、ポリビニルアセタール樹脂中のアセタール分布が不均一となる。したがって、得られたポリビニルアセタールをリチウムイオン二次電池電極用のバインダーとして使用する際の溶媒(NMP:N−メチルピロリドン、DMF:ジメチルホルムアミドなど)への溶解が遅くなるので、生産効率が低下するおそれがあり、未溶解が発生した場合に電池が不良品となるおそれもある。
また、このポリビニルアセタール樹脂はアセタール分布が均一であるので、NMPなどの溶媒への溶解が速くなり、均一な溶液にできるという効果が得られる。
さらに、このポリビニルアセタール樹脂を含むリチウムイオン二次電池電極用バインダーは、溶媒に均一に溶解させることができるので、リチウムイオン二次電池電極の不良品が発生し難いという効果が得られる。
本発明のポリビニルアセタール系樹脂は、ポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒド化合物とをアセタール化反応させることによって得られる。以下、ポリビニルアルコール系樹脂(以下、PVOHという。)とアルデヒド化合物について説明する。
本発明で用いられるPVOHは、通常、ビニルエステル系単量体を重合して得られるポリビニルエステルをケン化することにより得ることができる。
上記ビニルエステル系単量体としては、例えば、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。なかでも、経済性の観点から酢酸ビニルが好適である。
これらの単量体は、1種を単独で、又は2種以上を併用してもよい。
上記エチレン性不飽和単量体としては特に限定されず、例えば、プロピレン、イソプロピレン、ブチレン、イソブチレン、ペンチレン、へキシレン、シクロヘキシレン、シクロヘキシルエチレン、シクロヘキシルプロピレン等のα−オレフィン;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、3−ブテン1,2ジオール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類;さらにビニレンカーボネート類やアクリル酸、メタクリル酸、(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あるいはその塩あるいはモノ又はジアルキルエステル;アクリロニトリル等のニトリル類;アクリルアミド、メタクリルアミド等のアミド類;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等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩;3,4−ジヒドロキシ−1−ブテン、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン等の3,4−ジアシロキシ−1−ブテン;3−アシロキシ−4−ヒドロキシ−1−ブテン、4−アシロキシ−3−ヒドロキシ−1−ブテン、3,4−ジアシロキシ−2−メチル−1−ブテン、4,5−ジヒドロキシ−1−ペンテン、4,5−ジアシロキシ−1−ペンテン、4,5−ジヒドロキシ−3−メチル−1−ペンテン、4,5−ジアシロキシ−3−メチル−1−ペンテン、5,6−ジヒドロキシ−1−ヘキセン、5,6−ジアシロキシ−1−ヘキセン等のグリセリンモノアリルエーテル;2,3−ジアセトキシ−1−アリルオキシプロパン;2−アセトキシ−1−アリルオキシ−3−ヒドロキシプロパン;3−アセトキシ−1−アリルオキシ−2−ヒドロキシプロパン;グリセリンモノビニルエーテル;グリセリンモノイソプロペニルエーテルなどが挙げられる。
更に、ビニルエチレンカーボネートや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、ビニルジメチルメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルジメチルエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルメチルジメトキシシラン、アリルジメチルメトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、アリルメチルジエトキシシラン、アリルジメチルエトキシシラン、ビニルトリス(β−メトキシエトキシ)シラン、ビニルイソブチルジメトキシシラン、ビニルエチルジメトキシシラン、ビニルメトキシジブトキシシラン、ビニルジメトキシブトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルメトキシジヘキシロキシシラン、ビニルジメトキシヘキシロキシシラン、ビニルトリヘキシロキシシラン、ビニルメトキシジオクチロキシシラン、ビニルジメトキシオクチロキシシラン、ビニルトリオクチロキシシラン、ビニルメトキシジラウリロキシシラン、ビニルジメトキシラウリロキシシラン、ビニルメトキシジオレイロキシシラン、ビニルジメトキシオレイロキシシラン等が挙げられる。また、ヒドロキシメチルビニリデンジアセテートも挙げられ、具体的には、1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジプロピオニルオキシ−2−メチレンプロパン、1,3−ジブチロニルオキシ−2−メチレンプロパンなどが挙げられる。中でも、1,3−ジアセトキシ−2−メチレンプロパンが製造容易性の点で好ましく用いられる。
また、チオール酢酸、メルカプトプロピオン酸等のチオール化合物の存在下で、酢酸ビニル等のビニルエステル系単量体とエチレンを共重合し、それをケン化することによって得られる末端変性ポリビニルアルコールも用いることができる。
これらの単量体は、1種を単独で、又は2種以上を併用してもよい。
前記アルカリ触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、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を用いることができる。
通常、無水アルコール系溶媒下、アルカリ触媒を用いたエステル交換反応が反応速度の点や脂肪酸塩等の不純物を低減できるなどの点で好適に用いられる。
かかる有機溶媒としては、例えば、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルホルムアミドなどのアミド系溶媒、ジメチルスルホキサイドなどのスルホキサイド、メタノール、エタノール等の炭素数1〜4の低級アルコール、1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロ−2−プロパノール等のアルコール系溶媒が挙げられる。
PVOHを溶媒に溶解する方法としては、例えば、オートクレーブで加圧した状態で120℃程度の高温下での溶解する方法などが挙げられる。
本発明で用いられるアルデヒド化合物としては、例えば、アルキルアルデヒドや芳香族アルデヒドであり、具体的には、ブチルアルデヒド、プロピルアルデヒド、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド等が挙げられる。
エチレン性不飽和結合を含む官能基におけるエチレン性不飽和結合の数は、通常1〜5であり、好ましくは1〜3である。このとき、芳香族化合物の芳香族性を構成するエチレン性不飽和結合は架橋能を有さないため、本発明における「エチレン性不飽和結合」には含まれない。
なお、エチレン性不飽和結合を含む官能基はカルボニル基、アミド結合等、エチレン性不飽和結合以外の不飽和結合を有することも可能である。
これらのアルデヒド化合物は、1種を単独で、又は2種以上を併用してもよい。
アセタール化反応は公知一般の条件で行なうことができる。通常、PVOH水溶液に酸触媒の存在下でアルデヒド化合物を添加し、アセタール化反応させる。アセタール化反応の進行に伴い、ポリビニルアセタール系樹脂粒子が析出し、以降は不均一系で反応を進める方法が一般的に行われているが、本発明ではアセタール化反応が均一系で行われる。
なお、通常、PVOHを含む水溶液を調製するにあたり、液を加温溶解することが好ましいが、上記I)〜III)においては特記しない限り、加温溶解後、常温に冷却した水溶液を意味する。
また、本発明においては、PVOHをアセタール化するのに必要なアルデヒド化合物の一部を添加し、後述の炭素数1〜4のアルコールを水中に添加した後に、残りのアルデヒド化合物を添加してアセタール化を完結させても良い。
ここで、反応液の粘度が上昇し始めたときは、撹拌のトルクが上昇し始めたり、缶壁と反応液の液面の接点が低下し始めることで察知することができる。
かかる中和剤としては、アルカリ化合物が用いられ、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物、炭酸ナトリウム、炭酸カルシウムなどのアルカリ金属の炭酸物のほか、アンモニア、トリエチルアミン、ピリジンなどのアミン系化合物が挙げられる。
反応終了後にアセトン等の非水系溶媒を添加することによって、粉末状の反応生成物が得られる。必要に応じて洗浄した後、乾燥させることで、本発明のポリビニルアセタール系樹脂が得られる。
本発明のリチウムイオン二次電池電極用バインダー(以下、電極用バインダーともいう。)は、本発明のポリビニルアセタール樹脂を含む。
本発明の電極用バインダーにおいては、本発明のポリビニルアセタール樹脂とともに、他のポリビニルアセタール樹脂が配合されていてもよい。
また、他の配合剤が配合されていてよく、例えば、光安定剤、紫外線吸収剤、増粘剤、レベリング剤、チクソ化剤、消泡剤、凍結安定剤、艶消し剤、架橋反応触媒、顔料、硬化触媒、架橋剤{ホウ酸、メチロール化メラミン、炭酸ジルコニュム、ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)等}、皮張り防止剤、分散剤、湿潤剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、レオロジーコントロール剤、成膜助剤、防錆剤、染料、可塑剤、潤滑剤、還元剤、防腐剤、防黴剤、消臭剤、黄変防止剤、静電防止剤または帯電調整剤等が配合されていてもよい。それぞれの目的に応じて選択したり、組み合わせたりして配合することができる。
重合度(P)2600、ケン化度(SV)99モル%のPVOH15gを水235gの入ったビーカーに投入し、攪拌、分散させた後、90℃に昇温し、1. 5時間かけて溶解させた。
得られたPVOH水溶液を6%濃度に調整し、その250gを10℃に調温し、これに濃度35%の塩酸1.6gを加え、さらにブチルアルデヒド2.7gを10分間かけて滴下した。1時間反応を行って撹拌のトルクが上昇し始めたとき、すなわち反応液の粘度上昇が開始したときに(この時のアセタール化度は7%であった)、メタノールを256g加え、濃度35%の塩酸9.2gを10分間かけて添加した。その後、溶液を25℃で30分反応させ、更に60℃で5時間維持して反応させ、炭酸ナトリウム水溶液で中和して反応を完結させ、ポリビニルブチラール(PVB)樹脂溶液を得た。
PVB溶液に256gのメタノールを加えた後、アセトン2567gを加えPVB樹脂を析出させた。得られたPVB樹脂をろ過し、アセトン/水(=9/1)の混合溶媒で洗浄した後、アセトン500mLで3回洗浄し、80℃で乾燥させることで、PVB樹脂が得られた。得られたPVB樹脂のアセタール化度は22%であった。
得られたPVB樹脂をNMPに7%となる様に80℃で溶解させたところ、20分で完溶した。
重合度(P)2600、ケン化度(SV)99モル%のPVOH15gを水235gに90℃で溶解させ、樹脂分測定を行い、6%のPVOH水溶液を250gに調整した。同量のメタノールを水溶液に加え50/50のメタノール/水混合液の作製を試みたが、ポリマーが析出し均一な溶液を得ることができなかった。
重合度(P)2600、ケン化度(SV)99モル%のPVOH15gを水235gに90℃で溶解させ、樹脂分測定を行い、6%のPVOH水溶液を250gに調整した。
10℃以下に調温し、35%濃度の塩酸1. 6gを加えてブチルアルデヒド7. 9gを10分間かけて滴下し、10℃で1時間熟成を行った。この溶液に35%濃度の塩酸9.2gを10分間かけて加え30分熟成させた後、60℃に昇温して5時間熟成させた。反応後、塩酸をナトリウム水溶液で中和した。メタノールを256g加えて、析出していたPVB樹脂を溶解した後、更に256gのメタノールを加え、アセトン2567gを加えることで晶析が起こり、PVB樹脂が得られた。得られたPVB樹脂をろ過し、アセトン/水(=9/1)の混合溶媒で洗浄した後、アセトン500mLで3回洗浄し80℃で乾燥させることでPVB樹脂が得られた。得られたPVB樹脂のアセタール化度は22%であった。
得られたPVB樹脂をNMPに7%となる様に80℃で溶解させたところ、完溶までに40分を要した。
Claims (2)
- アセタール化度が11〜40モル%であるポリビニルアセタール系樹脂を製造する方法であって、
ケン化度が97モル%以上のポリビニルアルコール系樹脂とアルデヒド化合物とを水中で反応させ、その反応液の粘度が上昇し始めたときに、炭素数1〜4のアルコールを前記反応液中に添加することを特徴とするポリアセタール系樹脂の製造方法。 - 前記炭素数1〜4のアルコールの添加量が、前記反応液中の水100重量部に対して、50〜150重量部であることを特徴とする請求項1記載のポリアセタール系樹脂の製造方法。
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