JP7422530B2 - アルキレンオキシド重合体の曇点測定用溶媒 - Google Patents
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Description
分子量測定の正確性の観点では、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)法が優れている。しかしながら、GPC法には多くの装置の組合せが必要で、測定試料の準備も含め、測定時間が比較的長い方法である。また、別の方法として、溶液粘度を分子量の指標とする方法は古くから用いられており、比較的短時間で測定可能な方法である。ただし、この方法は、分子量の低い領域の重合体の場合、粘度の差が現れにくく、精度が十分とは言えなくなる場合が有る。
曇点の測定方法は、簡便な方法であり比較的短時間に測定結果を得ることができる。この為、曇点測定で分子量を把握できれば、アルキレンオキシド重合体の製造プロセスに大変有益であると考えられる。
末端を炭化水素基で封止した構造のアルキレンオキシド重合体の水溶液に関しては、比較的低温で曇点を示し、曇点と分子量とに比較的リニアな関係があることは公知である。
・比較的高温である。
・分子量と曇点の関係は、末端封止型アルキレンオキシドとは以下の点で傾向が異なる。
分子量が高い方が曇点が低い場合がある。(末端封止型アルキレンオキシド重合体はこの関係が逆であり、よって分子量と曇点とがリニアな関係にあるかは不明と考えられる。)
更にアルキレンオキシド重合体の分子量が3000未満の様な低分子量領域では、特に比較的低温で曇点を示し難い場合があることも分かってきた。
上記のような低分子量領域のアルキレンオキシド重合体は、適用される用途が多く、その効率的な分子量情報の取得は社会への貢献が大きい。
[1] 全重合体末端を100モル%として、その70モル%以上がOH基であるアルキレンオキシド重合体(II)の曇点を測定するための溶媒であって、電解質塩(a)と、ハンセン溶解度パラメーター(HSP)値が20~35(J/cm3)0.5の範囲の有機化合物(b)と、水(c)とを含む曇点測定用溶媒。
[2] 前記電解質塩(a)と前記有機化合物(b)との合計の濃度が0.6~35質量%である[1]に記載の曇点測定用溶媒。
[3] 前記電解質塩(a)の濃度が0.1~30質量%の範囲である[1]又は[2]に記載の曇点測定用溶媒。
[4] 前記有機化合物(b)の濃度が0.5~10質量%である[1]~[3]のいずれかに記載の曇点測定用溶媒。
[5] 前記の電解質塩(a)が、酸素を含む塩である[1]~[4]のいずれかに記載の曇点測定用溶媒。
[6] 前記有機化合物(b)のHSP値が20~26(J/cm3)0.5の範囲の化合物である[1]~[5]のいずれかに記載の曇点測定用溶媒。
[7] [1]~[6]のいずれかに記載の曇点測定用溶媒と、前記アルキレンオキシド重合体(II)と、を含む曇点測定用組成物。
[8] 前記アルキレンオキシド重合体(II)の濃度が0.3~25質量%である[7]に記載の曇点測定用組成物。
一方、末端封止型のアルキレンオキシド重合体の水溶液の曇点と分子量との関係とは異なり、前記の様なOH基の多いアルキレンオキシド重合体(II)では分子量が低くなるほど曇点が上昇する傾向がある。特に分子量3000未満の様な比較的分子量の低いアルキレンオキシド重合体(II)の場合、その水溶液が大気圧下、100℃未満の温度では曇点が現れない場合や、曇点が高温になる場合があることを見出している。
本発明者らは、電解質塩と共に特定の有機化合物を含む水溶液は、比較的分子量の低いアルキレンオキシド重合体(II)についても、実用的な範囲で曇点が観測される曇点測定用溶媒になることを見出した。
上記の電解質塩(a)としては、塩化リチウム、塩化ナトリウム(食塩を含む)、塩化カリウムなどの塩化物塩、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化カリウムなどのフッ化物塩、臭化リチウム、臭化ナトリウム、臭化カリウムなどの臭化物塩、ヨウ化リチウム、ヨウ化ナトリウム、ヨウ化カリウムなどのヨウ化物塩、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム、硝酸アンモニウムなどの硝酸塩、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸アンモニウムなどの硫酸塩、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸アンモニウムなどの炭酸塩等を挙げることができる。これらの中でも炭酸塩、硫酸塩、硝酸塩などの酸素を含む塩は、より少ない重合体濃度でも曇点測定が可能である点で好ましい。また、金属イオンの視点からはナトリウム塩、カリウム塩の態様が好ましい。
本発明に係る曇点測定用溶媒は、ハンセン溶解度パラメータ(HSP)が20~35((J/cm3)0.5)の範囲にある有機化合物(b)を含む。HSP値がこの範囲にある有機化合物は、水に溶解する性質を示す化合物である。前記のHSP値は20~26((J/cm3)0.5)の範囲であることがより好ましい。
また本発明の有機化合物(b)の沸点は水の沸点に近いレベルかそれ以上であることが、曇点の測定範囲を広げる意味で好ましい。具体的には、常圧での沸点が60℃以上が好ましく、より好ましくは75℃以上であり、さらに好ましくは90℃以上であり、特に好ましくは95℃以上である。一方、その上限値は原理的に制限は無い。好ましくは300℃であり、より好ましくは250℃である。
この様な濃度であれば、低分子量の重合体、好ましくは数平均分子量が3000未満、特に1500以下のアルキレンオキシド重合体(II)であっても曇点を測定することができる。低分子量の重合体としては数平均分子量の下限値として500程度まで対応することができ、より好ましい下限値は800、さらに好ましい下限値は1000である。
上記の濃度は、アルキレンオキシド重合体(II)の種類、分子量、末端構造等に応じて、適宜選択することができる。
水(c)と溶質(電解質塩(a)と有機化合物(b))とを所定の割合で混合し、曇点測定用溶媒(I)を調製する。次いで、温度センサー、撹拌装置を取り付けたガラス製容器に、この溶媒(I)とアルキレンオキシド重合体(II)とを所定の割合で装入して水溶液とする。次いで、この水溶液を加温し、液の濁りが均一になったところで、液温を確認しながら(空気中で)徐冷する。液が濁った状態から透明に変化した時点の温度を曇点とする。
また、分子量3000以上のアルキレンオキシド重合体の製造を目的としている場合は、さらに高分子量の検量線作成用重合体、目的の分子量近くの重合体を用いて、検量線を作成すればよい。
検量線作成用重合体の分子量の下限値は特に制限は無いが、好ましくは500、より好ましくは800である。
上記製造工程の途中、反応装置から抜き出すなどの作業により得られた重合体試料を用い、検量線測定時と同様の条件で曇点を測定する。その曇点に対応する分子量の情報を検量線から読み取り、分子量として記録する。
これにより、重合工程途中の分子量の情報をレスポンス良く取得することができる。勿論、より確度の高い情報を得るため、その後に、同試料の分子量をGPC等で測定してもよい。
本発明者の検討により、本発明に係るアルキレンオキシド重合体(II)は、前記の電解質(a)と有機化合物(b)とを併用した水溶液において、曇点と分子量とがある程度のリニアな関係を示すことを見出し、これが分子量測定用の検量線と出来ることを見出している。上記の様な従来と異なる曇点と分子量との関係を示しつつも、曇点と分子量との間にある程度のリニアな関係を持つ得る事までは、従来の知見からは一義的に導くのは困難ではないかと本発明者らは考えている。その観点では今回見出した曇点と分子量との関係は予想外と言うことも出来る。
本発明の曇点測定用溶媒を用いて曇点測定が可能なアルキレンオキシド重合体としては、特に制限はないが、実施例に示すエチレンオキシド重合体(ポリエチレングリコール)の他、炭素数3以上のアルキレンオキシドの単独重合体や、エチレンオキシドと炭素数3以上のアルキレンオキシドの1種以上との共重合体、炭素数3以上のアルキレンオキシドの2種以上の共重合体、さらには、これらのアルキレンオキシドとともにラクトン等の環状エステルを併用して重合した共重合体などが挙げられる。なかでも、エチレンオキシド重合体、エチレンオキシドと炭素数3以上のアルキレンオキシドの1種以上との共重合体が好ましい。
本発明の曇点測定用組成物に使用されるアルキレンオキシド重合体(II)は、その全ての末端を100モル%として、70モル%以上がOH基である。好ましくは、80モル%以上、さらに好ましくは85モル%以上、特に好ましくは90モル%以上である。また、本発明に用いられるアルキレンオキシド重合体(II)の分子量は、曇点の測定が可能な限りにおいては特に制限は無いが、好ましい下限値は500であり、より好ましくは800である。一方、好ましい上限値は10万、より好ましくは5万、さらに好ましくは1万である。また、前記の通り、本発明に用いられるアルキレンオキシド重合体(II)の分子量は、3000未満であっても構わない。本発明に用いられるアルキレンオキシド重合体(II)の水酸基価は、繰り返し構造単位や末端の構造によって好ましい範囲が異なる場合があるが、例えば直鎖型で水酸基が1分子当たり2個のポリエーテルジオール(全重合体末端の100%がOH基の態様に該当)の場合、その水酸基価の好ましい範囲は、5以上、250以下である。より好ましい下限値は10であり、さらに好ましくは15であり、特に好ましくは20である。一方、そのより好ましい上限値は、200であり、さらに好ましくは170であり、特に好ましくは150である。水酸基価はJISK1557の「プラスチック-ポリウレタン原料ポリオール試験方法-第1部:水酸基価の求め方」のA法又はB法に準拠して測定することができる。水酸基価の単位は(mgKOH/g)である。
アルキレンオキシド重合体の製造方法(重合方法)は特に限定されず、従来公知の方法を何れも使用することができる。通常は、特許文献1~6に示すように触媒や開始剤を用いて反応を開始する。なかでも、水酸化ナトリウム等の塩基を触媒に、エチレングリコール等のアルコールを開始剤として、アルキレンオキシドを開始剤に開環付加重合する方法が、比較的低分子量のアルキレンオキシド重合体を得るために好ましく使用できる。
1.使用した材料
・数平均分子量が特定された下記8種のポリエチレングリコール(重合体末端の100モル%がOH基)
分子量:562、587、692、795、889、1004、1372,1496、
・純水
・市販の試薬:硫酸ナトリウム、炭酸カリウム、1-プロパノールを用い、下記濃度の水溶液を準備する。
炭酸カリウム :12.4wt%水溶液
硫酸ナトリウム:12wt%水溶液
1-プロパノール:2wt%水溶液、5wt%水溶液
下記表1~表4の条件に従い、以下のような操作を行った。
外径約30mm、長さ約125~150mmの試験管に、特定濃度の各種水溶液と、上記ポリエチレングリコール(PEG)と、純水とを、所定のポリマー濃度となる重量比で装入する。
前記試験管に、かき混ぜ装置と温度センサーとを付して密閉し、撹拌しながら濁りが一定になるまでオイルバスで昇温させる。(内温は原則100℃以下)
その後、オイルバスから取り出し、撹拌しながら、徐冷(空冷)し、透明になった温度を記録する。(1回の操作はおよそ15~20分で完了する。)
上記の操作を3回行い、その平均値を曇点とする。
表1の条件で曇点を測定した。
表2の条件で曇点を測定した。
表3の条件で曇点を測定した。なお、1-プロパノールのHSP値は24.6((J/cm3)0.5)である。
その結果を横軸:曇点、縦軸:分子量のグラフを作成し、図1とした。図1には、1-プロパノールを添加していない参考例1の結果(0%)も併せて示す。
表4の条件で曇点を測定した。
その結果を横軸:曇点、縦軸:分子量のグラフを作成し、図2とした。図2には、1-プロパノールを添加していない参考例2の結果(0%)も併せて示す。
この為、特定の有機化合物を含む本発明の曇点測定用溶媒は、より低分子量の重合体の分子量情報を得るのに好ましい溶媒であることが分かる。
本発明に係る曇点測定用溶媒を用いれば、特に低分子量のアルキレンオキシド重合体の製造における分子量を簡単且つ相対的に短時間で測定することができ、特に重合初期における重合条件(重合時間等)を決定することができる。
Claims (8)
- 全重合体末端を100モル%として、その70モル%以上がOH基であるアルキレンオキシド重合体(II)を含む組成物の曇点を測定するための溶媒であって、電解質塩(a)と、ハンセン溶解度パラメーター(HSP)値が20~35(J/cm3)0.5の範囲の有機化合物(b)と、水(c)とを含み、前記アルキレンオキシド重合体(II)の分子量が3000未満である、曇点測定用溶媒。
- 前記電解質塩(a)と前記有機化合物(b)との合計の濃度が0.6~35質量%である請求項1に記載の曇点測定用溶媒。
- 前記電解質塩(a)の濃度が0.1~30質量%の範囲である請求項1又は2に記載の曇点測定用溶媒。
- 前記有機化合物(b)の濃度が0.5~10質量%である請求項1~3の何れか1項に記載の曇点測定用溶媒。
- 前記の電解質塩(a)が、酸素を含む塩である請求項1~4の何れか1項に記載の曇点測定用溶媒。
- 前記有機化合物(b)のHSP値が20~26(J/cm3)0.5の範囲の化合物である請求項1~5の何れか1項に記載の曇点測定用溶媒。
- 請求項1~6の何れか1項に記載の曇点測定用溶媒と、前記アルキレンオキシド重合体(II)と、を含む曇点測定用組成物。
- 前記アルキレンオキシド重合体(II)の濃度が0.3~25質量%である請求項7に記載の曇点測定用組成物。
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