JPH1087741A - ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の製造方法 - Google Patents
ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の製造方法Info
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Abstract
ル開始剤の存在下に重合させて、低重合度のポリ(アリ
ルトリアルキルアンモニウム塩)を高収率で効率よく製
造する方法を提供すること。 【解決手段】 一般式(I) 【化1】 (R、R1はC1〜C4アルキル基を示し、R2はC1〜C4
アルキル基またはベンジル基、Xn-は陰イオン、nは該
陰イオンの価数)で表されるアリルトリアルキルアンモ
ニウム塩を、t−ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒ
ドロペルオキシドおよび過酸化水素の中から選ばれるラ
ジカル開始剤の存在下に、多価アルコールまたは多価ア
ルコールと水との混合物からなる溶媒中で重合させるこ
とにより、対応するポリ(アリルトリアルキルアンモニ
ウム塩)を製造する。
Description
アルキルアンモニウム塩)の製造方法に関する。さらに
詳しくは、本発明は、アリルトリアルキルアンモニウム
塩をラジカル開始剤の存在下に重合させて、低重合度の
ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を高収率で
製造する方法に関する。
のラジカル開始剤によっては重合し難く、ラジカル開始
剤を用いた重合では、一般に重合体を低収率で生成する
だけである。これはアリル水素原子とラジカルとの反応
による自己停止反応が起こるためであると説明され、通
常アリル型破壊的連鎖移動と呼ばれている。このことは
アリル化合物の一種であるアリルトリアルキルアンモニ
ウム塩についても例外ではなく、通常のラジカル開始剤
によっては、痕跡量を得るのみでほとんど重合せず、現
在までのところポリ(アリルトリアルキルアンモニウム
塩)を高収率で得たという報告は我々の知る限りない。
塩)は、側鎖に第4級アンモニウム基を含む直鎖のオレ
フィン系重合体で、水に溶け、水中でプラスに荷電する
カチオン系高分子化合物であるので、実用的に極めて興
味ある重合体である。そのため、これまで、その製造方
法が種々開発されているが、これらの方法は、いずれも
他のビニル重合体またはポリアリルアミンを化学修飾し
て、ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を製造
する方法である。例えば、特開昭53−17,687号
公報には、塩化アリルの重合体をトリメチルアミンと反
応させて、ポリ(アリルトリメチルアンモニウムクロラ
イド)を製造する方法が記載されている。また、米国特
許4,053,512号明細書には、ポリ(N,N−ジ
メチルアクリルアミド)を特殊な試薬で還元し、得られ
るポリ(N,N−ジメチルアリルアミン)と4級化試薬
とを反応させて、ポリ(アリルトリメチルアンモニウム
塩)を製造する方法が記載されている。更に、特公昭6
3−43,402号公報には、ポリアリルアミンに蟻酸
とホルムアルデヒドを反応させて、ポリ(N,N−ジメ
チルアリルアミン)を製造する方法が記載されている
が、このポリマーをハロゲン化メチルなどの4級化試薬
と反応させることによっても、ポリ(アリルトリメチル
アンモニウム塩)の製造は可能である。
は、アリルトリアルキルアンモニウム塩以外の別な単量
体から、ある前駆重合体を製造し、次いで、その重合体
の側鎖を化学修飾することにより、ポリ(アリルトリア
ルキルアンモニウム塩)を製造するものである。そのた
め、これらの方法には製造工程が長くなるのを免れない
という問題がある。また、使用する還元試薬が危険であ
ることと、重合体の精製が難しい等の問題があった。そ
の結果、これらの製造方法は、大量のポリ(アリルトリ
アルキルアンモニウム塩)を製造する方法としては、優
れた方法とは言えず、これらの製造方法により工業的に
ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を製造して
いる例はないのが現状である。
アリルトリアルキルアンモニウム塩を重合させて、ポリ
(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を簡単に製造す
る方法の開発が望まれていた。
ルトリアルキルアンモニウム塩の単量体を重合させて、
ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を高収率で
簡単に製造する方法を提供することである。
ポリアリルアミンの誘導体であるポリ(N−アルキルア
リルアミン)の一般的な製造方法としては、特公平2−
14,364号公報、特公平2−57,084号公報に
記載されているように、アリルアミンおよびN−アルキ
ルアリルアミンの無機酸塩を、極性溶媒中で、分子中に
アゾ基とカチオン性の窒素原子を持つ基とを含むラジカ
ル開始剤の存在下で重合させる方法が知られている。し
かし、特公平2−14,364号公報には、アリルアミ
ンの誘導体であるアリルトリアルキルアンモニウム塩の
重合に、この方法を適用しても、殆ど重合が起こらず、
目的のポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)は殆
ど得られなかったことが記載されている。
(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の実用的製造方
法を開発すべく鋭意検討した結果、ある種のアリルトリ
アルキルアンモニウム塩を、ある条件下で反応させると
重合が起こり、その結果、ポリ(アリルトリアルキルア
ンモニウム塩)を高収率で製造できることを見出し、か
かる知見に基づいて本発明を成すに至った。
キル基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていて
もよく、R2は炭素数1〜4のアルキル基またはベンジ
ル基、Xn-は陰イオン、nは該陰イオンの価数を示
す。)で表されるアリルトリアルキルアンモニウム塩
を、一般式(II)
表されるヒドロペルオキシド化合物及び過酸化水素から
選ばれるラジカル開始剤の存在下に、多価アルコールま
たは多価アルコールと水との混合物からなる溶媒中にお
いて重合させることを特徴とする、一般式(III)
る。)で表される繰り返し単位を含むポリ(アリルトリ
アルキルアンモニウム塩)の製造方法を提供するもので
ある。
れる繰り返し単位を含む、重量平均分子量が400以上
1,000未満のポリ(アリルトリアルキルアンモニウ
ム塩)をも提供するものである。
原料の単量体は、一般式(I)
キル基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていて
もよく、R3は炭素数1〜4のアルキル基またはベンジ
ル基、Xn-は陰イオン、nは該陰イオンの価数を示
す。)で表されるアリルトリアルキルアンモニウム塩で
ある。
される炭素数1〜4のアルキル基およびR2のうちの炭
素数1〜4のアルキル基は、直鎖状、分岐状、環状のい
ずれであってもよく、その具体例としては、メチル基、
エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、シクロプ
ロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチ
ル基、tert−ブチル基、シクロブチル基が挙げられ
るが実用上、炭素数1〜4の直鎖アルキル基が好まし
い。Xn-はn価の陰イオンを示し、好ましい陰イオンと
しては、一価のCl-、Br-、I-、CH3OSO3 -、C
H3−C6H4−SO3 -(p−トルエンスルホン酸イオ
ン)などが挙げられ、特にCl-が好適である。
トリアルキルアンモニウム塩としては、原料の入手の容
易さや合成のし易さなどの点から、アリルトリメチルア
ンモニウム塩、アリルベンジルジメチルアンモニウム
塩、アリルジメチルエチルアンモニウム塩、アリルジエ
チルメチルアンモニウム塩が、特に好ましい。
として、重合収率を向上させる目的で、多価アルコール
または多価アルコールと水との混合物が用いられる。溶
媒として多価アルコールを用いることにより、重合収率
が向上する理由については、必ずしも明確ではないが、
多価アルコール1分子中の複数のOH基のOが、複数分
子の単量体のN+とそれぞれ相互作用をするため複数分
子の単量体の接近が起こりやすくなるので、アリル型破
壊的連鎖移動が起こりにくくなり、その結果、重合反応
が起こりやすくなるとも考えられる。
リコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコ
ール、1,2−プロパンジオール、トリメチレングリコ
ール、ジプロピレングリコール、1,2−ブタンジオー
ル、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオー
ル、2,3−ブタンジオール、グリセリンなどが例示で
きる。これらは単独で用いてもよいし、2種以上を組み
合わせて用いてもよい。多価アルコールと水との混合溶
媒は多価アルコール1重量部に対し、水2重量部以下の
混合物が好ましい。この溶媒の中で、重合収率の点か
ら、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリ
メチレングリコール、ジエチレングリコールなどのグリ
コール類が特に好ましい。また、この多価アルコールに
は、所望により一価アルコールを適宜量含有させてもよ
い。そのような一価アルコールとしてメタノール、エタ
ノール、プロパノール、ブタノールを例示できる。
ンモニウム塩の重合に用いるラジカル開始剤と溶媒とが
共に−O−H構造を含むことが重要であると考えられ
る。このことは−O−H構造を含まないラジカル開始剤
または溶媒を用いると重合しずらくなることからも支持
される。
ジカル開始剤として、一般式(II)
表されるヒドロペルオキシド化合物及び過酸化水素から
選ばれるものが用いられる。上記一般式(II)で表され
るヒドロペルオキシド化合物としては、R3がメチル基
であるt−ブチルヒドロペルオキシドおよびR3がフェ
ニル基であるクメンヒドロペルオキシドが挙げられる。
よいし、2種以上を組み合わせて用いてもよいが、重合
収率の点から、特にt−ブチルヒドロペルオキシドが好
ましい。
アルキルアンモニウム塩の溶媒に対する濃度は、その溶
解度の範囲内で、できるだけ高い濃度であることが好ま
しい。その濃度は、通常10〜85重量%、好ましくは
30〜80重量%である。
は、通常、単量体であるアリルトリアルキルアンモニウ
ム塩に対して通常3〜30重量%、好ましくは5〜20
重量%である。
剤の化学構造及び溶媒により異なるが、通常、30℃以
上である。その温度の上限は、本発明に用いる溶媒の沸
点である。更に、その温度は、重合収率の点から、好ま
しくは55〜100℃であるが、70〜90℃が特に好
ましい。
なるが、比較的長い方が良い。その時間は、通常1〜1
5日間、好ましくは5〜10日間である。
応溶液を、例えば多量のアセトンまたはアセトンと低級
アルコールとの混合溶媒に加えることにより、ポリ(ア
リルトリアルキルアンモニウム塩)を沈殿させ、固体と
して単離することができる。
る。)で表される繰り返し単位を含み、かつ重量平均分
子量が400以上1,000未満の低重合度のポリ(ア
リルトリアルキルアンモニウム塩)が、高収率で効率よ
く得られる。本発明の方法において、通常、重量平均分
子量が500〜950の重合体が得られるが、触媒の添
加量を少なくすると、重量平均分子量は大きくなり、触
媒の添加量を多くすると、重量平均分子量は小さくな
る。なお、上記重量平均分子量は、ゲルパーミエーショ
ンクロマトグラフィー法(GPC法)により測定したポ
リエチレングリコール換算の値である。
アンモニウム塩)の製造方法を実施例で示す。本発明
は、これらの実施例によって限定されるものではないこ
とは勿論である。
合収率は、日立L−6000型高速液体クロマトグラフ
を使用し、GPC法によって測定した。溶離液流路ポン
プは日立L−6000、検出器はショーデクスRI S
E−61示差屈折率検出器、カラムはアサヒパックの水
系ゲル濾過タイプのGS−220HQ(排除限界分子量
3,000)とGS−620HQ(排除限界分子量20
0万)とをダブルに接続したものを用いた。サンプルは
溶離液で0.5g/100mlの濃度に調整し、20μ
lを用いた。溶離液には0.4モル/リットルの塩化ナ
トリウム水溶液を使用した。カラム温度は30℃で、流
速は1.0ml/分で実施した。標準サンプルとして分
子量106、194、440、600、960、1,4
70、4,100、7,100、10,300、12,
600、23,000の11種のポリエチレングリコー
ルを用いて較正曲線を求め、その較正曲線を基に、ポリ
(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の重量平均分子
量を求めた。更に、クロマトグラムの各成分のピーク面
積から、重合収率を算出した。
管を備えた2リットルのセパラブルフラスコ中に、蒸留
したアセトン1,021gを入れ、冷却下に温度を5℃
以下に保ちながら、攪拌下でトリメチルアミンガス38
0.3g(6.43モル)を吹き込み溶解させた。次い
で、温度を10℃以下に保ちながら、アリルクロライド
492.3g(6.43モル)を0.5時間かけて滴下
した。滴下開始10分後から結晶が析出し始め、約2時
間後には攪拌が不可能となったため、そのまま24時間
放置した。反応後、この結晶をガラスフィルターにて濾
別し、アセトンで十分に洗浄してから、室温で24時
間、次いで50℃で24時間真空乾燥した。収量は73
2.8gで収率は84.0%であった。得られた結晶の
元素分析の結果は、C=52.98%、H=10.35
%、N=9.98%であった。これらの値はアリルトリ
メチルアンモニウムクロライドとしての計算値、C=5
3.13%、H=10.40%、N=10.33%と一
致した。
ニウムクロライドの重合に対するラジカル開始剤の効果 共栓付きの30ml試験管中に、濃度60重量%のアリ
ルトリメチルアンモニウムクロライドのエチレングリコ
ール溶液5g(22.1ミリモル)を入れ、次いで、表
1に示された各種のラジカル開始剤0.15g(モノマ
ーに対して5重量%)を加え、80℃の恒温水槽中で7
2時間静置重合した。重合後、得られたポリマー溶液を
前記のGPC法により分析し、重合収率と重量平均分子
量を求めた。その結果を表1に示した。
ある。
二塩酸塩 (F):2,2′−アゾビスイソブチロニトリル (G):2,2′−アゾビス[2−(2−イミダゾリン
−2−イル)プロパン]二塩酸塩 (H):2,2′−アゾビス{2−メチル−N−[1,
1−ビス(ヒドロキシメチル)−2−ヒドロキシエチ
ル]プロピオンアミド} (I):2,2′−アゾビス{2−メチル−N−[1,
1−ビス(ヒドロキシメチル)エチル]プロピオンアミ
ド} (J):2,2′−アゾビス[2−メチル−N−(2−
ヒドロキシエチル)プロピオンアミド] (K):過硫酸アンモニウム (L):過硫酸カリウム (M):過硫酸ナトリウム (N):過酸化ベンゾイル (O):ジクミルペルオキシド (P):過酸化ジ−t−ブチル (Q):過酸化ラウロイル
ニウムクロライドの重合に対する重合条件の影響 共栓付きの30ml試験管中に、濃度60重量%のアリ
ルトリメチルアンモニウムクロライドのエチレングリコ
ール溶液5g(22.1ミリモル)を入れ、次いで、ラ
ジカル開始剤としてt−ブチルヒドロペルオキシド0.
15gおよび0.30g(モノマーに対して5重量%お
よび10重量%)を加え、80℃および100℃の恒温
水槽中で72時間および120時間静置重合した。重合
後、得られたポリマー溶液をGPC法により分析し、そ
の結果を表2に示した。
クメンヒドロペルオキシドおよび過酸化水素を用いた、
エチレングリコール中におけるアリルトリメチルアンモ
ニウムクロライドの重合 共栓付きの30ml試験管中に、濃度60重量%のアリ
ルトリメチルアンモニウムクロライドのエチレングリコ
ール溶液5g(22.1ミリモル)を入れ、次いで、表
3に示された各種のラジカル開始剤0.45g(モノマ
ーに対して15重量%)を加え、80℃の恒温水槽中で
120時間静置重合した。重合後、得られたポリマー溶
液をGPC法により分析し、その結果を表3に示した。
ある。
ロライドの重合 共栓付きの30ml試験管中に、濃度50および60重
量%のアリルトリメチルアンモニウムクロライドの表4
に示された溶液5g(22.1ミリモル)を入れ、次い
で、ラジカル開始剤としてt−ブチルヒドロペルオキシ
ド0.15g(モノマーに対して5重量%)を加え、5
5℃および80℃の恒温水槽中で72時間および120
時間静置重合した。重合後、得られたポリマー溶液をG
PC法により分析し、その結果を表4に示した。
に対する値である。
ウムクロライド)の製造 攪拌機、温度計、滴下漏斗および還流冷却器を備えた3
00mlのセパラブルフラスコに、濃度59.5重量%
のアリルトリメチルアンモニウムクロライドのエチレン
グリコール溶液272.7g(1.2モル)を入れ、次
いで内温を80℃に保ちながら攪拌下で、濃度80重量
%のt−ブチルヒドロペルオキシド10.141g(モ
ノマーに対して5重量%)を4時間かけて滴下し3日間
重合した。その後、t−ブチルヒドロペルオキシド2
0.282g(モノマーに対して10重量%)を滴下
し、更に4日間重合を続けた。
により分析した。図1に、そのクロマトグラムを示し
た。各々のピークは、Aはポリマー、Bはシステムピー
ク、Cはオリゴマー、Dは未重合のアリルトリメチルア
ンモニウムクロライドおよびEはエチレングリコールと
考えられる。重合収率は93.15%であった。このポ
リマーの重量平均分子量は881であった。
を多量のアセトンとメタノールとの混合溶媒250ml
(重量比7対1)中に加えて、ポリマーを沈殿させた。
この沈殿物を濾別しアセトンで十分に洗浄してから、6
0℃で48時間真空乾燥し、ポリマー2.108gを得
た。このポリマーの元素分析の結果は、C=53.85
%、H=10.94%、N=9.78%であった。これ
らの値はポリ(アリルトリメチルアンモニウムクロライ
ド)の計算値と一致していた。
トル(KBr法)を示した。吸収スペクトルには、アリ
ル基のδCHに基づく、990cm-1の吸収が無くなっ
たことから、このポリマーの構造としては、ポリ(アリ
ルトリメチルアンモニウムクロライド)の構造が支持さ
れる。
鳴(1H−NMR)スペクトルを示した。
プなシグナルがポリマー末端の(CH3)3C−O(触媒
由来)中の水素原子を表わし、4.5ppmのシャープ
なシグナルがポリマー側鎖の(CH3)3N+中の水素原
子を表わすと考えられる。(CH3)3C−Oと(C
H3)3N+とのシグナル積分比は、おおよそ1:10で
ある。よって、NMRスペクトルのデータからは、この
ポリマーの重合度は約10であり、GPCによる分子量
測定から求めた重合度9とほぼ一致している。
(アリルトリアルキルアンモニウム塩)を、ラジカル開
始剤にt−ブチルヒドロペルオキシドもしくはクメンヒ
ドロペルオキシドまたは過酸化水素を用いることによっ
て、高収率で製造することができる。しかも、本発明の
方法は、重合反応の制御が容易であり、ラジカル開始剤
による酸化反応などの副反応もない。したがって、品質
の安定した低分子量のポリ(アリルトリアルキルアンモ
ニウム塩)が簡単に製造できるので、工業的に優れた方
法である。
ニウム塩)は、現在カチオン系高分子化合物が使用され
ている分野で、かつ、その溶液粘性が小さいことが望ま
れる分野などに、極めて有用な材料を提供することがで
きる。
アンモニウムクロライド)のGPCクロマトグラムを示
す。
アンモニウムクロライド)のKBr法の赤外線吸収スペ
クトルを示す。横軸は波数(cm-1)、縦軸は透過率
(%)を表わす。
アンモニウムクロライド)のプロトン核磁気共鳴スペク
トルを示す。
Claims (2)
- 【請求項1】一般式(I) 【化1】 (式中のRおよびR1は、それぞれ炭素数1〜4のアル
キル基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていて
もよく、R2は炭素数1〜4のアルキル基またはベンジ
ル基、Xn-は陰イオン、nは該陰イオンの価数を示
す。)で表されるアリルトリアルキルアンモニウム塩
を、一般式(II) 【化2】 (式中、R3はメチル基またはフェニル基を示す。)で
表されるヒドロペルオキシド化合物及び過酸化水素から
選ばれるラジカル開始剤の存在下に、多価アルコールま
たは多価アルコールと水との混合物からなる溶媒中にお
いて重合させることを特徴とする、一般式(III) 【化3】 (式中のR、R1、R2、Xn-およびnは上記と同じであ
る。)で表される繰り返し単位を含むポリ(アリルトリ
アルキルアンモニウム塩)の製造方法。 - 【請求項2】 一般式(III) 【化4】 (式中のRおよびR1は、それぞれ炭素数1〜4のアル
キル基を示し、それらはたがいに同一でも異なっていて
もよく、R3は炭素数1〜4のアルキル基またはベンジ
ル基、Xn-は陰イオン、nは該陰イオンの価数を示
す。)で表される繰り返し単位を含む、重量平均分子量
が400以上1,000未満のポリ(アリルトリアルキ
ルアンモニウム塩)。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24488896A JP3807455B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP24488896A JP3807455B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1087741A true JPH1087741A (ja) | 1998-04-07 |
| JP3807455B2 JP3807455B2 (ja) | 2006-08-09 |
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ID=17125483
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|---|---|---|---|
| JP24488896A Expired - Fee Related JP3807455B2 (ja) | 1996-09-17 | 1996-09-17 | ポリ(アリルトリアルキルアンモニウム塩)の製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3807455B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110903198A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-24 | 江苏富淼科技股份有限公司 | 一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法 |
-
1996
- 1996-09-17 JP JP24488896A patent/JP3807455B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110903198A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-03-24 | 江苏富淼科技股份有限公司 | 一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法 |
| CN110903198B (zh) * | 2019-11-21 | 2022-03-25 | 江苏富淼科技股份有限公司 | 一种三甲基烯丙基氯化铵的连续生产方法 |
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| JP3807455B2 (ja) | 2006-08-09 |
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