JPS63201151A - 不飽和第4級アンモニウム塩の製造方法 - Google Patents

不飽和第4級アンモニウム塩の製造方法

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JPS63201151A
JPS63201151A JP62033192A JP3319287A JPS63201151A JP S63201151 A JPS63201151 A JP S63201151A JP 62033192 A JP62033192 A JP 62033192A JP 3319287 A JP3319287 A JP 3319287A JP S63201151 A JPS63201151 A JP S63201151A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、一般式(1) (式中、B、は水素又はメチル基、R2,R,は各々独
立に炭素数1〜4のアルキル基、人は酸素原子又は刈、
Bは炭素数1〜4のアルキレン基を示す)今情一般式(
2)で示される不飽和第4級アンモニウム塩の製造法に
関するものである。
(式中8.は水素又はメチル基、R2、R3は各々独立
に炭素数1〜4のアルキル基、Aは酸素原子又はNHl
IIは炭素数1〜4のアルキレン基、R4は炭素数1〜
4のアルキル基又はベンジル基、xe紘ハロrンアニオ
ンを示す、) 更に詳しくは、不純物含量の少ない高品位な不飽和第4
級アンモニウム塩の製造法Kyaするものである。
一般式(2)で示される不飽和第4級アンモニウム塩の
ホ4/リマー又は、水溶性コーリマーは水溶性のカチオ
ン性−リマーとして製紙時の各種充填物の歩留向上剤、
抄紙時のP水性向上剤、白水の回収薬剤、繊維状I譬ル
グの加工剤、汚泥の一過助剤、あるいは高分子凝集剤と
して極めて有用な物質である。
(従来の技術) 係る不飽和菖4級アンモニウム塩を得る方法は対応する
不飽和菖3級ア建ン翔をアル中ルハライド又はアシルキ
ルハライドで4M化処理することによりて得られること
線公知である。係る不飽和第4fjアンモニウム塩の製
造法としては対応する不飽和第3級ア(ン類を有機溶媒
中でアシルキルハライド又はアシルキルハライドと反応
させる方法が知られている。しかし、一般式(27で示
される不飽和第4級アンモニウム塩を奉独束いは共重合
する場合、水#I液賞舎を行なうことがその使用目的か
らして一般的であ夛連鎖移動効果を有する有機溶媒系で
の製造は好ましくない。
係る観点から近年該不飽和11f44Mアンモニクム塩
を水中で製造する方法が種々提案されるに至っている。
(発明が解決しようとする間亀点) ところで、本発明に訃ける不飽和第3級アンンから第4
級アンモニウム塩を染造するに轟って、2つの注意すべ
き問題点が提起されている。
1sIK、一般式(1)又は(2)で示されるカチオン
柱上ツマ−は極めて重合性に富む七ツマ−であり、その
製造時あるいは保存時の重合防止法について幾多の提案
がなされていること社衆知の通)である0例えば特許1
859−10340号記載の方法は溶存酸素が少いと重
合が起るため、ジアルキルアミノアル中ル(メタ)アク
リレートの4級アンモニウム塩水溶液に4級塩に対し5
0〜1000 pprnの重合禁止剤及び該水溶液に対
し1.8ppm以上の酸素を混入させることによプ、#
4級アン峰二9ム塩水溶液の重合防止ができることを開
示しているの 第2に、係る不飽和11R4級アンモニウム塩を水中で
製造する時拡、対応する不飽和飢3級アミンが加水分解
しやすいため(%に一般式(1)にかいてムが酸素原子
で示されるアミノエステルO!IIh合に顕著である)
、(メタ)アクリル酸を副生じやすいという致命的な欠
点を有する。
目的とする不飽和lB4級アンモニ9ム塩はその構造上
からカチオン性の七ツマ−であシ、一方加水分解生成物
である(メタ)アクリル酸はアニオン性のモノ!−であ
る。従って両者が共存した状態で重合を行なうと、いわ
ゆるイオンコン/レックスを生じ、水不溶物が生成し、
高分子電解質としての効果を充分に発現し得なくなる。
し九がりで、目的とする不飽和第4級アンモニウム塩と
しては、上記のような加水分解生成物を含有せしめ表い
方法が必要であシ、例えば反応生成物である粗不飽和第
4級アンモニクム塩から加水分解生成物を除去する方法
及び加水分解を防止する方法が検討されている。この内
、加水分解生成物を除去する方法は、粗生成物から不飽
和第4級アンモニウム塩を抽出するものであるが、この
方法は抽出効率が悪く、f11媒を多量必要とし、かつ
抽出回数を多くする必をがあシ、実用的に好ましくない
又、加水分解を防止する方法は反応条件として不飽和あ
3級アさン濃度を高濃度とする、反応温度を可能な限シ
低くする。水との接触時間を可能な限シ短縮するために
水を分割添加する等ごその基本手段が検討されている。
この点に関して、本発明者らは先に不飽和第3級アミン
を水及びアゲロティツクな有機溶媒との混合溶媒系で4
級化する方法について提案した(特公@61−4646
7号)、この方法によれば一般式(1)の加水分解反応
に基((メタ)アクリル酸の抑制法にりいては蚊方法で
充分満足すべき結果を得ることができた。しかし、最近
一般式(2)で示されるカチオン性モノマーを使用して
カチオン性Iリマーを製造する場合には、該カチオン性
モノマーの含量が30−以上の高カチオン性コ4リマー
或いは平均分子量lO以上の高分子量カチオン性コlリ
マーを得る希望が強くなシ、従来に増して高品位の不飽
和第4Rアンモニウム塩が要求されるに至りている。
係る目的に合致した高品位不飽和第4級アンモニウム塩
に、!lL求される特性としては、M−に加水分解に伴
なう(メタ)アクリル酸の副生が少ないこと、第二には
微量のジビニル化合物等の重合阻害物質を含まぬととが
重要であるが、従来技術ではジビニル化合物等のrル化
要因物質及び微量の重合阻害物質の発生を抑制すること
は必ずしも充分で祉ないことが判明した。
(問題点を解決するための手段) 本発明者らは、前記の状況の中でジビニル化合物等のr
ル化要因物質及び微量の重合阻害物質の発生抑制の方法
を鋭意検討した結果、本発RK到達したものである。
即ち、本発#U社一般式(1)で示されるカチオン性ビ
ニル毎ツマ−をアル中ルハライド又はアラルキルハライ
ドで処理し、一般式(2)で示される不飽和第4級アン
モニウム塩を製造するに当bs媒として水とアブロティ
ツクな有機溶媒からなる混合溶媒を使用し、かつ系内の
溶存酸素濃度を1.8 ppm未満ないし0.3 pp
m以上となる条件下で反応せしめることを!像とする高
品位な不飽和14級アン−Sニウム塩の製造方法に関す
る。
本発明における一般式(υで示される不飽和第3級アミ
ン類としては、 N、N−ジメチルアミノエチルアクリ
レート、N、N−ジエチルアミノエチルアクリレ−)、
N、N−ジエチルアミノプロピルアクリレート、N、N
−ジエチルアミノプロピルアクリレート及び対応するメ
タクリレート類、N、N−ジエチルアミノエチルアクリ
ルアミド、N、N−ジエチルアミノエチルアクリルアミ
ド、N、N−ジメチルアイノグロCルアクリルアミド、
 N、N−ジエチfi/7ミノグロビルアクリルアミド
及び対応するメタクリルアミド類が挙げられる。4級化
剤としては炭素原子数1〜40アルキルハライド及びア
ラルキルハライドを用いるが、実用的な見地からすると
対応するアルキルクロライド又はベンジルクロライドを
用いることが特に好ましい。
次に本発明においては反応溶媒として水と7プーテイツ
タな有機靜媒から成る混合溶媒を使用するが、本願発明
の目的、即ち、一般式(1)で示される不飽和1143
級アンンの加水分解防止、かつ4級化反応時の重合防止
を充分に達成するために社、その仕込比も重要な因子で
ある。不飽和第3級アミン及び4M!化剤のalKもよ
るが、一般的に言うと不飽和m3級アミン100重量部
に対し水及びアゲロティツクな有m溶謀の仕込比は(1
20〜5):(10〜60)(重量比)とすることが好
ましい、水の仕込比が120部を超えると不飽和第3級
アミンの加水分解反応が促進され中すくなシ、又5重量
部未満では反応進行に伴なう不飽和第4Rアンモニクム
塩が析出が生じるため、系の除熱及び攪拌が困難となシ
、好ましくない。
又、アブロティツクな有機溶媒量が10重量部未満では
反応中の重合防止の効果が不充分であシ。
又、逆に60重量部を超しても重合防止効果は増加せず
、却りて反応後の脱溶媒工程の負荷が過大となシ実用的
でない。
一般式(1)で示される不飽和第3級アミン類が、アミ
ノエステル類である場合或いは4級化剤がペンシルクロ
ライドの様に比較的加水分解を受は易い場合には上記仕
込比範囲で比較的水仕込比を少なくし、必要に応じ反応
終了層、所定の濃度となるように水を添加する事が好ま
しい、又、不飽和第3級アミン類がアミノアζ#P類で
ある場合或いは4級化剤がアル中ル/穐ツイドの様に比
較的加水分解を受は難い場合には、上記仕込範囲で比較
的水仕込比を多くすゐことが経済的見地からは有効であ
る。
次に本発明に用いられるアゲ−ティックな有機溶媒とし
て杜、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒
、トリクロルエチレン等のノ10グン系溶媒、ベンゼン
等の芳香族系、n−へ中サン等の脂肪族系、酢酸エチル
等のエステル系溶媒等が適用可能であるが、反応終了後
、減圧下に処理して反応に供した有機溶媒を除去しw4
4級アンモニウム塩水溶液の形態で製品化する場合は、
沸点が低くかつ極性の高い溶媒であるアセトンが特に好
ましい。
尚、4級化反応工程における不飽和筒3級アミン=水=
アブロティツクな有機溶媒の組成比は前述o′i!iシ
であることが好ましいが、第4級アンモニウム塩水溶液
濃度を調整する目的で、4級化反応終了后に必11!に
応じ水を追加添加することは任意であシ本発明の主旨に
反するものではない。
又、反応時の系内の溶存酸素濃度が1.8 ppm未満
かつ、0.3 ppm以上となる条件下で反応せしめる
ことが必要であシ、1.8ppm以上ではゾピニル化合
物等のrル化要因物質及び重合阻害物質の発生が多く、
本発明の目的を達成出来ない、又、0、3 ppm未満
では、本発明のように特殊な溶媒組成においても、得ら
れる3級アミン及び4級アンモニウム塩の重合を防止す
ることが出来ない。
系内の溶存酸素を上記範囲Kpl整する手段紘特に問わ
ないが、窒素、ヘリウム等の不活性ガスで系内を置換す
る方法が一般的である。
4級化剤は、反応開始前に反応槽内に加えておいても良
く、反応と併行して添加しても良いが、反応の暴走を防
ぐためKは反応と併行して添加する方法が好ましい、添
加の方法は特に限定されるものでなく、例えば常圧で滴
下してもよいし、圧入してもよい。
とくに有効であシこれもの条件で実施することが好まし
い、即ち、4級化温度は10〜60℃、好ましくは20
〜40℃である。4級化剤の使用量は第3級アミンに対
して等モルないし1.2倍モル程度が好ましいが、ベン
ジルクロライドの如き未反応4級化剤の除去が困難な場
合には0.95ないし等毎ルとすることも差しつかえな
い。
反応完結後、反応液をそのtまあるいは反応液を二層分
離せしめ(必要に応じて二層分離前又は後に水を添加し
ても良い)第4級アンモニウム塩を含有する屑を減圧下
に処理し、残存有機溶媒含量を実質的に重合阻害しない
程度迄除去することによシ、目的とする不飽和第4Rア
ンモニクム塩の水溶液を得ることができる。
又、4R化反応前又は後にハイドロキノンモノメチルエ
ーテル、フェノチアジン、ニトロベンゼン等の重合禁止
剤、EDTA等の中レート剤及び11!!l整剤などを
添加してもよい。
更に、得られた不飽和第4Rアンモニクム塩水溶液を希
望によりイオン交換樹脂、活性炭を用い、又は溶剤抽出
よ〕精製することができる。
(作用及び効果) 一般式(1)で示されるカチオン性ビニルモノマーにア
ルキルハライド又はアラノシ中ルハライドで処理し、一
般式(2)で示される不飽和第4級アンモニウム塩を製
造する際、従来水溶媒を用いた系内の溶存Wjt素濃度
が1.8 ppm未満では生成物であるアンモニ9ム塩
が重合する傾向を示すため、1.8 ppm以上にする
必要があ〕、その結果溶存酸素浸度が高い丸め、微量で
あるがジビニル化合物等のグル化要因物質或いは微量の
重合阻害物質の混在を避けることができなかりたが、本
発明では反応溶媒として、水とアfaティツタな有機溶
媒との混合溶媒を用いることによシ反応が進行して不飽
和第4級アンモニウム塩が生じても析出せず、円滑に攪
拌、除熱でき、副反応重合の一原因である過熱を防ぐこ
とができ、又、有機IWIsを併用することKよシ溶存
酸素濃度を低下しても重合を防ぐことが出来、それに伴
ない前記のf)w化号囚物質、重合阻害物質の生成を抑
制することができ、この結果、高分子量のカチオン性4
リマー川原料として用いることができる不飽和第4級7
ン七ニクム塩水溶液を工業的に容易に製造することが出
来るようになり九。
(実施例) 次に実施例をもって本発明を更に具体的に説明するが、
その主旨を超えない限シ、以下の実施例に限定されるも
のではない、尚、以下の例において部及び−はIII#
に明記しない限シ重量部及び重量−を示すものである。
〔実施例1] 常法に従りて窒素雰囲気下で減圧精留して得九N、N−
ジメテルアζノエチルアクリレート200p(1,40
モA/)、アセトン44.4j’及び重合禁止剤として
ハイド口中ノンモノメチルニー?、A10、tPを11
オートクレーツに仕込み、内温20℃以下に冷却層、蒸
留水22.2JPを加、を九、仕込み比社ジメチルアミ
ノエチルアクリレート:水:アセトン−100:11.
1:212であうた。水添加後、反応系の溶存酸素濃度
が0.5 ppmとなる迄窒素置換したのち、メチルク
ーライドを一ンペよjt 0.8 kllA−の圧で圧
入し反応を開始した0反応温度拡40℃を越えないよう
に管理しつつ22時間反応させた0反応後、残圧を放出
し内容物の遊離ア建ンを分析したところO,OS*であ
また。
又、その時の溶存酸素濃度は0.4 ppmであった。
水45.4J’を追加して得た溶液を20〜30℃で減
圧処理し含有しているアセトンを除去し、330tの不
飽和第4級アンモニウム塩水溶液を得た。
この時の溶存酸素濃度は0.8 ppmであった。a品
中の第4級アンモエクム塩濃度、アクリル酸濃度及び色
相(JIS−に−4101による)(ムpup )は各
々81、81g、0.07チ及び10.でありた。
得られた第4級アンモニウム塩の重合誘導時間は11分
で所要重合時間は46分であうた。
尚、溶存酸素、重合性試験及び重合物の水溶性の測定法
は以下の通シである。
(1)1%!存酸素儂度測定法・・・隔膜弐ガル/譬ニ
ックセル方式溶存fi!素計で測定した。
(It)重合性試験法・・・温度計、窮素ガス吹込管、
攪拌装置を備えたガラス製重合器に硫酸で一一3、 O
K’調整した試料を入れ系内を窒素置換した0次いで、
これを30℃に保持し、過硫酸アン峰二りム、重亜硫酸
ナトリクム及び2.2′−アゾL#ス(2−アギジノf
 o /帯ン)二塩酸塩を各々試料純分に対し、50 
ppm添加し、その重合挙動(重合誘導時間及び最高温
度到達迄の所要時間(所要重合時間−とする)をチェッ
クした。
(至)重合物の水溶性測定法−(1)項で得られた重合
物を固形分0.2−濃度となるように水で希釈して得た
水#l液1000J’を150メッシ畠金網′ell遇
し、rル化物の重量を測定し、重量物(乾量換算)17
尚シのmRrル重量として求めた。
(II!施例2〜3、比較例1〜2〕 仕込条件を第ill!の通シとし九以外紘実施例1と全
く同様に処理して不飽和第4級アンモニウム塩水溶液を
得た。lIられた製品品質及び重合挙動を比較すると比
較例1は溶存酸素濃度が本発明の範110.3〜1.8
 ppazを超えているため、色相(ム陀ム)か今40
0以上となりているように不純物が多量に発生し、その
結果、重合特性が著しく低下して>3.又、比較例2の
ようにアfrティツクの有機博媒を用いないため、反応
中に重合し、目的とする七ノ1−は実用に耐えないもの
であシ、本発明方法の優用性は明白である。
* N、N−ツメチルアミノエチルアクリレート〔実施
例4〕 常法に従りて減圧精留して得たN、N−ジメチルアtノ
グロビルアクリルアミド3607’(2,30モル)、
アセト7100?及びハイド口中ノンモノメチルエーテ
ルIP1−17オートクレープに仕込み、内温20℃以
下に冷却したのち水119?を加えた。仕込み比はジメ
チルアミノブ四ピルアクリルアミド:水ニア七トン−1
00:33:28(重量比)であった、水添加后、反応
系の溶存酸素濃度が0.4 ppmとなる迄窒素置換し
九のち、メチルクロッイドを一ンぺから1.4〜1.5
 kliF/c’st”の圧で圧入し反応を開始した0
反応温度は40℃以下で20時間反応させた6反応後、
残圧を放出しサンプリングして遊離アζンを分析したと
ころ0.30−で反応率は99.65’nであった。反
応液を二層分離しアセトン層32.Pを除去したのち、
不飽和第4級アン上品9ム塩含有mtL層を20〜30
℃で減圧処理し含有しているアセトンを除去し5867
(D製品を得九、製品中の不飽和島4級アン毫二りム塩
sur:及び色相(ムPHA )は各々78.81及び
15でありた。tたガスクロマトグラフ法によシ、分析
したところ製品中のジビニル化合物は不検出でありた。
得られた第4級アンモニウム塩の重合詳導時間は12分
で所要重合時間は42分であった。又重合物の水溶性は
良好であシ、水不溶性グル社会く認めなかった。
〔実施例5〕 実施例4において反応終了后、アセトン層を二層分離す
ることなくそのまま実施例4と同一条件下で減圧処理し
た以外は全て実施例4と同様に操作し328tの不飽和
第4級アンモニウム塩水溶液を得九、このものの篤4級
アンモニクム塩摂度及び色相(ムPHA)は各々79.
 O%及び20であった。又、ガスクロマトグラフ法に
よシ分析し九ところ製品中のジビニル化合物含量は2.
8ppmでありた。
得られた第4Rアンモニワム塩の重合錦導時間線15分
で、所!!重合時間は49分であった。又、重合物の水
溶性は良好であシ、水不溶性rルは全く認められなかっ
た。
【比較例3〕 実施例4において反応系、の窒素置換を行なわずそのま
ま反応させた以外は全て実施例4と同様に操作して不飽
和第4級アンモニウム塩水溶液を得た。尚、この時の反
応系の溶存酸素は8.9ppmでありた。得られた製品
の第4級アンモニウム塩濃度、及び色相(AP私)は各
々78.8−及び250であった・ 又、ガスクロマトグラフ法によシ分析したところ、製品
中のりビニル化合物含量1d、 38 ppmであった
得られた第4級アンモニウム塩の重合誘導時間は47分
で所!!重合時間は210分で著るしく重合性の劣るも
のであった。又、重合物の水不溶性グル含量も180シ
クであシ、極めて水溶性に劣るものであった。
〔比較例4〕 実施例4に於て、溶存酸素0.1 ppm迄窒素置換し
た以外は全て実施例4と同様に操作したところ、4Wi
化反応中に重合が起き以后の操作が不可能であり九・ アミノ7”o♂ルアクリルアミl’312?、ア令トン
61JP及びフェノチアジン0.4 Pを仕込み、内温
20℃以下に冷却したのち水141.6?を加えた・水
添加后、溶存酸素濃度1.2 ppmとなるまで窒素置
換した6 NUN−シトチルアミノゾロ−ルアクリルア
建ド:水ニア七トンの仕込比a10G:45:20(重
量比)でありた。
内温15℃迄水冷したのち、ベンジルクロライド253
tを1時間要して滴下した。この間、反応温度は50℃
以下に@りた0滴下終了后更に1時間40℃で反応し内
容物をテングリンダし九ところ遊離アさン饅度社0.0
2 %であうた0反応液を20〜30℃で減圧下に処理
しア竜トンを除去しrosto製品を得た。このものの
第4級アン峰ニウム塩濃度及び色相(APllA )社
告々79.911及び40でありた。又、液体り四マト
ダツフによる分析によゐとベンジルクロライドの加水分
解に基(、峙ンゾルアルコール社不検出であり九、ジビ
ニル化合物の含量a l Oppmでありた。
〔比較例5〕 実施例6においてア七トンを全く仕込まない以外は全て
同様の操作を行なった0反応の進行に伴ない系内粘度上
昇が著るしく攪拌及び除熱が極めて困難となル、所要反
応時間も実施例に比して3倍費した0反応後の遊離アミ
ン霞度FiS、 S −、色相(APRA) 5 Gで
あ〕、液体クロマトグラブによる分析によるとベンジル
クロライドの加水分解に基くベンSpルアルコール含量
は1.92%、又、ガスクロマトゲ2フによる分析によ
るとジビニル化合物の含量25 ppmであシ実施例6
に比較して極めて低品質のものでありた。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (i)一般式(1) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(1) (式中R_1は水素又はメチル基、R_2、R_3は各
    々独立に炭素数1〜4のアルキル基、Aは酸素原子又は
    NH、Bは炭素数1〜4のアルキレン基を示す)で示さ
    れるカチオン性ビニルモノマーをアルキルハライド又は
    アラルキルハライドで処理し一般式(2) ▲数式、化学式、表等があります▼・・・(2) (式中、R_1、R_2、R_3、A及びBは前記に同
    じ、R_4は炭素原子数1〜4のアルキル基又はベンジ
    ル基、X^▲数式、化学式、表等があります▼はハロゲ
    ンアニオンを示す)で示される不飽和第4級アンモニウ
    ム塩を製造するにあたり、溶媒として水とアプロティッ
    クな有機溶媒からなる混合溶媒を使用しかつ系内の溶存
    酸素濃度が1.8ppm未満かつ0.3ppm以上とな
    る条件下で反応せしめることを特徴とする高品位な不飽
    和第4級アンモニウム塩の製造方法。 (ii)一般式(1)で示されるカチオン性ビニルモノ
    マー、水及びアプロティックな有機溶媒の仕込比が重量
    比で(100):(120〜5):(10〜60)であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高品位
    不飽和第4級アンモニウム塩の製造方法。 (iii)反応終了後、反応液をそのままあるいは、反
    応液を二層分離せしめ第4級アンモニウム塩を含有する
    層を減圧下に処理して反応に供したアプロティックな有
    機溶媒を除去することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の高品位不飽和第4級アンモニウム塩水溶液の製
    造方法。 (iv)アプロティックな有機溶媒がアセトンであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高品位不飽
    和第4級アンモニウム塩水溶液の製造方法。
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