(57)【要約】架橋結合を有する水不溶性のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体であって、前記重合体を加水分解して得られるビニルアミン(共）重合体が水溶性である、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【特許請求の範囲】
【請求項１】
架橋結合を有する水不溶性のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体であって、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解して得られるビニルアミン(共）重合体が水溶性である、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。
【請求項２】
前記架橋結合が多官能（メタ）アクリレート単位を含む架橋結合である、請求項１に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。
【請求項３】
前記架橋結合がＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体１００質量％に対し、０．１〜１５質量％である、請求項１又は２に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。
【請求項４】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解して得られるビニルアミン（共）重合体を０．１ｇ／ｄＬ含む１ｍｏｌ／Ｌ塩化ナトリウム水溶液の２５℃における還元粘度が、０．１〜１０ｄｌ／ｇである、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。
【請求項５】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体がＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。
【請求項６】
架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解し、ビニルアミン(共）重合体を得るビニルアミン(共）重合体の製造方法であって、前記加水分解により前記架橋結合の少なくとも一部が切断されるビニルアミン（共）重合体の製造方法。
【請求項７】
前記架橋結合が多官能（メタ）アクリレートを架橋剤として、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと重合させることにより形成される、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が水不溶性であり、得られるビニルアミン（共）重合体が水溶性である、請求項６又は７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体がＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体である、請求項６〜８のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が断熱重合法又は光重合法により得られるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体である、請求項６〜９のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が重合開始剤として硫酸第一鉄を用いた断熱重合により得られるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体である、請求項６〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体の原料単量体１００質量％に対し、多官能（メタ）アクリレートを０．１〜１５質量％使用する、請求項７に記載の製造方法。
【請求項１３】
加水分解の前に、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を１０５℃以下で乾燥したのち粉砕して粉体とする、請求項６〜１２のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体中の不飽和アルデヒドの含有量が、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体１００質量％に対して０．０５質量％以下である、請求項６〜１３のいずれか一項に記載の製造方法。
【請求項１５】
加水分解を強酸又は強塩基の存在下に行う、請求項６〜１４のいずれか一項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビニルアミン（共）重合体の製造方法に関する。
本願は、２０１３年１１月８日に、日本に出願された特願２０１３−２３１７６２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
ビニルアミン（共）重合体は、凝集剤、製紙用薬剤、繊維処理剤、塗料添加剤などとして広く利用されている有用な物質である。その用途に応じ分子量４００万以上の高分子量の重合体から１０万以下の低分子量の重合体まで、広範囲に亘る種々の分子量の重合体が必要とされている。ここで「（共）重合体」とは、重合体又は共重合体のことをいう。【０００３】
ビニルアミン（共）重合体には各種の製造方法が知られているが、なかでもＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を、酸又は塩基の存在下、加水分解してビニルアミン（共）重合体を製造する方法が一般的に行なわれている。Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を製造する方法としては、逆相懸濁重合法、乳化重合法、光重合法、水溶液静置断熱重合法、水溶液滴下重合法などの方法が用いられてきた。中でも光重合法及び水溶液静置断熱重合法は、簡便であり、重合条件を適宜選定することにより、各種の分子量の重合体を作り分けられる利点がある。
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、上記のようにその用途に応じ、高分子量の重合体から低分子量の重合体まで幅広い分子量の重合体が使用される。そのため、所望の分子量のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を製造することが求められる。しかしながら、ひとつの重合法で幅広い分子量の重合体を効率よく製造することは困難である。たとえば水溶液滴下重合法では比較的低分子量の重合体を製造する場合はよいが、高分子量の重合体を製造しようとすると溶液の粘度が上がりすぎ撹拌できなくなるため、濃度を下げる必要がある。一方水溶液静置断熱重合法や、光重合法、逆相懸濁重合法等は、高分子量のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体の製造に適しており、製造効率も高い。しかし重合終了時に重合体水溶液あるいはその懸濁液を取り出す必要がある。そのため、比較的分子量の低い重合体を製造しようとすると重合終了後に得られるゲルが柔らかいため、解砕機に付着するなど取り扱い性が悪い。このため、幅広い分子量のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を製造するために、水溶液静置断熱重合法や、光重合法、逆相懸濁重合法等は不向きである。
この課題を解決する方法として、飽和溶解濃度以下の無機塩の存在下、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドを含む単量体を重合する水溶液重合法が知られている（特許文献１）。無機塩が添加されることでゲル中の固形分量を増加させることができ、解砕機に付着するなどの取り扱い性における不都合がなく、乾燥により粉砕処理可能な硬さの含水ゲルとして取得することができる。
しかしながら、特許文献１の方法で低分子量のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を製造した場合、重合体に多量の塩が混入するため用途によっては制限を受ける。さらに無機塩の添加量を増やさないとゲルを所望の物性に調節できない。過剰に添加された無機塩は金属腐食の原因となるため、工業的に不利である。
一方、高強度のゲルを製造する方法として、無機塩を使用せず、１，２−エタンジオールジグリシジルエーテルといった架橋剤と共重合することで架橋ゲルとする方法も知られている（特許文献２、特許文献３）。
しかしながら、特許文献２あるいは特許文献３の方法で得たＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を酸又は塩基の存在下で加水分解した場合、得られるビニルアミン（共）重合体は無機塩又は１，２−エタンジオールジグリシジルエーテルのような架橋剤で架橋したままである。この場合、ビニルアミン（共）重合体は水中で膨潤するため水溶液にすることは難しく、高溶解性が必要な凝集剤や製紙用薬剤として使用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−５９２２０号公報
【特許文献２】特開２００９−１７９７２４号公報
【特許文献３】特開２０００−１７０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記の実情に鑑みなされたものであり、本発明者は上記のような問題点に鑑み鋭意検討した結果、低分子量でも取り扱い性に優れるゲル状のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を製造出来、さらに水への溶解性に優れたビニルアミン（共）重合体を製造しうることを見出し、本発明に到達した。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
すなわち本発明は、以下の態様を有する。【０００７】
［１］架橋結合を有する水不溶性のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体であって、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解して得られるビニルアミン(共）重合体が水溶性である、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【０００８】
［２］前記架橋結合が多官能（メタ）アクリレート単位を含む架橋結合である、［１］に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【０００９】
［３］前記架橋結合がＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体１００質量％に対し、０．１〜１５質量％である、［１］又は［２］に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【００１０】
［４］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解して得られるビニルアミン（共）重合体を０．１ｇ／ｄＬ含む１ｍｏｌ／Ｌ塩化ナトリウム水溶液の２５℃における還元粘度が、０．１〜１０ｄｌ／ｇである、［１］〜［３］のいずれか一項に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【００１１】
［５］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体がＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体である、［１］〜［４］のいずれか一項に記載のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体。【００１２】
［６］架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解し、ビニルアミン(共）重合体を得るビニルアミン(共）重合体の製造方法であって、前記加水分解により前記架橋結合の少なくとも一部が切断されるビニルアミン（共）重合体の製造方法。【００１３】
［７］前記架橋結合が多官能（メタ）アクリレートを架橋剤として、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと重合させることにより形成される、［６］に記載の製造方法。【００１４】
［８］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が水不溶性であり、得られるビニルアミン（共）重合体が水溶性である、［６］又は［７］に記載の製造方法。【００１５】
［９］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体がＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体である、［６］〜［８］のいずれか一項に記載の製造方法。【００１６】
［１０］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が断熱重合法又は光重合法により得られるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体である、［６］〜［９］のいずれか一項に記載の製造方法。【００１７】
［１１］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体が重合開始剤として硫酸第一鉄を用いた断熱重合により得られるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体である、［６］〜［１０］のいずれか一項に記載の製造方法。【００１８】
［１２］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体の原料単量体１００質量％に対し、多官能（メタ）アクリレートを０．１〜１５質量％使用する、［７］に記載の製造方法。【００１９】
［１３］加水分解の前に、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を１０５℃以下で乾燥したのち粉砕して粉体とする、［６］〜［１２］のいずれか一項に記載の製造方法。【００２０】
［１４］前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体中の不飽和アルデヒドの含有量が、前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体１００質量％に対して０．０５質量％以下である、［６］〜［１３］のいずれか一項に記載の製造方法。【００２１】
［１５］加水分解を強酸又は強塩基の存在下に行う［６］〜［１４］のいずれか一項に記載の製造方法。【００２２】
ここで重合体が「水溶性」とは、以下実施例に記載した（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体の不溶解分測定）で測定した場合の不溶解分の量が低く、水溶液にすることができることをいう。具体的には水溶性の場合の不溶解分の量としては、１質量％のビニルアミン（共）重合体水溶液となるようにビニルアミン（共）重合体純分５ｇに水を４９５ｇ加えたときに、通常０〜５０ｇの不溶解分が生じることが好ましく、０〜１０ｇがより好ましく、０〜１ｇがさらに好ましい。ここで「不溶解分」とは、重合体が水を吸って膨潤した不溶解ゲル分のことを意味する。
ここで「水不溶性」とは、以下実施例に記載した（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体の不溶解分測定）で測定した場合の不溶解分の量が多く、水溶液にすることができないことをいう。具体的には水不溶性の場合の不溶解分の量としては、１質量％のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体水溶液となるようにＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体純分５ｇに水を４９５ｇ加えたときに、通常５０ｇよりも多い。また、粒子状の重合体を水に溶解させようとした場合に重合体が膨潤するのみで完全に溶解しない場合も水不溶性と定義する。
不溶解分は以下の方法で測定することができる。
（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体の不溶解分の測定）
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体純分５ｇに４９５ｇの水を加え水溶液全量を５００ｇとし、２８０回転／分で１時間攪拌した後、水溶液を目開き１８０μｍの金網を通して濾過し、金網上の残物を水道水で洗浄し、金網上の残物を不溶解ゲル分とみなし重量を測定する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の製造方法によれば、高分子量から低分子量に至るまで様々な分子量のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を、取り扱い性に優れるゲル状の重合体として効率よく製造することが出来、その重合体を加水分解中に架橋結合の少なくとも一部を切断することで溶解性に優れた高品質のビニルアミン（共）重合体を得ることが出来る。本発明方法により製造される幅広い分子量領域のビニルアミン（共）重合体は、水処理分野、特に廃水処理での凝集剤、製紙工業での抄紙薬剤などから塗料用添加剤等の各種分野で極めて有用であり、より広い分野での使用が可能な重合体である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を詳細に説明する。
＜Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体＞
本発明の第一の態様におけるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、架橋結合を有する水不溶性のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体であって、前記重合体を加水分解して得られるビニルアミン(共）重合体が水溶性である。
また本発明第二の態様におけるビニルアミン（共）重合体の製造方法は、架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解し製造する方法であって、前記加水分解により前記架橋結合の少なくとも一部が切断される。
「架橋結合」とは、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと、エチレン性不飽和結合を有する架橋剤が共重合することにより得られるＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体における、架橋剤由来の構成単位の結合のことを意味する。
【００２５】
Ｎ−ビニルカルボン酸アミドは、一般式：ＣＨ２＝ＣＨ−ＮＨＣＯＲ（式中、Ｒは水素原子又は炭素数１〜６のアルキル基を表す）で示される単量体である。具体的には、Ｎ−ビニルホルムアミド（Ｒ＝Ｈ）やＮ−ビニルアセトアミド（Ｒ＝ＣＨ３）の他、Ｎ−ビニルプロピオン酸アミド（Ｒ＝Ｃ２Ｈ５）、Ｎ−ビニル酪酸アミド（Ｒ＝Ｃ３Ｈ７）等が例示される。これらの中では、ビニルアミン（共）重合体への誘導の容易さからＮ−ビニルホルムアミドが好ましい。つまり、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、Ｎ−ビニルホルムアミド単位を含むＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体であることが好ましい。
【００２６】
Ｎ−ビニルカルボン酸アミドは、必要に応じ、エチレン性不飽和結合を有する任意の単量体と共重合させることが可能である。共重合させ得る単量体としては、（メタ）アクリル酸及びその塩、（メタ）アクリル酸エステル、（メタ）アクリロニトリル、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジアルキル（メタ）アクリルアミド、ジアルキルアミノエチル（メタ）アクリルアミド及びその塩あるいは４級化物又は４級化物の塩、ジアルキルアミノプロピル（メタ）アクリルアミド及びその塩あるいは４級化物又は４級化物の塩などのジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレート及びその塩あるいは４級化物又は４級化物の塩、ジアセトンアクリルアミド、Ｎ−ビニルピロリドン、Ｎ−ビニルカプロラクタム、酢酸ビニル等が例示され、１種でも２種以上でも使用できる。ここで「４級化物」とは、構造中に含まれるアミンを４級アミンにしたものを意味する。（メタ）アクリル酸の塩としては、ナトリウム塩、アンモニウム塩が好ましい。ジアルキルアミノアルキル（メタ）アクリレートの塩としては、ナトリウム塩、アンモニウム塩が好ましく、４級化物の塩としては、ナトリウム塩、アンモニウム塩が好ましい。
【００２７】
重合反応に使用する全単量体中のＮ−ビニルカルボン酸アミド単量体の含有割合は、通常５モル％以上、好ましくは１０モル％以上、更に好ましくは５０モル％以上、特に好ましくは８５〜１００モル％である。ただしここで架橋剤を全単量体に含めないものとする。
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を構成する全構成単位に対し、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド単位の含有割合は、通常５モル％以上、好ましくは１０モル％以上、更に好ましくは５０モル％以上、特に好ましくは８５〜１００モル％である。ただしここで架橋剤単位は考慮しないものとする。ここで「構成単位」及び「単位」とは、重合体を構成するモノマー単位を意味する。
【００２８】
本発明においては、取り扱い性に優れたＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、架橋結合を有する水不溶性のＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体であって、前記重合体を加水分解して得られるビニルアミン(共）重合体が水溶性である必要がある。前記Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドと、加水分解によりそれに先立ち形成された架橋結合の少なくとも一部が切断可能な架橋結合を形成する架橋剤とを共重合させることにより得ることができる。
【００２９】
具体的な架橋剤の種類としては、Ｎ，Ｎ’−メチレンビスアクリルアミド、Ｎ，Ｎ’−プロピレンビスアクリルアミドなどの複数個のアクリルアミド構造を有する化合物；シュウ酸ジビニル、マロン酸ジビニル、コハク酸ジビニル、グルタル酸ジビニル、アジピン酸ジビニル、ピメリン酸ジビニル、マレイン酸ジビニル、フマル酸ジビニル、クエン酸トリビニル、トリメリット酸トリビニル、ピロメリット酸テトラビニルなどの１分子内にビニルエステル構造を２個以上有する化合物；エチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ジエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、ポリエチレングリコールジ（メタ）アクリレート、トリメチロールプロパントリ（メタ）アクリレート、ペンタエリスリトールトリ（メタ）アクリレート等の多官能（メタ）アクリレートなどが挙げられる。この中でも、酸又は塩基存在下で容易に加水分解される多官能（メタ）アクリレートを用いて架橋結合を形成することが好ましい。ここで「（メタ）アクリレート」とは、アクリレート及び／又はメタクリレートのことをいう。「多官能（メタ）アクリレート」とは、２つ以上の水酸基を有するアルコールと、（メタ）アクリル酸とのエステルであることを意味する。
架橋結合の一部が加水分解により切断されると、架橋結合に含まれるアミド結合又はエステル結合がカルボキシル基又はヒドロキシル基に変換される。これにより得られるビニルアミン（共）重合体の水溶性がより向上する。
架橋剤は１種でも２種以上でも使用できる。
【００３０】
架橋剤の添加量は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドの原料単量体１００質量％に対し、通常０．１質量％以上が好ましく、１質量％以上がより好ましく、２質量％以上がさらに好ましい。また、通常１５質量％以下が好ましく、１０質量％以下がより好ましい。具体的には、０．１〜１５質量％が好ましく、１〜１０質量％がより好ましく、２〜１０質量％がさらに好ましい。添加量が少なすぎると十分な架橋構造を形成できないためゲル強度が弱く、取り扱い性は改善されない。添加量が多すぎると架橋密度が高くなりすぎるため加水分解で架橋結合を完全に切断することが出来ず、不溶解分が生じる問題点がある。ここで「原料単量体」とは、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を合成するための、架橋剤を含めた全ての単量体を意味する。
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド重合体を構成する全構成単位に対して、架橋剤単位の含有割合は、０．１〜５モル％であることが好ましく、０．５〜３モル％であることがより好ましい。
【００３１】
Ｎ−ビニルカルボン酸アミドの重合方法としては特に限定されないが、例えば、特開昭６１−１１８４０６号公報に示されるような水溶液重合法、ＷＯ００／５８３７８号パンフレットに示されるようなレドックス開始剤とアゾ開始剤を組み合わせて使用した断熱重合法が挙げられる。また、日本国特許３７０４６６０号公報に示されるような光重合法、すなわち、モノマー水溶液を薄層に展開し、薄層の片面及び／又は両面から除熱しながら光照射する光重合法、特開平５−９７９３１号公報に示されるような単量体水溶液をＨＬＢが９〜２０である非イオン系界面活性剤(乳化剤)の存在下、炭化水素分散媒中に油中水型で懸濁重合する方法が挙げられる。中でも、操作が容易なことから、断熱重合法及び光重合法が好ましい。
【００３２】
重合の際、重合後の含水ゲルの装置などへの付着を緩和するためのゲル質改善剤を共存させてもよい。ここで「含水ゲル」とは、水を含むゲル状物質のことである。ゲル質改善剤としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類；ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、アルキレングリコールアルキルエーテル等のノニオン系界面活性剤；テトラアルキル４級アンモニウム塩、トリアルキルベンジル４級アンモニウム塩、アルキルピリジニウム塩などのカチオン系界面活性剤；シリコーンオイル、シリコーンエマルション等のシリコーン類などが例示される。これらゲル質改善剤は２種以上を併用してもよい。ゲル質改善剤の使用量は、単量体１００質量部に対し、通常１０質量部以下が好ましく、１質量部以下がより好ましい。
【００３３】
また、重合の際、緩衝液などの安定剤を使用してもよい。安定剤としては、塩化アンモニウム、リン酸ナトリウム等が挙げられる。安定剤の使用量は、単量体１００質量部に対し、通常０．１質量部以上が好ましく、１質量部以上がより好ましい。また、通常２０質量部以下が好ましく、１５質量部以下がより好ましい。具体的には０．１〜２０質量部が好ましく、１〜１５質量部がより好ましい。
【００３４】
重合は通常ｐＨ５〜９で行われる。ｐＨがこの範囲を外れるとＮ−ビニルカルボン酸アミドの加水分解によるロスが増加する。ｐＨはリン酸により調整することが好ましい。重合開始温度は、通常０〜４０℃、好ましくは０〜３０℃、更に好ましくは０〜２０℃である。
【００３５】
また、重合時に連鎖移動剤を使用して分子量を調節してもよい。連鎖移動剤としては、イソプロピルアルコール、アリルアルコール等のアルコール類、チオグリコール酸、チオグリセロール等のメルカプタン類、次亜燐酸ソーダ（ホスフィン酸ナトリウム）等の亜燐酸塩類が挙げられる。
【００３６】
断熱重合の場合、水溶液で行うことが好ましい。この場合、窒素等の不活性ガスを吹き込む通気管の備え付けられた断熱槽に単量体を入れ、ラジカル重合開始剤を添加して前記通気することにより、又は、前記通気後の前記単量体にラジカル重合開始剤を添加して混合することにより、重合が開始される。この際、単量体水溶液中の単量体の濃度は、水溶液の総質量に対し、通常２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましい。また、通常４０質量％以下が好ましく、３５質量％以下がより好ましい。より具体的には、２０〜４０質量％が好ましく、２５〜３５質量％がより好ましい。単量体濃度が低すぎる場合は、得られるゲルが柔らかくなり、小粒径化したゲルの合着が発生して乾燥工程に悪影響を及ぼしたり、運搬・移動といった取り扱い性が悪化する恐れがある。単量体濃度が高すぎる場合は、反応による発熱量が大きくなり沸騰重合となり、水溶液断熱重合を実現することが出来ない。
【００３７】
断熱重合の場合の重合開始剤は、アゾ系開始剤、レドックス系開始剤、過酸化物系開始剤及びこれらの併用系である。水溶性アゾ系開始剤の具体例としては、２，２’−アゾビス（アミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’−アゾビス〔２−（５−メチル−２−イミダゾリン−２−イル）プロパン〕二塩酸塩、４，４’−アゾビス（４−シアノ吉草酸）等が挙げられる。油溶性アゾ系開始剤の具体例としては、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、１，１’−アゾビス（シクロヘキサンカルボニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルブチロニトリル）、２，２’−アゾビス（２−メチルプロピオネ−ト）、４，４'−アゾビス（４−メトキシ−２，４ジメチル）バレロニトリル等が挙げられる。
【００３８】
レドックス系重合開始剤の具体例としては、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、ペルオクソ二硫酸アンモニウムと亜硫酸ナトリウム、亜硫酸水素ナトリウム、トリメチルアミン、テトラメチルエチレンジアミン、硫酸第一鉄等の組合せが挙げられる。特に、硫酸第一鉄は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド中の不純物の影響を受けにくいため、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドの純度が低くても、十分な重合速度を保つことが出来る。
【００３９】
過酸化物系重合開始剤の具体例としては、ｔ−ブチルハイドロパーオキサイド、ペルオクソ二硫酸アンモニウム或いはカリウム、過酸化水素、ベンゾイルペルオキサイド、ラウロイルペルオキサイド、オクタノイルペルオキサイド、サクシニックペルオキサイド、ｔ−ブチルペルオキシ２−エチルヘキサノエ−ト等が挙げられる。
上記の重合開始剤の中ではレドックス系重合開始剤と水溶性アゾ系重合開始剤の併用系が好ましい。そして、レドックス系重合開始剤としてはｔ−ブチルハイドロパーオキサイドと亜硫酸ナトリウムや亜硫酸水素ナトリウム、硫酸第一鉄を組合せ、水溶性アゾ系重合開始剤として２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩を併用することが好ましい。アゾ系重合開始剤とレドックス系重合開始剤の使用量は、アゾ系重合開始剤の場合、単量体に対し、通常０．００１質量％以上が好ましく、０．００２質量％以上がより好ましく、０．００５質量％以上がさらに好ましい。また、通常１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましく、０．２質量％以下がさらに好ましい。具体的には０．００１〜１質量％が好ましく、０．００２〜０．５質量％がより好ましく、０．００５〜０．２質量％がさらに好ましい。レドックス系開始剤の場合、単量体に対し、通常０．００１質量％以上が好ましく、０．００２質量％以上がより好ましい。また、通常０．１質量％以下が好ましく、０．０７質量％以下がより好ましい。より具体的には、０．００１〜０．１質量％であることが好ましく、０．００２〜０．０７質量％であることがより好ましい。前記使用量とすることで、重合反応が安定して行われる。
重合開始剤は１種でも２種以上でも使用できる。
【００４０】
反応容器から含水ゲルを取り出す方法としては、単量体組成物への重合開始剤の混合が完了した後に窒素曝気を停止して静置し、重合反応によって反応容器内の温度が最も高くなる時間を確認した後、更に６０〜１２０分間の熟成を行い、その後に反応容器から含水ゲルを取り出す方法が好ましい。
【００４１】
含水ゲル中に未反応のＮ−ビニルカルボン酸アミド量が多く残存する場合は、加水分解工程時に未反応のＮ−ビニルカルボン酸アミドに由来するアルデヒド基含有物質が、加水分解後に生じるビニルアミン（共）重合体と反応することにより、架橋構造が形成されて水に不溶化し易くなる。従って、Ｎ−ビニルカルボン酸アミドの重合転化率は高い方が好ましい。すなわち、転化率は、９０％以上が好ましく、９５％以上がより好ましく、９８％以上がさらに好ましく、９９％以上が特に好ましい。
【００４２】
光重合の場合は、単量体を薄層に展開し、薄層の片面及び／又は両面から除熱しながら光照射することにより行われる。照射光としては２５０〜５００ｎｍの範囲に主波長を持つ光源が好ましい。具体的には、高圧水銀ランプ、蛍光ケミカルランプ、青色蛍光ランプ等が使用される。照射強度は、光開始剤量、重合温度などによって任意に変化させ得るが、照射面において０．１〜１００Ｗ／ｍ２の範囲が好ましい。照射強度が弱すぎる場合は重合が遅く、強すぎる場合はポリマーの不溶化などの副反応を招く可能性がある。この際、単量体水溶液中の単量体の濃度は、単量体水溶液の総質量に対し、通常２０質量％以上が好ましく、２５質量％以上がより好ましい。また、通常９０質量％以下が好ましく、８０質量％以下がより好ましい。具体的には、２０〜９０質量％が好ましく、２５〜８０質量％がより好ましい。単量体濃度が低すぎる場合は、得られるゲルが柔らかくなり、小粒径化したゲルの合着が発生して乾燥に悪影響を及ぼしたり、運搬・移動といった取り扱い性が悪化する恐れがある。一方、単量体濃度が高すぎる場合は、反応による発熱量が大きくなるため、大規模な冷却設備が必要になったり、重合速度を低下させる必要がある。
重合時の薄層の厚さは、通常１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上がさらに好ましい。また、通常５０ｍｍ以下が好ましく、３０ｍｍ以下がより好ましく、２０ｍｍ以下がさらに好ましい。具体的には１〜５０ｍｍが好ましく、２〜３０ｍｍがより好ましく、５〜２０ｍｍがさらに好ましい。薄層の厚さが薄すぎる場合は効率的に重合体を製造できず、薄層が厚すぎる場合は重合時の発熱を充分に除熱できない。
単量体水溶液は重合に先立って酸素を除くことが好ましい。酸素の除去は、工業的には、窒素、ヘリウム等の不活性ガスを通気することにより行われる。また、単量体水溶液は重合に先立って適切な開始温度に調節される。開始温度は、通常−２０℃以上が好ましく、−１０℃以上がより好ましく、０℃以上がさらに好ましい。また、通常７０℃以下が好ましく、５０℃以下がより好ましく、３０℃以下がさらに好ましい。より具体的には、−２０〜７０℃が好ましく、−１０〜５０℃がより好ましく、０〜３０℃がさらに好ましい。
光重合法で使用されるラジカル系光重合開始剤は、重合時に単量体水溶液中に共存させればよい。光重合開始剤としては、公知の化合物から適宜選定することが出来る。例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾイン系、ベンゾインアルキルエーテル系、ベンジルジメチルケタール系、α−ヒドロキシケトン系、ビスアシルフォスフィンオキサイド系光重合開始剤などが挙げられる。具体的には、ベンゾフェノン、ベンゾイン、ベンゾインエチルエーテル、２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オン、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン、１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）−フェニル］−２−ヒドロキシ−２−メチル−１−プロパン−１−オン、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−モルフォリノプロパン−１−オン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−１−ブタン−１−オン、ビス（２，６−ジメトキシベンゾイル）−２，４，４−トリメチル−１−ペンチルフォスフィンオキサイド、ビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−フェニルフォスフィンオキサイド、（２，４，６−トリメチルベンゾイル）−ジフェニルフォスフィンオキサイド等が例示される。光重合開始剤の使用量は、単量体に対し、通常０．００１質量％以上が好ましく、０．００２質量％以上がより好ましく、０．００５質量％以上がさらに好ましい。また、通常１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましく、０．２質量％以下がさらに好ましい。より具体的には、０．００１〜１質量％が好ましく、０．００２〜０．５質量％がより好ましく、０．００５〜０．２質量％がさらに好ましい。光重合開始剤は１種でも２種以上でも使用できる。
光開始剤は適当な増感剤と併用することが出来る。増感剤としては、例えば、アミン類、ヨードニウム塩等のハロゲン化物、チオキサントン類等が挙げられる。具体的には、メチルジエタノールアミン、ビスジエチルアミノベンゾフェノン、ジエチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン等が例示される。更に、場合によっては、重合開始剤としてアゾ系重合開始剤を併用してもよい。具体的には、２，２’−アゾビス（４−メトキシ−２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビス（２，４−ジメチルバレロニトリル）、２，２’−アゾビスイソブチロニトリル、２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩、２，２’−アゾビス［２−（２−イミダゾリン−２−イル）プロパン］或いはその二塩酸塩又はその二酢酸塩、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］、２，２’−アゾビスイソブチル酸ジメチルエステル、４，４’−アゾビス（４−シアノバレリン酸）或いはその二ナトリウム塩又はその二カリウム塩などが例示される。これらアゾ系化合物は２種以上を併用することが出来る。アゾ系化合物の使用量は、単量体１００質量％に対し、通常１質量％以下が好ましく、０．５質量％以下がより好ましく、０．２質量％以下がさらに好ましい。また、通常０．００１質量％以上が好ましく、０．００２質量％以上がより好ましく、０．００５質量％以上がさらに好ましい。具体的には、０．００１〜１質量％が好ましく、０．００２〜０．５質量％がより好ましく、０．００５〜０．２質量％がさらに好ましい。
【００４３】
断熱重合或いは光重合のいずれにおいても重合終了後、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド重合体は塊状の含水ゲルとして得ることができる。ここで含水ゲルの含水率は１０〜８０％であることが好ましい。ここで「含水率」とは、得られた含水ゲルの総質量に対する、含水ゲル中の水の量を意味する。含水率は、精秤した含水ゲルを１１０℃で１２０分加熱し、重量法で求めた減少分量を含水率とする方法で求めることができる。得られた塊状の含水ゲルは、通常、解砕後粉砕して粒子状にする。解砕して得られる粒状物の最長径は、通常５ｃｍ以下が好ましく、２ｃｍ以下が好ましく、１ｃｍ以下がさらに好ましい。また、粒状物の最短径は、通常１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上がさらに好ましい。より具体的には、１ｍｍ〜５ｃｍが好ましく、３ｍｍ〜２ｃｍがより好ましく、５ｍｍ〜１ｃｍがさらに好ましい。解砕方法としては、カッター等でゲルを裁断する方法、ミートチョッパー等で押し出してゲルを裁断する方法などがある。ミートチョッパーを使用する場合、ミートチョッパーのダイスの穴径は、上記の最長径に対応し、通常５ｃｍ以下が好ましく、２ｃｍ以下がより好ましく、１ｃｍ以下がさらに好ましい。また、通常１ｍｍ以上が好ましく、３ｍｍ以上がより好ましく、５ｍｍ以上がさらに好ましい。より具体的には、１ｍｍ〜５ｃｍが好ましく、３ｍｍ〜２ｃｍがより好ましく、５ｍｍ〜１ｃｍがさらに好ましい。粒子同士の付着を抑えるために助剤を使用してもよい。通常、ポリアルキレングリコール類、シリコーンオイル等の各種オイル類の他、界面活性剤などが使用される。
上記で得られた含水ゲル粒状物は、含水率が５〜３０質量％となるまで乾燥することが出来る。ここでの含水率は、含水ゲル粒状物の総質量に対する、含水ゲル粒状物中の水の量を意味する。乾燥機としては、公知の種々の装置、例えば、バンド乾燥機、振動流動乾燥機、ディスク乾燥機、コニカル乾燥機などが使用される。乾燥条件は適宜選択することが出来るが、温度が低すぎると乾燥効率が悪く、温度が高すぎると重合体劣化の原因となる。また、乾燥温度を上げることで、加水分解した際に不溶化の原因となるアルデヒド類が増加することが分かっている。中でもα，β−不飽和アルデヒド（以下、「不飽和アルデヒド」ともいう）の増加が著しい。ここで「α，β−不飽和アルデヒド」とは、分子内に不飽和結合とアルデヒド基を含むものを言い、具体的には、クロトンアルデヒド、２，４−ヘキサジエナール（ソルビンアルデヒド）、桂皮アルデヒド、などが挙げられる。従って乾燥温度は、重合体の温度が、通常４０℃以上が好ましく、５０℃以上がより好ましく、６０℃以上がさらに好ましい。また、通常１０５℃以下が好ましく、１００℃以下がより好ましく、１００℃以下がさらに好ましい。より具体的には、４０〜１０５℃が好ましく、５０〜１００℃がより好ましく、６０〜１００℃がさらに好ましい。乾燥した重合体は公知の方法で粉体化することが出来る。粉体化する方法としては、ウィレー型粉砕機、ボールミル型粉砕機、ハンマーミル型粉砕機などを用いる方法が挙げられる。粉体の粒度は任意に定めうるが、大きすぎると溶解に時間がかかり、小さすぎると溶解時にいわゆるママコの発生や微粉による作業環境の悪化の原因となるので好ましくない。粉体は、篩の目で４メッシュを通過する大きさが好ましく、１０メッシュを通過する大きさがより好ましい。また５００メッシュに残る大きさが好ましく、１００メッシュに残る大きさがより好ましい。前記粉体としては、篩の目で４メッシュを通過し、５００メッシュに残る大きさのものが、粉体総重量の８０％以上を占めることが好ましく、９０％以上を占めることがより好ましい。より具体的には、乾燥後の粉体の平均粒子径は、０．２５〜５ｍｍが好ましく、０．２５〜２ｍｍがより好ましい。なお、平均粒子径は以下の方法で測定することができる。
（平均粒子径の測定）
目開き（単位：μｍ）１７００、１０００、７１０、５００、２５０、７５の各標準篩と受け皿の重量を測定し、それらを重ね合わせ、粉体状の重合体１０ｇを最上段の篩上に投入した。次いで、電磁振動式篩分器にセットし、５分間振動させ、それぞれの篩と受け皿の重量を測定し、各重量差を求め、それぞれの篩上に残った重合体の割合を算出した。この粒度分布から積算分布曲線を求め、５０％の積算値における粒径値を平均粒子径とした。
得られた粉体状Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体中のα，β−不飽和アルデヒドの含有量は、前記重合体に対して０．０５質量％以下であることが好ましく、０．０３質量％以下であることがより好ましい。０．０５質量％より多いと、後述する不溶化防止剤の添加量が増大するため、経済性が悪い。
【００４４】
＜Ｎ−ビニルアミン（共）重合体の製造方法＞
本発明の第二の態様におけるビニルアミン（共）重合体の製造方法は、架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解し、ビニルアミン（共）重合体を製造する方法であって、前記加水分解により前記架橋結合の少なくとも一部が切断されるビニルアミン（共）重合体の製造方法である。
本発明の第一の態様における架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、一部又は全部を加水分解して製紙薬剤や凝集剤用途に好適であるビニルアミン（共）重合体となる。加水分解工程においては酸又は塩基との接触により架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド重合体がビニルアミン（共）重合体に変換され、また架橋結合の少なくとも一部が切断される。「架橋結合の少なくとも一部が切断される」とは、架橋結合に含まれるアミド結合又はエステル結合が加水分解されることを意味する。また、架橋構造中の全てのアミド結合又はエステル結合が加水分解されなくてもよく、一部のアミド結合又はエステル結合が加水分解されてもよい。加水分解される架橋結合のアミド結合又はエステル結合は、架橋結合に含まれるアミド結合又はエステル結合の全モル数に対し、８０〜１００モル％であることが好ましく、９０〜１００モル％であることがより好ましい。
また、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド単位は、全てのアミド結合が加水分解されなくてもよく、一部のアミド結合が加水分解されてもよい。加水分解されるＮ−ビニルカルボン酸アミド単位は、全Ｎ−ビニルカルボン酸アミド単位に対し、１０〜１００モル％であることが好ましく、１０〜９０モル％であることがより好ましい。加水分解の方法としては、架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド重合体を乾燥し、粉体状としたものを酸又は塩基存在下に水中に懸濁させて加水分解する方法、架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド重合体の塊状ゲルを解砕して粒状物となし、前記粒状物に酸又は塩基を混合し加水分解する方法、架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド重合体を炭化水素系分散媒中に油中水型で分散し、酸又は塩基を添加することで加水分解する方法などが挙げられるが、均一な加水分解を行うため、酸又は塩基存在下に、水中に懸濁させて反応を行うことが好適である。また生産性、輸送性を高めるために、なるべくポリマー濃度（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド重合体の濃度）の高い条件で反応を行うことが望ましい。ポリマー濃度は溶解装置の能力と経済性との兼ね合いで決められるが、通常は酸又は塩基存在下に水中に懸濁させる場合、懸濁液の総質量に対し、０．１重量％以上が好ましく、１重量％以上がより好ましく、２重量％以上がさらに好ましい。また、通常は３０重量％以下が好ましく、２０重量％以下がより好ましく、１５重量％以下がさらに好ましい。より具体的には、０．１〜３０重量％以下が好ましく、１〜２０重量％がより好ましく、２〜１５重量％がさらに好ましい。油中水型で分散させた分散液の場合、分散液の総質量に対し、ポリマー濃度は好ましくは０．１〜５０重量％であり、より好ましくは５〜４０重量％である。
【００４５】
含水ゲル中に未反応のＮ−ビニルカルボン酸アミド量が多く残存する場合は、加水分解工程時に未反応のＮ−ビニルカルボン酸アミドに由来するアルデヒド基含有物質が、加水分解後に生じるビニルアミン（共）重合体と反応することにより、架橋構造が形成されて水に不溶化し易くなる。そのため、加水分解前に不溶化防止剤を使用して不溶化防止処理を行ってもよい。不溶化防止剤とは、加水分解に先立ち又は加水分解と並行してアルデヒド基とオキシム化反応や酸化還元反応などを起こす、アルデヒド基との反応性が高い物質を添加するものである。斯かる物質としては、特開平５−８６１２７号公報や特開平５−１２５１０９号公報等に示されているようなヒドロキシルアミン又はその塩酸塩若しくは硫酸塩、過酸化水素、水素化硼素ナトリウム、アスコルビン酸、硫酸水素ナトリウム、二酸化硫黄、亜二チオン酸ナトリウム、アミノグアニジン、フェニルヒドラジン、尿素、エチレン尿素、プロピレン尿素、アンモニア、塩化アンモニウム、或いは硫酸アンモニウム等が挙げられる。特に、ヒドロキシルアミン、ヒドロキシルアミン塩酸塩、ヒドロキシルアミン硫酸塩、水素化硼素ナトリウム、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム等が好適である。
不溶化防止剤の使用量は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド重合体中に残存する単量体量、あるいは不純物として存在するアルデヒド類の量によって異なるが、重合体１００質量部に対し、通常０．１質量部以上が好ましく、０．２質量部以上がより好ましい。また、通常１０質量部以下が好ましく、４質量部以下がより好ましい。具体的には、重合体１００質量部に対し、０．１〜１０質量部が好ましく、０．２〜４質量部がより好ましい。不溶化防止剤は、重合体粉末の溶解後に添加してもよく、重合体粉末を溶解させる水に予め添加しておいてもよい。また含水ゲルや重合体粉末に対して添加してもよい。
上記のようにして得た架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体溶液は、加熱することによって加水分解を促進することができる。加水分解温度は、３０℃ 以上が好ましく、５０℃以上がより好ましく、６０℃以上がさらに好ましい。また、１８０℃ 以下が好ましく、１４０℃以下がより好ましく、１００℃以下がさらに好ましい。より具体的には、３０〜１８０℃が好ましく、５０〜１４０℃がより好ましく、６０〜１００℃がさらに好ましい。低すぎる温度で加水分解を行うと、架橋結合の少なくとも一部の切断に時間を要し、均一な水溶液とならないため、加水分解にムラが生じてしまう。一方、高すぎる温度で加水分解を行うと、重合体の劣化を促進するおそれがある。加熱時間は所望の加水分解率に応じて定めればよいが、高温で長時間加熱すると劣化を促進するおそれがあるので４８時間以内が望ましく、好ましくは２４時間以内、さらに好ましくは１２時間以内である。加水分解の条件によっては加水分解に用いた酸又は塩基がビニルアミン（共）重合体に残存している場合がある。これらの残存した酸又は塩基は必要に応じて中和してもよい。
【００４６】
加水分解を強酸又は強塩基により行うことが好ましい。
加水分解に好適な酸は、例えば、無機酸の中では、例えば、ハロゲン化水素（水溶液中では塩酸）、硫酸、硝酸、燐酸、（オルト−、メタ−ポリ燐酸）である。有機酸の中では、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸などの炭素数１〜５のカルボン酸、あるいは、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、トルエンスルホン酸などの脂肪族又は芳香族スルホン酸である。これらの中では塩酸が好ましい。
【００４７】
加水分解に好適な塩基は、周期律表の第１及び第２族の金属の水酸化物である。具体的には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム等が挙げられる。また、アンモニア及びアンモニアのアルキル誘導体、例えば、アルキル−又はアリールアミンも好適である。斯かるアミン類としては、例えば、トリエチルアミン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、モルホリン又はアニリンが挙げられる。これらの中では、アンモニア、水酸化ナトリウム溶液、水酸化カリウム溶液が好ましい。
酸又は塩基の使用量は、所望する加水分解率によって異なるが、目的とするビニルアミン（共）重合体の製造で使用したＮ−ビニルカルボン酸アミドと共重合した架橋剤とを合計した添加量に対し、通常０．８倍モル当量以上が好ましく、１倍モル当量以上がより好ましい。また、通常２倍モル当量以下が好ましく、１．５倍モル当量以下がより好ましい。具体的には、０．８〜２倍モル当量が好ましく、１〜１．５倍モル当量がより好ましい。また、酸又は塩基は、予め溶解して溶液として加水分解反応に供するのが好ましい。その場合、溶液の濃度は高い方が反応操作上好ましい。加水分解率は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド単量体単位に対する割合として、通常０．１モル％以上が好ましく、１モル％以上がより好ましい。また、通常１００モル％以下が好ましく、９５モル％以下がより好ましい。より具体的には、０．１〜１００モル％が好ましく、１〜９５モル％がさらに好ましい。
【００４８】
＜ビニルアミン（共）重合体＞
本発明の第三の態様におけるビニルアミン（共）重合体は、Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体を加水分解して得られる。ビニルアミン（共）重合体は、ビニルアミン単位を含む（共）重合体であり、水溶性である。また、架橋剤単位であて、架橋剤単位中の一部の構造（アミド結合又はエステル結合）が加水分解されてカルボキシル基又はヒドロキシル基に変換された架橋剤単位を含む。
ビニルアミン単位は、ビニルアミン（共）重合体を構成する全構成単位に対し、９．５〜９９．９モル％であることが好ましく、１０〜９０モル％であることがより好ましい。
架橋剤単位のうち、加水分解された架橋剤単位は、全架橋剤単位に対して８０〜１００モル％であることが好ましく、９０〜１００モル％であることがより好ましい。
【００４９】
ビニルアミン（共）重合体は、前記重合体を０．１ｇ／ｄＬ含む１ｍｏｌ／Ｌ塩化ナトリウム水溶液の２５℃における還元粘度が、０．１〜１０ｄＬ／ｇであることが好ましい。
還元粘度は以下の方法で測定することができる。
（還元粘度の測定）
ビニルアミン（共）重合体水溶液を１規定の食塩水中に、純分０．１ｇ／ｄＬの濃度に溶解してサンプル溶液とし、２５℃において、オストワルド粘度計を用いて流下時間を測定する。同様に、１規定食塩水の流下時間を測定し、次式によって還元粘度を求める。
［数１］
還元粘度  ηｓｐ／Ｃ  ＝  （ｔ−ｔ０）／ｔ０／０．１  ［ｄＬ／ｇ］
ｔ：サンプル溶液の流下時間（秒）
ｔ０：１規定食塩水の流下時間（秒）
【００５０】
得られるビニルアミン（共）重合体において、加水分解された架橋剤単位とビニルアミン単位の比率（モル比）は、９５：５〜９９．９：０．１が好ましく、９７：３〜９９．５：０．５がより好ましい。この数値範囲とすることにより、得られるビニルアミン（共）重合体の水溶性がより高まる。
【００５１】
本発明により得られた架橋結合を有するＮ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、ゲル強度が高く取り扱い性に優れるため幅広い分子量の重合体を製造することが可能である。また架橋剤との共重合により形成した架橋結合は、強酸又は強塩基で容易に加水分解されるため、加水分解後のビニルアミン（共）重合体は溶解性に優れており、水処理分野、特に廃水処理での凝集剤、製紙工業での抄紙薬剤などとして有用である。
【００５２】
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体は、Ｎ−ビニルホルムアミドと、架橋剤としてポリエチレングリコール＃６００ジアクリレート、ポリエチレングリコール＃６００ジメタクリレート又はアジピン酸ジビニルとを重合させたものであることが好ましい。Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体の加水分解は塩基を使用することが好ましく、なかでも水酸化ナトリウムが好ましい。
【実施例】
【００５３】
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。なお、実施例及び比較例において重合体の物性は、以下の方法により測定した。【００５４】
（ゲルの取り扱い性の評価）
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体の塊状ゲル片を３ｃｍ角以下に切断した後にダイスの穴径が４．８ｍｍのミートチョッパーで処理する。ダイスを通過して得られるゲルの形状からゲルの取り扱い性を以下の２段階で評価し、ゲルの取り扱い性とした。
○：ゲルが細粒化されたままの形状を保持しており取り扱い性に優れる
×：細粒化後に大半のゲル粒子が合着し、ストランド状になるため取り扱いが困難になる【００５５】
（還元粘度の測定）
加水分解後のビニルアミン（共）重合体水溶液を１規定の食塩水中に、純分０．１ｇ／ｄＬの濃度に溶解してサンプル溶液とし、２５℃において、オストワルド粘度計を用いて流下時間を測定した。同様に、１規定食塩水の流下時間を測定し、次式によって還元粘度を求めた。
［数２］
還元粘度  ηｓｐ／Ｃ  ＝  （ｔ−ｔ０）／ｔ０／０．１  ［ｄＬ／ｇ］
ｔ：サンプル溶液の流下時間（秒）
ｔ０：１規定食塩水の流下時間（秒）【００５６】
（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体の不溶解分の測定）
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体、又はビニルアミン（共）重合体を１質量％となるよう脱塩水を加え水溶液全量を５００ｇとし、２８０回転／分で１時間攪拌した後、水溶液を目開き１８０μｍの金網を通して濾過し、金網上の残物を水道水で洗浄した。金網上の残物である不溶解ゲル分の重量を測定した。【００５７】
（Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体中のα，β−不飽和アルデヒド含有量の測定）
Ｎ−ビニルカルボン酸アミド（共）重合体２ｇを三角フラスコに分取し、そこにメタノールを２０ｍｌ添加した。室温で５時間攪拌を行い、重合体とメタノールをろ紙にて分離した。分離したメタノールに、溶液のｐＨが１となるよう３５％塩酸水溶液を添加し、２，４−ジニトロフェニルヒドラジンを０．０１ｇ添加した。この混合溶液を４５℃で１時間反応させ、超純水４５体積％／アセトニトリル５５体積％の水溶液で１０倍に希釈した。前記反応により生成した前記希釈溶液中の誘導体を、以下の分析条件にて、液体クロマトグラフフィーにより絶対検量線法で定量分析することにより前記不飽和アルデヒド含有量を算出した。
分析システム：島津ＬＣ分析システム
カラム：ＯＤＰカラム（Ｓｈｏｄｅｘ  ＯＤＰ  ４．６ｍｍ×２５０ｍｍＨ）
溶離液：超純水４５体積％／アセトニトリル５５体積％
流速：１ｍｌ／ｍｉｎ
分析温度：４０℃
サンプル注入量：２０μｌ
検出器：ＵＶ検出器（波長３６０ｎｍ）【００５８】
（実施例１）
脱イオン水６８重量部に対しポリエチレングリコール（平均分子量２００００）０．３質量部、連鎖移動剤としてホスフィン酸ナトリウム０．５質量％（対単量体）を溶解し、ついでＮ−ビニルホルムアミド（純度９９質量％）３２重量部を混合した。得られた単量体水溶液に、原料単量体に対して７質量％のポリエチレングリコール♯６００ジアクリレート（商品名：新中村化学工業製  ＮＫエステル  Ａ−６００）を溶解した後、リン酸により単量体水溶液がｐＨ６．３となるように調整し、単量体調整液を得た。【００５９】
この単量体調整液を−２℃まで冷却した後、温度計を取り付けた断熱反応容器に移して１５分間窒素曝気を行った後に２，２’−アゾビス（２−アミジノプロパン）二塩酸塩（商品名：和光純薬製  Ｖ−５０）０．１５質量％（対単量体）とｔ−ブチルハイドロパーオキサイド（商品名：日本油脂製  パーブチルＨ−６９）０．１質量％（対単量体）を１０質量％水溶液として添加し、その後に亜硫酸水素ナトリウム０．１質量％（対単量体）を１０質量％水溶液として添加することにより断熱重合を開始した。【００６０】
重合開始から１２０分後に系内温度９２℃に達し、その後さらに６０分反応容器内に保持した。その後に反応容器より生成重合体を取り出しミートチョッパーにて解砕した。得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。次いで、重合体の温度が１０５℃となるよう通風乾燥機でゲル粒状物を１．５時間乾燥し、その後粉砕し粉体とした。この粉末Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体中のα，β−不飽和アルデヒド含有量を測定したところ、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体１００質量％に対し０．００７６質量％であった。【００６１】
次に、水１２３ｇに４８質量％水酸化ナトリウム７ｇ及び亜二チオン酸ナトリウム０．６ｇを入れた水溶液に、前記重合体により得られた粉末Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体１５ｇを少量ずつ加え、５０℃で２時間かけて溶解させ、その後、８０℃で３時間加水分解反応を行った。全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４１モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．５ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６２】
（実施例２）
ポリエチレングリコール♯６００ジアクリレートをポリエチレングリコール♯６００ジメタクリレート（商品名：新中村化学工業製  ＮＫエステル  １４Ｇ）に変更した以外は実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得たが、得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．６ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６３】
（実施例３）
ポリエチレングリコール♯６００ジアクリレートをアジピン酸ジビニルに変更した以外は実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得たが、得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．６ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６４】
（実施例４）
脱イオン水５０質量部にＮ−ビニルホルムアミド（純度９９質量％）５０質量部を混合し、得られた単量体水溶液に、単量体に対して０．２質量％のポリエチレングリコール♯６００ジアクリレート（商品名：新中村化学工業製  ＮＫエステル  Ａ−６００）を溶解した後、リン酸により単量体水溶液がｐＨ６．３となるように調整し、単量体調整液を得た。
この単量体調整液に連鎖移動剤としてホスフィン酸ナトリウム１０質量％水溶液０．５質量％（対単量体）と光重合開始剤Ｄ４２６５（チバスペシャリティケミカル製）を０．４質量％（対単量体）加えて１０℃まで冷却しながら２０分間窒素曝気を行い、溶存酸素を除去した。
底面がステンレス製のトレー状容器（底面２００ｍｍ×２００ｍｍ）の底面に、ポリエチレンテレフタレートフィルム［ベースフィルム１２μｍ厚、ＰＶＤＣ（ポリビニリデンクロライド）コート４μｍ厚］を敷き、ここに前記単量体調整液を液の厚さが１０ｍｍになる分量を入れ、上部をポリエチレンテレフタレートフィルムでカバーした。上方より蛍光ケミカルランプを照射面で１０Ｗ／ｍ２の強度になるように照射した。照射期間中は、容器のステンレス面に１０℃の冷水を噴霧して重合熱を除熱した。反応開始から６０分後に冷水の噴霧を停止してから照射強度を２０Ｗ／ｍ２に上げ、さらに９０分間重合を継続した。重合温度の最高点は照射開始から８５分後に観測された。合計１５０分間の光重合終了後に反応容器より生成重合体を取り出し、重合体ゲルを得た。
前記重合体ゲルを２ｃｍ角片に解砕し、解砕されたゲル片をダイスの穴径が４．８ｍｍのミートチョッパーで処理し、ゲル片を５ｍｍ角以下に小粒化された粒状物とした。得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。次いで、１０５℃の通風乾燥機でゲル粒状物を１．５時間乾燥し、その後粉砕し粉体とした。
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．５ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６５】
（実施例５）
実施例１において、純度９９％のＮ−ビニルホルムアミドから、純度９２％のＮ−ビニルホルムアミドに変更し、実施例１に記載の開始剤に加え、硫酸第一鉄０．０３質量％（対単量体）を５質量％の水溶液として添加したこと以外は実施例１と同様にして重合を実施した。重合開始から１５０分後に系内温度９１℃に達し、低純度のＮ−ビニルホルムアミドにおいても、十分な重合速度を維持できた。得られたＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体ゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．５ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６６】
（比較例１）
ポリエチレングリコール♯６００ジアクリレートを添加しないこと以外は実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得たが、細粒化後に大半のゲル粒子が合着し、ストランド状になったため取り扱いが困難であった。
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られたビニルアミン（共）重合体の還元粘度は０．６ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６７】
（比較例２）
ポリエチレングリコール♯６００ジアクリレートを添加しないこと以外は実施例２と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得たが、細粒化後に大半のゲル粒子が合着し、ストランド状になったため取り扱いが困難であった。【００６８】
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行い、全Ｎ−ビニルホルムアミド単位中、４０モル％がビニルアミン単位に変換されたビニルアミン（共）重合体水溶液（濃度１０質量％）を得た。この水溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。なお得られた重合体の還元粘度は０．６ｄＬ／ｇであった。結果を表１に示す。【００６９】
（比較例３）
実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得た。得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。【００７０】
次に、加水分解は行わずに、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を１０質量％の濃度になるよう脱イオン水を加え溶解操作を行ったが、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体粉末は膨潤するのみで、溶解することはなかった。この溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。結果を表１に示す。【００７１】
（比較例４）
ポリエチレングリコールジアクリレートをテトラアリルオキシエタンに変更した以外は実施例１と同様の操作を行い、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体を得たが、得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。【００７２】
次に、実施例１と同様の方法で加水分解を行ったが、Ｎ−ビニルホルムアミド（共）重合体粉末は膨潤するのみで、完全に溶解することはなかった。この溶液を１質量％に希釈溶解し、不溶解分測定を行った。結果を表１に示す。【００７３】
実施例１〜５において得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であった。また、このＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体を加水分解したところ、架橋結合の一部が切断され、溶解性に優れたビニルアミン（共）重合体を得ることが出来た。一方、比較例１及び２において得られたゲル粒状物は、大半のゲル粒子が合着し、ストランド状になったため取り扱いが困難であった。比較例３で得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であったが、加水分解を実施しなかったため、架橋結合の部分構造は切断されず、不溶解分が多量に存在した。また、比較例４で得られたゲル粒状物は、細粒の形状を維持し、取り扱い性も良好であったが、このＮ−ビニルホルムアミド（共）重合体を加水分解したところ、架橋結合のいずれの部分も切断されず、加水分解後のビニルアミン（共）重合体は不溶解分が多量に存在した。【００７４】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明によれば、ビニルアミン（共）重合体の製造方法として広く適用できる。
【国際調査報告】
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