日本初の合成繊維:ビニロンの製法と性質

biniron@2x

分子量にgがついていますが、分子量に単位はありませんので誤りですm(_ _)m

京都大学の桜田一郎が発明した日本初の合成繊維(1939年). 酢酸ビニルを付加重合させ,\ ポリ酢酸ビニルにする. ポリ酢酸ビニルを水酸化ナトリウム水溶液でけん化し,\ ポリビニルアルコールにする.酢酸ビニル付加重合}ポリ酢酸ビニル(PVAc{酢酸ビニル}{けん化}ポリビニルアルコール(PVA){OH}基の{一}{部}(30~40\%)をホルムアルデヒド{HCHO}でアセタール化する. {PVAは親水基{OH}を多く含むので水に溶けやすく,\ 繊維として利用できない. {OH}基の割合を減らすと{水に溶けず,\ 適度な吸湿性をもつ合成繊維となる. ポリビニルアルコール(PVA)}{ホルムアルデヒド{アセタール化 特徴} 木綿(セルロース)に似た性質,\ 軽い,\ 高強度,\ 耐摩耗性,\ 耐薬品性. 用途} テント,\ 漁網,\ 防護ネット,\ 作業服,\ 運動服. \ 酢酸ビニルは,\ アセチレン{H-C#C-H}に酢酸CH₃COOHを付加して作られる. ビニルアルコール{CH₂=CH(OH)}は,\ 二重結合に{OH}基が付加した不安定構造をもつ(エノール形). これは直ちにケト形のアセトアルデヒド{CH₃CHO}に変異するのであった(ケト–}エノール互変異性). そこで,\ 酢酸ビニルからポリ酢酸ビニルを経由してポリビニルアルコールを作成する. けん化は,\ 強塩基によるエステルの加水分解である. {R-COO-R}’ + {NaOH -> R-COONa} + {R}'{- OH} ポリビニルアルコール(PVA})は,\ 文具用のり,\ 洗濯用合成のり,\ 接着剤などに利用されている. 1個の{C}原子に2つのエーテル結合がある化合物{C-O-C-O-C}をアセタールという. 平均分子量$1.010⁴$gのポリ酢酸ビニルから得られるビニロンの平均分子量を求 め,\ 整数値で答えよ.\ ただし,\ アセタール化で40\%の{OH}基が反応するものとする. ポリビニルアルコール$1.010⁴$gをアセタール化したところ,\ 質量が510g増加 した.\ アセタール化されたヒドロキシ基の割合を求めよ.\ また,\ この反応で要した 40\%ホルムアルデヒド水溶液の質量を求めよ. 重合度を$n$とすると,\ ポリ酢酸ビニルの分子量は $86n$ { }平均分子量$1.010⁴$gのポリ酢酸ビニルの重合度$n$は { }40\%の{OH}基がアセタール化されると { }ビニロンの平均分子量は ポリビニルアルコール1分子当たり$n={1.010⁴}{86}$個の{OH}基が含まれる. { }反応する{OH}基はこのうちの40\%,\ つまり\ ${1.010⁴}{86}{40}{100$\ 個である. {OH}基2個が反応するごとに{C}が1個増える(分子量が12増える)}. { }ポリビニルアルコールからの分子量増加分は\ビニロンの平均分子量は 重合度を$n$とすると質量増加について\ }\ より x=37.4{37\%}$ { }この反応で要した40\%ホルムアルデヒド水溶液の質量$y$は ビニロンの計算問題では,\ {ポリビニルアルコールの繰り返し単位を2倍にして考える}とよい. つまり,\ PVA}の分子量44nにおいて,\ 「44がn個」を「88が12n」個と考えるわけである. これにより,\ アセタール化される部分とされない部分に分割できるようになる. 40\%が反応する本問では,\ 12n{40}{100}箇所のアセタール化された部分ができる. 残りの\ 12n{60}{100}箇所はそのままである. アセタール化は\ {OH + OH -> O-CH₂-O}\ となり,\ 結果として{C}原子が1個分増える. よって,\ アセタール化された部分の繰り返し単位は\ 88+12=100\ となる. ポリビニルアルコールからの増加分を考える別解も示した. 本問ではやや回りくどい解法になるが,\ のような問題では必要な考え方である. アセタール化では,\ {OH}基2個につき{C}が1個増えることを考慮する. 増加分が求まるから,\ ポリビニルアルコールの分子量44nと足し合わせればよい. の別解が理解できていれば容易で,\ 質量増加分から逆に反応した{OH}基の割合が求められる. アセタール化されるのは,\ 12n{37.4}{100}\ 箇所で,\ 1箇所につき1個の{HCHO}を要する. よって,\ {HCHO}=30を掛けると,\ 反応したホルムアルデヒドの質量となる. 求めるのは,\ ホルムアルデヒドではなくホルムアルデヒド水}溶}液}の質量であることに注意する. ホルムアルデヒド水}溶}液}y[g]}の40\%が反応した{HCHO}であることを考慮して立式する.
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