JP2004502010A - 過フルオロビニルエーテル変性フルオロポリマーを含有するポリマー加工添加剤およびこれを用いた溶融加工性熱可塑性ポリマー組成物 - Google Patents

過フルオロビニルエーテル変性フルオロポリマーを含有するポリマー加工添加剤およびこれを用いた溶融加工性熱可塑性ポリマー組成物 Download PDF

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Abstract

ポリマー加工助剤組成物、前記ポリマー加工助剤を使用する溶融加工性ポリマー組成物、および熱可塑性ポリマーの溶融加工性を改善する方法が提供される。ポリマー加工助剤組成物は、過フルオロビニルエーテル、好ましくは式、CF=CF−(OCFCF(CF))OR(式中、Aは0〜3の値を有し、Rは1〜8(好ましくは1〜3)個の炭素原子を有する過フルオロ脂肪族(好ましくは過フルオロアルキルまたは過フルオロアルコキシ)である。)を有するものから誘導される、インターポリマー化したユニットを含むフルオロポリマーを含む。

Description

【0001】
発明の分野
本発明は、ビニルエーテルモノマーを用いるフルオロポリマー加工添加剤、このポリマー加工添加剤を使用する溶融加工性熱可塑性ポリマー組成物、および溶融加工性熱可塑性ポリマーの溶融加工性を改善する方法に関する。
【0002】
背景
あらゆる溶融加工性熱可塑性ポリマー組成物において、それを越えると押出し物表面が粗くなり、それ以下では押出し物が滑らかになる臨界剪断速度が存在する。例えばR.F.Westover著のMelt Extrusion、Encyclopedia of Polymer Science and Technology第8巻、573〜81ページ(John Wiley & Sons、1968年)を参照されたい。滑らかな押出し物表面に対する要求は、ポリマー組成物を可能な限り高速(すなわち高い剪断速度)で押出す経済上の利点と競合し、それに関して最適化されなくてはならない。
【0003】
溶融加工性ポリマー、特に高および低密度ポリエチレンにおいて観察される、様々なタイプの押出し物の粗さおよび歪みのいくつかについては、A.RudinらのFluorocarbon Elastomer Aids Polyolefin Extrusion、Plastic Engineering、1986年3月、63〜66ページで述べられている。著者らは、加工条件およびダイの幾何学的配置の特定の組に対して、それを越えると直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、およびポリプロピレンなどのポリオレフィンが溶融欠陥を被る、臨界剪断応力が存在すると述べている。欠陥は低い剪断速度では、表面光沢の損失である「シャークスキン」の形態を取り、それはより深刻な発現では、押出し方向をほぼ横断する隆線のように見えるかもしれない。より高速では、押出し物は「連続溶融破壊」を被って著しく歪む可能性がある。また連続溶融破壊が最初に観察されるのよりも低い速度では、LLDPEおよびHDPEは、押出し物表面が滑らかな表面から粗い表面の間で変化する「周期性溶融破壊」を被る可能性がある。著者らはさらに、加工条件の調節またはダイの立体配置の変更によって剪断応力を低下させることで、これらの欠陥をある程度避けることができるが、全く新しい問題が起きないわけではないと述べている。例えばより高温での押出しによって、チューブラフィルム押出しではより脆弱なバブルウォールが生じ、より広いダイギャップはフィルム延伸に影響を与える可能性がある。
【0004】
熱可塑性ポリマーの押出し中にしばしば遭遇する、その他の問題もある。それらとしては、ダイのオリフィスにおけるポリマーの蓄積(ダイ蓄積またはダイ垂れ落ちとして知られる)、押出し実行中の背圧増大、高い押出し温度に起因するポリマーの過剰な劣化または低い溶融強度が挙げられる。これらの問題によって、加工を停止して装置を清掃しなくてはならないために、あるいは加工をより低速で実行しなくてはならないために、押出し加工が遅くなる。
【0005】
特定のフルオロカーボン加工助剤は、押出しできる熱可塑性炭化水素ポリマー中の溶融欠陥を部分的に軽減し、より早くより効率的な押出しを可能にすることが知られている。例えばBlatzらに付与された米国特許番号第3,125,547号が、溶融押出しできる炭化水素ポリマーと共に、フルオロカーボンポリマー加工助剤を使用することについて初めて述べており、ここではフッ素化されたポリマーは、少なくとも1:2のフッ素対炭素の原子比を有するフッ素化されたオレフィンのホモポリマーおよび共重合体であり、フルオロカーボンポリマーは、炭化水素ポリマーに類似した溶融流れ特性を有する。
【0006】
米国特許番号第4,904,735号(Chapman,Jr.ら)は、(1)難溶融加工性のポリマーの溶融加工温度では、結晶質の場合は溶融形態であり、または非晶質の場合はそのガラス転移温度を越える、フルオロカーボン共重合体、および(2)少なくとも1つのテトラフルオロエチレンホモポリマー、あるいはテトラフルオロエチレンとそれに共重合できる少なくとも1つのモノマーとの共重合体を含み、モル比が少なくとも1:1で、難溶融加工性のポリマーが溶融加工できる温度では固形である、難溶融加工性のポリマーと共に使用するためのフッ素化された加工助剤について述べている。
【0007】
Morganらに付与された米国特許番号第5,397,897号では、ポリオレフィン中で加工助剤として、高いヘキサフルオロプロピレン含量を有するテトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体を使用することについて述べている。
【0008】
Priesterらに付与された米国特許番号第5,064,594号、およびChapman,Jr.らに付与された第5,132,368号では、−COF、−SOF、SOM、−OSOM、−COOR、および−COOM(式中、RはCアルキル基であり、Mは水素、金属カチオン、または四級アンモニウムカチオンである。)をはじめとする官能性ポリマー鎖末端基を含有し、難溶融加工性のポリマーと共に使用するための特定のフルオロポリマー加工助剤の使用について述べている。フルオロポリマーは、(i)照射ポリテトラフルオロエチレン、(ii)テトラフルオロエチレンと過フルオロ(アルキルビニルエーテル)または炭素原子3〜8個を含有する過フルオロオレフィンとの部分的結晶質共重合体、(iii)テトラフルオロエチレンと過フルオロ(アルキルビニルエーテル)とのエラストマー共重合体、(iv)フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、およびテトラフルオロエチレンの共重合体、および(v)1つ以上のフルオロオレフィンと
【化1】
Figure 2004502010
(式中、Zは−Fまたは−CFであり、xは0または1〜4の整数であり、yは0または1であり、zは1〜12の整数であり、W’は−SOF、−SOCl、−SOH、−COOR、または−COOM(式中、RはCアルキルであり、Mは水素、金属カチオン、好ましくはアルカリ金属カチオン、または四級アンモニウムカチオンである。)の官能基から選択される。)の官能基含有モノマー0.5〜40モル%との共重合体から成る群より選択され、前記フルオロポリマーは百万個の炭素原子あたり少なくとも100個の官能基Wを含有する。このような官能基は熱不安定性であり、あるいは押出しできる樹脂中、または押出しできる組成物に組み込まれるアジュバント中に存在する塩基性および/または酸性官能基に対して化学反応性である。
【0009】
Chapmanらに付与された米国特許番号第5,464,904号では、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体、およびテトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、およびフッ化ビニリデンのターポリマーなどの単様式の半晶質フルオロプラスチックとポリオレフィンの使用が開示される。この特許で述べられている唯一の溶融加工性の向上は、直鎖状低密度ポリエチレン中の濃度1000ppmのフルオロポリマーが、押出しできる組成物の押出し圧力を低下させると言われる実施例25で示されている。溶融欠陥の低下は示されていない。
【0010】
DuchesneおよびJohnsonに付与された米国特許番号第5,015,693号および第4,855,013号は、熱可塑性炭化水素ポリマーのための加工添加剤としてのポリ(オキシアルキレン)ポリマーとフルオロカーボンポリマーとの組み合わせの使用を開示する。ポリ(オキシアルキレン)ポリマーおよびフルオロカーボンポリマーは、押出し中の溶融欠陥発生を低下させるような相対濃度および比率で使用される。概してフルオロポリマーの濃度は、最終押出し物の0.005〜0.2重量%のレベルで存在し、ポリ(オキシアルキレン)ポリマーは、最終押出し物の0.01〜0.8重量%のレベルで存在する。好ましくは押出し物中のフルオロカーボンポリマーの重量、および押出し物中のポリ(オキシアルキレン)ポリマーの重量は、1:1〜1:10の比率である。
【0011】
Blongらに付与された米国特許番号第5,710,217号では、主要構成成分としての溶融加工性炭化水素ポリマーと、有効量の耐薬品性フルオロポリマー加工助剤との混合材を含む、押出しできる熱可塑性炭化水素組成物が開示される。フルオロポリマーは少なくとも50重量%のフッ素を含有し、実質的に完全にエチレン性不飽和である1つ以上のフルオロポリマーを含む。
【0012】
先行加工添加剤は有用でありながら、改善されたフルオロポリマー加工添加剤を提供する必要性がいまだにある。下で考察するように改善された溶融加工性を与える加工添加剤を提供することが望ましい。攻撃的なホストポリマー(例えばナイロンなどの極性非炭化水素ホストポリマー)および/またはホストポリマー中で用いられる攻撃的なアジュバント(adjuvant)(例えばHALSなどの抗酸化剤)に対して、化学的に安定な加工添加剤を提供することも望ましい。さらに溶融加工中に劣化する、あるいは化学相互作用(例えば加水分解、脱炭酸など)を起こす基を実質的に含まない、加工添加剤を提供することが望ましい。
【0013】
要約
下で述べるように変性されて、過フルオロビニルエーテルから誘導されるユニットを含むフルオロポリマーをベースとする加工添加剤が、熱可塑性ポリマーの溶融加工性を改善するのに意外にも効果的であることが発見された。
【0014】
本発明によって達成される溶融加工性の改善は、1つ以上の様式で現れる。例えば改善は、溶融加工されたホストポリマー中の溶融欠陥を低下させ、または除外しうる。それは本発明の加工添加剤組成物を使用せずに常態で達成されるよりも高い押出し速度(すなわち剪断速度)に、溶融欠陥の発生を繰り延べうる。それはホストポリマー、特に非炭化水素ホストポリマーの押出し中に遭遇する、ダイ蓄積の発生を低下させうる。これは非炭化水素ポリマー押出し中の背圧量を低下させ、より低い押出し温度を使用して同等の処理量の達成を可能にするので、利点である。
【0015】
その他の本発明の利点としては、その中で用いられる過フルオロビニルエーテルのレベルを変化させることで、加工添加剤の融点を目的に合わせる能力が挙げられる。本発明の好ましい実施態様では、60〜200℃の範囲の融点を有する加工添加剤を提供することが可能である。
【0016】
簡単に言えば一実施態様では、本発明は、
(i)式、
CF=CF−(OCFCF(CF))OR(I)
(式中、Aは0〜3(好ましくは1〜3)の値を有し、Rはフルオロ脂肪族基、好ましくは炭素原子が1〜8個、好ましくは1〜3個のフルオロアルキルまたはフルオロアルコキシアルキル基である。)の過フルオロビニルエーテル、
(ii)式、
RCF=CR(II)
(式中、各Rは互いに同じでも異なっていても良く、H、F、Cl、炭素原子が1〜8個のアルキルまたは炭素原子が1〜8個の過フルオロアルキルから選択される。)を有するフッ素化されたオレフィンモノマー、および
(iii)式、
CH=CR’(III)
(式中、R’はH、Clであり、または炭素原子1〜8個を有する脂肪族基である。)を有するフッ素化されていないオレフィンモノマー
のモノマー組成物から誘導されるインターポリマー化したユニットを含有するフルオロポリマーをベースとする、ポリマー加工添加剤組成物を提供する。
【0017】
モノマー組成物は、0.1〜10(好ましくは1〜8)重量%の式Iのモノマー、60〜99.9(好ましくは70〜95)重量%の少なくとも1つの式IIのモノマー、および0〜30(好ましくは10〜20)重量%の式IIIのモノマーから構成される。モノマー組成物が式IIIのモノマーを含有しない場合、それは0.1〜10重量%の式Iのモノマー、および90〜99.9重量%の2種の異なる式IIのモノマーを含む。
【0018】
本発明の加工添加剤組成物は、それ自体で使用できる。代案としては、それは過フルオロビニルエーテルによって変性されていないフルオロポリマーと組み合わせることができる。非変性フルオロポリマーの性能は、2つのフルオロポリマーの配合物全体が0.1〜10重量%の式Iのモノマーを含むように、変性フルオロポリマーをそれに混合することで、改善できる。
【0019】
別の様態では、本発明は多量(すなわち少なくとも50重量%)の溶融加工性熱可塑性ホストポリマーと、過フルオロビニルエーテル変性フルオロポリマーをベースとする少量ではあるが有効量の加工添加剤組成物とを含む、新しい溶融加工性ポリマー組成物を提供する。
【0020】
さらに別の様態では、本発明はホストポリマーの溶融加工性を改善する方法を提供する。この方法では、ホストポリマーは有効量の加工添加剤組成物と組み合わされる。加工添加剤組成物がホストポリマー中に好ましくは均一に分布するまで、得られる溶融加工できるポリマー組成物を混合する。次にポリマー組成物を溶融加工する。
【0021】
ここでの用法では、有効量の加工添加剤組成物とは、本発明のフルオロポリマーベースの加工添加剤組成物を用いないホストポリマーの溶融加工性を越えて、押出し中にホストポリマーの溶融加工性を改善する量である。
【0022】
発明の詳細な説明
本発明で加工添加剤として使用されるフルオロポリマーの量は、典型的に比較的少ない。使用される正確な量は、溶融加工性組成物がその最終形態(例えばフィルムまたは形状部品)に押し出されるか、あるいはそれがその最終形態前に押し出される前に、追加的なホストポリマーによってさらに希釈されるマスターバッチとして使用されるかどうかによって変化しても良い。概してフルオロポリマーは、約0.005〜50重量%の溶融加工性ポリマー組成物を含む。溶融加工性ポリマー組成物がマスターバッチである場合、フルオロポリマーの量は組成物の約2〜50重量%の間で変化しても良い。溶融加工性ポリマー組成物が最終形態に押し出され、ホストポリマーの添加によってさらに希釈されない場合、それは典型的により低い濃度、例えば溶融加工性組成物の約0.005〜2重量%、そして好ましくは約0.01〜0.2重量%のフルオロポリマーを含有する。いずれの場合も使用されるフルオロポリマーの上限濃度は、概して加工助剤濃度の物理的悪影響ではなく経済的制限によって定まる。
【0023】
本発明で有用なフルオロポリマーとしては、非晶質および部分的結晶質(ここでは半晶質とも称される)フルオロポリマーの双方が挙げられる。非晶質フルオロポリマーは通常、融点を示さない。半晶質フルオロポリマーはそれ自体が溶融加工性で融点を有し、あるいは周囲温度を越えるガラス転移温度を有する。好ましくはこれらの半晶質フルオロポリマーは、60〜200℃のピーク溶融温度を有する。
【0024】
本発明で使用するための非晶質または半晶質フルオロポリマーの選択は、使用するホストポリマーおよび用いる加工条件などのいくつかの要因によって影響される。いずれの場合もフルオロポリマーはホストポリマーと不相溶であるが、ホストポリマー溶融物中への容易で効率的な組み込みを可能にする溶融粘度を有する。
【0025】
モノマー組成物で有用である、式Iの有用な過フルオロビニルエーテルの代表的な例としては、
CF=CF−O−CF
CF=CF−O−C
CF=CF−O−(CFOCF
CF=CF−(O−CFCF(CF))OCF
CF=CF−(O−CFCF(CF))OC
が挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0026】
モノマー組成物で有用である、式IIの有用なフッ素化されたモノマーの代表的な例としては、フッ化ビニリデン、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、2−クロロペンタフルオロプロペン、ジクロロジフルオロエチレン、1,1−ジクロロフルオロエチレン、およびそれらの混合物が挙げられるが、これに限定されるものではない。また過フルオロ−1,3−ジオキソールを使用しても良い。過フルオロ−1,3−ジオキソールモノマーおよびそれらの共重合体については、米国特許番号第4,558,141号(Squires)で述べられている。
【0027】
モノマー組成物で有用である、式IIIの有用なフッ素化されていないオレフィンモノマーの代表的な例としては、エチレン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられる。
【0028】
本発明で有用な特定のフルオロポリマーの例としては、式Iのモノマーと2種以上の異なる式IIのモノマーとのインターポリマーから誘導されるものが挙げられる。このようなポリマーの例は、以下から誘導されるものである。
(A)式Iのモノマー、フッ化ビニリデン(VDF)、およびヘキサフルオロプロピレン(HFP)から誘導されるインターポリマー化したユニット。好ましくはこれらのフルオロポリマーは、0.1〜10(より好ましくは1〜8)重量%の式Iのモノマー、60〜98(より好ましくは70〜95)重量%のVDF、および2〜40(より好ましくは5〜30)重量%のHFPから誘導されるインターポリマー化したユニットを有する。
(B)式Iのモノマーと、テトラフルオロエチレン(TFE)と、例えばHFPおよびVDFであるTFE以外の少なくとも1つの共重合できる式IIのフルオロモノマーとから誘導されるインターポリマー化したユニット。好ましくはこれらのフルオロポリマーは、(i)0.1〜10重量%の式Iのモノマー、(ii)30〜70重量%のTFE、および(iii)10〜60重量%のHFP、VDFまたはそれらの組み合わせのみから誘導されるインターポリマー化したユニットを有する。
(C)式Iのモノマー、1つ以上の式IIのモノマー、および式IIIのモノマーから誘導されるインターポリマー化したユニット。フルオロポリマーは、式Iのモノマー0.1〜10重量%、1つ以上の式IIのモノマー75〜98重量%、および式IIIのモノマー5〜30重量%のモノマー組成物の共重合から誘導される。このクラスの好ましい一フルオロポリマーは、式Iのモノマー0.1〜10重量%、テトラフルオロエチレン80〜90重量%、およびプロピレン5〜20重量%のモノマー組成物から誘導される。このクラスの別の好ましいフルオロポリマーは、式Iのモノマー0.1〜10重量%、テトラフルオロエチレン50〜70重量%、ヘキサフルオロプロピレン15〜40重量%、およびエチレン5〜20重量%のモノマー組成物から誘導される。
【0029】
本発明で有用である、このタイプの特に有用なフルオロポリマーは、(i)TFE、(ii)VDF、(iii)式CF=CFR’(式中、R’は炭素原子が1〜8個、好ましくは1〜3個の過フルオロアルキルである。)の少なくとも1つのエチレン性不飽和フルオロモノマー、および(iv)式Iの過フルオロビニルエーテルから誘導されるインターポリマー化したユニットを含む。このタイプのポリマーについては、本願と同日付で出願された同時係属出願USSN     (代理人整理番号55034USA8A)で述べられている。これらのポリマーは、典型的に30〜280℃の範囲の融点、5重量%未満の水素含量、および50〜75%のフッ素含量を有する。最も好ましくはこれらのポリマーは、列挙した4種のモノマーから誘導されるインターポリマー化したユニットから実質的に成る。
【0030】
好ましくはこれらの四元ポリマーは、(i)30〜70重量%(より好ましくは35〜65重量%)のテトラフルオロエチレン、(ii)5〜55重量%(より好ましくは15〜45重量%)のフッ化ビニリデン、(iii)5〜40重量%(より好ましくは10〜25重量%)の式CF=CFR’のコモノマー、および(iv)0.1〜10重量%(好ましくは2〜9重量%)の式CF=CF−(OCFCF(CF))OR’の過フルオロビニルエーテルから誘導されるインターポリマー化したユニットを含む。好ましい特定のこの四元ポリマーは、45〜65重量%のテトラフルオロエチレン、15〜35重量%のフッ化ビニリデン、10〜30重量%の構成成分(iii)のコモノマー、および2〜6重量%の構成成分(iv)のコモノマーから誘導されるインターポリマー化したユニットを含有する。
【0031】
本発明で有用なフルオロポリマーは、いくつかのやり方で調製できる。例えばポリマーは、モノマーのラジカル重合の手段によって製造できる。
【0032】
本発明で有用なフルオロポリマーの分子量は重要でなく、大幅に変化しても良い。したがって分子量は、低い分子量から極めて高い分子量の間で変化しても良い。半晶質ポリマーの分子量は、そのメルトフローインデクス(MFI)で記述されることが多い。数的に述べるとフルオロポリマーのMFIは、0.1(極めて高分子量の材料)から100以上(非常に低分子量の材料)の間で変化しても良い。好ましくはフルオロポリマーは多様式であり、すなわちそれらは比較的低分子量の構成成分A、比較的高分子量の構成成分B、および任意に極めて高分子量の構成成分Cを有する。
【0033】
概してMFI:MFIの比率は少なくとも2:1である。好ましくは比率は2:1〜300:1である。より好ましくは比率は2:1〜100:1であり、最も好ましくは5:1〜50:1である。
【0034】
本発明の多様式ポリマーが、分子量が異なる、したがってMFI値も異なる少なくとも2種の構成成分を含んだとしても、それは全体的MFI値(MFI)を有する。典型的にこの値は1〜500の範囲である。好ましくはMFIは2〜100であり、より好ましくは2〜40である。
【0035】
低および高分子量の構成成分のためのMFI値の測定は、支持重量5kgおよび温度265℃で、ISO 12086またはASTM D−1238に従って実施される。ここで述べるMFIは、直径2.1mmおよび長さ8mmの標準押出しダイで得られた。狭く分布した単様式の試験サンプルの場合、MFIはニュートン粘性範囲内の一点を表す。
【0036】
フルオロエラストマーの分子量は、1分間予熱および121℃での10分間試験を使用して、ASTM D1646に従って測定されたムーニー粘度(ML)によって記述できる。本発明で有用なフルオロエラストマーは、5〜120の範囲のMLを有する。
【0037】
高分子量構成成分(A)と低分子構成成分Bとの比率は、大幅に変動できる。概して比率A:Bは、1:99〜99:1重量部の範囲内である。特に比率は好ましくは1:99〜2:80、より好ましくは75:25〜25:75の範囲である。
【0038】
極めて高分子量の構成成分(C)の量は、典型的に構成成分AおよびBの総重量の0〜15重量%の量である。
【0039】
本発明の別の好ましい実施態様では、フルオロポリマーは、押出しできる組成物中で使用されるホストポリマーまたはその他の添加剤と反応性でない。この実施態様の一様態では、ホストポリマーが反応性部分(例えば塩基性(例えばアミン)または酸性官能性)を含有する場合、フルオロポリマーが、得られるフルオロポリマーの主鎖上に酸性水素を生じるモノマーから誘導されるインターポリマー化したユニットを15重量%以下含有することが、最も好ましい。この実施態様の別の様態では、フルオロポリマーは、塩基またはアミン官能基(例えばヒンダードアミン(hindered amine)光安定剤)を含有するアジュバントと反応性でない。
【0040】
概して所望モノマーは、アンモニウムまたはアルカリ金属過硫酸塩、またはアルカリ金属過マンガン酸塩などのフリーラジカルを生じる水溶性重合開始剤の存在下、そして過フルオロオクタン酸のアンモニウムまたはアルカリ金属塩などの乳化剤の存在下、水性コロイド分散体内で共重合できる。例えば米国特許番号第4,335,238号またはカナダ特許番号第2,147,045号を参照されたい。またそれらは、還元剤としてフッ素化スルフィナートと、スルフィナートをスルホニルラジカルに転換できる水溶性酸化剤とを使用して調製できる。好ましい酸化剤は、ナトリウム、カリウム、およびアンモニウムの過硫酸塩、過リン酸塩、過ホウ酸塩、および過炭酸塩である。特に好ましい酸化剤は、ナトリウム、カリウム、およびアンモニウムの過硫酸塩である。
【0041】
水性エマルジョンおよび懸濁重合は、例えば得られるエマルジョンまたは懸濁液を連続的に取り出しながら、最適圧力および温度条件下で、撹拌される反応器にモノマー、水、界面活性剤、緩衝液、および触媒を連続的に供給する従来の定常状態条件で実施できる。代案の技術は、撹拌される反応器内に成分を供給して、それらを規定の時間、設定温度で反応させることによる、あるいは成分を反応器内に装填して、所望量のポリマーが形成するまでモノマーを反応器内に供給して定圧を保つことによる、バッチまたはセミバッチ重合である。
【0042】
本発明中では、ホストポリマーとして多種多様のポリマーが有用である。有用なホストポリマーは、難溶融加工性と称されることもある、実質的にフッ素化されていないポリマーである。それらとしては、炭化水素および非炭化水素ポリマーの双方が挙げられる。有用なホストポリマーの例としては、ポリアミド、ポリイミド、ポリウレタン、ポリオレフィン、ポリスチレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリケトン、ポリ尿素、ポリビニル樹脂、ポリアクリレート、およびポリメチルアクリレートが挙げられるが、これに限定されるものではない。
【0043】
特に有用なクラスのホストポリマーは、ポリオレフィンである。本発明で有用なポリオレフィンの代表的な例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(1−ブテン)、ポリ(3−メチルブテン)、ポリ(4−メチルペンテン)、およびエチレンとプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、4−メチル−1−ペンテン、および1−オクタデセンとの共重合体である。
【0044】
本発明で有用なポリオレフィンの代表的な配合物は、ポリエチレンおよびポリプロピレン、直鎖または分枝鎖低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、およびポリエチレンとオレフィンの共重合体の配合物であり、共重合体は前記共重合できるモノマーを含有し、そのいくつかの例は次のようである。エチレンとアクリル酸の共重合体、エチレンとメチルアクリレートの共重合体、エチレンとエチルアクリレートの共重合体、エチレンと酢酸ビニルの共重合体、エチレン、アクリル酸、およびエチルアクリレートの共重合体、およびエチレン、アクリル酸、および酢酸ビニルの共重合体。
【0045】
ポリオレフィンは、オレフィンのホモ重合または共重合、ならびに1つ以上のオレフィンと、このようなオレフィンと共重合できる例えば酢酸ビニルのようなビニルエステルなどの最大約30重量%以上、しかし好ましくは20重量%以下の1つ以上のモノマーとの共重合体のホモ重合または共重合によって得られても良い。オレフィンは、一般構造CH=CHR(式中、Rは水素またはアルキルラジカルであり、概してアルキルラジカルは10個以下の炭素原子、そして好ましくは1〜6個の炭素原子を含有する。)によって特徴づけられても良い。代表的なオレフィンは、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、および1−オクテンである。オレフィンと共重合できる代表的なモノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、クロロ酢酸ビニル、およびクロロプロピオン酸ビニルなどのビニルエステルモノマーと;アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、N,N−ジメチルアクリルアミド、メタクリルアミド、およびアクリロニトリルなどのアクリルおよびα−アルキルアクリル酸モノマーおよびそれらのアルキルエステル、アミド、およびニトリルと;スチレン、o−メトキシスチレン、p−メトキシスチレン、およびビニルナフタレンなどのビニルアリールモノマーと;塩化ビニル、塩化ビニリデン、および臭化ビニリデンなどのビニルおよびビニリデンハロゲン化物モノマーと;マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチル、および無水マレイン酸などのマレイン酸およびフマル酸のアルキルエステルモノマーおよびそれらの無水物と;ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、および2−クロロエチルビニルエーテルなどのビニルアルキルエーテルモノマーと;ビニルピリジンモノマーと;N−ビニルカルバゾールモノマーと;N−ビニルピロリジンモノマーとが挙げられる。
【0046】
有用なホストポリマーとしては、遊離カルボン酸基を含有するオレフィン共重合体の金属塩またはそれらの配合物も挙げられる。前記カルボン酸ポリマーの塩を提供するために使用できる金属の実例は、ナトリウム、リチウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、アルミニウム、バリウム、亜鉛、ジルコニウム、ベリリウム、鉄、ニッケル、およびコバルトなどの一価、二価、三価の金属である。
【0047】
有用なホストポリマーとしては、様々な熱可塑性ポリマー配合物が挙げられ、抗酸化剤、光安定剤、充填剤、ブロック防止剤、および顔料などの従来のアジュバントを含有するそれらの配合物も挙げられる。
【0048】
ホストポリマーは、粉末、ペレット、顆粒の形態、またはあらゆるその他の押出しできる形態で使用されても良い。本発明で有用な最も好ましいオレフィンポリマーは、エチレンおよびプロピレンのホモポリマー、あるいはエチレンと1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、4−メチル−1−ペンテン、プロピレン、酢酸ビニル、およびメチルアクリレートとの共重合体などの炭化水素ポリマーである。
【0049】
本発明の溶融加工性組成物は、あらゆるやり方で調製できる。例えばホストポリマーおよびフルオロポリマー加工添加剤は、その中で加工添加剤がホストポリマー全体にわたって均一に分布する、配合ミル、バンバリーミキサー、または混合押出し機などのプラスチック工業で通常用いられるあらゆる混合手段によって、一緒に組み合わせることができる。加工添加剤およびホストポリマーは、例えば粉末、ペレット、顆粒製品の形態で使用されても良い。混合操作は、フルオロポリマーの融点または軟化点を越える温度で最も都合良く実施されるが、構成成分を固形状態で微粒子としてドライブレンドし、次に二軸スクリュー溶融押出し機にドライブレンドを供給することで、構成成分を均一に分布させることも可能である。
【0050】
得られる溶融混合物はペレット化され、あるいは別のやり方で所望の粒子サイズまたはサイズ分布に粉砕され、典型的に混合物を溶融加工する一軸スクリュー押出し機である押出し機に供給されることができる。最適操作温度は、混合物の融点、溶融粘度、および熱安定性次第で選択されるが、溶融加工は典型的に180〜280℃の温度で実施される。本発明の組成物を押し出すのに使用しても良い異なるタイプの押出し機については、例えばRauwendaal,C.著「Polymer Extrusion」Hansen Publishers、23−48ページ、1986年で述べられている。押出し機のダイのデザインは、作り出す所望押出し物次第で変化できる。例えば環状のダイを使用して、その内容を本願明細書に引用した米国特許番号第5,284,184号(Nooneら)で述べられるような送油経路ホースを作るのに有用なチューブを押出しできる。
【0051】
混合組成物は、例えば二酸化チタン、カーボンブラック、およびシリカなどの抗酸化剤、ブロック防止剤、顔料、および充填剤のような従来のアジュバントを含有できる。使用される場合、ブロック防止剤は被覆済みまたは未被覆の材料であっても良い。
【0052】
また本発明のフルオロポリマー加工添加剤をポリ(オキシアルキレン)ポリマー構成成分と組み合わせても良い。ポリ(オキシアルキレン)ポリマー構成成分は、1つ以上のポリ(オキシアルキレン)ポリマーを含んでも良い。有用な加工添加剤組成物は、約5〜95重量%のポリ(オキシアルキレン)ポリマー構成成分および95〜5重量%のフルオロポリマーを含む。典型的に、加工助剤中のフルオロポリマーとポリ(オキシアルキレン)ポリマー構成成分との比率は、1/2〜2/1である。
【0053】
ポリ(オキシアルキレン)ポリマー構成成分は、概して溶融加工性組成物全体の約0.005〜20重量%、より好ましくは約0.01〜5重量%、そして最も好ましくは約0.02〜1重量%を構成しても良い。
【0054】
概して本発明で有用なポリ(オキシアルキレン)ポリマーとしては、ポリ(オキシアルキレン)ポリオールとそれらの誘導体が挙げられる。このようなポリ(オキシアルキレン)ポリマーのクラスは、次の一般式によって表されても良い。
A[(OROR
式中、
Aは、例えばエチレングリコール、グリセロール、1,1,1−トリメチロールプロパン、およびポリ(オキシプロピレン)グリコールのようなポリヒドロキシアルカンまたはポリエーテルポリオールなどの複数の活性水素原子(例えば2または3個)を有する、低分子量の重合開始有機化合物の活性水素を含まない残基であり、
yは2または3であり、
(ORは複数のオキシアルキレン基(OR)を有するポリ(オキシアルキレン)鎖であり、R部分は同じでもまたは異なっても良く、C〜Cアルキレンラジカル、好ましくはCまたはCアルキレンラジカルから成る群より選択され、xは前記鎖内のオキシアルキレンユニットの数である。前記ポリ(オキシアルキレン)鎖は例えばポリ(オキシエチレン)またはポリ(オキシプロピレン)などのホモポリマー鎖であることができ、あるいは例えば共重合体−OC−および−OC−ユニットなどの無作為に分布する(すなわちヘテリック混合物)オキシアルキレン基の鎖であることができ、あるいは例えば−(OC−および−(OC−ブロック(式中、a+b=5〜5000以上であり、好ましくは10〜500である。)を含むポリマーなどの反復するオキシアルキレン基の交互のブロックまたは主鎖セグメントを有する鎖であることができる。
はH、あるいはアルキル、アリールなどの有機ラジカル、またはアラルキルまたはアルカリルのようなそれらの組み合わせであり、酸素または窒素ヘテロ原子を含有しても良い。例えばRはメチル基、ブチル基、フェニル基、ベンジル基、およびアセチル(CHCO−)、ベンゾイル(CCO−)、およびステアリル(C1735CO−)などのアシル基であることができる。
【0055】
代表的なポリ(オキシアルキレン)ポリマー誘導体としては、末端ヒドロキシ基が部分的にまたは完全に、例えばメトキシ基などのエーテル誘導体、あるいは例えばステアリン酸基(C1735COO−)などのエステル誘導体に転換された、ポリ(オキシアルキレン)ポリオール誘導体を挙げることができる。その他の有用なポリ(オキシアルキレン)誘導体は、例えばジカルボン酸およびポリ(オキシアルキレン)グリコールから調製されるポリエステルである。好ましくは重量を基準としたポリ(オキシアルキレン)ポリマー誘導体の大部分は、反復するオキシアルキレン基(OR)である。
【0056】
ポリ(オキシアルキレン)ポリオールおよびそれらの誘導体は、室温で固形であり、少なくとも約200の分子量、そして好ましくは約400〜20,000以上の分子量を有するものであることができる。本発明で有用なポリ(オキシアルキレン)ポリオールとしては、式H(OCOH(式中nは約15〜3000である。)によって表すことができるポリエチレングリコールが挙げられ、nが約181であるCarbowaxTMPEG8000などのCarbowaxの商品名で販売されるもの、nが約2272であるPolyoxTMWSR N−10などのPolyoxの商品名で販売されるものがある。
【0057】
以下の実施例を提供して、本発明のより良い理解の一助とする。これらの実施例は本発明の全実施態様の網羅的集大成ではなく、本発明の範囲を必ずしも制限しないものとする。
【0058】
試験例1〜4/C1〜C4
過フルオロビニルエーテル変性フルオロポリマー、および過フルオロビニルエーテルで変性されていないフルオロポリマーを調製した。フルオロポリマーを比較して、フルオロポリマーをこのように変性することが、ホストポリマーの溶融加工性に与える影響を実証した。これらの試験例では、ブローンフィルム押出し中の溶融破壊の排除における改善によって、溶融加工性の改善が実証された。
【0059】
以下のモノマー組成物を使用してフルオロポリマーを調製した。
【0060】
【表1】
Figure 2004502010
【0061】
メルトインデクス1および密度0.918を有するブテン直鎖状低密度ポリエチレンホストポリマー中で、試験例C1〜C3および試験例1〜3のフルオロポリマーをポリマー加工添加剤として使用した。押出しダイ温度は199℃に保った。押出し機を剪断速度600/秒で操作した。ホストポリマーの750または800ppmのレベルでフルオロポリマーを用いた。これはフルオロポリマーの0.075または0.08重量%のレベルに相当する。
【0062】
ホストポリマー内に3重量%のフルオロポリマーを有するマスターバッチを調製し、マスターバッチをペレット化して、次にマスターバッチのペレットをポリエチレンと共にタンブル混合して、次に40mm溝付き供給押出し機で配合物を4.44cm実験室ブローンフィルムライン上に押出すことで、加工添加剤としてのフルオロポリマーの有効性を示した。ブローンフィルムラインは、24/1の長さ/直径比率を有するスクリュー、および18/35/60メッシュスクリーンパック、ダイギャップ2mmの40mmダイ、およびシングルリップ冷却環が装備されていた。押出し機温度プロフィールを調節して、上で指定したダイ温度を与えた。
【0063】
一定時間をおいてフィルムサンプル内で測定された%溶融破壊に基づいて、加工助剤の性能を評価した。
【0064】
試験の結果を図1および2に示す。
【0065】
図1は試験例C1および1を比較し、非変性フルオロポリマーよりも実質的により早く、本発明の加工添加剤によって溶融破壊が除去されたことを示す。
【0066】
図2は試験例C2を試験例2と、そして試験例C3を試験例3と比較する。これらの比較は、非変性加工添加剤を使用した場合よりも実質的により早く、本発明で使用した加工添加剤によって溶融破壊が除去されたことを示す。
【0067】
ホストポリマーが、メルトインデクス1.0および密度0.920を有するオクテン直鎖状低密度ポリエチレンであり、ダイ温度が232℃であったこと以外は、試験例C4および試験例4のポリマーを同様に評価した。フルオロポリマーは750ppmのレベルで使用した。その他のあらゆる実験条件は同一だった。試験例C4の非変性フルオロポリマーを使用した押出しできる組成物が、120分後に55%の溶融破壊を有したのに対し、試験例4の変性フルオロポリマーを使用した押出しできる組成物は、120分後にわずか5%の溶融破壊を有した。
【0068】
試験例5/C−5
過フルオロビニルエーテルで変性させたフルオロポリマーを調製し、そのように変性しないものと比較して、押出しできる組成物中に存在するアミンベースの添加剤に対する、変性フルオロポリマーの抵抗性を実証した。ポリオレフィンのブローンフィルム押出し中の溶融破壊排除における改善が実証される。
【0069】
試験例5では、試験例2の変性熱可塑性フルオロポリマーを用いた。試験例C−5では、Dyneon LLCからDynamarTMFX−9613(40重量%VDF/60重量%HFPの共重合体)として市販される、非変性フルオロエラストマー組成物を用いた。ポリオレフィンホストポリマーは、メルトインデクス1、密度0.920を有するオクテン直鎖状低密度ポリエチレンであった。押出しダイ温度を232℃に保った。押出し機を剪断速度600/秒で操作した。フルオロポリマーを750ppmのレベルで用いた。押出しできる組成物は、3000ppmのアミンベースの添加剤(Ciba Specialty Chem.から入手されるChimassorb 944)も含んだ。
【0070】
ブローンフィルムラインを試験例1−4/C1−C4で用いたのと同一条件で操作した。比較結果を図3に示す。
【0071】
この比較(図3参照)は、変性フルオロポリマーが塩基性添加剤に抵抗性であることを明白に示す。これは溶融加工性が、非変性フルオロポリマーFX−9613の使用時よりも顕著に改善されることを示した。
【0072】
さらにChimassorb 944の存在下では、変性フルオロポリマーの性能は不変であるが、FX−9613は顕著により高いレベルの溶融破壊を示す。
【0073】
試験例6/C6
試験例6は、非変性フルオロプラスチックと変性フルオロエラストマーを混合した際に達成される溶融加工性の改善を実証する。加工添加剤は、10重量%の変性フルオロエラストマー(68モル%TFE/32モル%過フルオロメチルビニルエーテル、ムーニー粘度96.7)および90重量%の試験例C2の非変性フルオロポリマーの配合物を含んだ。図4に示すように、試験例6は溶融破壊の改善を示す。
【0074】
試験例7〜8
これらの試験例は、ポリ(オキシアルキレン)ポリマーを加工添加剤組成物に添加して達成できる、溶融加工性のさらなる改善を実証する。
【0075】
ブローンフィルム押出しで使用したホストポリマーおよび条件は、試験例5/C5で用いたものと同じであった。試験例7では、89重量%のTFE、6.9重量%のプロピレン、および4.1重量%のCH=CFOCFCFCFから誘導される750ppmの変性フルオロポリマーを使用した。このフルオロポリマーは171℃のピーク溶融温度、および18のMFI(265℃/5Kg)を有した。試験例8では、250ppmのこのフルオロポリマーを500ppmのポリオキシエチレングリコール(Union Carbideから入手されるCarbowax(登録商標)PEG 8000)と共に使用した。
【0076】
図5は、溶融加工性において達成されたさらなる改善を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のものを含むいくつかのフルオロポリマー加工添加剤に関して、溶融破壊の除去にかかる時間を示すプロットである。
【図2】本発明のものを含むいくつかのフルオロポリマー加工添加剤に関して、溶融破壊の除去にかかる時間を示すプロットである。
【図3】本発明のものを含むいくつかのフルオロポリマー加工添加剤に関して、溶融破壊の除去にかかる時間を示すプロットである。
【図4】本発明のものを含むいくつかのフルオロポリマー加工添加剤に関して、溶融破壊の除去にかかる時間を示すプロットである。
【図5】本発明のものを含むいくつかのフルオロポリマー加工添加剤に関して、溶融破壊の除去にかかる時間を示すプロットである。

Claims (22)

  1. 溶融加工性ホストポリマーの溶融加工性を改善するための加工添加剤組成物であって、
    (i)式、CF=CF−(OCFCF(CF))OR
    (式中、Aは0〜3の値を有し、Rは1〜8個の炭素原子を有するフルオロ脂肪族基である。)を有する過フルオロビニルエーテル0.1〜10重量%、
    (ii)式、RCF=CR(II)
    (式中、RはH、F、Cl、炭素原子が1〜8個のアルキル、または炭素原子が1〜8個の過フルオロアルキルである。)を有するフッ素化されたオレフィンモノマー60〜99.9重量%、および
    (iii)式、CH=CR’
    (式中、R’はHと、Clと、または炭素原子1〜8個を有する脂肪族基とから選択される。)を有するフッ素化されていないオレフィンモノマー0〜30重量%、のモノマー組成物から誘導されるインターポリマー化したユニットのフルオロポリマーを含み、ただしモノマー組成物がフッ素化されていないモノマーを含まない場合、モノマー組成物が0.1〜10重量%の過フルオロビニルエーテルモノマーおよび90〜99.9重量%の少なくとも2種の異なるフッ素化されたオレフィンモノマーを含む、加工添加剤組成物。
  2. フルオロポリマーが非晶質である、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  3. フルオロポリマーが半晶質である、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  4. が1〜8個の炭素原子を有するフルオロアルキルまたはフルオロアルコキシ基から選択される、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  5. アジュバントをさらに含む請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  6. ポリ(オキシアルキレン)構成成分をさらに含む、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  7. モノマー組成物が式Iのモノマー、フッ化ビニリデン、およびヘキサフルオロプロピレンを含む、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  8. モノマー組成物が式Iのモノマー、テトラフルオロエチレン、およびテトラフルオロエチレン以外の少なくとも1つの式IIの追加的モノマーを含む、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  9. モノマー組成物が式Iのモノマー、少なくとも1つの式IIのモノマー、および式IIIのモノマーを含む、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  10. モノマー組成物が式IIIのモノマーを含まない、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  11. 多量の溶融加工性熱可塑性ホストポリマーおよび少量の請求項1に記載の加工添加剤組成物を含む、溶融加工性ポリマー組成物。
  12. ホストポリマーが、組成物の約50〜99.995重量%を構成する、請求項11に記載の溶融加工性組成物。
  13. ホストポリマーがポリオレフィンである、請求項11に記載の溶融加工性組成物。
  14. ホストポリマーが非炭化水素ポリマーである、請求項11に記載の溶融加工性組成物。
  15. ホストポリマーと有効量の請求項1に記載の加工添加剤組成物とを含む溶融加工性ポリマー組成物を形成するステップと、加工添加剤組成物とホストポリマーとを混合するステップと、ポリマー組成物を溶融加工するステップとを含む、溶融加工性熱可塑性ホストポリマーの溶融加工性を改善する方法。
  16. 溶融加工性ポリマー組成物が、50〜99.995重量%のホストポリマーおよび50〜0.005重量%の加工添加剤を含む、請求項15に記載の方法。
  17. 溶融加工性ポリマー組成物が、98〜99.995重量%のホストポリマーおよび2〜0.005重量%のポリマー加工添加剤を含む、請求項16に記載の方法。
  18. ホストポリマーがポリオレフィンを含む、請求項16に記載の方法。
  19. ホストポリマーが非炭化水素ポリマーを含む、請求項16に記載の方法。
  20. フルオロポリマーが塩基またはアミン官能基に無反応性である、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  21. フルオロポリマーが、過フルオロビニルエーテルで変性されていない第2のフルオロポリマーと混合される、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
  22. フルオロポリマーが多様式である、請求項1に記載の加工添加剤組成物。
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