JP2004510879A - 改良された色を有する無水物でグラフトされたポリマーを調製する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(本発明の分野)
本発明は、無水物でグラフトされたポリマーの分野に関し、特にオキソ−ホウ素化合物を用いる改良された色を有する無水物でグラフトされたポリマーの調製方法に関する。
【0002】
(本発明の背景)
フィルムラミネートとして無水マレイン酸を含む無水物でグラフトされたポリオレフィンを使用することは、先行技術においてよく知られている。このようなフィルムラミネートを調製するには、ポリマー上に無水物をグラフトする際に均一な生成物が作製されることが重要である。もし透明なラミネートフィルムなどの生成物を生成するための色感受性材料とともに用いられるものならば、その無水物でグラフトされたポリマーは、所望の色特性を有することもまた重要である。
【0003】
ポリオレフィンの特性は、炭化水素α−オレフィン上にエチレン性不飽和カルボン酸および無水物をグラフトすることによって変性されうることが、先行技術において知られている。例えば、1988年5月11日に公開されたP.C.WongのEP出願番号第0266994号は、コポリマー上にエチレン性不飽和モノマーを溶融グラフトする方法を開示する。該方法において、コポリマー、モノマーおよび有機過酸化物の混合物は、有機過酸化物の半減期の少なくとも4倍の時間の期間コポリマーの融点を越える温度で押出し成形機内で混合される。好ましいモノマーは、マレイン酸および無水マレイン酸である。
【0004】
ポリオレフィンが無水マレイン酸で処理されて、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーを作製する場合、得られるポリマーの色は、黄色になる傾向にある。不明の理由で、いくつかのポリオレフィンは、他のものよりもより暗い黄色を呈する最終生成物を形成する。無水マレイン酸でグラフトされたこれら暗黄色のポリマーは、商業的に望ましくないことが証明されている。
【0005】
先行技術において無水マレイン酸の色安定性の改良を図るいくつかの試みがなされてきた。たとえば、“無水マレイン酸の純化”と題されたGardnerの米国特許第3,939,183号は、粗無水マレイン酸の最終蒸留前に、ハロゲン化金属およびP2O5または過ホウ酸塩と該粗無水マレイン酸とを結合および接触させることにより所望の色安定性の純化された無水マレイン酸を得る方法を開示する。しかしながら、Gardnerは、改良された色を有する無水マレイン酸でグラフトされたポリマーを得るためのこの方法の利用または他の方法の示唆については開示していない。
【0006】
“精製された無水ジカルボン酸の色安定性”と題されたBoyerの米国特許第3,975,408号は、ハロゲン化物、遷移元素、バナジウム、クロム、マンガン、水銀、シリコン、リン、ビスマス、アンチモン、鉛、セリウム、および硫黄のような処理剤を用いる無水マレイン酸の色むらを抑制する方法について述べている。しかしながら、Boyerは、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーの色むらを抑制する方法は開示していない。
【0007】
“改良された経時溶融色(Age Molten Colour)を有する無水マレイン酸の製造方法”と題されたKuhlmannの米国特許第4,358,600号は同様に、無水マレイン酸の色を改良する方法を提供するが、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーの色を改良する方法を提供するものでない。この方法は、粗無水マレイン酸を分留し純化された無水マレイン酸を蒸留除去する前に、金属塩化物触媒の存在中で粗無水マレイン酸を重合することを含む。
【0008】
“無水マレイン酸の生成方法”と題されたSugawaraらの米国特許第5,026,876号は、蒸留された無水マレイン酸にn−プロピルガレート、塩化銅(I)、および塩化亜鉛またはホスホン酸トリデシルを加えることによって色安定性を有する無水マレイン酸を生成する方法を述べている。
【0009】
これら先行技術特許のすべては、無水マレイン酸の色を改良することを指向する。これらの特許はどれも、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーの色を改良する方法を論じ、または示唆していない。
【0010】
“改良された色のグラフトポリマーの調製方法”と題されたMitchellの米国特許第5,106,916号は、リン含有化合物の存在下で極性ポリマー上に無水マレイン酸をグラフトする方法を提供することによって、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーの色を改良することを試みている。しかしながら、Mitchelの方法である色改良は、グラフトされた極性のポリマーに限られており、グラフトされた非極性のポリマーの色を改良することの必要性には取り組んでいない。
【0011】
それゆえ、無水マレイン酸でグラフトされた非極性ポリマーの色を改良する方法を提供する必要性はいまだ残されている。
【0012】
(本発明の概要)
色を改良された無水物でグラフトされたポリマーの作製方法を提供することは、本発明の一態様の目的である。
【0013】
本発明の一態様に従って、
(a)ポリオレフィン、フリーラジカル開始剤、および無水物を与えるモノマーをそのポリオレフィンの融点を越える温度で、押出し成形機内で混合する工程、
(b)該混合物に効果的な量のオキソ−ホウ素化合物を添加する工程、および
(c)得られた無水物でグラフトされたポリマーを造形品に押出し成形する工程、
の工程より成る改良された色を有する無水物でグラフトされたポリマーの調製方法を提供する。
【0014】
好ましくは、オキソ−ホウ素化合物はホウ酸であり、および無水物を与えるモノマーは無水マレイン酸である。
【0015】
本発明のさらなる態様においては、フリーラジカル開始剤が、該混合物に添加されない。従って、本発明のこの態様において、
(a)ポリオレフィン、および無水物を与えるモノマーを、そのポリオレフィンの融点を越える温度で押出し成形機内で混合する工程、
(b)該混合物に効果的な量のオキソ−ホウ素化合物を添加する工程、および
(c)得られた無水物でグラフトされたポリマーを造形品に押出し成形する工程、
の工程より成る改良された色を有する無水物でグラフトされたポリマーの調製方法を提供する。
【0016】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
本発明は、その好ましい実施形態に関連して述べられる。
【0017】
本発明は、グラフト工程にオキソ−ホウ素含有化合物を導入することによって改良された色を有する無水物でグラフトされたポリマーを得るための方法を提供する。
【0018】
無水物でグラフトされたポリマーは、それ自体で用いられてよいし、または他のポリマーとブレンドされてよい。それらは、フィルムに押出し成形されるか、またはブロー成形、回転成形または射出成形のような当該分野においてよく知られる方法を用いることによって製品に成形されてよい。
【0019】
本発明において使用する好適なポリオレフィンは、2個から20個の炭素原子を有する不飽和炭化水素のホモポリマーおよびコポリマーを含む。それらは、メタロセン触媒が用いられる(一部位触媒(single site catalysts))重合方法を含む当該分野においてよく知られる方法によって製造されることができる。特に、該ポリマーは、エチレンまたはプロピレンのホモポリマー、またはエチレンと、3個から10個の炭素原子を有するα−オレフィン炭化水素、特にプロピレン、ブテン−1、ヘキセン−1およびオクテン−1およびスチレンの1つ以上とのコポリマーである。好適なα−オレフィンは、ジエンつまり2以上の不飽和の部位を有するモノマー、特に1,3ブタジエン、1,5ヘキサジエン、5−エチルジエン−2−ノルボルネンおよびノルボルナジエンも含む。特に好ましい実施形態では、ポリオレフィンは、エチレンと、4個から8個の炭素原子を有しかつ約0.850g/cm3から約0.970g/cm3の範囲の、および特に0.860g/cm3から0.930g/cm3の範囲の密度を有する炭化水素α−オレフィンとのコポリマーである。好ましくは、上述のポリマーは、0.05g/10minから120g/10min、特に0.1g/10minから75g/10min、および特に1g/10minから10g/10minの範囲のメルトインデックス(MI)(ASTM D−1238によって測定)を有する。
【0020】
本発明の方法に用いられてよい他の好適なポリマーは、エチレンおよびビニルアルカノエートのコポリマー、特にエチレン/ビニルアセテートコポリマーのようなエチレン/αオレフィンコポリマーであってよい。該コポリマーは、比較的高いエチレン含有量を有し、接着性のないコポリマーである傾向にあるか、またはより低いエチレン含有量で、比較的接着性のあるコポリマーであってよい。後者は、ペレット形状において凝集する傾向にあるコポリマーを含む。加えて、該コポリマーは、一般的にメルトインデックスの点から示される様々な分子量で利用することができる。特にエチレン含有量と分子量に関する該コポリマーの性質であって、本発明の方法に支配される性質は、本方法から得られるグラフトされたコポリマーの意図された最終的用途に特に依存するであろう。広範な種々の性質を有するコポリマーは、本明細書に述べられる方法に支配されることができる。
【0021】
グラフトするモノマーは、エチレン性不飽和カルボン酸および、エチレン性不飽和無水カルボン酸、このような酸の誘導体、およびこれらの混合物を含んで成る群から選択される。モノカルボン酸、ジカルボン酸、またはポリカルボン酸であってよい上述の酸および無水物の例は、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、クロトニック酸、無水イタコン酸、無水マレイン酸、および置換された無水マレイン酸、たとえば無水ジメチルマレイン酸または無水シトラコン酸、ナディックアンハイドライド(nadic anhydride)、ナディックメチルアンハイドライド(nadic methyl anhydride)、および無水テトラヒドロフタル酸である。
【0022】
本発明の方法において必要なグラフトするモノマーの量は、特にそのモノマーの反応性に依存する。例えば、もしモノマーが無水マレイン酸であれば、そのモノマーの量は、コポリマーの約5重量%程度、特に0.1重量%から3重量%、および特に0.5重量%から2重量%の範囲でよい。他のグラフトするモノマーに関しては、異なる量のモノマーが好ましくあってよい。
【0023】
好ましい実施形態では、本方法は、好適なポリマー上に無水マレイン酸をグラフトすること、および本方法中、初期に、該反応混合物にオキソ−ホウ素化合物を添加すること、および好ましくは上述の供給ポリマーと一緒にオキソ−ホウ素化合物を添加することを含む。オキソ−ホウ素化合物は、好ましくは無水マレイン酸の後に添加されるべきではない。
【0024】
オキソ−ホウ素化合物は、種々の形態で該反応混合物に添加されることができる。オキソ−ホウ素化合物は、溶液として、メルト−ブレンドマスターバッチとして、またはドライ−ブレンドマスターバッチとして添加されることができる。当業者にとって、オキソ−ホウ素化合物を、押出し成形機の前でポリマーと一緒に添加することができるか、または無水マレイン酸に溶かし一緒に添加することができるということは容易に分かることである。マスターバッチを調製するかしないかの決定は、用いられる設備によって課される制限に依存する。
【0025】
グラフト工程中、好適な量のオキソ−ホウ素化合物の添加は、得られる無水物でグラフトされたポリマーの色を思いもよらず改良することが見出されている。有用なオキソ−ホウ素化合物の例には、ホウ酸、酸化ホウ素、およびホウ酸亜鉛が含まれる。当業者にとって、本発明の状況においては、他のオキソ−ホウ素化合物もまた、用いられてよいということは容易に分かることである。ホウ酸は好ましい化合物である。
【0026】
色の改良を提供するために必要とされるオキソ−ホウ素化合物の量もまた、用いられるポリマーとグラフト工程の際に添加されるグラフトするモノマーの量に依存する。上述の供給において、オキソ−ホウ素を少量でも添加すると、色の質が大いに改良されることが見出されている。
【0027】
好ましい実施形態では、無水物モノマーとオキソ−ホウ素化合物のモル比は、30:1から500:1の範囲であることが好ましい。最も好ましい実施形態では、該モル比は、60:1から300:1の範囲で用いられる。もしホウ酸が用いられるならば、上述の同じモル比範囲を適用する。
【0028】
グラフト工程の度合いを、上述の混合物に過酸化物のようなフリーラジカル開始剤を添加することによって高めることができるといことは、当業者にとって容易に分かることである。用いられた過酸化物は、好適な分解温度を有するべきである。もしその過酸化物が上述の工程条件下であまりにも速く分解すれば、その効果を失う。一方、もしあまりにゆっくりと分解するならば、その反応は、非常に遅く、低度のグラフトに終わるであろうし、不安定な生産物であるかもしれない。用いられる過酸化物の量は、ベースポリマーに依存する。ベースポリマーがポリエチレン(PE)である場合、低レベルの過酸化物は、50ppmから300ppmの範囲で一般的に用いられる。ポリプロピレン(PP)に関しては、添加される過酸化物の量は、一般的に少なくても1000ppmである。最良の結果のために、過酸化物は、反応工程中ポリマー内に均一に分散される。
【0029】
本発明の方法から作成された無水物でグラフトされたポリマーは、造形品の製造に用いられてよい。造形品は、一般的にフィルム、ペレットまたは他の粉末形状であるが、それらに限られない。無水物でグラフトされたポリマーは、このようにして用いられてもよいし、または他のポリマーとのブレンド物として、特にポリマーおよび/または金属に使用するための接着剤の形で、多層構造の共押出し成形において、塗料において、ポリマーブレンド物においてブレンド物の物理的性質を向上するための相溶化剤として、および現地組成物(field compositions)におけるカップリング剤として用いられてもよい。
【0030】
上述の結果として生じる無水物でグラフトされたポリマーの色の改良は、グラフトされたポリマーの黄色度指数(YI)を測ることによって最適に測定されることができる。YIは、好ましい白から黄色に向かう物体色のへだたりを示す比色データから標準的な手順によって算出された番号である。高いYIを有する物体は、より低いYIを有する物体よりも、黄色いだろう。YIの差が5ユニットの2つのサンプルが、並んで置かれた場合、人間の目はそれらを識別することができる。
【0031】
(実施例)
実施例1において示されるように、グラフト反応中無水マレイン酸:ホウ酸が127:1のモル比で60ppmのホウ酸の添加は、得られる無水物でグラフトされたポリエチレンの黄色度指数において2〜3倍の減少をひきおこす。実施例2および3に示されるように、無水マレイン酸でグラフトされたポリマーの黄色度指数は、ホウ酸の添加を増加するにつれて連続的に減少する。マレイン酸対ホウ酸の最適比は、ポリマーの性質に依存して異なる。一般的に、ある程度の量のホウ酸の添加は、グラフトされたポリマーの黄色度指数を減少させるであろう。無水マレイン酸の量を増加するにつれて、無水マレイン酸対ホウ酸のより低い比率が必要とされる。
【0032】
ポリプロピレンに関して、実施例3は、得られる無水物でグラフトされたポリプロピレンの黄色度指数は、60:1から130:1の好ましい範囲におけるモル比間で許容できる値内にあるということを示している。
【0033】
好ましい実施形態では、ホウ酸が用いられる。しかしながら、黄色度指数の減少は、ホウ酸亜鉛または酸化ホウ素の添加によっても達成することができる(実施例4)。
【0034】
(実施例1)
実施例1の組成物を、グラフト工程のための供給材料として一緒にプレブレンドし、次いで、270℃の温度で、38:1 L/D,43mm Berstroff twin screw押出し成形機内で、1.2%の無水マレイン酸とグラフトした。
【0035】
一層の解明のため、実施例1で提供されたホウ酸マスターバッチは、ドライブレンドによって1kgのPE1ペレット中に1gのホウ酸を用いることにより調製されたホウ酸濃縮物を含む。
【0036】
PE1は、0.910g/ccの密度を有するエチレン/オクタン/ブテン三元共重合体である。メルトインデックス(MI)は、1.9g/10minであった。供給材料組成物を、0.6kgの過酸化物濃縮物(7500ppm 2,5−ジメチル−2,5−ビ(p−ブチルペルオキシ)ヘキサン)と19.4kgのPE1のドライブレンドまたは0.6kgの過酸化物濃縮物、1.2kgのホウ酸マスターバッチおよび18.2kgのPE1のドライブレンドを用いて調製した。
【0037】
用いられるプラストマーは、非常に低密度のエチレンオクテンコポリマーであった。それは、密度0.863g/ccおよびMI0.5g/10minであった。供給物組成物を、0.8kgの過酸化物濃縮物と19.2kgのプラストマーのドライブレンド、または0.8kgの過酸化物濃縮物、1.2kgのホウ酸マスターバッチおよび18kgのプラストマーのドライブレンドのいずれかを用いて調製した。
【0038】
DP−9000プロセッサー内にD−25M opticoセンサーを備えたHunterlab Colourimeterを用いて、黄色度指数をペレット試料上で測定した。
【0039】
【表1】
【0040】
(実施例2)
本実施例では、EPDM(エチレン/プロピレン/ジエン三元重合体)がベースポリマーであった。該EPDMは、0.87g/ccの密度およびムーニー粘度45を有した。300ppmである過酸化物は、PE1過酸化物濃縮物を用いて添加された。反応温度は280℃であった。
【0041】
【表2】
【0042】
(実施例3)
本実施例では、4%エチレンから成り、および5g/10minのMFI(メルトフローインデックス)(230℃)を有するポリプロピレン(PP)コポリマーを用いた。PPを、12−barrel 48/1 L/D co−rotating twin screw押出し形成機を通して送りこんだ。次いで、ポリプロピレン過酸化物濃縮物(ポリプロピレン中0.95% 2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン)を、押出し成形機のフィードスロートとバレルの両方において、スロートにおいてより多くの過酸化物を備えた60:40の比率で添加した。反応混合物の過酸化物濃度のトータルは5700ppmであった。
【0043】
2%溶融無水マレイン酸を第2バレルにて押出し成形機に注入した。その後、もし必要であれば、ホウ酸を、ポリプロピレンを有するドライブレンドとしてスロートにて添加した。反応領域の温度は230℃であった。
【0044】
【表3】
【0045】
(実施例4)
本実施例では、グラフト工程を、43mm、38/1 L/D Berstorff twin screw co−rotating 押出し成形機において実施した。ついで、PE2(エチレン/ブテンコポリマー、密度=0.920g/cc、MI=5.0g/10min)、4%の過酸化物濃縮物(PE1中、0.75%過酸化物、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン)および添加物(ホウ酸、ホウ酸亜鉛、または酸化ホウ素のいずれか)の規定された濃度を、(示されたように)ドライブレンドし、そして供給材料として用いた。
【0046】
1.5%の溶融無水マレイン酸を、注入によって本工程に添加した。
【0047】
本工程の処理量は15kg/hr、およびスクリュースピードは200rpmであった。反応領域温度は、280℃にセットした。
【0048】
【表4】
【0049】
本発明をその好ましい実施形態に関して示し、そして述べたが、添付された特許請求の範囲によって明らかにされたような本発明の内容および範囲から外れずに、他の変更、変性、添加および省略を行ってよいことは、当業者に理解されることである。
Claims (17)
- (a)ポリオレフィンおよび無水物を与えるモノマーを、そのポリオレフィンの融点を越える温度で押出し成形機内で混合する工程、
(b)前記混合物に効果的な量のオキソ−ホウ素化合物を添加する工程、および
(c)前記得られた無水物でグラフトされたポリマーを造形品に押出し成形する工程、
の工程から本質的に成る改良された色特性を有する無水物でグラフトされたポリマーの調製方法。 - 前記無水物を与えるモノマーは、無水マレイン酸であることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンにおけるオレフィンは、α−オレフィンであることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物が、オキソ−ホウ素化合物:無水物を与えるモノマーが1:30〜1:500の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物は、ホウ酸、酸化ホウ素、およびホウ酸塩より成る群から選択されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物は、ホウ酸であることを特徴とする請求項5に記載の方法。
- ホウ酸が、ホウ酸:無水物を与えるモノマーが1:30〜1:500の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- ホウ酸が、ホウ酸:無水物を与えるモノマーが1:60〜1:300の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項6に記載の方法。
- (a)ポリオレフィン、フリーラジカル開始剤および無水物を与えるモノマーを、前記ポリオレフィンの融点を上回る温度で押出し成形機内で混合する工程、
(b)前記混合物に効果的な量のオキソ−ホウ素化合物を添加する工程、および
(c)前記得られた無水物でグラフトされたポリマーを造形品に押出し成形する工程、
の工程から本質的に成る向上された色特性を有する無水物でグラフトされたポリマーの調製方法。 - 前記無水物を与えるモノマーは、無水マレイン酸であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記フリーラジカル開始剤は、過酸化物であることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記ポリオレフィンにおけるオレフィンは、α−オレフィンであることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物が、オキソ−ホウ素化合物:無水物を与えるモノマーが1:30〜1:500の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物は、ホウ酸、酸化ホウ素、およびホウ酸塩からなる群より選択されることを特徴とする請求項9に記載の方法。
- 前記オキソ−ホウ素化合物は、ホウ酸であることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- ホウ酸が、ホウ酸:無水物を与えるモノマーが1:30〜1:500の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
- ホウ酸が、ホウ酸:無水物を与えるモノマーが1:60〜1:300の範囲におけるモル比で添加されることを特徴とする請求項15に記載の方法。
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