JP2009503234A - (メタ)アクリルマクロ開始剤を使用した芳香族ビニルポリマーの製造方法 - Google Patents
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- C08F2438/02—Stable Free Radical Polymerisation [SFRP]; Nitroxide Mediated Polymerisation [NMP] for, e.g. using 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl [TEMPO]
Abstract
Description
実施例1においては、本発明のリビングポリ(メタ)アクリルマクロ開始剤を使用したスチレンモノマーの重合反応を、供給タンク(feed tank)、第一の反応器及び第2の反応器を含んだ連続的なマイクロパイロット(micropilot)の装置で行った。本発明のリビングポリ(メタ)アクリルマクロ開始剤の有効性を従来からの汎用ポリスチレン(GPPS)樹脂と比較した。本発明のリビングポリ(メタ)アクリルマクロ開始剤及び従来からの過酸化開始剤との組み合わせについても分析した。
ビーズ法発泡ポリスチレン(EPS)を生成するための重合反応を行った。スチレン中3%のリビングポリブチルアクリレートマクロ開始剤(PABuとも示す)(表1のサンプル2)を準備した。スチレン溶液を1リットルの被覆付き反応容器中で7500ppmのリン酸トリカルシウム及び15ppmのカリウム過硫酸を含有した一当量の水と共に重合反応させた(全てスチレンの量に基礎とした重量%である)。使用した過酸化物は、1−(t−アミルペルオキシ)−1−メトキシ シクロヘキサン及びLuperox(登録商標)TAEC(Luperox(登録商標)開始剤はArkema社(Philadelphia, PA)より購入可能)である。懸濁重合反応は、112℃、3時間及び115℃で2時間行った。温度を115℃に上げた時、40ppmのドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムを添加した。反応器を冷却し、得られたポリマーの分子量分析を行ったところMw重量平均分子量は247500であった。これはマクロ開始剤を添加していない従来のEPSと同様の結果である。
90%のPS1240(GPPS、Total Petrochemicalsより)及び10%のF520 (SBSブロックコポリマー、Total Petrochemicalsから)のブレンド、並びに本発明のPSコポリマー材料について、剪断弾性率及び粘性に対する剪断頻度を測定した。図2及び3には、n*及びG’に対する200℃の剪断頻度を示した。測定はレオメトリックス(Rheometrics)RDA II上で平面/平面25mmの形状中で行った。図2及び3には、本発明の製品が、製造において効果を発揮する(低エネルギー消費、良好な導入性、サイクル時間の短縮)低い粘性及び高い剪断速度の利点を有することが示されている。
1450(GPPS)、1540(GPPS)及び本発明のPSコポリマー材料についての溶融強度測定は、200℃でRosand RH7キャピラリーレオメーターで行った。溶融強度測定の条件は以下の通りである:
・金型 L=20mm、D= 2mm
・剪断(ずり)速度 50s-1 (対応するピストン速度は13.33 mm/minである)
・ギャップ 150mm
・0〜300m/min (最大速度)の伸長で加速度1m/min/s
・200℃プレヒーティングの7分後に伸長を開始。
各々の製品に対して3回以上の試験を行った。
本発明の製品の高い剪断速度のデータは、古典的なCarreau-Yasudaモデルに基づいた低い剪断速度の挙動のモデル構築に使用した(6.28 rad.s-1〜200 rad.s-1のデータを使用した)。図5は、その結果と、1450(GPPS)及び1540(GPPS)の挙動と比較した時の低い剪断速度の時の粘性(viscosity)の増加の重要性を示したものである。
PS及びSBSのブレンド、並びに本発明の製品(10%リビングポリブチルアクリレートマクロ開始剤により作製したPS)の熱劣化をSEPAPテストチャンバー中(Hg lamp)で調べた。サンプルの劣化はFTIRでモニターした。1715 cm-1の吸収の変化は最初の値とX時間後の劣化の値を比較してモニターした。その違いをDelta DO(デルタDO)と呼ぶ。Delta DOが高いほど、劣化の効果は強い。図6には、本発明の好ましくない劣化が、1240 (GPPS)及びF520 (SBS ブロックコポリマー)のブレンドの好ましくない劣化の僅か半分であるという結果が示されている。30時間後には、PS/SBSブレンドの機械的特性が非常に弱く、フイルムが破壊される。したがって、当該フィルムの35時間後の測定は行っていない。
制御されたラジカル重合による二官能性ポリブチルアクリレートラッテクス及び対応する変性複合材料の生成を2つの工程で行った。
2Lの反応器の中で、ブチルアクリレート(6.6g、0.05mol)をDowfax8390界面活性剤(3.3g、4.01 × 10-3mol)及びNaHCO3(0.55g、6.55 × 10-3 mol)を含有した水相(500ml)と混合することで、モノマーの水性エマルジョンを得た。混合物から窒素バブリングにより脱酸素を行い、その後反応器に注入し、120℃にプレヒーティングし、300rpmで撹拌した。欧州特許1526138号明細書に記載の実験手順にしたがって酸性アルコキシルアミンを生成し(2.3 g、2.39 × 10-3 mol)、過剰の0.4 M(酸性度に対して1.6当量)水酸化ナトリウム溶液で中和し、90℃になった時点で反応器に導入した。その後、窒素で3バール(bar)の圧力を掛けた。重合反応を8時間行った後、反応器をアイスバスで冷却し、重量法で最終変換を決定した。
ステップ1aで生成したシードラテックスを120℃に熱した。混合の温度が90℃
になったら、反応時間を0とし、「一回で」(“one-shot”)でブチルアクリレート(143.4g、1.12mol)を添加し、窒素で3バールとした。サンプルは周期的に解離し、モノマーの変換を重量法によりモニターした。典型的な実験においては、1時間半でブチルアクリレートの変換が80%に達した。得られた二官能性ポリブチルアクリレートマクロ開始剤ラテックスの固体量は約18%であった。
ステップ1bの二官能性ポリブチルアクリレートマクロ開始剤ラテックスに、室温で、Dowfax(登録商標)8390界面活性剤(6.2g、7.54 × 10-3mol)、490gの蒸留水、NaHCO3(0.54g、6.43 × 10-3mol)及びスチレン(280g、2.7mol)の2回目の添加を行し、ゆっくりと1時間撹拌した。その時、反応混合物の温度を120℃まで上げ、それを6時間維持した。典型的な実験においては、約60%のモノマーが変換された。残留モノマーを追跡するために、蒸留水5ml中に化硫酸カリウム(0.25g、0.9 × 10-3mol)を反応混合物に添加した。温度は75℃まで上げ、4時間維持した。モノマー変換率は98%より大きくなり最終的なラテックスの固体量は約30%となった。
UPR複合体樹脂の様々なサンプルを(メタ)アクリルマクロ開始剤ありなし両方で生成し、成形した。下記の表4は、合成したマクロ開始剤の例示である。これらの例が本発明を限定するものではにのは当業者にとって明白である。表4に示すように、ホモポリマーとコポリマ両方可能である。さらにマクロ開始剤は、ブロック、ランダム、及び傾斜コポリマーを含み、特定の特性及び異なる官能基を得るために製造される。マクロ開始剤は異なるモノマーを組み合わせを利用することで特定の最終加工品に合致させることができる。表4は、低いガラス転移温度を有するマクロ開始剤を生成するアクリルモノマーの例示である。
本発明のリビングポリブチルアクリレートマクロ開始剤は溶液の形態とすることができる。溶液は、リビングポリブチルアクリレートマクロ開始剤の50〜75重量/重量%溶液として以下の溶媒中に準備できる:ブチルアセテート、トルエン、エチルベンゼン、メチルエチルケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、スチレン、オクチルアクリレート、ブチルアクリレート、及び、メチルメタクリレート。
本発明のマクロ開始剤を使用した溶液重合反応は完了した。ステンレス鋼反応器には、60gのポリブチルアクリレートマクロ開始剤、176gのトルエン、及び、325.8gのスチレンを充填した。溶液は115〜120℃で5時間重合した。スチレンの変換率は30%であった。
本発明のマクロ開始剤を使用した溶液重合反応は完了した。ステンレス鋼反応器には、200gのポリブチルアクリレート/アクリル酸マクロ開始剤、340gのトルエン、及び、128gのスチレンを充填した。溶液は115〜118℃で2時間重合した。スチレンの変換率は28%であった。
Claims (29)
- 1以上のニトロキシル末端基を有する(メタ)アクリルマクロ開始剤の存在下で1種又は2種以上の芳香族ビニルモノマーを反応させることにより形成する変性複合材料。
- 非芳香族ビニルモノマー、ポリマー、ガラス繊維、フィラー、低収縮剤、開始剤、顔料、増粘剤、阻害剤、又はそれらの混合物をさらに含む請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記芳香族ビニルモノマーは以下の化学式で表される構造であり、
- 芳香族ビニルモノマーがスチレン、置換スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンの異性体、エチルスチレンの異性体、プロピルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、及び、これらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記芳香族ビニルモノマーに前記(メタ)アクリルマクロ開始剤を約1.0〜約30重量%添加する請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、アクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸の塩、エステル、無水物及びアミド、アクリル酸の塩、エステル、無水物及びアミド、フッ素化アクリルモノマー、ジカルボン酸無水物、アクリルアミド、カルボキシエチルアクリレート、フマル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、並びに、これらの酸に対応する無水物、ハロゲン化カルボニル、アミド、アミド酸、及びアミドエステル、並びに、マレイン酸及びイタコン酸の全エステル及び部分エステル、並びに、これらの混合物からなる群から選択される(メタ)アクリルホモポリマー又はコポリマーである請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、無水物、アクリロニトリル、ビニルエステル、α-オレフィン、ジエン、不飽和ジカルボン酸の置換又は非置換のモノ及びジアルキルエステル、芳香族ビニル、環状モノマー、側鎖がアルコキシル化されたモノマー、スルホン酸化されたモノマー及びビニルアミドモノマー、並びに、これらの混合物からなる群から選択されるエチレン性不飽和モノマーをさらに含むコポリマーである請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、6〜30個炭素原子を有するアルキル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、イソプレン、ブタジエン、及び、これらの混合物からなる群から選択される請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、マルチブロックコポリマー、スターポリマー、くし型ポリマー、又は傾斜ポリマーである請求項1に記載の変性複合材料。
- 前記芳香族ビニルモノマーが、
アクリル酸、メタクリル酸、アルキルエステル、及び混合(メタ)アクリル酸エステル、アクリロニトリル、メタアクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイミド、ジ-オレフィン、フェニルマレイミド、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、メチルアクリレート、無水マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、マレイミド、不飽和、フェニルマレイミド、ジエン、からなる群から選択されるモノマー、
イソフタル酸樹脂、フタル酸樹脂、テレフタル酸樹脂、ジクロロペンタジエン樹脂、エポキシ樹脂、及び、ビニルエステルポリエステル樹脂からなる群から選択される不飽和樹脂
並びに
これらの混合物
を含む請求項2に記載の変性複合材料。 - 前記芳香族ビニルモノマーが、イソフタル酸樹脂、フタル酸樹脂、テレフタル酸樹脂、ジクロロペンタジエン樹脂、エポキシ樹脂、及び、ビニルエステルポリエステル樹脂からなる群から選択される不飽和樹脂をさらに含み、
任意に、
ガラス繊維強化剤及び/又はフィラー、フリーラジカル源、低収縮剤、顔料、増粘剤、阻害剤、強化剤、離型剤、並びに、これらの混合物をさらに含む
請求項2に記載の変性複合材料。 - 芳香族ビニルモノマー及び(メタ)アクリルセグメントを含有する変性複合材料のフリーラジカルによる製造方法であって、1以上のニトロキシル末端基を有する(メタ)アクリルマクロ開始剤を1種以上の芳香族ビニルモノマーに添加し、次に、前記(メタ)アクリルマクロ開始剤の活性温度より高い温度で重合反応を行う変性複合材料の製造方法。
- 非芳香族ビニルモノマー、ポリマー、ガラス繊維、フィラー、低収縮剤、開始剤、顔料、増粘剤、阻害剤、又は、これらの混合物をさらに添加する請求項12に記載の方法。
- ニトロキシル末端基を有する前記(メタ)アクリルマクロ開始剤のニトロキシドラジカルが下記の化学式で表されるβ-亜リン酸ニトロキシドラジカルである請求項12に記載の方法。
- ニトロキシル末端基を有する(メタ)アクリルマクロ開始剤の前記ニトロキシドラジカルが下記の化学式で表されるβ-亜リン酸ニトロキシドラジカルである請求項12に記載の方法。
- 前記重合反応方法を、バルク重合、バッチ重合、連続重合、エマルジョン重合、溶液重合、複合体成形、引抜成形、バルク成形、及び、シート成形からなる群から選択する請求項12に記載の方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤は、一官能性、二官能性、多官能性、又は、それらの混合物である請求項12に記載の方法。
- 前記芳香族ビニルモノマーが以下の化学式で表される構造であり、
- 芳香族ビニルモノマーがスチレン、置換スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエンの異性体、エチルスチレンの異性体、プロピルスチレン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、及び、これらの混合物からなる群から選択される請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記芳香族ビニルモノマーに前記(メタ)アクリルマクロ開始剤を約1.0〜約30重量%添加する請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、アクリル酸、メタクリル酸、メタクリル酸の塩、エステル、無水物及びアミド;アクリル酸の塩、エステル、無水物及びアミド;フッ素化アクリルモノマー、ジカルボン酸無水物、アクリルアミド、カルボキシエチルアクリレート、フマル酸、クロトン酸、マレイン酸、イタコン酸、並びに、これらの酸に対応する無水物、ハロゲン化カルボニル、アミド、アミド酸、及びアミドエステル、並びに、マレイン酸及びイタコン酸の全エステル及び部分エステル、並びに、これらの混合物からなる群から選択される(メタ)アクリルホモポリマー又はコポリマーである請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、無水物、アクリロニトリル、ビニルエステル、α-オレフィン、ジエン、不飽和ジカルボン酸の置換又は非置換のモノ及びジアルキルエステル、芳香族ビニル、環状モノマー、側鎖がアルコキシル化されたモノマー、スルホン酸化されたモノマー及びビニルアミドモノマーからなる群から選択されるエチレン性不飽和モノマーをさらに含むコポリマーである請求項20に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、6〜30個炭素原子を有するアルキル(メタ)アクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、スチレン、イソプレン、ブタジエン、及び、これらの混合物からなる群から選択される請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、ブチルアセテート、トルエン、エチルベンゼン、キシレン、メチルエチルケトン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトン、スチレン、ブチルアクリレート、オクチルアクリレート、及び、メチルメタクリレート、並びにこれらの混合物から選択される溶媒中に溶解する請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- 前記(メタ)アクリルマクロ開始剤が、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、マルチブロックコポリマー、スターポリマー、くし型ポリマー、又は、傾斜ポリマーを含む請求項12に記載のフリーラジカルによる方法。
- ポリスチレンとの相溶化剤として、レオロジー改質剤として、又は、衝撃改質剤として請求項1に記載の変性複合材料の使用。
- ポリスチレンとの相溶化剤として、レオロジー改質剤として、又は、衝撃改質剤として、芳香族ビニルモノマー及び請求項12に記載の(メタ)アクリル芳香族セグメントを含む芳香族ビニル複合体、及び/又は、コポリマーの使用。
- 耐衝撃性が改善された請求項2に記載の変性複合材料。
- 芳香族ビニル複合体、及び/又は、コポリマーが改善された耐衝撃性を有する請求項13に記載の方法。
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