JP2014526599A - ミキサーを使用せずに添加剤を塩化ビニリデンポリマーに組み込むプロセス - Google Patents

ミキサーを使用せずに添加剤を塩化ビニリデンポリマーに組み込むプロセス Download PDF

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Abstract

固体添加剤粒子を、以下のステップを含むプロセスにより、固体塩化ビニリデン(VDC)ポリマー粒子に添加する:A.VDCモノマーを、随意に1つ又は複数のモノエチレン性不飽和コモノマーと共に重合帯にて重合条件下で重合して、固体VDCポリマー粒子を形成するステップ;B.前記固体VDCポリマー粒子の形成後に前記VDCモノマーの重合を停止させるステップ;及びC.(i)前記固体VDCポリマー粒子を脱水する前に、及び(ii)前記固体添加剤粒子を融解又は軟化するのに十分であるが、前記固体VDCポリマー粒子を融解又は軟化するには不十分な温度で、接触時に前記融解又は軟化した固体添加剤粒子が前記固体VDCポリマー粒子と接着するように、前記固体VDCポリマー粒子を前記固体添加剤粒子と接触させるステップ。
【選択図】なし

Description

本発明は、塩化ビニリデン(VDC)ポリマーに関する。1つの態様では、本発明は、固体添加剤を上記ポリマーに組み込むことに関し、別の態様では、本発明は、ミキサーを使用せずに固体添加剤をVDCポリマーに組み込むことに関する。
多くのVDCポリマーは、効率的に押出しを成功させるために、加工助剤及び他の添加剤を必要とする。液体添加剤、例えば種々の可塑剤を、モノマー供給材料の一部として上記ポリマーを製作するプロセスに添加することができる。しかしながら、多くの固体添加剤、例えば潤滑剤は、上記ポリマーを製作するプロセスに添加することができず、したがって、典型的には、回収、脱水、及び乾燥した後の完成ポリマーに添加される。プロセス装置に応じて、この添加は、例えば、複数の添加剤を1つずつ添加すること、複数の添加剤を予混合物又はマスターバッチに混合すること等の、幾つかの形態のうちの1つ又は複数の形態で行うことができる。
1つの実施形態では、本発明は、固体添加剤粒子を固体VDCポリマー粒子と混合するプロセスであって、
A.VDCモノマーを、随意に1つ又は複数のモノエチレン性不飽和コモノマーと共に重合帯にて重合条件下で重合して、固体VDCポリマー粒子を形成するステップ、
B.前記固体VDCポリマー粒子の形成後に前記VDCモノマーの重合を停止させるステップ、及び
C.(i)前記固体VDCポリマー粒子を脱水する前に、及び(ii)前記固体添加剤粒子の少なくとも一部を融解又は軟化するのに十分であるが、前記固体VDCポリマー粒子を融解又は軟化するには不十分な温度で、接触時に前記融解又は軟化した固体添加剤粒子が前記固体VDCポリマー粒子と接着するように、前記固体VDCポリマー粒子を前記固体添加剤粒子と接触させるステップを含むプロセスである。
1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、重合帯にて、つまり固体VDCポリマー粒子が形成される反応器中で、固体VDCポリマー粒子と接触する。1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、固体VDCポリマー粒子を残留モノマーから分離するために移動させる除去帯(stripper zone)にて、固体VDCポリマー粒子と接触する。
1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、固体VDCポリマー粒子から残留モノマーを除去する前、除去中、及び/又は除去後に、固体VDCポリマー粒子と接触する。1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、重合帯及び残存モノマー除去帯の両方の外部にある接触帯にて、固体VDCポリマー粒子と接触する。
定義
本開示中の数値範囲は近似であり、したがって、別様の指定がない限り、範囲の外側にある値が含まれる場合がある。数値範囲は、下限値及び上限値を含み、任意の下限値と任意の上限値との間に少なくとも2単位の間隔が存在する場合、1単位の増分で下限値から上限値の全ての値を含む。一例として、組成的特性、物理的特性、又は例えば分子量等の他の特性が、100から1,000までである場合、100、101、102等の全ての個々の値、並びに100〜144、155〜170、197〜200等の部分的範囲が、明示的に列挙される。1未満である値を含むか、又は1を超える小数(例えば、1.1、1.5等)を含む範囲の場合、1単位は、必要に応じて、0.0001、0.001、0.01、又は0.1であるとみなされる。10未満の1桁の数値を含む範囲(例えば、1〜5)の場合、1単位は、典型的には、0.1であるとみなされる。これらは、特に意図されているものの例に過ぎず、列挙されている最小値と最高値との間にある数値のあらゆる考え得る組み合わせが、本開示中に明示的に記載されているとみなされるべきである。本開示中の数値範囲は、VDCモノマーを、随意に1つ又は複数のモノエチレン性不飽和コモノマーと共に重合させるための、特に温度及び圧力条件に関して提供されている。
用語「含む(comprising)」は、「含む(including)」、「含有する(containing)」、「有する(having)」、又は「〜を特徴とする(characaterized by〜)」と同義であり、包括的又は非限定的であり、追加の未記載の要素、物質、又はステップを除外しない。用語「から実質的になる」は、指定の要素、物質、又はステップに加えて、要素、未記載の物質、又はステップが、主題の少なくとも1つの基本的及び新規性の特徴に許容しがたい影響を実質的に及ぼさない量で存在していてもよいことを示す。用語「からなる」は、記載されている要素、物質、又はステップのみが存在することを示す。
「組成物」、「処方」、及び類似の用語は、2つ以上の成分の混合物又は配合物を意味する。バリア包装、例えば薄膜がそれから作られる物質の混合物又は配合物の状況では、組成物は、本発明の混合物、並びに任意の他の添加剤及び充填剤等を含む。
「ポリマー」は、1つ又は複数のモノマーの重合生成物を意味し、ホモポリマー、並びにインターポリマー、コポリマー、ターポリマー、及びテトラポリマー等、並びにポリマーのブロック形態、グラフト形態、付加形態、又は縮合形態を含む、前述したもののいずれかの混合物及び修飾体が含まれる。
「量体」、「量体単位」、及び類似の用語は、単一の反応物分子に由来するポリマーの部分を意味する。例えば、エチレンに由来する量体単位は、一般式−CHCH−を有する。
「インターポリマー」又は「コポリマー」は、少なくとも2つの反応物質(通常は、モノマー)に由来する量体単位を含み、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、セグメント化コポリマー、グラフトコポリマー、及び類似のコポリマー、並びにターポリマー、テトラポリマー、並びに三量体及びオリゴマーが含まれる。
「重合条件」及び類似の用語は、モノマーが反応して、モノマーに由来する量体単位を含むポリマーを形成することになる条件を意味する。モノマーは、同一であってもよく、又は異なっていてもよく、上記条件には、これらに限定されないが、温度;圧力;撹拌、滞留時間;溶媒、開始剤、界面活性剤、懸濁化剤、及び触媒等が含まれる。
「分子量」は、ダルトンで表されている重量平均分子量(Mw)である。分子量は、ポリスチレン較正を使用して、サイズ排除クロマトグラフィーにより測定される。試料調製は、ポリ塩化ビニリデン樹脂試料を、50℃にてテトラヒドロフラン(THF)に溶解することを含む。約94パーセント超の塩化ビニリデンを含有する樹脂試料は、この温度では容易に溶解せず、高温での溶解は、ポリマー分子量の分解をもたらす場合がある。したがって、約94パーセント超の塩化ビニリデンを含有する樹脂試料は、63℃にて1パーセント(%)溶液として抑制THF(inhibited THF)に事前に溶解される。試料は、最高83℃で4時間は分子量を失わずに溶解することができるが、溶解時間及び温度を最小限に抑えることが望ましい。その後、2つのカラムを直列に装備したHewlett Packard社製1100型クロマトグラフで、Polymer Laboratories社製ソフトウェアを使用し、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により、ポリマーを分析して、分子量を決定する。これらカラムは、PLGel5μMIXED−Cの商標名でPolymer Laboratories社から市販されている5μmスチレン/ジビニルベンゼンコポリマービーズを含有する。溶媒は、窒素でパージしたHPLC等級THFである。流速は、1.0ミリリットル/分であり、インジェクションサイズは、50マイクロリットルである。分子量決定は、それらの溶出容量と共に、10個の狭幅分子量分布ポリスチレン標準物質(Narrow PS setという商標名でPolymer Labs社から市販されている(約3,000,000〜2000Mp))を使用することにより推定される。
「融点」及び類似の用語は、固体から液状物質への転移に対応する、固体物質の特性を意味する。そのような特性は、非晶質ガラス性物質のガラス転移温度(Tg)、及び結晶性又は半結晶性物質の融解温度として、示差走査熱量計(DSC)で容易に測定することができる。
「軟化点」及び類似の用語は、物質が著しく軟化し、粘着性になり始める物質の温度を意味する。本発明の状況では、軟化点は、所与の物質がVDC樹脂に接着し始める温度である。
重合ステップ
本発明のプロセスの第1のステップは、固体VDCポリマー粒子の製造である。典型的には、これは、当技術分野で周知であり、典型的には高密度ビーズを生成するバッチ懸濁重合により達成される。本発明にとって、これら粒子のサイズ及びサイズ分布は重要ではない。エマルジョン重合を使用することもできるが、これは典型的にはラテックス形態の産物を生成するため、VDCポリマーは、固体添加剤粒子との接触前に、まず固体粒子に変換されなければならないだろう。
重合は、VDCモノマーを、VDCホモポリマーの場合は単独で、又はVDCインターポリマーの場合は1つ又は複数のコモノマーと共に、重合帯にて重合条件下で接触させることを含む。重合帯は、いかなる設計の反応器であってもよく、典型的には、加熱及び冷却用のジャケットを有する閉鎖型撹拌ガラス内張容器である。生成しようとする樹脂の特定の組成及び分子量に応じて、重合条件は、大きく変動する場合がある。1重合内でさえ、一連の温度及び圧力が使用される場合がある。重合条件には、典型的には、35〜90℃の温度及び最大900kPaの気圧が含まれる。反応塊は、モノマー、水、並びに典型的には開始剤及び界面活性剤又は懸濁化剤の1つ又は複数を含む。反応塊は、典型的には、十分にかき混ぜられ、例えば撹拌され、金属性不純物が実質的に含まれておらず、酸素がパージされ酸素から隔離される。重合は、バッチ、半連続、又は連続であり得る。
本発明のVDCインターポリマーは、典型的には、大部分を占めるVDCモノマーに由来する量体単位、及び少量の1つ又は複数のモノエチレン性不飽和コモノマーに由来する量体単位を含む。1つ又は複数のこれらコモノマーに由来する量体単位は、典型的には、インターポリマーの40モルパーセントを超えない量で、より典型的には25モルパーセントを超えない量で、及び更により典型的には16モルパーセントを超えない量で、及び更になおより典型的には10モルパーセントを超えない量で存在する。1つ又は複数のこれらコモノマーに由来する量体単位は、典型的には、インターポリマーの0モルパーセントを超える量で、より典型的には1モルパーセントを超える量で、更により典型的には2モルパーセントを超える量で、及び更になおより典型的には3モルパーセントを超える量で存在する。VDCポリマー中の量体単位の残りは、VDCモノマーに由来する量体単位である。
本発明の重合ステップで使用するのに好適なモノエチレン性不飽和コモノマーには、塩化ビニル、アクリル酸アルキル、メタクリル酸アルキル、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、アクリロニトリル、及びメタクリロニトリルが含まれる。モノエチレン性不飽和モノマーは、典型的には、塩化ビニル、アクリル酸アルキル、及びメタクリル酸アルキルからなる群から選択され、上記アクリル酸アルキル及びメタクリル酸アルキルは、1アルキル基当たり1〜8個の炭素原子を有する。上記アクリル酸アルキル及びメタクリル酸アルキルは、典型的には、1アルキル基当たり1〜4個の炭素原子を有する。上記アクリル酸アルキル及びメタクリル酸アルキルは、好ましくは、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、及びメタクリル酸メチルからなる群から選択される。
本発明の実施に使用されるVDCポリマーの重量平均分子量(Mw)は、ポリスチレン較正を使用して、サイズ排除クロマトグラフィーにより測定すると、典型的には50,000〜250,000ダルトン、より典型的には70,000〜130,000ダルトンである。
重合の停止
本プロセスの第2のステップは、重合を停止させることである。バッチプロセスでは、重合の進行は、任意の従来手段、例えば放熱又は圧力低下によりモニターすることができ、例えば65%超、好ましくは75%超、及びより好ましくは85%超の、望ましい量のVDCモノマーがVDCポリマーに変換されたら、重合は、任意の従来手段、例えば未反応モノマーの排出、フリーラジカルスカベンジャーの添加、及び冷却等により停止される。連続プロセスでは、重合は、典型的には、単に反応帯へのモノマー流を閉じることにより停止される。
重合の停止時点では、重合帯の内容物は、特に固体VDCポリマー粒子、副産物、未反応モノマー、及び水を含み、全ては重合温度又は重合温度付近にある。
VDCポリマーの回収
重合プロセスの停止後、VDCポリマーが回収される。典型的には、回収の第一のステップは、固体VDC粒子から未反応又は残留モノマーを除去することである。除去は、典型的には、重合容器又はより一般的には残留モノマー除去容器のいずれかにて、反応塊を吸引にかけることにより達成される残留モノマーが除去されたら、反応塊は、脱水及び乾燥される。
添加剤の添加
固体添加剤粒子と固体VDCポリマー粒子との接触は、接触が、(i)重合が停止された後であり、固体VDCポリマー粒子を脱水する前に、及び(ii)固体添加剤粒子を融解又は軟化するのに十分であるが、固体VDCポリマー粒子を融解又は軟化させない温度で、接触時に融解又は軟化した固体添加剤粒子が固体VDCポリマー粒子と接着するように実施される限り、本プロセスの幾つかの異なる段階のいずれの段階で実施してもよい。温度に関して、典型的には、接触温度は、重合温度又はその付近、例えば60〜120、より典型的には70〜110、及び更により典型的には80〜100℃である。この温度は、部分的にはVDCポリマーの性質、例えば、ホモポリマー、コポリマー、形態、サイズ、分子量等、及び部分的には固体添加剤粒子の性質、例えば、化学的組成、形態、サイズ、分子量等に依存することになる。固体VDCポリマー粒子と同様に、固体添加剤粒子の形態、サイズ、及びサイズ分布は、本発明にとって重要ではないが、添加剤粒子のサイズは、好ましくは、VDC樹脂粒子のサイズと同様であるか又はVDC樹脂粒子のサイズよりも小さい。無論、特定の添加剤の粒子が、固体VDCポリマー粒子の融点よりも高い融点又は軟化点を有する場合、これら粒子は、接触時に固体VDC粒子と容易に接着せず、したがって本プロセスでの使用には不利である。固体VDCポリマー粒子が融解又は軟化しない温度以上の温度は、そのような温度では、VDCポリマー粒子が、互いに接着して、ポリマーの更なる加工及び/又は最終的な使用、例えば押出しを妨害する場合がある望ましくない凝集体を生成する傾向を有することになるため、好ましくない。
固体添加剤粒子を固体VDCポリマー粒子と接触させる段階及び位置に関して、接触は、重合帯、例えば反応容器、残留モノマー除去帯若しくは容器、又は残留モノマーの除去後だか水が除去される前に固体VDCポリマー粒子が移送される帯域又は容器で生じてもよい。位置に関わらず、接触は、残留モノマーが除去される前、除去中、及び/又は除去後に生じてもよい。
1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、固体VDCポリマー粒子を継続的に及び十分に撹拌しながら、ショット添加(shot addition)又は半連続フィーダにより固体VDCポリマー粒子に乾式添加される。1つの実施形態では、添加剤は、VDCポリマー粒子に添加する前に、予混合される。1つの実施形態では、固体添加剤粒子は、一度に又は分割して添加される。固体VDCポリマー粒子と組み合わされた固体添加剤粒子は、添加剤粒子が、VDCポリマー粒子に完全に又はほぼ完全に及び均一に又はほぼ均一に分布することを保証するのに十分な期間、継続的に撹拌されている混合物中に維持される。混合の完全性は、添加剤がコーティングされたVDCポリマー粒子の顕微鏡検査、又は圧延ロール粘着性評価試験を含む、幾つかの異なる手段によりモニターすることができる。
添加剤
本発明の実施に使用することができる添加剤は、周囲条件(23℃、常圧)で固体であるが、典型的には、それらが混合されることになる固体VDCポリマー粒子の融点又は軟化点より低い融点又は軟化点を有する。融解又は軟化する添加剤が、VDC樹脂粒子と融解又は軟化しない添加剤との間の接着剤として機能することができるように、添加剤の少なくとも一部が、接触条件下で十分に融解又は軟化する限り、添加剤が全て融解又は軟化する必要はないことが理解される。添加剤は、典型的には不水溶性であり、広範囲の粒径を有していてもよいが、典型的には、VDCポリマー粒子のサイズと同じサイズであるか、又はVDCポリマー粒子のサイズよりも小さい。粒径及び粒子径分布は、これらに限定されないが、ふるい、光学的サイジング及び電気抵抗サイジングを含む、幾つかの認識されている方法のいずれか1つにより測定することができる。
本発明の実施に使用することできる代表的な添加剤には、これらに限定されないが、酸化防止剤、光安定剤、色素、加工助剤、潤滑剤、酸スカベンジャー、及びワックス等が含まれる。そのような添加剤は、既知の量及び既知の様式で使用される。典型的には、添加剤は、組成物の重量に基づき、10重量%未満、より典型的には5重量%未満、及び更により典型的には3重量%未満の量で使用される。
本発明は、以下の例により更に説明される。別様の記載がない限り、パーセンテージ、部、比率は、全て重量による。
特定の実施形態
添加剤及び塩化ビニリデンアクリル酸メチル(4.8重量%アクリル酸メチル及び重量平均分子量116,000)のVDCインターポリマーの混合物を、LITTLEFORD高強度ミキサー及び従来の混合技術を使用して、混合成分、つまり添加剤及びインターポリマーを共に混合することにより製作する。その後、この混合物を、VDCインターポリマー樹脂製造プロセスの残留モノマー除去器にて乾燥添加剤をVDCインターポリマーに添加することにより製作された同じ組成の混合物と比較する。比較試料及び本発明の試料の両方の配合は、表1に記載されている。乾燥添加剤は、周囲条件下(23℃及び常圧)で固体であり、成分a〜gからなる。成分h及びiは、周囲条件下で液体である。h及びi成分の各々の合計量の一部をVDCモノマーに添加し、h及びi成分の各々の残りの量を、インターポリマーの製作時にVDCインターポリマーに添加する。モノマー及びインターポリマーに添加されるh及びiの各々の量は重要ではなく、適宜変更することができる。その後、各混合物の試料を、175℃にて毎分25回転(rpm)でBRABENDER2本ロールミルRM−3000型にかけ、ガス発生までの時間(つまり、ポリマー分解により引き起こされるHClガス泡が、ポリマー融解物中に肉眼で最初に観察される時間)及び粘着性について比較する。粘着性尺度は表2に報告されており、例の結果は、表3に報告されている。
Figure 2014526599
Figure 2014526599
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ガス発生までの時間は、両混合物で同様であり、3〜12分での粘着値がより低いことは、本発明の混合物が、従来の(比較)混合物よりも粘着性が低いことを示している。これらの結果は両方とも良好であり、本発明のプロセスにより製作された混合物が、従来の混合技術により製作された混合物と少なくとも同程度に良好であることを示している。

Claims (12)

  1. 固体添加剤粒子を固体VDCポリマー粒子と混合するプロセスであって、
    A.VDCモノマーを、随意に1つ又は複数のモノエチレン性不飽和コモノマーと共に、重合帯にて重合条件下で重合して、固体VDCポリマー粒子を形成するステップ、
    B.前記固体VDCポリマー粒子の形成後に前記VDCモノマーの重合を停止させるステップ、及び
    C.(i)前記固体VDCポリマー粒子を脱水する前に、及び(ii)前記固体添加剤粒子を融解又は軟化するのに十分であるが、前記固体VDCポリマー粒子を融解又は軟化するには不十分な温度で、接触時に前記融解又は軟化した固体添加剤粒子が前記固体VDCポリマー粒子と接着するように、前記固体VDCポリマー粒子を前記固体添加剤粒子と接触させるステップを含むプロセス。
  2. 前記固体添加剤粒子が、前記重合帯にて、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項1に記載のプロセス。
  3. 前記固体添加剤粒子が、残留モノマー除去帯にて、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項1に記載のプロセス。
  4. 前記残留モノマー除去帯が、前記重合帯とは別々で、分離している、請求項3に記載のプロセス。
  5. 前記固体VDCポリマー粒子が残留モノマーと混合され、前記固体添加剤粒子が、前記固体VDCポリマー粒子から前記残留モノマーが分離される前に、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項1に記載のプロセス。
  6. 前記固体VDCポリマー粒子が残留モノマーと混合され、前記固体添加剤粒子が、前記固体VDCポリマー粒子から前記残留モノマーが分離されている間に、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項1に記載のプロセス。
  7. 前記固体VDCポリマー粒子が残留モノマーと混合され、前記固体添加剤粒子が、前記固体VDCポリマー粒子から前記残留モノマーが分離された後で、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項1に記載のプロセス。
  8. ステップCの接触が、60〜120℃の温度にてである、請求項1〜7のいずれか一項に記載のプロセス。
  9. 前記固体添加剤粒子が、前記VDCポリマー粒子のサイズとほぼ同じであるか、又は前記VDCポリマー粒子のサイズよりも小さい、請求項8に記載のプロセス。
  10. 前記固体添加剤粒子が、2つ以上の添加剤の混合物を含む、請求項9に記載のプロセス。
  11. 前記固体添加剤粒子が、酸化防止剤、光安定剤、色素、加工助剤、潤滑剤、酸スカベンジャー、及びワックスの少なくとも1つを含む、請求項10に記載のプロセス。
  12. 前記固体添加剤粒子が、前記固体VDC及び固体添加剤粒子の合計重量に基づき0重量%超〜10重量%未満の量で、前記固体VDCポリマー粒子と接触する、請求項11に記載のプロセス。
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