JP2017519889A - ポリマーの製造のためのコモノマーとしての反応性モノマー - Google Patents

ポリマーの製造のためのコモノマーとしての反応性モノマー Download PDF

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Abstract

本発明は、コポリマーに可塑剤としての反応性モノマーを使用する方法に関する。さらに、本発明は、該反応性モノマーの使用により得られるコポリマーに関する。さらに、本発明は、応性モノマーを用いて、コポリマーのガラス転移温度を低下させる方法に関する。

Description

本発明は、コポリマーに可塑剤としての反応性モノマーを使用する方法に関する。さらに、本発明は、該反応性モノマーの使用により得られるコポリマーに関する。さらに、本発明は、応性モノマーを用いて、コポリマーのガラス転移温度を低下させる方法に関する。
本発明の他の実施態様は、請求の範囲、発明の詳細な説明及び実施例に見出される。当業者に明らかであるように、上述した特徴、及び本発明の目的のために以下説明する特徴は、いずれの場合にも、本発明の範囲に制限されず、説明された特定の組合せだけでなく、他の組合せにも使用することができる。特に、好ましくは又は特に好ましくは、それらの本発明の実施態様であり、ここで、複数の、又は実に全ての本発明の目的の特徴が、好ましい、及びそれぞれに特に好ましい定義を有する。
ヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、イソプレノール、アリルアルコール及びこれらの誘導体などの反応性モノマーは、コポリマーを合成するためのコモノマーとして使用することができる。
JP2006160829 A2には、乳化重合における乳化剤の出発物質とするアルケニルポリエーテルの製造方法が開示されている。
EP2457973 A1には、水溶性の疎水的に会合するコポリマーを、地下鉱油層及び天然ガス鉱床の開発、利用及完成における添加剤としての使用方法が記載されている。これらのコポリマーは、エチレン性不飽和アルコール(例としてはヒドロキシブチルビニルエーテルが挙げられる)のアルコキシル化、及び任意に次のエーテル化により提供されるモノマーを含むことができる。
EP1069139 A2には、水溶性アリルエーテル又はビニルエーテルマクロモノマーの存在下で、オレフィン性不飽和の水溶性化合物の重合により水分散液を製造する方法が開示されている。さらに、乳化重合反応又は懸濁重合反応におけるマクロモノマーを使用する方法が開示されている。
DE3838030 A1には、少なくとも1種のオレフィン性不飽和ポリオキシアルキレンアルコール付加物又はポリエステルアルコール付加物と他のモノマーとのフリーラジカル共重合により製造されたコポリマーが開示されている。これらのコポリマーは、助剤及び/又は添加剤として、ポリイソシアネート重付加生成物における製剤に使用されている。
WO 03/062288 A1には、アルカリ溶媒に可溶性であり、会合性モノマーとしてHBVEアルコキシレート又はイソプレノールアルコキシレートを含む会合性ポリマーの使用方法が開示されている。
DE10163258 A1には、アリルポリアルキレングリコールエーテルカルボキシレート及びビニルポリアルキレングリコールエーテルカルボキシレート、並びに、これらを共重合性乳化剤及び親水性モノマーとして乳化重合に使用する方法が開示されている。
WO 99/61494 A1には、アリルモノマー、例えばアリルアルコール又はアルコキシル化アリルアルコールを含むコポリマーの製造方法が開示されている。これらのコポリマーを反応性可塑剤として熱可塑性ポリマーに使用する方法が開示されている。しかしながら、WO 99/61494 A1には、これらの反応性可塑剤を特定の熱可塑性ポリマーに使用する例が開示されていない。
この明細書において、本発明に使用された反応性コモノマーがコポリマーの製造で可塑剤として機能することが見出された。
可塑剤は、プラスチック、塗料、コーティング、ゴム、接着剤及びフィルムに、使用又はさらなる処理中でそれらの柔らかさ、可撓性、適合性及び弾性を向上するために、広範囲に添加される物質である。例えば、それらは、低揮発性エステル、脂肪油、可塑化樹脂又はカンフルであり得る。
内部可塑化として知られていることにおいて、共重合中に可塑剤が添加される。これは、プラスチックが耐久的に柔軟のままであり、可塑剤が物質から拡散により脱出しないという結果をもたらす。例としては、塩化ビニルは20%以下の酢酸ビニルと重合される。塩化ビニルの共重合のために添加された他のモノマーは、マレイン酸、エテン、メチルビニールエーテル及びアクリル酸メチルである。
通常、エチレン性不飽和モノマーの乳化重合は、(メタ)アクリル酸エステル(例えば、アクリル酸ブチル又はアクリル酸2−エチルヘキシル)を可塑化モノマーとして使用する。
JP2006160829 A2 EP2457973 A1 EP1069139 A2 DE3838030 A1 WO 03/062288 A1 DE10163258 A1 WO 99/61494 A1
先行技術の前述した可塑剤の一部は、一定の期間の後にポリマーから移動する比較的に低分子量を有する分子(VOC、揮発性有機化合物)である。これの第1の効果は、ある期間の後にポリマーが脆くなることであり、第2の効果は、毒性作用に関して議論を引き起こすことを有する物質(例えば、DEHP)の放出である。
したがって、ガラス転移温度を低下させることにより、コポリマーの製造及び使用中に可塑化作用を発揮する一方で、ポリマーからの拡散により著しい減少を示さない化合物が必要である。理想的には、前記化合物は、毒性的危険を生じず、生物分解可能である。
根本的な技術的目的は、この明細書に記載及び説明されたように、請求の範囲、発明の詳細な説明及び実施例により実現される。
本発明は、一般式(I)、
Figure 2017519889
(式中、R、R、Rは、互いに独立して、同一又は異なり、H又は−CHであり、
Xは、O又はC〜C−アルコキシであり、
は、単結合又は直鎖又は分岐のC〜C−アルキレンであり、
、Rは、互いに独立して、同一又は異なり、H、C〜C−アルキル又はアリールであり、
は、互いに独立して、同一又は異なり、H又はC〜C−アルキルであり、
nは、0〜200の整数である)
の化合物を可塑剤としてコポリマーに使用する方法を提供する。
特に明記しない限り、以下、R、R、R、R、R、R、R及びnの全ての定義及び基準は、一般式(I)中の対応する位置及びデータに関する。
発明の詳細な説明
本発明において、一般式(I)の[−CHR−CHR−O−]ユニットは、ブロック構造及び/又はランダム組成を有することができ、好ましくはプロピレンオキシド(PO)ユニットである。一般式(I)の[−CHR−CHR−O−]ユニットは、同一であり得るが、必ずしも同一である必要はない。例えば、これが、それぞれn個のPO及びEOユニットを有する均一なPO又はエチレンオキシド(EO)鎖であるか、これが、n個の(PO+EO)ユニットを有する均一なエチレンオキシド/プロピレンオキシド(EO/PO)鎖である(ここで、EO/POはブロック、交互又はランダム分布を有し得る)ことも可能である。一実施態様において、一般式(I)の[−CHR−CHR−O−]ユニットは同一であり、例えばPOである。
本発明において、基本的には、一般式(I)の化合物は、フリーラジカル、アニオン及びカチオン重合、好ましくはフリーラジカル重合により製造されたコポリマーにおいて可塑剤として使用することができる。本発明において、対応する重合反応をエマルション中で、溶液中で又はバルクで、例えばエマルション中で行うことが可能である。したがって、本発明の一実施態様において、一般式(I)の化合物は、可塑剤として、フリーラジカル乳化重合反応により製造されたコポリマーに使用される。
一般式(I)の化合物を使用する本発明の別の利点は、例えばこの明細書に記載及び示されるように、それらがポリマー分散系の粘度を低下させることができることである。これは、例えばより高い固形分を有する分散系の製造を可能にする。したがって、製品がより少ない水及びより多い活性物質を含むので、物流コスト(包装、輸送)を節約することが可能である。これは、これまで限られた範囲でのみ可能であった。なぜなら、固形分が増加するに応じて粘度が増加するからである。
また、「重合」という用語および「乳化重合」のような特定の重合用語は、2種以上の異なるモノマーが使用される場合に使用され、したがって、本発明のために前記用語は、それぞれ、共重合及び乳化共重合も含む。
本明細書に記載され、実施例で明らかにされるように、本発明で使用される化合物は、共重合体のガラス転移温度を低下させるという点で、それらと共に製造された共重合体に対して可塑化効果を有するここでは、本発明の利点は、使用された化合物が揮発性でなく、良好な生物分解性を有することである。さらに、それらは、拡散によりコポリマーから、ごく僅かな損失又は損失しないことを示す。
本発明の一実施態様において、R、R及びRはHである。別の実施態様において、R及びRはHであり、Rは−CHである。
本発明の一実施態様において、XはOである。別の実施態様において、XはC−アルコキシである。
本発明の一実施態様において、Rは直鎖C−アルキレン(ブチル)である。別の実施態様において、Rは単結合である。
本発明の一実施態様において、R又はRはHであるが、R及びRの両方がHではない。一好ましい実施態様において、R又はRは−CHである。例えば、R又はRの一方はHであり、各他の部分R又はRは−CHである。例えば、RはHであり得、Rは−CHであり得る。
本発明の一実施態様において、RはHである。
nは、1以上の任意の数字、例えば4〜21、5〜20、7〜17、又は8〜12の数字であってもよい。例えば、nは10であり得る。
本発明の一特定の実施態様において、R、R及びRはHであり、XはOであり、Rは直鎖C−アルキレン(ブチル)であり、RはHであり、Rは−CHであり、RはHである。本発明の一特定の実施態様において、一般式(I)の化合物は、ヒドロキシブチルビニルエーテルである。
本発明の別の特定の実施態様において、R及びRはHであり、Rは−CHであり、XはC−アルコキシであり、Rは単結合であり、これでイソプレノール誘導体を得る。
本発明に使用される一般式(I)の化合物のOH価は、2 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、好ましくは10 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、好ましくは20 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、特に好ましくは50 mg KOH/g〜120 mg KOH/gであってもよい。ここでは、OH価は、当業者に公知の方法、例えばDIN 53240(溶液価)に従って、又は当業者に公知であり、例えばこの明細書に記載されているTAI NMR方法により測定されてもよい。
本発明に使用される一般式(I)の化合物の多分散度(polydispersity)は、1.0〜2.0、好ましくは1.0〜1.5、特に好ましくは1.0〜1.2、極めて好ましくは約1.1であってもよい。ここでは、多分散度は、当業者に公知の方法により、好ましくは当業者に公知であり且つ例えばこの明細書に記載されているようなGPCにより測定されてもよい。
本発明において、例えば、一般式(I)による化合物は、1つ以上のオレフィン性不飽和化合物(コモノマー)と共重合することができる。ここでは、とりわけ、それぞれ純粋な形で又は異性体混合物としての、ビニル芳香族化合物、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸のC〜C10−アルキルエステル、酢酸ビニル、エテン、プロペン、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び10個〜250個の炭素原子を有するα−オレフィンからなる群から選択された化合物(コモノマー)を使用することが可能である。また、この明細書において、本発明の他の可能な化合物(コモノマー)は、SO含有モノマー、例えばアリールアミドプロパンスルホン酸、及び/又はPO含有モノマー、例えばリン酸ビニルであり得る。本発明のために、ここでは、いずれの場合にも、1つ以上のコモノマーを一般式(I)の化合物と共重合させることが可能である。共重合反応の方法は、当業者に知られており、とりわけ、フリーラジカル共重合、例えば乳化共重合を含む。
上記した及びここでさらに明らかにされるように、本発明の使用方法により、及び一般式(I)の化合物の使用を有する本発明の方法により、可塑化効果を達成することが可能である。本発明のために、「可塑剤」及び「可塑化効果」は、一般式(I)の化合物を含むコポリマーのガラス転移温度を低下させる能力を意味する。例えば、本発明において、コポリマーの製造中に、一般式(I)の化合物の使用によりこれらのガラス転移温度を5〜70K低下させることが可能である。ガラス転移温度の低下程度は、使用された他のコモノマーのガラス転移温度、及び一般式(I)のコモノマーの使用量に依存する。(対応するホモポリマーの)より低いガラス転移温度を有するコモノマーの使用は、ガラス転移温度をより大きく低下させる。また、ガラス転移温度の低いコモノマーを多量に使用することによって、コポリマーのガラス転移温度もより低くなる。
ガラス転移温度の測定方法は、当業者に公知であり、ここでも記載されている。この明細書において、好ましくは、例えばここで明らかにされるように、ガラス転移温度は動的走査熱量測定法(dynamic scanning calorimetry)(DSC)により測定される。
コポリマー中の可塑剤として、又はコポリマー中のガラス転移温度を低下させるための一般式(I)の化合物の本発明の使用方法と同様に、本発明は、さらに、ガラス転移温度の低下方法を提供する。したがって、一般式(I)の化合物の本発明の使用方法に関する全ての定義及び記載は、同様に、一般式(I)の化合物によりガラス転移温度の低下方法を類似的に適用し、当業者が容易に区別できるので、逆にも同様である。この方法は、共重合方法であり、当業者に公知である。例えば、以下のように行うことができる。まず、より高いガラス転移温度を有するモノマーを、ここで記載された一般式(I)の化合物と共重合させる。本発明において、得られたコポリマーは、一般式(I)の化合物のない対応するモノマーのホモポリマー又はコポリマーより低いガラス転移温度を有するようになる。一般的には、本発明において、コポリマーのガラス転移温度は、個々モノマーの対応値の間にあるようになる。
使用されるモノマーの全組成に基づいて、0.1〜50質量%、好ましくは0.5〜30質量%、好ましくは1〜20質量%、特に好ましくは1〜10質量%の有効量の一般式(I)の化合物が、コポリマーのガラス転移温度を低下させるための本発明の方法に添加される。したがって、本発明において、コポリマーのガラス転移温度は5〜70K低下される。
本発明のコポリマーは、当業者に公知の方法、例えばフリーラジカル共重合により製造することができる。ここでは、フリーラジカル共重合は、水性若しくは有機溶媒又はこれらの混合物中で行うことができる。また、無溶媒共重合による製造も可能である。コポリマーに使用される特定の製造方法は、フリーラジカル乳化重合である。例えば、1種以上のオレフィン性不飽和化合物をコモノマーとして使用することが可能である。ここでは、とりわけ、それぞれ純粋な形で又は異性体混合物としての、ビニル芳香族化合物、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸のC〜C10−アルキルエステル、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸、酢酸ビニル、エテン、プロペン、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び10個〜250個の炭素原子を有するα−オレフィンからなる群から選択された化合物(コモノマー)を使用することが可能である。また、この明細書において、本発明の他の可能な化合物(コモノマー)は、SO含有モノマー、例えばアリールアミドプロパンスルホン酸、及び/又はPO含有モノマー、例えばリン酸ビニルであり得る。本発明のために、ここでは、いずれの場合にも、1つ以上のコモノマーを一般式(I)の化合物と共重合することが可能である。
また、本発明は、一般式(I)の化合物の使用によるコポリマーの製造を含む。例えば、ここでは、コモノマーの全組成に基づいて、0.1〜50質量%、好ましくは0.5〜30質量%、好ましくは1〜20質量%、特に好ましくは1〜10質量%の、請求項1〜10のいずれか一項に記載の化合物が使用される。ここでは、一実施態様において、フリーラジカル重合反応、例えばフリーラジカル乳化重合反応は行われる。例えば、1種以上のオレフィン性不飽和化合物をコモノマーとして使用することが可能である。ここでは、とりわけ、それぞれ純粋な形で又は異性体混合物としての、ビニル芳香族化合物、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸のC〜C10−アルキルエステル、酢酸ビニル、エテン、プロペン、1,3−ブタジエン、イソプレン、及び10個〜250個の炭素原子を有するα−オレフィンからなる群から選択された化合物を使用することが可能である。また、この明細書において、本発明の他の可能な化合物(コモノマー)は、SO含有モノマー、例えばアリールアミドプロパンスルホン酸、及び/又はPO含有モノマー、例えばリン酸ビニルであり得る。本発明のために、ここでは、いずれの場合にも、1つ以上のコモノマーを一般式(I)の化合物と共重合することが可能である。
さらに、本発明は、ここで記載又は説明された本発明の方法により、又は一般式(I)の化合物の使用する本発明により製造される又は製造することができるコポリマーを含む。一実施態様において、これらのコポリマーは、モノマーの全組成に基づいて、0.1〜50質量%、好ましくは0.5〜30質量%、好ましくは1〜20質量%、特に好ましくは1〜10質量%の、請求項1〜10のいずれか一項に記載の化合物を含む。
乳化重合により製造されたコポリマーは、例えば、ペンキ又はコーティングのバインダーとして、又は感圧接着剤(pressure-sensitive adhesives)として使用することができる。また、本発明の他のコポリマーは、ゴム及びポリマー材料の成分として使用することがきる。
本発明に使用されるコモノマーは、ガラス転移温度を低下させることにより記載の可塑化効果だけでなく、ポリマー分散系の粘度への影響も有する。実施例に開示されるように、特定の製剤において、本発明に使用されるコモノマーの使用も分散系の粘度を低下させる。これは、使用者に、分散系の固形分を増加させる可能性(粘度を変わっていない)を提供する。
一般式(I)の化合物は、当業者に公知の方法で、例えば不飽和アルコール(例えば、これに限定されないが、ヒドロキシブチルビニルエーテル、イソプレノール)のアルコキシ化により製造することができる。この方法は、当業者に公知であり、例えばDE 10 2007 057 927 A1に記載されている。
ここでは、標準(例えば、DIN、EN)に関する全てのデータは、2014年7月7日に有効且つ通用しているバージョンに関するものである。
以下の実施例は、本発明を説明するが、ここに記載の実施態様に制限されない。
本発明の実施例
1.アルコキシレートの合成
1.1 HBVE+5PO
1161.6g(10モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)及び20.3gのカリウムメタノラート(30%のメタノール)を、10リットルのプロペラ攪拌器を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、排気して(20ミリバール未満)次に窒素を導入することを3回行った。その後、撹拌(100rpm)しながら、混合物を75℃まで加熱し、メタノールを除去するため、再び、20ミリバール未満まで排気して窒素で補充することを4回(それぞれ、20分間)行った。これから、システムを、110℃の温度まで加熱し、窒素で供給圧力を0.5バールまで調整し、全体のゲージ圧力を5バール以下に維持すると同時に、プロピレンオキシド(PO)の計量供給を開始した。約23時間後に全てのPO(2904g、50モル)をシステムに計量供給し、反応をさらに24時間続いた。反応混合物を、80℃まで冷却し、揮発分を除去するために排気し、窒素を使用して真空状態を解消した。その後、システムを室温まで冷却し、安定化のために0.4g(100ppm)のBHT(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン)を添加した。
生成物の合計は3960gである。
特性:
pH(EN1262、溶液C)=11.8
OH価(DIN 53240)=139.7mg KOH/g
多分散性(GPC)=1.07
水含有量(EN 13267)=0.08%
1.2 HBVE+10PO(一段階合成)
2700g(23.244モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、及び2000ppm(出発アルコールに基づいて)に相当する、16.9gのカリウムメタノラート(32%のメタノール)を、20リットルのプロペラ攪拌器を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、排気して(20ミリバール未満)次に窒素を導入することを3回行った。その後、撹拌(100rpm)しながら、混合物を75℃まで加熱し、メタノールを除去するため、再び、20ミリバール未満まで排気して窒素で補充することを3回(それぞれ、10分間)行った。これから、システムを、135〜140℃の温度まで加熱し、窒素で供給圧力を0.5バールまで調整し、全体のゲージ圧力を5バール以下に維持すると同時に、プロピレンオキシド(PO)の計量供給を開始した。約33時間後に全てのPO(13500g)をシステムに計量供給し、反応をさらに5時間続いた。反応混合物を、80℃まで冷却し、揮発分を除去するために排気し、窒素を使用して真空状態を解消した。その後、中和のために4.6gの酢酸(100%)を使用し、安定化のために0.7g(100ppm)のBHT(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン)を添加した。
生成物の合計は3960gである。
特性:
pH(EN1262、溶液C)=6.9
OH価(DIN 53240)=85.9mg KOH/g
OH価(TAI NMRにより)=81.5mg KOH/g
多分散性(GPC)=1.077
色数(Hazen、EN 1557)=44
水含有量(EN 13267)=0.2%
1.3 HBVE+8PO(二段階合成)
75g(0.65モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、及び0.20質量%(出発アルコールに基づいて)に相当する、0.47gのカリウムメタノラート(32%のメタノール)を、1リットルの十字刃撹拌器(crossblade stirrer)を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、排気して(100ミリバール未満)窒素を導入することを3回行うことにより不活性化(inertized)した。その後、撹拌(300rpm)しながら、混合物を80℃まで加熱し、1時間蒸留することによりメタノールを除去した。その後、システムを、窒素で通気し、135〜140℃の温度まで加熱し、この温度で0.7バールの窒素供給圧力を確立した。プロピレンオキシド(PO)の計量供給を、開始し、全体のゲージ圧力を3.1バール以下に維持するように行った。約10時間後にPOの第1の量(182ml;HBVEに基づいて、4モル当量)をシステムに計量供給し、反応をさらに1時間続いた。その後、加熱を止め、撹拌を12時間続いた。混合物を大気圧まで減圧し、0.45質量%(混合物に基づいて)に相当する、さらなる3.2gのカリウムメタノラート(32%のメタノール)を添加した。再び、オートクレーブを、排気して(100ミリバール未満)窒素を導入することを3回行うことにより不活性化した。その後、撹拌(300rpm)しながら、混合物を80℃まで加熱し、1時間蒸留するによりメタノールを除去した。窒素で通気した後、システムを135〜140℃の温度まで加熱し、この温度で0.7バールの窒素供給圧力を確立した。全体のゲージ圧力を3バール以下に維持する同時に、プロピレンオキシド(PO)の計量供給を再開した。約9時間後にPOの第2の量(275ml;3.9モル)をシステムに計量供給し、反応をさらに4時間続いた。その後、システムを、80℃まで冷却し、100ミリバール未満で1時間揮散した。その後、混合物を、窒素で通気し、60℃まで冷却した。安定性のために、1.0gの酢酸(90%)及び0.045gのBHTを添加した。反応混合物を、30分撹拌し、排出した。
特性:
pH(DIN 19268、5%のエタノール/蒸留水(1:1)、23℃)=5.0
OH価(DIN 53240)=94mg KOH/g
1.4 HBVE+10PO(二段階合成)
580kg(4.99モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)、及び0.24質量%(出発アルコールに基づいて)に相当する、4.4kgのカリウムメタノラート(32%のメタノール)を、4.4mの十字刃撹拌器を備える反応器に入れた。後者を、80℃の内部温度まで加熱する同時に、100ミリバール未満まで排気した。その後、撹拌しながら、30分蒸留するにより約3kgのメタノールを除去した。その後、窒素を使用して真空状態を解消し、酸素含有量を0.3%未満になるまで窒素の排出及び導入を繰り返した。その後、システムを135〜140℃の温度まで加熱し、この温度で0.3バールの窒素供給圧力を確立した。プロピレンオキシド(PO)の計量供給を、開始し、全体のゲージ圧力を1.4バール以下に維持するように行った。約14.5時間後にPOの第1の量(830kg、14.39kmol;HBVEに基づいて、3モル当量)をシステムに計量供給し、反応をさらに2時間続いた。その後、減圧する同時に、システムを75℃まで冷却した。その後、1.29質量%(混合物に基づいて)に相当する、さらなる57kgのカリウムメタノラート(32%のメタノール)を添加した。反応器を、100ミリバール未満まで排気し、140℃まで加熱した。この工程の間に、約1時間蒸留するにより約39kgのメタノールを除去した。窒素を使用して真空状態を解消し、0.05バールのゲージ圧力を確立した。その後、全体のゲージ圧力を1.4バール以下に維持する同時に、プロピレンオキシド(PO)の計量供給を再開した。約13時間後にPOの第2の量(1910kg、32.89kmol;HBVEに基づいて、7モル当量)をシステムに計量供給し、反応をさらに2時間続いた。その後、システムを、90℃まで冷却し、15m/hの窒素流量で100ミリバール未満で2時間揮散した。その後、混合物を、窒素で通気し、50℃まで冷却した。安定性のために、16.8kg(0.28kmol)の酢酸(100%)及び3.5kgのBHTを添加した。反応混合物を、30分撹拌し、排出した。
特性:
pH(DIN 19268、5%のエタノール/蒸留水(1:1)、23℃)=6.8
OH価(DIN 53240)=93.6mg KOH/g
OH価(TAI NMRにより)=81.2mg KOH/g
色数(Hazen、EN 1557)=3.1
多分散性(GPC)=1.098
水含有量(EN 13267)=0.73%
粘度(23℃、Stabinger、運動学的)=55mm/秒
1.5 HBVE+10BuO
348.9g(3.0モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)及び7.5gのカリウムtert−ブタノラートを、5リットルのアンカー攪拌器(anchor stirrer)を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、窒素を導入して(5バール以下の圧力)次に減圧することを3回行うことにより不活性化した。その後、撹拌(150rpm)しながら、混合物を120℃まで加熱し、合計1730分にわたって、2160g(30.0モル)のブチレンオキシドをシステムに計量供給した。添加を終わった時点で、定圧で撹拌をさらなる4時間続いた。反応混合物を、80℃まで冷却し、揮発分を除去するために窒素を30分流した。生成物(収量2478g)を排出し、中和/脱塩のために3質量%のAmbosolと混合し、混合物を加圧フィルター式漏斗(pressure-filter funnel)により濾過した。
特性:
pH(EN1262、溶液B)=6.1
OH価(TAI NMRにより)=76mg KOH/g
多分散性(GPC)=1.08
1.6 HBVE+10PeO
348.9g(3.0モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)及び8.8gのカリウムtert−ブタノラートを、5リットルのアンカー攪拌器を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、窒素を導入して(5バール以下の圧力)次に減圧することを3回行うことにより不活性化した。その後、撹拌(150rpm)しながら、混合物を120℃まで加熱し、合計1210分にわたって、2580g(30.0モル)のペンテンオキシドをシステムに計量供給した。添加を終わった時点で、定圧で撹拌をさらなる10時間続いた。反応混合物を、80℃まで冷却し、揮発分を除去するために窒素で30分流した。生成物を排出し、残分のペンテンオキシドを回転蒸発器で除去した。中和/脱塩のために3質量%のAmbosolと混合し、混合物を加圧フィルター式漏斗により濾過した。収量は2985gであった。
特性:
pH(EN1262、溶液B)=6.6
OH価(TAI NMRにより)=69mg KOH/g
1.7 HBVE+11EO
755.95g(6.5モル)のヒドロキシブチルビニルエーテル(HBVE)及び6.1gのカリウムメタノラート(30%のメタノール)を、5リットルのアンカー攪拌器を備えるオートクレーブに入れた。オートクレーブを、密封し、窒素を導入して(20ミリバール未満)次に減圧することを3回行うことにより不活性化した。その後、撹拌(100rpm)しながら、混合物を、75℃まで加熱し、メタノールを除去するために、再び、20ミリバール未満まで排気して窒素で補充することを3回(それぞれ、20分間)行った。その後、システムを、150℃の温度まで加熱し、0.5バールの窒素供給圧力を確立し、全体のゲージ圧力を5バール以下に維持する同時に、エチレンオキシド(EO)の計量供給を開始した。約5時間後に全てのEO(3146g、71.5モル)をシステムに計量供給し、反応をさらに1時間続いた。反応混合物を、80℃まで冷却し、揮発分を除去するために排気し、窒素を使用して真空状態を解消した。その後、システムを室温まで冷却した。その後、中和/脱塩のために3質量%のAmbosolと混合し、混合物を加圧フィルター式漏斗により濾過した。
生成物の合計は3850gである。
特性:
pH(EN1262、溶液B)=6.1
OH価(TAI NMRにより)=97.0mg KOH/g
多分散性(GPC)=1.07
一般的解析方法:
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC):DIN 55672−1に基づく。
設備
分離カラム:Polymer Laboratories有限会社、シュロップシャー、GB
ポンプ:Merck GmbH,64239 Darmstadt
UV検出器:L4000(254 nm),Merck GmbH,64239 Darmstadt
RI検出器:ERC 7515 B,ERC GmbH,93087 Alteglofsheim
評価:ポリマースタンダードサービス(Polymer Standard Service)(PSS)、55023 Mainz
注射:S 5200オートサンプラー、Duratec、68799 Reilingen
揮発物除去装置:S 7505(真空揮発物除去)、Duratec、68799 Reilingen
異なる分子サイズのためのカラムセットの範囲:
カラムセットA:四重の300x7.5mm;5μm、2x500A、100A、50A
1つの分析プレカラム;5μm;混合ゲル
カラムセットB:四重の300x7.5mm;5μm、2x10000A、2x1000A
1つの分析プレカラム;5μm;混合ゲル
温度制御:両方のセットが30℃での温度制御オーブン中にある
ポンプ/流量:L−6200/1ml/分
試薬
溶離剤:クロマトグラフィー用(Chromatography-grade)のテトラヒドロフラン(2.5lの茶色ガラス瓶から活性炭濾過により提供する)
試料の体積:20μl
試料の濃度:1%の内部標準液
内部標準液:分析用トルエンを添加したテトラヒドロフラン
較正:ReadyCalキット(ポリスチレン、PSS)
1.266〜67500g/molのMp(カラムセットA)
2.376〜2570000g/molのMp(カラムセットB)
方法
無水の試料(含有量<1%)を、1%濃度の内部標準液中に溶解し、必要であれば濾過し、オートサンプラーにより上から分離カラムに注射する。検出の強度及び位置を評価する。
計算
データ記録/評価:WINGPC(PSS)
とりわけ、プリントアウトは以下のデータを含む:
−分布曲線
−数平均Mn
−質量平均Mw
−多分散性D
−ピーク最大値でのモル質量Mp
TAI NMRによるOH価の測定:
CDCl及びTAI(トリクロロアセチルイソシアネート)において400 MHz H NMR
とりわけ、方法は、V.W.Goodlett,分析化学,第37巻,No.3,431及び432頁に記載されている。
I.乳化重合方法
II.1 ガラス転移温度を測定するためのスチレン/アクリレート製剤の乳化重合
装置:アンカー攪拌器を備え、温度制御のための水浴に浸した1.7リットルのガラス製反応容器。また、供給物を提供するための2つの貯蔵容器(1つはモノマーの予備混合用で撹拌するものであり、もう1つは開始剤溶液用で撹拌しないものである)。供給物容器を、システムに計量供給した量を精密に測定できる計量ユニットの上に置く。計量供給を、供給物容器にかける小ゲージ圧力により達成し、圧縮空気弁により制御する。コンピュータープログラムによって、反応器内部の温度、水浴温度及び供給物を制御する。
コモノマー系:スチレン、n−ブチルアクリレート(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように))、メタクリル酸(スクリーニング1、Karolina)
方法:
コモノマー予備混合物の製造:
スチレン(A g)、n−ブチルアクリレート(B g)(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように)C g)、メタクリル酸(15g)、脱イオン水(450g)及びアニオン性乳化剤(20gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 32、すなわち、4つのEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)を、混合して供給物撹拌容器1に入れる。
A、B及びCの具体的な量について、表1に参照する。
開始剤溶液の製造:
4gのメタ重亜硫酸ナトリウム(NaSO)を、100gの脱イオン水中に溶解する。この溶液を、第2の、撹拌しない供給物容器2に入れる。
反応:
250gの脱イオン水中に4gのペルオキソ二硫酸カリウム(K)を溶解した溶液を反応容器に入れ、225gのプレエマルジョンを供給物容器1からシステムに計量供給した。この混合物を60℃まで加熱し、該温度に至った時点で、8gの開始剤溶液を供給物容器2からシステムに計量供給した。60℃で5分撹拌した後、供給物容器1からのプレエマルジョンの計量供給、及び供給物容器2からの開始剤溶液の計量供給を同時に開始した。システムにプレエマルジョンの計量供給は150分続き、システムに開始剤溶液の計量供給は160分続いた。計量供給の全期間中、内部温度を60℃に維持した。開始剤の供給は終わった時点で、内部温度を65℃まで上がり、このレベルで60分維持した。分散系のさらなる安定化のために、反応後の段階のうちに(約30分の後)、26gのC1618脂肪族アルコールエトキシレート(18個のEOを有する)を添加した。
これから、分散系を、室温まで冷却し、25%のアンモニア水溶液でpHを7〜8に調整した。
仕上げ及び分析:
150ミクロンのフィルターにより、分散系を取り出してパックにした。
Figure 2017519889
II.2 乳化特性を測定するためのスチレン/アクリレート製剤の乳化重合
装置:アンカー攪拌器を備え、温度制御のための水浴に浸した1.7リットルのガラス製反応容器。また、供給物を提供するための2つの貯蔵容器(1つはモノマーの予備混合用で撹拌するものであり、もう1つは開始剤溶液用で撹拌しないものである)。供給物容器を、システムに計量供給した量を精密に測定できる計量ユニットの上に置く。計量供給を、供給物容器にかける小ゲージ圧力により達成し、圧縮空気弁により制御する。コンピュータープログラムによって、反応器内部の温度、水浴温度及び供給物を制御する。
コモノマー系:スチレン、n−ブチルアクリレート(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように))、メタクリル酸(スクリーニング1、Linda)
方法:
コモノマー予備混合物の製造:
スチレン(A g)、n−ブチルアクリレート(B g)(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように)C g)、メタクリル酸(15g)、脱イオン水(450g)及びアニオン性乳化剤(20gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 77、すなわち、30個のEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)を、混合して供給物撹拌容器1に入れる。
A、B及びCの具体的な量について、表2に参照する。
開始剤溶液の製造:
4gのメタ重亜硫酸ナトリウム(NaSO)を、100gの脱イオン水中に溶解する。この溶液を、第2の、撹拌しない供給物容器2に入れる。
反応:
250gの脱イオン水中に4gのペルオキソ二硫酸カリウム(K)を溶解した溶液を反応容器に入れ、225gのプレエマルジョンを供給物容器1からシステムに計量供給した。この混合物を60℃まで加熱し、該温度に至った時点で、8gの開始剤溶液を供給物容器2からシステムに計量供給した。60℃で5分撹拌した後、供給物容器1からのプレエマルジョンの計量供給、及び供給物容器2からの開始剤溶液の計量供給を同時に開始した。システムにプレエマルジョンの計量供給は150分続き、システムに開始剤溶液の計量供給は160分続いた。計量供給の全期間中、内部温度を60℃に維持した。開始剤の供給は終わった時点で、内部温度を65℃まで上がり、このレベルで60分維持した。
これから、分散系を、室温まで冷却し、25%のアンモニア水溶液でpHを7〜8に調整した。
仕上げ及び分析:
150ミクロンのフィルターにより、分散系を取り出してパックにした。
凝固物の測定:フィルターから収集した凝固物を、脱イオン水で洗浄し、50℃で24時間乾燥した。それを、撹拌器及び検温器からこすり取った凝固物と共に計量し、クロスに塗布して乾燥した。凝固物の量を、理論的な固形分の合計の%として表した。
変換率:HR 83 Mettler Toledoハロゲン湿度分析計を用いて150℃で約5gを20分乾燥することにより、分散系の固形分を測定した。測定した乾燥固形分及び理論的な乾燥固形分から計算した割合を変換率(%で)として表した。
粒径:LS 13320 Beckman Coulter回折式粒径分析計を用いてレーザー回折により、粒径を測定した。この装置で測定したd50値を粒径(nmで)として表した。
粘度:RVスピンドルセット(スピンドル1)を有するBrookfield DV−II+粘度計を用いて動的粘度を測定し、[mPas]で表した。
Figure 2017519889
Figure 2017519889
II.3 酢酸ビニルコポリマー製剤の乳化重合
装置:アンカー攪拌器を備え、温度制御のための水浴に浸した1.7リットルのガラス製反応容器。また、供給物を提供するための2つの貯蔵容器(1つはモノマーの予備混合用で撹拌するものであり、もう1つは開始剤溶液用で撹拌しないものである)。供給物容器を、システムに計量供給した量を精密に測定できる計量ユニットの上に置く。計量供給を、供給物容器にかける小ゲージ圧力により達成し、圧縮空気弁により制御する。コンピュータープログラムによって、反応器内部の温度、水浴温度及び供給物を制御する。
コモノマー系:酢酸ビニル、Momentive Specialty Chemicals社からのVeoVA 10(登録商標)(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように))、アクリル酸(スクリーニング4、Karolina)
方法:
コモノマー予備混合物の製造:
酢酸ビニル(A g)、VeoVA 10(登録商標)(B g)(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように)C g)、アクリル酸(9g)、脱イオン水(355g)、四ホウ酸二ナトリウム(4g)、アニオン性乳化剤(2gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 32、すなわち、4つのEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)、及び非イオン性乳化剤(20gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)A 3065、すなわち、30個のEOを有するC1214脂肪族アルコールエトキシレートの水溶液)を、混合して供給物撹拌容器1に入れる。
A、B及びCの具体的な量について、表2に参照する。
開始剤溶液の製造:
70gの脱イオン水中に3.2gを溶解した。この溶液を、第2の、撹拌しない供給物容器2に入れる。
反応:
合計395gの脱イオン水中に、0.8gのペルオキソ二硫酸カリウム(K)、0.4gの四ホウ酸二ナトリウム(Na)及びアニオン性乳化剤(2.6gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 32、すなわち、4つのEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)を溶解した溶液を反応容器に入れた。この混合物を80℃まで加熱し、該温度に至った時点で、供給物容器1からのプレエマルジョンの計量供給、及び供給物容器2からの開始剤溶液の計量供給を同時に開始した。システムにプレエマルジョンの計量供給は180分続き、システムに開始剤溶液の計量供給は190分続いた。計量供給の全期間中、内部温度を80℃に維持した。分散系のさらなる安定化のために、反応後の段階のうちに(約30分の後)、27gのC1618脂肪族アルコールエトキシレート(18個のEOを有する)を添加した。
これから、分散系を、室温まで冷却し、25%のアンモニア水溶液でpHを7〜8に調整した。
仕上げ及び分析:
150ミクロンのフィルターにより、分散系を取り出してパックにした。
ガラス転移温度を、動的走査熱量測定法(DSC)により測定した。これにおいて、分散系を、成形し、一夜フィルムで覆い、その後、真空内に120℃で1時間乾燥した。約9mgのその物質を測定に使用し、実際の測定の前に、これを150℃から迅速に冷却した。後の測定に使用した加熱速度は20K/分であった。
Figure 2017519889
Figure 2017519889
II.3 アクリレートのみの製剤の乳化重合
装置:アンカー攪拌器を備える1.7リットルのガラス製反応容器。容器のカバーにより、サーモスタットを用いて温度制御を達成した。また、供給物を提供するための2つの貯蔵容器(1つはモノマーの予備混合用で撹拌するものであり、もう1つは開始剤溶液用で撹拌しないものである)。供給物容器を、システムに計量供給した量を精密に測定できる計量ユニットの上に置く。計量供給を、供給物容器にかける小ゲージ圧力により達成し、圧縮空気弁により制御する。コンピュータープログラムによって、反応器内部の温度、水浴温度及び供給物を制御する。
コモノマー系:メチルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート(代わりに、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように))、メタクリル酸
方法:
コモノマー予備混合物の製造:
メチルメタクリレート(A g)、2−エチルヘキシルアクリレート(B g)、HBVE+10PO(実施例1.2に示すように)C g、メタクリル酸(15g)、脱イオン水(268.44g)及びアニオン性乳化剤(5gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 32、すなわち、4つのEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)を、混合して供給物撹拌容器1に入れる。
A、B及びCの具体的な量について、表1に参照する。
開始剤溶液の製造:
3gのペルオキソ二硫酸カリウム(K)を60gの脱イオン水中に溶解した。この溶液を、第2の、撹拌しない供給物容器2に入れた。
反応:
合計405gの脱イオン水中に、0.4gのペルオキソ二硫酸カリウム(K)、0.8gの炭酸水素ナトリウム(NaHCO)及び36.42gのアニオン性乳化剤(11gの活性物質に対応する、BASF SEからのDisponil(登録商標)FES 32、すなわち、4つのEOを有するC1214脂肪族アルコールエーテル硫酸塩の水溶液)を溶解した溶液を反応容器に入れた。これから、供給物容器1からのプレエマルジョンの計量供給、及び供給物容器2からのメ開始剤溶液の計量供給を開始した。システムにプレエマルジョンの計量供給は80分続き、システムに開始剤溶液の計量供給は90分続いた。計量供給の全期間中、内部温度を85℃に維持した。開始剤の供給は終わった時点で、内部温度を85℃に維持し、撹拌を60分続いた。
これから、分散系を室温まで冷却し、30gの脱イオン水中に8.8gの炭酸水素ナトリウムを溶解した溶液を添加した。
仕上げ及び分析:
150ミクロンのフィルターにより、分散系を取り出してパックにした。
凝固物の測定:フィルターから収集した凝固物を、脱イオン水で洗浄し、50℃で24時間乾燥した。それを、撹拌器及び検温器からこすり取った凝固物と共に計量し、クロスに塗布して乾燥した。凝固物の量を、理論的な乾燥固形分の合計の%として表した。
変換率:HR 83 Mettler Toledoハロゲン湿度分析計を用いて150℃で約5gを20分乾燥することにより、分散系の乾燥固形分を測定した。測定した固形分及び理論的な乾燥固形分から計算した割合を変換率(%で)として表した。
粒径:LS 13320 Beckman Coulter回折式粒径分析計を用いてレーザー回折により、粒径を測定した。この装置で測定したd50値を粒径(nmで)として表した。
粘度:RVスピンドルセット(スピンドル1)を有する20rpmでのBrookfield DV−II+粘度計を用いて、室温したで動的粘度を測定し、[mPas]で表した。
Figure 2017519889
Figure 2017519889
動的走査熱量測定法(DSC)
測定する試料/分散系を、成形し、室温で一夜乾燥した。約6〜9mgの乾燥試料を測定に使用した。測定の前に、試料を、120℃〜150℃の温度まで加熱して、迅速に冷却した。その後、20K/分の加熱/冷却速度で試料の測定を行った。
使用した設備はTA機器からのDSC Q2000であった。

Claims (15)

  1. 一般式(I)、
    Figure 2017519889
    (式中、R、R、Rは、互いに独立して、同一又は異なり、H又は−CHであり、
    Xは、O又はC〜C−アルコキシであり、
    は、単結合又は直鎖又は分岐のC〜C−アルキレンであり、
    、Rは、互いに独立して、同一又は異なり、H、C〜C−アルキル又はアリールであり、
    は、互いに独立して、同一又は異なり、H又はC〜C−アルキルであり、
    nは、0〜200の整数である)
    の化合物を可塑剤としてコポリマーに使用する方法。
  2. 、R及びRがHである、請求項1に記載の使用方法。
  3. が−CH−CH−CH−CH−である、請求項1又は2に記載の使用方法。
  4. がHであり、Rが−CHである、請求項1から3のいずれか一項に記載の使用方法。
  5. がHである、請求項1から4のいずれか一項に記載の使用方法。
  6. XがOである、請求項1から5のいずれか一項に記載の使用方法。
  7. 前記コポリマーをフリーラジカル乳化重合反応で製造する、請求項1から6のいずれか一項に記載の使用方法。
  8. 一般式(I)の前記化合物のOH価が、2 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、好ましくは10 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、好ましくは20 mg KOH/g〜225 mg KOH/g、特に好ましくは50 mg KOH/g〜120 mg KOH/gである、請求項1から7のいずれか一項に記載の使用方法。
  9. 一般式(I)の前記化合物の多分散性が、1.0〜2.0、好ましくは1.0〜1.5、特に好ましくは1.0〜1.2である、請求項1から8のいずれか一項に記載の使用方法。
  10. 前記化合物を1種以上のオレフィン性不飽和化合物と共重合させる、請求項1から9のいずれか一項に記載の使用方法。
  11. 他のオレフィン性不飽和化合物が、それぞれ純粋な形で又は異性体混合物としての、ビニル芳香族化合物、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸、3個〜10個の炭素原子を有するエチレン性不飽和カルボン酸のC〜C10−アルキルエステル、酢酸ビニル、エテン、プロペン、1,3−ブタジエン、イソプレン、10個〜250個の炭素原子を有するα−オレフィン、SO含有モノマー及びPO含有モノマーからなる群から選択される、請求項10に記載の使用方法。
  12. 前記コポリマーのガラス転移温度を5〜70K低下させる、請求項1から11のいずれか一項に記載の使用方法。
  13. コポリマーのガラス転移温度を低下させる方法であって、
    重合反応の間に、使用されたモノマーの全組成に基づいて、0.1〜50質量%、好ましくは0.5〜30質量%、好ましくは1〜20質量%、特に好ましくは1〜10質量%の有効量の、請求項1から10のいずれか一項に記載の化合物を添加する工程を含む方法。
  14. コポリマーの製造方法であって、
    使用されたモノマーの全組成に基づいて、0.1〜50質量%、好ましくは0.5〜30質量%、好ましくは1〜20質量%、特に好ましくは1〜10質量%の有効量の、請求項1から10のいずれか一項に記載の化合物を使用する方法。
  15. 請求項1から12のいずれか一項に記載の使用方法により、又は請求項13又は14に記載の方法により製造することができるコポリマー。
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