JP2019502804A5 - - Google Patents
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Description
本発明は概して、熱可塑性ポリマー組成物において有用なアクリルポリマーに関する。アクリルポリマーは、ポリビニルハロゲン化物と、C1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位、及び70℃または70℃未満の算出されたTGを含む、少なくとも第1のポリマー段階と、を含む。
本発明の一態様は、(a)ポリビニルハロゲン化物と、(b)アクリルコポリマーであって、アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、第1のポリマー段階は、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、第1のポリマー段階が70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、アクリルコポリマーが1.5×106g/モル以上の分子量を有する、アクリルコポリマーと、を含む、熱可塑性ポリマー組成物を提供する。
別の態様では、本発明は、(a)ポリ塩化ビニルと、(b)多段アクリルコポリマーであって、(i)多段アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜99.5重量%の第1のポリマー段階であって、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、(A)35〜75重量%のメチルメタクリレートモノマーと、(B)25〜65重量%の、ブチルメタクリレート及びエチルアクリレートのうちの1つ以上と、から誘導された重合単位を含み、35〜70℃の算出されたTgを有する、第1のポリマー段階と、(ii)多段アクリルコポリマーの総重量を基準として、0.5〜30重量%の第2のポリマー段階であって、1つ以上のC1−C4アルキル(メタ)アクリレートモノマーから誘導された重合単位を含む、第2のポリマー段階と、を含み、1.5×106〜3.5×106g/モルの分子量を有する、多段アクリルコポリマーと、を含む、熱可塑性ポリマー組成物を提供する。
本発明の別の態様は、ポリビニルハロゲン化物を含む熱可塑性ポリマー組成物の溶融強度及び透明度を向上させるための方法であって、アクリルコポリマーを熱可塑性ポリマー組成物へ添加することを含み、アクリルコポリマーは、アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、第1のポリマー段階は、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、第1のポリマー段階が70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、アクリルコポリマーが1.5×106g/モル以上の分子量を有する、方法を提供する。
更に別の態様において、本発明は、(a)ポリビニルハロゲン化物と、(b)アクリルコポリマーであって、アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、第1のポリマー段階は、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、第1のポリマー段階が70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、アクリルコポリマーが1.5×106g/モル以上の分子量を有する、アクリルコポリマーと、を含む、熱可塑性組成物を含む、製造物品を提供する。ある特定の実施形態では、製造物品は、フィルムである。ある特定の実施形態では、製造物品は、シートである。
本発明者らは驚くべきことに、ポリビニルハロゲン化物と、1.5×106g/モル以上の分子量と70℃または70℃未満の算出されたTgを有する第1のポリマー段階を有するアクリルコポリマーと、を含む熱可塑性ポリマー組成物が、溶融強度を有意に向上させながら高透明度も維持することを発見した。ある特定の実施形態では、アクリルコポリマーは、アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、第1のポリマー段階は、1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマー、ならびにコモノマーから誘導された重合単位を含む。
本明細書で使用する場合、「ポリマー」という用語は、同じ種類であろうと異なる種類であろうと、モノマーを重合することにより調製されたポリマー化合物を指す。「ポリマー」という一般用語は、「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」、及び「樹脂」という用語を含む。本明細書で使用する場合、「から誘導された重合単位」という用語は、重合法に従って合成されたポリマー分子を指し、ポリマー生成物が重合反応の出発材料である構成モノマー「から誘導された重合単位」を含む。本明細書で使用する場合、「(メタ)アクリレート」という用語は、アクリレートまたはメタクリレートまたはそれらの組み合わせのいずれかを指し、「(メタ)アクリル」という用語は、アクリルまたはメタクリルまたはそれらの組み合わせのいずれかを指す。本明細書で使用する場合、「置換された」という用語は、例えば、アルキル基、アルケニル基、ビニル基、ヒドロキシル基、カルボン酸基、他の官能基、及びそれらの組み合わせなどの、少なくとも1つの結合した化学基を有することを指す。本明細書で使用する場合、「第1のポリマー段階」という用語は、アクリルコポリマーの任意の段階を指す。これは、単一段ポリマーの唯一の段階、または多段ポリマーにおいて経時的に第1、第2、第3、最終、もしくは任意の段階であり得る。本明細書で使用する場合、「第2のポリマー段階」という用語は、第1段階ではないアクリルコポリマーの任意の他の段階を指す。これは、多段ポリマーにおいて経時的に第1、第2、第3、最終、または任意の段階であり得る。
本明細書で使用する場合、「phr」という用語は、100部当たりの樹脂またはポリマー固形分を意味し、特に指示がない限り、ポリビニルハロゲン化物を指す。本明細書で使用する場合、「分子量」または「重量平均分子量」または「Mw」という用語は、ASTM D5296−11(2011)に従い、かつ移動相及び希釈液としてテトラヒドロフラン(「THF」)を使用して、較正標準ポリスチレンに対するアクリルポリマーについて、ゲル浸透クロマトグラフィ(「GPC」)で測定したポリマーの重量平均分子量を指す。
本発明の熱可塑性ポリマー組成物は、ポリビニルハロゲン化物及びアクリルコポリマーを含む。ある特定の実施形態では、ポリビニルハロゲン化物は、熱可塑性組成物の総重量を基準として、50〜99重量%、好ましくは80〜98重量%、より好ましくは90〜98重量%の量で熱可塑性組成物中に存在する。ある特定の実施形態では、アクリルコポリマーは、熱可塑性組成物の総重量を基準として、0.1〜10重量%、好ましくは0.5〜5重量%、より好ましくは0.8〜3重量%の量で熱可塑性組成物中に存在する。
本発明の組成物のアクリルコポリマーは、1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含む第1のポリマー段階を含む。ある特定の実施形態では、第1のポリマー段階は、アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%、好ましくは75〜95重量%、より好ましくは80〜90重量%の量でアクリルコポリマー中に存在する。好適なC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーとしては、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、ブチルメタクリレート、ペンチルメタクリレート、及びヘキシルメタクリレートが挙げられる。好ましくは、C1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーは、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、及びブチルメタクリレートのうちの1つ以上を含む。ある特定の実施形態では、C1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーは、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%、または少なくとも90重量%、または少なくとも95重量%、または100重量%の量で第1のポリマー段階に存在する。
本発明の組成物のアクリルコポリマーの第1のポリマー段階は、70℃または70℃未満、または65℃または65℃未満、または60℃または60℃未満の算出されたTgを有する。ある特定の実施形態では、第1のポリマー段階は、35℃以上、または40℃以上、または45℃以上の算出されたTgを有する。
ある特定の実施形態では、本発明の組成物のアクリルコポリマーは、第2のポリマー段階を更に含む。第1及び第2のポリマー段階は、任意の特定の順序で層状になっていてもよい。ある特定の実施形態では、第2のポリマー段階は、アクリルコポリマーの総重量を基準として、0.5〜30重量%、好ましくは5〜25重量%、より好ましくは10〜20重量%の量でアクリルコポリマー中に存在する。第2のポリマー段階は、1つ以上のC1−C18アルキル(メタ)アクリレート、C1−C18アルキル(メタ)アクリルアミド、ジエン(例えば、ブタジエン)、イソプレン、(メタ)アクリル酸、置換C1−C18アルキル(メタ)アクリレート(例えば、ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート)、スチレン、置換スチレン(例えば、αメチルスチレン)、ビニルアルコール、ビニルエーテル、ビニルエステル(例えば、酢酸ビニル)、ビニルハロゲン化物(例えば、塩化ビニル)、及びビニルニトリル(例えば、アクリロニトリル)から誘導された重合単位を含む。好ましくは、第2のポリマー段階は、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、及びブチルメタクリレートのうちの1つ以上を含む。ある特定の実施形態では、第2のポリマー段階は、25〜100重量%、好ましくは45〜100重量%、より好ましくは65〜100重量%の量で1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含む。ある特定の実施形態では、第2のポリマー段階は、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、及びエチルアクリレートのうちの1つ以上を含む。ある特定の実施形態では、第2のポリマー段階は、30℃未満、好ましくは10℃未満のTgを有する。
本明細書に記載されるアクリルコポリマーは、例えば、高い溶融強度を維持しながら、通常ならこのような高い溶融強度に伴うヘイズに比べて、低減されているヘイズも提供することを含む、本発明の熱可塑性組成物の特性を向上させる。溶融強度は、加工助剤の分子量に比例する。例えば、J.P.Disson and S.Girois,J.Vinyl&Additive Tech.,9,No.4,177−185(2003)を参照のこと。ポリマー分子量は、例えば、ゲル浸透クロマトグラフ(「GPC」)などの標準的な方法によって測定され得る。ある特定の実施形態では、本発明のアクリルコポリマーは、1.5×106g/モル以上、または2.0×106g/モル以上の重量平均分子量(Mw)を有する。ある特定の実施形態では、本発明のアクリルコポリマーは、3.5×106g/モル以下、または3.0×106g/モル以下、または2.5×106g/モル以下の重量平均分子量(Mw)を有する。
一般的に、アクリルコポリマーは、例えば過硫酸塩、または過酸化物、または過酸もしくは過酸化物と重亜硫酸塩もしくは有機スルホキシル酸のような還元剤との酸化還元対である過酸のような熱反応開始剤などの反応開始剤の存在下において、水性乳化重合または懸濁重合により形成される。このような重合法は、例えば米国特許第4,325,856号、4,654,397号、及び4,814,373号などの当該技術分野において一般的である。多段重合プロセスでは、組成または分子量において異なる少なくとも2つの段階が、連続的な様式で形成される。
多段アクリルコポリマーを、凝固または噴霧乾燥により分離し、粉末を形成する。凝固は、塩化ナトリウム、酢酸マグネシウム、次亜リン酸カルシウムなどの無機酸の塩の水溶液を使用した水性電解質(塩)凝固などの、当該技術分野において既知の種々の凝固法により実施することができる。好ましくは、電解質溶液は、塩化カルシウム(CaCl2)などの二価カチオンを含む塩で調製される。メタノールなどの水溶性または部分的に水溶性の溶媒を用いた凝固(「メタノール凝固」)もまた可能である。
本発明の別の変形例は、粉末形態または水性スラリー形態のいずれかである、1つ以上の他の既知の多段アクリルコポリマー組成物を添加することを含む。最終凝固ステップまたはウェットケーキの形成後、混合装置として高速ミキサ、ブレンダ、混練機、押出成形機、流動乾燥床、スプレーノズルなどの標準装置を使用して、これらの添加剤を組成物にブレンドすることができる。
本発明の多段アクリルコポリマーは、ハロゲン化ビニルポリマー、または好ましくは塩化ビニルポリマー、ならびに塩素化ポリ塩化ビニル、及び共重合形態で塩化ビニリデン、アクリロニトリルを含むいわゆる「バリア樹脂」の加工に使用される。本発明の熱可塑性ポリマー組成物はまた、本発明のポリマー添加剤粉末の高濃度ペレットを調製するために、より多量の本発明のポリマー添加剤粉末とブレンドすることもできる。本発明の熱可塑性ポリマー組成物はまた、従来のプラスチック加工装置を使用して、ブレンドするステップ、押出するステップ、及びペレット化するステップによってペレットに形成されてよい。
上述のように、本明細書に記載されるアクリルコポリマーは、本発明の熱可塑性ポリマー組成物における溶融強度及び透明度を向上させるための非常に効果的な加工助剤である。それらは、高ヘイズレベルの不利点を有することなく、既知の熱可塑性ポリマー組成物より優れているとは言わないまでも同程度の溶融強度を示す。したがって、一態様において、本発明は、ポリビニルハロゲン化物を含む熱可塑性ポリマー組成物の溶融強度及び透明度を向上させるための方法であって、アクリルコポリマーを熱可塑性ポリマー組成物へ添加することを含み、アクリルコポリマーは、アクリルコポリマーの総固形分重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、第1のポリマー段階は、第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、第1のポリマー段階が、70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、アクリルコポリマーが、1.5×106g/モル以上の分子量を有する、方法を提供する。
例示的及び比較コポリマーの調製
本発明に従った例示的アクリルコポリマー、及び比較コポリマーは、表1に列挙される構成成分を含む。
本発明に従った例示的アクリルコポリマー、及び比較コポリマーは、表1に列挙される構成成分を含む。
本発明に従った例示的アクリルコポリマーE1〜E9、及び比較コポリマーC1〜C5は、以下の表1に列挙されるモノマー量通りに適切に変更して合成した。合成は、従来の水性乳化重合により、撹拌を装着した5Lのガラス反応器中で、窒素ガスの散布下にて、28重量%のラウリル硫酸ナトリウム(SLS)界面活性剤水溶液、または24重量%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(DS−4)界面活性剤水溶液のいずれかと共に行い、及び酸化還元反応開始剤として、スルホキシル酸ナトリウムホルムアルデヒド(SFS)、t−ブチルヒドロペルオキシド(tBHP)、酒石酸、及びキレート化鉄を利用した。第1のポリマー段階を作製するための重合では、表1に示されるモノマーの半分を、第1のショットで入れた。ケトルは加熱せず、温度をその最大点まで上昇させ、その後5分間は温度上昇しなかった。この時点で、反応器を冷却し第2のショットを開始した。第2のショットの重合では、表1に示されるモノマーの残り半分を、第2のショットで入れた。ケトルは加熱せず、温度を、5分間温度の上昇がみられなかった点である、最大点まで上昇させた。この時点で、反応器を冷却し第2の重合段階を開始した。第2の重合段階の重合では、表1に示されるモノマー全てを、ワンショットで入れた。ケトルは加熱せず、温度を、5分間温度の上昇がみられなかった点である、最大点まで上昇させた。重合後に、SFS及びtBHPを更に供給し、残留モノマーを減少させ、次いで、SLSが重合に使用された場合、1固形分重量%の28重量%のDS−4界面活性剤水溶液を添加した。得られたポリマーは、38重量%の固形分含有量であった。
例示的及び比較のコポリマーの分子量特性評価
実施例1で合成した、本発明に従った例示的アクリルコポリマー、及び比較コポリマーを、表2に示すように分子量について評価した。
実施例1で合成した、本発明に従った例示的アクリルコポリマー、及び比較コポリマーを、表2に示すように分子量について評価した。
例示的ポリ塩化ビニル配合物の調製
実施例1で合成した、例示的アクリルコポリマーE1〜E9を含む、本発明に従った例示的ポリ塩化ビニル配合物は、表3に列挙される構成成分を含む。
実施例1で合成した、例示的アクリルコポリマーE1〜E9を含む、本発明に従った例示的ポリ塩化ビニル配合物は、表3に列挙される構成成分を含む。
例示的ポリ塩化ビニル配合物を、表3の材料を連続して添加することによって調製した。PVCを室温にてGunther Papenmeier/Welexのブレンダへ添加し、電力を15Aまで徐々に上げ、TM181を52℃にて添加し、F−1060L及び次いでE2100を66℃にて添加し、100℃になるまで継続したらゆっくりと電力を下げていき50℃まで冷却することにより、約20分でマスターバッチを調製した。ブレンド後、1gのアクリルコポリマーを102.1gのマスターバッチに添加し、バッグ中で手で振って混合した。得られた103.1gのアクリルコポリマー配合PVCを、0.3mmギャップのそれぞれ13rpm及び10rpmで動作するフロント及びバックロールを備えた電動Collinロールミルにて、195℃にて3分間、ミルにかけた。得られたPVCシートのうちの0.3mm厚で、かつ視覚的に透明な部分から試料を切り出した。
比較ポリ塩化ビニル配合物を、表4の材料を連続して添加することによって調製した。PVCを室温にてGunther Papenmeier/Welexのブレンダへ添加し、電力を15Aまで徐々に上げ、TM181を52℃にて添加し、F−1060L及び次いでE2100を66℃にて添加し、100℃になるまで継続したらゆっくりと電力を下げていき50℃まで冷却することにより、約20分でマスターバッチを調製した。ブレンド後、1gのアクリルコポリマーを102.1gのマスターバッチに添加し、バッグ中で手で振って混合した。得られた103.1gのアクリルコポリマー配合PVCを、0.3mmギャップのそれぞれ13rpm及び10rpmで動作するフロント及びバックロールを備えた電動Collinロールミルにて、195℃にて3分間、ミルにかけた。得られたPVCシートのうちの0.3mm厚で、かつ視覚的に透明な部分から試料を切り出した。
各PVC試料のヘイズは、実施例3及び4で調製された配合PVCシートの試験片で測定した。3つのヘイズ測定は、較正されたBYK Gardner Haze−GuardPlus器具を使用して、ASTM D−1003に従った0℃照明の透過及び拡散視検にて記録され、表5に報告されるヘイズ値を平均化した。表2及び5の結果は、本発明に従ったアクリルコポリマーを含む本発明の実施例のPVC−E1からPVC−E9により、比較コポリマー添加剤から調製されたPVC配合と比較した場合、アクリルコポリマー添加剤の分子量に比例する溶融強度を高く維持しながらはるかに優れたヘイズ値を示すPVC配合物を提供することを実証する。
比較実施例PVC−C1は、高分子量コポリマー添加剤によってヘイズが高くなる(すなわち、2.6%超)ことを示す。比較実施例PVC−C2及びPVC−C3は、低分子量アクリルコポリマーによりヘイズが低くなるが、逆に、低分子量であるため溶融強度が低くなることを示す。比較実施例PVC−C4は、低いTg(すなわち、70℃または70℃未満)であっても、相溶性の低いアクリルコポリマー(すなわち、85重量%未満の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された第1のポリマー段階を有するアクリルコポリマー)により、ヘイズが高くなる(すなわち、2.6%超)ことを示す。比較実施例PVC−C5は、高い相溶性(すなわち、85重量%超の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された第1のポリマー段階を有するアクリルコポリマー)であっても、高いTg(すなわち、70℃超)を有するアクリルコポリマーにより、高いヘイズ(すなわち、2.6%超)が依然として生じることを示す。
したがって、本発明の熱可塑性ポリマー組成物は、1.5×106g/モル以上の分子量を有するアクリルコポリマー添加剤を含みながら、2.6%以下のヘイズレベルを実証し、アクリルコポリマーの第1のポリマー段階は、85重量%超の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーからから誘導され、70℃または70℃未満のTgを有する。
Claims (5)
- 熱可塑性ポリマー組成物であって、
(a)ポリビニルハロゲン化物と、
(b)アクリルコポリマーであって、前記アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、前記第1のポリマー段階は、前記第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、前記第1のポリマー段階が、70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、前記アクリルコポリマーが、1.5×106g/モル以上の分子量を有する、アクリルコポリマーと、を含む、熱可塑性ポリマー組成物。
- 前記アクリルコポリマーが、1つ以上のC1−C18アルキル(メタ)アクリレートモノマーから誘導された重合単位を含む第2のポリマー段階を更に含む、請求項1に記載の熱可塑性ポリマー組成物。
- 前記アクリルコポリマーの総重量を基準として、前記第1のポリマー段階が、70〜99.5重量%の量で存在し、前記第2のポリマー段階が、0.5〜30重量%の量で存在する、請求項4に記載の熱可塑性ポリマー組成物。
- 熱可塑性ポリマー組成物であって、
(a)ポリ塩化ビニルと、
(b)多段アクリルコポリマーであって、
(i)前記多段アクリルコポリマーの総重量を基準として、70〜99.5重量%の第1のポリマー段階であって、前記第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、(A)35〜75重量%のメチルメタクリレートモノマーと、(B)25〜65重量%の、ブチルメタクリレートモノマー及びエチルアクリレートモノマーのうちの1つ以上と、から誘導された重合単位を含み、35〜70℃の算出されたTgを有する、第1のポリマー段階と、
(ii)前記多段アクリルコポリマーの総重量を基準として、0.5〜30重量%の第2のポリマー段階であって、1つ以上のC1−C4アルキル(メタ)アクリレートモノマーから誘導された重合単位を含む、第2のポリマー段階と、を含み、
前記多段アクリルコポリマーが、1.5×106〜3.5×106g/モルの分子量を有する、多段アクリルコポリマーと、を含む、熱可塑性ポリマー組成物。
- ポリビニルハロゲン化物を含む熱可塑性ポリマー組成物の溶融強度及び透明度を向上させるための方法であって、アクリルコポリマーを前記熱可塑性ポリマー組成物へ添加することを含み、前記アクリルコポリマーは、前記アクリルコポリマーの総固形分重量を基準として、70〜100重量%の第1のポリマー段階を含み、前記第1のポリマー段階は、前記第1のポリマー段階におけるモノマーの総重量を基準として、少なくとも85重量%の1つ以上のC1−C6アルキルメタクリレートモノマー及びC1−C3アルキルアクリレートモノマーから誘導された重合単位を含み、前記第1のポリマー段階が、70℃または70℃未満の算出されたTgを有し、前記アクリルコポリマーが、1.5×106g/モル以上の分子量を有する、方法。
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