JP2020510714A - 圧縮した微粒子組成物、それらを製造する方法およびそれらの使用 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、タルクは、ポリマー組成物における機能性充填剤として、例えば、機能性組成物の1つまたは複数の電気的、物理的、機械的、熱的または光学的特性を改質、増強または調整するために使用されてもよい。タルクはまた、増量剤として、例えばインクまたは塗料において使用されてもよい。例えばプラスチック配合剤として、タルク充填剤は、剛性、耐熱性および寸法安定性を提供する。
微粒子ウォラストナイトも、塗料およびプラスチックにおいて添加剤として用いられている。プラスチックにおいて、ウォラストナイトは、引張および曲げ強さを改善し、樹脂の消費を低減し、高温での熱的および寸法安定性を改善する。
高性能プラスチックに関して、用いられるタルクおよび/またはウォラストナイト充填剤は、通常非常に微細である。これらの細かく分割された物のかさ密度およびタップ密度は低く、このことが輸送および取り扱いを難しく、経済的に困難にするのでそれらの使用は限定される。これらの問題を克服するために、圧密または脱気した微粒子組成物が、一般には市場に提供される。圧密化は、通常、水の存在下でペレット化プレスを使用して行われる。含水率が低いとかさ密度は高くなるが、最終使用者にとっては分散性が低下する。通常は、これらの要求特性間の妥協点を見つけ出さなければならない。
超微細なタルク粉末は、約0.1〜0.4g/cm3のかさ密度を有する。圧密超微細タルク粉末は、通常、約0.8〜1.2g/cm3のタップ密度を有している。圧密微粒子鉱物に対する需要が将来高まると予想されるので、より高いかさ密度、またはタップ密度が必要となる。
国際公開第2005/108506号は、タルクポリエチレンワックス、およびアミン、第四級アンモニウム塩、第四級ポリアンモニウム塩またはカルボン酸などの界面活性剤を含む熱可塑性材料で使用されるタルク含有組成物を開示している。組成物中のポリエチレンワックスの量が少ないほど、満足すべき結果を得るためには、より多くの界面活性剤を添加する必要がある。全般的に、造粒圧縮したタルク組成物は、92質量%以下の比較的低いタルク含有率を維持する。
特に、本発明は、1〜7質量%の有機結合剤、場合によって、0〜50質量%の水;およびタルク、ウォラストナイトまたはそれらの混合物から選択される90〜99質量%の無機微粒子材料を含む、圧縮した造粒組成物によって具現化される。本発明の一実施形態によると、圧縮した造粒組成物は、ブリック、ブリケット、ペレット、プレッシング、モールド、プリフォーム、噴霧乾燥粉末、タブレット、集合体(aggregate)、ロッド、顆粒もしくは凝集体(agglomerate)、またはそれらの任意の混合物であってもよい。示される質量%は、有機結合剤および無機微粒子材料の総含量に対する。高いタルク含有率ならびに高いかさ密度およびタップ密度を有する圧縮した組成物を得ることができることがわかった。
一実施形態によれば、タルクは、微粉化タルク、二峰性タルクおよびカチオン性タルクから選択されてもよい。本発明は、これらのすべての種類のタルクに適用可能であることがわかった。
一実施形態によれば、組成物は、本質的に乾燥した組成物であってもよい。例えば、含水率は1質量%以下であってもよい。本発明による組成物は、乾燥した組成物として悪影響なしで、適切に使用されてもよいことがわかった。
さらなる一実施形態によれば、圧縮した造粒組成物は、ISO 787/11に従って0.6〜1.4g/cm3のタップ密度を有する。密度が高いほど、組成物の貯蔵、輸送および取り扱いが効率的になる。
一実施形態によれば、本方法は、ペレット化するステップの前または後のいずれかに、加熱により混合物を乾燥する追加のステップを含む。水の除去は、必要であれば、製造プロセスのいつでも行われてよいことがわかった。
一実施形態によれば、本方法は、有機結合剤を、水および微粒子材料と混合する前に加熱する追加のステップを含む。前記有機結合剤を加熱すると、混合ステップにおいて成分の混合を助けることができる。
また、本発明の一部は、本発明の組成物またはその誘導体を含む充填ポリマーの組成物である、ポリマー組成物中の充填剤としての、本発明の圧縮した造粒組成物の使用である。本発明によれば、圧縮した造粒組成物は、ポリマー組成物中の充填剤として使用される場合、改善された取り扱いおよび輸送などのある利点を提供する。
以下の記載および言及が本発明の例示的な実施形態に関係があり、特許請求の範囲を限定するものではないことは理解される。
無機微粒子は、ポリマー組成物において充填剤として長く使用されている。タルクおよびウォラストナイトは、充填剤として特に普及している。充填剤は、一般に最終使用者に乾燥形態で提供される。したがって、取り扱いを単純化しまた塵埃の形成を回避するために、無機微粒子物質を圧縮してペレットまたは他の圧縮した形態に圧縮することは有利である。圧縮した微粒子物質が占める体積を制限するために(i)高い質量含有率の活性成分、この場合タルクおよび/またはウォラストナイト、ならびに(ii)高いかさ密度およびタップ密度を有する、圧縮した無機微粒子物質を提供することが有利である。さらに好ましくは、最終使用の際、圧縮した微粒子物質は、ポリマー組成物中で良好な分散性を有し、言い換えれば、圧縮した形態の脱凝集は、達成するのが容易で効果的でなければならない。
本明細書において使用される場合、用語「ウォラストナイト」は、少量の鉄、マグネシウム、およびカルシウムに対して置換したマンガンを含有していてもよいカルシウムイノシリケート鉱物(CaSiO3)のいずれかを意味する。またそれは、ガーネット、ベスブ石、透輝石、透角閃石、緑簾石、斜長石、長石、輝石および方解石などの関連する鉱物を含有していてもよい。
有機結合剤は、組成物材料中の非水性成分の総量に対して1質量%〜7質量%の量で存在してもよい。例えば、本発明による組成物は、非水性成分の総量に対して約1質量%の有機結合剤、または約2質量%の有機結合剤、または約3質量%の有機結合剤、または約4質量%の有機結合剤、または約5質量%の有機結合剤、または約6質量%の有機結合剤、または約7質量%の有機結合剤、または1.5質量%〜6.0質量%の有機結合剤、または2.0質量%〜5.0質量%の有機結合剤、または2.5質量%〜4.0質量%の有機結合剤、または3.0質量%〜3.5質量%の有機結合剤、または1.5質量%〜3.0質量%の有機結合剤を含む
幾つかの実施形態において、用いられる有機結合剤は、ステアリン酸またはその塩、パラフィン、モノステアリン酸グリセロール、ポリエチレングリコール、エチレン−酢酸ビニル(EVA)およびそれらの混合物から選択されてもよい。例えば、有機結合剤がステアリン酸塩である場合、それはステアリン酸マグネシウムもしくはステアリン酸亜鉛またはそれらの混合物であってもよい。
水は、本発明による組成物中に、非水性成分の総量に対して最大25質量%含まれていてもよい。例えば、圧縮した組成物は、非水性材料の総質量に対して約1質量%の水、または約2質量%の水、または約3質量%の水、または約4質量%の水、または約5質量%の水、または約6質量%の水、または約7質量%の水、または約8質量%の水、または約9質量%の水、または約10質量%の水、または約15質量%の水、または約20質量%の水、または約25質量%の水、または約30質量%の水、または約35質量%の水、または約40質量%の水、または約45質量%の水、または約50質量%の水を含んでいてもよい。例えば、本発明による組成物は、組成物中の非水性成分の総量に対して1質量%〜50質量%の水、または2質量%〜4質量%の水、または3質量%〜30質量%の水、または4質量%〜20質量%の水、または5質量%〜15質量%の水、または6質量%〜12質量%の水、または7質量%〜10質量%の水を含んでいてもよい。
有機結合剤の存在下で微粒子無機材料の圧密を容易にするために、水が添加されてもよく、その後、最終材料の要件に応じて、この水は除去されてもされなくてもよい。
本発明は、タルクおよび/またはウォラストナイトから選択される微粒子無機材料の圧縮した組成物の提供に関する。本発明によれば、本組成物は、任意の相対的な比率のタルクおよびウォラストナイトを含んでいてもよい。例えば、無機微粒子材料は、タルクからなるか、もしくは本質的にそれからなってもよく、または、無機微粒子材料は、ウォラストナイトからなるか、もしくは本質的にそれからなってもよい。他の実施形態において、無機微粒子は、タルクおよびウォラストナイトの1:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約1:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの2:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約2:1(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの1:2(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約1:2(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの3:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約3:1(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの1:3(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約1:3(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの5:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約5:1(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの1:5(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約1:5(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの10:1(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約10:1(質量による)混合物、タルクおよびウォラストナイトの1:10(質量による)混合物、またはタルクおよびウォラストナイトの約1:10(質量による)混合物であってもよい。
理解することができるように、本発明による組成物は、組成物中の非水性成分の総量に対して1質量%〜7質量%の有機結合剤、および90質量%〜99質量%の無機微粒子物質を含む。残り(最大100質量%)は、界面活性剤および/または不純物によって構成されてもよい。しかしながら、本発明による組成物はまた、すべての非水性材料に対して、本質的に100質量%の有機結合剤および無機微粒子物質を含んでいてもよい。
同様に、本発明によれば、ウォラストナイトは細かく分割されたウォラストナイトとして存在してもよい。本発明の一実施形態によれば、ウォラストナイトは単峰性粒径分布を有していてもよく、または、ウォラストナイトは、例えば二峰性粒径分布などの多峰性粒径分布を有していてもよい。
本発明によると、タルクは、1μm〜10μmの範囲のメジアン粒径(D50)を有していてもよく、例えばタルクのD50は、約1μm、または約2μm、または約3μm、または約4μm、または約5μm、または約6μm、または約7μm、または約8μm、または約9μm、または約10μm、または2μm〜9μm、または3μm〜8μm、または4μm〜7μm、または3.5μm〜6μmであってもよい。
本発明によると、タルクは、5μm〜40μmの範囲のD95粒径を有していてもよく、例えばタルクのD95は、約5μm、または約10μm、または約15μm、または約20μm、または約25μm、または約30μm、または約35μm、または約40μm、または7μm〜35μm、または10μm〜30μm、または12μm〜25μm、または15μm〜20μm、または8μm〜18μmであってもよい。
本発明によれば、ウォラストナイトは、20μm〜80μmの範囲のD95粒径を有していてもよく、例えばウォラストナイトのD95は、約20μm、または約30μm、または約40μm、または約50μm、または約60μm、または約70μm、または約80μm、または25μm〜75μm、または35μm〜65μm、または45μm〜55μm、または30μm〜50μm、または22μm〜40μmであってもよい。
圧縮した材料を製造する方法
本発明は、また、本発明による組成物を製造する方法、すなわち、それぞれの原料から圧縮した造粒組成物を得る方法に関する。
本発明によれば、組成物は(i)有機結合剤ならびにタルクおよび/またはウォラストナイトから選択される無機微粒子材料を混合し、水を混合してもよいステップと、(ii)前記配合された混合物を圧縮するステップとによって得ることができる。
水を添加すると、無機微粒子材料の凝集を助け得るが、しかし、それが絶対に必要とは限らない。例えば、水は、混合物に添加されなくてもよく、または若干の水が混合物に添加されてもよい。水が混合物に添加された場合、この水は、圧縮ステップの前または後に加熱により除去されてもよい。
本発明は、また、ポリマー材料中の充填剤としての圧縮した組成物の使用に関する。例えば、本発明による圧縮した組成物中に含まれる微粒子タルクおよび/またはウォラストナイトは、例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステルベースブレンドなどのポリマー材料中の充填剤として用いられてもよい。
圧縮した組成物は、配合することによってポリマー材料に導入されてもよい。
微粉化タルク(Steamic T1−Imerys;かさ密度:1.00g/cm3;D50:1.8μm;D95:6.2μm)を、有機結合剤(モノステアリン酸グリセロールGMS、ステアリン酸亜鉛ZS、パラフィン、ポリエチレングリコールPEG、ステアリン酸マグネシウムMgS、ステアリン酸SN d、スチレン−エチレン/ブチレン−スチレン、水性分散液SEBS、およびエチレン−酢酸ビニルEVA)を用いて、ならびにそれを用いないで試験した。微粉化タルク(95質量%以上)および有機結合剤(最大5質量%)を、10質量%の水の存在下でペレットに圧縮し、乾燥し、ペレットの輸送をシミュレートすることを意図するTurbula試験にかけた。使用した試料は表Iに示す通りであった:
通常条件および厳しい条件下での輸送のシミュレーションの後、有機結合剤の使用が無添加の(そのままの)材料で改善を示すようには見えないが、モノステアリン酸グリセロールおよびステアリン酸亜鉛を用いて処理した物のタップ密度は、明確に改善されたタップ密度を示し、使用時点で圧密無機材料の取り扱いがより容易になる。
有機結合剤を使用して得られた圧密粒子がすべて、輸送試験条件下に、より安定であることは明白である。
試験シリーズ2:圧密タルクの分散
上記表Iに示す幾つかの圧密タルクを200μmポリプロピレンフィルムへの分散によって試験した。
得られた試料は、プレス板間で200μm厚100mm直径の型を用いて200℃でGibitre Pressを使用してフィルムにプレスした。2.5gの配合物を下側金属板に置き、2枚のアルミ箔の間に挟んだ。上側プレス板を配合物に接して置いて9分間それを加熱し、次いで板を配合物上で200バールで5秒間プレスした。プレスを開けて100mm直径200μm厚のフィルムを取り出し、次いで、3分間冷却してからアルミ箔を取り除いた。
本発明による圧密タルクを20質量%の装填率でポリプロピレン組成物に装填した。押出機は、強制的なサイドフィーダによって鉱物または鉱物組成物を添加することによりサイドフィードした。上記比較例1および上記実施例による圧密タルクに加えて、充填していないポリプロピレン、および非圧密タルクで充填したポリプロピレンを試験した。得られたポリプロピレンを、曲げ弾性率(ISO 178)、耐衝撃性(ISO 179−1eA)および熱たわみ温度(ISO 75/A)について試験した。さらに50μmを超える凝集体の数を光学的検査によって計数した。結果の妥当性および再現性は得られた標準偏差(σ)によって示される。結果を表Vに示す:
比較例からの圧密タルクはよく分散しておらず(凝集体>200)、補強が不十分で耐衝撃性が低い。2〜5質量%で添加剤を使用すると、はるかに良好な再分散および良好な補強が確実になり、さらに純粋なタルク粉末に非常に近い。
様々なタルクおよびタルク/ウォラストナイト組成物を圧密、ペレット化し、次に、約20.0質量%の装填率でポリプロピレン組成物に装填した。微粉化タルク(Luzenac A3−Imerys Austria;D50:1.2μm;D95:3.5μm)およびウォラストナイト(Nyglos 4W−NYCO;直径:7μm;平均長:63μm)を試験シリーズ3のように試験した。用いた有機結合剤は、モノステアリン酸グリセロール(GMS;Atmer 1013−Croda Polymer Additives)であった。
ペレット化組成物中の正確な量の水は、たとえ測定されていなくても、80℃で18時間の乾燥プロセスを実行し、それにより0.5質量%以下まで含水率を下げたので、導入された水の量よりかなり少ないと考えられる。
Claims (13)
- 1〜7質量%の有機結合剤、
0〜50質量%の水、および
タルク、ウォラストナイトまたはそれらの混合物から選択される、90〜99質量%の無機微粒子材料、
を含む組成物であって、
前記組成物は、圧縮した造粒組成物、例えばブリック、ブリケット、ペレット、プレッシング、モールド、プリフォーム、噴霧乾燥粉末、タブレット、集合体、ロッド、顆粒、もしくは凝集体、またはそれらの任意の混合物であり、
質量%は組成物中の非水性成分の総含量に対して表わされる、組成物。 - 前記有機結合剤が、ステアリン酸またはその塩、パラフィン、モノステアリン酸グリセロール、ポリエチレングリコール、エチレン−酢酸ビニル(EVA)およびそれらの混合物から選択され、例えば、前記ステアリン酸塩が、ステアリン酸マグネシウムまたはステアリン酸亜鉛から選択される、請求項1に記載の組成物。
- 前記タルクが、微粉化タルク、二峰性タルクおよびカチオン性タルクから選択される、請求項1または2に記載の組成物。
- 本質的に乾燥した組成物であり、例えば1質量%以下の含水率を有する、請求項1から3までのいずれか1項に記載の組成物。
- 前記タルクおよび/もしくはウォラストナイトが1μm〜30μmの範囲のメジアン粒径(D50)を有し、ならびに/または前記タルクおよび/もしくはウォラストナイトが5μm〜80μmの範囲のD95を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の組成物。
- 前記圧縮した造粒組成物が、ブリック、ブリケット、ペレット、プレッシング、モールド、プリフォーム、噴霧乾燥粉末、タブレット、集合体、ロッド、顆粒もしくは凝集体、またはそれらの任意の混合物から選択される、請求項1から5までのいずれか1項に記載の組成物。
- 前記圧縮した造粒組成物が、ISO 787/11に従って0.6〜1.4g/cm3のタップ密度を有する、請求項1から6までのいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物を製造する方法であって、撹拌槽中で有機結合剤および無機微粒子材料を混合し、水を混合してもよいステップと、得られた混合物をペレット化するステップとを含む、方法。
- ペレット化するステップの前または後のいずれかに、加熱により混合物を乾燥する追加のステップを含む、請求項8に記載の方法。
- 有機結合剤を、水および微粒子材料と混合する前に加熱する追加のステップを含む、請求項8または9に記載の方法。
- 有機結合剤が、前記微粒子材料と混合する前に水と予備混合され、有機結合剤および水の混合物に界面薬剤が添加されてもよい、請求項8から10までのいずれか1項に記載の方法。
- ポリマー組成物中の充填剤としての、請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物の使用。
- 請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物またはその誘導体を含む、充填されたポリマー。
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