JP2022536037A - 表面反応炭酸カルシウム及び/又はハイドロマグネサイトによるpvcの化学的発泡の改良 - Google Patents

表面反応炭酸カルシウム及び/又はハイドロマグネサイトによるpvcの化学的発泡の改良 Download PDF

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Abstract

本発明は、発泡ポリマー製品を調製するためのPVC樹脂組成物、該組成物から調製された発泡ポリマー製品、発泡ポリマー製品を調製するための方法、該発泡ポリマー製品を含む物品、及び得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物の使用に関する。

Description

本発明は、発泡ポリマー製品を調製するためのPVC樹脂組成物、該組成物から調製される発泡ポリマー製品、発泡ポリマー製品を調製するための方法、該発泡ポリマー製品を含む物品、並びに得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための表面反応炭酸カルシウム又はハイドロマグネサイト及びそれらの混合物の使用に関する。
発泡PVCポリマー製品は、電線の絶縁、様々な地方自治体及び工業用途のパイプ、携帯型電子機器のハウジング、標識又はタイル、窓及び巻き上げ式ブラインドプロファイル、木材代替物及びシート等、多種多様な工業用途に使用されている。特に、PVCポリマー発泡体は、発泡体が他のPVC材料と比較して低下した密度を示し、その結果、部品重量も低下するため、需要が高まっている。しかし、このような発泡体配合物のコストを削減するために、鉱物充填剤粒子が、PVCポリマー発泡体の一体部分として使用される。
当技術分野では、PVCポリマー発泡体配合物に鉱物充填剤を組み込むためのいくつかの試みがなされてきた。例えば、WO2010049530A2号は、100重量部のPVCごとに少なくとも40重量部、好ましくは少なくとも60重量部の天然に存在する鉱物充填剤を含む発泡ポリ塩化ビニルポリマーから製造されたプロファイルに関し、該天然に存在する鉱物充填剤は、ウラストナイト、バーミキュライト、タルク、マイカ及び/又はそれらの組み合わせを指す。US4402893号は、塩化ビニルをベースとする樹脂が核形成剤と混合される、連続方法において高い生産性を有する非常に微細で均一な気泡構造を有する塩化ビニルをベースとする樹脂の多孔質発泡体の調製方法を記載する。核形成剤として適切な材料は、炭酸カルシウム、タルク、硫酸バリウム、ヒュームドシリカ、二酸化チタン、粘土、酸化アルミニウム、ベントナイト、珪藻土であると記載されている。EP2612881号は、発泡性の剛性ポリマー製品を調製するための樹脂組成物に言及し、該組成物は少なくとも1種のポリマー樹脂、該少なくとも1種のポリマー樹脂100部当たり(phr)少なくとも10部の量の、沈降法に従って測定される0.1μm~1μmの間の重量中央粒径d50を有する表面処理炭酸カルシウム、及び1phr未満の量の発泡剤を含む。
残念なことに、PVCポリマー発泡体配合物中に組み込まれるこのような鉱物充填剤粒子の量が増加すると、しばしば、発泡ポリマー生成物の密度及び部品重量を増加させる。
さらに別のアプローチでは、処理中のガスの発生を改善するために、発泡体形成の促進に使用される発泡剤の最適化が検討される。このアプローチは、全体の所望の密度及び部品重量が維持されるように、鉱物充填剤粒子の量を同時に増加させることができる一方で、発泡剤の量を減少させることができるという利点を提供する。この点に関して、発泡剤の特性を最適化するためのいくつかの試みが当技術分野でなされてきた。
例えば、CA2737471A1号は、塩化ビニルポリマー中の発泡剤の熱分解によって作製される発泡物品の密度が、スズをベースとする発泡剤活性化剤の使用によって低減されることを記載する。US20060264523A1号は、ポリ塩化ビニル、層状ケイ酸塩、及び発泡剤を含むポリ塩化ビニルナノ複合材料の発泡体に関する。これには塩化ビニル樹脂上に分散された層状ケイ酸塩が、発泡剤の発泡効率を改善することがさらに記載されている。WO2005090456A1号には、発泡ハロゲン含有有機プラスチックの製造方法が記載されており、ここで、物理的混合物の形態の、化学的発泡剤、ポリオール及び過塩素酸の塩を含む発泡剤混合物が、押出前にプラスチック含有予備混合物に添加され、均質分散後に得られた混合物がそれに応じて操作される。US5821274号は、発泡ポリ塩化ビニル樹脂の調製に使用される発泡剤のための活性剤としての発泡PVC樹脂のための安定剤の使用に関する。
しかし、密度及び部品重量をできるだけ低く維持し、同時にPVCポリマー発泡体中の取り込まれた鉱物充填剤粒子の量を増加させるという要件に従うためには、鉱物充填剤及び/又は発泡剤の特性を依然として改善する必要がある。
国際公開第2010/049530号 米国特許第4402893号明細書 欧州特許出願公開第2612881号明細書 カナダ国特許出願公開第2737471号明細書 米国特許出願公開第2006/0264523号明細書 国際公開第2005/090456号 米国特許第5821274号明細書
そのため、既存の鉱物充填剤粒子及び発泡剤と同じか、より低い密度を発現し、発泡ポリマー製品の密度及び重量を維持又は効果的に減少させる、発泡体配合物に使用される代替材料が継続的に必要とされている。
本発明の主題によって、この目的及び他の目的は解決される。
本発明の第1の態様によれば、発泡ポリマー製品を調製するためのPVC樹脂組成物が提供され、該組成物は、
a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
b) 該少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計が100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物と、
c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤と
を含む。
本発明者らは、驚くべきことに、本発明による前記樹脂組成物が、前記少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物(該少なくとも1つの充填剤組成物は、i)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の、表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びにii)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計が100重量部である)及び0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤を提供しないこと以外は同じ組成物から得られる対応する発泡ポリマー製品の密度及び部品重量と同じか、又は低い密度及び部品重量を発現する発泡ポリマー製品をもたらすことを見出した。より正確には、本発明者らは、少なくとも1種のPVC樹脂の0.1~75.0phrの量の規定の充填剤組成物と0.10~10phrの本発明の少なくとも1つの発泡剤との組み合わせを含有する樹脂組成物からポリマー発泡体を調製することによって、発泡ポリマー製品の密度及び部品重量を維持することができるか、又は効果的に減少させることができることを見出した。さらに、本発明者らは、少なくとも1種のPVC樹脂の0.1~75.0phrの量の規定の充填剤組成物と0.10~10phrの本発明の少なくとも1つの発泡剤との組み合わせを含有する樹脂組成物からポリマー発泡体を調製することによって、発泡構造をある程度改善することができ、特に媒体の泡の円周をある程度低減することができることを見出した。
本発明の別の態様は、発泡ポリマー製品を調製するための方法であって、a)本発明によるPVC樹脂組成物を提供する工程、及びb)工程a)のPVC樹脂組成物を、該PVC樹脂組成物が発泡ポリマー製品に変換される条件に供する工程を含む方法を対象とする。
本発明のなおさらなる態様は、本発明によるPVC樹脂組成物から調製される発泡ポリマー製品を対象とする。
本発明の別の態様は、本発明による発泡ポリマー製品を含む物品であって、建築材料、窓枠、ダクト、パイプ、壁クラッド、インシュレーション、シーラント、標識、印刷媒体、展示板、クラウンモールディング、ドアケーシング、チェアレール、幅木(スカーティングボード、スカーティング、モップボード、フロアモールディング、又はベースモールディングとも呼ばれる)、自動車部品、海洋部品又は航空機部品である物品を対象とする。
本発明の別の態様は、粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤を含む発泡PVC製品と比較して、得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための発泡性PVC樹脂組成物における、表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤の使用に関する。
本発明の別の態様は、粉砕炭酸カルシウム及び沈降炭酸カルシウムからなる群から選択される充填剤を含む発泡PVC製品と比較して、得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための発泡性PVC樹脂組成物における、表面反応炭酸カルシウム及びハイドロマグネサイトからなる群から選択される充填剤の使用に関する。
上記態様の有利な実施形態は、対応する下位請求項に定義される。
本発明の一実施形態によれば、第1の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、1.0~90.0重量部、好ましくは4.0~80.0重量部、より好ましくは6.0~60.0重量部、最も好ましくは10.0~40.0重量部の量で充填剤組成物中に存在し、第2の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、10.0~99.0重量部、好ましくは20.0~96.0重量部、より好ましくは40.0~94.0重量部、最も好ましくは60.0~90.0重量部の量で充填剤組成物中に存在する。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1つの充填剤組成物は、1.0~60.0phr、好ましくは5.0~50phr、より好ましくは10~40phr、さらにより好ましくは15~35phr、及び最も好ましくは25phrの量で存在する。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1種のPVC樹脂は、50~70の間、好ましくは54~68の間のK値を有する。
本発明の別の実施形態によれば、第1の充填剤は表面反応炭酸カルシウムであり、及び/又は第2の充填剤は粉砕炭酸カルシウムである。
本発明の別の実施形態によれば、第1の充填剤は、1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び/又は2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び/又はBET窒素法によって測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130m/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する。
本発明の別の実施形態によれば、第2の充填剤は、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7μm~7.5μmの中央粒径粒径d50、及び/又は0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び/又はBET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有する。
本発明の別の実施形態によれば、第1の充填剤及び/又は第2の充填剤は、少なくとも1種の表面処理剤で処理されているか、表面処理された充填剤と表面処理されていない充填剤とのブレンドであり、好ましくは、少なくとも1種の表面処理剤が、一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択され、より好ましくは飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩、それらの混合物、及びそれらの反応生成物からなる群から選択される。
本発明の別の実施形態によると、少なくとも1種の発泡剤は、0.10phr~10phrの間の量で存在し、より好ましくは0.3phr~8.0phrの間の量で存在し、最も好ましくは0.5~6.0phrの間の量で存在する。
本発明の別の実施形態によれば、少なくとも1種の発泡剤は、物理的発泡剤、吸熱性若しくは発熱性化学的発泡剤又はそれらの混合物であり、好ましくは、少なくとも1種の発泡剤は、吸熱性発泡剤と発熱性発泡剤との混合物であり、最も好ましくはアゾジカルボンアミドと重炭酸ナトリウムとの混合物である。
本発明の別の実施形態によれば、PVC樹脂組成物は、核形成剤、安定剤、衝撃改質剤、潤滑剤添加剤、加工助剤及びそれらの混合物を含む群から選択される少なくとも1つの成分をさらに含む。
本発明の別の実施形態によれば、本発明の工程b)は、b1)工程a)のPVC樹脂組成物を押出機に供給する工程、b2)工程b1)のPVC樹脂組成物を機械的力、高温及び/又は高圧に曝して、少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を得る工程、b3)工程b2)の少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を押出ダイに通して、押出物を形成する工程、並びにb4)工程b3)の押出物から発泡ポリマー製品を形成する工程を含む。
本発明の別の実施形態によれば、発泡ポリマー製品は、0.40~1.3g/cmの範囲、好ましくは0.42~1.1g/cmの範囲、より好ましくは0.47~1.0g/cmの範囲、さらにより好ましくは0.50~0.90g/cmの範囲、最も好ましくは0.55~0.80g/cmの範囲の密度を有する。
本発明の別の実施形態によれば、発泡ポリマー製品は、連続気泡PVC発泡体、独立気泡PVC発泡体、発泡剛性PVCシート又は発泡剛性PVCボードである。
本発明の目的に関し、以下の用語は、以下の意味を有することを理解すべきである。
本発明の意味における「ポリマー発泡体」という用語は、発泡していないポリマーの密度未満、好ましくは1.3g/cm未満、より好ましくは0.4g/cm~1.3g/cmの間、より好ましくは0.42~1.1g/cmの範囲、より好ましくは0.47~1.0g/cmの範囲、さらにより好ましくは0.50~0.90g/cmの範囲、最も好ましくは0.55~0.80g/cmの範囲の密度を有する発泡体を指す。
本発明の意味における「PVC樹脂」という用語は、ポリマープラスチック製品に加工する前に固体又は液体のいずれかである、ポリ塩化ビニルを含むポリマー材料を指す。
本発明の意味における「充填剤組成物」という用語は、表面反応炭酸カルシウム及び/又はヒドロマグネシト及び任意に粉砕炭酸カルシウム及び/又は沈降炭酸カルシウムからなり、PVC樹脂中の充填剤として使用される組成物を指す。
本発明による「表面反応炭酸カルシウム」は、二酸化炭素及び1種以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、二酸化炭素は、Hイオン供与体処理によってその場で生成され、及び/又は外部源から供給される。本発明の関連におけるHイオン供与体は、ブレンステッド酸及び/又は酸性塩である。
本発明による「ハイドロマグネサイト」又は「塩基性炭酸マグネシウム」という用語は、天然に存在する鉱物であり、例えば蛇紋石及び変質マグネシウムに富む火成岩のようなマグネシウムに富む鉱物、又は合成により調製された材料中に見出される。ハイドロマグネサイトは、化学式Mg(CO(OH)・4HOを有すると記載される。
本明細書中で使用される「粉砕炭酸カルシウム」(GCC)又は「粉砕天然炭酸カルシウム」(GNCC)という用語は、破砕及び/又は粉砕(grinding)等の湿式及び/又は乾式粉砕(comminution)工程で処理され、任意に、例えば、サイクロン又は分級機によるふるい分け及び/又は分別等のさらなる工程に供された天然の炭酸カルシウム含有鉱物(例えば、白亜、石灰石、大理石又はドロマイト)から得られる粒状材料を指す。
本発明の意味における「沈降炭酸カルシウム」(PCC)は、水性環境中で二酸化炭素と水酸化カルシウム(水和石灰)との反応に続く沈降によって得られる合成材料である。代替的に、沈降炭酸カルシウムは、水性環境中でカルシウム塩及び炭酸塩、例えば、塩化カルシウム及び炭酸ナトリウムを反応させることによっても得ることができる。PCCは、バテライト、カルサイト又はアラゴナイトの結晶形態を有することができる。PCCは、例えば、EP2447213A1号、EP2524898A1号、EP2371766A1号、EP2840065A1号、又はWO2013142473A1号に記載されている。
本発明の意味における「発泡剤」という用語は、発泡処理中にポリマー製品中に気泡構造を生成することができる薬剤を指す。
本発明の意味における「phr」という用語は、「樹脂100当たりの部」を意味する。特に、ポリマー樹脂100部を使用した場合、他の成分の量は、このポリマー樹脂100重量部に関して表される。
本明細書で言及される「総固体含有量」及び「総乾燥重量」という用語は、互換的に使用することができる。「乾燥」材料(例えば、乾燥した表面反応炭酸カルシウム)は、特に指定しない限り、乾燥材料の総重量に基づいて、2.0重量%以下、好ましくは1.0重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下、さらにより好ましくは0.2重量%以下、最も好ましくは0.03~0.07重量%の間であるその総水分含有量によって定義することができる。別段に指定されない限り、「乾燥(させる)」という用語は、得られた「乾燥(した)」材料が120℃において不変重量に達するように、その質量(試料サイズ5g)が30秒間にわたって1mgを超えて変化しないように、乾燥させる材料から水を除去する工程を指す。
ポリマーの”K値”は重合度又は分子量を表すのに用いられ、固有粘度から計算される。
表面反応炭酸カルシウム(例えば、GCC又はPCC)以外の粒状材料の「粒径」は、粒径d(重量)のその分布によって本明細書に記述される。ここで、値d(重量)は、粒子の重量のx%がd(重量)未満の直径を有することに関連する直径を表す。これは、例えば、d20(重量)値は、全粒子の20重量%がその粒径より小さい粒径であることを意味する。したがって、d50(重量)値は重量中央粒径であり、すなわち、全粒子の50重量%がその粒径よりも小さく、重量基準のトップカットと呼ばれるd90(重量)値は、全粒子の90重量%がその粒径よりも小さい粒径である。重量ベースの粒径中央粒径d(重量)及びトップカットd90(重量)は、重力場における沈降挙動の分析である沈降法によって測定される。測定は米国Micromeritics Instrument Corporation社のSedigraph(商標) 5100を用いて行う。この方法及び装置は当業者に知られており、粒径分布の測定に一般に用いられる。この測定は0.1重量%のNaの水溶液中で行う。高速撹拌器及び超音波処理を用いて試料を分散させる。
本明細書において、表面反応炭酸カルシウムの「粒径」は体積ベースの粒径分布d(体積)として記述される。その際、値d(体積)は、粒子の体積のx%がd(体積)未満であることに関連する直径を表す。これは、例えば、d20(体積)値は、全粒子の20体積%x%がその粒径より小さい粒径であることを意味する。したがって、d50(体積)値は体積中央粒径であり、すなわち、全粒子の50体積%がこの粒径よりも小さく、体積ベースのトップカットと呼ばれるd90(体積)値は、全粒子の90体積%がその粒径よりも小さい粒径である。体積ベースの中央粒径d50(体積)及びトップカットd90(体積)は、Malvern Mastersizer 2000レーザー回折システム(Malvern Instruments Plc.、英国)を用いて評価する。測定により得られた生データはMie理論を用いて解析され、粒子屈折率1.57、吸収係数0.005でFraunhofer理論を用いて解析される。この方法及び装置は当業者に知られており、粒径分布の決定に一般に用いられる。
本文書全体を通じて、官能化炭酸カルシウム又は他の材料を定義するために使用される「比表面積」(単位m/g)という用語は、BET法(窒素を吸着ガスとして使用する)を使用することによって決定される比表面積を意味する。本文書全体を通して、比表面積(単位m/g)は、当業者によく知られているBET法(窒素を吸着ガスとして使用する)を用いて決定される(ISO 9277:2010)。次いで、対応する試料の比表面積及び質量(g)を乗じて、表面材料の全表面積(単位m)を求める。
本発明の目的に関し、「粘度」という用語は、ブルックフィールド粘度を指す。ブルックフィールド粘度は、ブルックフィールドRV-スピンドルセットの適切なスピンドルを用いて、ブルックフィールドDV III Ultra粘度計により、24℃±3℃で100rpmにおいて測定され、mPa・sで規定される。スピンドルが試料に挿入されると、100rpmの一定の回転速度で測定が開始される。報告されたブルックフィールド粘度値は、測定開始から60秒後に表示される値である。当業者は技術的知識に基づき、ブルックフィールドRV-スピンドルセットから測定する粘度範囲に適したスピンドルを選択する。例えば、粘度範囲が200~800mPa・sの間ではスピンドル番号3が使用され得、粘度範囲が400~1600mPa・sの間ではスピンドル番号4が使用され得、粘度範囲が800~3200mPa・sの間ではスピンドル番号5が使用され得、粘度範囲が1000~2000000mPa・sの間ではスピンドル番号6が使用され得、粘度範囲が4000~8000000mPa・sの間ではスピンドル番号7が使用され得る。
本発明の目的に関し、「多孔度」又は「細孔容積」は、細孔内に侵入した比細孔容積を意味する。本発明の関連において、「孔」という用語は、細孔間及び/又は細孔内に見出される空間、すなわち、粉末又は圧密体内で粒子が最近接接触下で詰まった際に粒子によって形成される空間(粒子間細孔)、及び/又は多孔質粒子内の空隙(粒子内細孔)を説明するものとして理解されるべきであり、液体によって飽和したときに圧力下で液体の通過を可能にし、及び/又は表面湿潤液体の吸収を助ける。比細孔容積は、0.004μm(約nm)のラプラススロート直径に相当する414MPa(60,000psi)の最大印加圧力を有するMicromeritics Autopore V 9620水銀ポロシメータを使用する水銀圧入多孔度測定を用いて測定される。各圧力工程で使用される平衡化時間は20秒である。試料材料は、分析のために3cmのチャンバー粉末針入度計内に密封される。データは、ソフトウェアPore-Compを使用して、水銀圧縮、針入度計膨張及び試料材料圧縮について補正される(Gane,P.A.C.、Kettle,J.P.、Matthews,G.P.及びRidgway,C.J.、「Void Space Structure of Compressible Polymer Spheres and Consolidated Calcium Carbonate Paper-Coating Formulations」、Industrial and Engineering Chemistry Research,1996,35(5),1753-1764)。累積侵入データに見られる全細孔容積は、214μmから、約1~4μmまでの侵入データを有する2つの領域に分けられ、あらゆる凝集構造間の試料の粗充填が強く寄与していることを示している。これらの直径未満では、粒子自体の微細な粒子間充填物が存在する。それらが粒子内細孔も有する場合、この領域は双峰性であるようであり、また水銀によって侵入された比細孔容積を最頻値転換点よりも細かい、すなわち変曲点の双峰性点よりも細かい細孔に入れることによって、特定粒子内細孔容積を定義する。これらの3つの領域の合計は、粉末の全細孔容積を与えるが、その分布の粗い細孔終端における粉末の元の試料圧密/沈降に強く依存する。累積侵入曲線の一次導関数を取ることによって、必然的に細孔遮蔽を含む同等のラプラス直径に基づく細孔径分布が明らかになる。微分曲線は、存在する場合には、粗い凝集体の細孔構造領域、粒子間の細孔領域及び粒子内の細孔領域を明らかに示す。粒子内細孔直径範囲を知ることで、単位質量当たりの細孔容積(比細孔容積)に関して、内部細孔の所望の細孔容積のみを得るために、全細孔容積から残りの粒子間及び凝集物間細孔容積を差し引くことが可能である。当然のことながら、同じ差し引きの原理が、関心のある他の細孔サイズの領域のいずれかを単離するために適用される。
本発明の意味における「懸濁液」又は「スラリー」は、液体媒体、例えば、水、に少なくとも1つの不溶性固体及び任意にさらなる添加剤を含む混合物を指し、通常、大量の固体を含有し、したがって、それが形成される液体媒体よりも粘性であり(より高い粘度)、より高い密度を有することができる。
「含む(comprising)」又は「含む(containing)」という用語が、本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合には、他の要素を排除するものではない。本発明のために、「からなる(consisting of)」という用語は、「含む(comprising of)」という用語の好ましい実施形態であると考えられる。以下において、ある群が少なくとも特定の数の実施形態を含むと定義される場合、これはまた、好ましくはこれらの実施形態のみからなる群を開示するとも理解されるべきである。
単数名詞について言及する場合に不定冠詞又は定冠詞、例えば、「一つの(a)」、「一つの(an)」又は「その(the)」が使用される場合、別段に明記されていない限り、これはその名詞の複数を含む。
「入手可能」又は「定義することができる」及び「得られた」又は「定義された」のような用語は互換的に使用される。これは、例えば、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、「得られた」という用語は、例えば、「得られた」という用語に続く一連の工程によって実施形態が得られなければならないことを意味するものではないが、そのような限定された理解は好ましい実施形態として「得られた」又は「定義された」という用語に常に含まれることを意味する。
以下では、本発明の詳細な及び好ましい実施形態をより詳細に説明する。PVC樹脂組成物に言及する実施形態はまた、発明の方法、発泡ポリマー製品、物品及び発明の使用についても言及し、その逆も同様である。
本発明によれば、発泡ポリマー製品を調製するためのPVC樹脂組成物であって、a)少なくとも1種のPVC樹脂と、b)少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物(少なくとも1つの充填剤組成物は、i)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びにii)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である。)、とc)0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤とを含む組成物を提供する。
<少なくとも1種のPVC樹脂>
発泡ポリマー製品を調製するための本発明のPVC樹脂組成物は、少なくとも1種のPVC樹脂を含む。ポリマー樹脂は、組成物の重要要素を表し、最終的な発泡剛性ポリマー製品に強度、柔軟性、靭性及び耐久性を提供する。本明細書で使用される少なくとも1種のポリマー樹脂は、PVC発泡体に加工することができる。
本発明の意味における「少なくとも1種の」PVC樹脂という用語は、樹脂が1種以上のPVC樹脂を含み、好ましくはそれからなることを意味する。
本発明の一実施形態では、PVC樹脂組成物中の少なくとも1種のPVC樹脂は1種のPVC樹脂を含み、好ましくはそれからなる。代替的に、少なくとも1種のPVC樹脂は2種以上のPVC樹脂を含み、好ましくはそれらからなる。例えば、少なくとも1種のPVC樹脂は2種又は3種のPVC樹脂を含み、好ましくはそれらからなる。
好ましくは、PVC樹脂組成物中の少なくとも1種のPVC樹脂は1種のPVC樹脂を含み、より好ましくはそれからなる。
好ましくは、ポリ塩化ビニル樹脂は、ポリ塩化ビニルホモポリマー又は塩化ビニルと共重合可能なエチレン性不飽和モノマーとのコポリマーを含む。ポリ塩化ビニルのホモポリマーが提供される場合、ポリ塩化ビニル樹脂は、塩化ビニルのみからなるモノマーを含有する。
ポリ塩化ビニルコポリマーが提供される場合、ポリ塩化ビニル樹脂は、優勢な量の塩化ビニルからなるモノマーを含むモノマーの混合物を含有する。好ましい一実施形態では、ポリ塩化ビニル樹脂は、モノマー混合物の総重量に基づいて、少なくとも60重量%、より好ましくは少なくとも70重量%、最も好ましくは少なくとも80重量%の塩化ビニルからなるモノマーの量を含むモノマーの混合物を含有する。塩化ビニルコポリマーは、好ましくは、塩化ビニルと、1~40重量%の共重合可能なエチレン性不飽和モノマーとから構成され、好ましくは、共重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、モノマー混合物の総重量に対して、30重量%以下、最も好ましくは20重量%以下である。
好ましくは、共重合可能なエチレン性不飽和モノマーは、塩化ビニリデン、酢酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、塩化ビニリデン、フマル酸ジエチル、マレイン酸ジエチル、プロピオン酸ビニル、アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、スチレン、ビニルエチルエーテル、ビニルクロロエチルエーテル及びビニルフェニルエーテル等のビニルエーテル、ビニルメチルケトン及びビニルフェニルケトン等のビニルケトン、アクリロニトリル、クロロアクリロニトリル及びそれらの混合物からなる群から選択される。本発明のポリ塩化ビニルコポリマーは、塩化ビニル及び酢酸ビニル、塩化ビニル及び酢酸ビニル及び無水マレイン酸、又は塩化ビニル及び塩化ビニリデンのモノマーを含むことがさらに好ましい。
好ましい一実施形態では、ポリ塩化ビニル樹脂は、ポリ塩化ビニルのホモポリマーを含む。別の好ましい実施形態では、ポリ塩化ビニル樹脂は、ポリ塩化ビニルのホモポリマーからなる。
代替的に、少なくとも1種のポリ塩化ビニル樹脂は、ポリ塩化ビニルホモポリマーと、塩化ビニル及び酢酸ビニル、塩化ビニル及び酢酸ビニル及び無水マレイン酸、並びに塩化ビニル及び塩化ビニリデンのモノマーを含むポリ塩化ビニルコポリマーとの混合物を含む。
本発明による少なくとも1種のポリ塩化ビニル樹脂がポリ塩化ビニルホモポリマー及びポリ塩化ビニルコポリマーの混合物を含む場合、ホモポリマーとコポリマーのモル比は99:1~1:99、より好ましくは50:1~1:50、さらにより好ましくは25:1~1:25、最も好ましくは10:1~1:10である。本発明の特に好ましい一実施形態において、ホモポリマーとコポリマーのモル比は90:1~1:1であり、より好ましくは90:1~10:1であり、最も好ましくは90:1~50:1である。別の好ましい実施形態では、ホモポリマーとコポリマーのモル比は約1:1である。
ポリ塩化ビニルのあらゆるホモポリマー又はコポリマーを利用することができるが、ポリ塩化ビニルポリマーが40,000~90,000g/モルの重量平均分子量に相当する50~70の間のK値を有することがさらに好ましい。ポリマーの「K値」は重合度や分子量を表すのに用いられ、固有粘度から計算される。好ましくは、ポリ塩化ビニル樹脂は、ポリマーが54~68(例えば、重量平均分子量47,000~82,000g/モル)の間、より好ましくは58~62(例えば、重量平均分子量56,000~66,000g/モル)の間のK値を発現するように選択される。例えば、ポリ塩化ビニルポリマーは、約60(重量平均分子量61,000g/モルを有する)のK値を有する。特に好ましい一実施形態において、ポリ塩化ビニルポリマーは、60のK値(重量平均分子量61,000g/モルを有する)を有するホモポリマーを含む。
本発明の組成物に適したポリ塩化ビニル樹脂は、多種多様な商業的供給源から入手可能である。有用なポリ塩化ビニル樹脂には、米国ウィルミントンのINEOS Chlor Americas Inc.からEipol SH6030 PVCとして、又は欧州のVynovaからS6030として入手可能な樹脂が含まれる。本発明に適したさらなるPVC樹脂は、Shin-Etsu、Vestolit、LVM、Aiscondel、Cires、Solvin、Arkema又はVinnolitから入手できる。
好ましい一実施形態では、本発明のPVC樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも50重量%、より好ましくは60重量%~90重量%、最も好ましくは70重量%~90重量%の量の少なくとも1種のPVC樹脂を含む。好ましい一実施形態において、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、70重量%~80重量%の間の量の少なくとも1種のポリマー樹脂を含む。例えば、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて約73重量%の量の少なくとも1種のポリ塩化ビニル樹脂を含む。
少なくとも1種のポリマー樹脂は、フレーク、顆粒、ペレット、及び/又は粉末の形態であることができる。
<少なくとも1種の充填剤組成物>
発泡ポリマー製品を調製するための発明のPVC樹脂組成物は、少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物を含む。少なくとも1つの充填剤組成物は、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である。
<第1の充填剤>
上で既に設定されているように、第1の充填剤は、表面反応炭酸カルシウム、ヒドロマグネシト及びそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明の一実施形態によれば、第1の充填剤は、好ましくは、表面反応炭酸カルシウム及びハイドロマグネサイトを含み、好ましくはそれらからなる。
本発明の一実施形態によれば、第1の充填剤は、好ましくは、表面反応炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれからなる。
表面反応炭酸カルシウムは、1種又は異なる種類の表面反応炭酸カルシウムの混合物であることができることが認識される。本発明の一実施形態では、表面反応炭酸カルシウムは、1種の表面反応炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれからなる。代替的に、表面反応炭酸カルシウムは、好ましくは、2種以上の表面反応炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。例えば、表面反応炭酸カルシウムは2種又は3種の表面反応炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。好ましくは、表面反応炭酸カルシウムは、1種の表面反応炭酸カルシウムを含み、より好ましくはそれからなる。
表面反応炭酸カルシウムは、二酸化炭素及び1種以上のHイオン供与体で処理された粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の反応生成物であり、ここで、二酸化炭素はHイオン供与体処理によってその場で形成され、及び/又は外部源から供給される。粉砕天然炭酸カルシウム又は沈降炭酸カルシウムと二酸化炭素及び1種以上のHイオン供与体との反応のために、表面反応炭酸カルシウムはGNCC又はPCCと、炭酸カルシウム以外の少なくとも1種の水不溶性カルシウム塩とを含むことができる。
好ましい実施形態において、前記表面反応炭酸カルシウムは、GNCC又はPCCと、該GNCC又はPCCの表面の少なくとも一部に存在する炭酸カルシウム以外の少なくとも1種の水不溶性カルシウム塩とを含む。
本発明の関連において、Hイオン供与体は、ブレンステッド酸及び/又は酸性塩である。
本発明の好ましい実施形態では、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程を含む方法によって得られる。
(a) 粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の懸濁液を提供する工程、
(b) 工程(a)で提供される懸濁液に、20℃で0以下であるpKa値を有する、又は20℃で0~2.5であるpKa値を有する少なくとも1種の酸を加える工程、
(c) 工程(a)で提供された懸濁液を工程(b)の前、間又は後に二酸化炭素で処理する工程。
別の実施形態によると、表面反応炭酸カルシウムは、以下の工程、すなわち、
(a) 粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)又は沈降炭酸カルシウム(PCC)の懸濁液を提供する工程、
(b) 少なくとも1種の水溶性の酸を提供する工程、
(c) ガス状の二酸化炭素を提供する工程、
(d) 工程(a)で提供された該GNCC又はPCC、工程(b)で提供された少なくとも1種の酸及び工程(c)で提供されたガス状の二酸化炭素を接触させる工程を含み、
(i) 工程(b)で提供された少なくとも1種の酸は、20℃で2.5を超え、7以下のpKaを有し、最初に利用可能な水素のイオン化に関連し、対応するアニオンが水溶性カルシウム塩を形成できるこの最初の利用可能な水素の損失上に形成され、
(ii) 工程(b)で提供された少なくとも1種の水溶性の酸と工程(a)で提供されたGNCC又はPCCとを接触させた後、少なくとも1種の水溶性の塩(水素含有塩の場合は、pKaが20℃で7を超え、最初に入手可能な水素のイオン化に関連し、その塩アニオンは、水不溶性カルシウム塩を形成し得る)が追加で提供される。
炭酸カルシウム、例えば、粉砕天然炭酸カルシウム(GNCC)の供給源は、好ましくは、大理石、白亜、石灰石及びそれらの混合物を含む群から選択される炭酸カルシウム含有鉱物から選択される。天然の炭酸カルシウムは、炭酸マグネシウム、ケイ酸アルミノ等の天然に存在する成分をさらに含むことができる。一実施形態によれば、GNCCのような天然の炭酸カルシウムは、炭酸カルシウムのアラゴナイト、バテライト若しくはカルサイト鉱物結晶形態又はそれらの組み合わせ結晶形を含む。
一般に、粉砕天然炭酸カルシウムの粉砕は、乾式又は湿式粉砕処理において実施され得、粉砕は、粉砕が主に二次体との衝撃から生じるような条件下で、任意の従来の粉砕装置で、例えば、ボールミル、ロッドミル、振動ミル、ロールクラッシャー、遠心衝撃ミル、縦型ビーズミル、アトリションミル、ピンミル、ハンマーミル、粉砕機、細断機、デクランパー(de-clumper)、ナイフカッター、又は当業者に知られている他のそのような装置のうちの1つ以上において実施され得る。粉砕天然炭酸カルシウムが湿った粉砕炭酸カルシウムを含む場合、粉砕工程は、粉砕助剤及び/又は分散剤の存在下又は非存在下で、自生粉砕が行われるような条件下で、及び/又は水平ボールミリングによって、及び/又は当業者に知られている他のそのような方法で実施され得る。このようにして得られた湿式処理された粉砕天然炭酸カルシウムは、周知の方法によって、例えば、乾燥前の凝集、濾過又は強制蒸発によって、洗浄及び脱水することができる。次の乾燥工程(必要な場合)は、噴霧乾燥等の一段階、又は少なくとも2工程で行うことができる。また、このような鉱物材料は、不純物を除去するための選鉱工程(浮遊、漂白又は磁気分離工程等)を経ることが一般的である。
上で既に示されているように、本発明の意味における沈降炭酸カルシウム(PCC)は、一般に、水性環境中での二酸化炭素と水酸化カルシウムとの反応に続く沈降によって、又は溶液からのカルシウムイオン及び炭酸イオン、例えば、CaCl及びNaCOの沈降によって得られる、合成材料である。PCCを生産するさらなる可能な方法は、石灰ソーダ法、又はPCCがアンモニア生産の副産物であるソルベー法である。沈降炭酸カルシウムは、カルサイト、アラゴナイト、バテライトという3つの主な結晶形で存在し、これらの結晶形ごとに多くの異なる多形(晶癖)が存在する。カルサイトは、偏三角面体(S-PCC)、菱面体晶(R-PCC)、六角柱状、ピナコイド、コロイド(C-PCC)、立方晶及び角柱(P-PCC)等の典型的な晶癖を有する三方構造を有する。アラゴナイトは、双晶六角柱状結晶の典型的な晶癖を有する斜方晶系構造、並びに薄い細長い角柱状、湾曲したブレード状、鋭いピラミッド状、チゼル状の結晶、分岐樹及びサンゴ又はワーム状形態の多様な取り合わせを有する。バテライトは六方晶系に属する。得られたPCCスラリーは、機械的に脱水及び乾燥させることができる。
本発明の一実施形態によれば、沈降炭酸カルシウムは、炭酸カルシウムのアラゴナイト、バテライト若しくはカルサイト鉱物結晶形態又はそれらの組合せ結晶形を含む。
沈降炭酸カルシウムは、二酸化炭素及び少なくとも1種のHイオン供与体での処理の前に、上述のような天然粉砕炭酸カルシウムに使用されるものと同じ手段によって粉砕することができる。
本発明の一実施形態によれば、天然又は沈降炭酸カルシウムは粒子の形態である。代替的に、天然又は沈降炭酸カルシウムを乾燥又は水に懸濁して使用してもよい。好ましくは、対応する水性スラリーは、該スラリーの総重量に基づいて、1~90重量%、より好ましくは3~60重量%、さらにより好ましくは5~40重量%、最も好ましくは10~25重量%の範囲内の含有量の天然又は沈降炭酸カルシウムを有する。
表面反応炭酸カルシウムの調製に使用される1種以上のHイオン供与体は、任意の強酸、中程度の強酸、若しくは弱酸、又はそれらの混合物であってもよく、調製条件下でHイオンを生成する。本発明によれば、少なくとも1種のHイオン供与体はまた、酸性塩であり得、調製条件下でHイオンを生成する。
一実施形態によると、少なくとも1種のHイオン供与体は、20℃において0以下のpKa値を有する強酸である。
別の実施形態によると、少なくとも1種のHイオン供与体は、20℃において0~2.5までのpKa値を有する中程度の強酸である。
20℃におけるpKaが0以下の場合、酸は硫酸塩酸、又はそれらの混合物から選択することが好ましい。20℃におけるpKaが0~2.5の場合、Hイオン供与体は、硫酸、リン酸又はそれらの混合物から選択することが好ましい。少なくとも1種のHイオン供与体は、酸性塩、例えば、HSO 又はHPO でもよく、NH 、Li、Na若しくはKのような対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和され、又はHPO でもよく、NH 、Li、Na、及び/又はKのような対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和される。少なくとも1種のHイオン供与体は、1種以上の酸と1種以上の酸性塩との混合物であることもできる。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも1種のHイオン供与体は、塩酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、及びそれらの無機塩並びにそれらの混合物からなる群から選択される。好ましくは、少なくとも1種のHイオン供与体は、塩酸、硫酸、亜硫酸、HPO (NH 、Li、Na及び/又はK等の対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和される)、HPO 2-(NH 、Li、Na、及び/又はK等の対応するカチオンによって少なくとも部分的に中和される)及びその混合物からなる群から選択され、より好ましくは少なくとも1種の酸は、塩酸、硫酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、又はそれらの混合物からなる群から選択される。特に好ましいHイオン供与体はリン酸である。
1種以上のHイオン供与体は、懸濁液に固体で、又は濃縮溶液として、又はより希釈された溶液として加えることができる。好ましい実施形態によれば、少なくとも1種のHイオン供与体は、溶液の形態で提供される。
一実施形態によれば、少なくとも1種のHイオン供与体は、水溶液の総重量に基づいて、0.1~100重量%の量、好ましくは1~80重量%の量、より好ましくは10~50重量%の量、最も好ましくは20~40重量%の量の少なくとも1種のHイオン供与体を含む水溶液の形態で提供される。
別の実施形態によれば、少なくとも1種のHイオン供与体は、粉砕天然炭酸カルシウム又は沈降炭酸カルシウムの総重量に基づいて、1~60重量%、好ましくは5~55重量%、より好ましくは7~50重量%、最も好ましくは10~40重量%の量で提供される。
代替として、天然又は沈降炭酸カルシウムを懸濁する前に、Hイオン供与体を水に加えることも可能である。
次の工程では、天然又は沈降炭酸カルシウムは二酸化炭素で処理される。天然又は沈降炭酸カルシウムのHイオン供与体処理に硫酸又は塩酸等の強酸を用いると、自動的に二酸化炭素が生成する。代替的に、又は追加的に、二酸化炭素は外部から供給されることもある。
イオン供与体処理及び二酸化炭素による処理は、強酸又は中程度の強酸を用いる場合には同時に行うことができる。また、Hイオン供与体処理を、例えば、20℃で0~2.5の範囲のpKaを有する中程度の強酸を用いて、最初に行うことも可能であり、ここで二酸化炭素はその場で形成され、したがって、二酸化炭素処理は、Hイオン供与体処理と同時に自動的に行われ、その後外部供給源から供給される二酸化炭素による追加処理が行われる。
好ましくは、懸濁液中のガス状二酸化炭素の濃度は、体積換算で、比(懸濁液の体積):(ガス状二酸化炭素の体積)が1:0.05~1:70、さらにより好ましくは1:0.05~1:60、より好ましくは1:0.05~1:40、最も好ましくは1:0.05~1:30であるようなものである。
好ましい実施形態では、Hイオン供与体処理工程及び/又は二酸化炭素処理工程を少なくとも1回、より好ましくは数回繰り返す。一実施形態によれば、少なくとも1種のHイオン供与体は、少なくとも約5分、好ましくは少なくとも約10分、典型的には約10~約20分、より好ましくは約30分、さらにより好ましくは約45分、ときには約1時間以上の時間にわたって添加される。
イオン供与体処理及び二酸化炭素処理に続いて、20℃で測定した水性懸濁液のpHは、自然に6.0を超える値、好ましくは6.5を超える値、より好ましくは7.0を超える値、さらにより好ましくは7.5を超える値に到達し、それによって表面反応した天然又は沈降炭酸カルシウムが、pHが6.0を超える、好ましくは6.5を超える、より好ましくは7.0を超える、さらにより好ましくは7.5を超える水性懸濁液として調製される。
イオン供与体処理は、20~90℃、好ましくは30~85℃、より好ましくは40~80℃、さらにより好ましくは50~75℃、最も好ましくは60~70℃の温度で行うことができる。
表面反応天然炭酸カルシウムの調製についてのさらなる詳細は、WO0039222A1号、WO2004083316A1号、WO2005121257A2号、WO2009074492A1号、EP2264108A1号、EP2264109A1号及びUS20040020410A1号、並びに未公開の特許出願EP19169504.8号に記載され、これらの文献の内容は本文献に含まれる。
同様に、表面反応沈降炭酸カルシウムを得ることができる。WO2009074492A1号又は未公開特許出願EP19169504.8号から詳細に理解できるように、表面反応沈降炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウムをHイオン、及び水性媒体中で可溶化され、水不溶性カルシウム塩を形成することができるアニオンと水性媒体中で接触させて、表面反応沈降炭酸カルシウムのスラリーを形成することによって得られ、ここで、該表面反応沈降炭酸カルシウムは、沈降炭酸カルシウムの少なくとも一部の表面上に形成された該アニオンの不溶性、少なくとも部分的に結晶性のカルシウム塩を含む。
前記可溶化カルシウムイオンは、Hイオンによる沈降炭酸カルシウムの溶解で自然に生成される可溶化カルシウムイオンに対する過剰の可溶化カルシウムイオンに相当し、ここで、前記Hイオンは、アニオンに対する対イオンの形態、すなわち、酸又は非カルシウム酸塩の形態のアニオンの付加を介して、及び任意のさらなるカルシウムイオン又はカルシウムイオン生成源が存在しない状態で提供される。
前記過剰の可溶化カルシウムイオンは、可溶性の中性又は酸性カルシウム塩の添加、又は可溶性の中性又は酸性カルシウム塩をその場で生成する酸又は中性又は酸性非カルシウム塩の添加によって提供されることが好ましい。
前記Hイオンは、前記アニオンの酸又は酸性塩の添加、又は前記過剰の可溶化カルシウムイオンの全て又は一部を供給するために同時に役立つ酸又は酸性塩の添加によって供給され得る。
表面反応した天然又は沈降炭酸カルシウムの調製のさらなる好ましい実施形態において、天然又は沈降炭酸カルシウムを、ケイ酸塩、シリカ、水酸化アルミニウム、アルカリ土類アルミン酸塩、例えば、アルミン酸ナトリウム若しくはアルミン酸カリウム、酸化マグネシウム、硫酸アルミニウム、又はそれらの混合物からなる群から選択される少なくとも1種の化合物の存在下で、酸及び/又は二酸化炭素と反応させる。好ましくは、少なくとも1種のケイ酸塩は、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、又はアルカリ土類金属ケイ酸塩から選択される。
別の好ましい実施形態では、前記少なくとも1種の化合物は硫酸アルミニウム十六水和物である。特に好ましい実施形態において、前記少なくとも1種の化合物は硫酸アルミニウム十六水和物であり、ここで、少なくとも1種のHイオン供与体は、塩酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、クエン酸、シュウ酸、酢酸、ギ酸及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは前記Hイオン供与体対天然又は沈降炭酸カルシウムのモル比は0.01:1~4:1、より好ましくは0.02:1~2:1、さらにより好ましくは0.05:1~1:1、最も好ましくは0.1:1~0.58:1である。
表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムの調製の別の実施形態によれば、このような化合物は存在しない。
表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムの調製のさらなる好ましい実施形態において、天然又は沈降炭酸カルシウムを、少なくとも1種の水溶性無機マグネシウム塩の存在下で酸及び/又は二酸化炭素と反応させる。
少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、例えば、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸水素マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩素酸マグネシウム、又はヨウ素酸マグネシウム等の、当業者に知られた任意の水溶性無機マグネシウム塩から選択され得る。水溶性の無機マグネシウム塩は、無水塩であっても水和塩であってもよい。本明細書中で用いるように、「水和物」は、結晶の不可欠な部分として一定の比率で結合された水分子を含む無機塩である。塩の式の単位当たりの水の分子数に応じて、水和物を一水和物、二水和物、三水和物、四水和物、五水和物、六水和物、七水和物、八水和物、九水和物、十水和物、半水和物等とすることができる。
少なくとも1種の水溶性無機マグネシウム塩は、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硫酸水素マグネシウム、臭化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム、塩素酸マグネシウム、ヨウ素酸マグネシウム、それらの水和物、及びそれらの混合物からなる群から選択され得、好ましくは少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、臭化マグネシウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、それらの水和物、及びそれらの混合物からなる群から選択され、最も好ましくは少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は硫酸マグネシウム又はその水和物である。
より正確には、少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、無水塩化マグネシウム、塩化マグネシウム六水和物、無水硝酸マグネシウム、硝酸マグネシウム二水和物、硝酸マグネシウム六水和物、無水硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム一水和物、硫酸マグネシウム四水和物、硫酸マグネシウム五水和物、硫酸マグネシウム六水和物、硫酸マグネシウム七水和物、硫酸水素マグネシウム、無水臭化マグネシウム、臭化マグネシウム六水和物、無水ヨウ化マグネシウム、ヨウ化マグネシウム六水和物、ヨウ化マグネシウム八水和物、無水塩素酸マグネシウム、塩素酸マグネシウム六水和物、無水ヨウ素酸マグネシウム、ヨウ素酸マグネシウム四水和物、及びそれらの混合物からなる群から選択され得、好ましくは少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、無水塩化マグネシウム、塩化マグネシウム六水和物、無水硝酸マグネシウム、硝酸マグネシウム二水和物、硝酸マグネシウム六水和物、無水硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム一水和物、硫酸マグネシウム四水和物、硫酸マグネシウム五水和物、硫酸マグネシウム六水和物、硫酸マグネシウム七水和物、及びそれらの混合物からなる群から選択され、より好ましくは少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、無水硝酸マグネシウム、硝酸マグネシウム二水和物、硝酸マグネシウム六水和物、無水硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム一水和物、硫酸マグネシウム四水和物、硫酸マグネシウム五水和物、硫酸マグネシウム六水和物、硫酸マグネシウム七水和物、及びそれらの混合物であり、最も好ましくは少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、無水硫酸マグネシウム、硫酸マグネシウム一水和物、硫酸マグネシウム四水和物、硫酸マグネシウム五水和物、硫酸マグネシウム六水和物、硫酸マグネシウム七水和物又はそれらの混合物である。
少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、天然の粉砕又は沈降炭酸カルシウムの0.3~270mmol Mg2+/mol Ca2+、好ましくは0.7~200mmol Mg2+/mol Ca2+、より好ましくは2~135mmol Mg2+/mol Ca2+、最も好ましくは3~70mmol Mg2+/mol Ca2+の量で提供され得る。
少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、前記マグネシウム塩中のMg2+の量が、天然の粉砕又は沈降炭酸カルシウムの総重量に基づいて、0.05~20重量%、好ましくは0.1~15重量%、より好ましくは0.3~10重量%、最も好ましくは0.4~5重量%になるような量で提供することができる。
代替的に、少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、天然の粉砕又は沈降炭酸カルシウムの総重量に基づいて、0.05~40重量%、好ましくは0.1~30重量%、より好ましくは0.3~20重量%、最も好ましくは0.5~10重量%の量で提供することができる。
少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩は、溶液の形態で、又は乾燥材料として提供することができる。
前記成分は、該酸及び/又は二酸化炭素を添加する前に、天然又は沈降炭酸カルシウムを含む水性懸濁液に添加することができる。
代替的に、天然又は沈降炭酸カルシウムと酸及び二酸化炭素との反応が既に開始されている間に、前記成分を天然又は沈降炭酸カルシウムの水性懸濁液に添加することができる。しかし、他の可能な順序も適している。少なくとも1種のケイ酸塩及び/又はシリカ及び/又は水酸化アルミニウム及び/又はアルカリ土類アルミン酸塩成分の存在下での表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムの調製に関するさらなる詳細は、WO2004083316A1号に開示されており、この文献の内容は本文書に含まれる。少なくとも1種の水溶性の無機マグネシウム塩の存在下での表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムの調製についてのさらなる詳細は、未公開の特許出願EP19169504.8号に開示されており、本文献の内容は本文書に含まれる。
表面反応天然粉砕又は沈降炭酸カルシウムは、炭酸カルシウム含有材料、及び炭酸カルシウム以外の少なくとも1種の水不溶性カルシウム塩、例えば、リン酸三カルシウム及び/又はリン酸アパタイト(apatitic)カルシウム、好ましくはヒドロキシルアパタイト、リン酸八カルシウム、フルオロアパタイト、カルボキシアパタイト、又はこれらの混合物を含むことができる。炭酸カルシウムとリン酸三カルシウム及び/又はリン酸アパタイトカルシウムとの質量比は、0.01:1~59:1、好ましくは0.1:1~44:1、より好ましくは0.2:1~29:1、さらにより好ましくは0.3:1~15:1、最も好ましくは0.5:1~5:1の範囲にあり得る。
表面反応炭酸カルシウムは、懸濁液中に保持することができ、任意に分散剤によってさらに安定化させることができる。当業者に知られている従来の分散剤、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸又はイタコン酸及びアクリルアミド又はそれらの混合物をベースとするポリカルボン酸塩のホモポリマー又はコポリマーを使用することができる。アクリル酸のホモポリマー又はコポリマーが特に好ましい。このような生成物の重量平均分子量Mは好ましくは2000~15000g/molの範囲であり、3000~7000g/mol又は3500~6000g/molの重量平均分子量Mが特に好ましい。好ましい分散剤は、ポリアクリル酸及び/又はカルボキシメチルセルロースから構成される。
好ましい実施形態によれば、上記の水性懸濁液を乾燥させ、それにより、固体(すなわち、乾燥した、又は流体形態ではなく、水分をほとんど含まない)表面反応天然又は沈降炭酸カルシウムを、顆粒又は粉末の形態で得る。
表面反応炭酸カルシウムは、例えば、バラ、ゴルフボール及び/又は脳の形状のように、異なる粒子形状を有することができる。
一実施形態によれば、表面反応炭酸カルシウムは、水銀圧入ポロシメトリー測定値から計算された、0.1~2.3cm/g、より好ましくは0.2~2.0cm/g、特に好ましくは0.4~1.8cm/g、最も好ましくは0.6~1.6cm/gの範囲における粒子内侵入比細孔容積を有する。
表面反応炭酸カルシウムの粒子内細孔径は、水銀圧入ポロシメトリー測定値によって決定される、好ましくは0.004~1.0μm、より好ましくは0.005~0.8μm、特に好ましくは0.006~0.6μm、最も好ましくは0.007~0.4μm、例えば、0.004~0.40μmの範囲にある。
別の好ましい実施形態によると、第1の充填剤はハイドロマグネサイトを含み、好ましくはそれからなる。
ハイドロマグネサイト、又はハイドロマグネサイトの標準的な工業名である塩基性炭酸マグネシウムは、蛇紋岩及び変質マグネシウムに富む火成岩のようなマグネシウムに富む鉱物中に見いだされる天然の鉱物であるが、ペリクレース大理石中のブルーサイトの変質生成物としても見られる。ハイドロマグネサイトは、次の式Mg(CO(OH)・4HOを有すると記載されている。
ハイドロマグネサイトは炭酸マグネシウムの非常に特殊な鉱物形態であり、自然に小さい針状結晶又は針状若しくはブレード状結晶のクラストとして発生することを認識すべきである。それに加えて、ハイドロマグネサイトは、炭酸マグネシウムの明確で独特な形態であり、化学的、物理的及び構造的に炭酸マグネシウムの他の形態とは異なることに注意すべきである。X線回折分析、熱重量分析又は元素分析により、ハイドロマグネサイトは他の炭酸マグネシウムから容易に区別できる。特にハイドロマグネサイトとして記載されていない限り、炭酸マグネシウム(例えば、アルチナイト(Mg(CO)(OH)・3HO)、ダイピンジャイト(Mg(CO(OH)・5HO)、ギオルギオサイト(Mg(CO(OH)・5HO)、ポクロフスカイト(Mg(CO)(OH)・0.5HO)、マグネサイト(MgCO)、バリントナイト(MgCO・2HO)、ランスフォルダイト(MgCO・5HO)及びネスケホナイト(MgCO・3HO))の他の全ての形態は、本発明の意味内のハイドロマグネサイトではなく、上記の式に化学的には該当しない。
天然ハイドロマグネサイトの他に、合成ハイドロマグネサイト(又は沈降炭酸マグネシウム)を調製することができる。例えば、US1361324号、US935418号、GB548197号及びGB544907号は、一般に、重炭酸マグネシウム(典型的には「Mg(HCO」として記載される)の水溶液の形成を記載し、その後、これは、塩基、例えば、水酸化マグネシウムの作用によって変換されて、ハイドロマグネサイトが生成する。当技術分野に記載された他の方法は、ハイドロマグネサイト及び水酸化マグネシウムの両方を含有する組成物を調製することを提案し、水酸化マグネシウムは、水と混合されて懸濁液を形成し、これをさらに二酸化炭素及び塩基性水溶液と接触させて、対応する混合物を形成する。例えば、US5979461号を参照されたい。
ハイドロマグネサイトは、1種又は異なる種類のハイドロマグネサイトの混合物であることができることが認識される。本発明の一実施形態において、ハイドロマグネサイトは1種のハイドロマグネサイトを含み、好ましくはそれからなる。代替的に、ハイドロマグネサイトは2種以上のハイドロマグネサイトを含み、好ましくはそれらからなる。例えば、ハイドロマグネサイトは2種又は3種のハイドロマグネサイトを含み、好ましくはそれらからなる。好ましくは、ハイドロマグネサイトは1種のハイドロマグネサイトを含み、より好ましくはそれからなる。
本発明の好ましい実施形態によれば、第1の充填剤は、表面反応炭酸カルシウムである。
第1の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部、好ましくは1.0~90.0重量部、より好ましくは4.0~80.0重量部、さらにより好ましくは6.0~60.0重量部、最も好ましくは10.0~40.0重量部の量で充填剤組成物中に存在する。
第1の充填剤は粒状材料の形態が好ましく、製造される製品の種類に関与する材料に対して慣用的に用いられている粒径分布を有することができる。本発明の一実施形態によれば、第1の充填剤は、1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50を有する。
代替的に、又は追加的に、第1の充填剤は、2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90を有する。
代替的に、又は追加的に、第1の充填剤は、2~150μm、好ましくは4~100μm、より好ましくは4~80μm、さらにより好ましくは5~60μm、最も好ましくは7~30μmのトップカット粒径d90を有する。
代替的に、又は追加的に、第1の充填剤は、BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する。
したがって、第1の充填剤は、
1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び/又は
2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有することが好ましい。
例えば、第1の充填剤は、
1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、又は
2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、又は
BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する。
代替的に、第1の充填剤は、
1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び
2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び
BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する。
本発明の一実施形態において、第1の充填剤は、1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μm、例えば、約4μmの中央粒径d50を有し、BET窒素法で測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/g、例えば、約80m/gの比表面積を有する。
本発明の一実施形態によれば、第1の充填剤は、少なくとも1種の表面処理剤で表面処理される。好ましくは、少なくとも1種の表面処理剤が、一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及び反応生成物からなる群から選択され、より好ましくは飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩、それらの混合物、及びそれらの反応生成物からなる群から選択される。
例えば、第1の充填剤の接近可能な表面積の少なくとも1%、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも30%、50%、70%、最も好ましくは90%が、好ましくは一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択される少なくとも1種の表面処理剤を含むコーティングにより覆われる。
本発明の別の実施形態によれば、第1の充填剤は、表面処理された第1の充填剤と表面処理されていない第1の充填剤とのブレンドである。
本発明で使用することができる可能な表面処理剤は、当業者に知られており、市販されている。さらに、このような可能な表面処理剤は、例えば、EP2722368号、EP2770017号、EP3176204号及びEP3339355号に記載されている。
<第2の充填剤>
上で既に設定されているように、第2の充填剤は、粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される。
本発明の一実施形態によれば、第2の充填剤は、好ましくは粉砕炭酸カルシウム及び沈降炭酸カルシウムを含み、それらからなる。
本明細書中で使用される「粉砕炭酸カルシウム」(GCC)又は「粉砕天然炭酸カルシウム」(GNCC)という用語は、破砕及び/又は粉砕(grinding)等の湿式及び/又は乾式粉砕(comminution)工程で処理され、任意に、例えば、サイクロン又は分級機によるふるい分け及び/又は分別等のさらなる工程に供された採鉱された天然の炭酸カルシウム含有鉱物(例えば、白亜、石灰石、大理石又はドロマイト)から得られる粒状材料を指す。
本発明の好ましい実施形態によれば、第2の充填剤は、粉砕炭酸カルシウム(GCC)を含み、好ましくはそれからなる。別の好ましい実施形態によれば、粉砕炭酸カルシウム(GCC)は、大理石、石灰石、ドロマイト及び/又は白亜である。
粉砕炭酸カルシウムは、1種又は異なる種類の粉砕炭酸カルシウムの混合物であることができることが認識される。本発明の一実施形態では、粉砕炭酸カルシウムは1種の粉砕炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれからなる。代替的に、粉砕炭酸カルシウムは2種以上の粉砕炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。例えば、粉砕炭酸カルシウムは、2種又は3種の粉砕炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。好ましくは、粉砕炭酸カルシウムは、1種の粉砕炭酸カルシウムを含み、より好ましくはそれからなる。
本発明の意味における「沈降炭酸カルシウム」(PCC)は、水性環境中で二酸化炭素と水酸化カルシウム(水和石灰)との反応に続く沈降によって得られる合成材料である。代替的に、沈降炭酸カルシウムは、水性環境中でカルシウム塩及び炭酸塩、例えば、塩化カルシウム及び炭酸ナトリウム塩を反応させることによって、又は溶液からカルシウムイオン及び炭酸イオン、例えば、CaCl及びNaCOを沈降させることによって、得ることもできる。PCCを生産するさらなる可能な方法は、石灰ソーダ法、又はPCCがアンモニア生産の副産物であるソルベー法である。
本発明の好ましい実施形態によれば、第2の充填材は、沈降炭酸カルシウム(PCC)を含み、好ましくはそれからなる。別の好ましい実施形態によれば、PCCは菱面体及び/又は偏三角面体及び/又はアラゴナイトであり、好ましくは、沈降炭酸カルシウムは、アラゴナイト、バテライト又はカルサイト鉱物結晶形態又はそれらの組合せ結晶形を含む。
沈降炭酸カルシウムは、1種又は異なる種類の沈降炭酸カルシウムの混合物であることができることが認識される。本発明の一実施形態では、沈降炭酸カルシウムは、1種の沈降炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれからなる。代替的に、沈降炭酸カルシウムは、2種以上の沈降炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。例えば、沈降炭酸カルシウムは、2種又は3種の沈降炭酸カルシウムを含み、好ましくはそれらからなる。好ましくは、沈降炭酸カルシウムは1種の沈降炭酸カルシウムを含み、より好ましくはそれからなる。
好ましい一実施形態において、第2の充填剤は粉砕炭酸カルシウムである。
第2の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部、好ましくは10.0~99.0重量部、より好ましくは20.0~96.0重量部、さらにより好ましくは40.0~94.0重量部、最も好ましくは60.0~90.0重量部の量で充填剤組成物中に存在する。
第2の充填剤は粒状材料の形態が好ましく、製造される製品の種類に関与する材料に対して慣用的に用いられる粒径分布を有することができる。一般に、第2の充填剤は、0.1~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7μm~7.5μmの範囲の中央粒径d50値を有することが好ましい。
代替的に、又は追加的に、第2の充填剤は、0.5μm~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径(d90)を有する。
代替的に、又は追加的に、第2の充填剤は、100μm以下のトップカット(d90)を有する。例えば、第2の充填剤は、50μm以下、最も好ましくは25μm以下のトップカット(d90)を有する。
代替的に、又は追加的に、第2の充填剤は、BET窒素法により測定された0.1~100m/gのBET比表面積を有する。例えば、第2の充填剤は、BET窒素法により測定された0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積(BET)を有する。
代替的に、又は追加的に、第2の充填剤は、第2の充填剤の総乾燥重量に基づいて、0.01~2重量%、好ましくは0.01~1重量%、より好ましくは0.02~0.5重量%、最も好ましくは0.03~0.2重量%の残留総水分含有量を有する。
したがって、第2の充填剤は、
0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、及び/又は
0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有することが好ましい。
例えば、第2の充填剤は、
0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、又は
0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、又は
BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有する。
代替的に、第2の充填剤は、
0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、及び
0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び
BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有する。
本発明の一実施形態において、第2の充填剤は、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7μm~7.5μm、例えば、約0.9μm又は約4μmの中央粒径d50値を有し、BET窒素法により測定された0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/g、例えば、約7.9m/g又は27m/gの比表面積を有する。
本発明の好ましい実施形態によれば、第2の充填剤は粉砕炭酸カルシウムである。
第2の充填剤は乾燥粉砕材料であり、材料は湿式粉砕され、乾燥されるか、又は前記材料の混合物であることが好ましい。一般に、粉砕工程は、例えば、微粉化が主に二次体との衝撃から生じるような条件下で、任意の従来の粉砕装置で、例えば、ボールミル、ロッドミル、振動ミル、ロールクラッシャー、遠心衝撃ミル、縦型ビーズミル、アトリションミル、ピンミル、ハンマーミル、粉砕機、細断機、デクランパー、ナイフカッター、又は当業者に知られている他のそのような装置のうちの1つ以上において実施され得る。
第2の充填剤が湿潤粉砕炭酸カルシウムである場合、粉砕工程は、自生粉砕が行われる条件下で及び/又は水平ボールミルミリングによって、及び/又は当業者に知られている他のそのような方法によって行われ得る。こうして得られた湿式処理された粉砕炭酸カルシウムは、周知の方法によって、例えば、乾燥前の凝集、濾過又は強制蒸発によって、洗浄及び脱水することができる。後続の乾燥工程は、噴霧乾燥等の単一の工程で、又は少なくとも2工程で、例えば、少なくとも1種の炭酸カルシウム含有充填剤材料の総乾燥重量に基づいて、約1重量%を超えないレベルまで関連する水分含有量を減少させるために、炭酸カルシウム含有充填剤材料に第1の加熱工程を適用することによって、実施され得る。充填剤の残留総水分含有量は、カールフィッシャー電量滴定法によって測定することができ、195℃のオーブン中で水分を脱着し、10分間100ml/分で乾燥Nを使用して、それをKF電量計(MettlerオーブンDO 0337と組み合わしたMettler Toledo電量KF滴定装置C30)に連続的に通過させる。残留総水分含有量は検量線で求めることができ、また、試料を用いずに盲検下で10分間のガス流量を考慮に入れることができる。残留総水分含有量は、少なくとも1種の炭酸カルシウム含有充填剤材料に第2の加熱工程を適用することによってさらに減少させることができる。乾燥が複数の乾燥工程で実施される場合、第1の工程は熱い空気流中で加熱することができるが、第2以降の乾燥工程は、対応する容器内の雰囲気が表面処理剤を含む間接加熱により実施することが好ましい。また、第2の充填剤材料は、不純物を除去するための選鉱工程(浮選、漂白又は磁気分離工程等)に供することが一般的である。
本発明の一実施形態では、第2の充填剤は、乾燥粉砕炭酸カルシウムを含む。別の好ましい実施形態において、第2の充填剤は、水平ボールミル中で湿式粉砕され、続いて噴霧乾燥の周知の方法を用いることによって乾燥される。
例えば、第2の充填剤が湿式粉砕され、噴霧乾燥された炭酸カルシウムである場合、第2の充填剤の残留総水分含有量は、第2の充填剤の総乾燥重量に基づいて、好ましくは0.01~2重量%、好ましくは0.01~1重量%、より好ましくは0.02~0.5重量%、最も好ましくは0.03~0.2重量%であり、及び/又は第2の充填剤は、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7μm~7.5μm、例えば、約0.9μmの中央粒径d50値を有し、BET窒素法により測定された0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/g、例えば、約7.9m/gの比表面積を有する。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、第2の充填剤は沈降炭酸カルシウム、好ましくはカルサイトであり、第2の充填剤の総乾燥重量に基づいて、0.01~2重量%、好ましくは0.01~1重量%、より好ましくは0.02~0.5重量%、最も好ましくは0.03~0.2重量%の残留総水分含有量を有し、及び/又は第2の充填剤は沈降炭酸カルシウムであり、好ましくはカルサイトは、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7μm~7.5μm、例えば、約4.0μmの中央粒径d50値を有し、BET窒素法により測定された0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、例えば、約27m/gの比表面積を有する。
本発明の一実施形態によれば、第2の充填剤は、少なくとも1種の表面処理剤で表面処理される。好ましくは、少なくとも1種の表面処理剤が、一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択され、より好ましくは飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩、それらの混合物、及びそれらの反応生成物からなる群から選択される。
例えば、第2の充填剤の利用可能な表面積の少なくとも1%、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも30%、50%、70%、最も好ましくは90%が、好ましくは一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択される少なくとも1種の表面処理剤を含むコーティングによって覆われる。
本発明の別の実施形態によれば、第2の充填剤は、表面処理された第2の充填剤と表面処理されていない第2の充填剤とのブレンドである。
本発明で使用できる可能な表面処理剤は当業者に知られており、市販されている。さらに、このような可能な表面処理剤は、例えば、EP2722368号、EP2770017号、EP3176204号及びEP3339355号に記載されている。
<充填剤組成物>
少なくとも1つの充填剤組成物は、少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量でPVC樹脂組成物中に存在する。好ましくは、少なくとも1つの充填剤組成物は、1.0~60.0phr、好ましくは5.0~50phr、より好ましくは10~40phr、さらにより好ましくは15~35phr、最も好ましくは25phrの量で存在する。
少なくとも1つの充填剤組成物は、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、及び
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも1つの充填剤組成物は、表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択され、好ましくは表面反応炭酸カルシウムである第1の充填剤のみからなる。この場合、少なくとも1つの充填剤組成物中に第2の充填剤は存在しない。
本発明の別の好ましい実施形態によれば、充填剤組成物は、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、及び
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部であり、第1の充填剤は表面反応炭酸カルシウムであり、及び/又は第2の充填剤は粉砕炭酸カルシウムである。好ましい実施形態によれば、第1の充填剤は表面反応炭酸カルシウムであり、第2の充填剤は粉砕炭酸カルシウムである。
本発明の別の実施形態によれば、第1の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、1.0~90.0重量部、好ましくは4.0~80.0重量部、より好ましくは6.0~60.0重量部、最も好ましくは10.0~40.0重量部の量で充填剤組成物中に存在し、第2の充填剤は、充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、10.0~99.0重量部、好ましくは20.0~96.0重量部、より好ましくは40.0~94.0重量部、最も好ましくは60.0~90.0重量部の量で充填剤組成物中に存在し、ただし、第1の充填剤と第2の充填剤の合計は100重量部である。
<少なくとも1種の発泡剤>
本発明のPVC樹脂組成物は、少なくとも1種の発泡剤を0.10~10phrの量でさらに含む。
本発明の意味における「少なくとも1種の」発泡剤という用語は、発泡剤が1種以上の発泡剤を含み、好ましくはそれからなることを意味する。
本発明の一実施形態では、PVC樹脂組成物中の少なくとも1種の発泡剤は1種の発泡剤を含み、好ましくはそれからなる。代替的に、少なくとも1種の発泡剤は2種以上の発泡剤を含み、好ましくはそれらからなる。例えば、少なくとも1種の発泡剤は2種又は3種の発泡剤を含み、好ましくはそれらからなる。
好ましくは、PVC樹脂組成物中の少なくとも1種の発泡剤は2種の異なる発泡剤の混合物を含み、より好ましくはそれからなる。
発泡剤は、当業者に周知であり、ポリマーの発泡に広く使用される種類のものであってもよい。
本発明で使用され得る典型的な化学的発泡剤(例えば、ガスを生成する分解反応を受ける材料)は、発熱性及び吸熱性化学的発泡剤を含む。本発明での使用に適した発熱性化学的発泡剤の例としては、アゾジカルボンアミド、ジアゾアミノベンゼン、アゾ-ビス-イソブチロ-ニトリル、p,p-オキシビス(ベンゼン)スルホニルヒドラジド、p-トルエンスルホニルヒドラジド、p-トルエンスルホニルセミカルバジド、ジニトロソペンタメチルテトラミン、及び5-フェニルテトラゾールが挙げられるが、これらに限定されない。適切な吸熱性化学的発泡剤の非限定的な例としては、炭酸水素ナトリウムとしても知られる重炭酸ナトリウム及び水素化ホウ素ナトリウムが挙げられる。いくつかの市販の発泡剤は、発熱性及び吸熱性発泡剤の混合物を組み合わせている。このような組合せ発泡剤の例としては、Kibbe Chem Engineered Blowing Agents and Colorants,Inc.のGMAシリーズ及びAmerichem,Inc.のForticellシリーズが挙げられる。
他の好適な化学的発泡剤には、所望の発泡温度で状態の変化を受ける、例えば、発泡処理中に液体から気体への相変化を受ける化合物が含まれる。そのような薬剤は、例えば、クロロフルオロカーボン(CFC)、HFCF、炭化水素、ハロゲン化アルカン、メタノール等の低沸点アルコール、アセトン等のケトン、又は低沸点エステル(ギ酸メチル)である。
典型的な物理的発泡剤は、例えば、超臨界CO、Nのような超臨界ガスであり、又は加圧されて液体になり得る任意の他の不活性ガスを導管により押出機に発泡剤として加えることができる。さらに、発泡剤として空気を利用することができる。
本発明の一実施形態によれば、少なくとも1種の発泡剤は、物理的発泡剤、吸熱性又は発熱性の化学的発泡剤、又はその混合物である。
好ましくは、発泡剤は吸熱性又は発熱性化学的発泡剤である。好ましい一実施形態において、発泡剤は、それが少なくとも180℃、より好ましくは少なくとも190℃、最も好ましくは少なくとも200℃の温度で分解するように選択される。例えば、発泡剤は、200℃~240℃の間の分解温度を有するように選択される。発泡剤は、さらに、その分解温度を低下させるための1種以上の添加剤を含み得る。
好ましい一実施形態において、発泡剤はアゾジカルボンアミドである。本発明の目的のために、特定の温度より高い温度で分解し、ガスを発生させる任意のアゾジカルボンアミドは、本発明の樹脂組成物における使用に適している。好ましい一実施形態において、アゾジカルボンアミドは、少なくとも180℃、より好ましくは少なくとも190℃、最も好ましくは少なくとも200℃の温度で分解するように選択される。例えば、アゾジカルボンアミドは200~210℃の間の分解温度を有するように選択される。このようなアゾジカルボンアミドは当業者に知られており、例えば、LanxessからGenitron EPEという商標で市販されている。
別の好ましい実施形態では、発泡剤は炭酸水素ナトリウムである。本発明の目的のために、特定の温度より高い温度で分解し、ガスを発生させる任意の炭酸水素ナトリウムは、本発明の樹脂組成物における使用に適している。好ましい一実施形態では、炭酸水素ナトリウムは、少なくとも50℃の温度で分解するように選択される。このような炭酸水素ナトリウムは当業者に知られており、例えば、LanxessからGenitron TP BCH 51051という商標で市販されている。
本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも1種の発泡剤は、吸熱性発泡剤と発熱性発泡剤との混合物であり、最も好ましくは、アゾジカルボンアミドと炭酸水素ナトリウムとの混合物である。
別の好ましい実施形態では、本発明の組成物は、粉末形態のアゾジカルボンアミド及び/又は炭酸水素ナトリウムを含む。
発泡剤は、所望の程度の発泡を生じるのに十分な量、すなわち0.10phr~10phrの間の量で使用される。好ましくは、本発明の樹脂組成物は、0.3phr~8.0phrの間の量、最も好ましくは0.5phr~6.0phrの間の量の少なくとも1種の発泡剤を含む。代替的に、本発明の樹脂組成物は、2.0phr未満の量、好ましくは0.5phr~1.0phrの量の少なくとも1種の発泡剤を含む。例えば、発泡剤は樹脂組成物中に0.7phrの量で存在する。
代替的に、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、5重量%未満、より好ましくは0.1重量%~4重量%、さらにより好ましくは0.2~2重量%、最も好ましくは0.3重量%~1重量%の量の発泡剤を含む。好ましい一実施形態において、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、0.3重量%~0.8重量%の間の量の発泡剤を含む。例えば、本発明の樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、約0.50重量%の量の少なくとも1種の発泡剤を含む。
少なくとも1種の発泡剤が2種以上の発泡剤を含む場合、本発明の樹脂組成物は、それぞれの発泡剤を同量又は異なる量、好ましくは同量で含む。
<PVC樹脂組成物のさらなる好ましい実施形態>
本発明のPVC樹脂組成物は、発泡硬質ポリマー製品を調製するために一般に使用されるさらなる添加剤を含むことができる。このような添加剤は、例えば、ポリマー製品の耐衝撃性、溶融弾性、安定性及び酸化に対する耐性を高める目的で添加することができる。好ましくは、PVC樹脂組成物は、核形成剤、安定剤、衝撃改質剤、潤滑剤添加剤、加工助剤及びそれらの混合物を含む群から選択される少なくとも1種の成分をさらに含む。
好ましい一実施形態において、本発明の樹脂組成物は、少なくとも1種の加工助剤をさらに含む。加工助剤は、溶融弾性及び強度を改善し、加工中の気泡構造の崩壊を防止するために樹脂組成物に使用される。特に好ましい一実施形態において、加工助剤は、低分子量アクリルポリマー及び/又は高分子量又は超高分子量アクリルポリマーから選択される。アクリルポリマーはアクリルコポリマーであることが好ましい。
加工助剤が低分子量アクリルポリマーである場合、アクリルポリマーは、比重が1.05g/cm~1.15g/cmの間、より好ましくは1.07g/cm~1.12g/cmの間、例えば、約1.10g/cmのアクリルコポリマーであることが好ましい。代替的に、又は追加的に、低分子量アクリルポリマーは、少なくとも0.35g/cm、より好ましくは少なくとも0.38g/cm、最も好ましくは少なくとも0.40g/cm、例えば、約0.40g/cmのかさ密度を有する。本発明の意味における「かさ密度」は、粉末、顆粒及び他の「分割された」固体の特性であり、材料の多くの粒子の質量をそれらが占める総体積で除したものと定義される。総体積には、粒子体積、粒子間空隙体積及び内部細孔容積が含まれる。代替的に、又は追加的に、低分子量アクリルポリマーは、0.05Pa・s~0.30Pa・sの間、より好ましくは0.08Pa・s~0.25Pa・sの間、最も好ましくは0.10Pa・s~0.20Pa・sの間、例えば、0.13~0.19Pa・sの間の比粘度を有する。代替的に、又は追加的に、低分子量アクリルポリマー粒子の2重量%以下、好ましくは1.5重量%以下、最も好ましくは1重量%以下が16メッシュのふるいを通過する。
加工助剤が高分子量又は超高分子量アクリルポリマーの場合、アクリルポリマーは、比重が1.07g/cm~1.20g/cmの間、より好ましくは1.10g/cm~1.15g/cmの間、例えば、約1.11g/cmのアクリルコポリマーであることが好ましい。代替的に、又は追加的に、高分子量又は超高分子量アクリルポリマーは、少なくとも0.30g/cm、より好ましくは少なくとも0.40g/cm、最も好ましくは少なくとも0.45g/cm、例えば、約0.50g/cmのかさ密度を有する。代替的に、又は追加的に、高分子量又は超高分子量アクリルポリマーは、1.5Pa・s~6.5Pa・sの間、より好ましくは2Pa・s~6Pa・sの間、最も好ましくは2.5Pa・s~5.5Pa・sの間、例えば、3Pa・s~5Pa・sの間の比粘度を有する。代替的に、又は追加的に、高分子量又は超高分子量アクリルポリマー粒子の5重量%以下、好ましくは4重量%以下、最も好ましくは3重量%以下が40メッシュのふるい上に残る。
一実施形態において、少なくとも1種の加工助剤は、加工助剤の混合物を含む。さらに好ましい実施形態では、加工助剤は、低分子量アクリルポリマーと高分子量アクリルポリマーとの混合物を含む。
加工助剤が低分子量アクリルポリマーと高分子量アクリルポリマーとの混合物を含む場合、低分子量アクリルポリマーと高分子量アクリルポリマーのモル比は5:1~1:5、より好ましくは4:1~1:4、さらにより好ましくは3:1~1:3、最も好ましくは2:1~1:2である。本発明の特に好ましい一実施形態において、低分子量アクリルポリマーと高分子量アクリルポリマーのモル比は、約1:1である。
本発明の好ましい実施形態によれば、少なくとも1種の加工助剤は高分子量又は超高分子量のアクリルポリマーである。
少なくとも1種の加工助剤は粉末の形態で提供されることが好ましい。
本発明の組成物に適した加工助剤は、多種多様な商業的供給源から入手可能である。有用な加工助剤には、米国パサデナのKaneka Texas CorporationからKane Ace(R) PA101加工助剤又はKane Ace(R) PA650加工助剤として入手可能な加工助剤、又はArkemaから商標Plastistrength 566で入手可能な加工助剤が含まれる。
本発明の樹脂組成物は、加工助剤を、好ましくは少なくとも0.5phr、より好ましくは1phr~10phr、最も好ましくは2phr~9phrの量で含む。例えば、樹脂組成物は、7phrの量の加工助剤を含む。
代替的に、樹脂組成物は、樹脂組成の総重量に基づいて、少なくとも1重量%、より好ましくは1.5重量%~10重量%、最も好ましくは2.5重量%~7.0重量%の量の加工助剤を含む。例えば、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、4.5重量%~5.5重量%の量の加工助剤を含む。
一実施形態では、硬質ポリマー発泡体の衝撃強度を改善するために使用される典型的なアクリル衝撃改質剤を、特定の状況に従って樹脂組成物に添加することができる。この点に関して、樹脂組成物は、少なくとも1phr、より好ましくは2phr~6phr、最も好ましくは3phr~5phrの量のアクリル衝撃改質剤を含む。例えば、樹脂組成物は、4phrの量のアクリル衝撃改質剤を含む。
代替的に、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも1.5重量%、より好ましくは1.5重量%~5重量%、最も好ましくは2重量%~4重量%の量のアクリル衝撃改質剤を含む。好ましい一実施形態において、樹脂組成物は、樹脂組成の総重量に基づいて、2.5重量%~3.5重量%の量のアクリル衝撃改質剤を含む。例えば、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、3重量%~3.25重量%の量のアクリル衝撃改質剤を含む。
本発明の組成物に適したアクリル衝撃改質剤は、多種多様な商業的供給源から入手可能である。有用なアクリル衝撃改質剤には、Paraloid(商標) KM 366として米国ミッドランドのDow Chemical Companyから入手可能なアクリル衝撃改質剤が含まれる。
好ましい一実施形態において、安定剤が樹脂組成物に添加される。安定剤は、典型的には、Pb安定剤、Sn含有安定剤、Ca-Zn含有安定剤、有機をベースとする安定剤OBS(R)、Ca-有機塩基安定剤、Ba-Zn含有安定剤、又はそれらの組み合わせから選択される。特に好ましい一実施形態では、Ca-Zn含有安定剤が樹脂組成物に添加される。この点に関して、樹脂組成物は、好ましくは少なくとも1phr、より好ましくは1phr~約6phr、さらにより好ましくは2phr~5phr、最も好ましくは3phr~4phrの量のCa-Zn含有安定剤を含む。例えば、樹脂組成物は、約3.5phrの量のCa-Zn含有安定剤を含む。
代替的に、樹脂組成物は、樹脂組成の総重量に基づいて、少なくとも2重量%、より好ましくは2重量%~5重量%、最も好ましくは2.3重量%~4重量%の量のCa-Zn含有安定剤を含む。好ましい一実施形態において、樹脂組成物は、樹脂組成の総重量に基づいて、2.4重量%~3重量%の量のCa-Zn含有安定剤を含む。例えば、樹脂組成物は、樹脂組成の総重量に基づいて、約2.5重量%の量のCa-Zn含有安定剤を含む。
本発明の組成物に適したCa-Zn含有安定剤は、多種多様な商業的供給源から入手可能である。有用なCa-Zn含有安定剤には、Stabilox CZ 2913 GNとしてドイツのロクスシュテットのReagens若しくはウンターシュライスハイムのBaerlocher GmbHから入手可能なCa-Zn含有安定剤、又はR9347PS/7としてBaeropanから入手可能なCa-Zn含有安定剤が含まれる。
代替的に、安定剤は、多種多様な有機スズ安定剤から選択することができる。例えば、本発明の組成物に、金属スズ、リバースエステルスズ及びスズメルカプチドを加えることができる。このような有機スズ安定剤は、いくつかの種類の化合物を含む。スズメルカプチド安定剤は、ジアルキルスズビス(イソ-チオグリコレート)とモノアルキルスズトリス(イソ-チオグリコレート)との混合物を含む。リバースエステルスズ安定剤は、ジアルキルスズビス(2-メルカプトエチルオレエート)のブレンドを含む。本発明の組成物に添加することができる他の有機スズ安定剤は、ジアルキスズカルボキシレートエステルを含み、そのうち最も一般的なものは、ジアルキルスズマレエートオクトエートのようなジアルキルスズマレエートエステルである。
有機スズ安定剤が本発明の樹脂組成物に添加される場合、前記樹脂組成物は、好ましくは少なくとも0.1phr、より好ましくは0.1phr~約1.75phr、最も好ましくは0.25phr~1.5phrの量の有機スズ安定剤を含む。例えば、樹脂組成物は、0.25phr~1.25phrの間の量の有機スズ安定剤を含む。
代替的に、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも0.1重量%、より好ましくは0.1重量%~2.5重量%、最も好ましくは0.1重量%~2重量%の量の有機スズ安定剤を含む。好ましい一実施形態において、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~2重量%の間の量の有機スズ安定剤を含む。例えば、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、0.1重量%~1.75重量%の量の有機スズ安定剤を含む。
一実施形態において、核形成剤が樹脂組成物に添加される。核形成剤は、好ましくは、発泡のための気泡の形成が促進されるように選択される。好ましい一実施形態において、核形成剤は結晶化を助けない。気泡促進核形成剤は、樹脂組成物中に任意に含まれ得る。このような気泡促進核形成剤は、クエン酸及び重炭酸ナトリウム又は他のアルカリ金属重炭酸塩、タルク、酸化ケイ素、珪藻土、カオリン、ポリカルボン酸及びそれらの塩、並びに二酸化チタンの混合物をはじめとする、このような核形成剤として有用であることが先行技術に開示されている様々な不活性固体から選択することができる。これらの目的のために当技術分野で開示されている他の不活性固体もまた、適切であることがわかり得る。
一実施形態では、樹脂組成物は、好ましくは少なくとも0.1phr、より好ましくは2phr~約6phr、最も好ましくは3phr~5phrの量の核形成剤を含む。例えば、樹脂組成物は、4phr~4.5phrの間の量の核形成を含む。
代替的に、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、少なくとも0.2重量%、より好ましくは2重量%~5重量%、最も好ましくは2.5重量%~5重量%の量の核形成剤を含む。好ましい一実施形態において、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、2.5重量%~4重量%の間の量の核形成剤を含む。例えば、樹脂組成物は、樹脂組成物の総重量に基づいて、3重量%~3.5重量%の量の核形成剤を含む。
本発明の好ましい実施形態によれば、樹脂組成物中に核形成剤は存在しない。
代替的に、又は追加的に、潤滑剤、ステアリン酸カルシウム及び/又は二酸化チタンのようなさらなる添加剤を、必要であれば添加してもよい。このようなさらなる添加剤は、好ましくは、少なくとも0.01phr、より好ましくは0.01phr~9phr、最も好ましくは0.02phr~7.0phrで樹脂組成中に存在する。例えば、樹脂組成物は、約0.05phrの量のこれらのさらなる添加剤を含む。特に好ましい一実施形態において、さらなる添加剤は潤滑剤である。
本発明の組成物に適した潤滑剤、ステアリン酸カルシウム及び/又は二酸化チタンは、多種多様な商業的供給源から入手可能である。有用な潤滑剤には、Realube 3010としてReagens Deutschland GmbHから入手可能な潤滑剤、又はBaerolube PA Spezialという商標の下でBaerlocherから入手可能な潤滑剤が含まれる。有用なステアリン酸カルシウムには、Realube AISとしてReagens Deutschland GmbHから入手可能なステアリン酸カルシウムが含まれる。有用な二酸化チタンには、Dupont R960として米国ウィルミントンのDupontから入手可能な二酸化チタンが含まれる。そのような化合物の知られた供給者は、Arkema、Lanxess、Baerlocher、Chemson、Ika、Reagens、Akdeniz Kimya、Kronos、DuPont、Huntsman等である。本発明で用いることができる知られた潤滑剤は、C14~C18脂肪アルコール、C14~C18ジカルボン酸エステル、C14~C18脂肪酸グリセロールエステル、C14~C18金属石鹸、C16~C18脂肪酸グリセロールエステル、C14~C18脂肪酸エステル、C16~C18脂肪酸エステル、C6~C18エステルワックス、C14~C18エステルワックス、C14~C18脂肪酸アミド、C18金属石鹸、C14~C18ヒドロキシ脂肪酸、>C14~C18脂肪酸、>C20パラフィンワックス又は約C100ポリエチレンワックスである。
好ましい一実施形態では、樹脂組成物は、少なくとも1種のPVC樹脂(少なくとも1種のPVC樹脂は、ポリ塩化ビニルホモポリマーである)、本発明による少なくとも1つの充填剤組成物、本発明による少なくとも1種の発泡剤、Ca-Zn含有安定剤、潤滑剤、及び加工助剤(加工助剤は、高分子量又は超高分子量アクリルポリマーである)の混合物を含む。
特に好ましい一実施形態において、樹脂組成物は、100phrの量の少なくとも1種のPVC樹脂(少なくとも1種のPVC樹脂は、ポリ塩化ビニルホモポリマーである)、本発明による少なくとも1つの充填剤組成物、本発明による少なくとも1種の発泡剤、3.5phrの量のCa-Zn含有安定剤、0.05phrの量の潤滑剤、及び7phrの量の加工助剤(加工助剤は、高分子量又は超高分子量アクリルポリマーである)の混合物を含む。
別の好ましい実施形態では、第1の充填剤及び/又は第2の充填剤は、少なくとも1種の表面処理剤で表面処理されるか、又は表面処理された充填剤と表面処理されていない充填剤とのブレンドである。例えば、第1の充填剤のみが少なくとも1種の表面処理剤で表面処理され、第2の充填剤が表面処理されないか、又は第1の充填剤が表面処理されず、第2の充填剤が少なくとも1種の表面処理剤で表面処理される。代替的に、両方の充填剤が少なくとも1種の表面処理剤で表面処理されるか、又は両方の充填剤が表面処理されない。第1の充填剤及び/又は第2の充填剤は、表面処理された充填剤と表面処理されていない充填剤とのブレンドであってもよく、例えば、第1の充填剤は、表面処理された第1の充填剤と表面処理されていない第1の充填剤とのブレンドであることができ、及び/又は第2の充填剤は、表面処理された第2の充填剤と表面処理されていない第2の充填剤とのブレンドであることができる。好ましくは、少なくとも1種の表面処理剤は、一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択され、より好ましくは飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩、それらの混合物、及びそれらの反応生成物からなる群から選択される。
例えば、第1の充填剤及び/又は第2の充填剤の利用可能な表面積の少なくとも1%、好ましくは少なくとも10%、より好ましくは少なくとも30%、50%、70%、最も好ましくは90%が、好ましくは一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択される少なくとも1種の表面処理剤を含むコーティングによって覆われる。
本発明の意味における用語「利用可能な表面積」とは、熱流動層噴霧コーティング、熱ウェットコーティング、溶媒アシスト又は自己組織化コーティング等のような当業者に知られたコーティング技術によって塗布される少なくとも1種の表面処理剤に接近しやすいか又は晒され、それによって第1の充填剤及び/又は第2の充填剤粒子の表面上に少なくとも1種の表面処理剤の単分子層を形成する第1の充填剤及び/又は第2の充填剤の粒子の表面を意味する。この点に関して、利用可能な表面積の完全な飽和に必要な少なくとも1種の表面処理剤の量は、単分子層濃度として規定されることに留意すべきである。したがって、同様により高濃度を選択することができ、それによって、第1の充填剤及び/又は第2の充填剤粒子の表面上に二層構造又は多層構造を形成することができる。このような単分子層濃度は、Papirer、Schultz及びTurchiの発表(Eur.Polym.J.、20巻、No.12、pp.1155-1158、1984)に基づいて、当業者が容易に計算することができる。
本発明で使用できる可能な表面処理剤は、当業者に知られており、市販されている。さらに、このような可能な表面処理剤は、例えば、EP2722368号、EP2770017号、EP3176204号及びEP3339355号に記載されている。
本発明の意味における「その反応生成物」という用語は、第1及び/又は第2の充填剤を少なくとも1種の表面処理剤と接触させることによって典型的に得られる生成物を意味する。前記反応生成物は、塗布された表面処理剤と、第1及び/又は第2の充填剤の表面に位置する分子との間に形成されることが好ましい。
第1及び/又は第2の充填剤は、当業者に知られている任意の従来の表面処理方法により、少なくとも1種の表面処理剤で表面処理することができる。
しかし、第1及び/又は第2の充填剤が少なくとも1種の表面処理で処理される平均温度は、例えば、60℃~200℃、例えば、80℃~150℃の範囲であることができ、容器内の第1及び/又は第2の充填剤の滞留時間は約10秒を超える場合がある。
表面処理された第1の充填剤は、
1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び/又は
2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する。
表面処理された第2の充填剤は、
0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、及び/又は
0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有する。
<発泡ポリマー製品の調製法>
別の態様では、発泡ポリマー製品を調製するための方法であって、以下の工程、すなわち、本発明によるPVC樹脂組成物を提供する工程、及び該PVC樹脂組成物を、該PVC樹脂組成物が発泡ポリマー製品に変換される条件に供する工程を含む方法が提供される。
発泡ポリマー製品を調製するための適切な処理条件は、当業者に一般的に知られており、及び/又は一般的な知識に基づく日常的改変により確立することができる。
例えば、上記の成分は、当業者に一般的に知られている従来の高剪断混合技術によってブレンドすることができる。
従来の高剪断混合技術によりPVC樹脂組成物の成分を混合した後、本発明のPVC樹脂組成物は、当業者に一般的に知られているブロー成形、射出成形、圧縮成形又は押出成形等の従来の加工技術により、剛性ポリマー発泡体に変換することができる。
好ましい一実施形態において、本発明の樹脂組成物は、所望のダイを装着し、所望の温度まで加熱されている従来の押出機で加工される。押出機は、商業的に許容できる剛性ポリマー発泡体製品が形成されるようなスクリュー速度、温度及び滞留時間で操作される。
例えば、この樹脂は、逆回転スクリュー構成を備えたGoettfert/Krauss-Maffei二軸押出機(ドイツ、ブヒェン、Goettfert/ドイツ、ミュンヒェン、Krauss-Maffei)で加工され得る。Haake押出機の加熱域1~6の温度プロファイルは、ホッパーからダイまで各々140~200℃の間の温度に調整されることが好ましい。
好ましい一実施形態において、Goettfert/Krauss-Maffei押出機の加熱域1~10の温度プロファイルは、加熱域1~10が160℃~190℃の間の温度を有するように調整される。特に好ましい一実施形態では、Goettfert/Krauss-Maffei押出機の加熱域1~6に関する温度プロファイルは、バレル温度について170℃の温度に調整することが好ましい。アダプター及びダイは180℃に設定される。
好ましい一実施形態において、Goettfert/Krauss-Maffei押出機のスクリュー速度は、10rpm~100rpmの範囲、より好ましくは10rpm~60rpmの範囲、最も好ましくは20rpm~50rpmの範囲、例えば、40rpmで調整される。
好ましい実施形態によれば、前記PVC樹脂組成物を、前記PVC樹脂組成物が発泡ポリマー製品に変換される条件に供する工程は、以下の工程を含む。
b1) 工程a)のPVC樹脂組成物を押出機に供給する工程、
b2) 工程b1)のPVC樹脂組成物を機械的力、高温及び/又は高圧に曝して、少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を得る工程、
b3) 工程b2)の少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を押出ダイに通して、押出物を形成する工程、並びに
b4) 工程b3)の押出物から発泡ポリマー製品を形成する工程。
<製品、物品及び使用>
本発明の他の態様によれば、本発明に係るPVC樹脂組成物から発泡ポリマー製品が調製される。
より正確には、発泡ポリマー製品は、
a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
b) 少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物、及び
c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤と
を含む、PVC樹脂組成物から調製される。
さらにより正確には、発泡ポリマー製品は、
a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
b) 少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
i) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii) 充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物と、
c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤とを含み、
第1の充填剤は、1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び/又は
2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有し、
第2の充填剤は、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、及び/又は
0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び/又は
BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有するPVC樹脂組成物から調製される。
本発明のPVC樹脂組成物の利点は、該PVC組成物から得られる発泡ポリマー製品が、少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、i)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びにii)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物、と0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤のないこと以外は同じ組成物から得られた対応する発泡ポリマー製品の密度及び部品重量と同じか又はより低い密度及び部品重量を有することである。
本発明の一実施形態によれば、発泡ポリマー製品は、
a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
b) 少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
i)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物、と
c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤とを含むPVC樹脂組成物から調製され、
該発泡ポリマー製品は、少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1種の充填剤組成物のないこと以外は同じ組成物から得られた対応する発泡ポリマー製品の密度及び部品重量と同じか又はより低い密度及び部品重量を有する。
より正確には、本発明者らは、少なくとも1種のPVC樹脂の0.1~75.0phrの量の規定の充填剤組成物と0.10~10phrの本発明の少なくとも1種の発泡剤との組み合わせを含有する樹脂組成物からポリマー発泡体を調製することによって、発泡ポリマー製品の密度及び部品重量を維持することができるか、又は効果的に減少させることができることを見出した。したがって、得られる最終ポリマー発泡製品の密度及び部品重量を損なうことなく、充填剤の量を増加させることができる。本発明の樹脂組成物から調製された発泡体は優れた特性を示し、例えば、得られた発泡ポリマー製品は、0.40~1.3g/cmの範囲、好ましくは0.42~1.1g/cmの範囲、より好ましくは0.47~1.0g/cmの範囲、さらにより好ましくは0.50~0.90g/cmの範囲、最も好ましくは0.55~0.80g/cmの範囲の密度を有する。
本発明の好ましい実施形態によれば、本発明の発泡ポリマー製品は、連続気泡PVC発泡体、独立気泡PVC発泡体、発泡剛性PVCシート又は発泡剛性PVCボードである。
本発明の一実施形態によれば、発泡ポリマー製品は、
a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
b) 少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
i)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100重量部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
ii)充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5重量部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、ただし、第1の充填剤及び第2の充填剤の合計は100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物と
c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤とを含む、PVC樹脂組成物から調製され、
0.40~1.3g/cmの範囲、好ましくは0.42~1.1g/cmの範囲、より好ましくは0.47~1.0g/cmの範囲、さらにより好ましくは0.50~0.90g/cmの範囲、最も好ましくは0.55~0.80g/cmの範囲の密度を有し、及び/又は
連続気泡PVC発泡体、独立気泡PVC発泡体、発泡剛性PVCシート又は発泡剛性PVCボードである。
さらに好ましい実施形態において、本発明の樹脂組成物から調製される得られるポリマー製品は、発泡剛性PVCポリマー製品である。本発明の樹脂組成物から調製される得られる剛性ポリマー製品は、発泡剛性PVCポリマー製品であることが好ましい。
好ましい一実施形態において、本発明の樹脂組成物から調製される得られた発泡ポリマー製品は、均質な気泡サイズ分布を示す。
本発明の別の態様によれば、物品は、建築材料、窓枠、ダクト、パイプ、壁クラッド、インシュレーション、シーラント、標識、印刷媒体、展示板、クラウンモールディング、ドアケーシング、チェアレール、幅木(スカーティングボード、スカーティング、モップボード、フロアモールディング、又はベースモールディングとも呼ばれる)、自動車部品、海洋部品又は航空機部品である、本発明による発泡ポリマー製品を含む物品が提供される。本発明の好ましい実施形態によれば、物品は、パイプ、窓枠、又は建築材料である。本発明の好ましい実施形態によれば、物品は、クラウンモールディング、ドアケーシング、チェアレール、幅木(スカーティングボード、スカーティング、モップボード、フロアモールディング、又はベースモールディングとも呼ばれる)である。
別の態様によれば、本発明は、粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤を含む発泡PVC製品と比較して、得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための発泡性PVC樹脂組成物における表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤の使用を提供する。
別の態様によれば、本発明は、粉砕炭酸カルシウム及び沈降炭酸カルシウムからなる群から選択される充填剤を含む発泡PVC製品と比較して、得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための発泡性PVC樹脂組成物における表面反応炭酸カルシウム及びハイドロマグネサイトからなる群から選択される充填剤の使用を提供する。
別の態様によれば、本発明は、粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤を含む発泡性PVC樹脂組成物と比較して、発泡性PVC樹脂組成物中の発泡剤の量を減少させるための発泡性PVC樹脂組成物中における表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤の使用を提供する。
別の態様によれば、本発明は、粉砕炭酸カルシウム及び沈降炭酸カルシウムからなる群から選択される充填剤を含む発泡性PVC樹脂組成物と比較して、発泡性PVC樹脂組成物中の発泡剤の量を減少させるための発泡性PVC樹脂組成物における表面反応炭酸カルシウム及びハイドロマグネサイトからなる群から選択される充填剤の使用を提供する。
以下の実施例は、本発明をさらに示すが、本発明を例示された実施形態に限定することを意味するものではない。以下の実施例は、本発明による発泡PVCポリマー製品の密度を維持又は低減するための、少なくとも1種のPVC樹脂における少なくとも1種の発泡剤と組み合わせた本発明の少なくとも1つの充填剤組成物の有効性を示す。
<A.測定方法>
他に指示がない場合は、本発明に記載されているパラメータを、以下に記載されている測定方法に従って測定する。
<密度>
密度の測定は、Mettler Toledoの密度キットで浮力技術を用いて行う。測定のために、得られたPVC発泡体から各々20×40×10mmの寸法の試料5個を切り出し、空気中で重量(M)を測定する。続いて、蒸留水中の浮力(P)を測定し、密度を式(M/(M-P))*水の密度で計算する。
<泡質評価>
発泡試料は、透明な表面外観を有するように「Typ M50 Mikroschnittgeraet」を用いて切断する。続いて、平角位置にカメラ及びリングライトを備えた顕微鏡を用いて写真を撮影し、気泡周囲の均一な光条件及び気泡とマトリックスとの間の十分なコントラストを可能にする。適切な画像解析ソフトウェアを用いて、気泡を計数し、各気泡の円周を計算する。同じ拡大で同じ画像直径に対して、より小さな気泡円周及びより高い気泡量は、発泡ポリマーのより良好な核形成を示す。
<重量中央粒径d50値>
本発明を通して、d50は、表面反応炭酸カルシウム以外の全ての粒状材料の重量による重量中央粒径であり、すなわち、粒子の50重量%がより粗いか、より細かい粒径を表す。
重量中央粒径は沈降法に従って測定した。沈降法は重量場における沈降挙動の解析である。測定はMicromeritics Instrument CorporationのSedigraph(商標) 5100を用いて行う。この方法及び装置は当業者に知られており、充填剤及び顔料の粒径を決定するために一般に使用される。測定は0.1重量%のNaの水溶液中で行う。試料は高速撹拌器及び超音波を用いて分散させた。
<体積中央粒径d50値>
本発明を通して、d50は、表面反応炭酸カルシウムについての重量による体積中央粒径であり、すなわち、粒子の50重量%がより粗いか、より細かい粒径を表す。
体積を基準にする中央粒径d50(体積)及びトップカットd90(体積)は、Malvern Mastersizer 2000レーザー回折システム(Malvern Instruments Plc.、英国)を用いて評価する。測定により得られた生データはMie理論を用いて解析し、粒子屈折率1.57、吸収係数0.005でFraunhofer理論を用いて解析した。この方法及び装置は当業者に知られており、粒径分布の測定によく用いられる。例えば、「Principles of Instrumental analysis」、第7版、Skoog、Holler、Nieman、2018(第1版1992)に第34章871~882頁、及び多くの他の一般に知られている参考文献に記載されている。
<比表面積(BET)>
比表面積は、ISO 9277:2010に従い、窒素及びBET法を用いて測定した。
<水分含有量>
無機充填剤の水分含有量は熱重量分析(TGA)により測定する。TGA分析法は、質量の損失に関する情報を非常に正確に提供し、通常の知識である。例えば、「Principles of Instrumental analysis」、7版、Skoog、Holler、Nieman、2018(第1版1992)の31章の820~833頁、及び他にも多くの一般に知られている参照文献に記載されている。本発明において、熱重量分析(TGA)は、Mettler Toledo TGA 851を用いて、500±50mgの試料及び25℃~350℃の走査温度に基づいて、20℃/分の速度で、70ml/分の空気流下で行う。
代替的に、オーブン法によって無機充填剤の水分含有量を決定する。
<PVCのK値>
PVC溶液の粘度の測定に基づくPVCの分子量の尺度。それは通常は35~80の間の範囲である。低いK値は低分子量(処理は容易であるが、特性は劣る)を意味し、高いK値は高分子量(処理は困難であるが、極めて優れた特性を有する)を意味する。一般に、特定のPVC樹脂のK値は、包装又は添付の技術データシートのいずれかで樹脂の製造業者から提供される。K値はISO 1628-2に従って測定される。
<B.試料の調製及び試験>
比較例C1、C2、D1及びD2並びに発明例E1~E3、F1及びF2で調製した樹脂組成物の成分及びそれぞれの量を以下の表1及び表2に概説する。
Figure 2022536037000001
Figure 2022536037000002
特に、組成物の調製には、以下の市販の成分を使用した。
ISO 1628-2(商標Vynova S6030 PVC、Vynova Wilhelmshavenから市販)に従ったK値60のポリ塩化ビニルポリマー
Ca-Zn含有安定剤(商標Baeropan R9347PS/7でウンターシュライスハイムのBaerlocherから市販)。
発熱発泡剤アゾジカルボンアミド(商標Genitron EPEでレフェルクーゼンのLanxessから市販)
吸熱発泡剤NaHCO(商標Genitron TP BCH 51051でレフェルクーゼンのLanxessから市販)
潤滑剤添加剤(酸化PEワックス、商標Baerolube PA SpezialでウンターシュライスハイムのBaerlocherから市販)。
加工助剤(アクリル流動改質剤、商標Plastistrength 566でピエールベナイトのArkema社から市販)。
GCC01
粉砕天然炭酸カルシウム(GCC)は、天然由来であり、当業者に知られた、US5533678又はUS5873935に記載された粉砕方法に従って調製され、湿式粉砕処理中に分散剤を使用し、40重量%/60重量%の量のC18/C16の工業用脂肪酸混合物1重量%で処理した。このような工業用脂肪酸混合物は、それらのC18/C16量が、約30重量%~70重量%/70重量%~30重量%と変化することができ、また、それらの炭素鎖長がC14~C20であることも可能である。得られたGCCは以下の特徴を有する。
50=約0.94μm、
90=約3.0μm、
BET比表面積(表面処理前)=約7.9m/g。
PCC01
沈降炭酸カルシウム(PCC)は、Solvay(S.A.)から商標Winnofil S Propertiesで市販されており、以下の特徴を有する。
50=約0.1μm、
90=約0.3μm、
BET比表面積=約27m/g。
SRCC01
表面反応炭酸カルシウムは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約4.0μm、
90=約6.5μm、
BET比表面積=約80m/g。
HydroMg01
ハイドロマグネサイトは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約1.0μm、
90=約3.0μm、
BET比表面積=約80m/g。
GCC02
粉砕天然炭酸カルシウム(GCC)は、天然由来であり、当業者に知られた、US5533678又はUS5873935に記載された粉砕方法に従って調製され、湿式粉砕処理中に分散剤を使用し、40重量%/60重量%の量のC18/C16の工業用脂肪酸混合物1重量%で処理した。このような工業用脂肪酸混合物は、それらのC18/C16量が、約30重量%~70重量%/70重量%~30重量%と変化することができ、また、それらの炭素鎖長がC14~C20であることも可能である。得られたGCCは以下の特徴を有する。
50=約1μm、
90=約3.0μm、
BET比表面積=約6.7m/g。
SRCC02
表面反応炭酸カルシウムは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約5.3μm、
90=約16μm、
BET比表面積=約30m/g。
SRCC03
表面反応炭酸カルシウムは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約5.6μm、
90=約15μm、
BET比表面積=約66m/g。
SRCC04
表面反応炭酸カルシウムは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約3.5μm、
90=約7.4μm、
BET比表面積=約100m/g。
HydroMg02
ハイドロマグネサイトは、本発明の定義された方法に従って製造され、以下の特徴を有する。
50=約3.2μm、
90=約5.0μm、
BET比表面積=約92m/g。
当業者に知られている加熱/常温混合方法を用いて上記成分を予め混合し、各々が直径30mmのスクリューを有する逆回転平行二段スクリューを有するKrauss-Maffei可塑化(plastifiction)ユニット、L/D 32を備えたGoettfert押出ライン上に混合物を押出すことによって、上記の(実施)例(表1及び表2)を調製する。
比較例C1/D1及びC2/D2並びに発明例E1~E3、F1及びF2の特性を次の表3及び表4に示す。
Figure 2022536037000003
Figure 2022536037000004
非発泡材料の材料密度は、単一成分の密度及び比率に基づいて計算することができる。全ての鉱物材料が同じ密度を有し、配合物がほとんど変化しないため、表5及び6に以下のように「開始密度」又は非発泡密度を示す。
Figure 2022536037000005
Figure 2022536037000006
本発明の表面反応炭酸カルシウムのみを含むE1は、対照試料C2と比較して、鉱物の添加により開始密度が0.75%高いにもかかわらず、発泡状態において同じ密度を提供する。第2の充填剤としてのGCC及び第1の充填剤としての表面反応炭酸カルシウムを含む本発明による充填剤組成物25phrを配合物E2に記載されているように組み合わせると、9.6%高い開始密度を有するにもかかわらず、密度低下は5%である。配合物E3に記載された第2の充填剤としてのPCCの使用も同様の効果がある。
当業者に知られている加熱/常温混合方法を用いて、表7及び表8にそれぞれ列挙されている成分を予め混合し、各々が直径30mmのスクリューを有する逆回転平行二段スクリューを有するKrauss-Maffei可塑化(plastifiction)ユニット、L/D 32を備えたGoettfert押出ライン上に混合物を押出すことによって、上記の(実施)例(表7及び表8)を調製する。
(実施)例の製品の特性を表7及び表8にそれぞれ以下に示す。
Figure 2022536037000007
Figure 2022536037000008
その結果、本発明の充填剤組成物を含む発泡PVCポリマー製品を調製するための組成物は、発泡体密度の維持又は低減において非常に効率的であることが示された。また、ある程度までは、より低い気泡円周の中央値も同時に提供することができる。

Claims (18)

  1. 発泡ポリマー製品を調製するためのPVC樹脂組成物であって、
    a) 少なくとも1種のPVC樹脂と、
    b) 前記少なくとも1種のPVC樹脂100部当たり(phr)0.1~75.0部の量の少なくとも1つの充填剤組成物であって、
    i) 前記充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0.5~100部の表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト及びそれらの混合物からなる群から選択される第1の充填剤、並びに
    ii) 前記充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、0~99.5部の粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム及びそれらの混合物からなる群から選択される第2の充填剤からなり、
    ただし、前記第1の充填剤及び前記第2の充填剤の合計が100重量部である少なくとも1つの充填剤組成物と
    c) 0.10~10phrの量の少なくとも1種の発泡剤と
    を含む、PVC樹脂組成物。
  2. 前記第1の充填剤が、前記充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、1.0~90.0重量部、好ましくは4.0~80.0重量部、より好ましくは6.0~60.0重量部、最も好ましくは10.0~40.0重量部の量で前記充填剤組成物中に存在し、前記第2の充填剤が、前記充填剤組成物の総乾燥重量に基づいて、10.0~99.0重量部、好ましくは20.0~96.0重量部、より好ましくは40.0~94.0重量部、最も好ましくは60.0~90.0重量部の量で前記充填剤組成物中に存在する、請求項1に記載のPVC樹脂組成物。
  3. 前記少なくとも1つの充填剤組成物が、1.0~60.0phr、好ましくは5.0~50phr、より好ましくは10~40phr、さらにより好ましくは15~35phr、最も好ましくは25phrの量で存在する、請求項1又は2に記載のPVC樹脂組成物。
  4. 前記少なくとも1つのPVC樹脂が、50~70の間、好ましくは54~68の間のK値を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  5. 前記第1の充填剤が表面反応炭酸カルシウムであり、及び/又は前記第2の充填剤が粉砕炭酸カルシウムである、請求項1~4のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  6. 前記第1の充填剤が、1.0μm~75μm、好ましくは2.0μm~40μm、より好ましくは3.0μm~25μm、さらにより好ましくは3.4~20μm、最も好ましくは3.6~15μmの中央粒径d50、及び/又は
    2.0~100μm、好ましくは2.5μm~50μm、最も好ましくは5.0μm~25μmの粒径d90、及び/又は
    BET窒素法により測定された、20~200m/g、好ましくは20~150m/g、より好ましくは30~130mm/g、最も好ましくは40~90m/gの比表面積を有する、請求項1~5のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  7. 前記第2の充填剤が、0.1μm~50μm、好ましくは0.5μm~25μm、最も好ましくは0.7~7.5μmの中央粒径d50、及び/又は
    0.5~100μm、好ましくは1.5μm~50μm、最も好ましくは2.5μm~25μmの粒径d90、及び/又は
    BET窒素法により測定された、0.1~100m/g、より好ましくは0.5~50m/g、最も好ましくは2.5~20m/gの比表面積を有する、請求項1~6のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  8. 前記第1の充填剤及び/又は前記第2の充填剤が、少なくとも1種の表面処理剤で表面処理されるか、又は表面処理された充填剤と表面処理されていない充填剤とのブレンドであり、好ましくは、前記少なくとも1種の表面処理剤が、一又は二置換無水コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸含有化合物、一又は二置換コハク酸塩含有化合物;飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩;リン酸の不飽和エステル、不飽和リン酸エステルの塩;それらの混合物及びそれらの反応生成物からなる群から選択され、より好ましくは飽和又は不飽和脂肪酸、飽和又は不飽和脂肪酸の塩、それらの混合物、及びそれらの反応生成物からなる群から選択される、請求項1~7のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  9. 前記少なくとも1種の発泡剤が、0.3phr~8.0phrの間、最も好ましくは0.5~6.0phrの間の量で存在する、請求項1~8のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  10. 前記少なくとも1種の発泡剤が、物理的発泡剤、吸熱性又は発熱性化学的発泡剤又はそれらの混合物であり、好ましくは前記少なくとも1種の発泡剤が、吸熱性発泡剤と発熱性発泡剤との混合物であり、最も好ましくはアゾジカルボンアミドと重炭酸ナトリウムとの混合物である、請求項1~9のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  11. 前記PVC樹脂組成物が、核形成剤、安定剤、衝撃改質剤、潤滑剤添加剤、加工助剤及びそれらの混合物を含む群から選択される少なくとも1種の成分をさらに含む、請求項1~10のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物。
  12. 以下の工程を含む発泡ポリマー製品を調製するための方法。
    a) 請求項1~11のいずれか一項に記載のPVC樹脂組成物を提供する工程、及び
    b) 工程a)の前記PVC樹脂組成物を、前記PVC樹脂組成物が発泡ポリマー製品に変換される条件に供する工程。
  13. 工程b)が、以下の工程を含む、請求項12に記載の方法。
    b1) 工程a)の前記PVC樹脂組成物を押出機に供給する工程、
    b2) 工程b1)の前記PVC樹脂組成物を機械的力、高温及び/又は高圧に曝して、少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を得る工程、
    b3) 工程b2)の前記少なくとも部分的に溶融したPVC樹脂混合物を押出ダイに通して押出物を形成する工程、並びに
    b4) 工程b3)の前記押出物から発泡ポリマー製品を形成する工程。
  14. 請求項1~11に記載のPVC樹脂組成物から調製した発泡ポリマー製品。
  15. 前記発泡ポリマー製品が、0.40~1.3g/cmの範囲、好ましくは0.42~1.1g/cmの範囲、より好ましくは0.47~1.0g/cmの範囲、さらにより好ましくは0.50~0.90g/cmの範囲、最も好ましくは0.55~0.80g/cmの範囲の密度を有する、請求項14に記載の発泡ポリマー製品。
  16. 前記発泡ポリマー製品が、連続気泡PVC発泡体、独立気泡PVC発泡体、発泡剛性PVCシート又は発泡剛性PVCボードである、請求項14又は15に記載の発泡ポリマー製品。
  17. 建築材料、窓枠、ダクト、パイプ、壁クラッド、インシュレーション材料、シーラント、標識、印刷媒体、展示板、クラウンモールディング、ドアケーシング、チェアレール、幅木、自動車部品、海洋部品又は航空機部品である、請求項14~16のいずれか一項に記載の発泡ポリマー製品を含む物品。
  18. 粉砕炭酸カルシウム、沈降炭酸カルシウム、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤を含む発泡PVC製品と比較して、得られる発泡PVC製品の密度を低下させるための、発泡性PVC樹脂組成物における表面反応炭酸カルシウム、ハイドロマグネサイト、及びそれらの混合物からなる群から選択される充填剤の使用。
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