JP2792982B2 - エチレン共重合体の製造方法 - Google Patents

エチレン共重合体の製造方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はエチレン系共重合体の製造方法に関する。更
に詳しくは、エチレンとラジカル重合性酸無水物を高圧
下で共重合し、接着性に優れた共重合体を製造する方法
に関する。
[従来の技術] ポリエチレンの欠点である接着性、塗装性等を改善す
るため、エチレンと極性基を有する種々のモノマーとの
共重合体が製造されている。
エチレンと無水マレイン酸等のラジカル重合性酸無水
物の共重合体もこの観点から製造されているが、例えば
無水マレイン酸の場合常温で固体であるため、単独で系
内に注入すると、配管の閉塞トラブルを起こしたり、エ
チレンとの混合が不十分で反応が安定しなかったりす
る。
この問題を解決するため、特開昭61−60708、特開昭6
1−60709に開示されているように、無水マレイン酸を溶
剤に溶解し、溶液として系内に注入することは可能であ
る。しかし上記特許に開示された技術においては、溶剤
として沸点が100〜250℃のものまたはアルキル(メタ)
アクリレートを使用することが必須である。
[発明が解決しようとする課題] この場合、高融点の溶剤またはアルキル(メタ)アク
リレートオリゴマー等が一部ポリマー中に残留すること
が避け難く、これが原因でポリマーの臭いが強いという
欠点を有する。したがって、接着性等の改善はなされて
も飲食品の包装用等,製品の臭いが重視される用途には
使用できなかった。
本発明はエチレンとラジカル重合性酸無水物の共重合
体を製造するにあたり、製品の臭気が少なく食品用途等
にも使用し得る共重合体を安定的に製造する方法を提供
するものである。
[課題を解決するための手段] 前記問題点を解決するために鋭意研究の結果、エチレ
ンとラジカル重合性酸無水物を重合開始剤を用いて高圧
下でラジカル共重合するにあたり、ラジカル重合性酸無
水物を、アセトン、2−ブタノン、酢酸メチル、酢酸エ
チルから選択される溶媒に溶解し、20〜60重量%濃度の
溶液として反応系内へ注入することにより優れた品質の
共重合体が得られることを見出した。以下、本発明を詳
細に説明する。
本発明で言うラジカル重合性酸無水物とは、分子中に
ラジカル重合可能な不飽和結合と酸無水物基を各々1個
以上有し、重合により酸無水物基を重合体中に導入でき
るような化合物を意味する。酸無水物としては環状のも
のが好ましく、化合物の具体的な例を示せば、無水マレ
イン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、無水エン
ディック酸、ドデセニル無水コハク酸等を挙げることが
でき、このうち無水マレイン酸、無水イタコン酸が特に
好ましい。場合によってはこれらのうち2種類以上を併
用して用いることも可能である。
本発明においてラジカル重合性酸無水物は、アセト
ン、2−ブタノン、酢酸メチル、酢酸エチルから選択さ
れる溶剤の溶液として、20〜60重量%の濃度で使用され
る。場合によってはこれらの溶剤を2種類以上併用して
も差し支えない。
上記4種の溶剤は数多くの検討の結果選択された化合
物であり、ラジカル重合性酸無水物の良溶媒でかつ重合
系に悪影響を与えないので溶剤として適当である。また
沸点やポリマーとの分離効率の影響で製品中に残存する
量が非常に少ない。
該酸無水物溶液の濃度が20重量%未満では、十分な酸
無水物基をポリマー中に導入するために系内に注入され
る溶剤の量が多量になり、溶剤の連鎖移動効果で高分子
量のポリマーが得られなくなる。該濃度が60重量%を越
えると、配管中その他でのラジカル重合性酸無水物の析
出の可能性があり、安全運転上好ましくない。
本発明にかかわるエチレン共重合体が充分な性能を発
揮するためには、ポリマー中の酸無水物量は0.05mol%
〜3mol%の範囲であるのが好ましい。重合条件の設定に
あたっては、上記条件及び酸無水物溶液の濃度を勘案し
て反応系内への注入量を適当に決定する。該酸無水物量
が0.05mol%未満ではポリマーが充分な接着性能を発揮
しないし、3mol%を越えると重合が非常に困難になる
上、製品の臭気や成形性、ポリオレフィンとの相溶性等
が低下する。
エチレンとラジカル重合性酸無水物の共重合にあたっ
ては、高圧法低密度ポリエチレンの製造設備および技術
が利用できる。最も一般的なのは塊状共重合法であり、
700〜3000気圧、好ましくは1500〜2500気圧の圧力下、1
00〜300℃、好ましくは150〜250℃の温度範囲において
ラジカル重合によって製造される。
700気圧以下ではポリマーの分子量が充分大きくでき
ず、成形性、物性が低下する。3000気圧を越える圧力は
実質的に意味がなく、製造コストを高めるだけである。
温度が100℃以下では反応が安定しないし、重合体への
転化率が低下するので経済的に問題である。300℃を越
すと重合体の分子量が大きくできない上に暴走反応の危
険が生じる。
反応器の形式としては撹拌機つきのオートクレーブま
たはチューブラー型のものを使用することが出来、必要
に応じて複数個の反応器を直列または並列に接続して多
段重合をすることもできる。さらにオートクレーブ型反
応器の場合反応器内部を複数ゾーンに仕切ることによ
り、温度分布をつけたりより厳密な温度コントロールを
する事も可能である。
さらに具体的には、エチレンと本発明に係わるラジカ
ル重合性酸無水物の溶液を圧縮し反応器へ注入、別に注
入したラジカル開始剤を利用して重合する。
原料等の注入に際してエチレンと該酸無水物溶液は予
め充分混合されていることが好ましいが、ラジカル開始
剤とエチレンおよび該酸無水物溶液は反応器に入るまで
接触することは好ましくない。ラジカル開始剤とモノマ
ーが反応器以前で接触すると配管内での重合が起こり配
管閉塞のトラブルを引き起こす可能性がある。
エチレンモノマーの圧縮に当たっては、通常一次圧縮
器、二次圧縮器の二基を用い二段で圧縮するが、該酸無
水物溶液は一次圧縮器の吐出以降、二次圧縮器の吸入よ
り手前の部分に高圧ポンプにより圧入するのが好まし
い。これにより二次圧縮器内部でのモノマー同士の混合
が促進され反応器内での重合がスムーズに行なわれる。
該酸無水物溶液を二次圧縮器吐出側以降の配管または
反応器に直接注入することも可能ではあるが、この場合
モノマー同士の混合が充分でなくなり、反応が安定しな
かったり、超高圧まで直接圧縮するので該酸無水物溶液
がポンプや配管中で結晶化したり、重合したりするトラ
ブルが発生する可能性がある。また該酸無水物溶液を一
次圧縮器より手前に注入する方法も考えられるが、この
場合圧縮器の中間ないしは吐出部で該化合物がドレンと
して多量に落ちるため、経済的な面から、またドレン廃
液の処理等の問題から好ましい方法とは言えない。
反応器の入口直前にスタティックミキサー等の混合装
置を設けることはエチレンと該酸無水物溶液の混合を促
進する上で実用上非常に有効であり好ましい。
該酸無水物溶液自身の混合は注入ポンプの吸入タンク
以前で充分に行なうことが好ましい。モノマーの混合に
際しては必要に応じて溶液を加熱したり、ホモジナイザ
ー等の強撹拌装置を利用することができる。この際、場
合によっては反応器内での反応を安定化させるための化
合物、例えば抗酸化剤等を同時に混合しておくこともで
きる。
原料であるエチレンと該酸無水物溶液の反応器への注
入に際して、その注入の位置や温度、流量等は目的に応
じて適宜選択することが出来る。
すなわち、反応器内の複数箇所に注入したり、複数個
の反応器または複数ゾーンを有する反応器を用いる場合
においては、特定の反応器あるいは特定のゾーンのみに
該酸無水物溶液を注入したり、各々の反応器またはゾー
ンへの流量バランスを変えたりすることにより、目的に
応じた好ましい分子量や分子量分布の重合体を得ること
ができる。また反応器入口のモノマー温度を適当に調整
することにより反応器内における重合安定性や生成重合
体の分子量分布を変化させることが可能である。
重合開始剤としては遊離基を発生する化合物、主とし
て有機過酸化物を使用する。たとえば、ジt−ブチルパ
ーオキシド、ジクミルパーオキシド、t−ブチルクミル
パーオキシド、等のジアルキルパーオキシド、アセチル
パーオキシド、i−ブチルパーオキシド、オクタノイル
パーオキシド等のジアシルパーオキシド、ジi−プロピ
ルパーオキシジカーボネート、ジ2−エチルヘキシルパ
ーオキシジカーボネート等のパーオキシジカーボネー
ト、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ブチルパー
オキシラウレート等のパーオキシエステル、メチルエチ
ルケトンパーオキシド、シクロヘキサノンパーオキシド
等のケトンパーオキシド、1,1−ビスt−ブチルパーキ
シシクロヘキサン、2,2−ビスt−ブチルパーオキシオ
クタン等のパーオキシケタール、t−ブチルハイドロパ
ーオキシド、クメンハイドロパーオキシド等のハイドロ
パーオキシド、2,2−アゾビスイソブチロニトリル等の
アゾ化合物、酸素等が挙げられる。
また重合に当たって分子量調節剤として種々の連鎖移
動剤を使用することも可能である。連鎖移動剤の例とし
てはプロピレン、ブテン、ヘキセン等のオレフィン類、
エタン、プロパン、ブタン等のパラフィン類、トルエ
ン、キシレン、エチルベンゼン等の芳香族炭化水素類等
を挙げることができる。
以上述べたような方法で重合して得られた共重合体は
未反応のモノマー、溶剤と共に反応器より排出され、高
圧分離器、場合により中圧分離器、低圧分離器を経てポ
リマーとモノマーないしは低分子量重合体とを分離した
後、押出器を通してペレット化するとともに未反応エチ
レンは低分子量重合体のフィルターで除去した後循環し
て再使用する。ペレット化する際に後で述べるような種
々の添加剤を配合することも出来る。
本製造方法により得られる共重合体中に含まれる酸無
水物基の量は、用途によって種々の値となり得るが、一
般的には繰り返し単位の数で0.03〜3mol%の範囲であ
る。該酸無水物量が0.03mol%未満では接着性等の機能
が十分に発揮されず、3mol%を越える共重合体は製造が
非常に困難であり実用的でない。
分子量の目安としてのMFR(JIS−K7210 190℃)は用
途により一概に規定することは出来ないが、通常の成形
体としては、一般に0.1〜5000g/10分である。MFRが0.1
より小さいと成形上の問題を有する。該MFRが5000g/10
分を越えると通常の成形体としての成形が困難であると
共に充分な強度を示し得ない。しかしながら、ホットメ
ルト、接着性コーティング剤、もしくは樹脂改善剤の用
途には上記MFRが5000g/10分を越えても使用し得る場合
がある。
以上に示した製造方法によれば、エチレンとラジカル
重合性酸無水物の共重合体が安定的に製造可能であり、
得られた共重合体はその特性を生かして接着性樹脂、樹
脂改善材等の用途に使用できる。以下実施例に沿って本
発明の内容を説明する。
[実施例] 以下の実施例、比較例においては、内容積41で2ゾー
ンに分割された、撹拌機つきオートクレーブ型反応器を
有する低密度ポリエチレン製造設備を使用し連続的に重
合反応を行った。
重合反応は190〜230℃、重合圧力は1700〜1950気圧の
範囲で、重合開始剤としてターシャリブチルパーオキシ
ピバレートを使用して重合した。ラジカル重合性酸無水
物と溶剤は、タンク内で十分混合して均一な溶液とした
後、高圧ポンプで二次圧縮器の吸入配管に圧入し、エチ
レンと共に圧縮し反応器の第1ゾーンに注入した。反応
器入口におけるエチレンモノマーの温度は約40℃であ
り、エチレン流量100kg/時、酸無水物溶液の注入量は特
に断わらないかぎり1.5/時とした。
重合により得られたポリマーは高圧分離器、低圧分離
器を経てポリマーと未反応モノマーに分離し、モノマー
は冷却器、フィルターを通ってリサイクル使用した。ポ
リマーは低圧分離器の下部に設置された押出機および造
粒装置によりペレット化し製品とした。共重合体中の酸
無水物の量は赤外吸光スペクトルを用いて決定した。
製品の特性としてアルミニウム箔への接着強度及び臭
いを評価した。接着強度は押出ラミネート成形したサン
プルで評価した。
使用した成形機および条件は以下のとおりである。押
出機50mmφ、ダイ幅400mm、ラミネート厚み30μm、冷
却ロール温度25℃、引き取り速度100m/分、樹脂温度270
℃である。
接着強度の測定は、各基材にラミネートしたサンプル
を1.5cm幅で引き取り方向に切断して試験片を作り、24
時間、23℃、湿度50%で状態調節を行なった後、300mm/
分の速度で180度剥離試験を行なった。
臭いの評価は成形した積層物を袋に密封し、40℃、1
時間静置後パネラーにより5段階評価をした。
1:通常のポリエチレン臭 2:わずかに臭う 3:やや強い 4:かなり強い 5:非常に強い (実施例1〜7) 本発明に示した製造方法で実施した。得られた製品は
接着性、臭い共に優れるものであった。
(比較例1) 酸無水物溶液濃度を所定範囲より小さい値とした。ラ
ミネート成形用樹脂の製造を目的として条件設定をした
が、ポリマー中に充分な量の酸無水物を導入するために
は酸無水物溶液の注入量を4.5/時とする必要があ
り、系内に注入されるアセトンの量が増えるためポリマ
ーのMFRが高くなり、押出ラミネート用樹脂としての用
途には使用不能なものであった。このように酸無水物溶
液濃度を低くすると重合条件から変更する必要を生ずる
ことになる。
(比較例2) 溶剤としてアクリル酸エチルを使用した。得られた製
品はエチレン−アクリル酸エチル−無水マレイン酸の三
元共重合体であり、接着性は優れていたが溶剤のオリゴ
マー等が原因と思われる臭気が強く、使用できる用途が
限られる。
(比較例3) 溶剤としてメチルイソブチルケトンを使用した。ポリ
マーとモノマーの分離が不完全であり、溶剤に基づく臭
気がかなり感じられる。
(比較例4) 酸無水物溶液濃度を所定範囲より大きい値とした。ポ
ンプ吸入配管で酸無水物の析出により配管閉塞トラブル
が起こり、重合運転が継続できなかった。
実施例、比較例の結果を第1表に示す。
[発明の効果] 安価であり、かつ接着性に優れたエチレン系共重合体
については多くの提案がなされているが、飲食品関係、
化粧品関係、医薬品関係等の包装材等、製品の臭いが重
視される用途への利用には使用できるものは少なかっ
た。
本発明はこのような分野に利用できるエチレン系共重
合体の開発に成功したものであり、装置的にも特に改造
を必要とせず、操作も簡単であり、コスト的にも安価に
出来るばかりでなく、接着性に優れ、特に問題となるに
おいも大きく改善できたエチレン系共重合体を提供でき
るものである。
フロントページの続き (72)発明者 井上 勝博 大分県大分市大字中の洲2 昭和電工株 式会社大分工場内 (56)参考文献 特公 昭49−16551(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08F 210/02 C08F 2/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エチレンとラジカル重合性酸無水物を重合
    開始剤を用いて高圧下でラジカル共重合するにあたり、
    ラジカル重合性酸無水物を、アセトン、2−ブタノン、
    酢酸メチル、酢酸エチルから選択される溶媒に溶解し、
    20〜60重量%濃度の溶液として反応系内へ注入すること
    を特徴とする共重合体の製造方法。
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