JP3722858B2 - ポリアクリレート溶融体から残留揮発分を除去する方法 - Google Patents
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Description
【技術分野】
本願発明は、ポリアクリレート溶融体から残留揮発分を除去する方法に関する。
【0002】
ポリアクリレート溶融体は例えば、一方では粘着物質およびラッカー物質原料を可塑化するために軟質樹脂として、他方では新規のUV−架橋可能なアクリレート溶融感圧接着剤の製造のための原料基剤として用いられる。
【0003】
【従来技術】
ポリアクリレート溶融体の使用可能な重要な前提は、例えば残留溶媒、残留モノマーおよび不純物の残留揮発分が極めて少ないことである。これは特に最後に挙げたUV−架橋可能な溶融感圧接着剤にとってあてはまる。薬剤、例えば皮膚用軟膏用に用いる場合は、移行性物質が極めて少ないことが必要な前提である。しかしながら、今日の非常に高速に運転される塗布機(帯片速度600m/minまで)においては、残留揮発分がより多く急速にたまり、その除去に特に技術的な費用を必要とする。
【0004】
ポリアクリレート溶融体の製造は3段階に分けることができる。第一の段階は物質または溶媒中における重合である。その後第二段階では、溶媒または残留モノマーの除去が続いて行われる。続いて生成物の移動が、例えばギヤーポンプの排出により行われる。
【0005】
重合は、一般に、商業上通常の撹拌機、多数の保持容器、還流冷却器および加熱/冷却機を備え、不活性ガス中および加圧または減圧下での作動のための装備をされた重合釜からなる重合装置中で、それ自体通常の方法で実施される。
【0006】
溶媒の分離(ポリアクリレート溶融体を保持しての溶媒の蒸発)のために、非常に種々の方法が提案されている。ここでは第一に“クラシックな”ケッセル蒸留が選択される。しかしまた通常の方法は、フォールフイルム蒸発、押し出し脱ガスまたは押出機中の残留脱ガスである。種々の蒸発方法の非常に広範な組合わせは、書籍シリーズ:Kunststofftechnik“Entgasenbeim Herstellen und Aufbereiten vonKunststoffen”,発行者:Verein DeutscherIngenieure,VDI Gesellschaft Kunststofftechnik,VDI Verlag,1992、の中に見ることができる。
【0007】
上記の理由から残留揮発分を極小に減少させる必要がある。
【0008】
水蒸気のような連行剤、窒素、アルゴン、CO2 が高温のポリアクリレート溶融体中で、減圧状態下の蒸留の終わり近くで圧迫され、続いて残留揮発分と共に減少するとき、驚くべきことに残留揮発分が明らかに100ppm以下に減少することが見出された。更に重合体の適正な混合および表面の増大が認められるとき、明らかな改善が得られる。これらはポリアクリレート溶融体を、ギヤーポンプおよびそのバイパスにより排気することにより行われる。
【0009】
水蒸気が連行剤として特に良好であると判明したので、バイパスにより直接供給するのが有利である。この場合、容器内温度並びにバイパス内温度は常に100℃以上に保ち、すなわち水蒸気を凝縮させてはならないことに注意することである。
【0010】
原則的には、重合体−溶融体から残留揮発分を分離する多数の方法が存在する。高粘性の合成樹脂−溶融体からの経済的な脱ガスは、例えば押出し脱ガスまたは脱ガス押出機中における処理により行われる。両方の方法は、それぞれ特定の欠点を有する。押出し脱ガスにおいては、屡々配管の詰まりが問題であり(浸漬、ゲル化、焼付き)、押出機脱ガスにおける欠点は、一方では重合体−溶融体の高い剪断作用、他方では脱ガス装置に広い場所並びに非常に高額の投資費用が必要とされる。概論は、書籍シリーズ:Kunststofftechnik“Entgasen beim Herstellen und Aufbereiten von Kunststoffen”,発行者:Verein Deutscher Ingenieure,VDI Gesellschaft Kunststofftechnik,VDI Verlag,1992、の中に見ることができる。連行剤としての水蒸気はここでは押出機脱ガスとの組合わせによるポリスチロール組成物またはLDPEおよびPE−共重合体について記述されているにすぎない。
【0011】
ポリアクリレート溶融体中の残留モノマーの含有量は、一般にいわゆる化学的脱臭によって減少される。高温における重合の終わりに、高濃度の過酸化物の添加により良好な重合を得ることができる。これらの方法の欠点は、浸漬−およびゲル体の形成を導く次のランダム反応を調整できないことでである。これらの効果は、高い透明度の透明ラッカーに、このようなポリアクリレート溶融体の添加において特に問題である。ポリアクリレート溶融体の化学的脱臭は、一般に反応容器中における通常の蒸発によって溶媒の分離を生じる。
【0012】
減圧下における水蒸気蒸留によるポリアクリレート溶融体からの溶媒または残留モノマーの除去は、Chemical Abstract 100(14)に記載されている(Butaciu、Sirbu、Eivnic、Jacob、Tataru、Doina、Bereaによる方法)。この方法は、水性懸濁重合に関するもので、すなわち最初から水が存在するものである(重合体分散液の通常の脱臭方法)。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
本願発明の目的は、上記に示したように、それに従ってポリアクリレート溶融体の残留揮発分を除去し、それにより上記の欠点を回避する方法を提供することである。
【0014】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、ポリアクリレート溶融体の揮発成分の蒸発を減圧中で行い、連行剤として水蒸気を100℃以上で且つ2〜20バールの圧力で溶融体に供給し、溶融体を同時にポンプで吸引する工程を含む揮発分を蒸発させることによるポリアクリレート溶融体から残留揮発分を除去する方法であって、上記ポリアクリレート溶融体を、多数回ポンプで吸引することにより上記工程を繰り返すことを特徴とする本願発明により解決される。
【0015】
更に本願発明による方法の特徴は以下に述べる対象に関する。
本願発明による基本的な特徴は詳細に後述され、発明の詳細な説明および実施例により説明される。
【0016】
重合は、商業上通常の撹拌機、多数の保持容器、還流冷却器および加熱/冷却機並びに水蒸気吸入口を有する排気系を備えた重合容器から成る重合装置中で実施される。重合容器は10リットルから20m3 、好ましくは10リットルから10m3 の容積を有し、内部ガス雰囲気並びに加圧および減圧での作動のための装備がされている。
【0017】
アクリルエステル単独重合体または共重合体の製造のために、水または溶媒中におけるラジカル重合の通常の方法を用いることができる。重合は大抵、80%以上、好ましくは90%以上、特に好ましくは99%以上のモノマーの転換まで実施される。
【0018】
モノマーおよび開始剤から成る反応混合物を容器中で混合するために、全ての公知の撹拌方法が用いられる。
【0019】
共重合体は、20から150℃、好ましくは70から120℃の温度範囲および0.1から100バール、好ましくは1から10バールで、モノマーに対して、0.01から10重量%の、重合開始剤としての過酸化物またはアゾ開始剤の存在下、およびモノマーに対して、0から200重量%、好ましくは5から25重量%の不活性の溶媒の存在下で、溶媒中重合または溶媒なしの重合により製造される。
【0020】
溶媒としては、好ましくは50から150℃の沸騰範囲を有するもの、例えば好ましくは60から120℃の沸騰範囲を有する、ベンゾール、トルオール、o−、m−、p−キシロールのような炭化水素またはベンジンが用いられる。更にメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソブタノールのようなアルコール、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンのようなケトン、アセトニトリルおよびベンゾニトリルのようなニトリル、または上記溶媒の混合物が用いられる。トルオール、イソブタノールおよび酢酸エチルエステルおよびこれらの混合物が好ましい。
【0021】
重合開始剤として、例えばベンゾイルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、ジデカノイルパーオキサイド、イソノナノイルパーオキサイドのようなアシルパーオキサイド、tert−ブチル−tert−ピバレート、tert−ブチル−パー−2−エチルヘキサノエート、tert−パー−マレイネート、tert−ブチル−パー−イソノナノエート、tert−ブチル−パー−ベンゾエート、tert−アミル−パー−2−エチルヘキサノエートのようなアルキルエステル、ジクミルパーオキサイド、tert−ブチルクミルパーオキサイド、ジ−tert−ブチル−パーオキサイドおよびパーオクソジカルボネートのようなジアルキルパーオキサイド、のような過酸化物が使用され得る。
【0022】
更にアゾ出発物開始剤として、例えば、2,2′−アゾビスイソブチロニトリル、2,2′−アゾビス(メチルイソブチレート)または2,2′−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)が使用できることを見出した。
【0023】
モノマーとしては、4種の群(a−d)が使用できることを見出した。
a)モノマーとしては、通常のモノオレフィン性不飽和の、3から24個のC原子を含むモノカルボン酸エステル、特にアクリル−およびメタアクリル酸を用いることができる。モノマーとして特に重要なものは、メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、N−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレート、イソアミルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、イソオクチルアクリレートおよび−メタアクリレート、メチルメタアクリレート並びにデシルアクリレートおよび−メタアクリレートおよびトデシルアクリレートまたは−メタアクリレートのような1から12個のC原子を含むアクリル−またはメタアクリル酸エステルである。
【0024】
b)α,β−モノオレフィン性不飽和の、3から6個のC原子を含むモノ−およびジカルボン酸のようなモノマー、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、イタコン酸、フマール酸および/またはマレイン酸である。更に無水マレイン酸および無水イタコン酸のような無水モノオレフィン性不飽和のジカルボン酸である。
【0025】
c)アクリルアミドおよびメタアクリルアミド、テトラヒドロフルフリル(メタ)アクリルアミド、ジアセトンアクリルアミドのような活性モノマー、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートおよび4−−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレートのようなヒドロキシアルキル(メタ)アクリレートであり、更にまたこのモノマーは、例えば、N−(アクリルアミドメチル)−ベンゾフェノン−4−カルボン酸アミド、4−アクリルオキシブチルカーボネートベンゾフェノンまたは2−メタアクリルオキシエチレンカーボネートベンゾフェノンのような光活性の群を有してもよいモノマーである。
【0026】
d)N−ビニルピロリドンおよびN−ビニルホルムアミド、アクロレイン、メタアクロレイン、イソブテン、ブタジエン、イソプレン、ビニルメチルエーテル、ビニルイソブチルエーテル、ビニルピリジン、スチロールおよびメチルスチロールのようなモノマー、ビニルカプロラクタムのようなモノマー、およびテトラヒドロフルフリル−2−アクリレートおよび−メタアクリレートのようなモノマーで、特に重要ななものはまた、例えばビニルアセテートまたはヒギニルプロピオネートのような1から18個のC原子を含むカルボン酸のビニルエステルである。
【0027】
モノマーは、純粋の物質として、他のモノマーとの混合物としてまたは適当な溶媒中の溶液として反応混合物に供給される。個々のモノマーは分離した給送管またはゲバイヒを介して反応容器中に導入される。
【0028】
重合を実施するために、反応混合物に重合度を抑制する、いわいる重合調整剤、例えばメルカプトエタノール、メルカプトベルンスタイン酸、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランまたはドデシルメルカプタンのようなメルカプタンが添加される。
【0029】
効果的な後重合のために、重合体溶融物または溶液に、開始剤またはモノマーを供給後、若干の時間、沸騰加熱させる。本願発明による方法のためには、化学的な後重合は全く必要としない。これによりこの結果得られる欠点は問題にならない。
【0030】
溶媒の蒸発は好ましくは減圧中で沸騰加熱することにより生じる。この時明瞭な還流が全く観察されなくなるまで蒸留が続けられる。
【0031】
次いでギヤーポンプを介して、減圧状態で(水循環ポンプ真空)容器内容物を急速に排気し(4時間当たり容器容積の1倍、好ましくは1時間当たり容器容積の1倍)、同時に水蒸気(2から20バール、好ましくは4から16バール)が導入される。ここで水蒸気はできるだけゆるやかに重合体溶融物に混合される(静的な混合機、特に水蒸気導入口におけるジェット形状が有利である)。残留揮発分と水蒸気から成る混合物は上記の容器領域中でフラッシュされ、ここで揮発部分のできるだけ多くの部分が減圧中で分離される(図1参照)。これに対して水蒸気の復水機が提案される。残留揮発分と水蒸気から成る混合物は、特に再生処理されるべきである。水蒸気の処理時間は、残留揮発分の容積に直接関連しており、すなわち、水蒸気の分離はそのような時間で、種々の生成物における残留モノマーの仕様に到達するまで実施される。
【0032】
2−ケッセル装置の運転において重合および蒸留を全く(図2参照)、または部分的に(図3参照)止められる。
【0033】
図2による装置で、蒸気導入口および排気回路を装備した蒸留容器中で、蒸留が完全に実施されるとき、図3による装置中で、蒸留が部分的に実施されることができる。
【0034】
本願発明による方法で製造された共重合体は、25℃でテトロヒドロフラン中の1%溶液中でDIN53726により測定された、10から120、特に15から80のK値を有する。好ましくは20から60のK値を有する。
【0035】
特別に関心のある共重合体では、−50から0℃、特に好ましくは−45から−5℃のガラス転移温度が得られるように、モノマーの組成が計量される。フォックス(T.G.Fox、Bull.Am.Phys.Soc.(Ser.II)1、123(1956))によれば混合重合体のガラス転移温度は、良好な近似で適用される。
【0036】
【数1】
ここでモノマーの分数量X1 、X2 、… Xs は、1、2、… であり、1、2、…またはsのそれぞれの1個のモノマーから構成される重合体のガラス転移温度、Tg1 、Tg2 、… Tgs は、°Kを意味する。上記モノマーのガラス転移温度は基本的には公知であり、例えばJ.Brandrup、E.H.Immergutによる、Polymerhandbook、第1版、J.Wiley、New York 1966および第2版、J.Wiley、New York 1975に記載されている。
【0037】
新規の方法で製造された共重合体は、塗装、被覆並びに含浸物、特に感圧接着剤、感圧接着ラベル、感圧接着フイルム、感圧接着テープ、感圧接着ラベル並びに光沢圧延フイルムの製造のためのUV−架橋可能な材料として特に使用することができる。この際、この材料は、塗装、射出成型、圧延、ドクターまたは鋳造による通常の方法で、場合により昇温された温度、大抵は20から180℃の温度範囲で通常の基板、例えば、紙、ボール紙、木材、ガラス、金属、金属箔および合成樹脂フイルム、例えば、軟質PVC、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリエステル、またはアルミニウムおよび銅の上に施工することができる。更にフリース材、繊維、レザーおよび織物が被覆され得る。共重合体は、また例えば、感圧接着ラベルの製造のために紙のような担体に移動ベット上で施工され、そこでまず接着層を付けた担体材料、例えばシリコン付加した紙の上に施工され、UV−架橋可能な材料の場合、照射され、続いて例えば紙の上に張り付けられる。シリコン付加した紙を除去した後、感圧接着層を、場合により、更に照射することができる。UV−照射機として、通常の照射機、例えば80から120Watt/cmの照射量を有する水銀圧力ランプを用いることができる。新規の感圧接着剤を、それ自体通常の形に変性し、および/または包装することができる。
【0038】
通常の接着性樹脂、例えば炭化水素樹脂、変性コロフォニウム樹脂、ピネンおよびテルペン樹脂、または単独重合体、例えばポリ(2−エチルヘキシルアクリレート)ポリ(n−ブチルアクリレート)、モノ−、ジ−まのたはポリエステル化合物をベースにした軟化剤、顔料、安定剤、スチロール−ブタジエン共重合体、またはポリビニルエーテルが共重合体に50重量%までの量で添加されることができる。
【0039】
ブチルアクリレート−ベースのポリアクリル溶融体は、好ましくは、接着剤原料、ラッカー材原料および樹脂調合の可塑化のための軟質樹脂として用いられる。これらの生成物は、特に光−およびエージング抵抗にすぐれている。特にこれらの生成物の使用可能性の前提は、ピンホールのないことである。特にラッカー材原料としての使用においては、高い光輝性および良好な走行性が必要である。
【0040】
【実施例】
次の実験が400リットル容量の重合容器中で実施された。次の実施例で用いた部および%は重量で表わしたものである。K−値の測定は25℃において、テトロヒドロフラン中の1%溶液中においてDIN53726により行った。固体含量(FG)は、固体含量測定装置 モデル“Mettler EP 16/Mettler PE 360”で測定された。
【0041】
残留揮発分はガスクロマトグラフィー(Hewlett Packed Modell 5890)で分析され、その標準法で定量された。
実施例1(標準技術)
容器中の24kgのイソブタノール、および228kgのブチルアクリレート(BA)、12kgのアクリル酸(AS)および0.8kgの共重合可能な光開始剤から成る5%溶液、並びに0.480kgのtert−ブチル−パー−2−エチルヘキサノエートおよび3kgのイソブタノールから成る5%溶液を、100℃で10分間重合に付した。7時間経過後、モノマー混合物の残余、および8時間以内で反応混合物のパーオキサイド溶液の残余を供給した。パーオキサイドの流入の完了後、内部温度を115℃に高め、3時間で重合を完了させた。次いで溶媒および揮発分を減圧下で127から132℃で除去した。反応容器内温度が130℃に到達後、<500mbarの減圧下で3時間、残留揮発分を蒸留除去した。K−値:47.3の共重合体が得られた。残留揮発分:イソブタノール:2300ppm、BA1230ppm、As<0.02%、FG:99.6%。
【0042】
実施例2(本願発明)
実施例1で示された方法で実施したが、蒸留を、約500mbarの減圧下で130℃の内部温度に到達後、ポリアクリレート溶融体が吸引される(吸引速度400リットル/時間)ことが異なっている。同時に水蒸気が16barで2.5時間、吸引範囲に供給された。次いで実施例1のように130℃の内部温度で、なお0.5時間蒸留した。47.7のK−値を有する共重合体が得られた。
残留揮発分:イソブタノール:50ppm、n−BA<10ppm、
アクリル酸はもはや検出されない。
FG:(水蒸気少量通気後)99.9%。
【0043】
実施例3(本願発明)
実施例1および2で与えられた方法で実施した。内部温度が130℃に到達後、500mbarの減圧下で試料を吸引した。
残留揮発分:イソブタノール:3875ppm、n−BA 2542ppm、
FG:99.0%。
【0044】
その後、吸引運転し、1時間以上4barの水蒸気を導入し、残留揮発分を蒸留除去した。
残留揮発分:イソブタノール:518ppm、n−BA 1212ppm、
FG:99.8%。
【0045】
その後、吸引および水蒸気少量添加を新たに1時間以上実施し、更に試料を吸引した。
残留揮発分:イソブタノール:<10ppm、n−BA 365ppm、
FG:99.9%。
【0046】
実施例4(実施例3に対する比較例)
共重合体を、吸引および水蒸気少量添加は行わず、そのために通常のケッセル蒸留を、上記時間、すなわち、2時間に拡大した点が異なる以外は、実施例3に記載したように製造した。
残留揮発分:イソブタノール:2700ppm、n−BA 1400ppm、
FG:99.5%。
【0047】
実施例5
容器中の15kgのトルオール、0.1kgのtert−ブチル−パー−2−エチルヘキサノエートおよび95kgのブチルアクリレートおよび5kgの2−ヒドロキシエチルアクリレート(HEA)を、100℃で10min、窒素雰囲気下で重合に付した。4時間経過後、モノマー混合物の残余、および同時に、3.5時間以内で10kgのトルオール中の1.9kgのtert−ブチル−パー−2−エチルヘキサノエートの溶液を、内部温度を100℃で、上記反応混合物に添加した。モノマーの添加の完了後、内部温度を高め、115℃で4時間撹拌した。得られた樹脂溶液は2分割された。
【0048】
実施例5.1(本願発明)
次いで溶媒および揮発分を蒸留除去し、そこで130℃の内部温度および500mbarの減圧に到達してから、吸引範囲に水蒸気を導入、運転した。2時間後、水蒸気除去のため、試料を吸引した。
残留揮発分:トルオール:<10ppm、n−BA <10ppm、2−HEA:<10ppm、
FG:99.9%。
実施例5.2(比較例)
溶媒および揮発分を蒸留除去した。
【0049】
130℃および500mbarに到達後、蒸留を2時間以上、容器中で継続した。その際、内部温度は130℃に保持した。
残留揮発分:トルオール:750ppm、n−BA 1300ppm、2−HEA:970ppm。
【0050】
両方の場合42.3のK−値を有する共重合体が得られた。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願発明による揮発部分を減圧中で分離する1−ケッセル装置の概略図である。
【図2】本願発明による重合および蒸留を行う、2−ケッセル装置の概略図である。
【図3】本願発明による蒸留を部分的に実施することができる、2−ケッセル装置の概略図である。
Claims (7)
- ポリアクリレート溶融体の揮発成分の蒸発を減圧中で行い、連行剤として水蒸気を100℃以上で且つ2〜20バールの圧力で溶融体に供給し、溶融体を同時にポンプで吸引する工程を含む揮発分を蒸発させることによるポリアクリレート溶融体から残留揮発分を除去する方法であって、
上記ポリアクリレート溶融体を、多数回ポンプで吸引して上記工程を繰り返すことを特徴とするポリアクリレート溶融体から残留揮発分を除去する方法。 - 連行剤をポンプ吸引範囲に直接供給することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 重合および蒸留が、1−ケッセル装置または2−ケッセル装置中で実施されることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。
- −50から0℃のガラス転移温度を有するポリアクリレート溶融体を製造するための請求項1から3に記載の方法。
- 10から120のK−値を有するポリアクリレート溶融体を製造するための特徴とする請求項1から3に記載の方法。
- UV−架橋可能な溶融感圧接着剤の原料としてのポリアクリレート溶融体を製造するための請求項1から3に記載の方法。
- ラッカーおよび接着剤原料を可塑化するための軟質樹脂としてのポリアクリレート溶融体を製造するための請求項1から3に記載の方法。
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