JP4155886B2 - Method for producing wax composition - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワックスを主体とする組成物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
防湿コーティング剤などのワックスを主体とする組成物を得る手段としては、従来は、主として組成物の成分を溶融状態で機械的に混合する方法(例えば、下記特許文献1参照。)、ワックスエマルジョンを用いて混合する方法(例えば、下記特許文献2参照。)が用いられてきた。しかし上記の方法では、以下の問題があった。
【0003】
溶融状態で機械的に混合する方法では、溶融状態のワックスの粘度が低いために、固体状または高粘度の物質との混合を行う場合は、これら被混合物へ充分な剪断力が加わらないために、各成分の均一な分散状態を得るのが困難であった。ワックスエマルジョンを用いる方法では、エマルジョンを構成する成分の粒子サイズ以下で該成分を分散させることが不可能であるため、均一な分散状態の組成物を得ることが困難であった。
【0004】
【特許文献1】
特開平7−278510号公報
【特許文献2】
特開昭59−66598号公報
【0005】
従って、本発明の目的は、構成成分の分散が均一なワックスを主体とする組成物を低コストで製造することができるワックス組成物の連続的かつ効率的な製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ワックスを主体とする組成物を、ワックスの融解完了温度未満の温度で混合することによって上記目的を達成し得ることを知見した。
【0007】
本発明は、上記知見に基づきなされたものであり、ワックスを主体とする組成物の製造方法であって、該ワックスの融解完了温度未満の温度で、該ワックスと該ワックスと混合される被混合物に連続混練機で外力を加えて混合することを特徴とするワックス組成物の製造方法を提供するものである。連続混練機としては、単軸あるいは複数の軸を有する混練押出機が挙げられるが、混練効果と設備コストを考慮すると二軸混練押出機が好ましい。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、その好ましい実施形態に基づいて説明する。
【0009】
本発明のワックス組成物は、ワックスを主体としたものであり、被混合物として熱可塑性樹脂やエラストマー等の高分子物質、有機および無機の粉体などを選択することができる。具体的には、ワックスの溶融粘度に比べて高い粘度を有する粘稠な高分子物質を混合する場合や、粉体などの固体状物質をワックスに分散させる場合に、本発明の製造方法が特に効果を発揮する。なぜなら、本発明の製造方法を適用することで、未溶融状態の高粘度のワックスを介して、被混合物に対して高い剪断力を加えることができるからである。
【0010】
本発明の製造方法は、ワックスの組成比が40wt%以上の場合に高い効果を得ることができ、好ましくは50wt%以上、さらに好ましくは60wt%以上の、ワックス相がマトリックスとなる系でより高い効果を得ることができる。被混合物の比重が高い無機粉体などの場合も含めて考えると、ワックスの体積分率が40%以上の場合に高い効果を得ることができ、好ましくは50%以上、さらに好ましくは60wt%以上のワックス相がマトリックスとなる系でより高い効果を得ることができる。
【0011】
前記ワックスには、植物系ワックス、動物系ワックス、鉱物系ワックス、石油系ワックス、合成ワックス等を用いることができる。(府瀬川健蔵、「ワックスの性質と応用」、幸書房、1993年、改訂2版第1刷、2頁目、表1.0.1に記載されたワックスが使用可能である。)
該植物系ワックスとしては、ライスワックス、カルナバワックス、木ろう、キャンデリラワックス等が、該動物系ワックスとしては、みつろう、ラノリン、鯨ろう等が、該石油系ワックスとしては、マイクロクリスタリンワックス、パラフィンワックス等が、該合成ワックスとしては、ポリエチレンワックス、フィッシャートロプシュワックス等が、該鉱物ワックスとしては、モンタンワックス、オゾケライト、セレシン等が挙げられる。これらのワックスはいずれも好ましく使用することができるが、十分な冷却能力を持つ混合機を使用できない場合には、混合時の剪断発熱による温度上昇でワックス中の低融点成分が融解してワックスの粘度が低下し、被混合物に十分な剪断力が加わらなくなるおそれがあるので、低融点成分が少ないワックスを用いることが好ましい。同様の理由で、非晶成分が少ないワックスを用いることが好ましい。ただし、ワックス組成物の用途によっては、生活温度範囲である程度の粘着性を必要とする場合があるので、混合に大きな影響を与えない範囲で、適度な量の低融点成分や非晶成分を含有することが好ましい場合もある。かかる観点から、JIS K2235−5.3.2に記載の方法で測定された融点が40℃以上であるものが好ましく、60℃以上であるものがより好ましい。
【0012】
また、前記ワックス組成物に生分解性が要求される場合には、該組成物の構成成分として生分解度(JIS K6950に定められた)が50%以上のものを用いることが好ましく、60%以上のものを用いることがより好ましい。
【0013】
前記ワックスは、それを連続混練機に供給するに先立ち、粉砕機や押出機あるいは融解させた後に液滴を冷却するなどの方法によって適切な大きさのペレットまたは粉体状、(例えば平均直径2〜10mmのペレット、平均粒径1mm以下の粉体)にすることが好ましいが、ワックスをペレットまたは粉体状にせずに、融解完了温度以上の溶融した状態で供給した後に冷却して、ワックスの融解完了温度未満の温度で混合してもよい。
【0014】
前記高分子物質は、ワックスの固体状態もしくは溶融状態の物性改質や機能付加等を目的として用いることができる。例えば、固体状態の力学強度(破断強度、衝撃強度、曲げ強度、柔軟性付与等)、他の材料への接着性向上や、溶融状態での溶融粘度向上等である。
【0015】
前記高分子物質としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂等の結晶性高分子、未架橋のゴムやポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリ(メタ)アクリル系の共重合体等の非晶性高分子若しくは低結晶性高分子等が挙げられる。ただし、混合する高分子物質を微細に分散するためには、結晶性高分子の場合にはワックスの融解終了温度以下である所望の混合温度において溶融するものが好ましく、非晶性高分子の場合にはワックスの融解終了温度以下である所望の混合温度以下にガラス転移温度を有するものが好ましい。
【0016】
具体的には、前記結晶性高分子としては、エチレン−αオレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、ポリカプロラクトン、ポリブチレンテレフタレートアジペート、ポリブチレンサクシネートアジペート等の融点の低い高分子、前記非晶性高分子としては、イソプレンゴム、天然ゴム、ポリd,l−乳酸等であり、これらを単独若しくは複数選択して用いることが出来る。
【0017】
前記ワックス組成物に生分解性が要求される場合には、物性改質に高い効果を有する生分解性の高分子として、上記の中でも特に天然ゴム又は合成イソプレンゴムが好ましく用いられる。ワックスと、天然ゴム又は合成イソプレンゴムとの混合において、本発明の製造方法は非常に高い効果を発現し、従来得られなかった物性改質効果を有する組成物を、溶剤等を用いることなしに得ることができる。ワックスと天然ゴム又は合成イソプレンゴムを本発明の方法により混合することで、天然ゴム又は合成イソプレンゴムをワックス中に極めて均一に混合させることが可能となり、ワックスの溶融粘度を非常に高くしたり、ワックス融点以下でのワックスの脆さを大きく改善するなどの効果が得られる。
前記高分子物質は、単独で使用することもでき、二種以上を併用することもできる。
前記高分子物質は、それを連続混連機に供給するに先立って、粉砕機や破砕機によって適切な大きさのペレットまたは粉体状(例えば平均直径2〜10mmのペレット、平均粒径1mm以下の紛体)にすることが好ましい。
【0018】
また、本発明の製造方法を用いると、コーンスターチ、デンプン、各種高分子粉体などの有機粉体や、酸化チタン、タルク、雲母、スメクタイト、シリカ等の無機粉体もワックス中に均一に分散することができる。特に、疎水性の高いワックス中に、親水性の比較的高い粉体を分散させる場合、ワックスの融点以上では粉体が凝集してしまい細かな分散が不可能であるが、本発明の製造方法を用いることで高い分散性を得ることが可能となる。
【0019】
本発明のワックス組成物には、混合に影響を与えない範囲で、酸化防止剤、着色剤、分散助剤、その他必要に応じて適宜添加剤等を含ませることもできる。
【0020】
なお、本発明で使用される連続混練機は、互いに同方向又は異方向に回転可能な二本のスクリューを有する二軸混練押出機が好ましい。
【0021】
次に、本発明のワックス組成物の製造方法を説明する。
【0022】
本発明のワックス組成物の製造方法は、前記ワックスと前記被混合物とを該ワックスの融解完了温度未満の温度、好ましくはDSC測定により得た融解曲線から求めた溶融ピーク温度以下の温度で、連続混練機によって連続的に混合して組成物を得る。溶融ピークが複数ある場合は、融解熱量の最も大きなピークのピーク温度以下で混合することが好ましい。該ワックスの融点以上の温度で該ワックスと該被混合物とを混合すると、ワックスの融解によりワックスの粘度が急激に低下するため、被混合物に十分な剪断力が加わらないために、混合が不十分となり均一な組成物を得ることが困難となる。ワックスの融解完了温度未満の温度で混合することで、未溶融状態のワックスの結晶が残っているため、ワックスを見かけ上高粘度の流動体として扱うことができるので、一般的に行われているプラスチック材料のコンパウンドと同様の方法により、ワックスと被混合物の混合を行うことができる。
【0023】
好ましい混合温度の選定方法として以下の方法がある。DSC測定により得た融解曲線から、融解ワックス成分の全吸熱量をΔHと、混合温度よりも低温側の吸熱量のΔH’の比ΔH’/ΔHが、好ましく0.7以下となる温度範囲、より好ましくは0.5以下となる温度範囲、さらに好ましくは0.3以下となる温度範囲で、良好な混合が可能となる。ワックスの融解開始温度よりも低い温度で混合を行うことに支障は無いが、結晶性の高い硬いワックスなどの場合には、混合温度で粘りを有することが均一な混合物を得る上で好ましい場合があり、その場合にはΔH’/ΔHの下限の温度として、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上となるよう選択する。同様の考え方として、ワックスの融解開始温度近傍もしくはそれよりも低い温度で混合する場合に、ワックスの可塑化効果を有するオイル成分などを適量(好ましくは20wt%以下、より好ましくは10wt%以下)を添加することも可能である。
【0024】
最適な混合温度は、被混合物の物性に合わせて、上記の混合温度の中から適宜選択することができる。例えば、被混合物が非晶性高分子である場合は、非晶性高分子のガラス転移温度以上で混合することが好ましい。被混合物が結晶性高分子である場合は、結晶性高分子の融点以上の温度であることが好ましい。被混合物が無機又は有機の粉体である場合は、粉体の均一分散を行いやすいよう、ワックスの融解完了温度よりも十分に低い温度(例えば、ワックスの融解開始温度よりも低い温度)で混合することが好ましい。ただし、ワックスのガラス転移温度よりも低い温度での混合は、ワックスが硬過ぎて、分散状態が悪化したり、混合装置に過度の負荷がかかるなどの悪影響がでる場合があるので、ワックスのガラス転移温度以上で混合することが好ましい。また、ワックスや被混合物の温度依存性を良く考慮し、上記の好ましい範囲の中でも、両者の物性が混合に最適な状態になるように混合温度を調整することが好ましい。
【0025】
本発明におけるワックスの融解完了温度、融解ピーク温度、ΔHとΔH’の比ΔH’/ΔHは、例えば、以下の方法で求めることができる。
測定機:セイコー電子工業(株)の型式DSC220
試料容器:品番PN/50−020(アルミ製オープン型試料容器、容量15μl)および品番PN/50−021(アルミ製オープン型試料容器クリンプ用カバー)
試料重量:約10mg
昇温速度、降温速度:5℃/min
測定温度範囲:用いるワックスに応じて、最適な範囲を選択する。融解完了温度および融解ピーク温度は、一度融解させた後に5℃/minの速度で結晶化させた後、再度5℃/minの速度で昇温させたときのデータを使用して求める。
具体例を挙げると、[第1昇温過程]30℃から130℃まで、[降温過程]130℃(5分間保持)から30℃まで、[第2昇温過程]30℃から130℃までと連続して測定を行い、第2昇温過程のデータを使用する。
融解完了温度:図1に示すように、融解ピークの高温側のベースラインの接線と、ピークの高温側傾斜ラインの1/5ピーク高さに位置する点の接線とが交差する点の温度を融解完了温度とする。複数のピークが存在する場合は、最も高温側に位置するピークを選択して、融解完了温度を求める。
主ピーク温度:融解曲線のピークの温度を上記データから求める。複数のピークを持つ場合は、融解熱量の最も大きなピークを選択し、それを融解ピーク温度とする。
ΔH:全ての溶融ピークの吸熱量の合計値
ΔH’:混合温度以下の吸熱量
【0026】
連続混練機に前記ワックス及び前記被混合物を供給する手段については、特別の制限はなく、連続混練機に設けた一つのホッパーから両者を同時に供給することもでき、また二個以上のホッパーを設け、押し出し方向の上流側ホッパーから被混合物を供給し、下流側ホッパーからワックスを供給することもできる。なお、ワックスは溶融した状態で、ポンプで供給することも可能である。
【0027】
前記ワックスと前記被混合物との混練条件は、特に制限されないが、ワックスの結晶が残っている状態で混合されることが好ましい。また均一な混合状態を得るためにはワックス融解完了温度以下の温度にするのが好ましい。よって、混練機の混練部外筒(バレル)が任意に温度制御できる仕様となっていることが好ましい。
【0028】
上記の方法で得た組成物は、混練の工程中に気泡を含むことがあるので、その気泡を抜くための脱泡を行うこともある。脱泡には一般的な方法を用いることができる。例えば、減圧下にある恒温槽中でワックスの融解温度以上に保持する方法、減圧手段を持つニーダーなどの混合装置を用いて減圧下でワックスの融解温度以上で混合する方法などが用いられる。
【0029】
連続混練機として二軸混練機押出機を用いて混練を行う場合には、ワックス融解完了温度以下に制御した混合ゾーンの後ろに、ワックスの融解温度以上に加熱した減圧ゾーンを設けて脱泡するという方法も選択できる。複数の二軸混練押出機、または二軸混練押出機と単軸混練押出機を組み合わせて、それぞれで混練と脱泡を行うことも可能である。もちろん、用途もしくは混合以降の加工内容によっては、脱泡の必要がない場合もある。
【0030】
また、被混合物として天然ゴムやイソプレンゴムなどを用いる場合は、ワックスと被混合物との分散状態をより均一にするために得られた前記組成物を前記ワックスの融解温度以上に加熱することが好ましい。
【0031】
本発明の製造方法によれば、前記本発明のワックス組成物を短時間で収率よく製造することができ、被混合物をワックス中に均一に分散することができる。特に、ワックスと天然ゴムもしくはイソプレンゴムとの混合を行った場合には、ワックスが未溶融の状態であっても極めて均一な分散が可能となる。
【0032】
本発明の製造方法で得られるワックス組成物は、ワックスを主体とする防湿性組成物や接着用組成物として特に好ましく用いられる。また、製造工程において有機溶剤などを一切用いることなくワックス組成物を得ることができるため、本発明の製造方法で得られるワックス組成物を用いることで食品包装材料を始めとして様々な分野において極めて安全な製品を提供できる。
【0033】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。なお、本発明は本実施例に何等制限されるものではない。
【0034】
下記実施例1及び比較例1、2のようにしてワックス組成物を作製した。そして、該組成物について、下記のように分散の均一性を評価した。分散性の評価は、該組成物をワックスの融点以上に加熱して脱泡した後、溶融状態のまま5mm程度の厚みに伸ばして目視により粒状の被混合物の存在の有無を確認する方法で行った。なお、前記粒状物は未分散状態であると判断した。
【0035】
〔実施例1〕
マイクロクリスタリンワックス(日本精蝋(株)製、品番「Hi−Mic−1070」、融解完了温度86℃、主ピーク温度44℃)を粉砕機で冷凍粉砕し、粉砕したマイクロクリスタリンワックスは2mm〜10mmに篩い分けを行った。
また、イソプレンゴム(日本ゼオン(株)製、品番Nipol−IR2200)は単軸混練押出機でΦ3mmのダイスよりストランド状に押し出しカッティングを行い、ペレット状に加工した。なお、カッティング時にゴム同士が粘着して塊になるのを防ぐため、炭酸カルシウムをブロッキング防止剤として使用した。
【0036】
図2に示すような、二軸混練押出機エクストルーダー((株)栗本鐵工所製「KEX−40S」)1を使用し、第1供給口2に粉砕した篩い分け後のマイクロクリスタリンワックスを投入し、定量供給機4で35g/分の割合で第3供給口5へ定量供給した。また第2供給口3にペレット化したイソプレンゴムを投入し、定量供給機14で15g/分の割合で第3供給口5へ定量供給した。第3供給口5へ供給されたマイクロクリスタリンワックスとイソプレンゴムを、二軸混練押出機エクストルーダー1の混練スクリュー部へ供給し、回転数20rpm、各バレル温度をマイクロクリスタリンワックスの融解完了未満温度である35℃に制御して混練を行った。ΔH’/ΔHは0.09であった。なお、供給されたマイクロクリスタリンワックスとイソプレンゴムの重量比は7:3である。
【0037】
得られた組成物は、気泡を含んだ白色のもので、各成分の分散が均一であることが確認できた。得られた組成物を110℃、窒素気流、−500mmHgの乾燥機中で脱泡し、溶融状態で再度分散状態を確認したところ、透明で均一な組成物であり、未分散の天然ゴムの存在は確認できなかった。
【0038】
〔比較例1〕
実施例1における二軸混練押出機エクストルーダーの各バレル温度を、マイクロクリスタリンワックスの融解完了温度付近である100℃に制御し混練を行った以外は、実施例1と同様にして製造した。
【0039】
得られた組成物は、気泡を含んだ半透明のもので、未混練物のイソプレンゴムが確認できた。得られた組成物を110℃、窒素気流、−500mmHgの乾燥機中で脱泡し、溶融状態下で再度分散状態を確認したところ、未分散のイソプレンゴムの存在が確認された。
【0040】
〔比較例2〕
(株)森山製作所製の加圧ニーダー(DS0.3−3型)を用い、加圧ニーダーの混練容器にマイクロクリスタリンワックス(日本精蝋(株)製、品番「Hi−Mic−1070」)1800gと、イソプレンゴム(日本ゼオン(株)製、品番Nipol−IR2200)600gを入れ、回転数20rpmで5分間混練を行い、次いで同じワックス600gを追加投入してさらに10分間の混練を行った。混練は、混合容器及びローターに10℃の冷却水を流し、ヒーターは全てOFFの状態で行った。混練中の混合物の最高温度は37℃で(混合容器内の温度計の表示温度)、混練終了後の組成物の温度を接触式温度計で直接測定したところ、36〜42℃であった。
【0041】
得られた組成物は、気泡を含んだ白色のもので、均一な分散状態であることが確認された。得られた組成物を実施例1と同じ方法で脱泡し、溶融状態で再度分散状態を確認したところ、透明で均一な組成物であり、未分散のイソプレンゴムの存在は確認できなかった。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、各成分の分散が均一なワックスを主体とする組成物を、短時間且つ低コストで収率よく製造する方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】DSC測定結果から融解完了温度、融解ピーク温度を求める説明図である。
【図2】本発明に用いられる連続混連機を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 二軸混練押出機(連続混練機)
2 第1供給口
3 第2供給口
4 定量供給機
5 第3供給口
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a composition mainly composed of wax.
[0002]
[Prior art and problems to be solved by the invention]
As means for obtaining a composition mainly composed of wax such as a moisture-proof coating agent, conventionally, a method of mechanically mixing components of the composition mainly in a molten state (for example, see Patent Document 1 below), a wax emulsion is used. The method of using and mixing (for example, refer to the following Patent Document 2) has been used. However, the above method has the following problems.
[0003]
In the method of mechanically mixing in the molten state, since the viscosity of the wax in the molten state is low, when mixing with a solid or high-viscosity substance, sufficient shearing force is not applied to these materials to be mixed. It was difficult to obtain a uniform dispersion state of each component. In the method using a wax emulsion, since it is impossible to disperse the component below the particle size of the component constituting the emulsion, it is difficult to obtain a composition in a uniform dispersed state.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-7-278510 [Patent Document 2]
JP 59-66598 A
Accordingly, an object of the present invention is to provide a continuous and efficient method for producing a wax composition, which can produce a composition mainly composed of a wax having a uniform dispersion of constituent components at a low cost.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The inventors have found that the above object can be achieved by mixing a composition mainly composed of wax at a temperature lower than the melting completion temperature of the wax.
[0007]
The present invention has been made on the basis of the above knowledge, and is a method for producing a composition mainly composed of wax, which is a mixture to be mixed with the wax and the wax at a temperature lower than the melting completion temperature of the wax. The present invention provides a method for producing a wax composition, characterized in that an external force is applied and mixed in a continuous kneader. Examples of the continuous kneader include a kneading extruder having a single axis or a plurality of axes, but a biaxial kneading extruder is preferable in consideration of kneading effects and equipment costs.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described based on preferred embodiments thereof.
[0009]
The wax composition of the present invention is mainly composed of wax, and polymer materials such as thermoplastic resins and elastomers, organic and inorganic powders, and the like can be selected as a mixture. Specifically, the production method of the present invention is particularly suitable when a viscous polymer substance having a viscosity higher than the melt viscosity of the wax is mixed or when a solid substance such as a powder is dispersed in the wax. Demonstrate the effect. This is because, by applying the production method of the present invention, a high shearing force can be applied to the mixture through the unmelted high-viscosity wax.
[0010]
The production method of the present invention can obtain a high effect when the composition ratio of the wax is 40 wt% or more, preferably 50 wt% or more, more preferably 60 wt% or more, and higher in a system in which the wax phase is a matrix. An effect can be obtained. Considering the case of inorganic powder having a high specific gravity of the mixture, a high effect can be obtained when the wax volume fraction is 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 60 wt% or more. A higher effect can be obtained in a system in which the wax phase becomes a matrix.
[0011]
As the wax, vegetable wax, animal wax, mineral wax, petroleum wax, synthetic wax and the like can be used. (The wax described in Kenzo Fusegawa, “Characteristics and Applications of Wax”, Koshobo, 1993, 2nd revised edition, 1st page, 2nd page, Table 1.0.1 can be used.)
Examples of the plant wax include rice wax, carnauba wax, wood wax, and candelilla wax. Examples of the animal wax include beeswax, lanolin, and whale wax. Examples of the petroleum wax include microcrystalline wax and paraffin. Examples of the synthetic wax include polyethylene wax and Fischer-Tropsch wax, and examples of the mineral wax include montan wax, ozokerite, and ceresin. Any of these waxes can be preferably used. However, when a mixer having sufficient cooling capacity cannot be used, the low melting point component in the wax melts due to the temperature rise due to shear heat generation during mixing, and the wax It is preferable to use a wax having a low low-melting-point component because the viscosity decreases and sufficient shearing force may not be applied to the mixture. For the same reason, it is preferable to use a wax with less amorphous components. However, depending on the use of the wax composition, a certain amount of tackiness may be required in the living temperature range, so an appropriate amount of low melting point component or amorphous component is contained within a range that does not greatly affect the mixing. It may be preferable to do this. From this viewpoint, the melting point measured by the method described in JIS K2235-5.3.2 is preferably 40 ° C or higher, more preferably 60 ° C or higher.
[0012]
Further, when biodegradability is required for the wax composition, it is preferable to use a component having a biodegradability (as defined in JIS K6950) of 50% or more as a constituent component of the composition. It is more preferable to use the above.
[0013]
Prior to supplying the wax to a continuous kneader, the wax is appropriately sized pellets or powder (for example, having an average diameter of 2) by a pulverizer, an extruder, or a method of cooling droplets after melting. 10 mm pellets, powder having an average particle size of 1 mm or less). However, the wax is cooled after being supplied in a molten state at a temperature equal to or higher than the melting completion temperature without being formed into pellets or powder. You may mix at the temperature below melting completion temperature.
[0014]
The polymer substance can be used for the purpose of modifying physical properties or adding functions in a solid or molten state of wax. For example, solid state mechanical strength (breaking strength, impact strength, bending strength, flexibility, etc.), improvement of adhesion to other materials, improvement of melt viscosity in the molten state, and the like.
[0015]
Examples of the polymer substance include crystalline polymers such as polyolefin resins, polyester resins, and polyamide resins, uncrosslinked rubber, polyester, polyamide, polystyrene, and poly (meth) acrylic copolymers. Noncrystalline polymer or low crystalline polymer. However, in order to finely disperse the polymer material to be mixed, in the case of a crystalline polymer, it is preferable to melt at a desired mixing temperature that is not higher than the melting end temperature of the wax. In this case, those having a glass transition temperature not higher than the desired mixing temperature which is not higher than the melting end temperature of the wax are preferable.
[0016]
Specifically, the crystalline polymer includes ethylene-α olefin copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-methacrylic acid copolymer, polycaprolactone, polybutylene terephthalate adipate, polybutylene succinate adipate. Examples of the polymer having a low melting point such as an amorphous polymer include isoprene rubber, natural rubber, poly d, l-lactic acid and the like, and these can be used alone or in combination.
[0017]
When biodegradability is required for the wax composition, natural rubber or synthetic isoprene rubber is particularly preferably used as the biodegradable polymer having a high effect on property modification. In the mixing of wax and natural rubber or synthetic isoprene rubber, the production method of the present invention exhibits a very high effect, and a composition having a physical property-modifying effect that has not been obtained conventionally can be used without using a solvent or the like. Obtainable. By mixing the wax and natural rubber or synthetic isoprene rubber by the method of the present invention, it becomes possible to mix the natural rubber or synthetic isoprene rubber very uniformly in the wax, and the melt viscosity of the wax is made very high, Effects such as greatly improving the brittleness of the wax below the wax melting point can be obtained.
The polymer substances can be used alone or in combination of two or more.
Prior to supplying the polymer substance to a continuous kneader, pellets or powders of an appropriate size (for example, pellets having an average diameter of 2 to 10 mm, average particle diameter of 1 mm or less) are obtained by a pulverizer or a crusher. (Powder).
[0018]
In addition, when the production method of the present invention is used, organic powders such as corn starch, starch, various polymer powders, and inorganic powders such as titanium oxide, talc, mica, smectite, and silica are also uniformly dispersed in the wax. be able to. In particular, when a relatively hydrophilic powder is dispersed in a highly hydrophobic wax, the powder agglomerates above the melting point of the wax and fine dispersion is impossible. It is possible to obtain high dispersibility by using.
[0019]
The wax composition of the present invention may contain an antioxidant, a colorant, a dispersion aid, and other additives as necessary as long as they do not affect the mixing.
[0020]
The continuous kneader used in the present invention is preferably a twin-screw kneading extruder having two screws that can rotate in the same direction or in different directions.
[0021]
Next, the manufacturing method of the wax composition of this invention is demonstrated.
[0022]
The method for producing the wax composition of the present invention is such that the wax and the mixture are continuously at a temperature lower than the melting completion temperature of the wax, preferably at a temperature equal to or lower than the melting peak temperature obtained from a melting curve obtained by DSC measurement. Mix continuously with a kneader to obtain a composition. When there are a plurality of melting peaks, it is preferable to mix them at a peak temperature or less at the peak with the largest heat of fusion. When the wax and the mixture are mixed at a temperature equal to or higher than the melting point of the wax, the viscosity of the wax rapidly decreases due to the melting of the wax, so that sufficient shearing force is not applied to the mixture, so that the mixing is insufficient. Thus, it becomes difficult to obtain a uniform composition. By mixing at a temperature lower than the melting completion temperature of the wax, unmelted wax crystals remain, so the wax can be treated as a fluid with high viscosity apparently, which is generally done The wax and the mixture can be mixed by the same method as the compound of the plastic material.
[0023]
As a method for selecting a preferable mixing temperature, there are the following methods. From the melting curve obtained by DSC measurement, the total endotherm of the molten wax component is ΔH and the temperature range where the ratio ΔH ′ / ΔH of the endotherm on the lower temperature side than the mixing temperature is preferably 0.7 or less, Good mixing is possible in a temperature range of more preferably 0.5 or less, and even more preferably in a temperature range of 0.3 or less. There is no problem in performing the mixing at a temperature lower than the melting start temperature of the wax, but in the case of a hard wax with high crystallinity, it may be preferable to have a viscosity at the mixing temperature in order to obtain a uniform mixture. In this case, the lower limit temperature of ΔH ′ / ΔH is preferably selected to be 0.03 or higher, more preferably 0.05 or higher. As a similar concept, when mixing at a temperature near or lower than the melting start temperature of the wax, an appropriate amount (preferably 20 wt% or less, more preferably 10 wt% or less) of an oil component having a plasticizing effect of the wax is used. It is also possible to add.
[0024]
The optimum mixing temperature can be appropriately selected from the above mixing temperatures in accordance with the physical properties of the mixture. For example, when the mixture is an amorphous polymer, it is preferable to mix at or above the glass transition temperature of the amorphous polymer. When the mixture is a crystalline polymer, the temperature is preferably equal to or higher than the melting point of the crystalline polymer. When the mixture is an inorganic or organic powder, mixing is performed at a temperature sufficiently lower than the melting completion temperature of the wax (for example, a temperature lower than the melting start temperature of the wax) to facilitate uniform dispersion of the powder. It is preferable to do. However, mixing at a temperature lower than the glass transition temperature of the wax may cause adverse effects such as deterioration of the dispersion state or excessive load on the mixing device because the wax is too hard. It is preferable to mix above the transition temperature. In addition, considering the temperature dependence of the wax and the mixture, it is preferable to adjust the mixing temperature so that the physical properties of the two are optimal for mixing.
[0025]
The melting completion temperature, melting peak temperature, and ratio ΔH ′ / ΔH of ΔH and ΔH ′ in the present invention can be determined by, for example, the following method.
Measuring machine: Model DSC220 of Seiko Electronics Industry Co., Ltd.
Sample container: product number PN / 50-020 (aluminum open sample container, capacity 15 μl) and product number PN / 50-021 (aluminum open sample container crimp cover)
Sample weight: about 10mg
Temperature increase rate, temperature decrease rate: 5 ° C / min
Measurement temperature range: The optimum range is selected according to the wax used. The melting completion temperature and melting peak temperature are determined using data obtained by once melting, crystallizing at a rate of 5 ° C./min, and then increasing the temperature again at a rate of 5 ° C./min.
Specific examples include: [First heating process] from 30 ° C. to 130 ° C., [Temperature cooling process] from 130 ° C. (held for 5 minutes) to 30 ° C., [Second heating process] from 30 ° C. to 130 ° C. The measurement is performed continuously and the data of the second heating process is used.
Melting completion temperature: As shown in FIG. 1, the temperature at the point where the tangent of the base line on the high temperature side of the melting peak intersects with the tangent of the point located at 1/5 peak height of the high temperature side inclined line of the peak. Let it be the melting completion temperature. When there are a plurality of peaks, the peak located on the highest temperature side is selected to determine the melting completion temperature.
Main peak temperature: The peak temperature of the melting curve is determined from the above data. In the case of having a plurality of peaks, the peak having the largest heat of fusion is selected and used as the melting peak temperature.
ΔH: Total value of endothermic amounts of all melting peaks ΔH ′: Endothermic amount below the mixing temperature
There is no particular limitation on the means for supplying the wax and the mixture to the continuous kneader, both can be supplied simultaneously from one hopper provided in the continuous kneader, and two or more hoppers are provided. It is also possible to supply the mixture from the upstream hopper in the extrusion direction and supply wax from the downstream hopper. The wax can be supplied with a pump in a molten state.
[0027]
The kneading conditions of the wax and the mixture are not particularly limited, but it is preferable that the wax is mixed in a state where wax crystals remain. In order to obtain a uniform mixed state, the temperature is preferably set to a temperature equal to or lower than the wax melting completion temperature. Therefore, it is preferable that the kneading part outer cylinder (barrel) of the kneader has a specification capable of arbitrarily controlling the temperature.
[0028]
Since the composition obtained by the above method may contain bubbles during the kneading process, defoaming may be performed to remove the bubbles. A general method can be used for defoaming. For example, a method of maintaining the temperature above the melting temperature of the wax in a thermostatic chamber under reduced pressure, a method of mixing at a temperature equal to or higher than the melting temperature of the wax under reduced pressure using a mixing device such as a kneader having a pressure reducing means, and the like are used.
[0029]
When kneading using a twin-screw kneader extruder as a continuous kneader, a depressurization zone heated above the melting temperature of the wax is provided behind the mixing zone controlled below the wax melting completion temperature for defoaming. You can also select this method. It is also possible to perform kneading and defoaming by combining a plurality of biaxial kneading extruders, or a combination of a biaxial kneading extruder and a single screw kneading extruder. Of course, defoaming may not be necessary depending on the purpose of use or processing after mixing.
[0030]
When natural rubber or isoprene rubber is used as the mixture, it is preferable to heat the composition obtained to make the dispersion state of the wax and the mixture more uniform above the melting temperature of the wax. .
[0031]
According to the production method of the present invention, the wax composition of the present invention can be produced in a high yield in a short time, and the mixture can be uniformly dispersed in the wax. In particular, when the wax is mixed with natural rubber or isoprene rubber, extremely uniform dispersion is possible even when the wax is in an unmelted state.
[0032]
The wax composition obtained by the production method of the present invention is particularly preferably used as a moisture-proof composition or adhesive composition mainly composed of wax. In addition, since a wax composition can be obtained without using any organic solvent in the production process, it is extremely safe in various fields including food packaging materials by using the wax composition obtained by the production method of the present invention. Products can be provided.
[0033]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. In addition, this invention is not restrict | limited to a present Example at all.
[0034]
A wax composition was prepared as in Example 1 and Comparative Examples 1 and 2 below. And about this composition, the uniformity of dispersion | distribution was evaluated as follows. Evaluation of dispersibility is carried out by heating the composition above the melting point of the wax and defoaming it, then extending it to a thickness of about 5 mm in the molten state and visually checking for the presence of a granular mixture. It was. The granular material was judged to be in an undispersed state.
[0035]
[Example 1]
Microcrystalline wax (manufactured by Nippon Seiwa Co., Ltd., product number “Hi-Mic-1070”, melting completion temperature: 86 ° C., main peak temperature: 44 ° C.) was frozen and pulverized by a pulverizer, and pulverized microcrystalline wax was 2 mm to 10 mm. Sieving was performed.
Further, isoprene rubber (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product number Nipol-IR2200) was extruded into a strand shape from a Φ3 mm die by a single-screw kneading extruder and processed into a pellet shape. Note that calcium carbonate was used as an anti-blocking agent in order to prevent rubber from sticking to each other during cutting.
[0036]
As shown in FIG. 2, using a twin-screw kneading extruder extruder (“KEX-40S” manufactured by Kurimoto Seiko Co., Ltd.) 1, the microcrystalline wax after sieving pulverized into the first supply port 2 The fixed amount was supplied to the third supply port 5 at a rate of 35 g / min. Also, the pelletized isoprene rubber was charged into the second supply port 3 and quantitatively supplied to the third supply port 5 at a rate of 15 g / min by the quantitative supply machine 14. The microcrystalline wax and isoprene rubber supplied to the third supply port 5 are supplied to the kneading screw portion of the twin-screw kneading extruder extruder 1 and at a rotation speed of 20 rpm, each barrel temperature is a temperature below the completion of melting of the microcrystalline wax. The kneading was performed at a certain temperature of 35 ° C. ΔH ′ / ΔH was 0.09. The weight ratio of the supplied microcrystalline wax and isoprene rubber is 7: 3.
[0037]
The obtained composition was white including bubbles, and it was confirmed that the dispersion of each component was uniform. The obtained composition was defoamed in a dryer at 110 ° C., a nitrogen stream, −500 mmHg, and the dispersion state was confirmed again in the molten state. As a result, the composition was transparent and uniform, and the presence of undispersed natural rubber. Could not be confirmed.
[0038]
[Comparative Example 1]
Production was carried out in the same manner as in Example 1 except that kneading was carried out by controlling each barrel temperature of the twin-screw kneading extruder extruder in Example 1 to 100 ° C., which is around the melting completion temperature of the microcrystalline wax.
[0039]
The obtained composition was translucent and contained bubbles, and an unkneaded isoprene rubber could be confirmed. The obtained composition was defoamed in a dryer at 110 ° C., a nitrogen stream and −500 mmHg, and the dispersed state was confirmed again under a molten state. As a result, the presence of undispersed isoprene rubber was confirmed.
[0040]
[Comparative Example 2]
Using a pressure kneader (DS0.3-3 type) manufactured by Moriyama Seisakusho, 1800 g of microcrystalline wax (manufactured by Nippon Seiwa Co., Ltd., product number “Hi-Mic-1070”) in a kneading container of the pressure kneader And 600 g of isoprene rubber (manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd., product number Nipol-IR2200) were added and kneaded for 5 minutes at a rotation speed of 20 rpm, and then 600 g of the same wax was added and kneaded for another 10 minutes. The kneading was performed by flowing cooling water at 10 ° C. through the mixing vessel and the rotor, and with all the heaters turned off. The maximum temperature of the mixture during kneading was 37 ° C. (indicated temperature of the thermometer in the mixing container), and the temperature of the composition after completion of kneading was measured directly with a contact thermometer and found to be 36 to 42 ° C.
[0041]
It was confirmed that the obtained composition was white including bubbles and was in a uniform dispersed state. The obtained composition was defoamed in the same manner as in Example 1, and the dispersed state was confirmed again in the molten state. As a result, it was a transparent and uniform composition, and the presence of undispersed isoprene rubber could not be confirmed.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a method for producing a composition mainly composed of a wax having a uniform dispersion of each component in a short time and at a low cost with a high yield.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory diagram for obtaining a melting completion temperature and a melting peak temperature from a DSC measurement result.
FIG. 2 is a diagram schematically showing a continuous mixer used in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 Twin-screw kneading extruder (continuous kneading machine)
2 1st supply port 3 2nd supply port 4 Fixed quantity feeder 5 3rd supply port

Claims (4)

ワックスを主体とするワックス組成物の製造方法であって、該ワックスと該ワックスと混合される被混合物に連続混練機で外力を加えて混合する工程を具備しており、
上記ワックスと上記被混合物との混合温度が、該ワックスの融解完了温度未満の温度で、且つ示差熱分析測定により得られた融解曲線から求まる融解ワックス成分の全吸熱量ΔHに対する、混合温度よりも低温側の吸熱量ΔH’の比(ΔH’/ΔH)で0.7以下の温度であることを特徴とするワックス組成物の製造方法。
A method of manufacturing a wax composition mainly of wax, which comprises a step of adding and mixing an external force in a continuous kneader object mixture is mixed with the wax and the wax,
The mixing temperature of the wax and the mixture to be mixed is lower than the melting completion temperature of the wax and the mixing temperature with respect to the total endothermic amount ΔH of the molten wax component obtained from the melting curve obtained by differential thermal analysis measurement. A method for producing a wax composition, characterized in that the temperature is 0.7 or less in terms of the ratio of endothermic amount ΔH ′ on the low temperature side (ΔH ′ / ΔH) .
上記被混合物として非晶性高分子を含み、混合時の温度が該非晶性高分子のガラス転移温度以上である請求項1記載のワックス組成物の製造方法。Method of manufacturing the mixture comprises an amorphous polymer as the temperature during mixing is not less than the glass transition temperature of the non-crystalline polymer according to claim 1 Symbol placement of wax composition. 上記非晶性高分子が、イソプレンゴムもしくは天然ゴムである請求項記載のワックス組成物の製造方法。The method for producing a wax composition according to claim 2 , wherein the amorphous polymer is isoprene rubber or natural rubber. 上記混合により得られた組成物を上記ワックスの融解温度以上に加熱する請求項3記載のワックス組成物の製造方法。The method for producing a wax composition according to claim 3, wherein the composition obtained by the mixing is heated to a temperature equal to or higher than the melting temperature of the wax.
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