JP6129470B2 - 新規なコア−シェル粒子の多段ポリマー粉末と、その製造方法と、それを含む組成物 - Google Patents
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Description
本発明は特に、多段重合プロセスで製造される少なくとも一つの傾斜ポリマーを含むコア−シェル構造を有する新規なポリマーの耐衝撃性改良剤に関するものである。
本発明はさらに、上記耐衝撃性改良剤の製造方法、特に重合後のその回収方法に関するものである。
本発明はさらに、上記の新規な耐衝撃性改良剤を含む熱可塑性組成物にも関するものである。
本発明の他の目的は、微粉末の比率が小さく、粗い粒子の比率が小さい、平均値粒径がマイクロメートル範囲にある、凝集した耐衝撃性改良剤粉末の製造方法を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、容積平均粒径が500μm以下で、小さい粒子(平均粒径が20μm以下)の比率が5%以下で、好ましくは小さい粒子の量が2%以下である凝集した耐衝撃性改良剤粉末を製造することにある。
本発明の他の目的は排水の量を減らし、装置類、特に分離に必要なエネルギーコストと設備投資とを減らすことにある。
本発明のさらに他の目的は、優れた耐衝撃性を有する熱可塑性ポリマーの全ての特性をバランスさせ、ポリマー組成物の粘性を低下させずに、高温度での変色が無く、耐衝撃性改良剤の製造中の不純物または副精製物の影響を受けない耐衝撃性改良剤を含む衝撃変成した熱可塑性組成物を提供することにある。
本発明は以下の実施例の詳細な説明からより明確に理解できよう。しかし、本発明が下記実施例に限定されるものではない。
「アルキル(メタ)アクリレート」という用語はアクリル酸アルキルおよびアルキルメタクリレートを表す。
「コポリマー」という用語は少なくとも2つの異なるモノマーから成るポリマーを表す。
「傾斜(gradient)ポリマー」という用語はコポリマー鎖の一部または全体に沿って大部分がモノマーAであるものから大部分がモノマーBになる繰返し単位が傾斜したコポリマーを表すのに使用する。
「コア−シェル・ポリマー」という用語は[図1]〜[図3]に示すような構造を有するポリマーを示すのに使用する。しかし、これらの例に限定されるものではない。
「微粒子、細かい粒子」とい用語は20μm以下の粒子の個体群を示す。
「粗い粒子(coarse particles)」という用語は700μm以上の粒子の個体群を示す。
「粉末」という用語は容積平均直径が1μm以上のポリマー粒子を示すのに使用する。
「部」という用語はここでは重量部を意味する。
特に断らない限り「全重量部」は必ずしも100に足す必要はない。
「中性pH」という用語は、ここではpH 6.0〜7.5を表すのち使用する。
PS=ポリスチレン
PMMA=ポリメチルメタクリレー
有機過酸化物、例えばtert-ブチル・ヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、過酸化ベンゾイル、ラウロイル・パーオキサイド、p-メンタン・ヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼン・ヒドロペルオキシド、アゾ化合物、例えばアゾビスイソブチロニトリルおよびアゾビスイソバレロニトリル、またはレドックス開始剤が含まれるが、これらに限定されるものではない。しかし、パーオキサイド化合物、例えば上記のものと、還元剤、特にアルカリ金属サルファイト、アルカリ金属ビサルファイト、ナトリウムホルムアルデヒド・スルホキシレート(NaHSO2HCHO)、アスコルビン酸、グルコースとを組み合わせたレドックス型の触媒系、特に、水溶性の過硫酸カリウム/メタ亜硫酸ナトリウムまたはジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド/ナトリウム・ホルムアルデヒド・スルホキシレートまたは硫酸第一鉄/デキストロース/ピロリン酸ナトリウムのような触媒系を使用するのが好ましい。
(a) 傾斜ポリマー層を含むコアシェルコポリマーを乳化重合で合成し、
(b) 合成段階後にコア−シェル・ポリマー粒子のpH値を制御、調整し、
(c) 水溶性電解質溶液を添加してコアシェル・ポリマーをpH4〜8で凝集させる。
乳化重合の終わりの初期耐衝撃性改良剤の粒径は毛細管流体力学分画(CHDF)で実行される。重量平均粉末粒径、粒径分布および微粉末の比は300mmレンズを有するマルヴァーンマスターサイザー(Malvern Mastersizer)Sを使用して0,5-880μmの範囲で測定する。
D(v、0.5)はサンプルの50%がその粒径より小さく、サンプルの50%がその粒径より大きい粒径すなわち50%累積容積での等価容積直径を言う。このサイズはメディアン径ともよばれ、粒子に寸法独立濃度とみなした粒子濃度でマスメディアン直径に関連する。
D(v、0.1)はサンプルの10%がそれより小さい粒径である粒径すなわち10%累積容積での等価容積を言う。
D(v、0.9)はサンプルの90%がそのサイズより少ない粒径である。
D[43]は容積平均直径である。
規格9276-1「粒度分析のパート1:グラフ表示」および規格9276-2「粒度分析結果の表示、パート2:平均値粒径/直径の計算と粒径分布からのモーメント」を使用。
乾燥した5gの粉末を20mLの脱イオン水に分散させ、45℃で10分間の撹拌する。得られたスラリーをWattmanフィルタ紙で濾過し、濾過水のpHを室温で測定する。このpH値は予め標準緩衝液で較正したpHメータ(Eutech Instrument pH 200シリーズ)に接続したガラス・プローブ(Fisher Scientific)を使用して得た。
各耐衝撃性改良剤粉末をSABICからの熱可塑性樹脂ポリカーボネートLexan ML5221と混合した(5重量%、押出機Clextral(ダブル直径25mm、長さ700mm)を用い、押出機全体の帯域に応じて100℃〜320℃の温度を使用)。
熱可塑性組成物の衝撃強度はISO規格180-2000で測定した。テストサンプルはタイプ1Aである。
第1段階(コアの重合)
20リットルの高圧反応装置に、116.5部の脱イオン水、0.1部の牛脂脂肪酸の乳化カリウム塩、21.9部の1,3-ブタジエン、0.1部のt ドデシルメルカプタン、0.1部のp-メンタンヒドロペルオキシドとを初期釜チャージとして導入した。概略を以下に記載する。溶液を加熱し、攪拌した。43℃でレドックス-ベースの触媒液を添加し(4.5部の水、0.3部のテトラピロリン酸ナトリウム、0.004部の硫酸第一鉄、0.3部のデキストロース)、重合を効果的に開始する。それから溶液を56℃にさらに加熱、3時間この温度を保持した。
3.9リットルの反応装置に75.0部(固形物基準)のポリブタジエンゴム・ラテックス粒子R1と、37.6部の脱イオン水と、0.1部のホルムアルデヒド・スルホキシ酸ナトリウムとを導入した。溶液を攪拌し、窒素パージし、77℃に加熱した。溶液を77℃に達した時に22.6部のメチルメタクリレートと、1.1部のアクリル酸エチルと、1.4部のジビニールベンゼンと、0.1部のt-ブチルヒドロペルオキシド開始剤との混合物を70分かけて連続的に加え、80分間その状態を保持した。この保持時間の開始から30分後に0.1部のホルムアルデヒド・スルホキシ酸ナトリウムと、0.1部のt-ブチル・ヒドロペルオキシドとを反応装置に加えた。
最初の段階(コア1およびコア2のの重合)
20リットルの高圧反応装置に初期投入物として116.5部の脱イオン水と、0.1部のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムエマルジョンと、20部の1,3-ブタジエンと、0.1部のt-ドデシルメルカプタンと、0.1部のp-メンタン・ヒドロペルオキシドとを入れ、溶液を攪拌下に43℃まで加熱し、その温度でレドックス-ベースの触媒(4.5部の水、0.3部のテトラピロホスフェートと、0.004部の硫酸第一鉄と、0.3部のデキストロース)を加えて重合を有効に開始した。それから溶液をさらに56℃まで加熱し、3時間この温度を保持した。
3.9リットルの反応装置に80.75部(固形物基準)のポリブタジエンゴムラテックス粒子R2と、1.3部の脱イオン水と、0.004部のホルムアルデヒド・スルホキシ酸ナトリウムとを入れた。溶液を攪拌したに窒素パージし、55℃に加熱した。溶液が62℃に達した時に60分かけて7.1部のスチレンと、0.09部のジビニールベンゼンと、0.03部のt-ブチル・ヒドロペルオキシドとを連続的に加えた。その後、温度を40分間かけて75℃に上げる。バッチで、1.4部の脱イオン水と、0.003部のホルムアルデヒド・スルホキシ酸ナトリウムとの混合物を加え、それから10.5部のメチルメタクリレートと、0.13部のジビニールベンゼンと、0.04部のt-ブチル・ヒドロペルオキシド開始剤とを30分以上かけて連続的に加える。この添加の30分後に0.1部のt-ブチル・ヒドロペルオキシドを反応装置に一度に加え、60分間維持する。この60分の保持時間後、安定化エマルションを上記グラフト共重合ポリマーラテックス粒子に加えた。安定化エマルションは5.4部(グラフト共重合ポリマーの質量ベース)の脱イオン水と、0.1部のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムと、0.1部のチオジプロピオン酸ジラウリルと、0.24部のトリエチレングリコール−ビス[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)−プロピオネート]とを混合して調製した。得られたコアシェル・ラテックス粒子(E2)は約190nmの平均値粒径を有する。
2リットルの較正済みフラスコに9.45gのNa2HPO4 (ジナトリウム水素ホスフェート)と、9.06gのKH2PO4 (カリウム二水素ホスフェート)を入れ、全体を脱塩水で2リットルにした。測定されたpHは6.8(0.066mol/l)である。
撹拌機を備えた3Lのジャケット付き容器に、500 gの比較例1または実施例2のそれぞれのコアシェル粒子のラテックス粒子を連続的に入れ、pH=6.8での緩衝液を入れて、14.1%の固形分にする。300r/分での撹拌下に溶液を30℃に加熱し、塩の溶液(300mLの脱イオン水中に16.1gの硫酸マグネシウム)を噴射した。迅速に凝集が起こる。15分間、30℃の温度で撹拌した後、80℃まで上げ、さらに30分間この温度を維持する。その後、40℃まで冷却する。pHを測定し、必要に応じて0.066mol/lのNa2HPO4の水溶液で調整した。スラリーをブフナー紙濾過器で濾過し、粉末を回収した。粉末は換気式乾燥器に入れ、50℃で48時間乾燥した後、回収した。
上記凝集沈降法と比較するために、実施例2を凍結乾燥でも乾燥した。
粒径を分析した。詳細は[表1]と[図4]に示す。
比較例3、4
比較例3は最後にpH調整しなかった。すなわち、実施例2のラテックスを硫酸マグネシウムで凝集し、凝凝集後に、Na2HPO4の水溶液で中和点までpH調整しなかった。
比較例4はNaOHでpH調整した。すなわち、実施例2のラテックスを硫酸マグネシウムで凝集し、凝集の後にpHをNa2HPO4でなくて水酸化ナトリウム(NaOH)の水溶液で調整した。
比較例3から、最終pH値を制御せず、中性pHに調整した場合には、初期b*は許容範囲内にあるが、本発明の条件に従って製造したものと比較して時間の経過とともに変色が進化することが分かる。
比較例4から、最終pH値を制御し、中性pHに調整するが、十分な電解液を用いない場合には、初期b*は許容範囲内にあるが、本発明の条件に従って製造したものと比較して時間の経過とともに変色が進化することが分かる。
添付の図はコア-シェル構造の例であり、[図1]は比較例1、[図2a]、[図2b]および[図3]は本発明の実施例である。
Claims (19)
- ポリマーのコアとシェルを有するコア−シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤粒子であって、
上記コアは各層が異なるポリマー組成を有する少なくとも2つのポリマー層で覆われ、このポリマー層の少なくとも一層は傾斜ポリマーから成り、
上記コアのポリマーのガラス転移温度は0℃以下であり、
コア/シェルの重量比率は40/60〜90/10であり、
上記コアのポリマーはブタジエンのホモポリマーから成り、
上記シェルはスチレンのホモポリマー、アルキルスチレンのホモポリマーまたはメチルメタクリレートのホモポリマーであるか、これらのモノマーの少なくともの一つを70重量%以上含む少なくとも一種のコモノマーとのコポリマーである
ことを特徴とする耐衝撃性改良剤粒子。 - 上記の少なくとも2つのポリマー層の一つの層がコアのポリマー層であり、このコアのポリマー層は上記コアのポリマーとは異なる組成を有し且つ傾斜ポリマーである請求項1に記載のコア-シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤。
- 少なくとも一つのコアのポリマー層と、少なくとも2つのシェルのポリマー層とを有し、上記のコアのポリマー層は上記コアおよびシェルのポリマーとは異なる組成を有し且つ傾斜ポリマーであり、各シェルは互いに異なるポリマー組成を有し、少なくとも一つのシェルのポリマー層は傾斜ポリマーである請求項1に記載のコア-シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- コアのポリマーのガラス転移温度が−40℃以下である請求項1〜3のいずれか一項に記載のコア−シェルコポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- コアのポリマーのガラス転移温度が−80℃〜−40℃の間にある請求項1〜3のいずれか一項に記載のコア-シェルコポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- コアのポリマー層がブタジエンとスチレンから成る請求項2〜5のいずれか一項に記載コア−シェルコポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- シェルのポリマー層がメタアクリル酸メチルから成る請求項1〜6のいずれか一項に記載コア−シェルコポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- 傾斜ポリマーがスチレンから成る請求項1〜7のいずれか一項に記載のコア−シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤粒子。
- 下記工程から成る耐衝撃性改良剤の製造方法:
(a) 請求項1〜8のいずれか一項に記載のコア−シェル・コポリマーを乳化重合で合成し、
(b) 合成段階後にコア−シェル・ポリマー粒子のpH値を制御、調整し、
(c) 水溶性電解質溶液を添加してコアシェル・ポリマーをpH6〜7で凝集させる。 - 凝集段階の前のコア−シェル・コポリマー粒子のラテックスのpHを4〜7.5の間にする請求項9に記載の方法。
- 凝集段階の前のコア−シェル・コポリマー粒子のラテックスのpHを6〜7の間にする請求項9または10に記載の方法。
- 段階(b)でのpH値を水溶性緩衝液の添加で調整する請求項9〜11のいずれか一項に記載の方法。
- 水溶性緩衝液が水溶性ホスフェートの緩衝液である請求項12に記載の方法。
- 段階(c)での凝集に使用する電解液が硫酸マグネシウムである請求項9〜13のいずれか一項に記載の方法。
- 段階(c)の後に追加の段階(d)を有し、この段階(d)で凝集段階後のコアシェル・ポリマーのpH値をpH6〜7.5の間に調整する請求項9〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 少なくとも一種の熱可塑性ポリマーと、請求項1〜8のいずれか一項に記載のコア−シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤粒子とを含む衝撃変成熱可塑性組成物。
- 少なくとも一種の熱可塑性ポリマーと、請求項9〜15のいずれか一項に記載の製造方法で作られたコア−シェル・コポリマーの耐衝撃性改良剤粒子とを含む衝撃変成熱可塑性組成物。
- 熱可塑性ポリマーがポリ(ビニルクロライド)(PVC)、ポリ(エチレン・テレフタレート)(PET)、ポリ(ブチレン・テレフタレート)(PBT)、ポリ乳酸(PLA)、ポリスチレン(PS)、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレン、ポリ(メチルメタアクリレート)、(メタ)アクリルコポリマー、熱可塑性ポリ(メチルメタメタアクリレート-co-エチルアクリレート)、ポリ(アルキレンテトラフタレート)、ポリビニリデンフルオライド、ポリ(ビニリデンクロライドル)、ポリオキシメチレン(POM)、半結晶ポリアミド、アモルファス・ポリアミド、半結晶コポリアミド、アモルファス・コポリアミド、ポリエーテルアミド、ポリエステルアミド、スチレンの中から選択される請求項16または17に記載の衝撃変成熱可塑性組成物。
- 熱可塑性ポリマーがポリカーボネート(PC)および/またはポリエステル(PETまたはPBT)またはポリカーボネート(PC)またはポリエステル(PETまたはPBT)のアロイの中から選択される請求項16または17に記載の衝撃変成熱可塑性組成物。
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