JP6168330B2 - 加工助剤及び加工助剤用マスターバッチ - Google Patents

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Description

本発明は、非フッ素化（ｎｏｎ−ｆｌｕｏｒｉｎａｔｅｄ）溶融加工性重合体の押出成形時に使われる加工助剤及び加工助剤用マスターバッチに関し、より詳しくは、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれていないことにも溶融破壊（Ｍｅｌｔ ｆｒａｃｔｕｒｅ）消滅時間を短縮させることができ、ダイビルド−アップ（Ｄｉｅ ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）形成時間を遅らせて、加工時の押出負荷が少なくて生産性を向上させることができる加工助剤及び加工助剤用マスターバッチに関する。
非フッ素化溶融加工性熱可塑性重合体の加工において、生産性の向上及び低コスト化を実現するためには速い速度で押出する必要がある。しかしながら、非フッ素化溶融加工性熱可塑性重合体組成物には必ず臨界剪断速度があるが、この速度を上回れば溶融破壊と呼ばれる、表面が粗くなる状態が発生して、良好な成形品が得られなくなる。
前記の問題を改善し、より速い押出速度を達成するためにフルオロ重合体を加工助剤として使用することが知られている。
特許文献１には溶融加工性重合体のためのフルオロ重合体加工助剤が開示されている。
前記フルオロ重合体加工助剤は加工性を改善させた長所があるが、溶融破壊消滅時間が多くかかる問題がある。
前記溶融破壊消滅時間を短縮するためには、フルオロ重合体加工助剤が非フルオル溶融加工性重合体内に均一に分散されることが好ましいと知られている。特許文献２にはフルオロ重合体加工助剤の非フッ素化溶融加工性重合体内に分散を向上させたフルオロ重合体加工助剤が開示されている。
前記フルオロ重合体加工助剤は界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれているので、溶融破壊消滅時間を短縮させた長所があるが、界面活性剤の低い熱分解温度から炭化物が形成され、ダイ−堆積（Ｄｉｅ−Ｄｅｐｏｓｉｔ）が発生してダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）の原因となる問題がある。
韓国登録特許第１９９６−００００５１１号（１９９６．０１．０８．） 韓国登録特許第１０−０８７０３８８号（２００８．１１．２５．）
フッ素重合体を非フッ素化溶融加工性重合体の加工助剤に使用するに当たって、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）を用いてフルオル重合体加工助剤を非フッ素化溶融加工性重合体内に分散させる程度を向上させる方向に従来技術は集中してきた。しかしながら、界面活性剤を使用するによって溶融破壊消滅時間を短縮させることができるが、ダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）が形成される現象が発生している。
本発明の目的は、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれていないことにも溶融破壊消滅時間を短縮させることができ、ダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）形成を抑制し、加工時の押出負荷が少なくて生産性が向上した非フッ素化溶融加工性重合体用加工助剤及び加工助剤用マスターバッチを提供することにある。
本発明では加工助剤であるフルオル重合体の形態が従来技術のような単一粒子形態でない、小さい粒子が集まって形成されたクラスタ粒子の形態の場合、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）を使用しなくても溶融破壊消滅時間が短縮され、ダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）の形成が抑制されることを見出した。
前記の目的を達成するために、本発明は次のような手段を提供する。
本発明は、ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体からなる、直径が０．０２μｍ〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２μｍ〜２ｍｍのクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体を含む加工助剤を提供する。
前記フルオロ重合体１００重量部に対し、パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）１乃至２０重量部を追加的に含み、界面活性剤がない。
前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）は平均粒子サイズが０．５μｍ〜１０μｍの無機物粉末、または平均粒子サイズが１ｍｍ以下の有機物粉末のうちのいずれか１つ以上を使用し、かつ前記無機物粉末はタルク、シリカ、及び炭酸カルシウムからなる群から選択される１種以上であり、前記有機物粉末は酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、熱安定剤、光安定化剤、金属不活性剤、強化剤、可塑剤、潤滑剤、乳化剤、顔料、光学漂白剤、帯電防止剤、及び発泡剤で構成された群から選択される１種以上でありうる。
また、本発明は、本発明に係る加工助剤と非フッ素化溶融加工性重合体を含む加工助剤用マスターバッチを提供する。
前記加工助剤用マスターバッチは、本発明に係る加工助剤０．５〜２０重量％と非フッ素化溶融加工性重合体８０〜９９．５重量％を含むことができる。
本発明に係る加工助剤は、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれていないことにも非フッ素化溶融加工性重合体の押出加工時、溶融破壊消滅時間を短縮させることができ、ダイビルド−アップ形成時間を遅らせて、加工時の押出負荷が少なくて生産性を向上させることができる長所がある。本発明に係るフルオル重合体加工助剤は特に溶融加工性ポリオレフィンの押出に有用である。
本発明に係る実施形態１で製造されたフルオロ重合体２次粒子の光学顕微鏡写真である。 本発明に係る実施形態２で製造されたフルオロ重合体２次粒子の光学顕微鏡写真である。 ３Ｍ社の加工助剤ＤｙｎａｍａｒＴＭ ＦＸ−９６１３の光学顕微鏡写真である。 Ｄａｉｋｉｎ社の加工助剤ＤＡ−８１０Ｘの光学顕微鏡写真である。 実施形態１、比較例１、及び比較例５の溶融破壊消滅時間を示す写真である。 実施形態４及び比較例５のダイビルドアップ形成時間を示す写真である。
以下、本発明を詳細に説明すると、次の通りである。
押出成形時、押出機内で非フッ素化溶融加工性重合体組成物がメルト（ｍｅｌｔ）状態で剪断力（ｓｈｅａｒ）を受けた時、フルオル系加工助剤はダイ表面（Ｄｉｅ ｓｕｒｆａｃｅ）と接触して潤滑層（ｌｕｂｒｉｃａｎｔ ｌａｙｅｒ）を形成し、このような潤滑層が形成されれば非フッ素化重合体の溶融破壊が消滅されると知られている。
非フッ素化溶融加工性重合体組成物の加工性を向上させるために使われる加工助剤に界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれれば、溶融破壊消滅時間を短縮させることができる長所があるが、低い熱分解温度により炭化物が生成され、ダイ−堆積（Ｄｉｅ−Ｄｅｐｏｓｉｔ）が多く発生してダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）の原因となる短所がある。
また、加工助剤組成物に界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）を含まないと、ダイビルド−アップ（Ｄｉｅ Ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）形成時間を遅らせることができる一方、溶融破壊消滅時間が多くかかる問題がある。
本発明は、界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）を含まないことにもかかわらず、溶融破壊消滅時間を短縮させることができ、ダイビルド−アップ形成を抑制し、加工時の押出負荷の少ない加工助剤を提供することを特徴とする。
本発明に係る加工助剤は、直径が０．０２μｍ〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２μｍ〜２ｍｍのクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体を含む。
従来の加工助剤に含まれるフルオロ重合体は、直径２ｍｍ以下の単一粒子で構成されているので、押出時にフルオロ重合体が解体されてダイ表面と接触して潤滑層を形成することに長時間が必要である。
一方、本発明に係る加工助剤は直径が０．０２μｍ〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２μｍ〜２ｍｍのクラスタ型の２次粒子を形成するものであって、クラスタ型の２次粒子を構成する１次粒子が押出時に容易に分離されながら速かにダイ表面と接触して潤滑層を形成する長所がある。
共重合されて適合したフルオロ重合体を形成することができるフルオル化単量体にはフルオル化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、及びパーフルオロアルキルパーフルオロビニルエーテルが含まれる。使用可能なフルオロ重合体の具体的な例には、フルオル化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、１−ヒドロペンタフルオロプロピレン、及び２−ヒドロペンタフルオロプロピレン、または１−または２−ヒドロペンタフルオロプロピレンの共重合体が含まれるが、これに制限されるものではない。
本発明に係る加工助剤は、パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）を追加的に含むことができる。前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）は、フルオロ重合体粒子が互いに張り付くことを防止する役割を遂行するために含まれることができる。前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）はａｎｔｉｂｌｏｃｋｉｎｇ ａｇｅｎｔとも呼ばれる。前記フルオロ重合体１００重量部に対し、前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）１乃至２０重量部を追加することができる。前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）は、タルク、シリカ、及び炭酸カルシウムからなる群から選択される１種以上を使用することができるが、これに制限されるものではない。前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）は平均粒子サイズが０．５μｍ以上、１０μｍ以下の粉末のものが好ましい。
本発明の加工助剤は、前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）の以外に、酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、熱安定剤、光安定化剤、金属不活性剤、強化剤、可塑剤、潤滑剤、乳化剤、顔料、光学漂白剤、帯電防止剤、発泡剤などの添加剤をさらに追加することができる。
本発明ではパーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）にタルク、シリカ、炭酸カルシウムなどの無機物粉末だけでなく、平均粒子サイズが１ｍｍ以下の有機物粉末を使用することができる。前記有機物粉末は、前記添加剤に含まれる酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、熱安定剤、光安定化剤、金属不活性剤、強化剤、可塑剤、潤滑剤、乳化剤、顔料、光学漂白剤、帯電防止剤、及び発泡剤で構成された群から選択される１種以上を使用することができる。
また、本発明は加工助剤用マスターバッチを提供する。
本発明に係る加工助剤用マスターバッチは、前記本発明の加工助剤と非フッ素化溶融加工性重合体を含むものである。特に、本発明の加工助剤用マスターバッチはオレフィン系重合体樹脂を成形する時の加工助剤として適切に使用することができる。
本発明の加工助剤用マスターバッチは、前記加工助剤がオレフィン系重合体に均等に分散されたものであるので、オレフィン系重合体樹脂の押出成形時に添加することによって、押出トルクや押出圧力の低下など、成形加工性を向上させることができる。
前記オレフィン系重合体は、オレフィン系単量体のホモ重合体またはオレフィン系単量体、及びαオレフィン共単量体の共重合体のものが好ましい。
前記オレフィン系単量体には、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセン、オクテン、デセン、ドデセン、テトラデセン、ヘキサデセン、オクタデセン、エイコセンなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。
前記共重合に使われる共単量体には、炭素数４以上のαオレフィンが使用できる。炭素数４以上のαオレフィンには、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、または１−エイコセンなどがあるが、これに限定されるものではない。このうち、炭素数４〜１０のαオレフィンが好ましく、１種または多種のαオレフィンが共に共単量体に使用されることもできる。
前記オレフィン系重合体は、ポリエチレンのものが好ましい。
本発明の加工助剤用マスターバッチは、粉末、顆粒、ペレットなどの形態と関係ないものであるが、溶融混練することによって得られるペレットのものが好ましい。
本発明に係る加工助剤用マスターバッチは、本発明の加工助剤０．５〜２０重量％と非フッ素化溶融加工性重合体８０〜９９．５重量％を含むことが好ましい。
本発明の加工助剤用マスターバッチは、前記加工助剤及び前記非フッ素化溶融加工性重合体と共に必要に従うその他の成分を配合してなされることができる。前記その他の成分としては特別に限定されず、前述した添加剤でありうる。
本発明の加工助剤用マスターバッチは、前記加工助剤及び前記非フッ素化溶融加工性重合体を１２０乃至２００℃の温度下で混練することによって得ることができる。
以下、実施形態を通じて本発明の構成及び効果をより詳細に説明する。これら実施形態は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれらの実施形態により制限されるものではない。
（実施形態１）
ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる直径が０．０２〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ１ｍｍ以下のクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体９０重量％、及びパーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）１０重量％をドライブレンディングして加工助剤を製造した。前記パーティショニング剤はタルク（ＫＯＣＨ社、ＫＣ５０００）を使用した。前記フルオロ重合体２次粒子の光学顕微鏡写真を図１に示した。
（実施形態２）
ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる、直径が０．０２〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２ｍｍ以下のクラスタ型の２次粒子を構成するフルオロ重合体９０重量％、及びパーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）１０重量％をドライブレンディングして加工助剤を製造した。前記パーティショニング剤はタルク（ＫＯＣＨ社、ＫＣ５０００）を使用した。前記フルオロ重合体２次粒子の光学顕微鏡写真を図２に示した。
（実施形態３）
ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる、直径が０．０２〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ１ｍｍ以下のクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体９７重量％、及びパーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）３重量％をドライブレンディングして加工助剤を製造した。前記パーティショニング剤はタルク（ＫＯＣＨ社、ＫＣ５０００）を使用した。
（実施形態４）
ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる、直径が０．０２〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２ｍｍ以下のクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体９７重量％、及びパーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）３重量％をドライブレンディングして加工助剤を製造した。前記パーティショニング剤はタルク（ＫＯＣＨ社、ＫＣ５０００）を使用した。
（比較例１）
３Ｍ社の加工助剤ＤｙｎａｍａｒＴＭ ＦＸ−９６１３（フルオロ重合体９０重量％及びパーティショニング剤１０重量％）を準備した。３Ｍ社のＤｙｎａｍａｒＴＭ ＦＸ−９６１３の光学顕微鏡写真を図３に示した。３Ｍ社の加工助剤ＤｙｎａｍａｒＴＭ ＦＸ−９６１３は単一粒子で、粒子サイズが１ｍｍ以下である。
（比較例２）
Ｄａｉｋｉｎ社の加工助剤ＤＡ−８１０Ｘ（フルオロ重合体９７重量％及びパーティショニング剤３重量％）を準備した。Ｄａｉｋｉｎ社のＤＡ−８１０Ｘの光学顕微鏡写真を図４に示した。Ｄａｉｋｉｎ社の加工助剤ＤＡ−８１０Ｘは単一粒子で、粒子サイズが２ｍｍ以下である。
（比較例３）
Ｓｈｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の加工助剤３５１１Ｎを準備した。前記Ｓｈｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の３５１１Ｎ加工助剤はフルオロ重合体５０重量％及び界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）５０重量％を含んでいる。Ｓｈｉｎｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社の加工助剤３５１１Ｎは単一粒子で、粒子サイズが２ｍｍ以下である。
（実験例１）
前記実施形態１乃至４及び比較例１乃至３の加工助剤をメタロセン系線形低密度ポリエチレン（大林産業、ｍＬＬＤＰＥ ＸＰ９０００、メルトインデックス０．６ｇ／１０分、密度０．９３５ｇ／ｃｍ３）と＜表１＞の添加量でドライブレンディングした後、ブラベンダーインスツルメント（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ）社のプラスチコーダー（Ｐｌａｓｔｉ−Ｃｏｒｄｅｒ長さ／直径＝３２／１）を用いて１７０℃、２００℃、２００℃の温度で６０ｒｐｍで溶融混合し、押出ストランドを水槽で冷却し、ペレット化した。
前記それぞれのペレットをブラベンダーインスツルメント社の一軸押出機プラストグラフＥＣプラス（＋）（Ｐｌａｓｔｏｇｒａａｐｈ ＥＣ Ｐｌｕｓ、長さ／直径＝３２／１）に長さ８０ｍｍ、直径１．５ｍｍのダイを装着してシリンダー温度１７０℃、２３０℃、２３０℃、ダイ温度２３０℃、スクリュー回転数１５０ｒｐｍで押出を行って溶融破壊消滅時間、ダイビルド−アップ形成時間を観察し、ダイ圧力を記録して＜表１＞に示した。
溶融破壊消滅時間は、前記ペレットをホッパーに投入し、その時点を０とし、溶融破壊が消えて成形品の全体面が平滑になる時間を測定したものであり、肉眼及び触診により行なった。
実施形態１、比較例１、及び比較例５の溶融破壊消滅時間を示す写真を図５に示し、実施形態４及び比較例５のダイビルド−アップ形成時間を示す写真を図６に示した。
Figure 0006168330
＜表１＞及び図５によれば、実施形態１乃至４の加工助剤は比較例１及び２の加工助剤に比べて溶融破壊消滅時間が非常に短縮され、ダイ圧力も低いことを確認することができる。
また、実施形態１乃至４の加工助剤は界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれた比較例３の加工助剤よりも溶融破壊消滅時間が短縮されることを確認することができる。
＜表１＞及び図６によれば、実施形態１乃至４の加工助剤は６０分間ダイビルドアップが形成されない一方、比較例３の加工助剤は界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれることによって３０分以内にダイビルド−アップが形成されることを確認することができる。
したがって、本発明に係る加工助剤は界面活性剤（ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ ａｇｅｎｔ）が含まれていないことにも溶融破壊消滅時間を短縮させることができ、加工時の押出負荷が少なくて生産性を向上させることができる長所がある。
本発明に係る図１及び図２の光学顕微鏡写真と市販の図３及び図４の光学顕微鏡写真とを比較すると、次の通りである。
図１及び図２の光学顕微鏡写真を見ると、本発明に係るフルオロ重合体粒子は小さな１次粒子が集まってクラスタ型の２次粒子を形成することを確認することができる。本発明の加工助剤は前記クラスタ型２次粒子とパーティショニング剤をドライブレンディングして製造するものであって、ドライブレンディングは前記クラスタ型２次粒子の変形を発生させることがある熱、圧力など、外部的な作用が加えられない混合方法であるので、本発明の加工助剤の形態は図１及び図２の形態をそのまま維持している。
一方、図３及び図４の光学顕微鏡写真を見ると、市販の加工助剤は単一粒子形態であることを確認することができる。

Claims (5)

  1. ビニリデンフロライドとヘキサフルオロプロピレンの共重合体からなる、直径が０．０２μｍ〜０．５μｍのフルオロ重合体１次粒子が集まって粒子サイズ２μｍ〜２ｍｍのクラスタ型の２次粒子を形成するフルオロ重合体を含むことを特徴とする、加工助剤。
  2. 前記フルオロ重合体１００重量部に対し、パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）１乃至２０重量部を追加的に含み、界面活性剤がないことを特徴とする、請求項１に記載の加工助剤。
  3. 前記パーティショニング剤（ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ａｇｅｎｔ）は平均粒子サイズが０．５μｍ〜１０μｍの無機物粉末、または平均粒子サイズが１ｍｍ以下の有機物粉末のうち、いずれか１つ以上を使用し、かつ
    前記無機物粉末はタルク、シリカ、及び炭酸カルシウムからなる群から選択される１種以上であり、
    前記有機物粉末は酸化防止剤、紫外線吸収剤、難燃剤、熱安定剤、光安定化剤、金属不活性剤、強化剤、可塑剤、潤滑剤、乳化剤、顔料、光学漂白剤、帯電防止剤、及び発泡剤で構成された群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項２に記載の加工助剤。
  4. 請求項１に記載の加工助剤と非フッ素化溶融加工性重合体を含むことを特徴とする、加工助剤用マスターバッチ。
  5. 前記加工助剤０．５〜２０重量％と非フッ素化溶融加工性重合体８０〜９９．５重量％を含むことを特徴とする、請求項４に記載の加工助剤用マスターバッチ。
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