JP7085770B2 - 高メルトインデックスの熱可塑性エラストマー及びその製造方法 - Google Patents
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Description
高メルトインデックスの熱可塑性エラストマー及びその製造方法であって、
熱可塑性エラストマーは、一般構造式:
X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-b-αn5-R
(式中、Xはイソプロピオン酸基、酢酸基、2-シアノ酢酸基又は2-アミノ酢酸基である。AAn1において、AAはメタアクリル酸単量体単位又はアクリル酸単量体単位であり、n1はAAの平均重合度であり、且つn1=20~60である。Stn2において、Stはスチレン単量体単位であり、n2はStの平均重合度であり、n2=3~10である。αn3において、αはスチレン、メタアクリル酸メチル(MMA)及びアクリロニトリル(AN)から選ばれる単量体単位であり、n3はαの平均重合度であり、且つn3=50~200である。(β-co-γ)n4において、β-co-γはβ単量体とγ単量体とのランダム共重合体であり、βはアクリル酸メチル(MA)、アクリル酸エチル(EA)、アクリル酸ブチル(BA)、アクリル酸t-ブチル(tBA)、アクリル酸イソブチル(iBA)及びアクリル酸イソオクチル(EHA)から選ばれる単量体単位であり、γはメタアクリル酸ブチル(BMA)、メタアクリル酸t-ブチル(tBMA)、メタアクリル酸イソブチル(iBMA)及びメタアクリル酸イソオクチル(EHMA)から選ばれる単量体単位であり、n4はβ-co-γ共重合体の平均重合度であり、且つn4=200-1000であり、β-co-γ共重合体のうちγとβの重量比は0:1~3:1である。αn5において、αはスチレン、メタアクリル酸メチル及びアクリロニトリルから選ばれる単量体単位であり、n5はαの平均重合度であり、且つn5=50~200である。Rはアルキルジチオエステル基又はアルキルトリチオカーボネート基である。)で表される。前記熱可塑性エラストマーは、190℃、2.16kgの条件で測定したメルトインデックスが0.5~10g/10minである。
両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬0.6~3重量部を撹拌しながら水50~100重量部に溶解し、次に、α単量体5~15重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を30~80℃に昇温して、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を5分間以上行い、第1水溶性開始剤0.014~0.1重量部を反応系に加え、30~60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.05~0.2重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液20~40重量部を加え、さらに30~60分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(1)と、
ステップ(1)の反応が終了した後、反応温度を30~60℃に変更して、β単量体15~30重量部とγ単量体0~45重量部を加え、次に、第2水溶性開始剤0.014~0.1重量部を加えて、90~240分間反応させた後、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(2)と、
ステップ(2)の反応が終了した後、α単量体5~15重量部を加え、さらに30~60℃で90~240分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-b-αn5-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(3)と、
得られたラテックスを解乳化、洗浄、乾燥して、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得るステップ(4)と、を含む上記熱可塑性エラストマーの製造方法を提供する。
1、乳化重合は、低粘度、高熱伝達効率、低汚染などの利点を有し、工業化及び連続生産に有利である。
2、乳化重合は、ラジカル分離効果を有するため、異なる粒子中のラジカルが相互に反応せず、ラジカル停止の速度を低下させる。したがって、本発明は、重合速度が速く、得られた生成物の分子量が大きいという優位性を有する。
3、使用される両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬は、連鎖移動剤と乳化剤の両方として機能し、最終製品の分子構造及び分布を良好に制御できるとともに、外添乳化剤を除去する後続の煩瑣な操作を省略する。
4、このの方法で合成される重合体は、分子量が制御可能であり、分子量分布が狭く、単量体の適用範囲が広い。
5、従来のRAFT乳化重合で得た生成物に比べて、本発明で得た熱可塑性エラストマー製品は、高いメルトインデックス、良好な熱加工特性を備えながら、良好な粘弾性を有する。
両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬0.6~3重量部を撹拌しながら水50~100重量部に溶解し、次に、α単量体5~15重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を30~80℃に昇温して、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を5分間以上行い、第1水溶性開始剤0.014~0.1重量部を反応系に加え、30~60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.05~0.2重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液20~40重量部を加え、さらに30~60分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(1)と、
ステップ(1)の反応が終了した後、反応温度を30~60℃に変更して、β単量体15~30重量部とγ単量体0~45重量部を加え、次に、第2水溶性開始剤0.014~0.1重量部を加えて、90~240分間反応させた後、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(2)と、
ステップ(2)の反応が終了した後、α単量体5~15重量部を加え、さらに30~60℃で90~240分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-b-αn5-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(3)と、
得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥した後、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得るステップ(4)と、を含む。
ステップ1:両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬1.2重量部を撹拌しながら水70重量部に溶解し、次に、St単量体8重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を70℃に昇温し、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を30分間行い、過硫酸カリウム0.03重量部を反応系に加え、60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.16重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液30重量部を加え、さらに30分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ2:ステップ1の反応が終了した後、反応温度を40℃に変更し、BA単量体30重量部を加え、次に、VA044 0.05重量部を加え、180分間反応させた後、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-BAn4-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ3:ステップ2の反応が終了した後、St単量体8重量部を加え、さらに40℃で150分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-BAn4-b-Stn5-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ4:得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥した後、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得た。
図1は各ブロックの反応が終了した後の重合体のGPC曲線であり、重合体の分子量が重合過程において徐々に増加しているから、得た生成物がブロック共重合体であることが明らかになった。重合過程に亘って製品のPDIがいずれも1.6未満であり、このことから、この重合過程はリビング重合であることを示している。図2は、70℃でRAFT乳化重合で得た同じ組成のブロック共重合体と実例1で得た生成物とのGPC曲線を比較したものであり、前者は、反応過程に亘って反応温度を70℃に維持し、70℃で反応させて得たトリブロック共重合体のGPC曲線において、高分子量の位置で非常に顕著なショルダーピークがあり、最終的なPDIが3よりも大きく、一方、実例1では、最終的に得られた生成物にはショルダーピークがなく、しかも最終分子量の分布が狭いことが明らかになった。上記の2種類の重合体についてメルトインデクサーにて温度190℃、圧力2.16kgの条件でテストしたところ、70℃における製品の最終メルトインデックスは0.01g/10min未満であり、一方、実例1の製品のメルトインデックスは0.5g/10minに達した。
ステップ1:両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬1.8重量部を撹拌しながら水70重量部に溶解し、次に、St単量体8重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を70℃に昇温し、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を30分間行い、過硫酸アンモニウム0.045重量部を反応系に加え、60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.2重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液25重量部を加え、さらに30分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ2:ステップ1の反応が終了した後、反応温度を45℃に変更し、BA単量体15重量部とBMA単量体15重量部を加え、次に、VA044 0.05重量部を加え、150分間反応させた後、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ3:ステップ2の反応が終了した後、St単量体8重量部を加え、さらに45℃で180分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-b-Stn5-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ4:得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥した後、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得た。
図3は、各ブロックの反応が終了した後に得た重合体のGPC曲線であり、重合体の分子量が徐々に増加しているから、得た生成物がトリブロック共重合体であることが明らかになった。重合過程に亘って製品のPDIがいずれも1.6未満であり、このことから、この重合過程がリビング重合であることが明らかになった。図4は、2種類の異なるトリブロック共重合体であるX-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-BAn4-b-Stn5-R(実例1の製品)とX-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-b-Stn5-R(実例2の製品)とのDSC曲線の比較図であり、前者のソフトセグメント(BAセグメント)は、ガラス転移温度が約-50℃であり、ホモポリマーPBAのガラス転移温度(-56℃)に近く、且つ、ガラス転移温度の範囲が狭く、後者では、ソフトセグメント(BA-co-BMAセグメント)のガラス転移温度が約-20℃に高まるが、通常の室温よりもはるかに低く、熱可塑性エラストマーのソフトセグメントへの要求を満たし、また、ガラス転移温度の範囲が広くなるから、ソフトセグメントとハードセグメントとの間の相溶性がある程度向上することが分かった。最終的に得られた重合体は、温度190℃、圧力2.16kgの条件下でのメルトインデックスが1.25g/10minに達した。
ステップ1:両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬0.6重量部を撹拌しながら水50重量部に溶解し、次に、St単量体5重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を80℃に昇温し、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を15分間行い、過硫酸カリウム0.014重量部を反応系に加え、30分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.05重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液20重量部を加え、さらに60分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ2:ステップ1の反応が終了した後、反応温度を50℃に変更し、BA単量体15重量部とBMA単量体45重量部を加え、次に、過硫酸カリウム0.014重量部を加え、240分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成するX-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-Rで表されるブロック共重合体を得た。
ステップ3:ステップ2の反応が終了した後、St単量体5重量部を加え、さらに50℃で90分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-b-Stn5-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ4:得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥して、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得た。
ステップ1:両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬3重量部を撹拌しながら水100重量部に溶解し、次に、MMA単量体15重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を30℃に昇温し、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を50分間行い、過硫酸アンモニウム0.1重量部を反応系に加え、60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.2重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液40重量部を加え、さらに60分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-MMAn3-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ2:ステップ1の反応が終了した後、反応温度を30℃に変更し、EA単量体30重量部とEHMA単量体15重量部を加え、次に、過硫酸カリウム/亜硫酸ナトリウム(1:1)レドックス開始剤0.1重量部を加え、240分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(EA-co-EHMA)n4-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ3:ステップ2の反応が終了した後、MMA単量体15重量部を加え、さらに30℃で90分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-MMAn3-b-(EA-co-EHA)n4-b-MMAn5-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ4:得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥した後、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得た。
ステップ1:両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬1.5重量部を撹拌しながら水80重量部に溶解し、次に、St単量体10重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を80℃に昇温し、撹拌しながら、窒素を導入して酸素除去を30分間行い、過硫酸カリウム0.03重量部を反応系に加え、30分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.1重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液30重量部を加え、さらに30分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ2:ステップ1の反応が終了した後、反応温度を50℃に変更し、BA単量体20重量部とBMA単量体20重量部を加え、次に、VA044 0.03重量部を加え、90分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ3:ステップ2の反応が終了した後、St単量体10重量部を加え、さらに50℃で240分間反応させて、X-AAn1-b-Stn2-b-Stn3-b-(BA-co-BMA)n4-b-Stn5-Rで表されるブロック共重合体ラテックスを得た。
ステップ4:得られた重合体ラテックスを解乳化、洗浄、乾燥した後、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得た。
Claims (5)
- 高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーであって、
前記熱可塑性エラストマーは、一般構造式:
X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-b-αn5-R
(式中、Xはイソプロピオン酸基、酢酸基、2-シアノ酢酸基又は2-アミノ酢酸基である。AAn1において、AAはメタアクリル酸単量体単位又はアクリル酸単量体単位であり、n1はAAの平均重合度であり、且つn1=20~60である。Stn2において、Stはスチレン単量体単位であり、n2はStの平均重合度であり、且つn2=3~10である。αn3において、αはスチレン、メタアクリル酸メチル及びアクリロニトリルから選ばれる単量体単位であり、n3はαの平均重合度であり、且つn3=50~200である。(β-co-γ)n4において、β-co-γはβ単量体とγ単量体とのランダム共重合体であり、βはアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸t-ブチル、アクリル酸イソブチル及びアクリル酸イソオクチルから選ばれる単量体単位であり、γはメタアクリル酸ブチル、メタアクリル酸t-ブチル、メタアクリル酸イソブチル及びメタアクリル酸イソオクチルから選ばれる単量体単位であり、n4はβ-co-γ共重合体の平均重合度であり、且つn4=200~1000であり、β-co-γ共重合体のうちγとβの重量比は0:1~3:1である。αn5において、αはスチレン、メタアクリル酸メチル及びアクリロニトリルから選ばれる単量体単位であり、n5はαの平均重合度であり、且つn5=50~200である。Rはアルキルジチオエステル基又はアルキルトリチオカーボネート基である。)で表され、
190℃、2.16kgの条件で測定したメルトインデックスが0.5~10g/10minである、ことを特徴とする熱可塑性エラストマー。 - 請求項1に記載の熱可塑性エラストマーの製造方法であって、
両親媒性高分子可逆的付加-開裂連鎖移動試薬0.6~3重量部を撹拌しながら水50~100重量部に溶解し、次に、α単量体5~15重量部を加え、撹拌して予備乳化した後、反応器に加え、反応器を30~80℃に昇温して、撹拌しながら窒素を導入して酸素除去を5分間以上行い、第1水溶性開始剤0.014~0.1重量部を反応系に加え、30~60分間反応させた後、水酸化ナトリウム0.05~0.2重量部を含有する水酸化ナトリウム水溶液20~40重量部を加え、さらに30~60分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(1)と、
ステップ(1)の反応が終了した後、反応温度を30~60℃に変更して、β単量体15~30重量部とγ単量体0~45重量部を加え、次に、第2水溶性開始剤0.014~0.1重量部を加えて、90~240分間反応させた後、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(2)と、
ステップ(2)の反応が終了した後、α単量体5~15重量部を加え、さらに30~60℃で90~240分間反応させて、水中に粒子として安定に分散してラテックスを形成する、式:X-AAn1-b-Stn2-b-αn3-b-(β-co-γ)n4-b-αn5-Rで表されるブロック共重合体を得るステップ(3)と、
得られたラテックスを解乳化、洗浄、乾燥して、高メルトインデックスの熱可塑性エラストマーを得るステップ(4)と、を含む、ことを特徴とする熱可塑性エラストマーの製造方法。 - 前記第1水溶性開始剤は過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム、過酸化水素又は過酸化水素誘導体である、ことを特徴とする請求項2に記載の熱可塑性エラストマーの製造方法。
- 前記第2水溶性開始剤は、2,2'-アゾビス(2-メチルプロピオンアミジン)二塩酸塩、2,2’-アゾビス[2-(2-イミダゾリン-2-イル)プロパン]二塩酸塩、2-ヒドロキシ-4'-(2-ヒドロキシエトキシ)-2-メチルプロピオフェノン、過硫酸水素ナトリウム/過硫酸カリウムのレドックス開始剤又は過硫酸ナトリウム/過硫酸アンモニウムのレドックス開始剤である、ことを特徴とする請求項2に記載の熱可塑性エラストマーの製造方法。
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