JPH09501460A - アクリロニトリル重合体組成物およびその製品ならびにそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 押出成形可能なポリアクリロニトリル組成物を製造する方法。約 1.5％以下の水分含量を有する乾燥した粒状ポリアクリロニトリルを、炭酸エチレンまたは炭酸プロピレンのような液状可塑剤と約 140℃〜約 180℃の混合温度で混合する。この方法により、押出成形可能なポリアクリロニトリル−可塑剤組成物を製造し、この組成物を、フィルム、繊維または他の押出製品もしくは同時押出製品を形成するために押し出すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】 アクリロニトリル重合体組成物およびその製品ならびにそれらの製造方法発明の分野 本発明はアクリロニトリル重合体の組成物、ならびにフィルム、繊維、同時押 出製品および他のポリアクリロニトリル製品の形成に用いるためのこれら組成物 の製造に関する。発明の背景 Merz et al．の特許出願に開示されている方法は、ポリアクリロニトリルを炭 酸エチレンおよび／または炭酸プロピレンのような特定の可塑剤と配合し、フィ ルムおよび他の押出製品を作製するのに適した押出成形可能なポリアクリロニト リル化合物または組成物を提供する上述したような方法である。Merz et al．が 開示している方法は、押出成形可能なポリアクリロニトリル組成物を提供する商 業上魅力的な方法であるが、本発明は、溶融押出成形可能なポリアクリロニトリ ル組成物を製造するなお一層優れた方法を提供することを目的とする。発明の開示 本発明は、粒状アクリロニトリル重合体を液状揮発性(fugitive)可塑剤と混合 し融合させることにより押出成形可能な形態でアクリロニトリル重合体を製造す る方法を提供する。本発明の方法は、約２重量％以下の水分含量を有するアクリ ロニトリル重合体を供給し、アクリロニトリル重合体と可塑剤とを、すべて約 1 40℃〜約 180℃の温度で、混合し、融合し押し出すことを特徴とする。混合およ び融合は、所望の押出成形可能な重合体組成物を生じ、これらの組成物は、押出 工程を用いることにより通常製造されるペレット、フィルム、繊維、造形製品、 同時押出品、異形押出材、シートおよび他の製品を形成するための溶融押出に適 する。所望の場合には、押出組成物を、ペレット、造形製品、異形押出材、また は他の製品とすることができ、最終的な所望の製品を形成するために、その後に 押し出し（すなわち再押出し）、吹込成形し、熱形成し、あるいは他の方法で処 理する。発明の簡単な説明 上述し、本明細書に参考として記載するMerz et al．の出願に開示された処理 には、約５〜約30重量％の水を含むポリアクリロニトリルが用いられ、その上、 炭酸エチレンおよび／または炭酸プロピレンのような揮発性可塑剤と約54℃の温 度域で配合することが含まれる。この可塑剤を湿りポリアクリロニトリルと配合 した後、次いでこの配合物を、好ましくは真空下に、約60℃までの温度で乾燥し 、この配合物の水分含量を約 0.5重量％にまで低下させる。また、Merz et al． の出願では、ポリアクリロニトリル組成物の押出により発泡製品を製造するため に、配合物の水分含量が高レベルに維持され得ることが開示されている。しかし 、フィルム、繊維等の製造のためには、可塑化したポリアクリロニトリル組成物 の配合物の水分含量を 0.5％域にまで低下させる。 本出願人は、押出成形可能なポリアクリロニトリル組成物を、所望の可塑剤を 用いてほとんど水分がない状態で製造することができることを見出した。約２％ 以下の、好ましくは約 1.5％以下の、より好ましくは約１％以下の、最も好まし くは 0.5重量％以下の水分含量を有する粒状ポリアクリロニトリル重合体を用い 、さらにこの乾燥粒状重合体を所望の液状揮発性可塑剤と約 140℃〜約 180℃の 範囲の温度で混合し、これにより、可塑剤および粒状重合体を高温で融合して均 質な溶融物を形成し、次いでこの溶融物を高温で押し出すことができることを見 出した。本発明のポリアクリロニトリルの高温での処理が、ポリアクリロニトリ ルの特性に悪影響を及ぼさないことを見出した。本発明の方法により形成した押 出成形可能なポリアクリロニトリル組成物は、Merz et al．の出願に開示されて いるような溶融押出処理に用いることができる。また、Merz et al．の出願に開 示されているような適切な発泡剤を用いて、本発明の方法で形成した押出成形可 能なポリアクリロニトリル組成物からポリアクリロニトリル発泡体を形成するこ とができる。 本明細書で用いる”押出成形可能”とは、重合体組成物が、上述した混合およ び融合処理の一部として直接押出成形することができ、さらに後に再押出成形す ることができることを意味し、例えば本発明にかかる最初の押出重合体組成物が ペレット等である場合、これらを押し出し、吹込成形し、同時押出し、熱形成す る等が可能である。 本明細書で用いる”ポリアクリロニトリルを含む粒状重合体”には、ホモポリ マーポリアクリロニトリル、アクリロニトリルの共重合体、ブロック共重合体、 グラフト共重合体等が含まれ、これらには重合体系中に重合アクリロニトリルま たは共重合アクリロニトリルの主要部を含むと解すべきである。連鎖延長剤およ び架橋剤として有用な重合体に含まれる単量体は、一分子当たり少なくとも２個 のビニル基を有するポリアルケニル単量体であり、ブタンジオール−１，４−ジ ビニルエーテル、ジビニルベンゼン等が含まれる。本発明で有用なアクリロニト リルの共重合体を形成するのに用いることができる単量体には、アクリル酸エス テル、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル等；およ びメタクリル酸エステル、例えばメタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メ タクリル酸ブチル等が含まれる。本発明で用いるのに好ましい重合体は90％以上 のアクリロニトリル単量体、好ましくは95％以上、さらに好ましくは少なくとも 99％のアクリロニトリル単量体からなるアクリロニトリル重合体、すなわち任意 のコモノマーが約10重量％以下の量しか存在しないアクリロニトリル重合体であ る。 本発明で用いる可塑剤は、”液状揮発性可塑剤”と称する。この理由は、この 可塑剤の機能がポリアクリロニトリルと容易に混合し均質に融合することであり 、押出処理の間に重合体溶融物中に保持され、次いで、所望の場合にはフィルム 、シート、ウェブ、繊維および他の重合体との同時押出層または積層品のような 形成された押出製品から容易に分離することができるからである。かかる分離は 、製品形成処理全体に用いられる高温により行われる。ある程度までの延伸も、 かかる分離を生じさせるか、または寄与すると考えられる。上述した重合体中で 有用な好ましい可塑剤には、炭酸エチレンおよび炭酸プロピレンのいずれかの単 独、または相互に組み合わせたものが含まれる。炭酸エチレンが炭酸プロピレン よりも好ましいが、これらの２種の混合物、例えば10：90、90：10等の任意の割 合の混合物が一層好ましく、約50：50の２種混合物が最も好ましい。 液状揮発性可塑剤は、粒状アクリロニトリル重合体と均質かつ完全に融合する ことができるものでなければならない。用いる可塑剤は、液体が好ましいが、固 体でもよく、本発明の混合および融合のための処理温度で液体であるか、または 液体になり、さらに可塑剤を最終的な押出重合体製品から分離する際に液体また は気体であるのが好ましい。したがって、これら可塑剤が処理温度で溶融する場 合、固体または粉末の可塑剤を、本発明の方法を実施するのに用いる混合機また は配合押出機への供給材料として用いることができる。 最後に、所望の場合、本明細書に開示したような、また参考のために本明細書 で説明したMerz et al．の親出願に開示されているような、熱処理および／また は機械的処理により、最終的に形成した重合体生成物から可塑剤を所望の程度に まで容易に分離することができる必要がある。したがって、可塑剤は、形成ポリ アクリロニトリル生成物の加工および処理のための温度および条件で、滲み出し 、液化し、あるいは揮発する必要がある。 当業者であれば、上述した基準および本明細書に開示した次の具体例および実 施例を基にして本発明で用いるための適切な液状揮発性可塑剤を選定することが できる。 用いる可塑剤の量は、一般的に重合体の重量に基づき約20％〜約60重量％の範 囲とすることができる（すなわち、重合体および可塑剤の合計重量に基づき、他 の存在する任意成分の重量を除外した）。好ましくは、可塑剤を約30％〜約50％ 存在させ、最も好ましくは、約35％〜約45％存在させる必要がある。炭酸エチレ ンまたは炭酸プロピレンを用いることにより、好ましくは35〜45％の範囲内の可 塑剤の量のわずかな調整により広範囲の溶融重合体粘度を得ることができること を見出した。 本発明の方法を実施する温度は、約 140℃〜約 180℃の間、好ましくは約 160 ℃〜約 175℃の間、最も好ましくは約 170℃〜約 175℃の範囲の温度である。混 合時間は当業者に明らかであろうが、一般には用いる混合装置の効率に依存し、 約10分以下である。どんな場合でも、重合体と可塑剤との均質混合および融合を 十分な時間行い、本発明の押出成形可能なポリアクリロニトリル組成物を形成し なければならない。この点に関して、明記すべきことに、装置は、重合体と可塑 剤との必要な均質混合および融合が達成されるように、強力に混合できるものを 用いる必要がある。簡単な低エネルギー配合は十分でない場合があり、中〜強剪 断混合機を用いる必要がある。好ましい装置は通常の配合押出機である。 本発明を例示するために、次に本発明の他の一層一般的な観点および一層特定 したいくつかの観点を説明する。 本発明で有用な重合体には、一分子中に少なくとも２個のビニル基を有するポ リアルケニル単量体と重合した90重量％以上のアクリロニトリル単量体を含むア クリロニトリル重合体が含まれる。前工程で、かかる重合体生成物を重合溶液か ら分離し、次いで安定剤および他の薬剤、例えば抗酸化剤を含むことができる溶 液で洗浄することにより、かかる重合体が実質的に未重合アクリロニトリル単量 体を含まないようにするのが望ましい。これらの分離は低温で行う必要がある。 重合体生成物から実質的にすべての水分を除去することにより、混合機中または 配合押出機中の乾燥重合体と液状揮発性可塑剤との融合物を押し出して、乾燥し た均質なペレットとすることができ、このペレットを再押出して薄肉フィルム、 他の重合体との同時押出品、吹込成形品、発泡体および繊維のような造形品にす ることができる。もちろん、混合および融合処理に続けて直ちに、フィルム、造 形品等のような最終的押出製品用の成形ダイに直接供給することができる。 本発明の方法に用いるための好ましいアクリロニトリル重合体は、一分子中に 少なくとも２個のビニル基を有する 0.4重量％のポリアルケニル単量体と重合し た99.6重量％以上のアクリロニトリル単量体からなる重合体であり、Isley に対 する米国特許第3,437,717 号明細書に一層詳しく記載されているような、80,000 〜100,000 の分子量を有する重合体を提供する。同様に、Sunden et al．に対す る米国特許第3,268,490 号明細書に記載されたように製造したアクリロニトリル 重合体は、本発明で用いる最も好ましいアクリロニトリル重合体の一つである。 これらの好ましい重合体は、主として連鎖延長により重合する方法により製造す る。また、これらの重合体は、重合が”種”核からの連鎖延長による”スター” 形状重合体として知られている。”スター”形状とは、核から種々の外方向に拡 がる連鎖成長反応から得られる分子の形態をいい、この場合、アクリロニトリル 単量体と一分子当たり少なくとも２個のビニル基を有するポリアルケニル単量体 との共重合により形成される。本発明で用いるための、この好ましい種類の重合 体は、低架橋度を有する連鎖延長重合体と称する。従来技術から明らかなように 、これらの好ましい重合体は粒状の形態で製造することができる。本発明は、ア クリロニトリルの共重合体、ブロック共重合体およびグラフト共重合体、いずれ に対しても効果的である。 アクリロニトリルの重合は、水性媒体中で、当業者によく知られている乳濁手 段または懸濁手段によるような簡単な方法において、乳化剤およびレドックス触 媒の存在下、窒素ガスシールの条件下に実施する。重合はバッチまたは連続モー ドのいずれにおいても実施することができる。ポリアルケニル単量体のすべてを 重合剤に添加することができるが、アクリロニトリル単量体の最初の添加は”種 工程”として行う。総量で約２重量％までのアクリロニトリル単量体を、最初に ポリアルケニル単量体と共重合し、次いで連続法において残りのアクリロニトリ ル単量体を、徐々に、あるいはすべて一緒に添加する。かかる反応では、重合体 の転化率が高いのが普通である。この種の重合体の製造は、低架橋度を有する” 連鎖延長”重合体を生成する。かかる重合体の重合は、Isley et al.に対する米 国特許第 3,380,949号明細書に一層詳しく記載されている。上記３種の特許明細 書中の開示を、参考として本明細書に記載する。 上述のIsley et al.およびSunden et al．の特許明細書には、種々のポリアル ケニル単量体、例えば、ブタンジオール−１，４−ジビニルエーテル、ジビニル ベンゼン等をアクリロニトリルの重合に使用することが開示されていることに注 目する必要がある。 重合の粒状生成物を単離し、濾過、遠心分離、噴霧乾燥または他の適切な低温 手段により収集する。本発明で使用するには、連続した水浴中でかかる重合体を 洗浄して、当業者によく知られた手段により、すべての重合剤を除去することが 本質的に重要であり、さらにまた、未重合アクリロニトリル単量体を 0.1ppm 以 下のレベルにまで除去し、規制条件に合致させるのが望ましい。かかる粒状重合 体は１グラム当たり10〜50平方メートルの範囲の表面積を有し、このためこれら の重合体は極めて多孔性であり、吸湿性である。したがって、最終的なすすぎ溶 液には抗酸化性化合物が含まれ、これらの重合体に導入された起こり得る欠陥、 例えば重合体主鎖の酸素攻撃により形成されたケトニトリル基、または重合中の ニトリル基の加水分解により形成されたケトニトリル基のような欠陥を修正する ことにより、かかる重合体を安定化することも重要である。さらに、重合体を約 ２％以下、好ましくは約１％、最も好ましくは約 0.5％の水分含量に乾燥するこ とが重要である。高水分含量の重合体を用いることができるが、ただし、重合体 と可塑剤との混合および融合の前に、例えば、押出機内の可塑剤を添加する上流 の吸引孔を通して過剰の水を抜き取ることにより、水分含量を所望のレベルに低 下させる。 本明細書で例示する粒状重合体と可塑剤との融合は、種々の型の混合装置中で 行うことができる。混合のための好ましい手段は、粒状重合体および液状可塑剤 のための適切な入口を有する通常の配合押出機である。また、所望の場合に、何 らかの残留揮発物または過剰の水を除去するための吸引孔を有することも時には 有用である。 望ましい添加剤、例えば紫外線抑制剤、着色剤、難燃剤等も、重合体を可塑剤 と混合し融合する手順の間に添加することができる。これらの添加剤は、適切な 場合には、重合体、可塑剤または混合物に添加することができる。例えば、固体 または粉末添加剤を、混合機に供給した粉末重合体に添加することができ、液状 添加剤を混合機に供給した液状可塑剤に添加することができ、あるいは、添加剤 を、例えば配合押出機の別々の供給口で、別々に混合機に注入することができる 。 本発明のアクリロニトリル重合体および共重合体に、アルキル置換Ｎ−マレイ ミドまたはスチルベン誘導体を添加することにより、感熱性を減少させることが できる。この減少した感熱性により、分子量が早期に増加することなく、重合体 を処理することができる。 本発明の方法により形成した押出成形可能なポリアクリロニトリル組成物は、 上述し、本明細書に参考のために記載したMerz et al．の出願に開示された、フ ィルム、繊維および他の押出成形可能な生成物、吹込成形可能な生成物または熱 成形可能な生成物を製造するための処理と同一の押出処理に有用である。 次の実施例により、本発明の方法を例示する。実施例１ この実施例では、ポリアクリロニトリルおよび可塑剤を、シグマブレードを装 着し、 125RPM および 170℃で操作する「Haake Rheocord Torque Rheometer、 System 40、Model 600、Rheomix」中で混合し融合した。まず、可塑剤を混合機 に入れ、次いで安定剤、さらに次いで重合体をゆっくり添加した。混合時間は、 すべての重合体を添加した時と混合を停止した時の間の時間である。次のものを 使用した。 炭酸エチレン／炭酸プロピレンの50／50混合物を30グラム。 0.45グラムのU875A（"Ultranox"の商標名のもとにGeneral Electric社から入 手可能な抗酸化剤と亜硫酸安定剤の配合物）。 本発明で用いるために記載した連鎖延長型の、約 130,000の分子量を有するポ リアクリロニトリル（ICAP、Italian chemical companyにより製造された99％ポ リアクリロニトリル）を45グラム。 すべての重合体を混合物に添加した後、混合機を６分間運転し、温度をこの間 170℃に維持した。開始トルク(Gm/Nm) を 270とし、終点トルクを 200とした。 融合した重合体と可塑剤は、淡色を有し、約12〜16mill (約0.30〜約0.41mm) の 厚さのシートに、 150℃で押し込んだ。得られたシートは、良好な圧密化および 均質な外観を示した。実施例２ 実施例１と同一の可塑剤33グラム、実施例１と同一の安定剤 0.7グラムおよび 実施例１と同一の重合体42グラムを用い、実施例１の操作を繰り返した。混合を 、 175℃で３分間行った。開始トルクは 160で、終点トルクは 145であった。得 られた生成物は、淡色であり、良好な圧密化および均質な外観を示す 140℃で押 し込んだシートであった。実施例３ 本実施例により、本発明の方法を実施するための配合押出機の使用を例示する 。Buss (Amer1ca) Inc．から入手可能な、「Buss Kneader-Extruder BKE Moxel MDK」を用いる。 粒状の乾燥した重合体を、まず、適切な量の選択した粒状熱安定剤（例えば、 約１重量％のGeneral ElectricのUltranox 875Ａ）と配合した。次いで、この重 合体−安定剤配合物を供給口から配合−押出機の混合部に供給し、一方液状揮発 性可塑剤、炭酸エチレンと炭酸プロピレンの50／50混合物を他の隣接する供給口 から供給する。固体および液体供給流を共に、重量または容量供給装置により計 測し、配合−押出機に供給する約45部の可塑剤と約55部の重合体との相対的供給 重量比を提供する。配合−押出機を 170℃に維持する。 重合体および可塑剤を、配合−押出機の混合機部分で均質に混合し、次いで、 重合体と可塑剤との混合物を配合−押出機の配合部に移動させ、次に重合体と可 塑剤とを融合する。次いで、融合組成物を押出機の最終部分を介して押しやり、 スロットダイによりフィルム製造のための前駆体としてのシートウェブを形成す る。このシートは加熱／延伸処理に適し、最終製品バリヤーフィルムを形成する ことができ、またこのフィルムから液状揮発性可塑剤を除去することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 22:00

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ポリアクリロニトリルを含む押出成形可能な重合体組成物を製造するにあた り： (a) 約０重量％〜約２重量％の間の水分含量を有するポリアクリロニトリル を含む、さらさらした粒状重合体を供給し； (b) 液状揮発性可塑剤を供給し、さらに (c) すべて約 140℃〜約 180℃の温度で、粒状重合体と可塑剤とを混合し融 合させ、融合混合物を融合し押し出す工程を含むことを特徴とするポリアクリロ ニトリルを含む押出成形可能な重合体組成物の製造方法。 ２．ポリアクリロニトリル重合体が、約 100,000以下の分子量を有し、低架橋度 を有する連鎖延長重合体を含む請求項１に記載の方法。 ３．揮発性可塑剤が炭酸エチレン、炭酸プロピレンまたはそれらの混合物を含む 請求項１に記載の方法。 ４．揮発性可塑剤が炭酸エチレンを含む請求項３に記載の方法。 ５．揮発性可塑剤が炭酸プロピレンを含む請求項３に記載の方法。 ６．揮発性可塑剤が、約50：50の重量比の炭酸エチレン：炭酸プロピレンを含む 請求項３に記載の方法。 ７．押出工程が： フィルム、繊維、ペレットまたは造形品を形成するために、融合重合体組成 物を押し出す工程を含む請求項３に記載の方法。 ８．押出工程が： 造形品に熱形成するのに適する異形押出材を押し出す工程を含む請求項３に 記載の方法。 ９．さらに： 造形品を製造するために、押出融合重合体組成物を吹込成形する工程を含む 請求項３に記載の方法。