JPH10501831A - 熱可塑性成形材料 - Google Patents
熱可塑性成形材料Info
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Abstract
(57)【要約】
主成分としてA)一般式IおよびII
[R1=Hまたは1〜22C原子を有するアルキル基
Description
【発明の詳細な説明】
熱可塑性成形材科
本発明は、主成分として
A)一般式IおよびII
[R1=Hまたは1〜22のC原子を有するアルキル基
R2=Hまたは1〜22のC原子を有するアルキル基
R3=Hまたは1〜4のC原子を有するアルキル基
a=0、1、2、3、4または5
b=0、1、2、3、4または5]のモノマーからな
る共重合体 10〜100重量%
B)成分Aの重量に対して、一般式Iの化合物
0〜3000ppm
C)成分Aの重量に対して、一般式IIの化合物
0〜500ppm
D)成形材料の全重量に対して、Aと異なる他のポリ
マー 0〜90重量%および
E)成形材料の全重量に対して、他の添加物および加
工助剤 0〜50重量%
を含有する熱可塑性成形材料に関する。
熱可塑性成形材料は、室温で硬くかつ形状安定である。熱可塑性プラスチック
の適用範囲は、それが部分結晶性熱可塑性プラスチックである限り、高い温度に
おいてはガラス転移温度または融点により制限されている。このことは、ガラス
転移温度が101℃でありかつフェニル環の不規則な配置に基づき結晶しないア
タクチックポリスチロールについても言える。最近、いわゆるメタロセン触媒作
用により、結晶性範囲が275℃の融点を有するシンジオタクチックポリスチロ
ールを製造することに成功した(たとえばEP−A210615号、EP−A5
35582号、EP−A312976号およびEP−A318833号)。
しかし、シンジオタクチックポリスチロールは、種々の欠点を有する。それで
、たとえば成形部品を製造するための加工範囲は比較的小さい、それというのも
生成物は一方では融点以上に加熱しなければならず、他方では310℃以上で既
に分解するからである。これは、生成物が加工の際に解重合下に容易にモノマー
スチロールを再生成する結果となる。
さらに、生成物は種々の変態に結晶し、成形部品の実用性に顕著な影響をおよ
ぼす。最後に、結晶性範囲だけが高い融点を有し、無定形範囲は相変わらず10
1℃のガラス段階を有する。
1,1−ジフェニルエチレンとスチロールとの重合
は公知であり、Bulletin Chem.Soc.Jap.Vol.40、
2569ページ(1967)およびJ.Polymer Sci.,partB
,Vol.8、499ページ(1970)に記載されている。しかし、これら刊
行物に記載された方法は、重合が極端に緩慢に進行しかつ変換率が、高い軟化点
を得たい場合には不完全であるという欠点を有する。
コポリマー中に残留するジフェニルエチレンは重合体のガラス転移温度を低下
し、それ故該重合体を商業上の目的に対し無価値にする。
従って、本発明の課題は記載された欠点を有せず、少なくとも130℃のガラ
ス転移温度を有しかつ<4000ppmの残留モノマー含量を有する熱可塑性成
形材料を提供することである。
この課題は、請求項1による熱可塑性成形材料により解決される。
好ましい本発明による成形材料は、従属請求項から認められる。
本発明による熱可塑性成形材料は、成分Aとしてポリマー成分の分量に対して
、モノマーIおよびIIから誘導される単位を有するコモノマー10〜100重
量%、とくに60〜100重量%を含有する。
一般式Iのモノマーは、1,1−ジフェニルエチレンおよび芳香環に場合によ
り22までのC原子を有するアルキル基で置換されたその誘導体である。置換基
として好ましいアルキル基は、幾つかだけをを挙げれば、1〜4のC原子を有す
るアルキル基、たとえばメチル基、エチル基、i−およびn−プロピル基、n−
、i−またはtert.ブチル基である。しかし殊に好ましくは、非置換の1,
1−ジフェニルエチレン自体が使用される。
一般式IIのモノマーは、スチロール、α位または芳香環が1〜4のC原子を
有するアルキル基で置換されたその誘導体である。好ましいアルキル基は、上記
に式Iのモノマーに対し好ましいとして挙げたものであり;非置換スチロール自
体がとくに好ましい。
モノマーIから誘導される単位対モノマーIIから誘導される単位の比は、一
般に1:1〜1:25、とくに1:1.05〜1:25の範囲内にあり、殊に1
:1.1〜1:10の範囲内にある。式Iのモノマーは、通例単独では重合しな
いので、1:1よりも大きいモル比を有する生成物は、簡単には得られない。
本発明による成形材料の成分A)を製造するための本発明による方法によれば
、式Iのモノマーを装入し、反応の間式IIのモノマーを勾配法により、反応時
間の増加と共に単位時間あたりの式Iのモノマーの添加量を式IIのモノマーの
存在量に相応して減少するように配量する。この形式の反応により、モノマーの
比は、全重合の間ほぼ一定に保たれる。供給勾配の制御のためには、有利にモノ
マー比の関数である屈折率
の変化を利用することができる。他の手段は、一連の予備実験でモノマー比を変
換率の関数として決定し、こうして相応する校正曲線を得ることである。
上記モノマーの反応は、有利に不活性溶剤中で行われる。その際“不活性”と
は、溶剤が反応を開始するために普通に使用される有機金属開始剤と反応しない
ことを表わす。したがって、一般に脂肪族ならびに芳香族炭化水素が適当である
。適当な溶剤としては、たとえばシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ベン
ゾール、トルオール、エチルベンゾールまたはキシロールである。
最後に、反応の経過中に生じるコポリマーが溶解しない炭化水素も使用するこ
とができる。この場合には、溶液重合の代わりに、沈殿重合を実施するかまたは
分散剤の使用下に分散重合を実施することができる。このような方法実施形の反
応媒体としては、たとえばブタン、ペンタン、n−ヘキサン、イソペンタン、ヘ
プタン、オクタンおよびイソオクタンが適当である。
重合は、一般に有機金属化合物を用いて開始される。つまりアニオン重合であ
る。アルカリ金属、殊にリチウムの化合物が好ましい。開始剤の例は、メチルリ
チウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n−ブチルリチウム、sec−ブ
チルリチウムおよびtert.ブチルリチウムである。有機金属化合物は、通例
化学的に不活性の炭化水素中の溶液として添加される
。配量は、ポリマーの目指す分子量によるが、通例モノマーに対して、0.00
2〜5モル%の範囲内にある。
高い重合速度を得るために、少量の極性の非プロトン性溶剤を添加することが
できる。たとえば、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジエチレング
リコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルまたは殊に
テトラヒドロフランが適当である。この方法実施形において、極性の補助溶剤は
非極性溶剤に通例約0.5〜5容量%の少量で添加される。殊に好ましいのは、
0.1〜0.3容量%の量のTHFである。純粋なTHF中では反応パラメータ
ーは不利に影響されるので、ポリマーは式Iのモノマーの高い残存含量を有する
。
重合温度は、0〜130℃の間にある。50〜90℃の温度が好ましい。等温
条件下、つまり重合温度を一定に保持して重合される。また温度を0〜130℃
、とくに30〜120℃の範囲内で上げることもできる。差し当たり等温で重合
し、重合の終わり頃に、つまりわずかなモノマー濃度において、重合時間を短縮
するために、温度を断熱的に上昇させるのがとくに有利である。
反応時間は、通例0.1〜24時間、0.5〜12時間、殊に好ましくは1〜
10時間の範囲内である。
成分B)として、本発明による熱可塑性成形材料は
式Iのモノマー0〜3000ppm、とくに0〜2000ppmおよび殊に好ま
しくは100〜1000ppmを含有する。有利にこのモノマーは、重合におい
てコポリマーに組み込まれるモノマーと同じ式のモノマーである。
成分C)として、本発明による熱可塑性成形材料は式IIのモノマー0〜50
0ppm、とくに0〜200ppmおよび殊に20〜100ppmを含有する。
好ましくは、このモノマーは、成分A)の製造において使用されたと同じ化学式
のモノマーである。
成分B)およびC)量の記載は、熱可塑性成形材料中の成分Aの重量に対する
。
成分D)として、本発明による熱可塑性成形材料は成形材料の全重量に対して
、コポリマーA)と異なる他の成分0〜90重量%、とくに60重量%まで、殊
に30重量%までを含有することができる。原則的に、これらの他のポリマー成
分の構造に関してはとくに制限はない;しかし成分A)と少なくともある程度の
相容性を有するポリマーが好ましい、それというのもさもないと機械的性質が通
例十分でないからである。好ましいポリマーは、スチロールポリマー、たとえば
衝撃抵抗性またはガラス様透明なポリスチロールまたは、場合によりスチロール
ポリマーと混合して、ポリフェニレンエーテル重合体である。
さらに、本発明による熱可塑性成形材料は成分E)
として、熱可塑性成形材料の全重量に対して、なお他の添加物および加工助剤5
0重量%までを含有することができる。このような添加剤は当業者に公知であり
、文献に記載されているので、詳細な記載は割愛する。例としては、繊維および
粒子状の充填剤、熱およびUV光に対する安定剤、離型剤および滑剤が記述され
る。本発明による成形材料の着色も、もちろん可能である。
本発明の他の実施形により、一般構造式(A−B)n、A−B−A、B−A−
B、X[(A−B)n]m、X[(B−A)n]m、X(A−B−A)mおよび
X(B−A−B)mのブロックAおよびBを有するブロック共重合体が使用され
、その際Aは一般式IおよびIIのモノマーからなるコモノマーのブロックを表
わし、Bは一般式IIのポリマーからなるブロックを表わし、Xはm−機能結合
剤の残部を表わし、nは1〜5の範囲内の整数を表わしかつmは2〜20の範囲
内の整数を表わす。
結合剤Xは、重合により活性アニオン鎖末端と反応し、これにより上記の構造
が生じる。適当な結合剤の例は、米国特許3985830号、3280084号
、3637554号および4091053号に見出される。ここでは単に例とし
て、エポキシ化グリセリド、たとえばエポキシ化亜麻仁油または大豆油が挙げら
れ;ジビニルベンゾールも適当である。活性アニオン
末端がBブロックの側方に存在する場合、好ましくはエポキシ基および/または
エステル基を含有する化合物と結合する;しかしAブロックが活性末端を形成す
る場合には、好ましくはジビニルベンゾールが結合のために使用される。
ブロック転移部は、明確に分離されていてもよいし、“滑らか(versch
miert)”であってもよい。
“滑らか”な転移部とは、ブロックAのモノマーとブロックBのモノマーとが
統計的に分布されている分子の鎖片を表わす。ブロックの目指す分子量は、開始
剤対モノマーの比により調節される。
一般式IIのモノマーからなるポリマーブロックを有する上記のブロックコポ
リマーは、ガラス様に透明または衝撃抵抗性のポリスチロールと混合して、高い
軟化点および良好な機械的性質を有するポリマー混合物を生じる。
さらに、本発明によるブロック共重合体は、そのものとして使用される。この
共重合体は、有利に式Iのモノマー3000ppm以下、殊に2000ppm以
下であり、式IIのモノマー500ppm以下、とくに200ppm以下である
極端に低い残存モノマー値を有するので、食品法規の適用を受ける物品に適当で
ある。
実施例
1,1−ジフェニルエチレン(DPE)の精製
粗製DPE(Aldrichないしは臭化フェニルマグネシウムとアセトフェ
ノンとの反応、無水酢酸を用いるアセチル化および酢酸の熱消去により製造)を
、少なくとも50理論段を有する塔(旋回バンド(Drehband)塔;大量
に対してはSulzer充填材を有する塔)により、純度99.8%に蒸留した
。たいてい弱黄色の留出物を、20cmのAloxカラム(クロマトグラフィー
用Woelmアルミナ、無水)に通して濾過し、1.5nのsec−ブチルリチ
ウムを用い濃赤に着色するまで滴定し、簡単な4ブリッジにより真空で(1mb
ar)蒸留した。こうして得られた生成物は完全に無色であり、直接にアニオン
重合に使用することができる。
重合
活性アニオンを有する溶液を、原則的に最純窒素下に処理した。溶剤は、無水
の酸化アルミニウム上で乾燥した。
下記例において、Sはスチロールを表わし、DPEは1,1−ジフェニルエチ
レンを表わし、%の記載は、別記しない限り、重量%である。
例1
S/DPEのモル比2:1を有する統計的S/DPEコポリマーの製造;S、D
PEおよびシクロヘキサンの同時供給
冷却および加熱用二重ジャケットおよびいかり形撹拌機を有する21のガラス
反応器を、数時間にわたりシクロヘキサン中のDPE/sec−ブチルリチウム
の還流溶液で不活性化した。精製溶液を排出した後、シクロヘキサン100ml
、DPE264.24ml(270.38g、1.5モル)およびスチロール3
44.37ml(312.45g)3.0モル)からなる混合物100mlなら
びにシクロヘキサン中のsec−ブチルリチウムの0.5m溶液9.71mlを
25℃で装入した。混合物は直ちに赤に着色した。反応器内容物を加熱ジャケッ
トにより70℃に定温維持し、その際色の濃さは溶液を加熱する際に強く増加し
た。S/DPE混合物の残り508.6mlを、ジェットポンプを用い、40分
内に一定速度で配量した。平行して、同じ時間内にシクロヘキサン500mlを
供給した。供給してから7分後に、シクロヘキサンさらに249mlを添加した
(ポリマー濃度50%)。重合の間、粘度の明瞭な増加が観察できた。さらに1
5分の後反応時間後に、エタノールで色が消えるまで滴定し、ポリマー溶液をエ
タノール中に滴下することによりポリマーを沈殿させ、濾過し、沸騰エタノール
で数回洗浄した白色粉末を真空(1mbar)中180℃で2時間乾燥した。
収率:580g(99.5%);揮発性成分:0.3%;スチロール含量(F
TIR):54.5%(理
論値の53.6%);DPE含量(FTIR):45.1%(理論値の46.4
%)。モノマーのDPE含量(成分B)2180ppm、スチロール含量:(成
分C)384ppm;Tg(DSC):155℃;ガラス段階の幅:9℃;分子
量(GPC、ポリスチロール校正、g/モル):Mn105000、Mw126
000、M(ピーク最大値)119000。
例2
S/DPEのモル比2:1を有する統計的S/DPEコポリマーの製造;DPE
およびシクロヘキサンの装入およびSの供給
例1におけるように準備した反応器に、25℃でシクロヘキサン749ml、
DPE264.24ml(270.38g、1.5モル)およびsec−ブチル
リチウムの0.5m溶液9.71mlを装入し、70℃に定温維持した。スチロ
ールの最初の300mlを5分内に配量し、さらに20mlを10分内に配量し
、残りのスチロール24.37mlを15分内に配量した。15分の後反応時間
後に、例1に記載したように後処理した。
収率:582g(99,8%);揮発性成分:0.1%;スチロール含量(F
TIR):54.1%(理論値の53.6%);DPE含量(FTIR):45
.5%(理論値の46.4%)。DPEモノマー(成分B):350ppm;ス
チロールモノマー(成分C
):25ppm;Tg(DSC):156℃;ガラス段階の幅:12℃;分子量
(GPC、ポリスチロール校正、g/モル):Mn107000、Mw1280
00、M(ピーク最大値)120000。
例3
S/DPEのモル比1.1:1を有する統計的S/DPEコポリマーの製造;D
PEの装入およびSおよびシクロヘキサンの供給
例1におけるように準備した反応器に、25℃でDPE264.24ml(2
70.38g、1.5モル)およびsec−ブチルリチウムの0.5m溶液7.
37mlを装入し、70℃に定温維持した。スチロール189.4ml(171
.85g、1.65モル)を、シクロヘキサン810.6mlと予混合した。ジ
ェットポンプを用い、混合物を180分内に配量し、その際供給速度を勾配法で
縮小した。配量は次のとおりであった:
0〜30分 507.94ml;
30〜60分 253.97ml;
60〜90分 126.98ml;
90〜120分 63.49ml;
120〜150分 31.75ml;
150〜180分 15.87ml。
15分の後反応時間後に、例1に記載したように後処理した。
収率:441g(99.7%);揮発性成分:0.1%;スチロール含量(F
TIR):39.2%(理論値の38.9%);DPE含量(FTIR):60
.9%(理論値の61.1%);DPEモノマー(成分B):560ppm;ス
チロールモノマー(成分C):12ppm;Tg(DSC):173℃;ガラス
段階の幅:13℃;分子量(GPC、ポリスチロール校正、g/モル):Mn1
04000、Mw124000、M(ピーク最大値)116000。
例4
S/DPEブロックのS/DPEのモル比1.1:1を有するS/DPE−S−
2ブロックコポリマーの製造
例1におけるように準備した反応器に、25℃でDPE264.24ml(2
70.38g)1.5モル)およびsec−ブチルリチウムの0.5m溶液14
.74mlを装入し、70℃に定温維持した。スチロール189.4ml(17
1.85g)1.65モル)をシクロヘキサン810.6mlと予混合した。ジ
ェットポンプを用い、混合物を90分内に配量し、その際供給速度を例3に記載
したように勾配の形で縮小した。
15分の後反応時間後に、15分内にスチロール442.2gおよびシクロヘ
キサン400mlを配量し、さらに15分後に例1に記載したように後処理した
。
収率:884g(99.9%);揮発性成分:0.05%;スチロール含量(
FTIR):69.4%(理論値の69.4%);DPE含量(FTIR):3
0.5%(理論値の30.6%);DPEモノマー(成分B):72ppm;ス
チロールモノマー7ppm;Tg(DSC、2つの同じ高さのガラス段階):1
71℃;ガラス段階の幅:16℃。分子量(GPC、ポリスチロール校正、g/
モル):Mn115000、Mw123000、M(ピーク最大値)11900
0。
例5
S/DPEブロックのS/DPEのモル比1.1:1を有するS/DPE−S−
S/DPEの3ブロックコポリマーの製造およびギ酸エチルとの結合
例1におけるように準備した反応器に、25℃でDPE264.24ml(2
70.38g)1.5モル)およびsec−ブチルリチウムの0.5m溶液29
.48mlを装入し、70℃に定温維持した。スチロール189.4ml(17
1.85g、1.65モル)を、シクロヘキサン810.6mlと予混合した。
ジェットポンプを用い、混合物を60分内に配量し、その際供給速度を例3に記
載したような勾配の形で縮小した。後反応時間10分後に、15分内にスチロー
ル442.2gおよびシクロヘキサン400mlを配
量した。さらに15分後に、シクロヘキサン2ml中のギ酸エチル546mgを
、完全に脱色するまで滴下した。ポリマーを、例1に記載したように後処理した
。
収率:884g(99.9%);揮発性成分:0.05%;スチロール含量(
FTIR):69.4%(理論値の69.4%);DPE含量(FTIR):3
0.5%(理論値の30.6%)。DPEモノマー(成分B):381ppm;
スチロールモノマー(成分C):5ppm;Tg(DSC、2つの同じ高さのガ
ラス段階):169℃;ガラス段階の幅:17℃;106℃;ガラス段階の幅:
18℃。分子量(GPC、ポリスチロール校正、g/モル):主ピークM(ピー
ク最大値)121000、面積72%;副ピーク(最大)60000、面積28
%。
例6
S/DPEのモル比1.1:1を有する統計的S/DPEコポリマーの製造;D
PEの装入およびSおよびテトラヒドロフラン(THF)の供給
例1におけるように準備した反応器に、25℃でDPE264.24ml(2
70.38g、1.5モル)およびsec−ブチルリチウムの0.5m溶液7.
37mlを装入し、70℃に定温維持した。スチロール189.4ml(171
.85g)1.65モル)を、THF810.6mlと予混合した。ジェットポ
ンプを用い、混合物を180分内に配量し、その際供給速度を例3に記載したよ
うに勾配の形で縮小した。
後反応時間15分後に、例1に記載したように後処理した。
収率:403g(91.2%);揮発性成分:3.7%;スチロール含量(F
TIR):42.6%(理論値の38.9%);DPE含量(FTIR):57
.3%(理論値の61.1%);Tg(DSC):159℃;ガラス段階の幅:
17℃;分子量(GPC、ポリスチロール校正、g/モル):Mn87000、
Mw111000、M(ピーク最大値)108000。
例7
S/ジ(3,4−ジメチルフェニル)エチレンのモル比1.1:1を有する置換
S/1,1−3,4−ジメチルフェニル)エチレンコポリマーの製造;ジ(3,
4−ジメチルフェニル)エチレンの装入およびSおよびシクロヘキサンの供給
例1におけるように準備した反応器に、25℃で新しく溶融した1,1−ジ(
3,4−ジメチルフェニル)エチレン355.5g(1.5モル)およびsec
−ブチルリチウムの0.5m溶液を装入し、70℃に定温維持した。スチロール
189.4ml(171.85g、1.65モル)を、シクロヘキサン810.
6mlと予混合した。ジェットポンプを用い、混合物
を180分内に例3に記載したように勾配の形で縮小した。
15分後に、例1に記載したように後処理した。
収率:525g(99.5%);揮発性成分:0.2%;スチロール含量(F
TIR):32.7%(理論値の32.6%)。DPEモノマー(成分B):6
5ppm;スチロールモノマー(成分C):9ppm;Tg(DSC):175
℃;ガラス段階の幅:14℃;分子量(GPC、ポリスチロール校正、g/モル
):Mn36000、Mw90000、M(ピーク最大値)89000。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),CA,CN,JP,KR,M
X,US
【要約の続き】
を含有する、熱可塑性成形材料。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.主成分として A)一般式IおよびII [R1=Hまたは1〜22のC原子を有するアルキル基 R2=Hまたは1〜22のC原子を有するアルキル基 R3=Hまたは1〜4のC原子を有するアルキル基 a=0、1、2、3、4または5 b=0、1、2、3、4または5]のモノマーから なる共重合体 10−100重量% B)成分Aの重量に対して、一般式Iの化合物 0〜3000ppm C)成分Aの重量に対して、一般式IIの化合物 0〜500ppm D)成形材料の全重量に対して、A)と異なる他の ポリマー 0〜90重量%およ び E)成形材料の全重量に対して、他の添加物および 加工助剤 0〜50重量% を含有する熱可塑性成形材料。 2.成分B)の含量が、成分A)の全重量に対して、0〜1000ppmの範囲 内にあることを特徴とする請求項1記載の熱可塑性成形材料。 3.成分B)の含量が、成分A)の全重量に対して、0〜100ppmの範囲内 にあることを特徴とする請求項1または2記載の熱可塑性成形材料。 4.成分A)として1,1−ジフェニルエチレンおよびスチロールからなるコポ リマーを含有する、請求項1から3までのいずれか1項記載の熱可塑性成形材料 。 5.アニオン重合により請求項1から4までのいずれか1項記載の熱可塑性成形 材料を製造する方法において、式IIのモノマーを装入し、式Iのモノマーを 反応の間勾配法に従い、反応時間の増加と共に単位時間当たりのモノマーII の添加量が大体においてなお存在するモノマーIの量に応じて減少するように配 量することを特徴とする熱可塑性成形材料の製造方法。 6.反応の間、反応混合物の屈折率を連続的に測定し、モノマーIIを屈折率の 変化に依存して勾配法に従って添加することを特徴とする請求項5記載の方法。 7.次の一般構造式 (A−B)n A−B−A B−A−B X[(A−B)n]m、X[(B−A)n]m、 X[(A−B−A)n]mまたはX[(B−A−B)n]m [その際 Aは一般式IおよびIIのモノマーからのコポリマーからなるブロックを表わ し、 Bは一般式IIのモノマーからなるブロックを表わし、 Xはm−機能性結合剤の残分を表わし、 nは1〜5の範囲内の整数を表わしかつ mは2〜20の範囲内の整数を表わす]のブロックAおよびBを有するブロッ ク共重合体。 8.スチロールポリマーを有するポリマー混合物を製造するために請求項7記載 のブロックポリマーの使用。 9.主成分として請求項8記載のブロックコポリマーが、一般式Iのモノマー0 〜3000ppmおよび一般式IIのモノマー0〜500ppmを含有する、熱 可塑性成形材料。 10.繊維、シートおよび成形体を製造するために請求項1から4または9のい ずれか1項記載の熱可塑性成形材料の使用。
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