説明

グラフト化ゴムのための押出方法

本発明は、グラフト化ゴムの製造方法であって、a)少なくとも80kg/molの重量平均分子量(Mw)を有するエチレンプロピレンゴムをスラブ/溶融物添加ユニット中に供給し、溶融ポンプによりこのゴムを連続押出反応器に輸送することにより、連続押出反応器の中にこのゴムを供給する工程と、b)連続押出反応器の中のゴムを、約0.2から約0.5重量%の間の水分含量に乾燥する工程と、c)乾燥ゴムを、190から250℃の間の温度で、連続押出反応器の第1の注入領域に供給する工程と、d)第1の注入領域内において、第1の量のマレイン酸無水物、および第1のラジカル開始剤を、乾燥ゴムに連続的に供給する工程と、e)連続押出反応器の第1の反応領域内のゴムと、マレイン酸無水物とを反応させて、グラフト化ゴムを生成する工程と、f)第2の注入領域内において、第2の量のマレイン酸無水物、および第2のラジカル開始剤を連続的に供給する工程であって、第1および第2のラジカル開始剤が、220℃においてモノクロロベンゼン中で測定した場合に1秒を上回る半減期(t1/2)を有する有機過酸化物である工程と、g)連続押出反応器の第2の反応領域の中において、グラフト化ゴムにせん断をかける工程であって、このせん断が、グラフト化ゴムの重量平均分子量(Mw)を少なくとも2倍低減させるのに十分である工程とを含む方法に関する。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は、グラフト化ゴムの製造方法であって、
a)連続押出反応器の中に、少なくとも80kg/molの重量平均分子量(Mw)を有するエチレン/プロピレンゴムを供給する工程と、
b)連続押出反応器の中のゴムを乾燥する工程と、
c)乾燥ゴムを、連続押出反応器の第1の注入領域に供給する工程と、
d)第1の注入領域内において、第1の量のマレイン酸無水物、および第1の量のラジカル開始剤を、乾燥ゴムに連続的に供給する工程と、
e)連続押出反応器の第1の反応器領域内のゴムと、マレイン酸無水物とを反応させて、グラフト化ゴムを生成する工程と、
f)第2の注入領域内において、第2の量のマレイン酸無水物、および第2のラジカル開始剤を連続的に供給する工程と、
g)連続押出反応器の第2の反応器領域の中において、グラフト化ゴムにせん断をかける工程であって、そのせん断が、グラフト化ゴムの重量平均分子量(Mw)を少なくとも2倍低減させるのに十分である工程と
を含む方法に関する。
【0002】
このような方法は、国際公開第2006/039774号パンフレットから公知である。国際公開第2006/039774号パンフレットには、上述のステップを含むマレイン酸グラフト化エチレン−プロピレンゴムを、このゴムが水分含量0.1重量%未満に乾燥され、この乾燥ゴムが160℃未満の温度で第1の注入領域に供給されるという条件で製造する連続押出方法が記載されている。
【0003】
国際公開第2006/039774号パンフレットの表6には、3.8(1.5+2.3)phrのマレイン酸無水物(MAh)と、0.75(0.3+0.45)phrのラジカル開始剤としての過酸化物(PO)とを注入して、2.0重量%の結合MAhを得ることが記載されている。これは効率53%である。実施例4の効率は55%以下である。グラフト化反応は、一般に、150から200℃の間で行われる。国際公開第2006/039774号パンフレットには、如何にして55%を上回る効率を得ることができるかが開示されていない。
【0004】
国際公開第2006/039774号パンフレットに記載の方法の欠点は、MAhの過度な損失を引き起こす比較的低効率のグラフト化反応である。
【0005】
本発明の目的は、ゴム上にグラフト化されるMAhの量についての高い効率を有する方法を提供することである。
【0006】
この目的は、本発明によれば、ゴムが、スラブ/溶融物添加ユニット中に供給され、溶融ポンプにより連続押出反応器に輸送され、約0.2から約0.5重量%の間の水分含量に乾燥される方法により得られ、乾燥ゴムは、190から250℃の間の温度で連続反応器の第1の反応領域に供給され、第1および第2のラジカル開始剤は、220℃においてモノクロロベンゼン中で測定した場合に1秒を上回る半減期(t1/2)を有する有機過酸化物である。
【0007】
本発明の実施形態において、70%を上回るグラフト化効率を得ることができる。
【0008】
本発明の方法の別の実施形態は、残留未反応MAhを0.5重量%に低減することができることである。MAhの残留量をより少なくすることにより、グラフト化およびせん断の条件下において、押出機中の未反応MAhの副反応が低減される。MAhの高温副生成物は、機能性ゴムの曇りおよび変色の原因であることが知られているので、遊離マレイン酸無水物の低減は、生成物流の色および透明度の改善につながる。残留MAhをより少なくすることにより、真空領域内での真空ストリッピングによる生成物流の純度の改善が可能になる。生成物中の感光性MAhの量は、結果として低減される。
【0009】
本発明の方法において、ゴムは、スラブ/溶融物添加ユニットに供給され、溶融ポンプにより連続押出反応器に輸送されるエチレン−プロピレンゴムである。溶融ポンプにより、溶融物押出機にゴムのスラブを導入することにより引き起こされるゴム供給流の変動が弱められる。溶融ポンプにより、さらに、系の脈動および変動が低減されるので、反応物質の添加の制御が可能になり、結果として製品の一致性につながる。
【0010】
本発明のさらなる実施形態において、ゴムは、約0.2から約0.3重量%の間の量に乾燥される。
【0011】
本発明のさらに他の実施形態において、乾燥ゴムは、約195から220℃の間の温度の第1の反応領域に供給される。
【0012】
本発明の方法の好ましい実施形態は、図1に示す連続押出反応器2の中で行われる。本発明の方法において用いられる連続押出反応器は、好ましくは、56:1未満のL/Dを有する。エチレン−プロピレンゴム(EPM)は、好ましくは、ホッパー10を介して溶融押出機11に供給され、溶融ポンプ12により連続押出反応器に輸送される。EPM溶融物は、供給領域21で連続押出反応器に入る。初期加熱領域内において、ゴムにエネルギーがかけられて、その見かけ粘度が低減される。このエネルギーは、好ましくは、初期加熱領域の周辺の、連続押出反応器の外側の抵抗発熱体により伝えられる外部供給熱、および中程度のせん断をもたらすように選択された形状を有する回転スクリューにより供給される機械的作用の形態である外部供給熱として供給される。過剰の水分を、開口部20aを介して、溶融物から大気または真空に離脱させる。その結果、残留水分含量は、0.5重量%未満であるが、少なくとも0.2重量%である。EPMを0.2重量%未満の量に乾燥することは、スクリューの長さおよび/または溶融温度を上昇させて残留水分を除去しなければならないという欠点を有する。注入領域22に入るゴムは、好ましくは、0.3%未満の水分含量を有する。ゴムの温度および水分は、注入領域の開始を画定する第1のマレイン酸無水物注入点22aで押出機からゴムの一部を出させることにより測定される。その点で測定された温度は、175℃を上回り、110℃の真空オーブン中で16時間後の試料の重量減少を決定することにより測定される水分量は、好ましくは0.2から0.3重量%の間である。ゴムの温度は、第1の反応領域24を通って運ばれる間に、約190から250℃の間、好ましくは約195から約220℃の間の温度にさらに上昇する。この温度は、溶融物熱電対24aにより得られる。溶融マレイン酸無水物(80℃)は、添加点(22a、22b)で供給される。好ましくは30%の過酸化物の鉱物油中溶液を、添加点(23a、23b)で供給することができる。グラフト化は、約190から250℃の間の温度の反応領域(24および25)の中で起こる。グラフト化され、せん断されたゴムの脱気を、例えば真空への排出領域(26)を介して、連続押出反応器の脱気領域内で行うことができる。押出機ヘッド(29)中における溶融物の最終圧縮により、(27)において測定される最終的な溶融物温度は、290から300℃の間になる。次いで、押出機を出たゴム溶融物を、星型ナイフアセンブリと、熱交換器を有する水再循環システムとを備えたペレット化ヘッドを含む水中ペレタイザーシステム(3)に供給することができる。
【0013】
[実施例1]
エチレン−プロピレンゴム(EPM)を、好ましくは、ホッパー10を介して溶融押出機11に供給し、溶融ポンプ12により連続押出反応器に輸送する。
【0014】
ゴム(DSM Elastomersの製品、Keltan 3200A、180kg/molの重量平均分子量を有する、エチレン49重量%およびプロピレン51重量%)の梱包のフィルム包装を剥ぎ、ホッパー10を介して、溶融物添加押出機11に供給し、50kg/hの供給速度で溶融ポンプ12により押出機設備に輸送した。装置により、過剰の水分を、開口部20aを介して溶融物から大気に離脱させた。開口した注入ポート22aから収集されたゴム溶融物の測定は、溶融物温度176℃および水分含量0.22重量%になった。注入弁を再取付後に、溶融マレイン酸無水物(80℃)を、ゴム押出量の2.5%の合計供給速度で添加点(22a、22b)において供給した。30重量%の鉱物油中溶液として、ジ−tert−ブチルペルオキシド(Akzo Nobel、Trigonox B)を、ゴム押出量の0.4%の合計速度で添加点(23a、23b)において供給した。スクリューの速度は250ppmにして、反応領域24の中の溶融物熱電対(24a)により測定した反応溶融物温度を201℃に到達させた。未反応生成物の脱気を、200mbarの真空で、排出領域(26)を介して行った。押出機ヘッド(29)内の溶融物の最終圧縮により、最終的な溶融物の温度(27)298℃が得られた。押出機を出たゴム溶融物を、星型ナイフアセンブリと、熱交換器を有する水再循環システムとを備えたペレット化ヘッドを含む水中ペレタイザーシステム(3)に供給した。
【0015】
得られたマレイン酸無水物グラフト化ゴムは、4.9g/10分(190℃、2160g)のメルトフローインデックス(MFI)、ゲル量0.05重量%、およびIR法により測定されたマレイン酸無水物官能量1.93重量%(転化率77%)を有する透明な明るい黄色のゴムであった。残留遊離マレイン酸をHPLEにより測定したところ、0.1重量%未満であった。
【0016】
[実施例2]
この方法を、それぞれの添加点において、溶融MAhおよび過酸化物の合計供給速度を、それぞれ、ゴムの押出量の3.8%および0.8%に調節することを主要な相違点として、実施例1の記載とほとんど同一の条件下で行った。溶融物熱電対(24a)により測定される反応溶融物温度を、回転数により202℃に維持した。得られたマレイン酸無水物グラフト化ゴムは、4.2g/10分(190℃、2160g)のメルトフローインデックス(MFI)、ゲル量0.06重量%、およびIR法により測定されたマレイン酸無水物官能量2.85重量%(転化率75%)を有する透明な黄色のゴムであった。残留遊離マレイン酸をHPLEにより測定したところ、0.11重量%であった。
【0017】
[比較実験A]
この方法を、スクリューの激しさをわずかに増大させ(例えば、混練要素に置換えての輸送)、350rpmで運転することにより、マレイン酸無水物グラフト化領域(24)の中の溶融物の温度が上昇するように調節することを主要な相違点として、実施例1の記載とほとんど同一の条件下で行った。注入ポート22aにおいて収集されたゴム溶融物は、温度210℃および水分含量0.2重量%を有していた)。溶融物熱電対(24a)により測定された溶融物温度は254℃であった。得られたゴムは、8.3g/10分(190℃、2160g)の高いメルトフローインデックスを有していた。IRによるマレイン酸無水物の量は1.03重量%(転化率41%)である一方で、遊離マレイン酸は0.35重量%に増加した。
【0018】
[比較実験B]
この方法を、スクリューの速度を175rpmに減速することにより、マレイン酸無水物グラフト化領域内の溶融物の温度が低下するように調節することを主要な相違点として、実施例1の記載とほとんど同一の条件下で行った。溶融物熱電対(24a)により測定された溶融物の温度は185℃であった。
【0019】
得られたマレイン酸無水物グラフト化ゴムは、曇って褐色がかり、冷却した試料のテクスチャは、ゲルの存在を示した。このことは、THFに溶かした後に、25ミクロンのフィルターを通して濾過し、1.4%のゲル含量を得たことから確認された。この試料のメルトフローインデックスは測定しなかった。IR法によるマレイン酸無水物官能量は1.25重量%(転化率50%)であった。残留遊離マレイン酸をHPLCにより測定したところ、0.23重量%であった。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の方法において用いられる連続押出反応器を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
グラフト化ゴムの製造方法であって、
a)少なくとも80kg/molの重量平均分子量(Mw)を有するエチレンプロピレンゴムをスラブ/溶融物添加ユニット中に供給し、溶融ポンプにより前記ゴムを連続押出反応器に輸送することにより、前記連続押出反応器の中に前記ゴムを供給する工程と、
b)前記連続押出反応器の中の前記ゴムを、約0.2から約0.5重量%の間の水分含量に乾燥する工程と、
c)前記乾燥ゴムを、190から250℃の間の温度で、前記連続押出反応器の第1の注入領域に供給する工程と、
d)前記第1の注入領域内において、第1の量のマレイン酸無水物、および第1のラジカル開始剤を、前記乾燥ゴムに連続的に供給する工程と、
e)前記連続押出反応器の第1の反応領域内の前記ゴムと、マレイン酸無水物とを反応させて、グラフト化ゴムを生成する工程と、
f)第2の注入領域内において、第2の量のマレイン酸無水物、および第2のラジカル開始剤を連続的に供給する工程であって、前記第1および前記第2のラジカル開始剤が、220℃においてモノクロロベンゼン中で測定した場合に1秒を上回る半減期(t1/2)を有する有機過酸化物である工程と、
g)前記連続押出反応器の第2の反応領域の中において、前記グラフト化ゴムにせん断をかける工程であって、前記せん断が、前記グラフト化ゴムの重量平均分子量(Mw)を少なくとも2倍低減させるのに十分である工程と
を含む方法。
【請求項2】
前記ゴムが、約0.2から約0.3重量%の間の量に乾燥される、請求項1に記載の方法。
【請求項3】
前記乾燥ゴムが、約195から220℃の間の温度において、前記第1の反応領域に供給される、請求項1または2に記載の方法。
【請求項4】
有機過酸化物が、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3から選択される、請求項1〜3のいずれか一項に記載の方法。
【請求項5】
1.0から5.0phrの間のマレイン酸無水物と、0.05から0.8phrの有機過酸化物を、前記注入領域を介して導入する、請求項1に記載の方法。
【請求項6】
マレイン酸無水物および過酸化物の総量が、前記第1および前記第2の注入領域の間で不均等に分配される、請求項1に記載の方法。
【請求項7】
前記連続押出反応器が、長さの直径に対する比56:1以下を有する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。

【図1】
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【公表番号】特表2011−506659(P2011−506659A)
【公表日】平成23年3月3日(2011.3.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−537376(P2010−537376)
【出願日】平成20年12月1日(2008.12.1)
【国際出願番号】PCT/EP2008/066534
【国際公開番号】WO2009/074477
【国際公開日】平成21年6月18日(2009.6.18)
【出願人】(503220392)ディーエスエム アイピー アセッツ ビー.ブイ. (873)
【Fターム(参考)】