説明

塩化ビニルモノマーの重合

(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーを、塩化ビニルモノマーの懸濁重合にて第2保護コロイドとして使用する。アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートのアルキル基は好ましくは2−エチルヘキシル基である。ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートのヒドロキシアルキル基は好ましくはヒドロキシエチル基である。

【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【0001】
本発明は塩化ビニルモノマー(VCM)の懸濁重合に関し、より詳細にはこの種の重合における改良された第2保護コロイドの使用に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ポリ塩化ビニル(PVC)は、工業的に製造される最大容積の製品サーモプラスチックの1種である。PVCの75%より多くが懸濁重合技術を用いて作成される。ポリマーの最終的な物理形態もしくは形態学は、重合プロセスにおける各ファクターの組合せにより決定される。特に重要である生成物の2つの特性は粒子寸法および粒子の多孔度である。
【0003】
粒子寸法が小さ過ぎ或いは大き過ぎれば、成形もしくは押出しされた各物品を形成させるポリマーのその後の処理は一層困難となる。従って大抵の用途につきPVC粒子を100〜200μmの程度の平均粒子寸法を有しかつ狭い粒子寸法分布を有して粒子の小割合以下が63μmより小または250μmより大となるようにすることが望ましい。
【0004】
PVC粒子からの未反応VCMの除去を容易化させるので、高い多孔度が重要である。VCMは公知の発ガン性物質であり、従って工業は最終樹脂にて1ppmより充分低いレベルまでモノマーのレベルを減少させることが連続的に試みられている。医療用途のためのPVC系フォイルの場合、50ppb未満の残留モノマーレベルが必要である。高い多孔度とは、未反応VCMを低温度にて各粒子から効率的に除去し、従ってより高い温度にてPVCの熱劣化の問題を回避しうることを意味する。高多孔度は更に、各粒子中へのプロセス添加剤(たとえば可塑剤)のその後の導入をも容易にさせる。
【0005】
広義において、最終的な粒子寸法およびポリマーにおける多孔度の量は重合温度および重合反応器における普遍的撹拌条件、並びに或る種の添加剤(「分散剤」もしくは「保護コロイド」と称する)の使用により決定される。
【0006】
保護コロイドは一次型または二次型のいずれかとして分類される。一次型はポリマー粒子の寸法の制御につき主たる責任を有し、二次型はポリマー粒子の多孔度の制御につき主として責任を有する。一次保護コロイドは典型的には置換セルロースエーテルおよび/または高分子量の部分加水分解ポリ酢酸ビニル(PVA)に基づく水溶性ポリマーである。産業的に使用される二次保護コロイドは主としてより低分子量の部分加水分解PVAに基づくと共に、より小程度の表面活性剤技術に基づいている。
【0007】
PVC工業は、ポリマー品質を向上させると共に製造の経済性を向上させる目的で、懸濁重合プロセスを改善する試みが続けられている。本発明は、現存する産業上使用しうる二次保護コロイド技術の幾つかの限界を克服することにある。
【0008】
二次保護コロイドとしての工業用途の大半に使用される部分加水分解PVAは2つの段階プロセスにて製造される。第1段階にて酢酸ビニルがPVAまで重合される。第2段階ではPVAは部分加水分解されて、ポリ酢酸ビニル−ポリビニルアルコールコポリマーを形成する。第1段階で使用される特定の重合条件は、たとえば不飽和レベル、結合不飽和、連鎖分岐および末端基の性質のような高程度のポリマー特性を含め最終生成物の性質に重大な作用を有する。最終生成物の性質は加水分解方法にも依存する。たとえば基礎加水分解は「ブロッキー」(blocky)構造を有する生成物、すなわち修飾酢酸基の配列中に介在されたヒドロキシル基の配列を有するポリマーをもたらす。他方、酸加水分解はランダム加水分解されたポリマーをもたらす。
【0009】
使用する異なる製造方法の結果として、性質に同じ物理的および化学的性質(たとえば加水分解の程度、溶液粘度などのような典型的標準品質管理方法により測定)を有すると報告される市販入手しうるPVA保護コロイド製品は、実際に懸濁重合プロセスにて極めて異なって挙動することがある。すなわち、これは得られるPVC生成物にて望ましくない変動をもたらす。従って本発明の目的は、簡単なプロセスにて製造することができ、その性質における変動を減少させうる二次保護コロイドを提供することにある。
【0010】
欧州特許出願公開第0446747号明細書によれば、改良PVC内部構造均質性のための好適酢酸塩分布は、ブロック状構造を有するPVA系保護コロイドを用いることが判明した。しかしながら、これら生成物は二次保護コロイド市場の比較的小さいシェアを有する。何故なら、これらは懸濁重合プロセスにおける極めて強い一次作用を示して許容しえない低い粒子寸法のPVCをもたらす傾向を有するからである。従って本発明の更なる目的は、ブロックPVAの改善されたPVC内部構造均質性の特徴を得ると共に充分高い平均粒子寸法を維持して産業的品質のPVCを生産することにある。
【0011】
第2二次保護コロイドが多孔度をPVC中へ導入する効率は、重合が行われる温度により顕著に影響を受ける。実用においてポリマーの多孔度は、全ての他の重合変動値が一定に保たれる場合は重合温度に逆比例する。高重合温度にて作成される低いK値のポリマーは一般に低い多孔度を有する。従って本発明の更なる目的は、高い重合温度でも高い多孔度をもたらしうる第2保護コロイドを提供することにある。
【0012】
PVC製造業者の主たる関心事は、PVCが溶融状態まで処方された後のPVCの初期色の品質である。多数のプロセス変数が、懸濁重合プロセスに際し使用する添加剤の選択を含め初期の色に影響を及ぼすことが知られている。鋭意の研究努力がPVC熱安定性に貢献する各因子を理解することに集中され、保護コロイドの固有の熱安定性には関心が少なかった。PVA系保護コロイドの工業製造に際し、特に残留酢酸ビニルモノマーを除去するストリッピング段階に際しPVAの燃焼を回避することに大きい注意を払わねばならない。貧弱な酢酸ビニルのストリッピングは、最終保護コロイド生成物にて暗色もしくは黒色の汚染をもたらしうる。従って本発明の更なる目的は、現在の技術と比較して改善された熱安定性を有する第2保護コロイドを提供することにある。
【0013】
塩化ビニルの懸濁重合にて第1(一次)保護コロイドとして作用するアクリル系ポリマーが開発されている。米国特許第4104457号明細書は、バルク塩化ビニル重合にて粒子寸法を制御するアクリル酸コポリマーを記載している。米国特許第4603151号明細書および米国特許第4684668号明細書は、増粘剤として作用する架橋アクリル酸第1保護コロイドの使用を記載している。国際公開第97/08212号パンフレットは、重合温度より高い曇り点を有する高分子量(>100000)のアクリル分散剤の使用を記載している。これらポリマーは架橋した際に第1コロイドとして作用すると言われ、架橋しない場合は第2保護コロイドとして作用する。高分子量アクリル酸コポリマーの使用は一般に、懸濁重合プロセスに塩基を添加してアクリル酸を中和することを必要とする。従って本発明の目的は、懸濁重合プロセスに際し中和を必要としない保護コロイドを提供することである。
【0014】
欧州特許出願公開第0483051号明細書、米国特許第5155189号明細書および米国特許第5244995号明細書は、懸濁重合プロセスにおける比較的低分子量のポリマーの使用を記載している。記載された添加剤は、50重量%より大のアクリル酸のα,β−不飽和エステルおよび/またはイオン側鎖基を持たないメタクリル酸を含有するホモもしくはコポリマーに基づいている。末端官能基は性能を改善すべく添加しうるといわれる。これら材料は第2保護コロイドとして作用し、第2保護コロイドなしに生成されるPVCと比較して最終PVCの多孔度を増大させることが示される。しかしながら、国際公開第97/08212号パンフレットに記載されたように、低分子量ポリアクリルコロイドの使用は、比較的低い(たとえば72.5%)程度の加水分解を有する第1コロイド(PVA)の使用を必要とする。この種類の第1コロイドは、より高分子量/より高い加水分解の第1コロイドと比較して、多孔度を増大させる傾向を有することが知られている。従って欧州特許出願公開第0483051号明細書に記載された種類のアクリル第2保護コロイドの使用は限定された工業価値しか持たない、何故なら、これは第1コロイドの選択を低分子量の一次型に限定するからである。工業的には、高加水分解プライマリ、非PVA系プライマリおよびこれらプライマリの混合物を含んで重合プロセスを最適化する第1コロイドの自由な選択をすることが望ましい。従って本発明の更なる目的は、広範囲の第1コロイド型と共に使用しうる第2保護コロイドを提供することである。
【0015】
米国特許第4579923号明細書は、PVC重合の開始時点で添加されて第1粒子の立体安定性を与える(したがって多孔度を生成する)モノマーヒドロキシアルキルアクリレート/プロピレンオキサイドアダクトの使用を記載している。工業的にVCM重合は、得られるPVCの熱安定性が極めて高い変換率にて悪影響を受けるので、100%変換率まで進行することが許されない。従って或る程度の未反応VCMは常に懸濁重合プロセスまで戻される。戻されたVCMに第2の未反応モノマーが存在すれば、モノマーを生成する高価な実験が常に高品質のPVC製品を確保すべく必要とされる。更に、懸濁重合プロセスへの遊離モノマーの極めて少ない量の添加は重合の速度を顕著に阻害するが、これはより多くの開始剤の使用(経済的に好ましくない)により相殺されることが知られている。従って本発明の更なる目的は、殆どまたは全く重合キネチックスに作用を持たず、かつリサイクルVCMにおける汚染物を示さない第2保護コロイドを提供することにある。
【0016】
懸濁PVC製造はバッチプロセスであり、過去数年間における主たる開発は重合反応器の生産性を向上させることに集中した。PVCを作成するプロセスは、VCMの実時点の重合(反応時間と称する)と反応器に充填および放出させるのに要する時間(非反応時間と称する)とに分割することができる。非反応時間を短縮させうる1つの方法は、反応器に熱水を充填して非反応時間を短縮することである。従って本発明の更なる目的は、熱水充填プロセスにて使用しうる第2保護コロイドを提供することにある。
【0017】
還流凝縮器を介し著量の重合熱を除去することが、大型PVC反応器の現在の一般的慣例である。これは反応の効率を増大させ、従って反応時間を短縮する。しかしながら、米国特許出願公開第2003/0162927号明細書が述べているように、凝縮器を効果的に始動させる時間はPVCの品質に悪影響を有し、一般に粒子寸法分布を許容しえないレベルまで増大させうる。従って更なる本発明の目的は、重合における初期段階で改良粒子寸法安定性を与え、従って還流凝縮器を介し反応の開始時点からでさえ高速度の熱除去を可能にする第2保護コロイドを提供することにある。
【発明の概要】
【0018】
本発明の一面によれば、(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーを、塩化ビニルモノマーの懸濁重合における第2(二次)保護コロイドとして使用する。
【0019】
更なる面において、本発明は(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーを含有するポリ塩化ビニル樹脂を提供する。
【0020】
更なる面において、本発明は60もしくはそれ以下のK値と、20%もしくはそれより大(より好ましくは25%もしくはそれより大)の低温可塑剤吸収値と、分子量に関連する1.6〜2.5の範囲のK値における平均粒子寸法(MGS)比:粒子寸法分布(GSS)とを有するポリ塩化ビニルを提供する。前記比はISO 1628−2−1998「毛細管粘度計を用いる希釈溶液におけるポリマーの粘度の測定第2部PVC樹脂」に記載の方法により決定される。この方法は5g/Lの濃度におけるシクロヘキサノン中で測定される数値を記載し、更にK値は次のように計算される:
【数1】

[式中、nr=PVC溶液流動時間/溶剤流動時間(両者とも秒)、およびc=1ml当たりのgにおけるPVC溶液の濃度である]
【0021】
低温可塑剤吸収値(CPA)はISO4608号に従って決定される[「一般的用途のための塩化ビニルのホモポリマーおよびコポリマー樹脂、室温における可塑剤吸収の測定」]。この方法は、室温で樹脂により吸収されて乾燥混合物を与える可塑剤の量を測定し、その結果は乾燥配合物を製造するための樹脂の有用性を示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0022】
本発明に使用される第2保護コロイドは、(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーであり、これはたとえば(「エンサイクロペジア・オブ・ケミカル・テクノロジー」、第1巻、第4版(カーク・オスマー、ウィリー・インターサイエンス)に記載されたような当業界にて標準的な方法により作成することができる。最も一般的に、この種のコポリマーは溶液で作成されて分子量の調節に役立つ。更に、連鎖移動剤を使用して更に得られるコポリマーの分子量を調節することもできる。
【0023】
好適コポリマーは5000〜50000、好ましくは6000〜20000、特に好ましくは8000〜14000のピーク平均分子量(Mp)を有する。ピーク平均分子量は逆相液体クロマトグラフィーにより測定される。簡単に言えば、この方法は、溶剤としてTHFを用いると共に検量体としてポリスチレン標準を用いる35℃におけるゲル透過クロマトグラフィーを含む。
【0024】
アルキルアクリレートもしくはメタクリレートにおけるアルキル成分は好ましくはC〜C20アルキル基であって、直鎖もしくは分子鎖とすることができる。より好ましくは、アルキル基はC〜C20である。特に好ましくは、たとえばn−ブチル、i−ブチル、ペンチル、へキシル、へプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシルおよびドデシル基のようなC〜C16アルキル基である。特に好ましくは2−エチルヘキシルアクリレートおよび2−エチルヘキシルメタクリレートである。
【0025】
コポリマーは1種より大(たとえば2種もしくは3種)の異なるアルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレート(異なるアルキル基を有する)で構成しうることが了解されよう。
【0026】
ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレートにおけるヒドロキシアルキル成分は好ましくはC〜Cヒドロキシアルキル基、より好ましくはC〜Cヒドロキシアルキル基である。2−ヒドロキシエチルアクリレートおよび2−ヒドロキシメタクリレートが特に好適である。
【0027】
コポリマーは1種より大(たとえば2種もしくは3種)の異なるヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレート(異なるヒドロキシアルキル基を有する)で構成することができる。
【0028】
本発明で使用するコポリマーは一般に20〜80重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分からなり、残部はヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分である。しかしながら、少量(一般に20重量%未満、好ましくは10重量%未満、特に好ましくは5重量%未満)の他のモノマーを含むことも可能であり、これらモノマーは(メタ)アクリレートモノマー」とラジカル重合することができる。この種の他のモノマーはスチレン、塩化ビニルモノマー、塩化ビニリデン、アクリロニトリル、ブタジエンおよびイソプレンを包含する。
【0029】
好ましくは本発明のコポリマーは20〜80重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と80〜20重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分とで構成され、より好ましくは20〜50重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と80〜50重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分とで構成され、たとえば25〜50重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と75〜50重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分とで構成される。
【0030】
上記第2保護コロイドは、微粒子ポリ塩化ビニルホモポリマーもしくはコポリマーを形成させる塩化ビニルモノマーの懸濁重合に使用される。この種のポリ塩化ビニルコポリマーは一般に50重量%未満、好ましくは20重量%未満のVCM以外のコモノマーを含む。使用しうるコモノマーはアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、アクリルアミド、ビニルエステル、たとえば酢酸ビニル、ビニルエーテルなどを包含する。
【0031】
第2保護コロイドは一般に50〜2000重量ppmのモノマー、好ましくは100〜1500ppm、特に好ましくは200〜1000ppmの量にて使用される。2種もしくはそれ以上の第2保護コロイドの混合物を所望に応じ使用することができる。
【0032】
少なくとも1種の第1(一次)保護コロイドも一般に使用される。適する第1保護コロイドは部分加水分解されたPVA、セルロース誘導体(たとえばメチルセルロースおよびヒドロキシプロピルメチルセルロース)、燐酸カルシウム、ゼラチン、澱粉、ポリビニルピロリドンおよびビニルエーテルを包含する。部分加水分解されたPVAおよびセルロースエーテルが特に好適である。部分加水分解されたPVA第1保護コロイドは典型的には50000〜250000、より好ましくは75000〜200000の分子量と70〜90%、たとえば75〜90%の加水分解の程度を有する。
【0033】
好適具体例において懸濁重合は高生産率を与える条件下で行われ、これは慣用の第2保護コロイドが使用されれば得られるPVCの形態に許容しえない劣化をもたらす。たとえば本発明の第2保護コロイドの使用は、反応から熱を除去すべく還流凝縮器(たとえば同等手段)の一層大なる使用を可能にする。これは、所定の反応温度または所定の反応時間につきより低い反応温度にて、より高い反応の速度を可能にする。
【0034】
特に好適な具体例においては反応熱の60〜100%、より好ましくは80〜100%が凝縮器により除去される。従来技術のプロセスとは異なり、熱除去は反応における極めて早期の段階で始まる。たとえば熱除去は15%未満のモノマー変換率にて、好ましくは10%未満(たとえば5%)のモノマー変換率にて始まる。部分熱除去は凝縮器を介し反応の開始時点から始まることが特に好ましい。
【0035】
本発明の第2保護コロイドは、熱水充填プロセスにも使用するのに適する。一般に、この種のプロセスにおける水充填の温度は60〜120℃、より好ましくは70〜90℃である。
【実施例】
【0036】
保護コロイドA
2−エチルヘキシルアクリレートと2−ヒドロキシエチルアクリレートとのコポリマーを、アルコール溶剤にて38重量%の2−エチルヘキシルアクリレートおよび62重量%の2−ヒドロキシエチルアクリレート(Mp=17000ダルトン)を重合させることにより作成した。使用した溶剤の容積は全モノマー容積のほぼ2倍であった。イニシエータビス(4−t−ブチルシクロヘキシル)ペルオキシジカーボネートおよびジラウロイルペルオキシド(全モノマー重量に対し0.45重量%)、並びにメルカプトエタノール(全モノマー重量に対し1.6重量%)を連鎖移動剤として添加した。重合は75℃(±5℃に制御)まで加熱することにより開始させ、最小3時間にわたり持続した。この温度における反応を維持した後、可動液の形態である得られたコポリマー生成物を室温まで冷却した。懸濁重合実験に使用する前に更なる精製は必要でなかった。
【0037】
保護コロイドB
コポリマーを溶液重合、すなわち38重量%の2−エチルヘキシルアクリレートと62重量%の2−ヒドロキシエチルアクリレートとを含有し、Mp=12000ダルトンを有する自由ラジカル開始重合により作成した。適する連鎖移動剤を用いて分子量を調節した。
【0038】
反応を高変換率にて進行させることができた。次いでコポリマー溶液をPVCの懸濁重合に更なる精製なしに直接使用した。
【0039】
保護コロイドC
Bとして、2−エチルヘキシルアクリレートのみを用いてホモポリマーを作成した。Mp=4500ダルトンであった。
【0040】
保護コロイドD
Bとして、2−ヒドロキシエチルアクリレートのみを使用してホモポリマーを作成した。Mpは報告されていない。GPCにより測定するべくTHFにおける溶解性なし。
【0041】
保護コロイドE
Aとして、メチルアクリレートおよび2−ヒドロキシエチルアクリレート(78重量%)を用いてコポリマーを作成した。Mp=12000ダルトン。
【0042】
保護コロイドF
Aとして、エチルアクリレートおよび2−ヒドロキシエチルアクリレート(75重量%)を用いてコポリマーを作成した。Mp=16500ダルトン。
【0043】
保護コロイドG
Aとして、n−ブチルアクリレートおよび2−ヒドロキシエチルアクリレート(70重量%)を使用してコポリマーを作成した。Mp=15000ダルトン。
【0044】
保護コロイドH
Aとして、イソブチルアクリレートおよび2−ヒドロキシエチルアクリレート(70重量%)を使用してコポリマーを作成した。Mp=20000ダルトン。
【0045】
保護コロイドI
Aとして、ラウリルアクリレートおよび2−ヒドロキシエチルアクリレート(56重量%)を使用してコポリマーを作成した。Mp=18000ダルトン。
【0046】
保護コロイドJ
溶液重合、すなわち27重量%のn−ブチルアクリレートおよび73%の2−ヒドロキシエチルメタクリレートを含有すると共にMp=15000ダルトンを有する自由ラジカル開始重合によりコポリマーを作成した。適する連鎖移動剤を使用して分子量を調節した。
【0047】
反応を高い変換率にて進行させた。その後のコポリマー溶液を、更に精製することなくPVCの懸濁重合にて直接使用した。
【0048】
保護コロイドK
溶液重合、すなわち35重量%の2−エチルヘキシルアクリレートおよび65%の2−ヒドロキシエチルメタクリレートを含有すると共にMp=15000ダルトンを有する自由ラジカル開始重合によりポリマーを作成した。適する連鎖移動剤を使用して分子量を調節した。
【0049】
反応を高い変換率にて進行させた。その後のコポリマー溶液を、更に精製することなくPVCの懸濁重合にて直接使用した。
【0050】
保護コロイドL
コポリマーを溶液重合、すなわち30重量%のn−ブチルアクリレートおよび70%の2−ヒドロキシエチルメタクリレートを含有すると共にMp=14600ダルトンを有する自由ラジカル開始重合により作成した。適する連鎖移動剤を用いて分子量を調節した。
【0051】
反応を高い変換率にて進行させた。その後のコポリマー溶液を、更なる精製なしにPVCの懸濁重合に直接使用した。
【0052】
保護コロイドM
Bとして、61重量%の2−エチルヘキシルアクリレートおよび39%の2−ヒドロキシエチルアクリレートを含有すると共にMp=10500ダルトンを有するものを使用した。
【0053】
保護コロイドN
Bとして、8重量%の2−エチルヘキシルアクリレートおよび92%の2−ヒドロキシエチルアクリレートを含有すると共にMp=12000ダルトンを有するものを使用した。
【0054】
VCMの懸濁重合
タービン型もしくはプファウデラー型の撹拌器を装着した160リットルおよび250リットル容積のパイロットプラント規模の反応器にて懸濁重合を行った。塩化ビニルモノマーはEVC(UK)により供給される生産級モノマーとした。全ての重合には脱塩水を使用した。脱塩水の品質限界はpH5〜pH9に設定すると共に、10uS未満の伝導度にした。次のものから選択される有機ペルオキシド自由ラジカル開始剤を用いて反応を開始させた:
・ジ(2−エチルヘキシル)ペルオキシジカーボネート
・ジエチルペルオキシジカーボネート
・ラウロイルペルオキシド
【0055】
以下の実施例では6種の異なる第1保護コロイドを使用した。第1保護コロイド、1、2、3および4は次の性質を有する部分加水分解PVAとした:
【0056】
【表1】

*:2PL MGELカラムおよびガードカラムを用いてゲル透過クロマトグラフィーにより測定されるMp。THFを1ml/minの流速にて溶剤として使用した。試料検出は35℃にて屈折率検出器を用い測定した。ポリスチレン標準を検量体として使用した。PVA系コロイドを先ず最初に無水酢酸を用いて再アセチル化した後、GPC分析を行った[「逆相液体クロマトグラフィーによる部分加水分解ポリ(ビニルアルコール)における組成不均一性」、ドウキンス・J等、ポリマー、第40巻、第7331−7339頁(1999)に記載]。
【0057】
第1保護コロイド5は、28.5%のMeOと6%のHPOとを含有しかつ40〜60mPa/sの粘度を有するヒドロキシプロピルメチルセルロースとした。第1保護コロイド6は、30%のMeOを含有すると共に12〜18mPa/sの粘度を有するメチルセルロースとした。
【0058】
2種の異なる市販入手しうる第2保護コロイドを比較のためにも使用した。両者は次のようなランダム加水分解PVAとした。
【0059】
【表2】

【0060】
反応器を先ず最初にエビカス90(登録商標)汚染防止剤の使用により作成した。撹拌を、脱塩水および開始剤を添加しながら反応速度よりも低い速度に設定した。反応器を封止する共に、減圧をかける前に窒素でパージした。保護コロイドを反応器に添加し、次いでVCMを添加した。撹拌器速度を反応器速度まで増大させると共に、反応器をジャケットを介し加熱した。重合熱をジャケットにより或いは還流凝縮器を介して除去した。追加脱塩水をレシピーに応じて注入し、良好な熱移動を確保した。重合圧力における低下により示される特定変換率にて残留VCMを反応器から廃棄した後、残留モノマーを減圧および高温度の下でストリッピングした。典型的にはK70軟質樹脂を85%変換率まで重合させ、残りの実験は85〜92%の変換率であった。ストリップされたPVCスラリーを遠心分離して水を除去した。得られた「湿潤ケーキ」を流動床乾燥させた後、ポリマー試料を分析した。重合温度は所要のK値につき選択した。
・K70−53℃
・K68−56.5℃
・K60−64.5℃
・K57−70℃
・K53−75.5℃
【0061】
実施例1
一連のK70 PVCを作成し、ただし第1保護コロイド1(500ppm)および各種の第2保護コロイド(900ppm)を使用した。その結果は次の通りであった:
【0062】
【表3】

a:ベックマン・クールターLS230装置におけるレーザー回折分析により測定される粒子寸法分布の50%として、平均粒子寸法(MGS)を規定する。試験はISO 13320−1(1999)に従って行なわれる。
b;粒子寸法分布(GSS)を、分布の85%における粒子寸法と分布の15%における寸法との間の差として規定する。粒子寸法分布はベックマン・クールターLS230装置におけるレーザー回折分析により測定される。試験はISO 13320−1(1999)に従って行なわれる。
c:ベックマン・クールターLS230装置におけるレーザー回折分析により測定される<63μΜおよび>250μΜより低い寸法%。試験はISO 13320−1(1999)にて行なわれる。
d:低温可塑剤吸収(CPA)試験はISO 4608に一致し、S−PVCにおける多孔度を示す。
e:見かけ密度(AD)試験方法はISO−60 1977に一致する。
f:この実施例および以下の実施例において、試験No.における記号414は250リットル反応器にて行われる重合を示すのに対し、符号421は160リットル反応器で行われる重合を意味する。
【0063】
結果は、より高いレベルの多孔度およびより良好な粒子寸法分布の調節は本発明の改良第2保護コロイド(試験414,481および421,762)を用いて達成することができる(これは第2コロイドを用いない例(試験414,485)と対比される)ことを示す。更に標準PVA技術(試験421,678、414,436および414,464)と比較して、本発明による第2保護コロイドはずっと高い多孔度を与える。改良第2保護コロイドを作成すべく使用したモノマーを重合(試験421,593)に直接添加する場合、粒子寸法または多孔度における改善は観察されない。同様に、2−エチルヘキシルアクリレート・ホモポリマー(試験421,570)および2−ヒドロキシエチルアクリレート・ホモポリマー(試験421,567)を用いる場合も利点は示されない。
【0064】
実施例2
実施例1を反復したが、ただし種々異なるアクリレートから作成された第2保護コロイドを用い、次の結果を得た:
【0065】
【表4】

【0066】
結果は、最高レベルの多孔度および最良の粒子寸法分布の調節が、本発明の第2保護コロイドをC〜C12アルキルアクリレートから生成させる場合に達成されることを示す。好適コポリマーは2−エチルヘキシルアクリレートと2−ヒドロキシエチルアクリレートとの間で生成される。
【0067】
実施例3
実施例1を反復したが、ただし種々異なるコモノマーから形成された第2保護コロイドを用いた。次の結果が得られた:
【0068】
【表5】

【0069】
結果は、高レベルの多孔度および良好な粒子寸法分布の調節がヒドロキシアルキルメタクリレート並びにヒドロキシアルキルアクリレートから形成された第2保護コロイドを用いて達成することができることを示す。
【0070】
実施例4
実施例1を反復したが、ただし種々異なるヒドロキシアルキルアクリレート含有量を有する第2保護コロイドを用いた。結果は次の通りであった:
【0071】
【表6】

【0072】
結果は、最高レベルの多孔度および最良の粒子寸法分布の調節が第2保護コロイドを50〜75重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分で構成すれば達成されることを示す。
【0073】
実施例5
この実施例の目的は、欧州特許出願公開第0483051号明細書に記載された種類の添加剤を試験することであった。
【0074】
一連のK70 PVCを作成したが、ただし第1保護コロイド2(160ppm)と第1保護コロイド3(500ppm)と第1保護コロイド5(70ppm)と各種の第2保護コロイド(400ppm)との組合せを使用し、これはSKオリゴマーUMB2005B(登録商標、低分子量のポリブチルアクリレートに基づくポリマーであって、ポリマー連鎖端部がヒドロキシル基により官能化される)を包含する。結果は次の通りであった:
【0075】
【表7】

【0076】
更なる一連のK70 PVCを作成したが、ただし第1保護コロイド1(500ppm)および各種の第2保護コロイド(900ppm)を用いた。結果は次の通りであった:
【0077】
【表8】

*:730ppmの第1保護コロイド種類1を400ppmのUMB2005Bと組み合わせて使用した。多孔度の正確な測定を可能にするのに充分な粒子寸法安定性を確保するには、多量の第1保護コロイドを使用することが必要であった。
【0078】
上記したように、国際公開第97/08212号パンフレットは、低程度の加水分解を有する低分子量の第1保護コロイド(たとえば第1保護コロイド3)を低分子量のアクリレート第2保護コロイドと共に使用すべきであることを教示している。第1コロイドを多孔度増大にて効果が低いもの(第1保護コロイド1)で代替すれば、UMB 2005Bは本発明の改良第2保護コロイドと比較して効果が低いことが示される。
【0079】
更に一連のK70 PVCを作成したが、ただし第1保護コロイド2(200ppm)と第1保護コロイド3(500ppm)と第2保護コロイドBもしくは6(400ppm)との組合せを用いた。
【0080】
【表9】

【0081】
本発明の改良第2保護コロイドは、標準PVA系第2保護コロイド技術と比較して、一層高い多孔度を与えることが示される。
【0082】
実施例6
一連のK53 PVCを作成したが、ただし第1保護コロイド3(750ppm)および各種の第2保護コロイド(750ppm)を用いた。結果は次の通りであった:
【0083】
【表10】

【0084】
重合の温度を増大させるにつれ、所定量の第2保護コロイドにつきCPA値に関する第2コロイドの効果が減少する。結果は、本発明の改良第2保護コロイドが高い多孔度を高い重合温度でさえ得ることを可能にすることを示す。たとえば、この実施例で得られるような高いMGS、低いK値の樹脂はその良好な粉末取扱い特性につき極めて望ましい。
【0085】
実施例7
PVCの内部標準均質性を評価する方法がファラデー・プラスチックス・アンド・コンポジット・プロセシング・アンド・アプリケーション、第18巻、第91−94頁(1992)に記載されている。試料はVCM雰囲気で飽和され、次いでVCMを70℃にて喪失させた。各試料を種々の時間間隔にて残留VCM濃度につきASTM D3749−95(2002)に従って分析した。
【0086】
下表は、実施例6で作成されたポリマーがどのようにVCMモノマー損失の速度の点で挙動するかを示す。
【0087】
【表11】

【0088】
本発明の改良第2保護コロイドを用いて作成されたポリマーは、標準第2保護コロイド技術により作成されたポリマーよりもずっと速い速度でVCMを喪失することが解るであろう。高い多孔度および優秀な内部構造均質性の組合せは、標準PVA系第2保護コロイド技術を用いて達成することができない。
【0089】
実施例8
低分子量の硬質PVC樹脂を、最終生成物における低レベルの残留モノマーを達成することが肝要である、多数の臨界的フィルムおよび吹込成形の各用途に使用した。より高温度のモノマーストリッピングを用いて極めて低レベルのVCMを達成しえたが、PVCの熱劣化が生じうる。
【0090】
重合プロセスにおける連鎖移動剤の不存在下に、より高い重合温度を用いて低分子量のPVCを得た。しかしながら、低分子量の懸濁重合されたPVC樹脂(典型的には慣用の保護コロイドでの柔軟性用途で用いる高分子量樹脂で見られる多孔度を有する)を製造するには実用的かつ経済的に可能でなかつた。
【0091】
一連のK53 PVCを作成したが、ただし第1保護コロイド1(500ppm)および各種の第2保護コロイド(900ppm)を用いた。結果は次の通りであった:
【0092】
【表12】

*200ppmの第1保護コロイド2の追加使用を示す。
【0093】
これら実施例は、本発明の改良第2保護コロイドがどのように一層高い多孔度および低K値の樹脂を製造すべく使用しうるかを示す。
【0094】
実施例9
本発明の改良第2保護コロイドを標準PVA系第2コロイドと組み合わせて使用する効果を示すべく、更なる一連のK70 PVCを作成した。それぞれの場合、第1保護コロイド1を500ppmの量にて使用すると共に、第2保護コロイドの全量を900ppmとした。
【0095】
【表13】

【0096】
結果は、標準PVAと改良第2保護コロイドとの組合せを用いて高いCPAおよび極めて緻密な粒子寸法分布を発生するという結果が得られることを示す。25%程度に低い改良第2保護コロイド(慣用のPVAに補充する)は、多孔度を顕著に増大させることが解るであろう。
【0097】
実施例10
PVCの初期色は多数のプロセス変動値により影響を受ける。標準第2保護コロイドの熱安定性は、コロイドの熱劣化から生ずる色の変動を回避するべく製造に際し調節せねばならないことが知られている。改良第2コロイドと標準技術との固有の熱安定性の比較を下記に示す。第2コロイドの薄膜をアルミニウム皿に置くと共に、180℃にて1時間にわたり乾燥させた。
【0098】
、a、b系[ここでLは白色〜黒色成分を意味し、aは赤色〜緑色成分を示し、bは黄色〜青色成分を示す]を用いて色を測定した。
【0099】
【表14】

【0100】
結果は従来技術のPVAコロイドの色における大きい変化を示し、貧弱な熱安定性を示す。しかしながら、本発明による第2保護コロイドは極めて少ない色変化を受け、改善された熱安定性を示す。
【0101】
実施例11
この実施例の目的は、本発明の第2保護コロイドを用いて作成されたPVC樹脂が改良された色を有しうるかどうかを評価することであった。安定化されてないK53ポリマーを180℃にて5分間にわたりオーブン内で加熱し、粉末色変化を測定した。
【0102】
【表15】

【0103】
結果は、改良された第2保護コロイドを用いて作成されたポリマーが標準PVA技術を用いて作成されたポリマーよりも低い色変化を示すことを示す。
【0104】
実施例12
ポリマー粉末の色の測定は色を評価する簡単な方法であるが、その結果は常にPVCを真の工業的処方にて処理する場合に観察される結果とは関連しない。従って、標準PVA第2コロイドで作成されたK70ポリマーを、Ca/Zn安定化された可塑化処方における本発明の改良コロイドを用いて作成されたポリマーと比較した。それぞれの場合、処方は次の通りであった:
【0105】
【表16】

a:ビス(2−エチルヘキシル)フタレート可塑剤
b:エポキシド化された大豆油(商品名ドラペックス392)
c:市販の安定剤系−カルシウムおよび亜鉛のカルボキシレートに基づく第1PVC安定剤の混合物(他のPVC補助安定剤と共に処方)
【0106】
処方物を先ず最初に2ロールミルにて磨砕し、次いで圧縮成形した。最終プラークの黄色インデックスを評価した。
【0107】
【表17】

【0108】
結果は、本発明の改良第2保護コロイドを用いて作成したポリマーが標準PVA技術で作成されたPVCと比較して良好な初期色を有することを示す。
【0109】
実施例13
実施例12と同様な比較を、K57 PVC試料を用いて行った。未可塑化錫系安定化ボトル処方にて色性能を評価した。
【0110】
【表18】

【0111】
ここでも結果は、本発明の改良第2保護コロイドを用いて作成されたポリマーが標準PVA技術を用いて作成されたPVCと比較して良好な初期色を有することを示す。
【0112】
実施例14
加工PVC物品の或る種の結晶透明用途において、ポリマーにより吸収される水の量は極めて重要である。PVCを水と接触させて使用する場合、水が吸収されずPVCを半透明もしくは曇りに換え、従ってPVCの良好な光学特性を消失することが望ましい。懸濁重合されたPVCにより吸収される水の量は、多数のプロセス変動値により影響を受ける。
【0113】
2種のK70ポリマーを種々異なる第2保護コロイドを用いて作成し、次のように処方した:
【0114】
【表19】

a:ジイソノニルフタレート
【0115】
2ロールミル(160℃/150℃)にて試料を作成し、次いで脱塩水に50℃にて浸漬させた。所定時間の後、試料を取り出し、試料中を透過した光の量を600nmにてUV/可視スペクトロメータで測定した。結果は、水に浸漬する前に透過された光の量に対する透過光%として現す。
【0116】
【表20】

【0117】
結果は、本発明の第2保護コロイドを用いて作成したポリマーが標準PVA技術を用いて作成されたポリマーよりもゆっくり曇るようになり、水吸収の一層遅い速度を示すことを示す。
【0118】
実施例15
米国特許第5977273号明細書および欧州特許出願公開第705847号明細書は高い曇り点温度を有するイオン改質保護コロイドの使用を記載しており、これは高生産率熱水充填プロセスにて使用することができる。次の実施例は、識別しうる曇り点を懸濁重合によるPVCの市販生産に使用される温度範囲にて示さない本発明の改良第2保護コロイドが熱水充填プロセスにて優秀な性能を与えることを示す。この実施例はK70重合からのデータを示す。反応器には少量の充填水と保護コロイドと自由ラジカル開始剤とVCMとを充填した。残余の水を、2分間の時間にて85℃の熱水として反応器に充填した。
【0119】
【表21】

【0120】
結果は、本発明の改良第2保護コロイドを用いて作成されたポリマーがこれら高生産率条件下に一層良好な安定性を与えることを示す。本発明のコロイドを用いて粒子寸法分布はより緻密であると共に、多孔度は一層高かかった。
【0121】
実施例16
塩化ビニルの懸濁重合に関する改良第2保護コロイドの必要要件は、高生産率条件下で行う能力である。懸濁重合は一般にバッチプロセスで行われて、各バッチの反応時間はプラントの生産率を改善すべく最小まで短縮せねばならない。固定温度における単一の開始剤を用い、熱の発生は全自由液体VCMが消費される場合は重合の一層遅い段階方向へピークとなる傾向を有する。一層均一な熱発生の速度は、種々異なる半減期温度を有する各開始剤の組合せを用いて達成することができる。反応容器における冷却ジャケットもしくはコイルおよび外部還流凝縮器の組合せにより、重合の熱を除去するのが一般的慣行である。
【0122】
米国特許出願公開第2003/0162927号明細書および米国特許第4136242号明細書は、還流凝縮器を介し除去される熱の量はVCMからPVCへの少なくとも15%の変換が生ずるまで開始してはならず、凝縮器汚染および粗大粒子の生成を防止することを教示している。早期の凝縮作用の下で一層大きいPVC粒子寸法安定性を与える改良第2保護コロイドは従来のPVA系技術よりも利点を有する。
【0123】
S−PVCの品質に対する極めて高い初期モノマー還流の効果を模倣するため、還流凝縮器を装着した反応器を、反応器ジャケットが熱をシステムに連続入力することを示すと共に、凝縮器が熱を連続的に除去して一定の設定点温度を維持するように操作した。重合の開始時点で還流凝縮器に蓄積する実験上不活性なガスをシステムから設定点よりも4℃低い温度で排気して重合の開始時点から重質還元流を可能にした。
【0124】
【表22】

【0125】
本発明による第2保護コロイドを用いて得られた結果は、これら高生産率条件下で従来技術に対し若干改善される。驚くことに、本発明の第2コロイドと従来技術のPVAコロイドとの組合せは相乗的に作用することが示され、高生産率条件下で極めて良好な粒子寸法調節をもたらす。
【0126】
実施例18
塩化ビニルの懸濁重合に関するバッチ方法の生産率は、重合が開始された後の更なるVCMの添加により改善しうることが示された。この技術は、モノマーとポリマーとの間の密度の差に基づきバッチ反応器にて容積収縮が生ずるという利点を有する。工業的に、この手法は限定用途を有する。何故なら、現在のPVA系レシピー技術は広範な粒子寸法を与えると共に極めて低い多孔度を与える傾向を有し、VCM除去を困難にするからである。
【0127】
この実施例においては、一連のK68硬質ポリマーを作成すると共に更なるVCMを重合プロセスにおける種々異なる段階で添加する。
【0128】
【表23】

【0129】
結果は、バッチ式で重合されるモノマーの量の10%増加を達成しうると共に所望のポリマー特性を維持しうることを示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーの、塩化ビニルモノマーの懸濁重合における第2保護コロイドとしての使用。
【請求項2】
前記アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートのアルキル基がC〜C20アルキル基、好ましくはC〜C16アルキル基である請求項1に記載の使用。
【請求項3】
前記アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートのアルキル基が2−エチルヘキシル基である請求項1に記載の使用。
【請求項4】
前記ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートのヒドロキシアルキル基がC〜Cヒドロキシアルキル基である請求項1〜3のいずれか一項に記載の使用。
【請求項5】
前記ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートのヒドロキシアルキル基がヒドロキシエチル基である請求項4に記載の使用。
【請求項6】
前記コポリマーが5000〜50000、好ましくは6000〜20000、特に好ましくは8000〜14000の分子量を有する請求項1〜5のいずれか一項に記載の使用。
【請求項7】
前記コポリマーが20〜80重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と80〜20重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分、好ましくは20〜50重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と80〜50重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分、特に好ましくは25〜50重量%のアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分と75〜50重量%のヒドロキシアルキルアクリレートもしくはメタクリレート成分とからなる請求項1〜6のいずれか一項に記載の使用。
【請求項8】
前記コポリマーを塩化ビニルモノマーの50〜2000重量ppmの量にて、好ましくは100〜1500ppm、特に好ましくは200〜1000ppmの量にて使用する請求項1〜7のいずれか一項に記載の使用。
【請求項9】
(i)アルキルアクリレートもしくはアルキルメタクリレートと(ii)ヒドロキシアルキルアクリレートもしくはヒドロキシアルキルメタクリレートとのコポリマーを含有するポリ塩化ビニル樹脂。
【請求項10】
前記コポリマーが請求項1〜8のいずれかに規定した通りである請求項9に記載のポリ塩化ビニル樹脂。
【請求項11】
60もしくはそれ以下のK値と20%もしくはそれより大の低温可塑剤吸収値および1.6〜2.5のMGS:GSS比とを有するポリ塩化ビニル樹脂。
【請求項12】
57〜60のK値および少なくとも25%の低温可塑剤吸収値とを有する請求項11に記載のポリ塩化ビニル樹脂。
【請求項13】
57のK値および少なくとも30%の低温可塑剤吸収値とを有する請求項12に記載のポリ塩化ビニル。
【請求項14】
53〜57のK値と20〜25%の低温可塑剤吸収値とを有する請求項11に記載のポリ塩化ビニル。
【請求項15】
1.75〜2.5のMGS:GSS比を有する請求項11〜14のいずれか一項に記載のポリ塩化ビニル。
【請求項16】
1.8〜2.5のMGS:GSS比を有する請求項11〜14のいずれか一項に記載のポリ塩化ビニル。

【公表番号】特表2008−523232(P2008−523232A)
【公表日】平成20年7月3日(2008.7.3)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−546177(P2007−546177)
【出願日】平成17年12月14日(2005.12.14)
【国際出願番号】PCT/GB2005/004823
【国際公開番号】WO2006/064226
【国際公開日】平成18年6月22日(2006.6.22)
【出願人】(507198989)イネオス ビニールズ ユーケイ リミテッド (1)
【Fターム(参考)】