JPH0777751B2 - ポリマー溶融体への添加剤の配合方法 - Google Patents

ポリマー溶融体への添加剤の配合方法

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JPH0777751B2
JPH0777751B2 JP3240831A JP24083191A JPH0777751B2 JP H0777751 B2 JPH0777751 B2 JP H0777751B2 JP 3240831 A JP3240831 A JP 3240831A JP 24083191 A JP24083191 A JP 24083191A JP H0777751 B2 JPH0777751 B2 JP H0777751B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の背景】本発明は、一般に熱可塑性樹脂からの混
合物の製造に関するものである。さらに具体的には、本
発明は、部分的に揮発性の液状ビヒクル中に分散された
添加剤のポリマー溶融体へ添加、そしてそれに続くビヒ
クルの除去に関するものである。
【0002】添加剤の添加によって熱可塑性樹脂材料の
特性を改質することは知られている。この添加は、ふつ
う、紡糸または他の押出、射出、成形などの、成形段階
より先に起こる。例えば、着色剤、安定剤、艶消剤、難
燃剤、充てん剤、抗微生物剤、帯電防止剤、蛍光白色
剤、増量剤、加工助剤および他の機能添加物が、添加物
が加えられる主体ポリマーに対し、好ましい性状を付与
するために、用いられる。実例として、着色濃厚物とし
て配合された顔料の練込みによる熱可塑性樹脂物品の着
色は、よく知られている。本出願の目的のために、濃厚
物は、最終熱可塑性樹脂物品において望まれているより
ずっと高い配合量で添加剤を含有する。典型的に、着色
濃厚物を使用することによる繊維材料の着色は、独特の
課題をもたらした。このことに対する原因は、沢山あ
る。例えば、濃厚物中に分散された顔料の粒子量は、満
足な色の密度を付与するのに十分高い濃度でなければな
らないし、さらに、紡糸段階を中断するほど高濃度であ
ってはならない。
【0003】ナイロン6へ材料を添加する際、添加剤中
の湿分は、以前から、実質的な程度に低く保たれてい
る。過度な水分が存在すると、解重合が起り、押出物中
で気泡が形成されたり、繊維がもはや形成されることの
できない点まで、ナイロン6の分子量及び溶融粘度が減
少する。結果として、濃厚物の湿分を低く保つことが重
要になった。
【0004】顔料濃厚物の製造は、水性媒体中の顔料の
分散体を調整することによって、行なってもよい。満足
な分散体を得るために、水分散性/可溶性ポリマーを使
ってもよい。押出より前の分離段階において、顔料を水
性分散体から、有機相へフラッシングすることは、濃厚
物の生産において、通常のことである。
【0005】もう一つの顔料濃厚物の製造方法は、水性
着色剤分散体を調整し乾燥して水を除去する工程を含ん
でいる。例えばBurloneに付与された米国特許N
o. 4,374,641では、濃厚物を混合すべき熱可
塑性樹脂材料と相溶性の分散剤を用いる、水性ビヒクル
中での着色濃厚物の製造について述べられている。水性
着色濃厚物は、残留水を除去するために、濾過および乾
燥させられる。これらの方法は両方とも、フラッシング
や乾燥のような余分な段階を必要とする。
【0006】プラスチックの加工において、ポリマーの
流れ中に存在する揮発物の除去を伴い、一般に粒子また
は粉末のような微細に粉砕された形状において、添加剤
をプラスチック押出機に配合してもよいことが記載され
ている。Wild等に付与された米国特許No. 4,06
5,532の方法では、相溶性の液体添加剤の主要量の
添加が、ポリマーの脱揮発物後に、好ましく行なわれる
と述べられている。
【0007】最終成形ポリマー物品において望ましくな
い液状ビヒクル中に存在する添加剤を、加工に対するポ
リマーの適合性を妨たげることなく、ポリマー溶融体流
に加えてもよいような方法が必要とされている。そのよ
うな方法は以下に述べる。気がつくであろうが、この方
法はいくつかの適用において、ビヒクル中に意図した添
加剤を分散するために、分散剤を使う。これらの分散剤
は、しばしば高価である。ここで明らかにされる発明に
より、分散剤の利用が減少し、また、いくつかの場合に
おいて、押出しの性能が改良された。
【0008】
【発明の要約】従って、本発明は、分散剤および安定剤
を用い、少なくとも部分的に揮発性の液状ビヒクルに、
少なくとも1種の添加剤を分散し、ポリマーを押出して
いるベント式押出機に、その結果得られる分散体を供給
し、そして、押出機の排気口を通して、供給された揮発
物を除去し、ポリマーおよび少なくとも1種の添加剤を
含む実質的に均質な系を得ることを特徴とする、ポリマ
ー溶融体への添加剤の配合方法である。
【0009】改質された熱可塑性樹脂の改良された製造
方法を提供することが本発明の目的である。
【0010】関連する目的および利点は、以下の説明を
検討することにより、関連業界における普通の技術者に
とって、明らかになるであろう。
【0011】
【好ましい実施態様の説明】本発明の原理の理解を促進
するために、発明の具体的な実施態様を説明する。それ
によって、発明の範囲の制限をするものではなく、述べ
られるような変更および、さらなる改質、およびさらな
る発明の原理の応用は、発明が関係している分野におけ
る通常の技術者が普通に考える程度のものであるという
ことが、それにもかかわらず理解されるであろう。
【0012】本発明は、揮発性成分を含有するビヒクル
中で添加剤が分散されている形で、押出機中のポリマー
溶融体へ、可溶性または不溶性添加剤を配合し、揮発性
ビヒクル成分に妨害されることなく、添加されたポリマ
ーを成形する方法に関するものである。成形は、繊維へ
の紡糸、チューブへの押出し、射出成形または、ポリマ
ー溶融体を有用な最終物品に成形するために知られてい
る、ほとんど任意の方法によって行なわれる。一般に、
この方法は、米国特許第5,236,645号の主題で
ある。本発明は、分散体およびそれが使われている方法
の性能の改良方法に関するものである。実例として、述
べられた方法は、ナイロン6、ナイロン6.6、ナイロ
ン10、ナイロン11、ナイロン12およびこれらのコ
ポリマーのような任意の溶融紡糸できるポリアミドの着
色において有用である。ポリエステルのような他の熱可
塑性ポリマーも、その方法の利用によって、よくなるか
もしれない。その方法は、少なくとも部分的に揮発性の
ビヒクル中に存在する他の添加剤を、ポリマー溶融過程
に配合するのに有用であることが、さらに意図されてい
る。配合してもよい他の添加剤の例は、着色剤、安定
剤、艶消剤、難燃剤、充てん剤、抗微生物剤、帯電防止
剤、蛍光白色剤、増量剤、加工助剤および他の機能添加
剤である。部分的に望ましくない揮発性ビヒクル中に存
在するほとんど任意の添加剤は、潜在的にかつ首尾よ
く、本発明によって、ポリマー溶融体に加えることがで
きるということが認識されるべきである。さらに、その
方法の結果得られるポリマー生成物が混合物である必要
はない。しかし、説明だけの目的のために、後述の説明
は、顔料配合熱可塑性樹脂材料の調整に関するものであ
る。以下に述べられている原理は、当業界のふつうの技
術者に明らかになるように、特定の応用にたやすく適応
できる。
【0013】添加剤は、溶解性にかかわらず、該条件下
で少なくとも部分的に揮発性であるビヒクル中に分散さ
れる。本目的のために、「分散された」および「分散
体」はビヒクル中の分散剤の存在のことを言っていて、
添加剤の溶解性を示すものではない。添加剤が顔料でビ
ヒクルが水性である場合、この分散体は、分散剤とし
て、米国特許No. 3,846,507の水可溶性/分散
性ポリマーを用いて調整してもよい。この特許は、その
中で教示されている水可溶性/分散性ポリマーに対する
参考のためにここに入れた。ある特定の有用なこの種の
分散剤は、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミン/
イソフタル酸/スルホイソフタル酸のナトリウム塩(以
下C−68と呼ぶ、BASF Corporation
により製造)のコポリマーである。他の関係する水可溶
性/分散性ポリマーが本発明において有用である。これ
らは、他の水可溶性/分散性ポリアミドおよびそのコポ
リマー、水可溶性/分散性ポリエステルおよびそのコポ
リマー、水可溶性/分散性ビニルポリマーおよびそのコ
ポリマー、水可溶性/分散性酸化アルキレンポリマーお
よびそのコポリマー、および水可溶性/分散性ポリオレ
フィンおよびそのコポリマーおよびそれらの混合物を含
むが、それらに限られるわけでない。しかし、もちろ
ん、モノマー分散剤のような他の分散剤も、本発明での
利用に適している。
【0014】分散剤は、好ましくは、分散体中に、分散
体総重量あたり約0.075%〜約7.5%の濃度で存
在する。明らかなように、最も効果的に望ましい結果を
得るため必要な分散剤の濃度は、使われている特定の顔
料(または他の添加剤)および目的の色彩濃度(または
機能)による。分散剤の上限は、首尾よく押し出すこと
のできるポリマーに対する、分散剤および顔料の合計の
最大比率に関係するものである。
【0015】驚くべきことに、安定剤の添加によって、
調整されるべき適当な分散体に必要なポリマー分散剤の
量が、不均合いに減少することが発見された。安定剤
は、好ましくは、分散体総重量あたり約0.75%〜約
7.5%で存在している。さらに、いくつかの例におい
て、安定剤の利用によって、ポリマー溶融圧力指数にさ
らなる減少がおこる。いくつかの黒色顔料濃厚物の製造
は、安定剤の添加によって改良された方法の模範的なも
のである。本目的に適する安定剤は多くの標準的非イオ
ン種を含み、多分多くの陰イオン種を含むであろう。こ
れらの中には、ポリエトキシレート、ポリプロポキシレ
ート、ブロックコポリマー状のポリエーテル、長鎖アル
コール、ポリアルコール、アルキルサルフェイト、アル
キルスルフォネイト、アルキルベンゼンスルフォネイ
ト、アルキルフォスフェイト、アルキルフォスフォネイ
ト、アルキルナフタレンスルフォネイト、カルボン酸お
よびパーフルオロネイトがある。
【0016】現在、好ましいある安定剤は、ポリエトキ
シル化アルキルフェノール(Triton X−100
(TX−100))である。(顔料の重量にもとづい
て)約0.5%程度の低い濃度のC−68との関連で、
TX100は、顔料の重量にもとづいて、約6から約5
0重量%の範囲で、約5以下の圧力指数(以下に説明す
る方法によって測定)を生ずる。この局面において、約
0.1〜10%のC−68と約20%のTX100が、
目下、好ましい。特に、0.5%のC−68と20%の
TX100は約0.7の圧力指数を生ずる。これは、約
100%のC−68(顔料の重量にもとづく)が単独で
使われる場合の約0.9の圧力指数と対照的である。
【0017】分散体は、例えば、分散体の成分のすべて
が、適切に溶解および/または分散するまで、顔料プレ
スケーキを、水を含む安定剤および分散剤と混合するこ
とにより標準的な方法に従って、調整してもよい。分散
体の顔料濃度は、好ましくは、分散体の総重量あたり、
約15%〜約50%である。分散剤の濃度のように、最
も好ましい顔料濃度は、色彩濃度および押出物の加工性
によるだろう。分散体の微粒子が十分に小さな、および
一定の大きさになるように、分散体を機械的エネルギー
で処理してもよい。このことは、たとえば、Chica
goBoiler Company Model KD
L Pilot Dyno Millあるいは他の適当
な粉砕機で粉砕することによって成しとげられる。分散
体粒子の大きさの減少は、圧力指数を測ることによって
監視される。
【0018】圧力指数(psi 圧力増加/顔料1g)は、
改質されるべきポリマーと望ましい濃厚物を混合し、
(顔料添加の場合)5%の顔料濃度が得られるようにす
ることにより得ることができる。5%の濃厚物およびポ
リマーの混合物は、275℃で、35mm165×140
0メッシュのフィルタースクリーン(呼称10ミクロ
ン)を通して押出す。押出物の割合は、フィルタースク
リーンを通すことによって起こる圧力降下が約2000
psi になるように、調整する。試験は、最初にそうなる
のがどちらでも、2時間あるいは、圧力が3000psi
になるまで続ける。2000psi 以上の圧力上昇および
フィルターを通る顔料の計算されたグラムは、圧力指数
を計算するために使われる。
【0019】分散体(揮発性ビヒクル中に存在する添加
剤)を、濃厚物をつくるために、ポリマーの流れに加
え、それから冷却し、小片にカットするかあるいは、溶
融相中に直接、第一の溶融流に加える。分散体を、ま
た、濃厚物の最初の調整をせずに、二軸スクリューベン
ト式押出機から押出されている第一の溶融流に直接、加
えてもよい。目標が濃厚物の調整の場合、分散体を、好
ましくは、相溶性のポリマー、好ましくは最終的に濃厚
物が用いられるものと同じ種類の相溶性ポリマーと徹底
的に混合する。目標が、分散体およびポリマー溶融体流
からの、成形された物品の直接生成物の場合、分散体お
よびポリマーを好ましくは押出機中で混合する。どちら
の場合においても、均質混合は、好ましくはWerne
r& Pfleiderer またはAmerican
Leistritzから入手できるような二軸スクリ
ューベント式押出機に分散体を加えることにより起こ
る。均質混合を確実にするために、スクリューの速度お
よび帯域の温度を監視して、押出される特定の顔料及び
熱可塑性樹脂材料に適する様に調節すべきである。押出
量も監視されるべきである。
【0020】分散体は、好ましくは、押出機の適当な帯
域中に計量して特定の予め定められた押出量を与えるよ
うにする。計量は、メッシュギヤーポンプ、ピストンポ
ンプ、ダイヤフラムポンプあるいは、他の適当な計量手
段によって、なしとげられる。
【0021】適当な帯域で、ビヒクルは、このましく
は、LEMA50 Type20605水封じ真空ポン
プを使用することによりとりのぞかれる。最終押出物
は、顔料濃厚物の場合、好ましくは、濃厚物の総重量あ
たり約25%の顔料、約0.25%から2.5%の分散
剤、約5%の安定剤、および約65%から70%の熱可
塑性樹脂ポリマーの濃度を有する。
【0022】濃厚物を調整する場合、該濃厚物を次に冷
却し、小片にカットし、望ましいように乾燥することが
できる。新鮮な濃厚物組成物または濃厚物のチップは、
望ましい色彩濃度をもつ熱可塑性樹脂ポリマーの製造に
おいて、直接、利用される。濃厚物が繊維紡糸で使われ
る場合、濃厚物は、好ましくは、繊維中の最終顔料濃度
が約1%になるようにポリマーへ加えられる。押し出さ
れた熱可塑性樹脂材料の紡糸性能はスピンパック(sp
in pack)圧力上昇によって測られてもよいし、
または、圧力指数によって測られてもよい。一般に、満
足な紡糸性能は、約10またはそれ以下、さらに好まし
くは約5またはそれ以下の圧力指数を生ずる。本発明で
達成された圧力指数は、容易に10以下に保たれ、おど
ろくことに、現在利用できる市販の顔料濃厚物で得られ
る圧力指数よりもずっと良く、おどろくことに、分散剤
を単独で使うときよりも良くなる場合があるであろう。
【0023】本発明は、今や以下に詳しく述べた実施例
を参照することにより、説明されるであろう。これらの
実施例は、説明のために示され、範囲を限定しようとす
るものではない。
【0024】
【実施例1】安定剤の使用による顔料分散体 分散体の重量あたり、15%のRaven Black
1200、米国特許No.4,098,741の0.75
%の水分散性ポリアミド(C−68)(顔料重量に基づ
いて5%)、3%のTriton X−100(顔料重
量にもとづいて20%)、および81.3%のH2 Oを
含む分散体を以下の方法で調整する。
【0025】45gms のC−68および180gms のT
X100を、Cowles Mixerで1500rpms
でかくはんされている4875gms のH2 Oに続いて加
える。900gms のRaven Black1200を
最終的な試料重量6kgが得られるように漸増的に加え、
約1時間、混合物をかくはんする。分散体をModel
KDL Pilot Dyno MillとしてChi
cago BoilerCompanyから入手できる
ような実験室用のビーズミルに3回通す。濃厚物は、W
erner & Pfleiderer供回転二軸スク
リューベント式押出機で調整される。スクリューの速さ
は75〜100rpmsで帯域の温度は275℃にセットす
る。ナイロン6は15gms /min で押出機のスローとに
計量する。分散体は、33.6gms /min で押出機の帯
域2へ計量する。水は、水流式真空アスピレータ源を使
って帯域4で除去する。濃厚物組成は、計算値で、25
%の顔料、1.15%のC−68、5%のTX100お
よび68.75%のナイロン6である。
【0026】900gms の濃厚物のチップを24時間、
真空オーブン中で乾燥してから3600gms の乾燥した
ナイロン6のチップと混合する。次に、混合物を、おお
よそ25gms /min で10μmのスピンパック(spi
n−pack)を通して供給する。スピンパック(sp
in−pack)を通る、一定のポリマー供給を保つの
に必要な圧力はチャートレコーダー上に記録され、圧力
指数に換算される。
【0027】この試料に対して記録された圧力指数は、
試験のほぼ3時間後、0.0となる。100%のC−6
8(顔料の重量にもとづいて)および、0%のTX10
0を含有する対照試料は3時間後、0.9の圧力指数を
示す。表1は、さまざまなC−68/TX100の組成
の試料に対する圧力指数を表示したものである。
【表1】 表 1 重量%* TX100 重量%* C−68 圧力指数 0.0 100 0.9 0.0 83 1.0 20.0 0.5 0.7 20.0 1.0 0.1 20.0 5.0 0.0 20.0 10.0 0.0 20.0 15.0 0.8 * 全ての濃度は、顔料の重量にもとづくものである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 技術表示箇所 B29K 77:00 C08L 77:02

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 a) 得られる水性分散体のための水分
    散性/可溶性のポリマー分散剤及び安定剤と共に、少な
    くとも部分的に水性の揮発性である液状ビヒクル中に、
    少なくとも1種の顔料又は非顔料性着色剤又はそれらの
    混合物を分散し、 b) ポリマーを押し出しているベント式押出機に、そ
    の結果得られる水性分散体を供給し、 c) 押出機の排気口を通して、供給された揮発物を除
    去し、ポリマーおよび少なくとも1種の顔料又は非顔料
    性着色剤又はそれらの混合物を含む実質的に均質な系を
    得、そして d)この実質的に均質な系を用いて繊維を形成すること
    を特徴とする、熱可塑性ポリマー溶融体への添加剤の配
    合方法。
  2. 【請求項2】 押出機が二軸スクリューベント式押出機
    である請求項1の方法。
  3. 【請求項3】 分散剤が、水分散性/可溶性のポリアミ
    ドまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性のポリエス
    テルまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性のビニル
    ポリマーまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性の酸
    化アルキレンポリマーまたはそのコポリマー、水分散性
    /可溶性のポリオレフィンまたはそのコポリマー、およ
    びそれらの混合物から選ばれる請求項1の方法。
  4. 【請求項4】 分散剤が、カプロラクタム/ヘキサメチ
    レンジアミン/イソフタル酸/スルホン化されたイソフ
    タル酸またはその塩の水分散性/可溶性のコポリマーで
    ある請求項3の方法。
  5. 【請求項5】 安定剤がポリエトキシレート、ポリプロ
    ポキシレート、ブロックコポリマー状のポリエーテル、
    長鎖アルコール、ポリアルコール、アルキルサルフェイ
    ト、アルキルスルフォネイト、アルキルベンゼンスルフ
    ォネイト、アルキルフォスフェイト、アルキルフォスフ
    ォネイト、アルキルナフタレンスルフォネイト、カルボ
    ン酸、およびパーフルオロネイトの1種あるいはそれ以
    上である請求項4の方法。
  6. 【請求項6】 分散体が、分散体の総重量中約0.07
    5%〜約7.5%の分散剤および、分散体の総重量中約
    0.75%〜約7.5%の安定剤を含有する請求項5の
    方法。
  7. 【請求項7】 ポリマー溶融体が、ナイロン6である請
    求項1の方法。
  8. 【請求項8】 前記供給が、少なくとも1つの射出口を
    通じて行われ、1つ以上の分散体を用いて行なわれる請
    求項1の方法。
  9. 【請求項9】 添加剤を、同じ射出口を通じて供給する
    請求項8の方法。
  10. 【請求項10】 a) 少なくとも部分的に水性の揮発
    性ビヒクル中で、顔料又は非顔料性着色剤又はそれらの
    混合物、水分散性/可溶性ポリマー分散剤および安定剤
    の分散体を調整し、 b) 調整した水性分散体を、溶融熱可塑性樹脂押出中
    の二軸スクリューベント式押出機に加え、 c) 熱可塑性樹脂中にある揮発物質を、分散体の添加
    物から除去し、そしてd)この熱可塑性樹脂を用いて繊
    維を形成することを特徴とする、着色された熱可塑性樹
    脂の製造方法。
  11. 【請求項11】 分散剤が、水分散性/可溶性のポリア
    ミドまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性のポリエ
    ステルまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性のビニ
    ルポリマーまたはそのコポリマー、水分散性/可溶性の
    酸化アルキレンポリマーまたはそのコポリマー、水分散
    性/可溶性のポリオレフィンまたはそのコポリマー、お
    よびそれらの混合物から選ばれる請求項10の方法。
  12. 【請求項12】 安定剤がポリエトキシレート、ポリプ
    ロポキシレート、ブロックコポリマー状のポリエーテ
    ル、長鎖アルコール、ポリアルコール、アルキルサルフ
    ェイト、アルキルスルフォネイト、アルキルベンゼンス
    ルフォネイト、アルキルフォスフェイト、アルキルフォ
    スフォネイト、アルキルナフタレンスルフォネイト、カ
    ルボン酸、およびパーフルオロネイトから選ばれる請求
    項10の方法。
  13. 【請求項13】 分散体が、分散体の総重量中約0.0
    75%〜約7.5%の分散剤および、分散体の総重量中
    約0.75%〜約7.5%の安定剤を含有する請求項1
    0の方法。
  14. 【請求項14】 実質的に均質な系が、60〜70重量
    %のポリアミド又はポリエステル;約25重量%の顔料
    又は非顔料性着色剤;0.25〜2.5重量%の分散剤
    及び約5重量%の分散体用安定剤を含有するバッチ濃縮
    物である請求項1の方法。
  15. 【請求項15】 実質的に均質な系が、60〜70重量
    %のポリアミド又はポリエステル;約25重量%の顔料
    又は非顔料性着色剤;0.25〜2.5重量%の分散剤
    及び約5重量%の分散体用安定剤を含有するバッチ濃縮
    物である請求項10の方法。
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