JP2002201205A - パウダーコーティング組成物の調製方法 - Google Patents

パウダーコーティング組成物の調製方法

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JP2002201205A JP2001328238A JP2001328238A JP2002201205A JP 2002201205 A JP2002201205 A JP 2002201205A JP 2001328238 A JP2001328238 A JP 2001328238A JP 2001328238 A JP2001328238 A JP 2001328238A JP 2002201205 A JP2002201205 A JP 2002201205A
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ボイエルマン ザビーネ
Michael Buback
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Michael Juergens
ユエルゲンズ ミカエル
Eckhard Weidner
バイドナー エクハルド
Marcus Petermann
ぺーターマン マルクス
Christian Schwede
シュベード クリステン
Peter Klostermann
クロシュテルマン ペーター
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 発明の目的は、均一に溶解したポリマーを生
成させ、かつこのポリマーを超臨界相から分離する方法
を提供することである。 【解決手段】 発明はポリマーの調製方法に関する。超
臨界流体中において、少なくとも2つの、フリーラジカ
ルもしくはイオン共重合が可能なエチレン性不飽和モノ
マーと、従来の開始剤および調節剤とからパウダーコー
ティング用バインダを調製し、それによって均一相にお
いて重合が実施され、そして、反応終了後、混合物の組
成または相パラメータのいずれかを変更して、少なくと
も2つの超臨界流体を含有する相を得、そして主として
ポリマーを含有する相を分離し、かつ減圧によって、ポ
リマーをsc流体から粉末として分離し、または、ポリ
マー相を超臨界相の条件のもとで、さらにパウダーコー
ティングへと加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】発明はポリマー調製方法、特
に、パウダーコーティングのためのバインダ、および超
臨界流体相における溶液として調製されるパウダーコー
ティングに関する。
【0002】
【従来の技術】超臨界(sc)状態にある溶媒、特にs
cCOを用いるポリマーの調製方法は、文献において
既に公知である。これらの方法において、モノマーまた
はオリゴマーは超臨界溶媒中に溶解され、次いで反応さ
れる。得られたポリマーは通常、超臨界溶媒に不溶であ
り、2相系を形成する。この調製方法で、高い分子量を
得ることができる。このような方法は既に、例えば米国
特許5328972号に記載され、その文献では、しか
し、モノマー約20重量%しかscCO中に存在せ
ず、欧州特許0735051号に記載され、その文献で
は熱可塑性樹脂のホモポリマーまたは共重合体を調製す
る超臨界溶媒における重合方法を記述しており、欧州特
許0220603号に記載され、その文献ではscCO
内において特殊不飽和ビニル化合物に基づく粉末形態
のポリマーが調製される。原理的に、大きい比率の超臨
界溶媒、特にCO、を用いるこれらの方法では、得ら
れたポリマーは、要求される反応変換率において、もは
や流体相中に均一には溶解されないことが知られてい
る。超臨界媒体内のこのポリマー相における反応(乳化
重合、分散重合)の不都合な点は、高価な安定剤を使用
することである。その上、反応の制御および実施におい
て問題が生じうる。
【0003】その上、超臨界状態にある溶媒、例えばs
cCO、によって加圧下で、かつ高温でポリマーが液
化され、得られる粘性相中の混合物に硬化剤および添加
剤を任意に導入でき、次いで、粉末の形態にある材料、
およびパウダーコーティングを得るために、加圧下の混
合物を減圧する方法が公知である。このような方法の例
は、欧州特許669858号、国際公開99/2449
3号、および欧州特許0744992号に記載され、そ
れらには、粉末に変換しようとする物質と、超臨界溶媒
との粘性混合物を減圧することによる、粒子または粉末
の調製方法が記載されている。
【0004】これらの方法は、ポリマーまたはポリマー
混合物の個々の成分が融解され、超臨界溶媒によって影
響を受け、均一化されなければならず、さらに、追加の
成分を任意に添加した後、対応する粉末が減圧ステップ
の後で得られるという経路にしたがって操作する。知ら
れている欠点は、樹脂材料を超臨界溶媒で融解し、均一
化する新たな工程段階のものである。このことは、高温
への曝露に関連しており、高温が、反応性成分を使用す
る場合に副反応を惹き起し、したがって材料が使用不可
能になりうる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】発明の目的は、フリー
ラジカルもしくはイオン重合が可能であり、sc流体中
に均一に混合できるモノマーから出発して、均一に溶解
されたポリマーを生成し、そして、これを超臨界相から
分離する方法を提供することである。さらなる目的は、
ポリマーを調製した後さらに、前記ポリマーを超臨界相
状態に残すことなく直接加工処理し、硬化剤、添加剤、
およびさらなる成分を流体の状態で添加し、次いで、非
架橋のパウダーコーティングを粉末の形態で得るため
に、粘性/流体混合物を減圧する方法を提供することで
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】この目的は、sc流体中
において、少なくとも2つの、フリーラジカルまたはイ
オン共重合が可能なエチレン性不飽和モノマーと、従来
の開始剤および調節剤とからパウダーコーティングのた
めのバインダを調製する本発明に従った方法であって、 ・均一相において重合を行い、 ・反応終了後、sc流体含量を増加するか、または混合
物の相パラメータ(圧力、温度)を変更し、それにより
超臨界流体状態の少なくとも2つの相、すなわちsc流
体で飽和されたポリマー相(I)、および実質的にsc
流体およびモノマーを含有する第2の相(II)、が得
られ、そして、 ・ポリマー相を分離し、減圧によってsc流体から粉末
としてポリマーを分離することを特徴とする方法によっ
て、達成できることが明らかとなっている。
【0007】さらなる発明の実施形態では、2つの超臨
界相から相IIのモノマー/sc流体を分離し、残留す
る均一相Iのポリマー/sc流体を添加剤、補助剤、硬
化剤のようなさらなる成分と架橋反応が起らない温度で
混合し、得られた流動性混合物を、sc流体を減圧する
ことにより粉末の形態の固体に変換する。
【0008】本発明のさらなる実施形態は、分離され
た、未反応モノマー/sc流体相を、重合のための反応
混合物に再循環する。
【0009】本発明のさらなる実施形態では、sc相I
を空気中に減圧せず、有機液体もしくは水中に減圧を行
う。
【0010】
【発明の実施の形態】これ以後、用語超臨界(sc)流
体とは、適用される物理的条件の下で、近臨界もしくは
超臨界状態にある気体、蒸気、液体、またはこれらの物
質の混合物をいい、それらの状態では、モノマー、添加
物、ポリマー、およびさらなる重合反応成分を、均一に
得ることができる。sc流体相、およびモノマー、ポリ
マー、またはさらなる成分の相は、sc相と呼ばれる。
本発明による方法では、種々の気体または液体を反応温
度でsc流体として用いることができ、それには、例え
ば、二酸化炭素、一酸化二窒素;メタン、エタン、エチ
レン、プロパン、プロピレン、ブタン、シクロヘキサ
ン、トルエン、ベンゼンのような炭化水素;ジメチルエ
ーテル、テトラヒドロフランのようなエーテル;アセト
ン、メチルエチルケトンのようなケトン、CClF
CHFのようなハロゲン化炭化水素;アルコールまた
はアンモニアがある。しかし、より具体的には、重合条
件のもとで非反応性である流体、特にメタン、エタン、
プロパン、ブタン、一酸化二窒素、ジメチルエーテル、
および二酸化炭素が適当である。非可燃性物質、特に二
酸化炭素、または一酸化二窒素が特に好ましい。2つ以
上の成分の混合物を用いることもできる。
【0011】適切な重合可能なモノマーの例には、スチ
レン、ビニルトルエン、α−メチルスチレン、p−メチ
ルスチレン、p−メトキシスチレン、p−tert.ブ
チルスチレン;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バー
サチック酸ビニルエステルのような脂肪族カルボン酸の
直鎖もしくは分枝鎖ビニルエステル;メチルビニルエー
テル、エチルビニルエーテルのようなビニルエーテル;
(メタ)アクリロニトリル、(メタ)アクリルアミド;
クロトン酸、イソクロトン酸、イタコン酸、フマル酸、
マレイン酸、テトラヒドロフタル酸のようなα,β−不
飽和モノもしくはジカルボン酸のエステルおよびアミ
ド、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アク
リレート、プロピルもしくはイソプロピル(メタ)アク
リレート、ペンチル(メタ)アクリレート、異性ブチル
(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレー
ト、異性オクチル(メタ)アクリレート、デシル(メ
タ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、ス
テアリル(メタ)アクリレートのような分枝鎖もしくは
非分枝鎖アルキル(メタ)アクリレート;(メタ)アク
リル酸シクロペンチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキ
シル、(メタ)アクリル酸メチルシクロヘキシル、(メ
タ)アクリル酸イソボルニル、(メタ)アクリル酸ノル
ボルニル、(メタ)アクリル酸tert−ブチルシクロ
ヘキシル、(メタ)アクリル酸トリメチルシクロヘキシ
ルのような脂環式C〜C12−アルキル(メタ)アク
リル酸エステル、などのフリーラジカル重合が可能な不
飽和モノマー;または、(メタ)アクリル酸グリシジ
ル、(メタ)アクリル酸1,2−エポキシブチル、(メ
タ)アクリル酸2,3−エポキシシクロペンチル、(メ
タ)アリルグリシジルエーテル、3,4−エポキシ−1
−ビニルシクロヘキサン、(メタ)アクリル酸ヒドロキ
シエチル、異性(メタ)アクリル酸ヒドロキシプロピ
ル、ブタンジオールモノアクリレート、アクリル酸ヒド
ロキシヘキシル、アクリル酸ヒドロキシオクチル、ジア
ルキルアミノアルキル(メタ)アクリルアミド、異性
(メタ)アクリル酸ヒドロキシブチル;酢酸、プロピオ
ン酸、酪酸、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、
クロトン酸、アコニット酸と(メタ)アクリル酸グリシ
ジルとの反応生成物、マレイン酸もしくはフマル酸の半
エステル、N−メチロール(メタ)アクリルアミドのよ
うなN−アルコキシアルキル(メタ)アクリルアミドな
どのような官能化モノマーが含まれる。適切な共重合可
能なモノマーは、例えばドイツ特許19909944号
に記載されている。対応するモノマーは、実質的にエチ
レン性単官能性であり、線状ポリマーとなるべきであ
る。特定の場合、少い比率の二官能性モノマーも存在で
きる。所望されるポリマー特性によってモノマーを選択
できる。追加の官能基を持たないモノマーだけを選択す
る場合、架橋のないポリマーが得られるが、架橋可能な
ポリマーが得られるよう、ある程度のモノマーがエポキ
シ基、OH基、カルボキシル基のようなさらなる官能基
を含有することが好ましい。官能化モノマーの選択に依
存して、外部架橋または自己架橋バインダーが得られ
る。重合の反応条件のもとでは、確実にsc流体または
補足的反応性基との反応を回避するように注意された
い。
【0012】より具体的には、パウダーコーティング用
としてポリマーのガラス転移温度(T)>+30℃
(DSC、示差走査熱量測定法により測定)、特に>+
40℃を得ることが有利である。Tは、モノマーの選
択により影響される可能性がある。適切な組成物は既に
文献に記載されており、したがって、当業者により選択
され、かつ調節されうる。
【0013】周知のラジカルもしくはイオン開始剤を、
sc流体中における重合用開始剤として使用できる。こ
のような開始剤の例には、アゾビスイソブチロニトリル
(AIBN)のようなアゾ化合物、過酸化ベンゾイル、
tert−ブチルヒドロペルオキシド、過安息香酸te
rt−アミル、ジtert−ブチルペルオキシド、ペル
オキシギ酸または他の過酸、トリクロロアセチルペルオ
キシド、ビス(ペルフルオロ−2−プロポキシプロピオ
ニル)ペルオキシドのようなsc媒体に可溶な塩素およ
びフッ素ベースの過化合物、およびHのような過
酸化物が含まれる。還元剤の添加によって、過酸化物分
解の活性化エネルギーを低下させ、したがって低温にお
ける分解速度を増加させることが可能である。この還元
剤の例には、次亜硫酸ナトリウム;アスコルビン酸、ヒ
ドロキシアセトンのような容易にエノール化可能なカル
ボニル化合物;Cu、Fe2+、V2+、Co2+
ような金属イオン;N,N−ジアルキルアニリンのよう
なアミンが含まれる。任意に、他の添加剤、例えばCo
−錯体、メルカプタン、阻害剤などのような調節剤も含
有できるが、好ましくは、混合物に乳化剤を添加すべき
でない。
【0014】本発明による方法によって調製されるポリ
マーは、少なくとも3つの共重合可能なモノマーを含む
ことが好ましく、少なくとも1つのモノマーが、不飽和
基に加えて、重合条件下で安定なさらなる反応性基を1
つ含有することが好ましい。
【0015】任意に、ポリマー、モノマー、およびsc
流体の改善された相容性を得るために、sc流体にある
割合の1つまたは複数の有機共溶媒を添加することが有
利である。その選択は、モノマー組成物に合わせるべき
である。その例には、アセトン、メチルイソブチルケト
ン、メチルエチルケトンのようなケトン;エタノール、
イソプロパノール、ブタノールのようなアルコール;ジ
エチルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラ
ンのようなエーテル;酢酸ブチル、酢酸エチルのような
エステル、または芳香族性溶媒が含まれる。共溶媒は低
沸点を有するべきであり、またそれらの比率は、sc流
体の最大20重量%、好ましくは最大10重量%、とす
べきである。
【0016】モノマーは、工程条件のもとでsc流体と
均一に混合されるか、または混合後、超臨界的均一状態
に変換され、任意にさらなる添加剤および開始剤、なら
びにある程度の共溶媒を添加して均一に混合し、次い
で、重合を開始する。反応は、高温によって、または、
例えば紫外線照射もしくはレドックス触媒の添加のよう
な他の方法によって開始されうる。これらに対応する諸
条件は周知であり、使用する開始剤に従って選択され
る。
【0017】この混合物のsc流体、例えば、好ましく
はCO、の含量は、75重量%まで、好ましくは3
7.5重量%まで、特に25重量%まででありうる。s
cCO 含量がより高い場合には、ポリマーの溶解性は
一般に低く、したがって低い変換率しか得られない恐れ
がある。選択されたscCO含量が低過ぎる場合、反
応生成物の実質的な粘性増加が認められ、有利な分子量
分布を確保するのが困難である。反応時間は5から24
0分、特に10から150分である。
【0018】反応混合物の温度および圧力は、sc流体
の臨界点を越える、即ち、scCO の場合31.4℃
および72.9バールを超えるべきである。他のsc流
体については、相当する数値が文献に記載されている。
温度は、十分なモノマーの重合速度が得られるまで上昇
される。例えば、70から250℃、特には80から2
00℃、特に好ましくは100から150℃である。反
応混合物の圧力は、sc流体の臨界圧力を超えるもので
ある。必要に応じて、その圧力は2000バールまでで
ありうるが、80から450バールの圧力、特に350
バールまでが好ましい。
【0019】ポリマーの数平均分子量(M)は、2,
000から12,000、特定的には3,000から
9,000に調節される。モノマーおよびsc流体の混
合物中において得られたポリマーの均一な混合物が確保
されるまで、反応を実施する。変換率は25から100
%、好ましくは40から95%でありうる。反応混合物
は均一、すなわちsc流体、任意に追加した溶媒、モノ
マー混合物およびポリマーが1つの相を形成するべきで
ある。均一性は、濁度の測定により、混合物を目視でモ
ニターすることにより、または分光学的測定により確か
めることができる。均一性はまた、反応混合物の圧力に
依存している。不均一さ、すなわちポリマーの沈殿が現
れる前に、例えば温度を低くすることによって、圧力を
低くすることによって、sc流体を添加することによっ
て、またはこれらの手段の組み合わせによって、反応を
終了させる。混合物がまだsc状態にあるが、反応が終
了した後に不均一さも生じる恐れがある。得られるポリ
マーは、狭い分子量分布、および低い分散度D(M
)、一般にD<3、特にD<2を有する。
【0020】反応が終了した後で、圧力を減少させ、温
度を低下させることができる。例えば、噴霧によって、
反応混合物を直接ポリマー粉末に変換することができ
る。そのようにする際、存在する他の揮発性構成成分も
また、一般に気相に変換され、除去される。その場合、
ポリマー粉末が直接得られる。このポリマー粉末を、さ
らなる加工ステップ、例えば、揮発性構成成分の残留量
を低減するために、真空下の処理に掛けることが可能で
ある。
【0021】しかし、反応混合物においていくつかの、
好ましくは2つのsc相への相分離をもたらし得ること
が好ましい。これは、温度を変更し、および/または圧
力を変更することによって達成でき、または、混合物に
さらなるsc流体を添加し、それにより相の分離を起こ
すことができる。すなわち、主としてポリマーおよびs
c流体を含む流体相Iが得られ、主としてモノマーおよ
びsc流体を含むさらばる流体相IIが得られる。ポリ
マーを含む相Iを分離する。sc流体、および任意にあ
る割合の共溶媒またはモノマーをまだ含有しているこの
相を、周知の方法によってさらに処理することができ
る。例えば、上述のように、減圧によってsc流体を分
離できる。このようにすると、その分離によって共溶媒
および他の揮発性構成成分もまた一般に、sc流体とと
もにポリマー粉末から分離される。
【0022】必要に応じて、分離したポリマー/sc流
体相Iに、若干のsc流体を、必要ならば1回または数
回、添加し、混合し、任意に溶解することも可能であ
る。残留しているモノマーまたは共溶媒は、各々の場合
にsc流体を除去し、かつ減圧することにより、ポリマ
ーから除去できる。相I、および同一のもしくは異なっ
たsc流体相を、向流工程において連続的に抽出するこ
とができ、したがってモノマーおよび/または付随の生
成物を、分離することも可能である。
【0023】重合反応はバッチ方式または連続的に実施
できる。好ましい実施形態では、特に連続作動方式の操
作において、分離されたモノマー/sc流体相IIを反
応混合物に再循環する。反応において消費される参加物
質、例えばモノマーまたは開始剤は、相当する部分量を
補充されるか、または随伴物質が、再使用の前にsc流
体から除去される。
【0024】適切な反応容器、例えば必要な計量、温
度、圧力、および制御設備を備えたバッチ反応器、連続
的に作動される攪拌式反応器、カスケード接続された攪
拌式反応器、または流管型反応器内で、反応を実施でき
る。
【0025】ポリマーおよびsc流体を含む相Iを減圧
し、sc流体を分離した後、得られたポリマー粒子は、
例えば押出成形法のような周知の技術によりパウダーコ
ーティング組成物として製品化することができる。
【0026】パウダーコーティング組成物の製造のため
の、他の周知の方法は、例えば超音波微粒化方法、例え
ば国際公開99/24493号に記載されるようなsc
流体の補助の下での方法、水蒸気の補助の下での微粉化
方法である。
【0027】パウダーコーティングの使用に適したさら
なる成分を、ポリマー粒子に、および/または工程の間
に添加してもよい。このような成分の例には、硬化剤
や、安定剤、レベリング剤、脱気剤、光安定剤、染料、
顔料、および増量剤のような添加剤が含まれる。これら
の物質は既に文献に記載され、これらはパウダーコーテ
ィングの所定の用途に従って選択され、添加されうる。
【0028】さらに、発明の特に好ましい実施形態は、
sc相Iを分離し、パウダーコーティング調製工程を超
臨界工程の条件のもとで連続的に実施し、かつ従来のや
り方で仕上げを行うものである。
【0029】得られた相I/ポリマー/sc流体を、追
加のsc流体と混合することができる。パウダーコーテ
ィングでの使用に適したさらなる成分を、公知の方法に
よりこの混合物(「工程混合物」)に添加できる。この
ような成分の例には、硬化剤や、安定剤、レベリング
剤、脱気剤、光安定剤、染料、顔料、および増量剤のよ
うな添加剤が含まれる。これらは周知であり、パウダー
コーティングの所定の用途に従って選択され、添加され
うる。
【0030】これらの成分は直接、工程混合物に計量し
ながら供給することができ、必要に応じて、例えば国際
公開99/24493号に記載されるように、同一のも
しくは異なったsc流体との混合物の形態で、ポリマー
成分の粘性を低下させ、次いでそれらの工程混合物に計
量しながら供給することも可能である。混合は、固有の
周知の装置および方法、例えばスタティックミキサーで
行うことができる。均質化および粒子形成のさらなる可
能性には、例えば超音波源が含まれるか、または、適切
な流動システム、例えば接線流、ジェット流、または衝
撃流によって混合物を得ることができる。このような方
法は、例えば、国際公開95/21688号、または国
際公開99/24493号に記載されている。
【0031】1つの特別な実施形態では工程混合物に硬
化剤を添加し、この硬化剤はまた、ポリマーと混合され
る前に、好ましくはsc流体と混合されうる。このよう
にすることで、外部的に架橋するコーティング系を得る
ことができる。パウダーコーティングバインダのための
硬化剤は、既に一般に周知である。例えば、それらは固
体であり、低分子量であり、または1分子当り2つ以上
のカルボキシル基、または無水物基を有するポリマー化
合物である。さらなる例には、カルボキシ官能性オリゴ
およびポリエステル、またはオリゴおよびポリウレタン
が含まれる。硬化剤成分は、任意にポリマーの対応する
反応性基に適応させるべきである。硬化剤/ポリマー混
合物の温度は、架橋反応の反応温度未満とすべきであ
る。工程混合物の粘性は、sc流体の量により影響をう
ける恐れがある。
【0032】工程混合物を減圧してパウダーコーティン
グを得る引き続いての工程段階は、種々のやり方で行う
ことができる。例えば、ノズルにより短時間内に混合物
を減圧でき、または、反応容器内部を時間依存の減圧を
行う。減圧により、得られる粒子はそれらの固化温度未
満まで冷却され、減圧工程の間に得られる一次粒子の分
布は、その後の粉末のシンタリングが避けられるので、
そのままのにされる。工程パラメータ、例えば圧力、温
度、流量速度、ノズルの形式、ノズルの直径、粘性、加
圧下での溶液の濃度を適切に選択することにより、パウ
ダーコーティング粒子の粒径が影響を受けうる。これら
の粒子は一般に、1から150μmの直径を有し、50
μm未満の粒径が好ましく、10から30μmが特に好
ましい。
【0033】sc流体を除去する間に、混合物に任意に
含有されるさらなる揮発性構成成分を除去することが可
能である。
【0034】さらなる実施形態では、工程混合物を気体
雰囲気中に噴霧せず、液相中への、例えば水性相中への
霧化を行う。必要に応じて、この液相に添加物を含有さ
せることができる。このようにして、好ましい粉末材料
の水性スラリが得られる。
【0035】工程を実施する方法の変形を、図面の例に
より図解的に示す。
【0036】図1は、均一相におけるポリマー調製、相
I(sc流体/ポリマー)および相II(モノマー/s
c流体)の分離と、ポリマー粉末の分離の方法とを示
す。図2は、硬化剤および/または添加剤を添加する追
加のステップを工程に補足した方法を示す。
【0037】図3は、さらに、相Iから残留モノマーお
よび随伴物質を抽出する工程ステップを実施し、かつs
c流体を再循環する方法の図である。この場合におい
て、さらなる成分を添加した後で得られる製品が、パウ
ダーコーティングである。V1は、sc流体、この場合
にはscCO、およびモノマー用の貯蔵容器を意味
し、V2は、任意にsc流体を含む硬化剤用の貯蔵容器
を意味する。Wは、工程の熱の適正な制御のための熱交
換器を表わし、Rは反応器であり、P1からP5はsc
流体または工程混合物を輸送するためのポンプを意味す
る。セパレータAは、2つの超臨界相(ポリマーの多い
もの、およびモノマーの多いもの)を分離する。スタテ
ィックミキサーM内で工程混合物を均一にし、スプレ−
タワS内で相Iを噴霧し、ポリマー粉末またはパウダー
コーティングを得る。Zは気体状の構成成分を精製する
ためのサイクロンを表わし、生成物および気体状の構成
成分の部分を分離する。Eは、相IIを後処理するため
の向流抽出プラントを表わす。sc抽出相を再循環し、
モノマー構成成分を分離する。
【0038】得られる製品は、ポリマー粉末か、また
は、硬化剤および任意にさらなる成分が生成物に添加さ
れる場合には、完全なパウダーコーティングのいずれか
である。
【0039】発明による方法は、連続的におよびバッチ
方式の両方で実施できる。装置の適正な配置によって、
減圧、圧力の増加、ポリマーの溶解、または、加熱、融
解のようなポリマーに応力を加えるステップのような、
コストが集中する工程段階を、1つの工程段階として省
くことが可能である。sc流体を添加し、もしくは分離
することにより、または工程パラメータを変更すること
により、生産工程の間の相の挙動に影響を与えることが
可能である。
【0040】発明の方法によって調製されるポリマー
は、少なくとも2つの、特に3つ以上の共重合可能なモ
ノマー、特に好ましくは、重合条件下で安定なさらなる
反応性基を含有する、少なくとも1つのモノマーを含
む。ポリマーを均一相で調製するための発明による方法
の結果として、特に有利な分子量分布は、好ましくはD
<2の分散度で得られる。このような樹脂はまた、パウ
ダーコーティングのバインダとして特に適している。
【0041】sc流体の使用によって、反応を実施する
のに必要な粘性を低下させることができ、したがって重
合反応が低温で実施できる。これは、種々の用途のため
にさらに加工されうるバインダおよびポリマーの調製の
ための、穏やかな工程をもたらす。これらの混合物はs
c流体の減圧を行うことなく、ポリマー/sc流体とし
てパウダーコーティングまでさらに加工されうる。
【0042】発明により調製されるパウダーコーティン
グは、例えば、装飾の目的、および/または、例えば腐
食に対する、保護効果を有する工業的コーティングのた
めのコーティングコンパウンドとして使用することがで
きる。これらは、クリヤコートとして、または、例えば
顔料もしくは染料と混合された場合、フィラー、または
ベースコートもしくはトップコートとして使用すること
ができる。コーティングの厚さは、10から250μm
とすることができ、特にコーティングの厚さは、50μ
m未満であるべきである。発明により調製されるパウダ
ーコーティングは、工業的商品、例えば家具、外壁のコ
ーティング、電気器具、および自動車部品をコーティン
グするのに適している。
【0043】実施例1(ポリマー粉末の調製、バッチ方
式) メタクリル酸ヒドロキシプロピル15.0g、メタクリ
ル酸メチル13.2g、スチレン1.8g、ドデシルメ
ルカプタン2.5g、および開始剤としてジtert−
ブチルペルオキシド0.09gの混合物を、4.8gの
COとオートクレーブ中で1時間混合した(T=0
℃、p=200バール)。混合物を、120℃に予熱し
た耐圧反応容器に移した。混合物を反応容器に移すと反
応(T=120℃、p=350バール、scCO)が
開始した。反応の間中、反応混合物は均一であった。1
50分後、反応混合物を反応容器から排出することによ
り、すなわち温度を室温まで低下させ、減圧する(反応
混合物を基準にしてCO約13重量%)ことにより、
反応を停止させた。
【0044】モノマー変換率は、90%であった。残留
モノマーおよび揮発性構成成分は、減圧およびCO
蒸発の間に蒸発し、固体のポリマーが得られた。ポリマ
ーは、M2900g/モル、M4900g/モルを
有し、多分子性指数は1.7であった。OH価は、18
0mgKOH/g固体樹脂、であった。
【0045】実施例2 メタクリル酸グリシジル15.0g、メタクリル酸メチ
ル6.6g、メタクリル酸イソボルニル6.6g、スチ
レン1.8g、ドデシルメルカプタン2.5g、および
開始剤としてジtert−ブチルペルオキシド0.09
gの混合物を、4.8gのCOとオートクレーブ中で
1時間混合した(T=0℃、p=200バール)。混合
物を、120℃に予熱した耐圧反応容器に移した。混合
物を反応容器に移すと反応(T=120℃、p=350
バール)が開始した。反応混合物は均一であった。24
0分後、減圧し、反応混合物を反応容器から排出するこ
とにより、反応を停止させた。
【0046】モノマー変換率は、90%であった。固体
粉末が得られた。ポリマーは、M2600g/モル、
4300g/モルを有し、多分子性指数は1.65
であった。Tは約30〜50℃であった。
【0047】実施例3 メタクリル酸グリシジル(GMA)12.5g、メタク
リル酸メチル11.0g、スチレン1.5g、ドデシル
メルカプタン2.1g、アセトン4.6g、および開始
剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.15gの混合
物を、17.2gのCOとオートクレーブ中で1時間
混合した(T=0℃、p=200バール)。混合物を、
80℃に予熱した耐圧反応容器に移した。混合物を反応
容器に移すと反応(T=80℃、p=1000バール)
が開始した。反応混合物は均一であり、その状態は目視
観察で確認できた。140分後、減圧し、反応混合物を
反応容器から排出することにより、反応を停止させた
(反応混合物に基づいてCO 約35重量%)。
【0048】モノマー変換率は、76%であった。残留
モノマー、アセトンおよび揮発性成分は、減圧およびC
の蒸発の間に蒸発し、固体のポリマーが得られた。
必要な場合、粉末を、10gのCOとともに200バ
ールおよび40℃において再び均質化し、再度減圧する
ことができる。このようにすることで、揮発性構成成分
が低減される。ポリマーは、M5600g/モル、M
7700g/モルを有していた。ポリマーは、反応性
GMA単位50.5重量%を含有していた。
【0049】実施例4 メタクリル酸グリシジル15.0g、メタクリル酸メチ
ル13.2g、スチレン1.8g、ドデシルメルカプタ
ン2.5g、および開始剤としてアゾビスイソブチロニ
トリル0.09gの混合物を、4.8gのCOとオー
トクレーブ中で1時間混合した(T=0℃、p=200
バール)。混合物を、80℃に予熱した耐圧反応容器に
移した。反応容器を充たしたとき、反応(T=80℃、
p=300バール)が開始した。反応混合物は均一で、
この状態は目視観察で確認できた。180分後、反応混
合物を反応容器から排出して、圧力を下げ、温度を低下
させることにより、反応を停止させた。
【0050】モノマー変換率は、90%であった。固体
ポリマーが得られた。ポリマーは、M4500g/モ
ル、およびM6100g/モルを有し、多分子性指数
は、1.35であった。ポリマーは、50.6重量%の
反応性GMA単位を含有していた。
【0051】実施例5 メタクリル酸グリシジル15.0g、メタクリル酸メチ
ル13.2g、スチレン1.8g、ドデシルメルカプタ
ン2.5g、および開始剤としてアゾビスイソブチロニ
トリル0.09gの混合物を、4.8gのCOとオー
トクレーブ中で1時間混合した(T=0℃、p=200
バール)。混合物を、100℃に予熱した耐圧反応容器
に移した。反応容器を充たしたとき、反応(T=100
℃、p=300バール)が開始した。反応混合物は均一
で、その状態は目視観察で確認できた。180分後、正
常圧力に減圧し、COを蒸発させることにより、反応
を停止させた。
【0052】モノマー変換率は、80%であった。減圧
し、COを蒸発させる間に揮発性構成成分が蒸発し、
固体ポリマーが得られた。ポリマーは、M4400g
/モル、およびM6200g/モルを有し、多分子性
指数は、1.4であった。T は40から55℃であっ
た。
【0053】実施例6 メタクリル酸グリシジル10.0g、メタクリル酸メチ
ル17.2g、メタクリル酸イソボルニル1.7g、ス
チレン1.3g、ドデシルメルカプタン2.5g、およ
び開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル0.09g
の混合物を、10.0gのCOとオートクレーブ中で
1時間混合した(T=40℃、p=200バール)。混
合物を、100℃に予熱した耐圧反応容器に移した。反
応容器を充たしたとき、反応(T=100℃、p=30
0バール)が開始した。反応混合物は均一で、その状態
は目視観察で確認できた。100分後、反応混合物を反
応容器から排出して、圧力を下げ、温度を低下させるこ
とにより、反応を停止させた(反応混合物に基づいてC
約23重量%)。
【0054】モノマー変換率は、85%であった。残留
モノマーは、減圧およびCOの蒸発の間に蒸発し、固
体のポリマーが得られた。ポリマーは、反応性GMA単
位33.5重量%を含有していた。
【0055】実施例7(パウダーコーティングの調製、
連続方式) 実施例2によるポリマーを調製した。
【0056】ポリマーを含む反応混合物を、圧力を15
0バールに下げることにより2つの流体相に分離した。
相(I)ポリマー/sc流体、および相(II)モノマ
ー/sc流体が得られた。相(II)を分離し、次いで
廃棄した。無水物硬化剤(Additol VXL 1
1381、Vianova Resins AG)20
重量%、および市販の光安定剤(立体的に障害のあるア
ミンをベースとするもの)0.5重量%を相(I)に添
加し、COを約35重量%の量(ポリマー/硬化剤を
基にして)添加し、この混合物をスタティックミキサー
中で均一に混合した(T=100℃、p=150バー
ル)。次いで、スプレータワー中への高圧ノズル(d=
0.8mm)によって、粘稠な混合物を減圧した。スプ
レータワー内の温度は、35〜40℃であった。平均粒
径約25μmを有するパウダーコーティングが得られ
た。
【0057】実施例8 実施例2によるポリマーを調製した。
【0058】ポリマーを含む反応混合物を、scCO
(混合物に基づいて30重量%)を添加することにより
2つの流体相に分離した:相(I)ポリマー/sc流
体、および相(II)モノマー/sc流体。このように
して温度を90℃に低下させ、相(II)を分離し、次
いで廃棄した。この物理的状態を保ちながら無水物硬化
剤(Additol VXL 11381、Viano
va Resins AG)20重量%、および市販の
光安定剤(立体的に障害のあるアミンをベースとするも
の)0.5重量%を、相(I)に添加し、COを約3
0重量%の量(ポリマー/硬化剤に基づく)添加し、こ
の混合物をスタティックミキサー中で均一に混合した
(T=100℃、p=150バール)。次いで、スプレ
ータワー中への高圧ノズル(d=0.8mm)によっ
て、粘稠な混合物を減圧した。スプレータワー内の温度
は、35〜40℃であった。平均粒径約25μmを有す
るパウダーコーティングが得られた。
【0059】実施例9 実施例2によるポリマーを調製し、図2によるプラント
で加工した。反応混合物を、セパレータAにおいて圧力
を150バールに下げることにより2相に分離した。相
(I)ポリマー/sc流体、および相(II)モノマー
/sc流体が得られた。モノマーで富化された相(I
I)を排出した。相(I)をポンプP1でスタティック
ミキサーMに輸送した。調製容器V2内において、無水
物硬化剤を温度120℃で融解した。硬化剤の融解物を
ポンプP2でスタティックミキサーに輸送した。スタテ
ィックミキサー内でのポリマー/硬化剤の質量流量比が
80/20となるように、ポンプP1およびP2を調節
した。さらに、1:1の質量比(ポリマーの質量に硬化
剤の質量を加えたものに基づいて)のsc流体を、容器
V1からスタティックミキサーへダイアフラムコンプレ
ッサーP3で輸送した。sc流体を、熱交換器内で12
0℃まで加熱した。この質量流を、スタティックミキサ
ー内において120℃および150バールで徹底的に混
合し、COを含有する融解混合物を、中空コーンノズ
ル(ボア0.7mm直径、スプレーコーン90°)で減
圧し、パウダーコーティングが得られた。温度42℃
が、圧力約1バールでスプレータワーS内において得ら
れた。ポリマー混合物中に含有される残留モノマーは蒸
発し、排出機P4でsc流体とともに排出された。一緒
に運ばれたパウダーコーティングを、サイクロンZを使
用してsc流体から分離した。
【0060】実施例10 実施例2によるポリマーを調製し、図3によるプラント
で加工した。圧力を150バールに低下させながら、反
応混合物を抽出カラムEに移動した。圧力150バー
ル、および温度120℃のカラム内で、向流で流れるs
c流体によって、ポリマーからモノマーを除去した。カ
ラム頂部において、sc流体をここで熔解されたモノマ
ーとともに排出した。圧力を50バールに下げることに
より、セパレータA内でモノマーからsc流体を分離し
た。精製されたsc流体をコンプレッサーP5で再び圧
縮し、抽出用に再度使用した。モノマーを除去したポリ
マーを、カラムEの底部で排出し、ポンプP1でスタテ
ィックミキサーMに供給した。調製容器V2内におい
て、無水物硬化剤を温度120℃で融解した。硬化剤の
融解物をポンプP2でスタティックミキサーに輸送し
た。スタティックミキサー内でのポリマー/硬化剤の質
量流量比が80/20となるように、ポンプP1および
P2を調節した。さらに、1:1の質量比(ポリマー質
量に硬化剤質量を加えたものに基づいて)のsc流体
を、容器V1からスタティックミキサーへダイアフラム
コンプレッサーP3で輸送した。sc流体を、熱交換器
W内で120℃まで加熱した。この質量流を、スタティ
ックミキサー内において120℃および150バールで
徹底的に混合し、COを含有する融解混合物を、中空
コーンノズル(ボア0.7mm直径、スプレーコーン9
0°)で減圧して、パウダーコーティングを形成した。
温度40℃がスプレータワーS内において圧力約1バー
ルで得られた。sc流体を排出機P4で排出した。さら
に、パウダーコーティングを、サイクロンZを使用して
sc流体から分離した。
【0061】
【発明の効果】本発明の方法によれば、フリーラジカル
もしくはイオン重合が可能であり、sc流体中に均一に
混合できるモノマーから出発して、均一に溶解されたポ
リマーを生成し、そして、これを超臨界相から分離する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】均一相におけるポリマーの調製、相I(sc流
体/ポリマー)および相II(モノマー/sc流体)の
分離と、ポリマー粉末の分離の方法とを示す図である。
【図2】硬化剤および/または添加剤を添加する追加の
ステップを工程に補足した方法を示す図である。
【図3】さらに、相Iから残留モノマーおよび随伴物質
を抽出する工程ステップを実施し、かつsc流体を再循
環する方法の図である。
【符号の説明】
A セパレータ E 向流抽出プラント、抽出カラム M スタティックミキサー P1 ポンプ P2 ポンプ P3 ポンプ、ダイアフラムコンプレッサー P4 ポンプ、排出機 P5 ポンプ R 反応器 S スプレータワー V1 モノマーおよびsc流体貯蔵容器 V2 硬化剤およびsc流体貯蔵容器、調製容器 W 熱交換器 Z サイクロン
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C09D 201/00 C09D 201/00 // C08L 57:00 C08L 57:00 (72)発明者 ミカエル ブバック ドイツ 37120 ボベンデン アルテ ド ルフシュトラーセ 57エー (72)発明者 ミカエル ユエルゲンズ ドイツ 37083 ゲッティンゲン シュテ ティナー シュトラーセ 45 (72)発明者 エクハルド バイドナー ドイツ 44795 ボカム バッセルシュト ラーセ 463アー (72)発明者 マルクス ぺーターマン ドイツ 44801 ボカム センペルシュト ラーセ 115 アーペーペー.76 (72)発明者 クリステン シュベード ドイツ 42119 ブッペルタール ヤーゲ ルホフシュトラーセ 138 (72)発明者 ペーター クロシュテルマン ドイツ 42117 ウッペルタール カイゼ ル−ウイルヘルム−アレー 13 Fターム(参考) 4F070 AA17 AA25 AA27 AA29 AA32 AA34 AA35 AA37 AC16 BA03 BA09 BB08 DA11 4F205 AC04 AH18 GA05 GE21 GE22 GE29 GF25 GN22 4J011 AA08 AB05 HA00 HA01 NB06 4J038 CC021 CC071 CC081 CE051 CF051 CF091 CG141 CG151 CG161 CG171 CH031 CH041 CH051 CH071 CH121 CH171 CH201 DB221 JA66 JB06 KA03 KA04 LA02 MA13 NA27 PB02 PB05 PB07 PB09 4J100 AB02P AB03P AB04P AB07P AE02P AG02P AL02P AL09P AL10P AL14P AL36P AM02P AM14P AM15P AM31P CA05 DA01 EA09 FA19 FA30 GB05 GD02 JA01

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 反応媒体としてのsc流体中において、
    少なくとも2つの、共重合が可能なエチレン性不飽和モ
    ノマーと、従来の開始剤および調節剤とからポリマーを
    調製するための方法であって、 −反応を均一相において行ない、 −反応が終了した後、反応混合物を減圧すること、およ
    びsc流体を除去することによりポリマー粉末に変換す
    ることを特徴とする方法。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の方法において、 −反応が終了した後、さらなるsc流体を添加するか、
    または相パラメータの圧力または温度を変更し、それに
    より少なくとも2つの相、すなわち主としてポリマーお
    よびsc流体を含有する相I、および、主として未反応
    モノマーおよびsc流体を含有するその他の相II、を
    形成し、それらにおいてsc相の条件を逸脱せず、 −相Iを分離し、そして −相Iからのポリマーを、減圧することにより、および
    sc流体を除去することによりポリマー粉末に変換する
    ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項3】 非反応性超臨界溶媒をsc流体として使
    用することを特徴とする請求項1または2に記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 少なくとも3つの、共重合が可能なエチ
    レン性不飽和モノマーを使用し、少なくとも1つのモノ
    マーがさらなる官能基を含有することを特徴とする請求
    項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 【請求項5】 有機溶媒の20重量%までを超臨界流体
    に添加することを特徴とする請求項1から4のいずれか
    一項に記載の方法。
  6. 【請求項6】 圧力が80から450バールであり、温
    度が70から250℃であることを特徴とする請求項1
    から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. 【請求項7】 反応がバッチ方式で実施されることを特
    徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 【請求項8】 方法が連続的に実施されることを特徴と
    する請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  9. 【請求項9】 sc流体を減圧するとき、揮発性の随伴
    物質を、得られたポリマー粉末から分離することを特徴
    とする請求項7または8に記載の方法。
  10. 【請求項10】 減圧の前に、さらなる分離ステップ、
    好ましくはsc流体を用いる向流抽出工程で、相Iを精
    製することを特徴とする請求項7または8に記載の方
    法。
  11. 【請求項11】 相IIを分離し、重合工程に再循環す
    ることを特徴とする請求項2に記載の方法。
  12. 【請求項12】 sc流体を再循環する前に、モノマー
    および随伴物質を相IIから分離することを特徴とする
    請求項11に記載の方法。
  13. 【請求項13】 請求項1により得られるポリマー粉末
    を、押出成形法、超音波微粒化方法、sc流体の補助の
    下での方法および水蒸気の補助の下での微粉化方法から
    なる群から選択される周知の技術によってパウダーコー
    ティング組成物として製造することを特徴とするパウダ
    ーコーティングの調製方法。
  14. 【請求項14】 硬化剤、パウダーコーティング添加
    剤、染料、顔料、および増量剤からなる群から選択され
    る追加の成分を使用することを特徴とする請求項13に
    記載の方法。
  15. 【請求項15】 請求項2に記載の方法によるsc流体
    中の反応によってポリマーを均一相で調製し、 −分離された相Iを任意に、随伴物質を分離するための
    さらなるステップにかけ、 −相Iを、パウダーコーティングのさらなる成分を添加
    することにより、直接的にさらに加工処理し、そして −その結果得られた工程混合物を、sc流体を減圧する
    ことにより微粒子固体のパウダーコーティングに変換す
    ることを特徴とする請求項13または14に記載の方
    法。
  16. 【請求項16】 ポリマーの官能基と反応する硬化剤
    を、さらなる成分として添加することを特徴とする請求
    項15に記載の方法。
  17. 【請求項17】 さらなる添加物を、工程混合物に添加
    することを特徴とする請求項15または16に記載の方
    法。
  18. 【請求項18】 添加された成分が、添加され、混合さ
    れる前に、同一のまたは異なったsc流体中で均一化さ
    れることを特徴とする請求項12または15から17の
    いずれか一項に記載の方法。
  19. 【請求項19】 工程混合物を、ノズルによりスプレー
    タワーに噴霧することを特徴とする請求項15に記載の
    方法。
  20. 【請求項20】 工程混合物を、ノズルにより液体、好
    ましくは水性媒体中に噴霧することを特徴とする請求項
    15に記載の方法。
  21. 【請求項21】 噴霧後、気体状であるsc流体を精製
    して、工程に再循環することを特徴とする請求項15か
    ら20のいずれか一項に記載の方法。
  22. 【請求項22】 ポリマーが、少なくとも3つの共重合
    が可能なエチレン性不飽和モノマーを含み、少なくとも
    1つのこのモノマーがさらなる反応性の官能基を追加し
    て含有し、 バインダーの分散度が<3であり、さらなる従来のバイ
    ンダ、硬化剤、補助剤、および他の添加剤を含有するこ
    とを特徴とする請求項13または15に記載の方法によ
    り調製されたパウダーコーティング。
  23. 【請求項23】 平均粒径が、50μm未満であること
    を特徴とする請求項22に記載のパウダーコーティン
    グ。
  24. 【請求項24】 パウダーコーティングが、粉末クリヤ
    コートであることを特徴とする請求項23に記載のパウ
    ダーコーティング。
  25. 【請求項25】 パウダーコーティングを、顔料および
    /または染料で着色することを特徴とする請求項23に
    記載のパウダーコーティング。
  26. 【請求項26】 多層コーティングに使用するための請
    求項13から15、および請求項24または25のいず
    れか一項に記載のパウダーコーティングの使用。
  27. 【請求項27】 自動車産業における請求項26に記載
    の使用。
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