| 【発明の名称】 |
ポリスチレン系重合体及びその製造方法 |
| 【発明者】 |
【氏名】ソン,イルファン
【氏名】キム,ケーヒュン
【氏名】リー,ヨンスー
【氏名】チョー,ジャエチョル
【氏名】パク,スーンホー
【氏名】キム,ウォンショプ
【氏名】ユー,ジョンヒョン
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| 【要約】 |
【課題】従来の食品容器製造に用いられたラジカル重合の代わりに、副反応のないアニオン重合法によりスチレンダイマー及びスチレントリマー溶出しないリニア形態またはポリマーチェーンの技数が3以上であるラジアル形態の高純度ポリスチレン系重合体を製造すること。
【解決手段】スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程、並びに、前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を少なくとも1回投入する工程を含む、分子量(数平均分子量)が4,000〜1,000,000、分散度が1.02〜20、スチレンダイマーの含量が80ppm以下、好ましくは40ppm以下であり、スチレントリマーの含量が800ppm以下、好ましくは400ppm以下のポリスチレン系重合体の製造方法とする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項1】 スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程並びに、前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を少なくとも1回投入する工程を含み、分子量が4,000〜1,000,000であり、分散度が1.02〜20、スチレンダイマーの含量が80ppm以下、スチレントリマーの含量が800ppm以下であるポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項2】 前記アニオン重合開始剤及びモノマーを投入した後、前記モノマーl00重量部に対して0.01〜5重量部のカップリング剤を投入する工程をさらに含む請求項1に記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項3】 前記アニオン重合開始剤がn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メチルリチウム、エチルリチウム、フェニルリチウム、またはこれらの2種以上の混合物である請求項1又は2に記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項4】 重合温度の条件が10〜160℃である範囲で製造する請求項1〜3のいずれかに記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項5】 前記カップリング剤がエポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、ジビニルベンゼン、エポキシ化液状ポリブタジエン、シリコン四塩化物、またはこれらの2種以上の混合物を用いる請求項2〜4のいずれかに記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項6】 スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程並びに、前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を2回〜10回に分けて分散投入すると共に、各回当り投入する時間を30分以内に維持する工程を含み、分子量が4,000〜1,000,000、分散度が1.02〜20、スチレンダイマーの含量が80ppm以下、スチレントリマーの含量が800ppm以下であるポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項7】 前記アニオン重合開始剤及びモノマーを投入した後、前記モノマー100重量部に対して0.01〜5重量部のカップリング剤を投入する工程をさらに含む請求項6に記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項8】 前記アニオン重合開始剤がn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メチルリチウム、エチルリチウム、フェニルリチウム、またはこれらの2種以上の混合物である請求項6又は7に記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項9】 重合温度の条件が10〜160℃である範囲で製造する請求項6〜8のいずれかに記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項10】 前記カップリング剤がエポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、ジビニルベンゼン、エポキシ化液状ポリブタジエン、シリコン四塩化物、またはこれらの2種以上の混合物を用いる請求項7〜9のいずれかに記載のポリスチレン系重合体の製造方法。 【請求項11】 分子量が4,000〜1,000,000、分散度が1.02〜20、スチレンダイマーの含量が80ppm以下であり、スチレントリマーの含量が800ppm以下である食品容器用のポリスチレン系重合体。
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【発明の詳細な説明】【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は食品容器用ポリスチレン系重合体及びその製造方法に関し、詳しくは、アニオン溶液重合法によるスチレンダイマー及びスチレントリマーが溶出しない食品包装材用高純度ポリスチレン、並びにこの方法により製造された環境ホルモンが溶出しない安全なカップラーメン容器、使い捨てのカップ及び一般トレー用などに用いられるポリスチレンペーパーに関する。 【0002】 【従来の技術】一般に、カップラーメン容器及び使い捨ての皿類などに用いられるポリスチレンベーパーの原料樹脂は、ラジカル重合法によりスチレンモノマーを重合して得られる。この場合、種々の副反応などが起こりやすく、環境ホルモン疑惑物質として分類されているポリスチレン原料であるスチレンモノマーが複数結合されたスチレンダイマー及びスチレントリマーが多量に副生するため、これらの物質を含有したポリスチレンがカップラーメン容器など食品包装用として用いられた場合、食品内容物への溶出問題をもたらす。F.R.Mayo,J.Am.Chem.Soc.90,1968,1289頁によれば、約20℃の温度でスチレンモノマーを放置する場合、一日に30〜40ppmのスチレンダイマー及びスチレントリマーが生成したと報告されており、このような量は、通常60℃以上の温度で実施されるラジカル重合法によってポリマ−か生成される間、高熱によって過量に増加して副生する。 【0003】環境ホルモンとは、内分泌撹乱化学物質(Endocrine Disrupting Chemicals)として、ある個体や人間に影響を及ぼし、ホルモンの役割を妨害したり、正常な内分泌機能を変化させ、人体のバランスをくずして発達を妨げることにより、精子数の減少、生殖器異常などを起こす物質を称する。米国環境保護局(EPA)によれば、現在まで有害性が立証された内分泌撹乱物質は殺虫剤であるDDTと産業廃棄物の焼却の際に焼却炉から出るダイオキシンなどである。スチレンダイマーとトリマーは環境ホルモン疑惑物質に分類されているが、米国環境保存基金(WWF)はスチレンダイマー及びトリマーも内分泌撹乱物質、すなわち環境ホルモンとして規定している。これらの環境ホルモンは、現実的に繰返される生態系異常および動物実験結果などに基づき、有害であるという理論が支配的である。 【0004】日本国立医薬品衛生研究所が発表した資料(1998年4月25日)によれば、市販中であるカップラーメンなどポリスチレン容器からスチレンダイマーとスチレントリマーが溶解して検出された。ポリスチレン容器からこのような物質が検出されていることが実験を通じて初めて確認され、カップラーメンなど25種類の使い捨ての食器などに対する有害物質の溶出有無を分析した結果、殆どの製品からスチレンダイマーとスチレントリマーがg当り平均9509μg検出された。数ヶ月後、韓国食品医薬庁もこのような事実を確認し、マスコミを通じて発表した。 【0005】なお、アニオン重合法によってもポリスチレンを重合することかでき、通常のアニオン重合方式は、有機溶媒中で開始剤がモノマーを活性化させ、この活性化された化合物に持続的にモノマーが付加されることによって活性ポリマーに成長し、この活性化されたポリマーは反応停止剤(Terminator)を投入する前まで、活性化状態を保持する。このようなアニオン重合法によるポリスチレンの製造方法に対する従来の技術は、米国特許5,391,655、米国特許5,089,572、米国特許4,883,846、米国特許4,748,222、米国特許4,205,016、米国特許4,200,713、米国特許4,016,348、米国特許3,954,894などに詳細に紹介されている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記米国特許の技術を要約すると、アニオン重合法においての分散度を下げる方法(米国特許4,883,846)、そしてアニオン重合法によるポリスチレンをバッチ式ではない連続重合方式により製造する方法など製造装置に関連した方法(米国特許4,016,348;4,748,222;5,391,655)、アニオン重合方式に用いられる開始剤の製造方法および適用例(米国特許4,205,016;5,089,572)に限られており、本発明が追求する最終ポリマーが含有しているスチレンダイマー及びスチレントリマーの含量並びに当該食品容器類の連用方法に関連した事項については、いずれの文献及び特許においても関示されていない。 【0007】本発明は、前記に鑑みてなされたもので、その目的は、従来の食品容器製造に用いられたラジカル重合の代わりに、副反応のないアニオン重合法によりスチレンダイマー及びスチレントリマーが溶出しないリニア形態またはポリマーチェーンの技数が3以上であるラジアル形態の高純度ポリスチレン系重合体を製造することにある。 【0008】また、本発明においては、食品包装用に容易に加工できる高純度ポリスチレンを製造するのに、重合開始剤を投入して有機溶媒中でスチレン系モノマーを重合させ、最終的に反応停止剤またはカップリング剤を用いて所望するリニア形態及びラジアル形態の混合ポリマーを得た。また、アニオン重合開始剤を1〜2回以上の複数回投入の際、投入時間や投入間隔等の時間的要素を変化させることを通じて分散度を調節することができる。分散度が増加するほど溶融樹脂の流れ性が良くなり、押出シート及びフィルムの成形を容易にする。また、このような重合方法はバッチ式〜連続重合方式のいずれにおいても適用することができる。 【0009】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するために、本発明に係るポリスチレン系重合体の製造方法の特徴構成は、スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程、並びに、前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を少なくとも1回投入する工程を含み、分子量(数平均分子量)が4,000〜1,000,000であり、分散度が1.02〜20であり、スチレンダイマーの含量が80ppm以下、好ましくは40ppm以下であり、スチレントリマーの含量が800ppm以下、好ましくは400ppm以下のポリスチレン系重合体を製造する点にある。 【0010】また、本発明のポリスチレン系重合体の製造方法は、スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程並びに、前記モノマーl00モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を2〜10回に分けて分散投入し、各回当り投入する時間は30分以内に維持する工程を含むことを特徴とする。 【0011】また、本発明に係る食品容器用ポリスチレン系重合体の特徴構成は、分子量が4,000〜1,000,000であり、分散度が1.02〜20であり、スチレンダイマーの含量が80ppm以下、好ましくは40ppm以下であり、スチレントリマーの含量が800ppm以下、好ましくは400ppm以下である点にある。 【0012】なお、本発明にいうポリスチレン系重合体とは、スチレン系のモノマーを主成分として使用したポリスチレンであり、α−メチルスチレン等のスチレン以外のモノマーを共重合したものも含む意味である。 【0013】本発明のポリスチレンを食品容器として用いる場合、スチレンダイマー及び/またはスチレントリマーの溶出が起こらないように、ポリスチレン内のスチレンダイマーの含量が80ppm以下であり、スチレントリマ−の含量が800ppm以下に維持され、かつ食品容器として加工ができるように分子量が4,000〜1,000,000、分散度が1.02〜20であることを特徴とする。 【0014】このようなポリスチレンを製造するための第一の方法は、スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程、及び前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を1回投入する工程を含む。この時、前記アニオン重合開始剤を投入した後、前記モノマー100重量部に対して0.01〜5重量部のカップリング剤を投入すると、物性がさらに向上するので好ましい。前記カップリング剤の含量が0.01重量部未満であると、物性の向上が見られず、5重量部を超過すると、最終ポリスチレンの純度が減少するだけではなく、物性の向上も見られない。 【0015】本発明の食品容器用ポリスチレンを製造するための第二の方法は、スチレン系モノマー及び溶媒をバッチ式または連続方式反応器に投入して前記モノマーを前記溶媒に溶解する工程、及び前記モノマー100モルに対して0.001〜1モルのアニオン重合開始剤を2回〜10回に分けて分散投入し、各回当り投入する時間は30分以内に維持する工程を含み、この時にも物性の向上のために前記アニオン重合開始剤を投入した後、前記モノマー100重量部に対して0.01〜5重量部のカップリング剤を投入しうる。 【0016】 【発明の実施の形態】以下、本発明をより詳しく説明する。本発明による重合反応は通常のアニオン重合条件で実施するが、空気及び水分が除去された状態で10〜160℃で実施した。 【0017】本発明においては、重合開始剤として、例えばn−ブチルリチウム、sec−ブチルリチウム、tert−ブチルリチウム、メチルリチウム、エチルリチウム等のC1からC6までの直鎖または分岐の脂肪族アルカリ金属化合物、フェニルリチウム、またはこれらの2種以上の混合物などを用いることができる。 【0018】スチレン系モノマーとしてはアニオン溶液重合が可能なすべての種類のスチレン系のモノマー、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ブロムスチレンまたはこれらの混合物などを用いることができる。 【0019】本発明においては、カップリング剤としてはエポキシ化大豆油、エポキシ化亜麻仁油、ジビニルベンゼン、エポキシ化液状ポリブタジエン、シリコン四塩化物、またはこれらの2種以上の混合物を用いることができる。 【0020】有機溶媒としては無極性または極性炭化水素化合物、例えばシクロヘキサン、ベンゼン、n−ヘキサン、n−ヘプタン、トルエン、エチルベンゼン等、並びにテトラヒドロフラン、ジエチルエーテル等のエーテル系化合物、またはこれらの2種以上の混合物を用いることができる。 【0021】また、重合反応を終結させるための反応停止剤としては、メタノール、エタノール、イソプロパノール、または水などを用いることができ、リチウム化合物を効果的に除去するために二酸化炭素も同時に用いることが好ましい。これらの停止剤は、―般に使用開始剤のモル数より多いか同一の量が用いられる。 【0022】また、本発明は、前記方法により製造された高純度ポリスチレンを原材料にして、熱成形、発泡成形または射出成形等を通じて製造されたカップラーメン容器、使い捨てのカップ及び一般トレー用などに用いられるポリスチレンペーパーを提供する。この時、前記カップラーメン容器、使い捨てのコップ及び一般トレー用などに用いられるポリスチレンペーパーは、すなわち環境ホルモン疑惑物質であるスチレンダイマー及びスチレントリマーが溶出しない安全な物質であるポリスチレン系重合体とすることが特徴である。 【0023】 【実施例】[重合体の合成] (実施例l)本実施例は、スチレンダイマー及びスチレントリマーが溶解して検出されない線形とラジアル形態とが混合された高純度ポリスチレン製造方法について説明する。重合は2−ガロンジャケット型ステンレススチール反応器の中で高純度の窒素雰囲気下で実施される。反応器にシクロヘキサン3.8l、テトラヒドロフラン10cc、n−ブチルリチウム0.05モルを注入した後、スチレンモノマー17モルを投入して反応温度35℃で30分間反応させ、数平均重合度が340であり、分散度が1.02であるプリポリマー溶液を製造した。 【0024】前記プリポリマー溶液にエポキシ化大豆油を0.05モル入れて75℃で35分間反応させた後、二酸化炭素と水を加えて反応を終結させることにより、分散度が1.74、溶融指数(メルトインデックス)が15である最終ポリマーを得た(収率95%)。 【0025】(実施例2)2−ガロン反応器にシクロヘキサン3.8l、テトラヒドロフラン15cc、sec−ブチルリチウム0.02モルを注入した後、スチレンモノマー27モルを投入して反応温度30℃で30分間反応させ、数平均重合度が1350であり、分散度が1.02であるポリマー溶液を製造した。この溶液にメタノールを加えて反応を終結させることにより、溶融指数か2.0である最終ポリマーを得た。 【0026】(実施例3)2−ガロン反応器にシクロヘキサン2.8l、n−ヘキサン1l、テトラヒドロフラン12cc、n−ブチルリチウム0.03モルを注入した後、スチレンモノマー12モルを投入して反応温度30℃で30分間反応させ、数平均重合度が400であり、分散度が1.02であるプリポリマー溶液を製造した。この溶液にn−ブチルリチウム0.05モル及びスチレンモノマー15モルを入れて50℃で20分間反応させた後、分散度がl.54であるプリポリマー溶液を製造した。 【0027】前記プリポリマー溶液にジビニルベンゼン0.03モルを入れて75℃で20分間反応させた後、二酸化炭素と水を加えて反応を終結させることにより、分散度が1.94、溶融指数が8である最終ポリマーを得た(収率96%)。 【0028】(実施例4)2−ガロン反応器にシクロヘキサン3.8l、テトラヒドロフラン5cc、sec−ブチルリチウム0.01モルを注入した後、スチレンモノマー9モルを投入して反応温度15℃で25分間反応させて、数平均重合度が900であり、分散度が1.04であるプリポリマー溶液を製造した。この溶液にn−ブチルリチウム0.01モル及びスチレンモノマー12モルを加えて50℃で20分間反応させた後、この溶液にイソプロパノールを加えて反応を停止させることにより、分散度が1.87、溶融指数が4.3である最終スチレンポリマーを得た(収率94%)。 【0029】(実施例5)2ーガロン反応器にシクロヘキサン3.8l、テトラヒドロフラン20cc、nーブチルリチウム0.01モルを注入した後、スチレンモノマー16モルを投入して反応温度38℃で20分間反応させ、数平均重合度が1600であり、分散度が1.02であるプリポリマー溶液を製造した。 【0030】前記プリポリマー溶液にエポキシ化大豆油0.002モルを75℃で3分間にわたって徐々に投入し、追加に20分間反応させた後、二酸化炭素と水を加えて反応を終結させることにより、分散度が1.46、溶融指数が6である最終ポリマーを得た(収率96%)。 【0031】(実施例6)2−ガロン反応器にシクロヘキサン3.8l、テトラヒドロフラン20cc、スチレンモノマー14モルを投入し、n−ブチルリチウム0.07モルを5分間にわたって注入した後、反応温度48℃で5分間反応させ、数平均重合度が200であり、分散度が1.03であるプリポリマー溶液を製造した。この溶液にスチレンモノマー6モルを入れ、n−ブチルリチウム0.02モルを12分間にわたって投入し、80℃で10分間反応させた後、この溶液にメタノールを加えて反応を終結させることにより、分散度が1.74、溶融指数が10である最終ポリマ一を得た(収率95%)。 【0032】(実施例7)2−ガロン反応器にトルエン3.6l、テトラヒドロフラン15cc、スチレンモノマー17モルを投入し、n−ブチルリチウム0.05モルを5分間にわたって注入した後、反応温度48℃で5分間反応させ、数平均重合度が340であり、分散度が1.03であるプリポリマー溶液を製造した。 【0033】前記プリポリマー溶液にエポキシ化亜麻仁油0.02モルを入れて95℃で10分間反応させた後、二酸化炭素と水を加えて反応を終結させることにより、分散度が1.47、溶融指数が2.5である最終スチレン系ポリマーを得た(収率97%)。 【0034】(実施例8)2―ガロン反応器にエチルベンゼン3.8l、テトラヒドロフラン12cc、スチレンモノマー10モル、α−メチルスチレンモノマー3モルを投入し、n−ブチルリチウム0.05モルを注入した後、反応温度35℃で5分間反応させ、数平均重合度が260であり、分散度が1.03であるプリポリマ一溶液を製造した。この溶液にスチレンモノマー7モルを入れ、n−ブチルリチウム0.015モルを12分間にわたって投入し、80℃で10分間反応させた後、この溶液にメタノール、二酸化炭素及び水を加えて反応を終結させることにより、分散度が1.32、溶融指数が4.0である最終ポリマーを得た(収率92%)。 【0035】(比較例1)2−ガロン反応器に精製されたスチレンモノマー50モルを入れ、熱重合開始剤であるペンゾイルパーオキシド0.002モルを注入した後、窒素雰囲気70℃で20分間反応させた後、真空によって残留モノマーを除去し、最終ポリマーを得た(収率30%) (比較例2)2−ガロン反応器にスチレンモノマー48モルを入れ、80℃で何らの熱重合開始剤も使わずに窒素雰囲気下で45分間反応させた。この溶液を真空によって歿留モノマーを除去し、残った溶液をメタノールで沈殿させて濾紙で濾過した後、真空オーブン100℃で乾燥させて最終ポリマーを得た。 【0036】[ダイマー、トリマー含有量測定]実施例1〜8及び比較例1〜2により製造されたポリマーを発泡シートに加工して容器に成形した。このようにして得られた成形物0.5gを細かく粉砕し、シクロヘキサン及び2−プロパノールの1:1混合液l0mlで一日間放置した後、5mlをとって窒素気流下で0.2mlに濃縮した。50℃のアセトニトリル4.5mlを入れて10分間攪拌した後、アセトニトリル最終溶液を5mIにして0.5μmフィルタで濾過し、GS−MSDを使用してスチレンダイマー及びスチレントリマーの含量を分析して比較した結果は、表1の通りである。 【0037】 【表1】
[ダイマー、トリマー溶出量測定]実施例1〜8及び比較例1〜2により製造されたポリマーを発泡シートに加工して容器に熱成形した後、20%エタノール、50%エタノール、n−ヘプタン及びオレイン酸で溶出実験を行った。溶出条件は、n−ヘプタンの場合に25℃で60分間、他の溶媒は60℃で30分間実施した。実験結果、溶出溶液からのスチレンダイマー及びスチレントリマーの検出量を比較すると、表2の通りであった。 【0038】 【表2】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、アニオン溶液重合法による高純度高分子量のポリマー製造方法に関し、ラジカル重合によって得られる副反応物であるスチレンダイマー及びスチレントリマーの量を無くすか、または著しく減少させるために、アニオン重合法によるリニア形態またはラジアル形態のポリスチレンを製造する。このようなポリスチレンの製造のために、重合開始剤を1回または2回以上投入することによって反応を停止させるか、同時にカップリング剤を用いる方法により、分散度が1.02〜20、溶融指数が0.5〜50である、スチレンダイマー及びスチレントリマーが溶出しないポリスチレンを提供することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】594127282 【氏名又は名称】大林産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成11年1月5日(1999.1.5) |
| 【代理人】 |
【識別番号】100092266 【弁理士】 【氏名又は名称】鈴木 崇生 (外4名)
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| 【公開番号】 |
特開2000−143725(P2000−143725A) |
| 【公開日】 |
平成12年5月26日(2000.5.26) |
| 【出願番号】 |
特願平11−343 |
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