(57)【要約】  ポリスチレン原料の解重合を介して作成されるスチレン系ポリマーを使用して作成されるＵＶ活性モノマーを有するラテックスと溶液。いくつかの実施態様において、ポリスチレン原料はリサイクルポリスチレンを含む。いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーはオレフィンを含む。いくつかの実施態様において、ＵＶ活性モノマーを有するラテックス及び溶液はインク配合物で使用される。いくつかの実施態様において、ＵＶ活性モノマーを有するラテックス及び溶液は、フレキソ及び／又はグラビアインク配合物内のスチレン化アクリルを置換することができる。ＵＶ活性モノマーを有するラテックス及び溶液の他の用途には、限定されるものではないが、コーティング、塗料、接着剤が含まれ得る。ラテックスの追加の用途には、限定されるものではないが、イムノアッセイが含まれる。
2021525816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス。
【請求項２】
以下を含むインク：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス；
ｂ）溶媒；
ｃ）顔料（有機又は無機）；及び
ｄ）添加剤。
【請求項３】
以下を含むインク：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマー；
ｂ）ＵＶ活性モノマー；
ｃ）顔料（有機又は無機）；
ｄ）添加剤；及び
ｅ）光開始剤。
【請求項４】
以下を含む塗料：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス。
【請求項５】
以下を含む塗料：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマー。
【請求項６】
以下を含む接着剤：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス。
【請求項７】
以下を含む接着剤：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマー。
【請求項８】
以下を含むコーティング：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス。
【請求項９】
以下を含むコーティング：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマー。
【請求項１０】
以下を含むイムノアッセイ試験：
ａ）ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス。
【請求項１１】
前記ポリスチレン原料がリサイクルされたポリスチレンを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の物。
【請求項１２】
前記ポリスチレン原料が未使用ポリスチレンを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の物。
【請求項１３】
前記ラテックスの粒子サイズが１ｎｍより大きい、請求項１、２、４、６、８、又は１０のいずれか１項に記載の物。
【請求項１４】
前記ラテックスの粒子サイズが１５０〜２２０ナノメートル（両端を含む）である、請求項１、２、４、６、８、又は１０のいずれか１項に記載の物。
【請求項１５】
ポリスチレン原料を解重合することにより製造されたスチレン系ポリマーとＵＶ活性モノマーを含む溶液。
【請求項１６】
前記スチレン系ポリマーが少なくとも１種のオレフィンを含む、請求項１又は１５のいずれか１項に記載の物。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのオレフィンが、前記スチレン系ポリマーの総重量の１％未満である、請求項１６に記載の物。
【請求項１８】
前記スチレン系ポリマーが２０，０００〜２００，０００ａｍｕの間の分子量を有する、請求項１又は１５のいずれか１項に記載の物。
【請求項１９】
前記スチレン系ポリマーが、１０ｇ／１０分〜２００ｇ／１０分（両端を含む）のメルトフローインデックスを有する、請求項１又は１５のいずれか１項に記載の物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、「解重合ポリスチレンから誘導されたスチレン系ポリマーの使用（Uses of Styrenic Polymers Derived Through Depolymerized Polystyrene）」と題された、２０１８年５月３１日に出願された米国仮出願第６２／６７８，７８０号に関連し、その優先権の利益を主張する。‘７８０仮出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、限定されるものではないが、ＵＶ活性モノマーを有するラテックス及び溶液を含む、水ベース及び溶媒ベースの配合物を製造するための、ポリスチレンの解重合を介して合成されたスチレン系ポリマーの使用に関する。使用されるＵＶ活性モノマーには、限定されるものではないが、アクリレートベースシステム、例えばトリメチロールプロパントリアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、エトキシル化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシル化１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシル化１，６−ヘキサンジオールジアクリレートが含まれる。さらに、ポリスチレンの解重合を介して合成されたスチレン系ポリマーも有機溶媒に容易に溶解する。例には、限定されるものではないが、クロロホルム、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、シメン、又はテルピネンが含まれる。得られる配合物は、限定されるものではないが、インク、塗料、コーティング、及び接着剤配合物を含む様々な用途で使用することができる。いくつかの実施態様において、得られる配合物は、スチレン化アクリルなどのこれらの用途配合物内のポリマーを相殺／置換するように作用する。いくつかの用途では、ポリスチレンの解重合を介して合成されたポリマーを利用するラテックスは、現在使用されているスチレンベースのラテックスへのオフセットとして直接使用することができる。いくつかの実施態様において、ポリスチレンベースのラテックスは、イムノアッセイ試験に使用し得る。
【０００３】
ポリスチレンは、最も急速に増加している固形廃棄物の１つである。さらに、ポリスチレンは非生分解性であり、自然界に蓄積される。ほとんどのポリスチレン廃棄物は、地中に埋められるか焼却される。前者は材料の損失と土地の浪費につながり、後者は温室効果ガスの排出につながる。現在、２次ポリマーとしてリサイクルされているポリスチレン廃棄物はごく一部である（北米とヨーロッパでは５％未満の割合）。
【０００４】
従来のポリスチレンプラスチックは、スチレンの重合を介して合成され、一方スチレンは、ベンゼン（多くの場合、原油から得られる）のエチル化によりエチルベンゼンが製造され、次にエチルベンゼンを脱水素化することにより、合成される。
【０００５】
伝統的に、ポリスチレンラテックスは、乳化重合（ポリスチレン鎖がモノマーから乳化を介して製造される技術）によって製造される。典型的な実施態様では、これらのラテックスは、極性を導入するように（例えば、カルボン酸又はアミン部分の添加により）改質されたポリスチレンからなる。
【０００６】
従来、配合物に使用されるＵＶ活性モノマーはアクリルを主体とする。例には、限定されるものではないが、トリメチロールプロパントリアクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、ポリ（エチレングリコール）ジアクリレート、エトキシル化ペンタエリスリトールテトラアクリレート、プロポキシル化１，６−ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシル化１，６−ヘキサンジオールジアクリレートが含まれる。
【０００７】
解重合されたポリスチレンから得られるスチレン系ポリマーは、出発プラスチック原料とは異なる特性を有し、従来のポリスチレンプラスチックはスチレンの重合を介して合成される。例えば、ポリスチレンの解重合を介して作成される中分子量のスチレン系ポリマーは、限定されるものではないが、オレフィン含有量又は鎖の末端位置近くのより長い脂肪族部分を含む、特定の構造的又は化学的特性を含むことが多い。さらに、ポリスチレンの解重合を介して作成されるスチレン系ポリマーは、しばしば低分子量である。
【発明の概要】
【０００８】
いくつかの実施態様において、ラテックス／溶液は、ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーから構成され得る。いくつかの実施態様において、ポリスチレン原料は、リサイクルされたポリスチレン及び／又は未使用ポリスチレンを含む。
【０００９】
いくつかの実施態様において、ラテックス／溶液の粒子サイズは、１ナノメートルより大きい。特定の実施態様において、ラテックス／溶液の粒子サイズは、１５０〜２２０ナノメートル（両端を含む）である。
【００１０】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、ＵＶ活性モノマーに可溶化されて安定な配合物を生成する。
【００１１】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、鎖の主鎖上に、典型的には末端の近くに少なくとも１つのオレフィンを含む。特定の実施態様において、オレフィン含有量は、スチレン系ポリマーの総重量の１％未満である。
【００１２】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは２０，０００〜２００，０００ａｍｕの間の分子量を有する。
【００１３】
特定の実施態様において、スチレン系ポリマーは、１０ｇ／１０分〜２００ｇ／１０分（両端を含む）のメルトフローインデックスを有する。
【００１４】
いくつかの実施態様において、インクは、特には、ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス、溶剤、顔料、及び添加剤を含むことができる。いくつかの実施態様において、顔料は有機顔料又は鉱物顔料からなる群から選択される。
【００１５】
いくつかの実施態様において、インクは、特には、ポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマー、ＵＶ活性モノマー、オリゴマー、顔料、光開始剤及び／又は添加剤を含むことができる。いくつかの実施態様において、顔料は、有機顔料又は鉱物顔料からなる群から選択される。
【００１６】
いくつかの実施態様において、塗料、接着剤、及び／又はイムノアッセイ試験は、特にポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むラテックス／溶液を含むことができる。
【００１７】
いくつかの実施態様において、塗料、コーティング、及び／又は接着剤は、特にポリスチレン原料の解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーを含むことができる。
【００１８】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、少なくとも１種のオレフィンを含む。いくつかの実施態様において、オレフィンは、前記スチレン系ポリマーの総重量の１％未満である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】ポリスチレン材料を処理してスチレン系ポリマーを製造するためのプロセスを示すフローチャートである。
【００２０】
【図２】転相乳化手順の概略図である。
【００２１】
【図３】スチレン系ポリマー／ＵＶ活性モノマーブレンドの製造プロセスの概略図である。
【００２２】
【図４】スチレン系ポリマーを使用してインクを製造するためのプロセスを示すフローチャートである。
【００２３】
【図５】スチレン系ポリマーを使用してオリゴマー／モノマー配合物を製造するためのプロセスを示すフローチャートである。
【００２４】
【図６】ポリスチレンの解重合を介して製造された様々なスチレン系ポリマーの一連の示差走査熱量測定（ＤＳＣ）サーモグラムの重ね書きである。
【００２５】
【図７】解重合を介して製造されたスチレン系ポリマーの核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルである。
【００２６】
【図８】オレフィンの存在に対応するピークを示す図７のセクションＡの拡大版である。
【００２７】
【図９】ポリスチレンの解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーで製造されたものを含む、様々なインクのレオロジーを示すグラフである。
【００２８】
【図１０】スチレン系ポリマーラテックスの写真である。
【００２９】
【図１１】スチレン系ポリマー／ＵＶ活性モノマーブレンドの写真である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
例示的な実施態様の詳細な説明
解重合ポリスチレンに由来するスチレン系ポリマーは、従来の高分子量ポリスチレンプラスチックでは改変せずには使用することができないところに、使用することができる。そのような用途には、限定されるものではないが、インク、塗料、コーティング、接着剤配合物、及び／又はイムノアッセイ試験が含まれる。
【００３１】
解重合ポリスチレンに由来するスチレン系ポリマーはまた、原油に由来する従来使用されてきた材料の代替物として使用することができる。ポリスチレンの解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーの１つの用途は、フレキソやグラビアインク配合物などの水性インクのスチレン化アクリルを置換することである。伝統的にスチレン化アクリルは、水性インク配合物の溶剤、顔料、及び添加剤に関連して使用されている。水性インクにポリスチレンプラスチックを使用する際の問題の１つは、それらが高分子量と極性の欠如のために不溶性であるということである。この課題は、ポリスチレンプラスチックの制御された解重合を介して克服され、低分子量で極性の高いスチレン系ポリマーが製造される。解重合されたポリスチレンプラスチック由来のスチレン系ポリマーの特性を調整する能力は、スチレン系ポリマー生成物をラテックス配合物で使用するために特別に設計することを可能にする。廃棄ポリスチレンプラスチックに由来するスチレン系ポリマーの使用は、温室効果ガス、埋め立て廃棄物、及び化石又は未使用ポリスチレンに由来する新しいスチレン系製品の生産の必要性を低下させるのに役立つ。
【００３２】
スチレン系ポリマーを使用してラテックス配合物を製造するための方法が開示される。これらのラテックスは、インクを含む様々な用途で使用することができる。
【００３３】
いくつかの実施態様において、ポリスチレン材料は最初にスチレン系ポリマーに変換される。これを達成するためのプロセスは、国際出願ＰＣＴ／ＣＡ２０１７／０５１１６６（参照により本明細書に組み込まれる）に記載されている。いくつかの実施態様において、ポリスチレン材料はリサイクルされる。ポリスチレン材料をスチレン系ポリマーに変換することは、以下を含み得る：固体ポリスチレン材料を選択すること；固体ポリスチレン材料を押出機で加熱して溶融ポリスチレン材料を作成すること；溶融ポリスチレン材料をろ過すること；溶融ポリスチレン材料を反応器内で化学的解重合プロセスに通して、スチレン系ポリマーを作成すること；スチレン系ポリマーを冷却すること；及び／又はスチレン系ポリマーを精製すること。
【００３４】
少なくともいくつかの実施態様において、材料を精製する必要はない。少なくともいくつかの実施態様において、添加剤／残留物はラテックス配合物を破壊しない。少なくともいくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーを水に分散させて様々なラテックス及び／又はエマルジョンを作成することができる。少なくともいくつかの実施態様において、これは、スチレン系ポリマーを補足的な溶媒に溶解して水性分散物（ラテックス）に移した後、元の適合性溶媒をストリッピングする転相（相転移）乳化などの、従来の乳化技術を介して達成される。
【００３５】
図２は、転相乳化の一実施態様を示す。工程２０２及び２０４において、水は、有機溶媒に溶解された疎水性ポリマーに徐々に加えられる。工程２０６において、飽和反転が起きる（油中の水滴が水中の油滴になる）。工程２０８において、有機溶媒が蒸留によって除去され、安定なラテックスエマルジョンが得られる。
【００３６】
ラテックスを形成するために、限定されるものではないが、以下を含む他のプロセスを使用することができる：少なくとも１種の界面活性剤を含む水へのポリマーの添加（attrition）；水及び少なくとも１種の乳化剤を有する少なくとも１種の溶媒中でのポリマーの均質化；溶融ポリマーを少なくとも１種の乳化剤及び温水と、高圧、高温、及び／又は高剪断力下で混合；及び超音波を利用する技術。
【００３７】
上記の方法によって生成されるラテックスは、限定されるものではないが、インク配合物を含む様々な製品で使用することができる。いくつかの実施態様において、これらのスチレン系ポリマーラテックスは、フレキソ及び／又はグラビアインク配合物内のスチレン化アクリルを置換することができる。スチレン系ポリマーラテックスの他の用途には、限定されるものではないが、コーティング、塗料、接着剤、及びイムノアッセイが含まれる。
【００３８】
少なくともいくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは有機媒体及び／又は水性配合物に可溶性である。
【００３９】
ポリスチレンの解重合を介して作成されたスチレン系ポリマーの別の用途は、溶媒ベースのインク配合物中の従来のオリゴマー成分を置換することである。伝統的にオリゴマーは、水性インク配合物中のモノマー、顔料、光開始剤、及び添加剤に関連して使用されている。
【００４０】
少なくともいくつかの実施態様において、ポリスチレンの解重合を介して作成されるスチレン系ポリマーは精製する必要がない。少なくともいくつかの実施態様において、添加剤／残留物は可溶化プロセスを妨害しない。
【００４１】
スチレン系ポリマー／ＵＶ活性モノマー配合物の他の用途には、限定されるものではないが、コーティング、塗料、接着剤が含まれる。
【００４２】
図３は、ＵＶ活性モノマーへのスチレン系ポリマーの可溶化の一実施態様を示す。工程３０２においてスチレン系ポリマーは、所望の温度でＵＶ活性モノマーに徐々に添加される。次に、混合物は激しく攪拌されて、工程３０４で可溶化を誘導する。
【００４３】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは活性部位（オレフィン部分など）を含む。これらの活性部位は、多くの場合、解重合プロセスによって製造された材料の特徴である。いくつかの実施態様において解重合プロセスは、追加のオレフィン含有物をポリマーの主鎖に組み込む。主鎖又は末端オレフィンは、重合法によって得られるスチレン系ポリマーには存在しない識別可能な特徴である。図７及び図８は、スチレン系ポリマー材料の核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルを示し、スチレン分子種の存在を支持している。二重結合した炭素原子を含む主鎖又は末端オレフィンは、飽和した主鎖を持つポリマーと比較して本質的に極性が高い。これにより、オレフィンを含有するポリマーは、従来のポリスチレンよりも、水性ラテックス形成においてより適合性が高い。オレフィン含有物はまた、様々なＵＶ活性モノマーへの可溶化の改善にも役立つ。
【００４４】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーをさらに修飾して、カルボン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、及びアミンなどの追加の活性部位を加えることができる。活性部位は官能化の目的を果たすことができる。いくつかの実施態様において、適合性を改善及び／又は官能基を追加するために、限定されるものではないが、酸、アルコール、酢酸塩、アミン、及びアルケン（例えばヘキセン）などの様々なモノマー及び／又はコポリマーを、解重合生成物にグラフトすることができる。
【００４５】
いくつかの実施態様において、適合性を改善し及び／又は官能基を追加するために、様々なモノマー及び／又はコポリマーが、オレフィンフィンガープリント（olefin fingerprint）を介してグラフトされる。グラフト化は、他の場所のうちでも特に、反応器内で、冷却後の流れにおいて、及び／又は別の容器内で行うことができる。
【００４６】
いくつかの実施態様において、適合性を改善し及び／又は官能基を追加するために、様々なモノマー及び／又はコポリマーが、芳香族官能基を介してグラフトされる。グラフト化は、他の場所の中でも特に、反応器内で、冷却後の流れにおいて、及び／又は別の容器内で行うことができる。
【００４７】
いくつかの実施態様において、ポリスチレン材料は解重合の前に特定の溶媒に溶解されて、様々な温度でポリマーの粘度を調整することができる。いくつかの実施態様において、トルエン、キシレン、シメン、又はテルピネンなどの有機溶媒を使用してポリスチレンを溶解した後、ポリスチレンは反応器床／容器内で解重合を受ける。特定の実施態様において、所望の生成物は分離又は抽出によって単離され得、そして溶媒はリサイクルされ得る。
【００４８】
少なくともいくつかの実施態様において、溶媒は必要とされない。
【００４９】
特定の実施態様において、固体ポリスチレン材料は、リサイクルされたポリスチレンである。いくつかの実施態様において、リサイクルされたポリスチレンは、リサイクルされた発泡ポリスチレン及び／又は硬質ポリスチレンから製造されたペレットである。適切な廃棄ポリスチレン材料には、限定されるものではないが、膨張及び／又は押出ポリスチレン発泡体及び／又は硬質生成物などの混合ポリスチレン廃棄物が含まれる。例えば、発泡スチロール食品容器や包装製品などである。混合ポリスチレン廃棄物には、様々なメルトフローと分子量が含まれ得る。いくつかの実施態様において、廃棄ポリスチレン原料は、廃棄ポリスチレン原料の総重量に基づいて、ポリスチレン材料以外の最大２５％の材料を含む。いくつかの実施態様において、未使用ポリスチレンも使用することもできる。
【００５０】
いくつかの実施態様において、ポリマー原料は、未使用ポリスチレンの１つ又はそれらの組み合わせ、及び／又は、産業廃棄及び／又は消費者廃棄ポリスチレンの１つ又はそれらの組み合わせである。
【００５１】
いくつかの実施態様において、ポリマー原料を、メルトフロー及びオレフィン含有量が増加した低分子量ポリマーに変換することが望ましい。いくつかの実施態様において、この変換は、ポリスチレン原料を加熱して溶融ポリスチレン材料を生成し、次に溶融ポリスチレン材料を、２００℃〜４００℃の間、好ましくは２７５〜３７５℃の間の温度にされた反応ゾーン内での触媒材料と接触させることに影響を受ける。いくつかの実施態様において、触媒は必要とされない。
【００５２】
解重合を介して生成される分子量、多分散性、ガラス転移、メルトフロー、及びオレフィン含有量は、反応ゾーン内のポリスチレン材料の滞留時間に依存する。
【００５３】
いくつかの実施態様において、解重合プロセスは、［Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ−Ｐ］／Ａｌ２Ｏ３、ゼオライト、又はアルミナ担持系などの触媒、及び／又は熱解重合を利用する。いくつかの実施態様において、触媒は透過性容器に含まれ得る。いくつかの実施態様において、解重合はフリーラジカル開始剤の作用及び／又は放射線への曝露を通じて起こり得る。
【００５４】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーの精製は、フラッシュ分離、蒸留、真空ストリッピング、吸収床、粘土ポリシング、及び／又はフィルム蒸発器を利用する。
【００５５】
図１は、ポリスチレン材料を処理するためのプロセス１を示す。プロセス１は、バッチプロセス又は連続プロセスで実行することができる。限定されるものではないが、反応及び／又は修飾段階でグラフトされるポリスチレン、モノマー／コポリマーの温度、流量、及び予熱、反応、又は冷却セグメントの総数を含むプロセス１のパラメータを修飾して、２０，０００〜２００，０００ａｍｕ（両端を含む）の様々な分子量のスチレン系ポリマーを作成することができる。いくつかのより好ましい実施態様においてスチレン系ポリマーは、５０，０００〜１５０，０００ａｍｕ（両端を含む）の様々な分子量を有する。いくつかのさらにより好ましい実施態様において、スチレン系ポリマーは、５５，０００〜１２０，０００ａｍｕ（両端を含む）の様々な分子量を有する。
【００５６】
材料選択段階１０において、ポリスチレン原料は、処理のために選別／選択及び／又は調製される。いくつかの実施態様において、原料は、最大２５％のポリオレフィン、ＰＥＴ、ＥＶＡ、ＥＶＯＨ、及びより低いレベルの望ましくない添加剤又はポリマー、例えばナイロン、ゴム、ＰＶＣ、灰、充填剤、顔料、安定剤、グリット、又は他の未知の粒子を含み得る。
【００５７】
いくつかの実施態様において、ポリスチレン原料は、１５０，０００ａｍｕ〜５００，０００ａｍｕ（両端を含む）の平均分子量を有する。これらの実施態様のいくつかでは、ポリスチレン原料は、２００，０００ａｍｕ〜２５０，０００ａｍｕ（両端を含む）の平均分子量を有する。
【００５８】
いくつかの実施態様において、材料選択段階１０で選択される材料は、リサイクルされたポリスチレンを含む。他の又は同じ実施態様において、材料選択段階１０で選択される材料は、リサイクルされたポリスチレン及び／又は未使用ポリスチレンを含む。
【００５９】
溶媒添加段階２０では、トルエン、キシレン、シメン、又はテルピネンなどの溶媒を使用してポリスチレンを溶解した後、ポリスチレンは反応器床／容器内で解重合を受ける。特定の実施態様において、所望の生成物は分離又は抽出によって単離され得、そして溶媒はリサイクルされ得る。
【００６０】
いくつかの実施態様において、材料選択段階１０で選択される材料は、加熱段階３０で押出機で加熱することができ、そして予備濾過プロセス４０を受ける。いくつかの実施態様において、押出機は、入ってくるポリスチレンの温度および/または圧力を上昇させるために使用され、及びポリスチレンの流量を制御するために使用される。いくつかの実施態様において、押出機は、ポンプ／熱交換器の組み合わせによって補完されるか又は完全に置き換えられる。
【００６１】
いくつかの実施態様において溶融ポリスチレン材料は、溶融ポリスチレン材料を生成するように加熱されるポリスチレン原料に由来する。いくつかの実施態様においてポリスチレン原料は、ポリスチレンの１次未使用顆粒を含む。未使用顆粒は様々な分子量とメルトフローを含むことができる。
【００６２】
予備濾過プロセス４０は、スクリーンチェンジャー及び濾過床の両方を他の濾過技術／装置とともに使用して、加熱された材料から汚染物質を除去し精製することができる。次に、得られる濾過された材料は、任意の予熱段階５０に移され、ここで、濾過された材料をより高い温度にされた後、反応段階６０に入る。予熱段階５０は、他の装置および技術の中でも、静的および／または動的ミキサー、ならびに内部フィンおよびヒートパイプなどの熱交換器を使用することができる。
【００６３】
反応段階６０の材料は解重合を受ける。この解重合は、純粋な熱反応でもよく、及び／又はこれは触媒を使用してもよい。出発物質及び所望のスチレン系ポリマーラテックスに応じて、解重合を使用して、出発物質の分子量をわずかに又は極端に低下させることができる。いくつかの実施態様において使用される触媒は、ゼオライト又はアルミナに担持された系、あるいはその２つの組み合わせである。いくつかの実施態様において、触媒は［Ｆｅ−Ｃｕ−Ｍｏ−Ｐ］／Ａｌ２Ｏ３であり、これは、鉄−銅錯体をアルミニウム又はゼオライト担体に結合させ、これを金属又は非金属を含む酸に反応させて触媒材料を得ることにより調製される。いくつかの実施態様において、触媒は、鉄及び銅錯体をアルミナ及び／又はゼオライトの支持体（担体）に結合することによって調製されるＡｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、及びＯを含む。他の適切な触媒材料には、限定されるものではないが、ゼオライト、メソ多孔性シリカ、Ｈ−モルデナイト、及びアルミナが含まれる。このシステムは、触媒がなくても実行でき、熱分解によって低分子量のポリマーを製造する。
【００６４】
反応段階６０は、特に固定床、水平及び／又は垂直反応器、及び／又は静的ミキサーを含む様々な技術／装置を使用することができる。いくつかの実施態様において、反応段階６０は、複数の反応器及び／又は複数のセクションに分割された反応器を使用する。
【００６５】
反応段階６０の後、解重合された材料は、任意の修飾段階７０に入る。修飾段階７０は、限定されるものではないが、酸、アルコール、酢酸塩、及びアルケン（例えばヘキセン）などの様々なモノマー及び／又はコポリマーを解重合生成物にグラフトすることを含む。
【００６６】
冷却段階８０は、熱交換器を他の技術／装置とともに使用して、スチレン系ポリマーラテックスを実行可能な温度に下げた後、任意の精製段階８０に入れることができる。いくつかの実施態様において、窒素ストリッピングなどの方法によるスチレン系ポリマーの洗浄／精製後、冷却段階８０が行われる。
【００６７】
任意の精製段階９０は、スチレン系ポリマーの精製及び／又は除染を含む。精製段階９０で使用できる技術／装置には、限定されるものではないが、溶媒、油、着色体、灰、無機物、及びコークスを除去するための、フラッシュ分離、吸収床、粘土研磨、蒸留、真空蒸留、及び濾過が含まれる。いくつかの実施態様において、薄膜又は拭き取り膜蒸発器を使用して、スチレン系ポリマーラテックスからガス、油、及び／又はグリース、及び／又は低分子量官能化ポリマーを除去する。いくつかの実施態様において、次に油、ガス、及び低分子量の官能化ポリマーを燃焼させて、プロセス１の様々な段階を実行するのを助けることができる。特定の実施態様において、所望の生成物を分離又は抽出によって単離することができ、溶媒をリサイクルすることができる。
【００６８】
プロセス１は最終製品段階１００で終了し、ここで、材料選択段階１０で選択された最初の出発材料は、スチレン系ポリマーに変換されている。少なくともいくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、追加の処理及び／又は精製を必要としない。他の実施態様において、最終製品段階で作成されたスチレン系ポリマーは、追加の修飾を必要とする。
【００６９】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、２０，０００ａｍｕ〜２００，０００ａｍｕ（両端を含む）の平均分子量、０ｇ／１０分〜１００ｇ／１０分（両端を含む）のメルトフロー（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８により測定される）を有する。いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、３０〜１１５℃（両端を含む）のガラス転移温度を有する。
【００７０】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、４０，０００〜１００，０００（両端を含む）の平均分子量、１０ｇ／１０分〜２００ｇ／１０分（両端を含む）のメルトフローインデックス（ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８により測定される）を有する。
【００７１】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、鎖の主鎖上に０．１％と５％の間のオレフィン含有物を含む。
【００７２】
いくつかの実施態様において、スチレン系ポリマーは、５０ｐｐｍを超える亜鉛；２０ｐｐｍを超えるチタン；及び／又は２０ｐｐｍを超える鉄を含む。少なくともいくつかの実施態様において、これらの金属の存在は、スチレン系ポリマーが、消費者廃棄物ポリスチレンプラスチック又は産業廃棄物ポリスチレンプラスチックのいずれかに由来することを確認する。いくつかの実施態様において、これらの金属は、スチレン系ポリマー中に十分に分散されて、極性及び反応性の両方を追加する。この分散液により、スチレン系ポリマーは従来のポリスチレンよりも、様々な有機及び水性溶媒の形成に適合しやすくする。さらに、追加された金属含有物により、スチレン系ポリマーが他のマルチポリマーシステムとのカップリング剤として機能することが可能になる。
【００７３】
いくつかの実施態様において、得られるラテックスは１ナノメートルを超える粒子サイズを有する。いくつかの実施態様において、得られるラテックスは１マイクロメートルを超える粒子サイズを有する。いくつかの実施態様において、得られるラテックスは５０〜３００ナノメートル（両端を含む）の粒子サイズ分布を有する。いくつかの好ましい実施態様において、得られるラテックスは１００〜２５０ナノメートル（両端を含む）の粒子サイズ分布を有する。いくつかのより好ましい実施態様において、得られるラテックスは１５０〜２００ナノメートル（両端を含む）の粒子サイズ分布を有する。
【００７４】
いくつかの実施態様において、製造された解重合生成物材料は、モノマー（スチレン）、芳香族溶媒、多芳香族種、油、及び／又は低分子量官能化ポリマー（例えばオレフィン含有量が増加したもの）を含む。
【００７５】
スチレン系ポリマーラテックスインク配合物の例
図４は、限定されるものではないが、インクなどの最終製品を製造するために、解重合プロセス（例えば、図１に記載されたもの）を介して作成されたスチレン系ポリマー生成物を使用するプロセス４００を示す。最初に、スチレン系ポリマー生成物がスチレン系ポリマー選択４１０で選択される。次に、スチレン系ポリマーが乳化段階４２０で乳化されてラテックスが作成される。次に、得られるラテックスが配合段階４３０で加えられて、最終製品（例えばインク）が作成される。
【００７６】
本プロセスの例示的な実施態様において、ポリスチレンの解重合を介して形成された３つのスチレン系ポリマーが、可能なラテックス配合物について同定された（表１を参照）：ポリマーＡ（低分子量を有した）；ポリマーＢ（中程度の分子量を有した）；及びポリマーＣ（高分子量を有した）。３つのポリマーの分子量が変化した結果、ガラス転移温度も変化した。図６は、ガラス転移温度の変動を示すポリマーＡ〜Ｃの示差走査熱量測定サーモグラムの重ね書きを示す。
【表１】
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【００７７】
各ポリマー試料は、転相乳化を介して成功裏にラテックスに形成された。これらの実施態様のいくつかでは、ラテックスは、室温で１年以上安定であり、固体担持範囲は１０％〜７０％である。いくつかの好ましい実施態様において、ラテックスは、室温で１年以上安定であり、固体負荷範囲は２０〜６０％である。いくつかのより好ましい実施態様において、ラテックスは、室温で２年以上安定であり、固体負荷範囲は２５〜４５％である。
【００７８】
図１０は、スチレン系ポリマーラテックスの写真である。画像中の試料は２４か月以上経過しており、相変化／分離／不安定化は発生していない。
【００７９】
次にこれらのラテックス配合物を使用して、表２に示すように様々なインク配合物（ポリマーＡインク、ポリマーＢインク、及びポリマーＣインク）を作成した。
【表２】
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【００８０】
ポリマーＡ、Ｂ、及びＣインクは、対照インクとともにいくつかの試験を受けた。すべての試験でスチレン系インクは、対照インクよりも優れて（ブロッキング、摩擦試験中のインク転写の減少、全体的な画像の堅牢性）いないとしても、少なくとも同等の性能（摩擦抵抗、摩擦係数）を示した。これは、廃棄ポリスチレンの解重合を介して形成されたスチレン系ポリマーが、水性インク配合物中のスチレン化アクリル（化石燃料源に由来）の代替物として機能できることを示す。インク配合物の改善された効力は、ポリマーの疎水性及び使用されるスチレン系ポリマーの分子量に起因する可能性が高い。最高分子量のポリマーであるポリマーＣは、摩擦試験で大幅に低下したインク転写と、インクの画像堅牢性の向上を与えた。ポリマーの分子量が増加するにつれて（すなわち、ポリマーＡからポリマーＣへ）徐々に改善が見られた。
【表３】
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【００８１】
さらに、インク配合物ポリマーＡ、Ｂ、及びＣの剪断粘度は、対照インクの剪断粘度よりも有意に低かった。図９は、ポリマーインクＡ〜Ｃ及び対照インクのレオロジー曲線を示す。レオロジー特性は多少標的の用途に依存する。ただし、剪断粘度の低下は、インクのより効果的な流れを可能にする。この低下は、通常フレキソ及びグラビアインクの用途で有益である。さらに、スチレン系ポリマーはレオロジー添加剤／修飾剤として機能することができる。示されているように、異なるスチレン系ポリマーを使用することができ、インク配合物のレオロジーを修飾及び操作して、インクの全体的な印刷特性に悪影響を与えることなく、標的配合物の要求／必要性を満たすことができる。
【００８２】
スチレン系ポリマー／ＵＶ活性モノマー配合物の例
図５は、限定されるものではないが、インクなどの最終製品を作成するために、解重合プロセス（例えば、図１に記載されたもの）を介して作成されたスチレン系ポリマー生成物を使用するプロセス５００を示す。最初に、スチレン系ポリマー選択５１０でスチレン系ポリマー生成物が選択される。次にスチレン系ポリマーは可溶化段階５２０で可溶化されて、安定したオリゴマー／モノマー配合物が作成される。次に得られるブレンドを配合段階５３０に加えて、最終製品（例えばインク）が作成される。
【００８３】
本プロセスの例示的な実施態様において、ポリスチレンの解重合を介して形成されたスチレン系ポリマーは、可能なモノマー可溶化配合物について同定された。表４を参照されたい。
【表４】
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【００８４】
スチレン系ポリマーは、表５に示されるように、３５〜６０％（両端を含む）のスチレン系ポリマー濃度を有するＵＶ活性モノマーに成功裏に可溶化された。いくつかの好ましい実施態様において、ブレンドは、スチレン系ポリマー濃度が４５％〜６０％（両端を含む）で安定である。いくつかのより好ましい実施態様において、ブレンドは、スチレン系ポリマー濃度が５０〜６０％（両端を含む）で安定である。
【００８５】
図１１は、スチレン系ポリマー／ＵＶ活性モノマー配合物の写真である。画像中の試料は６か月以上経過しており、相変化／分離／不安定化は発生していない。
【表５】
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【００８６】
別の一連の試験において、１，６−ヘキサンジオール及びトリメチロールプロパントリアクリレートを用いて、ポリマーＥが可溶化された。次に、これらの配合物を使用して、表６に示すように様々なインク配合物が作成された。
【表６】
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【００８７】
これらの実施例では、スチレン系ポリマーを有するＵＶ硬化性配合物は、基材への塗布、ＵＶ硬化、及び黒色コート紙上に得られるフィルムの均一性に関して、標準配合物と同様の性能であった。
【００８８】
本発明の特定の要素、実施態様、及び用途が示され説明されているが、特に前記教示を考慮することにより、本開示の範囲から逸脱することなく本発明を修飾することができるため、本発明が前述の教示に限定されないことが理解されるであろう。例えば、多くの実施態様は、特許請求される発明の範囲内で構成要素の異なる組み合わせが可能であることを実証し、これらの記載された実施態様は実証的であり、同じ又は類似の構成要素の他の組み合わせを使用して、実質的に同じ方法で実質的に同じ結果を達成することができることを示す。さらに、特許請求の範囲のすべては、参照により、好ましい実施態様の説明に組み込まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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