CN103534310B - 适用于薄膜和片材的弹性体配方 - Google Patents

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Abstract

一种可用于形成薄膜和片材的弹性体组合物及其制备方法，包括55‑60%的氢化SEEPS嵌段共聚物，其具有大约90000至100000的数均分子量；7‑12%的聚苯乙烯；15‑30%的油和5‑20%的脂肪族氢化烃树脂。

Description

适用于薄膜和片材的弹性体配方
本发明的背景技术
技术领域
本申请涉及适用于薄膜和片材的弹性体配方。
相关技术描述
弹性体材料已经长时间地用于各种领域，包括例如尿片的领域。在尿片领域，弹性体材料已经被用于尿片的几个部分，包括环绕腰部和腿部两者的弹性袖口以及用于将尿片固定在孩子躯干周围的粘着接头片。尿片的主体和接头片部分两者都可以使用弹性体薄膜。在例如尿片的产品的弹性部分中的薄膜可能处于机械应力的拉长周期和高温(由于它们非常接近身体)的条件下。
这些薄膜可以包括几个主要组分。第一组分典型地为橡胶或橡胶类嵌段共聚物，例如由Kuraray America,Inc.(德克萨斯州帕萨迪纳)以4000系列聚合物售卖的那些。Septon聚合物为S-E-EP-S聚合物(苯乙烯-乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯)，它们是氢化的、具有衍生自异戊二烯和丁二烯混合物的中间嵌段的苯乙烯类嵌段共聚物。第二组分为增塑剂油，其有助于使组合物更软。还可以包括例如聚丙烯、聚苯乙烯和其它聚合物的第三组分。同样地，该组合物中还可以包括各种各样的其它添加剂。
美国专利号2009/0018253公开了将热塑性弹性体与某些性能添加剂混合的热塑性弹性体组合物。该′253公开特别公开了使用苯乙烯类嵌段共聚物，例如苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯(SBS)、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯(SIS)和苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯(SEPS)；以及它们与聚烯烃(特别是聚丙烯)、乙烯丙烯二烯橡胶(EPDM)及聚烯烃与EPDM橡胶混合物的混合物。该′253公开还公开了性能调节剂，包括脂肪族和芳香族添加剂。在许多情况下，这些组合物还与油混合，据报道这提供了改善的机械性能和加工性能。然而，该′253公开没有描述例如薄膜的具体应用，没有描述使用SEEPS聚合物，也没有描述将乙烯基芳族树脂(例如聚苯乙烯)与嵌段共聚物和添加剂结合使用。
在美国专利号6410129中公开的另一种已知组合物中，公开了由三种主要组分制备的弹性薄膜。它们包括4033、油和聚苯乙烯。在美国专利号6410129的一个示例的实施方案中，薄膜的组合物包括55%的Septon15%的聚苯乙烯PS210和30%的矿物油。然而，用于制备这些薄膜的弹性体材料相对难以加工，当用于例如尿片的产品时可能从相邻层剥离，并且在例如尿片的产品的使用期限中在应力作用下可能随着时间而逐渐撕裂。对抗该应力的能力被称作“耐缓慢撕裂性”。
发明概述
改善用于制备薄膜和片材的已知弹性体组合物的性能(改善加工成薄膜的性能、改善耐撕裂性并改善粘合性)是有利的。
已经发现：通过采用改进型4033(例如JL-014)、降低油的用量和/或添加特定的增粘剂(特别是由Eastman Chemical CO.可得的R1125)来制备组合物，可以改善制备薄膜的性能、改善粘合性/剥离性、并提高耐缓慢撕裂性。在优选实施方案中，将包括下面组分的组合物用于形成薄膜或片材：55-60%的Septon或JL-014、7-12%的聚苯乙烯、15-30%的油和5-20%的Regalite在进一步优选的实施方案中，组合物包括55-60%的Septon或JL-014、7-10%的聚苯乙烯、15-20%的油和10-20%的Regalite
优选实施方案的详细描述
通过参考下面的详细描述，使本发明变得更容易理解，因此，将更容易获得本发明更完整的评价及其许多伴随的优点。
聚合物形成了优选弹性体组合物的第一组分。如前所述，这些聚合物可以包括聚合物，其为S-E-EP-S聚合物(苯乙烯-乙烯-乙烯/丙烯-苯乙烯)，它们是氢化的、具有衍生自异戊二烯和丁二烯混合物的中间嵌段的苯乙烯类嵌段共聚物。申请人已经发现：通过操控用于薄膜组合物的SEEPS聚合物的中间嵌段，能够改变包括该SEEPS聚合物的薄膜的性能。
优选地，该SEEPS氢化嵌段共聚物具有被氢化至少95%的中间嵌段，更优选被氢化至少98%。优选地，该SEEPS聚合物具有75000至125000的数均分子量，优选80000至115000，最优选90000至100000。
该Septon SEEPS聚合物优选含有大约30%的聚苯乙烯，且中间嵌段包括了剩余的大约70%(重量%)。
优选地，该SEEPS聚合物(除了下面讨论的改进Septon聚合物)具有50.1/49.9至59.9/40.1的异戊二烯/1,3丁二烯质量比。该范围包括其间所有的值和子值。优选地，异戊二烯/丁二烯质量比为54/46至56/44，更优选异戊二烯/1,3丁二烯的质量比为55/45。
特别有用的氢化聚合物包括由位于德克萨斯州帕萨迪纳的Kuraray America,Inc.可得的SeptonJL-014和JL-007。JL-014和JL-07每个都是指“改进Septon 4033”聚合物。Septon和改进Septon聚合物的分子量基本上是相同的。然而，改进Septon聚合物提供了Septon不具备的改善的加工效益。
改进聚合物优选具有-3℃至15℃的氢化嵌段聚合物结晶峰值温度，更优选0℃至15℃。改进聚合物优选具有46/54至44/56的异戊二烯/1,3丁二烯质量比。该范围包括其间所有的数值和子值。改进聚合物更优选具有45/55的异戊二烯/1,3丁二烯质量比。改进Septon 4033聚合物的进一步讨论公开在2011年2月14日提交的日本专利申请号________(发明人Yousuke Jogo、Nobuhiro Moriguchi和Kenji Shachi)，通过引用将其全部内容引入至此。
油形成了该优选弹性体组合物的第二组分。在优选实施方案中，油包括矿物油，例如Drakeol 600、Hydrobrite 550和Krystol 550。
苯乙烯形成了该优选弹性体组合物的第三组分。聚苯乙烯可以适当地为通用聚苯乙烯，例如由INEOS NOVA LLC.可得的Crystal PS 3510和Crystal PS 3190。即使聚苯乙烯含量的很小的改变(例如2%)，能够极大地影响所得配方的加工性能和其他性能。
增粘剂。在本发明中增粘剂也是特别有用的。特别有用的增粘剂包括由位于田纳西州金斯波特的Eastman Chemical Company可得的RegaliteR1125(R1125)和RegalrezR1126(R1126)。RegaliteR1125和RegalrezR1126是脂肪族氢化烃树脂。据报道R1125具有70的典型玻璃化转变温度(Tg ℃)和700的数均分子量。据报道R1126具有67的典型玻璃化转变温度(Tg℃)。参见Elastomers TechnicalTip TT-103,EastmanTM性能添加剂和聚合物。优选地，脂肪族氢化烃树脂具有65-75℃的玻璃化转变温度(Tg ℃)和大约700至800的数均分子量。或者，可以在该配方中使用Krystalex或Endex。除了提供改善的加工性能，增粘剂的使用还令人惊讶地允许降低配方中苯乙烯的含量，这反过来又有助于改善耐撕裂性并进一步改善加工性能。
其它添加剂。根据本发明可以添加各种其它添加剂。
根据本发明的配方有利地可以包括抗氧化剂，例如Irganox1010(季戊四醇四(3-(3,5-二-叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯)。优选地，该配方中包括0.01至0.1%的抗氧化剂，更优选0.03至0.07%。更优选地，该配方中包括0.05%的抗氧化剂。
根据本发明的配方还可以包括爽滑剂。合适的爽滑剂包括芥酸酰胺。优选地，该配方包括至多0.4%的爽滑剂，更优选0.05至0.1%的爽滑剂。
其它添加剂还包括颜料、填料、UV稳定剂和/或抗粘连剂，如特定应用所需的。
通常，根据本发明制备的薄膜典型地具有2至10密尔的厚度，更优选2-5密尔或6-8密尔。该材料还可以形成片材。片材可以具有10密尔至30密尔或更大的厚度。
实施例配方。制备十二个示例性组合物，且每个组合物的组成示于表Ⅰ中的实施例1-12中。比较实施例1-10和12与实施例11，实施例11为已知的组合物。表Ⅰ中记载的数字是指该组合物中每个组分的重量百分数。
表Ⅰ
尽管在表Ⅰ中没有显示，还制备了样品4和9的改进形式，其中采用Regalite1125替代Regalrez1126并用JL-0014替代JL-007。
通过在具有扩展混合段的Leistritz(27毫米)双螺杆挤出机中挤出材料来制备根据示例性实施方案的配方。首先，将油和Septon聚合物混合在一起，随后向混合物中混入聚苯乙烯和增粘剂，并进料至挤出机。Leistritz挤出机中的温度通常在170-230℃的范围内。
接着，采用ThermoFisher20毫米单螺杆机将该组合物制成6-8密尔厚的薄膜。ThermoFisher挤出机中的温度通常在170-230℃的范围内。
由表Ⅰ中每个示例性组合物制得的薄膜的所选的性能示于表Ⅱ中。
表Ⅱ
在表Ⅱ中报告的性能的测定中，材料进行了两个测试周期。在第一周期中，“极限应力”是指在把材料从0拉伸到200%的伸长率之后的极限拉伸应力(单位为MPa)。在200%伸长率停顿30秒后，再次测量应力(“第1未负载”)。在第一周期期间的损耗百分比被称作“第1蠕变损耗”，其是在0%伸长率下再停顿60秒后测量的((第1未负载/极限应力)×100%)。随后，将配方通过第二测试周期。每个配方都再次从1拉伸到200%，在该点上进行“第2Ult.”测试。在200%伸长率停顿30秒后，进行“第2未负载”测试。在第二周期期间的损耗百分比被称作“第2蠕变损耗”，其是在0%伸长率下再停顿60秒后测量的。“总损耗”为在第1和第2极限应力之间的损耗百分比。“拉伸形变”是通过下面方法测定的：在每个试样上每隔2英寸做划痕标记，并测量两个周期之后获得的长度百分比。拉伸形变读数中可能已经发生了一些变化，因为有些标记在测试期间弄脏了并变得难以读取。通过计算当薄膜被从0拉伸到200％的第一周期的初始部分的应力/应变曲线的斜率来测定杨氏模量。在Instron拉伸测试仪上计算杨氏模量。
从上面测试中可以看出，在与实施例11的对比中，根据本发明的优选实施方案基本上具有更好的性能。如上所述，含有增粘剂和/或改进Septon聚合物的组合物与已知的实施例11的组合物相比，具有更高的杨氏模量。更高的杨氏模量自身表现为更高的撕裂强度。此外，含有增粘剂和/或改进Septon聚合物的组合物与已知的实施例11的组合物相比，可以承受更高的应力(尽管也有更高的损耗)。因此，测试表明：采用改进Septon 4033聚合物的薄膜与对比实施例11相比具有明显更好的性能。
值得注意的是，一些示例性配方还测试了耐缓慢撕裂性。在表Ⅲ中，通过在每个样品的侧面中部形成2毫米的缺口来制备25.4毫米宽的样品。随后在大约38℃下将每个样品拉伸至150%伸长率。测量失效(即：样品完全撕裂)时间。在表Ⅲ中描述了每个样品的失效时间。对于用于测试耐缓慢撕裂性的测试过程的更详细的描述，请参见2011年2月14日由Mansfield等提交的临时申请号_____，标题为“耐撕裂层压板(Tear Resistant Laminate)”和关于“缓慢撕裂测试(失效时间)(Slow Tear Test(time to fail))”的讨论。
表Ⅲ
在表Ⅲ中的所有实施例在失效时间时期，与已知的对比实施例11相比都表现出显著的改善。用改进Septon代替Septon 4033表现出3倍以上的平均失效时间(对比实施例12和实施例11)。那些使用Septon4033的配方(其中加入了R1125或R1126)持续了平均超过八倍的失效时间(对比实施例8和实施例11)。然而，耐缓慢撕裂性最显著的改善出现在将改进Septon 和R1125和R1126组合使用的情况下。在这些实施例中，失效时间为对比实施例11的至少20至85倍(参见实施例4、7、9和10)。所有这些改进都是令人惊讶和意想不到的。如表Ⅲ报道的具有数小时失效时间的薄膜在用作例如尿片中弹性材料的应用中时特别有利的，其中材料要在高于室温(例如接近人体温度)下受力许多小时。
根据本发明的实施例还表明：与之前已知的配方相比，其有利且出乎意料地可能降低配方中苯乙烯的含量。此外，在不含改进聚合物或R1125或R1126增粘剂的配方中，不能轻易地使用本文中讨论的挤出机来制备低于5密尔厚的薄膜。
显然，根据上述教导，本发明的多种修改和变化是可能的。因此，应当理解，在所附权利要求的范围内，本发明可以按不同于本文中具体的描述来进行。

Claims (15)

1.一种弹性体组合物，包括：
55-60wt％的氢化异戊二烯-1,3-丁二烯SEEPS嵌段共聚物，其具有90000至100000的数均分子量；
7-12wt％的聚苯乙烯；
15-20wt％的矿物油；和
5-20wt％的脂肪族氢化烃增粘剂树脂；
其中嵌段共聚物中异戊二烯与1,3-丁二烯的质量比是46/54至44/56，wt％值是相对于组合物的总重量。
2.根据权利要求1的弹性体组合物，其中脂肪族氢化烃增粘剂树脂以℃计的玻璃化转变温度Tg是65-75℃和脂肪族氢化烃增粘剂树脂的数均分子量是650至800。
3.根据权利要求2的弹性体组合物，其中SEEPS嵌段共聚物中异戊二烯与1,3-丁二烯的质量比是45/55。
4.根据权利要求2的弹性体组合物，其中
矿物油的含量是16-20wt％，
聚苯乙烯的含量是8-10wt％，和
脂肪族氢化烃增粘剂树脂的含量是10-16wt％。
5.一种弹性体组合物，包括：
55-60wt％的氢化异戊二烯-1,3-丁二烯SEEPS嵌段共聚物，其具有90000至100000的数均分子量；
7-12wt％的聚苯乙烯；
15-30wt％的矿物油；和
其中SEEPS嵌段共聚物中异戊二烯与1,3-丁二烯的质量比是46/54至44/56，和
其中wt％值是相对于组合物的总重量。
6.根据权利要求5的弹性体组合物，其中SEEPS嵌段共聚物中异戊二烯与1,3-丁二烯的质量比是45/55。
7.包含权利要求1的组合物的弹性体薄膜的制备方法，该方法包括：
混合矿物油和SEEPS嵌段共聚物；
将聚苯乙烯和脂肪族氢化烃增粘剂树脂共混入矿物油SEEPS混合物中以获得挤出原料；
将挤出原料供应到挤出机；和
将挤出原料挤出以获得弹性体薄膜。
8.根据权利要求7的弹性体薄膜的制备方法，其中脂肪族氢化烃增粘剂树脂以℃计的玻璃化转变温度Tg是65-75℃和脂肪族氢化烃增粘剂树脂的数均分子量是650至800。
9.根据权利要求7的方法获得的弹性体薄膜。
10.根据权利要求9的弹性体薄膜，其中薄膜厚度为2-10密尔。
11.包含权利要求1的组合物的弹性体片材，其中片材厚度为10-30密尔。
12.包含权利要求5的组合物的弹性体薄膜的制备方法，该方法包括：
混合矿物油和SEEPS嵌段共聚物；
将聚苯乙烯共混入矿物油SEEPS混合物中以获得挤出原料；
将挤出原料供应到挤出机；和
将挤出原料挤出以获得弹性体薄膜。
13.根据权利要求12的方法获得的弹性体薄膜。
14.根据权利要求13的弹性体薄膜，其中薄膜厚度为2-10密尔。
15.包含权利要求5的组合物的弹性体片材，其中片材厚度为10-30密尔。
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