FR2657616A2 - Thermoplastic elastomer based on polyolefins and polynorbornene - Google Patents
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Abstract
Description
ELASTOMERE THERMOPLASTIOUE A BASE DE POLYOLEFINES ET DE
POLYNORBORNENE
La présente invention concerne des compositions thermoplastiques comprenant des mélanges de polyoléfines et de polynorbornène ainsi qu'un procédé pour leur préparation et leur application à l'obtention d'articles industriels.THERMOPLASTIC ELASTOMER BASED ON POLYOLEFINS AND
polynorbornene
The present invention relates to thermoplastic compositions comprising blends of polyolefins and polynorbornene and a process for their preparation and their application to obtaining industrial articles.
La demande de brevet principal nO 89-02 304 décrit notamment une composition thermoplastique comprenant un mélange d'environ 20 à 70 parties en poids de polynorbornène réticulé, d'environ 80 à 30 parties en poids d'une polyoléfine cristalline et d'une quantité de plastifiant du polynorbornene suffisante pour abaisser sa température de transition vitreuse jusqu'à la gamme des caoutchoucs, caractérisée en ce que comme polyoléfine cristalline, on choisit un copolymère d'éthylène et d'au moins une i-olefine ayant de 3 à 10 atomes de carbone, ledit copolymère ayant une densité comprise entre 0,89 et 0,93, un taux de cristallinité compris entre 15 et 50% et un indice de fluidité compris entre 0,5 et 15 dg/min environ.Une telle définition de la composition permet d'atteindre un compromis de propriétés intéressantes la rendant apte à la plupart des applications des élastomères thermoplastiques et en particulier
- une dureté Shore A ne dépassant pas 65,
- un allongement à la rupture qui n'est pas inférieur à
250%,
- un module à 100% d'allongement qui n'est pas supérieur
à 6 MPa et de préférence pas supérieur à 3 MPa, et
- une déformation rémanente à la compression ne dépassant
pas 45t. The main patent application No. 89-02,304 describes in particular a thermoplastic composition comprising a mixture of about 20 to 70 parts by weight of cross-linked polynorbornene, about 80 to 30 parts by weight of a crystalline polyolefin and a quantity of of plasticizer of polynorbornene sufficient to lower its glass transition temperature to the range of rubbers, characterized in that as crystalline polyolefin a copolymer of ethylene and at least one i-olefin having from 3 to 10 atoms is selected of carbon, said copolymer having a density of between 0.89 and 0.93, a degree of crystallinity of between 15 and 50% and a melt flow rate of between approximately 0.5 and 15 dg / min.Such a definition of composition makes it possible to reach a compromise of interesting properties making it suitable for most thermoplastic elastomer applications and in particular
a Shore A hardness not exceeding 65,
- an elongation at break which is not less than
250%
- a module with 100% elongation that is not greater
at 6 MPa and preferably not more than 3 MPa, and
- a compression set not exceeding
not 45t.
Toutefois certaines des compositions selon la demande de brevet principal présentent une résistance à la rupture et une résistance aux huiles d'un niveau qui peut se révéler insuffisant pour certaines de leurs applications lorsqu'elles sont transformées en articles industriels par les techniques d'extrusion, d'injection-moulage et de moulage par compression. However, some of the compositions according to the main patent application exhibit a breaking strength and oil resistance of a level which may be insufficient for some of their applications when they are processed into industrial articles by extrusion techniques. injection-molding and compression molding.
L'objectif de la présente invention consiste donc à trouver un moyen d'améliorer la résistance à la rupture et/ou la résistance aux huiles des compositions selon la demande de brevet principale sans pour autant nuire au compromis favorable de propriétés décrit précédemment. La demanderesse a trouve que cet objectif pouvait être atteint en remplaçant partiellement le copolymère éthylène/o(-oléfine par un polymère cristallin essentiellement à base de propylène. The object of the present invention is therefore to find a way to improve the breaking strength and / or the oil resistance of the compositions according to the main patent application without adversely affecting the favorable property compromise described above. The Applicant has found that this objective could be achieved by partially replacing the ethylene / o -olefin copolymer with a crystalline polymer essentially based on propylene.
Plus précisément la présente invention consiste en une composition thermoplastique selon la demande de brevet principal, caractérisée en ce que jusqu'à 60% en poids, de préférence jusqu'à 40% en poids, du copolymère éthylène/ o(-oléfine est remplacé par un polymère, d'indice de fluidité (déterminé selon la norme ASTM D 1238 à 2300C sous 2,16 kg) compris entre 0,3 et 10 dg/min., comprenant au moins 80% en moles de motifs dérivés du propylène et au plus 20% en moles de motifs dérivés d'un comonomère choisi parmi l'éthylène et les t-oléfines ayant de 4 à 12 atomes de carbone. Ledit polymère est de nature cristalline et, lorsqu'il est constitué uniquement de motifs dérivés du propylène, de préférence isotactique. More specifically, the present invention consists of a thermoplastic composition according to the main patent application, characterized in that up to 60% by weight, preferably up to 40% by weight, of the ethylene / o -olefin copolymer is replaced by a polymer having a melt flow index (determined according to ASTM D 1238 at 2300.degree. C. under 2.16 kg) of between 0.3 and 10 dg / min., comprising at least 80 mol% of units derived from propylene and at least more than 20 mol% of units derived from a comonomer selected from ethylene and t-olefins having from 4 to 12 carbon atoms, said polymer being of crystalline nature and, when it consists solely of units derived from propylene, preferably isotactic.
Les autres composants possibles de la composition thermoplastique, tels que prévus dans la demande de brevet principal, peuvent être presents de la même manière et dans les mêmes proportions : il en va ainsi des pigments, agents de couplage, antidégradants, stabilisants, adjuvants de mise en oeuvre, lubrifiants et charges pulvérulentes, ainsi que d'un élastomère oléfinique pour améliorer la résistance à l'ozone et/ou au vieillissement thermique. La composition thermoplastique selon l'invention est avantageusement préparée en effectuant la réticulation du polynorbornène par un procédé de vulcanisation dynamique, au moyen d'un système de réticulation tel que décrit dans la demande de brevet principal.La préparation s'effectue par exemple en malaxant un mélange de polynorbornène, de plastifiant, de copolymère éthylène/-oléfine, de polymère à base de propylène et de système de réticulation à une température suffisante et pendant une durée suffisante pour réticuler le polynorbornène. Le malaxage peut être effectué dans un appareillage conventionnel tel que par exemple un malaxeur
Banbury, un malaxeur Brabender, un malaxeur Rhéocord ou une extrudeuse, à une température comprise entre 1100 et 2200C environ pendant une durée comprise entre 3 et 15 minutes environ, cette durée étant d'autant moins longue que la température est plus élevée. Avant cette étape de malaxage, le mélange peut être d'abord homogénéisé dans un mélangeur interne à température modérée comprise entre 400 et 1000C environ.The other possible components of the thermoplastic composition, as provided for in the main patent application, may be present in the same manner and in the same proportions: the pigments, coupling agents, antidegradants, stabilizers, adjuvants, lubricants and pulverulent fillers, as well as an olefinic elastomer for improving resistance to ozone and / or thermal aging. The thermoplastic composition according to the invention is advantageously prepared by carrying out the crosslinking of the polynorbornene by a dynamic vulcanization process, by means of a crosslinking system as described in the main patent application. The preparation is carried out for example by kneading. a mixture of polynorbornene, plasticizer, ethylene / olefin copolymer, propylene-based polymer and crosslinking system at a sufficient temperature and for a time sufficient to crosslink the polynorbornene. The kneading can be carried out in conventional equipment such as for example a kneader
Banbury, a Brabender kneader, a Rheocord kneader or an extruder, at a temperature of between 1100 and 2200C approximately for a period of between 3 and 15 minutes, this length being shorter as the temperature is higher. Before this kneading step, the mixture can be first homogenized in an internal mixer at a moderate temperature of between about 400 and 1000 ° C.
Les compositions selon l'invention peuvent être utilisées pour fabriquer des produits finis et articles industriels par les techniques d'extrusion, d'injectionmoulage et de moulage par compression. Des applications concrètes des compositions selon l'invention comprennent notamment des tuyaux souples, des joints pour les industries du bâtiment et de l'automobile, des soufflets de protection pour l'industrie automobile, des articles injectés, tels que des roues pleines pour l'industrie du jouet, etc. The compositions according to the invention can be used to manufacture finished products and industrial articles by extrusion, injection molding and compression molding techniques. Concrete applications of the compositions according to the invention include flexible hoses, joints for the building and automotive industries, protective gussets for the automotive industry, injected articles, such as solid wheels for the toy industry, etc.
Les exemples ci-après sont donnés à titre illustratif et non limitatif de la présente invention. The following examples are given by way of non-limiting illustration of the present invention.
EXEMPLE 1
Dans une première étape, du polynorbornène est formulé avec un plastifiant, une charge, un antidégradant, un agent de vulcanisation, un pigment et un lubrifiant, dans un mélangeur interne tournant à 100 tours/min pendant 6 minutes, régule à 800C, puis la formulation obtenue est mise sous forme de feuille par passage sur un mélangeur à cylindre régulé à 600C dans lequel on ajoute un accélérateur de vulcanisation. Dans une seconde étape, la masse caoutchoutique est additionnée d'une polyoléfine cristalline et reprise sur un malaxeur Brabender tournant à 90 tours/min. à une température de 1800C pendant 8 minutes.EXAMPLE 1
In a first step, polynorbornene is formulated with a plasticizer, a filler, an anti-degreaser, a vulcanizing agent, a pigment and a lubricant, in an internal mixer rotating at 100 rpm for 6 minutes, regulated at 800C, then the The resulting formulation is formed into a sheet by passing through a controlled cylinder mixer at 600 ° C. in which a vulcanization accelerator is added. In a second step, the rubber mass is added with a crystalline polyolefin and taken on a Brabender kneader rotating at 90 revolutions / min. at a temperature of 1800C for 8 minutes.
La composition résultante est recupérée et moulée en plaques de 2,5 mm par compression, sur lesquelles on mesure les propriétés suivantes
- dureté Shore A déterminée selon la norme ASTM-D 2240,
- allongement à la rupture, exprimé en % et déterminé
selon la norme ASTM-D 412,
- module à 100% d'allongement, exprimé en MPa et
déterminé selon la norme ASTM-D 412,
- set d'allongement, exprimé en % et déterminé selon la
norme ASTM-D 412 (après un allongement de 100%).The resulting composition is recovered and molded into 2.5 mm plates by compression, on which the following properties are measured
Shore A hardness determined according to ASTM-D 2240,
- elongation at break, expressed in% and determined
according to ASTM-D 412,
- module at 100% elongation, expressed in MPa and
determined according to ASTM-D 412,
- set of elongation, expressed in% and determined according to
ASTM-D 412 standard (after 100% elongation).
Enfin, la déformation rémanente à la compression (DRC) pendant 22 heures à 70 C UC est mesurée sur des plots de 12,5 mm écrasés de 25%, déterminée selon la norme ASTM-D-395 et exprimée en %. Dans cet exemple
- la polyoléfine cristalline est un copolymère éthylène/
butène-l de densité 0,910, possédant un indice de
fluidité de 1 dg/min. et un taux de cristallinité de
30%, commercialisé sous la dénomination NORSOFLEX # FW
1600,
- le polynorbornène utilisé est commercialisé par la
demanderesse sous la dénomination NORSOREXi',
- le plastifiant est une huile paraffinique de point
éclair égal à 225 OC et de point de congélation égal
à -10 C, commercialisée par la Société EXXON sous la
dénomination FLEXON 876,
- la charge pulvérulente est du kaolin calciné,
- l'antidégradant est le sel de zinc du mercapto
benzimidazole commercialisé par la Société SAFIC-ALCAN
sous la dénomination ZMBI,
l'agent de vulcanisation est un mélange équipondéral
d'une résine phénolique de formule
Finally, the compression set (DRC) for 22 hours at 70 ° C UC is measured on 12.5 mm pads crushed by 25%, determined according to ASTM-D-395 and expressed in%. In this example
the crystalline polyolefin is an ethylene /
butene-1 with a density of 0.910, having a
fluidity of 1 dg / min. and a degree of crystallinity of
30%, marketed under the name NORSOFLEX # FW
1600
the polynorbornene used is marketed by the
applicant under the name NORSOREXi ',
the plasticizer is a paraffinic point oil
flash equal to 225 OC and equal freezing point
at -10 C, marketed by the company EXXON under the
FLEXON name 876,
the pulverulent filler is calcined kaolin,
the antidegradant is the zinc salt of the mercapto
benzimidazole marketed by the SAFIC-ALCAN Company
under the name ZMBI,
the vulcanizing agent is an equiponderal mixture
a phenolic resin of formula
dans laquelle n = 4 ou 5 et R désigne un radical
alkyle, commercialisée par la Société SCHENECTADY sous
l'appellation SP 1045 et d'un élastomère de poly
éthylène chlorosulfoné commercialisé par la Société DU
PONT DE NEMOURS sous la dénomination HYPALON 20,
- l'accélérateur de vulcanisation est un mélange
équipondéral de chlorure stanneux SnCl2, 2H2O et
d'oxyde de zinc, - le pigment est l'oxyde de titane, - le lubrifiant est l'acide stéarique.in which n = 4 or 5 and R denotes a radical
alkyl, marketed by SCHENECTADY under
the name SP 1045 and a poly elastomer
chlorosulfonated ethylene marketed by the Company DU
BRIDGE OF NEMOURS under the name HYPALON 20,
- the vulcanization accelerator is a mixture
equivalent of stannous chloride SnCl2, 2H2O and
zinc oxide, - the pigment is titanium oxide, - the lubricant is stearic acid.
Les quantités pondérales des divers ingrédients de la composition sont indiquées dans le tableau ci-après. The weight amounts of the various ingredients of the composition are indicated in the table below.
Dans le même tableau, on trouvera les résultats des mesures indiquées précédemment, ainsi que les résultats de mesure des propriétés suivantes
- la résistance à la rupture, exprimée en MPa et
déterminée selon la norme ASTM-D 412,
- le taux de gonflement volumique après un sejour de
168 heures à 1000C dans l'huile référencée ASTM 3,
exprimé en pourcentage et déterminé selon la norme ASTM
D 471.In the same table, you will find the results of the measurements indicated previously, as well as the results of measurement of the following properties
the resistance to rupture, expressed in MPa and
determined according to ASTM-D 412,
- the rate of volume swelling after a stay of
168 hours at 1000C in the oil referenced ASTM 3,
expressed as a percentage and determined according to ASTM
D 471.
EXEMPLE 2
En opérant dans les conditions de l'exemple 1 et en utilisant les mêmes ingrédients mais en leur ajoutant un copolymère statistique comprenant environ 91% en poids de propylène et environ 9% en poids d'éthylène, ayant un indice de fluidité de 2 dg/min. (déterminé selon la norme
ASTM D 1238 à 2300C sous 2,16 kg), commercialisé par la
Société SOLVAY sous la dénomination ELTEX PKL 104, on prépare une composition dont les propriétés sont indiquées dans le tableau ci-apres. EXAMPLE 2
Operating under the conditions of Example 1 and using the same ingredients but adding to them a random copolymer comprising about 91% by weight of propylene and about 9% by weight of ethylene, having a melt index of 2 dg / min. (determined according to the standard
ASTM D 1238 at 2300C at 2.16 kg), marketed by the
SOLVAY company under the name ELTEX PKL 104, a composition is prepared whose properties are indicated in the table below.
TABLEAU
BOARD
<tb> <SEP> Exemple <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Polynorbornène <SEP> 51 <SEP> 47
<tb> Plastifiant <SEP> 114 <SEP> 85
<tb> Charge <SEP> 51 <SEP> 47
<tb> Antidégradant <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> Agent <SEP> de <SEP> vulcanisation <SEP> 1,5 <SEP> 1,4
<tb> Lubrifiant <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> Accélérateur <SEP> de
<tb> vulcanisation <SEP> 3,3 <SEP> 3,0
<tb> Stabilisant <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> Norsoflex <SEP> FW <SEP> 1600 <SEP> 49 <SEP> 41
<tb> Eltex <SEP> PKL <SEP> 104 <SEP> 0 <SEP> 12
<tb> Dureté <SEP> Shore <SEP> A <SEP> 55 <SEP> 60
<tb> Allongement
<tb> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 370 <SEP> 320
<tb> Module <SEP> à <SEP> 100%
<tb> d'allongement <SEP> 2,0 <SEP> 2,6
<tb> set <SEP> d'allongement <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> DRC <SEP> 32 <SEP> 35
<tb> Résistance <SEP> à <SEP> la <SEP> rupture <SEP> 4,4 <SEP> 7,0
<tb> Gonflement <SEP> volumique <SEP> > 200* <SEP> 120
<tb> éprouvette détruite <tb><SEP> Example <SEP> 1 <SEP> 2
<tb> Polynorbornene <SEP> 51 <SEP> 47
<tb> Plasticizer <SEP> 114 <SEP> 85
<tb> Load <SEP> 51 <SEP> 47
<tb> Antidegradant <SEP> 0.5 <SEP> 0.5
<tb> Agent <SEP> of <SEP> Vulcanization <SEP> 1.5 <SEP> 1,4
<tb> Lubricant <SEP> 0,5 <SEP> 0,5
<tb> Accelerator <SEP> of
<tb> vulcanization <SEP> 3.3 <SEP> 3.0
<tb> Stabilizer <SEP> 0.5 <SEP> 0.5
<tb> Norsoflex <SEP> FW <SEP> 1600 <SE> 49 <SEP> 41
<tb> Eltex <SEP> PKL <SEP> 104 <SEP> 0 <SEP> 12
<tb> Hardness <SEP> Shore <SEP> A <SEP> 55 <SEP> 60
<tb> Lengthening
<tb> to <SEP><SEP> break <SEP> 370 <SEP> 320
<tb> Module <SEP> to <SEP> 100%
<tb> elongation <SEP> 2.0 <SEP> 2.6
<tb> set <SEP> of extension <SEP> 11 <SEP> 12
<tb> DRC <SEP> 32 <SEP> 35
<tb> Resistance <SEP> to <SEP><SEP> Rupture <SEP> 4.4 <SEP> 7.0
<tb> Swelling <SEP> volume <SEP>> 200 * <SEP> 120
<tb> test tube destroyed
Claims (6)
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CA002027582A CA2027582C (en) | 1989-02-22 | 1990-02-15 | Thermoplastic elastomer made from an ethylene-olefin and polynorbornene copolymer |
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