JP2005513182A - 耐衝撃性改良剤として炭化水素ゴムおよび塩素化ポリエチレンを使用した耐衝撃性硬質pvc組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、特に、耐衝撃強度に優れた改良ポリ塩化ビニル組成物を関する。詳しくは、耐衝撃性組成物は、a)塩化ビニルポリマー、b)少なくとも1つのエチレン/αーオレフィン共重合体であって、0.858g/ccから0.91g/ccの密度を有し、I10値0.1からI2値50、好ましくはI10値0.1からI2値30、より好ましくはI10値0.1からI2値20までのメルトインデックスを有するエチレン/αーオレフィン共重合体、およびc)少なくとも1つの、20〜40重量パーセントの塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するランダムに塩素化されたオレフィンポリマー、を含む。任意選択的にこれらの耐衝撃性ポリ塩化ビニル組成物には、必要に応じて、ポリ塩化ビニルポリマー100部に対し5部から50部の無機充填剤を含有させてもよい。
Description
本発明は、耐衝撃性に優れたポリ塩化ビニル組成物に関する。さらに詳しくは、本発明は、ランダムに塩素化したポリエチレンで相溶化した、炭化水素ゴム耐衝撃性改良剤とポリ塩化ビニルの耐衝撃性組成物に関する。
ポリ塩化ビニル(PVC)は、硬質および軟質の両形態でフィルム、サイディング、シート、パイプ、チューブなどの用途に広く使用されている。硬質PVCは硬くて脆い熱可塑性ポリマーであるので、衝撃に強い組成物を得るためには通常改良剤が混合される。PVC改良剤としては、ポリアクリル酸樹脂、メタクリレート・ブタジエン・スチレン3元重合体(MBS)などのブタジエン含有ポリマーおよび塩素化ポリエチレン(CPE)樹脂などが知られている。例えば米国特許公報(特許文献1)および米国特許公報(特許文献2)には、塩素化およびクロロスルホン化ポリエチレンを幅広い範囲でPVCにブレンドして使用することが開示されている。これらの改良剤はPVC組成物に混合されると、ゴム状の微小領域を形成し、それらの組成物の耐衝撃性を改善する。
エチレン/αーオレフィン共重合体などの炭化水素ゴムは、密度が小さく、PVC加工温度(例えば170〜210℃)で優れた安定性を示し、かつ、耐UV性を有する点で、前記の改良剤より勝っている。例えば、米国特許公報(特許文献3)号において、ベトソ(Betso)らは、ポリ塩化ビニルを含む、充填剤入り熱可塑性組成物の耐衝撃性を改善するために、直鎖状のエチレン/αーオレフィンの使用を教示している。しかしながら、これらの炭化水素ゴムは、PVCコンパウンドに混合されたとき、耐衝撃性の改良に有効なサイズの小さなゴム状微小領域が形成されないことから、硬質PVC用耐衝撃性改良剤として使用されないでいる。
より最近、塩素化ポリエチレンおよび他の重合体を含む混合物である耐衝撃性改良剤が開示されている。一例として、アオノ(Aono)らは(特許文献4)で、PVC用耐衝撃性改良剤として、分子量50,000から400,000のポリエチレンから調製した塩素化ポリエチレンとAES樹脂(アクリロニトリル−EPDM−スチレン)との混合物を、必要に応じて他の重合体と共に使用することを開示している。また、米国特許公報(特許文献5)でシナド(Cinadr)らは、ブロック塩素化ポリエチレンは、炭化水素ゴムとPVCとの相溶化のために使用でき、PVC組成物の耐衝撃性を改善できることを教示している。シナド(Cinadr)の特許は、また、タイリン(Tyrin)(登録商標)塩素化ポリエチレンのようなランダムに塩素化されたポリエチレンは、PVCと炭化水素ゴム間の界面粘着力が弱いため、相溶化剤として効果のないことを教示している。ブロック塩素化ポリエチレンは高塩素濃度の領域と非常に低塩素濃度の領域を有する。しかしながら、ブロック塩素化ポリエチレンはPVC加工温度における熱安定性に欠けており、PVC加工中に劣化する可能性が高い。また、ブロック塩素化ポリエチレンは、ポリエチレンの結晶性が保たれる温度で塩素化反応を行わなければならず、反応速度が遅くなるため、製造に時間がかかる。
驚いたことに、シナド(Cinadr)特許が示唆することと対照的に、我々は、タイリン(Tyrin)(登録商標)のようなランダムに塩素化されたポリエチレンが、塩化ビニルポリマーと炭化水素ゴムとのブレンドの相溶化に使用できること、また、炭化水素ゴムとの混合物がPVC組成物の耐衝撃性を改善することを見出した。我々は、また、ランダムに塩素化したポリエチレンが、ブロック塩素化ポリエチレンを使用した前記の従来技術で示されたものより、PVC−炭化水素ゴム組成物中において、より低濃度でも炭化水素ゴムの相溶化剤として有効であることを見出した。我々は、また、ある種のPVC組成物では、PVC組成物に充填剤として使用されている炭酸カルシウムなどの成分と、耐衝撃性改良剤として使用されている炭化水素ゴムとの間に、相乗効果が存在し、組成物中の充填剤濃度の増加とともに組成物の耐衝撃強度が向上することを見出した。これらの高充填PVC組成物では、経済的かつ有利に耐衝撃性が改善される。
本発明は、特に、耐衝撃強度に優れた改良ポリ塩化ビニル組成物を提供するものである。詳しくは、耐衝撃性組成物は、a)塩化ビニルポリマー、b)少なくとも1つのエチレン/αーオレフィン共重合体であって、0.858g/ccから0.91g/ccの密度を有し、およびI10値0.1からI2値50、好ましくはI10値0.1からI2値30、より好ましくはI10値0.1からI2値20までのメルトインデックスを有するエチレン/αーオレフィン共重合体、およびc)少なくとも1つの、20〜40重量パーセントの塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのその原料のメルトインデックスを有するランダムに塩素化されたオレフィンポリマー、を含む。任意選択的にこれらの耐衝撃性ポリ塩化ビニル組成物には、必要に応じて、ポリ塩化ビニル100部に対し5部から50部の無機充填剤を含有させてもよい。
本発明の耐衝撃性組成物は、塩化ビニルポリマーと、それぞれ特定の化学組成と物性を有する炭化水素ゴムおよびランダムに塩素化されたオレフィンポリマーを含む。本発明の他の態様では、耐衝撃性組成物はさらに無機充填剤を含む。
塩化ビニルポリマー成分は、固体で分子量の大きなポリマーであり、ポリ塩化ビニルのホモポリマーであってもよく、1種以上のコモノマーからなる共重合単位を有する塩化ビニル共重合体であってもよい。共重合体の場合、コモノマーの含有量は、共重合体の20重量パーセントまで、好ましくは共重合体の1〜5重量パーセントである。コモノマーの好ましい例としては、エチレンおよびプロピレンなどのC2〜C6オレフィン類、ビニルアセテート、ビニルプロピオネートおよびビニル2−エチルヘキサノエートなどの直鎖または分岐C2〜C4カルボン酸のビニルエステル類、フッ化ビニル、フッ化ビニリデンまたは塩化ビニリデンなどのハロゲン化ビニル類、ビニルメチルエーテルおよびブチルビニルエーテルなどのビニルエーテル類、ビニルピリジン、マレイン酸、フマル酸、メタクリル酸およびそれらのC1〜C10モノ−またはジアルコールとのモノ−またはジエステルなどの不飽和酸類、無水マレイン酸、マレイン酸イミド、マレイン酸イミドの芳香族、脂環式および分岐していてもよい脂肪族置換体によるN置換生成物、アクリロニトリル、並びにスチレンなどが挙げられる。このようなホモポリマーおよび共重合体は、ボーデン・ケミカルズ・アンド・プラスチックス(Borden Chemicals and Plastics)およびシンテック(Shintech)より商業的に入手可能である。これらは、また、適当な重合法で調製することができる。懸濁法により調製した重合体が好ましい。
塩化ビニルのグラフト共重合体も、本発明の使用に適している。例えば、塩化ビニルがグラフトされている、エチレンビニルアセテートなどのエチレン共重合体や、EPDM(エチレン、プロピレンおよびジエンの共重合化単位を含む共重合体)およびEPR(エチレンおよびプロピレンの共重合化単位を含む共重合体)などのエチレン共重合体エラストマーを、塩化ビニルポリマー成分として使用できる。商業的に入手可能なそのような重合体の例としては、バッカー・ヘミー GmbH(Wacker Chemie GmbH)から入手可能なビノール(Vinnol)(登録商標)550がある。
本発明の組成物におけるランダムに塩素化されたオレフィンポリマー成分は、a)I10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するポリエチレンから調製された、ランダムに塩素化されたポリエチレンホモポリマーと、b)i)エチレンおよびii)共重合性モノマーの共重合化単位を含み、I10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するポリオレフィンから調製された、ランダムに塩素化された共重合体からなる群より選ばれる。塩素化オレフィンポリマーは、必要に応じて、クロロスルホニル基を含んでいてもよい。すなわち、ポリマー鎖は塩素基およびクロロスルホニル基を側基として有することができる。そのような重合体は、クロロスルホン化オレフィンポリマーとして知られている。
代表的な塩素化オレフィンポリマーとしては、a)塩素化およびクロロスルホン化したエチレンホモポリマー、並びに、b)塩素化およびクロロスルホン化した、エチレンと、C3〜C10アルファモノオレフィン、C3〜C20のモノカルボン酸のC1〜C12アルキルエステル、不飽和のC3〜C20のモノ−またはジカルボン酸、不飽和C4〜C8ジカルボン酸の無水物、および飽和C2〜C18カルボン酸のビニルエステルからなる群より選ばれる少なくとも1種のエチレン性不飽和モノマーとの共重合体が挙げられる。塩素化およびクロロスルホン化したグラフト共重合体もまた挙げられる。適当なポリマーの具体例としては、塩素化ポリエチレン、クロロスルホン化ポリエチレン、塩素化エチレンビニルアセテート共重合体、クロロスルホン化エチレンビニルアセテート共重合体、塩素化エチレンアクリル酸共重合体、クロロスルホン化エチレンアクリル酸共重合体、塩素化エチレンメタクリル酸共重合体、クロロスルホン化エチレンメタクリル酸共重合体、塩素化エチレンメチルアクリレート共重合体、塩素化エチレンメチルメタクリレート共重合体、塩素化エチレンn−ブチルメタクリレート共重合体、塩素化エチレングリシジルメタクリレート共重合体、塩素化したエチレンと無水マレイン酸のグラフト共重合体、塩素化したエチレンとプロピレン、ブテン、3−メチル−1−ペンテンまたはオクテンとの共重合体、およびクロロスルホン化したエチレンとプロピレン、ブテン、3−メチル−1−ペンテンまたはオクテンとの共重合体が挙げられる。共重合体はダイポリマー、ターポリマーまたはより高次の共重合体であってよい。好ましい塩素化オレフィンポリマーは、塩素化ポリエチレンおよび塩素化エチレンビニルアセテート共重合体である。
本発明の耐衝撃性組成物の使用に適した、ランダムに塩素化したオレフィンポリマーおよびランダムにクロロスルホン化したオレフィンポリマーは、分岐または非分岐のポリオレフィン樹脂から調製することができる。ベースのポリオレフィン樹脂は、例えば米国特許公報(特許文献6)および(特許文献7)で開示されているような、フリーラジカル法、チーグラー−ナッタ触媒法またはメタロセン触媒系を用いる触媒法で調製することができる。ベース樹脂の塩素化またはクロロスルホン化は、懸濁法、溶液法、固相法または流動層法で行うことができる。フリーラジカル懸濁塩素化プロセスは、米国特許公報(特許文献8)、(特許文献9)およびそれらの中で引用されている文献に記載されている。それらのプロセスでは、細かく分割したエチレンポリマーの水性懸濁液を調製した後、塩素化を行う。フリーラジカル溶液塩素化プロセスの例は、米国特許公報(特許文献10)に開示されている。ポリマーは、また、例えば米国特許公報(特許文献9)に記載されているように、溶融層または流動層で塩素化することができる。クロロスルホン化プロセスは、一般に溶液法で実施されるが、懸濁法や無溶媒法もまた知られている。クロロスルホン化オレフィンポリマーの調製は、米国特許公報(特許文献11)、(特許文献12)(特許文献13)および(特許文献14)に記載されている。
本発明の塩素化オレフィンポリマーの特徴は、ポリオレフィン鎖に沿ってランダムに塩素化されている点にある。ポリマー鎖の全長にわたってランダムに塩素を付加することによって、結晶性が破壊され、したがって、ランダムに塩素化されたポリオレフィンは、ブロック塩素化ポリオレフィンより残留結晶化度が低い。30〜40%の塩素含有量を有する、ランダムに塩素化されたポリエチレンの残留結晶化度は、40℃から150℃の間で示差熱法で測定すると、10cal/g未満である。同様に、塩素含有量が20%から30%のものでは、残留結晶化度は15cal/g未満である。
エチレン/αーオレフィン共重合体などの炭化水素ゴムは、エチレンと少なくとも1つのC3〜C8のαーオレフィン(好ましくは脂肪族αーオレフィン)コモノマーとの共重合体であり、さらに、これらと、共役ジエン、非共役ジエン、トリエンなどのポリエンコモノマーとの共重合体であってもよい。C3〜C8αーオレフィンの例としては、プロペン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセンおよび1−オクテンが挙げられる。αーオレフィンは、また、シクロヘキサンまたはシクロペンタンなどの環構造を含むことができ、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリル−シクロヘキサン)やビニル−シクロヘキサンなどのαーオレフィンとなる。古典的な意味ではαーオレフィンではないが、本発明の目的からすれば、ノルボルネンやその関連オレフィンなどのある種の環状オレフィンはαーオレフィンであり、上記αーオレフィンの一部または全部に代わるものとして使用できる。同様にスチレンやその関連オレフィン(例えば、アルファ−メチルスチレンなど)は本発明の目的からすれば、αーオレフィンである。
ポリエンは、分子鎖の中に4個より多い炭素原子を含み、例えば、共役および非共役のジエンおよびトリエンなど、少なくとも2つの、二重および/または三重結合を有する、不飽和の脂肪族または脂環式化合物である。非共役ジエンの例としては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、1,6−ヘプタジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、1,13−テトラデカジエン、1,19−エイコサジエンなどの脂肪族ジエン;1,4−シクロヘキサジエン、ビシクロ[2.2.1]ヘプト−2,5−ジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−メチレン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、ビシクロ[2.2.2]オクト−2,5−ジエン、4−ビニルシクロへキソ−1−エン、ビシクロ[2.2.2]オクト−2,6−ジエン、1,7,7−トリメチルビシクロ−[2.2.1]ヘプト−2,5−ジエン、ジシクロペンタジエン、メチルテトラヒドロインデン、5−アリルビシクロ[2.2.1]ヘプト−2−エン、1,5−シクロオクタジエンなどの環式ジエン;1,4−ジアリルベンゼン、4−アリル−1H−インデンなどの芳香族ジエン;および2,3−ジイソプロペニリデン−5−ノルボルネン、2−エチリデン−3−イソプロピリデン−5−ノルボルネン、2−プロペニル−2,5−ノルボルナジエン、1,3,7−オクタトリエン、1,4,9−デカトリエンなどのトリエンが挙げられるが、好ましい非共役ジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネンおよび7−メチル−1,6−オクタジエンである。
共役ジエンの例としては、ブタジエン、イソプレン、2,3−ジメチルブタジエン−1,3、1,2−ジメチルブタジエン−1,3、1,4−ジメチルブタジエン−1,3、1−エチルブタジエン−1,3、2−フェニルブタジエン−1,3、ヘキサジエン−1,3、4−メチルペンタジエン−1,3、1,3−ペンタジエン(CH3CH=CH−CH=CH2;通常、ピペリレンと称する)、3−メチル−1,3−ペンタジエン、2,4−ジメチル−1,3−ペンタジエン、3−エチル−1,3−ペンタジエンなどが挙げられるが、好ましい共役ジエンは1,3−ペンタジエンである。
トリエンの例としては、1,3,5−ヘキサトリエン、2−メチル−1,3,5−ヘキサトリエン、1,3,6−ヘプタトリエン、1,3,6−シクロヘプタトリエン、5−メチル−1,3,6−ヘプタトリエン、5−メチル−1,4,6−ヘプタトリエン、1,3,5−オクタトリエン、1,3,7−オクタトリエン、1,5,7−オクタトリエン、1,4,6−オクタトリエン、5−メチル−1,5,7−オクタトリエン、6−メチル−1,5,7−オクタトリエン、7−メチル−1,5,7−オクタトリエン、1、4、9−デカトリエンおよび1,5,9−シクロデカトリエンが挙げられる。
好ましい共重合体としては、エチレン/プロピレン、エチレン/ブテン、エチレン/1−オクテン、エチレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン、エチレン/5−ビニル−2−ノルボルネン、エチレン/1,7−オクタジエン、エチレン/7−メチル−1,6−オクタジエン、エチレン/スチレンおよびエチレン/1,3,5−ヘキサトリエンが挙げられる。好ましいターポリマーとしては、エチレン/プロピレン/1−オクテン、エチレン/ブテン/1−オクテン、エチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン、エチレン/ブテン/5−エチリデン−2−ノルボルネン、エチレン/ブテン/スチレン、エチレン/1−オクテン/5−エチリデン−2−ノルボルネン、エチレン/プロピレン/1,3−ペンタジエン、エチレン/プロピレン/7−メチル−1,6−オクタジエン、エチレン/ブテン/7−メチル−1,6−オクタジエン、エチレン/1−オクテン/1,3−ペンタジエンおよびエチレン/プロピレン/1,3,5−ヘキサトリエンが挙げられる。好ましいテトラポリマーとしては、エチレン/プロピレン/1−オクテン/ジエン(例えばENB)、エチレン/ブテン/1−オクテン/ジエンおよびエチレン/プロピレン/混合ジエン、例えばエチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネン/ピペリレンが挙げられる。また、ブレンド成分として、2,5−ノルボルナジエン(アカビシクロ[2,2,1]ヘプタ−2,5−ジエン)、ジアリルベンゼン、1,7−オクタジエン(H2C=CH(CH2)4CH=CH2)および1,9−デカジエン(H2C=CH(CH2)6CH=CH2)などの長鎖分岐促進剤を微量、例えば0.05〜0.5重量パーセント含むことができる。
本発明のエチレン/αーオレフィンポリマー成分は、この分野で従来より知られるエチレン/αーオレフィン重合技術により製造することができる。例えば、エチレン/αーオレフィンポリマーの重合は、チーグラー−ナッタ(Ziegler−Natta)またはカミンスキー−シン(Kaminsky−Sinn)タイプの重合反応の分野で良く知られる条件で実施することができる。本発明のエチレン/αーオレフィンポリマー成分は、また、モノ−もしくはビス−シクロペンタジエニル、インデニル、またはフルオレニル遷移金属(好ましくは第4族)触媒すなわちコンストレインドジオメトリー触媒(constrained geometry catalysts)を用いて製造することができる。必要に応じて、懸濁法、溶液法、スラリー法、気相法、固体粉末法による重合その他のプロセスの条件を用いることができる。必要に応じて、シリカ、アルミナ、ポリマー(ポリテトラフルオロエチレンまたはポリオレフィンなど)などの担体も用いることができる。
不活性な液体は重合溶媒に適している。例としては、イソブタン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンおよびそれらの混合物などの直鎖および分岐鎖炭化水素;シクロヘキサン、シクロヘプタン、メチルシクロヘキサン、メチルシクロヘプタンおよびそれらの混合物などの環状および脂環式炭化水素;ペルフルオロC4−10アルカンなどの弗化炭化水素;およびベンゼン、トルエン、キシレンおよびエチルベンゼンなどの芳香族化合物およびアルキル置換芳香族化合物が挙げられる。使用に適した溶媒として、ブタジエン、シクロペンテン、1−ヘキセン、4−ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1,4−ヘキサジエン、1−オクテン、1−デセン、スチレン、ジビニルベンゼン、アリルベンゼンおよびビニルトルエン(単独または混合されたすべての異性体を含む)などの、モノマーまたはコモノマーとして機能する液状のオレフィンもまた挙げられる。前記したものの混合物も、また、適している。必要に応じて、通常気体であるオレフィンを加圧して液体化し、本明細書で使用することができる。
本発明の耐衝撃性組成物は、通常、塩化ビニルポリマー100重量部あたり、耐衝撃性改良組成物を2〜20重量部、好ましくは、塩化ビニル重合体100重量部あたり、耐衝撃性改良組成物を4〜10重量部含む。耐衝撃性改良組成物は50%から100%の炭化水素ゴムを含有することが好ましい。
本発明の耐衝撃性組成物は、ポリマーを物理的にブレンドしたものであり、商業製品として有用とするために架橋または加硫する必要はない。充填剤は、通常、塩化ビニルポリマー100部あたり、2〜50部使用される。好ましくは、耐衝撃性組成物は、塩化ビニルポリマー100部あたり、5〜35部の充填剤を含有する。特に有用な充填剤としては、シリカ、クレー、二酸化チタン、タルク、炭酸カルシウムおよび他の鉱物充填剤が挙げられる。炭酸カルシウムが好ましい。組成物は、また、安定剤、発泡剤、潤滑剤、顔料、着色剤、加工助剤、可塑剤、架橋剤などの他の配合剤を含有することができる。このような追加成分を使用することにより、組成物を様々な用途、例えば、硬質PVCからなる、サイディング、パイプ、並びに、窓、フェンス、デッキおよび電線管などの異形材など、に適用することが可能となる。特に有用な配合剤としては、錫、鉛およびカルシウム/亜鉛安定剤、ポリメチルメタクリレート加工助剤、並びに、炭化水素、エステルまたはアミドワックスが挙げられる。配合剤を使用する場合には、その添加剤のタイプにもよるが、一般に、塩化ビニル樹脂100部あたり、0.1〜30部使用される。
本発明の耐衝撃性組成物は、PVCからなるサイディング、異形材およびパイプの製造に特に有用である。
本発明を次に示す実施例によりさらに詳しく説明するが、ここでは特に断らない限り、部は重量部である。
(実施例1)
塩素含有量34.6重量%であって、溶融熱(残留結晶化度の尺度)0.14cal/gの、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を、メルトインデックス(I10)が0.6dg/minのポリエチレンから、実質的に米国特許公報(特許文献9)およびそこで引用されている文献に記載された手順にしたがって、スラリー法により調製した。
塩素含有量34.6重量%であって、溶融熱(残留結晶化度の尺度)0.14cal/gの、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を、メルトインデックス(I10)が0.6dg/minのポリエチレンから、実質的に米国特許公報(特許文献9)およびそこで引用されている文献に記載された手順にしたがって、スラリー法により調製した。
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVCマスターバッチ組成物、マスターバッチA、を次の方法で調製した。シンテック(Shintech)から入手可能なPVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、ローム・アンド・ハース・カンパニー(Rohm and Haas Company)から入手可能な錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、マリンクロット・インコーポレイティド(Mallinckrodt,Inc)から入手可能なステアリン酸カルシウム、RSN(登録商標)11−4を0.5部加え、さらにハネウェル・インターナショナル・インコーポレイティド(Honeywell International,Inc.)から入手可能な酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−316を0.15部、いずれもローム・アンド・ハース・カンパニー(Rohm and Haas Company)から入手可能な、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を0.50部と、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを1.2部、以前はヘシュト(Hoescht)から、現在はクラリアント・コーポレーション(Clariant Corp.)から入手可能なポリエチレンワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を0.5部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、デュポン(DuPont)から入手可能な二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を0.68部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、ブレンド物を取り出し、約6000gのマスターバッチを回収した。
マスターバッチAを106.4部、本願特許出願人から入手可能なエチレン−オクテン共重合体、エンゲージ(Engage)(登録商標)8150を6.08部およびオムヤ・インコーポレイテッド(Omya,Inc.)から入手可能な炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを10部、ステンレス鋼製のブレンド機中で1分間混合して、本発明の組成物、サンプル1−1を調製した。得られたブレンド混合物サンプル67gを、回転数60rpm、ボール温度180℃に設定したハーケ・レオコード(Haake Rheocord)90トルクレオメータにセットした。全トルク値が10メートル−kg−分に達するまで混合を続けた。その後、ボールを取り外し、サンプルを回収した。サンプル全量を、PHi油圧プレス機で、125mil厚さの型枠を用いて、374°F(190℃)でプレスした。サンプルを5分間予備加熱し、20トンの圧力で5分間プレスした後、20トンの加圧下、冷却した。矩形の切欠き付きアイゾッド衝撃試験体を圧縮成型板から打ち抜いて作成した。試験体には、TMI切欠き機で切欠きを設け、各試験体の厚みは、切欠きの位置で測定した。その後、試験体を、ティニウス・オルセン・プラスチックス・インパクト・テスター(Tinius Olsen Plastic Impact Tester)を使用して、室温で破壊し、衝撃強度を計算した。6個の試験体を破壊し、その平均値を衝撃強度とした。結果を表1に示す。炭酸カルシウム充填剤の量を表1に示すように変えた以外は、実質的に上記と同様の方法で、本発明の他の9個のサンプル、サンプル1−2から1−10を調製した。
(比較例1)
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVCマスターバッチ組成物、マスターバッチB、を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、ステアリン酸カルシウム、RSN(登録商標)11−4を0.5部加え、さらに酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−316を0.15部、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.10部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を0.50部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを1.2部、ポリエチレンワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を0.5部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を6.0部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、ブレンド物を取り出し、約6000gのマスターバッチを回収した。
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVCマスターバッチ組成物、マスターバッチB、を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、ステアリン酸カルシウム、RSN(登録商標)11−4を0.5部加え、さらに酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−316を0.15部、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.10部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を0.50部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを1.2部、ポリエチレンワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を0.5部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を6.0部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、ブレンド物を取り出し、約6000gのマスターバッチを回収した。
マスターバッチBを112.0部、炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを10部、ステンレス鋼製のブレンド機中で1分間混合して、比較用組成物、比較用サンプル1−1を調製した。得られたブレンド混合物サンプル67gを、回転数60rpm、ボール温度180℃に設定したハーケ・レオコード(Haake Rheocord)90トルクレオメータにセットした。全トルク値が10メートルkg−分に達するまで混合を続けた。その後、ボールを取り外し、サンプルを回収した。サンプル全量を、PHi油圧プレス機で、125mil厚さの型枠を用いて、374°F(190℃)でプレスした。サンプルを5分間予備加熱し、20トンの圧力で5分間プレスした後、20トンの加圧下、冷却した。矩形の切欠き付きアイゾッド衝撃試験体を圧縮成型板から打ち抜いて作成した。試験体には、TMI切欠き機で切欠きを設け、各試験体の厚みは、切欠きの位置で測定した。その後、試験体を、ティニウス・オルセン・プラスチックス・インパクト・テスター(Tinius Olsen Plastic Impact Tester)を使用して、室温で破壊し、衝撃強度を計算した。6個の試験体を破壊し、その平均値を衝撃強度とした。結果を表1に示す。実質的に上記と同様の方法で、9個の他の比較用サンプル、比較用サンプル1−2から1−10を調製した。
本発明の実施例は、比較例と比べて、耐衝撃性が向上していることを示している。さらに、本発明の実施例では、炭酸カルシウム20−40部の範囲に耐衝撃性の最大値が存在しているが、比較例では、同じ炭酸カルシウム充填剤含有量の範囲に最大値は存在していない。
(実施例2)
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVC組成物を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.2部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−400を1部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を1部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを1.6部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を0.45部、炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを12部加え、さらに、エチレン−オクテン共重合体、エンゲージ(Engage)(登録商標)8150を4.05部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、組成物を取り出し、約6000gを回収した。
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVC組成物を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.2部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−400を1部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を1部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを1.6部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−1を0.45部、炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを12部加え、さらに、エチレン−オクテン共重合体、エンゲージ(Engage)(登録商標)8150を4.05部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、組成物を取り出し、約6000gを回収した。
組成物を、実験室規模の対向回転円錐ニ軸スクリュー押出機(ブラベンダー・モデル・CTSE(Brabender Model CTSE))で加工した。スクリューは1 1/4インチから3/4インチまでテーパーが付けられ、ベントを有し、L/D比は17:1であった。調節可能ギャップを約0.050インチにセットした4インチのシートダイを使用した。ゾーン1は押出機の供給部であり、180℃にセットし、ゾーン2と3は押出機の中間部および出口部であり、それぞれ200℃および180℃にセットした。ゾーン1〜3は空冷能力を有していた。ゾーン4はダイであるが、175℃にセットした。押出機の回転数/分(RPM)は、30にセットした。
配合剤粉末は、分離した供給ホッパーから、出力を150g/minに制御した供給スクリューで投入し、シートは巻取り機で引き落とし、最終的に2.5inから3in幅のシートを製造した。
シートの耐衝撃性を、落槍衝撃試験機を備えたインストロン・コーポレーション(Instron Corp.)のダイナタップ(Dynatup)(登録商標)を用いて決定した。代表的な6サンプルに、10.9ft/sで全利用可能エネルギー22.3ft−lbの衝撃を加え、平均吸収エネルギーを算出し、サンプルの厚みによる補正を行った。この実施例の耐衝撃性は1.90in−lb/milと計算された。
(比較例2)
塩素含有量36重量%であって、溶融熱(残留結晶化度の尺度)<0.2cal/gの、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−2を、メルトインデックス(I10)が2.2dg/minのポリエチレンから、実質的に米国特許公報(特許文献9)およびそこで引用されている文献に記載された手順にしたがって、スラリー法により調製した。
塩素含有量36重量%であって、溶融熱(残留結晶化度の尺度)<0.2cal/gの、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−2を、メルトインデックス(I10)が2.2dg/minのポリエチレンから、実質的に米国特許公報(特許文献9)およびそこで引用されている文献に記載された手順にしたがって、スラリー法により調製した。
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVC組成物を次の方法で調製した。PVC、シンテック(登録商標)(Shintech)S950PVCを100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を0.8部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.2部、ステアリン酸カルシウム、RSN(登録商標)11−4を1部、炭化水素ワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を1.2部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−120Nを0.8部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、ランダムに塩素化したポリエチレン、CPE−2を4.5部、炭酸カルシウ充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを12部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、組成物を取り出し、約6000gを回収した。
PVC組成物を実施例2と同じ方法で加工し、実施例2と同じ条件で耐衝撃性を試験した。この比較例の耐衝撃性は1.86in−lb/milであった。
(比較例3)
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVC組成物を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.05部、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−316を0.15部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−400を1部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を0.6部、ポリエチレンワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を0.5部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを15部加え、さらにエチレン−オクテン共重合体、エンゲージ(Engage)(登録商標)8150を4.5部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、組成物を取り出し、約6000gを回収した。
ウェレックス(Welex)強力ミキサー中で、PVC組成物を次の方法で調製した。PVC、シンテック(Shintech)(登録商標)S950を100部ミキサーに加え、温度が120°F(49℃)になるまで加熱した。その後、錫安定剤、アドバスタブ(Advastab)(商標)TM−181を1部加え、ブレンドを継続した。温度が165°F(74℃)に達したところで、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−307を0.05部、酸化ポリエチレンワックス、A−C(登録商標)−316を0.15部、アクリル加工助剤、パラロイド(Paraloid)(登録商標)K−400を1部、エチレンビス−ステアルアミド、アドバワックス(Advawax)(商標)280を0.6部、ポリエチレンワックス、ホスタルーブ(Hostalub)(登録商標)XL−165を0.5部加えた。温度が190°F(88℃)になるまでブレンドを続け、そこで、二酸化チタン、Ti−ピュア(Ti−Pure)(登録商標)R960を2部、炭酸カルシウム充填剤、オムヤカーブ(Omyacarb)(登録商標)UFTを15部加え、さらにエチレン−オクテン共重合体、エンゲージ(Engage)(登録商標)8150を4.5部加えた。225°F(107℃)になるまでブレンドをさらに継続した。ミキサーの速度を最小に落とし、ミキサーを外部から冷却した。混合物の温度が120°F(49℃)になったところで、組成物を取り出し、約6000gを回収した。
PVC組成物を実施例2と同じ方法で加工し、衝撃速度を9.9ft/sとした以外は実施例2と同じ条件で耐衝撃性を試験した。この比較例の耐衝撃性は1.43in−lb/milであった。
表2に実施例2および比較例2、3の結果を示す。すべての改良剤は、用いたPVCの量に対して同じ量、すなわちPVC100部に対して4.5部添加した。本発明の実施例2では、最も高い耐衝撃性が得られ、炭化水素ゴムのみを使用した比較例3より実質的に高い耐衝撃性を有している。
Claims (27)
- a)塩化ビニルポリマー、
b)塩化ビニルポリマー100重量部あたり2重量部から20重量部の、少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体であって、0.858g/ccから0.91g/ccの密度を有し、およびI10値0.1からI2値50までのメルトインデックスを有するエチレン/α−オレフィン共重合体、および
c)塩化ビニルポリマー100重量部あたり0.1重量部から1重量部未満の、少なくとも1つの、ランダムに塩素化されたポリオレフィン、
を含むことを特徴とする組成物。 - 前記α−オレフィンは、C3〜C8オレフィンであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記α−オレフィンは、任意選択的に置換されていてもよいスチレンであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレン/プロピレン、エチレン/ブテン、エチレン/へキセン、エチレン/オクテン、エチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネンおよびエチレン/ブテン/5−エチリデン−2−ノルボルネンの共重合体からなる群より選ばれることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、I10値0.3からI2値5のメルトインデックスまでを有することを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリオレフィンは、20〜40%の塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するポリエチレンから製造されたランダムに塩素化されたポリエチレンであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリエチレンは、I10値0.3からI2値5までのメルトインデックスを有するポリエチレンから製造されることを特徴とする請求項6に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリオレフィンは、ランダムに塩素化された、エチレンと1つまたは複数のC3〜C8α−オレフィンとの共重合体であって、該共重合体は20〜40%の塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するエチレン共重合体から製造されたものであることを特徴とする請求項1に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化された共重合体は、I10値0.3からI2値5までのメルトインデックスを有することを特徴とする請求項8に記載の組成物。
- 5〜50部の無機充填剤をさらに含むことを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の組成物。
- 前記無機充填剤は、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項10に記載の組成物。
- 塩化ビニルポリマー用耐衝撃性改良剤組成物であって、
耐衝撃性の改良に有効な量の
a)少なくとも1つのエチレン/α−オレフィン共重合体であって、0.858g/ccから0.91g/ccの密度を有し、およびI10値0.1からI2値50までのメルトインデックスを有するエチレン/α−オレフィン共重合体、および
b)少なくとも1つのランダムに塩素化されたポリオレフィン
を含むことを特徴とする組成物。 - 前記α−オレフィンは、C3〜C8オレフィンであることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記α−オレフィンは、任意選択的に置換されていてもよいスチレンであることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記エチレン/αーオレフィン共重合体は、エチレン/プロピレン、エチレン/ブテン、エチレン/へキセン、エチレン/オクテン、エチレン/プロピレン/5−エチリデン−2−ノルボルネンおよびエチレン/ブテン/5−エチリデン−2−ノルボルネンの共重合体からなる群より選ばれることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記エチレン/α−オレフィン共重合体は、I10値0.3からI2値5までのメルトインデックスを有することを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリオレフィンは、20〜40重量%の塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するポリエチレンから製造されたランダムに塩素化されたポリエチレンであることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリエチレンは、I10値0.3からI2値5までのメルトインデックスを有するポリエチレンから製造されることを特徴とする請求項17に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化されたポリオレフィンは、ランダムに塩素化された、エチレンと1つまたは複数のC3〜C8α−オレフィンとの共重合体であって、20〜40%の塩素含有量を有し、およびI10値0.1からI2値10までのメルトインデックスを有するエチレン共重合体から製造されたものであることを特徴とする請求項12に記載の組成物。
- 前記ランダムに塩素化された共重合体は、I10値0.3からI2値5までのメルトインデックスを有することを特徴とする請求項19に記載の組成物。
- 5〜50部の無機充填剤をさらに含むことを特徴とする請求項12〜20のいずれかに記載の組成物。
- 前記無機充填剤は、炭酸カルシウムであることを特徴とする請求項21に記載の組成物。
- 請求項1〜9または12〜20のいずれかの1項に記載の塩化ビニルポリマー組成物から製造されたパイプ、異形材またはビニールサイディングを有することを特徴とする製品。
- 請求項10に記載の塩化ビニルポリマー組成物から製造されたパイプ、異形材またはビニールサイディングを有することを特徴とする製品。
- 請求項11に記載の塩化ビニルポリマー組成物から製造されたパイプ、異形材またはビニールサイディングを有することを特徴とする製品。
- 請求項21に記載の塩化ビニルポリマー組成物から製造されたパイプ、異形材またはビニールサイディングを有することを特徴とする製品。
- 請求項22に記載の塩化ビニルポリマー組成物から製造されたパイプ、異形材またはビニールサイディングを有することを特徴とする製品。
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