JP2005513230A - 熱可塑性エラストマー組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
熱可塑性成分と硬化したエラストマー成分との混合物を含んで成る熱可塑性エラストマー組成物であって、
硬化前のエラストマー成分は、主エラストマー(又はメインエラストマー)を主要部分として含み、フリーラジカルによって誘起された加硫において主エラストマーより高い効率を示す高分子量反応性ポリマーを少量部分として含んで成ることを特徴とする熱可塑性エラストマー組成物を提供する。
フリーラジカルによって誘起された加硫において、主エラストマーより高い効率を示す高分子量反応性ポリマーと主エラストマーとを含んで成るエラストマー成分と熱可塑性成分とを、成分の溶融混合物を得るために、熱可塑性成分の溶融を生ずる温度で、混合する工程、並びに溶融混合物中のエラストマー成分を、少なくとも一つの硬化剤であるフリーラジカル源(又はラジカルソース)の存在下で硬化させる工程を含んで成る熱可塑性エラストマー組成物の製造方法を提供する。
熱可塑性成分とエラストマー成分との混合物を含んで成る動的加硫方法にて使用する供給原料(又はフィードストック)組成物であって、エラストマー成分は、主エラストマーを主要部分として含み、フリーラジカルによって誘起された加硫において主エラストマーより高い効率を示す高分子量反応性ポリマーを少量部分として含んで成る供給原料組成物を提供する。
実験において使用した材料は、スタンダード・マレーシアン・ラバー(Standard Malaysian Rubber)製の粘度安定化グレードの天然ゴム(SMR CV)、50モル%エポキシ化天然ゴム(Epoxyprene 50)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(Polysar 5875 及び Buna EP T 4969)、高ビニル・ブタジエンゴム(ハイ−ビニル・ブタジエンゴム:high-vinyl butadiene rubber)(Buna Vi70)、シンジオタクチック1,2−ポリブタジエン(JSR RB 810)、アクリロニトリル含有量が18%及び21%のニトリルゴム(Perbunan 1807 及び Nipol 1094-80)、スチレン含有量が23.5%のスチレン−ブタジエンゴム(Intol 1502)、メルトフローインデックスが3g/10分のホモポリマーグレードのポリプロピレン(Mosten 58412)、カルボキシル化ポリプロピレン(PB3150)、ビス(tert−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン(DIPP)、2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン(DHBP)、2,5−ビス(tert−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチル−3−ヘキシン(DYBP)、液体1,2−ポリブタジエン(Lithene AH)、m−フェニレンビスマレインイミド(HVA-2)、低粘度のナフテン系オイル(Strukthene 380)、中程度の粘度のパラフィン系オイル(Strukpar 2280)、C9〜11アルキルナフタレート(911P)及び Irganox 1010、Flectol H 及び Arbastab Z 酸化防止剤である。他に記載がない限り、実施例の全ての量は、ポリマーの合計の100重量部当たりの重量部である。
これらのデータは、ポリマー材料の分子量を測定するための十分に知られている分析技術である、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(サイズ・イクスクルージョン・クロマトグラフィーとしても知られている)の技術を用いて得られた。実験的に測定されたデータから、分子量を計算する際に、ポリマーの種類及びポリマーを溶かすために使用した溶媒に依存するパラメーター(K及びα値)を使用する。所定の溶媒のために、組成物内で類似するポリマー間でこれらのパラメーターは、大きく変化せず、ここで分析する1,2−ポリブタジエン試料の全てについて、Kとαの同じ値を用いた。
例えば、NR等のシス−1,4−ポリイソプレンと、1,2−ポリブタジエンを含む高分子量ポリブタジエンとの混和性は、十分に確立されており(12)、そのような混和性は、30%の低1,2−含有量まで広がっていることが報告されている(11)。ポリマー混合物(又はポリマーブレンド)の混和性を示すために通常用いられる技術は、ディファレンシャル・メカニカル・サーマル・アナリシス(Differential Mechanical Thermal Analysis:DMTA)である。この技術は、混和性混合物に対して、混合物の成分ポリマーのガラス転移温度の間に位置し、混合物の組成に依存する単一のガラス転移温度を示す単一のtanδの最大値を同定する。不混和性の混合物に対しては、そのような単一のtanδの最大値は観察されず、その代わりに、ブロードな複数のガラス転移温度が、成分ポリマーのガラス転移温度の付近で観察される。シンジオタクチック高分子量1,2−ポリブタジエンに対して、溶融して製造されたシス−1,4−ポリイソプレンとの混合物を冷却する際に、ポリマーの結晶性によって相分離が生ずる。しかし、溶融混合物が加硫されている場合、この相分離は生じない。加硫された70:30混合物に対して観察された単一のガラス転移温度によって示されるように(図1参照)、高分子量反応性ポリマーがシス−1,4−ポリイソプレンによって架橋され、相分離を防止するからである。
表3は、助剤を用いないで製造した(例3−比較)NRTPV、液体1,2−ポリブタジエンを用いて製造した(例4−比較)NRTPV、及び種々のブタジエン系ポリマーとコポリマーを用いて製造した(例5〜9)NRTPVの組成と特性を示す。全てのものは、主エラストマー、高分子量反応性ポリマーもしくは助剤、熱可塑性物質及び充填剤を、密閉式ミキサー内で、バッチ混合し、この予備混合物を過酸化物及び他の成分とTSE内で混合することによって製造した。
ENRとNBRの混和性は、それほど広範には知られていない。例えば、エポキシド含有量50モル%のENR(ENR−50)は、公称アクリロニトリル含有量18%のNBR(NBR−18)と混和することが示されている。図3に示されるように、ENR−50とNBR−18のガラス転移温度(各々−10.5℃及び−36℃)に近い温度で二つのガラス転移温度より、−19℃で70:30のENR−50:NBR−18混合物に対して単一のガラス転移温度が観察されることによって、このことは示される。公称アクリロニトリル含有量21モル%のNBRは、ENR−50と混和しない;ENRのいずれかの所定のエポキシド含有量に対して、NBRがENRと混和するNBRのアクリロニトリル含有量の特別な狭い範囲が有ることが予想される。
エチレン−プロピレン−ジエンゴムと不混和性の、高分子量1,2−ポリブタジエン(RB810)は、エチレン−プロピレン−ジエンゴムが主エラストマー成分である混合物の動的加硫の間に、対照材料(例14−比較)について見られる残留伸びに対して、記録された残留伸びが低いこと(表6の例15)によって、架橋の向上に有効であることが示される。
(1)Chapter 7 by A.Y. Coran in "Thermoplastic Elastomers, a Comprehensive Review", N.R. Legge, G. Holden and H.E. Schroeder, eds., Hanser, Munich, 1987.
(2)TREFSIN(登録商標)-Advanced Elastomer Systems
(3)例えば、SANTOPRENE(登録商標)-Advanced Elastomer Systems
(4)例えば、VYRAM(登録商標)-Advanced Elastomer Systems
(5)GEOLAST(登録商標)-Advanced Elastomer Systems
(6)E2(登録商標) EK Polymers
(7)SANTOPRENE(登録商標)8000シリーズ、Advanced Elastomer Systems
(8)L.D. Loan, Rubber Chem. Technology, 40, 149-176, 1967.
(9)F.W. Billmeyer, Jr., "Textbook of Polymer Science" 3rd Ed., Wiley-Interscience, New York, 1984, pp 3-16.
(10)J.W. Martin, Rubber Chem. Technology, 62 275-285, 1973.
(11)S. Kawahara and S. Akiyama, Polymer Journal, 23 7-14, 1991.
(12)S. Cook, J. Rubb. Res., 4 69-81 2001.
(13)C.M. Roland, Rubber Chem. Technology, 62 456-497, 1989.
Claims (55)
- 熱可塑性成分と硬化したエラストマー成分との混合物を含んで成る熱可塑性エラストマー組成物であって、
硬化前のエラストマー成分は、主エラストマーを主要部分として含み、フリーラジカルによって誘起された加硫において主エラストマーより高い架橋効率を示す高分子量反応性ポリマーを少量部分として含んで成ることを特徴とする熱可塑性エラストマー組成物。 - 熱可塑性成分は、ポリオレフィン樹脂を含んで成る請求項1に記載の組成物。
- ポリオレフィン樹脂は、ポリエチレン又はポリプロピレンである請求項2に記載の組成物。
- ポリオレフィン樹脂は、ポリプロピレン樹脂である請求項3に記載の組成物。
- 硬化前のエラストマー成分は、主エラストマーと、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーとを含む単一のエラストマー相を含んで成る請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーは、1,2−ポリブタジエンを少なくとも30%の含有量で有するポリブタジエンである請求項5に記載の組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーは、1,2−ポリブタジエンを少なくとも65%の含有量で有するポリブタジエンである請求項6に記載の組成物。
- 高分子量反応性ポリマーは、1,2−ポリブタジエンである請求項6に記載の組成物。
- 主エラストマーは、天然ゴムである請求項6〜8のいずれかに記載の組成物。
- 主エラストマーは、エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーとの混和性を付与する含有量のアクリロニトリルを有するアクリロニトリル−ブタジエンゴムである請求項5に記載の組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、エポキシ化天然ゴムである請求項10に記載の組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、48〜52モル%のエポキシド含有量を有し、アクリロニトリル−ブタジエンゴムは、17〜19%のアクリロニトリル含有量を有する請求項10又は11に記載の組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、58〜62モル%のエポキシド含有量を有し、アクリロニトリル−ブタジエンゴムは、20〜23%のアクリロニトリル含有量を有する請求項10又は11に記載の組成物。
- 硬化前のエラストマー成分は、主エラストマー相と高分子量反応性ポリマー相を含んで成り、高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーと不混和性である請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 主エラストマーは、エチレン−プロピレンジエンゴム又はエポキシ化天然ゴムであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、ポリブタジエンである請求項14に記載の組成物。
- ポリブタジエンは、1,2−ポリブタジエンを高含有量で含む請求項15に記載の組成物。
- 主エラストマーは、エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーとの不混和性を付与するアクリロニトリル含有量を有するアクリロニトリル−ブタジエンゴムである請求項14に記載の組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、30%より少ない含有量で1,2−ポリブタジエンを有するポリブタジエンである請求項14に記載の組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、スチレン−ブタジエンゴムである請求項14に記載の組成物。
- シス−1,4−ポリイソプレンは、天然ゴムである請求項18又は19に記載の組成物。
- 熱可塑性成分と硬化したエラストマー成分との合計100重量部当たり、15〜75重量部の熱可塑性成分と、85〜25重量部の硬化したエラストマー成分を含んで成る請求項1〜20のいずれかに記載の組成物。
- 硬化前のエラストマー成分は、エラストマーの合計100重量部当たり、98〜80重量部の主エラストマーと2〜20重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項21に記載の組成物。
- 硬化前のエラストマー成分は、エラストマーの合計100重量部当たり、3〜15重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項22に記載の組成物。
- 硬化前のエラストマー成分は、エラストマーの合計100重量部当たり、4〜10重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項23に記載の組成物。
- 硬化したエラストマー成分は、部分的に架橋されている請求項1〜24のいずれかに記載の組成物。
- 硬化したエラストマー成分は、完全に架橋されている請求項1〜24のいずれかに記載の組成物。
- 請求項1〜24のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法であって、主エラストマーと高分子量反応性ポリマーを含んで成るエラストマー成分と熱可塑性成分とを、成分の溶融混合物を得るために、熱可塑性成分の溶融を生ずる温度で混合する工程、及び溶融混合物中のエラストマー成分を、少なくとも一つの硬化剤であるフリーラジカル源の存在下で硬化させる工程を含んで成る熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 硬化剤であるフリーラジカル源は、過酸化物である請求項27に記載の製造方法。
- 硬化剤を溶融混合物の中に入れて、硬化剤を熱可塑性成分及びエラストマー成分と混合する請求項27又は28に記載の製造方法。
- 硬化剤を、硬化工程の前に溶融混合物に加える請求項27又は28に記載の製造方法。
- 熱可塑性成分とエラストマー成分の混合物を有して成る動的加硫方法にて使用する供給原料組成物であって、エラストマー成分は、主エラストマーを主要部分として含み、フリーラジカルによって誘起された加硫において主エラストマーより高い架橋効率を示す高分子量反応性ポリマーを少量部分として含んで成る供給原料組成物。
- 熱可塑性成分は、ポリオレフィン樹脂を含んで成る請求項31に記載の供給原料組成物。
- ポリオレフィン樹脂は、ポリエチレン又はポリプロピレン樹脂である請求項32に記載の供給原料組成物。
- ポリオレフィン樹脂は、ポリプロピレン樹脂である請求項33に記載の供給原料組成物。
- エラストマー成分は、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーと主エラストマーを含んで成る請求項31〜34のいずれかに記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーは、少なくとも30%の含有量で1,2−ポリブタジエンを有するポリブタジエンである請求項35に記載の供給原料組成物。
- 高分子量エラストマーは、1,2−ポリブタジエンである請求項36に記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、天然ゴムである請求項36又は37に記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと混和性の高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーとの混和性を付与する含有量のアクリロニトリルを有するアクリロニトリル−ブタジエンゴムである請求項35に記載の供給原料組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、エポキシ化天然ゴムである請求項39に記載の供給原料組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、48〜52モル%のエポキシド含有量を有し、アクリロニトリル−ブタジエンゴムは、17〜19%のアクリロニトリル含有量を有する請求項39又は40に記載の供給原料組成物。
- エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンは、58〜62モル%のエポキシド含有量を有し、アクリロニトリル−ブタジエンゴムは、20〜23%のアクリロニトリル含有量を有する請求項39又は40に記載の供給原料組成物。
- エラストマー成分は、主エラストマーと高分子量反応性ポリマーを含んで成り、高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーと不混和性である請求項31〜34のいずれかに記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、エチレン−プロピレンジエンゴム又はエポキシ化天然ゴムであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、ポリブタジエンである請求項43に記載の供給原料組成物。
- ポリブタジエンは、高含有量で1,2−ポリブタジエンを有する請求項44に記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、エポキシ化シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、主エラストマーとの不混和性を付与するアクリロニトリル含有量を有するアクリロニトリル−ブタジエンゴムである請求項43に記載の供給原料組成物。
- 主エラストマーは、シス−1,4−ポリイソプレンであり、主エラストマーと不混和性の高分子量反応性ポリマーは、30%より少ない含有量で1,2−ポリブタジエンを有するポリブタジエンである請求項43に記載の供給原料組成物。
- シス−1,4−ポリイソプレンは、天然ゴムである請求項47に記載の供給原料組成物。
- 熱可塑性成分とエラストマー成分の合計100重量部当たり、15〜75重量部の熱可塑性成分と85〜25重量部のエラストマー成分を含んで成る請求項31〜48のいずれかに記載の供給原料組成物。
- エラストマーの合計100重量部当たり、エラストマー成分は、98〜80重量部の主エラストマーと、2〜20重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項31〜49のいずれかに記載の供給原料組成物。
- エラストマーの合計100重量部当たり、エラストマー成分は、3〜15重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項50に記載の供給原料組成物。
- エラストマーの合計100重量部当たり、エラストマー成分は、4〜10重量部の高分子量反応性ポリマーを含んで成る請求項51に記載の供給原料組成物。
- 少なくとも一つの硬化剤であるフリーラジカル源を、更に含んで成る請求項31〜52のいずれかに記載の供給原料組成物。
- 硬化剤であるフリーラジカル源は、過酸化物である請求項53に記載の供給原料組成物。
- 顔料、染料、充填剤、安定化剤、酸化防止剤、可塑剤及び加工助剤から選択される一又はそれ以上の添加剤を、更に含んで成る請求項31〜54のいずれかに記載の供給原料組成物。
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