JP2007502355A - ポリマー複合材料の加工を改善するための組成物および方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「ポリマー加工助剤」とは、ポリマー加工を改善することができる、例えばメルトフラクチャーを低減する、熱可塑性またはエラストマーフルオロポリマーを意味する。
「ポリマーバインダー」とは、溶融加工性ポリマー材料を意味する。
「干渉成分」とは、ポリマーバインダーと共に組み込まれた場合に、ポリマー加工助剤の有効性に良くない影響を及ぼす材料を意味する。
「カップリング剤」とは、ポリマーと干渉成分との間の界面張力を低減するために、ポリマー配合物に添加される物質を意味する。
「制御ポリマー構造」とは、一方の鎖の末端に官能基を有する、ブロックコポリマーまたはブロックコポリマーおよびポリマーを意味する。
「溶融加工性組成物」とは、混合物において少なくとも1つの組成物の融点付近の温度で加工条件に耐えることができる、組成物または材料を意味する。
「ブロックコポリマー」とは、組成的に別個の少なくとも2つのセグメントを有するポリマー、例えばジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、ランダムブロックコポリマー、グラフトブロックコポリマー、星形分枝鎖ブロックコポリマーまたは超分枝鎖ブロックコポリマーを意味する。
「ランダムブロックコポリマー」とは、少なくとも2つの別個のブロックを有するコポリマーであって、その少なくとも1つのブロックが、少なくとも2種類のモノマー単位のランダム配列を含むコポリマーを意味する。
「ジブロックコポリマーまたはトリブロックコポリマー」とは、それにおけるすべての隣接モノマー単位(転移点を除いて)が同じ同一性であるポリマーを意味し、例えば、−ABは、組成的に異なる、AブロックおよびBブロックで構成されるジブロックコポリマーであり、ABCは、それぞれが組成的に異なる、A、B、およびCブロックで構成されるトリブロックコポリマーである。
「グラフトブロックコポリマー」とは、主鎖上にグラフトされた側鎖ポリマーからなるポリマーを意味する。その側鎖ポリマーは、主鎖コポリマーと組成が異なるいずれかのポリマーであり得る。
「星形分枝鎖ブロックコポリマー」または「超分枝鎖ブロックコポリマー」とは、単一の分岐または接合点によって各鎖の末端で共に連結されるいくつかの直鎖状ブロック鎖からなるポリマーを意味する。これらは、放射状ブロックコポリマーとしても知られている。
「末端官能化」とは、少なくとも1つの鎖の末端上の官能基で終結するポリマー鎖を意味する。
「両親媒性ブロックコポリマー」とは、一方が親水性であり、もう一方が疎水性である、組成的に別個の少なくとも2つのセグメントを有するコポリマーを意味する。
引張り特性および曲げ特性の特徴付け
実施例セクションにおいて以下に記載のように、試験片を指定の寸法に射出成形した。続いて、インストロン(Instron)5564万能材料試験(マサチューセッツ州カントンのインストロン社(Instron Corporation,Canton,MA)から市販されている)を使用して、ASTM D1708およびD790にそれぞれ記載のように、各試料で引張りおよび曲げ試験を行った。すべての試料を3通り行った。
各試験片の射出成形試料(5インチ×1インチ×0.25インチ)を計量し、脱イオン水で満たした容器に720時間沈めた。触ると乾燥している状態まで吸い取られた容器から、得られた試料を取り出し、再び計量した。質量の差によって吸水率%を決定した。各試料を2通り行い、その平均を報告した。
円錐形カウンター−回転スクリューおよびアキュレート・オープンへリックス乾燥材料フィーダー(Accurate open helix dry material feeder)(ウィスコンシン州ホワイトウォーターのアキュレート社(Accurate Co.Whitewater,WI)から市販の)を備えた、19mm、長さ:直径15:1のHaake Rheocord二軸スクリュー押出機(ニューハンプシャー州ニューイントンのハッケ社(Haake Inc.,Newington,NH)から市販されている)を使用して、実証実験の複合材料押出し成形を行った。押出し成形パラメーターを制御し、ハッケRC9000制御データコンピュータソフトウェア(Haake RC 9000 control data computerized software)(ニューハンプシャー州ニューイントンのハッケ社(Haake Inc.,Newington,NH)から市販されている)を使用して実験データを記録した。標準直径1/8インチ、4ストランドのダイ(ニューハンプシャー州ニューイントンのハッケ社(Haake Inc.,Newington,NH)から市販されている)を通して、材料を押出し成形した。
最初に、木粉(800g)を真空オーブン内で105℃および約1mmHgにて予め16時間乾燥させた。次いで、比較的均一な混合物が得られるまで、HDPE(1200g)をプラスチック袋内で木粉とドライブレンドし、そのブレンドを乾燥粉末フィーダーに入れた。材料を速度20g/分(せん断速度約30s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:160℃/180℃/180℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、視覚的に分析した。
ステアリン酸亜鉛50部、エチレンビス−ステアルアミド50部からなる潤滑剤パッケージ80gを配合物に添加したことを除いては、比較例1に詳述されるように正確に、実験を行った。
比較例3において、実験前に、HDPE95部およびポリ(ODMA−C4−MAn)5部を含有するマスターバッチを以下の方法で調製した。比較的均一な混合物が得られるまで、HDPE(475g)をプラスチック袋内でポリ(ODMA−C4−tBMA)(25g)とドライブレンドし、そのブレンドを乾燥粉末フィーダーに入れた。材料を速度20g/分(せん断速度約30s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:200℃/240℃/240℃/240℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも240℃に維持した。押出し成形されたストランドを直ちに、室温の水浴中で冷却し、続いて、Killionペレタイザーを使用して細断し、ペレットにした。このマスターバッチ(200g)をHDPE(400g)および予備乾燥させた木粉(400g)と合わせ、次いで比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンド乾燥粉末フィーダーに入れた。材料を速度20g/分(せん断速度約30s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:160℃/180℃/180℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、視覚的に分析した。
10,000ppmのポリマー加工助剤、ダイナマー(Dynamar)FX−5911をそれぞれ、配合物に添加したことを除いては、比較例1に詳述されるように正確に、比較例5を製造した。
ダイナマー(Dynamar)FX−5911 1gを配合物に添加したことを除いては、比較例4に詳述されるように正確に、実施例1を実施した。
マスターバッチ400gをHDPE200gおよび木粉400gと合わせたことを除いては、比較例3に詳述されるように正確に、実施例3を製造した。さらに、ダイナマー(Dynamar)PA−5933 1gおよびカーボワックス(Carbowax)8000 40gも配合物に添加した。
HALS(LLDPE中に3%、200g)と、ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、LLDPE(1707g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在に関して視覚的に分析した。
HALS(LLDPE中に3%、200g)と、PS−MAn(LLDPE中に3.0%、667g)と、ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、LLDPE(1040g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在に関して視覚的に分析した。
ブロッキング防止剤(LLDPE中に60%、50g)と、ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、LLDPE(1857g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在に関して視覚的に分析した。
ブロッキング防止剤(LLDPE中に60%、50g)と、PS−MAn(LLDPE中に3.0%、667g)と、ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、LLDPE(1190g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在に関して視覚的に分析した。
ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、顔料(12.0g)と、LLDPE(1895g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在について視覚的に分析した。
PS−MAn(LLDPE中に3.0%、667g)と、ダイナマー(Dynamar)FX−9613(LLDPE中に2.8%、93g)と、顔料(12.0g)aと、LLDPE(1228g)とのマスターバッチを、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥ペレット/粉末フィーダーに入れた。材料を速度66g/分(せん断速度約115s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:190℃/190℃/190℃/190℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも190℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、メルトフラクチャーの存在について視覚的に分析した。
実施例7.最初に、真空オーブン内で105℃、約1mmHgにて、木粉(800g)を予め16時間乾燥させた。次いで、HDPE(1200g)、PS−b−PVP(40g)、およびダイナマー(Dynamar)FX−5911(1g)を、比較的均一な混合物が得られるまで、プラスチック袋内でドライブレンドし、そのブレンドを乾燥粉末フィーダーに入れた。材料を速度20g/分(せん断速度約30s-1)で押出機に供給し、それぞれのゾーンにおいて以下の温度プロファイル:210℃/180℃/180℃/180℃を用いて加工した。実験全体を通じて、ダイも180℃に維持した。実験全体を通じて、加工パラメーター(つまり、溶融圧力、トルク)を記録した。得られた材料を回収し、視覚的に分析した。
Claims (29)
- ポリマー加工助剤と、制御ポリマー構造を有する少なくとも1種類のカップリング剤と、を含有する組成物。
- ポリマーバインダーをさらに含有する、請求項1に記載の組成物。
- 干渉成分をさらに含有する、請求項2に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が、ジブロックコポリマー、トリブロックコポリマー、ランダムブロックコポリマー、グラフトブロックコポリマー、星形分枝鎖ブロックコポリマー、または超分枝鎖ブロックコポリマーを含む、請求項1に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が両親媒性ブロックコポリマーである、請求項1に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が末端官能化されている、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリマー加工助剤がフッ素系熱可塑性物質である、請求項1に記載の組成物。
- 前記ポリマーバインダーが、ポリオレフィン、ポリオレフィンコポリマー、ポリスチレン、ポリスチレンコポリマー、ポリアクリレート、ポリメタクリレート、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、フルオロポリマー、液晶ポリマー、ポリアミド、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリウレタン、熱可塑性エラストマー、エポキシ、アルキド樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、尿素、ビニルエステルまたはその組み合わせである、請求項2に記載の組成物。
- 前記干渉成分が、顔料、炭素繊維、光安定剤、熱安定剤、帯電防止剤、ヒドロタルサイト、ブロッキング防止剤、ガラス繊維、カーボンブラック、酸化アルミニウム、シリカ、マイカ、潤滑剤、炭酸カルシウム、または反応性もしくは極性基を有する1種または複数種のポリマーのうちの少なくとも1つを含む、請求項3に記載の組成物。
- 反応性もしくは極性基を有する前記の少なくとも1種類のポリマーが、ポリアミド、ポリイミド、官能性ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアクリレート、メタクリレート、またはその組み合わせを含む、請求項9に記載の組成物。
- 前記干渉成分が、木粉、木部繊維、おがくず、かんな屑、新聞用紙、紙、亜麻、麻、もみ殻、ケナフ、ジュート、サイザル、ピーナッツ殻またはその組み合わせを含むセルロース系干渉成分である、請求項3に記載の組成物。
が挙げられる。 - 前記組成物が加工されて、建築材料および自動車部品が形成される、請求項3に記載の組成物。
- 前記ポリマー加工助剤がポリテトラフルオロエチレンである、請求項7に記載の組成物。
- 前記ポリマー加工助剤が、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、およびテトラフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマーから誘導される、請求項1に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が、ポリスチレン−b−メタクリル酸無水物、ポリスチレン−b−4−ビニルピリジン、ポリイソプレン−b−メタクリル酸無水物、ポリイソプレン−b−4−ビニルピリジン、ポリブタジエン−b−メタクリル酸無水物、ポリブタジエン−b−4−ビニルピリジン、ポリエチレン−b−メタクリル酸無水物、ポリエチレン−b−4−ビニルピリジン、ポリエチレン−プロピレン−b−メタクリル酸無水物、ポリエチレン−プロピレン−b−4−ビニルピリジン、マレイン酸変性(maleated)ポリエチレン、ポリステアリルメタクリレート−b−メタクリル酸無水物、ポリステアリルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン、ポリベヘニルメタクリレート−b−メタクリル酸無水物、ポリベヘニルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン、およびその組み合わせを含む、請求項1に記載の組成物。
- (a)カップリング剤;
(b)ポリマー加工助剤;
を含む組成物であって、ポリマーバインダーおよびセルロース系干渉成分と共に溶融加工すると、前記カップリング剤が、前記ポリマーバインダーと前記干渉成分との間の界面張力を低減することができる、組成物。 - (a)ポリマーバインダー;
(b)セルロース系干渉成分;
(c)カップリング剤;
(d)ポリマー加工助剤;
を含有する組成物。 - 前記カップリング剤が、官能性ポリオレフィン、シラン、チタネート、ジルコネート、制御ポリマー構造を有する組成物、またはその組み合わせを含む、請求項17に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が両親媒性ブロックコポリマーである、請求項17に記載の組成物。
- 前記カップリング剤が、ポリスチレン−b−メタクリル酸無水物、ポリスチレン−b−4−ビニルピリジン、ポリイソプレン−b−メタクリル酸無水物、ポリイソプレン−b−4−ビニルピリジン、ポリブタジエン−b−メタクリル酸無水物、ポリブタジエン−b−4−ビニルピリジン、ポリエチレン−b−メタクリル酸無水物、ポリエチレン−b−4−ビニルピリジン、ポリエチレン−プロピレン−b−メタクリル酸無水物、ポリエチレン−プロピレン−b−4−ビニルピリジン、ポリステアリルメタクリレート−b−メタクリル酸無水物、ポリステアリルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン、ポリベヘニルメタクリレート−b−メタクリル酸無水物、ポリベヘニルメタクリレート−b−4−ビニルピリジン、マレイン酸変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、ポリエチレン−アクリル酸コポリマー、ポリプロピレン−アクリル酸コポリマーおよびその組み合わせを含む、請求項19に記載の組成物。
- 前記ポリマー加工助剤がポリテトラフルオロエチレンである、請求項17に記載の組成物。
- 前記ポリマー加工助剤が、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、およびテトラフルオロエチレンのホモポリマーまたはコポリマーから誘導される、請求項17に記載の組成物。
- 前記ポリマーバインダーがポリエチレンであり、かつ溶融加工すると、前記組成物が、3%以下の吸水率値、2200MPa以上の曲げ弾性率、または36MPa以上の引張り強さのうちの少なくとも1つを有する、請求項17に記載の組成物。
- 請求項3に記載の組成物を溶融加工することを含む、物品を形成する方法。
- 溶融加工した場合に、前記組成物がメルトフラクチャーを示さない、請求項24に記載の方法。
- 前記溶融加工が、押出し成形、射出成形、バッチ混合、および回転成形を含む、請求項24に記載の方法。
- 前記組成物が、3%以下の吸水率値、2200MPa以上の曲げ弾性率、または36MPa以上の引張り強さのうちの少なくとも1つを有する、請求項24に記載の方法。
- 請求項17に記載の組成物を溶融加工することを含む、物品を形成する方法。
- 前記方法を用いて、建築材または自動車部品を形成する、請求項27に記載の方法。
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