JP2010533773A - 官能化ポリマー、該ポリマーから調製される物品、およびそれらを作製するための方法 - Google Patents

官能化ポリマー、該ポリマーから調製される物品、およびそれらを作製するための方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供する。好ましい実施例において、組成物は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含み、少なくとも1種の補助剤は、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。

Description

先行出願の参照
本出願は、参照により本明細書に全内容が組み入れられる、2007年7月16日出願の仮特許出願第60/950,006号の利益を主張する。
本発明は、官能化ポリマー、該ポリマーを含有する組成物、それらから調製される物品、およびそれらを生成するための方法に関する。具体的には、本発明は、ある特定の補助剤を使用した、プロピレン系ポリマー等のポリオレフィンのラジカル溶融官能化(radical melt functionalization)(複数可)を提供する。そのような官能化プロセスによって、補助剤を用いない溶融官能化反応から形成される官能化ポリマーに比べ、分子量が高い官能化ポリマーが得られる。
ポリマー化学における大きな課題の1つは、依然として、ポリプロピレン(PP)への極性および/または官能性の導入である。この困難さは、典型的には、配位触媒が極性モノマーを寛容でき、かつ成長するポリプロピレン骨格に極性モノマーを組み込むことができないこと、また溶融または溶液状態におけるラジカル官能化反応中の、ポリプロピレンのβ切断による総分子量の低下に起因する。ポリプロピレンは、当技術分野において開示されているようなフリーラジカル機構により官能化されている。
Exchange and Free Radical Grafting Reactions in Reactive Extrusion、Makromol.Chem.、Macromol.Symp.、1993年、75、137〜157頁は、ポリプロピレンへの無水マレイン酸(MAH)のグラフトにおける、N−ビニルピロリドン、スチレン、α−メチルスチレン、およびメチルメタクリレートを含む補助剤の使用を開示している。電子供与モノマー、具体的にはスチレンの存在が、ポリプロピレンの収量の改善および分解の低減に効果的であると開示された。
Control of Degradation Reactions during Radical Functionalization of Polypropylene in the Melt、Macromolecules、2004年、37、8414〜8423頁は、ポリプロピレンのラジカル溶融マレイン化中の分解の低減のための、ブチル3−(2−フラニル)プロペノエート、エチル2−カルボキシエチル−3−(2−フラニル)プロペノエート、およびエチルシアノ−3−(2−フラニル)プロペノエート等のフラン誘導体の使用を開示している。記載されている補助剤は、電子吸引基を有する二重結合に共役した複素環式芳香環を有する。
国際公開番号WO2004/113399A2は、少なくとも1つの−HC=CR1R2基(ここで、R1およびR2のうちの少なくとも1つが電子受容体である)に共役した電子供与複素環式芳香環を有する少なくとも1種のグラフト化合物を使用した、ポリオレフィンの制御されたラジカルグラフトを開示している。
日本特許公報JP06172459(要約)は、α−メチルスチレンを含むスチレン系材料の存在下で改質剤を使用した、過酸化物によるポリオレフィンの改質を開示している。
Heterogeneous Grafting of Maleic Anhydride and α−Methylstyrene from Atactic Polypropylene、Die Angewandte Makromolekulare Chemie、1997年、251、37〜48頁(Nr.4326)は、アタクチックポリプロピレンへの無水マレイン酸のグラフトにおけるα−メチルスチレンの使用を開示している。α−メチルスチレンの使用の重要性は、無水マレイン酸のオリゴマー化および続くその分解による着色の防止(prevention of color)である。
Radical Mediated Modification of Polypropylene;Selective Grafting Via Polyally Coagents、J.Polym.Sci.:Part A:Poly.Chem.2005年、43、4882〜4893頁は、ポリプロピレンへの無水マレイン酸のラジカルグラフトにおける補助剤としての、トリアリルトリメリテート(TAM)の使用を開示している。トリアリルトリメリテートは、β−切断分解プロセスと競合するカップリング機構を介したポリプロピレン分解の低減に有効である。
Reactive Extrusion:A New Tool for the Diversification of Polymeric Materials、Macromol.Symp.、87、37〜58頁(1994年)は、スチレンを使用したポリオレフィンへの無水マレイン酸のグラフトを含む、いくつかのポリマー系の反応押出プロセスを開示している。
Study on Styrene−Assisted Melt Free−Radical Grafting of Maleic Anhdride onto Polypropylene、Polymer、2001年、42、3419〜3425年は、ポリプロピレンへの無水マレイン酸およびスチレンのフリーラジカル溶融グラフトを開示している。
Radical reactions on Polypropylene in the Solid State、Progress in Polymer Science、2002年、27、1195〜1282頁は、ポリプロピレンへのスチレンおよび無水マレイン酸の固体共グラフトを開示している。
Alternating Copolymer Graft Copolymers v.“Carboxylation”of Polymers by In−situ Spontaneous Bulk Polymerization of Styrene−Maleic Anhydride Complex、Polymer Letters Edition、第10巻、95〜100頁(1972年)は、骨格上に交互スチレン−無水マレイン酸単位を含有するコポリマーの形成におけるスチレンの使用を開示している。
Alternating Copolymer Grafting onto Polymer Films by a Vapor−Phase Grafting Technique,Polymer Letters Edition、第10巻、823〜828頁(1972年)は、無水マレイン酸またはエチルマレイミドと併せて追加のコモノマーを使用した、交互コポリマーグラフトのためのプロセスを開示している。
プロピレン系ポリマーの分子量を維持しつつ、またはそのプロピレン系ポリマーの分子量低下を実質的に低減しつつ、そのプロピレン系ポリマーを効果的に官能化するための低コストプロセスの必要性が依然として存在する。好ましくは、官能化は、溶融反応押出プロセスにおいて行われる。さらに、界面活性および反応性が改善された、高分子量官能化プロピレン系ポリマーの必要性が存在する。加えて、靱性が改善され、また接着性が改善されたそのようなポリマーの必要性が存在する。これらの必要性およびその他の必要性のいくつかは、以下の発明により達成された。
本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、シス/トランス異性体を含む以下の構造(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)
Figure 2010533773
(式中、D1、D2、D3およびD4は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、D1、D2、D3またはD4と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有し、
「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1、好ましくは1:1から5:1であり、
構造(I)〜(V)から選択される補助剤は、1つのみのフェニル基を含有するわけではない、または1つのみのフリル基を含有するわけではない。フリーラジカルのモル量は、過酸化物からのラジカルの理論的収量から決定される。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマー、好ましくはプロピレン系インターポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
補助剤は、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超える最高被占軌道(HOMO)エネルギー準位を有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、補助剤は、以下の構造(VI)
Figure 2010533773
(式中、Rは、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基である)を有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(VII)および(VIII)
Figure 2010533773
(式中、D1およびD2は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1は、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R1は、D1またはD2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(IX)、(X)、(XI)、(XII)および(XIII)
Figure 2010533773
Figure 2010533773
(式中、D1、D2およびD3は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R’は、炭化水素基、または置換炭化水素基であるか、あるいはR’COOHはCOOH(R’が存在しない)であり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、D1、D2、またはD3と同じ化学構造を有さず、R’は、−(CH−基(n=0から5である)であり、
R’COOHは、D1、D2、D3、R1またはR2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
また、本発明は、本発明の組成物から調製される物品、ならびに本発明の組成物および本発明の物品を作製する方法を提供する。
概要
上述したように、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)
Figure 2010533773
(式中、D1、D2、D3およびD4は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、D1、D2、D3またはD4と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有し、
「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1であり、
構造(I)〜(V)から選択される補助剤は、1つのみのフェニル基を含有するわけではない、または1つのみのフリル基を含有するわけではない。
さらなる実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、1:1から5:1である。フリーラジカルのモル量は、過酸化物からのラジカルの理論的収量から決定される。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(II)、(III)、(IV)および(V)
Figure 2010533773
からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、構造(I)
Figure 2010533773
の置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、構造(II)
Figure 2010533773
の置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、構造(III)
Figure 2010533773
の置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、構造(IV)
Figure 2010533773
の置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、構造(V)
Figure 2010533773
の置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、
Figure 2010533773
からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、補助剤は、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超えるHOMOを有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、補助剤は、以下の構造(VI)
Figure 2010533773
(式中、Rは、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基である)を有する。さらなる実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1である。別の実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、1:1から5:1である。フリーラジカルのモル量は、過酸化物からのラジカルの理論的収量から決定される。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系インターポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
補助剤は、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超えるHOMOを有する。さらなる実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比のモル比は、0.5:1から5:1である。別の実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比のモル比は、1:1から5:1である。フリーラジカルのモル量は、過酸化物からのラジカルの理論的収量から決定される。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、
Figure 2010533773
Figure 2010533773
からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、
Figure 2010533773
Figure 2010533773
からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(VII)および(VIII)
Figure 2010533773
(式中、D1およびD2は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1は、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R1は、D1またはD2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
また、本発明は、少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物を提供し、
少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(IX)、(X)、(XI)、(XII)および(XIII)
Figure 2010533773
(式中、D1、D2およびD3は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R’は、炭化水素基、または置換炭化水素基であるか、あるいはR’COOHはCOOH(R’が存在しない)であり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、D1、D2、またはD3と同じ化学構造を有さず、R’は、−(CH−基(n=0から5である)であり、
R’COOHは、D1、D2、D3、R1またはR2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
一実施形態において、R’は、−(CH−基であり、式中、n=0から5、好ましくはn=0から3である。別の実施形態において、R’は、アルキル基または置換アルキル基である。別の実施形態において、R’COOHは、COOH(R’が存在しない)である。
一実施形態において、少なくとも1種の補助剤は、
Figure 2010533773
からなる群から選択される。
別の実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1である。別の実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、1:1から5:1である。フリーラジカルのモル量は、過酸化物からのラジカルの理論的収量から決定される。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
好ましい実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン系インターポリマーである。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、以下の特性のうちの少なくとも1つを有する:
(i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラー(regio-error)に対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、
(ii)約−1.20を超える歪み指数(skewness index)Six、
(iii)本質的に同じ状態を保つTmeに関するDSC曲線、およびインターポリマー中のコモノマーの量が増加するにつれて減少するTMax、ならびに
(iv)チーグラー−ナッタ触媒で調製された同等のインターポリマーよりも多くのγ型結晶を示すX線回折パターン。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、以下の特性のうちの少なくとも1つを有する:
(i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、
(ii)約−1.20を超える歪み指数Six、ならびに
(iii)本質的に同じ状態を保つTmeに関するDSC曲線、およびインターポリマー中のコモノマーの量が増加するにつれて減少するTMax
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、以下の特性のうちの少なくとも1つを有する:
(i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、および
(ii)約−1.20を超える歪み指数Six。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピークを有する。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーまたはプロピレン/エチレンインターポリマーである。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーであり、α−オレフィンは、C3〜C10α−オレフィンである。さらなる実施形態において、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.83g/ccから0.90g/ccの密度を有する。別の実施形態において、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.1g/10分から100g/10分のメルトフローレート(MFR)を有する。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、プロピレン/エチレンインターポリマーは、0.83g/ccから0.90g/ccの密度を有する。別の実施形態において、プロピレン/エチレンインターポリマーは、0.1g/10分から100g/10分のメルトフローレート(MFR)を有する。
プロピレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを含み得る。
プロピレン/α−オレフィンインターポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを含み得る。
プロピレン/エチレンインターポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを含み得る。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む物品を提供する。一実施形態において、物品は、自動車部品、ジオメンブレン、電気ケーブル絶縁材、および包装材料からなる群から選択される。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むフィルムを提供する。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む繊維を提供する。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むタイ層を提供する。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むブロー成形された物品を提供する。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む射出成形された物品を提供する。
また、本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むシートを提供する。一実施形態において、シートは、押し出されたシートである。別の実施形態において、シートは、熱成形されたシートである。
また、本発明は、本発明の組成物を反応させることにより形成される官能化プロピレン系ポリマーを提供する。さらなる実施形態において、反応は、固体反応である。
また、本発明は、本発明の組成物を溶融反応させることにより形成される官能化プロピレン系ポリマーを提供する。さらなる実施形態において、反応は、押出機内で行われる。
また、本発明は、本発明の官能化プロピレン系ポリマーを含む組成物を提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む物品を提供する。一実施形態において、物品は、自動車部品、ジオメンブレン、電気ケーブル絶縁材、および包装材料からなる群から選択される。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むフィルムを提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む繊維を提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むタイ層を提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むブロー成形された物品を提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む射出成形された物品を提供する。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むシートを提供する。一実施形態において、シートは、押し出されたシートである。一実施形態において、シートは、熱成形されたシートである。
官能化プロピレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
官能化プロピレン系ポリマーを含む本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む本発明の物品は、本明細書に記載の2つ以上の実施形態の組合せを含み得る。
また、本発明は、官能化プロピレン系ポリマーを形成するための方法を提供し、前記方法は、本発明の組成物を反応させるステップを含む。一実施形態において、反応は、固体反応である。
別の実施形態において、前記方法は、本発明の組成物を溶融反応させるステップを含む。さらなる実施形態において、溶融反応は、押出機内で行われる。
別の実施形態において、組成物を溶融反応させる前に、少なくとも1種の補助剤および少なくとも1種のグラフト剤の両方が、少なくとも1種のプロピレン系ポリマー中に吸収(imbibe)される。さらなる実施形態において、組成物は、吸収プロセス中、乾燥ブレンドの形態である。別の実施形態において、吸収は、室温で行われる。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、グラフト剤および補助剤の前に押出機に加えられる。別の実施形態において、グラフト剤は、補助剤の前に押出機に加えられる。
本発明の方法は、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを含み得る。
補助剤
ラジカルの求電子性/求核性の概念および最高被占軌道(HOMO)エネルギー準位計算を使用して、ラジカル官能化中の分子量低下が実質的に低減されたマレイン化プロピレンポリマーをもたらす補助剤候補が特定される。補助剤のほとんどは、それ自体ポリマー分解を妨げるわけではなく、無水マレイン酸と補助剤との間の相乗効果があることが発見された。その改善された分子量、ならびに、酸、酸無水物、無水物およびアミンの極性官能基を有する本発明の官能化ポリプロピレンは、強靭化、接着、ポリマーブレンド適合化、分散、塗布性等の改善につながり得る、増加した界面活性および反応性を有するはずである。
過酸化物の熱分解によるラジカルの生成後、グラフト化プロセスにおいて重要な第1ステップは、ポリプロピレンマクロラジカルにつながるポリプロピレン上の第三級水素の引き抜きであると考えられる。ポリプロピレンマクロラジカルは、フリーラジカルをポリマー骨格から転座させる効果を有するような手法でそのラジカルがいくつかの種により阻止/安定化されない限り、または、不均化もしくは再結合等のいくつかの手段によりフリーラジカルが他のいくつかの種と反応してラジカル鎖を停止させる生成物を生成しない限り、β切断プロセスによりすぐにPP分解をもたらす。
これに基づき、ポリプロピレンマクロラジカルの補助剤との迅速で効果的な反応が、ポリプロピレンを分解することなくポリプロピレンを官能化するための重要なステップの1つである。不飽和物質と反応するポリプロピレンマクロラジカルの求電子性の概念を用いて、不飽和物質の最高被占軌道(HOMO)の分子軌道計算を使用して補助剤候補を特定することができる。エレクトロンボルト(eV)単位のHOMOエネルギーを使用して、不飽和物質の求核性を評価することができる。不飽和物質がより求核性であるほど、HOMOエネルギーはより負ではない、つまり、HOMOがより高準位に存在する。
考慮される不飽和物質の構造およびHOMOエネルギーは、SPARTAN分子軌道プログラムパッケージに含まれている、密度関数理論(B3LYP)(A.D,Becke、Phys.Rev.A38、3098頁(1988年);およびC.Lee、W.Yang、R.G.Parr、Phys.Rev.B37、785頁(1988年)を参照)、および6−31G*基底系(P.C.HariharanおよびJ.A.Pople、Chem.Phys.Lett.66、217頁(1972年)を参照)、ならびにIBMワークステーションおよびXPオペレーティングシステム(SPARTANはWavefunction,Inc.(18401 Von Karman Avenue,Suite 370,Irvine,CA 92715)の製品である;Spartan ’04 Mechanics Program:(P6/X86);Spartan ’04 Properties rogram(P6/X86))を用いて最適化された。
例えば、N−ビニルピロリジノン(60電子)のHOMO計算では、以下の結果が得られた。a)HOMOは分子軌道(MO)#30;b)対応固有値−0.21963auおよび−5.97645eVは、それぞれ原子単位(au)およびエレクトロンボルト(eV)でのHOMOエネルギーである(備考:1au=27.21eV、したがって−0.21963au=−5.97645eV)。
様々な潜在的補助剤としては、表1および2に示されるものが挙げられるが、これらに限定されない。不飽和基に加えて第2の官能基、例えばカルボン酸またはアミンを有する補助剤材料は、表2に列挙されている。
Figure 2010533773
Figure 2010533773
二供与性補助剤(double-donating coagent)例えば、不飽和の1位および2位に2つの供与基を有する不飽和分子は、さらなる共鳴安定化を提供し、これによりポリプロピレン分解が低下するはずである。そのような二供与性補助剤の例としては、トランス−スチルベン、1,1−ジフェニルエチレン、および2−スチリル−N−メチルピロールが挙げられるが、これらに限定されない。
官能化補助剤は、ポリプロピレンマクロラジカルを安定化させる能力を有し、またカルボン酸、アミン、無水物等のさらなる極性官能基を含有する。極性官能基の存在は、無水マレイン酸等の第3のグラフト成分の必要性を排除する。そのような補助剤の例としては、3−(2−フリル)アクリル酸、トランス−3−インドールアクリル酸、およびインドールが挙げられるが、これらに限定されない。
効果的な補助剤は、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超える最高被占軌道(HOMO)エネルギー準位を有することを、出願人らは発見した。また、使用される補助剤の量に対する過酸化物からのラジカルの理論的収量がまた、グラフトのレベルを維持または改善しつつ、ポリマー切断を最小限化するために必要な補助剤の量の決定に重要であることを、出願人らは発見した。好ましい実施形態において、「補助剤(複数可)」対「過酸化物(複数可)から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1、より好ましくは1:1から5:1である。
一実施形態において、補助剤は、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)
Figure 2010533773
Figure 2010533773
(式中、D1、D2、D3およびD4は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、D1、D2、D3またはD4と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有し、
「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比のモル比は、0.5:1から5:1、好ましくは1:1から5:1であり、
構造(I)〜(V)から選択される補助剤は、1つのみのフェニル基を含有するわけではない、または1つのみのフラニル基を含有するわけではない。
一実施形態において、R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、Hまたは直鎖もしくは分岐鎖のC1〜C20、もしくはC1〜C10、もしくはC1〜C8、もしくはC1〜C6ヒドロカルビル基である。別の実施形態において、R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、Hである。
別の実施形態において、R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、Hまたは直鎖−(CH−CHであり、式中、nは1以上であり、好ましくは、nは1から9、より好ましくは1から7、さらにより好ましくは1から5である。
別の実施形態において、R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、Hまたは−CH、−CHCH、−CHCHCH、−CHCHCHCH、−CH(CH)CH、−CH(CH)CHCH、−CHCH(CH)CH、−CH(CH)CHCHCH、−CHCH(CH)CHCH、および−CHCHCH(CH)CHである。別の実施形態において、R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、Hまたは−CHである。
別の実施形態において、各構造I、II、III、IV、およびVは、炭素二重結合に結合した1つのみのフェニル基(−C)を含有するわけではない。
別の実施形態において、補助剤は、
Figure 2010533773
からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
別の実施形態において、補助剤は、以下の構造(VI)
Figure 2010533773
(式中、Rは、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基である)を有する。
さらなる実施形態において、Rは、Hまたは直鎖もしくは分岐鎖のC1〜C20、好ましくはC1〜C10、より好ましくはC1〜C8、さらにより好ましくはC1〜C6ヒドロカルビル基である。
別の実施形態において、Rは、Hまたは直鎖−(CH−CHであり、式中、nは1以上であり、好ましくは、nは1から9、より好ましくは1から7、さらにより好ましくは1から5である。
別の実施形態において、Rは、Hまたは−CH、−CHCH、−CHCHCH、−CHCHCHCH、−CH(CH)CH、−CH(CH)CHCH、−CHCH(CH)CH、−CH(CH)CHCHCH、−CHCH(CH)CHCH、および−CHCHCH(CH)CHである。
別の実施形態において、Rは、Hまたは−CHである。別の実施形態において、Rは、Hである。
さらなる実施形態において、「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1、好ましくは1:1から5:1である。
別の実施形態において、補助剤は、以下の構造(VII)および(VIII)
Figure 2010533773
(式中、D1およびD2は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1は、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、R1は、D1またはD2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
さらなる実施形態において、R1は、Hまたは直鎖もしくは分岐鎖のC1〜C20、好ましくはC1〜C10、より好ましくはC1〜C8、さらにより好ましくはC1〜C6ヒドロカルビル基である。別の実施形態において、R1は、水素である。
別の実施形態において、R1は、Hまたは直鎖−(CH−CHであり、式中、nは1以上であり、好ましくは、nは1から9、より好ましくは1から7、さらにより好ましくは1から5である。
別の実施形態において、R1は、Hまたは−CH、−CHCH、−CHCHCH、−CHCHCHCH、−CH(CH)CH、−CH(CH)CHCH、−CHCH(CH)CH、−CH(CH)CHCHCH、−CHCH(CH)CHCH、および−CHCHCH(CH)CHである。別の実施形態において、R1は、Hまたは−CHである。別の実施形態において、R1は、Hである。
別の実施形態において、各構造VIIおよびVIIIは、炭素二重結合に結合した1つのみのフェニル基(−C)を含有するわけではない。
別の実施形態において、補助剤は、以下の構造(IX)、(X)、(XI)、(XII)および(XIII)
Figure 2010533773
Figure 2010533773
(式中、D1、D2およびD3は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
R’は、炭化水素基、または置換炭化水素基であるか、あるいはR’COOHはCOOH(R’が存在しない)であり、
R1およびR2は、それぞれ、独立して、D1、D2、またはD3と同じ化学構造を有さず、
R’COOHは、D1、D2、D3、R1またはR2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する。
一実施形態において、R’は、−(CH−基であり、式中、n=0から5、好ましくはn=0から3である。別の実施形態において、R’は、アルキル基または置換アルキル基である。別の実施形態において、R’COOHは、COOH(R’が存在しない)である。
別の実施形態において、R1およびR2は、それぞれ、独立して、Hまたは直鎖もしくは分岐鎖のC1〜C20、好ましくはC1〜C10、より好ましくはC1〜C8、さらにより好ましくはC1〜C6ヒドロカルビル基である。
別の実施形態において、R1およびR2は、それぞれ、独立して、Hまたは直鎖−(CH−CHであり、式中、nは1以上であり、好ましくは、nは1から9、より好ましくは1から7、さらにより好ましくは1から5である。
別の実施形態において、R1およびR2は、それぞれ、独立して、Hまたは−CH、−CHCH、−CHCHCH、−CHCHCHCH、−CH(CH)CH、−CH(CH)CHCH、−CHCH(CH)CH、−CH(CH)CHCHCH、−CHCH(CH)CHCH、および−CHCHCH(CH)CHである。別の実施形態、R1およびR2は、それぞれ、独立して、Hまたは−CHである。別の実施形態において、R1およびR2は、それぞれ、水素である。
プロピレン系ポリマー
好適なプロピレン系ポリマーとしては、プロピレンホモポリマー、プロピレンインターポリマーが挙げられる。ポリプロピレンホモポリマーは、アイソタクチック、シンジオタクチック、またはアタクチックポリプロピレンであってもよい。プロピレンインターポリマーは、ランダムもしくはブロックコポリマー、またはプロピレン系ターポリマーであってもよい。ポリプロピレンの反応器コポリマー(reactor copolymer)を使用することもできる。
プロピレンとの重合に好適なコモノマーとしては、エチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、ならびに4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、5−メチル−1−ヘキセン、ビニルシクロヘキサン、およびスチレンが挙げられる。好ましいコモノマーは、エチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、および1−オクテンが挙げられ、より好ましくはエチレンが挙げられる。
任意選択で、プロピレン系ポリマーは、好ましくはジエンまたはトリエンである少なくとも2つの二重結合を有するモノマーを含んでもよい。好適なジエンおよびトリエンコモノマーとしては、7−メチル−1,6−オクタジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、5,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、3,7,11−トリメチル−1,6,10−オクタトリエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエン、1,3−ブタジエン、1,6−ヘプタジエン、1,7−オクタジエン、1,8−ノナジエン、1,9−デカジエン、1,10−ウンデカジエン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、またはこれらの混合物が挙げられ、好ましくは、ブタジエン、ヘキサジエン、およびオクタジエンであり、最も好ましくは、1,4−ヘキサジエン、1,9−デカジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、および5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)が挙げられる。
さらなる不飽和コモノマーとしては、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、ノルボルナジエン、およびジシクロペンタジエン;スチレン、o−、m−およびp−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレンを含むC8〜40ビニル芳香族化合物;ならびに、クロロスチレンおよびフルオロスチレン等のハロゲン置換C8〜40ビニル芳香族化合物が挙げられる。
特に目的とするプロピレンインターポリマーとしては、プロピレン/エチレン、プロピレン/1−ブテン、プロピレン/1−ヘキセン、プロピレン/4−メチル−1−ペンテン、プロピレン/1−オクテン、プロピレン/エチレン/1−ブテン、プロピレン/エチレン/ENB、プロピレン/エチレン/1−ヘキセン、プロピレン/エチレン/1−オクテン、プロピレン/スチレン、およびプロピレン/エチレン/スチレンがあ挙げられ、好ましくは、プロピレン/エチレンインターポリマーが挙げられる。好適なポリプロピレンは、当分野の技術内の手段により、例えば、シングルサイト触媒(メタロセンもしくは拘束幾何(constrained geometry))またはチーグラーナッタ触媒を使用して形成される。プロピレンおよび任意選択のコモノマー、例えばエチレン、またはα−オレフィンモノマーは、例えば、Galliら、Angew.Macromol.Chem.、第120巻、73頁(1984年)、またはE.P.Mooreら、Polypropylene Handbook、Hanser Publishers、New York、1996年、特に11〜98頁により開示されているような当分野の技術内の条件下で重合される。ポリプロピレンポリマーとしては、Shell社のKF6100ホモポリマーポリプロピレン、Solvay社のKS4005ポリプロピレンコポリマー、Solvay社のKS300ポリプロピレンターポリマー、およびThe Dow Chemical Companyから入手可能なINSPIRE(商標)ポリプロピレン樹脂が挙げられる。さらなるプロピレン系インターポリマーとしては、全内容が本明細書に組み入れられる米国仮特許出願第60/988,999号(2007年11月19日出願)に記載のものが挙げられる。
50モルパーセント超(重合性モノマーの総モルを基準として)の重合プロピレンを含有するプロピレン/α−オレフィンインターポリマーが、本発明の範囲内に含まれる。好適なポリプロピレン系ポリマーとしては、VERSIFY(商標)ポリマー(The Dow Chemical Company)およびVISTAMAXX(商標)ポリマー(ExxonMobil Chemical Co.)、LICOCENE(商標)ポリマー(クラリアント社)、EASTOFLEX(商標)ポリマー(Eastman Chemical Co.)、REXTAC(商標)ポリマー(Hunstman社)、VESTOPLAST(商標)ポリマー(Degussa社)、PROFAX PF−611およびPROFAX PF−814(Montell社)が挙げられる。
好ましい実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン、および典型的にはエチレン、および/または1種または複数種の不飽和コモノマーを含み、以下の特性、すなわち、(i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、(ii)約−1.20を超える歪み指数Six、(iii)本質的に同じ状態を保つTmeに関するDSC曲線、およびインターポリマー中のコモノマー(すなわちエチレンおよび/または不飽和コモノマー(複数可)に由来する単位)の量が増加するにつれて減少するTMax、ならびに(iv)チーグラー−ナッタ触媒で調製された同等のインターポリマーよりも多くのγ型結晶を示すX線回折パターンのうちの少なくとも1つ、好ましくは2つ以上を有することを特徴とする。好ましくは、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。特に好ましいプロピレン系ポリマーは、The Dow Chemical Companyから入手可能なVERSIFY(商標)ポリマーである。特性(i)において、2本の13C NMRピークの間隔は1.1ppmであることに留意されたい。この間隔は、極めて一定なはずである。これらのプロピレン系インターポリマーは、非メタロセン型の、金属中心へテロアリール配位子触媒を使用して作製される。典型的には、この実施形態のインターポリマーは、上記特性の少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つ、より好ましくは少なくとも3つ、さらにより好ましくは4つすべてにより特徴付けられる。
上記項目(iv)のX線特性に関して、「同等の」インターポリマーとは、10重量パーセント以内で同じモノマー組成、および10重量パーセント以内で同じMw(重量平均分子量)を有するものである。例えば、本発明のプロピレン/エチレン/1−ヘキセンインターポリマーが9重量パーセントのエチレンおよび1重量パーセントの1−ヘキセンであり、250,000のMwを有する場合、同等のポリマーは、8.1重量パーセントから9.9重量パーセントのエチレン、0.9重量パーセントから1.1重量パーセントの1−ヘキセン、および225,000から275,000のMwを有し、チーグラー−ナッタ触媒で調製される。
本発明のプロピレン系インターポリマーは、典型的には、(重合性モノマーの総重量を基準として)インターポリマーの少なくとも約60重量パーセント、好ましくは少なくとも約80重量パーセント、より好ましくは少なくとも約85重量パーセントの量のプロピレン由来単位を含む。プロピレン/エチレンインターポリマー中のエチレン由来単位の典型的な量は、(重合性モノマーの総重量を基準として)インターポリマーの少なくとも0.1重量パーセント、好ましくは少なくとも約1重量パーセント、より好ましくは少なくとも約5重量パーセントであり、これらのインターポリマー中に存在するエチレン由来単位の最大量は、典型的には、約35重量パーセント以下、好ましくは約20重量パーセント以下、より好ましくは約10重量パーセント以下である。存在する場合、さらなる不飽和コモノマー(複数可)由来単位の量は、典型的には、(重合性モノマーの総重量を基準として)インターポリマーの少なくとも約0.01重量パーセント、好ましくは少なくとも約1重量パーセント、より好ましくは少なくとも約5重量パーセントであり、さらなる不飽和コモノマー(複数可)由来単位の典型的な最大量は、典型的には約35重量パーセントを超えず、好ましくは約30重量パーセントを超えず、より好ましくは約20重量パーセントを超えない。エチレンおよび任意の不飽和コモノマーに由来する単位を合わせた総合量は、(重合性モノマーの総重量を基準として)インターポリマーの約40重量パーセントを超えず、好ましくは約30重量パーセントを超えず、より好ましくは約20重量パーセントを超えない。
好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン、エチレン、ならびに任意選択で1種または複数種の不飽和コモノマー、例えばC4〜C20α−オレフィン、C4〜C20ジエン、およびビニル芳香族化合物(例えばスチレン)のインターポリマーである。これらのインターポリマーは、(重合性モノマーの総重量を基準として)エチレンおよび不飽和コモノマー(複数可)に由来する単位を合わせた重量パーセントが約40重量パーセントを超えないことを条件として、少なくとも60重量パーセントのプロピレン由来単位、0.1重量パーセントから35重量パーセントのエチレン由来単位、および0重量パーセントから35重量パーセントの1種または複数種の不飽和コモノマー由来単位を含むことを特徴とする。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレンおよび1種または複数種の不飽和コモノマーに由来する単位を含む。これらのインターポリマーは、少なくとも約60重量パーセントのプロピレン由来単位、0.1重量パーセントから40重量パーセントの不飽和コモノマー(複数可)由来単位を有することを特徴とする。重量パーセントは、重合性モノマーの総重量を基準としている。
本発明の実践において使用される不飽和コモノマーとしては、C4〜C20α−オレフィン、特にC4〜C12α−オレフィン、例えば1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン等;C4〜C20ジオレフィン、好ましくは1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、ノルボルナジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)およびジシクロペンタジエン;スチレン、o−、m−、およびp−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレンを含むC8〜40ビニル芳香族化合物;ならびに、ハロゲン置換C8〜40ビニル芳香族化合物、例えばクロロスチレンおよびフルオロスチレン等が挙げられる。
一実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、0.1g/10分以上、好ましくは0.2g/10分以上、より好ましくは0.5g/10分以上のメルトフローレート(MFR)を有する。別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、100g/10分以下、好ましくは50g/10分以下、より好ましくは20g/10分以下のメルトフローレート(MFR)を有する。MFRは、ASTM D−1238(2.16kg、230℃)に従い測定される。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから10重量パーセントの範囲である。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、0.1g/10分から100g/10分、好ましくは0.5g/10分から50g/10分、より好ましくは1g/10分から10g/10分のメルトフローレート(MFR)を有する。本明細書において、0.1g/10分から100g/10分のすべての個々の値および部分範囲が含まれ、本明細書に開示される。MFRは、ASTM D−1238(2.16kg、230℃)に従い測定される。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから20重量パーセントの範囲である。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、0.90g/cc以下、好ましくは0.89g/cc以下、より好ましくは0.88g/cc以下の密度を有する。別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、0.83g/cc以上、好ましくは0.84g/cc以上、より好ましくは0.85g/cc以上の密度を有する。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから20重量パーセントの範囲である。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、0.83g/ccから0.90g/cc、好ましくは0.84g/ccから0.89g/cc、より好ましくは0.85g/ccから0.88g/ccの密度を有する。本明細書において、0.83g/ccから0.90g/ccのすべての個々の値および部分範囲が含まれ、本明細書に開示される。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから20重量パーセントの範囲である。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、6以下、好ましくは5.5以下、より好ましくは5以下の分子量分布を有する。別の実施形態において、分子量分布は、1.5以上、好ましくは2以上、より好ましくは2.5以上である。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから20重量パーセントの範囲である。
別の実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、1.5から6、より好ましくは2.5から5.5、より好ましくは3から5の分子量分布を有する。本明細書において、1.5から6のすべての個々の値および部分範囲が含まれ、本明細書に開示される。好ましい実施形態において、プロピレン系インターポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。さらなる実施形態において、インターポリマーのエチレン含量は、重合性モノマーの総重量を基準として、0.1重量パーセントから30重量パーセント、好ましくは0.5重量パーセントから25重量パーセント、より好ましくは1重量パーセントから20重量パーセントの範囲である。
上述のように、プロピレン系インターポリマーは、1種または複数種の活性剤、例えばアルモキサンと組み合わせて、金属中心へテロアリール配位子触媒を使用して作製することができる。ある特定の実施形態において、金属は、ハフニウムおよび/またはジルコニウムのうちの1つまたは複数である。より具体的には、触媒のある特定の実施形態において、ヘテロアリール配位子触媒には、ジルコニウム金属に比べハフニウム金属の使用が好ましいことが判明した。ある特定の実施形態において、触媒は、配位子および金属前駆体を含む組成物であり、任意選択で、活性剤、活性剤の組合せ、または活性剤パッケージを追加的に含んでもよい。
プロピレン系インターポリマーの作製に使用される触媒としては、特にオレフィン、ジオレフィン、またはその他の不飽和化合物であるモノマーとの重合および共重合反応を触媒する、補助配位子−ハフニウム錯体、補助配位子−ジルコニウム錯体、および任意選択で活性剤を含む触媒がさらに挙げられる。ジルコニウム錯体、ハフニウム錯体、組成物または化合物を使用することができる。金属−配位子錯体は、中性または荷電した状態であってもよい。金属に対する配位子の比率もまた変動し、厳密な比率は、配位子および金属−配位子錯体の性質に依存する。金属−配位子錯体(複数可)は、異なる形態をとることができ、例えば、モノマー、ダイマー、またはさらにより高次のものとなり得る。好適な触媒構造および関連した配位子は、米国特許第6,919,407号、第16段、6行目から第41段、23行目に記載されており、これは参照により本明細書に組み入れられる。
さらなる実施形態において、プロピレン系ポリマーは、(重合性モノマーの総重量を基準として)少なくとも50重量パーセントのプロピレン、および(重合性モノマーの総重量を基準として)少なくとも5重量パーセントのエチレンを含み、約14.6ppmおよび15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークを有し、ピークはほぼ等しい強度である(例えば米国特許第6,919,407号、第12段、64行目から第15段、51行目を参照)。
プロピレン系インターポリマーは、任意の好都合なプロセスにより作製することができる。一実施形態において、プロセス試薬、すなわち(i)プロピレン、(ii)エチレンおよび/または1種もしくは複数種の不飽和コモノマー、(iii)触媒、ならびに(iv)任意選択で溶媒および/または分子量調節剤(例えば水素)が、任意の好適な設計の単一反応槽、例えば撹拌槽、ループ、または流動床等に供給される。適切な条件下(例えば溶液、スラリー、気相、懸濁液、高圧等)で反応槽内でプロセス試薬を接触させて所望のポリマーを形成し、次いで反応器の産出物を回収して反応後処理を行う。反応器からの産出物のすべてを(単一パスまたはバッチ式反応器の場合のように)一度に回収することができ、または(重合を定常状態に維持するために試薬が添加される速度と同じ速度で産出ストリームが反応器から流出する連続プロセス反応器の場合のように)反応物のごく一部、典型的には微量部分を形成する流出ストリームの形態で回収することができる。
「反応物」とは、典型的には重合中または重合後の反応器内の内容物を意味する。反応物は、反応物質、溶媒(存在する場合)、触媒、ならびに生成物および副生成物を含む。回収された溶媒および未反応モノマーは、反応槽に再循環させることができる。好適な重合条件は、米国特許第6,919,407号、第41段、23行目から第45段、43行目に記載されており、これは参照により本明細書に組み入れられる。
プロピレン系ポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを有し得る。
プロピレン/α−オレフィンインターポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを有し得る。
プロピレン/エチレンインターポリマーは、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを有し得る。
グラフト反応を開始させるための過酸化物
分解してフリーラジカルを形成することによりグラフト反応を開始させることができる化合物の種類はいくつかあり、とりわけ、アゾ含有化合物、カルボン酸ペルオキシ酸(carboxylic peroxyacid)およびペルオキシエステル、アルキルヒドロペルオキシド、ならびにジアルキルおよびジアシルペルオキシドが含まれる。これらの化合物の多くとその特性は説明されている(参考文献:J.Branderup、E.Immergut、E.Grulke編集「Polymer Handbook」、第4版、Wiley、New York、1999年、セクションII、1〜76頁)。開始剤の分解により形成される種が、酸素系フリーラジカルであることが好ましい。開始剤が、カルボン酸ペルオキシエステル、ペルオキシケタール、ジアルキルペルオキシド、およびジアシルペルオキシドから選択されることがより好ましい。ポリマーの構造を変えるために一般的に使用されるより好ましい開始剤のいくつかを、以下に列挙する。また、それぞれの化学構造および理論的ラジカル収量も以下に示す。理論的ラジカル収量は、開始剤1モルあたり生成されるフリーラジカルの理論的な数である。過酸化物の場合、この値は、過酸化物官能基あたり2つのラジカルである。
Figure 2010533773
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グラフト剤(MAH他)
グラフト剤としては、無水マレイン酸およびその他の無水物を含有する化合物、ならびに酸を含有する化合物、さらにアミン、イミド等の他の官能基を含有する化合物が挙げられるが、これらに限定されない。グラフト剤は、プロピレン系ポリマーと反応してポリマーに官能基を導入する。
少なくとも1種の補助剤の存在下でのプロピレン系ポリマーのラジカル官能化の手法は、他の酸官能基または他の極性もしくは反応性官能基であってもよい、無水マレイン酸およびその誘導体以外のラジカルグラフト可能な種に拡張することができる。他の官能性物質またはモノマーとしては、メタクリル酸、アクリル酸、グリシジルメタクリレート、アクリルアミド、ビニルトリアルコキシシラン等が挙げられる。
本発明の好ましい実施形態は、無水マレイン酸でグラフトされたプロピレン系ポリマーを提供する。無水マレイン酸グラフトプロピレン系ポリマーは、少量の加水分解生成物および/または他の誘導体を含有しても含有しなくてもよい。
別の実施形態において、グラフト反応に使用される無水マレイン酸の量は、10phr(プロピレン系ポリマーの重量を基準とした百分率)以下、好ましくは5phr未満、より好ましくは0.5phrから10phr、さらにより好ましくは0.5phrから5phrである。本明細書において、0.05phrから10phrのすべての個々の値および部分範囲が含まれ、本明細書に開示される。
別の実施形態において、グラフト反応に使用される開始剤の量は、プロピレン系ポリマー100グラムあたりラジカル20ミリモル以下、好ましくはプロピレン系ポリマー100グラムあたりラジカル6ミリモル以下、より好ましくはプロピレン系ポリマー100グラムあたりラジカル3ミリモル以下である。本明細書において、プロピレン系ポリマー100グラムあたりラジカル0.01ミリモルから20ミリモルのすべての個々の値および部分範囲が含まれ、本明細書に開示される。
別の実施形態において、ポリオレフィン鎖にグラフトされた「無水マレイン酸構成要素」の量は、滴定分析、FTIR分析、または他の任意の適切な方法により決定される場合に、(プロピレン系ポリマーの重量を基準として)0.05重量パーセントを超える。さらなる実施形態において、この量は0.25重量パーセントを超え、さらなる実施形態において、この量は0.5重量パーセントを超える。好ましい実施形態において、0.25重量パーセントから2.0重量パーセントの無水マレイン酸がグラフトされる。0.05重量パーセントを超えるすべての個々の値および部分範囲が本発明の範囲内として考慮され、本明細書に開示される。
無水マレイン酸、ならびにその他多くの不飽和へテロ原子含有種が、過酸化物の存在下で、任意の従来の方法によりポリマーにグラフトされ得る。上述のように、過酸化物としては、過酸化ジクミル、ジ−tert−ブチルペルオキシド、過安息香酸t−ブチル、過酸化ベンゾイル、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルパーオクトエート、メチルエチルケトンペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシン、過酸化ラウロイル、および過酢酸tert−ブチルが挙げられる。当業者は、グラフト条件に必要な適切な過酸化物を選択することができる。
グラフト反応は、ポリマー骨格へのグラフトを最大限化し、プロピレン系ポリマーにグラフトされないグラフト剤のホモ重合、またはプロピレン系ポリマーにグラフトされないグラフト剤と補助剤の共重合等の副反応を最小限化する条件下で行われるべきである。ある割合の無水マレイン酸(および/またはその誘導体)がプロピレン系ポリマーにグラフトしないのは珍しいことではなく、一般に、未反応のグラフト剤を最小限化するのが望ましい。グラフト反応は、好ましくは、溶融物中で行われる。二軸押出機、単軸押出機、ブラベンダー等、多様な機器内でマレイン化を行うことができる。
本発明のさらなる実施形態は、その他のカルボニル含有化合物でグラフトされたプロピレン系ポリマーを提供する。一実施形態において、これらのグラフトプロピレン系ポリマーは、無水マレイン酸グラフトプロピレン系ポリマーに関して上述したのと同じまたは類似した分子量分布および/または密度を有することができる。別の実施形態において、これらのグラフトプロピレン系ポリマーは、上述のような無水マレイン酸グラフトプロピレン系ポリマーに使用されるものと同じまたは類似した量のグラフト化合物および過酸化物を使用して調製される。別の実施形態において、これらのグラフトプロピレン系ポリマーは、上述のようなグラフトされた無水マレイン酸のレベルと同じまたは同様のレベルのグラフトされた化合物を含有する。
さらなるカルボニル含有化合物としては、マレイン酸ジブチル、マレイン酸ジシクロヘキシル、マレイン酸ジイソブチル、マレイン酸ジオクタデシル、N−フェニルマレイミド、シトラコン酸無水物、テトラヒドロフタル酸無水物、ブロモ無水マレイン酸、クロロ無水マレイン酸、ナド酸無水物、メチルナド酸無水物、アルケニルコハク酸無水物、マレイン酸、フマル酸、フマル酸ジエチル、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、これらのエステル、これらのイミド、これらの塩、およびこれらのディールス−アルダー付加物が挙げられるが、これらに限定されない。
組成物
一実施形態において、組成物は、プロピレン系ポリマーと、過酸化物と、グラフト剤と、補助剤とを含む。
別の実施形態において、組成物は、プロピレン系ポリマーと、過酸化物と、補助剤とを含む。
別の実施形態において、過酸化物から生成されるラジカル(理論的収量)に対する補助剤のモル比は、0.5:1から5:1、好ましくは1:1から5:1、より好ましくは1:1から3:1である。
別の実施形態において、グラフト剤 対 過酸化物から生成されるラジカル(理論的収量)のモル比は、1から30、好ましくは2から20である。
別の実施形態において、補助剤に対するグラフト剤のモル比は、1から30、好ましくは2から20である。
典型的には、本発明の組成物は、1種または複数種の安定剤、例えば、ともにCiba Specialty Chemicals社から供給されているIrganox(商標)1010およびIrgafos(商標)168等の酸化防止剤を含有する。ポリマーは、典型的には、押出しまたは他の溶融プロセスの前に、1種または複数種の安定剤で処理される。他のポリマー添加剤としては、紫外線吸収剤、帯電防止剤、顔料、染料、核生成剤、フィラー、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、潤滑剤、安定剤、煙抑制剤、粘度調整剤、およびブロッキング防止剤が挙げられるが、これらに限定されない。
本発明の組成物は、本明細書に記載の2つ以上の好適な実施形態の組合せを含み得る。
官能化反応
本発明はまた、官能化プロピレン系ポリマーを形成するための方法を提供し、前記方法は、本発明の組成物を溶融ブレンドするステップを含む。溶融混合デバイスの一般利用可能性に加え、そのプロセスの速度により、マレイン化等の溶融官能化が望ましい。
好ましい実施形態において、官能化反応は、押出機内で行われる。別の実施形態において、反応は、ブラベンダーミキサー、ブッシュミキサーまたはファレルミキサー内で行われる。
別の実施形態において、官能化反応は、バッチ式ミキサー内で行われる。さらなる実施形態において、バッチ式ミキサーは、商業的寸法のものである。別の実施形態において、バッチ式ミキサーは、実験室規模またはパイロットプラント寸法のものである。
別の実施形態において、官能化反応は、固体反応である。
官能化反応およびプロセス条件、例えば温度(複数可)および圧力(複数可)、成分の添加順序、方法、ならびに成分の添加速度等は、当業者により決定され得る。
別の実施形態において、組成物を溶融反応させる前に、少なくとも1種の補助剤および少なくとも1種のグラフト剤の両方が、少なくとも1種のプロピレン系ポリマー中に吸収される。さらなる実施形態において、組成物は、吸収プロセス中、乾燥ブレンドの形態である。別の実施形態において、吸収は、室温で行われる。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、グラフト剤および補助剤の前に押出機に加えられる。別の実施形態において、グラフト剤は、補助剤の前に押出機に加えられる。
用途
本発明はまた、処理要素の独特の組合せおよび最終生成物における独特の物理的特性が必要とされる用途に、これらの官能化ポリマーを使用する方法に関する。また、本発明は、上述のように、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの成分をそれぞれ含む物品に関する。物品としては、成形物、フィルム、シート、および発泡物が挙げられるが、これらに限定されない。これらの物品は、成形、押出し、またはその他のプロセスにより調製することができる。官能化ポリマーは、接着剤、タイ層、ラミネート、ポリマーブレンド、およびその他の最終用途に有用である。得られる生成物は、断面形状(profile)、バンパーおよび装備品、もしくはタイヤ等の自動車の部品の製造に使用することができ、または、包装材料、電気ケーブル絶縁材、コーティング、ジオメンブレン、およびその他の用途の品の製造に使用することができる。さらなる物品としては、配合製剤、相溶化剤、接着剤、フィルム、粉末コーティング、ラミネート、分散液、塗料、コーティング、紙補強剤、複合材、繊維、布地、フィラー、およびその他の従来の熱可塑性製造品が挙げられる。
さらなる物品としては、弾性フィルムおよび繊維;ソフトタッチ用の品物、例えば歯ブラシの柄および器具の柄;ガスケットおよび断面形状;接着剤(ホットメルト接着剤および粘着剤を含む);履物の構成要素(靴底および靴の裏地を含む);自動車内装部品および断面形状;フォーム製品(開放気泡および独立気泡の両方);高密度ポリエチレン、アイソタクチックポリプロピレン、またはその他のオレフィンポリマー等の、その他の熱可塑性ポリマー用の衝撃改質剤;コーティングされた布地;ホース;チューブ;目詰め材;キャップの裏地;床;ならびに、潤滑剤用の、流動点調整剤としても知られる粘度指数調整剤が挙げられる。
官能化ポリマーはまた、少なくとも1つのフィルム層を備える物体、例えば単層フィルム、または多層フィルム中の少なくとも1つの層(そのようなフィルムは、キャスト、ブロー、カレンダ処理、または押出しコーティングプロセスにより調製される);成形物品、例えばブロー成形、射出成形、ロトモールド成形物品;押出物;繊維;および織布または不織布の調製に適している。官能化インターポリマーは、着色された物品における顔料保持を改善するために使用することができる。
特に実用的なのは、1種または複数種の本発明の官能化ポリマーを少なくとも部分的に含む、外側表面層を有する多成分繊維、例えばコア/シース繊維である。本発明のポリマーまたはブレンドから調製することができる繊維としては、短繊維、屑繊維、多成分、シース/コア、撚り糸、およびモノフィラメントが挙げられる。好適な繊維形成プロセスは、それぞれ参照することにより本明細書に組み入れられる米国特許第4,430,563号、第4,663,220号、第4,668,566号および第4,322,027号に開示されるようなスピンボンド(spinbonded)溶融ブロー技術、参照することにより本明細書に組み入れられる米国特許第4,413,110号に開示されるようなゲル紡糸繊維、参照することにより本明細書に組み入れられる米国特許第3,485,706号に開示されるような織布および不織布、または、ポリエステル、ナイロンもしくは綿等のその他の繊維とのブレンドを含む上記繊維から作られる構造物、熱成形物品、異形押出しおよび共押出しを含む押出形状物、カレンダ処理物品、ならびに延伸された、撚られた、もしくは捲縮された糸もしくは繊維を含む。
本明細書に記載の官能化ポリマーはまた、ワイヤおよびケーブルコーティング作業だけでなく、真空成形作業のためのシート押出しにおいて、および射出成形、ブロー成形またはロトモールドプロセスの使用を含む成形物品の形成に有用である。オレフィンポリマーを含む組成物はまた、ポリオレフィン処理の分野の当業者に周知の従来のポリオレフィン処理技術を使用して、前述したもの等の加工品として形成することもできる。
分散液(水性および非水性の両方)もまた、官能化ポリマーまたは該ポリマーを含む配合物を使用して形成することができる。本発明の官能化インターポリマーを含む起泡フォームもまた、2004年8月25日出願のPCT出願第2004/027593号に開示されるように形成することができる。また、ポリマーは、過酸化物、電子ビーム、シラン、アジド、またはその他の架橋技術の使用等、任意の既知の手段により架橋することができる。
用途−官能化オレフィンインターポリマーを含有する組成物およびブレンド
本発明の官能化オレフィンポリマーを含む熱可塑性組成物は、その他の天然もしくは合成ポリマー、添加剤、強化剤、耐着火添加剤、酸化防止剤、安定剤、着色剤、増量剤、架橋剤、発泡剤、および/または可塑剤とのブレンドを含み得る。
本発明のポリマーを含む任意の製剤に添加剤およびアジュバントを含めることができる。好適な添加剤としては、フィラー、例えば、粘土、タルク、二酸化チタン、ゼオライト、粉末金属を含む有機もしくは無機粒子、炭素繊維、窒化ケイ素繊維、スチールワイヤもしくはメッシュ、およびナイロンもしくはポリエステルコードを含む有機繊維または無機繊維、ナノサイズ粒子、粘土等;粘着付与剤(tackifier)、パラフィンもしくはナフタレン系油(napthelenic oil)を含む油展剤(oil extender);ならびに本発明によるその他のポリマーを含む他の天然および合成ポリマーが挙げられる。
組成物は、加工油、可塑剤、および加工助剤を含有し得る。ゴム加工油はある特定のASTM指定名を有し、パラフィン系、ナフテン系、または芳香族加工油がすべて使用に適している。一般に、全ポリマー100部あたり0部から150部、より好ましくは0部から100部、最も好ましくは0部から50部の油が使用される。さらなる加工助剤としては、従来のワックス、脂肪酸塩、例えばステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸亜鉛、グリコールを含む(ポリ)アルコール、グリコールエーテルを含む(ポリ)アルコールエーテル、(ポリ)グリコールエステルを含む(ポリ)エステル、およびそれらの金属塩誘導体、特に第1族もしくは第2族金属または亜鉛塩誘導体が挙げられる。
非水素化ゴム、例えば、ブロックコポリマーを含むブタジエンまたはイソプレンの重合化形態を含むもの等(以降ジエンゴム)は、ほぼ飽和した、または極めて飽和したゴムと比較して、UV、オゾン、および酸化に対する耐性がより低いことが知られている。より高濃度のジエン系ゴムを含有する組成物から作製されたタイヤ等の用途において、耐オゾン添加剤および酸化防止剤とともに、ゴムの安定性を改善するためにカーボンブラックを組み込むことが知られている。極めて低い不飽和度を有する本発明の官能化インターポリマーは、(コーティング、共押出し、もしくはラミネートされた)保護表面層、または従来のジエンエラストマー改質ポリマー組成物から形成される物品に接着された耐候性フィルムとしての特定の用途が見出されている。
従来のTPO、TPV、およびTPE用途において、カーボンブラックは、UV吸収および安定化特性に最適な添加剤である。カーボンブラックの代表例としては、ASTM N110、N121、N220、N231、N234、N242、N293、N299、S315、N326、N330、M332、N339、N343、N347、N351、N358、N375、N539、N550、N582、N630、N642、N650、N683、N754、N762、N765、N774、N787、N907、N908、N990およびN991が挙げられる。これらのカーボンブラックは、9g/kgから145g/kgの範囲のヨウ素吸収、および10cm/100gから150cm/100gの平均細孔容積を有する。一般に、費用の点で許容される限り、より小さな粒径のカーボンブラックが使用される。
本発明の官能化プロピレン系ポリマーとブレンドするために好適なポリマーとしては、天然および合成ポリマーを含む、熱可塑性および非熱可塑性ポリマーが挙げられる。ブレンドのための例示的なポリマーとしては、ポリプロピレン(衝撃改質ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン、およびランダムエチレン/プロピレンコポリマーの両方)、様々な種類のポリエチレン(PE)、例えば高圧フリーラジカル低密度ポリエチレン(LDPE)、チーグラーナッタ直鎖低密度ポリエチレン(LLDPE)、メタロセンPE、例えば複数反応器PE(multiple reactor PE)(チーグラー−ナッタPEおよびメタロセンPEの「反応器内」ブレンド、例えば米国特許第6,545,088号、第6,538,070号、第6,566,446号、第5,844,045号、第5,869,575号および第6,448,341号に開示される生成物等、エチレン−酢酸ビニル(EVA)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、衝撃改質ポリスチレン、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)、スチレン/ブタジエンブロックコポリマーおよびその水素化誘導体(SBSおよびSEBS)、ならびに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。均質ポリマー、例えばオレフィンプラストマーおよびエラストマー、エチレンおよびプロピレン系コポリマー(例えば、The Dow Chemical CompanyからVERSIFY(商標)の商品名で、およびExxonMobil社からVISTAMAXX(商標)の商品名で入手可能なポリマー等)もまた、官能化インターポリマーを含むブレンド中の成分として有用となり得る。
ブレンドのためのさらなるポリマーとしては、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、その他の工業用熱可塑性樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、ならびに天然生成物、例えばセルロースおよび羊毛繊維等が挙げられるが、これらに制限されない。好適なポリアミドとしては、ポリカプロラクタム(ナイロン6)、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)(ナイロン6,6)、ポリ(ヘキサメチレンセバクアミド)等の脂肪族ポリアミド;および芳香族ポリアミド(またはポリアラミド)が挙げられるが、これらに限定されない。好適なポリエステルとしては、ポリ(エチレンテレフタレート)(PET)およびポリ(ブチレンテレフタレート)(PBT)が挙げられるが、これらに制限されない。エポキシ、不飽和ポリエステル等の熱硬化性樹脂系は、熱可塑性樹脂系の硬化前または硬化中にブレンドされた官能化マルチブロックポリマーを有し得る。
一実施形態において、本発明は、熱可塑性マトリックスポリマー、特にポリアミド、ポリエステルまたはポリオレフィン、例えばポリプロピレンと、コア−シェルまたはコア−複数シェル形態を含有する分散相と含む、熱可塑性組成物を提供する。シェルは、本発明による官能化マルチブロックインターポリマーを含み、コアは、マルチブロック非官能化インターポリマーおよび/または他の種類のポリオレフィンを含む。
官能化プロピレン系ポリマーはまた、硬質ポリマーの閉塞したドメインの周りに「シェル」を形成する軟質または弾性のブロックにより囲まれた、「コア」の形態の硬い結晶性または半結晶性ブロックを有する内部コア−シェル型粒子を形成し得る。これらの粒子は、溶融配合またはブレンド中に受けた力により、マトリックスポリマー内に形成され分散していてもよい。
この所望のコア−シェルまたはコア−複数シェル形態は、プロピレン系ポリマーの官能化部分とマトリックス樹脂との間の化学的相互作用の結果生じ得る、またはそれにより促進され得る。これらの化学的相互作用は、共有結合または非共有結合性の会合をもたらすことができる。例えば、無水マレイン酸グラフトは、ポリアミドの末端アミンとアミド連結を形成するか、またはポリエステルの末端ヒドロキシルとエステル連結を形成することができる。化学的相互作用はまた、官能化プロピレン系ポリマーの官能基とマトリックスポリマー中の化学部分との間の促進された会合から生じ得る。そのような会合としては、双極子間相互作用、水素結合、親水性相互作用、および疎水性相互作用が挙げられるが、これらに制限されない。
さらなるブレンドとしては、熱可塑性ポリオレフィンブレンド、熱可塑性エラストマーブレンド、熱可塑性バルカニサイト(vulcanisite)およびスチレン系ポリマーブレンドが挙げられる。熱可塑性ポリオレフィンブレンドおよび熱可塑性バルカニサイトは、その不飽和誘導体を含む官能化プロピレン系ポリマーを、従来のブロックコポリマー、特にSBSブロックコポリマーを含む任意選択のゴム、および任意選択で架橋剤または加硫剤と組み合わせることにより調製することができる。熱可塑性ポリオレフィンブレンドは、一般に、官能化プロピレン系ポリマーを、ポリオレフィン、および任意選択で架橋剤または加硫剤とブレンドすることにより調製される。上記ブレンドは、成形物の形成、および任意選択で、得られた成形物品の架橋に使用することができる。異なる成分を用いた同様の手順が、以前に、参照することにより本明細書に組み入れられる米国特許第6,797,779号に開示されている。好適な従来のブロックコポリマーは、望ましくは、10から135、より好ましくは25から100、最も好ましくは30から80のムーニー粘度(ML1+4、100℃)を有する。好適なポリオレフィンとしては、直鎖または低密度ポリエチレン、ポリプロピレン(そのアタクチック、アイソタクチック、シンジオタクチックおよび衝撃改質型を含む)、ならびにポリ(4−メチル−1−ペンテン)が挙げられる。好適なスチレン系ポリマーとしては、ポリスチレン、ゴム改質ポリスチレン(HIPS)、スチレン/アクリロニトリルコポリマー(SAN)、ゴム改質SAN(ABSまたはAES)、およびスチレン無水マレイン酸コポリマーが挙げられる。
本明細書に記載されるブレンドは、成分の1つまたは両方の融点温度付近またはそれを超える温度で、それぞれの成分を混合または混錬することにより調製することができる。いくつかの官能化プロピレン系ポリマーの場合、この温度は、90℃を超える、最も一般的には100℃を超える、最も好ましくは110℃を超える温度となり得る。所望の温度に達し得る、また混合物を溶融可塑化し得る典型的なポリマー混合器または混錬機器を使用することができる。これら機器としては、ミル、ニーダー、押出機(単軸および二軸の両方)、バンバリーミキサー、カレンダー等が挙げられる。混合の順番および方法は、最終組成物に依存し得る。バンバリーミキサー、次いでミルミキサー、次いで押出機等の、バンバリーバッチミキサーと連続ミキサーの組合せもまた使用可能である。
ブレンド組成物は、加工油、可塑剤、および加工助剤を含有し得る。ゴム加工油はある特定のASTM指定名を有し、パラフィン系、ナフテン系、または芳香族加工油がすべて使用に適している。一般に、全ポリマー100部あたり0部から150部、より好ましくは0部から100部、最も好ましくは0部から50部の油が使用される。さらなる加工助剤としては、従来のワックス、脂肪酸塩、例えばステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸亜鉛、グリコールを含む(ポリ)アルコール、グリコールエーテルを含む(ポリ)アルコールエーテル、(ポリ)グリコールエステルを含む(ポリ)エステル、およびそれらの金属塩、特に第1族もしくは第2族金属塩誘導体または亜鉛塩誘導体が挙げられる。
また、本発明による熱可塑性ブレンドを含む組成物は、通常の技術を有するゴム分野の化学者に知られたオゾン劣化防止剤または酸化防止剤を含有し得る。オゾン劣化防止剤は、物理的保護物質、例えば、表面に達してその部分を酸素もしくはオゾンから保護するワックス状材料であってもよく、または、酸素もしくはオゾンと反応する化学的保護剤であってもよい。好適な化学的保護剤としては、スチレン化フェノール、ブチル化オクチル化フェノール、ブチル化ジ(ジメチルベンジル)フェノール、p−フェニレンジアミン、p−クレゾールとジシクロペンタジエン(DCPD)のブチル化反応生成物、ポリフェノール系酸化防止剤、ヒドロキノン誘導体、キノリン、ジフェニレン酸化防止剤、チオエステル酸化防止剤、およびこれらのブレンドが挙げられる。そのような生成物のいくつかの代表的な商品名は、Wingstay(商標)S酸化防止剤、Polystay(商標)100酸化防止剤、Polystay(商標)100AZ酸化防止剤、Polystay(商標)200酸化防止剤、Wingstay(商標)L酸化防止剤、Wingstay(商標)LHLS酸化防止剤、Wingstay(商標)K酸化防止剤、Wingstay(商標)29酸化防止剤、Wingstay(商標)SN−1酸化防止剤、およびIrganox(商標)酸化防止剤である。いくつかの用途において、使用される酸化防止剤およびオゾン劣化防止剤は、好ましくは非染色性および非移動性である。
UV照射に対するさらなる安定性を提供するために、ヒンダードアミン光安定剤(HALS)およびUV吸収剤を使用することもできる。好適な例としては、Ciba Speciality Chemicals社から入手可能なTinuvin(商標)123、Tinuvin(商標)144、Tinuvin(商標)622、Tinuvin(商標)765、Tinuvin(商標)770、およびTinuvin(商標)780、ならびに、Cytex Plastics社(米国テキサス州ヒューストン)から入手可能なChemisorb(商標)T944が挙げられる。米国特許第6,051,681号に開示されるように、優れた表面品質を達成するために、HALS化合物とともにルイス酸をさらに含めることができる。
いくつかの組成物に対しては、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、カーボンブラック、UV吸収剤、および/または光安定剤を前分散させてマスターバッチを形成し、後にそれからポリマーブレンドを形成するために、さらなる混合プロセスを使用することができる。
本明細書における使用に好適な架橋剤(硬化剤または加硫剤とも呼ばれる)としては、硫黄系、過酸化物系、またはフェノール系化合物が挙げられる。上記材料の例は、すべて参照により本明細書に組み入れられる、米国特許第3,758,643号、第3,806,558号、第5,051,478号、第4,104,210号、第4,130,535号、第4,202,801号、第4,271,049号、第4,340,684号、第4,250,273号、第4,927,882号、第4,311,628号、および第5,248,729号に見られるように、当技術分野において見出される。
硫黄系硬化剤が使用される場合、促進剤および硬化活性剤もまた使用することができる。促進剤は、動的加硫に必要な時間および/または温度を制御するために、また得られる架橋された物品の特性を改善するために使用される。一実施形態において、単一の促進剤または一次促進剤が使用される。一次促進剤(複数可)は、組成物総重量を基準として約0.5phrから約4phr、好ましくは約0.8phrから約1.5phrの範囲の総量で使用することができる。別の実施形態において、硬化した物品の特性を活性化および改善するために、一次および二次促進剤の組合せを使用することができ、二次促進剤はより少ない量、例えば約0.05phrから約3phrで使用される。促進剤の組合せは、一般に、単一の促進剤の使用により生成されるものよりも幾分良好な特性を有する物品を生成する。さらに、通常の処理温度には影響されないが普通の加硫温度で十分な硬化を提供する、遅延作用性促進剤を使用することができる。加硫抑制剤が使用されてもよい。
本発明において使用可能な好適な種類の促進剤は、アミン、二硫化物、グアニジン、チオ尿素、チアゾール、チウラム、スルフェンアミド、ジチオカルバメートおよびキサンテートである。好ましくは、一次促進剤はスルフェンアミドである。第2の促進剤が使用される場合、二次促進剤は、好ましくは、グアニジン、ジチオカルバメートまたはチウラム化合物である。また、ステアリン酸およびZnO等のある特定の加工助剤および硬化活性剤が使用されてもよい。過酸化物系硬化剤が使用される場合、それと組み合わせて補助活性剤または補助剤を使用することができる。好適な補助剤としては、とりわけ、トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)、トリメチロールプロパントリメタクリレート(TMPTMA)、トリアリルシアヌレート(TAC)、トリアリルイソシアヌレート(TAIC)が挙げられる。部分的または完全な動的加硫に使用される過酸化物架橋剤および任意選択の補助剤の使用は、当技術分野で知られており、例えば、出版物「Peroxide Vulcanization of Elastomer」、第74巻、第3号、2001年7月〜8月に開示されている。
「官能化プロピレン系ポリマー」含有組成物が少なくとも部分的に架橋される場合、架橋度は、特定の期間溶媒に組成物を溶解させ、ゲルまたは抽出不可能な成分のパーセントを計算することにより測定することができる。ゲルのパーセントは、通常、架橋の度合いが増加するにつれて増加する。本発明による硬化した物品の場合、ゲル含有量のパーセントは、望ましくは、5パーセントから100パーセントの範囲内である。
本発明の官能化プロピレン系ポリマーおよびそのブレンドは、より低い溶融粘度に起因して、従来技術の組成物に比べ改善されたプロセス可能性を有し得る。したがって、組成物またはブレンドはまた、特に成形された、または押し出された物品として形成された場合に、改善された表面外観を形成し得る。同時に、本発明の組成物およびそのブレンドはまた、改善された溶融強度特性を有することができ、それにより本発明の官能化マルチブロックコポリマーおよびそのブレンド、特にTPOブレンドが、現在溶融強度が不十分であるフォームおよび熱成形用途に有用に使用されることが可能となる。
また、本発明による官能化プロピレン系ポリマー(複数可)をそれぞれ含有する熱可塑性組成物および熱硬化性組成物は、有機もしくは無機フィラー、またはその他の添加剤、例えばデンプン、タルク、炭酸カルシウム、ガラス繊維、ポリマー繊維(ナイロン、レーヨン、綿、ポリエステルおよびポリアラミドを含む)、金属繊維、フレークもしくは粒子、発泡性層状シリケート(expandable layered silicate)、ホスフェートもしくはカーボネート、例えば粘土、雲母、シリカ、アルミナ、アルミノシリケートもしくはアルミノホスフェート、炭素ウィスカー、炭素繊維、ナノチューブを含むナノ粒子、珪灰石、グラファイト、ゼオライト、およびセラミクス、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素もしくはチタニアを含有し得る。シラン系カップリング剤またはその他のカップリング剤もまた、より良好なフィラー結合に使用することができる。
前述のブレンドを含む本発明の熱可塑性組成物は、射出成形、押出成形、熱成形、スラッシュ成形、オーバーモールディング、インサート成形、ブロー成形、およびその他の技術等、従来の成形技術により処理することができる。多層フィルムを含むフィルムは、ブローフィルムプロセスを含むキャストまたはテンタリング(tentering)プロセスにより生成することができる。
定義
本明細書において、元素周期表に関するすべての言及は、CRC Press,Inc.、2003年により出版され著作権のある元素周期表を指すものとする。また、族(複数可)に関するすべての言及は、族の番号付けにIUPAC規則を使用した当該元素周期表に対応する族(複数可)とする。異なるように示されていない、文脈から暗示されない、または当技術分野で慣例的でない限り、すべての部およびパーセントは、重量に基づいている。米国特許実務の目的において、本明細書で参照される任意の特許、特許出願、または出版物の内容は、特に合成技術、定義(本明細書に記載されるいかなる定義とも矛盾しない範囲で)、および当技術分野における一般知識に関して、参照することによりその全内容が組み入れられる(またはそれと同等の米国版がそのように参照により組み入れられる)。
「含む」という用語およびその派生語は、任意の追加的成分、ステップ、または手順が本明細書に開示されているか否かに関係なく、それらの存在を除外するように意図されない。いかなる疑念も避けるために、「含む」という用語の使用により本明細書において請求されるすべての組成物は、異なるように示されていない限り、ポリマー性であるかそれ以外かに関係なく、任意のさらなる添加剤、アジュバント、または化合物を含み得る。一方、「本質的に〜からなる」という用語は、任意の続く列挙の範囲から、任意の他の成分、ステップ、または手順を除外し、実施可能性に必須ではないものを除く。「〜からなる」という用語は、具体的に線引きされていない、または列挙されていない任意の成分、ステップ、または手順を除外する。「または」という用語は、別段の指定がない限り、列挙された要素を個々に、および任意の組合せとして言及する。
「官能化プロピレン系ポリマー」、または「官能化プロピレン/α−オレフィンインターポリマー」および「官能化プロピレン/エチレンインターポリマー」という用語、ならびに類似の用語は、本明細書において使用される場合、ベースポリマーの、1種または複数種の化合物、例えばグラフト剤、過酸化物および補助剤等との反応生成物を指す。
「ブレンド」または「ポリマーブレンド」という用語は、本明細書において使用される場合、2種以上のポリマーのブレンドを意味する。そのようなブレンドは、相溶性(分子レベルで相分離しない)であってもなくてもよい。そのようなブレンドは、相分離してもしなくてもよい。そのようなブレンドは、透過型電子顕微鏡法、光散乱、X線散乱、および当技術分野で知られたその他の方法により決定されるような、1つまたは複数のドメイン構成を含有してもしなくてもよい。
「組成物」という用語は、本明細書において使用される場合、組成物を含む材料の混合物だけでなく、組成物の材料から形成される反応生成物および分解生成物も含む。
「ポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、同じ種類かまたは異なる種類かは関係なく、モノマーを重合させることにより調製されるポリマー化合物を指す。したがって、ポリマーという総称は、通常、1種類のモノマーのみから調製されるポリマーを指すために使用されるホモポリマーという用語、および以降で定義されるようなインターポリマーという用語を包含する。「エチレン/α−オレフィンポリマー」および「プロピレン/α−オレフィンポリマー」は、以下で説明されるようなインターポリマーを示す。
「インターポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、少なくとも2種類の異なるモノマーの重合により調製されるポリマーを指す。したがって、インターポリマーという総称は、通常、2種類の異なるモノマーから調製されるポリマー、および3種類以上の異なるモノマーから調製されるポリマーを指すように使用されるコポリマーを含む。
「エチレン系ポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、(ポリマーの総量を基準として)50モルパーセントを超える重合化エチレンモノマーを含み、また任意選択で少なくとも1種の重合化コモノマーを含み得るポリマーを指す。
「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、(インターポリマーの総量を基準として)50モルパーセントを超える重合化エチレンモノマーと、少なくとも1種の重合化α−オレフィンとを含むインターポリマーを指す。
「プロピレン系ポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、(ポリマーの総量を基準として)50モルパーセントを超える重合化プロピレンモノマーを含み、また任意選択で少なくとも1種の重合化コモノマーを含み得るポリマーを指す。
「プロピレン/α−オレフィンインターポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、(インターポリマーの総量を基準として)50モルパーセントを超える重合化プロピレンと、少なくとも1種の重合化α−オレフィンとを含むインターポリマーを指す。
「プロピレン/エチレンインターポリマー」という用語は、本明細書において使用される場合、(インターポリマーの総量を基準として)50モルパーセントを超える重合化プロピレンモノマーと、重合化エチレンモノマー(2番目に支配的なモノマー)と、任意選択で少なくとも1種の重合化α−オレフィンとを含むインターポリマーを指す。
「ヘテロ原子」という用語は、炭素または水素以外の原子を指す。好ましいヘテロ原子としては、F、Cl、Br、N、O、P、B、S、Si、Sb、Al、Sn、As、SeおよびGeが挙げられる。
「ヒドロカルビル」および「炭化水素」という用語は、分岐鎖または非分岐鎖、飽和または不飽和、環式、多環式、または非環式種を含む、水素原子および炭素原子のみを含有する置換基を指す。例としては、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルカジエニル基、シクロアルケニル基、シクロアルカジエニル基、アリール基、およびアルキニル基が挙げられる。「置換ヒドロカルビル」および「置換炭化水素」は、1つまたは複数の非ヒドロカルビル置換基で置換されたヒドロカルビル基を指す。「ヘテロ原子含有ヒドロカルビル」、「ヘテロヒドロカルビル」という用語、および類似の用語は、水素または炭素以外の少なくとも1つの原子が、1つまたは複数の炭素原子および1つまたは複数の水素原子とともに存在する基を指す。
本明細書において使用される場合、「芳香族」という用語は、(4δ+2)π電子を含有する、多原子環式共役環系を指し、δは1以上の整数である。2つ以上の多原子環式環を含有する環系に関する「融合」という用語は、本明細書において使用される場合、その少なくとも2つの環に関して、隣接原子の少なくとも1対が両方の環に含まれることを意味する。「アリール」という用語は、一価の芳香族置換基を指し、これは単一の芳香族環であってもよく、または、互いに融合した、共有結合した、またはメチレンもしくはエチレン部分等の共有基に連結した複数の芳香族環であってもよい。芳香族環(複数可)の例としては、とりわけ、フェニル、ナフチル、アントラセニル、およびビフェニルが挙げられる。
「置換アリール」は、任意の炭素に結合した1つまたは複数の水素原子が、1つまたは複数の官能基、例えばアルキル、置換アルキル、シクロアルキル、置換シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、置換ヘテロシクロアルキル、ハロゲン、アルキルハロ(例えばCF)、ヒドロキシ、アミノ、ホスフィド、アルコキシ、アミノ、チオ、ニトロ、ならびに、芳香族環(複数可)に融合した、共有結合した、またはメチレンもしくはエチレン部分等の共有基に連結した飽和および不飽和両方の環式炭化水素で置換されたアリール基を指す。また、共有連結基は、ベンゾフェノンの場合のようにカルボニル、ジフェニルエーテルの場合のように酸素、またはジフェニルアミンの場合のように窒素であってもよい。
フェニルという用語は、以下の構造を指す。
Figure 2010533773
フリルという用語は、以下の構造を指す。
Figure 2010533773
無水マレイン酸という用語は、以下の構造を指す。
Figure 2010533773
「グラフトされた無水マレイン酸」という用語は、ポリマー骨格に結合した構造を指し、以下に示されるような少なくとも1つの化学部分を含有し、また加水分解誘導体およびその他の関連した構造を含み得る。
Figure 2010533773
試験方法
密度は、米国材料試験協会(ASTM)手順ASTM D792−00、方法Bに従い決定される。
プロピレン系ポリマーに対するg/10分単位のメルトフローレート(MFR)は、ASTM D−1238−04条件230℃/2.16kgを使用して測定される。エチレン系ポリマーに対するg/10分単位のメルトインデックス(I2)は、ASTM D−1238−04条件190℃/2.16kgを使用して測定される。
グラフトされた無水マレイン酸の重量パーセントは、グラフトされていない無水マレイン酸を除去するために、沸騰したキシレンに溶解され、アセトン中で再沈殿された生成物に対する滴定により決定される。滴定のための基本滴定手順は、参照することにより本明細書に組み入れられる米国特許第6,6884,850号に記載されている。
A.材料
無水マレイン酸精製。Aldrich Chemical社から供給された無水マレイン酸(MAH)を、約95℃で真空昇華させた。マレイン化反応への添加前に、昇華した生成物を窒素雰囲気下で維持する。
その他すべての材料は、供給者から受け取った状態のままで使用した。VERSIFY(商標)PP2000.01、密度約0.87〜0.89g/cc、メルトフローレート(MFR)=1.6〜2.5g/10分(230℃、2.16kg)、プロピレン/エチレンコポリマー(The Dow Chemical Companyから入手可能);ENGAGE(商標)8200、密度=0.867〜0.873g/cc、メルトインデックス(I2)=4〜6g/10分(190℃、2.16kg)、エチレン/オクテンコポリマー(The Dow Chemical Companyから入手可能;2,5−ビス(tert.−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、95.2%(Aldrich社/ATOFINA社、LUPEROX(商標)101);1,1−ジフェニルエチレン(Aldrich社);フリルアクリル酸(Aldrich社);インドール(Aldrich社);インドールアクリル酸(Aldrich社);α−メチルスチレン(Aldrich社);トランス−スチルベン(Aldrich社);N−ビニルカプロラクタム(Aldrich社);9−ビニルカルバゾール(Aldrich社);4−(ビニルオキシ)ブチルステアレート(Aldrich社);1−ビニル−2−ピロリジノン(N−ビニルピロリジノンとも呼ばれる)(Aldrich社)。
B.VERSIFY(商標)PP2000.01へのグラフト反応−代表的手順
プロピレンインターポリマーを、回転ロータおよび空気圧ラム(pneumatic ram)を備えたHaake Rheomix 600pミキサー内で官能化した。ミキサーの3つのゾーンを、170℃に加熱し、50rpmでトルクをゼロ点補正した。VERSIFY(商標)PP2000.01(45.0グラム、1.07モルプロピレン)を10rpmでミキサーに加え、ミキサー速度を2分間で50rpmまで段階的に増加させた。ポリマーを1分間流動させてから、無水マレイン酸を添加した。得られる混合物を2分間流動させてから、指定の補助剤を添加した。得られる混合物を1分間混合してから、過酸化物、LUPEROX(商標)101を秤量したシリンジを介して注入した。得られる材料をさらに12.5分間混合してから、ミキサーから除去した。ミキサーから除去した状態の材料に対し、メルトフローレート(MFR、230℃、2.16kg)を測定した。Haake Rheomixから除去された状態の生成物に対するメルトフローレート(MFR)は、補助剤によるポリマーの分解の停止または低減の成功の指標として使用した。
樹脂に無水マレイン酸を添加しなかったが補助剤および過酸化物を添加した対照試料に対して、同じ混合時間を適用し、補助剤および過酸化物は、上述のように反応シーケンスにおいて同時に添加した。
グラフトされた無水マレイン酸の量を決定するために、グラフトされたポリマーを滴定した。滴定前、それぞれのグラフトされたポリマー試料を溶解および再沈殿させて、グラフトされていない無水マレイン酸を除去した。試料(3グラム)を約70mLの沸騰したキシレンに溶解させ、溶解した試料を約250mLの撹拌したアセトン中で沈殿させた。濾過により繊維状の生成物を回収し、洗浄し、新鮮なアセトン中に浸し、約50℃の真空オーブン内で一定重量となるまで乾燥させた。典型的な回収収量は2.5〜2.8グラムであった。
表3は、LUPEROX(商標)によるプロピレン/エチレンコポリマー(PP2000.01)のマレイン化において補助剤が存在しなかった対照実験の結果を示している。表4〜13は、MAHによるグラフト実験において使用された補助剤の量および種類を記載している。続く表における「補助剤のmol%」、「mmol R・/100g」、および「MAHの重量%」というパラメータは、すべてプロピレン/エチレンコポリマーの45.0グラムの投入量を基準としている。「mmol R・/100g」というパラメータは、反応に投入されたプロピレン/エチレンコポリマー100gあたりの過酸化物により生成されるフリーラジカルの理論的収量を指す。mmol R・というパラメータは、実験において過酸化物により生成されるフリーラジカルの理論的総量を指す。
Figure 2010533773
Figure 2010533773
Figure 2010533773
Figure 2010533773
Figure 2010533773
1.二供与性補助剤
二重結合の1、2位上で2つの供与基で置換された不飽和分子は、ある程度共鳴安定化を提供し、これによりポリプロピレン分解が低下するはずである。そのような二供与性補助剤の2つの例は、トランス−スチルベンおよび1,1−ジフェニルエチレンである。表8および9は、ポリマー分解を低減しながらMAHのグラフトを可能とするこれらの分子の能力を示す。
別の二供与性分子は、2−スチリル−N−メチルピロール(A)である。これは、参照により本明細書に組み入れられる、W.Hinz、R.Alan Jones、およびT.Anderson、Synthesis、1986年、8、620〜623頁に記載の手順により、85%の純度で調製された。
Figure 2010533773
約3mmolの2−スチリル−N−メチルピロール(不純物に対して較正済)および3mmolのラジカルを使用し、無水マレイン酸を使用しない、プロピレン/エチレンコポリマーへの対照グラフト反応において、表10に示されるような測定不能のMFRにより示されるように、全体的なポリマー分解が生じた。3重量%(wt%)の無水マレイン酸と3mmolの補助剤およびラジカルを使用した別の実験において、MFR値16、およびMAHグラフトレベル0.41重量%が得られた。この結果は、補助剤としての1−ビニルピロリジノンに関して判明した結果と極めて類似している。
Figure 2010533773
Figure 2010533773
Figure 2010533773
2.官能性補助剤
官能性補助剤/グラフト剤は、PPマクロラジカルを安定化させる能力を有し、カルボン酸、アミン、無水物等のさらなる極性官能基を含有する。そのような補助剤は、無水マレイン酸等の第3の成分の必要性を排除する。そのような補助剤の3つの例は、以下に示される3−(2−フリル)アクリル酸(C)、トランス−3−インドールアクリル酸(D)、およびインドール(E)である。
Figure 2010533773
これらの補助剤を使用したグラフトの結果を、表11および12に要約する。
Figure 2010533773
Figure 2010533773
4)選択された補助剤
選択された補助剤を、45.0グラムのプロピレン/エチレンコポリマー中3.0重量%無水マレイン酸の存在下で、1.5mmolおよび3.0mmolの補助剤ならびにラジカルの化学量論的量でスクリーニングした。結果を表13に要約する。
Figure 2010533773
結果は、MFRにより示されるように、ポリマー分解を低減する、補助剤と無水マレイン酸の相乗効果を明確に示している。これらの結果は、ラジカル鎖を短縮しポリマー切断を低減するためには、MAHおよび補助剤ラジカルの存在が必要であることを示している。また、N−ビニルピロリジノン(NVP)等の補助剤から形成されるラジカルが、ポリプロピレン中の第三級水素を引き抜き、ポリプロピレンを分解するのに十分反応性であるということが発見された。しかしながら、NVPに加えてMAHが存在すると、NVPラジカルはMAHに付加することができ、これは、例えば、PP骨格を介して、またはおそらくはスクシニルラジカルの不均化を介して、不均化ステップへと進行し得る。
上記の具体的な実施形態により本発明を幾分詳細に説明したが、この詳細は、例示を主目的としている。以下の特許請求の範囲に記載のような本発明の精神および範囲から逸脱しない限り、当業者により多くの変形および修正がなされ得る。

Claims (56)

  1. 少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物であって、
    少なくとも1種の補助剤は、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)
    Figure 2010533773
    (式中、D1、D2、D3およびD4は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
    R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
    R1、R2およびR3は、それぞれ、独立して、D1、D2、D3またはD4と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有し、
    「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比は、0.5:1から5:1であり、
    構造(I)〜(V)から選択される補助剤は、1つのみのフェニル基を含有するわけではない、または1つのみのフリル基を含有するわけではない、組成物。
  2. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比が、1:1から5:1である、請求項1に記載の組成物。
  3. 少なくとも1種の補助剤が、シスおよびトランス異性体を含む以下の構造(II)、(III)、(IV)、および(V)
    Figure 2010533773
    からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  4. 少なくとも1種の補助剤が、構造(I)
    Figure 2010533773
    の置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1に記載の組成物。
  5. 少なくとも1種の補助剤が、構造(II)
    Figure 2010533773
    の置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  6. 少なくとも1種の補助剤が、構造(III)
    Figure 2010533773
    の置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  7. 少なくとも1種の補助剤が、構造(IV)
    Figure 2010533773
    の置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  8. 少なくとも1種の補助剤が、構造(V)
    Figure 2010533773
    の置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  9. 少なくとも1種の補助剤が、
    Figure 2010533773
    からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、請求項1または請求項2に記載の組成物。
  10. 補助剤が、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超えるHOMOを有する、請求項1から9のいずれか一項に記載の組成物。
  11. 少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物であって、少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(VI)
    Figure 2010533773
    (式中、Rは、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基である)を有する、組成物。
  12. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比が、0.5:1から5:1である、請求項11に記載の組成物。
  13. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比が、1:1から5:1である、請求項11に記載の組成物。
  14. 少なくとも1種のプロピレン系インターポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物であって、
    補助剤は、−8eVを超える、好ましくは−7eVを超える、より好ましくは−6eVを超えるHOMOを有する、組成物。
  15. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比のモル比が、0.5:1から5:1である、請求項14に記載の組成物。
  16. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」に対する「補助剤(複数可)」のモル比のモル比が、1:1から5:1である、請求項14に記載の組成物。
  17. 少なくとも1種の補助剤が、
    Figure 2010533773
    からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、請求項14から16のいずれか一項に記載の組成物。
  18. 少なくとも1種の補助剤が、
    Figure 2010533773
    からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、請求項14から17のいずれか一項に記載の組成物。
  19. 少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種のグラフト剤と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物であって、
    少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(VII)および(VIII)
    Figure 2010533773
    (式中、D1およびD2は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
    R1は、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
    R1は、D1またはD2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、組成物。
  20. 少なくとも1種のプロピレン系ポリマーと、少なくとも1種の過酸化物と、少なくとも1種の補助剤とを含む組成物であって、
    少なくとも1種の補助剤は、以下の構造(IX)、(X)、(XI)、(XII)および(XIII)
    Figure 2010533773
    (式中、D1、D2およびD3は、それぞれ、独立して、(a)非結合電子対を有するヘテロ原子を含有する炭化水素置換基であって、非結合対を有するヘテロ原子は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基、または(b)炭素間π結合対を含有する炭化水素置換基であって、炭素間π結合対の第1の炭素は炭素間二重結合に直接結合している炭化水素置換基のうちの1つであり、
    R1およびR2は、それぞれ、独立して、H、炭化水素置換基、または置換炭化水素置換基であり、
    R’は、炭化水素基、または置換炭化水素基であるか、あるいはR’COOHはCOOH(R’が存在しない)であり、
    R1およびR2は、それぞれ、独立して、D1、D2、またはD3と同じ化学構造を有さず、
    R’COOHは、D1、D2、D3、R1またはR2と同じ化学構造を有さない)からなる群から選択される置換炭素間二重結合構造を有する、組成物。
  21. R’が、−(CH−基(n=0から5である)である、請求項20に記載の組成物。
  22. 少なくとも1種の補助剤が、
    Figure 2010533773
    からなる群から選択される、請求項20または請求項21に記載の組成物。
  23. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比が、0.5:1から5:1である、請求項20から22のいずれか一項に記載の組成物。
  24. 「補助剤」対「過酸化物から形成されるフリーラジカル」のモル比が、1:1から5:1である、請求項20から23のいずれか一項に記載の組成物。
  25. プロピレン系ポリマーが、プロピレン系インターポリマーである、請求項1から24のいずれか一項に記載の組成物。
  26. プロピレン系インターポリマーが、以下の特性、
    (i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、
    (ii)約−1.20を超える歪み指数Six、
    (iii)本質的に同じ状態を保つTmeに関するDSC曲線、およびインターポリマー中のコモノマーの量が増加するにつれて減少するTMax、ならびに
    (iv)チーグラー−ナッタ触媒で調製された同等のインターポリマーよりも多くのγ型結晶を示すX線回折パターン
    のうちの少なくとも1つを有する、請求項25に記載の組成物。
  27. プロピレン系インターポリマーが、以下の特性、
    (i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、
    (ii)約−1.20を超える歪み指数Six、ならびに
    (iii)本質的に同じ状態を保つTmeに関するDSC曲線、およびインターポリマー中のコモノマーの量が増加するにつれて減少するTMax
    のうちの少なくとも1つを有する、請求項26に記載の組成物。
  28. プロピレン系インターポリマーが、以下の特性、
    (i)約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピーク、および
    (ii)約−1.20を超える歪み指数Six
    のうちの少なくとも1つを有する、請求項27に記載の組成物。
  29. プロピレン系インターポリマーが、約14.6ppmおよび約15.7ppmにおける、領域エラーに対応する13C NMRピークであって、ほぼ等しい強度のピークを有する、請求項28に記載の組成物。
  30. プロピレン系ポリマーが、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーまたはプロピレン/エチレンインターポリマーである、請求項1から29のいずれか一項に記載の組成物。
  31. プロピレン系ポリマーが、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーであり、α−オレフィンが、C3〜C10α−オレフィンである、請求項30に記載の組成物。
  32. プロピレン/α−オレフィンインターポリマーが、0.83g/ccから0.90g/ccの密度を有する、請求項31に記載の組成物。
  33. プロピレン/α−オレフィンインターポリマーが、0.1g/10分から100g/10分のメルトフローレート(MFR)を有する、請求項31または請求項32に記載の組成物。
  34. プロピレン系ポリマーが、プロピレン/エチレンインターポリマーである、請求項30に記載の組成物。
  35. プロピレン/エチレンインターポリマーが、0.83g/ccから0.90g/ccの密度を有する、請求項34に記載の組成物。
  36. プロピレン/エチレンインターポリマーが、0.1g/10分から100g/10分のメルトフローレート(MFR)を有する、請求項34または請求項35に記載の組成物。
  37. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む物品。
  38. 自動車部品、ジオメンブレン、電気ケーブル絶縁材、および包装材料からなる群から選択される、請求項37に記載の物品。
  39. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むフィルム。
  40. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む繊維。
  41. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むタイ層。
  42. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むブロー成形された物品。
  43. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含む射出成形された物品。
  44. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物から形成される少なくとも1つの成分を含むシート。
  45. 押し出されたシートまたは熱成形されたシートである、請求項44に記載のシート。
  46. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物を反応させることにより形成される、官能化プロピレン系ポリマー。
  47. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物を溶融反応させることにより形成される、官能化プロピレン系ポリマー。
  48. 請求項46または請求項47に記載の官能化プロピレン系ポリマーを含む組成物。
  49. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物を反応させるステップを含む、官能化プロピレン系ポリマーを形成するための方法。
  50. 請求項1から36のいずれか一項に記載の組成物を溶融反応させるステップを含む、請求項49に記載の方法。
  51. 溶融反応が、押出機内で行われる、請求項50に記載の方法。
  52. 組成物を溶融反応させる前に、少なくとも1種の補助剤および少なくとも1種のグラフト剤の両方が、少なくとも1種のプロピレン系ポリマー中に吸収される、請求項50または請求項51に記載の方法。
  53. 組成物が、吸収プロセス中、乾燥ブレンドの形態である、請求項52に記載の方法。
  54. 吸収が、室温で行われる、請求項52または請求項53に記載の方法。
  55. プロピレン系ポリマーが、グラフト剤および補助剤の前に押出機に加えられる、請求項51に記載の方法。
  56. グラフト剤が、補助剤の前に押出機に加えられる、請求項51または請求項55に記載の方法。
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