JP2011099103A - 熱可塑性エラストマー混合物 - Google Patents

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Abstract

【課題】少なくとも1つの熱可塑性エラストマーTPE(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から成る少なくとも1つの充填材とを含む、熱可塑性エラストマー混合物。
【解決手段】前記熱可塑性エラストマー混合物は、第一工程で沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から成る少なくとも1つの充填材、及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂をマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と混合することにより製造する。
【効果】熱可塑性エラストマー混合物は、射出成形物品で使用することができる。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱可塑性エラストマー混合物に関する。
熱可塑性エラストマー(略称TPE)とは、室温では古典的なエラストマーに匹敵する挙動を示しながらも、熱供給下では可塑的に変形させることが出来る、従って熱可塑性挙動を示すプラスチックである。
通常エラストマーは、広い網目状に化学的に架橋された三次元網目分子である。この架橋は、材料を破壊せずにほどくことはできない。
熱可塑性エラストマーは、一部領域で、熱のもとでマクロ分子が破壊されることなくほどける物理的な架橋点(副原子価力又はクリスタリット)を有する。よって熱可塑性エラストマーは、通常のエラストマーよりも基本的に良好に加工することができる。従ってまた、プラスチックゴミも再度溶かすことができ、かつさらに加工することができる。
EP 1736505からは、熱可塑性ポリマー40〜99.9質量%、及びシラン化され、構造変性された焼成ケイ酸0.1〜60質量%を含む、熱可塑性マトリックス/化合物が公知である。
さらにEP 08166704.0から、
a)酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、及び前記金属酸化物の混合物から成る群から選択される、疎水化され、少なくとも部分的にアグリゲート化された酸化金属粒子 10〜50質量%、
b)1つ又は複数の熱可塑性ポリウレタン 20〜75質量%、
c)1つ又は複数のイソシアネート 0.5〜25質量%、
d)潤滑剤及び分散助剤として作用する、1つ又は複数の化合物 0.5〜15質量%、 (ここで、成分a)〜d)の合計が、工程助剤に対して少なくとも90質量%である)
を含む工程助剤は公知である。
PCT/EP2009/053404からは、焼成ケイ酸を含む熱可塑性エラストマーが公知である。
さらにEP 1655331からは、分散性ゴム成分、ポリオレフィン性熱可塑性樹脂成分、及びプロピレンコポリマーを含む、強度の高い熱可塑性加硫体が公知である。
プラスチックに似た、加工におけるサイクル時間が非常に短いという加工特性に基づき、熱可塑性エラストマーは古典的なゴム適用、例えば自動車分野での窓パッキングでますます使用されている。
熱可塑性エラストマーのさらなる使用領域は例えば、エアバッグカバー、可動性ケーブルチューブ、パッキングなどである。
このような熱可塑性エラストマー混合物は、射出成形物品の製造の際、配向性が高いという欠点を有することがある。このことは異方性につながり、この際に横方向(すなわち、流れ方向に対して横)、若しくは縦方向(すなわち流れ方向に対して縦)での機械的特性は大きく異なり得る。
EP 1736505 EP 08166704.0 PCT/EP2009/053404 EP 1655331
従って、等方性の機械的特性を有する熱可塑性エラストマー混合物を製造するという課題が存在した。前記熱可塑性エラストマー混合物は、縦方向にも、また横方向にも、同一の、又はほぼ同一の機械的特性、例えば引張強さ、又は破断点伸びを有するのが望ましい。加えて、その流動性は、従来技術から得られる比較可能な混合物に対して、同じであるか、又はより良好であるのが望ましい。
本発明の対象は、少なくとも1つの熱可塑性エラストマーTPE(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から成る少なくとも1つの充填材とを含むことを特徴とする、熱可塑性エラストマー混合物である。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、少なくとも1つの熱可塑性樹脂を含むことができる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、少なくとも1つの焼成ケイ酸を含むことができる。
カーボンブラックとしては、DE19521565号から知られたファーネスブラック、ガスブラック、チャネルブラック、ランプブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、プラズマブラック(Plasmaruss)、インバージョンブラック(Inversionsruss)、WO98/45361号又はDE19613796号から公知のSi含有カーボンブラック、又はWO98/42778号から公知の金属含有カーボンブラック、アークカーボン及び化学的な製造方法の副産物であるカーボンブラックを使用することができる。
カーボンブラックは、事前の反応によって活性化させることができる。カーボンブラックは、酸化されていないカーボンブラックであってよい。カーボンブラックは、酸化されたカーボンブラックであってよい。
ゴム混合物中で補強性充填剤として使用されるカーボンブラックを使用することができる。着色用カーボンブラックを使用することができる。さらなるカーボンブラックは以下のものであってよい:導電性カーボンブラック、UV安定化用カーボンブラック、ゴム以外のシステム、例えばアスファルト若しくはプラスチックにおける充填剤としてのカーボンブラック、又は冶金における還元剤としてのカーボンブラック。
カーボンブラックはDBP値(ASTM D 2414)が30〜425ml/100g、好ましくは35〜250ml/100g、特に好ましくは40〜150ml/100g、極めて特に好ましくは45〜110ml/100gであり得る。
カーボンブラックはBET比表面積(ASTM D 4820)が、20〜1200m2/g、好ましくは22〜600m2/g、特に好ましくは29〜300m2/g、極めて特に好ましくは30〜150m2/gであり得る。
カーボンブラックは、pH値(ASTM D 1512)が、2〜11、好適には4〜10、特に好ましくは5〜9であり得る。
カーボンブラックとしては例えば、いずれもEvonik Degussa GmbH社の、PRINTEX(登録商標) Alpha, PRINTEX(登録商標) 80, PRINTEX(登録商標) 85, PRINTEX(登録商標) 55, PRINTEX(登録商標) 45, PRINTEX(登録商標) 40, PRINTEX(登録商標) P, PRINTEX(登録商標) 60, PRINTEX(登録商標) L, PRINTEX(登録商標) 300, PRINTEX(登録商標) 30, PRINTEX(登録商標) 3, PRINTEX(登録商標) 35, PRINTEX(登録商標) 25, PRINTEX(登録商標) 200, PRINTEX(登録商標) A, PRINTEX(登録商標) G, ランプブラック 101, Spezialschwarz 550, Spezialschwarz 350, Spezialschwarz 250, Spezialschwarz 100, 着色用カーボンブラック FW 200, 着色用カーボンブラック FW 2, 着色用カーボンブラック FW 1, 着色用カーボンブラック FW 18, 着色用カーボンブラック S 170, 着色用カーボンブラックS 160, PRINTEX(登録商標) 150 T, PRINTEX(登録商標) U, PRINTEX(登録商標) V, Spezialschwarz 6、Spezialschwarz 5又はSpezialschwarz 4を使用することができる。
沈降ケイ酸は、アルカリ金属ケイ酸塩溶液から酸を用いた沈殿によって製造することができる。沈降ケイ酸塩は、アルカリ金属ケイ酸塩溶液から金属塩溶液、例えば塩化カルシウム又は硫酸アルミニウムを用いた沈殿によって製造することができる。
沈降ケイ酸塩は好適には、ケイ酸カルシウム、又はケイ酸アルミニウムであり得る。
沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩は、DBP値(DIN 53601)が30〜400g/100g、好ましくは35〜250g/100g、特に好ましくは50〜200g/100g、極めて特に好ましくは80〜190g/100gであってよい。
沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩はBET比表面積(ISO 5794-1)が、15〜800m2/g、好ましくは22〜600m2/g、特に好ましくは29〜300m2/g、極めて特に好ましくは30〜120m2/gであり得る。
沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩は、pH値(ISO 787-9)が4〜12、好適には5〜11.5、特に好適には6〜11であり得る。
沈降ケイ酸としては例えば、 Evonik Degussa GmbH社のUltrasil(登録商標) VN 2, Ultrasil(登録商標) VN 3, Ultrasil(登録商標) 3370, Ultrasil(登録商標) 7000, Ultrasil(登録商標) 360, SIPERNAT(登録商標) 325C又はSIPERNAT(登録商標) D17を使用することができる。
沈降ケイ酸塩としては例えば、Evonik Degussa GmbH社のSipernat(登録商標) 820 A, Sipernat(登録商標) 880, Ultrasil(登録商標) AS 7又はUltrasil(登録商標) 880を使用することができる。
沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩は、表面変性剤を用いて、若しくはシランを用いて疎水化されていてよい。
表面変性剤として、若しくはシランとして例えば、以下の化合物を使用することができる:
(a)式
(RO)3Si(Cn2n+1)、又は(RO)3Si(Cn2n-1
[式中、
R=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、又はブチル−、
n=1〜20]
のオルガノシラン、
(b)式
1 x(RO)ySi(Cn2n+1)、又はR1 x(RO)ySi(Cn2n-1
[式中、
R=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、又はブチル−、
1=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、又はブチル−、シクロアルキル、
n=1〜20、
x+y=3、
x=1又は2、
y=1又は2]
のオルガノシラン、
c)式
3Si(Cn2n+1)、又はX3Si(Cn2n-1
[式中、
X=Cl、又はBr、
n=1〜20]
のハロゲンオルガノシラン、
d)式
2(R1)Si(Cn2n+1)、又はX2(R1)Si(Cn2n-1
[式中、
X=Cl、又はBr、
1=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、又はブチル−、シクロアルキル、
n=1〜20]
のハロゲンオルガノシラン、
e)式X(R12Si(Cn2n+1)、又はX(R12Si(Cn2n-1
[式中、
X=Cl、又はBr、
1=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル−、i−プロピル−、又はブチル−、シクロアルキル、
n=1〜20]
のハロゲンオルガノシラン、
f)式(RO)3Si(CH2m−R2
[式中、
R=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル、i−プロピル−、又はブチル−、
m=0、1〜20、
2=メチル−、アリール(例えば、−C65、置換されたフェニル基)、
49、OCF2−CHF−CF3、−C613、−O−CF2−CHF2、−NH2、−N3、−SCN、−CH=CH2、−NH−CH2−CH2−NH2
−N(CH2−CH2−NH22
−OOC(CH3)C=CH2
−OCH2−CH(O)CH2
Figure 2011099103
−NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、x’−(CH23Si(OR)3、ただし、X’=1〜8、
−SH、
−NX’X’’X’’’ ただし、X’=アルキル、アリール、X’’=H、アルキル又はアリール、X’’’=H、アルキル、アリール、ベンジル、又はC24NR34ただし、R3=H、又はアルキル、及びR4=H又はアルキル]
のオルガノシラン、
g)式
(R5x’’(RO)y’’Si(CH2m−R6
[式中、
x’’=0、1、又は2、
y’’=1、2、又は3、
x’’+y’’=3
5=アルキル又はシクロアルキル、
m=0、1〜20、
6=メチル−、アリール(例えば、−C65、置換されたフェニル基)、
−C49、−OCF2−CHF−CF3、−C613、−O−CF2−CHF2、−NH2、−N3、−SCN、−CH=CH2、−NH−CH2−CH2−NH2
−N(CH2−CH2−NH22
−OOC(CH3)C=CH2
−OCH2−CH(O)CH2
Figure 2011099103
−NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、x’−(CH23Si(OR)3、X’=1〜8、
−SH、
−NX’X’’R’’’ [X’=アルキル又はアリール、X’’=H、アルキル又はアリール、X’’’=H、アルキル、アリール、ベンジル、又はC24NR34 ただし、R3=H、又はアルキル、及びR4=H又はアルキル]
のオルガノシラン、
h)式
3Si(CH2m−R7
[式中、
X=Cl、又はBr、
m=0、1〜20、
7=メチル−、アリール(例えば、−C65、置換されたフェニル基)、
−C49、−OCF2−CHF−CF3、−C613、−O−CF2−CHF2、−NH2、−N3、−SCN、−CH=CH2
−NH−CH2−CH2−NH2
−N(CH2−CH2−NH22
−OOC(CH3)C=CH2
−OCH2−CH(O)CH2
Figure 2011099103
−NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、x’−(CH23Si(OR)3、ただし、X’=1〜8、
−SH]
のハロゲンオルガノシラン、
i)式
(R)X2Si(CH2m−R8
[式中、
X=Cl、又はBr、
R=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル、i−プロピル−、又はブチル−、
m=0、1〜20、
8=メチル−、アリール(例えば、−C65、置換されたフェニル基)、
−C49、−OCF2−CHF−CF3、−C613、−O−CF2−CHF2、−NH2、−N3、−SCN、−CH=CH2、−NH−CH2−CH2−NH2
−N(CH2−CH2−NH22
−OOC(CH3)C=CH2
−OCH2−CH(O)CH2
Figure 2011099103
−NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR93(ここでR9=メチル−、エチル−、プロピル−、ブチル−であってよい)、
x’−(CH23Si(OR93(ここで、X’=1〜8、R9=メチル−、エチル−、プロピル−、ブチル−であってよい)
−SH]
のハロゲンオルガノシラン、
j)式
(R)2XSi(CH2m−R10
[式中、
X=Cl、又はBr、
R=アルキル、例えばメチル−、エチル−、n−プロピル、i−プロピル−、又はブチル−、
m=0、1〜20、
10=メチル−、アリール(例えば、−C65、置換されたフェニル基)、
−C49、−OCF2−CHF−CF3、−C613、−O−CF2−CHF2、−NH2、−N3、−SCN、−CH=CH2、−NH−CH2−CH2−NH2、−N(CH2−CH2−NH22
−OOC(CH3)C=CH2
−OCH2−CH(O)CH2
Figure 2011099103
−NH−COO−CH3、−NH−COO−CH2−CH3、−NH−(CH23Si(OR)3、x’−(CH23Si(OR)3、ただし、X’=1〜8、
−SH]
のハロゲンオルガノシラン、
k)
Figure 2011099103
[式中、
11=アルキル、ビニル、又はアリール、
12=アルキル、ビニル、又はアリール]
型のシラザン、
l)D3、D4、D5型の環状ポリシロキサン、
ここで、D3、D4、及びD5とは、−O−Si(CH32−型の単位を3つ、4つ、又は5つ有する環状ポリシロキサンと理解され、例えばオクタメチルシクロテトラシロキサン=D4
Figure 2011099103
(m)式
Figure 2011099103
[式中、
Y’=CH3、H、Cn2n+1、Si(CH33、Si(CH32H、Si(CH32OH、Si(CH32(OCOH3)、Si(CH32(Cn2n+1)、ただし、n=1〜20、
13=アルキル、例えばCn2n+1(ここで、n=1〜20)、アリール、例えばフェニル−及び置換されたフェニル基、(CH2n−NH2、又はH、
14=アルキル、例えばCn2n+1(ここで、n=1〜20)、アリール、例えばフェニル−及び置換されたフェニル基、(CH2n−NH2、又はH、
15=アルキル、例えばCn2n+1(ここで、n=1〜20)、アリール、例えばフェニル−及び置換されたフェニル基、(CH2n−NH2、又はH、
16=アルキル、例えばCn2n+1(ここで、n=1〜20)、アリール、例えばフェニル−及び置換されたフェニル基、(CH2n−NH2、又はH、
ただし、m’=0、1〜1000000、
n’=0、1〜1000000、
u’=0、1〜1000000]
のポリシロキサン若しくはシリコーン油。
沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩は、ジメチルジクロロシラン又はポリジメチルシロキサンによって疎水化されている沈降ケイ酸又は沈降ケイ酸塩であってよい。
カーボンブラック、沈降ケイ酸、又は沈降ケイ酸塩は、粉末状、顆粒状、又はビーズ状であってよい。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物の好ましい変法において、充填材は、沈降ケイ酸塩、好適には沈降ケイ酸カルシウムであり、熱可塑性樹脂はポリプロピレンであり、かつ熱可塑性エラストマーはスチレンブロックコポリマーであってよい。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物はさらに、油成分、及びさらなる成分、例えば添加剤を含むことができる。
熱可塑性エラストマーの内部構造に従って、ブロックコポリマーとエラストマーアロイ(Elastomerlegierung)とを区別する。
ブロックコポリマーは、分子の内部に硬質部分と軟質部分を有する。つまりブロックコポリマーは、両方の特性が分布している種類の分子から成る(例えばSBS、SIS、SEBS、又はSEEPS)。
エラストマーアロイとはポリマーブレンドであり、つまりできあがったポリマーを一緒にした混合物(混合体)である。つまりエラストマーアロイは、複数の種類の分子から成る。異なる混合比及び添加混合物(Zuschlagmittel)により、適切に調節された材料、例えばポリオレフィンエラストマーが、ポリプロピレン(PP)及び天然ゴム(NR)から得られる。その都度の混合比に従って、前記材料は幅広い硬度範囲をカバーする。
熱可塑性エラストマーは、以下の群に分けられる:
・TPE−O又はTPO=オレフィンベース、主にPP/EPDM、例えばSantoprene(AES/Monsanto)の熱可塑性エラストマー。エラストマーと熱可塑性樹脂とから成る物理的な混合物である、熱可塑性エラストマー。このエラストマーは、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン−ゴム)、EPM(エチレン−プロピレン−ゴム)、IIR(イソプレン−イソブチレン−ラバー)、EVA(エチレンビニルアセテート)、NR(天然ラバー)、並びにこれらからの混合物であってよい。
・TPE−V又はTPV=オレフィンベースの架橋された熱可塑性エラストマー、例えばPP/EPDM、例えばSarlink(DSM)。TPVとは、TPOと同様に、エラストマーと熱可塑性樹脂とから成る物理的な混合物から成る、熱可塑性エラストマー混合物である。このエラストマーは、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエン−ゴム)、EPM(エチレン−プロピレン−ゴム)、IIR(イソプレン−イソブチレン−ラバー)、EVA(エチレンビニルアセテート)、NR(天然ラバー)、並びにこれらからの混合物であってよい。TPVの場合、エラストマーは混合工程で付加的に動的架橋される。TPVは通常、エラストマー相と熱可塑性相との混合の際に連続的な架橋によって製造される。この際にエラストマーは、混合工程の間に架橋剤及び/又は触媒を用いて架橋させる。TPVの架橋されたエラストマー相はほどけることなく、かつ比較的高温下でももはや流動的になることはなく、TPVは一般的に改善された耐油性と耐溶剤性、並びに単純な混合物よりも低い圧縮永久歪を有する。
・TPE−U又はTPU=ウレタンベースの熱可塑性エラストマー、例えばDesmopan(Bayer)。
・TPE−E又はTPC=熱可塑性コポリマー、例えばHytrel(DuPont)。
・TPE−S又はTPS=スチレン−ブロックコポリマー、例えばSEPS(スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン)、SEEPS(スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン)、及びMBS、SEBS(スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン)、SIS(スチレン−イソプレン−スチレン)、SBS(スチレン−ブタジエン−スチレン)、例えばSepton(Kuraray)。
・TPE−A又はTPA=熱可塑性コポリアミド、例えばPEBA(ポリエーテルブロックアミド)、Evonik社のVESTAMID。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物中で使用される熱可塑性エラストマーは、TPE−O、TPE−V、TPE−E、TPE−S、又はTPE−Aであり得る。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、付加的に油成分、熱可塑性樹脂、及びスチレンブロックコポリマーを含むことができる。
油成分は以下のものであり得る:パラフィン油(ホワイトオイル)、ナフテン油、前記油の芳香族混合物(パラフィン、ナフテン、芳香族化合物の含分、粘度により同定)。粘度範囲は、低粘稠〜高粘稠、例えば40℃で1〜1300mm2/秒であり得る。
熱可塑性樹脂は「ゴム」ではなく、当業者が熱可塑性の種類であると考えるポリマー又はポリマーブレンドであるあらゆる材料、例えば熱にさらされると柔らかくなり、室温に冷却すると本来の状態に戻るポリマーであり得る。熱可塑性樹脂は、1つ又は複数のポリオレフィンを含むことができ、これにはポリオレフィン−ホモポリマー、及びポリオレフィンコポリマーが含まれる。その他、提示されているのは、「コポリマー」という言葉が、2つ又は2つより多いモノマーから誘導されているポリマー(ターポリマー、テトラポリマーなどを含む)を意味し、「ポリマー」という言葉が、1つ又は複数の異なるモノマーの繰返単位を有する、あらゆる炭素含有化合物を指すということである。
例示的なポリオレフィンは、モノオレフィンモノマーから製造することができ、これにはとりわけ以下のものが含まれる:2〜7個の炭素原子を有するモノマー、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、イソブチレン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、5−メチル−1−ヘキセン、これらの混合物、及びこれらと(メタ)アクリレート及び/又は酢酸ビニルとのコポリマー。好適には熱可塑性樹脂は、加硫されていない、又は架橋されていない。
ある実施態様では、熱可塑性樹脂はポリプロピレンを含むことができる。ここで使用されているように「ポリプロピレン」という言葉は、広義では当業者が「ポリプロピレン」と考えるあらゆるポリマーを意味し(例えば少なくとも1つの特許公報又は特許公開公報で提示されている等)、かつホモポリマー、耐衝撃性のポリマー、及びプロピレンのランダムポリマーを含む。好適には、ここで記載される組成物中で使用されるポリプロピレンは、110℃超の融点を有することができ、プロピレン単位を少なくとも90質量%含み、かつこのような単位のアイソタクチックな連続体を含む。ポリプロピレンはまた、アタクチックな連続体若しくはシンジオタクチックな連続体、又はその両方を含むこともできる。ポリプロピレンはまた、基本的にシンジオタクチックな連続体を含むことができ、その結果、ポリプロピレンの融点は110℃超となる。ポリプロピレンは、完全にプロピレンモノマーのみから誘導されているか(つまり、プロピレン単位のみを有するもの)、又は主にプロピレン(80%超がプロピレン)から誘導されていてよく、この際に残分はオレフィンから、とりわけエチレン及び/又はC4〜C10−α−オレフィンから誘導される。ポリプロピレンは、低い(10、15又は20g/10分)MFI値〜高い(25〜30g/10分)MFI値を有することができる。他のポリプロピレンは、より低いMFI、例えば1.0未満のMFIを有する「部分的な」ポリプロピレンを有することができる。高いMFIを有するポリプロピレンは、加工の容易性、又は容易なコンパウンド化(Compoundieren)という理由で好ましいだろう。
1つ又は複数の実施態様において、熱可塑性樹脂はアイソタクチックなポリプロピレンであってよい。熱可塑性樹脂は、1つ又は複数の結晶性プロピレンホモポリマー、又はDSCで測定して溶融温度が105℃超のプロピレンコポリマーを含むことができる。好ましいプロピレンコポリマーに含まれるのは(これらだけに限定されることはないが)、プロピレンホモポリマー若しくはプロピレン−ターポリマー、耐衝撃性プロピレン−コポリマー、ランダムなポリプロピレン、及びこれらの混合物である。好ましいコモノマーは、2つの炭素原子、又は4〜12個の炭素原子を有する。好適には、コモノマーはエチレンである。
このような熱可塑性樹脂、及びその製造方法は、米国特許6,342,565に記載されている。
ここで使用されるように「ランダムなポリプロピレン」という言葉は一般的に、α−オレフィンコモノマーを最大9質量%、好適には2〜8質量%有する単相のプロピレンコポリマーを意味する。好ましいα−オレフィンコモノマーは、2つの炭素原子、又は4〜12個の炭素原子を有することができる。α−オレフィンコモノマーは好適には、エチレンであってよい。
特に好ましく使用される熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン、ポリウレタン、ポリエチレン、高密度ポリエチレン若しくは低密度ポリエチレン、ポリアミド、例えばナイロン−6とナイロン−6,6、ポリビニルクロリド(PVC)、PET、並びに上記ポリマーから成る混合物及びコポリマーであり得る。
さらなる熱可塑性樹脂は以下のものであってよい:
ABS(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、ASA(アクリルエステル−スチレン−アクリロニトリル)、EP(エチレン−プロピレン)、ETFE(エチレン−テトラフルオロエチレン)、EVA(エチレンビニルアセテート)、EVOH(エチレンビニルアルコール)、FEP(テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレンイオノマー)、MABS(メチレンメタクリレートーアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン)、MBS(メタクリレート−ブタジエン−スチレン)、PA(ポリアミド)、PA6(ポリアミド6)、PA11(ポリアミド11)、PA12(ポリアミド12)、PA66(ポリアミド66)、PA610(ポリアミド610)、PA612(ポリアミド612)、PB(ポリブチレン)、PBT(ポリブチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PCTFE(ポリクロロトリフルオロエチレン)、PE(ポリエチレン)、HDPE(高密度ポリエチレン)、HMW−HDPE(高分子高密度ポリエチレン)、UHMW−HDPE(超高分子高密度ポリエチレン)、LDPE(低密度ポリエチレン)、LLDPE(低密度線状ポリエチレン)、VLDPE(超低密度ポリエチレン)、MDPE(中密度ポリエチレン)、PE−C(塩素化ポリエチレン)、PET(ポリエチレンテレフタレート)、PFA(ペルフルオロアルコキシアルカン)、PIB(ポリイソブチレン)、PMMA(ポリメチルメタクリレート)、PMMI(ポリメタクリルメチルイミド)、POM(ポリオキシメチレン)、PP(ポリプロピレン)、PP−B(ポリプロピレン−ブロックポリマー)、PP−H(ポリプロピレン−ホモポリマー)、PP−R(ポリプロピレンランダムコポリマー)、PPE(ポリフェニレンエーテル)、PS(ポリスチレン)、EPS(発泡ポリスチレン)、HIPS(耐衝撃性ポリスチレン)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、PVAC(ポリビニルアセテート)、PVAL(ポリビニルアルコール)、PVC(ポリビニルクロリド)、PVC−C(塩素化ポリビニルクロリド)、PVDC(ポリビニリデンクロリド)、PVDF(ポリビニリデンフルオリド)、SAN(スチレン−アクリロニトリル)、SB(スチレンブタジエン)、又はSMAH(スチレン−無水マレイン酸)。
使用可能なスチレンブロックコポリマーは、以下のものであってよい:
スチレン/共役ジエン/スチレンから成るブロックコポリマー(この際、共役ジエンは完全に又は部分的に水素化されていてよい)、並びに前記ブロックコポリマーの混合物。これらのブロックコポリマーは、スチレンを10〜50質量%、好ましくは25〜35質量%、及び共役ジエンを90〜50質量%、好ましくは75〜35質量%含むことができる。共役ジエンは、ブタジエン、イソプレン、又はこれらの混合物からなっていてよい。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、添加剤を含むことができる。添加剤は、付加的な充填材又は添加物、例えば吸水のためのもの、難燃剤、加水分解防止剤、抗酸化剤、安定化剤、着色剤、及び不活性の離型剤であってよい。
付加的な充填材としての添加剤とは、とりわけ補強効果をもたらす充填材、例えばそれ自体公知の、通常の有機若しくは無機の充填材、強化材など、と理解される。詳しくは、以下のものが挙げられるだろう:無機充填材、例えばシリカ鉱物、例えば晶石粉砕物、層状ケイ酸塩、例えばアンチゴライト、サーペンタイン、ホルンブレンド、角閃石、クリソタイル、及びタルク、金属酸化物、例えばカオリン、酸化アルミニウム、酸化チタン、及び酸化鉄、金属塩、例えば白亜、重晶石、及び無機顔料、例えば硫酸カドミウム、硫化亜鉛、並びにガラス、及び、例えばPigment + Fuellstoff Tabellen, Olaf Lueckert, Verlag O. Lueckert, 1994, 506〜612ページに記載されている他のものである。有機充填材として考慮されるのは例えば:炭素、メラミン、コロホニウム、シクロペンタジエニル樹脂、及びグラフトポリマー、並びにセルロース繊維、芳香族及び/又は脂肪族のジカルボン酸エステルをベースとする、ポリアミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリウレタン繊維、ポリエステル繊維、及びとりわけ炭素繊維。
添加物、例えば難燃剤としては、一般的に従来技術から公知の難燃剤を使用することができる。適切な難燃剤は例えば、臭素化されたエーテル(Ixol B 251)、臭素化されたアルコール、例えばジブロモネオペンチルアルコール、トリブロモネオペンチルアルコール、及びPHT−4−ジオール、並びに塩素化されたホスフェート、例えばトリス−(2−クロロエチル)ホスフェート、トリス−(2−クロロイソプロピル)ホスフェート(TCPP)、トリス−(1,3−ジクロロイソプロピル)ホスフェート、トリス−(2,3−ジブロモプロピル)ホスフェート、及びテトラキス−(2−クロロエチル)−エチレンジホスフェート、又はこれらの混合物である。
先に挙げたハロゲン置換されたホスフェートの他に、また無機難燃剤、例えば赤リン、赤リンを含む調製物、発泡黒鉛(膨張黒鉛)、酸化アルミニウム水和物、水酸化マグネシウム、三酸化アンチモン、酸化ヒ素、ポリリン酸アンモニウム、及び硫酸カルシウム、又はシアヌール酸誘導体、例えばメラミン、又は少なくとも2つの難燃剤から、例えばポリリン酸アンモニウムとメラミンとから成る混合物、並びに場合によりデンプンを、本発明により製造される熱可塑性エラストマー混合物の難燃性向上のために使用することができる。
さらなる液状のハロゲン不含難燃剤としては、ジエチルエタンホスホネート(DEEP)、トリエチルホスフェート(TEP)、ジメチルプロピルホスホネート(DMPP)、ジフェニルクレジルホスフェート(DPK)などが使用できる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される充填材を、0.5〜40質量%、2〜25質量%、特に好ましくは4〜15質量%、含むことができる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、熱可塑性エラストマーを20〜80質量%、好ましくは30〜70質量%、含むことができる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、添加剤を0〜85質量%、好ましくは0.5〜70質量%、含むことができる。
本発明のさらなる対象は、本発明による熱可塑性エラストマー混合物の製造方法であって、この製造方法は、第一工程で沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される少なくとも1つの充填材、及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂をマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と混合することを特徴とする。
熱可塑性樹脂は好適には、ポリプロピレンであり得る。
熱可塑性エラストマーは好適には、TPE−S(スチレン−ブロックコポリマー)であり得る。
本発明による方法の好ましい変法では、第一工程で少なくとも1つの沈降ケイ酸塩、好適には沈降ケイ酸カルシウム、及び少なくとも1つのポリプロピレンをマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つのスチレンブロックコポリマーと混合することができる。
マスターバッチは、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される充填材を、全質量に対して1〜60質量%、好ましくは20〜50質量%、特に好ましくは25〜45質量%の量で含むことができる。
このマスターバッチは、付加的に油成分及び添加剤を含むことができる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物の製造、並びにマスターバッチの製造は、公知の装置、例えば押出機、2スクリュー式押出機、ピン式押出機、多スクリュー式押出機、遊星式押出機(Planetenextruder)、混練機、又は排出スクリューを有する混練機で行うことができる。好ましくは、同方向に回転する、密に噛み合う(dichtkaemmend)2スクリュー式押出機を使用することができる。
マスターバッチを製造するため、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群からなる少なくとも1つの充填材を、熱可塑性樹脂、好ましくはポリプロピレン、特に好ましくはポリプロピレンホモポリマーに混入する。沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される充填材の添加は、押出機の様々な位置で行うことができる。充填材の添加は好ましくは、熱可塑性樹脂の溶融相の後に行うことができる。充填材は例えば、2軸の搬入部(Seitenbeschickung)を介して溶融物中に輸送することができる。
マスターバッチは例えば、連続的な混合法を用いて、1つ又は複数の工程段階で製造することができる。複数の工程段階で製造する際、最終濃度よりも低い充填材濃度で製造されたマスターバッチは、後続の工程段階でその濃度を上げることができる。
熱可塑性エラストマー混合物は、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される充填材を、全質量に対して0.5〜40質量%、好ましくは2〜25質量%、特に好ましくは4〜15質量%の量で含むことができる。
熱可塑性エラストマーは、押出機内でマスターバッチと混合することができる。熱可塑性エラストマーは油成分を含むことができる、つまり熱可塑性エラストマーは油成分と予備混合されていてよい。熱可塑性エラストマー、若しくは油成分と予備混合された熱可塑性エラストマーは、主供給部を介して押出機に供給することができる。マスターバッチは同様に、主供給部、又は好ましくは側方供給部を介して押出機に供給することができる。マスターバッチを熱可塑性エラストマーと、若しくは油成分と予備混合された熱可塑性エラストマーと一緒に、主供給部を介して押出機に供給する場合、これらの成分は予備混合することができる。
充填材は破断点伸びを、とりわけ縦方向で改善させるために使用することができる。
本発明のさらなる対象は、射出成形物品における、本発明による熱可塑性エラストマー混合物の使用である。
本発明のさらなる対象は、射出成形物品の等方性機械的特性を改善させるための方法であって、この方法は、第一工程で沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される少なくとも1つの充填材、及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂をマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と混合することを特徴とする。
本発明のさらなる対象は、本発明による熱可塑性エラストマー混合物を含む射出成形物品であって、この射出成形物品は、異方性係数が、同一の方法及び同一の組成で製造された射出成形物品(この際、充填材は焼成ケイ酸である)と比べて改善されていることを特徴とする。
異方性係数とは、射出成形の際の流れ方向の縦方向の破断点伸び対、射出成形の際の流れ方向の横方向の破断点伸びから得られる比である。理想的には、異方性係数は1.0である。
本発明による射出成形物品は、異方性係数が0.88〜1.12、好適には0.89〜1.0であり得る。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物を含む本発明による射出成形物品は、DIN 53517で測定して(70℃、22時間、12mmの試験体)、同一の方法及び同一の組成で製造された射出成形物品(この際、充填材は焼成ケイ酸である)よりも低い圧縮永久歪を有することができる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、同一の方法及び同一の組成で製造された熱可塑性エラストマー混合物(この際、充填材は焼成ケイ酸である)よりも改善された流動性を有することができる。流動性を測定するために、螺旋形状の試験体を射出成形する。この際に流動性のための基準として、注型された螺旋の長さが役立つ。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は、改善された熱的特性及び機械的特性を有する。
本発明による注型物品には、縦方向にも、また横方向にも同一の、又はほぼ同一の機械的特性、例えば破断点伸びを有するという利点があり、このことは異方性係数の改善につながる。
本発明による熱可塑性エラストマー混合物は自動車内部構造において、自動車内部構造適用のための高温耐光特性(Heisslichtechtheit)の向上、自動車構造及び建築物における、背面ガラス適用のための封止プロフィール、自動車構造、並びにランプの分野でのパッキングのための電気技術で使用することができ、好ましいのは動的応力を有する適用である。
実施例
コンパウンドの製造
コンパウンド化は、同方向に回転する、密に噛み合う2スクリュー式の押出機、Coperion社(以前のWerner & Pfleiderer)のZSK30型で行う。
ドライブレンド:
予備混合物と熱可塑性樹脂とから成るドライブレンドを、MTI社の垂直型汎用混合機で製造し、そして質量測定式供給部(Gericke社)を介して、押出機の入口に供給する。好ましくは、予備混合物と熱可塑性樹脂を別個の質量測定式供給部を介して押出機の入口に供給する。
この予備混合物は、SEEPS100質量部(スチレン−エチレン−エチレンプロピレン−スチレン)から成る。これにホワイトオイル100質量部と、ポリプロピレンホモポリマー(PP−h)30質量部とから成る混合物を加える。
充填材:
試験のために、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックから成る群から選択される充填材(FS)を、焼成ケイ酸と対比させながら使用する。
FS1:カルシウム含分がCaOの形で約6%の微細分散性沈降ケイ酸カルシウム(Evonik Degussa GmbH社のSIPERNAT(登録商標)880)。
FS2:ファーニス法で製造されたピグメントブラック(Evonik Carbon Black GmbH社のPRINTEX(登録商標) alpha)。
FS3:ジクロロジメチルシランで疎水化された焼成ケイ酸、表面積が130m2/gの親水性出発物質をベースとするもの(Firma Evonik Degussa GmbH社のAEROSIL(登録商標)R 972 V)。
FS4:ジクロロジメチルシランで疎水化された焼成ケイ酸、表面積が200m2/gの親水性出発物質をベースとするもの。疎水化後、付加的に構造変性を行う(Evonik Degussa GmbH社の(AEROSIL(登録商標) R 9200)。
使用される充填材の物理化学的なデータは、表1〜表4に示されている。
Figure 2011099103
Figure 2011099103
Figure 2011099103
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充填材の添加:
充填材(FS1〜4)の添加は、2つの異なる方法で行うことができる:
1.充填材は、粉末形態で直接添加することができる。このために充填材の全含分を、別個の質量測定式供給部を介して、側方押出機を用いて押出機の溶融流に輸送する。以降、この変法を粉末変法と呼ぶ。
2.充填材の添加は、マスターバッチを用いて行い、この際に沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される充填材をまず、ポリプロピレンホモポリマーとコンパウンド化する。
マスターバッチ製造のためのZSK30型押出機のパラメータ調整は、表5に示されている。
Figure 2011099103
以降、この変法をマスターバッチ変法と呼ぶ。
熱可塑性エラストマー混合物:
マスターバッチを、ドライブレンド(予備混合物と熱可塑性樹脂とから成る)と一緒に、MTI社の垂直型汎用混合機で製造し、そして質量測定式供給部(Gericke社)を介して、押出機の入口に供給する。マスターバッチは好ましくは、場合によりさらなる熱可塑性樹脂と予備混合し、そして別個の質量測定式供給部を介して、押出機の入口に供給する。全調製物中で必要となる熱可塑性樹脂(ポリプロピレン−ホモポリマー)の割合は、同じままでなければならず、マスターバッチ中に含まれるポリプロピレン−ホモポリマーによって一部置き換えられる。
エラストマー混合物製造のためのZSK30型押出機のパラメータ調整は、表6に示されている。
Figure 2011099103
射出成形:
すべてのエラストマー混合物から、寸法が110mm×75mm×2mmのプレートを慣用の射出成形法に従って膜成形で製造する(機械パラメータは表7参照)。
Figure 2011099103
エラストマー混合物のプレートで、以下の試験を行う:
・DIN 53 505準拠のショアAに従った硬度試験、
・極限引張強さ、引張強さ、破断点伸び、破断点伸度、及び応力値は、縦/横の引張試験でDIN 53 504 / S2-Stabに従って測定、
・DIN 53717に準拠の圧縮永久歪(DVR)。
これらの試験のための試験体は、射出注型プレートから打ち抜く。プレートの前面の塗膜注型が原因で、溶融物の流動配向が生じる。この流動配向が、プレートの異方性につながる。異方性への影響を確認するため、試験体を流動配向に対してそれぞれ縦方向及び横方向にプレートから打ち抜く。
流動挙動:
エラストマー混合物について、流動性を測定するために以下の試験を行う。
スパイラル試験(Spiraltest)による流動性
このスパイラル試験では、スパイラル形状の射出成形型をプラスチック溶融物で満たす。この螺旋状の型は半円形(深さ5.2mm、幅7.0mm)であり、長さが100cmである。射出成形体の長さは、付属の長さ測定装置で読み取り(+/−5mm)、cmで記載する。型を用いて10個の試験体を調整した後、次の10個の試験体を測定する(平均値)。射出条件は、対照(ゼロ試験体)の値が80〜90cmに達するように、可能な限り選択する。この調整によって、充填材を有する調製物の流動挙動を測定する。
実施例1:
上記指示のようにTPE−Sエラストマー混合物を製造する。FS1〜4の充填度はそれぞれ8質量%であり、この際に添加はマスターバッチを介して行う。
このエラストマー混合物について、射出成形機を用いて、定義された条件下(表8)でフロースパイラルを製造し(12回測定)、さまざまなTPE−Sエラストマー混合物の流動挙動を評価する。
Figure 2011099103
意外なことに、この試験から明らかになるのは、TPE−Sエラストマー混合物の流動性がFS1の使用により変化せず、FS2によってはほんのわずかにしか変わらないということである(表9)。これに対してFS3を使用することにより、流動性は著しく悪化する。
対照混合物はFS1〜4を有する混合物と同一の組成を有するが、充填材は入っていないものである。
Figure 2011099103
実施例2
上記指示のようにTPE−Sエラストマー混合物を、マスターバッチ変法で製造する。
FS1〜4の充填度は8%である。FS1〜4の添加は、40質量%のマスターバッチを介して行う。
機械的特性(縦方向と横方向)は、充填材を加えていないTPE−Sエラストマー混合物と比較する。
試験体の製造は、「射出成形」の段落で記載したように行う。
対照混合物はFS1〜4を有する混合物と同一の組成を有するが、充填材は入っていないものである。
Figure 2011099103
Figure 2011099103
意外なことに、充填材FS1及びFS2の使用により、焼成ケイ酸FS3及びFS4と比較して、縦方向での引張強さを上昇させることができ、この際、有利には圧縮永久歪を同一の水準に保つことができることが判明する。
Figure 2011099103
破断点伸びの表10及び11の双方から、TPE−S中で焼成ケイ酸FS3及びFS4を使用したものと比べて、充填材FS1及びFS2を使用した、本発明による熱可塑性エラストマーの新規で非常に重要な利点が明らかになる。
破断点伸び(縦)が、破断点伸び(横)の水準に変化することにより、縦及び横の破断点伸び特性が相互に近づき、このことが後の部材での三次元安定性を向上させる。この特性の改善は、表12中に異方性係数(破断点伸び(縦)対破断点伸び(横)から得られる係数)によって記載されている。1という異方性係数が、理想的な場合である。
実施例3
上記指示のようにTPE−Sエラストマー混合物を、マスターバッチ変法で、並びに粉末法で製造する。
充填材FS1の充填度は8%であるが、その相違点は添加手法にある。FS1の添加はマスターバッチ変法の場合、40質量%のマスターバッチを介して行う。粉末変法の場合、FS1の全充填材含分の添加は、別個の質量測定式供給部を介して、押出機の溶融流で側方押出機を用いて行う。
機械的特性(縦方向と横方向)は、充填材を加えていないTPE−Sエラストマー混合物と比較する(表13及び14)。
対照混合物はFS1〜4を有する混合物と同一の組成を有するが、充填材は入っていないものである。
Figure 2011099103
Figure 2011099103
意外なことに、本発明によるマスターバッチ変法によって充填材を添加すると、充填材FS1の使用により、TPE−エラストマー混合物の引張強さ、及び縦方向の破断点伸びを改善可能なことが判明する。

Claims (11)

  1. 少なくとも1つの熱可塑性エラストマーTPE(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と、沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から成る少なくとも1つの充填材とを含むことを特徴とする、熱可塑性エラストマー混合物。
  2. 1つの熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー混合物。
  3. 前記熱可塑性樹脂が、ポリプロピレンであることを特徴とする、請求項2に記載の熱可塑性エラストマー混合物。
  4. 油成分を含むことを特徴とする、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー混合物。
  5. 前記充填材が沈降ケイ酸塩であり、前記熱可塑性樹脂がポリプロピレンであり、かつ前記熱可塑性エラストマーがスチレンブロックコポリマーであることを特徴とする、請求項3又は4に記載の熱可塑性エラストマー混合物。
  6. 第一工程で沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される少なくとも1つの充填材、及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂をマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と混合することを特徴とする、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー混合物の製造方法。
  7. 前記熱可塑性樹脂がポリプロピレンであることを特徴とする、請求項6に記載の熱可塑性エラストマー混合物の製造方法。
  8. 射出成形物品を製造するための、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー混合物の使用。
  9. 射出成形物品の等方性機械的特性を改善させるための方法において、
    第一工程で沈降ケイ酸、沈降ケイ酸塩、又はカーボンブラックの群から選択される少なくとも1つの充填材、及び少なくとも1つの熱可塑性樹脂をマスターバッチに混合し、そして第二工程でこのマスターバッチを少なくとも1つの熱可塑性エラストマー(熱可塑性ポリウレタン(TPU)は除く)と混合することを特徴とする、前記方法。
  10. 異方性係数が、同一方法及び同一組成で製造される射出成形物品(この際、充填材は焼成ケイ酸である)よりも改善されていることを特徴とする、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー混合物を含む、射出成形物品。
  11. 異方性係数が、0.88〜1.12であることを特徴とする、請求項10に記載の射出成形物品。
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