JP2013506742A - ブロック複合材及び耐衝撃性改質組成物 - Google Patents

ブロック複合材及び耐衝撃性改質組成物 Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態は、耐衝撃性複合材及びその耐衝撃性改質剤としての使用を提供する。

Description

関連特許出願の相互参照
本出願は、2009年10月2日付けで出願された米国特許仮出願第61/248,170号(代理人管理番号68186)の優先権を主張する。本出願はまた、次の2009年10月2日付けで出願された米国特許仮出願第61/248,147号(代理人管理番号69069);及び米国特許仮出願第61/248,160号(代理人管理番号69055)にも関係する。米国特許出願実務のために、これらの出願の内容は、これらの全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。
本発明は、ブロック複合材及びその耐衝撃性改質ポリプロピレンにおける使用に関する。
多数の異なるポリマー及び材料が、ポリマー組成物に、その組成物の衝撃強さを高めようとして又は衝撃強さを維持しながらその他の特性を高めようとして添加されている。例えば、米国特許第5,118,753号明細書(Hikasaら)(参照することにより本明細書に組み込まれる)には、油展オレフィンコポリマーゴムとオレフィン系プラスチックとの混合物から本質的になる熱可塑性エラストマー組成物であって、低い硬度並びに優れた可撓性及び機械的性質を有すると言われている熱可塑性エラストマー組成物が開示されている。前記オレフィン系プラスチックは、ポリプロピレンであるか、あるいはポリプロピレンと、2個又はそれ以上の炭素原子のα−オレフィンとのコポリマーである。また、Modern Plastics Encyclopedia/89, mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.110-117(この開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる)にも、耐衝撃性改質に有用な種々の熱可塑性エラストマー(TPE)の使用が論じられている。これらの熱可塑性エラストマーとしては、エラストマーアロイTPE、エンジニアリングTPE、オレフィン系TPE(熱可塑性オレフィン又はTPOとしても知られている)、ポリウレタンTPE及びスチレン系TPEが挙げられる。
熱可塑性オレフィン(TPO)は、多くの場合、弾性材料、例えばエチレン系ランダムコポリマー、エチレン/プロピレンゴム(EPM)又はエチレン/プロピレンジエンモノマーターポリマー(EPDM)と、より硬い材料、例えばアイソタクチックポリプロピレンとのブレンドから製造される。その他の材料又は成分、例えば油、充填剤及び架橋剤が、用途に応じて配合物に添加されることができる。TPOは、多くの場合、剛性(モジュラス)と低温耐衝撃性とのバランス、良好な耐薬品性及び幅広い使用温度を特徴とする。これらのような特徴のために、TPOは、自動車のダッシュボード及びワイヤー並びにケーブル部品、硬質包装、成形品、計器盤などを含めて多数の用途で使用される。
ブロックコポリマーは、異なる種類の配列に共有結合した同じモノマー単位の配列(「ブロック」)を含む。このブロックは、様々な方法で、例えばジブロックでのA−B及びA−B−Aトリブロック構造(式中、Aは、1つのブロックを表し及びBは、1つの異なるブロックを表す)で連結することができる。マルチブロックコポリマーにおいて、AとBは、多数の異なる方法で連結させ、複数反復させることができる。マルチブロックコポリマーは、異なる種類の追加ブロックをさらに含んでいてもよい。マルチブロックコポリマーは、線状マルチブロック、マルチブロック星形ポリマー(全てのブロックが、同じ原子又は同じ化学部分に結合している)又は櫛形ポリマー(複数のBブロックが、A主鎖に一方の端部で結合されている)のいずれかであることができる。
ブロックコポリマーは、異なる化学組成の2つ又はそれ以上のポリマー分子が相互に共有結合すると作られる。種々様々なブロックコポリマー構造が可能であるが、多数のブロックコポリマーは、熱可塑性エラストマーを形成する弾性ブロックに対するハードプラスチックブロック(これは、実質的に結晶質又はガラス質である)の共有結合を含む。その他のブロックコポリマー、例えばゴム−ゴム(エラストマー−エラストマー)、ガラス−ガラス、及びガラス−結晶質ブロックコポリマーも可能である。
ブロックコポリマーを調製する1つの方法は、「リビングポリマー」を製造することにある。典型的なチーグラー・ナッタ重合法と異なり、リビング重合法は、開始及び生長段階のみを含み、本質的に連鎖停止副反応がない。これは、ブロックコポリマーに望まれる予め決定され、十分に制御された構造の合成を可能にする。「リビング」系で作られるポリマーは、狭い又は極端に狭い分子量分布を有することができ、本質的に単分散である(すなわち、分子量分布は、本質的に1つである)。リビング触媒系は、ほぼ生長速度であるか又は生長速度を越える開始速度と、停止反応又は移動反応が存在しないこととを特徴とする。さらに、これらの触媒系は、単一型の活性部位の存在を特徴とする。重合法において高収率でブロックコポリマーを製造するためには、このような触媒は、相当な程度までリビング特性を示さなければならない。
ポリプロピレン(PP)ホモポリマー又はPPランダムコポリマーは、多くの用途に望ましい剛性及び透明度を提供するが、高いTg(ホモポリマーPP、すなわちhPPについては0℃)のために不十分な耐衝撃性を招くことがある。この欠陥を克服するために、PPホモポリマーは、その靭性を改善するためにPPコポリマー及び/又はエラストマーとブレンドされるが、多くの場合その透明度及びモジュラスを犠牲にする。
理想的には、エラストマー又は相溶化剤は、前記ブレンドのモジュラスに悪影響を及ぼさずに耐衝撃性能を改善するのに十分に小さいエラストマー粒子を促進し、生成すべきである。
改善は、必要とされる用途に十分に低いTgを示し、その透明度に悪影響を及ぼさずに耐衝撃性を改善するプロピレン含有エラストマーを開発することにあるであろう。理想的には、PP/プロピレン含有エラストマーブレンド製品のモジュラスと透明度は、PPホモポリマーのモジュラスと透明度に匹敵すべきである。
米国特許第5,118,753号明細書
Modern Plastics Encyclopedia/89,1988,10月中旬発行、Vol.65,No.11,pp.110-117
配合組成物は、良好な低温耐衝撃性とモジュラスのこの組み合わせを有することが今般発見された。本発明は、
a)ポリプロピレン;
b)相溶化剤、好ましくはブロック複合材を含む相溶化剤;及び
c)場合によりエラストマー
を含む配合組成物であって、ASTM D256又はISO180によって0℃又は23℃で測定されるアイゾッド強度(kJ/m)を、(b)を含有していない組成物のアイゾッド強度よりも少なくとも10%より高く示し;且つ曲げ弾性率を、(b)を含有していない組成物の曲げ弾性率と比べて10%未満だけより低く示す配合組成物を提供する。
実施例B1に関するDSC溶融曲線を表す。 実施例F1に関するDSC溶融曲線を表す。 実施例B1、C1及びD1のTREFプロフィールを比較する。 実施例B2及びB3のDSC曲線を表す。 実施例F2及びF3のDSC曲線を表す。 実施例B1、F1、C1、H1、D1及びG1に関するブロック複合材インデックス(Block Composite Index)を表す。 実施例B1、V1、Z1、C1、W1、AA1、D1、X1及びAB1に関するブロック複合材インデックスを表す。 実施例B1、C1及びD1の動的機械分析を表す。 実施例F1、G1及びH1の動的機械分析を表す。 Profax Ultra SG853ポリプロピレン耐衝撃性コポリマーの5μm及び1μmスケールでのTEM顕微鏡写真を表す。 実施例B1、C1及びD1の2μm、1μm及び0.5μmスケールでのTEM顕微鏡写真を表す。 実施例F1、G1及びH1の2μm、1μm及び0.5μmスケールでのTEM顕微鏡写真を表す。 実施例B2、D2及びB3の0.5μm及び0.2μm規スケールでのTEM顕微鏡写真を表す。 実施例B2の1μm及び200nmスケールでのTEM顕微鏡写真を表す。 実施例D2及びC2を用いて改質されたProfax Ultra SG853のTEMの比較を表す。 実施例B2を用いて改質されたProfax Ultra SG853のTEMの比較を表す。 未改質Profax Ultra SG853と、比較実施例Aを用いて改質されたProfax Ultra SG853のTEMの比較を表す。 未改質Profax Ultra SG853と、比較実施例A、実施例B2及び実施例D2を用いて改質されたProfax Ultra SG853の応力−歪曲線を表す。 未改質Profax Ultra SG853と、比較実施例A、実施例B2及び実施例D2を用いて改質されたProfax Ultra SG853の歪み0から5%までの応力−歪曲線を表す。 未改質Profax Ultra SG853と、種々の量の実施例B2及び実施例D2を用いて改質されたProfax Ultra SG853の粒度分布プロットを表す。 未改質INSPIRE D221と、実施例H2及びF2並びに比較実施例A及びBを用いて改質されたINSPIRE D221と、Profax Ultra SG853の透過率、透明度及び曇り度を表す。 Profax Ultra SG853と、未改質INSPIRE D221と、比較実施例A及びB並びに実施例F2及びH2を用いて改質されたINSPIRE D221のTEMの比較を表す。 平均ゴムドメインサイズの関数として曇り度及び透明度を表す。 未改質INSPIRE D221と、比較実施例A及びB並びに実施例F2及びH2を用いて改質されたINSPIRE D221の応力−歪曲線を表す。 未改質INSPIRE D221と、比較実施例A及びB並びに実施例F2及びH2を用いて改質されたINSPIRE D221のモジュラス及びtanδを表す。 比較実施例C並びに本発明実施例B1及びD1に関する温度に対するアイゾッド衝撃を表す。 比較実施例D並びに本発明実施例B1及びD1に関する温度に対するアイゾッド衝撃を表す。 比較実施例C及び比較実施例Aに関する温度に対するアイゾッド衝撃を表す。 比較実施例D及び比較実施例Aに関する温度に対するアイゾッド衝撃を表す。 実施例D1の高温液体クロマトグラフィー分離を表す。 実施例D2の高温液体クロマトグラフィー分離を表す。 実施例D3の高温液体クロマトグラフィー分離を表す。 本発明ブレンドと比較ブレンドのシャルピー衝撃強さを表す。 比較ブレンドと本発明ブレンドに関する1μm、0.2μm及び100nmの解像度でのTEM顕微鏡写真を表す。
定義
本明細書の元素周期律表に関する全ての言及は、2003年にCRC Press,Inc.によって刊行され、著作権保護されている元素周期律表を指す。また、1つ又は複数の族に関する言及は、族に番号付与するためのIUPACシステムを使用してこの元素周期律表に示されている1つ又は複数の族に関するものである。特に反対に、文脈からの暗示、又は当分野での慣行について明記しない限りは、全ての部及び%は、重量に基づく。米国特許実務のために、本明細書において参照される特許、特許出願、又は刊行物の内容は、特に合成法、定義(本明細書において提供される定義と矛盾しない範囲で)及び当分野における一般知識の開示に関して、これらの全体を参照することにより本明細書に組み込まれる(又はこれらの相当する米国バージョンが、参照することによりそのように組み込まれる)。
「含む(comprising)」という用語及びその派生語は、任意の追加の成分、工程又は手順の存在を、これらが本明細書に開示されているか否かにかかわらず除外することを意図するものではない。誤解を避けるために、「含む」という用語を使用することによって本明細書で特許請求される全ての組成物は、特にそれに反して明記しない限りは、高分子物質であるか否かにかかわらず、任意の追加の添加剤、補助剤、又は化合物を含有し得る。これと対照的に、「から本質的になる」という用語は、実施可能性に不可欠でないものを除いて、任意の後続の列挙の範囲から、任意の成分、工程又は手順を除外する。「からなる」という用語は、具体的に記述又は列記されていない任意の成分、工程又は手順を除外する。「又は(あるいは)」という用語は、特に明記しない限りは、列記した構成要素を個々に及び任意の組み合わせで指す。
用語「ポリマー」は、従来のホモポリマー、すなわち単一のモノマーから調製される均一ポリマーと、コポリマー(同じ意味で本明細書ではインターポリマーという)(少なくとも2種類のモノマーの反応によって調製されるポリマー、又は例え単一のモノマーから形成される場合であってもその中に化学的に区別されるセグメント又はブロックを含んでいるポリマーを意味する)との両方を包含する。さらに具体的には、用語「ポリエチレン」は、エチレンのホモポリマー;及びエチレンと、エチレンが少なくとも50モル%を構成する1種又はそれ以上のC3−8オレフィンとのコポリマー;を包含する。用語「プロピレンコポリマー」又は「プロピレンインターポリマー」は、プロピレンと1種又はそれ以上の共重合性コモノマーとを含むコポリマーを意味し、この場合にポリマーの少なくとも1つのブロック又はセグメント(結晶性ブロック)の複数の重合モノマー単位は、プロピレンを好ましくは少なくとも90モル%、さらに好ましくは少なくとも95モル%、最も好ましくは少なくとも98モル%含有する。主として異なるα−オレフィン、例えば4−メチル−1−ペンテンから調製されるポリマーは、同様に命名されるであろう。用語「結晶質」は、用いられる場合には、示差走査熱量測定(DSC)又は同等の方法によって決定されるような一次転移又は結晶融点(Tm)を有するポリマー又はポリマーブロックを指す。この用語は、用語「半結晶質」と相互に交換可能に使用し得る。用語「非晶質」は、結晶融点のないポリマーを指す。用語「アイソタクチック」は、13C−NMR分析によって決定されるような少なくとも70%のアイソタクチックペンタッドを有するポリマー反復単位として定義される。「高アイソタクチック」は、少なくとも90%のアイソタクチックペンタッドを有するポリマーとして定義される。
用語「ブロックコポリマー」又は「セグメント化コポリマー」は、好ましくは線状様式で結合された2つ又はそれ以上の化学的に異なる領域又はセグメント(「ブロック」という)を含有するポリマー、すなわちペンダント又はグラフト化様式よりもむしろ重合したエチレン官能基に関して末端−末端結合されている化学的に区別される単位を含有するポリマーを指す。好ましい実施形態において、前記ブロックは、その中に組み込まれているコモノマーの量又は種類、密度、結晶度の量、このような組成のポリマーに起因する微結晶サイズ、立体規則性(アイソタクチック又はシンジオタクチック)の種類又は程度、位置規則性又は位置不規則性、分岐(長鎖分岐又は超分岐を含む)の量、均一性、あるいはその他の化学的又は物理的性質において異なる。本発明のブロックコポリマーは、両方のポリマー多分散性(PDI又はMw/Mn)の特有の分布、ブロック長分布、及び/又は好ましい実施形態においては1つ又は複数の触媒と組み合わせた1つ又は複数の可逆的連鎖移動剤(shuttling agent)の効果によるブロック数分布を特徴とする。
用語「ブロック複合材」は、ソフトコポリマー、ハードポリマー、及びソフトセグメントとハードセグメントを有するブロックコポリマーを含む本発明の新規ポリマーを指し、この場合、ブロックコポリマーのハードセグメントは、ブロック複合材のハードポリマーと同じ組成であり、ブロックコポリマーのソフトセグメントは、ブロック複合材のソフトコポリマーと同じ組成である。ブロックコポリマーは、線状であるか又は分岐していることができる。さらに具体的には、連続法で製造される場合には、ブロック複合材は、1.7〜15、好ましくは1.8〜3.5、さらに好ましくは1.8〜2.2、最も好ましくは1.8〜2.1のPDIを有することが望ましい。回分法又は半回分法で製造される場合には、ブロック複合材は、1.0〜2.9、好ましくは1.3〜2.5、さらに好ましくは1.4〜2.0、最も好ましくは1.4〜1.8のPDIを有することが望ましい。
「ハード」セグメントとは、モノマーが90モル%よりも多い、好ましくは93モル%よりも多い、さらに好ましくは95モル%よりも多い、最も好ましくは98モル%よりも多い量で存在する重合単位の高結晶質ブロックを指す。言い換えれば、ハードセグメントのコモノマー含有量は、最も好ましくは2モル%未満、さらに好ましくは5モル%未満、好ましくは7モル%未満、及び10モル%未満である。幾つかの実施形態において、ハードセグメントは、全ての又は実質的に全てのプロピレン単位を含む。一方、「ソフト」セグメントとは、コモノマー含有量が10モル%よりも多く且つ90モル%未満である、好ましくは20モル%よりも多く且つ80モル%未満である、最も好ましくは33モル%よりも多く且つ75モル%未満である重合単位の非晶質ブロック、実質的に非晶質のブロック又は弾性ブロックを指す。
本発明のブロック複合材ポリマー(block composite polymer)は、好ましくは、付加重合性モノマー又は複数のモノマーの混合物を、付加重合条件下で、少なくとも1つの付加重合触媒、助触媒及び可逆的連鎖移動剤(chain shuttling agent)を含む組成物と接触させる工程を含む方法によって調製され、この方法は、定常状態重合条件下で稼働する2つ又はそれ以上の反応器において、あるいは栓流重合条件下で稼働する反応器の2つ又はそれ以上の帯域において、区別されるプロセス条件下で、生長するポリマー連鎖の少なくとも幾らかを形成することを特徴とする。
好ましい実施形態において、本発明のブロック複合材は、ブロック長の最も可能性の高い分布を有するブロックポリマーの画分を含有する。本発明の好ましいポリマーは、2つ又は3つのブロック又はセグメントを含むブロックコポリマーである。3つ又はそれ以上のセグメント(区別可能なブロックによって分離されているブロックである)を含むポリマーにおいて、それぞれのブロックは、同じであってもよいし又は化学的に異なっていてもよく、一般に諸特性の分布を特徴とし得る。前記ポリマーの調製方法において、可逆的連鎖移動反応は、ポリマー鎖のかなりの部分が、可逆的連鎖移動剤で停止されたポリマーの形態で、多段反応器系列の少なくとも第一の反応器を又は栓流条件下で実質的に作動する多重帯域反応器の第一の反応器帯域を出で、このポリマー鎖が次の反応器又は重合帯域で異なる重合条件を受けるように、ポリマー鎖の寿命を引き延ばす手段として使用される。それぞれの反応器又は帯域の異なる重合条件としては、異なるモノマー、コモノマー、モノマー/コモノマー比、異なる重合温度、種々のモノマーの圧力又は分圧、異なる触媒、異なるモノマー勾配、又は区別可能なポリマーセグメントの形成をもたらす任意のその他の相違の使用が挙げられる。従って、ポリマーの少なくとも一部は、分子内に配置された2つ、3つ又はそれ以上の、好ましくは2つ又は3つの区別可能なポリマーセグメントを含有する。
結果として生じるポリマーの以下の数学的処理は、該当すると考えられるものであって、かつ、特に成長するポリマーが晒される異なる重合条件を有する直列に連結された2つ又はそれ以上の定常状態の連続する反応器又は帯域において、それぞれの反応器又は帯域で形成されるポリマーのブロック長が、以下の方法で誘導される最確分布と一致するであろうということを実証すると考えられる、理論的に誘導されるパラメーターに基づくものである。この場合のpiは、触媒iからのブロック配列に関する反応器でのポリマー成長の確率である。前記理論的処理は、当分野で公知であり、鎖又はブロック長によって影響を受けない質量作用反応速度式、及びポリマー鎖生長が平均反応器滞留時間と比べて極めて短い時間で完結するという仮説の使用を含め、分子構造に対する重合反応速度の影響を予測するのに使用される標準的な仮説(assumption)及び方法に基づく。このような方法は、すでにW.H. Ray, J. Macromol. Sci., Rev. Macromol. Chem., C8, 1(1972) 及びA.E. Hamielec and J.F. MacGregor,「Polymer Reaction Engineering」, K.H. Reichert and W.Geisler, Eds., Hanser, Munich, 1983に開示されている。さらに、所定の反応器での可逆的連鎖移動反応のそれぞれの発生は、単一ポリマーブロックの形成をもたらし、これに対し可逆的連鎖移動剤で停止されたポリマーの異なる反応器又は帯域への移動及び異なる重合条件へ晒すことは、異なるブロックの形成をもたらすと推定される。触媒iについて、反応器で製造される長さnの配列の画分は、Xi[n](式中、nは、そのブロックのモノマー単位の総数を表す1から無限大までの整数である)で与えられる。
Figure 2013506742
2種類以上の触媒が反応器又は帯域に存在する場合には、それぞれの触媒は、その反応器又は帯域で調製されるポリマーについて生長(pi)の確率を有し、従って固有の平均ブロック長及び分布を有する。最も好ましい実施形態において、成長の確率は、それぞれの触媒i={1、2、……}について、
Figure 2013506742
〔式中、
Rp[i]=触媒iによるモノマー消費の局所的速度(モル/L/時間)
Rt[i]=触媒iについての連鎖移動及び停止の全速度(モル/L/時間)、及び
Rs[i]=ドーマント(dormant)ポリマーに関する可逆的鎖移動の局所的速度(モル/L/時間)〕
として定義される。
所定の反応器について、ポリマー生長速度Rp[i]は、全モノマー濃度[M]を乗じ、触媒iの局所的濃度[Ci]を乗じた見かけの速度定数
Figure 2013506742
を使用して、下記の通り定義される。
Figure 2013506742
連鎖移動、停止、及び可逆的連鎖移動速度は、水素(H)への連鎖移動、β水素脱離、及び可逆的連鎖移動剤(CSA)への連鎖移動の関数として決定される。量[H]及び[CSA]は、モル濃度であり、それぞれの下付き文字k値は、反応器又は帯域の速度定数である:
Figure 2013506742
ドーマントポリマー鎖は、ポリマー部分がCSAに移動すると形成され、反応する全てのCSA部分は、それぞれドーマントポリマー鎖と対をなすと推定される。ドーマントポリマーと触媒iとの可逆的連鎖移動の速度は、次の通りに与えられる:
Figure 2013506742
〔式中、[CSAf]は、CSAの供給濃度であり及び量([CSAf]−[CSA])は、ドーマントポリマー鎖の濃度を表す〕。
前記の理論的処理の結果として、結果として生じるブロックコポリマーのそれぞれのブロックの全ブロック長分布は、触媒iの局部ポリマー生成速度によって加重されるXi[n]によって先に与えられたブロック長分布の合計であることが認め得る。これは、少なくとも2つの異なるポリマー形成条件下で調製されるポリマーは、それぞれ最も可能性の高いブロック長分布を有する少なくとも2つの区別できるブロック又はセグメントを有するであろうということを意味する。
モノマー
本発明のコポリマーの調製に使用するのに適したモノマーとしては、任意の付加重合性モノマー、好ましくは任意のオレフィン又はジオレフィンモノマー、さらに好ましくは任意のα−オレフィン、最も好ましくはプロピレン;並びに2個又は4個から20個までの炭素を有する少なくとも1つの共重合性コモノマー、又は1−ブテン及び2個又は5〜20個の炭素を有する少なくと1つの共重合性コモノマー、4−メチル−1−ペンテン、及び4〜20個の炭素を有する少なくとも1つの異なる共重合性コモノマーが挙げられる。好ましくは、前記コポリマーは、プロピレンとエチレンからなる。適当なモノマーの例としては、2〜30個、好ましくは2〜20個の炭素原子を有する直鎖又は分岐α−オレフィン、例えばエチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン及び1−エイコセン;3〜30個、好ましくは3〜20個の炭素原子を有するシクロオレフィン、例えばシクロペンテン、シクロヘプテン、ノルボルネン、5−メチル−2−ノルボルネン、テトラシクロドデセン、及び2−メチル−1,4,5,8−ジメタノ−1,2,3,4,4a,5,8,8a−オクタヒドロナフタレン;ジオレフィン及びポリオレフィン、例えばブタジエン、イソプレン、4−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ペンタジエン、1,5−ヘキサジエン、1,4−ヘキサジエン、1,3−ヘキサジエン、1,3−オクタジエン、1,4−オクタジエン、1,5−オクタジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、エチリデンノルボルネン、ビニルノルボルネン、ジシクロペンタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、4−エチリデン−8−メチル−1,7−ノナジエン、及び5,9−ジメチル−1,4,8−デカトリエン;芳香族ビニル化合物、例えばモノ又はポリアルキルスチレン(スチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o,p−ジメチルスチレン、o−エチルスチレン、m−エチルスチレン及びp−エチルスチレンを含む)、並びに官能基含有誘導体、例えばメトキシスチレン、エトキシスチレン、ビニル安息香酸、ビニル安息香酸メチル、酢酸ビニルベンジル、ヒドロキシスチレン、o−クロロスチレン、p−クロロスチレン、ジビニルベンゼン、3−フェニルプロペン、4−フェニルプロペン及びα−メチルスチレン、塩化ビニル、1,2−ジフルオロエチレン、1,2−ジクロロエチレン、テトラフルオロエチレン、及び3,3,3−トリフルオロ−1−プロペンが挙げられる。但し、前記モノマーは、用いる条件下で重合できることを条件とする。本明細書において少なくとも1つのCSAと組み合わせて使用するのに好ましいモノマー又はモノマー混合物としては、エチレン;プロピレン;エチレンと、1つ又はそれ以上のモノマーであってプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン及びスチレンからなる群から選択される1つ又はそれ以上のモノマーとの混合物;並びにエチレンとプロピレンと共役又は非共役ジエンとの混合物が挙げられる。
触媒及び可逆的連鎖移動剤
本発明での使用に適した触媒及び触媒前駆物質としては、WO2005/090426号明細書に開示されているような金属錯体、特にその第20頁第30行から第53頁第20行に開示されている金属錯体が挙げられる(その記載は、参照することによって本明細書に組み込まれる)。また、適当な触媒は、US2006/0199930号明細書;US2007/0167578号明細書;US2008/0311812号明細書;US7,355,089B2号明細書;又はWO2009/012215号明細書にも開示されている(これらは、触媒に関して参照することによって本明細書に組み込まれる)。
特に好ましい触媒は、次式
Figure 2013506742
(式中:
20は、水素を数に入れずに5〜20個の原子を含有する芳香族又は不活性置換芳香族基、あるいはこれらの多価誘導体であり;
は、水素を数に入れずにで1〜20個の原子を含有するヒドロカルビレン又はシラン基、あるいはこれらの不活性置換誘導体であり;
は、4族の金属、好ましくはジルコニウム又はハフニウムであり;
Gは、陰イオン性、中性又は二価陰イオン性配位子;好ましくはハライド、水素を数に入れないで最大まで20個の原子を有するヒドロカルビル又はジヒドロカルビルアミド基であり;
gは、上記G基の個数を示す1〜5の数であり;及び
結合及び電子供与相互作用はそれぞれ直線及び矢印で表される)
の触媒である。
好ましくは、このような錯体は、次式:
Figure 2013506742
(式中:
は、水素を数に入れずに2〜20個の原子を含有する二価架橋基、好ましくは置換又は非置換C3−6アルキレン基であり;及び
Arは、それぞれの出現について独立して、水素を数に入れずに6〜20個の原子を有するアリーレン基あるいはアルキル置換又はアリール置換アリーレン基であり;
は、4族の金属、好ましくはハフニウム又はジルコニウムであり;
Gは、それぞれの出現について独立して、陰イオン性、中性又は二価アニオン性配位子であり;
gは、上記X基の個数を示す1〜5の数であり;及び
電子供与相互作用は、矢印で表される)
に対応する。
前記の式の金属錯体の好ましい例としては、次の化合物:
Figure 2013506742
(式中、
は、Hf又はZrであり;
Arは、C6−20アリール又はその不活性置換誘導体、特に3,5−ジ(イソプロピル)フェニル、3,5−ジ(イソブチル)フェニル、ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル、又はアントラセン−5−イルであり、及び
は、それぞれの出現について独立して、C3−6アルキレン基、C3−6シクロアルキレン基又はこれらの不活性置換誘導体を含み;
21は、それぞれの出現について独立して、水素、ハロ、ヒドロカルビル、トリヒドロカルビルシリルであるか、又は水素を数に入れずに最大50個までの原子を有するトリヒドロカルビルシリルヒドロカルビルであり;並びに
Gは、それぞれの出現について独立して、ハロであるか、あるいは水素を数に入れないで最大20個までの原子を有するヒドロカルビル又はトリヒドロカルビルシリル基であるか、あるいは2つの基Gは、一緒になって前記のヒドロカルビル又はトリヒドロカルビルシリル基の二価誘導体である)
が挙げられる。
特に好ましいのは、次式:
Figure 2013506742
(式中、
Arは、3,5−ジ(イソプロピル)フェニル、3,5−ジ(イソブチル)フェニル、ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル、又はアントラセン−5−イルであり、
21は、水素、ハロ、又はC1−4アルキル、特にメチルであり、
は、プロパン−1,3−ジイル又はブタン−1,4−ジイルであり、及び
Gは、クロロ、メチル又はベンジルである)
の化合物である。
その他の適当な金属錯体は、次式:
Figure 2013506742
である。
前記の多価ルイス塩基錯体は、4族金属源及び中性多官能価配位子源を含む標準的なメタル化及び配位子交換法によって好適に調製される。さらに、前記錯体はまた、対応する4族金属テトラアミド及びヒドロカルビル化剤、例えばトリメチルアルミニウムから出発するアミド脱離及びヒドロカルビル化法によって調製してもよい。その他の方法もまた使用し得る。これらの錯体は、特に米国特許第6,320,005号、同第6,103,657号、同第6,953,764号並びに国際公開第WO02/38628号及び同第WO03/40195号明細書の開示から公知である。
適当な助触媒は、WO2005/090426号明細書に開示されている助触媒、特にその第54頁第1行から第60頁第12行に開示されている助触媒である(その記載は、参照することによって本明細書に組み込まれる)。
適当な可逆的連鎖移動剤は、WO2005/090426号明細書に開示されている可逆的連鎖移動剤、特にその第19頁第21行から第20頁第12行に開示されている可逆的連鎖移動剤である(その記載は、参照することによって本明細書に組み込まれる)。特に好ましい可逆的連鎖移動剤は、ジアルキル亜鉛化合物である。
ブロック複合材ポリマー生成物
本方法を利用すると、新規ブロック複合材ポリマーが容易に調製される。好ましくは、前記ブロック複合材ポリマーは、プロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテン及び1つ又はそれ以上のコモノマーを含む。好ましくは、前記ブロック複合材のブロックポリマーは、重合した形態のプロピレン及びエチレン及び/又は1つ又はそれ以上のC4−20α−オレフィンコモノマー、及び/又は1つ又はそれ以上の追加共重合性コモノマーを含むか、あるいは4−メチル−1−ペンテン及びエチレン及び/又は1つ又はそれ以上のC4−20α−オレフィンコモノマーを含むか、あるいは1−ブテン及びエチレン、プロピレン及び/又は1つ又はそれ以上のC−C20α−オレフィンコモノマー及び/又は1つ又はそれ以上の追加共重合性コモノマーを含む。追加の適当なコモノマーは、ジオレフィン、環状オレフィン、及び環状ジオレフィン、ハロゲン化ビニル化合物、及びビニリデン芳香族化合物から選択される。
結果として生じるブロック複合材ポリマーのコモノマー含有量は、任意の適当な方法を使用して測定し得、核磁気共鳴(NMR)分光学に基づいた方法が好ましい。ポリマーブロックの幾つか又は全部は、非晶質又は比較的非晶質のポリマー、例えばプロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテンとコモノマーとのコポリマー、特にプロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテンとエチレンとのランダムコポリマーを含み、及び残りのポリマーブロック(ハードセグメント)は、もしあるならば、主として重合形態のプロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテンを含むことが極めて望ましい。好ましくは、このようなセグメントは、高い結晶性又は立体特異性のポリプロピレン、ポリブテン又はポリ−4−メチル−1−ペンテン、特にアイソタクチックホモポリマーである。
また、好ましくは、本発明のブロックコポリマーは、10〜90%の結晶質又は比較的ハードなセグメントと、90〜10%の非晶質又は比較的非晶質のセグメント(ソフトセグメント)とを含み、好ましくは20〜80%の結晶質又は比較的ハードなセグメントと、80〜20%の非晶質又は比較的非晶質のセグメント(ソフトセグメント)とを含み、最も好ましくは30〜70%の結晶質又は比較的ハードなセグメントと、70〜30%の非晶質又は比較的非晶質のセグメント(ソフトセグメント)とを含む。ソフトセグメント内で、コモノマーのモル%は、10〜90モル%、好ましくは20〜80モル%、最も好ましくは33〜75モル%の範囲にあり得る。コモノマーがエチレンである場合には、エチレンは、好ましくは10モル%〜90モル%、さらに好ましくは20モル%〜80モル%、最も好ましくは33モル%〜75モル%の量で存在する。好ましくは、コポリマーは、プロピレンが90モル%〜100モル%であるハードセグメントを含有する。このハードセグメントは、90モル%よりも多いプロピレン、好ましくは93モル%よりも多いプロピレン、さらに好ましくは95モル%よりも多いプロピレン、最も好ましくは98モル%よりも多いプロピレンであることができる。このようなハードセグメントは、80℃以上、好ましくは100℃以上、さらに好ましくは115℃以上、最も好ましくは120℃以上である対応する融点を有する。
本発明のブロック複合材ポリマーは、従来のランダムコポリマー、ポリマーの物理的ブレンド、及び遂次モノマー付加によって調製されるブロックコポリマーと区別し得る。前記ブロック複合材は、ランダムコポリマーとは、以下に記載される、例えば同等量のコモノマーについてのより高い融点、ブロックインデックス及びブロック複合材インデックスなどの特性によって区別し得;物理的ブレンドとは、例えばブロックインデックス、ブロック複合材インデックス、より良い引張強さ、改善された破壊強さ、より微細な形態、改善された光学、及び低温での大きい衝撃強さ等の特性によって区別し得;遂次モノマー付加によって調製されるブロックコポリマーとは、分子量分布、レオロジー、ずり減粘(shear thinning)、レオロジー比、及びブロック多分散性が存在することによって区別し得る。
幾つかの実施形態において、本発明のブロック複合材は、以下に定義するような、0よりも大きいが約0.4よりも小さい又は約0.1〜約0.3であるブロック複合材インデックス(Block Composite Index)(BCI)を有する。他の実施形態において、BCIは、約0.4よりも大きく、最大約1.0である。また、BCIは、約0.4〜約0.7、約0.5〜約0.7、又は約0.6〜約0.9の範囲内にあることができる。幾つかの実施形態において、BCIは、約0.3〜約0.9、約0.3〜約0.8、又は約0.3〜約0.7、約0.3〜約0.6、約0.3〜約0.5、あるいは約0.3〜約0.4の範囲内にある。他の実施形態において、BCIは、約0.4〜約1.0、約0.5〜約1.0、又は約0.6〜約1.0、約0.7〜約1.0、約0.8〜約1.0、あるいは約0.9〜約1.0の範囲内にある。
ブロック複合材は、好ましくは100℃を超えるTmを有し、好ましくは120℃を超えるTm、さらに好ましくは125℃を超えるTmを有する。好ましくは、ブロック複合材のMFRは、0.1〜1000dg/分であり、さらに好ましくは0.1〜50dg/分であり、さらに好ましくは0.1〜30dg/分である。
本発明のその他の望ましい組成物は、プロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテンと、エチレンと、場合によっては1つ又はそれ以上のα−オレフィン又はジエンモノマーとの弾性ブロックコポリマーである。本発明のこの実施形態で使用するのに好ましいα−オレフィンは、式CH=CHR(式中、Rは、1〜12個の炭素原子を有する線状又は分岐アルキル基である)で示される。適当なα−オレフィンの例としては、以下に限定されないがイソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン(プロピレンと共重合させる場合)、及び1−オクテンが挙げられる。このようなポリマー、特にマルチブロックEPDM型ポリマーの調製に使用するのに適したジエンとしては、4〜20個の炭素を含有する共役又は非共役、直鎖又は分岐鎖、環状又は多環状ジエンが挙げられる。好ましいジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、及び5−ブチリデン−2−ノルボルネンが挙げられる。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネンである。結果として生じる生成物は、重合中にその場で調製されるアイソタクチックホモポリマーセグメントを弾性コポリマーセグメントと交互に含有し得る。好ましくは、前記生成物は、プロピレン、1−ブテン又は4−メチル−1−ペンテンと、1つ又はそれ以上のコモノマー、特にエチレンとの弾性ブロックコポリマーのみからなり得る。
ジエン含有ポリマーは、より多い又はより少ない量のジエン(無い場合を含む)とα−オレフィン(無い場合を含む)を含有する交互のセグメント又はブロックを含有するので、ジエンとα−オレフィンの全体量を、その後のポリマー特性を低下させることなく減少し得る。すなわち、ジエンとα−オレフィンモノマーは、ポリマー全体に均一に又はランダムに組み込まれるよりもむしろポリマーの1つのタイプのブロックに優先的に組み込まれるので、より効率的に利用され、その後にポリマーの架橋密度がよりよく調節できる。このような架橋性エラストマー及び硬化生成物は、有利な特性、例えばより高い引張強さ及びより良好な弾性回復率などを有する。
また、好ましくは、本発明のこの実施形態のブロック複合材は、10,000〜約2,500,000、好ましくは35,000〜約1,000,000、さらに好ましくは50,000〜約300,000、好ましくは50,000〜約200,000の重量平均分子量(Mw)を有する。
本発明のポリマーは、全組成物重量に基づいてプロセス油を5〜約95%、好ましくは10〜60%、さらに好ましくは20〜50%用いて油展し得る。適当な油としては、増量化EPDMゴム配合物を製造するのに慣用されている任意の油が挙げられる。例としてナフテン系石油及びパラフィン系石油の両方が挙げられ、パラフィン系石油が好ましい。
本発明のポリマーがペンダント・ジエンターモノマーを含有する場合には、EPDMを硬化させることができる任意の架橋剤が、本発明の実施形態で使用できる。適当な硬化剤としては、以下に限定されないが、フェノール樹脂、過酸化物、アジド、アルデヒド−アミン反応生成物、ビニルシラングラフト部分、ヒドロシリル化、置換尿素、置換グアニジン;置換キサンテート;置換ジチオカルバメート;硫黄含有化合物、例えばチアゾール類、イミダゾール類、スルフェンアミド類、チウラムジスルフィド類、パラキノンジオキシム、ジベンゾパラキノンジオキシム、硫黄;及びこれらの組み合わせが挙げられる。適当な架橋剤、例えば米国特許第7,579,408号明細書、第31欄第54行から第34欄第52行(この開示は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に開示されている架橋剤も使用し得る。
本発明の実施形態のエラストマー組成物は、カーボンブラックを含有していてもよい。好ましくは、カーボンブラックは、全組成物重量に基づいて10〜80%、さらに好ましくは20〜60%の量で存在する。
本発明の実施形態の熱可塑性組成物はまた、有機又は無機充填剤あるいはその他の添加剤、例えばデンプン、タルク、炭酸カルシウム、ガラス繊維、ガラスビーズ、中空ガラス球、ポリマー繊維(例えば、ナイロン、レーヨン、綿、ポリエステル、及びポリアミド)、天然有機繊維、例えば木質線維及び綿、金属繊維、フレーク又は粒子、発泡性層状ケイ酸塩、リン酸塩又は炭酸塩、例えばクレー、マイカ、シリカ、アルミナ、アルミノケイ酸塩又はアルミノリン酸塩、カーボンウィスカー、炭素繊維、ナノ粒子、例えばナノチューブ及びモンモリロナイト、ウォラストナイト、グラファイト、ゼオライト、並びにセラミックス、例えば炭化ケイ素、窒化ケイ素又はチタニアを含有していてもよい。シラン系、又はその他のカップリング剤も、よりよい充填剤結合のために用いてもよい。
本発明に従って有効に用いられる本配合物の追加成分としては、得られる組成物の特性を損なわない量の種々のその他の成分が挙げられる。これらの成分としては、以下に限定されないが、活性剤、例えば酸化カルシウム又は酸化マグネシウム;脂肪酸、例えばステアリン酸及びその塩、例えばステアリン酸カルシウム又はステアリン酸亜鉛、(ポリ)アルコール、例えばグリコール類、(ポリ)アルコールエーテル、例えばグリコールエーテル、(ポリ)エステル、例えば(ポリ)グリコールエステル、及び金属塩、特に1族又は2族金属又は亜鉛、これらの塩誘導体;可塑剤、例えばジカルボン酸のジアルキルエステル;劣化防止剤;柔軟剤;ワックス、例えばポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、及びモンタンエステルワックス;並びに顔料、例えば二酸化チタン及び酸化鉄が挙げられる。
従来のTPO用途について、カーボンブラックは、多くの場合、UV吸収及び安定化特性のために選択される添加剤である。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及びN991が挙げられる。これらのカーボンブラックは、9〜145g/kgの範囲のヨウ素吸収及び10〜150cm/100gの範囲の平均細孔容積を有する。一般に、より小さい粒径のカーボンブラックが、コスト考慮が許す範囲まで用いられる。多くのこのような用途について、本発明のブロック複合材及びそのブレンドは、カーボンブラックをほとんど又は全く必要とせず、それによって考慮に入れるべき設計自由度が代替色素を含有するか又は色素を全く含有しないことを可能にする。
組成物、例えば本発明の実施形態の熱可塑性ブレンドはまた、通常の化学者に公知のオゾン劣化防止剤又は酸化防止剤も含有し得る。オゾン劣化防止剤は、物理的保護剤、例えば表面に現れ、その一部分を酸素又はオゾンから保護する物理的保護剤、例えばワックス様物質であってもよいし、あるいは酸素又はオゾンと反応する化学保護剤であってもよい。適当な化学保護剤としては、スチレン化フェノール類、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)と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、亜リン酸エステル酸化防止剤及びこれらのブレンドが挙げられる。このような製品の幾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、及びIrganox(商標)酸化防止剤である。幾つかの用途において、使用する酸化防止剤及びオゾン劣化防止剤は、非染色性及び非移動性であることが好ましいであろう。
UV線に対するさらなる安定性を提供するために、ヒンダードアミン系光安定剤(HALS)及びUV吸収剤も使用し得る。適当な例としては、Ciba Specialty Chemicalsから入手できるTinuvin(商標)123、Tinuvin(商標)144、Tinuvin(商標)622、Tinuvin(商標)765、Tinuvin(商標)770、及びTinuvin(商標)780、並びにCytex Plastics、Houston TX、USAから入手できるChemisorb(商標)T944が挙げられる。米国特許第6,051,681号明細書に開示されているように、優れた表面品質を達成するためにHALS化合物と共にルイス酸をさらに含有していてもよい。
幾つかの組成物について、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、及び/又は光安定剤を予備分散させてマスターバッチを形成し、その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用いてもよい。
耐衝撃性改質組成物
耐衝撃性改質組成物は、エラストマー組成物とブレンドすることによって強化されたマトリックスポリマーのみからなる。1つの実施形態において、マトリックスポリマーは、ポリプロピレンである。当業者に公知のポリプロピレンを、本明細書に開示されるポリマーブレンドを調製するのに使用し得る。ポリプロピレンの限定的されない例として、低密度ポリプロピレン(LDPP)、高密度ポリプロピレン(HDPP)、高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)、高耐衝撃性ポリプロピレン(HIPP)、アイソタクチックポリプロピレン(iPP)、シンジオタクチックポリプロピレン(sPP)など、及びこれらの組み合わせが挙げられる。
ポリマーブレンドのポリプロピレンの量は、ポリマーブレンドの全重量の約0.5〜約99重量%、約10〜約90重量%、約20〜約80重量%、約30〜約70重量%、約5〜約50重量%、約50〜約95重量%、約10〜約50重量%、又は約50〜約90重量%であることができる。1つの実施形態において、ポリマーブレンドのポリプロピレンの量は、ポリマーブレンドの全重量の約50%、60%、70%又は80%である。
ポリプロピレンは、一般的にアイソタクチック形態のホモポリマーポリプロピレンであるが、その他の形態のポリプロピレンも使用できる(例えば、シンジオタクチック又はアタクチック)。しかし、ポリプロピレン耐衝撃性コポリマー(例えば、エチレンをプロピレンと反応させる二次共重合工程を用いるポリプロピレン耐衝撃性コポリマー)及びランダムコポリマー(また、反応器で改質されており、通常、プロピレンと共経重合させたエチレンを1.5〜7重量%含有する)もまた、本明細書に開示されるTPO配合物に使用できる。種々のポリプロピレンポリマーについての詳細な考察は、Modern Plastics Encyclopedia/89, mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.86-92(その開示全体は、参照することにより本明細書に組み込まれる)に含まれている。本発明で使用するポリプロピレンの分子量、従ってメルトフローレートは、用途に応じて変化する。本明細書において有用なポリプロピレンのメルトフローレートは、一般に約0.1g/10分(g/10分)〜約200g/10分、好ましくは約0.5g/10分〜約150g/10分、特に約4g/10分〜約100g/10分である。プロピレンポリマーは、ポリプロピレンホモポリマーであることができるし、あるいはランダムコポリマーであることができるし又はさらには耐衝撃性コポリマー(これは、すでにゴム相を含んでいる)であることができる。このようなプロピレンポリマーの例としては、LyondellBasell Polyolefinsから入手できる耐衝撃性コポリマーProfax Ultra SG583又はDow Chemical Companyから入手できる耐衝撃性コポリマーINSPIRE 114;Dow Chemical Companyから入手できるホモポリマーH110N又はD221.00;Dow Chemical Companyから入手できるランダムコポリマー6D43;ランダムプロピレン−エチレン・プラストマー及びエラストマー、例えばVISTAMAXX(商標)(ExxonMobil製)、及びVERSIFY(商標)(Dow Chemical Co.から入手できる)が挙げられる。
ポリプロピレンを強化するのに使用するエラストマー組成物は、ポリプロピレンに衝撃靭性を付与するのに十分なポリプロピレン相溶性と十分に低い十分なガラス転移温度を有するエラストマーであり得る。1つの実施形態において、前記エラストマーは、ランダム共重合エチレン/α−オレフィンコポリマーである。
本発明の実施形態において強化エラストマーとして使用するエチレン/α−オレフィンランダムコポリマーは、好ましくはエチレンと、少なくとも1つのC−C20α−オレフィンとのコポリマーである。エチレンと、1つのC−C20α−オレフィンとのコポリマーが、特に好ましい。このようなコポリマーの限定されない例は、線状の均一に分岐したコポリマー、例えばExxon Mobilから入手できるEXACT及び三井化学から入手できるTafmer、及び実質的に線状の均一に分岐したコポリマー、例えばDow Chemical Companyから入手できるENGAGEコポリマーである。前記コポリマーは、さらにC−C18ジオレフィン及び/又はアルキルベンゼンを含有していてもよい。エチレンと重合させるのに有用な適当な不飽和コモノマーとしては、例えば、エチレン性不飽和モノマー、共役又は非共役ジエン、ポリエン、アルキルベンゼンなどが挙げられる。このようなコモノマーの例としては、C−C20α−オレフィン、例えばプロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセンなどが挙げられる。1−ブテン及び1−オクテンが、特に好ましい。他の適当なモノマーとしては、スチレン、ハロ置換又はアルキル置換スチレン、ビニルベンゾシクロブタン、1,4−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、及びナフテン類(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセン及びシクロオクテン)が挙げられる。
エチレン/α−オレフィンコポリマーが好ましいポリマーであるが、その他のエチレン/オレフィンポリマーも使用し得る。本明細書において使用するオレフィンとは、少なくとも1個の炭素−炭素二重結合を有する一群の不飽和炭化水素系化合物を指す。触媒の選択に応じて、任意のオレフィンを本発明の実施形態において使用し得る。好ましくは、適当なオレフィンは、ビニル不飽和を含むC−C20脂肪族及び芳香族化合物、並びに環状化合物、例えばシクロブテン、シクロペンテン、ジシクロペンタジエン、及びノルボルネン、例えば、以下に限定されないが、5位及び6位がC−C20ヒドロカルビル基又はシクロヒドロカルビル基で置換されたノルボルネンである。また、このようなオレフィンの混合物、及びこのようなオレフィンとC−C40ジオレフィン化合物との混合物も挙げられる。
オレフィンモノマーの例としては、以下に限定されないが、プロピレン、イソブチレン、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、及び1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、1−オクタデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4,6−ジメチル−1−ヘプテン、4−ビニルシクロヘキセン、ビニルシクロヘキサン、ノルボルナジエン、エチリデンノルボルネン、シクロペンテン、シクロヘキセン、ジシクロペンタジエン、シクロオクテン、C−C40ジエン(以下に限定されないが1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエンを含む)、その他のC−C40α−オレフィンなどが挙げられる。特定の実施形態において、α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン又はこれらの組み合わせである。潜在的にビニル基を含有する炭化水素が本発明の実施形態で使用し得るが、実用上の問題、例えばモノマー入手可能性、コスト、及び未反応モノマーを得られるポリマーから都合よく除去できる能力は、モノマーの分子量が過度に高くなるのにつれてより大きな問題になり得る。
本明細書に記載の重合法は、モノビニリデン芳香族モノマー、例えばスチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレンなどを含むオレフィンポリマーの製造によく適している。特に、エチレンとスチレンを含むインターポリマーは、本明細書の方法に従って調製できる。場合によっては、エチレン、スチレン及びC−C20α−オレフィンを含み、場合によりC−C20ジエンを含む改善された特性を有するコポリマーを調製できる。
適当な非共役ジエンモノマーは、6〜15個の炭素原子を有する直鎖、分岐鎖又は環状の炭化水素ジエンであることができる。適当な非共役ジエンの例としては、以下に限定されないが、直鎖非環状ジエン、例えば1,4−ヘキサジエン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、分岐鎖非環状ジエン、例えば5−メチル−1,4−ヘキサジエン;3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン;3,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、並びにジヒドロミリセン(dihydromyricene)及びジヒドロオシネン(dihydroocinene)の混合異性体、単環脂環式ジエン、例えば1,3−シクロペンタジエン;1,4−シクロヘキサジエン;1,5−シクロオクタジエン及び1,5−シクロドデカジエン、並びに多環脂環式縮合及び架橋環ジエン、例えばテトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ−(2,2,1)−ヘプタ−2,5−ジエン;アルケニル、アルキリデン、シクロアルケニル及びシクロアルキリデンノルボルネン、例えば5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB);5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン、及びノルボルナジエンが挙げられる。EPDMを調製するのに典型的に使用されるジエンの中で、特に好ましいジエンは、1,4−ヘキサジエン(HD)、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)、5−ビニリデン−2−ノルボルネン(VNB)、5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)、及びジシクロペンタジエン(DCPD)である。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)及び1,4−ヘキサジエン(HD)である。
本発明の実施形態に従って調製できる1つの種類の望ましいエラストマーは、エチレンと、C−C20α−オレフィン、特にプロピレンと、場合によっては1つ又はそれ以上のジエンモノマーとのエラストマーである。本発明のこの実施形態で使用するのに好ましいα−オレフィンは、式CH=CHR(式中、Rは、1〜12個の炭素原子を有する線状又は分岐アルキル基である)で示される。適当なα−オレフィンの例としては、以下に限定されないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、及び1−オクテンが挙げられる。特に好ましいα−オレフィンは、プロピレンである。プロピレン含有ポリマーは、一般に、当分野ではEP又はEPDMポリマーという。このようなポリマー、特にEPDM型ポリマーを調製するのに適したジエンとしては、4〜20個の炭素を含有する共役又は非共役、直鎖又は分岐鎖、環状又は多環状のジエンが挙げられる。好ましいジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、及び5−ブチリデン−2−ノルボルネンが挙げられる。特に好ましいジエンは、5−エチリデン−2−ノルボルネンである。
別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンブロックインターポリマーは、強化エラストマーとして使用し得る。エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレンとα−オレフィンとの重合単位を含有してなり、前記インターポリマーは、0より大きく且つ最大約1.0までの平均ブロックインデックスと、約1.3よりも大きい分子量分布Mw/Mnとを特徴とする。別の態様において、本発明は、エチレンとα−オレフィンとの重合単位を含むエチレン/α−オレフィンインターポリマーに関し、その平均ブロックインデックスは、0よりも大きいが約0.5未満であり及び分子量分布Mw/Mnは、約1.3よりも大きい。好ましくは、前記インターポリマーは、少なくとも3つのブロックを有する線状マルチブロックコポリマーである。また、好ましくは、インターポリマーのエチレン含有量は、少なくとも50モル%である。これらのインターポリマーは、例えば米国特許第7,608,668B2号明細書(これは、参照することにより本明細書に組み込まれる)に記載されており、例証されているような重合法によって製造し得る。使用し得る別の種類のエチレン/α−オレフィンブロックインターポリマーは、「メソフェーズ分離した」と呼ばれるエチレン/α−オレフィンブロックインターポリマーである。これらのメソドメインは、球、円筒、ラメラの形態、又はブロックコポリマーについて公知のその他の形態をとることができる。ドメイン、例えばラメラの平面に垂直なドメインの最も狭い寸法(dimension)は、一般に本発明のメソフェーズ分離ブロックコポリマーでは約40nmよりも大きい。これらのインターポリマーの例は、例えば、国際公開第WO/2009/097560号、同第WO/2009/097565号、同第WO/2009/097525号、同第WO/2009/097529号、同第WO/2009/097532号、及び同第及びWO/2009/097535号明細書に見出し得る(これらの全部が、参照することにより本明細書に組み込まれる)。
さらに別の実施形態において、選択的に水素添加されたブロックコポリマーが、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素とのブロックコポリマーであって、約7%〜約100%の水素添加の前に弾性特性を示し及び1,2−微細構造の内容を有するブロックコポリマーを含有する強化エラストマーとして使用できる。このようなブロックコポリマーは、最大約60重量%までのビニル芳香族炭化水素を含有する構造を含め、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素とを種々の比率で含有する種々の構造のマルチブロックコポリマーであり得る。従って、線状又は放射状、対称又は非対称であり、次式A−B、A−B−A、A−B−A−B、B−A、B−A−B、B−A−B−A、(AB)0、1、2・・・BAなど(式中、Aは、ビニル芳香族炭化水素のポリマーブロックであるか又は共役ジエン/ビニル芳香族炭化水素テーパーコポリマーブロックであり、及びBは、共役ジエンポリマーのブロックである)で表される構造を有するマルチブロックコポリマーを使用し得る。
ブロックスチレンコポリマーは、周知のイオンブロック重合又は共重合法、例えば米国特許第3,251,905号、同第3,390,207号、同第3,598,887号、及び同第4,219,627号明細書(これらの全部は、参照することにより本明細書に組み込まれる)で例証されているような例えば周知のモノマー遂次付加法、モノマーの増分付加(incremental addition)法又はカップリング法で製造し得る。ブロックコポリマー技術で周知のように、テーパーコポリマーブロックは、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素モノマーとの混合物を、これらの共重合反応速度の差異を利用して共重合させることによってマルチブロックコポリマーに組み込むことができる。米国特許第3,251,905号、同第3,265,765号、同第3,639,521号、及び同第4,208,356号明細書(これらの開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる)を含め種々の特許明細書に、テーパーコポリマーブロックを含有するマルチブロックコポリマーの調製が記載されている。
好ましくは、本発明の耐衝撃性改質組成物は、重量平均粒径が3.5μmよりも小さい、好ましくは2.5μmよりも小さい、さらに好ましくは2.5μmよりも小さいエラストマー重量平均粒径を有する。
好ましくは、本発明の耐衝撃性改質組成物は、ポリプロピレンとエラストマー単独との耐衝撃性改質組成物の平均エラストマー重量平均粒径よりも20%を超える小さい平均エラストマー重量平均粒径、さらに好ましくはポリプロピレンとエラストマー単独との耐衝撃性改質組成物の平均エラストマー重量平均粒径よりも35%を超える小さい平均エラストマー重量平均粒径、最も好ましくはポリプロピレンとエラストマー単独との耐衝撃性改質組成物の平均エラストマー重量平均粒径よりも50%を超える小さい平均エラストマー重量平均粒径を有する。
また、好ましくは、耐衝撃性改質組成物は、未改質耐衝撃性コポリマーに比べて少なくとも2℃小さい、さらに好ましくは少なくとも5℃小さい、なお一層さらに好ましくは少なくとも10℃小さい、及び最も好ましくは少なくとも20℃小さい延性−脆性遷移温度を有する。
ブロック複合材は、ポリプロピレンハードブロックとエチレン−プロピレンソフトブロックを含有する場合には、耐衝撃性コポリマーのiPPマトリックス及び/又はエラストマー(分散)相の両方を相溶化する。プロピレン含有ブロックコポリマーとブレンドすると、PP及びエラストマー相両方のドメインサイズの予期されない顕著な低下が観察される。
好ましくは、前記配合組成物の相溶化剤は、ブロック複合材を含む。ブロック複合材は、0.50重量%〜20重量%の量、好ましくは0.5重量%〜15%の量、さらに好ましくは1重量%〜10重量%の量で存在できる。
高透明度耐衝撃性改質ポリプロピレンは、PPホモポリマー又はランダムコポリマーと、ブロック複合材とをブレンドするか、あるいはPPホモポリマー又はランダムコポリマーと、適切に選択された強化エラストマーと、本発明のブロック複合材とをブレンドすることによって得てもよい。得られるブレンドは、単純PP/エラストマーブレンドよりも小さい及びより離散したゴムドメインを生じる。ゴムドメインサイズが、可視光の波長(400〜700nm)よりも小さい場合には、光の散乱は、あまり生じないし、またポリマーブレンドは相変わらず透明である。ブロック複合材のブロックコポリマーは相溶化させたゴムを含有するので、この新しい耐衝撃性改質PPは、低い温度で改善された靭性を示し、PPホモポリマーと同様の透明度を有する。同様に、ブロック複合材によって可視光の波長よりも小さい粒径にサイズ決めされている強化エラストマーも、光をあまり散乱しないであろうし、ポリマーブレンドは相変わらず透明のままである。また、マトリックスポリプロピレンに匹敵する屈折率である強化エラストマーは、ブロック複合材とブレンドされるとPPにおいて改善された強化効率を生じるであろう。例えば、アイソタクチックPPホモポリマーと、0.895〜0.905g/cc密度のエチレン/1−オクテンエラストマーとの屈折率適合ブレンドは、ブロック複合材と比べると改質された耐衝撃性強化を示す。
この新しい耐衝撃性改質PPは、現在は入手できない透明アイスクリーム容器のようなフリーザー包装(フィルム又は硬質包装)用の高透明度PPを製造するための潜在的用途を有する。
ブレンド組成物の調製方法
本発明のブレンド組成物は、任意の都合の良い方法で、例えば個々の成分を乾式ブレンドし、その後に完成品(例えば、自動車部品)を作製するのに使用される押出機で直接に溶融混合するか、又は別の押出機(例えば、バンバリーミキサー)で予備溶融混合することによって溶融混合することによって調製される。典型的には、ブレンドは、それぞれの成分を、成分の一つ又は両方の融点温度付近の温度又はそれよりも高い温度で混合し、混練することによって調製される。大部分のマルチブロックコポリマーについて、この温度は、130℃よりも高い、最も一般的には145℃よりも高い、最も好ましくは150℃よりも高いものであってもよい。混合物を所定の温度に到達させ、溶融可塑化させることができる典型的なポリマー混合又は混練装置を用いてもよい。これらの装置としては、ミル、混練機、押出機(一軸スクリュー押出機及び二軸スクリュー押出機の両方)、バンバリーミキサー、カレンダーなどが挙げられる。混合の順序及び方法は、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、次いで押出機のようなバンバリー回分ミキサーと連続ミキサーの組み合わせを用いてもよい。
一般的な物品の製造
本発明の組成物は、慣用的な押出し、カレンダリング、ブロー成形〔例えば、Modern Plastics Encyclopedia/89, Mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.217−218,「Extrusion-Blow Molding」(その開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる)に記載されているブロー成形〕、射出成形〔例えば、Modern Plastics Encyclopedia/89, Mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.264−2688,「Introduction to Injection Molding」及びpp.270−271,「Injection Molding Thermoplastics」(これらの開示は、参照することにより本明細書に組み込まれる)に記載されている射出成形〕、発泡又は熱成形法を使用して部品、シート又はその他の製品に製造できる。このような方法の具体的な例としては、シート押出、異形押出、及び射出成形が挙げられる。このような方法は、平滑面又はエンボス表面を有する物品又は製品を製造できる。前記組成物の成分は、プレミックスされる方法に供給できるし、又は、好ましい実施形態において、成分は、組成物が押出、カレンダリング、ブロー成形、発泡又は熱成形法で形成されるように、プロセス装置、例えば加工押出機に直接供給できる。組成物はまた、物品の製造の前に別のポリマーとブレンドしてもよい。このようなブレンディングは、種々の従来技術(その1つは、本発明の熱可塑性エラストマー組成物のペレットと、別のポリマーのペレットとの乾式ブレンディングである)のいずれかによって生じ得る。
シート押出法の他に、本発明の組成物はまた、ブロー成形品を形成するために押出ブロー成形法で使用してもよい。さらに、本発明の組成物は、種々の異形材を形成するために押出しできる。本発明の組成物はまた、カレンダー加工された物品を形成するのにも使用してもよい。
本発明の組成物から製造できる物品の網羅的ではない部分的リストとして、車体部品、例えば計器盤、計器盤フォーム、燃料タンク、自動車容器、バンパーフェイシア、ボディーサイドモールディング、自動車構造リブ、内部ピラー、外装品、内装品、エア・ダム、エアダクト、グリル及びホイールカバー、及び非自動車用途、例えばポリマーフィルム、ポリマーシート、フォーム、配管、繊維、コーティング、ゴミ箱、貯蔵又は包装容器(例えば、フリーザー容器を含む)が挙げられる。勿論、当業者は、ポリマーを組み合わせて、最終用途物品、例えば、フリーザー容器の透明度を改善又は維持するために屈折率を都合よく使用することもできる。
さらなる物品としては、芝生用ガーデン家具、芝刈り機及びその他のガーデン用電化製品部品、冷蔵庫及びその他の家庭電化製品部品、レクレーションナル・ビークル部品、ゴルフカート部品、ユーティリティカート部品、机縁取り材、おもちゃ及び舟艇部品が挙げられる。また、本発明の組成物は、ルーフィング用途、例えばルーフィング品にも使用できる。さらに、本発明の組成物は、建築用途、例えばプラスチック木材、デッキング、サイディング、フェーシア、梁(soffit)、及びその他の建築内装品及び外装品に使用できる。さらに、本発明の組成物は、さらに履物の部品の製造に使用できる。さらに、本発明の組成物は、携帯電子デバイス、例えば携帯電話、パーソナルデジタルプレーヤー、パーソナルデジタルデジタルアシスタントなどの部品の製造に使用できる。当業者は、過度の実験をすることなくこのリストを容易に拡大することができる。さらなる物品としては、押出異形材が挙げられる。
重合方法
本発明のブロック複合材の製造に有用な適当な方法は、例えば、2008年10月30日付けで公開された米国特許出願公開第2008/0269412号明細書(これは、参照することにより本明細書に組み込まれる)に見出し得る。特に、重合は、連続重合、好ましくは触媒成分、モノマー、及び場合により溶媒、補助剤、捕捉剤、及び重合助剤を、1つ又はそれ以上の反応器又は帯域に連続的に供給し、ポリマー生成物をこれらから連続的に取り出す連続溶液重合として実施することが望ましい。この文脈で使用する用語「連続」及び「連続的に」の範囲内では、全プロセスが経時的に実質的に連続的であるように反応剤の断続的添加及び生成物の取り出しが小さな規則的又は不規則的な間隔であるプロセスがある。また、先に説明したように、可逆的連鎖移動剤(1つ又は複数)は、第一の反応器又は帯域内を含め重合中の任意の地点において加えてもよいし、第一の反応器の出口で又は第一の反応器のわずか前で加えてもよいし、第一の反応器又は帯域と第二の反応器あるいは任意のその後の反応器又は帯域との間で加えてもよいし、あるいは第二の反応器又は帯域あるいはそれに続く任意の反応器又は帯域に単独でさえ加えてもよい。直列に連結された複数の反応器又は帯域の少なくとも2つの間の重合条件のモノマー、温度、圧力の差異及びその他の差異により、同一分子内の異なる組成、例えばコモノマー含有量、結晶度、密度、立体規則性、位置規則性、あるいはその他の化学的又は物理的差異をもつポリマーセグメントが、異なる反応器又は帯域で形成される。それぞれのセグメント又はブロックのサイズは、連続ポリマー反応条件によって決定され、好ましくはポリマーサイズの最も可能性の高い分布である。
直列のそれぞれの反応器は、高圧、溶液重合、スラリー重合、又は気相重合条件下で操作できる。多重帯域重合において、全ての帯域は、同じ型の重合、例えば溶液、スラリー、気相下であるが、異なるプロセス条件で作動する。溶液重合法について、ポリマーが、用いられる重合条件下で溶解する液体希釈剤中への触媒成分の均一分散物を用いることが望ましい。極めて微細なシリカ又は同様の分散剤を利用して標準的には金属錯体又は助触媒が極わずかしか溶解しないような均一触媒分散物を生成させる1つのこのようなプロセスは、米国特許出願公開第5,783,512号明細書に開示されている。高圧法は、通常、100℃〜400℃の温度及び500バール(50MPa)を超える圧力で実施される。スラリー法は、典型的には不活性炭化水素希釈剤と、0℃から、結果として生じるポリマーが不活性重合媒体に実質的に溶解するようになる温度の直ぐ下の温度までの温度とを使用する。スラリー重合での好ましい温度は、30℃から、好ましくは60℃から115℃まで、好ましくは100℃までである。圧力は、典型的には大気圧(100kPa)から500psi(3.4MPa)までの範囲にある。
前記の方法の全てにおいて、連続又は実質的に連続重合条件を用いることが好ましい。このような重合条件、特に連続、溶液重合法の使用は、高い収率及び効率で本ブロックコポリマーの経済的な製造をもたらす高められた反応器温度の使用を可能にする。
触媒は、重合を行う溶媒に又は最終反応混合物と相溶性の希釈剤に、必要な金属錯体又は多重複合体を加えることによって均質組成物として調製し得る。所望の助触媒又は活性剤と、場合により可逆的連鎖移動剤とを、重合させるべきモノマー及び任意の追加反応希釈剤と触媒とを組み合わせる前に、組み合わせると同時に又は組み合わせた後に、触媒組成物と合わせてもよい。
常に、個々の成分と任意の活性触媒組成物は、酸素、水分及びその他の触媒毒から保護しなければならない。従って、触媒成分、移動剤及び活性化触媒は、酸素及び水分のない雰囲気で、好ましくは乾燥不活性ガス、例えば窒素下で調製し、保存しなければならない。
本発明の範囲を決して限定することなく、このような重合法を実施するための1つの手段は、以下の通りである。溶液重合条件下で作動する1つ又はそれ以上の十分に攪拌されたタンク又はループ反応器に、重合させるべきモノマーが、反応器の一部分において任意の溶媒又は希釈剤と一緒に連続的に導入される。反応器は、モノマーと、任意の溶媒又は希釈剤と、溶解されたポリマーとから実質的に構成される比較的均質な液相を含む。好ましい溶媒としては、C4−10炭化水素又はこれらの混合物、特にアルカン類、例えばヘキサン又はアルカン類の混合物、並びに重合において用いる1つ又はそれ以上のモノマーが挙げられる。適当なループ反応器及びそれとの使用(直列で作動する複数のループ反応器の使用を含む)に適した種々の操作条件の例は、米国特許第5,977,251号、同第6,319,989号及び同第6,683,149号明細書に見出される。
触媒は、助触媒及び場合により可逆的連鎖移動剤と共に、反応器の液相又はその任意の再循環部分の少なくとも1つの位置で連続的に又は断続的に導入される。反応器の温度及び圧力は、溶媒/モノマー比、触媒添加速度を調節することによって、及び冷却又は加熱コイル、ジャケット又はその両方を使用することによって制御し得る。重合速度は、触媒添加の速度によって制御される。ポリマー生成物中の所定のモノマーの含有量は反応器のモノマーの比率に影響され、この比率は反応器に対するこれらの成分のそれぞれの供給速度を操作することによって制御される。ポリマー生成物の分子量は、場合により、その他の重合変数、例えば温度、モノマー濃度を制御することによって、あるいは前述の可逆的連鎖移動剤、又は当分野で周知のように水素のような連鎖停止剤によって制御される。第一の反応器で調製された反応混合物が、ポリマー成長を実質的に停止させることなく第二の反応器に排出されるように、第二の反応器が第一の反応器の排出部に、場合によりコンジット又はその他の移送手段によって連結される。第一の反応器と第二の反応器の間に、少なくとも1つのプロセス条件の差異が、確立される。好ましくは、2つ又はそれ以上のモノマーのコポリマーの形成に使用するために、前記差異は、1つ又はそれ以上のコモノマーの有無又はコモノマー濃度の違いである。それぞれ第二の反応器と同様の方法で直列に配置されたさらなる反応器もまた提供し得る。直列の最後の反応器を出ると、排出液は、触媒不活性化剤(catalyst kill agent)、例えば水、水蒸気又はアルコールと接触させられるか、あるいはカップリング剤と接触させられる。
得られるポリマー生成物は、反応混合物の揮発性成分、例えば残留モノマー又は希釈剤を減圧でフラッシュし、必要ならば脱蔵押出機などの装置でさらに脱蔵を行うことによって回収される。連続法において、反応器内の触媒及びポリマーの平均滞留時間は、一般的に5分〜8時間、好ましくは10分〜6時間である。
別法として、前記の重合は、栓流反応器で、モノマー、触媒、移動剤、温度又は異なる帯域又はその領域の間で確立されたその他の勾配を用いて、場合により触媒及び/又は可逆的連鎖移動剤の別個の添加を伴い、及び断熱又は非断熱重合条件下で操作して実施してもよい。
また、触媒組成物は、先に開示したように、必要成分を不活性無機又は有機粒状固体に吸着させることによって均質触媒として調製し、用いてもよい。好ましい実施形態において、不均一触媒は、金属錯体と;不活性無機化合物と活性水素含有活性剤との反応生成物、特にトリ(C1−4アルキル)アルミニウム化合物とヒドロキシアリールトリス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのアンモニウム塩、例えば(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−tert−ブチルフェニル)トリス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのアンモニウム塩との反応生成物とを共沈させることによって調製される。不均一な又は支持された形態で調製された場合には、触媒組成物は、スラリー重合又は気相重合で使用し得る。実際上の制限として、スラリー重合は、ポリマー生成物が実質的に溶解しない液体希釈剤中で行われる。好ましくは、スラリー重合用の希釈剤は、5個未満の炭素原子を有する1つ又はそれ以上の炭化水素である。必要に応じて、飽和炭化水素、例えばエタン、プロパン又はブタンを、全部又は部分的に希釈剤として使用してもよい。溶液重合と同様に、α−オレフィンコモノマー又は異なるα−オレフィンモノマーの混合物は、全部又は部分的に希釈剤として使用してもよい。最も好ましくは、少なくとも希釈剤の主要部分は、重合させるべき1つ又は複数のα−オレフィンモノマーを含む。
分析試験方法
それぞれの樹脂の全組成は、DSC、NMR、GPC、DMS、及びTEM形態学によって決定される。キシレン分画及びHTLC分画が、ブロックコポリマーの収量を評価するためにさらに使用できる。
示差走査熱量測定(DSC)
示差走査熱量測定は、RCS冷却アクセサリ及び自動サンプラーを備えたTA InstrumentsのQ1000 DSCで行う。50ml/分の窒素パージガス流を使用する。試料を薄膜にプレスしてプレス中に約190℃で溶融し、次いで室温(25℃)まで空冷する。次いで、材料の約3〜10mgを切断し、正確に秤量し、軽量アルミニウムパン(約50mg)に入れ、その後に圧着させる(crimped shut)。試料の熱挙動を以下の温度プロフィールで調査する:試料を、190℃に急速加熱し、3分間等温に保持し、以前の熱履歴を除去する。次いで、試料を、−90℃に10℃/分の冷却速度で冷却し、−90℃で3分間保つ。次いで、試料を、150℃まで10℃/分の加熱速度で加熱する。冷却曲線及び第二の加熱曲線を記録する。
13C核磁気共鳴(NMR)
試料調製
試料を、アセチルアセトン酸クロム(緩和剤)中に0.025Mであるテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物約2.7gを、10mmNMR管の試料0.21gに加えることによって調製する。試料は、NMR管及びその内容物を150℃に加熱することによって溶解し、均一にする。
データ収集パラメーター
データは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker製400MHz分光計を用いて収集する。データは、データファイル当たり320減衰、7.3秒のパルス繰り返し遅延(6秒の遅延+1.3秒の取得時間)、90°のフリップ角、及び逆ゲートデカップリングを使用して125℃の試料温度で取得する。全ての測定は、非回転(non spinning)試料についてロックドモードで行う。試料は、加熱(130℃)NMR試料交換装置に挿入する直前にホモジナイズし、データ取得の15分前に前記プローブ中で熱平衡させる。
ゲル透過クロマトグラフィー(GPC)
ゲル透過クロマトグラフ装置は、Polymer Laboratories製のModel PL−210又はPolymer Laboratories製のModel PL−220装置からなる。カラム及びカルーセルコンパートメントは、140℃で操作する。3つのPolymer Laboratories製の10ミクロンMixed−Bカルムを使用する。溶媒は、1,2,4−トリクロロベンゼンである。試料は、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含む溶媒50ml中にポリマー0.1gの濃度で調製する。試料は、160℃で2時間穏やかに攪拌することによって調製する。使用する注入量は、100μlであり、流量は、1.0ml/分である。
GPCカラムセットの較正は、580〜8,400,000の範囲の分子量を有し、それぞれの分子量の間に少なくとも10の隔たりを有する6個の「カクテル」混合物に配置した21個の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を用いて行う。前記標準物質を、Polymer Laboratories(Shropshire、UK)から購入する。ポリスチレン標準物質を、1,000,000以上の分子量については溶媒50ml中に0.025gで調製し、1,000,000未満の分子量については溶媒50ml中に0.05gで調製する。ポリスチレン標準物質を、80℃で30分間穏やかに攪拌しながら溶解させる。狭い標準物質混合物を最初に流し、分解を最小限にするために最大分子量成分から減少する順序で流す。ポリスチレン標準物質ピーク分子量は、次式〔Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym., Let., 6, 621 (1968)に記載されている〕:
ポリエチレン=0.645(Mポリスチレン
を使用してポリエチレン分子量に変換する。
ポリプロピレン相当分子量の算出は、Viscotek TriSECソフトウエア・バージョン3.0を使用して行う。
高速昇温溶出分画(F−TREF)
F−TREF分析において、分析すべき組成物を、オルトジクロロベンゼンに溶解し、不活性支持体(ステンレス鋼散弾)を収容するカラム内で温度を30℃まで(4℃/分の好ましい速度で)徐々に下げることによって結晶化させる。カラムは、赤外線検出器を備えている。次いで、溶出溶媒(o−ジクロロベンゼン)の温度を30℃から140℃まで(1.5℃/分の好ましい速度で)徐々に上昇させることによって、結晶化したポリマー試料をカラムから溶出することによってF−TREFクロマトグラム曲線を作成する。
高温液体クロマトグラフィー(HTLC)
HTLCは、米国特許出願公開第2010−0093964号明細書及び2009年12月21日付け出願の米国特許出願第12/643111号明細書(これら両方は、参照することによって本明細書に組み込まれる)に開示されている方法に従って行う。試料は、以下に記載の方法で分析する。
Waters製のGPCV2000高温SECクロマトグラフを、HT−2DLC計測(instrumentation)を構成するために再構成した。2つの島津製LC−20ADポンプを、GPCV2000のインジェクターバルブにバイナリーミキサーを介して連結した。第一の寸法(D1)のHPLCカラムを、インジェクターと10−ポート切り替えバルブ(Valco Inc)の間に連結した。第二の寸法(D2)のSECカラムを、10−ポートバルブと、LS(Varian Inc.)検出器、IR(濃度及び組成検出器)、RI(屈折率検出器)、及びIV(固有粘度)検出器との間に連結した。RI及びIVは、GPCV2000の内蔵検出器であった。IR5検出器は、PolymerChar(バレンシア、スペイン)から提供された。
カラム:前記D1カラムは、Thermo Scientificから購入した高温Hypercarbグラファイトカラム(2.1×100mm)であった。前記D2カラムは、Varianから購入したPLRapid−Hカラム(10×100mm)であった。
試薬:HPLCグレードのトリクロロベンゼン(TCB)を、Fisher Scientificから購入した。1−デカノール及びデカンを、Aldrichから購入した。また、2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(Ionol)も、Aldrichから購入した。
試料調製:0.01〜0.15gのポリオレフィン試料を、10mLのWaters製オートサンプラー用バイアルに入れた。その後に、7mLの1−デカノール又はデカンを、200ppmのIonolと共に前記バイアルに加えた。試料バイアルにヘリウムを約1分間スパージした後に、試料バイアルを、160℃に設定した温度の加熱シェーカーの上に置いた。このバイアルを、前記温度で2時間振盪することによって溶解を行った。次いで、このバイアルを注入のためにオートサンプラーに移した。溶液の実際の容量は、溶媒の熱膨張により7mLを超えることに留意すること。
HT−2DLC:D1流量は、0.01mL/分であった。移動相の組成は、操作の最初の10分間は、100%の弱溶出液(1−デカノール又はデカン)であった。次いで、前記組成を、489分で60%の強溶出液(TCB)にまで増大させた。データは、未加工クロマトグラムの持続時間として489分間採取した。10−ポートバルブを、3分毎に切り替え、489/3=163 SECクロマトグラムを得た。操作後勾配を、次の操作のためにカラムを清浄化し、平衡化させるために489分のデータ収集時間後に使用した:
清浄化工程:
1.490分:フロー=0.01分;//0分から490分まで0.01mL/分の一定流量を維持する。
2.491分:フロー=0.20分;//流量を0.20mL/分に増加させる。
3.492分:%B=100;//移動相の組成を100%TCBに増加させる。
4.502分:%B=100;//2mLのTCBを使用してカラムを洗浄する。
平衡工程:
5.503分:%B=0;//移動相の組成を1−デカノール又はデカン100%に変える。
6.513分:%B=0;//2mLの弱溶出液を使用してカラムを平衡させる。
7.514分:フロー=0.2mL/分;//491〜514分の間0.2mL/分の一定流量を維持する。
8.515分:フロー=0.01mL/分//流量を0.01mL/分に下げる。
工程8の後に、流速及び移動相組成は、操作勾配の最初の条件と同じであった。
D2流量は2.51mL/分であった。10−ポート切り替えバルブにおいて2つの60μLループを設置した。バルブの切り替えの度にD1カラムからの溶出液30μLをSECカラムにロードした。
IRシグナル、LS15シグナル(15°での光散乱シグナル)、LS90シグナル(90°での光散乱シグナル光散乱)、及びIV(固有粘度)シグナルを、SS420Xアナローグ−デジラル変換ボックスを介してEZChromによって収集した。クロマトグラムを、ASCIIフォーマットで保存し、データ整理のために自前のMATLABソフトウエアに取り込んだ。ポリマー組成及び保持容量の適切な較正曲線を使用して、ブロック複合材に含まれるハードブロックとソフトブロックについて同様の性質であるポリマーについて分析する。較正ポリマーは、組成(分子量及び化学組成の両方)が狭いものであるべきであり、分析の間に目的の組成をカバーするために妥当的な分子量範囲にまたがるべきである。生データの分析は、次の通りに算出した。第一次元のHPLCクロマトグラムを、(総IR SECクロマトグラムのカットからの)全てのカットについてのIRシグナルを溶出容量の関数としてプロットすることによって再構成した。IR対D1溶出容量を、全IRシグナルによって正規化して重量分率対D1溶出容量のプロットを得た。IRメチル/計測の比を、再構成IR尺度及びIRメチルクロマトグラムから得た。この比を、SEC実験により得られたPP重量%(NMRによる)対メチル/計測の較正曲線を使用して組成に変換した。MWを、再構成IR尺度及びLSクロマトグラムから得た。この比を、PE標準物質を使用してIR検出器及びLS検出器の較正後にMWに変換した。
単離されるPPの重量%は、組成較正曲線によって決定される単離ピーク及び保持容量に基づき、ハードブロック組成に対応する面積として測定される。
キシレン溶解画分の分析
秤量した量の樹脂を、200mlのo−キシレンに還流条件下で2時間溶解する。次いで、得られる溶液を、温度調節した水浴で25℃に冷却してキシレン不溶性(XI)画分を結晶化させる。前記溶液を冷却し、不溶性画分が溶液から沈殿すると、キシレン可溶性(XS)画分のキシレン不溶性画分からの分離を、濾紙で濾過することによって行う。残りのo−キシレン溶液は、濾液から蒸発させる。XS画分及びXI画分の両方を、真空オーブンで、100℃で60分間乾燥し、次いで秤量する。
別法として、ソフトブロックポリマーの溶液結晶化温度が室温よりも高い場合には、分画工程は、ソフトブロックの結晶化温度よりも10〜20℃高いが、ハードブロックの結晶化温度よりも低い温度で実施することもできる。分離の温度は、参考文献、TREF and CRYSTAF technologies for Polymer Characterization, Encyclopedia of Analytical Chemistry. 2000 Issue, Pages 8074-8094に記載されているようなTREF又はCRYSTAF測定によって決定できる。この分画は、実験室用加熱溶解及び濾過装置又はPreparatory mc(PolymerChar、バレンシア、スペインから入手できる)のような分画装置で実施できる。
動的機械的分光分析(DMS)
動的機械的測定値(温度に対する損失弾性率及び貯蔵弾性率)は、TA instruments製のARESで測定される。動的弾性率の測定は、厚み約2mm、幅5mm幅及び長さ約10mmの固体バーに関するねじり応力で行う。データは、10rad/sの一定振動数及び5℃/分の加熱/冷却速度で記録する。温度掃引は、−90℃から190℃まで5℃/分で行う。
透過電子顕微鏡法
ポリマーフィルムを、圧縮成形し、次いで急冷によって調製する。このポリマーを、1000psiで、190℃で1分間予備溶融し、次いで5000psiで2分間プレスし、次いで冷却プラテン(15〜20℃)の間で2分間急冷する。
圧縮成形フィルムを、切片がフィルムの中心部近くで収集できるようにトリミングされる。トリムした試料を、エラストマー相のスメアリング(smearing)を防止するためにブロックから切片を−60℃で取り出すことによって、染色する前に低温研磨する。低温研磨ブロックを、2%四酸化ルテニウム水溶液の蒸気相を用いて周囲温度で3時間染色する。染色溶液は、0.2gの塩化ルテニウム(III)水和物(RuCl×HO)を、ねじ蓋を有するガラスビンに秤量し、このビンに10mlの5.25%次亜塩素酸ナトリウム水溶液を加えることによって調製する。試料を、両面テープを有するガラススライドを使用してガラスビンに入れる。前記スライドをビンに入れ、染色溶液の約1インチ上にブロックを吊り下げる。厚み約90ナノメーターの切片を、Leica EM UC6ミクロトーム上でダイヤモンドナイフを使用して周囲温度で収集し、観察のために600メッシュの新しいTEMグリッド上に置く。
画像収集−TEM画像は、100kV加速電圧で操作されるJEOL製のJEM−1230で収集し、Gatan−791及び794デジタルカメラで収集する。
原子間力顕微鏡
試験片を、Digital Instruments製のNanoScope V、Dimension 3100 AFMを用いて、位相検出を有するタッピングモードで走査した。ソフトウエアのバージョンは、5.30r3である。Mikro Masch製チップを全ての実験で使用した。チップのパラメーター:L=230um、チップ半径=5〜10nm、ばね定数=45N/m、Fo=170kHz。タッピング比:0.80。自由増幅設定電圧は、3.0vに設定した。画像の後処理は、SPIP画像解析ソフトウエアv5.04を使用して行った。
試料調製
実施例の二軸スクリュー押出配合及び調製:
この研究のTPOコンパウンド(混成物)は、25mmのCoperion製WP−25 ZSK同時回転二軸スクリュー押出機で、500RPMの速度で溶融ブレンドすることによって調製した。ポリプロピレン、エラストマー、及びさらにブロック複合材を、個々のロス/ウェイト(loss/weight)フィーダーを使用して押出機に供給した。酸化防止添加剤を、配合の前にエラストマーとタンブルブレンドした。タルクを、押出機バレルの第三の帯域に導入されたサイドアームフィーダーによって供給し、押出し中は真空を使用して揮発分を除去した。配合押出機速度は、約220℃(430°F)の溶融温度で0.38kg/分(50ポンド/時間)であった。押出されたストランドは、水冷して、ペレットに切断した。
実施例のHaake Brabender配合及び調製:
ブレンドを、Haakeバッチミキサーで50g又は200gのボウルを使用して調製した。ブレンドを、230℃で、50rpmで15〜20分間混合した。この時間中、溶融トルクを監視してトルクが成分の溶融後に定常状態に達することを確実にした。
圧縮成形条件
ポリマーフィルム及び試験片(特に明記しない限り)を、圧縮成形し、次いでCarver Press(例えば、モデル#4095−4PR1001R)を使用して急速冷却することによって調製する。ポリマーを、1000psiで、190℃で1分間予備溶融し、次いで5000psiで2分間プレスし、次いで冷却したプラテン(15〜20℃)の間で2分間冷却した。
射出成形
試験試料は、東洋射出成形機と、異なるインサートを、引張りドッグボーン(dog-bone)又は直径4インチ(約10cm)及び厚み0.125インチ(約32cm)の計装ダート衝撃試験ディスクを調製するのに利用可能にするユニバーサルインサートツールとを利用して射出成形する。計装ダート衝撃試験片について、利用する射出速度は、28cm/秒である。溶融温度は、400°F(約200℃)で制御し、ツール温度は100°(約37℃)で制御する。全ての試料は、実験室で、試験前に少なくとも7日間室温で状態調節する。
ポリプロピレンに基づいた系の特性は、結晶化度の進行と共に変化するという認識において、試験片を試験する前に、次のエージングを使用した:
ノッチ付きアイゾッド及びシャルピー試験:成形後1〜6時間以内に行うべきアイゾッド試験のために切り込みを入れ、試験前に73°F及び50%相対湿度で40時間状態調節する。
曲げ弾性率試験:73°F及び50%相対湿度で40時間状態調節後。
計装ダート衝撃:TPO試験片の7日間のエージング時間。
物性試験
密度
密度測定用の試料は、ASTM D1928に従って調製する。測定は、ASTM D792、Method Bを使用して試料のプレスの1時間以内に行う。
メルトフローレート及びメルトインデックス
試料のメルトフローレート又はIは、ASTM D1238、Condition 230℃、2.16kgを使用して測定する。メルトインデックスは、ASTM D1238、Condition 190℃、2.16kgを使用して測定する。試料のメルトフローレート又はI10は、ASTM D1238、Condition 230℃、10kgを使用して測定する。メルトインデックスは、ASTM D1238、Condition 190℃、10kgを使用して測定する。
引張り試験
短軸引張りにおける応力−歪挙動を、ASTM D638を使用して測定する。特に明記しない限りは、射出成形引張り試験片を使用する。試料は、Instronを用いて23℃で50mm/分で延伸する。引張強さ及び破断点伸びを、5個の試験片の平均について報告する。
曲げ弾性率
曲げ弾性率並びに1%又は2%の割線モジュラス及び弦モジュラスを、ASTM D−790に従って測定する。試料は、引張り試験片(ほぼ165mm×19mm×3mm)の射出成形によって調製し、室温で少なくとも40時間状態調節する。
荷重下加熱撓み
加熱撓み温度(HDT)は、高温での所定荷重下のポリマーの耐高温変形性の尺度である。一般的なASTM試験は、ASTM D648であり、0.455MPaの荷重を使用した。射出引張り試験片を、試験に使用した。撓み温度は、規定曲げ応力を加えられた試験片が0.010インチ(0.25mm)まで撓む温度である。
光学特性
曇り度は、0.5mm圧縮成形フィルムを使用してASTM D1003に従って測定した。透明度は、0.5mm圧縮成形フィルムを使用してASTM D1746に従って測定した。ポリマーフィルムを、圧縮成形し、次いで急速冷却することによって調製する。60°光沢は、ASTM D−2457に規定されているようにBYK Gardner Glossmeter Microgloss 60°を使用して測定する。
シャルピー衝撃強さ
ノッチ付きシャルピー衝撃強さを、ASTM E23に従って測定した。ノッチ付きシャルピー衝撃試験を、射出成形ASTM引張り試験片について行った。試料に対して、ASTM E23に従って10.16±0.05mmの切欠き深さを作り出すためノッチャーを使用して切り込みを入れた。各試料の5個の試験片を、ASTM E23を使用して室温、23℃、0℃、−10℃、−20℃、及び−30℃で試験した。
アイゾッド衝撃強さ
ノッチ付きアイゾッド衝撃試験を、62mm×19mm×3.175mmの寸法を有するために引張試験片から切り出した射出成形ASTM試験片について行った。試料は、ASTM D256に従って10.16±0.05mmの切り込み深さを作り出すためにノッチャーを使用して切り込みを入れた。各試料の5個の試験片を、ASTM D256を使用して室温、23℃、0℃、−10℃、−20℃、及び−30℃で試験した。
計装化ダート衝撃強さ
計装化ダート衝撃は、ASTM D3763に従って調べた。それぞれの射出成形4″ディスク試験片を、室温、23℃、0℃、−10℃、−20℃、及び−30℃で試験した。直径0.5インチの尖端を有する半球状のダートを、793Flex Test GT Systemソフトウエアを備えたMTS 819 High Rate Test Systemで使用した。試験の前に、直径4インチ、厚み0.125インチの試験片を、2℃に正確な市販冷凍庫内で、試験温度に至らせた。冷凍庫での平衡時間は、少なくとも4時間であった。試験片ディスクを、直径3インチの開口部を有する中心に置いた。グリップフレームを、Vemco人工気候室に入れた。クランプ固定した試験片を、固定したダートに6.7m/sの一定の速度で移動させた。衝撃中の試験片によって吸収された全エネルギーを報告した。また、破壊されたディスクも肉眼で検査し、脆性破壊又は延性破壊として分類した。5個の試験片について平均衝撃エネルギーを報告する。
概要
触媒−1([[rel,2',2'''−[(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジイルビス(メチレンオキシ−κO)]ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)−5−メチル[1,1'−ビフェニル]−2−オラト−κO]](2−)]ジメチル−ハフニウム)と、助触媒−1、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのメチルジ(C14−18アルキル)アンモニウム塩の混合物(実質的に米国特許第5,919,9883号明細書、実施例2に開示されているように長鎖トリアルキルアミン〔Armeen(商標)M2HT、Akzo−Nobel,Inc.から入手できる〕と、HClと、Li[B(C]との反応によって調製される)とは、Boulder Scientificから購入し、さらに精製することなく使用する。
CSA−1(ジエチル亜鉛又はDEZ)と修飾メチルアルモキサン(MMAO)を、Akzo Nobelから購入し、さらに精製することなく使用した。重合反応用の溶媒は、Shell Chemical Companyから入手できる炭化水素混合物(SBP 100/140)であり、使用前に13−Xモレキュラーシ−ブのビーズで精製する。
A1、E1、U1及びY1以外の全ての実施例は、iPPハードブロックを有する。実験B〜Dは、60〜65重量%のC2を含有する半結晶質エチレン−プロピレンソフトブロックを有し、これに対して実験(run)F〜Hは、40重量%のC2を含有する非晶質エチレン−プロピレンソフトブロックを有する。アルファベット文字の増進と共に、iPPハードブロックの重量分率及び長さは、独立して反応器(この場合は、反応器2)での生成速度を高めることによって30重量%から60重量%まで制御される。
実施例V1、W1、X1及びY1、Z1、AAは、設計においてB、C、Dと同様であるが、異なる反応器条件で調製される。より高いプロピレン転化率及び反応器温度の効果を、以下で考察する。
実施例A1〜AB1は、水素を用いない実験である。全ての実施例について反応器1のCSA濃度は、153ミリモル/kgである。全ての実施例について反応器2のMMAO濃度は、6ミリモル/kgである。
試料A1〜D1
本発明のプロピレン/エチレンコポリマーを、直列に連結された2つの連続攪拌槽型反応器(CSTR)を使用して調製した。それぞれの反応器は、水力学的に満たされており(hydraulically full)、定常状態条件で作動するように設定する。試料A1は、表1Aに概説するプロセス条件に従ってモノマー、溶媒、触媒−1、助触媒−1、及びCSA−1を第一の反応器に流すことによって調製する。試料B1を調製するために、表1Aに記載の第一の反応器内容物を、直列の第二の反応器に流した。追加の触媒−1及び助触媒−1を、第二の反応器に加え、並びに捕捉剤として少量のMMAOを加えた。試料C1及びD1は、表1A及び1Bに記載のように2つの反応器の条件を調節することによって調製した。
試料E1〜AB1
ジブロック試料F1〜H1、V1〜X1、Y1〜AB1のそれぞれの組は、実施例B1〜D1について前記したように調製したが、表1A及び1Bに概説するプロセス条件に従って調製した。それぞれの組について、第一の反応器生成物(E1、U1、Y1)は、第一のブロック組成物を目標として調製する。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
分画試料の調製
2〜4gのポリマーを、200mlのo−キシレンに還流条件下で2時間溶解する。次いで、得られる溶液を、温度調節した水浴で25℃に冷却してキシレン不溶性画分を結晶化させる。前記溶液を冷却し、この溶液から不溶性画分が沈殿したら、キシレン可溶性画分のキシレン不溶性画分からの分離を、濾紙で濾過することによって行う。残りのo−キシレン溶媒を、濾液から蒸発させる。キシレン可溶性画分(XS)及びキシレン不溶性画分(XI)の両方を、真空オーブン中で、100℃で60分間乾燥し、次いで秤量する。
試料のそれぞれの組について、キシレン不溶性画分には番号「2」を割り当て、キシレン可溶性画分には番号「3」を割り当てる。例えば、B1は、抽出操作に供され、試料B2(キシレン不溶性画分)と試料B3(キシレン可溶性画分)を生成する。
表2は、実験B1〜AB1の分析結果を示す。ポリマーの分子量分布は、比較的狭く、Mw/Mnは、試料B1〜D1については2.1〜2.3の範囲にあり、試料F1〜H1については2.2〜2.8の範囲にある。試料V1〜AB1については、Mw/Mnは、2.1〜2.5の範囲にある。実験のそれぞれの対応するキシレン不溶性画分及び可溶性画分(番号2又は3で示す)については、Mw/Mnは、2.0〜2.8の範囲にある。
表2はまた、高温液体クロマトグラフィー分離によって同定された単離PPの重量%を示す。単離PPの量は、ブロックコポリマーに組み込まれていないPPの量を示す。単離PPの重量分率及び1から差し引いたキシレン可溶性画分の重量分率は、生成したジブロックポリマーの収量に関連付けることができる。
図1は、B1試料のDSC溶融曲線を表す。130℃でのピークは、iPP「ハード」ポリマーに対応し、30℃での幅広いピークは、EP「ソフトソフト」ポリマーに対応する;−46℃でのガラス転移温度も、64重量%のエチレン(C)を含有するEP「ソフト」ポリマーに対応する。
図2は、F1試料のDSC溶融曲線を表す。135℃でのピークは、iPP「ハード」ポリマーに対応し、室温よりも下に結晶化度がないことは、40重量%のCを含有するEP「ソフト」ポリマーに対応する。−50℃のTgにより、40重量%のCを含有するEP「ソフト」ポリマーの存在が確認される。
Figure 2013506742
ブロックコポリマーの存在は、TREF又は溶液分画によって測定される場合には、ポリマー鎖の結晶化特性を変えることができる。図3は、試料B1〜D1のTREFプロフィールを比較する。TREFプロフィールは、DSCの結果と一致し、高結晶質画分(40℃よりも高い温度で溶出)及び低結晶度の可溶性画分(40℃よりも低い温度で溶出する残存物質)を示す。溶出温度は、存在するiPPの量と共に上昇する。iPPブロックに連結されたEPブロックは、溶媒への鎖の溶解性を高め得る及び/又はiPPブロックの結晶化を妨害し得る。
図4及び5は、B2、B3及びF2、F3の画分の対応DSC曲線を表す。この分析において、キシレン可溶性画分は、非結晶性ソフトポリマーの量の評価である。試料B1〜D1からのキシレン可溶性画分について、エチレンの重量%は、61〜65重量%のエチレンであり、残存アイソタクチックプロピレンは検出されない。キシレン可溶性画分のDSCにより、高結晶度ポリプロピレンが存在しないことが確認される。
反対に、不溶性画分(番号2として示す)は、iPPポリマー及びiPP−EPジブロックの量を含有することができる。ポリマー鎖の結晶化及び溶出は、その最も長い結晶性プロピレン連鎖によって影響を受けることから、ジブロックコポリマーは、iPPポリマーと共に沈殿するであろう。これは、「不溶性」画分に存在する感知できる、説明できない量のエチレンを示すNMR及びDSC分析によって確認される。iPP及びEPゴムブレンドの典型的な分離において、アイソタクチックPPは、この分析によって明らかに分離されるであろう。不溶性画分に「追加」エチレンが存在するという事実は、ジブロックの画分が存在することを確認する。画分同士の間のモノマーの全物質収支を説明することによって、ブロック複合材インデックスを評価することができる。
ジブロックの存在に関する他の指標は、iPPの増加量と共に不溶性画分の分子量の増大である。ポリマー鎖は、第一の反応器から第二の反応器に通過する間に配位結合することから、ポリマーの分子量が増大することが予測される。表3は、可溶性画分の分子量が相変わらず比較的一定(120〜140kg/モル)であることを示す。これは、EPソフトブロックを調製する反応器条件が実験から実験まで変化しなかったことから予測される。しかし、不溶性画分の分子量は、より長いiPPブロックを作るために、反応器2の生成速度の上昇と共に増大する。
ブロック複合材インデックスの評価
本発明実施例は、ポリマーが単にiPPホモポリマーとEPコポリマーとのブレンドであった場合には存在しないであろう感知できる量のエチレンを不溶性画分が含有することを示す。この「余分な(extra)エチレン」を説明するために、物質収支計算を行って、キシレン不溶性画分及び可溶性画分の量並びにこれらの画分のそれぞれに存在するエチレンの重量%からブロック複合材インデックスを評価することができる。
式1に従ってそれぞれの画分からのエチレンの重量%の合計は、エチレンの全重量%(ポリマー中の)をもたらす。この物質収支式はまた、二成分ブレンドの各成分の量を定量するのにも使用できるし、あるいは三成分ブレンド、又はn成分ブレンドにも拡大適用できる。
Figure 2013506742
式2〜4を適用すると、不溶性画分に存在するソフトブロック(余分エチレンの供給源を提供する)の量が算出される。式2の左側の不溶性画分のC重量%を置換することによって、iPPハード重量%及びEPソフト重量%が、式3及び4を使用して算出できる。EPソフトのエチレンの重量%は、キシレン可溶性画分のエチレン重量%に等しいように設定されることが注記される。iPPブロックのエチレン重量%は、0に設定されるか又はそのDSC融点又は他の組成測定から分かる場合には、その値をその箇所に挿入できる。
Figure 2013506742
不溶性画分に存在する「追加」エチレン、すなわち不溶性画分に存在するEPコポリマーを有するための唯一の方法の説明の後に、EPポリマー鎖は、iPPポリマーブロックに連結されなければならない(又はEPポリマー鎖は、キシレン可溶性画分に抽出されているであろう)。従って、iPPブロックが結晶化すると、iPPブロックは、EPブロックが可溶化することを防止する。
ブロック複合材インデックスを評価するためには、各ブロックの相対量を、考慮に入れなければならない。これを評価するためには、EPソフトとiPPハードの間の比率が使用される。EPソフトポリマーとiPPハードポリマーの比率は、ポリマー中の測定された全エチレ物質収支から式2を使用して算出できる。あるいは、この比率は、重合中のモノマーとコモノマーの消費の物質収支からも評価できる。全ての実験についてジブロックコポリマーに存在するiPPとEPの評価された比率について表3が参照される。iPPハードの重量分率及びEPソフトの重量分率は、式2を使用して算出され、iPPハードがエチレンを含まないことを推定する。EPソフトのエチレン重量%は、キシレン可溶性画分に存在するエチレンの量である。
Figure 2013506742
例えば、本発明のiPP−EPポリマーが、全体で47重量%のCを含有し、67重量%のCを有するEPソフトポリマー及びエチレンを全く含有していないiPPホモポリマーを製造する条件下で調製される場合には、EPソフト及びiPPハードの量は、それぞれ70重量%及び30重量%である(式3及び4を使用して算出される)。EPの割合が70重量%であり、iPPが30重量%である場合には、EPブロック:iPPブロックの相対比は、2.33:1と表すことができるであろう。
従って、当業者が、ポリマーのキシレン抽出を行い、40重量%の不溶物と60重量%の可溶性物を回収するならば、これは予測されない結果であり、これは、本発明のブロックコポリマーの画分が存在したという結論に至るであろう。不溶性画分のエチレン含有量が25重量%Cであるとその後に測定されるならば、式2〜4は、この追加のエチレンを説明するために解くことができ、不溶性画分に存在する37.3重量%のEPソフトポリマーと62.7重量%のiPPハードポリマーをもたらすことができる。
不溶性画分は、37.3重量%のEPコポリマーを含有することから、EP:iPPブロックの比2.33:1に基づいてさらに16重量%のiPPポリマーに結合されるべきである。これは、不溶性画分のジブロックの評価量(estiamted amount)が53.3重量%であることをもたらす。全ポリマー(未分画)について、その組成は、21.3重量%のiPP−EPジブロック、18.7重量%のiPPポリマー、及び60重量%のEPポリマーと記される。これらのポリマーの組成物は新規であるので、ブロック複合材インデックス(BCI)という用語は、本明細書では100%で除算したジブロックの重量%に相当する(すなわち重量分率)と定義される。ブロック複合材インデックスの値は、0から1までに及び得、この場合に1は、100%の本発明のジブロックに等しく、0は、伝統的なブレンド又はランダムコポリマーなどの材料に関する。前記の実施例について、ブロック複合材についてのブロック複合材インデックスは、0.213である。不溶性画分について、BCIは0.533であり、可溶性画分については、BCIは、0の値が割り当てられる。
全ポリマー組成物及びハードブロックとソフトブロックの組成を評価するのに使用される分析測定値の誤差についてなされる評価に応じて、ブロック複合材インデックスの計算値において、5〜10%の相対誤差があり得る。このような評価は、DSC融点、NMR分析、又はプロセス条件から測定されるiPPハードブロックのC2重量%;キシレン可溶性物の組成から、あるいはNMRによって、又はソフトブロック(検出される場合)のDSC融点によって評価されるソフトブロックの平均C2重量%を含む。しかし全体としては、ブロック複合材インデックスの算出は、不溶性画分に存在する「追加」エチレンの予期しない量、すなわち不溶性画分に存在するEPコポリマーを有するための唯一の方法を合理的に説明し、EPポリマー鎖は、iPPポリマーブロックに連結されなければならない(さもなければ、EPポリマー鎖は、キシレン可溶性画分に抽出されているであろう)。
さらに具体的には、実施例H1は、全体で14.8重量%のCを含有し、キシレン可溶性物(H3)のC2の重量%は、38.1重量%であると測定され(EPソフトポリマーの組成の説明として)及びiPPホモポリマーはエチレンを全く含有せず、EPソフト及びiPPハードの量は、ぞれぞれ61重量%及び39重量%である(式3及び4を使用して算出される)。EPの割合が61重量%であり及びiPPが39重量%である場合には、EPブロック:iPPブロックの相対比は、1.56:1と表すことができる。
H1ポリマーのキシレン抽出後に、60.6重量%の不溶性(H2)ポリマー及び39.4重量%の可溶性(B3)ポリマーが回収された。B2不溶性画分は、その後に4.4重量%のCを有すると測定され、式2〜4は、この追加エチレンを説明するために解くことができ、11.5重量%のEPソフトポリマーと88.5重量%のiPPハードポリマーをもたらすことができる。
不溶性画分は、11.5重量%のEPコポリマーを含有するので、EP:iPPブロックの比1.56:1に基づいてさらに7.35重量%のiPPポリマーに結合されるべきである。これは、不溶性画分のジブロックの評価量が29.6重量%であることをもたらす。全ポリマー(未分画)について、その組成は、18重量%のiPP−EPジブロック、42.6重量%のiPPポリマー、及34.9重量%のEPポリマーと記載される。前記のこのH1実施例について、ブロック複合材についてのブロック複合材インデックスは、0.18である。不溶性画分(H2)について、そのBCIは0.29であり、H3可溶性画分については、そのBCIは、0の値が割り当てられる。
表3及び図6は、実験B1〜AB1のブロック複合材インデックスを表す。実験B1、C1、及びD1について、そのBCI値は、それぞれ0.16、0.17、及び0.22である。関連したキシレン不溶性画分B2、C2、D2について、そのBCI値は、それぞれ0.42、0.34、及び0.35である。実験F1、G1、及びH1について、そのBCI値は、それぞれ0.10、0.15、及び0.18である。関連したキシレン不溶性画分F2、G2、H2について、そのBCI値は、それぞれ0.29、0.29、及び、0.29である。
表3及び図7は、実験V1、W1、X1について、プロピレン反応器転化率を90から95%に上昇させると、BCIを0.03〜0.09増大して0.18、0.24及び0.25のBCI値をもたらすことを表す。
表3及び図7は、実験Z1、AA1、AB1について、反応器温度を90℃から120℃に上昇させると、それぞれ0.12、0.18、及び0.24のBCI値がもたらされることを表す。
動的機械的分析
図8は、試料B1〜D1の動的機械的性質を表し;G’と、温度に対するG’とtanδを表す。iPPの量の増加によって、G’モジュラスが増大し、高温のプラトーが延びる。試料D1は、その溶融転移の後に完全に軟化する前に約140℃までの温度上昇と共にモジュラスが低下することを示す。
各試料について、tanδ曲線は、エチレン−プロピレンコポリマーについては−48〜−50℃の間の特徴的なTgと、アイソタクチックポリプロピレン由来の約0℃での第二のTgとを示す。50℃を越えると、tanδ応答は、溶融が開始し、モジュラスが急速に低下するまで一定である。
図9は、試料F1〜H1の動的機械的性質を表し;温度に対するG’とtanδを示す。65重量%Cの場合と同様に、iPPの量の増加によって、G’モジュラスが増大し、高温のプラトーが延びる。試料H1は、その溶融転移の後に完全に軟化する前に約140℃まで温度上昇と共にモジュラスが低下することを示す。
これらの各試料のtanδ曲線も、エチレン−プロピレンコポリマーについて−48〜−50℃の間の特徴的なTgと、アイソタクチックポリプロピレンに関する約0℃での第二のTgとを示す。50℃を越えると、tanδ応答は、試料G1及びH1について、溶融が開始し、モジュラスが急速に低下するまで一定である。
形態考察
試料をTEMで分析して、全iPP/EPRゴム形態に対するジブロックの影響を観察する。図10は、アイソタクチックPP連続相と17重量%のゴム相(ゴム中に58重量%のCを含む)とからなるProFax Ultra SG853耐衝撃性コポリマー(LyondellBasell Polyolefins)のTEM画像を表す。
5μmスケールで示すTEM顕微鏡写真は、2〜5μmの範囲に及ぶ大きなEPRドメインを表す。
1μmの倍率で、前記EPRドメインは、粒子内に存在する黒色領域及び明色領域から明らかなようにエチレンとプロピレンの不均一な組成分布を有する。これは、相互に混和しない2つの相(iPP及びEPゴム)を含む分散した形態の典型的な例である。
図11は、B1、C1及びD1の圧縮成形フィルムのTEM顕微鏡写真を2μm、1μm及び0.5μmスケールで表す。耐衝撃性コポリマーからの画像と全く対照的に、3種類のポリマー全部が、極めて小さいドメインを有する粒子の微細分散を示す。B1については、連続EPR相が、約80〜100nmの幅の細長いPPドメインと共に観察される。C1については、iPP相とEPR層の間の混合した連続が、200〜250nmのドメインサイズで観察された。D1については、PP連続相が、150〜300nmのサイズの球形及び若干細長いEPRドメインと共に観察される。
図12は、F1、G1及びH1の圧縮成形フィルムのTEM顕微鏡写真を2μm、1μm及び0.5μmスケールで表す。耐衝撃性コポリマーからの画像と全く対照的に、3種類のポリマー全部は、極めて小さいドメインを有する粒子の微細分散を示す。F1については、連続EPR相が、約200〜400nmの幅の細長いPPドメインと共に観察される。C1については、iPP相とEPR層の間の混合した連続が、200〜300nmのドメインサイズで観察された。H1については、PP連続相が、150〜300nmのサイズの球形及び若干細長いEPRドメインと共に観察される。
ペレットから圧縮成形されたポリマーからのこれらの顕微鏡写真に示されるように、このような十分に分散した小さいドメインを観察することは意外なことである。通常は、微細な形態(ここで示されるスケールとはほど遠い)を得るために、特殊な押出し及び配合履歴が必要とされる。たとえサイズスケールがブレンディングを使用して達成されるとしても、その形態は安定ではあり得ない;ゴムドメインが細長く伸び及びこれらの幾つかが一緒に連鎖結合している耐衝撃性コポリマーによって示されるように、相の粗大化と凝集が、熱老化と共に生じ得る。
ジブロックコポリマーの形態を、キシレン分画により得られるポリマー画分を調べることによってさらに調べた。前記で説明したように、不溶性画分は、iPP−EPジブロックを含有し、iPPホモポリマーを含まないが、これに対して可溶性画分は、非結晶性EPゴムを含有する。
図13は、B1及びD1からの不溶性画分並びにB1からの可溶性画分のTEM顕微鏡写真を表す。意外なことに、不溶性画分に観察される形態は、全ポリマーの形態よりもさらに微細であり、より明瞭である。B1不溶性画分は、50nm幅のサイズスケールで、虫様及び球形のEPRドメインの混合物を示す。D1不溶性画分は、これも直径約50nmである小さな球形ドメインを示す。参照のために、B1キシレン可溶性画分は、65重量%のCを含有するEPエラストマーについて期待される典型的な粒状ラメラ構造を示す。また、不溶性画分同士の形態は、異なり、ミクロ相分離していると思われる。
B1不溶性画分のTEM顕微鏡写真(図15)を、71重量%のsPPを含有するsPP−EP−sPPトリブロックのTEM顕微鏡写真、例えばMacromolecules, Vol.38, No.3, page 857, 2005の図7に示されるTEM顕微鏡写真と比較することは、興味深いことである。この図において、前記sPP−EP−sPPトリブロックは、陰イオン重合によって製造されており、その顕微鏡写真は、160℃で1週間にわたってアニールされたフィルム由来のものである。試料は、溶融物で、全体で8日間(最初の4日は、以前の熱履歴を消すために200℃で、次いでさらなる4日間は最終温度160℃で)アニールした。高真空オーブン(<10−7ミリバール)を使用して、酸化による劣化を防止した。溶融形態は、アニーリング後に急速冷却することによって保った。前記論文の著者は、相分離微細構造を六方晶充填円筒に関連付けている。B1不溶性画分は、急速冷却される圧縮成形フィルムから調製されるが、その形態は、おそらくは幾つかの六方晶充填円筒を有する規則構造の形態と似ている(図14)。
好ましくは、ポリプロピレン、エラストマー及びブロック複合材の組成物は、PPとエラストマー単独とのブレンドの粒径と比べて、50%よりも大きい、さらに好ましくは100%よりも大きい分散相の粒径の減少を示す。また、好ましくは、前記組成物は、0.5μm未満、好ましくは300nm未満、さらに好ましくは200nm、一層さらに好ましくは100nmまでの粒径の減少を示す。
耐衝撃性改質研究
この研究のために、関連実施例からのキシレン不溶性ポリマー画分を、画分に存在するBCIを調べるために使用した。表3は、この研究で使用したキシレン不溶性(XI)画分の分析特性を示す。ProFax Ultra SG853耐衝撃性コポリマー(ICP)(LyondellBasell Polyolefins)(55MFR、16.8重量%のEPゴム、EPR中58重量%のC)を、ブレンドの主要成分に使用した。比較Aは、ランダムプロピレン/エチレンコポリマー(2MFR、15重量%のC、密度0.863g/mL、Tg −30℃)である。本発明のポリマー画分B2及びD2並びに比較Aは、ポリマーの全重量に基づいて2重量%、6重量%及び10重量%の量で加える。ブレンドは、5g容量を有する再循環二軸スクリュー押出機(TSE)であるHaake Minilab IIで調製した。諸材料を、一緒に190℃で8分間ブレンドした。次いで、試料を、その後に圧縮成形し、TEM画像化に供した。
図15及び16は、D2画分及びB2画分とブレンドされたICPブレンドのTEM画像の比較を表す。顕微鏡写真は、PP連続相(明色相)と分散ゴム相(黒色相)を明瞭に示す。顕微鏡写真を左から右まで眺めるとと、ゴムドメインのサイズ及び分散は、D2画分又はB2画分の濃度の上昇と共に劇的に減少することを理解し得る。
ICPを単独から開始すると、ゴムドメインは、約5μmの大きさであり、融合及び凝集の証拠を示す。実施例D2の濃度が2%から10%まで上昇するのにつれて、ゴムドメインのサイズは、1μm未満まで減少した。顕微鏡写真は、実施例D2の量を増加させることによって、ゴムサイズ分布がより狭くなり、ゴム粒子が、よりよく分散し、より球形であり、凝集の形跡はほとんどないことを明瞭に示す。独特なことに、1μmスケールでは、ゴムドメインの二峰性群が観察された;すなわちミクロ(100nm未満)ドメインとマクロ(1〜5μm)ドメインの両方が観察された。100nm未満のサイズのドメインは、iPP−EPジブロックに起因する可能性があり、一方より大きいドメインはICPに由来すると考えられる。iPP−EPジブロックが、ICP由来のゴムドメインを相溶性させるのに有効であることは、明らかである。
実施例D2と実施例B2を比較すると、B2は、粒子を分散させ、そのサイズを減少させるのにあまり有効ではないと思われる。その効果は、ゴムドメインのサイズの減少と一致し、若干の凝集及び非球形ドメインが、10%レベルであっても観察される。実施例D2と実施例B2の間で観察された有効性の相違は、存在するiPPブロックの量もまた相溶化に寄与することを示唆する。実施例D2は、iPPとEPをほぼ等しい量で含有するが、実施例B2は、より小さいiPPブロック(全体の長さの30%)を含有する。
観察された粒径の減少は、iPP−EPジブロックによるPPマトリックスとゴムドメインとの相溶化と一致する。iPP−EPジブロックは、2つの異なる相の間の界面エネルギーを低下させ、粒子の分解と微細平衡形態を促進する。
実施例D2及びB2のポリマー画分は、0.35及び0.42のBCIを有し、残りはiPPホモポリマーである。従って、10%の添加量では、実施例D2及びB2について加えられたジブロックの評価された量は、それぞれわずか3.5%及び4.2%である。
ゴム分散物の形態がこれらの少ない量で著しく影響を及ぼすということは、ジブロックが真の相溶化剤として作用し、ゴムを分散することにおいて極めて有効であることを示唆する。
観察された結果に対する対照として、比較AとICPとのブレンドも調製した。図17が、6%の量で加えた比較Aもまた、観察されたゴム形態にある程度の影響を及ぼすことができることを表す。粒子の幾つかは、サブミクロンレベルまで減少するが、大きな粒子と小さな粒子の混合物であり、ゴムドメインのある程度の凝集が未だ観察される。しかし、ゴムドメインのサイズの減少の他に、iPPマトリックスは、P/EゴムドメインとiPPマトリックスの混合として定義される「ダーティラメラ(dirty lamellae)」の証拠を示した。これは、PPマトリックスの黒ずんだパターンで観察される;顕微鏡写真の交互に生じる明領域と暗領域は、P/EドメインがPPと混和性であり、PPマトリックスの可塑化/軟化をもたらすことを示唆する。この試料のモジュラスは、本発明の試料と比べるとこの試料については低下すると予測されるであろう。
図18及び19は、圧縮成形フィルムの幾つかの微小引張り試験からの応力−歪曲線を表す。図18は、極限破断点までの全曲線を表し、これに対して図19は、初期領域の歪を表す。試料の全てが、高PP含有量を示す高いモジュラスを示した。2%モジュラスでは、ICP及びジブロックとのブレンドが、同様のモジュラスを有し、これに対して比較Aとのブレンドは、若干低いモジュラスを示すことが示される。
図20は、ICP、実施例B2、C2及びD2並びに比較Aを含有するブレンドの粒度分布を比較する。粒径は、粒子の多くが長円形状を有するので円相当径として報告されることに留意のこと。ICPと、6%の比較Aを有するブレンドの両方は、最大6μmの粒子を有する極めて幅広い粒度分布を示す。D2又はB2のいずれかの添加により、粒度分布は、相溶化剤の増量と共に狭くなる。D2又はB2を有するブレンドについて、それぞれの相溶化剤の量を増加させるにつれて、2〜6μmの間の大きなサイズの粒子の集団が、減少するか又は排除された。B2を有するブレンドを、D2を有するブレンドと比較すると、D2は、粒度分布の最も劇的な低下を示し;粒子は、全て2μm未満まで低下している。1μm未満での高い山形(spike)によって証明されるように、100nm未満にある極めて小さい粒子の多い集団も観察される。この高い山形は、iPP−EPブロックコポリマー由来の極めて小さいブラックスペック又はナノドメインを説明する。
しかし、これらの知見に基づいて、わずか3〜5%の純粋なiPP−EPジブロックが、PP/EPゴムブレンドを相溶化させるのに使用し得る。
高透明度耐衝撃性PP
本発明のブレンドのナノスケールサイズのゴムドメインは、典型的なPP/エラストマーブレンドについては前例がなく、可視光の波長(400〜700nm)よりも小さい。75%のPPホモポリマー〔D221.00、35MFR hPP(Dow Chemical Company)〕と、iPP−EPジブロック及びiPPホモポリマーを含有する25%のキシレン不溶性画分とのブレンドを調製し、これらの光学的性質及び物理的性質について試験した。比較のために、比較B、エチレン/オクテンエラストマー〔ENGAGE(商標)8150(Dow Chemical Company)、MI 0.5、密度0.868g/cc〕及び比較Aを有する対照ブレンドも含めた。表4は、これらのポリマーの特性を示す。表5は、ジブロック画分、すなわち実施例F2及びH2の特性を示す。
前記ブレンドは、5g容量を有する再循環TSEであるHaake Minilab IIで調製し、次いで光学測定、TEM形態、引張特性、及び動的機械分析のためにフィルムに圧縮成形した。諸材料は、一緒に190℃で8分間ブレンドした。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
フィルムの透過率/透明度/曇り度データ
表6及び図21は、実施例F2及びH2とブレンドされたPPフィルムの透過率、透明度、及び曇り度の測定値を表す。PPホモポリマー及びPP/エラストマーブレンドは、90〜94%の間の同様の光透過率を示す。PPホモポリマーは、78%の透明度及び18%の曇り度の基準値を示す。著しいことに、実施例H2とのブレンドは、PPホモポリマーと同様に74%の透明度及び18%の曇り度を示す。実施例F2とのブレンドは、H2よりも低い透明度及び曇り度を示し、よりよい相溶性は50/50iPP−EPに近い組成を有するジブロックを用いて達成されることを示唆する。比較Aを含有するブレンドは、PPホモポリマーと同様の透明度を有するが、PPホモポリマーよりも高い曇り度を有する。比較B及びICPとのブレンドは、最も低い透明度と最も高い曇り度を有する。
Figure 2013506742
図22は、ブレンドのTEM顕微鏡写真を5μm、1μm及び0.5μmスケールで表す。左から右まで系統付け、試料を、透明度の上昇及び曇り度の低下に従って順序付ける。顕微鏡写真は、ゴムドメインのサイズ及び分散が、観察された光学特性に関連付けられることを明確に示す。比較BエラストマーとのPPホモポリマーブレンドは、不混和性及び不相溶性の相の存在を示す。観察された大きなゴムドメインサイズ(約5μm)により、このフィルムは、最も低い透明度と最も高い曇り度を示すと考えられる。実施例H2を有するブレンドは、PPホモポリマー単独の透明度及び曇り度に匹敵する最も高い透明度と最も低い曇り度を示す。この試料の形態は、100nm未満のサイズのゴム粒子の極めて微細な分散を示す。これらのゴム粒子は、これらの小さいサイズのために、マトリックスPPの透明度及び曇り度を劣化させることなく光を均一に散乱させるレイリー散乱の点光源として働くと考えられる。比較Bを有するブレンドのゴムドメインのサイズは、約500〜1000nmである。図23は、ゴムドメインサイズと、フィルムの%曇り度及び%透明度との関係を表す。ゴムドメインサイズが低下するのにつれて、フィルムの曇り度が低下し、透明度が上昇する。ゴムドメインのサイズ及び観察された光学特性と直接関係があると思われる。好ましくは、ポリプロピレンと、最大6重量%のエラストマーと、ブロック複合材との組成物は、厚み1mmの物品について測定されるように20%未満の測定された曇り度を有する。
表7は、種々のブレンドの特性を要約する。10%引張りモジュラスを比較すると、実施例H2又はF2とのPPブレンドは、PPホモポリマーそれ自体と同様のモジュラス(10%以内)を示した。しかし、比較B又は比較Aとのブレンドは、モジュラスの顕著な低下;PPホモポリマーよりも30%低いモジュラスを示した。図24は、50%伸びまでの引張曲線を表す。図25は、種々のブレンドの動的機械的挙動を表す。室温G’値は、引張試験からの観察値を確認する。モジュラスの相違以外は、試料のG’は、140℃までの温度上昇と共に低下しており、これは試料の耐熱性がiPPホモポリマーによって支配されることを示唆する。非晶質EPソフトブロックを含有する本発明の実施例の利点は、PPホモポリマー又はさらにはプロピレン/エチレンエラストマーと比較してより低いガラス転移温度である。これらのブレンドは、室温及び周囲温度より低い温度(subambient temperature)の両方でPPホモポリマーよりも改善された耐衝撃性を有する。過去において、エラストマーの添加は、ポリプロピレンのモジュラス及び透明度を低下させた。透明フィルムを得るためには、光の可視波長の散乱を避けるためにゴムドメインサイズを根本的に低下させるのではなく、材料同士の屈折率の適合が必要であった。
Figure 2013506742
表8に列記したブレンドを、二軸スクリュー押出機で調製し、その物理的性質について試験した。TPOブレンドは、17%のゴムの測定重量%を有する55MFR耐衝撃性コポリマーであるProfax Ultra SG853(LyondellBasell Polyolefonsから入手できる)を51.5〜62%含有する。表8は、Profax Ultra SG853と、比較C及びDと、JetFil700Cタルクとを含有するハードTPOコンパウンドの組成を示す;コンパウンドTPO−4〜TPO−6は、本発明の実施例B1を5%又は15%含有し、コンパウンドTPO−11〜TPO−14は、本発明の実施例D1を5%又は15%含有する。比較のための、コンパウンドTPO−1C及びTPO−2C、並びにコンパウンドTPO−7C〜TPO−10Cは、比較実施例Aを1%又は3%含有する。比較Cは、エチレン/オクテンコポリマー〔ENGAGE(商標)8200(Dow Chemical Company)MI5.0、密度0.870g/cc〕である。比較Dは、エチレン/オクテンコポリマー〔ENGAGE(商標)8180(Dow Chemical Company)MI0.5、密度0.863g/cc〕である。前記配合物のそれぞれもまた、比較C又は比較Dのエラストマーを含有する。
本発明実施例を含有するコンパウンドについて、「活性」相溶化剤の全量は、添加される本発明実施例(全重量%による)のブロック複合材インデックスを乗ずることによって算出できる。コンパウンド4〜6について、本発明の相溶化剤の重量%は、0.8重量%及び2.4重量%であると評価される。コンパウンド11〜14について、本発明の相溶化剤の重量%は、1.1重量%及び3.3重量%であると評価される。比較のために、比較相溶化剤(実施例A)の量は、1重量%及び3重量%で添加された。
表9は、Profax Ultra SG853と、比較C又は比較Dのエラストマーと、本発明のB1又はD1あるいは比較実施例Aのいずれかとを含有するコンパウンドのMFR、及び曲げ弾性率、弦モジュラス、加熱撓み温度、並びに光沢特性を要約する。
Figure 2013506742
図26は、本発明実施例B1及びD1を5%又は15%量で、Profax Ultra SG853及び比較Cと共に含有するハードTPOコンパウンドについて温度に対するアイゾッド衝撃エネルギーを表す。B1及びD1を含有するコンパウンドは、0℃、−10℃及び−20℃で大幅に改善された衝撃強さを示す。これは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、比較Cを含有する比較コンパウンドよりも著しく低いことを示す。このデータは、衝撃強さが、周囲温度より低い温度では、15%量のB1及びD1について5%量のB1及びD1よりも高いことを示す。これは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、5%量のB1及びD1よりも15%量のB1及びD1でより低いことを示す。好ましくは、前記組成物は、本発明の実施例を含有していない組成物のアイゾッド衝撃強さよりも少なくとも10%高い(0℃又は23℃でASTM D256又はISO180によって測定される)アイゾッド衝撃強さ(kJ/m)を有し;本発明の実施例を含有していない組成物の曲げ弾性率と比べて10%未満低下した曲げ弾性率を示す。
図27は、本発明実施例B1及びD1を5%又は15%量で、Profax Ultra SG853及び比較Dと共に含有するハードTPOコンパウンドについて温度に対するアイゾッド衝撃エネルギーを表す。B1及びD1を含有するコンパウンドは、0℃、−10℃及び−20℃で大幅に改善された衝撃強さを示す。これは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、比較Dを含有する比較コンパウンドよりも著しく低く、比較Cを含有する前記の場合よりもさらに低いことを示す。このデータは、周囲温度より低い温度では、5%量のB1及びD1よりも15%量のB1及びD1についての衝撃強さがより高いことを示す。これは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、5%量のB1及びD1よりも15%量のB1及びD1ではより低いことを示す。
図28は、1〜3%の比較実施例Aを、Profax Ultra SG853及び比較Cと共に含有するハードTPOコンパウンドについて温度に対するアイゾッド衝撃エネルギーを表す。比較実施例Aを有するコンパウンドは、比較Cを含有するコンパウンドよりも低い25℃衝撃強さを示した。このデータは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、比較実施例Aの添加に影響されないか又は添加により悪化したことを示す。
図29は、1〜3%の比較実施例Aを、Profax Ultra SG853及び比較Dと共に含有するハードTPOコンパウンドについて温度に対するアイゾッド衝撃エネルギーを表す。比較実施例Aを有するコンパウンドは、比較Dを含有するコンパウンドよりも低い25℃衝撃強さを示した。このデータは、延性破壊から脆性破壊までの転移温度が、比較実施例Aの添加に影響されないか又は添加により悪化したことを示す。
表10及び表11は、アイゾッド法、シャルピー法及び計装化ダート法で試験した25℃、0℃、−10℃、−20℃及び−30℃での衝撃試験性能を示す。シャルピー法及び計装化ダート法で測定した衝撃エネルギーの傾向は、アイゾッド法と一致し、本発明実施例B1及びD1を、比較C又は比較Dと共に含有するコンパウンドが、低温衝撃強さの顕著な向上を示したことを示す。好ましくは、前記組成物は、本発明のブロック複合材実施例を含有していない組成物よりも10%のアイゾッド又はシャルピーで測定される衝撃強さの向上を実証する。
全ての場合において、本発明実施例の添加は、低温衝撃強さを著しく改善した。これらの結果は、添加された本発明の相溶化剤の重量%が、B1については0.8〜1.1重量%であり、D1については2.4〜3.3重量%であったことから、意外なことである。相溶化剤のこれらの少ない量で観察されるこの劇的な効果は、これらの相溶化剤が、コンパウンド中に存在するポリプロピレン及びエラストマー(エチレン−プロピレンゴム、及び比較B〜D)の相溶化において極めて有効であることを示唆する。

Figure 2013506742
Figure 2013506742
高温液体クロマトグラフィー
図30は、実施例D1のHTLCクロマトグラムを表し;溶出容量に対する重量分率によってポリマーの分離を表す。このクロマトグラムは、1.3mL〜2mLの間で溶出するピークを表し、このピークは、赤外組成によって測定される重量%PPが示すように、アイソタクチックポリプロピレン又はプロピレンに富む種(species)に対応する;これは、ハードブロックに組成が類似している。このピークの面積は、28.1重量%である。2mLから4.5mLまでに溶出するポリマーは、ソフトブロックに組成が類似しているジブロックポリマー及びエチレンに富むポリマーに対応する。
図31は、実施例D2のHTLCクロマトグラムを表し;溶出容量に対する重量分率によってポリマーの分離を表す。このクロマトグラムは、1.3mL〜2mLの間で溶出すピークを表し、このピークは、赤外組成によって測定される重量%PPが示すように、アイソタクチックポリプロピレン又はプロピレンに富む種に対応する;これは、ハードブロックに組成が類似している。このピークの面積は、44.1重量%である。2mLから4.5mLまでに溶出するポリマーは、ソフトブロックに組成が類似しているジブロックポリマー及びエチレンに富むポリマーに対応する。
図32は、実施例D3のHTLCクロマトグラムを表し;溶出容量に対する重量分率によるポリマーの分離を表す。このクロマトグラムは、1.3mL〜2mLの間で溶出するピークを表し、このピークは、アイソタクチックポリプロピレン又はプロピレンに富む種がほとんど存在しないか又は全く存在しないことを示す。このピークの面積は、0.1重量%よりも小さい。2mLから4.5mLまでに溶出するポリマーは、ソフトブロックに組成が類似しているエチレンに富むポリマーに対応する。
実施例BB1〜HH1の説明
実施例BB1〜HH1を、表12A及び12Bに記載のようにA1〜AB1と同様に調製した。個々の反応器条件は、以下の記載のようにジブロックの長さ及び組成を調節するために改変された。実施例A1〜AB1で使用した触媒と同様の触媒を使用する。実施例A1〜AB1で使用したような、CSA−1、同様のMMAO助触媒、及び溶媒を使用する。全ての実施例は、iPPハードブロックを有する。実験BB1〜GG1は、60〜65重量%のC2を含有する半結晶質エチレン−プロピレンソフトブロックを有し、これに対しHH1は、40重量%のC2を含有する非晶質エチレン−プロピレンソフトブロックを有する。BB1は、30重量%のiPPハードブロック重量%を有する。CC1、DDI、EE1は、約60重量%のiPPハードブロック重量%を有する。FF1、GG1、及びHH1は、約50重量%のiPPハードブロック重量%を有する。実施例BB1〜HH1は、第一の反応器及び第二の反応器で水素の存在下で製造した。MMAOは、第一の反応器にのみ添加した。CSAを、反応器1に添加し、その流量は、製造されるポリマーのMFRに応じて5.6〜15.0g/時間の間で変化させた。表13及び14は、実施例BB1〜HH1の分析特性及び推定ブロック複合材インデックスを示す。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
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溶融状態でのエラストマー粒子安定性
以下の材料を、表15に記載のようにして調製した。組成物は、25mm Werner & Pfleiderer製の完全かみ合い自己ワイピング二軸スクリュー押出機を使用して配合した。2つの型の配合スクリュー形状を、この研究で使用した。1つは、スクリューの長さに沿って2つの混練セクションと5つの離散性混合セクションとを含んでいる高剪断混合スクリューであった。第二のスクリュー形状は、スクリューの長さに沿って1つの混練セクションと1つの離散性混合セクションとを有していた穏和混合スクリューであった。使用した混合条件を、表16に表にする。表16の供給量は、各成分の設定点及び実際の供給量を表す。供給装置1は、ポリプロピレン樹脂(D221.00)を供給するのに使用し、供給装置2は、ゴム(比較D及び本発明実施例CC1)を供給するのに使用した。配合材料は、ひも状に押出し、急冷してペレットに切断した。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
次いで、混合したペレットを、80トンArburg製射出成形機に供給し、そこでASTM D−638標準TYPE Iドッグボーン引張り試験片を調製した。ジブロックの相溶化剤としての有効性を評価するため、コンパウンドを溶融して射出成形バレル(クッションとも呼ばれる)の可塑化スクリューの前方で溶融状態をさらなる時間維持するような方法で、射出成形実験を行った。これは、表17に示すように成形品の量を増加させることによって達成させた。表において、サイクルは、2及び3の係数で増加させた。そのようにして、材料を、1サイクルについて射出成形機で溶融状態を維持し、次いで引張試験片に射出成形した。次いで、射出成形機において溶融状態で1+2サイクル時間維持した材料を、引張試験片に成形した。その後に、射出成形機で、1+2+3サイクルの時間、溶融状態を維持した材料を、張試験片に射出成形した。
Figure 2013506742
これらの成形した引張試験片の得られた形態を、原子間力顕微鏡法を使用してタッピングモードで測定した。次いで、得られた顕微鏡写真をデジタル化し、加重平均ゴム粒径を測定し、ゴム粒径の加重平均相当直径(本明細書では、重量平均ゴム粒径としても定義される)として記録する。分析は、引張試験片の中心部の3つの別個の位置で行い、記録した値は、これら3つの位置から得られた重量平均ゴム粒径であった。この結果を、表18に要約する。本発明のMS−2は、マイルドスクリューデザインを使用して小さいゴム粒径を得た。それはまた、加熱溶融浸漬時間に関して長時間(2サイクルにわたって)そのサイズ(2.85μm)を維持した。高剪断混合スクリューを使用する比較MS−1Cについて、得られたゴム粒径は、サイクル2での溶融状態での浸漬時間(soak time)の量に関してサイズの増大を示した、ここで、約5.2μmの平衡ゴムサイズに達すると見られた。同様に、緩和混合スクリューを使用すると、ゴム粒径は、ほぼ直ちに平衡ゴム粒径に近づいた。
Figure 2013506742
表19は、これらの試験片のノッチ付きアイゾッド衝撃強さを種々の加熱浸漬時間の関数として表にする。認められるように、アイゾッド衝撃強さは、加重平均ゴム粒径と相関する。本発明のMS−2組成物は、全てのプロセス処理下で、室温で延性アイゾッド衝撃を示し、これに対して比較MS−1C組成物は、全てのプロセス処理下で、室温で脆性アイゾッド衝撃を示した。
Figure 2013506742
高透明度耐衝撃性改質ブレンド
表20に列記したブレンドは、二軸スクリュー押出機で調製し、それらの曲げ弾性率、光学特性、及び衝撃強さについて試験した。これらのブレンドは、50 MFR PP(R7021−50NA、Dow Chemical Companyから入手できる)に加えた5.6〜6.8重量%の耐衝撃性改質剤を含有する。比較実施例HC−1C及びHC−2Cは、Kraton G1643M(Kraton Polymers USAから入手できる)及びENGAGE(商標)8402(Dow Chemical Companyから入手できる、MI30、密度0.902g/cc)を耐衝撃性改質剤として6%の量で使用する。本発明の実施例HC−3及びHC−4は、BB1又はCC1を単独で、あるいはENGAGE(商標)8402とのブレンドで、これも6%の量で使用する。
表21は、表20に示すブレンドの特性を示す。前記実施例の1%割線曲げ弾性率試験は、本発明実施例HC−3、HC−4、HC−5及びHC−6は、Kraton G1643Mよりも10%高いモジュラスを有することを示す。透明度、曇り度及び透過率の光学特性を比較すると、全てのブレンドは、耐衝撃性改質剤として6%のBB1又はCC1ジブロックを単独で含有するHC−3及びHC−4以外は、同様の値を有する。
耐衝撃性改質剤としてBB1又はCC1ジブロックを単独で有するブレンドの耐衝撃性を比較すると、CC1ジブロックが、比較実施例HC−2C〔ENGAGE(商標)8402を有する〕よりも高い23℃アイゾッド衝撃強さを有することを示す。CC1は、さらに高い重量%のハードブロック及びより長いブロック長のハードブロックを有するにもかかわらず、BB1よりも良好な衝撃及び光学特性を実証した。
実施例HC−5及びHC−6のブレンドの特性を、比較Kraton G1643M対照の特性と比較すると、耐衝撃性改質剤として50%BB1又はCC1とENGAGE(商標)8402とを有するブレンドは、より高い曲げ弾性率、同様の光学特性、並びに23℃及び0℃での同様の耐衝撃性をもたらした。実際に、実施例HC−5は、耐衝撃性改質ポリマーを5.6重量%(これは、比較実施例よりも0.4重量%少ない)を含有する。これは、同様の特性又はよりよい特性が、本発明の実施例BB1を比較対照よりも少ない耐衝撃性改質剤配合量で用いて達成できることを示唆する。
Figure 2013506742
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TPOブレンドの耐衝撃性に対する本発明のジブロックのMFRの効果
表22に列記したブレンドは、二軸スクリュー押出機で調製し、ブレンドの曲げ弾性率及び衝撃強さについて試験した。これらのブレンドは、70%のProfax Ultra SG853ポリプロピレン耐衝撃性コポリマー(LyondellBasell Polyolefinsから入手できる)と、20%の耐衝撃性改質剤と、10%のJetfil 700Cタルクとを含有する。対照ブレンドは、ENGAGE 8180コポリマーだけを耐衝撃性改質剤として含有するが、これに対して本発明実施例は、40%の本発明のジブロック(CC1、DDI、EE1)と60%のENGAGE 8180とのブレンドを含有していた。これらのブレンドの特性を、表23に示す。比較実施例TPO−15Cは、22.3のMFR、1400MPaの弦モジュラス並びに23℃及び0℃で測定されるそれぞれ7.1及び6.7のシャルピー衝撃強さを有する。本発明実施例TPO−16、TPO−17及びTPO−18の全部が、比較実施例と同様のモジュラス又は比較実施例よりも最大で5%高いモジュラスを示す。本発明実施例の全てが、比較対照よりも著しく高いシャルピー衝撃強さを示し;23℃衝撃強さにおいて100%〜500%の向上を示す。本発明実施例EE1、DD1及びCC1は、耐衝撃性に対するジブロックのMFRの効果を例証している。CC1ジブロックは、1.7のMFRを有し、耐衝撃性改質剤としてブレンドに使用した場合には、51kJ/mの23℃衝撃強さを示す。DD1ジブロックは、8のMFRを有し、耐衝撃性改質剤としてブレンドに使用した場合には、19.8kJ/mの23℃衝撃強さを示す。EE1ジブロックは、35のMFRを有し、耐衝撃性改質剤としてブレンドに使用した場合には、16.2kJ/mの23℃衝撃強さを示す。全体として、このデータは、本発明のジブロックがこれらのブレンドの衝撃強さにおいて顕著な向上を有することができることを示す。しかし、8よりも低いMFRを有する本発明のジブロックは、最も大きい改質を有する。
Figure 2013506742
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100よりも大きいMFRを有するPP耐衝撃性コポリマーの耐衝撃性改質剤相溶化
表24に列記したブレンドは、二軸スクリュー押出機で調製し、これらのブレンドの曲げ弾性率及び衝撃強さについて試験した。これらのブレンドは、測定重量%が15%のゴムを有する105MFR耐衝撃性コポリマーであるProfax Ultra SC973(LyondellBasell Polyolefinsから入手できる)を91〜100%含有する。この105MFR耐衝撃性コポリマーをブレンドし、3%、6%又は9%の本発明実施例FF1と相溶化させた。相溶化ブレンドの特性を、本発明ブレンドと同じ量の酸化防止剤をと共に押出機で単独で配合されたProfax Ultra SC973と比較した。
表24のブレンドの特性を、表25に示す。本発明実施例HFIM−1、HFIM−2、及びHFIM−3は、ジブロックの量を0%から9%まで増加させると、23℃及び0℃でのアイゾッド衝撃強さが劇的に増大したことを示す。比較実施例と比較すると、23℃での衝撃強さは、本発明のジブロック3%、6%及び9%の添加によりそれぞれ34%、70%及び90%向上した。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
TPOブレンドの耐衝撃性に対するジブロックソフトブロック組成物のMFRの効果
表26に列記したブレンドは、二軸スクリュー押出機で調製し、これらのブレンドの曲げ弾性率及び衝撃強さについて試験した。これらのTPOブレンドは、17%の測定重量のゴムを有する55MFR耐衝撃性コポリマーであるProfax Ultra SG853(LyondellBasell Polyolefinsから入手できる)を59〜62%含有する。比較実施例及び本発明実施例は、メタロセン触媒により重合された追加の非晶質ランダムエチレン−プロピレンコポリマーにより耐衝撃性が改質された。20%のJetfilタルクも、ブレンドに存在する。本発明実施例TPO−20、TPO−21、及びTPO−22は、7.5%の本発明のジブロックGG1、HH1、及びGG1とHH1の50/50重量%ブレンドをそれぞれ7.5%添加の効果を示す。表27に、表26のブレンドの特性を示す。相溶化剤を有していない比較ブレンドと比較して、本発明ブレンドは、6%未満のモジュラス低下を示した。しかし、極めて著しいことに、図33は、シャルピー衝撃強さが、本発明ジブロックの添加により劇的に向上することを表す。23℃及び0℃で、本発明ブレンドの衝撃強さは、比較ブレンドよりも30〜35大きい。−10℃では、本発明のジブロックHH1を有するブレンドは、比較ブレンドに比べて140%の改善を示す。観察された23℃〜−30℃の間の衝撃強さの低下は、個々のブレンドの延性−脆性遷移温度の相違により生じることが理解される;対照ブレンドと比較すると、これらの実施例では、本発明ジブロック相溶化剤の添加は、少なくとも5〜15℃の延性−脆性遷移温度の低下をもたらす。
Figure 2013506742
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TPOブレンドのエチレン−ブテンゴムの耐衝撃性改質特性
表28に列記したブレンドは、二軸スクリュー押出機で調製し、これらのブレンドのメルトフロー、曲げ弾性率及び衝撃強さについて試験した。これらのブレンドは、57〜62%のProfax Ultra SG853ポリプロピレン耐衝撃性コポリマー(LyondellBasell Polyolefinsから入手できる)と、12.4〜17.5%のエチレン−ブテンエラストマー、ENGAGE(商標)7467(Dow Chemical Companyから入手できる、MI1.2、密度0.862g/cc)と、20%のJetfil 700Cタルクとを含有する。対照ブレンドは、耐衝撃性改質剤としてENGAGE(商標)7467のみを含有するが、これに対して本発明実施例は、10%のCC1ジブロックと12.4%のENGAGE 7467とのブレンドを含有する。比較ブレンド及び本発明ブレンドに存在するエチレン−α−オレフィンエラストマーの全重量基準は、それぞれ28%及び26%である。これは、耐衝撃性コポリマー由来のエチレン−プロピレンゴム、添加エチレン−ブテンゴム、及び本発明ジブロックのソフトブロック由来のエチレン−プロピレンゴムの量を含む。表28のブレンドの特性を、表29に示す。比較ブレンドと本発明ブレンドのモジュラスを比較すると、モジュラスの若干の低下;すなわち6%未満の低下が観察された。比較ブレンドと本発明ブレンドのシャルピー衝撃強さを比較すると、本発明ブレンドは、試験温度(23℃〜−20℃)全てについて高い衝撃強さを示す。23℃では、本発明ブレンドは、比較ブレンドよりも23%大きい衝撃強さを有する。0℃では、本発明のブレンドは、比較ブレンドよりも200%大きい衝撃強さを有する。23℃〜−20℃までの間の衝撃強さの観察された低下は、個々のブレンドの延性−脆性遷移温度の相違により生じると考えられる;対照ブレンドと比較すると、この実施例では、本発明ジブロック相溶化剤の添加は、延性−脆性遷移温度の少なくとも10〜15℃の低下をもたらす。
Figure 2013506742
Figure 2013506742
SEBS相溶化
表30に列記したブレンドは、Haake Brabenderを使用して調製した。次いで、1mm圧縮成形フィルムを、透過電子顕微鏡法による形態分析のために調製した。比較ブレンドSEBS1Cは、80%のポリプロピレンH110N(2MFRホモポリマー、Dow Chemical Companyから入手できる)と、20%のSEBS Kraton(商標)G1643M(Kraton Polymers USAから入手できる)とを含有する。本発明ブレンドSEBS2は、72%の前記PP H110Nと、20%のG1643Mと、7.5%の本発明実施例FF1とを含有する。
図34は、比較PP/SEBSブレンドと、追加のFF1ジブロックを含有する本発明ブレンドとについて1μm、0.2μm、及び100nm解像度でのTEM顕微鏡写真を比較する。試料を、2%四酸化ルテニウム水溶液を用いて周囲温度で3時間染色した。SEBSポリマーの分散が、本発明のジブロックの添加により向上することが明らかである。本発明のブレンドの顕微鏡写真は、エチレン−α−オレフィンゴムを含有するポリプロピレン耐衝撃性コポリマーにおいて観察されたものと同様のSEBS粒子のより微細な分散及び離散を示す。
表31は、本発明ブレンドの最大分散粒径が0.65μmであり、そのサイズは、1.64μmの最大分散粒径を示す比較ブレンドと比較すると58%減少したことを示す。同様に、分散SEBS相の平均粒径は、比較ブレンドと比較すると、0.43μmから22μmへと49%だけ減少した。
本発明ジブロックを含有するポリプロピレン耐衝撃性コポリマーについて観察された特性の向上と同様に、これらの相溶化PP/SEBSブレンドは、ジブロック相溶化剤を含有してない比較ブレンドよりも10%超の衝撃強さ、透明度の改善及び曇り度の減少、ならびにより高いモジュラスを示すことが期待される。
Figure 2013506742
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本発明は、限定された数の実施形態に関して記載されているが、1つの実施形態の具体的な特徴は、本発明のその他の実施形態に帰属するものではない。単一の実施形態は、本発明の全ての態様の代表ではない。幾つかの実施形態において、組成物又は方法は、本明細書に記述されていない多数の化合物又は工程を包含し得る。他の実施形態において、組成物又は方法は、本明細書に挙げられていない化合物又は工程を包含しないか、又は実質的に含まない。記載された実施形態から変更及び改変が存在する。最後に、本明細書に開示される数値はいずれも、語「約」又は「おおよそ」がその数値を記すのに使用されるか否かにかかわらず、近似値を意味すると解釈されるべきである。付属の特許請求の範囲は、本発明の範囲に帰する全ての改変及び変更を含めることを意図する。

Claims (10)

  1. a)ポリプロピレン;
    b)相溶化剤;及び
    c)場合によりエラストマー
    を含む配合組成物であって、ASTM D256又はISO180によって0℃又は23℃で測定されるアイゾッド強度(kJ/m)を、(b)を含有していない組成物のアイゾッド強度よりも少なくとも10%より高く示し;且つ曲げ弾性率を、(b)を含有していない組成物の曲げ弾性率と比べて10%未満だけより低く示す配合組成物。
  2. (b)が、100℃を超えるTmを有し及び前記組成物が、1μm未満の分散ゴム重量平均粒径を有する、請求項1に記載の組成物。
  3. (b)が、0.10以上のブロック複合材インデックスを有するブロック複合材である、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記ブロック複合材が、アイソタクチックポリプロピレンブロックとエチレン−プロピレンブロックとを有するジブロックを含有する、請求項3に記載の組成物。
  5. 前記アイソタクチックポリプロピレンブロックが、25重量%〜75重量%、好ましくは40重量%〜60重量%の量で存在する、請求項4に記載の組成物。
  6. 前記エチレン−プロピレンブロックのエチレン含有量が、40重量%〜85重量%である、請求項4に記載の組成物。
  7. 前記ブロック複合材が、230℃及び2.16kgにおいて0.5〜8dg/分のメルトフローレートを有する、請求項3に記載の組成物。
  8. a)ポリプロピレン;及び
    b)ソフトコポリマーと、ハードポリマーと、ブロックコポリマーとを含むブロック複合材であって、前記ブロックコポリマーがソフトセグメントとハードセグメントとを有するものであり、前記ブロックコポリマーのハードセグメントが前記ブロック複合材のハードポリマーと同じ組成であり、前記ブロックコポリマーのソフトセグメントが前記ブロック複合材のソフトコポリマーと同じ組成である、ブロック複合材
    を含む耐衝撃性改質組成物であって、前記ブロック複合材が0.5重量%〜20重量%の量で存在し、前記組成物が、(b)を含有していない組成物と比べて少なくとも2℃低い延性−脆性遷移温度を有する、耐衝撃性改質組成物。
  9. 前記ポリプロピレンが、低密度ポリプロピレン、高密度ポリプロピレン、高溶融強度ポリプロピレン、高耐衝撃性ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン及びこれらの組み合わせのみからなる群から選択される、請求項1又は8に記載の組成物。
  10. 請求項1から9のいずれか一項に記載の組成物からなる物品。
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