JP2013523953A - エチレン/α−オレフィンインターポリマーを有する熱可塑性樹脂の衝撃改質 - Google Patents

エチレン/α−オレフィンインターポリマーを有する熱可塑性樹脂の衝撃改質 Download PDF

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Abstract

良好な衝撃性能を有する衝撃改質組成物は熱可塑性物質(例えば、α−ポリオレフィン、例えば、ポリプロピレンまたはHDPE)およびマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーから製造することができる。前記組成物は容易に成形され、しばしば、例えば、自動車ダッシュボード、部品および他の家庭用品を製造するにおいて特別な利用性を有する。

Description

本発明は、熱可塑性ポリマーおよびポリマーブレンドの改良された衝撃改質に関する。
多くの異なるポリマーおよび材料が、他の特性を増強させつつ、組成物の衝撃強度を増強させ、または衝撃強度を維持する試みにおいてポリマー組成物に加えられてきた。例えば、ここに引用して援用する米国特許第5,118,753号(Hikasaら)は、油展オレフィン性共重合体ゴムおよびオレフィン性プラスチックの混合物より実質的になる、低い硬度および優れた柔軟性および機械的特性を有すると言われている熱可塑性エラストマー組成物を開示する。オレフィン性プラスチックはポリプロピレン、またはポリプロピレンおよび2またはそれ以上の炭素原子のα−オレフィンのコポリマーである。その開示をここに引用して援用する、Modern Plastics Encyclopedia/89, mid October 1988 Issue, Volume 65,Number 11,pp.110-117もまた、衝撃改質で有用な種々の熱可塑性エラストマー(TPE)の使用を議論している。これらには:エラストマーアロイTPE、エンジニアリングTPE、オレフィンTPE(熱可塑性オレフィンまたはTPOとしても公知)、ポリウレタンTPEおよびスチレンTPEが挙げられる。
熱可塑性オレフィン(TPO)は、しばしば、エラストマー材料、例えば、エチレン/プロピレンゴム(EPM)またはエチレン/プロピレン・ジエン・モノマー・ターポリマー(EPDM)、およびより剛直な材料、例えば、アイソタクチックポリプロピレンのブレンドから製造される。油、充填剤および架橋剤を含めた、他の材料または成分を、適用に応じて、調合物に加えることができる。TPOは、しばしば、剛性(弾性率)および低温衝撃のバランス、良好な化学物質耐性および広い使用温度によって特徴付けられる。これらのような特徴のため、TPOは、自動車のダッシュボードおよびワイヤおよびケーブルの操作、硬質包装、成形品、計器盤等を含めた多くの適用で用いられている。
Union Carbide Chemicals and Plastics Inc.は、1990年に、高価なEPMまたはEPDMゴムを置き換えることができるかも知れない、新しい、費用効率の高いクラスのフレキソマー(商標)ポリオレフィンズ(Flexomer(商標)Polyolefins)なる商標のポリオレフィンを開発したと発表した。これらの新しいポリオレフィンは、ゴムおよびポリオレフィン間のギャップを埋めるものであり、2つの範囲の間に弾性率を有すると言われている。しかしながら、ゴムおよびその調合物の弾性率は、TPO調合物を評価するための唯一の基準ではない。−30℃においてガードナー衝撃(Gardner Impact)によって時々測定される低温衝撃性能もまた、TPO組成物の性能に対して重要である場合もある。M.R.Rifi、H.K.FickerおよびM.A.Corwinによる論文「FlexomerTM Polyolefins: A Bridge Between Polyethylene and Rubbers」の図4に含まれたデータによると、標準EPMゴムと同レベルの低温ガードナー衝撃の性能に到達するためには、TPO調合物に、フレキソマー(商標)ポリオレフィンをより多く加えなければならず、従って、より低いコストのEPM/EPDMの置き換えの利点からは幾らか反する。例えば、Rifiらの論文の図4のデータを用いると、ポリプロピレン中の約20(重量%)のEPMは、−30℃において約22Jのガードナー衝撃を与え、他方、フレキソマー(商標)ポリオレフィンの同一量は約13Jの−30℃ガードナー衝撃を与える。
テキサス州ヒューストンでの1991年ポレオレフィン分野会議(SPO'91)(pp.43−55)で1991年9月24日に提出された論文において、Michael P.Jeffries(Exxon Chemical CompanyのExxpolエチレンポリマーベンチャーマネージャー)もまた、ExxonのExact(商標)ポリマーおよびプラストマーを衝撃改質のためにポリプロピレンにブレンドすることができると報告している。Exxon Chemical Companyは、第7回ポリオレフィン国際会議のプレプリント、第45−66頁、1991年2月24−27日において、それらのEXXPOL(商標)技術によって生産された狭い分子量分布(NMWD)樹脂は、同一メルトインデックスにおいて慣用的なチーグラー樹脂よりも高い溶融粘度およびより低い溶融強度を有することを開示している。もう1つの最近の発表において、Exxon Chemical Companyは、シングルサイト触媒を用いて製造されたNMWDポリマーが、メルトフラクチャーの可能性を生じることも教示している(1991年9月におけるテキサス州ダラスでのIEEE会合でプレゼンテーションされた、Monica HendewerkおよびLawrence Spenadelによる、「New Specialty Linear Polymers (SLP) For Power Cables」)。
狭い分子量分布の線状ポリマーは、不利なことには、低い剪断感度または低いI10/I2値を有することであり、これによってそのような線状ポリマーの押出性を制限することは周知である。加えて、そのような線状ポリマーは低い溶融弾性を保有しており、溶融体形成加工、例えば、フィルム形成プロセスまたはブロー成形プロセスにおいて問題を引き起こした(例えば、インフレーション・フィルム・プロセスにおける泡の持続、またはブロー成形プロセスにおける垂れ、等)。最後に、そのような樹脂は比較的低い押出速度において表面メルトフラクチャー特性にも直面するため、許容できない加工となり、最終製品において表面凹凸を引き起こす。
このように、新しいより低い弾性率のポリマー、例えば、Union Carbideによるフレキソマー(商標)ポリオレフィンまたはExxonによるExact(商標)ポリマーの開発はTPO市場を助けたが、室温以下において弾性率および/もしくは衝撃性能を改良し、または維持するために、熱可塑性樹脂(例えば、ポリオレフィン、例えば、ポリプロピレンまたはHDPE)を調合するための他のより進歩したコスト的に有利なポリマーに対する要望が継続して存在する。
米国特許第5,118,753号
Modern Plastics Encyclopedia/89, mid October 1988 Issue, Volume 65,Number 11,pp.110-117
今回、調合組成物が、良好な低温衝撃性能および弾性率のこの組み合わせを有することが発見された。1つの態様において、衝撃改質組成物は:
A)熱可塑性ポリマー組成物;
B)衝撃改質性量の、ハードセグメントおよびソフトセグメントを含むマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマー
を含み、
ここで、ハードセグメントの量は該マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて少なくとも30重量パーセントであり、および該マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーは:
(a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)および密度d(g/cm3)を有し、Tmおよびdの数値は関係:
m>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
に対応する;あるいは
(b)約1.7から約3.5のMw/Mnを有し、かつ融解熱ΔH(J/g)、および最も高いDSCピークおよび最も高いCRYSTAFピークの間の温度差として定義される、デルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、ΔTおよびΔHの数値は以下の関係:
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ゼロよりも大きくて130J/gまでのΔHについて)
ΔT≧48℃(130J/gよりも大きなΔHについて)
を有し、CRYSTAFピークは少なくとも5パーセントの累積ポリマーを用いて決定され、および5パーセント未満のポリマーが同定可能なCRYSTAFピークを有する場合CRYSTAF温度は30℃である;あるいは
(c)マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定して、300パーセント歪および1サイクルにおいてパーセントで表した弾性回復Reによって特徴付けられ、密度d(g/cm3)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが実質的に架橋相含まない場合Reおよびdの数値は以下の関係:
Re>1481−1629(d)
を満たす;あるいは
(d)TREFを用いて分画した場合に40℃と130℃との間に溶出する分子画分を有し、これは、該画分が同一温度の間に溶出する比較のランダムエチレンインターポリマー画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、ここで、該比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを有し、かつマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーのものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度及びコモノマーモル含量(全ポリマーに基づく)を有する;あるいは
(e)TREFを用いて分画した場合に、少なくとも0.5であって、約1までのブロックインデックスを有することを特徴とする、40℃と130℃との間に溶出する少なくとも1つの分子画分を有する;あるいは
(f)ゼロよりも大きく約1.0までの平均ブロックインデックス、および約1.3よりも大きな分子量分布(Mw/Mn)を有する;あるいは
(g)25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)および100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、G’(25℃):G’(100℃)の比が約1:1から約9:1の範囲である。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されたマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーにおけるハードセグメントの量は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて約35重量パーセントから約80重量パーセントである。
他の実施形態において、本明細書中に開示されたマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーのソフトセグメントにおけるα−オレフィンモノマーの量は、モルで表したソフトセグメント中のα−オレフィンモノマーおよびエチレンモノマーの全量に基づいて約12モルパーセントから約35モルパーセントである。
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー組成物はポリウレタン、ポリ塩化ビニル、スチレン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタールおよびポリスルホンからなる群より選択される1またはそれ以上のポリマーを含む。他の実施形態において、熱可塑性ポリマー組成物はポリプロピレンを含む。さらなる実施形態において、熱可塑性ポリマー組成物は高密度ポリエチレンを含む。
いくつかの実施形態において、マルチブロックエチレンインターポリマーはマルチ−ブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーである。他の実施形態において、α−オレフィンモノマーは1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテンである。さらなる実施形態において、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーは約0.85から約0.93g/cm3の密度を有する。
ある実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、さらに、スリップ剤、抗ブロッキング剤、粘着性添加剤(cling additive)、可塑剤、油、ワックス、抗酸化剤、UV安定化剤、着色剤または顔料、充填剤、流動補助剤、カップリング剤、架橋剤、界面活性剤、溶媒、滑沢剤、防曇剤、核形成剤、難燃剤、静電防止剤およびその組み合わせからなる群より選択される少なくとも1つの添加剤を含む。
いくつかの実施形態において、熱可塑性ポリマー組成物は少なくとも1つのプロピレンポリマーを含み、ここでマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの量は、組成物の全重量に基づいて約10重量パーセントから約40重量パーセントである。他の実施形態において、20℃における切欠きアイゾット衝撃強度は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含まない同一プロピレンポリマー組成物と比較して少なくとも5%高く、少なくとも10%高く、または少なくとも15%高い。
ある実施形態において、熱可塑性ポリマー組成物は少なくとも1つの高密度ポリエチレンを含み、ここで、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの量は組成物の全重量に基づいて約1重量パーセントから約40重量パーセントである。他の実施形態において、20℃における切欠きアイゾット衝撃強度は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含まない同一の高密度ポリエチレン組成物と比較して少なくとも5%高く、少なくとも10%高く、または少なくとも15%高い。
1つの態様において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物から製造された二次加工品が本明細書中において特徴付けられる。
図1は、従来のランダムコポリマー(●によって表された)および(▲で表された)チーグラー−ナッタコポリマーと比較した、(◇によって表された)本発明のポリマーの融点/密度の関係を示す。 図2は、種々のポリマーについてのDSC溶融エンタルピーの関数としてのデルタDSC−CRYSTAFのプロットを示す。◆はランダム/エチレンオクテンコポリマーを表し、□はポリマーの実施例1から4を表し;△はポリマーの実施例5から9を表し;○はポリマーの実施例10から19を表す。記号「X」はポリマーの実施例A*からF*を表す。 図3は、本発明のインターポリマー(□および○によって表される)および従来のコポリマー(種々のDow AFFINITY(登録商標)ポリマーである三角形によって表される)から製造された非配向性フィルムについての弾性回復に対する密度の効果を示す。□は本発明のエチレン/ブテンコポリマーを表し、○は本発明のエチレン/オクテンコポリマーを表す。 図4は、(○によって表された)実施例5のポリマー、並びに(記号「X」によって表された)比較ポリマーEおよびFについての、TREF分画エチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含有量−対−該画分のTREF溶出温度のプロットである。菱形は従来のランダムエチレン/オクテンコポリマーを表す。 図5は、実施例5のポリマーについての(曲線1)および比較Fについての(曲線2)、TREF分画エチレン/1−オクテンコポリマー画分のオクテン含有量−対−該画分のTREF溶出温度のプロットである。■は実施例F*を表し、△は実施例5を表す。 図6は、比較エチレン/1−オクテンコポリマー(曲線2)およびプロピレン/エチレン−コポリマー(曲線3)についての、および異なる量の可逆的連鎖移動剤(chain shuttling agent)でもって製造された本発明の2つのエチレン/1−オクテンブロックコポリマー(曲線1)についての、温度の関数としての貯蔵弾性率のlogのグラフである。 図7は、いくつかの公知のポリマーと比較した、本発明のポリマーのいくつか(◇によって表す)についての、TMA(1mm)−対−曲げ弾性率のプロットを示す。▲は種々のDow VERSIFY(登録商標)ポリマーを表し;●は種々のランダムエチレン/スチレンコポリマーを表し、■は種々のDow AFFINITY(登録商標)ポリマーを表す。 図8AおよびB、は、DSC重ね合わせ:HDPE DMDH 6400+実施例Aブレンドを示す。 図8AおよびB、は、DSC重ね合わせ:HDPE DMDH 6400+実施例Aブレンドを示す。 図9は、GPC重ね合わせ:HDPE DMDH 6400+実施例Aブレンドを示す。 図10は、溶融強度比較:HDPE DMDH 6400+実施例Aブレンドを示す。 図11は、本発明の試料および比較試料のDSC曲線を示す。 図12は、本発明の試料および比較試料のATREF曲線を示す。 図13は、温度に対する切欠きアイゾット衝撃の依存性を示す。 図14は、ポリプロピレンおよびエチレン−オクテンブロックコポリマーの混合物の透過型電子顕微鏡写真である。 図15は、ポリプロピレンおよびランダムエチレン−オクテンコポリマーの混合物の透過型電子顕微鏡写真である。 図16は、ポリプロピレン、エチレン−オクテンブロックコポリマーおよびランダムエチレン−オクテンコポリマーの混合物の透過型電子顕微鏡写真である。
一般的定義
「ポリマー」は、同一または異なるタイプであるかを問わず、モノマーを重合することによって調製された重合体化合物を意味する。一般用語「ポリマー」は、用語「ホモポリマー」、「コポリマー」、「ターポリマー」ならびに「インターポリマー」を含む。
「インターポリマー」は、少なくとも2つの異なるタイプのモノマーの重合によって調製されたポリマーを意味する。一般用語「インターポリマー」は、(2つの異なるモノマーから調製されたポリマーを言うのに通常使用される)用語「コポリマー」ならびに(3つの異なるタイプのモノマーから調製されたポリマーを言うのに通常使用される)用語「ターポリマー」を含む。この用語は、4またはそれ以上のタイプのモノマーを重合することによって製造されたポリマーも含む。
用語「エチレン/α−オレフィンインターポリマー」は、一般に、エチレンおよび3またはそれ以上の炭素原子を有するα−オレフィンを含むポリマーを言う。好ましくは、エチレンは全ポリマーの大部分のモル分率を含み、すなわち、エチレンは全ポリマーの少なくとも約50モルパーセントを含む。より好ましくは、エチレンは少なくとも約60モルパーセント、少なくとも約70モルパーセント、または少なくとも約80モルパーセントを含み、全ポリマーの実質的残りは、好ましくは、3またはそれ以上の炭素原子を有するα−オレフィンである少なくとも1つの他のコモノマーを含む。多くのエチレン/オクテンコポリマーについては、好ましい組成物は全ポリマーの約80モルパーセントを超えるエチレン含有量、および全ポリマーの約10から約15、好ましくは、約15から約20モルパーセントのオクテン含有量を含む。いくつかの実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、低収率で製造された物、または微量で製造された物、または化学プロセスの副産物として製造された物を含まない。エチレン/α−オレフィンインターポリマーは1またはそれ以上のポリマーとブレンドすることができるが、製造されたままのエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、実質的に純粋であって、しばしば、重合プロセスの反応生成物の主要な成分を含む。
エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、重合された形態のエチレンおよび1またはそれ以上の共重合性α−オレフィンコモノマーを含み、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位(ユニット)の複数のブロックまたはセグメントによって特徴付けられる。すなわち、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、ブロックインターポリマー、好ましくは、マルチブロックインターポリマーまたはコポリマーである。用語「インターポリマー」および「コポリマー」は本明細書中においては相互交換可能に用いられる。いくつかの実施形態において、マルチブロックコポリマーは以下の式:
(AB)n
(式中、nは少なくとも1、好ましくは、1よりも大きな整数、例えば、2、3、4、5、10、15、20、30、40,50,60,70,80,90,100またはそれ以上であり、「A」はハードブロックまたはセグメントを表し、および「B」はソフトブロックまたはセグメントを表す。)
によって表すことができる。好ましくは、複数のAおよびBは、実質的に分岐したまたは実質的に星形状の様式とは異なり、実質的に直線状で連結されている。他の実施形態において、AブロックおよびBブロックは、ポリマー鎖に沿ってランダムに分布している。換言すれば、ブロックコポリマーは、通常、以下のような構造を有しない。
AAA−AA−BBB−BB
さらに他の実施形態において、ブロックコポリマーは、通常、異なるコモノマーを含む第3のタイプのブロックを有しない。なお他の実施形態において、ブロックAおよびブロックBの各々はブロック内に実質的にランダムに分布したモノマーまたはコモノマーを有する。換言すれば、ブロックAもブロックBも、区別される組成の2またはそれ以上のサブセグメント(またはサブブロック)、例えば、ブロックの残りとは実質的に異なる組成を有する先端セグメントを含まない。
マルチブロックポリマーは、典型的には、種々の量の「ハード」および「ソフト」ブロックまたはセグメントを含む。「ハード」ブロックまたはセグメントとは、エチレンがポリマーの重量に基づいて約95重量パーセントを超える、好ましくは、約98重量パーセントを超える量で存在する重合単位のブロックを言う。換言すれば、ハードセグメント中のコモノマー含有量(エチレン以外のモノマーの含有量)は、ポリマーの重量に基づいて約5重量パーセント未満、好ましくは、約2重量パーセント未満である。いくつかの実施形態において、ハードセグメントは全てのまたは実質的に全てのエチレンを含む。
他方、「ソフト」ブロックまたはセグメントは、コモノマーの含有量(エチレン以外のモノマーの含有量)が、ポリマーの重量に基づいて、約5重量パーセントを超える、好ましくは、約8重量パーセントを超える、約10重量パーセントを超える、または15重量パーセントを超える重合単位のブロックを言う。いくつかの実施形態において、ソフトセグメント中のコモノマー含有量は、約20重量パーセントを超え、約25重量パーセントを超え、約30重量パーセントを超え、約35重量パーセントを超え、約40重量パーセントを超え、約45重量パーセントを超え、約50重量パーセントを超え、または約60重量パーセントを超え得る。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されたエチレン/α−オレフィンインターポリマーのソフトセグメント中のα−オレフィン含有量(エチレン以外のモノマーの含有量)は、ソフトセグメント中のα−オレフィンおよびエチレンの全量(モル数)に基づいて、約5モルパーセントから約50モルパーセント、約8モルパーセントから約45モルパーセント、約10モルパーセントから約40モルパーセント、約12モルパーセントから約35モルパーセント、約15モルパーセントから約30モルパーセントである。
他の実施形態において、本明細書中に開示されたエチレン/α−オレフィンインターポリマーのソフトセグメント中のα−オレフィン含有量(エチレン以外のモノマーの含有量)は、ソフトセグメントポリマーの全重量に基づいて、約35重量パーセントから約75重量パーセント、約40重量パーセントから約70重量パーセント、約45重量パーセントから約65重量パーセント、約50重量パーセントから約60重量パーセント、または約53重量パーセントから約58重量パーセントである。
ある実施形態において、本明細書中に開示されたマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーにおけるソフトセグメントの量は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて、約1重量パーセントから約99重量パーセント、約5重量パーセントから約95重量パーセント、約10重量パーセントから約90重量パーセント、約15重量パーセントから約85重量パーセント、約20重量パーセントから約80重量パーセント、約25重量パーセントから約75重量パーセント、約30重量パーセントから約70重量パーセント、約35重量パーセントから約65重量パーセント、約40重量パーセントから約60重量パーセント、または約45重量パーセントから約55重量パーセントである。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示されたマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーにおけるハードセグメントの量は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて、約25重量パーセントから約95重量パーセント、約25重量パーセントから約90重量パーセント、約30重量パーセントから約80重量パーセント、約35重量パーセントから約80重量パーセント、約35重量パーセントから約75重量パーセント、約35重量パーセントから約70重量パーセント、約35重量パーセントから約65重量パーセント、約35重量パーセントから約60重量パーセント、または約35重量パーセントから約50重量パーセントである。
他の実施形態において、本明細書中に開示されたマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーにおけるハードセグメントの量は、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて、30重量パーセントを超え、35重量パーセントを超え、40重量パーセントを超え、45重量パーセントを超え、50重量パーセントを超え、55重量パーセントを声、60重量パーセントを超え、65重量パーセントを超え、70重量パーセントを超え、75重量パーセントを超え、80重量パーセントを超え、85重量パーセントを超え、90重量パーセントを超え、95重量パーセントを超え、97.5重量パーセントを超え、または99重量パーセントを超える。
ソフトセグメント重量パーセンテージおよびハードセグメント重量パーセンテージは、DSCまたはNMRから得られるデータに基づいて計算することができる。そのような方法および計算は、その開示をここに引用してその全体を援用する、Colin L.P.Shan、Lonnie Hazlittらの名義で2006年3月15日に出願され、かつDow Global Technologies Inc.に譲渡された、発明の名称が「Ethylene/α-Olefin Block Interpolymers」である、米国特許出願第11/376,835号として出願された米国出願公開第2006/0199930に開示されている。
用語「結晶性」は、使用されるならば、示差走査型熱量測定(DSC)または同等な技術によって決定された第一次転移点または結晶融解点(Tm)を保有するポリマーを言う。該用語は用語「半結晶性」と相互交換可能に用いてもよい。用語「アモルファス」とは、示差走査型熱量測定(DSC)または同等な技術によって決定して、結晶融解点を欠如するポリマーを言う。
用語「マルチブロックコポリマー」または「セグメント化コポリマー」とは、好ましくは、直線状に連結された2またはそれ以上の化学的に区別される領域またはセグメント(「ブロック」と言う)を含むポリマー、すなわち、ペンダントまたはグラフト化様式よりもむしろ、重合されたエチレン性官能性に関して末端−末端で連結された化学的に差別化された単位(ユニット)を含むポリマーを言う。好ましい実施形態において、ブロックはその中に取り込まれたコモノマーの量またはタイプ、密度、結晶化度の量、そのような組成のポリマーに起因し得るクリスタライトのサイズ、立体規則性(アイソタクチックまたはシンジオタクチック)の型または程度、位置規則性または位置不規則性、長鎖分岐または超分岐を含めた分岐の量、均一性、またはいずれかの他の化学的または物理的特性が異なる。マルチブロックコポリマーは、コポリマーを製造するユニークなプロセスによる、多分散性インデックス(PDIまたはMw/Mn)双方のユニークな分布、ブロックの長さの分布、および/またはブロックの数の分布によって特徴付けられる。より具体的には、連続プロセスで製造された場合、ポリマーは、望ましくは、1.7から2.9、好ましくは、1.8から2.5、より好ましくは、1.8から2.2、最も好ましくは、1.8から2.1のPDIを保有する。バッチまたは半バッチプロセスで製造された場合、ポリマーは1.0から2.9、好ましくは、1.3から2.5、より好ましくは1.4から2.0、最も好ましくは、1.4から1.8のPDIを保有する。
「エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーの衝撃改質量」は、室温以下における組成物の切欠きアイゾット衝撃強度が、エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーを添加しない場合の所定の組成物の同一温度における切欠きアイゾット衝撃強度と比較して維持または増加されるように、所定のポリマー組成物に添加されるエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーの量である。
以下の記載において、本明細書中に開示された全ての数は、用語「約」または「ほぼ」がそれとの組み合わせで用いられているかにかかわらず、近似値である。それらは1パーセント、2パーセント、5パーセントまたは時には10から20パーセントだけ変動してもよい。下限RLおよび上限RUを持つ数字範囲が開示されている場合は常に該範囲内に入るいずれの数字も具体的に開示されているものである。具体的には、範囲内にある以下の数字は具体的に開示されている:R=RL+k*(RU−RL)、ここで、kは1パーセント増分を伴った1パーセントから100パーセントの範囲の変数であり、すなわち、kは1パーセント、2パーセント、3パーセント、4パーセント、5パーセント、...、50パーセント、51パーセント、52パーセント、...、95パーセント、96パーセント、97パーセント、98パーセント、99パーセント、または100パーセントである。さらに、上記で定義された2つのRの数によって定義されるいずれの数値範囲も具体的に開示されている。
エチレン/α−オレフィンインターポリマー
本発明の実施形態で用いられるエチレン/α−オレフィンインターポリマー(「本発明のインターポリマー」または「本発明のポリマー」とも言う)は、重合された形態のエチレンおよび1またはそれ以上の共重合性α−オレフィンコモノマーを含み、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント、好ましくは、マルチブロックコポリマーによって特徴付けられる。エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、以下に記載される態様の1以上によって特徴付けられる。
1つの態様において、本発明の実施形態で用いられるエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、約1.7から約3.5のMw/Mn、および少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(g/cm3)を有し、ここで、これら変数の数値は関係:
m>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2、好ましくは、
m≧−6288.1+13141(d)−6720.3(d)2、より好ましくは、
m≧858.91−1825.3(d)+1112.8(d)2
に対応する。
そのような融点/密度の関係は図1に示される。密度の減少に伴って融点が増加している従来のエチレン/α−オレフィンランダムコポリマーとは異なり、本発明のインターポリマー(◇によって表される)は、特に、密度が約0.87g/ccから約0.95g/ccの間である場合、密度から実質的に独立した融点を呈する。例えば、そのような本発明のポリマーの融点は、密度が0.875g/ccから約0.945g/ccの範囲にある場合、約110℃から約130℃の範囲にある。いくつかの実施形態において、そのようなポリマーの融点は、密度が0.875g/ccから約0.945g/ccの範囲にある場合、約115℃から約125℃の範囲にある。
もう1つの態様において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、重合された形態において、エチレンおよび1またはそれ以上のα−オレフィンを含み、最も高い示差走査型熱量測定(「DSC」)ピークの温度から最も高い結晶化分析分画(「CRYSTAF」)ピークの温度を引いたものとして定義されるΔT(℃)および融解熱ΔH(J/g)によって特徴付けられ、ΔTおよびΔHは、130J/gまでのΔHについては以下の関係:
ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81、好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+64.38、より好ましくは、
ΔT≧−0.1299(ΔH)+65.95
を満足する。さらに、ΔTは、130J/gよりも大きなΔHについては48℃と等しいか、またはそれよりも大きい。CRYSTAFピークは少なくとも5パーセントの累積ポリマーを用いて決定され(すなわち、ピークは累積ポリマーの少なくとも5パーセントを表すことになる)、ポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有する場合、CRYSTAF温度は30℃であって、ΔHは融解熱(J/g)の数値である。より好ましくは、最高のCRYSTAFピークは少なくとも10パーセントの累積ポリマーを含有する。図2は、本発明のポリマーならびに比較例についてのプロットされたデータを示す。積分されたピーク面積およびピーク温度は、機器メーカーによって提供されるコンピーター処理化描画プログラムによって計算される。比較のランダムエチレンオクテンポリマーについて示された斜線は、方程式:ΔT=−0.1299(ΔH)+62.81に対応する。
なおもう1つの態様において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、温度上昇溶出分画(「TREF」)を用いて分画された場合、40℃と130℃との間に溶出する分子画分を有し、該画分が同一温度の間で溶出する比較のランダムエチレンインターポリマー画分のコモノマーモル含量よりも高い、好ましくは、少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高いコモノマーモル含量を有することで特徴付けられ、ここで、該比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを含有し、ブロックインターポリマーのものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含有量(全ポリマーに基づく)を有する。好ましくは、比較のインターポリマーのMw/Mnはブロックインターポリマーのものから10パーセント内にあり、または/および比較のインターポリマーはブロックインターポリマーのものから10重量パーセント以内の合計コモノマー含量を有する。
さらにもう1つの態様において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、エチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定された300パーセント歪および1サイクルにおける弾性回復Re(%)によって特徴付けられ、密度d(g/cm3)を有し、ここで、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが架橋相を実質的に含まない場合、以下の関係を満たす:
Re>1481−1629(d);好ましくは
Re≧1491−1629(d);より好ましくは
Re≧1501−1629(d);なおより好ましくは
Re≧1511−1629(d)。
図3は、特定の本発明のインターポリマーおよび従来のランダムコポリマーから製造された非配向性フィルムについての弾性回復に対する密度の効果を示す。同一の密度について、本発明のインターポリマーは実質的により高い弾性回復を有する。
いくつかの実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、10MPaを超える引張強度、好ましくは11MPa以上の引張強度、より好ましくは13MPa以上の引張強度、および/または11cm/分のクロスヘッド変位速度にて、少なくとも600%パーセント、より好ましくは少なくとも700パーセント、かなり好ましくは少なくとも800パーセント、最もかなり好ましくは少なくとも900パーセントの破断点伸度を有する。
他の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、(1)1から50、好ましくは1から20、より好ましくは1から10の貯蔵弾性率比率G’(25℃)/G’(100℃);および/または(2)80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、特別には60パーセント未満、50パーセント未満、もしくは40パーセント未満の、下は0パーセントの圧縮永久歪までの70℃圧縮永久歪を有する。
さらに他の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、80パーセント未満、70パーセント未満、60パーセント未満、または50パーセント未満の70℃圧縮永久歪を有する。好ましくは、インターポリマーの70℃圧縮永久歪は40パーセント未満、30パーセント未満、40パーセント未満であって、約0パーセントまで下がってもよい。
いくつかの実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、85J/g未満の融解熱を有し、および/または100ポンド/フット2(4800Pa)以下、好ましくは50lbs/ft2(2400Pa)以下、特に5lbs/ft2(240Pa)以下であって、0lbs/ft2(0Pa)ほど低いペレットブロッキング強度を有する。
他の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、重合形態において、少なくとも50モルパーセントのエチレンを含み、80パーセント未満、好ましくは70パーセント未満、または60パーセント未満、最も好ましくは45から50パーセント未満であって、下はゼロパーセント近くまでの70℃圧縮永久歪を有する。
いくつかの実施形態において、マルチブロックコポリマーは、ポアソン分布よりもむしろシュルツ−フローリー分布に合致するPDIを保有する。該コポリマーは、さらに、多分散ブロック分布およびブロックサイズの多分散分布の双方を有し、かつブロック長さの最確率分布を保有することを特徴とする。好ましいマルチブロックコポリマーは、末端ブロックを含めた4またはそれ以上のブロックまたはセグメントを含有するものである。より好ましくは、該コポリマーは末端ブロックを含めた少なくとも5、10または20のブロックまたはセグメントを含む。
コモノマー含有量は、任意の適切な技術を用いて測定してもよく、核磁気共鳴(「NMR」)分光測定に基づいた技術が好ましい。さらに、比較的広いTREF曲線を有するポリマーまたはポリマーのブレンドでは、ポリマーは、望ましくは、TREFを用いて、まず、各々が10℃以下の溶出温度範囲を有する画分に分画される。すなわち、各溶出画分は10℃以下の収集温度ウィンドウを有する。この技術を用い、該ブロックインターポリマーは、比較のインターポリマーの対応する画分よりも高いコモノマーモル含有量を有する少なくとも1つのそのような画分を有する。
もう1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくは、重合された形態のエチレン、および1またはそれ以上の共重合性コモノマーを含むオレフィンインターポリマーであり、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数ブロック(すなわち、少なくとも2つのブロック)またはセグメント(ブロック化インターポリマー)によって、最も好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられ、該ブロックインターポリマーは(個々の画分を収集および/または単離することなく)40℃および130℃の間で溶出するピーク(単に分子画分ではない)を有し、該ピークが半値全幅(FWHM)面積計算を用いて拡大された場合に赤外分測定によって見積もられるコモノマー含有量を有し、同一溶出温度における、かつ半値全幅(FWHM)面積計算を用いて拡大された、比較のランダムエチレンインターポリマーピークのものよりも高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10パーセント高い平均コモノマーモル含有量を有することを特徴とし、ここで、該比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを有し、かつブロック化インターポリマーのものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度およびコモノマーモル含有量(全ポリマーに基づく)を有する。好ましくは、比較のインターポリマーのMw/Mnもまたブロック化インターポリマーのものから10パーセント以内であり、および/または、比較のインターポリマーはブロック化インターポリマーのものから10重量パーセント以内の合計コモノマー含有量を有する。半値全幅(FWHM)計算は、ATREF赤外検出器からのメチレン応答面積に対するメチル応答面積の比率[CH3/CH2]に基づき、ここで、最も高い(最高)ピークはベースラインから同定され、次いでFWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて計算された分布では、FWHM面積はT1およびT2の間の曲線下面積と定義され、ここで、T1およびT2は、ピーク高さを2で割り、次いでATREF曲線の左および右部分に交わる、ベースラインに対して水平の線を描くことによって、ATREFピークの左および右に決定された点である。コモノマー含有量についてのキャリブレーション曲線は、ランダムエチレン/α−オレフィンコポリマーを用い、NMRからのコモノマー含有量−対−TREFピークのFWHM面積比率をプロットして作成する。この赤外方法では、キャリブレーション曲線は目的の同一のコモノマータイプについて作成される。本発明のポリマーのTREFピークのコモノマー含有量は、TREFピークのそのFWHMメチル:メチレン面積比率[CH3/CH2]を用いてこのキャリブレーション曲線を参照することによって決定することができる。
コモノマー含有量は、任意の適切な技術を用いて測定することもでき、核磁気共鳴(NMR)分光測定に基づいた技術が好ましい。この技術を用い、該ブロック化インターポリマーは、対応する比較のインターポリマーよりも高いコモノマーモル含有量を有する。
好ましくは、エチレンおよび1−オクテンのインターポリマーでは、ブロックインターポリマーは、量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは、量(−0.2013)T+21.07以上の、40℃と130℃との間で溶出するTREF画分のコモノマー含有量を有し、ここで、Tは℃で測定された、比較のTREF画分のピーク溶出温度の数値である。
図4はエチレンおよび1−オクテンのブロックインターポリマーの実施形態をグラフにより示し、ここで、いくつかの比較のエチレン/1−オクテンインターポリマー(ランダムコポリマー)についてのコモノマー含有量−対−TREF溶出温度のプロットは(−0.2013)T+20.07を表す線(実線)にフィットする。式(−0.2013)T+21.07についての線は点線によって描かれている。また、本発明のいくつかのブロックエチレン/1−オクテインターポリマー(マルチブロックコポリマー)の画分についてのコモノマー含有量も描かれる。ブロックインターポリマー画分の全ては、同等な溶出温度におけるいずれの線よりも有意に高い1−オクテン含有量を有する。この結果は本発明のインターポリマーの特徴であって、結晶およびアモルファス双方の性質を有する、ポリマー鎖内での異なるブロックの存在によるものと考えられる。
図5は、以下で議論すべき点、実施例5および比較Fについてのポリマー画分のTREF曲線およびコモノマー含有量をグラフにより提示する。双方のポリマーについての40から130℃、好ましくは60℃から95℃で溶出するピークを3つの部分に分画し、各部分は10℃未満の温度範囲にわたって溶出する。実施例5についての実データは三角形によって表される。当業者であれば、異なるコモノマーを含有すインターポリマー、およびメタロセンまたは他の均一触媒組成物を用いて製造された同一モノマーの比較インターポリマー、好ましくは、ランダムコポリマーから得られたTREF値にフィットした比較として用いられる線のために、適当なキャリブレーション曲線を作成することができることを認識できる。本発明のインターポリマーは、同一TREF溶出温度においてキャリブレーション曲線から決定された値よりも大きな、好ましくは少なくとも5パーセント大きな、より好ましくは少なくとも10パーセント大きなコモノマーモル含量によって特徴付けられる。
本明細書中に記載された前記態様および特性に加えて、本発明のポリマーは1またはそれ以上のさらなる特徴によって特徴付けることができる。1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくは重合された形態のエチレンおよび1またはそれ以上の共重合性コモノマーを含む、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化インターポリマー)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられる、オレフィンインターポリマーであり、該インターポリマーは、TREF増分を用いて分画した場合に40℃と130℃との間で溶出する分子画分を有し、該画分が同一温度の間で溶出する比較のランダムエチレンインターポリマー画分のものよりも高い、好ましくは少なくとも5パーセント高い、より好ましくは少なくとも10、15、20または25パーセント高いコモノマーモル含有量を有することを特徴とし、ここで、該比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを含み、好ましくはそれは同一のコモノマー、およびブロック化インターポリマーのものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度、およびコモノマーモル含有量(全ポリマーに基づく)である。好ましくは、比較のインターポリマーのMw/Mnはブロックドインターポリマーのものから10パーセント以内にあり、および/または比較のインターポリマーはブロックドインターポリマーのものから10重量パーセント以内に合計コモノマー含量を有する。
好ましくは、前記インターポリマーはエチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンのインターポリマー、特には、約0.855から約0.935g/cm3の全ポリマー密度を有するインターポリマーであり、より特には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーについては、ブロック化インターポリマーは、量(−0.1356)T+13.89以上、より好ましくは量(−0.1356)T+14.93以上、最も好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上の、40℃と130℃との間に溶出するTREF画分のコモノマー含有量を有し、ここでTは℃で測定された、比較のTREF画分のピークATREF溶出温度の数値である。
好ましくは、エチレンおよび少なくとも1つのα−オレフィンの前記インターポリマー、特には、約0.855から約0.935g/cm3の全ポリマー密度を有するインターポリマーについては、より特には、約1モルパーセントを超えるコモノマーを有するポリマーでは、ブロックドインターポリマーは、量(−0.2013)T+20.07以上、より好ましくは量(−0.2013)T+21.07以上の、40℃と130℃との間で溶出するTREF画分のコモノマー含有量を有し、ここで、Tは℃で測定された、比較のTREF画分のピーク溶出温度の数値である。
さらにもう1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくは重合された形態のエチレンおよび1またはそれ以上の共重合性コモノマーを含む、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化インターポリマー)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられる、オレフィンインターポリマーであり、該ブロックインターポリマーは、TREF増分を用いて分画した場合に40℃と130℃との間で溶出する分子画分有し、少なくとも約6モルパーセントのコモノマー含有量を有する画分がいずれも約100℃を超える融点を有することを特徴とする。約3モルパーセントから6モルパーセントのコモノマー含有量を有する画分では、各画分は約110℃以上のDSC融点を有する。より好ましくは、少なくとも1モルパーセントのコモノマーを有する該ポリマー画分は式:
Tm≧(−5.5926)(画分におけるモルパーセントコモノマー)+135.90
に対応するDSC融点を有する。
なおもう1つの態様において、本発明のポリマーは、好ましくは重合された形態のエチレンおよび1またはそれ以上の共重合性のコモノマーを含む、化学的または物理的特性が異なる2またはそれ以上の重合モノマー単位の複数のブロックまたはセグメント(ブロック化インターポリマー)、最も好ましくはマルチブロックコポリマーによって特徴付けられる、オレフィンインターポリマーであり、該ブロックインターポリマーは、TREF増分を用いて分画した場合、40℃と130℃との間に溶出する分子画分を有し、約76℃を超える、またはそれと等しいATREF溶出温度を有する画分がいずれも式:
融解熱:(J/gm)≦(3.1718)(摂氏で表したATREF溶出温度)−136.58
に対応する、DSCによって測定された溶融エンタルピー(融解熱)を有することを特徴とする。
本発明のブロックインターポリマーは、TREF増分を用いて分画した場合、40℃および130℃の間に溶出する分子画分を有し、40℃および約76℃未満の間のATREF溶出温度を有する画分がいずれも、式:
融解熱(J/gm)≦(1.1312)(摂氏で表したATREF溶出温度)+22.97
に対応する、DSCによって測定された溶融エンタルピー(融解熱)を有することを特徴とする。
赤外線検出器によるATREFピークコモノマー組成物の測定
TREFピークのコモノマー組成物は、Polymer Char,Valencia,Spain(http://www/polymerchar.com/)から入手可能なIR4赤外線検出器を用いて測定することができる。
この検出器の「組成物モード」には、2800から3000cm-1の領域における固定された狭いバンドの赤外フィルターである測定センサー(CH2)および組成物センサー(CH3)が備えられている。測定センサーは(溶液中のポリマー濃度に直接的に関連する)ポリマー上のメチレン(CH2)炭素を検出し、他方、組成物センサーはポリマーのメチル(CH3)基を検出する。組成物シグナル(CH3)を測定シグナル(CH2)で割った数学的比率は、溶液中の測定されたポリマーのコモノマー含有量に影響を受けやすく、その応答は公知のエチレンα−オレフィンコポリマー標準によってキャリブレートされる。
ATREF機器で用いる場合の検出器は、TREFプロセスの間における、溶出したポリマーの濃度(CH2)および組成(CH3)シグナル応答の双方を提供する。ポリマー特異的キャリブレーションは、(好ましくは、NMRによって測定された)既知のコモノマー含有量を持つポリマーについてのCH2に対するCH3の面積比率を測定することによって作成できる。ポリマーのATREFピークのコモノマー含有量は、個々のCH3およびCH2応答についての面積の比率(すなわち、面積比率CH3/CH2−対−コモノマー含有量)の参照キャリブレーションを適用することによって見積もることができる。
ピークの面積は、適当なベースラインを適用した後に半値全幅(FWHM)計算を用いて計算して、TREFクロマトグラムから個々のシグナル応答を積分することができる。該半値全幅計算は、ATREF赤外検出器からのメチレン応答面積に対するメチル応答面積の比率[CH3/CH2]に基づき、ここで、最も高い(最高)ピークはベースラインから同定され、次いで、FWHM面積が決定される。ATREFピークを用いて測定した分布では、FWHM面積はT1およびT2の間の曲線下面積と定義され、ここで、T1およびT2は、ピーク高さを2で割り、次いで、ATREF曲線の左および右部分に交差するベースラインに対する水平線を描くことによって、ATREFピークの左および右に決定される点である。
このATREF赤外方法においてポリマーのコモノマー含量を測定するための赤外分光測定の適用は、原理的には、以下の文献に記載されたGPC/FTIRシステムのそれと同様である:その双方がここに引用してその全体が援用される、Markovich, Ronald P.; Hazlitt, Lonnie G.; Smith, Linley;「Development of gel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization of ethylene-based polyolefin copolymers」Polymeric Materials Science and Engineering (1991), 65, 98-100;およびDeslauriers, P.J.; Rohlfing, D.C.; Shieh, E.T.;「Quantifying short chain branching microstructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy (SEC-FTIR)」, Polymer (2002), 43, 59-170。
他の実施形態において、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0を超え、かつ約1.0までの平均ブロックインデックスABI、および約1.3よりも大きな分子量分布Mw/Mnによって特徴付けられる。平均ブロックインデックスABIは、5℃の増分での、20℃および110℃からの分取用TREFで得られたポリマー画分の各々についてのブロックインデックス(「BI」)の重量平均である:
ABI=Σ(wiBIi
(式中、BIiは分取用TREFで得られた本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーのi番目の画分についてのブロックインデックスであって、wiはi番目の画分の重量パーセンテージである)。
各ポリマー画分については、BIは2つの以下の方程式(その双方は同一のBI値を与える)のうちの1つによって定義される:
Figure 2013523953
(式中、TXは(好ましくは、ケルビンで表した)i番目の画分についての分取用ATREF溶出温度であり、PXは、前記したNMRまたはIRによって測定できる、i番目の画分についてのエチレンモル分率である)。PABは、NMRまたはIRによってもまた測定できる、(分画前の)全エチレン/α−オレフィンインターポリマーのエチレンモル分率である。TAおよびPAはATREF溶出温度および(インターポリマーの結晶性セグメントを言う)純粋な「ハードセグメント」についてのエチレンモル分率である。第一次近似として、TAおよびPA値は、「ハードセグメント」についての現実の値が利用できない場合、高密度ポリエチレンホモポリマーについての値に設定される。ここで行われる計算では、TAは372°Kであり、PAは1である。
ABは同一組成の、かつPABのエチレンモル分率を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TABは以下の式:
LnPAB=α/TAB+β
(式中、αおよびβは多数の公知のランダムエチレンコポリマーを用いるキャリブレーションによって決定することができる2つの定数である。)
から計算することができる。αおよびβは機器間で変動し得ることに留意すべきである。さらに、目的のポリマー組成物に関して、また、画分として同様な分子量範囲にて、自己キャリブレーション曲線を作成する必要がある。分子量効果がわずかにある。キャリブレーション曲線が同様な分子量の範囲から得られれば、そのような効果は実質的に無視できるであろう。いくつかの実施形態において、ランダムエチレンコポリマーは以下の関係:
LnP=−237.83/TATREF+0.639
を満たす。TXOは同一組成の、かつPXのエチレンモル分率を有するランダムコポリマーについてのATREF温度である。TXOはLnPX=α/TXO+βから計算することができる。逆に、PXOは、同一組成の、かつLnPXO=α/TX+βから計算することができる、TXのATREF温度を有するランダムコポリマーについてのエチレンモル分率である。
各分取用TREF画分についてのブロックインデックス(BI)が一旦得られれば、全ポリマーについての重量平均ブロックインデックスABIを計算することができる。いくつかの実施形態において、ABIはゼロよりも大きいが、約0.3未満であり、あるいは約0.1から約0.3である。他の実施形態において、ABIは約0.3よりも大きく、かつ約1.0までである。好ましくは、ABIは約0.4から約0.7、約0.5から約0.7、または約0.6から約0.9の範囲とすべきである。いくつかの実施形態において、ABIは約0.3から約0.9、約0.3から約0.8、約0.3から約0.7、約0.3から約0.6、約0.3から約0.5、または約0.3から約0.4の範囲である。他の実施形態において、ABIは約0.4から約1.0、約0.5から約1.0、または約0.6から約1.0、約0.7から約1.0、約0.8から約1.0、または約0.9から約1.0の範囲である。
本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーのもう1つの特徴は、本発明のエチレン/α−オレフィンインターポリマーが分取用TREFによって得ることができる少なくとも1つのポリマー画分を含むことであり、ここで、該画分は約0.1を超え、かつ約1.0までのブロックインデックス、および約1.3を超える分子量分布Mw/Mnを有する。いくつかの実施形態において、ポリマー画分は約0.6を超え、かつ約1.0まで、約0.7を超え、かつ約1.0まで、約0.8を超え、かつ約1.0まで、または約0.9を超え、かつ約1.0までのブロックインデックスを有する。他の実施形態において、ポリマー画分は約0.1を超え、かつ約1.0まで、約0.2を超え、かつ約1.0まで、約0.3を超え、かつ約1.0まで、約0.4を超え、かつ約1.0まで、または約0.4を超え、かつ約1.0までのブロックインデックスを有する。さらに他の実施形態において、ポリマー画分は約0.1を超え、かつ約0.5まで、約0.2を超え、かつ約0.5まで、約0.3を超え、かつ約0.5まで、または約0.4を超え、かつ約0.5までのブロックインデックスを有する。なお他の実施形態において、ポリマー画分は約0.2を超え、かつ約0.9まで、約0.3を超え、かつ約0.8まで、約0.4を超え、かつ約0.7まで、または約0.5を超え、かつ約0.6までのブロックインデックスを有する。
エチレンおよびα−オレフィンのコポリマーでは、本発明のポリマーは、好ましくは、(1)少なくとも1.3、より好ましくは少なくとも1.5、少なくとも1.7、少なくとも2.0、最も好ましくは少なくとも2.6の、5.0の最大値まで、より好ましくは3.5の最大まで、特には、2.7の最大までのPDI;(2)80J/gまたはそれ以下の融解熱;(3)少なくとも50重量パーセントのエチレン含有量;(4)−25℃未満、より好ましくは−30℃未満のガラス転移温度Tg、および/または(5)1つのかつ唯1つのTmを保有する。
さらに、本発明のポリマーは、単独で、または本明細書中に開示されるいずれかの他の特性と組み合わせて、log(G’)が100℃の温度にて400kPa以上、好ましくは1.0MPa以上であるように貯蔵弾性率G’を有することができる。さらに、本発明のポリマーは、ブロックコポリマーの特徴であって、従前はオレフィンコポリマー、特にエチレンおよび1またはそれ以上のC3-8脂肪族α−オレフィンのコポリマーについては知られていなかった、0℃から100℃の範囲の温度の関数としての比較的平坦な貯蔵弾性率を保有する(図6に示される)。(用語「比較的平坦」とは、この文脈においては、(パスカルで表した)logG’が、50および100℃の間で、好ましくは0および100℃の間で、一桁未満の大きさだけ減少することを意味する)。
本発明のインターポリマーは、さらに、少なくとも90℃の温度における1mmの熱力学的分析貫入深さならびに3kpsi(20MPa)から13kpsi(90MPa)の曲げ弾性率によって特徴付けることができる。別法として、本発明のインターポリマーは、少なくとも104℃の温度における1mmの熱力学分析貫入深さならびに少なくとも3kpsi(20MPa)の曲げ弾性率を有することができる。本発明のインターポリマーは、90mm3未満の摩耗抵抗性(または体積損失)を有することを特徴とすることができる。図7は、他の公知のポリマーと比較した、本発明のポリマーについてのTMA(1mm)−対−曲げ弾性率を示す。本発明のポリマーは、他のポリマーよりも有意に良好な柔軟性−耐熱性バランスを有する。
加えて、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.01から2000g/10分、好ましくは0.01から1000g/10分、より好ましくは0.01から500g/10分、特別には0.01から100g/10分のメルトインデックスI2を有することができる。ある実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.01から10g/10分、0.5から50g/10分、1から30g/10分、1から6g/10分または0.3から10g/10分のメルトインデックスI2を有する。ある実施形態において、エチレン/α−オレフィンポリマーについてのメルトインデックスは1g/10分、3g/10分または5g/10分である。
該ポリマーは1,000g/モルから5,000,000g/モル、好ましくは1000g/モルから1,000,000、より好ましくは10,000g/モルから500,000g/モル、特別には10,000g/モルから300,000g/モルの分子量Mwを有することができる。本発明のポリマーの密度は0.80から0.99g/cm3、好ましくは、エチレン含有ポリマーについては、0.85g/cm3から0.97g/cm3であり得る。ある実施形態において、エチレン/α−オレフィンポリマーの密度は0.860から0.925g/cm3または0.867から0.910g/cm3の範囲である。
該ポリマーを製造する方法は以下の特許出願に開示されている:その全てを、ここに引用してその全体を援用する、2004年3月17日に出願された米国仮出願第60/553,906号;2005年3月17日に出願された米国仮出願第60/662,937号;2005年3月17日に出願された米国仮出願第60/662,939号;2005年3月17日に出願された米国仮出願第60/5662938号;2008年1月30日に出願された米国仮出願第61/024,674号;2005年3月17日出願されたPCT出願番号PCT/US2005/008916;2005年3月17日に出願されたPCT出願番号PCT/US2005/008915;および2005年3月17日に出願されたPCT出願番号PCT/US2005/008917。例えば、1つのそのような方法はエチレンおよび、所望によりエチレン以外の1またはそれ以上の付加重合性モノマーを:
(A)高コモノマー組込指数を有する第一のオレフィン重合触媒
(B)触媒(A)のコモノマー組込指数の90パーセント未満、好ましくは50パーセント未満、最も好ましくは5パーセント未満のコモノマー組込指数を有する第二のオレフィン重合触媒、および
(C)可逆的連鎖移動剤
を合わせることから得られる混合物または反応生成物を含む触媒成分と共に付加重合条件下で接触させることを含む。
代表的な触媒および可逆的連鎖移動剤は以下の通りである。
触媒(A1)は2003年5月2日に出願されたWO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024、およびWO04/24740の教示に従って調製された[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−イソプロピルフェニル)(α−ナフタレン−2−ジイル(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2013523953
触媒(A2)は2003年5月2日に出願されたWO03/40195、2003US0204017、USSN10/429,024、およびWO04/24740の教示に従って調製された[N−(2,6−ジ(1−メチルエチル)フェニル)アミド)(2−メチルフェニル)(1,2−フェニレン−(6−ピリジン−2−ジイル)メタン)]ハフニウムジメチルである。
Figure 2013523953
触媒(A3)はビス[N,N’’’−(2,4,6−トリ(メチルフェニル)アミド)エチレンジアミン]ハフニウムジベンジルである。
Figure 2013523953
触媒(A4)はUS−A−2004/0010103の教示に実質的に従って調製されたビス((2−オキソイル−3−(ジベンゾ−1H−ピロール−1−イル)−5−(メチル)フェニル)−2−フェノキシメチル)シクロヘキサン−1,2−ジイルジルコニウム(IV)ジベンジルである。
Figure 2013523953
触媒(B1)は1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルである。
Figure 2013523953
触媒(B2)は1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(2−メチルシクロヘキシル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルである。
Figure 2013523953
触媒(C1)はUSP6,268,444の教示に実質的に従って調製された(t−ブチルアミド)ジメチル(3−N−ピロリル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタンジメチルである。
Figure 2013523953
触媒(C2)はUS−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,7a−η−インデン−1−イル)シランチタンジメチルである。
Figure 2013523953
触媒(C3)はUS−A−2003/004286の教示に実質的に従って調製された(t−ブチルアミド)ジ(4−メチルフェニル)(2−メチル−1,2,3,3a,8a−η−s−インダセン−1−イル)シランチタンジメチルである。
Figure 2013523953
触媒(D1)はSigma−Aldrichから入手可能なビス(ジメチルジシロキサン)(インデン−1−イル)ジルコニウム二塩化物である。
Figure 2013523953
可逆的移動剤
使用される可逆的移動剤としては、ジエチル亜鉛、ジ(i−ブチル)亜鉛、ジ(n−ヘキシル)亜鉛、トリエチルアルミニウム、トリオクチルアルミニウム、トリエチルガリウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)、エチルアルミニウムジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)が挙げられる。
好ましくは、前記プロセスはブロックコポリマー、特には、マルチブロックコポリマー、好ましくは、2またはそれ以上のモノマーの線状マルチブロックコポリマー、より特にはエチレンおよびC3-20オレフィンまたはシクロオレフィン、最も特にはエチレンおよびC4-20α−オレフィンを、相互変換できない複数の触媒を用いて形成するための連続的溶液プロセスの形態を取る。すなわち、該触媒は化学的に別個のものである。連続的溶液重合条件下で、このプロセスは、高モノマー変換率でのモノマーの混合物の重合に理論上好適である。これらの重合条件下で、可逆的連鎖移動剤から触媒への可逆的移動は鎖成長と比較して進むようになり、およびマルチブロックコポリマー、特に線状マルチブロックコポリマーが高い効率で形成される。
本発明のインターポリマーは、順次のモノマー負荷、流動触媒、アニオンまたはカチオンリビング重合技術を介して調製された慣用的なランダムコポリマー、ポリマーの物理的ブレンド、およびブロックコポリマーから区別することができる。特に、同等な結晶化度または弾性率における同一モノマーおよびモノマー含有量のランダムコポリマーと比較して、本発明のインターポリマーは、融点によって測定された良好な(より高い)耐熱性、より高いTMA貫入温度、より高い高温引張強度、および/または動的機械的分析によって決定されたより高い高温トーション貯蔵弾性率を有する。同一モノマーおよびモノマー含有量を含有するランダムコポリマーと比較して、本発明のインターポリマーは、特に上昇した温度におけるより低い圧縮永久歪、より低い応力緩和、より高いクリープ抵抗性、より高い引裂強度、より高いブロッキング抵抗性、より高い結晶化(固化)温度によるより速いセットアップ、(特に上昇した温度における)より高い回復率、良好な摩耗抵抗性、より高い復元力、および良好な油および充填剤許容性を有する。
本発明のインターポリマーは、ユニークな結晶化および分岐分布関係も呈する。すなわち、本発明のインターポリマーは、特に、同一のモノマーおよびモノマーレベルを含有するランダムコポリマー、または高密度ポリマーおよびより低い密度のコポリマーのブレンドのようなポリマーの物理的ブレンドと比較して、同等な全密度において、融解熱の関数としてのCRYSTAFおよびDSCを用いて測定された最も高いピーク温度の間に比較的大きな差を有する。本発明のインターポリマーのユニークな特徴は、ポリマー骨格内のブロック中のコモノマーのユニークな分布によるものであると考えられる。特に、本発明のインターポリマーは(ホモポリマーブロックを含めた)異なるコモノマー含有量の交互ブロックを含むことができる。本発明のインターポリマーは、シュルツ−フローリータイプの分布である、異なる密度またはコモノマー含有量のポリマーブロックの数および/またはブロックサイズの分布も含むことができる。加えて、本発明のインターポリマーは、ポリマーの密度、弾性率および形態から実質的に独立したユニークなピーク融点および結晶化温度プロフィールも有する。好ましい実施形態において、ポリマーの微結晶状態は、1.7未満、または1.5未満さえの、1.3未満まで下がるPDI値においてさえ、ランダムまたはブロックコポリマーから区別可能な特徴的な球晶およびラメラを示す。
さらに、本発明のインターポリマーは、ブロッキネスの程度またはレベルに影響させる技術を用いて調製することができる。すなわち、コモノマーの量および各ポリマーブロックまたはセグメントの長さは、触媒および可逆的移動剤の比率およびタイプ、ならびに重合の温度、および他の重合変数を制御することによって変更することができる。この現象の驚くべき利点は、ブロッキネスの程度が増大するにつれ、得られたポリマーの光学特性、引裂強度および高温回復特性が向上されるという発見である。特に、ポリマー中のブロックの平均数が増大するにつれ、ヘイズ値は減少しつつ、透明性、引裂強度および高温回復特性は増大する。所望の連鎖移動能力(低レベルの鎖停止と共に高い可逆的移動速度)を有する可逆的移動剤および触媒の組み合わせを選択することによって、ポリマー停止の他の形態が効果的に抑制される。従って、本発明の実施形態に従うエチレン/α−オレフィンコモノマー混合物の重合においてβ−水素化物脱離が(たとえあるにせよ)ほとんど観察されず、得られた結晶性ブロックは高度にまたは実質的に完全に線状であり、長鎖分岐はほとんどまたは全く保有しない。
高い結晶性鎖末端を持つポリマーは、本発明の実施形態に従って選択的に調製することができる。エラストマー用途において、アモルファスブロックで停止するポリマーの相対的量の低下は、結晶性領域に対する分子間希釈効果を低下させる。この結果は、水素または他の鎖停止剤に対して適切な応答を有する可逆的連鎖移動剤および触媒を選択することによって得ることができる。具体的には、高度に結晶性のポリマーを生じさせる触媒が(より高いコモノマー組込、位置エラー、またはアタクチックポリマー形成のような)結晶性の低いポリマーセグメントを生じさせることを担う触媒よりも(水素の使用によるなどの)鎖停止に対してより影響を受けやすい場合、高度に結晶性のポリマーセグメントはポリマーの末端部分に優先的に存在させる。得られた末端の基は結晶性であるのみならず、停止に際して高結晶性ポリマーを形成する触媒部位はポリマー形成の再開にもう1回利用可能でもある。従って、最初に形成されたポリマーは、もう1つの別の高結晶性ポリマーセグメントである。従って、得られたマルチブロックコポリマーの両末端は優先的に高結晶性である。
本発明の実施形態で用いられるエチレンα−オレフィンインターポリマーは、好ましくは、エチレンと少なくとも1つのC3−C20α−オレフィンとのインターポリマーである。エチレンおよびC3−C20α−オレフィンのコポリマーが特に好ましい。本発明のインターポリマーは、さらに、C4−C18ジオレフィンおよび/またはアルケニルベンゼンを含んでもよい。エチレンと共に重合するのに有用な適切な不飽和コモノマーには、例えば、エチレン性不飽和モノマー、共役または非共役ジエン、ポリエン、アルケニルベンゼン等が挙げられる。そのようなコモノマーの例としては、C3−C20α−オレフィン、例えば、ポリプロピレン、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−デセン等が挙げられる。1−ブテンおよび1−オクテンが特に好ましい。他の適切なモノマーとしてはスチレン、ハロ−またはアルキル−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−オクタジエンおよびナフテン類(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセンおよびシクロオクテン)が挙げられる。
エチレン/α−オレフィンインターポリマーが好ましいポリマーであるが、他のエチレン/オレフィンポリマーも用いることができる。本明細書中で用いるオレフィンとは、少なくとも1つの炭素−炭素二重結合を持つ不飽和炭化水素系化合物のファミリーを言う。触媒の選択に依存して、いずれのオレフィンも本発明の実施形態で用いることができる。好ましくは、適当なオレフィンはビニル性不飽和を含有するC3−C20脂肪族および芳香族化合物、ならびに環状化合物、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およびノルボルネン(限定されるものではないが、5および6位がC1−C20ヒドロカルビルまたはシクロヒドロカルビル基で置換されたノルボルネンなど)である。また、そのようなオレフィンの混合物ならびにそのようなオレフィンとC4−C40ジオレフィン化合物との混合物も含まれる。
オレフィンモノマーの例としては、限定されるものではないが、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、および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−ペンテン、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、限定されるものではないが、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−デカジエンを含めたC4−C40ジエン、他のC4−C40α−オレフィン等が挙げられる。ある実施形態において、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−オクテンまたはその組み合わせである。ビニル基を含有するいずれの炭化水素も潜在的に本発明の実施形態で用いることができるが、実際の問題、例えば、モノマー入手可能性、コスト、および得られるポリマーから未反応のモノマーを便宜に除去する能力は、モノマーの分子量が余りにも高くなるにつれてより問題となり得る。
本明細書中に記載された重合プロセスは、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めたモノビニリデン芳香族モノマーを含むオレフィンポリマーの生産によく適している。特に、エチレンおよびスチレンを含むインターポリマーは、本明細書中における教示に従って調製することができる。所望により、改良された特性を有する、エチレン、スチレンおよびC3−C20αオレフィンを含み、C4−C20ジエンを所望により含むコポリマーを調製することができる。
適当な非共役ジエンモノマーは、6から15個の炭素原子を有する直鎖、分岐鎖または環状炭化水素ジエンであり得る。適当な非共役ジエンの例は、限定されるものではないが、直鎖アクリルジエン、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、分岐鎖アクリルジエン、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、およびジヒドロミリセンとジヒドロオシネンとの混合異性体、単一環脂環式ジエン、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−シクロオクタンジエンおよび1,5−シクロドデカジエン、および複数環の脂環式縮合され架橋された環ジエン、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、シクロアルケニルおよびシクロアルキルジエンノルボルネン、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、およびノルボルナジエンが挙げられる。典型的にはEPDMを調製するのに用いられるジエンのうち、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)、およ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)および1,4−ヘキサジエン(HD)である。
本発明の実施形態に従って製造することができる望ましいポリマーの1つのクラスはエチレン、C3−C20α−オレフィン、特にはプロピレン、および所望により1またはそれ以上のジエンモノマーのエラストマーインターポリマーである。本発明のこの実施形態で用いられる好ましいα−オレフィンは、式CH2=CHR*(式中、R*は1ないし12個の炭素原子の線状または分岐状アルキル基である)によって表される。適切なα−オレフィンの例としては、限定されるものではないが、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、および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。プロピレン系ポリマーは、一般に、当分野においてEPまたはEPDMポリマーと言われる。そのようなポリマー、特にマルチブロックEPDMタイプのポリマーを調製するのに用いられる適当なジエンとしては、4から20個の炭素原子を含む共役または非共役直鎖または分岐鎖、環状または多環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および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。
ジエン含有ポリマーは多量または少量のジエン(無しを含む)およびα−オレフィン(無しを含む)を含有する交互セグメントまたはブロックを含むゆえに、ジエンおよびα−オレフィンの合計量は、その後のポリマー特性を無くすことなく低減させることができる。すなわち、ジエンおよびα−オレフィンモノマーは、ポリマー全体にわたって均一にまたはランダムよりはむしろ、ポリマーのブロックの1つのタイプに優先的に取り込まれるゆえに、それらはより効果的に利用され、引き続いて、ポリマーの架橋密度は良好に制御することができる。そのような架橋可能エラストマーおよび硬化した生成物は、より高い引張強度および良好な弾性回復を含めた有利な特性を有する。
いくつかの実施形態において、異なる量のコモノマーを取り込む2つの触媒で製造された本発明のインターポリマーは、それにより形成されるブロックの、95:5から5:95の重量比率を有する。エラストマーポリマーは、望ましくは、ポリマーの全重量に基づいて、20から90パーセントのエチレン含有量、0.1から10パーセントのジエン含有量、および10から80パーセントのα−オレフィン含有量を有する。さらに好ましくは、マルチブロックエラストマーポリマーは、ポリマーの全重量に基づいて、60から90パーセントのエチレン含有量、0.1から10パーセントのジエン含有量、および10から40パーセントのα−オレフィン含有量を有する。好ましいポリマーは10,000から約2,500,000、好ましくは20,000から500,000、より好ましくは20,000から350,000の重量平均分子量(Mw)、および3.5未満、より好ましくは3.0未満の多分散度、および1から250のムーニー粘度(ML(1+4)125℃)を有する高分子量ポリマーである。より好ましくは、そのようなポリマーは65から75パーセントのエチレン含有量、0から6パーセントのジエン含有量、および20から35パーセントのα−オレフィン含有量を有する。
エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、少なくとも1つの官能基をそのポリマー構造に取り込むことによって官能化することができる。例示的な官能基としては、例えば、エチレン性不飽和のモノ−およびジ−官能性カルボン酸、エチレン性不飽和のモノ−およびジ−官能性カルボン酸無水物、その塩およびそのエステルが挙げられる。そのような官能基はエチレン/α−オレフィンインターポリマーにグラフト化することができるか、あるいはそれはエチレンおよび所望のさらなるコモノマーと共重合して、エチレン、官能性コモノマーおよび所望の他のコモノマーのインターポリマーを形成することができる。官能基をポリエチレンにグラフト化するための手段は、例えば、米国特許第4,762,890号、第4,927,888号および第4,950,541号に記載されており、これらの特許の開示をここに引用してその全体を援用する。1つの特に有用な官能基は無水マレイン酸である。
官能性インターポリマーに存在する官能基の量は変化させることができる。官能基は、典型的には、少なくとも約1.0重量パーセント、好ましくは少なくとも約5重量パーセント、より好ましくは少なくとも約7重量パーセントの量でコポリマータイプの官能性化インターポリマーに存在することができる。官能基は、典型的には、約40重量パーセント未満、好ましくは約30重量パーセント未満、より好ましくは約25重量パーセント未満の量でコポリマー型官能化インターポリマーに存在する。
テスト方法
以下の実施例において、以下の分析技術を使用する:
試料1から4およびAからCのためのGPC方法
160℃に設定された加熱された針を備えた自動液体取扱ロボットを用いて、300ppmイオノールで安定化させた十分な1,2,4−トリクロロベンゼンを各乾燥したポリマー試料に加えて、30mg/mLの最終濃度を得る。小さなガラス攪拌ロッドを各チューブに入れて、試料を250rpmで回転する加熱されたオービタル−シェーカー上で2時間で160℃まで加熱する。次いで、濃縮されたポリマー溶液を、自動液体取扱ロボットおよび160℃に設定された加熱された針を用いて1mg/mlまで希釈する。
Symyx Rapid GPCシステムを用いて、各試料について分子量データを決定する。2.0ml/分の流速に設定されたGilson 350ポンプを用いて、直列に置かれ、かつ160℃まで加熱された、3つのPlgel 10マイクロメートル(μm) Mixed B 300mm×7.5mmカラムを通して、移動相としての300ppmイオノールで安定化させたヘリウムでパージした1,2−ジクロロベンゼンを送液する。Polymer Labs ELS1000ディテクターを250℃にて設定されたエバポレータ、165℃に設定されたネビュライザー、および1.8SLMに設定された窒素流速と共に、60から80psi(400から600kPa)N2の圧力で用いる。ポリマー試料を160℃まで加熱し、液体取扱ロボットおよび加熱された針を用いて各試料を250μlのループに注入する。2つのスイッチされたループおよび重複する注入を用いるポリマー試料の系列的分析を用いる。試料データを収集し、およびSymyx Epoch(商標)ソフトウェアを用いて解析する。ピークを手動で積分する。分子量の情報はポリスチレン標準キャリブレーション曲線に対して修正無くして報告され。
標準CRYSTAF方法
分岐の分布は、PolymerChar、Valencia、スペイン国から商業的に入手可能なCRYSTAF200ユニットを用いて結晶化分析分画(CRYSTAF)によって決定する。試料を160℃にて1時間で1,2,4−トリクロロベンゼンに溶解させ(0.66mg/mL)、および95℃で45分間安定化させる。サンプリングの温度は0.2℃/分の冷却速度にて95から30℃の範囲である。赤外ディテクターを用いて、ポリマー溶液濃度を測定する。累積可溶性濃度は、ポリマーを結晶化させ、他方温度は上昇させつつ測定する。累積プロフィールの分析誘導体はポリマーの短鎖分岐の分布を反映する。
CRYSTAFピーク温度および面積は、CRYSTAFソフトウェア(Version 2001.b、PolymerChar、Valencia、スペイン国)に含まれたピーク分析モジュールによって同定する。CRYSTAFピーク発見ルーチンは、dW/dT曲線における最大としてのピーク温度および誘導体曲線における同定されたピークのいずれか側への最大の正の屈曲の間の面積を同定する。CRYSTAF曲線を計算するために、好ましい処理パラメーターは70℃の温度制限、および0.1の温度制限を超え、かつ0.3の温度制限未満の平滑化パラメーターでのものである。
DSC標準方法(試料1から4およびAからCを除く)
示差走査型熱量測定の結果は、RCS冷却アクセサリーおよび自動サンプラーを備えたTAIモデルQ1000 DSCを用いて決定される。50ml/分の窒素パージガス流動を用いる。試料を薄いフィルムに圧入し、約175℃にてプレス中で融解させ、次いで、室温(25℃)まで空冷する。次いで、3から10mgの材料を6mm直径のディスクに切断し、正確に秤量し、軽量アルミニウムパンに入れ(約50mg)、次いで、圧着する。試料の熱的挙動を以下の温度プロフィールで調べる。試料を180℃まで迅速に加熱し、3分間等温に保持して、いずれの従前の熱的履歴も除去する。次いで、試料を10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、−40℃に3分間保持する。次いで、試料を10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱する。冷却曲線および第二の加熱曲線を記録する。
DSC融解ピークは、−30℃および融解終点の間に描かれた直線ベースラインに対して熱流速(W/g)での最大として測定する。融解熱は、直線ベースラインを用い、−30℃および融解終点の間の融解曲線下面積として測定される。
GPC方法(試料1から4およびAからCを除く)
ゲル浸透クロマトグラフィーシステムはPolymer Laboratories Model PL−210またはPolymer Laboratories Model PL−220機器いずれかよりなる。カラムおよびカルーセル区画を140℃で作動させる。3つのPolymer Laboratories 10ミクロンMixed−Bカラムを用いる。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)を含有する50ミリリットルの溶媒中の0.1グラムのポリマーの濃度で調製される。試料は、160℃にて2時間軽く攪拌することによって調製される。用いた注入容量は100マイクロリットルであって、流速は1.0ml/分である。
GPCカラム組のキャリブレーションは、個々の分子量の間に少なくとも10の分離がある6つの「カクテル」混合物に配置された、58から8,400,000の範囲の分子量を持つ21の狭い分子量分布ポリスチレン標準で行う。標準はPolymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入する。ポリスチレン標準は1,000,000と等しい、またはそれよりも大きな分子量についての50ミリリットルの溶媒中の0.025グラム、および1,000,000未満の分子量についての溶媒の50ミリリットル中の0.05グラムで調製される。ポリスチレン標準は30分間穏和に攪拌しつつ80℃で溶解させる。狭い標準混合物が最初に、かつ最高分子量成分を減少させる順番で実行して、分解を最小化させる。ポリスチレン標準ピーク分子量は、(Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載されているように)以下の方程式:Mホ゜リエチレン=0.431(Mホ゜リスチレン)を用いてポリエチレン分子量に変換する。
ポリエチレン同等分子量計算は、Viscotek TriSECソフトウェアバージョン3.0を用いて行われる。
圧縮永久歪
圧縮永久歪はASTM D 395に従って測定される。試料は、3.2mm、2.0mmおよび0.25mm厚みの25.4mm直径の丸いディスクを、12.7mmの合計厚みに到達するまで積み重ねることによって調製される。ディスクは、以下の条件:190℃における3分間の0圧力、続いて190℃における2分間の86MPa、続いて86MPaにおける冷移動水でのプレス内部の冷却下で、ホットプレスで成形された12.7cm×12.7cm圧縮成形プラックから切断する。
密度
密度測定のための試料は、ASTM D 1928に従って調製する。測定は、ASTM D792、方法Bを用いて試料プレスの1時間以内になされる。
曲げ弾性/割線弾性/貯蔵弾性
試料はASTM D 1928を用いて圧縮成形される。曲げおよび2パーセント割線弾性係数はASTM D−790に従って測定される。貯蔵弾性率は、ASTM D 5026−01または同等の技術に従って測定される。
光学特性
0.4mm厚みのフィルムは、ホットプレス(Carver Model #4095−4PR1001R)を用いて圧縮成形される。ペレットをポリテトラフルオロエチレンシートの間に置き、55psi(380kPa)にて3分間、続いて1.3MPaにて3分間、次いで2.6MPaにて3分間、190℃で加熱する。次いで、フィルムを移動冷水でプレス中にて1.3MPaで1分間冷却する。圧縮成形フィルムは光学測定、引張挙動、回復率および応力緩和で用いられる。
透明性は、ASTM D 1746に特定されるBYK Gardner Haze−gardを用いて測定される。
45°光沢は、ASTM D−2457に特定されるBYK Gardner光沢計Microgloss 45°を用いて測定される。
内部ヘイズは、ASTM D 1003手法Aに基づいてBYK Gardner Haze−gardを用いて測定される。鉱油をフィルム表面に適用して、表面傷を除去する。
機械的特性−引っ張り、ヒステリシスおよび引裂
一軸張力における応力−歪挙動は、ASTM D 1708ミクロ張力検体を用いて測定される。試料を21℃にて500%分-1にてInstronで延伸する。引張強度および破断伸度は5検体の平均から報告する。
100%および300%ヒステリシスは、Instron(商標)機器でASTM D 1708ミクロ引張検体を用いて100%および300%歪に対する周期的負荷から決定される。試料を21℃にて267%分-1で3周期の間負荷し、および負荷解除する。300%および80℃における周期的実験は、環境チャンバーを用いて行われる。80℃の実験において、試料を、テスト前にテスト温度にて45分間平衡させる。21℃、300%歪周期的実験において、最初の負荷解除周期からの150%歪における収縮応力を記録する。全ての実験についての回復率は、負荷がベースラインに復帰した歪を用いて最初の負荷解除周期から計算される。回復率は:
Figure 2013523953
(式中、εfは周期的負荷について取られた歪であって、εsは最初の負荷解除周期の間に負荷がベースラインへと戻る歪である。)
と定義される。
応力緩和は、環境チャンバーを備えたInstron(商標)機器を用いて50パーセント歪および37℃にて12時間測定される。ゲージジオメトリは76mm×25mm×0.4mmであった。環境チャンバー中での37℃での45分間の平衡化の後、試料を333%分-1にて50%歪まで延伸した。応力は時間の関数として12時間の間記録した。12時間後の応力緩和率は、式:
Figure 2013523953
(式中、L0は0時における50%歪での負荷であって、L12は12時間後における50パーセント歪における負荷である。)
を用いて計算した。
引張切欠き引裂実験は、Instron(商標)機器を用いて0.88g/cc以下の密度を有する試料で行われる。ジオメトリは、検体長さの半分において試料に切り込まれた2mm切欠きでの76mm×13mm×0.4mmのゲージセクションよりなる。試料を、それが破断するまで、21℃にて508mm分-1で延伸する。引裂エネルギーは、最大負荷における歪までの応力−伸度曲線下面積として計算される。少なくとも3つの検体の平均を報告する。
TMA
熱機械的分析(貫入温度)は、5分間の180℃および10MPa成形圧にて形成し次いで空気でクエンチした30mm直径×3.3mm厚みの圧縮成形ディスクで行われる。用いた機器はPerkin−Elmerから入手可能なブランドであるTMA 7である。テストにおいて、1.5mm半径チップ(P/N N519−0416)を持つプローブを、1N力で、試料ディスクの表面に適用する。温度は25℃から5℃/分で上昇させる。プローブ貫入距離を温度の関数として測定する。プローブが試料に1mm貫入した時に実験は終了する。
DMA
動的機械的分析(DMA)は、10MPa圧力にて180℃にて5分間ホットプレスで形成し次いで90℃/分にてプレス中で水冷却した圧縮成形ディスクで行う。テストが、トーションテストのためのデュアルカンチレバー取付具を備えたARES制御歪レオメーター(TA機器)を用いて行われる。
1.5mmプラックをプレスし、および寸法32×12mmのバーに切断する。試料を、10mmだけ離した取付具の間の両端において締め付け(グリップ分離ΔL)、および−100℃から200℃の順次の温度ステップに付す(ステップ当たり5℃)。各温度において、捩り弾性率G’は10rad/sの角周波数で測定され、歪増幅器は0.1パーセントおよび4パーセントの間に維持されて、トルクが十分であって、測定が依然として線形領域にあることを確実とする。
10gの初期静的力を維持(自動張力モード)して、熱膨張が起こる場合の試料における弛みを妨げる。結果として、グリップ分離(ΔL)は、特に、ポリマー試料の融点または軟化点を超える温度と共に増大する。最大温度におけるまたは取付具間のギャップが65mmに到達すると、テストは停止される。
メルトインデックス
メルトインデックスまたはI2はASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに準じて測定される。メルトインデックスまたはI10はASTM D 1238、条件190℃/10kgに準じてやはり測定される。
ATREF
分析温度上昇溶出分画(ATREF)分析は、ここに引用してその全体を援用する、米国特許第4,798,081号およびWilde, L.; Ryle, T.R.; Knobeloch, D.C.; Peat, I.R.; Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers, J. Plym. Sci., 20, 441-455 (1982)に記載された方法に従って行われる。分析すべき組成物をトリクロロベンゼンに溶解させ、および0.1℃/分の冷却速度で温度をゆっくりと20℃まで低下させることによって、不活性支持体(ステンレス鋼ショット)を収容するカラム中で結晶化させる。カラムに赤外ディテクターを装備させる。次いで、1.5℃/分の速度で溶出する溶媒(トリクロロベンゼン)の温度を20から120℃までゆっくりと上昇させることによって、結晶化されたポリマー試料をカラムから溶出させることによって、ATREFクロマトグラムを生じさせる。
13C NMR分析
ほぼ3gのテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物を10mmのNMRチューブ中の0.4g試料に加えることによって、試料を調製する。試料を溶解させてチューブおよびその内容物を150℃まで加熱することによって均一化する。100.5MHzの13C共鳴周波数に対応する、JEOL Eclipse(商標) 400MHz分光計またはVarian Unity Plus(商標) 400MHz分光計を用いてデータを収集する。6秒パルス反復遅延にて、データファイル当たり4000トランジエントを用いてデータを獲得する。定量分析についての最大シグナル対ノイズを達成するために、複数のデータファイルを一緒に加える。スペクトル幅は、32Kデータ点の最小ファイルサイズにてスペクトル幅は25,000Hzである。試料を10mmの広いバンドのプローブ中で130℃にて分析する。コモノマー取り込みは、Randallトリアド方法(ここに引用してその全体を援用する、Randall, J.C.; JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, 201-317 (1989))を用いて決定される。
TREFによるポリマー分画
大規模TREF分画は、160℃で4時間攪拌することによって15から20gのポリマーを2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)に溶解させることにより行われる。ポリマー溶液を、15psig(100kPa)窒素によって、30から40メッシュ(600から425μm)の球形技術品質のガラスビーズ(Potters Industries,HC 30 Box20,Brownwood,TX,76801から入手可能)およびステンレス鋼、0.028’’(0.7mm)直径切断ワイヤーショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,NY,14120から入手可能)の60:40(v/v)ミックスを充填した3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)鋼カラムの上に置く。カラムを、最初は160℃に設定された熱的に制御された油ジャケットに浸漬する。カラムをまず一挙に125℃まで冷却し、次いで、分当たり0.04℃にてゆっくりと20℃まで冷却し、1時間保持する。温度を分当たり0.167℃にて上昇させつつ、新鮮なTCBを約65ml/分で導入する。
分取用TREFカラムからの溶出物のほぼ2000ml部分を16ステーション、加熱された分画コレクターに収集する。ポリマーを、各画分において、約50から100mlのポリマー溶液が残るまで、ロータリーエバポレータ−を用いて濃縮する。濃縮された溶液を一晩放置し、その後、過剰のエタノールを加え、濾過し、およびすすぐ(最終すすぎを含めて約300から500mlのメタノール)。濾過工程を、5.0μmのポリテトラフルオロエチレン被覆濾紙(Osmonics Inc.,カタログ番号Z50WP04750から入手可能)を用いて3位置真空援助濾過ステーション上で行う。濾過された画分を60℃の真空オーブン中で一晩乾燥し、分析天秤で秤量し、その後、さらにテストする。
溶融強度
溶融強度(MS)は、2.1mm直径、ほぼ45度の進入角度を持つ20:1ダイを嵌合させたキャピラリーレオメーターを用いることによって測定する。試料を190℃にて10分間平衡化した後、ピストンを1インチ/分(2.54cm/分)のスピードで動かせる。標準テスト温度は190℃である。試料を一軸方向に2.4mm/秒2の加速にてダイから100mm下方に位置した加速ニップの組まで延ばす。必要な引張力を、ニップロールの巻取スピードの関数として記録する。テストの間に達成された最大引張力を溶融強度と定義する。延伸共鳴を呈するポリマー溶融体の場合には、延伸共鳴の開始前の引張力を溶融強度として採用した。溶融強度はセンチニュートン(「cN」)で記録する。
触媒
用語「一晩」は、用いられれば、ほぼ16から18時間の時間を言い、用語「室温」とは20から25℃の温度を言い、および用語「混合されたアルカン」とは、ExxonMobil Chemical Companyから商品名ISOPAR E(登録商標)下で入手可能なC6-9脂肪族炭化水素の商業的に得られる混合物を言う。本明細書中における化合物の名称はその構造表示に適合しない場合には、構造表示が支配するものとする。全ての金属錯体の合成および全てのスクリーニング実験の準備は、ドライボックス技術を用いて乾燥窒素雰囲気下で行った。用いた全ての溶媒はHPLCグレードであって、その使用前に乾燥した。
MMAOとは、Akzo−Noble Corporationから商業的に入手可能な改質されたメチルアルモキサン、トリイソブチルアルミニウム改質メチルアルモキサンを言う。
触媒(B1)の調製は以下のように行われる。
a)(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)メチルイミンの調製
3,5−ジ−t−ブチルサリシルアルデヒド(3.00g)を10mLのイソプロピルアミンに加える。溶液は迅速に明るい黄色に変化する。周囲温度で3時間攪拌した後、真空下で揮発物を除去して、明るい黄色の結晶性固体(97パーセント収率)を得る。
b)1,2−ビス−(3,5−ジ−t−ブチルフェニレン)(1−(N−(1−メチルエチル)イミノ)メチル)(2−オキソイル)ジルコニウムジベンジルの調製
5mLのトルエン中の(1−メチルエチル)(2−ヒドロキシ−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(605mg、2.2ミリモル)の溶液を、50mLのトルエン中のZr(CH2Ph4)(500mg、1.1ミリモル)の溶液にゆっくりと加える。得られた暗黄色溶液を30分間攪拌する。溶媒を減圧下で除去して、所望の生成物を赤味がかった茶色固体として得る。
触媒(B2)の調製は以下のように行われる。
a)(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミンの調製
2−メチルシクロヘキシルアミン(8.44mL、64.0ミリモル)をメタノール(90mL)に溶解させ、およびジ−t−ブチルサリカルデヒド(10.00g、42.67ミリモル)を加える。反応混合物を3時間攪拌し、次いで、12時間で−25℃まで冷却する。得られた黄色固体沈澱を濾過によって集め、冷メタノール(2×15mL)で洗浄し、次いで、減圧下で乾燥する。収率は11.17gの黄色固体である。1H NMRは異性体の混合物としての所望の生成物と合致する。
b)ビス−(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミノ)ジルコニウムジベンジルの調製
200mLのトルエン中の(1−(2−メチルシクロヘキシル)エチル)(2−オキソイル−3,5−ジ(t−ブチル)フェニル)イミン(7.63g、23.2ミリモル)の溶液を600mLのトルエン中のZr(CH2Ph)4(5.28g、11.6ミリモル)の溶液にゆっくりと加える。得られた暗黄色溶液を25℃で1時間攪拌する。溶液をさらに680mLトルエンで希釈して、0.00783Mの濃度を有する溶液を得る。
触媒1 USP5,919,9883,Ex.2に実質的に開示されたように、長鎖トリアルキルアミン(Armeen(商標)M2HT,Akzo−Nobel,Inc.から入手可能)、HClおよびLi[B(C654]の反応によって調製された、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(以下、ホウ酸アルメエニウム(armeenium borate))のメチルジ(C14-18アルキル)アンモニウム塩の混合物。
触媒2 USP6,395,671,Ex.16に従って調製されたビス(トリス(ペンタフルオロフェニル)−アルマン)−2−ウンデシルイミダゾリドの混合C14-18アルキルジメチルアンモニウム塩
可逆的移動剤
使用された可逆的移動剤はジエチル亜鉛(DEZ,SA1)、ジ(i−ブチル)亜鉛(SA2)、ジ(n−ヘキシル亜鉛(SA3)、トリエチルアルミニウム(TEA,SA4)、トリオクチルアルミニウム(SA5)、トリエチルガリウム(SA6)、i−ブチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキサン)(SA7)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(トリメチルシリル)アミド)(SA8)、n−オクチルアルミニウムジ(ピリジン−2−メトキシド)(SA9)、ビス(n−オクタデシル)i−ブチルアルミニウム(SA10)、i−ブチルアルミニウムビス(ジ(n−ペンチル)アミド)(SA11)、n−オクチルアルミニウムビス(2,6−ジ−t−ブチルフェノキシド)(SA12)、n−オクチルアルミニウムジ(エチル(1−ナフチル)アミド)(SA13)、エチルアルミニウムビス(t−ブチルジメチルシロキシド)(SA14)、エチルアルミニウムジ(ビス(トリメチルシリル)アミド)(SA15)、エチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA16)、n−オクチルアルミニウムビス(2,3,6,7−ジベンゾ−1−アザシクロヘプタンアミド)(SA17)、n−オクチルアルミニウムビス(ジメチル(t−ブチル)シロキシド(SA18)、エチル亜鉛(2,6−ジフェニルフェノキシド)(SA19)およびエチル亜鉛(t−ブトキシド)(SA20)を含む。
実施例1から4、比較例AからC
一般的な高スループット平行重合条件
重合は、Symyx Technologies,Inc.から入手可能な高スループット並列重合リアクター(PPR)を用いて行い、USP6,248,540、6,030,917、6,362,309、6,306,658および6,316,663に実質的に従って作動させる。エチレンの共重合は、用いる全触媒に基づいて1.2当量の共触媒1(MMAOが存在する場合は1.1当量)を用いてオン・デマンドのエチレンを用いて130℃および200psi(1.4MPa)において行われる。一連の重合は、予め秤量したガラスチューブを取り付けた6×8アレイの48の個々のリアクターセルが含まれる並列加圧リアクター(PPR)で行われる。各リアクターセル中の作業容量は6000μLである。各セルは、個々の攪拌パドルによって提供される攪拌を行いつつ温度および圧力を制御する。モノマーのガスおよびクエンチガスは、PPRユニットに直接的に配管し、および自動弁によって制御する。液体試薬はシリンジによってロボットにより各反応セルに加え、および貯蔵溶媒は混合されたアルカン類である。添加の順番は混合されたアルカン溶媒(4ml)、エチレン、1−オクテンコモノマー(1ml)、共触媒1または共触媒1/MMAOミキサー、可逆的移動剤、および触媒または触媒混合物である。共触媒1およびMMOAの混合物または2つの触媒の混合物を用いる場合、試薬は、リアクターへの添加直前に小さなバイアル中で予め混合する。ある試薬を実験で省略する場合、それ以外の添加の前記順番は維持される。重合は、所定のエチレン消費に到達するまでほぼ1から2分間行われる。COでのクエンチングの後、リアクターを冷却して、ガラスチューブを開放する。チューブを遠心機/真空乾燥ユニットに移して、60℃で12時間乾燥する。乾燥ポリマーを含有するチューブを秤量し、この重量および容器重量の間の差よりポリマーの正味の収率を得る。結果を表1に含める。表1において、および出願の他の個所において、比較例の化合物はアスタリスク(*)によって示される。
実施例1から4は、DEZが存在する場合は、非常に狭いMWDの実質的にモノモーダル(単峰性)コポリマー、およびDEZの不存在下では、バイモーダル(双峰性)の広い分子量分布の生成物(別々に生じたポリマーの混合物)の形成によって示される、本発明による線状ブロックコポリマーの合成を示す。触媒(A1)は触媒(B1)よりも多くのオクテンを取り込むことが知られているという事実のため、本発明の得られるコポリマーの異なるブロックまたはセグメントは、分岐または密度に基づいて区別できる。
Figure 2013523953
本発明によって製造されたポリマーは、比較的狭い多分散度(Mw/Mn)を有し、可逆的移動剤の不存在下で調製されたポリマーよりも大きなブロック−コポリマー含有量(トリマー、テトラマーまたはそれ以上)を有することが理解される。
表1のポリマーについてのさらなる特徴付けデータは、図面を参照することによって決定される。より具体的には、DSCおよびATREFの結果は以下を示す:
実施例1のポリマーについてのDSC曲線は、158.1J/gの融解熱と共に115.7℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.5℃において最も高いピークを示し、52.9パーセントのピーク面積である。DSC TmおよびTcrystafの間の差は81.2℃である。
実施例2のポリマーについてのDSC曲線は、214.0J/gの融解熱と共に109.7℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、57.0パーセントのピーク面積を持つ46.2℃において最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間の差は63.5℃である。
実施例3のポリマーについてのDSC曲線は、160.1J/gの融解熱と共に120.7℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、71.8パーセントのピーク面積を持つ66.1℃において最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間の差は54.6℃である。
実施例4のポリマーについてのDSC曲線は、170.7J/gの融解熱と共に104.5℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、18.2パーセントのピーク面積を持つ30℃において最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間の差は74.5℃である。
比較例AについてのDSC曲線は、86.7J/gの融解熱と共に90.0℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、29.4パーセントのピーク面積を持つ48.5℃において最も高いピークを示す。これらの値の双方は、密度が低い樹脂と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間の差は41.8℃である。
比較例BについてのDSC曲線は、237.0J/gの融解熱と共に129.8℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、83.7パーセントのピーク面積を持つ82.4℃において最も高いピークを示す。これらの値の双方は、密度が低い樹脂と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間の差は47.4℃である。
比較例CについてのDSC曲線は、143.0J/gの融解熱と共に125.3℃の融点(Tm)を示す。対応するCRYSTAF曲線は、34.7パーセントのピーク面積を持つ81.8℃において最も高いピークを示し、ならびに52.4℃においてより低い結晶性のピークを示す。2つのピークの間の分離は、高い結晶性および低い結晶性ポリマーの存在と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間の差は43.5℃である。
実施例5から19、比較例DからF、連続的溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
連続的溶液重合は、内部スターラーを備えたコンピュータ制御されたオートクレーブリアクター中で行われる。精製混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、2.70lbs/時間(1.22kg/時間)のエチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御のためのジャケトおよび内部熱電対を備えた3.8Lリアクターに供給する。リアクターへの溶媒供給は、マスフローコントローラーによって測定される。可変スピードダイヤフラムポンプは、溶媒の流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒1注入ラインおよびリアクターアジテーター用のフラッシュ流動を提供する。これらの流動はMicro−Motionマスフローメーターによって測定し、制御弁によってまたはニードル弁の手動での調整によって制御される。残りの溶媒を1−オクテン、エチレン、および水素(用いられる場合)と合わせ、リアクターに供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターに送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御される。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液はポンプおよびマスフローメーターを用いて計量され、触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入される。激しく攪拌しつつ、リアクターは、500psig(3.45MPa)にて液体満杯にて稼働される。生成物をリアクターの頂部の出口ラインを通って取り出す。リアクターからの全ての出口ラインはスチームトレースされ、および断熱される。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤とともに少量の水を出口ラインに加え、および混合物をスタティックミキサーに通すことによって停止される。次いで、生成物の流れは脱揮発物前に熱交換器を通過させることによって加熱される。ポリマー生成物は、脱揮発物エクストルーダーおよび水冷ペレタイザーを用いて押し出しによって回収される。プロセスの詳細および結果は表2に含まれる。選択されたポリマー特性を表3に掲げる。
Figure 2013523953
Figure 2013523953
得られたポリマーを従前の実施例と同様にDSCおよびATREFによってテストする。結果は以下の通りである:
実施例5のポリマーについてのDSC曲線は、60.0J/gの融解熱と共に119.6℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、59.5パーセントのピーク面積を持つ47.6℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは72.0℃である。
実施例6のポリマーについてのDSC曲線は、60.4J/gの融解熱と共に115.2℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、62.7パーセントのピーク面積を持つ44.2℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは71.0℃である。
実施例7のポリマーについてのDSC曲線は、69.1J/gの融解熱と共に121.3℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、29.4パーセントのピーク面積を持つ49.2℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは72.1℃である。
実施例8のポリマーについてのDSC曲線は、67.9J/gの融解熱と共に123.5℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、12.7パーセントのピーク面積を持つ80.1℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは43.4℃である。
実施例9のポリマーについてのDSC曲線は、73.5J/gの融解熱と共に124.6℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、16.0パーセントのピーク面積を持つ80.8℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは43.8℃である。
実施例10のポリマーについてのDSC曲線は、60.7J/gの融解熱と共に115.6℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、52.4パーセントのピーク面積を持つ40.9℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは74.7℃である。
実施例11のポリマーについてのDSC曲線は、70.4J/gの融解熱と共に113.6℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、25.2パーセントのピーク面積を持つ39.6℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは74.1℃である。
実施例12のポリマーについてのDSC曲線は、48.9J/gの融解熱と共に113.2℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃と等しいまたはそれを超えるピークを示さない。(従って、さらなる計算の目的でのTcrystafは30℃に設定される)。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは83.2℃である。
実施例13のポリマーについてのDSC曲線は、49.4J/gの融解熱と共に114.4℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、7.7パーセントのピーク面積を持つ33.8℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは84.4℃である。
実施例14のポリマーについてのDSC曲線は、127.9J/gの融解熱と共に120.8℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、92.2パーセントのピーク面積を持つ72.9℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは47.9℃である。
実施例15のポリマーについてのDSC曲線は、36.2J/gの融解熱と共に114.3℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、9.8パーセントのピーク面積を持つ32.3℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは82.0℃である。
実施例16のポリマーについてのDSC曲線は、44.9J/gの融解熱と共に116.6℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、65.0パーセントのピーク面積を持つ48.0℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは68.6℃である。
実施例17のポリマーについてのDSC曲線は、47.0J/gの融解熱と共に116.0℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、56.8パーセントのピーク面積を持つ43.1℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは72.9℃である。
実施例18のポリマーについてのDSC曲線は、141.8J/gの融解熱と共に120.5℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、94.0パーセントのピーク面積を持つ70.0℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは50.5℃である。
実施例19のポリマーについてのDSC曲線は、174.8J/gの融解熱と共に124.8℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、87.9パーセントのピーク面積を持つ79.9℃における最も高いピークを示す。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは45.0℃である。
比較例DのポリマーについてのDSC曲線は、31.6J/gの融解熱と共に37.3℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、30℃と等しいおよびそれを超えるピークを示さない。これらの値の双方は密度が低い樹脂と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは7.3℃である。
比較例EのポリマーについてのDSC曲線は、179.3J/gの融解熱と共に124.0℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、94.6パーセントのピーク面積を持つ79.3℃における最も高いピークを示す。これらの値の双方は密度が高い樹脂と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは44.6℃である。
比較例FのポリマーについてのDSC曲線は、90.4J/gの融解熱と共に124.8℃の融点(Tm)を持つピークを示す。対応するCRYSTAF曲線は、19.5パーセントのピーク面積を持つ77.6℃における最も高いピークを示す。2つのピークの間の分離は、高い結晶性および低い結晶性ポリマー双方の存在と合致する。DSC TmおよびTcrystafの間のデルタは47.2℃である。
物理的特性のテスト
ポリマー試料は、TMA温度テストによって証明された高温抵抗特性、ペレットブロッキング強度、高温回復率、高温圧縮永久歪および貯蔵弾性率比率G’(25℃)/G’(100℃)のような物理的特性について評価する。いくつかの商業的に入手可能なポリマーをテストに含める:比較例G*は実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例H*はエラストマーの実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)EG8100、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例Iは実質的に線状のエチレン/1−オクテンコポリマー(AFFINITY(登録商標)PL1840、The Dow Chemical Companyから入手可能)であり、比較例Jは水素化スチレン/ブタジエン/スチレントリブロックコポリマー(KRATON(商標)G1652、KRATON Polymersから入手可能)であり、比較例Kは熱可塑性バルカニゼート(TPV、その中に分散された架橋エラストマーを含有するポリオレフィンブレンド)である。結果を表4に掲げる。
Figure 2013523953
表4において、比較例F(これは触媒A1およびB1を用いる同時重合から得られる2つのポリマーの物理的ブレンドである)は、約70℃の1mm貫入温度を有し、他方、実施例5から9は100℃またはそれより高い1mm貫入温度を有する。さらに、実施例10から19は、全て、85℃を超える1mm貫入温度を有し、ほとんどは90℃を超える、または100℃さえ超える1mm TMA温度を有する。これは、新規なポリマーが物理的ブレンドと比較してより高い温度においてより良好な寸法安定性を有することを示す。比較例J(商業的SEBS)は約107℃の良好な1mm TMA温度を有するが、それは約100パーセントの非常に貧弱な(高温70℃)圧縮永久歪を有し、それは高温(80℃)300パーセント歪回復の間に回復できなかった(試料は破壊した)。従って、例示されたポリマーはいくつかの商業的に入手可能な高効率熱可塑性エラストマーにおいてさえ利用できない特性の固有の組み合わせを有する。
同様に、表4は本発明のポリマーについて6またはそれ以下の低い(良好な)貯蔵弾性率比率G’(25℃)/G’(100℃)を示し、他方、物理的ブレンド(比較例F)は9の貯蔵弾性率比率を有し、および同様な密度のランダムエチレン/オクテンコポリマー(比較G)は一桁大きな貯蔵弾性率比率(89)を有する。ポリマーの貯蔵弾性率比率はできる限り1に近いのが望ましい。そのようなポリマーは温度によって比較的影響されず、そのようなポリマーから加工された製品は広い温度範囲にわたって有用に使用することができる。低温貯蔵弾性率比率および温度非依存性のこの特徴は、感圧接着剤処方のようなエラストマー用途に特に有用である。
表4中のデータは、本発明のポリマーが改良されたペレットブロッキング強度を保有することも示す。特に、実施例5は、かなりのブロッキングを示す比較例FおよびGと比較して0MPaのペレットブロッキング強度を有し、このことはテストした条件下で自由流動することを意味する。大きなブロッキング強度を有するポリマーの大量輸送の結果、貯蔵または輸送に際して一緒になって製品の集塊または固着をもたらして、取扱特性が乏しくなり得るので、ブロッキング強度は重要である。
本発明のポリマーについての高温(70℃)圧縮永久歪は一般に良好であり、全体的に約80パーセント未満、好ましくは約70パーセント未満、特別には、約60パーセント未満を意味する。対照的に、比較例F、G、HおよびJは、全て、100パーセント(最大の可能な値、回復を示さない)の70℃圧縮永久歪を有する。良好な高温圧縮永久歪(低い数値)は、ガスケット、窓用形材、o−リング等のような用途で特に必要とされる。
Figure 2013523953
表5は、周囲温度における新しいポリマーならびに種々の比較ポリマーについての機械的特性についての結果を示す。本発明のポリマーは、ISO4649に従ってテストした場合に非常に良好な摩耗抵抗性を有することを理解することができ、一般に、約90mm3未満、好ましくは約80mm3未満の、特別には、約50mm3未満の体積損失を示す。このテストにおいて、より大きな数字は、より大きな体積損失および、結果として、より低い摩耗抵抗性を示す。
本発明のポリマーの引張切欠き引裂強度によって測定された引裂強度は、表5に示すように、一般に、1000mJまたはそれ以上である。本発明のポリマーについての引裂強度は、3000mJほどの高さであり、または5000mJほどの高さにさえできる。比較例ポリマーは一般に750mJ以下の引裂強度を有する。
表5は、本発明のポリマーが比較試料のいくつかよりも(より高い収縮応力値によって示して)150パーセント歪においてより良好な収縮応力を有することも示す。比較例F、GおよびHは400kPaまたはそれ以下の150パーセント歪における収縮応力を有し、他方、本発明のポリマーは、500kPa(実施例11)から約1100kPa程度に高い(実施例17)までの150パーセント歪における収縮応力値を有する。150パーセント収縮応力値を超えるポリマーは、弾性繊維および布地、特別には不織布のような弾性用途でかなり有用である。他の用途としてはオムツ、衛生、およびタブおよび輪ゴムのような医療衣服ウエストバンド用途が挙げられる。
表5は、(50パーセント歪における)応力緩和もまた、例えば、比較例Gと比較して、本発明のポリマーについては改良されている(より少ない)ことも示す。より低い応力緩和は、ポリマーが、オムツ、および体温での長期間にわたる弾性特性の保持が望まれる他の衣類のような用途において良好なその力を保有することを意味する。
光学テスト
Figure 2013523953
表6で報告する光学特性は、実質的に配向性を欠いた圧縮成形フィルムに基づく。ポリマーの光学特性は、重合で使用される可逆的連鎖移動剤の量の変動に由来する、クリスタライトサイズの変動により、広い範囲にわたって変動し得る。
マルチブロックコポリマーの抽出
実施例5、7および比較例Eのポリマーの抽出実験を行う。実験において、ポリマー試料をガラスフリット抽出濾紙に秤量し、クマガワ型抽出器に嵌合させる。試料を含む抽出器を窒素でパージし、500mL丸底フラスコに350mLのジエチルエーテルを充填する。次いで、フラスコを抽出器に嵌合させる。攪拌しつつエーテルを加熱する。エーテルが濾紙中に凝縮し始める時間を記録し、および窒素下で24時間抽出を進ませる。その時点で、加熱を停止し、および溶液を放冷する。抽出器に残存するいずれのエーテルもフラスコに戻す。フラスコ中のエーテルを周囲温度にて真空下で蒸発させ、および得られた固体を窒素で乾燥パージする。ヘキサンの継続的洗浄を用い、いずれの残渣も秤量した瓶に移す。次いで、合わせたヘキサン洗液をもう1回の窒素パージで蒸発させ、および真空下で40℃にて一晩残渣を乾燥させる。抽出器中のいずれの残存するエーテルも窒素で乾燥パージする。
次いで、350mLのヘキサンを充填した第二の清浄な丸底フラスコを抽出器に連結する。攪拌しつつヘキサンを加熱還流し、ヘキサンが最初に濾紙に凝縮することが認められた後に24時間還流を維持する。次いで、加熱を停止し、フラスコを冷却する。抽出器に残存するいずれのヘキサンもフラスコに移して戻す。ヘキサンを周囲温度にて真空下での蒸発によって除去し、順次のヘキサン洗浄を用いて、フラスコに残存するいずれの残渣も秤量した瓶に移す。窒素パージによってフラスコ中のヘキサンを蒸発させ、および残渣を40℃において一晩真空乾燥する。
抽出後に濾紙に残存するポリマー試料を濾紙から秤量した瓶に移し、および40℃において一晩真空乾燥する。結果を表7に含める。
Figure 2013523953
さらなるポリマー実施例19AからJ、連続的溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
実施例19AからIについて
連続的溶液重合を、コンピュータ制御のよく混合されたリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(Exxon Mobil,Inc.から入手可能なISOPAR(商標)E)、エチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を合わせ、27ガロンのリアクターに供給する。リアクターへの供給はマスフローコントローラーによって測定する。供給流の温度は、リアクターに入る前に、グリコールで冷却した熱交換器の使用によって制御する。触媒成分溶液をポンプおよびマスフローメーターを用いて計量する。リアクターをほぼ550psig圧力にて液体満杯で稼働させる。リアクターから出ると、水および添加物をポリマー溶液に注入する。水は触媒を加水分解させ、および重合反応を停止させる。次いで、ポストリアクター溶液を2段階の脱揮発物のために調製中に加熱する。溶媒および未反応のモノマーを、脱揮発物プロセスの間に除去する。ポリマー溶融体を水面下ペレットカッティングのためにダイまでポンプで送る。
実施例19Jについて
連続的溶液重合を、内部スターラーを備えたコンピュータ制御のオートクレーブリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、2.70lb/時間(1.22kg/時間)のエチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御用のジャケットおよび内部熱電対を備えた3.8Lリアクターに供給する。リアクターに供給された溶媒をマスフローコントローラーによって測定する。可変スピードダイヤフラムポンプは溶媒の流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒注入ラインおよびリアクターアジテーターのためのフラッシュ流動を供する。これらの流動はMicro−Motionマスフローメーターによって測定され、制御バルブによって、またはニードル弁の手動調整によって制御される。残りの溶媒を1−オクテン、エチレン、および水素(用いる場合)と合わせ、リアクターに供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターまで送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御される。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを用いて計量され、触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入される。激しく攪拌しつつ、リアクターは、500psig(3.45MPa)において液体満杯で稼働させる。リアクターの頂部にある出口ラインを通して生成物を取り出す。リアクターからの全ての出口ラインをスチームトレースして断熱する。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤と共に少量の水を出口ラインに加え、スタティックミキサーを通して混合物を通過させることによって停止される。次いで、生成物の流れは、脱揮発物前に熱交換器を通すことによって加熱される。ポリマー生成物は、脱揮発物エクストルーダーおよび水冷ペレタイザーを用いて押出によって回収する。
プロセスの詳細および結果は表8に含める。選択されたポリマー特性は表9AからCに掲げる。
表9Bにおいて、本発明の実施例19Fおよび19Gは、500%伸度後に65から70%程度の歪の低い即時のセットを示す。
Figure 2013523953
Figure 2013523953
Figure 2013523953
衝撃改質組成物
具体的エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーおよび衝撃改質剤として使用される量は、他の変数の中でもとりわけ、衝撃改質されるポリマー、用途および所望の特性に依存して変化するであろう。改良された低温衝撃が望まれるならば、比較的より多い可逆的連鎖移動剤を用いて調製されたエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーがより有用であり得ることが見出されている。いずれの量の可逆的移動剤も有用であり得るが、約50から約300ppmの可逆的連鎖移動剤を用いてインターポリマーを調製するのが好ましいことが多い。いずれかの特定の理論に拘束されるつもりはないが、例えば、2004年3月17日に出願された米国仮出願第60/553,906号に対する優先権を主張する、2005年3月17日に出願されたPCT出願番号PCT/US2005/008917に記載されているように、これは、しばしば、有利なマルチコアシェル形態をもたらすと考えられる。米国特許実務の目的において、これら仮出願およびPCT出願の内容は、ここに引用してその全体を援用する。
また、エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーの密度が減少するにつれて、強靭化(toughening)効率(最少量の衝撃改質剤から予測される改良の量)がある程度改良されることも判明した。この理由のため、約0.85から約0.93g/ccの密度を持つインターポリマーを使用するのが望ましいことが多い。
使用されるエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーの量は、とりわけ、衝撃改質されるポリマー、用途および所望の特性に依存して変化するであろう。典型的には、衝撃改質量を使用して、20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を維持し、またはエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーを欠いた同様な組成物よりも少なくとも約5%、好ましくは少なくとも約10%、より好ましくは少なくとも約15%増加させる。低温衝撃特性も望むならば、−20℃の切欠きアイゾット衝撃強度を維持し、またはエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーを欠如する同様な組成物よりも少なくとも約5%、好ましくは少なくとも約10%、より好ましくは少なくとも約15%増加させるのに十分な量を使用することができる。この量は、20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を維持し、または増加させるのに使用される量と同一または異なってもよい。
使用される成分の量は、とりわけ、所望の特性および適用に依存して異なるであろう。しばしば、マルチブロックコポリマー 対 ポリオレフィンの重量比率は約49:51から約5:95、より好ましくは35:65から約10:90とすることができる。好ましくは、少なくとも約1、好ましくは少なくとも約5、より好ましくは少なくとも約10、なおより好ましくは少なくとも約20重量パーセントのエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーまたはブレンドを衝撃改質剤として使用するのが望ましい。同様に、約50以下、好ましくは約35以下、より好ましくは約25重量パーセント以下のエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーまたはブレンドを衝撃改質剤として使用するのが望ましい。
いくつかの実施形態において、マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの量は、衝撃改質組成物の全重量に基づき、約10重量パーセントから約40重量パーセント、約15重量パーセントから約35重量パーセント、約20重量パーセントから約30重量パーセントである。
衝撃改質できるポリマー組成物
ほとんどいずれの熱可塑性ポリマー組成物も、先に議論したエチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーの1以上の添加によって有益に衝撃改質することができる。そのようなポリマー組成物は熱可塑性ポリウレタン(例えば、The Dow Chemical Companyによって製造されたPellathane(商標)またはIsoplast(商標))、ポリ塩化ビニル(PVC)、スチレン、水素化スチレン、ポリノルボネン、ポリエチレン−コ−ノルボルネン、混和性のために1またはそれ以上の機能的モノマーで予めグラフト化したポリ−4−メチル−ペンテンを含めたポリ−4−メチル−ペンテン、(例えば、ここにその開示を引用して援用する、発明の名称が"Improved Catalysts For The Preparation of Linear Carbon Monoxide/Alpha Olefin Copolymers"である、John G.HefnerおよびBrian W.S.Kolthammerの名義で、1993年1月22日に出願され(今は放棄された)米国出願第08/009,198号によって開示されたもののようなエチレン一酸化炭素コポリマー(ECO)または線状交互ECOコポリマー、およびエチレン/プロピレン一酸化炭素ポリマー(EPCO)を含めた)ポリオレフィン、種々のエンジニアリング熱可塑性物(例えば、ポリカルボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド(例えば、ナイロン)、ポリアセタール、またはポリスルホン)、およびその混合物を含む。一般に、最も頻繁に使用することができるポリオレフィンポリマーはポリエチレン(例えば、スラリーまたは気相重合プロセスによって製造されたもののような高密度ポリエチレン)またはポリプロピレンまたはプロピレン系ポリマーである。
本発明で有用な高密度ポリエチレン(HDPE)の特性は、所望の適用に依存して変化する。典型的には、有用なHDPEは0.94g/cm3よりも大きな密度を有する。好ましくは、該密度は0.95g/cm3よりも大きいが、約0.97g/cm3未満である。該HDPEはCrおよびチーグラー−ナッタ触媒プロセスを含めたいずれかのプロセスによって製造することができる。本発明で用いられるHDPEの分子量は、用途に応じて変化するが、便宜には、各々、I2およびI5として公知の、ATSM D−1238−03条件190℃/2.16kgおよび条件190℃/5.0kgに従ったメルトフロー測定を用いて示すことができる。メルトフロー測定は、ASTM D−1238、条件190℃/10.0kgおよび条件190℃/21.6kg(各々、I10およびI21として公知である)に準ずるような、より高い重量でも行うことができる。メルトフローレートはプロピレン系ポリマーで用いられ、ポリマーの分子量に反比例する。メルトフローレート(MFR)はASTM D 1238、条件230C/2.16kg(以前の条件L)に準じてテストされる。従って、分子量がより高ければ、メルトフローレートはより低いが、該関係は直線状ではない。本明細書中で有用なHDPEについてのメルトインデックス(I2)に対する下限は適用、例えば、ブロー成形または射出成形に依存して広く変化するが、一般には、約80g/10分、好ましくは約25g/10分、特別には約20g/10分の高メルトインデックス限界に対して一般には少なくとも約0.1グラム/10分(g/10分)、好ましくは約0.5g/10分、特別には約1g/10分である。特に、パイプ適用のための本発明で用いるHDPEの分子量は、適用に応じて変化し、(I5としても公知)ASTM D−1238、条件190C/5kgに従ったメルトフロー測定を用いて示すこともできる。本明細書中で有用なHDPEについてのメルトインデックス(I5)に対する下限は、約0.6g/10分の高メルトインデックス限界に対して、一般に約0.1グラム/10分(g/10分)、好ましくは約0.2g/10分である。選択されたHDPEの分子量分布(Mw/Mn)は狭くまたは広くすることができ、例えば、約2から、約40と同程度に高いまでのMw/Mnとすることができる。
ポリプロピレンの他の形態を用いることもできるが(例えば、シンジオタクチックまたはアタクチック)、ポリプロピレンは、一般に、ホモポリマーポリプロピレンのアイソタクチック形態である。しかしながら、ポリプロピレン衝撃コポリマー(例えば、エチレンをプロピレンと反応させる二次的共重合ステップが使用されるもの)およびランダムコポリマー(改質され、かつ通常はプロピレンと共重合された1.5から7%エチレンを含有するリアクター)もまた本明細書中に開示されたTPO処方で用いることもできる。種々のポリプロピレンポリマーの完全な議論は、その全開示をここに引用して援用する、Modern Plastics Encyclopedia/89, mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.86-92に含まれる。本発明で用いられるポリプロピレンの分子量および、よって、メルトフローレートは、適用に応じて変化する。本明細書中で有用なポリプロピレンについてのメルトフローレートは、一般に、約0.1グラム/10分(g/10分)から約100g/10分、好ましくは約0.5g/10分から約80g/10分、特別には、約4g/10分から約70g/10分である。プロピレンポリマーはプロピレンホモポリマーとすることができるか、あるいはランダムコポリマーまたは(既にゴム相を含有する)衝撃コポリマーさえとすることができる。そのようなプロピレンポリマーの例は(Exxon Mobilによって製造された)VISTAMAX、(The Dow Chemical Co.によって製造された)VERSIFYおよびINSPIRE、ならびに(Lyondellによって製造された)PROFAXを含む。
ブレンドされた組成物を製造する方法
本発明のブレンドされた組成物は、仕上げられた製品(例えば、自動車部品)を製造するのに用いられるエクストルーダー中で直接に、または別々のエクストルーダー(例えば、バンバリーミキサー)中でのプレメルト混合によって、個々の成分を乾式ブレンドし、続いて、メルト混合することを含めたいずれの便宜な方法によっても製造される。典型的には、ブレンドは、成分の一方または双方の融点温度当たりの、または融点温度を超える温度で各成分を混合または混和することによって調製される。ほとんどのマルチブロックコポリマーでは、この温度は130℃を超え、最も一般的には145℃を超え、最も好ましくは150℃を超えてもよい。所望の温度に到達でき、かつ混合物を溶融可塑化することができる典型的なポリマー混合または混和機器を使用することができる。これらはミル、ニーダー、エクストルーダー(一軸式および二軸式双方)、バンバリーミキサー等を含む。混合の順番および方法は最終組成に依存し得る。バンバリーミキサー、続いてミルミキサー、続いてエクストルーダーのように、バンバリーバッチミキサーおよび連続ミキサーの組み合わせを用いることもできる。
成形操作
種々の射出成形プロセス(例えば、その開示をここに引用して援用する、Modern Plastics Encyclopedia/89, Mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.264-268, 「Introduction to Injection Molding」およびpp.270-271,「Injection Molding Thermoplastics」に記載されたもの)およびブロー成形プロセス(例えば、その開示をここに引用して援用する、Modern Plastics Encyclopedia/89, Mid October 1988 Issue, Volume 65, Number 11, pp.217-218, 「Extrusion-Blow Molding」に記載されたもの)、異型押出、シート押出、および熱形成を含めた、本明細書中に開示されたTPO調合物からの有用な加工製品または部品を形成するのに用いることができる多くのタイプの成形操作がある。加工製品のいくつかは、燃料タンク、屋外家具、パイプ、自動車容器適用、自動車バンパー、ダッシュボード、ホイールカバーおよびグリル、ならびに例えば、フリーザー容器を含めた他の家庭製品および個人製品を含む。もちろん、当業者であればポリマーを組み合わせて、屈折率を有利に用いて、フリーザー容器のような最終使用製品の透明性を改良し、または維持することもできる。
添加剤
抗酸化剤(例えば、ヒンダードフェノリック(例えば、Irganox(商標)1010)、ホスファイト(例えば、Irgafos(商標)168))、粘着性添加剤(例えば、PIB)、抗ブロック添加剤、顔料、充填剤(例えば、タルク、珪藻土、ナノ充填剤、クレイ、金属粒子、ガラス繊維もしくは粒子、カーボンブラック、他の補強繊維等)等のような添加剤を、それらが出願によって発見された増強された調合特性に干渉しない程度にTPO調合物に含めることもできる。
所望により、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、少なくとも1つの添加剤を独立して含むことができ、または少なくとも1つの添加剤を実質的に含まなくてもよい。適当な添加剤のいくつかの非限定的例は、スリップ剤、抗ブロッキング剤、粘着性添加剤、可塑剤、油、ワックス、抗酸化剤、UV安定化剤、着色剤または顔料、充填剤、流動補助剤、カップリング剤、架橋剤、界面活性剤、溶媒、滑沢剤、防曇剤、核形成剤、難燃剤、静電防止剤およびその組み合わせを含む。添加剤の合計量は、衝撃改質組成物の全重量の約0よりも大きくから約50wt%、約0.001wt%から約40wt%、約0.01wt%から約30wt%、約0.1wt%から約20wt%、約0.5wt%から約10wt%、約1wt%から約5wt%の範囲とすることができる。いくつかのポリマー添加剤は、ここに引用してその全体を援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition (2001)に記載されている。いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は本明細書中に開示されたもののような添加剤を含まない。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、スリップ剤を含む。スリップは相互の上を、またはいくつかの他の物質の上をフィルム表面が滑ることである。フィルムのスリップ性能は、ここに引用して援用する、ASTM D 1894,Static and Kinetic Coefficients of Friction of Plastic Film and Sheeting によって測定することができる。一般に、スリップ剤はフィルムのような製品の表面特性を改質し;次いで、フィルムの層の間の、およびフィルムおよびそれが接触するようになる他の表面の間の摩擦を低下させることによってスリップ特性を運ぶことができる。
当業者に公知のいずれのスリップ剤も、本明細書中に開示された加工製品の少なくとも1つの外層に加えることができる。スリップ剤の非限定的例は、約12から約40の炭素原子を有する第一級アミド(例えば、エルカミド、オレアミド、ステアラミドおよびベヘンアミド);約18から約80の炭素原子を有する第二級アミド(例えば、ステアリルエルカミド、ベヘニルエルカミド、メチルエルカミドおよびエチルエルカミド);約18から約80の炭素原子を有する第二級−ビス−アミド(例えば、エチレン−ビス−ステアラミドおよびエチレン−ビス−オレアミド);およびその組み合わせを含む。
所望により、本明細書中で開示された衝撃改質組成物は抗ブロッキング剤を含むこともできる。抗ブロッキング剤は、特に、貯蔵、製造または使用の間の中圧および加熱下で、本明細書中に開示された加工製品の触れる表面との間の望ましくない接着を防ぐことができる。当業者に公知のいずれの抗ブロッキング剤も本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。抗ブロッキング剤の非限定的例は、ミネラル(例えば、クレイ、チョーク、および炭酸カルシウム)、合成シリカゲル(例えば、Grace Davison,Colombia,MDからのSYLOBLOC(登録商標))、天然シリカ(例えば、Celite Corporation,Santa Barbara,CAからのSUPER FLOSS(登録商標))、タルク(例えば、Luzenac,Centennial,COからのOPTIBLOC(登録商標))、ゼオライト(例えば、Degussa,Parsippany,NJからのSIPERNAT(登録商標))、アルミノシリケート(例えば、Mizusawa Industrial Chemicals,Tokyo,JapanからのSILTON(登録商標))、石灰石(例えば、Omya,Atlanta,GAからのCARBOREX(登録商標))、球状ポリマー粒子(例えば、Nippon Shokubai,Tokyo,JapanからのEPOSTAR(登録商標)、ポリ(メタクリル酸メチル)粒子、およびGE Silicones,Wilton,CTからのTOSPEARL(登録商標)、シリコーン粒子)、ワックス、アミド(例えば、エルカミド、オレアミド、ステアラミド、ベへナミド、エチレン−ビス−ステアラミド、エチレン−ビス−オレアミド、ステアリルエルカミドおよび他のスリップ剤)、モレキュラーシーブ、およびその組み合わせを含む。ミネラル粒子は粒子間に物理的ギャップを作り出すことによってより低いブロッキングとすることができ、他方、有機抗ブロッキング剤は表面まで移動して、表面接着を制限することができる。用いる場合、本明細書中に開示された衝撃改質組成物中の抗ブロッキング剤の量は、衝撃改質組成物の全重量の約0を超え、かつ約3wt%まで、約0.0001から約2wt%、約0.001から約1wt%、または約0.001から約0.5wt%とすることができる。いくつかの抗ブロッキング剤は、ここに引用してその全体を援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 7, pages 585-600 (2001)に記載されている。
所望により、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は可塑剤を含むことができる。一般に、可塑剤は、柔軟性を増加させ、かつポリマーのガラス転移温度を低下させることができる化学物質である。当業者に公知のいずれの可塑剤も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。可塑剤の非限定的例は鉱油、アビエテート、アジペート、スルホン酸アルキル、アゼレート、ベンゾエート、塩素化パラフィン、シトレート、エポキシド、グリコールエーテルおよびそれらのエステル、グルタレート、炭化水素油、イソブチレート、オレエ−ト、ペンタエリスリトール誘導体、ホスフェート、フタレート、エステル、ポリブテン、リシノレート、セバケート、スルホンアミド、トリ−およびピロメリテート、ビフェニル誘導体、ステアレート、ジフルランジエステル、塩素含有可塑剤、ヒドロキシ安息香酸エステル、イソシアネートアダクト、多環芳香族化合物、天然産物誘導体、ニトリル、シロキサン系可塑剤、タール系製品、チオエステルおよびその組み合わせを含む。用いる場合、本明細書中に開示された衝撃改質組成物中の可塑剤の量は、衝撃改質組成物の全量の0を超え、から約15wt%、約0.5wt%から約10wt%、または約1wt%から約5wt%とすることができる。いくつかの可塑剤は、ここに引用して援用する、George Wypych, 「Handbook of Plasticizer」, ChemTec Publishing, Toronto-Scarborough, Ontario (2004)に記載されている。
いくつかの実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、衝撃改質組成物中のポリマー成分および有機添加剤の酸化を妨げることができる抗酸化剤を含んでよい。当業者に公知のいずれの抗酸化剤も本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当な抗酸化剤の非限定的例は芳香族またはヒンダードアミン例えばアルキルジフェニルアミン、フェニル−α−ナフチルアミン、アルキルまたはアラルキル置換フェニル−α−ナフチルアミン、アルキル化p−フェニレンジアミン、テトラメチル−ジアミノジフェニルアミン等;フェノール例えば2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール;1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシベンジル)ベンゼン;テトラキス[(メチレン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシヒドロシンナメート)]メタン(例えば、Ciba Geigy,New YorkからのIRGANOK(商標)1010);アクリロイル改質フェノール;オクタデシル−3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシシンナメート(例えば、Ciba Geigyから商業的に入手可能なIRGANOK(商標)1076);ホスファイトおよびホスホナイト;ヒドロキシルアミン;ベンゾフラノン誘導体;およびその組み合わせを含む。用いる場合、衝撃改質組成物中の抗酸化剤の量は、衝撃改質組成物の全量の約0を超え、から約5wt%、約0.0001wt%から約2.5wt%、約0.001wt%から約1wt%、または約0.001wt%から約0.5wt%とすることができる。いくつかの抗酸化剤は、ここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 1, pages 1-140 (2001)に記載されている。
他の実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、UV放射による衝撃改質組成物の分解を妨げ、または低下させることができるUV安定化剤を含む。当業者に公知のいずれのUV安定化剤も本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当なUV安定化剤の非限定的例はベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、アリールエステル、オキサニリド、アクリルエステル、ホルムアミジン、カーボンブラック、ヒンダードアミン、ニッケルクエンチャー、ヒンダードアミン、フェノール抗酸化剤、金属塩、亜鉛化合物およびその組み合わせを含む。用いる場合、衝撃改質組成物中のUV安定化剤の量は、衝撃改質組成物の全量の約0を超え、ないし約5wt%、約0.01wt%から約3wt%、約0.1wt%から約2wt%、または約0.1wt%から約1wt%とすることができる。いくつかのUV安定化剤は、ここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 2, pages 141-426 (2001)に記載されている。
さらなる実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、人の目に対する衝撃改質組成物の見栄えを変化させることができる着色剤または顔料を含んでよい。当業者に公知のいずれの着色剤または顔料も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることもできる。適当な着色剤または顔料の非限定的例は、無機顔料、例えば金属酸化物、例えば酸化鉄、酸化亜鉛、および二酸化チタン、、混合金属酸化物、カーボンブラック、有機顔料例えばアントラキノン、アンタントロン、アゾおよびモノアゾ化合物、アクリルアミド、ベンズイミダゾロン、BONAレーキ、ジケトピロロ−ピロール、ジオキサジン、ジスアゾ化合物、ジアリライド化合物、フラバントロン、インダントロン、イソインドリノン、イソインドリン、金属錯体、モノアゾ塩、ナフトール、b−ナフトール、ナフトールAS、ナフトールレーキ、ペリレン、ペリノン、フタロシアニン、ピラントロン、キナクリドン、およびキノフタロン、およびその組み合わせを含む。用いる場合、衝撃改質組成物中の着色剤または顔料の量は、衝撃改質組成物の全重量の約0を超え、ないし約10wt%、約0.1wt%から約5wt%、約0.25wt%から約2wt%とすることができる。いくつかの着色剤は、ここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 15, pages 813-882 (2001)に記載されている。
所望により、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、とりわけ、体積、重量、コスト、および/または技術性能を調整するのに用いることができる充填剤を含むことができる。当業者に公知のいずれの充填剤も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当な充填剤の非限定的例は、タルク、炭酸カルシウム、チョーク、硫酸カルシウム、クレイ、カオリン、シリカ、ガラス、ヒュームドシリカ、雲母、ウォラストナイト、長石、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、アルミナ、水和アルミナ例えばアルミナ三水和物、ガラスミクロスフィア、セラミックミクロスフィア、熱可塑性ミクロスフィア、バライト、木粉、ガラス繊維、炭素繊維、カーボンブラック、大理石ダスト、セメントダスト、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、二酸化チタン、チタネートおよびその組み合わせを含む。いくつかの実施形態において、充填剤は硫酸バリウム、タルク、炭酸カルシウム、シリカ、ガラス、ガラス繊維、アルミナ、二酸化チタン、またはその混合物である。他の実施形態において、充填剤はタルク、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ガラス繊維またはその混合物である。用いる場合、衝撃改質組成物中の充填剤の量は、衝撃改質組成物の全重量の約0を超え、ないしかつ約50wt%、約0.01wt%から約40wt%、約0.1wt%から約30wt%、約0.5wt%から約20wt%、または約1wt%から約10wt%とすることができる。いくつかの充填剤は、ここに引用してその双方を援用する、米国特許第6,103,803号、およびZweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 17, pages 901-948 (2001)に記載されている。
所望により、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は滑沢剤を含むことができる。一般に、滑沢剤を使用して、とりわけ、溶融した配向フィルムのレオロジーを改質し、成形の表面仕上げを改良し、および/または充填剤または顔料の分散を容易とすることができる。当業者に公知のいずれの滑沢剤も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当な滑沢剤の非限定的例は、脂肪アルコールおよびそれらのジカルボン酸エステル、短鎖アルコールの脂肪酸エステル、脂肪酸、脂肪酸アミド、金属石鹸、オリゴマー脂肪酸エステル、長鎖アルコールの脂肪酸エステル、モンタンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、天然および合成パラフィンワックス、フルオロポリマーおよびその組み合わせを含む。用いる場合、衝撃改質組成物中の滑沢剤の量は衝撃改質組成物の全重量の約0を超え、ないし約5wt%、約0.1wt%から約4wt%、または約0.1wt%から約3wt%とすることができる。いくつかの適当な滑沢剤は、その双方をここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 5, pages 511-552 (2001)に開示されている。
所望により、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、静電防止剤を含むことができる。一般に、静電防止剤は、本明細書中に開示された加工粒子の導電性を増加させ、および静電化蓄積を妨げることができる。当業者に公知のいずれの静電防止剤も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当な静電防止剤の非限定的例は導電性充填剤(例えば、カーボンブラック、金属粒子および他の導電性粒子)、脂肪酸エステル(例えば、グリセロールモノステアレート)、エトキシル化アルキルアミン、ジエタノールアミド、エトキシル化アルコール、アルキルスルホネート、アルキルホスフェート、第4級アンモニウム塩、アルキルベタインおよびその組み合わせを含む。用いる場合、本明細書中に開示された衝撃改質組成物中の静電防止剤の量は、衝撃改質組成物の全重量の約0を超え、ないし約5wt%、約0.01wt%から約3wt%、または約0.1wt%から約2wt%とすることができる。いくつかの適当な静電防止剤は、その双方をここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 10, pages 627-646 (2001)に開示されている。
さらなる実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、衝撃改質組成物の架橋密度を増加させるのに用いることができる架橋剤を含んでもよい。当業者に公知のいずれの架橋剤も、本明細書中に開示された衝撃改質組成物に加えることができる。適当な架橋剤の非限定的例は、有機ペルオキシド(例えば、アルキルペルオキシド、アリールペルオキシド、ペルオキシエステル、ペルオキシカルボネート、ジアシルペルオキシド、ペルオキシケタールおよび環状ペルオキサイド)およびシラン(例えば、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス(2−メトキシエトキシ)シラン、ビニルトリアセトキシシラン、ビニルメチルジメトキシシラン、および3−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン)を含む。用いる場合、本明細書中に開示された衝撃改質組成物中の架橋剤の量は、衝撃改質組成物の全重量の0を超え、ないし約20wt%、約0.1wt%から約15wt%、または約1wt%から約10wt%とすることができる。いくつかの適当な架橋剤は、その双方をここに引用して援用する、Zweifel Hans et al., 「Plastics Additives Handbook」, Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 14, pages 725-812 (2001)に開示されている。
ある実施形態において、本明細書中に開示された衝撃改質組成物は、所望により、石油ワックスのようなワックス、低分子量ポリエチレンまたはポリプロピレン、合成ワックス、ポリオレフィンワックス、ビーワックス、植物ワックス、ダイズワックス、パームワックス、キャンドルワックスまたは25℃を超える融点を有するエチレン/α−オレフィンインターポリマーを含んでよい。ある実施形態において、ワックスは約400から約6,000g/モルの数平均分子量を有する低分子量ポリエチレンまたはポリプロピレンである。ワックスは衝撃改質組成物の全重量の約0wt%から約50wt%、または約1wt%から約40wt%の範囲内で存在することができる。
改良された衝撃強度
本発明の組成物は改良された衝撃強度を有する。衝撃強度は、例えば、切欠きアイゾット衝撃テストを用いて測定することができる。切欠きアイゾット衝撃は、振子からの衝撃に対する材料の抵抗性を測定する単一点テストである。アイゾット衝撃は、破砕を開始し、検体が破壊するまで該破砕を継続するのに必要な運動エネルギーと定義される。アイゾット検体は、衝撃に際しての検体の変形を妨げるために切欠きを入れる。テストはASTM D56に従って行われる。典型的には、本発明の組成物は、20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を維持するか、または20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を、エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーを欠如する同様な組成物よりも少なくとも約5%、好ましくは少なくとも約10%、より好ましくは少なくとも約15%増加させる。加えて、本発明の組成物は、しばしば、−20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を維持するか、または−20℃における切欠きアイゾット衝撃強度を、エチレン/α−オレフィンマルチブロックインターポリマーを欠如する同様な組成物よりも少なくとも約5%、好ましくは少なくとも約10%、より好ましくは少なくとも約15%増加させる。これらの新規な衝撃組成物は、改良された延性−脆性転移温度も有し−すなわち、延性から脆性への転移の失敗はより低い温度、典型的には、衝撃改質されたポリマーよりも少なくとも約5C、好ましくは10C、より好ましくは15C低い、かつ衝撃改質剤としてランダムエチレン/α−オレフィンコポリマー(マルチブロックと同一の密度およびメルトインデックスにおいて)を用いる衝撃改質組成物よりも低い温度で起こる。
本発明の実施例および比較例
ブレンドの調製
一連の高密度ポリエチレン(化合物1)+衝撃改質ポリマー(化合物2)ブレンドは、種々の濃度の2つの成分を融解ブレンドすることによって調製される。ブレンドを加工するに先立って、粉末化抗酸化剤パッケージを、シールされたバッグ中で2つの成分の物理的混合物に加える。該パッケージは200ppmのIRGNOX1010および400ppmのIRGAFOS168よりなる。物理的ポリマーブレンドを回転ドラムにかけて、抗酸化剤を樹脂試料全体に分散させる。各物理的ブレンドに窒素をパージして、いずれの残存する酸素もバッグから除去するのを助ける。
物理的ポリマーブレンド+添加剤パッケージ組み合わせを、Leistritz18mm二軸式エクストルーダー(L/D=30)、長ピッチ粉末スクリューを備えたK−TRONK2VT20二軸式スクリューオーガーフィーダー、2つの冷蔵水循環浴クエンチタンク、およびBerlyn PELL−2 4ブレードストランドチョッパーが供給されたHaakeシステムで加工される。水サーキュレーターをエクストルーダーの供給スロートのジャケットに付着させ、20℃に設定して、ポリマーが融解し、供給スロート埋めるのを防ぐ。エクストルーダー温度ゾーンは、150、180、200、215および215℃に設定される。エクストルーダーダイは215℃に設定される。押出に先立ち、窒素ラインが供給された蓋をフィードホッパーの頂部に置く。フィーダー排出からエクストルーダー供給スロートコーンまでの転移領域を重いアルミニウムホイルでシールする。エクストルーダーを予備加熱し、キャリブレートし、および系全体に窒素を流して空運転して、それに酸素をパージする。
物理的ポリマー/抗酸化物ブレンドを、所定の位置に窒素供給蓋を備えたエクストルーダー供給ホッパーに入れる。物理的ブレンドをエクストルーダーに供給し、溶融ブレンドしおよび押し出す。押出物を2つのクエンチタンクに通して、溶融体をポリマーストランドに固化する。ストランドをエアーナイフに通して、水を除去し、引き続いて、Berlynストランドチョッパーによって刻んでペレットとする。ペレットを排出シュートから標識されたバッグに収集する。
テスト方法
密度
樹脂密度は、イソプロパノール中で、アルキメデス変位方法、ASTM D 792−03、方法Bによって測定した。検体を、測定に先立って熱的平衡を達成するためのイソプロパノール浴中での23℃における8分間のコンディショニングの後に、成形から1時間以内に測定した。検体を、ASTM D−4703−00付属書類Aに従い、手法Cによって約190℃および15℃/分冷却速度にて、5分の初期加熱時間でもって圧縮成形した。検体は、「触れると冷たい」と言うまで、継続して冷却しつつプレス中で45℃まで冷却した。
押出プラストマーによるメルトフローレート
メルトフローレートの測定は、各々、I2およびI5として公知の、ASTM D−1238−03、条件190℃/2.16kgおよび条件190℃/5.0kgに従って行った。メルトフローレートはポリマーの分子量に逆比例する。従って、分子量がより高くなれば、メルトフローレートはより低くなるが、該関係は直線状ではない。メルトフローレートの決定は、ASTM D−1238、条件190℃/10.0kgおよび条件190℃/21.6kgに準ずるように、より高い重量でもってさえ行うこともでき、各々、I10およびI21として公知である。流速比率(FRR)は、特に断りのない限り、メルトフローレート(I2)に対するメルトフローレート(I21)の比率である。例えば、いくつかの例においては、FRRは、特別には、より高い分子量のポリマーにつき、I21/I5として表すことができる。
示差走査型熱量測定(DSC)
報告された結果の全ては、RCS(冷蔵冷却システム)冷却アクセサリーおよびオートサンプラーを備えたTA Instruments Model Q1000 DSC、を介して作成した。50ml/分の窒素パージガス流動を、全体を通じて用いた。試料を、175℃および1500psi(10.3Mpa)最大圧力におけるプレスを用い、約15秒間、プレスして薄いフィルムとし、次いで、周囲圧力にて室温まで空冷した。次いで、約3から10mgの材料を、紙穴パンチを用いて6mm直径のディスクに切断し、最も近い0.001mgまで秤量し、軽量アルミニウムパン(約50mg)に入れ、次いで、圧着する。試料の熱的挙動を以下の温度プロフィールでもって調べた:試料を迅速に180℃まで加熱し、3分間等温に保持して、いずれの従前の熱的履歴も除去した。次いで、10℃/分冷却速度で試料を−40℃まで冷却し、−40℃に3分間保持した。次いで、試料を10℃/分加熱速度で150℃まで加熱した。冷却および第二の加熱曲線を記録した。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)
以下の手法を用いて、種々のポリマー組成物の分子構造を決定した。クロマトグラフィーシステムは、高精度ディテクター(Amherst,MA)、2−角度レーザー光散乱ディテクターModel2040を備えたWaters(Millford,MA)150℃高温ゲル浸透クロマトグラフよりなるものであった。光散乱ディテクターの15°角度を計算目的で用いた。データの収集は、Viscotek TriSECソフトウェアバージョン3および4−チャネルViscotek Data Manager DM400を用いて行った。該システムには、Polymer Laboratoriesからのオンライン溶媒脱気デバイスが備えられていた。
カルーセル区画は140℃で操作し、およびカラム区画は150℃で操作した。用いたカラムは4つのShodex HT 806M 300mm、13μmカラムおよび1つのShodex HT803M 150mm、12μmカラムであった。用いた溶媒は1,2,4−トリクロロベンゼンであった。試料を、50ミリリットルの溶媒中の0.1グラムのポリマーの濃度で調製した。クロマトグラフィー溶媒および試料調製溶媒は200μg/gのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有するものであった。双方の溶媒源には窒素を散布した。ポリエチレン試料を160℃にて4時間軽く攪拌した。用いた注入体積は200マイクロリットルであって、流速は0.67ミリリットル/分であった。
GPCカラム組のキャリブレーションは、個々の分子量間を少なくとも10に分離し、6の「カクテル」混合物に配置した、580から8,400,000g/モルの範囲の分子量を持つ21の狭い分子量分布のポリスチレン標準で行った。該標準はPolymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入した。ポリスチレン標準は、1,000,000g/モルと等しい、またそれよりも大きな分子量についての50ミリリットルの溶媒中の0.025グラム、および1,000,000g/モル未満の分子量についての50ミリリットルの溶媒中の0.05グラムにて調製した。ポリスチレン標準は軽く攪拌しつつ80℃にて30分間溶解させた。狭い標準混合物を最初に流し、かつ最高分子量成分から減少させる順番で流して、分解を最小化した。(Williams and Ward, J. Polym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968) に記載された)方程式8:
Mポリエチレン=A×(Mポリスチレン)B (1)
(式中、Mは分子量であり、Aは0.41の値を有し、およびBは1.0と等しい。)
を用い、ポリスチレン標準ピーク分子量をポリエチレン分子量に変換した。
マルチディテクターオフセットの決定のための系統的アプローチは、Balke,Mourey,et al.(Mourey and Balke, Chromatography Polym. Chpt 12, (1992)およびBalke, Thitiratsakul, Lew, Cheung, Mourey, Chromatography Polym. Chpt 13, (1992))によって公表されたものと合致する手法にて、Dowブロードポリスチレン1683からのデュアルディテクターlog結果を、社内ソフトウェアを用い、狭い標準キャリブレーションからの狭い標準カラムキャリブレーション結果に最適化して行った。オフセット決定のための分子量データは、Zimm(Zimm, B.H. , J.Chem. Phys., 16, 1099 (1948))およびKratochvil(Kratochvil, P., Classical Light Scattering from Polymer Solutions, Elsevier, Oxford, NY (1987))によって発表されたものに合致する方法で得られた。分子量の決定で用いた全注入濃度は、試料屈折率面積、およびNISTポリエチレンホモポリマー標準1475を参照して測定された115,000g/モル分子量の線状ポリエチレンホモポリマーからの屈折率ディテクターキャリブレーションから得た。クロマトグラフィー濃度は、第二のビリアル係数効果(分子量に対する濃度効果)をアドレス指定するのを排除するのに十分低いと仮定した。
分子量の計算は社内ソフトウェアを用いて行った。数平均分子量、重量平均分子量、およびz−平均分子量の計算は、屈折計シグナルが重量分率に直接比例すると仮定した以下の方程式に従って行った。ベースラインを差し引いた屈折計シグナルは以下の方程式において重量分率に直接代入することができる。分子量は慣用的なキャリブレーション曲線、または屈折計比率に対する光散乱からの絶対分子量からのものとすることができるのに留意されたい。z−平均分子量の改良された見積もりとして、ベースラインを差し引いた光散乱シグナルを、以下の方程式(2)において重量平均分子量および重量分率の積に代入することができる。
Figure 2013523953
本明細書中で用いる用語「バイモーダル」は、GPC曲線におけるMWDが2つの成分ポリマーを呈し、ここで、1つの成分ポリマーは他の成分ポリマーのMWDに対してコブ、ショルダーまたはテールとして存在さえできる。双峰MWDは2つの成分:LMW成分およびHMW成分にデコンボルーションできる。デコンボルーションの後に、各成分の半最大におけるピーク幅(WAHM)および平均分子量(Mw)を得ることができる。次いで、2つの成分の間の分離の程度(DOS)は方程式3:
Figure 2013523953
(式中、
Figure 2013523953
および
Figure 2013523953
はHMW成分およびLMW成分の各重量平均分子量であり;およびWAHMHおよびWAHMLは、HMW成分およびLMW成分についてのデコンボルーションした分子量分布曲線の半最大における各ピーク幅である。)
によって計算することができる。新しい組成についてのDOSは約0.01またはそれ以上である。いくつかの実施形態において、DOSは約0.05、0.1、0.5または0.8よりも高い。好ましくは、双峰成分についてのDOSは少なくとも約1またはそれよりも高い。例えば、DOSは少なくとも約1.2、1.5、1.7、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5または5.0である。いくつかの実施形態において、DOSは約5.0から約100の間、約100から500の間、または約500から1,000の間である。DOSは前記範囲中のいずれの数字でもあり得る。他の実施形態において、DOSは1,000を超える。
ATREF
いくつかの実施形態において、分布の双峰性は、その全ての開示をここに引用して援用する、Wild et al., Journal of Polymer Science, Poly. Phys. Ed., Vol.20, p.441 (1982)、US4,798,081(Hazlitt et al.)、またはUS5,089,321(Chum et al.)に記載された温度上昇溶出分画(典型的には、「TREF」と略される)における最高温度ピークの重量分率によって特徴付けられる。最高温度ピークに対応する重量分率は高密度画分と言われる。というのは、それは短鎖分岐をほとんどまたは全く含有しないからである。従って、残りの分率は短鎖分岐(SCB)画分と言われる。というのは、それはポリマーに固有のほとんど全ての短鎖分岐を含有する画分を表すからである。この画分は低密度画分でもある。
(US4,798,081に記載され、かつ本明細書中においては「ATREF」と略される)分析温度上昇溶出分画解析においては、分析すべき組成物を適当な熱溶媒(例えば、1,2,4トリクロロベンゼン)に溶解させ、温度をゆっくりと低下させることによって不活性な支持体(例えば、ステンレス鋼ショット)を含有するカラム中で結晶化させる。カラムは赤外ディテクターおよび示差粘度計(DV)ディテクターの双方が備えられている。次いで、溶出溶媒(1,2,4−トリクロロベンゼン)の温度をゆっくりと上昇させることによりカラムから結晶化したポリマー試料を溶出させることによって、ATREF−DFクロマトグラム曲線を作成した。ATREF−DV方法は、その開示をここに引用して援用するWO99/14271にさらに詳細に記載されている。WO99/14271も多成分ポリマーブレンド組成物についての適当なデコンボルーション技術を記載する。ATREF曲線は、しばしば、短鎖分岐分布(SCBD)とも呼ばれている。というのは、溶出温度が低下するにつれて、コモノマー含有量は増大する点において、それは、どれくらい均一にコモノマー(例えば、ヘキサン)が試料全体に分布しているかを示すからである。屈折率ディテクターは、短鎖分布情報を提供し、および示差粘度計ディテクターは粘度平均分子量の見積もりを提供する。これまでの議論は、ここに引用して援用する、L. G. Hazlitt, J.Appl. Polym. Sci.: Appl. Poly. Symp., 45, 25-37 (1990)に見出すことができる。
膨潤
樹脂の膨潤は、230mmの所定の距離を移動するのに押し出されたポリマーストランドが必要とする時間として測定することよりなる、Dow Lab膨潤方法によって測定した。10 L/Dキャピラリーダイを備えたGottfert Rheograph 2003、12mmバレルを測定のために用いた。測定は、各々、190℃にて、2つの固定した剪断速度300s-1および1,000s-1で行った。樹脂がより膨潤すると、自由ストランド末端はよりゆっくりと移動し、230mmをカバーするのにより長い時間がかかる。膨潤はt300およびt1000(s)値として報告される。
レオロジー
試料をレオロジー測定用のディスクに圧縮成形した。該ディスクは、試料を0.071”(1.8mm)厚みのプラックにプレスすることによって調製し、引き続いて、1インチ(25.4mm)ディスクに切断した。圧縮成形手法は以下の通りであった:100psi(689kPa)における5分間の365°F(185℃);1500psi(10.3MPa)における3分間の365°F(185℃);27°F(15℃)/分での周囲温度(約23℃)への冷却。
樹脂のレオロジーはARES I(Advanced Rheometric Expansion System)レオメーターで測定した。ARESは歪制御レオメーターである。回転アクチュエーター(サーボモーター)は歪の形態で剪断変形を試料に適用する。応答において、試料はトルクを発生し、これはトランスデューサーによって測定される。歪およびトルクを用いて、動的機械的特性、例えば、弾性率および粘度を計算する。試料の粘弾性特性は、一定歪(5%)および温度(190℃)にて、設定された平行プレートを用い、変化させる周波数(0.01から500s-1)の関数として測定した。樹脂の貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)、tanデルタ、および複素粘度(イータ*)を、Rheometrics Orchestratorソフトウェア(v.6.5.8)を用いて決定した。
低剪断レオロジー的特徴付けは、25mm平行プレート固定物を用い、Rheometrics SR5000で応力制御モードにて行った。このタイプの幾何学はコーンおよびプレートにとって好ましい。なぜならば、それは試料負荷の間に最小の圧搾流を必要とするに過ぎず、従って、残留応力を低下させるからである。
曲げ弾性率およびセカント弾性係数特性
樹脂の剛性は、ASTM D 790−99方法Bによって、5%歪における曲げ弾性率、および1%および2%歪におけるセカント弾性係数を0.5インチ/分(13mm/分)のテストスピードで測定することによって特徴付けた。方法Cによって、約190℃における5分間の初期加熱時間および15℃/分の冷却速度にて、ASTM D−4703−00付属書類1に従って、検体を圧縮成形した。検体を、「触れると冷たい」と言うまで、継続して冷却しつつプレス中で45℃まで冷却した。
引張特性
降伏引張強度および破断伸度は、ASTM D−638−03に従って測定した。双方の測定は、23℃にて、方法Cにより、約190℃における5分間の初期加熱時間および15℃/分の冷却速度にて、ASTM D 4703−00付属書類A−1に従って圧縮成形された剛性IV型検体で行った。「触れると冷たい」と言うまで、検体は継続して冷却しつつプレス中で45℃まで冷却した。
環境ストレスクラック抵抗性(ESCR)
樹脂環境ストレスクラック抵抗性(ESCR)はASTM−D 1693−01方法Bによって測定した。検体は、ASTM D 4703−00付属書類Aに従い、方法Cによって、約190℃での5分間の初期加熱時間、および15℃/分の冷却速度にて成形した。検体を、「触れると冷たい」と言うまで、連続して冷却しつつ、プレス中で45℃まで冷却した。
このテストにおいて、クラッキングによる機械的失敗に対する樹脂の感受性は一定の応力条件下で、クラック加速剤、例えば、石鹸、湿潤剤等の存在下で測定する。測定は、50℃に維持した、100体積%Igepar CO−630(販売業者Rhone−Poulec,NJ)水溶液中で、切欠き検体で行った。10の検体を測定に従って評価した。樹脂のESCR値は、確率グラフからの計算された50%失敗時間であるF50として報告する。
衝撃強度
アイゾット衝撃強度(ft.lb/in)は、200インチ−ポンド能力振子を備えたTinius Olsenアイゾット手動衝撃デバイスを用い、ASTM D 256−03方法Aに従い、23℃および−40℃にて切欠き圧縮成形プラックにつき決定した。
アイゾット圧縮成形プラックは、方法Cによって、約190℃での5分間の初期加熱時間および15℃/分の冷却速度にて、ASTM D 4703−00付属書類Aに従って調製した。検体は、「触れると冷たい」と言うまで、連続して冷却しつつ、プレス中で約45℃まで冷却した。
HDPE衝撃特性改質
衝撃改質高密度ポリエチレン(HDPE)ブレンドを製造するのに用いた成分を表10にリストする。
Figure 2013523953
重合条件
本発明の試料および比較試料を製造するのに用いた重合プロセス条件を以下に記載する。
実施例A マルチブロックポリマー製造条件
連続溶液重合を、内部スターラーを備えたコンピュータ制御オートクレーブリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、2.70lbs/時間(1.22kg/時間)のエチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御用のジャケットおよび内部熱電対を備えた3.8Lリアクターに供給する。リアクターへの溶媒の供給は、マスフローコントローラーによって測定する。可変スピードダイヤフラムポンプは溶媒の流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒注入ラインおよびリアクターアジテーターのためにフラッシュ流動を供する。これらの流動はMiro−Motionマスフローメーターによって測定され、制御弁によって、またはニードル弁の手動調整によって制御される。残存する溶媒は1−オクテン、エチレンおよび水素(用いる場合)と合わせ、リアクターに供給される。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターに送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御される。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを用いて計量し、触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入する。激しく攪拌しつつ、リアクターを500psig(3.45MPa)にて液体満杯でランさせる。生成物はリアクターの頂部の出口ラインを通って取り出される。リアクターからの全ての出口ラインをスチームトレースし、および遮断する。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤と共に少量の水を出口ラインに加え、混合物をスタティックミキサーに通すことによって停止させる。次いで、脱揮発物前に熱交換器を通すことによって生成物の流れを加熱する。ポリマー生成物は、脱揮発物エクストルーダーおよび水冷ペレタイザーを用いる押出によって回収する。プロセスの詳細および結果は表11において以下に含める。
実施例B マルチブロックポリマー製造条件
連続溶液重合は、内部スターラーを備えたコンピュータ制御のよく混合されたリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、5.96lbs/時間(2.7kg/時間)のエチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御用のジャケットおよび内部熱電対を備えた5.0Lリアクターに供給する。リアクターへの溶媒の供給は、マスフローコントローラーによって測定する。可変スピードダイヤグラムポンプが溶媒流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒1注入ラインおよびリアクターアジテーターのためのフラッシュ流動を供する。これらの流動はMicro−Motionマスフローメーターによって測定され、および制御弁によって、またはニードル弁の手動調整によって制御される。残存する溶媒を1−オクテン、エチレン、および水素(用いる場合)と合わせ、リアクターに供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターに送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御される。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液はポンプおよびマスフローメーターを用いて計量し、触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入する。激しく攪拌しつつ、リアクターを406psig(2.8MPa)で液体満杯でランさせる。生成物はリアクターの頂部の出口ラインを通して排出する。リアクターからの全ての出口ラインはスチームトレースし、および遮断する。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤とともに少量の水を出口ラインに加え、混合物をスタティックミキサーに通すことによって停止させる。次いで、生成物の流れは熱交換器を通して加熱し、それを水冷する前に、直列で2つの脱揮発装置を通す。プロセスの詳細および結果は表11にて以下に含める。
Figure 2013523953
実施例Cおよび実施例Dは、もちろん、分子量および密度を調整し、USP5,272,236およびUSP5,278,272に従って製造する。
ブレンドの調製
一連の高密度ポリエチレンa)DMDF 6230+衝撃改質ポリマー(本発明のポリマーまたは比較ポリマー)ブレンドおよびb)DMDH 6400+衝撃改質ポリマー(本発明のポリマーまたは比較ポリマー)ブレンドは、種々の濃度の2つの成分を溶融ブレンドすることによって調製される(表12)。比較目的で、HDPE試料を、衝撃改質HDPEブレンド試料と同一の熱的押出履歴に付す。ブレンド中の比較ポリマーの濃度を調整して、本発明のHDPEブレンドと同一の全ブレンド密度を生じさせる。
ブレンドを処理するに先立ち、粉末化抗酸化剤パッケージを、シールされたバッグ中の2つの成分を物理的混合物に加える。該パッケージは200ppm IRGNOX1010および400ppm IRGAFOS168よりなる。物理的ポリマーブレンドを回転ドラムにかけて、抗酸化剤を樹脂試料全体に分散させる。各物理的ブレンドに窒素をパージして、いずれの残存する酸素もバッグから除去するのを助ける。
Figure 2013523953
物理的ポリマーブレンド+添加剤パッケージの組み合わせを、Leistritz 18mm二軸式エクストルーダー(L/D=30)、長いピッチの粉末スクリューを備えたK−TRON K2VT20二軸式オーガーフィーダー、2つの冷蔵水循環浴クエンチタンク、およびBerlyn PELL−2 4ブレードストランドチョッパーを備えたHaakeシステムで処理する。水サーキュレーターをエクストルーダーの供給スロートのジャケットに結合させ、および20℃に設定して、ポリマーが溶融し、および供給スロートを埋めるのを防ぐ。エクストルーダー温度ゾーンを150、180、200、215および215℃に設定する。エクストルーダーダイを215℃に設定する。押出に先立ち、窒素ラインを備えた蓋を供給ホッパーの頂部に置く。フィーダー排出からエクストルーダー供給スロートコーンまでの移行領域を重いアルミニウムホイルでシールする。エクストルーダーを予備加熱し、キャリブレートし、窒素をシステム全体を流して空運転して、それを酸素でパージする。
物理的ポリマー/抗酸化剤ブレンドを、所定の位置に窒素供給蓋を備えたエクストルーダー供給ホッパーに入れる。物理的ブレンドをエクストルーダーに供給し、溶融ブレンドし、および押し出す。押出物を2つのクエンチタンクに通して、溶融体をポリマーストランドに固化させる。ストランドをエアーナイフに通して、水を除去し、引き続いて、Berlynストランドチョッパーによって切り刻んでペレットとする。ペレットを排出シュートから標識されたバッグに収集する。
ブレンドの密度は関係:
Figure 2013523953
(式中、ρbはブレンドの密度であり、w1はブレンド成分1の重量分率であり、ρ1は成分1の密度であって、ρ2はブレンド成分2の密度である。)
を用いて計算する。
HDPEブレンド特性
正味のHDPE DMDH6400ポリマーおよびブレンド試料を種々の分析方法によって特徴付ける。
HDPE DMDH6400およびDMDH6400+本発明の衝撃改質マルチブロックポリマー実施例AのブレンドのDSC重ね合わせを図8に示す。単一のDSCピークが観察され、2つの成分の混和性を示す。GPCによって特徴付けた分子量分布を図9に示す。溶融強度比較を図10に示す。
測定された特性を表13にリストする。
Figure 2013523953
本発明の試料および比較試料のDSC比較を図11に示し、およびATREF比較を図12に示す。
本発明のブレンドおよび比較ブレンドの機械的(剛性−靭性)特性を表14にリストする。
Figure 2013523953
本発明のマルチブロックポリマー実施例Aの濃度の、HD2ブレンドシリーズにおいて0wt%から10wt%へ増加させるのは、ブレンド衝撃および環境ストレスクラック抵抗性特性を徐々に改良することによって達成される(表14)。密度および曲げ弾性率によって特徴付けられるブレンドの剛性は基本的に変化しない。しかしながら、実施例Aポリマーの濃度を20%まで増加させるに際し、室温での20%の有意な改良、およびブレンド(本発明のブレンドHD2A3I)の低温アイゾット衝撃性能が観察される(表14)。(DMDH6400 HD2+実施例A)ブレンド性能を(DNDH6400 HD2+実施例C)ポリマーブレンドのそれと比較した。変数を最小化するために、同様な全密度およびメルトインデックスのブレンドの間で比較を行う。DMDH6400 HD2+実施例Aのブレンドは、DMDH 6400 HD2+実施例Cブレンドと比較して剛性および衝撃特性の優れたバランスを示す。引張特性もまた優れている(表14)。第二の本発明のブレンドシリーズ、(DMDH6400 HD2+実施例B)ブレンドもまた曲げ弾性率および衝撃抵抗性の良好なバランスを有する(表14)。この場合、性能は比較ブレンドのそれと同様である。
TPO衝撃特性改質
調合された試料を調製するのに用いた原料を表15に示す。材料は、ICP衝撃コポリマーポリプロピレン試料を除いて通常受け入れられている条件で用いた。この試料を使用に先立って粉砕した。
Figure 2013523953
重合条件
マルチブロックオクテンコポリマー実施例Eは、直ぐ以下に記載されたプロセスを用いて製造した。
連続溶液重合は、内部スターラーを備えたコンピュータ制御オートクレーブリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、2.70lbs/時間(1.22kg/時間)のエチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を、温度制御のためのジャケットおよび内部熱電対を備えた3.8Lリアクターに供給する。リアクターへの溶媒供給は、マスフローコントローラーによって測定する。可変スピードダイヤフラムポンプは、溶媒の流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒注入ラインおよびリアクターアジテーターのためのフラッシュ流動を供する。これらの流動はMicro−Motionマスフローメーターによって測定し、および制御弁によって、またはニードル弁の手動調整によって制御する。残存する溶媒を1−オクテン、エチレン、および水素(用いる場合)と合わせ、およびリアクターに供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターに送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御する。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターによって計量し、触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入される。激しく攪拌しつつ、リアクターを500psig(3.45MPa)にて液体満杯でランさせる。生成物をリアクターの頂部の出口ラインを通して取り出す。リアクターからの全ての出口ラインをスチームトレースし、および遮断する。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤とともに少量の水を出口ラインに加え、混合物をスタティックミキサーに通すことによって停止させる。次いで、脱揮発物前に、熱交換器を通すことによって生成物の流れを加熱する。ポリマー生成物は脱揮発物エクストルーダーおよび水冷ペレタイザーを用いる押出によって回収する。
マルチブロックブテンコポリマー実施例Fは、直ぐ以下に記載したプロセスを用いて製造した。
連続溶液重合は、内部スターラーを備えたコンピュータ制御のよく混合されたリアクター中で行う。精製された混合アルカン溶媒(ExxonMobil Chemical Companyから入手可能なISOPAR(商標)E)、5.96lbs/時間(2.7kg/時間)のエチレン、1−ブテン、および水素(用いる場合)を、温度制御のためのジャケットおよび内部熱電対を備えた5.0Lリアクターに供給する。リアクターへの溶媒の供給は、マスフローコントローラーによって測定する。可変スピードダイヤグラムポンプは溶媒の流速およびリアクターへの圧力を制御する。ポンプの排出時に、副流を採取して、触媒および共触媒1注入ラインおよびリアクターアジテーターのためにフラッシュ流動を供する。これらの流動はMicro−Motionマスフローメーターによって測定し、および制御弁によって、またはニードル弁の手動調整によって制御する。残存する溶媒を1−オクテン、エチレン、および水素(用いる場合)と合わせ、およびリアクターに供給する。マスフローコントローラーを用いて、必要に応じ、水素をリアクターに送達する。溶媒/モノマー溶液の温度は、リアクターに入る前に、熱交換器の使用によって制御する。この流れはリアクターの底に入る。触媒成分溶液は、ポンプおよびマスフローメーターを用いて計量し、および触媒フラッシュ溶媒と合わせ、およびリアクターの底に導入される。激しく攪拌しつつ、リアクターは406psig(2.8MPa)にて液体満杯でランさせる。生成物はリアクターの頂部の出口ラインを通って取り出される。リアクターからの全ての出口ラインはスチームトレースし、および遮断される。重合は、いずれかの安定化剤または他の添加剤と共に少量の水を出口ラインに加え、および混合物をスタティックミキサーに通すことによって停止させる。次いで、生成物蒸気を、熱交換器を通して加熱し、およびそれが水冷される前に、直列の2つの脱揮発装置を通す。
調合条件
全ての試料は、スクリューデザインZSK30−0097を備えた30−mm W&P共回転二軸式エクストルーダーを用いて調合する。押出の間に真空を用いた(18から20インチのHg)。回転ドラムにかけてブレンドされた試料をエクストルーダーの供給スロートに供給した。調合条件は表16に示す。80%程度のトルクを維持するための速度で試料を供給するのが望まれた。エクストルーダー条件もまた調整して、ストランドの落下を排除した。
Figure 2013523953
試料は90トンのToyo成形機中で射出成形した。
型:1つのキャビティ非換気ASTM 1/8”T−バールおよび1つのキャビティ非−換気ASTM 4”×1/8”ディスク
成形条件:
バレル温度:400°F
型温度:140°F
充填時間:1.6秒
パッキング圧力:700psi
保持時間:25秒
冷却時間:25秒
テスト方法:
アイゾット−ASTM D256
曲げ特性−ASTM D790、2mm/分
引張特性−ASTM D638、50mm/分
試料特性
本発明のブレンド試料ICP−EIおよびRCP−FI、および比較試料ICP−GCの切欠きアイゾット衝撃強度−温度依存性を表17に示し、および図13にプロットする。
Figure 2013523953
本発明の実施例は、比較例よりも高い低温靭性を示す。
材料の延性は、しばしば、それ未満では材料が脆くて失敗する温度と定義される脆性−延性転移温度換算で測定される。この比較では、延性−脆性転移温度は、切欠きアイゾット衝撃強度が約6ft−lb/inに到達する温度と定義される。図13は、本発明の実施例(ICP−FIについては−20°F;ICP−EIについては−30°F)は、比較例(ICP−GCについては−10°F)よりも低い延性−脆性転移温度を示す。全ての3つの例の弾性率が同様であると仮定すれば、より少量の本発明の改質剤を調合物に加えて、弾性率または剛性を増加させることができることになる。得られたブレンドは、依然として、比較例として同様な低温靭性を有するはずである。これらのデータは、本発明のポリマーで改質されたブレンドが、比較改質剤で改質されたものよりも良好な剛性−靭性バランスを有するであろうことを示す。
OBC77およびREOCを用いるさらなるブレンド
以下のポリマーを種々のブレンド組成物で使用した。
本発明の実施例OBC77は、77wt%の複合1−オクテン含有量、0.854g/ccの複合密度、105℃のDSCピーク融点、6.8wt%のDSC測定に基づくハードセグメントレベル、73℃のATREF結晶化温度、0.915g/ccのハードセグメント密度、0.851g/ccのソフトセグメント密度、188,254ダルトンの数平均分子量、329,600ダルトンの重量平均分子量、190℃におけるメルトインデックス、1.0dg/分の2.16Kおよび190℃におけるメルトインデックス、37.0dg/分の10Kgを有するエチレン/1−オクテンオレフィンブロックコポリマー(OBC)である。
比較例REOCは、0.87g/ccの密度、38wt%の1−オクテン含有量、59.7℃のピーク融点、59,000ダルトンの数平均分子量、121,300ダルトンの重量平均分子量、190℃における1.0dg/分のメルトインデックス、190℃における2.16Kgおよびメルトインデックス、7.5dg/分の10Kgを有するランダムエチレン/1−オクテンコポリマー(REOC)である。該製品は商品名ENGAGE(登録商標)8100下でThe Dow Chemical Companyから商業的に入手可能である。
前記ポリマーを、230℃におけるメルトフローインデックス、2.0dg/分の2.16Kg、および0.9g/ccの密度を有するポリプロピレンホモポリマー(PPH)と溶融混合した。該製品はDow Polyprolene H110−02Nの商品名下で商業的に入手可能である。全てのブレンドについては、商品名Irganox B215下で入手可能な、フェノール性/ホスファイト抗酸化剤の1:1ブレンドの100合計ポリマー当たり0.2部を熱安定性のために加えた。この添加剤は表IにおいてAOと命名される。
以下の混合手法を用いた。ローラーブレードを嵌合させた69cc容量Haakeバッチ混合ボールを全てのゾーンについて200℃まで加熱した。混合ボールのロータースピードを30rpmにセットし、およびPPHを充填し、一分間還流させ、次いで、AOを充填し、さらに2分間還流した。次いで、混合ボールに本発明の実施例OBC77、比較例REOC、または本発明の実施例OBC77および比較例REOCの1:1ブレンドいずれかを充填した。エラストマーを加えた後、混合ボールのロータースピードを60rpmまで増加させ、さらに3分間混合した。次いで、混合物を混合ボールから除去し、金属プラテンの間に挟んだMylarシートの間にプレスし、20kpsiの圧力にて15℃に冷却するよう設定されたCarver圧縮成形マシーン中で圧縮した。次いで、冷却された混合物を、圧縮成形を介して、2インチ×2インチ×0.06インチプラックに190℃にて3分間、3分間の2kpsi圧力、3分間の190℃、20kpsi圧力、次いで3分間の15℃、20kpsiでの冷却で圧縮成形した。前記した手法の下で調製した混合物を以下の表18にリストする。
Figure 2013523953
圧縮成形されたプラックを、セクションがコアに集めることができるようにトリミングした。トリミングされたプラックを、−60℃でブロックからセクションを除去して、エラストマー相のスミアリングを妨げることによって、染色に先立って低温研磨した。低温研磨したブロックを2%四酸化ルテニウム水溶液の気相で周囲温度にて3時間染色した。染色溶液は、0.2gmの塩化ルテニウム(III)水和物(RuCl3×H2O)を、スクリュー蓋を備えたガラス瓶に秤量し、次いで、10mlの5.25%次亜塩素酸ナトリウム水溶液をジャーに加えることによって調製した。両面テープを有するガラススライドを用い、試料をガラスに入れた。スライドを瓶に入れて、ブロックを染色溶液上方約1インチに吊り下げた。厚みがほぼ100ナノメートルのセクションを、Leica EM UC6ミクロトーム上のダイアモンドナイフを用いて周囲温度で集め、観察のために400メッシュのバージンTEMグリッド上に置いた。
明視野像を、100kV加速電圧で作動するJEOL JEM1230に集め、Gatan791およびGatan794デジタルカメラを用いて集めた。該像をAdobe Photoshop7.0を用いて後加工した。
図14、15および16は、各々、前記混合物1、2および混合物3の透過型電子顕微鏡写真である。暗い領域はRuCl3XH2O染色エチレン/1−オクテンポリマーである。分かるように、本発明の実施例OBC77を含有する領域は比較例REOCよりもかなり小さい。本発明の実施例OBC77についての領域サイズは<0.1から2μmの範囲であり、他方、比較例REOCについての領域サイズは約0.2μmから5μmを超える範囲である。混合物3は本発明のOBC77および比較例REOCの1:1ブレンドを含有する。混合物3のドメインサイズは混合物2についてのものよりもかなり小さく、本発明の実施例OBC77は、比較例REOCとPPHとの混和性を改良していることを示すことに留意されたい。
混合物1、2および3の像解析は、5kX TEM像についてのLeica Qwin Pro V2.4ソフトウェアを用いて行った。像解析について選択した倍率は、解析すべき粒子の数およびサイズに依存した。二元像発生を可能とするために、TEMプリントからのエラストマー粒子の手動追跡を、黒色Sharpieマーカーを用いて行った。追跡したTEM像は、Hewlett Packard Scan Jet 4cを用いて操作して、デジタル像を生じさせた。デジタル像は、Leica Qwin Pro V2.4プログラムに取り込み、灰色レベル閾値が注目する特徴を含むように設定することによって二元像に変換した。一旦二元像が生じれば、他の処理ツールを用いて、像解析に先立って像を編集した。これらの特徴のいくつかは、エッジ特徴の除去、許容または排斥特徴、および分離を必要とした特徴の手動によるカットを含んだ。一旦像中の粒子を測定すれば、サイジングデータをスプレッドシートに取り出し、それを用いて、ゴム粒子についてのビン範囲を作成した。サイジングデータを適当なビン範囲に入れ、粒子の長さ(最大粒子長さ)−対−パーセント頻度のヒストグラムを作成した。報告したパラメーターは、最小、最大、平均粒子サイズおよび標準偏差であった。以下の表19は、混合物ドメインサイズの像分析の結果を示す。
Figure 2013523953
結果は、混合物1および2の双方が、有意により低い平均エラストマー領域サイズおよびより狭い領域サイズ分布を呈したことを明瞭に示した。本発明の実施例1からの有利な界面効果が、混合物3中の比較例Aとの1:1ブレンドとして明瞭に見ることができる。得られた領域平均粒子サイズおよび範囲は、エラストマー成分として本発明の実施例1のみを含有する混合物1とほとんど同一である。
本発明の実施例OBC77の製法
前記した混合物で用いるOBC77の製法は以下の通りである:単一の1ガロンのオートクレーブで連続的に攪拌したタンクリアクター(CSTR)を実験で使用した。リアクターは、底部に、および頂部からのプロセス流にて約540psigにて液体満杯でランさせた。リアクターを油ジャケットに付して、反応熱のいくらかを除去するのを助ける。主な温度制御は、溶媒/エチレン添加ラインにある2つの熱交換器によって達成される。ISOPAR(登録商標)E、水素、エチレンおよび1−オクテンを制御された供給速度でリアクターに供給した。
触媒成分を、空気を含まないグローブボックス中で希釈した。2つの触媒を、所望の比率にて、異なる保持タンクから個々に供給した。触媒供給ラインが詰まるのを回避するために、触媒および共触媒ラインを分離し、別々にリアクターに供給した。共触媒を、リアクターに入れる前に、ジエチル亜鉛可逆的連鎖移動剤と混合した。
主生成物を、生成物試料がメルトインデックスまたは密度の実質的変化を示さなくなって数時間後に、安定なリアクター条件下で集めた。生成物をIRGANOX(登録商標)1010、IRGANOX(登録商標)1076およびIRGAFOS(登録商標)176の混合物で安定化した。重合条件および生成物のポリマー特性を以下の表20にまとめる。
Figure 2013523953
触媒A1およびA2についての構造を以下に示す。
Figure 2013523953
無水マレイン酸改質ポリマーの実施例
その各々をここに引用して援用する、2004年3月17日に出願された米国仮出願第60/533,906号に対する優先権を主張する、2005年3月17日に出願されたPCT出願番号PCT/US2005/008917に記載されているように、エチレン−オクテンマルチブロックインターポリマーのベースポリマーをまず調製した。比較ベースポリマーは、The Dow Chemical Companyによって名称AFFINITY(登録商標)下で販売されたもののような拘束化幾何触媒を用いて調製されたランダムエチレン−オクテンコポリマーである。ベースポリマーの特性を以下の表21にリストする。
Figure 2013523953
マルチブロックR21およびマルチブロックR22連続溶液重合、触媒A1/B2+DEZ
連続溶液重合は、コンピュータ制御されたよく混合されたリアクター中で行った。精製された混合アルカン溶媒(Exxon Mobil,Inc.から入手可能なISOPAR(商標)E)、エチレン、1−オクテン、および水素(用いる場合)を合わせ、102Lのリアクターに供給した。リアクターへの供給はマスフローコントローラーによって測定した。供給流の温度は、リアクターに入る前に、グリコールで冷却した熱交換器の使用によって制御した。触媒成分の溶液はポンプおよびマスフローメーターを用いて計量した。リアクターはほぼ550psig圧力にて液体満杯で稼働させた。リアクターから排出させる際に、水および添加剤をポリマー溶液に注入した。水は触媒を加水分解し、および重合反応を停止させる。次いで、ポストリアクター溶液を2段階脱揮発物のために調製中に加熱した。溶媒および未反応モノマーを脱揮発物プロセスの間に除去した。ポリマー溶融体を、水面下でのペレットカッティングのためにポンプでダイまで送液した。プロセス条件を以下の表22にまとめる。
Figure 2013523953
溶融マレエーション−二軸式エクストルーダーにおけるオレフィンインターポリマーへのMAHグラフト化
MAH−グラフト化樹脂は、二軸式エクストルーダーを用いて連続反応押出プロセスで調製した。この目的で用いた樹脂は、先に述べたように、AFFINITY(登録商標)KC8852、AFFINITY(登録商標)EG8200、マルチブロックR21、およびマルチブロックR22であった。装置は、長さ−対−直径比率が35.67である30mmZSK−30エクストルーダーであった。エクストルーダーにおける温度設定点は235℃であった。スクリュー回転速度は300RPMであった。樹脂ペレットを10lb/時間の速度でエクストルーダーに供給した。ペルオキシド開始剤は2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサンであった。ほぼ1.24wt%ペルオキシド、49.38wt%MAH、および49.38wt%メチルエチルケトンを含有する溶液をほぼ6.17g/分の速度でエクストルーダーに供給した。この添加速度は、樹脂の質量に基づいて、4wt%MAHおよび1000ppmペルオキシドの添加に相当するものであった。真空ポートをエクストルーダーの末端に装備して、メチルエチルケトンおよび過剰の未グラフト化でMAHを除去した。グラフト化樹脂をエクストルーダーから排出させ、ペレット化し、収集した。
ほぼ2.5gの各グラフト化樹脂を100mLの沸騰キシレンに溶解させ、次いで、溶液を5容量のアセトンに注ぐことによって沈澱させた。固形物を収集し、乾燥し、および滴定して、グラフト化MAHのレベルを決定した。EO870樹脂は1.85wt%のグラフト化MAHを含有するものであった。EO875樹脂は1.85wt%のグラフト化MAHを含有するものであった。マルチブロックR21樹脂は1.80wt%グラフト化MAHを含有するものであった。マルチブロックR22樹脂は1.49wt%MAHを含有するものであった。グラフト化樹脂を以下に議論するようにポリアミド樹脂とブレンドした。
MAH−グラフト化樹脂/ポリアミドブレンド
MAH−グラフト化樹脂
MAH−グラフト化樹脂についてのメルトインデックスデータを以下の表23に示す。
Figure 2013523953
ブレンド:代表的な手法
ほぼ454グラムの無水マレイン酸グラフト化樹脂(MAH−g−EO870、MAH−g−875、MAH−g−マルチブロックR22またはMAH−g−マルチブロックR21)を、1時間当たり2724グラムの瞬間速度にて双方の樹脂を25mmHaake二軸式エクストルーダーに供給することによって1816グラムのポリアミド(Ultramide(登録商標)B−3、BASFから入手可能)とペレットブレンドした。エクストルーダーの温度プロフィールは一定の250℃であった。収集された試料を引き続いて射出成形して、アイゾットおよび曲げ弾性率テストのためのASTMテストバーを得た。機械的テストデータを以下の表24にまとめる。
Figure 2013523953
より低い粘度のマルチブロック樹脂は、より高い粘度の比較樹脂と比べて、匹敵するかまたはさらに良好な機械的特性を有する。
樹脂を射出成形プラックとし、衝撃特性についてテストした。結果を以下の表25に示す。
Figure 2013523953
注:本発明のポリマー(ラン番号3および4)は、比較試料(ラン番号1および2)に対して低温にて有意により高い衝撃抵抗性を有する。試料番号3は、高い弾性率および高い衝撃の間の良好なバランスを有する。この改良された衝撃は、室温および低温の双方に示される。テストピースは射出成形されたプラックであり、ASTM D3763(射出成形のパート)に概説された手法を用いてテストを完了した。曲げ弾性率はASTM D−790に従って行い、およびアイゾット衝撃はD−256に従って行った。
実施例20から21および比較例LからM
実施例20および21ならびに比較例LからMのエチレン−α−オレフィンインターポリマーは、前記した実施例19AないしIならびに実施例R21およびR22と実質的には同様に製造する。
実施例20から21および比較例LからMのソフトセグメントおよびハードセグメントのレベル、ならびに実施例20から21および比較例LからMのソフトセグメントのオクテン含有量は、以下の工程に従い、13C NMRによって決定する。0.025Mのトリス(アセチルアセトナト)クロム(III)、すなわち、Cr(AcAc)3を含有する、パラジクロロベンゼン−d4(PDCB−d4)およびo−ジクロロベンゼン(ODCB)の5:95(重量:重量)の溶媒混合物に、窒素流を試料に通気させることによって、または試料を窒素乾燥ボックスに約40分間入れて、溶存酸素に置き換えることによって、窒素でパージする。ポリマー試料は、0.25グラムのポリマーを3.75グラムの溶媒中に加え、注意深く均一な溶液を確実とすることによって、6wt%溶液として調製する。MMRデータは、VARIAN(商標)またはBRUKER(商標)から得ることができる400MHz NMR分光計を用いて獲得される。全ての測定を、ロックモードで非回転試料で行う。データ獲得に先立ち、試料を水平にして、磁場を最適化する。CH2骨格ピークを用いて、機器の設定の品質を評価する。13C NMR化学シフトは30.00ppmにおいてメチレン−(CH2)−基を内部参照する。予め規定された積分の範囲を適用して、積分のリストを作成する。オクテン反復ユニット上の、またはその近くの炭素についての積分を、種々のオクテンレベルにてエチレン/1−オクテンコポリマーのスペクトルのライブラリーにマッチさせる。該マッチは、ソフトセグメント中のオクテンレベルを提供した。ハードセグメントについてのオクテンレベルはソフトセグメントから計算される。ポリマーの硬度(ショアーA)はASTM D1240に従って測定する。100%伸度における弾性率はASTM D638に従って測定する。I2メルトインデックスは、ASTM D1238に従って測定する。実施例20から21および比較例LからMの特性を以下の表26に示す。
Figure 2013523953
ブロッキングテスト
具体的なブロッキングテストは、実施例20から21および比較例LからMについて行って、それらの抗マッシング挙動を評価する。ブロッキングテストは以下の手法に従って行って、既知の応力レベルおよび温度にて所定の持続の間強化したペレット質量の強度を測定する。ホースクランプによって一緒に保持された2つの半体よりなる2インチ直径を持つシリンダーを用いる。該シリンダーの内部表面をステアリン酸カルシウムでコーティングする。過剰なステアリン酸カルシウムダストを、エアブラシを用いて除去する。60から150グラムの量のペレットをシリンダーに注ぐ。シリンダーの側壁を負荷の間軽く叩いて、固形物を沈降させる。2インチのTEFLON(登録商標)円形シートをシリンダー中の固形分の頂部において、おもりへの固着を妨げる。テスト負荷、温度およびテストの持続を設定して、比較的粗い輸送または貯蔵条件をシミュレートする。おもりをシート上に置き、およびシリンダーを37℃にて所定の間隔でオーブンに入れる。6ポンド負荷を用いて、275lbf/ft2の圧力をシミュレートする。テスト間隔の後、次いで、負荷を取り除き、およびシリンダーを周囲条件で少なくとも12時間冷却する。次いで、試料をシリンダーから取り出す。降伏強度は、圧縮モードのINSTRON(登録商標)引っ張りテストマシーンを用いて測定する。
実施例20から21および比較例LからMについてのブロッキングテストの結果を以下に表27に示す。
Figure 2013523953
表27に示されるように、実施例20から21は、それらを分離する力の必要性無くして自由流動ペレット挙動を示した。分離助剤は用いなかった。
実施例22から23および比較例NからO
実施例22から23および比較例NからOは、以下の表28にリストされた調合に従って製造される。INNOVEVE(登録商標)H352−02は、35溶融流動高アイソタクチック含有量を持つポリプロピレンホモポリマーである。実施例20から21および比較例LからMは衝撃改質ポリマーとして用いられる。ポリマーの重量パーセントは、実施例22から23および比較例NからOの各々の衝撃改質ポリマーに対するポリプロピレンの体積比率が約65:35のままになるように調整する。JETFILL(登録商標)700Cは微粒子の圧縮タルクである。IRGANOX(登録商標)B−225はフェノール性の一次抗酸化剤およびリン酸の二次抗酸化剤のブレンド(1:1比率)である。実施例22から23および比較例NからOは以下の工程に従って調製される。熱可塑性オレフィン/タルクスクリュー設計を持つCOPERION(登録商標)ZSK−25二軸式エクストルーダーを用いて、成分を調合する。ポリプロプレピンおよび他のブレンド成分を、個々の消費/秤量フィーダーを用いてエクストルーダーに供給する。タルクは、エクストルーダーバレルの第三ゾーンに導入されているサイドアームフィーダーを通じて供給される。約18から20インチの水銀の真空を、タルク混合に続いくエクストルーダーで用いる。実施例22から23および比較例NからOは、ARBURG(商標)370Cの80トンの射出成形機(Arburg Incorporation,Lossburg,ドイツ国から得ることができる)を用いてFamily ASTMダイに射出成形する。
Figure 2013523953
計装化落槍(ダート)衝撃試験
実施例22から23および比較例NからOは、少なくともテストの数日間、室温にて実験室でコンディショニングする。実施例22から23および比較例NからOの各々の検体を3インチの直径、および0.125インチの厚みの大きさとする。10の検体を各実施例でテストする。計装化落槍衝撃試験は、ASTM D3763に従って実行される。計装化落槍衝撃の結果を以下の表29に示す。
Figure 2013523953
表29で分かるように、実施例22から23および比較例NからOの全ては、延性衝撃挙動を示す。加えて、各々、実施例20および21を含有する実施例22および23はそれぞれ低ペレットブロッキング特性および良好な熱可塑性オレフィン衝撃効率の望ましい組み合わせを保有する。
本発明を限定された数の実施形態に関して記載してきたが、1つの実施形態の具体的な特徴を本発明の他の実施形態に帰属させるべきではない。単一の実施形態は本発明の全ての態様の代表ではない。いくつかの実施形態において、組成物または方法は本明細書中で述べられていない多数の化合物または工程を含むことができる。他の実施形態において、組成物または方法は、本明細書中で挙げられていないいずれの化合物または工程も含まず、または実質的に含まない。記載された実施形態に由来するバリエーションおよび改変物が存在する。最後に、本明細書中に開示されたいずれの数字も、用語「約」または「ほぼ」が数を記載するにおいて用いられているかを問わず、近似を意味すると解釈されるべきである。添付の特許請求の範囲は、本発明の範囲内に入る全ての改変物およびバリエーションをカバーすることを意味する。

Claims (15)

  1. A)熱可塑性ポリマー組成物;および
    B)衝撃改質量のハードセグメントおよびソフトセグメントを含むマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマー
    を含み、
    ここで、ハードセグメントの量は前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて少なくとも30重量パーセントであり、前記マルチブロックエチレン/α−オレフィン共重合体は:
    (a)約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)および密度d(g/cm3)を有し、Tmおよびdの数値は関係:
    Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
    に対応する;あるいは
    (b)約1.7から約3.5のMw/Mnを有し、融解熱ΔH(J/g)および最も高いDSCピークおよび最も高いCRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、ΔTおよびΔHの数値は以下の関係:
    ΔT>−0.1299(ΔTH)+62.81(ゼロよりも大きくて、130J/gまでのΔHについて)
    ΔT≧48℃(130J/gよりも大きなΔHについて)
    を有し、ここで、CRYSTAFピークは少なくとも5パーセントの累積ポリマーを用いて決定され、5パーセント未満のポリマーが同定可能なCRYSTAFピークを有する場合CRYSTAF温度は30℃である;あるいは
    (c)マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定して、300パーセント歪および1サイクルにおいて弾性回復率Re(%)によって特徴付けられ、密度d(g/cm3)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが実質的に架橋相を含まない場合Reおよびdの数値は以下の関係:
    Re>1481−1629(d)
    を満たす;あるいは
    (d)TREFを用いて分画した場合に40℃と130℃との間に溶出する分子画分を有し、これは、前記画分が同一温度の間に溶出する比較のランダムエチレンインターポリマー画分のコモノマー含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、ここで、前記比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを有し、かつマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーのものから10パーセント以内のメルトインデックス、密度、コモノマーモル含量(全ポリマーに基づく)を有する;あるいは
    (e)TREFを用いて分画した場合、40℃と130℃との間に溶出する少なくとも1つの分子画分を有し、これは、前記画分が少なくとも0.5であって約1までのブロックインデックスを有することを特徴とする;あるいは
    (f)ゼロよりも大きくかつ約1.0までの平均ブロックインデックス、および約1.3よりも大きな分子量分布Mw/Mnを有する;あるいは
    (g)25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)および100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、G’(25℃):G’(100℃)の比が約1:1から9:1の範囲であることを特徴とする、衝撃改質組成物。
  2. ハードセグメントの量が、前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて約35重量パーセントから約80重量パーセントである、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  3. 前記熱可塑性ポリマー組成物がポリウレタン、ポリ塩化ビニル、スチレン、水素化スチレン、ポリノルボルネン、ポリエチレン−コ−ノルボルネン、1またはそれ以上の予めグラフト化された官能性モノマーを有するポリ−4−メチル−ペンテン、ポリオレフィン、ポリカーボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリアミド、ポリアセタール、およびポリスルホンからなる群より選択される1またはそれ以上のポリマーを含む、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  4. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが約1.7から約3.5のMw/Mn、少なくとも1つの融点Tm(℃)、および密度d(g/cm3)を有し、Tmおよびdの数値は関係:
    m>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
    に対応する、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  5. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが約1.7から約3.5のMw/Mnを有し、融解熱ΔH(J/g)、および最も高いDSCピークおよび最も高いCRYSTAFピークの間の温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、ΔTおよびΔHの数値が以下の関係:
    ΔT>−0.1299(ΔH)+62.81(ゼロを超え、かつ130J/gまでのΔHについて)
    ΔT≧48℃(130J/gよりも大きなΔHについて)
    を有し、CRYSTAFピークは累積ポリマーの少なくとも5パーセントを用いて決定され、および前記ポリマーの5パーセント未満が同定可能なCRYSTAFピークを有する場合CRYSTAF温度が30℃である、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  6. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーがマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムで測定した300パーセント歪および1サイクルにおける弾性回復率Re(%)によって特徴付けられ、および密度d(g/cm3)を有し、Reおよびdの数値は、エチレン/α−オレフィンインターポリマーが実質的に架橋相を含まない場合、以下の関係:
    Re>1481−1629(d)
    を満たす、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  7. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが、TREFを用いて分画した場合に、40℃および130℃の間に溶出する分子画分を有し、これは、前記画分が同一温度の間で溶出する比較のランダムエチレンインターポリマー画分のコモノマーモル含量よりも少なくとも5パーセント高いコモノマーモル含量を有することを特徴とし、ここで、前記比較のランダムエチレンインターポリマーは同一のコモノマーを有し、かつ前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーのものから10パーセント以内であるメルトインデックス、密度およびコモノマーモル含量(全ポリマーに基づいた)を有する、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  8. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが、TREFを用いて分画した場合、40℃および130℃の間に溶出する少なくとも1つの分子画分を有し、これは、前記画分が少なくとも0.5であって約1までのブロックインデックスを有することを特徴とする、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  9. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが、ゼロを超えかつ約1.0までの平均ブロックインデックス、および約1.3を超える分子量分布Mw/Mnを有する、請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  10. 前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーが、25℃における貯蔵弾性率G’(25℃)、および100℃における貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、ここで、G’(25℃):G’(100℃)の比率が約1:1から約9:1の範囲にある請求項1に記載の衝撃改質組成物。
  11. 請求項1に記載の衝撃改質組成物を含む二次加工品。
  12. A)プロピレンポリマー;および
    B)ハードセグメントおよびソフトセグメントを含む衝撃改質量のマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマー
    を含み、
    ここで、前記ハードセグメントの量は前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて少なくとも30重量パーセントであり、前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーはゼロを超えかつ約1.0までの平均ブロックインデックス、および約1.3を超える分子量分布Mw/Mnを有することを特徴とする、衝撃改質組成物。
  13. 前記ハードセグメントの量が前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて約35重量パーセントから約80重量パーセントである、請求項12に記載の衝撃改質組成物。
  14. A)高密度ポリエチレン;および
    B)ハードセグメントおよびソフトセグメントを含む衝撃改質量のマルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマー
    を含み、
    ここで、前記ハードセグメントの量は前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて少なくとも30重量パーセントであり、前記マルチ−ブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーはゼロを超え、かつ約1.0までの平均ブロックインデックス、および約1.3を超える分子量分布Mw/Mnを有することを特徴とする、衝撃改質組成物。
  15. 前記ハードセグメントの量が前記マルチブロックエチレン/α−オレフィンインターポリマーの全重量に基づいて約35重量パーセントから約80重量パーセントである、請求項14に記載の衝撃改質組成物。
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