JP2014505778A - フィルムおよびシートに有用なエラストマー配合物 - Google Patents

フィルムおよびシートに有用なエラストマー配合物 Download PDF

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Abstract

薄いフィルムおよびシートを形成するのに有用なエラストマー組成物およびその製造方法であって、90,000〜100,000の数平均分子量を有する水素化SEEPS55〜60%と、ポリスチレン7〜12%と、油15〜30%と、水素化脂肪族炭化水素樹脂5〜20%とを含む、エラストマー組成物およびその製造方法。

Description

[発明の背景]
[分野]
本出願は、薄いフィルムおよびシートでの使用に適したエラストマー配合物に関する。
関連技術の説明
エラストマー材料は、おむつの分野などを含めた様々な分野において長く使用されてきた。おむつの分野では、エラストマー材料は、ウエストおよび脚の周りの弾性カフ、ならびにおむつを子供の胴の周りに留めるのに使用される接着タブを含めた、おむつのいくつかのパーツで使用されてきた。おむつの本体部分とタブ部分はいずれも、エラストマーフィルムを利用する。おむつのような製品の弾性部分のフィルムは、身体に極めて近接しているので、長期間にわたって機械的応力および高温に曝される可能性がある。
これらのフィルムは、いくつかの主な構成要素を含んでいてもよい。第1の構成要素は、典型的にはゴムまたはゴム状ブロックコポリマー、例えばKuraray America,Inc.(Pasadena、Texas)によりSepton(登録商標)4000シリーズとして販売されているポリマーである。Septonポリマーは、中間ブロックがイソプレンおよびブタジエンの混合物に由来する水素化スチレン系ブロックコポリマーである、S−E−EP−Sポリマー(スチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレン)である。第2の構成要素は、組成物をより軟質にするのを助ける可塑剤である、油である。例えばポリプロピレン、ポリスチレン、およびその他のポリマーなどの第3の構成要素が含まれていてもよい。同様に、広く様々なその他の添加剤も、そのような組成物に含まれていてもよい。
米国特許公開第2009/0018253号は、熱可塑性エラストマーと、特定の性能添加剤とをブレンドする、熱可塑性エラストマー組成物を開示する。米国特許公開第2009/0018253号は特に、例えばスチレン−エチレン−ブチレン−スチレン(SEBS)、スチレン−ブタジエン−スチレン(SBS)、スチレン−イソプレン−スチレン(SIS)、およびスチレン−エチレン−プロピレン−スチレン(SEPS)などのスチレン系ブロックコポリマーと;それとポリオレフィン(特にポリプロピレン)、エチレンプロピレンジエンモノマー(EPDM)ゴムとのブレンドと、ポリオレフィンおよびEPDMゴムのブレンドの使用を開示する。米国特許公開第2009/0018253号は、脂肪族と芳香族の両方の添加剤を含む性能添加剤も開示する。これらの組成物は、多くの場合に油とも混合され、報告によると、改善された機械的性質および加工性をもたらした。しかし、米国特許公開第2009/0018253号は、例えばフィルムなどの特定の適用例について記述しておらず、SEEPSポリマーの使用について記述しておらず、さらにビニルアレーン樹脂(例えばポリスチレン)をブロックコポリマーおよび添加剤と組み合わせた使用について記述していない。
米国特許第6,410,129号に開示された別の公知の組成物では、3つの主な要素で製造されたエラストマーフィルムが開示されている。これらには、Septon(登録商標)4033、油、およびポリスチレンが含まれる。米国特許第6,410,129号の1つの例示的な態様では、薄いフィルムの組成物は、Septon 4033(登録商標)55%、ポリスチレンPS210 15%、およびDrakeol(登録商標)鉱油30%を含む。しかし、これらのフィルムを製造するのに使用されるエラストマー材料は、加工するのが比較的難しく、例えばおむつなどの製品で使用した場合に隣接する層から離層する可能性があり、例えばおむつなどの製品の寿命期間中に、時間と共に応力下で徐々に引き裂かれる可能性がある。そのような引裂きに抵抗する能力は、「低速引裂き抵抗」と呼ばれる性質である。
[概要]
フィルムを加工する能力を改善し、引裂き抵抗を改善し、さらに接着性を改善するために、薄いフィルムおよびシートに使用される公知のエラストマー組成物を改善することが有利と考えられる。
例えば、JL−014などのSepton(登録商標)4033を改質したものを使用し、油の量を低減させ、かつ/または特定の粘着付与剤(特に、Eastman Chemical Co.から入手可能なRegalite(登録商標)R1125)を添加して組成物を製造することにより、フィルムを加工する能力に改善を行うことができ、接着/離層が改善され、かつ低速引裂き抵抗が増大することが見出された。好ましい態様では、組成物は、55〜60%のSepton 4033(登録商標)またはJL−014、7〜12%のポリスチレン、15〜30%の油、および5〜20%のRegalite R1125(登録商標)を含む薄いフィルムまたはシートを形成するのに使用される。さらに好ましい態様では、組成物は、55〜60%のSepton 4033(登録商標)またはJL−014、7〜10%のポリスチレン、15〜20%の油、および10〜20%のRegalite R1125(登録商標)を含む。
[好ましい態様の詳細な説明]
本発明の、より完全な理解、およびそれに付随する利点の多くは、これらが以下の詳細な説明を参照することによってより良く理解されるようになったときに、容易に得られることになる。
ポリマーは、好ましいエラストマー組成物の第1の要素を形成する。前述のように、これらのポリマーは、中間ブロックがイソプレンおよびブタジエンの混合物に由来する水素化スチレン系ブロックコポリマーであるS−E−EP−Sポリマー(スチレン−エチレン−エチレン/プロピレン−スチレン)である、Septon(登録商標)ポリマーを含んでいてもよい。出願人らは、薄いフィルムの組成物に使用されるSEEPSポリマーの中間ブロックを処理することにより、SEEPSポリマーを含むフィルムの性質を変えることができることを発見した。
好ましくは、Septon(登録商標)SEEPS水素化ブロックコポリマーは、少なくとも95%が水素化された、より好ましくは少なくとも98%が水素化された中間ブロックを有する。好ましくはSepton(登録商標)SEEPSポリマーは、75,000〜125,000の、好ましくは80,000〜115,000の、最も好ましくは90,000〜100,000の数平均分子量を有する。
好ましくはSepton SEEPSポリマーは、約30重量%のポリスチレンであり、中間ブロックは残りの約70重量%を構成する。
好ましくは、Septon(登録商標)SEEPSポリマー(以下に論じられる改質Septon 4033(登録商標)ポリマーを除く。)は、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比が50.1/49.9〜59.9/40.1である。この範囲には、それらの間の全ての値および下位の値(subvalues)が含まれる。好ましくは、イソプレン/ブタジエンの質量比が54/46〜56/44であり、より好ましくは、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比が55/45である。
特に有用な水素化ポリマーには、Kuraray America,Inc.、Pasadena Texasから入手可能なSepton 4033(登録商標)、JL−014、およびJL−007が含まれる。JL−014およびJL−07は、それぞれを「改質Septon 4033」ポリマーと呼んでもよい。Septon 4033(登録商標)および改質Septon 4033(登録商標)ポリマーの分子量は、実質的に同一である。しかし改質Septon 4033(登録商標)ポリマーは、Septon 4033(登録商標)では得られない改善された加工上の利益をもたらす。
改質Septon(登録商標)ポリマーは、好ましくは、水素化ブロックポリマーの結晶化ピーク温度が−3℃〜15℃、より好ましくは0℃〜15℃である。改質Septon(登録商標)ポリマーは、好ましくは、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比が46/54〜44/56である。この範囲には、それらの間の全ての値および下位の値が含まれる。改質Septon(登録商標)ポリマーは、より好ましくは、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比が45/55である。改質Septon 4033ポリマーに関するその他の考察は、その全体が参照により組み込まれる2011年2月14日出願の日本国特許出願第_____号(発明者Yousuke Jogo、Nobuhiro Moriguchi、およびKenji Shachi)に見出される。
油は、好ましいエラストマー組成物の第2の要素を形成する。好ましい態様では、油には、例えばDrakeol 600、Hydrobrite 550、およびKrystol 550などの鉱油が含まれる。
スチレンは、好ましいエラストマー組成物の第3の要素を形成する。ポリスチレンは、適切には、汎用ポリスチレン、例えばINEOS NOVA LLCから入手可能なCrystal PS 3510およびCrystal PS 3190であってもよい。ポリスチレン含量のわずかな変化、例えば2%の変化であっても、得られる配合物の加工性およびその他の性質に大きな影響を及ぼす可能性がある。
粘着付与剤。粘着付与剤も、本発明に特に有用である。特に有用な粘着付与剤には、Eastman Chemical Company、Kingsport、Tennesseeから入手可能なRegalite(登録商標)R1125(R1125)およびRegalrez(登録商標)R1126(R1126)が含まれる。Regalite(登録商標)R1125およびRegalrez(登録商標)R1126は、水素化脂肪族炭化水素樹脂である。R1125は、報告によると、典型的なガラス転移温度(Tg℃)70℃および数平均分子量700を有する。R1126は、報告によると、典型的なガラス転移温度(Tg℃)67℃を有する。Elastomers Technical Tip TT−103、Eastman(商標)性能添加剤およびポリマーを参照されたい。好ましくは、水素化脂肪族炭化水素樹脂は、65〜75℃のガラス転移温度(Tg℃)、および約700〜800の数平均分子量を有する。あるいは、KrystalexまたはEndexを配合物に使用してもよい。粘着付与剤の使用は、改善された加工性をもたらすことに加え、驚くべきことに配合物中のスチレン含量の低下も可能にし、それが引裂き抵抗の改善を、さらには加工性の改善を助ける。
その他の添加剤。様々なその他の添加剤を、本発明に従い添加してもよい。
本発明による配合物は、有利には、抗酸化剤、例えばIrganox 1010(ペンタエリトリトールテトラキス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)を含んでいてもよい。好ましくは、配合物は、0.01〜0.1%、より好ましくは0.03〜0.07%の抗酸化剤を含む。より好ましくは、配合物は、0.05%の抗酸化剤を含む。
本発明による配合物は、スリップ剤も含んでいてもよい。適切なスリップ剤は、エルカミドを含む。好ましくは配合物は、最大0.4%のスリップ剤、より好ましくは0.05〜0.1%のスリップ剤を含む。
その他の添加剤は、顔料、フィラー、UV安定化剤、および/または粘着防止剤を、特定の適用例に関して望みに応じて含んでいてもよい。
一般に、本発明により製造されたフィルムは、典型的には2〜10ミル、より好ましくは2〜5ミルまたは6〜8ミルの厚さを有する。材料は、シートに形成されてもよい。シートは、10ミル〜30ミルまたはそれ以上に及ぶ厚さを有していてもよい。
例示的な配合物。12種の例示的な組成物を調製し、各組成物の配合物を表Iの例1〜12に示す。例1〜10および12を例11に対して比較した。例11は公知の組成物であった。表Iに列挙される数値は、組成物の各要素の重量パーセントで示す。
表Iに示されていないが、サンプル4および9を改質した種類も製造し、Regalrez(登録商標)1126の代わりにRegalite(登録商標)1125を用い、JL−007の代わりにJL−0014を用いた。
例示的な態様による配合物は、細長い混合セクションを備えたLeistritz(27mm)二軸スクリュ押出し機で材料を押し出すことにより製造した。まず、油およびSeptonポリマーを一緒に混合し、次いでポリスチレンおよび粘着付与剤をブレンドして混合物にし、押出し機に供給した。Leistritz押出し機の温度は、典型的には170〜230℃に及んでいた。
その後、組成物を、ThermoFisher 20mm一軸スクリュ機を使用して6〜8ミルの厚さを有するフィルムに形成した。ThermoFisher押出し機の温度は、典型的には170〜230℃に及んだ。
表Iの例示的な組成物のそれぞれから製造されたフィルムの、選択された性質を、表IIに示す。
表IIで報告された性質の決定に際し、材料を2サイクルの試験に供した。第1のサイクルにおいて、「Ult.応力」は、材料を0〜200%の伸び率に延伸した後の極限引張り応力(単位はMPa)を指す。200%の伸び率で30秒間一時停止させた後、応力を再び測定した(「第1の除荷」)。第1のサイクル中の損失パーセンテージを、0%の伸び率でさらに60秒経過後に測定された「第1のクリープ損失」と呼ぶ((第1の除荷/ult応力)×100%)。次いで配合物を、第2のサイクルの試験に供した。各配合物を、再び1〜200%に伸ばし、その時点で「第2のUlt.」測定を行った。200%の伸び率で30秒経過後に、「第2の除荷」測定を行った。第2のサイクル中の損失量を、0%の伸び率でさらに60秒経過後に測定された「第2のクリープ損失」として報告した。「全損失」は、第1および第2のUlt.応力間の損失パーセンテージであった。「引張り永久歪み」は、スクライブマークを各サンプル上に2インチ離して作製し、2サイクル後に長さの増量パーセンテージを測定することにより、試験した。引張り永久歪みの読取り値には、いくつかのマークが試験中に不明瞭になり読み取るのが難しくなったので、いくらかのばらつきが生じた可能性がある。ヤング率は、フィルムが0〜200%に延伸されている場合、第1のサイクルの初期部分で応力/歪み曲線の勾配を計算することにより、決定した。ヤング率は、Instron引張り試験機で計算した。
上記試験からわかるように、例11と比べると、本発明による好ましい態様は、実質的に、より良好な性質を有していた。上記にて示されるように、粘着付与剤および/または改質Septonポリマーを有する組成物は、公知の例11の組成物よりも高いヤング率を有する。より高いヤング率は、より高い引裂き強さとして現れる。さらに、粘着付与剤および/または改質Septonポリマーを有する組成物は、公知の例11の組成物よりも高い応力(損失もより高かったとしても)に耐えることができる。このように試験は、改質Septon 4033ポリマーを使用するフィルムが、比較例11よりも著しく良好な性質を有することを示す。
有意には、いくつかの例示的な配合物を、低速引裂き抵抗に関しても試験した。表IIIでは、各サンプルの面の中央に2mmの切欠きを形成することによって、25.4mm幅のサンプルを調製した。次いで各サンプルを、約38℃で150%の伸び率にまで延伸した。破損(即ち、サンプルが完全に引き裂かれた)時間を測定した。破損時間(tf)を、表IIIにおいて各サンプルごとに報告する。低速引裂き抵抗を決定するのに使用される試験手順の、より詳細な記述に関しては、Mansfieldらにより2011年2月14日に出願された、「引裂き抵抗積層体(Tear Resistant Laminate)」という名称の仮出願第_____号、および「低速引裂き試験(Slow Tear Test)(破損時間)」の考察を参照されたい。
表IIIで報告された例の全ては、公知の比較例11に比べ、破損時間の長さが劇的に改善されたことを示した。Septon 4033の代わりに改質Septonを用いることにより、平均破損時間が3倍超になった(例12を例11と比較)。R1125またはR1126が添加されたSepton 4033を使用するこれらの配合物は、破損まで、平均して8倍より長い時間持ちこたえた(例8を例11と比較)。しかし、低速引裂き抵抗で最も劇的な改善は、改質Septon 4033(登録商標)とR1125およびR1126との両方を組み合わせて使用した場合に現れた。これらの例において、破損時間は、比較例11の少なくとも20〜85倍であった(例4、7、9、および10参照)。これらの改善の全ては驚くべきことであり予期しないことであった。表IIIに報告されるような、何時間もの破損時間を有するフィルムは、材料が何時間にもわたって室温よりも高い温度(例えば、ほぼヒトの体温)で応力下にある適用例、例えば、おむつの弾性材料で特に有利である。
本発明による例は、有利にかつ予想外に、先の公知の配合物に比べて配合物のスチレン含量を低下させることが可能であることも示す。さらに、改質Septon(登録商標)ポリマーもR1125粘着付与剤もR1126粘着付与剤も含まなかった配合物では、厚さ5ミル未満のフィルムを、本明細書で論じられる押出し機を使用して容易に製造することができなかった。
明らかに、本発明の数多くの修正および変更が、上記教示に照らして可能である。したがって、添付される特許請求の範囲内で、本明細書に特に記述される以外にも本発明を実施することができると理解される。

Claims (14)

  1. 約90,000〜100,000の数平均分子量を有する水素化SEEPSブロックコポリマー55〜60重量%と、
    ポリスチレン7〜12重量%と、
    油15〜30重量%と
    を含む、エラストマー組成物。
  2. 65〜75℃のガラス転移温度(Tg℃)および約700〜800の数平均分子量を有する水素化脂肪族炭化水素樹脂5〜20重量%
    をさらに含む、請求項1に記載のエラストマー組成物。
  3. 前記水素化SEEPSブロックコポリマーが、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比46/54〜44/56を有する、請求項1に記載のエラストマー組成物。
  4. 前記水素化ブロックコポリマーが、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比46/54〜44/56を有する、請求項2に記載のエラストマー組成物。
  5. 前記水素化ブロックコポリマーが、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比45/55を有する、請求項2に記載のエラストマー組成物。
  6. 前記油が前記エラストマー組成物の16〜20重量%を構成し、前記ポリスチレンが8〜10重量%を構成し、前記水素化脂肪族炭化水素樹脂が10〜16重量%を構成する、請求項4に記載のエラストマー組成物。
  7. 65〜75℃のガラス転移温度(Tg℃)および650〜750の数平均分子量を有する水素化脂肪族炭化水素樹脂5〜20重量%
    をさらに含む、請求項1に記載のエラストマー組成物。
  8. 請求項1に記載のエラストマー組成物を含むフィルムであって、前記フィルムは2〜10ミルの厚さを有するフィルム。
  9. ポリスチレン7〜10重量%、油15〜20重量%および水素化脂肪族炭化水素樹脂10〜16重量%を含む、請求項2に記載のエラストマー組成物。
  10. 前記水素化SEEPSブロックコポリマーが、イソプレン対1,3ブタジエンの質量比45/55を有する、請求項2に記載のエラストマー組成物。
  11. (a)約90,000〜100,000の数平均分子量を有する水素化SEEPSブロックコポリマー55〜60(重量%)と、(b)ポリスチレン7〜12(重量%)と、(c)油15〜30(重量%)とをブレンドすることを含む、エラストマー組成物を製造する方法であって、
    前記ブレンドされた組成物が混合物を形成する、方法。
  12. 65〜75℃のガラス転移温度(Tg℃)および約700〜800の数平均分子量を有する水素化脂肪族炭化水素樹脂5〜20重量%をブレンドすること
    をさらに含む、請求項11に記載のエラストマー組成物を製造する方法。
  13. エラストマーフィルムを形成するために請求項11に記載の混合物を押し出すことを含む、エラストマーフィルムを製造する方法。
  14. エラストマーフィルムを形成するために請求項12に記載の混合物を押し出すことを含む、エラストマーフィルムを製造する方法。
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