JP2015522089A - 熱可塑性加硫物のためのエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン系組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2012年6月29日に出願された、米国仮特許出願第61/665,982号の利益を主張する。
A)エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体であって、
i)35以上のレオロジー比(190℃でV0.1/V100)、
ii)200,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw)、および
iii)7未満のCCDB(化学組成分布幅)、の特性を有する、エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
B)熱可塑性高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
該共重合体が配合油を含む、組成物を提供する。
A)第1の組成物であって、
a)第1のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
b)第2のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、を含み、
i)3.5以下のMWD、
ii)60以上のムーニー粘度(ML(1+4、125℃))、
iii)7〜15のCCDBの特性を有する、第1の組成物と、
B)熱可塑性樹脂高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
第1の共重合体および第2の共重合体が配合油を含む、組成物もまた提供する。
A)エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体であって、
i)35以上のレオロジー比(190℃でV0.1/V100)、
ii)200,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw)、および
iii)7未満のCCDB(化学組成分布幅)の特性を有する、エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
B)熱可塑性高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
該共重合体が配合油を含む、組成物を提供する。
DMは、本明細書に記載された2つ以上の実施形態の組み合わせを含み得る。
A)第1の組成物であって、
a)第1のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
b)第2のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、を含み、
i)3.5以下のMWD、
ii)60以上のムーニー粘度(ML(1+4、125℃))、
iii)7〜15のCCDBの特性を有する、第1の組成物と、
B)熱可塑性高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
第1の共重合体および第2の共重合体が配合油を含む、組成物もまた提供する。
本明細書に記載の本発明の組成物のためのエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体は(第1および第2の共重合体を含む)、重合形態でのエチレン、αオレフィン、および非共役ポリエンを含む。αオレフィンの適切な例は、C3〜C20αオレフィン、好適にはプロピレンを含む。非共役ポリエンの適切な例は、C4〜C40非共役ジエンを含む。
熱可塑性高分子は、プロピレン系高分子、エチレン系高分子、およびポリエステルを含むがこれらに限定されない。
油としては、芳香族系およびナフテン系の油等の石油、ポリアルキルベンゼン油、アルキルおよびアルコキシアルキルオレイン酸塩や、ステアリン酸塩などの有機酸モノエステル、ジアルキル、ジアルコキシアルキル、およびアルキルアリールフタル酸塩、テレフタル酸塩、セバシン酸塩、アジピン酸塩、およびグルタル酸塩などの有機酸ジエステル、3−、4−、およびポリエチレングリコールジアルカノエートなどのグリコールジエステル、トリアルキルトリメリット酸、トリアルキル、トリアルコキシアルキル、アルキルジアリール、およびトリアリールリン酸塩、塩素化パラフィン油、クマロンインデン樹脂、松根タール、カストリウム、トール、菜種、および大豆油、およびエステル、およびエポキシ化誘導体のような植物油、および同類のものを含むがこれらに限定されない。
本発明の組成物はさらに、加硫剤を含む。好適な加硫剤は、フェノール樹脂である。他の硬化剤は、過酸化物、アジド、アルデヒドアミン反応生成物、ビニルシラングラフト化部分、ヒドロシリル化物、置換尿素、置換グアニジン、置換キサントゲン酸塩、置換ジチオカルバミン酸塩、チアゾール、イミダゾール、スルフェンアミド、チウラムジスルフィド、パラキノンジオキシム、ジベンゾパラキノンジオキシム、硫黄などの硫黄含有化合物、およびこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。その全体を参照することにより本明細書に組み込む、Encyclopedia of Chemical Technology,Vol.17,2nd edition、Interscience Publishers,1968、およびOrganic Peroxides,Daniel Seern,Vol.1、Wiley−Interscience,1970)を参照のこと。
本発明の組成物は、1つ以上の追加の添加剤を含み得る。適切な添加剤は、増量剤、抗酸化剤、UV安定剤、難燃剤、着色剤または顔料、およびそれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない。
本発明の組成物は、様々な物品、または製造物、またはそれらの構成成分、または部分を調製するために使用し得る。本発明の組成物は、多くの従来の方法および装置の内のいずれか1つによって、製造物の完成品に変換し得る。例示的なプロセスは、押出、カレンダリング、圧縮成形、および他の標準的な熱硬化性材料の形成プロセスを含むがこれらに限定されない。
特に反対のことが明記されていない限り、本文脈の黙示、または当技術分野で慣習となっているすべての部分とパーセントは重量に基づき、また、すべての試験方法は本開示の出願日現在のものである。
ムーニー粘度
共重合体のムーニー粘度(増量剤なし、油なしのエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体(例えば、EPDM)、または油増量剤ありのムーニー粘度(125℃でML1+4)のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体)は、ASTM1646−04に準拠して、1分の予熱時間と4分のローター操作時間で測定する。本計器は、アルファテクノロジーズ社のレオメーターMDR2000である。
クロマトグラフィーシステムは、Polymer Laboratories社のモデルPL−210、またはPolymer Laboratories社のモデルPL−220の内のいずれかから構成した。カラムとカルーセルのコンパートメントは、140℃で操作した。カラムは3個のポリマーラボラトリーズの10ミクロンMixed−Bカラムであった。使用した溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンであった。試料は、「50ミリリットルの溶媒中の高分子の0.1グラム」の濃度で調製した。「200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)」を含有する試料を調製するために、溶媒を使用した。試料は160℃で2時間、軽く撹拌することによって調製した。注入量は100マイクロリットルで、流量は1.0ミリリットル/分であった。
(Williams and Ward, J. Polym. Sc., Polym. Let., 6, 621 (1968)に記載されている通り)。ポリエチレン等量分子量の計算は、Viscotek TriSECソフトウェアのバージョン3.0を用いて行った。
エチレン、プロピレン、および5−エチリデン−2−ノルボルネンを含有する三元重合体は、エチレン含量についてはASTM D9300に、およびエチリデンノルボルネンまたはジシクロペンタジエン含有量についてはASTM D6047に従って分析した。
試料は、クロムアセチルアセトネート中の「0.025M」である「テトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物」の約「2.6g」を、10mmのNMRチューブ中の「0.2gの試料」へ加えることによって調製した。試料は、チューブとその内容物を150℃まで加熱することによって融解し、均質化した。データは、Bruker社の二重DUL高温CryoProbeを備えたBruker社の400MHz分光計を用いて収集した。データは、120℃の試料温度で、「データファイル当たり160スキャン」、6秒のパルス繰り返し遅延を用いて取得した。本取得は、25,000Hzのスペクトル幅、および32Kデータポイントのファイルサイズを用いて行った。
小角振動せん断(DMSを融解する)は、窒素パージ下で、「25mmの平行板」を装備したTAの計器ARESを用いて行った。試料の付加と試験の開始との間の時間は、すべての試料について、5分に設定した。実験は、0.1〜100ラド/秒の周波数帯域にわたって、190℃で行った。歪振幅は、試料の1〜3%の反応に基づいて調整した。ストレス反応は、貯蔵率(G’)、損失率(G”)、動的粘度η*からの振幅と位相の観点から分析し、また損失正接を算出した。動的機械的分光法のための被検査物は、180℃、10MPaの成形圧力で5分間、次に冷却されたプラテン(15〜20℃)間で2分間急冷されて成形された、「25mm径×3.3mm厚」の圧縮成形ディスクであった。レオロジー比(190℃でV0.1/V100、また、「RR」と称する)を記録した。直鎖状分子(検出可能な長鎖分岐なし)は、通常、8以下のRRを有す。高分子中の油の存在は、観察されたRRを低減し得るので(RROE_高分子)、含有高分子のRR値から高分子(RR高分子)のRRを推定するために、次の方程式が使われることが認められる。
RR高分子=RROE_高分子/(重量%油*(−0.01988)+1.0321)。
「コモノマー組成分布幅(CCDB)」は、次の高温液体クロマトグラフィー(HTLC)の方法に従って測定した。HTLCは、2009年12月21日に出願された、米国特許出願第2010−0093964号、および米国特許出願第12/643111号に開示された方法に従って実施し、どちらも参照することにより本明細書に組み込んだ。試料は、下記に記載した方法論によって分析した。
490分:フロー=0.01分、//0.01mL/分の一定流量を、0〜490分まで維持した、
491分:フロー=0.20分、//流量を0.20mL/分に増加した、
492分:%B=100、//移動相の組成を100%のTCBに増加した、
502分::%B=100、//2mLのTCBを用いてカラムを洗浄した。
平衡手順:
503分:%B=0、//移動相の組成を、1−デカノールまたはデカンの100%へ変更した
513分:%B=0、//弱い溶出液2mLを使用してカラムを平衡化した
514分:フロー=0.2mL/分、0.2mL/分の一定流量を、491〜514分まで維持した、
515分:フロー=0.01mL/分、//流量を0.01mL/分に低減した。
最早溶出体積で溶出した高分子留分(CC高)の重量平均化学組成物(重量%P)
CCD幅=CC高−CC低(3)である。
CCDBの単位は重量%Pである。
HTLC溶出体積に関するMWの影響が原因で、CCDBが「0未満」であると算出された場合は、0の数が使用される。
示差走査熱量測定法(DSC)は、エチレン系(PE)試料、およびプロピレン系(PP)試料中の、試料の結晶化度を測定するために使用する。試料(0.5g)、試料は5000psi、190℃で2分間圧縮成形して薄膜にした。薄膜試料の約5から8mgを秤量し、DSCパン内に置く。閉鎖した雰囲気を確保するために、蓋をパンの上に圧着する。試料パンをDSCセルに入れ、次に約10℃/分の速度で、PE用に180℃(PP用は230℃)の温度まで加熱する。試料をこの温度で3分間維持する。次に、試料を、約10℃/分の速度で、PE用に−90℃(PP用も−90℃)まで冷却し、それからその温度で3分間等温的に保持する。試料を次に、10℃/分の速度で、完全に融解するまで(第2熱)加熱する。結晶化度パーセントは、第2の熱曲線から決定した融解熱(Hf)を割ることにより、PE用の292J/g(PP用は165J/g)の理論融解熱により、そしてこの数に100(例えば、%結晶化=(Hf/292J/g)×100(PE用))を乗じることによって算出する。
実験
一般論として、米国特許第5,977,251号および第6,545,088号、ならびにそれらの参照文献に説明されたような条件下で、本発明の高分子を製造することが望ましい。高分子生成物は、連続的に混合したループ反応器を用いた溶液重合プロセスで製造された。
表3に示す処方は、比較実施例AからD、および本発明の実施例1から8のために使用した。2段階の配合工程は、これらの実施例を調製するために使用した。
TPVのプレブレンド物のためのPHRでの処方成分は、表3に記載した。プレブレンド物を形成するために、次の成分をブレンド(乾燥混合)した。EPDM、ポリプロピレン、粘土充填剤、塩化第一錫、および酸化亜鉛。ブレンド物を、60の合計長さ対直径比(L/D)を有する26mm二軸押出機に加えた。押出機は、24kWのモータと1200rpmの最大スクリュー速度を装備した。この押出ラインのための供給システムは、2台の減量フィーダーで構成した。プレブレンド物を、K−Tron社KCLQX3の1軸フィーダーを用いて押出機の主供給口に供給した。油は、別のギアポンプを用いて、押出機のバレル5に連続的に供給した。前架橋された組成物は、1穴ダイスを有する水中ペレット化ユニットを使用して、ペレット化した。前配合手順用共回転軸は、1油注入、および片側アーム増量剤付加処理に適合するように、集中設計された混合軸を有する。第1のセクションは、高分子供給物を溶解するためのニーディングブロックを含んでいた。第2のセクションは、油を配合するための複数の混合部品、すなわち、ギア混合エレメント、狭いニーディングブロック、から構成した。第3のセクションは、増量剤の良好な分散を提供するために、分配混合と分散混合の両方を重視した。供給部の後のバレル温度を200℃に加熱し、残部のバレルにわたって一定に維持した。出口ダイスの温度は220℃に設定した。
油(EPDMの100重量部に基づく)とフェノール樹脂(5PHR(EPDMの100重量部に基づく))を、この第2の手順中に添加した。第2の手順の配合を、同じ26mm共回転二軸押出機で行った。前架橋された組成物を、K−Tron社KCLQX3の一軸フィーダーを用いて、押出機の主供給口に供給した。液体プロセス油とフェノール樹脂の一部を、バレル3で、注入ポートを介して添加した。油の一部をバレル5で注入した。注入する前に、フェノール樹脂を、120℃に加熱されたプロセス油中で溶解し、その後溶液を、熱痕跡液体供給システムを有するライストリッツギアポンプカートを用いて、押出機に添加した。次に、押出機から出る架橋(配合)組成物(TPV)を、水中ペレット化ユニットを用いてペレット化した。加硫手順軸用の共回転軸は、制限軸部品と左手ニーディングブロックの使用を介した、TSEプロセス部での十分な滞留時間のために設計された。軸の設計は、加硫プロセスのための十分な加熱を確保するために、広範な混練プロセスを提供し得た。硬化剤の導入後は、分配混合部品が存在している。もっと下流において、追加の分散混合を促進するために、ギア部品が存在する。供給部の後のバレル温度を220℃の最高温度まで加熱し、残りのバレルは、長さの1/3が160℃に冷却されるまで一定温度で維持した。出口ダイスの温度は220℃に設定した。
単一手順配合プロセスは、本発明の実施例9を調製するために使用した。TPVプレブレンド物用の「PHR中の」処方成分は、表4に記載した。ブレンド物を形成するために、次の成分をブレンドした(混合乾燥)。EPDM、ポリプロピレン、粘土増量剤、塩化第一錫、および酸化亜鉛。プレブレンド物を、60の合計長さ対直径比(L/D)を有する「26mm二軸」押出機に添加した。押出機は、24kWのモータと1200rpmの最大軸速度を装備した。この押出ラインのための供給システムは、2台の「減量」フィーダーから構成した。プレブレンド物は、K−Tron社KCLQX3の一軸フィーダーを用いて、押出機の主供給口に供給した。
TPVの組成物は、「Krauss Maffei KM110−390/390CL」射出成形機を用いて射出成形した。各テストプラークの寸法は、「4インチ×6インチ×0.125インチ」であった。約12片のテストプラークは、各TPVの組成物に対して調製した。
硬度測定は、ショアA型デュロメーター(ASTM D2240)で測定した。デュロメーターを、上記の射出成形手順に従って射出成形されたプラーク上に置いた。
圧縮永久歪は、−20℃、23℃、70℃、120℃の試験温度で、ASTM D395Bに従って測定した。29mm(±0.5mm)のパックを、上記の射出成形プラークから抽出した。各試料について、均質した4パック(ノッチ不足、不均一な厚さ、および不均質性)を、全体の高さが25%の圧縮歪に等しい12.5mm(±0.5mm)であるように、積み重ねた。圧縮永久歪は、各試験温度のための2つの試験被検査物(被検査物当たり4つの積み重ねたパック)について行った。
射出成形プラークから打ち抜きした微小引張試験被検査物の引張特性を、ASTM D−412の方法に従って、室温で測定した。引張歪は、クランプから初期ゲージ長までの間の長さの増分の比から算出した。引張応力は、引張荷重を試料の初期断面で割ることによって決定した。
上記のように成形されたプラークは、ジグザグ状のシガレットペーパーシート上に静止させたまま、−20℃で3週間エージングした。エージング後、シガレットペーパーを除去し、油の流出の規模を測定するために、黒の背景で光学的にスキャンした。「正規化された油流出指数(NOBI)」は、次の方程式 NOBI=100*(%グレイスケール試料−%グレイスケール対照物)/(100−%グレイスケール対照物)に従って算出し、この場合、「%グレイスケール試料」はエージングした試料について測定したパーセントグレースケールを指し、また「%グレイスケール対照物」は、シガレットペーパーの未エージング、未処理シートに関するスキャンを指す。
Haake社RHEOCORD System 9000トルクレオメーターに取り付けられたRheomix 254一軸押出機は、競合するおよび本発明のTPVペレットから押出されたテープを調製するものであった。Rheomix 254は、3/4インチ軸と4つの温度ゾーンを備えた25L/D一軸押出機である。押出温度プロファイルを150、160、170、および180℃(ダイス)に設定し、軸速度を80RPMに設定した。押出機の前面側をテープ/スロットダイスに取り付けた。押出物をコンベアベルト上に取り出した。完成したテープ薄膜を、巻き取りシステムで、テープの寸法が3.5から4インチ幅で、厚みが14から15ミルで、回収した。
TPVの化合物から作られた押出テープの表面品質は、テープの外観と滑らかさ、その均一なエッジと滑らかな表面の視覚的採点を用いて評価した。そのうえ、表面粗度は表面形状測定装置を用いて測定し得る。表面粗度は通常0.0001〜0.0002mmの範囲であり得る。「不合格評価」は、テープ表面の隆起表面が視覚的に明らかで、薄膜に粗い表面組織があることで生じる。粗い表面組織は、ゴム相の分散不足を表し、また不完全な位相反転も意味する(熱可塑性高分子(例えば、PP)が連続相となる場合)。テープが滑らかで均一な表面を有している場合は、「合格評価」の成績となる。
Claims (15)
- 少なくとも以下の成分:
A)エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体であって、
i)35以上のレオロジー比(190℃でV0.1/V100)、
ii)200,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw)、および
iii)7未満のCCDB(化学組成分布幅)の特性を有する、エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
B)熱可塑性高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
前記共重合体が配合油を含む、組成物。 - 前記エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体が60以上のムーニー粘度(ML1+4、125℃)を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体が前記共重合体の重量に基づき55〜72重量パーセントのエチレンを含む、請求項1または請求項2に記載の組成物。
- 前記エチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体が3.5以下のMWDを有する、請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
- 前記共重合体が、13C NMRによって測定される、19.5ppm〜22.0ppmの総積分面積の3パーセントより大きい、21.3ppm〜21.8ppmのピーク面積を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- A)第1の組成物であって、
a)第1のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、
b)第2のエチレン/αオレフィン/非共役ポリエン共重合体と、を含み、
i)3.5以下のMWD、
ii)60以上のムーニー粘度(ML(1+4、125℃))、
iii)7〜15のCCDBの特性を有する、第1の組成物と、
B)熱可塑性高分子と、
C)加硫剤と、を含み、
前記第1の共重合体および前記第2の共重合体が配合油を含む、組成物。 - 前記第1の組成物が35以上のレオロジー比(190℃でV0.1/V100)を有する、請求項6に記載の組成物。
- 前記第1の共重合体と前記第2の共重合体との間のエチレン含有量の絶対差が5〜10重量パーセントである、請求項6または請求項7に記載の組成物。
- 前記第1の組成物が200,000g/モル以上の重量平均分子量(Mw)を有する、請求項6〜8のいずれか1項に記載の組成物。
- 前記第1の組成物が、13C NMRによって測定される、19.5ppm〜22.0ppmの総積分面積の3パーセントより大きい、21.3ppm〜21.8ppmのピーク面積を有する、請求項6〜9のいずれか1項に記載の組成物。
- 成分Bの前記熱可塑性高分子がプロピレン系高分子である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の組成物。
- 成分Cの前記顆粒剤がフェノール樹脂から成る群から選択される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の組成物。
- 請求項1〜12のいずれか1項に記載の組成物から形成された、架橋組成物。
- 請求項1〜13のいずれか1項に記載の組成物から形成された少なくとも1つの成分を含む、物品。
- プロファイル、射出成形部品、ガスケット、靴の部品、およびチューブから成る群から選択される、請求項14に記載の物品。
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