JP2019527761A - 炭素繊維および少なくとも１つの熱可塑性ポリオレフィンエラストマーを含む組成物 - Google Patents

Abstract

本開示は、（Ａ）４０重量％〜９５重量％の熱可塑性ポリオレフィンエラストマーと、（Ｂ）５重量％〜６０重量％の炭素繊維成分と、を含む組成物に関する。ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、高レベルの靭性を示しながら、高レベルの剛性を達成する。さらに、光沢外観の低下および耐摩耗性の向上が期待される。

Description

実施形態は、炭素繊維および少なくとも１つの熱可塑性ポリオレフィンエラストマーを含む組成物に関する。

自動車産業における重要な課題の１つは、燃料消費量を減少させるために自動車の重量を低下させることにある。燃料消費量の減少は汚染の低下をもたらし、環境に恩恵をもたらす。低密度（約１．７８ｇ／ｃｃ）および高い剛性を有する炭素繊維は、現在自動車業界で使用されている従来のガラス繊維（約２．６０ｇ／ｃｃの密度）および高強度鋼（約７．８０ｇ／ｃｃの密度）に代わる興味深い供給源を提供する。しかしながら、炭素繊維は、非常に脆く、部品に配合または射出成形された後に小さな繊維に分解されるため、衝撃性能の課題を提示する。したがって、商業的に興味深く高い弾性率を保持しながら、高い剛性および優れた衝撃性能を提供する炭素繊維に対するニーズが存在する。加えて、光沢および耐摩耗性の低下は、自動車産業における重要な基準であり、本明細書で開示される炭素繊維による解決策はそれらに関する改良も提供することが期待されよう。

ある特定の実施形態において、本開示は、（Ａ）４０重量％〜９５重量％の熱可塑性ポリオレフィンエラストマーと、（Ｂ）５重量％〜６０重量％の炭素繊維成分と、を含む組成物に関する。

定義
本明細書で開示される数値範囲は、下限値および上限値からの全ての値を含み、かつ下限値および上限値を含む。明示的な値を含む範囲では、任意の２つの明示的な値の間の任意の部分範囲が包含される。化学化合物に関して使用される場合、別途特に示されない限り、単数は全ての異性形態を含み、その逆もまた同様である。

本明細書における元素周期表への全ての言及は、ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，Ｉｎｃ．，２００３によって出版および著作権化されている元素周期表を指すものとする。また、１つまたは複数の族へのあらゆる言及は、族の番号付けにＩＵＰＡＣシステムを使用しているこの元素周期表に反映されている１つまたは複数の族に関するものとする。反対のことが記載されないか、文脈から示唆されないか、または当該技術分野で慣習的でない限り、全ての構成要素およびパーセントは、重量に基づく。米国特許実務の目的のため、本明細書で参照される任意の特許、特許出願、または刊行物の内容は、特に当技術分野における合成技法、定義（本明細書に提供される任意の定義と矛盾しない程度において）、および一般的な知識に関して、参照によってそれらの全体が本明細書に組み込まれる（または、それらの同等な米国版が、参照によって同様に組み込まれる）。

「組成物」および類似の用語は２つ以上の成分の混合物である。反応前混合物、反応混合物、および反応後混合物が組成物に含まれ、後者としては、反応生成物および副生成物、ならびにもしあれば、反応混合物の未反応成分および反応前混合物または反応混合物の１つ以上の成分から形成された分解生成物が挙げられる。

「ポリマー」は、重合形態で、ポリマーを構成する複数の、および／または繰り返し「単位」または「マー単位」を提供する、同じまたは異なるタイプのモノマーを重合することによって調製された化合物である。したがって、一般的なポリマーという用語は、ただ１つのタイプのモノマーのみから調製されるポリマーを指すために通常使用されるホモポリマーという用語と、少なくとも２つのタイプのモノマーから調製されるポリマーを指すために通常使用されるコポリマーという用語と、を包含する。それはまた全ての形態のコポリマー、例えばランダム、ブロック等を包含する。本明細書で使用される「インターポリマー」は、その中に少なくとも２つのモノマーを重合させたポリマーを指し、例えば、コポリマー、ターポリマー、およびテトラポリマーを含む。

「エチレン／α−オレフィンポリマー」および「プロピレン／α−オレフィンポリマー」という用語は、それぞれエチレンまたはプロピレンと、１つ以上の追加の重合性α−オレフィンモノマーとを重合させることから調製される上記のコポリマーを示す。ポリマーは、多くの場合、１つ以上の特定のモノマー「から作製される」、特定のモノマーまたはモノマーのタイプに「基づく」、特定のモノマー含有量を「含有する」などのものとして言及されるが、この文脈では、「モノマー」という用語は、特定されたモノマーの重合残留物を指し、非重合種には言及していないものと理解されることに留意されたい。一般に、本明細書におけるポリマーは、対応するモノマーの重合形態である「単位」に基づいていると言及される。

本明細書で使用される場合、「アルファ−オレフィン」または「α−オレフィン」とは、化学式Ｃ_ｘＨ_２ｘを有するオレフィンまたはアルケンを指し、一級またはアルファ（α）位に二重結合を有することによって区別される。本明細書で使用される場合、アルファ−オレフィンとしては、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン等が挙げられるが、それらに限定されない。

本明細書で使用される「エチレン／α−オレフィンインターポリマー」および「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」という用語は、重合エチレンモノマーおよび少なくとも１つのα−オレフィンを含むインターポリマーを指す。

「ブレンド」、「ポリマーブレンド」、および類似の用語は、２つ以上のポリマーの組成物である。そのようなブレンドは、混和性である場合も、そうでない場合もある。そのようなブレンドは、相分離している場合も、そうでない場合もある。そのようなブレンドは、透過電子分光法、光散乱、Ｘ線散乱、および当技術分野で既知の任意の他の方法から決定される、１つ以上のドメイン構成を含有している場合も、そうでない場合もある。

「エチレン由来の単位」、「エチレン含有量」、および類似の用語は、エチレンモノマーの重合から形成されるポリマーの単位を意味する。「α−オレフィン由来の単位」、「アルファ−オレフィン含有量」、「α−オレフィン含有量」、および類似の用語は、特定のα−オレフィンモノマーの重合から形成されるポリマーの単位を意味する。「プロピレン由来の単位」、「プロピレン含有量」、および類似の用語は、プロピレンモノマーの重合から形成されるポリマーの単位を意味する。

「プロピレン系ポリマー」および類似の用語は、（重合性モノマーの総量に基づき）プロピレン由来の単位とも称される大部分の重量パーセントの重合プロピレンモノマーを含み、かつ任意に、プロピレンとは異なる少なくとも１つの重合コモノマー（Ｃ_２およびＣ_４−１０α−オレフィンから選択される少なくとも１つ等）を含んで、プロピレン系インターポリマーを形成する、ポリマーを意味する。例えば、プロピレン系ポリマーがコポリマーであるとき、プロピレン含量は、コポリマーの総重量に基づいて、５０重量％を超える。

「エチレン系ポリマー」および類似の用語は、（重合性モノマーの総重量に基づき）エチレン由来の単位とも称される大部分の重量パーセントの重合エチレンモノマーを含み、かつ任意に、エチレンとは異なる少なくとも１つの重合コモノマー（Ｃ３−１０α−オレフィンから選択される少なくとも１つ等）を含んで、エチレン系インターポリマーを形成する、ポリマーを意味する。例えば、エチレン系ポリマーがコポリマーであるとき、エチレンの量は、コポリマーの総重量に基づき、５０重量％を超える。

「ポリエチレン」という用語は、エチレンのホモポリマーおよびエチレンのコポリマーならびにエチレンが少なくとも５０モルパーセントを構成する１つ以上のＣ３−８α−オレフィンを含む。「ポリプロピレン」という用語は、プロピレンのホモポリマー、例えばアイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ならびにプロピレンが少なくとも５０モルパーセントを構成するプロピレンおよび１つ以上のＣ２およびＣ４−８α−オレフィンのコポリマーを含む。

「結晶性」という用語は、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）または同等の技法によって決定されるような第１次転移または結晶融点（Ｔｍ）を有するポリマーまたはポリマーブロックを指す。この用語は、「半結晶性」という用語と互換的に使用され得る。

「結晶化可能な」という用語は、得られたポリマーが結晶性になるように重合することができるモノマーを指す。結晶性エチレンポリマーは、典型的には０．８９ｇ／ｃｃ〜０．９７ｇ／ｃｃの密度および７５℃〜１４０℃の融点を有するが、それらに限定されない。結晶性プロピレンポリマーは、それだけには限らないが、０．８８ｇ／ｃｃ〜０．９１ｇ／ｃｃの密度および１００℃〜１７０℃の融点を有し得る。

「非晶質」という用語は、示差走査熱量測定法（ＤＳＣ）または同等の技法によって決定されるような結晶融点を欠いているポリマーを指す。

「アイソタクチック」という用語は、^１３Ｃ−ＮＭＲ分析によって決定される場合、少なくとも７０パーセントのアイソタクチックペンタッドを有するポリマー繰り返し単位として定義される。「高度アイソタクチック」は、少なくとも９０パーセントのアイソタクチックペンタッドを有するポリマーとして定義される。

熱可塑性ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＥ）
その組成物は、４０重量％〜９５重量％（例えば４５重量％〜９５重量％、５０重量％〜９５重量％、７０重量％〜９５重量％、７０重量％〜９０重量％、および／または７５重量％〜８５重量％）の熱可塑性ポリオレフィンエラストマー（ＴＰＥ）成分を含むことができる。ある特定の実施形態において、ＴＰＥ成分は組成物に靭性を付与する。ある特定の実施形態において、ＴＰＥ成分は、（１）エラストマーの特性、すなわち、その元の長さを超えて伸張し、解放されると実質的にその元の長さに収縮する能力を有し、かつ（２）熱可塑性樹脂のように処理することができ、すなわち、熱にさらされると軟化し、室温に冷却されると実質的にその元の状態に戻る、ポリオレフィン（ＰＯ）である。

適切なＴＰＥの非限定的な例としては、スチレン系ブロックコポリマー（例えばＳＥＢＳブロックコポリマー）、エチレン／α−オレフィン（すなわち、エチレン系）インターポリマー（例えばＥＮＧＡＧＥ（商標）およびＡＦＦＩＮＩＴＹ（商標）プラストマーおよびエラストマー）、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（ＯＢＣ）（例えばＩＮＦＵＳＥ（商標））、プロピレン系オレフィンブロックコポリマー（例えばＩＮＴＵＮＥ（商標））、ならびにプロピレン／α−オレフィン（すなわちプロピレン系）インターポリマー（例えばＶＥＲＳＩＦＹ（商標）プラストマーおよびエラストマー）が挙げられる。

本開示の組成物の例示的な実施形態において、ＴＰＥ成分としては、プロピレン／α−オレフィンコポリマー、例えば、Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＥＲＳＩＦＹ（商標）プラストマーおよびエラストマー、ならびにＥｘｘｏｎＭｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なＶＩＳＴＡＭＡＸＸ（商標）プラストマーおよびエラストマーが挙げられる。

特定の実施形態において、プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、（Ａ）６０〜１００未満（例えば８０〜９９および／または８５〜９９）重量パーセントのプロピレン由来単位、ならびに（Ｂ）０超〜４０（例えば、１〜２０、４〜１６、および／または４〜１５）重量パーセントの、エチレンおよび／またはＣ_４−３０α−オレフィンのうちの少なくとも１つに由来する単位を含むことを特徴とする。適切なＣ_４−３０α−オレフィンとしては、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、１−ドデセン、１−テトラデセン、１−ヘキサデセン、１−オクタデセン、１−エイコセン、３−メチル−１−ブテン、３−メチル−１−ペンテン、４−メチル−１−ペンテン、４，６−ジメチル−１−ヘプテン、およびビニルシクロヘキサンが挙げられるが、それらに限定されない。ある特定の実施形態において、プロピレン／α−オレフィンコポリマーはプロピレン−エチレンコポリマーである。

例示的なプロピレン／α−オレフィンコポリマーとしては、ＷＯ２００９／０６７３３７（Ａ１）（その全体は参照により本明細書に完全に組み込まれている）に開示されているものが挙げられるが、それらに限定されない。例示的なプロピレン／α−オレフィンコポリマーとしてはまた、ＷＯ２００６／０６９２０５（Ａ１）（その全体は参照により本明細書に完全に組み込まれている）に開示されているものが挙げられるが、それらに限定されない。本開示のプロピレン／α−オレフィンコポリマーは、ＷＯ２００９／０６７３３７（Ａ１）およびＷＯ２００６／０６９２０５（Ａ１）に記載されているプロセスを含む、当業者に知られているプロセスによって作製される。例示的なプロピレン／α−オレフィンコポリマーは、当技術分野の範囲内の手段によって、例えばシングルサイト触媒またはチーグラーナッタ触媒を使用することによって、形成することができる。

プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、２３０℃／２．１６ＫｇにおいてＡＳＴＭ Ｄ７９２に従って０．８５０ｇ／ｃｃ〜０．９００ｇ／ｃｃの密度を有することができる（例えば０．８５０ｇ／ｃｃ〜０．８９５ｇ／ｃｃ、０．８５０ｇ／ｃｃ〜０．８９０ｇ／ｃｃ、および／または０．８７０ｇ／ｃｃ〜０．８９０ｇ／ｃｃ）。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、２３０℃／２．１６ＫｇにおいてＡＳＴＭ Ｄ−１２３８に従って測定すると、１０分当たり０．１〜５００グラム（ｇ／１０分）の範囲のメルトフローレート（例えば０．１ｇ／１０分〜１００ｇ／１０分、０．１ｇ／１０分〜７５ｇ／１０分、および／または０．１ｇ／１０分〜５０ｇ／１０分）を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０によると５０〜１５０のショアＡ硬度（例えば６０〜１２０および／または７０〜１００）を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは−１５℃〜−５０℃のガラス転移温度（ＤＳＣ変曲点）を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、３００ｐｓｉ〜３０００ｐｓｉ（例えば３５０ｐｓｉ〜２８００ｐｓｉおよび／または４００ｐｓｉ〜２５００ｐｓｉ）のＡＳＴＭ Ｄ６３８に準拠した極限引張強度を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、ＡＳＴＭ Ｄ７９０（１％ｓｅｃ）に従って１〜１００ｋｐｓｉ（例えば１ｋｐｓｉ〜７５ｋｐｓｉおよび／または１ｋｐｓｉ〜６５ｋｐｓｉ）の曲げ弾性率を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、５０〜１３０℃の溶融温度（例えば、米国特許第６，５６６，４４６号に記載されているＤＳＣ手順によって測定されるＤＳＣ Ｔｍピーク）を有し得る。プロピレン／α−オレフィンコポリマーのさらなるパラメータ（例えば、結晶化度、融解熱、分子量、粘度、分子量分布等）は、当業者によって知られているかまたは測定することができる。

ある特定の実施形態において、プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、平均で少なくとも０．００１、好ましくは平均で少なくとも０．００５、より好ましくは平均で少なくとも０．０１の長鎖分岐／１０００総炭素を含有することをさらに特徴とする。プロピレン／アルファ−オレフィンコポリマーにおける長鎖分岐の最大数は重要ではないが、典型的には３つの長鎖分岐／１０００総炭素を超えない。本明細書で使用される「長鎖分岐」という用語は、ポリマー主鎖中へのコモノマーの組み込みから生じる鎖長よりも長い鎖長を指す。さらに、「長鎖分岐」という用語は短鎖分岐よりも少なくとも１個炭素が多い鎖長を指し、本明細書で使用される「短鎖分岐」はコモノマー中の炭素の数よりも２個炭素が少ない鎖長を指す。例えば、プロピレン／１−オクテンインターポリマーは、長さが少なくとも７個の炭素の長鎖分岐を有する主鎖を有するが、これらの主鎖は、長さがわずか６個の炭素の短鎖分岐も有する。

プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、実質的にアイソタクチックなプロピレン配列を有することをさらに特徴とする。「実質的にアイソタクチックなプロピレン配列」とは、その配列が、^１３Ｃ ＮＭＲによって測定した場合に、０．８５を超える、選択的には０．９０を超える、さらに選択的には０．９２を超える、なおさらに選択的には０．９３を超えるアイソタクチックトライアド（ｍｍ）を有することを意味する。アイソタクチックトライアドは当技術分野において既知であり、例えば米国特許第５，５０４，１７２号および国際公開第ＷＯ００／０１７４５号に記載されており、^１３Ｃ ＮＭＲスペクトルによって測定されるコポリマー分子鎖におけるトライアド単位に関するアイソタクチック配列を指す。

ある特定の実施形態において、プロピレン／α−オレフィンコポリマーは、４以下、３．５以下、３．０以下、または１．８〜３．０の、重量平均分子量を数平均分子量で割った値（Ｍ_ｗ／Ｍ_ｎ）として定義される分子量分布（ＭＷＤ）を有する。

本開示の組成物の実施において有用な他のＴＰＥポリマーとしては、特に、例えば、熱可塑性ウレタン（ＴＰＵ）、エチレン／酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマー（例えばＥｌｖａｘ ４０Ｌ−０３（４０％ＶＡ、３ＭＩ）（ＤｕＰｏｎｔ））、エチレン／アクリル酸エチル（ＥＥＡ）コポリマー（例えばＡＭＰＬＩＦＹ（商標））、およびエチレンアクリル酸（ＥＡＡ）コポリマー（例えばＰＲＩＭＡＣＯＲ（商標））（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エポキシ樹脂、スチレンアクリロニトリル（ＳＡＮ）ゴム、およびＮｏｒｙｌ（登録商標）変性ＰＰＥ樹脂（ＳＡＢＩＣによるポリフェニレンオキシド（ＰＰＯ）とポリスチレン（ＰＳ）との非晶質ブレンド）が挙げられるが、それらに限定されない。オレフィンエラストマーもまた有用であり、例えば、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）（例えばＦＬＥＸＯＭＥＲ（商標）エチレン／１−ヘキセンポリエチレン、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、均一に分岐した直鎖エチレン／α−オレフィンコポリマー（例えばＭｉｔｓｕｉ Ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｍｐａｎｙ ＬｉｍｉｔｅｄによるＴＡＦＭＥＲ（商標）およびＤＥＸＰｌａｓｔｏｍｅｒｓによるＥＸＡＣＴ（商標））、および、均一に分岐した、実質的に直鎖のエチレン／α−オレフィンポリマー（例えばＡＦＦＩＮＩＴＹ（商標）エチレン−オクテンプラストマー（例えばＥＧ８２００（ＰＥ））およびＥＮＧＡＧＥ（商標）ポリオレフィンエラストマー、Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）が挙げられる。実質的に直鎖のエチレンコポリマーは、米国特許第５，２７２，２３６号、同第５，２７８，２７２号、および同第５，９８６，０２８号にさらに十分に記載されている。本発明において有用な追加のオレフィンインターポリマーとしては、不均一に分岐したエチレン系インターポリマー、例えば、直鎖中密度ポリエチレン（ＬＭＤＰＥ）、直鎖低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、および超低密度ポリエチレン（ＵＬＤＰＥ）が挙げられるが、それらに限定されない。市販のポリマーとしては、ＤＯＷＬＥＸ（商標）ポリマー、ＡＴＴＡＮＥ（商標）ポリマー、ＦＬＥＸＯＭＥＲ（商標）、ＨＰＤＥ ３３６４およびＨＰＤＥ ８００７ポリマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ＥＳＣＯＲＥＮＥ（商標）およびＥＸＣＥＥＤ（商標）ポリマー（Ｅｘｘｏｎ Ｍｏｂｉｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ）が挙げられる。適切なＴＰＵの非限定的な例としては、ＰＥＬＬＥＴＨＡＮＥ（商標）エラストマー（Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐ．（例えばＴＰＵ ２１０３−９０Ａ）；ＥＳＴＡＮＥ（商標）、ＴＥＣＯＦＬＥＸ（商標）、ＣＡＲＢＯＴＨＡＮＥ（商標）、ＴＥＣＯＰＨＩＬＩＣ（商標）、ＴＥＣＯＰＬＡＳＴ（商標）、およびＴＥＣＯＴＨＡＮＥ（商標）（Ｎｏｖｅｏｎ）；ＥＬＡＳＴＯＬＬＡＮ（商標）等（ＢＡＳＦ）、ならびにＢａｙｅｒ、Ｈｕｎｔｓｍａｎ、Ｌｕｂｒｉｚｏｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、およびＭｅｒｑｕｉｎｓａから入手可能な市販のＴＰＵが挙げられる。

ある特定の実施形態において、ＴＰＥ成分は、０重量％〜４０重量％のスチレンブロックコポリマー、例えばポリスチレン−ブロック−ポリ（エチレン−コ−ブチレン）−ブロック−ポリスチレン（ＳＥＢＳ）トリブロック熱可塑性エラストマーを含む。一般に、本発明に適切なスチレンブロックコポリマーは、飽和共役ジエンのブロック、好ましくは飽和ポリブタジエンブロックによって分離された少なくとも２つのモノ−アルケニルアレーンブロック、好ましくは２つのポリスチレンブロックを含む。好ましいスチレンブロックコポリマーは直鎖構造を有するが、いくつかの実施形態では、分岐もしくは放射状ポリマーまたは官能化ブロックコポリマーは、有用な化合物を作る。コポリマーが直鎖構造を有する場合、スチレンブロックコポリマーの総数平均分子量は好ましくは３０，０００〜２５０，０００である。そのようなブロックコポリマーは、典型的には、平均ポリスチレン含有量が６〜６５重量％、より典型的には１０〜４０重量％のコポリマーを有する。

スチレンブロックコポリマーは、例えば、米国特許第３，２５１，９０５号、同第３，３９０，２０７号、同第３，５９８，８８７号、および同第４，２１９，６２７号に記載されている、良く知られているモノマーの逐次添加技法、モノマーの増分添加技法、またはカップリング技法を含む、任意の周知のイオンブロック重合または共重合手順によって、製造してもよい。ブロックコポリマー技術において周知のように、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素モノマーとの混合物をそれらの共重合反応速度の差を利用して共重合することにより、テーパードコポリマーブロックをマルチブロックコポリマーに組み込むことができる。米国特許第３，２５１，９０５号、同第３，２６５，７６５号、同第３，６３９，５２１号、および同第４，２０８，３５６号（それらの開示は、参照により本明細書に組み込まれる）を含む様々な特許明細書に、テーパードコポリマーブロックを含有するマルチブロックコポリマーの調製が記載されている。本発明に適切なスチレンブロックコポリマーの例は、ＥＰ０７１２８９２、ＷＯ２００４／０４１５３８、米国特許第６，５８２，８２９号、同第４，７８９，６９９号、同第５，０９３，４２２号、および同第５，３３２，６１３号、ならびにＵＳ２００４／００８７２３５、２００４／０１２２４０８、２００４／０１２２４０９、および２００６／０２１１８１９に記載されている。適切なスチレンブロックコポリマーの非限定的な例としては、スチレン／ブタジエン（ＳＢ）コポリマー、スチレン／エチレン／ブタジエン／スチレン（ＳＥＢＳ）ターポリマー、スチレン／ブタジエン／スチレン（ＳＢＳ）ターポリマー、水素化ＳＢＳまたはＳＥＢＳ、スチレン／イソプレン（ＳＩ）、およびスチレン／エチレン／プロピレン／スチレン（ＳＥＰＳ）ターポリマーが挙げられる。スチレンブロックコポリマーの商業的供給源としては、Ｋｒａｔｏｎ Ｐｏｌｙｍｅｒｓ（ＳＥＢＳ Ｇ１６４３Ｍ、Ｇ１６５１ＥＳ）、Ａｓａｈｉ Ｋａｓｅｉ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、およびＫｕｒａｒａｙ Ａｍｅｒｉｃａが挙げられる。

ＴＰＥ成分に含まれ得る代替のポリマーとしては、限定するものではないが、ポリブタジエン、ポリ（スチレン−ブタジエン）、ポリ（アクリロニトリルジエン）ゴムおよび飽和ゴム、ブタジエンを水素化することによって得られるジエンゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム、ポリブタアクリレートゴム、およびエチレン／α−オレフィンコポリマーゴムが挙げられ、ここで、α−オレフィンは、３〜２０個の炭素原子を有するα−オレフィンであり、例えばプロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテン、１−ノネン、１−デセン、１−ドデセン等である。

炭素繊維成分
その組成物は、５重量％〜６０重量％（例えば５重量％〜４０重量％、５重量％〜３０重量％、１０重量％〜３０重量％、および／または１５重量％〜２５重量％）の炭素繊維成分を含む。例示的な実施形態において、炭素繊維成分はリサイクル廃棄物由来のチョップド炭素繊維を含む。チョップド炭素繊維は、当業者に知られている任意のプロセスまたは手段によって製造してもよい。非限定的な例示的な実施形態において、チョップド炭素繊維は、約２００〜３００℃での酸化、約１２００〜１４００℃での炭化、表面処理、サイジング、連続炭素繊維トウとしての巻き取り、およびチョップド炭素繊維への切断によってポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）前駆体から製造される。さらなる例示的な実施形態において、チョップド炭素繊維は、連続炭素繊維から織物を作り出し、その織物を成形プロセスで使用し、続いてエッジトリムを切断し、それをチョップド繊維の供給源として使用することによって、製造される。

ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、任意のプロセス（例えば成形）前に、６ｍｍ〜１２ｍｍの繊維長を有する。ある特定の実施形態において、炭素繊維成分は短炭素繊維と長炭素繊維とからなる。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は５ミクロン〜１５ミクロンのフィラメント直径を有する。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、ＩＳＯ １０１１９に従って０．１７０ｇ／ｃｃ〜０．１８５ｇ／ｃｃ（例えば０．１７５ｇ／ｃｃ〜０．１８１ｇ／ｃｃ）の密度を有する。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、ＩＳＯ １０６１８に従って１０００ＭＰａ〜６０００ＭＰａ（例えば３５００ＭＰａ〜５５００ＭＰａ、４０００ＭＰａ〜５０００ＭＰａ、および／または４０００ＭＰａ〜４５００ＭＰａ）の引張強度を有する。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、ＩＳＯ １０６１８に従って１００ＧＰａ〜５００ＧＰａ（例えば２００ＧＰａ〜３００ＧＰａ、２１０ＧＰａ〜２８０ＧＰａ、および／または２２０ＧＰａ〜２５０ＧＰａ）の引張弾性率を有する。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、ＩＳＯ １０６１８に従って１％〜３％（例えば１．５％〜２．１％、１．６％〜２％、および／または１．７％〜１．９％）の破断点伸びを有する。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は、ＩＳＯ １０１１９に従って３００ｇ／ｌ〜６００ｇ／ｌの嵩密度を有する。

チョップド炭素繊維は様々なサイジング剤で被覆することができる。本開示のチョップド炭素繊維の例示的なサイジング剤としては、ポリウレタン系エマルジョン、エポキシ系エマルジョン、フェノキシ系エマルジョン、エポキシ系およびフェノキシ系エマルジョン、芳香族ポリマー系エマルジョン、グリセリン系エマルジョン、炭化水素系エマルジョン、ポリアミド系エマルジョン、および／またはそれらの組み合わせが挙げられる。ある特定の実施形態において、チョップド炭素繊維は０．５重量％〜１０重量％（例えば１重量％〜５重量％）のサイジング剤含有量を有する。

ある特定の実施形態において、炭素繊維成分は、例えばＳＧＬ Ｇｒｏｕｐ（例えばＳＩＧＲＡＦＩＬ（登録商標）炭素繊維）、ＤｏｗＡｋｓａ、Ｔｏｒａｙ（例えばＴＯＲＡＹＣＡ（商標）炭素繊維）等から市販されているチョップド炭素繊維を含む。

組成物
本開示の組成物は、ホモポリマーポリプロピレン、ランダムコポリマーポリプロピレン、エチレン／Ｃ４−８アルファ−オレフィンプラストマー、および／またはポリスチレン−ブロック−ポリ（エチレン−コ−ブチレン）−ブロック−ポリスチレン（ＳＥＢＳ）トリブロック熱可塑性エラストマーを含んでもよい。

本開示の組成物は、既知の方法を使用して物品を調製するのに有用であり得る。例えば、本組成物は、任意の押出成形、カレンダー加工、ブロー成形、圧縮成形、射出成形、または熱成形プロセスを使用して、部品、シート、または他の製品に製造され得る。本組成物の成分は、予備混合されたプロセスに供給され得るか、または本組成物がその中に形成されるように、成分を変換押出成形機などのプロセス機器に直接供給され得る。本組成物は、物品の製造の前に、別のポリマーとブレンドされ得る。そのようなブレンドは、様々な従来技法のいずれかによって行われてもよく、その一つは、本組成物のペレットと別のポリマーのペレットとの乾燥ブレンドである。

本開示の組成物は、１つ以上の添加剤および／または充填剤を任意選択的に含むことができる。添加剤および／または充填剤の非限定的な例としては、可塑剤、熱安定剤、光安定剤（例えば、ＵＶ光安定剤および吸収剤）、酸化防止剤、スリップ剤、加工助剤、蛍光増白剤、帯電防止剤、滑剤、触媒、レオロジー調整剤、殺生物剤、腐食防止剤、脱水剤、有機溶剤、着色剤（例えば顔料および染料）、界面活性剤、離型剤、鉱油、ブロッキング防止剤、核剤、難燃剤、強化充填剤（例えばガラス、繊維、スクラッチ防止添加剤、タルク、炭酸カルシウム、雲母、ガラス繊維、ウィスカー等）、加工助剤、金属繊維、ホウ素繊維、セラミック繊維、ポリマー繊維、カオリン、ガラス、セラミック、炭素／ポリマー微小球、シリカ、雲母、炭素繊維、粘土、麻繊維、天然繊維、カーボンブラック、およびそれらの組み合わせが挙げられる。

本開示の組成物は、例えば、グラフト化、水素化、ニトレン挿入反応、または当業者に知られているもの等の相溶化剤を使用する他の官能化反応によって、任意選択的に改質することができる。例示的な相溶化剤としては、無水マレイン酸グラフト化ポリオレフィンが挙げられるが、それらに限定されない。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１０００ＭＰａ〜６０００ＭＰａ（例えば１５００ＭＰａ〜５５００ＭＰａ、２０００ＭＰａ〜５０００ＭＰａ、２５００ＭＰａ〜４５００ＭＰａ、３０００ＭＰａ〜４０００ＭＰａ等）の曲げ弾性率（ＩＳＯ １７８）を含む。ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、３０００ＭＰａ超（例えば３５００ＭＰａ超および／または３６００ＭＰａ超）の曲げ弾性率（ＩＳＯ １７８）を含む。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、５ｋＪ／ｍ^２〜３５ｋＪ／ｍ^２（例えば１０ｋＪ／ｍ^２〜３０ｋＪ／ｍ^２、１５ｋＪ／ｍ^２〜２５ｋＪ／ｍ^２、または１７ｋＪ／ｍ^２〜２０ｋＪ／ｍ^２）のシャルピー衝撃強度（ＩＳＯ １７９−１）を含む。ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１０ｋＪ／ｍ^２超（例えば１５ｋＪ／ｍ^２超、１６ｋＪ／ｍ^２超、１７ｋＪ／ｍ^２超、１８ｋＪ／ｍ^２超、または１９ｋＪ／ｍ^２超）のシャルピー衝撃強度（ＩＳＯ １７９−１）を含む。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１０ＭＰａ〜５０ＭＰａ（例えば１０ＭＰａ〜４０ＭＰａ、１０ＭＰａ〜３５ＭＰａ、１５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、２０ＭＰａ〜３０ＭＰａ、２０ＭＰａ〜２５ＭＰａ等）の降伏応力（ＩＳＯ １７８）を含む。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１％〜１５％（例えば１％〜１０％、２％〜８％、２％〜５％等）の降伏歪（ＩＳＯ １７８）を含む。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１ＭＰａ〜２０ＭＰａ（例えば１ＭＰａ〜１５ＭＰａ、３ＭＰａ〜１０ＭＰａ、４ＭＰａ〜１０ＭＰａ、４ＭＰａ〜８ＭＰａ等）の破断応力（ＩＳＯ １７８）を含む。

ある特定の実施形態において、本開示の組成物は、１０ＭＰａ〜７０ＭＰａ（例えば１５ＭＰａ〜６５ＭＰａ、２０ＭＰａ〜６０ＭＰａ、２０ＭＰａ〜５５ＭＰａ、２０ＭＰａ〜５０ＭＰａ等）の破断歪（ＩＳＯ １７８）を含む。

本開示の組成物は、曲げ弾性率、シャルピー衝撃強度、降伏応力、降伏歪、破断応力、および破断歪に関する上記の特性のうちの１つ、いくつか、または全てを有し得る。

密度をＡＳＴＭ Ｄ７９２またはＩＳＯ１１８３に従って測定する。その結果は、１立方センチメートル当たりのグラム数（ｇ）、すなわちｇ／ｃｃで報告される。

メルトフローインデックスは、１９０℃、２．１６ｋｇでＡＳＴＭ Ｄ １２３８またはＩＳＯ １１３３に従って測定する。結果はグラム／１０分で報告される。

メルトフローレートは、２３０℃、２．１６ｋｇでＡＳＴＭ Ｄ １２３８またはＩＳＯ １１３３に従って測定する。結果はグラム／１０分で報告される。

シャルピー衝撃試験：衝撃性能はＰｅｎｄｕｌｕｍ Ｉｍｐａｃｔ Ｔｅｓｔｅｒ Ｚｗｉｃｋ ５１０２を使用して測定する。サンプルを最初に適切なサンプルに切断し、ノッチを付け、２４時間冷却する（２３℃未満の温度の場合）。試験はＩＳＯ １７９−１規格に従って実施する。

曲げ弾性率：曲げ弾性率は、Ｚｗｉｃｋ Ｚ０１０を使用し、ＩＳＯ １７８規格に従って実施する。

引張特性：降伏応力、降伏歪、破断応力、および破断歪を含む引張特性をＩＳＯ １７８に従って測定する。

本明細書で使用される場合、融点、すなわち「Ｔｍ」（プロットされたＤＳＣ曲線の形状に関連して、溶融ピークとも称される）は典型的には、ＵＳＰ５，７８３，６３８に記載される、ポリオレフィンの融点または溶融ピークを測定するためのＤＳＣ（示差走査熱量測定）技術によって測定され、Ｔｍは１０℃／分の傾斜率で取られる第２の熱溶融温度であり、Ｔｍは最大のピークである。融解熱（Ｈｆ）（ジュール／グラム、Ｊ／ｇで測定される）およびピーク溶融温度は、第２の熱曲線から報告される。ピーク結晶化温度は冷却曲線から決定される。結晶化温度（Ｔｃ）は、結晶化ピークの高温側に接線を引いたことを除いて、上記のＤＳＣ冷却曲線から決定される。この接線がベースラインと交差する場所が、外挿された結晶化開始（Ｔｃ）である。２つ以上のポリオレフィンを含む多くのブレンドは２つ以上の融点またはピークを有することになり、多くの個々のポリオレフィンは１つだけの融点またはピークを含むことになる点に留意すべきである。

以下の材料は、本開示の実施例において主に使用される。

ＰＰ：密度０．９００ｇ／ｃｃ（ＩＳＯ １１８３）、メルトフローレート５０．０ｇ／１０分（２３０℃、２．１６ｋｇにおいてＩＳＯ １１３３）、および曲げ弾性率１８００ＭＰａ（ＩＳＯ １７８）を含む特性を有するポリプロピレンホモポリマー（ＢｒａｓｋｅｍからＨ７３４−５２ＲＮＡポリプロピレンとして入手可能）。

ＴＰＥ：密度０．８８８ｇ／ｃｃ（ＡＳＴＭ Ｄ７９２）、メルトフローレート２ｇ／１０分（１９０℃、２．１６ｋｇにおいてＡＳＴＭ Ｄ１２３８）、および曲げ弾性率５７ＫＰｓｉ（ＡＳＴＭ Ｄ７９０）を含む特性を有するプロピレン−エチレンコポリマー（Ｔｈｅ Ｄｏｗ Ｃｈｅｍｉｃａｌ ＣｏｍｐａｎｙからＶＥＲＳＩＦＹ（商標）２０００として入手可能）。

ＡＣ１１０１：密度１．７６ｇ／ｃｃ（ＩＳＯ １０１１９）および２４０ＧＰａの引張弾性率（ＩＳＯ １０６１８）を含む特性を有するエポキシ−およびフェノキシ−系エマルジョンでサイジングされたチョップド炭素繊維（長さ６ｍｍ）（ＤｏｗＡｓｋａからＡＣ１１０１として入手可能）。

これらの材料に基づいて、表１に見られるように本開示の発明例および比較例のために配合物を調製する。表１の全ての配合物は、単一の混合スクリュー（４６ｍｍ Ｌ／Ｄ）を有するＢｕｓｓ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｅｒ ＭＤＫ／Ｅ ４６で配合する。次いで、それらのコンパウンドを、機械的特性試験のためにＩｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｂｏｙ ５５Ｅ（ＢＯＹ Ｍａｃｈｉｎｅｓ，Ｉｎｃ．）を使用してドッグボーンとして射出成形する。機械的特性試験の結果も表１に提供される。

本発明の実施例１を比較例Ａ〜Ｃと比較すると分かるように、本発明の実施例１は、驚くべきことに、かつ意外にも、炭素繊維と熱可塑性ポリオレフィンエラストマーとの組み合わせにより、高いシャルピー衝撃強度を維持しながら適度に高い剛性を有する組成物をもたらす。本発明の実施例１はまた、驚くべきことに、比較例とは対照的にある特定の引張特性が損なわれないことを示している。当業者であれば、炭素繊維は非常にもろく、コンパウンドされるか、または部品に射出成形された後に、小さな繊維に分解されるという事実の故に、組成物への炭素繊維の添加は組成物の剛性および靭性に悪影響を及ぼすと予想するものであり、これらの結果は、驚くべきかつ予想外のことである。

さらに、プロピレン／アルファ−オレフィンコポリマーの使用により、光沢外観が低下し、耐摩耗性が改良されることが期待される。

本開示は、本明細書に含まれる実施形態および説明に限定されるものではないが、以下の特許請求の範囲内に入るものとして実施形態の一部および異なる実施形態の要素の組み合わせを含む、それらの実施形態の改変された形態を包含することが特に意図される。

Claims (6)

1. （Ａ）４０重量％〜９５重量％の熱可塑性ポリオレフィンエラストマーと、
   （Ｂ）５重量％〜６０重量％の炭素繊維成分と、を含み、
   前記炭素繊維成分は、エポキシ系およびフェノキシ系エマルジョンでサイジングされたチョップド炭素繊維を含む、組成物。
2. 前記熱可塑性ポリオレフィンエラストマーが、プロピレン／アルファ−オレフィンコポリマーである、請求項１に記載の組成物。
3. 前記熱可塑性ポリオレフィンエラストマーが、プロピレン−エチレンコポリマーである、請求項１または２に記載の組成物。
4. 前記熱可塑性ポリオレフィンエラストマーが、ＡＳＴＭ Ｄ７９２に従って測定すると０．８７０ｇ／ｃｃ〜０．９００ｇ／ｃｃの密度、２３０℃／２．１６ｋｇにおいてＡＳＴＭ Ｄ１２３８に従って測定すると０．１ｇ／１０分〜５０ｇ／１０分のメルトフローレートを有するプロピレン−エチレンコポリマーである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の組成物。
5. ３０００ＭＰａを超える曲げ弾性率をさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の組成物。
6. １０ｋＪ／ｍ^２を超えるシャルピー衝撃強度をさらに含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の組成物。