JP2020094215A - 新規ブロックコポリマー及びこれらの使用 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱可塑性製法により容易に加工され得る機械的性能を持った、大きな温度範囲で高い減衰を呈するポリマー組成物が必要である。【解決手段】1個以上のポリマーブロックA及び1個以上のポリマーブロックBを有するスチレンブロックコポリマーが開示されて、ここで「A」は、5kg/molを超える分子量を有するポリ(ビニル芳香族)ブロックである。「B」ブロックは、15kg/molを超える分子量を有し、重合1,3−ジエン単位及びビニル芳香族単位を含み、重合ビニル芳香族単位は、ブロック「B」の全重量の5〜40wt%に相当する。重合1,3−ジエン単位は、80wt%を超える重合イソプレンを含み、重合イソプレン単位の45〜80mol%は、1,4−イソプレン付加単位である。ブロック「A」及び「B」は、ブロックコポリマーの全重量に対して、それぞれ>5〜<40wt%及び>33〜<95wt%を占める。ポリマーは、例えば振動減衰材料として有益である物理的特性を有する。【選択図】なし

Description

本開示は、新規ブロックコポリマー及びこれらの使用に関する。
良好な加工能力と合わせて広範囲の温度にわたって高い散逸係数を有する、良好な機械的性能を有するゴム状材料は、自動車産業、建築、工具製造、接着剤及び封止剤などの多数の商業分野に必要とされている。いくつかの主要な用途は、広い範囲の振動数及び例えば周囲以下〜周囲以上の温度などの広範囲の温度にわたって、高い音響又は振動減衰性能を有する材料を必要とする。さらに、強度及び十分な弾性率又は硬度の点についての良好な機械的性能も望ましい。現存の熱可塑性材料は、そのような要件を満たすことができないことがある。
したがって、熱可塑性製法により容易に加工され得る機械的性能を持った、広い温度範囲で高い減衰を示すポリマー組成物が必要である。
本開示の一態様は、少なくとも1個のポリマーブロックA及び少なくとも1個のポリマーブロックBを有するスチレンブロックコポリマー(SBC−1)であり、前記ブロックAは、5kg/molを超える分子量を有するポリ(ビニル芳香族)ブロックであり、前記ブロックBは、1,3−ジエン及びビニル芳香族化合物に由来する重合単位を含み、15kg/molを超える分子量を有するゴムブロックである。前記ブロックBにおいて、ビニル芳香族化合物に由来する重合単位は、前記ブロックBの全重量の5〜40wt%に相当し、前記1,3−ジエンに由来する重合単位は、80wt%を超える重合イソプレン単位を含み、重合イソプレン単位の45〜80mol%は、1,4−付加単位である。前記ブロックAは、ブロックコポリマー全体の5wt%超40wt%未満に相当し、前記ブロックBは、ブロックコポリマー全体の33wt%超95wt%未満に相当する。ブロックコポリマーは、
(i)1−H NMRにより測定して15%超80%未満の芳香族ブロック性(blockiness)指数、
(ii)1を超えるゴム相最大減衰係数、及び
(iii)−30℃超のゴム相最大減衰係数に対応する温度
を示す。特性(i)及び(iii)は、プレートツール(plate tool)を使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定することができる。
別の態様では、本明細書おいてSBC−2と称される1個以上のブロックDをさらに含む、上記のスチレンブロックコポリマーが開示される。SBC−2は、構造A−D−B、A−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B−)nX、(A−D−B−A−)nX、又はこれらの組合せを有する。前記ブロックDは、本質的に、イソプレノイド共役ジエンに由来する重合1,3−ジエン単位を含むポリ(1,3−ジエン)ブロックである。「X」は、カップリング剤の残基であり、nは、1〜30の整数であり、前記ブロックB又はブロックDの末端にカップリングしたポリマーアームの数を表す。カップリングしたブロックコポリマーの(A−D−B−)nX、(A−B−D−)nX、又はこれらの組合せは、ブロックコポリマーの全重量の20wt%超に相当する。前記ブロックAは、ブロックコポリマーの全重量の5wt%超40wt%未満に相当し、前記ブロックBは、ブロックコポリマーの全重量の33wt%超90wt%未満に相当する。ブロックコポリマーは、
(i)10℃を超える、ゴム相最大減衰係数に対応する温度とゴム相最大損失弾性率に対応する温度との差、及び
(ii)1.1を超えるゴム最大減衰係数(タンデルタ)
を示す。両方の特性は、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定することができる。
他の態様において、上記のブロックコポリマーSBC−1及びSBC−2の水素化形態が開示される。水素化形態は、水素化されたビニル芳香族二重結合を約20パーセントまで有し、水素化された非芳香族二重結合を少なくとも80パーセント有する。
なお他の態様において、スチレンブロックコポリマーSBC−1及びSBC−2のそれぞれに基づいたブレンドが開示される。ブロックコポリマー及びこれらのブレンドは、特に振動減衰組成物の製造にとって有益な材料である。
実施例6のブロックコポリマー組成物の組成についてのタンジェントデルタ(タンデルタ)及び弾性係数(G’)によるノモグラムの例示である。 実施例7(実線)及び比較例5(点線)の組成物によるDMAタンデルタ曲線を示す。
以下の用語が明細書に使用され、以下の意味を有する。
「イソプレノイド共役ジエン」は、イソプレン(C5)を含み、2、3又はそれ以上の個数のイソプレン単位を組み合わせて有する共役ジエンを含む1,3−ジエンの基を指す。ミルセン(7−メチル−3−メチレン−1,6−オクタジエン、C1016)は、2個のイソプレン単位を組み合わせて有する共役ジエンの例であり、一方、ファルネセン(farnesene)(3,7,11−トリメチル−1,3,6,10−ドデカテトラエン、C1524)は、3個のイソプレン単位を組み合わせて有する共役ジエンの例である。
「タンデルタ」は、損失弾性率(G”)と弾性係数(G’)の比として定義される。「タンデルタ」は、減衰係数、散逸係数又は損失係数とも呼ばれ、粘弾性系において減衰の尺度として一般的に使用されている。「最大タンデルタ」は、「最大減衰係数」とも称する。
「制御分布」は、以下の特質を有するジエンポリマーブロックの分子構造を指す。(1)1,3−ジエン単位が豊富である(すなわち、平均量より多い1,3−ジエン単位を有する)、ポリ(ビニル芳香族)ブロック(「A」)に隣接している末端領域;(2)重合ビニル芳香族単位が豊富である(すなわち、平均量より多い重合ビニル芳香族単位を有する)、「A」ブロックに隣接していない1つ以上の領域;及び(3)比較的低いブロック性を有する全体的な構造。用語「豊富」は、平均量より多い、好ましくは平均量の5%より多いと定義される。
ポリマーに適用される「芳香族ブロック性」は、ポリマーに存在する芳香族単位の全体量における、2個の隣接芳香族単位を有する芳香族単位の百分率を指す。「芳香族ブロック性指数」は、コポリマーのH−1 NMR分光分析法を使用して測定され、下記式により数学的に得られる。
芳香族ブロック性指数=100(積分2/積分1)
[式中、積分1は、7.5ppm〜6.0ppmのH−1 NMRスペクトルを積分し、結果を5で割ることによって決定され、積分2は、6.9ppm及び6.6ppm〜6.0ppmの最小シグナル領域のH−1 NMRスペクトルを積分し、結果を2で割ることによって決定される。]
「ウエットグリップ(Wet Grip)指数」は、試料のウエットグリップ指標/参照のウエットグリップ指標によって得られる。
「ドライグリップ(Dry Grip)指数」は、試料のドライグリップ指標/参照のドライグリップ指標によって得られる。
「ドライ取扱い指数」は、試料のドライ取扱い指標/参照のドライ取扱い指標によって得られる。
「転がり抵抗指数」は、参照の転がり抵抗指標/試料の転がり抵抗指標によって得られる。
「90℃弾性指数」は、参照の90℃弾性指標/試料の90℃弾性指標によって得られる。
「引張強度指数」は、試料の引張強度/参照の引張強度によって得られる。
本開示は、良好な機械的特性を有する、並びに接着剤及びオーバーモールディング(overmolding)用TPE化合物をはじめとする、高い減衰用途に有用であるスチレンブロックコポリマー及びこれらの水素化類似体を提供する。これらが物品を作製するためにポリマー組成物に使用される場合、硬化ステップは通常必要ない。
<スチレンブロックコポリマー(SBC)構成成分>:スチレンブロックコポリマーSBC−1は、1個以上のポリマーブロック「A」及び1個以上のポリマーブロック「B」を含み、「A」は、5kg/molを超える分子量を有するポリ(ビニル芳香族)ブロックであり、「B」は、1,3−ジエン及びビニル芳香族化合物に由来する重合単位を含み、15kg/molを超える分子量を有するゴムブロックである。ブロック「B」の範囲内において、ビニル芳香族化合物に由来する重合単位は、ブロックの全重量の5〜40wt%に相当し、1,3−ジエンに由来する重合単位は、80wt%を超える重合イソプレン単位を含み、重合イソプレン単位の45〜80mol%は、1,4−付加単位である。1,4−付加単位は、イソプレンのC−1原子とC−4原子の間に生じる反応によって得られる。
「硬質ブロック(hard block)」と称する場合もあるブロック「A」の構成に有用な適切なビニル芳香族化合物には、8〜20個の炭素原子を有するもの、例えば、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、アルファ−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルトルエン、ビニルキシレン、1,1−ジフェニルエチレン又はこれらの混合物が挙げられる。スチレンが好ましいビニル芳香族化合物である。
ブロック「A」は、5kg/molを超える分子量を有する。実施形態において、ブロック「A」の分子量は、5kg/mol超〜10kg/mol、7kg/mol〜15kg/mol、10kg/mol〜20kg/mol又は15kg/mol〜30kg/molであり得る。
ブロック「B」の構成に適したビニル芳香族化合物は、ブロック「A」の構成に関して上記に開示されたものと同じであり得る。あるいは、ブロック「A」の製造に使用されるビニル芳香族化合物と異なり得る。
ゴムブロック[B]は、重合1,3−ジエン単位も含み、重合1,3−ジエン単位の80wt%超は、重合イソプレン単位である。重合1,3−ジエン単位の残り(すなわち、20wt%未満の)は、1,3−ブタジエン、1,3−シクロヘキサジエン、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン及びこれらの混合物からなる群から選択される1つ以上の1,3−ジエンに由来し得る。1,3−ブタジエンが、「B」ブロックを形成するイソプレンを含む好ましい1,3−ジエンである。
ブロック「B」は、15kg/molを超える分子量を有する。実施形態において、ブロック「B」の分子量は、15kg/mol超〜50kg/mol、25kg/mol〜75kg/mol、50kg/mol〜100kg/mol又は100kg/mol〜200kg/molであり得る。
全体像から、ブロック「A」は、ブロックコポリマーの全重量の5wt%超40wt%未満に相当し、ブロック「B」は、ブロックコポリマーの全重量の33wt%超95wt%未満を占める。他の実施形態において、ブロック「A」及び「B」は、ブロックコポリマーの全重量に対して、それぞれ、10wt%〜35wt%及び35wt%〜80wt%、又は15wt%〜30wt%及び45wt%〜75wt%、又は25wt%〜35wt%及び50wt%〜60wt%に相当する。
実施形態において、SBC−1は、構造A−B、A−B−A、(A−B−A−)nX及び(A−B−)nXのうちの1つ以上を含み、ここで、Xはカップリング剤の残基であり、「n」は1〜30の整数である。「n」は、構造(A−B−)nXのブロック「B」の末端と構造(A−B−A−)nXの末端ブロック「A」にカップリングしたポリマーアームの数を表し、すなわち、カップリングは開放ハイフン(「−」)によって示されている。これらのブロックコポリマーは、下記においてさらに記載される特性を有する。
実施形態において、スチレンブロックコポリマーのSBC−2は1個以上のDブロックを含み、DブロックはAブロックとBブロックの間に配置されている。Dブロックは、イソプレノイド共役ジエンに由来する重合単位を本質的に有し、すなわち、0〜最大5mol%の重合ビニル芳香族単位を追加的に有する。このようにブロック「D」は、重合ビニル芳香族単位を実質的に含まないことも考えられ得る。
実施形態において、SBC−2は、構造A−D−B、A−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B−)nX、(A−B−D−)nX、又はこれらの任意の組合せを有することができ、ここで、「X」は、カップリング剤の残基であり、「n」は、1〜30の整数であり、ブロック「B」又はブロック「D」の末端にカップリングしたポリマーアームの数を表す。構造における開放ハイフン(「−」)は、カップリング剤が結合したポリマーブロックを示す。カップリングしたブロックコポリマーの(A−D−B−)nX、(A−B−D−)nX、又はこれらの組合せは、ブロックコポリマーの全重量の20wt%超に相当する。ブロック「A」は、ブロックコポリマーの全重量の5wt%超40wt%未満に相当し、ブロック「B」は、ブロックコポリマーの全重量の33wt%超90wt%未満に相当する。ブロックコポリマーは、下記においてさらに記載される特性を有する。
実施形態において、SBC−2のブロック「A」は、6kg/mol〜40kg/mol又は7kg/mol〜25kg/mol又は8kg/mol〜15kg/molのGPC分子量を有する。
他の実施形態において、SBC−2のブロック「D」は、3kg/mol〜50kg/mol又は6kg/mol〜40kg/mol又は12kg/mol〜30kg/mol又は15kg/mol〜25kg/molのGPC分子量を有する。
なお他の実施形態において、ブロック「D」は、50mol%超又は80mol%超又は50mol%超〜70mol%まで又は60mol%超〜90mol%まで又は70mol%〜85mol%の重合1,3−ジエン単位を1,4−付加単位として有することができる。
実施形態において、SBC−2は、ブロックコポリマーのA−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B−)nX、(A−B−D−)nX、又はこれらの任意の組合せが、ブロックコポリマーの全重量の70wt%〜100wt%に相当する組成物を有し、ブロックコポリマーは、ASTM D412に従って測定して15MPa以上の引張強度を示す。
ブロックコポリマーのSBC−1及びSBC−2は、官能基をさらに含むこともできる。実施形態において、官能化SBC−1は、OH、ハロゲン、SO3Y(式中、Yは金属カチオン、H、アルコキシ又はアリールオキシである)、酸無水物、アミノ、エポキシ及びCO2Z(式中、Zは金属カチオン、H、アルコキシ又はアリールオキシである)からなる群から選択される官能基を有する。
別の実施形態において、ブロックコポリマーは、SBC−3と称される構造を有することができ、ブロック「A」及び「B」は、式(I):
Figure 2020094215
[式中、R1は、H又はCHであり、R2は、H、アルキル基又はアリール基である。]
を有する1つ以上のビニル芳香族化合物に由来する重合単位を含む。適切なアルキル基の非限定例には、C1〜C8直鎖又は分枝鎖アルキル基、例えばメチル、エチル、n−ブチル、イソブチル及びtert−ブチルが挙げられる。アリール基の例には、フェニル、トリル及びキシリルが挙げられる。好ましい実施態様において、R1はHであり、R2は、H又はCHである。
上記に記載されたSBCは、選択的に水素化されて、対応する水素化ブロックコポリマーをもたらすこともできる。このように、一実施形態において、SBC−1、SBC−2又はSBC−3の選択的水素化形態は、ブロック「B」において重合1,3−ジエン単位に80mol%超の二重結合を有することができ、水素化されたブロック「A」において30mol%未満の芳香族環二重結合を有することができる。別の実施形態において、水素化ブロックコポリマーは、水素化されたブロック「A」に20パーセントまで芳香族二重結合を有することができ、水素化されたブロック「B」に少なくとも80mol%の重合1,3−ジエン単位を有することができる。
ブロックコポリマーのSBC−1、SBC−2及びSBC−3の選択的水素化形態は、またさらに官能化され得る。
実施形態において、SBC−2の選択的水素化形態は、水素化されたブロック「B」及び「D」において重合1,3−ジエン単位に80mol%超の二重結合を有することができ、水素化されたブロック「A」において30mol%未満の芳香族環二重結合を有することができる。別の実施形態において、SBC−2は、水素化されたブロック「B」及び「D」において重合1,3−ジエン単位に92mol%超の二重結合を有することができ、水素化されたブロック「A」において30mol%未満の芳香族環二重結合を有することができる。なお別の実施形態では、ブロック「B」及び「D」における重合1,3−ジエン単位の少なくとも80mol%の二重結合が水素化されており、ブロック「A」において20パーセントまで芳香族二重結合が水素化されている。なお他の実施形態において、SBC−2は、水素化されたブロック「B」及び「D」に80mol%〜98mol%又は85mol%〜92mol%又は88mol%〜95mol%のポリマー鎖二重結合を独立して有し、水素化されたブロック「A」において20mol%まで又は20mol%超30mol%未満の芳香族環二重結合を独立して有する。
ブロック「D」の構築に有用な1,3−ジエンは、イソプレノイド共役ジエンの群に属する1つ以上のメンバーを少なくとも95mol%含む。適切なイソプレノイド共役ジエンの例には、イソプレン、ミルセン、ファルネセン又はこれらの混合物が挙げられる。1,3−ブタジエンなどの非イソプレノイドジエンを最大で5mol%までの少量でブロック「D」に含めることもできる。実施形態において、ブロック「D」を構成する1,3−ジエン混合物は、イソプレン又は少なくとも95mol%のイソプレンと5mol%までの1,3−ブタジエンを有する混合物から選択される。
<SBCの調製>:ブロックコポリマーは、当該分野に既知の技術を使用してアニオン重合によって調製される。重合開始剤は、一般に、有機リチウム化合物、例えばエチル−、プロピル−、イソプロピル−、n−ブチル−、sec−ブチル−、tert−ブチル−、フェニル−、ヘキシルビフェニル−、ヘキサメチレンジ−、ブタジエネイル−、イソプレネイル−、1,1−ジフェニルヘキシルリチウム又はポリスチリルリチウム、などの有機金属化合物である。必要な開始剤の量は、達成されるべき分子量に基づいて計算され、一般に、重合されるモノマーの量に基づいて0.002〜5molパーセントである。適切な溶媒には、4〜12個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式又は芳香族炭化水素、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、デカリン、イソオクタン、ベンゼン、アルキルベンゼン、例えばトルエン、キシレン若しくはエチルベンゼン又は適切な混合物が挙げられる。ポリマー連鎖停止は、カップリング剤、例えば二官能性又は多官能性化合物、例えば、ジビニルベンゼン、脂肪族若しくは芳香脂肪族炭化水素のハロゲン化物、例えば1,2−ジブロモエタン、ビス(クロロメチル)ベンゼン、又は四塩化ケイ素、二塩化ジアルキル−若しくはジアリールケイ素、三塩化アルキル−若しくはアリールケイ素、四塩化スズ、アルキルケイ素メトキシド、アルキルケイ素エトキシド、多官能性アルデヒド、例えばテレフタルジアルデヒド、ケトン、エステル、無水物又はエポキシドを使用して実施される。水素化ブロックコポリマーでは、1,2−ジブロモエタン又はジエポキシド、特にジグリシジルエーテル、例えば1,4−ブタンジオールジグリシジルエーテルの使用が好ましい。
望ましい場合、重合パラメーターに影響を及ぼすルイス塩基添加剤を用いることもできる。ルイス塩基の例には、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、1,2−ジエトキシプロパン、ジエチレングリコールジメチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフルフリルエーテル、例えばテトラヒドロフルフリルメチルエーテル、及び第三級アミンが挙げられる。
BCに存在するビニル基の水素化は、少なくとも80mol%、少なくとも92mol%又は少なくとも95mol%のビニル基が還元され、0〜20mol%のアレーン二重結合が還元される条件下で実施され得る。ニッケル、コバルト又はチタンをベースとする適切な触媒が水素化ステップに使用される。
<SBCの特性>:上記に記載されたSBCは、高性能用途にとって有益な物理的特性を有する。硬化剤を用いて又は用いることなく、従来のプラスチック加工機器を使用して射出成形又は押し出すことができる。SBCは、特有の接着又は減衰性能を周囲又は野外温度で有し、同時に良好な機械的特性も維持している。減衰材料にとって良好な基材となる、とりわけ、広範囲の温度にわたって広い範囲の振動数の高い減衰が必要となる用途にとって良好な基材となる弾性特性も有する。中程度から高い硬度を保有しながら、高い引張強度も示す。SBCは良好な接着特性も有する。
SBC及びこれらが配合されたTPEを、DMA(動的機械分析装置)を使用して、機械的及び粘弾性特性について、特に、タンジェントデルタ(タンデルタ、タンδ)、弾性係数及び損失係数について、所定の角振動数で温度の関数として評価することができる。ゴム状材料の粘弾性特性は、測定に適用される温度及び振動数(又はサイクル時間)の強力な関数である。時間温度重ね合わせの原理(Time−Temperature Superposition Principle)(TTSP)を使用して、推定振動数でのレオロジー挙動を予測するのに有用なレオロジーマスター曲線を構成することができる(Ferry,J.D.,1980,Viscoelastic Properties of Polymers,3rd ed.,New York:Wiley.Time Temperature Superposition:A Users Guide,J.Dealy,D.Plazek,Rheology Bulletin,78(2),July 2009,p16−30.“Thermal Analysis Application Brief;Application of Time Temperature Superposition principles to DMA;Number TA−144)。TTSPの1つの用途は、WLF(ウイリアムズ・ランデル・フェリー)の式を使用して定量的モデルを構成することによって、所定の材料のノモグラムを構築することである。そのようなノモグラムは図1に例示されており、図1は実施例6のブロックコポリマー組成物のノモグラムを例示している(表6を参照すること)。図1を以下のように使用して実施例6の組成物の粘弾性挙動を見いだすことができ、実施例6の組成物は、プレート/プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従ってDMAを使用して測定すると、100Hzの振動下において+10℃で1.0のタンデルタを示す。右側軸の100Hz振動数マークから出発して、およそ2000Hzの換算振動数に対応する10℃の温度斜線に到達するまで左側に水平に移動する。そこから、タンデルタ又は弾性係数曲線が交差するまで垂直に移動する。この場合は、弾性係数(G’)の値30MPaを左側軸から読み取ることができる。
SBC−1及びSBC−2ブロックコポリマーの構造を変えることによって、広範囲の物理的特性を達成することができる。実施形態において、ブロックコポリマーのA−B−A、(A−B−A)nX、(A−B)nX、又はこれらの任意の組合せが、ブロックコポリマーの全重量の75wt%〜95wt%に相当するSBC−1は、ASTM D412に従って測定して15MPa以上の引張強度を示す。
別の実施形態において、65%〜85%の重合イソプレンベース単位を有するブロックBを有し、重合イソプレンベースの50〜75mol%が1,4−付加単位であるSBC−2は、0℃超+20℃未満のゴムブロック最大減衰係数に対応する温度を示す。
実施形態において、SBC−1は、1を超えるゴム相最大減衰係数、−30℃超のゴム相最大減衰係数に対応する温度、及び10℃を超える、ゴム相最大減衰係数に対応する温度とゴム相最大損失弾性率に対応する温度との差を有し、これらは全て、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定することができる。
実施形態において、SBC−2は、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定して、1.1を超えるゴム相最大減衰係数(タンデルタ)を示す。別の実施形態において、1個以上のポリマーブロック「D」をさらに含むSBCは、(i)1.2を超えるゴムブロック最大減衰係数、(ii)−10℃超+30℃未満のゴムブロック最大減衰係数に対応する温度、(iii)15℃を超える、ゴムブロック最大減衰係数に対応する温度とゴムブロック最大損失弾性率に対応する温度との差、及び(iv)1℃あたり40MPa未満の、弾性係数(G’)の最大絶対変化を示し、これらは全て、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定することができる。
<SBCをベースとするポリマー組成物>:SBC及びこれらの水素化形態は、熱可塑性エラストマー(TPE)組成物をはじめとする様々なポリマーブレンドを製造するのに有用である。実施形態において、TPE組成物は、SBC−1、SBC−2又はSBC−3と、1つ以上の構成成分(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)とのブレンドであり、ここで、(a)は少なくとも1種の可塑剤であり、(b)は少なくとも1種の粘着性付与樹脂であり、(c)は少なくとも1種のプラスチック材料であり、(d)は少なくとも1種の充填剤であり、(e)は少なくとも1種の添加剤である。実施形態において、可塑剤構成成分(a)及び/又は粘着性付与樹脂構成成分(b)は、SBC−1、SBC−2及びSBC−3のうちの少なくとも1つのゴム相と混和性である。
実施形態において、TPE組成物は、99wt%〜1wt%のSBCコポリマー、及び1wt%〜99wt%の、(a)、(b)、(c)、(d)及び(e)から選択される1つ以上の構成成分を含む。他の実施形態において、TPE組成物は、SBC−1、SBC−2若しくはSBC−3の100重量部あたり合計で50重量部の(a)及び(b)含む又はSBC−1、SBC−2若しくはSBC−3の100重量部あたり50重量部の(c)を含むことができる。
可塑剤は、例えば、パラフィン油、ナフテン油、天然油、水素化ナフテン油、低分子量ポリオレフィン、低分子量液体ゴム又はこれらの組合せであり得る。
粘着性付与樹脂は、ポリオールを使用して作製されるものを含む天然の若しくは変性されたロジン若しくはロジンエステル、ポリテルペン樹脂、フェノール変性テルペン樹脂、芳香族樹脂、脂肪族石油樹脂、例えば石油分解/精製によって得られるC5若しくはC6炭化水素流を使用して作製されるもの、これらの水素化形態又は前述の樹脂の任意の組合せのうちの1つ以上であり得る。
プラスチック構成成分(c)は、ポリスチレン、ポリオレフィン、例えばポリプロピレン若しくはポリエチレン若しくはこれらのブレンド、熱可塑性ポリウレタンなどの熱可塑性エラストマー、芳香族ポリエーテル、又はこれらの組合せであり得る。適切なポリプロピレンには、ポリマーの全重量の関数として50wt%を超える重合プロピレン単位を含有する結晶質熱可塑性ポリマーも挙げられる。適切なポリエチレンには、ポリマーの全重量の関数として50wt%を超える重合エチレン単位を含有する結晶質熱可塑性ポリマーも挙げられる。他の適切なプラスチックには、ポリアミド、コポリエステル、熱可塑性ポリウレタン、ポリフェニレンエーテル、スチレンとアクリロニトリル及びメタクリレートなどのコモノマーとのコポリマー又は前述のプラスチックの混合物が挙げられる。
適切な充填剤には、アンダルサイト、シリマナイト、カヤナイト、ムライト、パイロフィライト又はアロファネートなどの無機ケイ酸塩、鉱物ケイ酸カルシウム、シリカ、石英粉末、硫酸バリウムなどの金属硫酸塩、酸化亜鉛、二酸化チタンなどの金属酸化物、ゼオライト、リュウーサイト、カリ長石、黒雲母、石膏、硬石膏又は重晶石、タルク又はチョーク(CaCO3)などのカルシウム鉱物、金属水酸化物の1つ以上が挙げられる。実施形態において、SBC−1及び/若しくはSBC−2、並びに/又はこれらの官能化形態並びに/又はこれらの水素化形態に使用される充填剤は、炭酸カルシウム、タルク、雲母、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム及びこれらの組合せから選択される。
実施形態において、ブレンドは、100重量部のSBC−1及び合計で1〜500重量部の構成成分(i)、(ii)及び/又は(iii)を含み、ここで、構成成分(i)はパラフィン油、ナフテン油、天然油、粘着性付与樹脂又はこれらの組合せであり、構成成分(ii)は熱可塑性ポリマーであり、構成成分(iii)は充填剤である。別の実施形態において、ブレンドは、構成成分(ii)がポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、芳香族ポリエーテル又はこれらの組合せからなる群から選択される組成物を有する。なお別の実施形態において、上記の構成成分(i)、(ii)及び/又は(iii)を含むブレンドは、酸化防止剤、色素、着色剤、難燃剤、発泡剤、UV安定剤、ワックス、表面剤、レオロジー改質剤及び芳香族樹脂のうちの1つ以上をさらに含む。
SBC−1及び/又はSBC−2を1種以上のゴムとブレンドすることもでき、ゴムは天然ゴム及び/又は合成ゴムであり得る。非限定例には、天然ゴム(NR)、エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、エチレン/アルファ−オレフィンゴム(EPR)、エチレン−酢酸ビニル(EVA)、スチレン/ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル/ブタジエンゴム(NBR)、ポリクロロプレンゴム、ポリブタジエンゴム(BR)、合成ポリイソプレンゴム(IR)及びイソブチレン−イソプレンゴム(IIR)が挙げられる。
態様では、1wt%〜99wt%のSBC−1及び99wt%〜1wt%のゴムを含む組成物が製造され得る。そのような組成物が硬化剤パッケージをさらに含む場合、硬化ステップによりもたらされる硬化組成物を様々な物品の製造に使用することができる。硬化パッケージは、通常、促進剤の硫黄からなり、活性化剤を含むこともできる。促進剤の例には、N−シクロヘキシル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、N−tert−ブチル−2−ベンゾチアゾールスルフェンアミド、2−(モルホリノチオ)ベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾチアゾール、テトラエチルチウラムジスルフィド、テトラメチルチウラムモノスルフィド、テトラメチルチウラムジスルフィド、ジメチルジチオ亜鉛カルバメート、ジフェニルグアニジンスルフィド、不溶性硫黄、4,4’−ジチオモルホリン、ジペンタメチレンチウラムテトラスルフィド、ジクミルペルオキシド、2,2’−ビス(tert−ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼン、キノンジオキシムなどが挙げられる。2種以上の硬化剤の組合せを使用することもできる。活性化剤の例には、酸化亜鉛、ステアリン酸などが挙げられる。滑剤などの他の任意選択成分を硬化パッケージに含めることもできる。
添加剤構成成分(e)は、滑剤であってもよく、又は意図される使用に有用な特性に有害な影響を及ぼさない限り、熱安定剤、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、着色剤、色素、発泡剤、表面剤、レオロジー改質剤、帯電防止剤、難燃剤、撥水剤、防水剤、親水性付与剤、導電性付与剤、熱伝導性付与剤、電磁遮蔽特性付与剤、半透明調整剤、蛍光剤、滑り特性付与剤、透明性付与剤、密着防止剤、金属不活性化剤及び防菌剤などの他の添加剤のうち1種以上であってもよい。
実施形態において、ブレンドは、100重量部のSBC−1及び合計で1〜500重量部の構成成分(i)及び(ii)及び/又は(iii)を含み、ここで、構成成分(i)はパラフィン油、ナフテン油、天然油、粘着性付与樹脂又はこれらの組合せであり、構成成分(ii)は熱可塑性ポリマーであり、構成成分(iii)は充填剤である。別の実施形態において、ブレンドは、構成成分(ii)がポリオレフィン、熱可塑性エラストマー、芳香族ポリエーテル又はこれらの組合せからなる群から選択される組成物を有する。
実施形態において、上記に記載されたSBC−1及び/又はSBC−2のTPEブレンドは、架橋剤を含まない、あるいは架橋剤を実質的に含まない若しくは0.01wt%未満含有する。
ブロックコポリマーSBC−3又はその水素化形態も、ブレンド組成物の製造にとって有益である。実施形態において、組成物は、(i)組成物全体100部あたり1〜99重量部のSBC−3又は水素化形態、(ii)組成物全体100部あたり99〜1重量部の少なくとも1種のゴム、並びに(iii)(i)及び(ii)の合計100重量部あたり1000重量部までの、充填剤、可塑剤、樹脂及び添加剤のうちの1つ以上、を含む。
SBC−3又はその水素化形態をベースとするブレンド組成物は、硬化剤パッケージをさらに含むことができる。当該分野に既知の任意の種類の硬化剤を使用することができる。例には、硫黄、−SH基を有する又はそれらの保護形態を有する有機化合物、及び有機過酸化物が挙げられる。実施形態において、硬化性組成物は、(i)100重量部のエラストマー組成物、(ii)50〜200重量部の充填剤、(iii)0.1〜20重量部の硬化剤、及び(iv)70重量部までの可塑剤又は樹脂を含み、各構成成分(i)〜(iv)の量は、硬化性組成物全体100重量部に対するものである。エラストマー組成物(i)は、組成物100部に基づいて、(a)5〜50重量部のブロックコポリマーSBC−3又はその水素化形態、及び(b)5〜95重量部のゴムを含む。
<SBCをベースとする組成物の調製>:TPE組成物は、SBC−1及び/又はSBC−2を、Henschelミキサー、Vブレンダー、リボンブレンダーなどの適切な装置の使用により、上記に記載された望ましい成分と混合することによって製造され得る。あるいは、組成物は一軸スクリュー又は二軸スクリュー押出機、混練機などを使用して得ることができる。得られた樹脂組成物をペレット化することができる。
<SBCから製造された組成物の使用>:上記に記載された様々な物理的特性が、SBC−1、SBC−2及びSBC−3ブロックコポリマー、これらの水素化形態、並びにそれらから得られる様々なTPE組成物及びブレンド組成物を、様々な物品を作製するために有益なものにする。実施形態において、組成物は、高い剪断抵抗性が必要とされる用途に使用される接着剤組成物の作製に有益である。
SBCの別の使用は、振動又は音響減衰組成物を作製するため又はより一般的にはエネルギー吸収のためであり、両方とも、野外及び屋内用途のため、特に広範囲の作業温度範囲、例えば、−50℃〜+100℃又は−30℃〜+80℃又は−10℃〜50℃又は0℃〜100℃のためである。実施形態において、振動減衰組成物は、100重量部のSBC−1の水素化形態、5〜80重量部のプロピレンベースポリマー及び40重量部未満のパラフィン油、ナフテン油、天然油又は粘着性付与樹脂を含み、(i)−5℃〜+20℃のゴムブロック最大減衰係数に対応する温度、0.8を超えるゴムブロック最大減衰係数、及び10℃を超える、ゴムブロック最大減衰係数に対応する温度とゴムブロック最大損失弾性率に対応する温度との差を示し、これらは全て、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定することができる。実施形態において、プロピレンベースポリマーは、ポリマーの全重量の関数として50wt%を超える重合プロピレン単位を含有する結晶質熱可塑性ポリマーである。
SBC−1、SBC−2又はこれらの水素化形態に由来するブロックコポリマー及び組成物を、発泡(発泡物品を製造するため)、コーティング、射出成形、押出、同時押出、吹込み、ホットメルト噴霧、他の材料の積層、圧縮成形及び溶液噴霧などの様々な技術により加工することができる。このように製造された物品は、振動減衰、接着剤、ラベル、封止剤、シール、フィルム、コーティング、例えば壁コーティング又は金属コーティング、玩具、靴の部品、ワイヤ及びケーブル、医療用品、パッケージ及びスポーツ用品などの広範囲の用途を有する。
以下の試験方法を使用することができる。
ポリマーの分子量は、ポリスチレン較正標準をASTM5296−11に従って使用して、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって決定することができる。ポリマー試料をTHFに溶解し、RI(屈折率)及びUV検出器の両方を使用する適切なカラム設定に通した。得られたピークポリスチレン等価分子量値を、GPC分子量(MW)として又はkgPS/mol(1モルあたりのポリスチレンkg)の単位で単にMpを単位としてここに報告する。カップリング効率(CE)(SBCの調製に使用されるカップリング剤に対する)を、ピーク積分のGPCによって決定した。CEは、カップリングした種の積分ピーク面積の合計(n>1)とカップリングした種とカップリングしていない種の積分ピーク面積の合計(n>0)との比である(%で表される)。プロトンNMR方法を使用して、水素化されていないブロックコポリマーにおける芳香族総含有量(PSC)及び1,4単位含有量を決定した。全てのポリマー試料のガラス転移温度(Tg)を、ASTM4065に従って動的機械分析(DMA)により測定した。温度掃引実験を+2℃/分の加熱傾斜及び10rad/sにより−80℃〜200℃で実施し、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G”)及び損失係数(タンδ)を温度の関数として得た。ゴムタンデルタピーク温度はゴムTgであるとここで考えられる。
様々な温度及び振動数での減衰性能を、前記で説明されたノモグラムにおけるタンデルタ値を読むことによって生成した。ノモグラムは、DMA(動的機械分析装置)を使用し、様々な角振動数:0.1rad/s、0.3rad/s、1rad/s、3rad/s、10rad/s、30rad/s、100rad/sで生成した温度掃引データを使用して、上記に記載されたように生成した。ブロックコポリマーSBC−1及びSBC−2のゴムブロックの最大減衰係数を、10rad/sT掃引で得た曲線から収集した。
温度範囲の幅の関数としての減衰性能は、いくつかの方法によって特徴づけられ、その全てがDMAを使用している。第1の方法では、10rad/sでの掃引振動数における、タンデルタがピーク値を得る温度(「ピークタンデルタ」温度とも称する)と、損失弾性率G”がピーク値を得る温度(「損失弾性率G」ピーク温度とも称する)との温度差(摂氏)を決定する。大きな温度差は、広いタンデルタピーク及びピークタンデルタ値で測定された減衰係数に近い減衰性能を意味する。第2の方法では、タンデルタ値を、ピークタンデルタ温度より20℃低い温度で記録する。第3の方法では、弾性係数を正確に測定し、それから、1℃あたりのMPaで表される、温度の関数としての弾性係数(G’)の最大変化率を計算する。変化率が低いほど、ガラス状からゴム状への転移及び減衰が発生する温度範囲が広くなる。
測定を実施した試験片は、2つの異なる方法を使用して調製する。第1の方法では、SBC又はそれから製造したTPE組成物を、高圧下において180℃でプレスして2mmプレートにする。第2の方法では、ポリマー及び他の必要な成分を室温でトルエンに溶解して、10wt%の溶液を得て、溶液をシリコン処理トレーに注ぎ、ゆっくりとした速度で蒸発させる。得られたキャストフィルムを真空オーブンにより40℃で乾燥して、残留トルエンを除去する。
引張り応力−ひずみ特性を、ダンベル「C」及び500mm/分のクロスヘッド変位速度を使用して、ASTM D412に従って測定することができる。3秒の保圧時間による硬度ショアAが、ASTM D2240に従って3×2mmプレートで測定される。他に特定のない限り、報告されたメルトフローレート(MFR)は、全て、荷重2.16kg及び230℃でD1238に従って測定することができる。
例示的ポリマーの調製(実施例1):第1の反応器に、シクロヘキサン(0.2L)、9.19gの1,1−ジフェニルエチレン、104mgのジエチルエーテル及び12mLの0.14M sec−ブチルリチウムを順次加えた。50℃に加熱した後、31.4gのスチレンを28分間かけて加えた。3時間後、183gの反応混合物を、1.1Lの乾燥シクロヘキサン、0.3mLの1,2−ジエトキシプロパン、116.3gのイソプレン及び0.5mLのsec−ブチルリチウムを含有している、60℃に予熱された第2の反応器に加えた。104分後、2.7gのイソプレンを加え、続いて0.7mLのジビニルベンゼン(カップリング剤)を加えた。123分後、メタノール(0.1mL)を加えた。得られた非反応性のカップリングしたポリマーを、溶液を水に注ぐことによって沈殿させた。カップリングしていないポリマーアームは、158Kg/molのGPC Mpを有し、主なポリマー種は787Kg/molのGPC Mpを有した。測定された構造特性を表1及び2に示す。
例示的ポリマーの調製(実施例2):実施例2はスチレンブロックコポリマーのSBC−3の分類の例である。
シクロヘキサン(6L)を、加熱マントルの使用により、10Lのステンレス鋼反応器の中で50℃に加熱した。これに、30mLの0.49M sec−BuLi[0.49M]を加え、続いてスチレン(137g)を5分間にわたって加えた。50℃で41分後、アリコートは、第1(スチレン)ポリマーブロックの形成を示した。さらに24分後、イソプレン(144g)を6分間かけて加えた。50℃で46分間維持した後、反応混合物のアリコートは、第2(イソプレン)ポリマーブロックの形成を示した。次いで1,2−ジエトキシプロパン(3mL)を加え、6分後、イソプレン投与プログラムを開始し、続いて1分後にスチレン投与プログラムを開始した。スチレン(258g)を20分間かけて投与し、イソプレン(450g)を32分間かけて投与した。イソプレンの投与開始から121分後、イソプレンの別の用量(10.6g)を反応混合物に加えた。26分後、0.7gのMTMS(カップリング剤)を加え、続いて10分後にMTMSの第2のアリコート(0.02g)を加えた。およそ2時間後、0.4mLの2−エチルヘキサノールを反応混合物に加えた。反応混合物のアリコートを抜き取り、安定剤によって安定にした。ポリマー生成物を蒸気凝固により単離し、続いて乾燥した。
例示的ポリマーの調製(実施例3):実施例2はスチレンブロックコポリマーのSBC−3の分類の例である。
実施例1のポリマーを調製する第1の反応器から反応混合物のアリコートを取り出した後、残りの材料(4.0kg)を、中空軸撹拌機を備えた別の反応器に不活性雰囲気下で移し、0.5Lのシクロヘキサンで希釈した。混合物を50℃に加熱し、水素ガスを反応器に導入して、20バールの圧力にした。次いで水素化触媒(Ni/Al 1:2.2モル/モル)を加えて、反応混合物中のNi濃度の9ppmを達成した。次いで、圧力を40バールに増加し、温度を70〜75℃に増加した。反応の進行をNMRでモニターし、追加の触媒アリコートを、重合1,3−ジエン単位の変換が>92mol%になるまで、15ppm〜50ppmの増加量で加えた(最終試料の分析は、最終水素化レベルの94.5mol%を示した)。触媒を反応混合物から除去し、安定剤で処理した後のポリマー溶液を蒸発凝固させ、続いて乾燥して、ポリマー生成物をもたらした。
例示的ポリマーの調製(実施例4)(異なる水素化レベルを用いた):10Lのステンレス鋼反応器の中で50℃に加熱したシクロヘキサン(6L)に、28mLの0.49M sec−BuLi[0.49M]を加え、続いてスチレン(137g)を5分間にわたって加えた。50℃で40分後、アリコートは、第1(スチレン)ポリマーブロックの形成を示した。さらに27分後、イソプレン(143g)を5分間かけて加えた。50℃で53分間維持した後、反応混合物のアリコートは、第2(イソプレン)ポリマーブロックの形成を示した。次いで1,2−ジエトキシプロパン(3mL)を加え、6分後、イソプレン投与プログラムを開始し、続いて1分後にスチレン投与プログラムを開始した。スチレン(258g)を16分間かけて投与し、イソプレン(483g)を24分間かけて投与した。イソプレンの投与開始から101分後、イソプレンの別の用量(10g)を反応混合物に加えた。16分後、0.63gのMTMS(カップリング剤)を加え、続いて10分後にMTMSの第2のアリコート(0.02g)を加えた。130分後、0.4mLの2−エチルヘキサノールを反応混合物に加えた。反応混合物を冷却した後、234gの反応混合物を移し、反応混合物のアリコートを抜き取り、安定剤によって安定にした。ポリマー生成物を蒸気凝固により単離し、続いて乾燥した。反応混合物を冷却した後、234gの混合物の全てを、中空軸撹拌機を備えた別の反応器に不活性雰囲気下で移した。混合物を50℃に加熱し、水素圧(20バール)を適用した。次いで水素化触媒(Co/Al 1:1.6モル/モル)を加えて、反応混合物中のCo濃度の5ppmを達成した。次いで圧力を40バールに増加し、温度を70℃に増加した。反応の進行をNMRでモニターし、追加の触媒アリコートを、重合ジエン単位の変換が96mol%になるまで、15ppm〜50ppmの増加量で加えた。次に触媒を除去し、溶液を安定剤で安定にし、蒸気凝固し、乾燥して、ポリマー生成物をもたらした。
比較例1は、ブロックBを含有しないこと及び>5wt%の共重合ビニル芳香族単位を含有しないイソプレンゴムベースを含有することを除いて、実施例1の例示ポリマーに近い比較ポリマーである。
比較例2は、共重合スチレン及び1,3−ブタジエン単位から構成される制御分布ゴムブロックを有する、市販の水素化スチレンブロックコポリマーである。このコポリマーは、ブロックBを含有せず、また重合イソプレン単位も欠いている。
比較例3は、水素化されていないスチレン−イソプレン−スチレンブロックコポリマーであり、イソプレンポリマーブロックは、共重合芳香族単位を有さず、>90wt%の重合1,4−イソプレン単位を有する。
比較例4は、高レベル(60モル%超)の重合1,2−イソプレン単位及び3,4イソプレン付加単位を有する、並びに5wt%未満の共重合ビニル芳香族単位を有するゴムブロックを水素化される前に有する、市販の水素化スチレンブロックコポリマーである。
比較例5は、比較例4のブロックコポリマーと、13のMFRを有する市販のポリプロピレンとを、それぞれ70/30の重量相対比で組み合わせることによって得られる組成物である。
実施例5の組成物は、100部の実施例3のブロックコポリマーと、30部の、103℃の軟化点を有する市販の脂環式樹脂とを組み合わせることによって得られる。
実施例6の組成物は、100部の実施例3のブロックコポリマーと、10部の市販の白色パラフィン油とを組み合わせることによって得られる。
実施例7の組成物は、実施例3のブロックコポリマーと、13のMFRを有する市販のポリプロピレンとを、それぞれ70/30の重量相対比で組み合わせることによって得られる。
実施例8及び比較例6の組成を表8に示す。
接着剤配合物の調製:2つの接着剤配合物を、以下の市販の材料と混合することによって、実施例8及び比較例6のブロックコポリマーからトルエン溶液として製造した。(A)狭い分子量分布を有する脂肪族C5樹脂粘着性付与剤、(B)ナフテン系プロセス油可塑剤及び(C)酸化防止剤。ポリマー構成成分と他の成分(A)〜(C)との重量比を一定に保ったが、可塑剤と粘着性付与剤との重量比は、類似したゴム相Tg及び同等の接着力を室温で達成するように適合させた。得られた溶液をPET裏地に、1平方メートルあたり25gの接着剤のコーティング重量により室温でコーティングした。
180°剥離接着力(180°PA)をFTM1に従ってステンレス鋼において測定した。ステンレス鋼表面の保持力(HP)を、様々な温度及び適用荷重重量によりFTM8に従って測定した。
下記の表には、以下の用語/略語が使用される。CEはカップリング効率である。Sはスチレンである。DPEは1,1−ジフェニルエチレンである。Ivは、ブロックIvに90wt%未満の重合1,4−イソプレン単位を有する重合イソプレンブロックである。Iは、ブロックIに90wt%超の重合1,4−イソプレン単位を有する重合イソプレンブロックである。Bvは、ブロックBvに90wt%未満の重合1,4−ブタジエン単位を有する重合ブタジエンブロックである。「Ar」はビニル芳香族を意味する。「n」は、ブロックコポリマーの重量平均値である。
Figure 2020094215
実施例3及び実施例4のポリマーは、重合ジエン単位に高いレベル(それぞれ、95及び97%)の水素化を示す。この高いレベルの水素化は、野外条件に対して良好な抵抗性、とりわけ、熱酸化抵抗性及びUV耐候性をもたらす。
Figure 2020094215
Figure 2020094215
比較例2は、0.77という低いタンデルタピーク値を有する。これは、高性能な減衰性能を達成するには十分でない。比較例1、比較例3及び比較例4は、全て広いタンデルタピークが欠けており、良好な減衰性能には不十分な稼働範囲をもたらす。これは、以下の4つのDMAの特徴づけ:T(「Tg」)−T(G”最大値)温度差が10℃未満であること、20℃未満のタンデルタ値が0.06以下のピーク値であること、タンデルタピーク温度に達する前の温度の関数におけるタンデルタ値の急激な増加が0.16/℃を超える傾斜であること、最後に、ほぼTgでの弾性係数G’の急激な低減が40MPa/℃を超えるG’の減少であること、から明らかである。
実施例1、及びとりわけ実施例2及び実施例3は、非常に広いタンデルタピーク値を示し、1を超えるピークタンデルタ値によって実証される高い減衰係数を示した。実施例2及び実施例3は、0℃を超えるTgも示し、このことは、ほぼ室温での効率的な減衰にとって最も適している。
Figure 2020094215
実施例1及び実施例3は、両方とも、15MPaを超える高い引張強度を示す。実施例3のSBCは、MFRが22dg/分の高いメルトフローレートをさらに示す。
Figure 2020094215
実施例6(100部の実施例3+10部の油、P352から構成される)は、本発明によるポリマーの広い範囲の温度及び振動数にわたって印象的な減衰能を実証している。効率的な音響減衰は、典型的な適用温度での可聴音(10〜10000Hz)に高いデルタ値を必要とする。実施例6は、全ての振動数範囲において、0℃から40℃までの温度範囲で0.25以上及び10から30℃までの温度範囲で0.43を超える減衰係数を示す。その範囲の条件での実施例6の弾性係数は常に0.5MPaを超えており、良好な弾性率/硬度性能を示している。
Figure 2020094215
実施例5及び実施例6は、いくつかのゴム混和性樹脂又は可塑化油を混合して、タンデルタ値を押し上げる可能性を実証している。このことは、タンデルタピーク温度を樹脂で高い値に適合させ、可塑化油で低い値に適合させることも可能にする。これらの低いレベルの添加では、ブロックコポリマーの強度及び弾性率をあまり低減せず、ブロックコポリマーは広い範囲のタンデルタピークを保持している。
実施例7と比較例5のDMA挙動の比較を図2に示し、実施例7の減衰特性が比較例5の減衰特性より優れていることを示している。実施例5は、かなり高いピーク値を示し、広範囲の温度にわたって高い減衰特性も示す。
実施例7は、高い添加レベルのポリプロピレンにもかかわらず、最大減衰係数と、高い減衰係数を伴った広範囲の温度に関しても例外的な減衰特性を示す。表6は、上記に記載された驚くべき減衰係数に加えて、高い強度、高い硬度及び高いメルトフローも実証している。
Figure 2020094215
Figure 2020094215
表8から、実施例8の組成物は、ステンレス鋼における180°剥離接着力により示されるように、優れた保持力を示すことが分かる。さらに、保持力により表される剪断抵抗性は、室温及び95℃の両方において同じ高いレベルの6000分(minutes)(略称min)超を維持している。比較を可能にするため、同等のゴム相Tg値を有するように、2つの配合物をわずかに調整した。良好な剥離接着力及び優れた剪断抵抗性は、本明細書に開示されているSBCが高性能接着剤配合物を製造するのに有益であることを例示している。
実施例9〜11:表9に示されている配合物を有する異なった組成物を調製した。硫黄及び加硫促進剤以外の薬品を、150℃の排出温度に設定した0.2Lの密閉ミキサーにより5.5分間混練して、混練生成物を得た。次いで、混練生成物を145℃までの温度で4分間再摩砕した。次いで、混練生成物、硫黄及び加硫促進剤を、同じミキサーを使用して温度が100℃に達するまで2分間混合して、非加硫ゴム組成物を得て、次いで非加硫ゴム組成物を形成した。試験用ゴム試料の調製は、ISO23529:2010に従って行った。
Figure 2020094215
試験方法及び指標:10Hz、並びに0.1%(−60℃から−5℃まで)及び3%(−5℃から100℃まで)の動ひずみ(dynamic strain)で1℃/分による−60℃〜100℃の二重剪断モードの温度掃引によるDMA特性は、Metravib+450Nを使用して測定した。他の試験指標には、ウエットグリップ指標 − 0℃でのタンデルタ(タンδ0℃)、ドライグリップ指標 − 30℃でのタンデルタ(タンδ30℃)、転がり抵抗指標 − 60℃でのタンデルタ(タンδ60℃)、ドライ取扱い指標−30℃での貯蔵弾性率(G’30℃)及び90℃での弾性 − 90℃でのタンデルタ(タンδ90℃)が挙げられる。様々な指数は参照配合物に基づいて計算し、高い値が良好な性能を提示している。
Figure 2020094215
実施例9、10及び11は、参照比較例7と比較して、ウエットグリップにおける大幅な改善を実証している。実施例9及び実施例10も改善されたドライグリップを実証している。実施例9及び実施例10は、「ドライ取扱い」と転がり抵抗性能とのバランスが、ゴムの一部を本明細書に開示されているブロックコポリマーに置き換える又は100phrのゴムの上に前記ブロックコポリマーを添加するSBC添加戦略によって達成され得る可能性を示し、ここで硬化剤の含量は、不飽和ゴム含量に適合される。実施例10は、ウエットグリップ、ドライグリップ、転がり抵抗性及び90℃での弾性における一連の驚くべき改善を実証している。

Claims (20)

  1. 少なくとも1個のブロックA及び少なくとも1個のブロックBを含むブロックコポリマーであって、
    前記ブロックAが、5kg/molを超える分子量を有するポリ(ビニル芳香族)ブロックであり、
    前記ブロックBが、1,3−ジエン及びビニル芳香族化合物に由来する重合単位を含み、15kg/molを超える分子量を有するゴムブロックであり、
    前記ブロックBにおいて、
    前記ビニル芳香族化合物に由来する重合単位が、前記ブロックBの全重量の5〜40wt%に相当し、
    前記1,3−ジエンに由来する重合単位が、80wt%を超える重合イソプレン単位を含み、該重合イソプレン単位の45〜80mol%が、1,4−付加単位であり、
    前記ブロックAが、前記ブロックコポリマー全体の5wt%超40wt%未満に相当し、
    前記ブロックBが、前記ブロックコポリマー全体の33wt%超95wt%に相当し、
    さらに、前記ブロックコポリマーが、
    (i)1−H NMRにより測定して15%超80%未満の芳香族ブロック性指数、
    (ii)1を超えるゴム相最大減衰係数、及び
    (iii)−30℃超のゴム相最大減衰係数に対応する温度
    を示し、
    特性(i)及び(iii)が、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定される、
    ブロックコポリマー。
  2. 前記ブロックコポリマーが、構造A−B、A−B−A、(A−B−A−)nX及び(A−B−)nXのうちの1つ以上を有し、Xがカップリング剤の残基であり、nが1〜30である、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  3. さらに、ブロックDを含み、構造A−D−B、A−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B−)nX、(A−D−B−A−)nX、又はこれらの任意の組合せを有し、
    Dが、本質的に、イソプレノイド共役ジエンに由来する重合1,3−ジエン単位を含むポリ(1,3−ジエン)ブロックであり、
    Xが、カップリング剤の残基であり、
    nが、1〜30であり、前記ブロックB又は前記ブロックDの末端にカップリングしたポリマーアームの数を表し、
    カップリングしたブロックコポリマー種(A−D−B−)nX、(A−B−D−)nX、又はこれらの組合せが、前記ブロックコポリマーの全重量の20wt%超に相当し、
    前記ブロックAが、前記ブロックコポリマーの全重量の5wt%超40wt%未満に相当し、
    前記ブロックBが、前記ブロックコポリマーの全重量の33wt%超90wt%未満に相当し、
    さらに、前記ブロックコポリマーが、
    (i)10℃を超える、ゴム相最大減衰係数に対応する温度とゴム相最大損失弾性率に対応する温度との差、及び
    (ii)1.1を超えるゴム相最大減衰係数(tanδ)、
    (iii)−10℃超+30℃未満のゴム相最大減衰係数に対応する温度、及び
    (iv)1℃あたり40MPa未満の、弾性係数(G’)の最大絶対変化、
    (v)1.2を超えるゴム相最大減衰係数、
    (vi)−10℃超+30℃未満のゴム相最大減衰係数に対応する温度、
    (vii)1℃あたり40MPa未満の、弾性係数(G’)の最大絶対変化
    のうちの1つ以上を示す、
    請求項1に記載のブロックコポリマー。
  4. 前記ブロックAが、9kg/mol〜40kg/molのGPC分子量を有する、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  5. 前記ブロックDが、3kg/mol〜50kg/molのGPC分子量を有し、
    前記ブロックDが、50mol%超の前記重合1,3−ジエン単位を1,4−付加単位として有する、請求項3に記載のブロックコポリマー。
  6. 前記ブロックAがポリスチレンブロックであり、前記ブロックDがポリイソプレンブロックである、請求項3に記載のブロックコポリマー。
  7. 前記重合イソプレンベースの50〜75mol%が1,4−付加単位であり、前記ブロックコポリマーが、
    0℃超+20℃未満のゴム相最大減衰係数に対応する温度、及び
    0℃超+20℃未満のゴムtanδピーク温度
    を示す、請求項3に記載のブロックコポリマー。
  8. 構造A−B−A、(A−B−A−)nX及び(A−B−)mXのうちの1つ以上を有し、m>1の場合、前記1つ以上の構造が、前記ブロックコポリマーの全重量の75wt%〜100wt%に相当し、
    前記ブロックコポリマーが、ASTM D412に従って測定して15MPa以上の引張強度を示す、請求項2に記載のブロックコポリマー。
  9. 構造A−D−B−A、A−D−B−D−A、(A−D−B−)pX、(A−D−B−A−)nX、又はこれらの任意に組合せのうちの1つ以上を有し、pが1を超える場合、前記1つ以上の構造が、前記ブロックコポリマーの全重量の75wt%〜100wt%に相当し、
    前記ブロックコポリマーが、ASTM D412に従って測定して15MPa以上の引張強度を示す、請求項3に記載のブロックコポリマー。
  10. 前記ブロックコポリマーが選択的に水素化されており、
    ブロックBの重合1,3−ジエン単位において二重結合の80mol%超が水素化されており、
    芳香族環二重結合の30mol%未満が水素化されている、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  11. 前記ブロックコポリマーが選択的に水素化されており、
    ブロックB及びDの前記重合1,3−ジエン単位において二重結合の92mol%超が水素化されており、
    芳香族環二重結合の20mol%未満が水素化されている、請求項3に記載のブロックコポリマー。
  12. OH、ハロゲン、及びSOY(式中、Yは金属カチオン、H、アルコキシ、アリールオキシである)、酸無水物、又はCOZ(式中、Zは金属カチオン、H、アルコキシ若しくはアリールオキシである)からなる群から選択される官能基をさらに含む、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  13. 請求項1〜3のいずれかに記載のブロックコポリマーを含む、物品。
  14. 前記ブロックA及びBが、下記式:
    Figure 2020094215
    (式中、R1は、H又はCHであり、R2は、H、アルキル又はアリールである)
    を有する1つ以上のビニル芳香族化合物に由来する重合単位を含み、
    前記ブロックコポリマーが、水素化されている又は水素化されていない、請求項1に記載のブロックコポリマー。
  15. 前記ブロックコポリマーが選択的に水素化されている、請求項14に記載のブロックコポリマー。
  16. 100重量部の請求項14に記載のブロックコポリマー、
    合計で1〜500重量部の、パラフィン油、ナフテン油、天然油、粘着性付与樹脂又はこれらの組合せ、並びに
    任意選択で、熱可塑性ポリマー及び/又は充填剤
    を含む、組成物。
  17. 組成物100部あたり、
    (i)1〜99重量部の請求項14に記載のブロックコポリマー、
    (ii)99〜1重量部の少なくとも1種のゴム、及び
    (iii)(i)及び(ii)の合計100重量部あたり1000重量部までの、充填剤、可塑剤、樹脂及び添加剤のうちの1つ以上
    を含む、組成物。
  18. 組成物の全重量に基づいて、100重量部のエラストマー組成物、50〜200重量部の充填剤、0.1〜20重量部の硬化剤、及び70重量部までの可塑剤又は樹脂を含む組成物であって、
    前記エラストマー組成物が、該エラストマー組成物の総重量に基づいて、5〜50重量部の請求項14に記載のブロックコポリマー、及び
    5〜95重量部のゴム
    を含む、組成物。
  19. 請求項17又は18に記載の組成物から調製される、物品。
  20. 組成物100部あたり、
    100重量部の請求項1に記載のブロックコポリマー又はその選択的水素化形態、
    5〜80重量部のプロピレンベースポリマー、及び
    40重量部未満のパラフィン油、ナフテン油、天然油又は粘着性付与樹脂
    を含む振動減衰組成物であって、
    前記組成物が、
    −5℃〜+20℃のゴム相最大減衰係数に対応する温度、
    0.8を超えるゴム相最大減衰係数、及び
    10℃を超える、ゴム相最大減衰係数に対応する温度とゴム相最大損失弾性率に対応する温度との差
    を示し、
    これらは全て、プレートツールを使用し、剪断モードにより、ASTM D4065に従って10rad/sで動的機械分析装置によって測定されるものである、
    振動減衰組成物。
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