JP2021519835A - 強化ポリオレフィン複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
この方法は、(i)ポリオレフィン、硬質マイクロフィラー、及び少なくとも1つのナノフィラーを混合して混合物を形成する工程と、(ii)混合物を溶融して溶融混合物を形成する工程と(iii)溶融した混合物を混練する工程とを備える。
第4の態様では、輸送、インフラストラクチャ、消費財、及び/又は建設において、第1の態様又は第3の態様で定義された強化ポリオレフィン複合材料の使用が提供される。
様々な実施形態によれば、ポリオレフィンは、強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して、約30重量%〜約95重量%、又は約40重量%〜約95重量%、又は約50重量%〜約95重量%、又は約50重量%〜約90重量%、又は約50重量%〜約80重量%、又は約50重量%〜約70重量%の重量パーセント範囲で存在し得る。
いくつかの実施形態では、硬質マイクロフィラーの材料はガラスであり得る。ガラスマイクロフィラーは、ガラスロービング、ガラスチョップドストランド、ガラスの硬質の棒状粒子、又はガラス粉砕繊維として存在し得る。
粘土は、少なくとも1つの酸素原子及び少なくとも1つの金属から構成される層状及び/又はペレット状の金属酸化物を含み得る。層状及び/又はペレット状の金属酸化物は、SiO2,TiO2,ZnO,CaO,Al2O3,Fe2O3、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。
強化ポリオレフィン複合材料では、サイズや材料が異なる場合がある、複数のタイプのナノフィラー、例えば2種類、3種類、又は4種類の異なるナノフィラーを使用できる。
いくつかの実施形態では、強化ポリオレフィン複合材料は、酸化防止剤、紫外線吸収剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される安定剤をさらに含み得る。安定剤は、ヒンダードフェノール、ホスファイト、チオエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、及びそれらの組み合わせを含み得る。酸化防止剤は、強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して、約0.01重量%〜約1.0重量%の重量パーセント範囲で存在し得る。
第4の態様では、輸送、インフラストラクチャ、消費財、及び/又は建設において、本明細書に記載される強化ポリオレフィン複合材料の使用が提供される。輸送における用途は、航空宇宙、自動車、列車、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。インフラストラクチャでの使用は、パイプ、タンク、及びそれらの組み合わせで構成される群から選択できる。消費財での使用は、包装、スポーツ用品、電子機器、及びそれらの組み合わせからなる群から選択することができる。
本明細書に従って調製された少なくとも1つのナノフィラーを含む複合配合物は、ポリマーマトリクス中によく分散されたナノフィラーを形成し、ポリマーマトリクスとの良好な適合性を与える。それらは多機能フィラーとして機能する可能性があり、それによって複合樹脂の機械的特性と難燃性やバリア特性などの機能特性との両方を改善する。本発明の複合配合物は、既存の市販のポリプロピレン(PP)コンパウンド技術(PP/ガラス繊維(GF)、PP/タルコム)よりも軽量であり、複合ポリアミド(PA)で最もよく使用される工業プラスチックよりも軽い。
ポリプロピレン(SCGケミカルズ)をマレイン酸無水グラフト化ポリプロピレン(ポリオン)と全混合物の5重量%で混合した。さらに、PP化合物には、(1)10%の長いチョップドグラスファイバー、及び(2)以下に詳細に記載する方法を使用して調製された粘土マスターバッチも含まれている。
実施例2
ポリプロピレン(SCGケミカルズ)をマレイン酸無水グラフト化ポリプロピレン(ポリオン)と全混合物の5重量%で混合した。さらに、PP化合物には、(1)10%の長いチョップドグラスファイバー、及び(2)以下に詳細に記載する方法を使用して調製された粘土マスターバッチも含まれている。
このようにして得られたナノフィラーは、s−クレイと呼ばれ、全混合物の5重量%及び10重量%の量で添加された。
ポリプロピレン(SCGケミカルズ)をマレイン酸無水グラフト化ポリプロピレン(ポリオン)と全混合物の5重量%で混合した。さらに、PP化合物には、(1)10%の長いチョップドグラスファイバー、及び(2)以下に詳細に記載する方法を使用して調製されたシリカ−クレイハイブリッドも含まれている。5gの未処理の粘土を、200mgの2−アミノエチルメタクリレートヒドロクロリドの存在下で100mLの脱イオン水に分散させ、80℃で1時間撹拌した。ゲル状の懸濁液を9000rpmで1時間遠心分離して、修飾粘土から水を分離し、後で使用するために50mLのアセトンに再分散させた。
比較例1
ポリプロピレン(SCGケミカルズ)をマレイン酸無水グラフト化ポリプロピレン(ポリオン)と全混合物の5重量%で混合した。
ポリプロピレン(SCGケミカルズ)を、全混合物の5重量%のマレイン酸無水グラフト化ポリプロピレン(ポリオン)及び全混合物の10〜30重量%の長いチョップドガラス繊維と混合した。
Claims (49)
- ポリオレフィンと、前記ポリオレフィン中に分散されたフィラーであって、前記フィラーは、硬質のマイクロフィラー、及び少なくとも1つのナノフィラーを含んでなるフィラーとからなる、強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記硬質マイクロフィラーの材料が、少なくとも1つのナノフィラーの材料とは異なる、請求項1に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記ポリオレフィンが、C2〜20アルキレン、C4〜20アルキルジエン、C6〜20アルキルトリエン、C3〜20シクロアルキレン、C4〜20シクロアルキルジエン、C5〜20シクロアルキルトリエン、C8〜20フェニルアルキレン、及びそれらの組み合わせのポリマー又はランダムコポリマー又はブロックコポリマーからなる群から選択され、任意選択で、エチレン、プロピレン、1−ペンテン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、スチレン、エチリデンノルボルネン、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、ジシクロペンタジエン及びエチレン−プロピレン−ジエンモノマーのポリマー又はランダムコポリマー又はブロックコポリマーからなる群から選択される、請求項1又は2に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記ポリオレフィンがポリエチレンである、請求項1〜4のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記ポリオレフィンがポリプロピレンであり、任意選択でエチレン−α−オレフィンコポリマーと組み合わせである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記ポリオレフィンが、2.16kgの重量で、230℃の温度で約5g/10分〜50g/10分のメルトフローレートを有する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- ポリオレフィンが、強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して約30重量%〜約95重量%の重量パーセント範囲で存在する、請求項1〜6のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記ポリオレフィンがその上にグラフトされた極性官能基を有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記強化ポリオレフィン複合材料が、修飾ポリマーをさらに含む、請求項1〜9のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記修飾されたポリマーが、その上にグラフトされた官能基を有する、請求項9に記載の強化ポリオレフィン複合体。
- 前記極性官能基が、酸無水物、エステル、アクリレート、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項8〜10のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記極性官能基が、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水シトラコン酸、エンド−ビ−シクロ[2,2,1]−1,4,5,6,7,7−ヘキサ−クロロ−5ヘプテン−2,3−ジカルボン酸無水物、エンド−ビ−シクロ[2,2,1]−5−ヘプテン−2,3−ジカルボン酸酸無水物、シス−4−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸無水物、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される酸無水物である、請求項8〜11のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合体。
- 前記極性官能基が、マレアートモノエステル、マレアートジエステル、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるエステルである、請求項8〜11のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記極性官能基が、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、及びそれらの組み合わせからなる群から選択されるアクリレートである、請求項8〜11のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記極性官能基がグラフトされた修飾ポリマーが、修飾ポリオレフィンである、請求項9〜14のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記修飾ポリオレフィンが、C2〜20アルキレン、C4〜20アルキルジエン、C6〜20アルキルトリエン、C3〜20シクロアルキレン、C4〜20シクロアルキルジエン、C5〜20シクロアルキルトリエン、C8〜20フェニルアルキレン、及びそれらの組み合わせのポリマー又はランダムコポリマー又はブロックコポリマーからなる群から選択されるポリオレフィン、任意選択で、エチレン、プロピレン、1−ペンテン、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、スチレン、エチリデンノルボルネン、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、ジシクロペンタジエン及びエチレン−プロピレン−ジエンモノマーのポリマー又はランダムコポリマー又はブロックコポリマーからなる群から選択されるポリオレフィンを含む、請求項15に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 修飾ポリオレフィンが修飾ポリプロピレンである、請求項16に記載の強化ポリオレフィン複合体。
- 前記修飾ポリマーが、前記強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して最大約50重量%の重量パーセント範囲で存在する、請求項9〜17のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記硬質マイクロフィラーが、強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して最大約60重量%の重量パーセント範囲で存在する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記硬質マイクロフィラーの材料が、ガラス、炭素、セルロース、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1〜19のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記硬質マイクロフィラーの材料がガラスである、請求項20に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記少なくとも1つのナノフィラーが、強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して最大約90重量%の重量パーセント範囲で存在する、請求項1〜21のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記少なくとも1つのナノフィラーの材料が粘土を含む、請求項1〜22のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記粘土が有機シランで修飾されている、請求項23に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記有機シランがトリメトキシアミノアルキルシランである、請求項24に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記有機シランがトリエトキシアルキルシランである、請求項24に記載の強化ポリオレフィン複合体。
- 前記有機シランが、オクチル、アミン、ビニル、ヒドロキシル、及びチオールからなる群から選択される活性官能基を含む、請求項24に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記粘土がさらにアクリレートで表面処理されている、請求項23〜27のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記粘土が、無機ケイ酸塩、アルミノケイ酸塩、ペレット状の金属酸化物及び水酸化物、陰イオン及び陽イオンの層状金属酸化物及び水酸化物、モンモリロナイト(MMT)、カオリナイト、ディッカイト、ハロイサイト、ナクル石、ノントロナイト、バイデライト、サポナイト、イライト、ビオタイト、レピドライト、フロゴパイト、クリントンナイト、セピオライト、ジンワルダイト、フェンジャイト、マイカ、層状金属酸化物、層状金属水酸化物、アタパルジャイト(AT)、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含む、請求項23〜28のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記無機ケイ酸塩がケイ酸カルシウムである、請求項29に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記粘土が、層状及びペレット状のうちの少なくとも一方の金属酸化物を含む、請求項23〜30のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記層状及びペレット状のうちの少なくとも一方の金属酸化物は、SiO2,TiO2,ZnO,CaO,Al2O3,Fe2O3、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項31記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 抗酸化剤、紫外線吸収剤、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される安定剤をさらに含む、請求項1〜32のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記安定剤が、ヒンダードフェノール、ホスファイト、チオエーテル、ベンゾフェノン、ベンゾトリアゾール、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項33に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記酸化防止剤が、前記強化ポリオレフィン複合材料の総重量に対して約0.01重量%〜約1.0重量%の重量パーセント範囲で存在する、請求項33に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 滑り剤、帯電防止剤、顔料、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤をさらに含む、請求項1〜35のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- スチレンベースのポリマーをさらに含む、請求項1〜36のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- 前記スチレンベースのポリマーが、ポリスチレン及びスチレン−アクリロニトリル樹脂、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項37に記載の強化ポリオレフィン複合材料。
- ポリオレフィンとポリオレフィンに分散されたフィラーとを含んでなり、前記フィラーが硬質マイクロフィラーと少なくとも1つのナノフィラーを含む、強化ポリオレフィン複合材料を提供する方法において、
(i)ポリオレフィン、硬質マイクロフィラー、及び少なくとも1つのナノフィラーを混合して混合物を形成する工程と、
(ii)混合物を溶融して溶融混合物を形成する工程と、
(iii)溶融した混合物を混練する工程とを備える、方法。 - 少なくとも1つのナノフィラーを調製する初期の工程をさらに備える、請求項39に記載の方法。
- 少なくとも1つのナノフィラーがマスターバッチプロセスで調製される、請求項40に記載の方法。
- 前記マスターバッチプロセスは、ナノフィラー材料をアクリレートを含む水性溶媒に分散させて、前記ナノフィラー材料の粒子上に正に帯電したイオンを形成する工程と、正に帯電した粒子を有機溶媒に分散させる工程と、前記粘土の修飾粒子の分散液を、塩基性液体触媒の存在下で有機ケイ酸塩及び有機シランと接触させて、前記ナノフィラー材料の正に帯電した粒子上にシリカの層を形成する工程とを備える、請求項41に記載の方法。
- 混合する工程が、前記ポリオレフィン、前記硬質マイクロフィラー、及び前記少なくとも1つのナノフィラーをミキサー又はドラムタンブラー内で混合することを含む、請求項39〜42のいずれか一項に記載の方法。
- 溶融する工程及び混練する工程が、ミキサー、少なくとも1つのローラー、ツイン押出機、又はそれらの組み合わせにおいて混合物を物理的に攪拌することを含む、請求項39〜43のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項39〜44のいずれか一項に記載の方法によって与えられる、強化ポリオレフィン複合材料。
- 輸送、インフラストラクチャ、消費財、及び建設のうちの少なくとも1つにおける、請求項1〜38又は請求項45のいずれか一項に記載の強化ポリオレフィン複合材料の使用。
- 前記輸送手段は、航空宇宙、自動車、列車、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項46に記載の使用。
- 前記インフラストラクチャが、パイプ、タンク、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項46に記載の使用。
- 前記消費財は、包装、スポーツ用品、電子機器、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項46に記載の使用。
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