JP4430546B2 - ゲルを含まない透明フィルムの製造に使用するスチレンブロックコポリマー組成物 - Google Patents

ゲルを含まない透明フィルムの製造に使用するスチレンブロックコポリマー組成物 Download PDF

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Description

本発明は、ゲルを含まない透明フィルムの製造に使用するスチレンブロックコポリマー組成物に関する。
さらに、特に、本発明は、スチレンブロックコポリマーを含むスチレンブロックコポリマー組成物に関し、この組成物は、主として、イソプレンとブタジエンとをランダム共重合させることによって得られる少なくとも1つの中心ブロックを含むものであり、個人用衛生工業における用途のための、単層または多層フィルムの製造に使用され、改善された品質を示す。
低応力緩和、低ヒステリシスまたは低永久残留伸び、および高回復性エネルギーを有する弾性フィルムに、容易に押出成形することができるエラストマー組成物は、例えば米国特許第4,663,220号、米国特許第4,789,699号、米国特許第4,970,259号、米国特許第5,093,422号、米国特許第5,705,556号から知られている。
流延押出成形フィルムおよび押出し吹込成形フィルムを作製するための方法は、組成物の粘度に関する高い要件を満たす必要がある。
同時に、個人用衛生におけるこれら押出成形品の用途は、機械的挙動についての厳しい要件に関連しており、すなわち、剛性(高弾性率)と優れた弾性(良好な応力緩和、および低ヒステリシスおよび低永久残留伸び)との組合せが必要である。
この分野における最大の課題は、依然として、流れ/粘度および上記の機械的特性間の良好なバランスを見出すことである。
本発明の目的は、個人用衛生用途において特性の改善されたバランスを有する組成物、さらに、特に、単層または多層フィルムのための、組成物の特性の改善されたバランスを有する組成物、すなわち、低引張り強度および低弾性率、および低残留伸びと組み合わせて、微紛/フィシュアイ/ゲルなしに、より柔軟で透明なフィルムをもたらす高い溶融流速(MFR)を示す組成物を提供することにある。
したがって、
a)次式の分子構造を有する少なくとも65重量%のスチレンブロックコポリマー
S−(I/B)−S(1)または[S−(I/B)]nX(2)[式中、各Sは独立に、主としてスチレンのポリマーブロックであり、(I/B)は、相互の重量比が30/70から70/30の範囲にある主としてイソプレンとブタジエンとの実質的にランダムなポリマーブロックであり、前記ポリマーブロック(I/B)が、高くとも−60℃のガラス転移温度(Tg)(ASTM E−1356−98により求められる)を有し、nは、2以上の整数であり、Xは、カップリング剤の残基であり、前記スチレンブロックコポリマーが、28重量%から31重量%の範囲にあるポリ(スチレン)含有量を有し、10,000から15,000の範囲にある真の分子量をもつポリ(スチレン)ブロックSを有し、完全なブロックコポリマーの見掛け分子量が110,000から160,000の範囲にあり、かつ、ジブロックS−(I/B)が、場合によって、最大20モル%の含有量で生じる]、
b)成分(a)とは異なる5重量%から25重量%の熱可塑性樹脂、
c)重量%から10重量%の可塑性オイル
を含み、成分a、bおよびcのパーセンテージの和は100%であり、および重量パーセンテージはすべて完全な組成物の重量を基準にしたものである、ゲルを含まない透明フィルムを製造するために使用することのできる組成物を提供する。
本発明の他の態様は、本明細書で先に特定された組成物から製造された、個人用衛生用途のための押出成形された単層または多層フィルムによって、さらに特に、流延または吹込成形された単層または多層フィルムによって成立することを理解されたい。
本発明による組成物は、少なくとも65重量%の式S−(I/B)−Sまたは[S−(I/B)]nXの少なくとも1つのブロックコポリマーを含み、主としてイソプレンとブタジエンから得られる。
前記組成物は、70重量%〜90重量%の重量比率で、前記ブロックコポリマーを含むことが好ましい。
好ましい組成物においては、I/Bブロックにおけるイソプレンとブタジエンとの相互の重量比は、40/60重量%〜60/40重量%、さらに好ましくは45/55重量%〜55/45重量%、最も好ましくは48/52重量%〜52/48重量%の範囲である。
本明細書全体では、それぞれ用語「主としてスチレン」および「主としてブタジエン」により意味することは、それぞれのブロックを調製するために、実質上純粋なスチレンまたは少なくとも95重量%のスチレンと少量の他のコモノマーを含む混合物を使用してもよいということ、および実質上純粋なブタジエンまたは少なくとも95重量%のブタジエンと少量の他のコモノマーを含む混合物を使用してもよいということである。
ポリスチレンブロック中の比率の小さい他のコモノマーは、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、o−メチルスチレン、p−test.ブチルスチレン、ジメチルスチレンおよびビニルナフタレン、またはブタジエンおよび/またはイソプレンなどの構造的に関連したコモノマーから構成されうる。
ポリ(イソプレン/ブタジエン)ブロック中の比率の小さい他のコモノマーは、スチレンおよび/または構造的に関連したアルカジエンから構成されうる。
しかし、本発明により適用される好ましいブロックコポリマーは、実質上純粋なスチレン、および実質上純粋なイソプレンとブタジエンとの混合物のブロックを含む。
本発明によるブロックコポリマーは、分岐していても直鎖であってもよく、トリブロック、テトラブロックまたはマルチブロックであってよい。
ブロックコポリマーは、次の一般式によって示される構造を有する
S−(I/B)−S (1)または[S−(I/B)]nX (2)
[式中、各Sは独立に、主としてスチレンのポリマーブロックであり、(I/B)は、相互の重量比が、40/60重量%〜60/40重量%、好ましくは45/55重量%〜55/45重量%、さらに好ましくは48/52重量%〜52/48重量%の範囲にあるイソプレンとブタジエンとが実質的にランダムに重合された混合物のコポリマーブロックであり、前記(I/B)ブロックは、高くとも−60℃、好ましくは−85℃〜−75℃の範囲にあるガラス転移温度(Tg)(ASTM E−1356−98により求められる)を有し、nは、2以上の整数であり、Xは、カップリング剤の残基である。
ポリマーブロックSは、10,000〜15,000および好ましくは10,500〜14,800の範囲にある真の分子量を有する。
本発明の組成物において使用されるブロックコポリマーは、115,000〜155,000の範囲にある見掛け総分子量を有するのが好ましい。
前記ブロックコポリマーにおけるポリ(スチレン)含有量(PSC)は、28重量%〜31重量%、好ましくは29重量%〜30重量%の範囲にある。
本発明により使用されるブロックコポリマーは、1,2−ビニル結合および/または3,4ビニル結合を、共役ジエンの重量を基準にして、最大15重量%、好ましくは最大10重量%の比率で含むことが好ましい。
本発明によるブロックコポリマーは、0℃〜50℃の温度(7)範囲において、粘弾性測定の際、1MPa〜10MPaの貯蔵弾性率(g1)、および混合イソプレン/ブタジエンポリマーブロックに起因する損失係数(tan8)に関しては、−55℃以下の温度でピークを1つだけ有していることが好ましい。
用語「イソプレンとブタジエンとが実質的にランダムに重合された混合物」により実際に意味することは、中心(I/B)ブロックが、100モノマー単位未満の、好ましくは50モノマー単位未満の、さらに好ましくは20モノマー単位未満の平均ホモポリマーブロック長を含むに過ぎないことである。
前記平均ホモポリマーブロック長は、様々な方法によって求められる。
本用途において使用される方法は、炭素−13NMRに基づいており、前記方法は、WO 02/057386A、12、13、14および15頁において、既に詳細に開示されている。
本発明によるブロックコポリマーは、主としてスチレンモノマーの、イソプレン/ブタジエン混合物の、および主としてスチレンの、それぞれの所定のバッチ(トリブロックコポリマーS−(I/B)−Sに関して)を、不活性有機溶媒中におけるアニオン重合により、完全な逐次重合させるか、または、主としてスチレンの、および主としてイソプレン/ブタジエンの所定のバッチを不活性有機溶媒中におけるアニオン重合により、逐次重合させることによって得られる、最初に調製したリビングジブロックコポリマーをカップリング剤によりカップリングさせる(トリブロックまたはマルチブロックコポリマーを供給するために)ことによって調製することができる。
両方の調製方法において、残存しているリビングブロックコポリマーは、アルカノール、例えば、エタノールまたは水などのプロトン供与剤の添加によって停止させる必要がある。
カップリング剤による、リビングジブロックコポリマーのカップリングおよび残存しているリビングブロックコポリマーを停止することによって調製されたブロックコポリマーは、少量(すなわち、20モル%未満、好ましくは15モル%未満、さらに好ましくは10モル%未満)の、同一のSブロック(総ブロックコポリマーの重量を基準にしたモル%)を有するジブロックコポリマーを最終的に含むことになることを理解されたい。
スズジクロリド、モノメチルスズジクロリド、ジメチルスズジクロリド、モノエチルスズジクロリド、ジエチルスズジクロリド、メチルスズトリクロリド、モノブチルスズジクロリド、ジブチルスズジブロミド、モノヘキシルスズジクロリドおよびスズテトラクロリドなどのスズカップリング剤;ジクロロシラン、モノメチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、ジエチルジクロロシラン、モノブチルジクロロシラン、ジブチルジクロロシラン、モノヘキシルジクロロシラン、ジヘキシルジクロロシラン、ジブロモシラン、モノメチルジブロモシラン、ジメチルジブロモシラン、シリコンテトラクロリドおよびシリコンテトラブロミドなどのハロゲン化シリコンカップリング剤;テトラメトキシシランなどのアルコキシシラン;ジビニルベンゼンおよびジビニルナフタレンなどのジビニル芳香族化合物;ジクロロエタン、ジブロモエタン、メチレンクロリド、ジブロモメタン、ジクロロプロパン、ジブロモプロパン、クロロホルム、トリクロロエタン、トリクロロプロパンおよびトリブロモプロパンなどのハロゲン化アルカン;ジブロモベンゼンなどのハロゲン化芳香族化合物、ビスフェノール−Aのジグリシジルエーテル(例えば、EPON825またはEPON826、商標)などのエポキシ化合物、ならびに安息香酸エステル、CO2、2−クロロプレンおよび1−クロロ−1,3−ブタジエンおよびアジピン酸ジエチルまたはアジピン酸ジメチルなどの他のカップリング剤をカップリング剤の例として挙げることができる。
これらの中で、EPON825、ジグリシジルエーテル、ジブロモベンゼン、テトラメトキシシランおよびジメチルジクロロシランが好ましい。
完全なブロックコポリマー、および中間体先駆物質のそれぞれの見掛け分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーによって求められ、−ASTM D 3536記載の方法を使用して、標準ポリ(スチレン)を用いて示される。
一般に、本発明における有用なポリマーは、適切な溶媒中において、−150℃〜300℃の範囲内の温度で、好ましくは、0℃〜100℃の範囲内の温度で、モノマーもしくはモノマー類を有機アルカリ金属化合物と接触させることによって調製することができる。特に効果的な重合開始剤は、一般式
RLi
[式中、Rは、1〜20個の炭素原子を有する脂肪族、脂環式、アルキル置換された脂環式、芳香族または、アルキル置換された芳香族炭化水素基であり、その中でsec.ブチルが好ましい]
を有する有機リチウム化合物である。
適切な溶媒は、ポリマーの溶液重合において有用な溶媒を含み、溶媒には、脂肪族、脂環式、アルキル置換された脂環式、芳香族およびアルキル置換された芳香族炭化水素、エーテルおよびその混合物が含まれる。さらにまた、適切な溶媒には、ブタン、ペンタン、ヘキサンおよびヘプタンなどの脂肪族炭化水素、シクロペンタン、シクロヘキサンおよびシクロヘプタンなどの環式脂肪族炭化水素、メチルシクロヘキサンおよびメチルシクロヘプタンなどのアルキル置換環式脂肪族炭化水素、ベンゼンなどの芳香族炭化水素、およびトルエンおよびキシレンなどのアルキル置換炭化水素、およびテトラヒドロフラン、ジエチルエーテルおよびジ−n−ブチルエーテルなどのエーテルが含まれる。好ましい溶媒は、シクロペンタンまたはシクロヘキサンである。
一般式(1)および(2)によるブロックコポリマーは、代わりにブタジエン/イソプレンの混合物を使用して、S−B−Sタイプブロックコポリマーおよび/またはS−I−Sタイプブロックコポリマーを調製するために使用される通常の方法を単に適用することによって、作製することができる。本発明によるブロックコポリマーの調製においては、ホモポリマーブロック形成を回避すること、適正なB/I比になるようにすること、およびランダム中間ブロックが−60℃以下のTgを有するポリマーブロックを製造することが重要である。一般に、これは、水素化スチレンイソプレン/ブタジエンブロックコポリマー(米国特許第5,618,882号を参照により本明細書に援用する)の製造において、例えばKurarayによって使用されているように、ランダム化剤の使用を排除するものである。
混合された中間ブロックの形成の間に、1つまたは2つのコモノマーを添加することによって、この方法を適合させることも有益であろう。
成分(b)
第2の異なる熱可塑性ポリマー成分(b)はポリオレフィン、ポリスチレン樹脂、クマロン−インデン樹脂、ポリインデン樹脂、ポリ(メチルインデン)樹脂、α−メチルスチレン樹脂、ポリフェニレン樹脂(さらに、特に、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)または前記樹脂の混合物、またはスチレンとα−メチルスチレン、メチルスチレン、ビニルトルエンなどの他の相溶性コモノマーとのコポリマーの群から選択することができる。
ポリ(オレフィン)樹脂の適切な例は、ポリ(エチレン)、ポリプロピレン、または、エチレン、プロピレンだけのコポリマー、または他のコモノマーを含むEPDMなどのコポリマーである。
ポリ(エチレンの例はHDPE、LDPE、LLDPEである。メタロセン触媒により調製されたエチレンまたはプロピレンポリマーも使用することができる。
好ましい成分(b)は、高分子量(すなわち30,000より大きい)を有するポリスチレン、透明なポリ(スチレン)、強化ポリ(スチレン)または他のポリ(スチレン)ホモポリマー、またはスチレンとα−メチルスチレン、メチルスチレン、ビニルトルエンなどの他の相溶性コモノマーとのコポリマー、またはポリスチレンおよびポリ(フェニレン)樹脂のブレンドである。
さらに好ましい成分(b)は、BASFのPS144cポリ(スチレン)樹脂である。前記ポリスチレンは、本発明の組成物において、透明および無色透明のフィルムを提供する。
組成物は、完全な組成物の重量を基準にして、8重量%〜12重量%の第2の異なるポリマーを含むことが好ましい。
成分(c)
適切な可塑剤には、性質がパラフィン系またはナフテン系である低芳香族含有量炭化水素オイルなどの可塑性オイルが含まれる(DIN51378によって求められた芳香族炭素分布<5%、好ましくは<2%、さらに好ましくは0%)。それらの製品は、SHELLFLEX、CATENEXおよびONDINAオイルなどの、Royal Dutch/Shellグループ企業から市販されている。他のオイルには、Witco製のKAYDOLオイル、またはArco製のTUFFLOオイルまたはEXXON−MOBIL製のPRIMOLオイルが含まれる。他の可塑剤には、REGALREZ R−1018のような相溶性液体粘着性賦与樹脂が含まれる。(SHELLFLEX、CATENEX、ONDINA、KAYDOL、TUFFLO、PRIMOLおよびREGALREZは商標である)。
また、オレフィンオリゴマーのような、液体ポリブテンのような低分子量ポリマー(<30,000g/モル)、液体ポリイソプレンコポリマー、液体スチレン/イソプレンコポリマーまたは液体水素化スチレン/共役ジエンコポリマー、植物油、およびその誘導体、またはパラフィンおよびミクロクリスタリンワックスのような、他の可塑剤を添加してもよい。
可塑剤は、完全な組成物の重量を基準にして、4重量%〜6重量%の量で、パラフィンオイルまたはナフテンオイルから選択される可塑性オイルを表すことが、さらに好ましい。
追加の助剤
本発明による接着剤組成物に、他のゴム成分を組み込んでもよい。また様々な他の成分を添加して、本発明の組成物および得られたフィルムの粘着力、臭気、色を改善できることが、当技術分野において知られている。また、抗酸化剤および他の安定化成分を添加して、熱、光、および加工または貯蔵の間に誘発される劣化から、本発明の組成物を保護することができる。
ヒンダードフェノールのような1次抗酸化剤またはホスファイト誘導体のような2次抗酸化剤、またはそのブレンドのようないくつかのタイプの抗酸化剤を使用することができる。市販の抗酸化剤の例は、Ciba−Geigy製のIRGANOX565(2.4−ビス−(n−オクチルチオ)−6−(4−ヒドロキシ−3,5−ジ−第3級−ブチルアニリノ)−1,3,5−トリアジン)、Ciba−Geigy製のIRGANOX1010(テトラキスエチレン−(3,5−ジ−第3級−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ桂皮酸エステル)メタン)およびUniroyal製のPOLYGARD HR(トリス−(2,4−ジ−第3級−ブチルフェニル)ホスファイト)である。Sumitomo製のSUMILIZER GS(2[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−第3級−ペンチルフェニル)エチル)]−4,6−ジ−第3級−ペンチルフェニルアクリレート)、Sumitomo製のSUMILIZER T−PD(ペンタエリスリチルテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート))、またはその混合物のようなポリブタジエンセグメントのゲル化を保護するために開発された他の抗酸化剤も使用することができる。(IRGANOX、POLYGARDおよびSUMILIZERは商標である)。
組成物の調製
フィルムを製造するための本発明による組成物の調製方法に関しては、特別の制約が課されることはない。
したがって、ロール、バンバリーミキサー、またはダルトンニーダー、または2軸押出機を利用した機械的混合方法などの任意の方法を使用することができ、それによって、目的とする組成物の好ましい結果が得られる。
組成物の使用
本発明による組成物は、透明な、ゲルを含まない、好ましくは無色透明の、流延押出成形フィルムまたは押出吹込成形フィルムの製造に使用され、加工条件下での、フィルムの機械的特性と組成物の粘度との組合せは、非常に興味がもたれるものであることが分かった。
さらに、特に、組成物は、個人用衛生用途において、フィルムの特性の改善されたバランス、すなわち、高い溶融流速(MFR)と低引張り強度、低弾性率、低残留伸びおよび微紛/フィシュアイ/ゲルがないなどのより柔軟で透明、無色透明の単層または多層フィルムを提供することの組合せを示す。
本発明は、以下の本明細書において、以下の実施例および比較例を参照することによって、さらに詳細に記載するが、これらの特定の実施形態に、その範囲を限定するものではない。
ちなみに、以下の実施例において使用されるすべての「部」および「%」の表示は、他に明確に指示がなければ、重量部および重量%を意味する。
ブロックコポリマーAおよびBの合成。
シクロヘキサン、スチレン、ブタジエン、およびイソプレンは、活性化酸化アルミニウムによって精製し、4℃で、窒素雰囲気下で、貯蔵した。
ジブロモエタン(EDB)をカップリング剤として使用した。
合成の前に、ブタジエンおよびイソプレンのモノマー混合物(表1において示す重量/重量比で)を調製し、4℃で、窒素下で、貯蔵した。
らせん攪拌機を備えたオートクレーブをシクロヘキサンで充填し、内容物を50℃〜60℃の範囲の温度に加熱した。
開始剤sec.BuLiを投入し、続いて直ちにスチレンモノマーを入れ、完全に重合させた。反応温度を70℃に上昇させ、その温度で、イソプレン/ブタジエンモノマー混合物(I/B)を投入し、反応させた。
得られたジブロックを過剰のEDBにより結合させるか、さらにスチレンモノマーの追加のバッチと反応させた。(S−(I/B)−Sトリブロックコポリマーのための完全な逐次重合)。
過剰のカップリング剤は、場合によってsec−BuLiにより捕捉し、次いで、停止剤としてエタノールを添加し、リビングトリブロックコポリマーを、エタノールの添加によって停止した。
反応混合物を40℃に冷却し、混合容器に移し、安定化剤パッケージ(IRGANOX565およびトリス{ノニルフェノール}ホスフェート0.08/0.35phrをシクロヘキサン溶液として含む)を添加し、周囲温度で攪拌した。
乾燥ブロックコポリマーを、水蒸気凝固仕上げ、次いでオーブンで乾燥させることによって得た。
ポリマーは、米国特許第5,516,824号および米国特許第5,499,409号において記載されている方法によるGPCによって分析した。これらは、参照により本明細書に援用する。GPC分析の結果は、表1に表示されている。
Figure 0004430546
(I/B)ブロックにおける平均ホモポリマーブロック長は、WO02/057386で開示されている方法を使用して、13CNMRによって求めた。
ポリマー試料の13CNMRスペクトルは、125MHzで操作してBrukerAMX−500FTスペクトロメータにより得た。定量的プロトン−デカップルしたスペクトルは、90°13C励起パルスおよび10秒の反復速度により記録した。CDC13に溶かした10%(w/w)ポリマー溶液を使用した。緩和時間を改善するために0.1モル/lクロムアセチルアセトナートを添加した。適用したスペクトル線幅拡大は、2Hzであった。スペクトルの基準は、トランス.ポリブタジエンの脂肪族炭素が31.9ppmとなるようにした。
ポリスチレン含有量は、1HNMRによって求めた。ガラス転移温度Tgは、40℃/分の温度上昇により示差走査熱量測定によって求めた。
Tgは、転移の始まるときに測定する。これら特定の組成物において使用されている他の成分の詳細は、表2に表示されている。
流延フィルムの製造のための組成物は、表3に表示されている成分をWerner & Pfleiderer2軸スクリュウ押出機中で、混合することによって調製した。また一方、組成物の関連した物理的性質は、前記表3において特定されている。
Figure 0004430546
Figure 0004430546
Figure 0004430546
試験方法
・ 溶融流速(MFR):ASTM D 1238−95(230℃、2.16kg)
・ ASTM D 882−81による引張り特性(フィルムで試験
・ ヒステリシス:フィルムを100mm/秒(荷重段階)の速度で80%まで伸張し、30秒間保持し、次いで、緩和して応力をゼロ(非荷重段階)にする。第2のサイクルは、第1のサイクルの直後に続く。ヒステリシスは、荷重段階および非荷重段階間のエネルギーにおける差として測定する。永久伸びは、第1のサイクル(応力ゼロ)の元の試料長および第2のサイクル(応力ゼロ)前の試料長の間の差として測定する。
表4の結果において、組成物I−XにおけるブロックコポリマーAおよびB(S−(I/B)−S)の使用は、SBSおよびSISブロックコポリマーのブレンドを含む組成物に比較して、改善された加工安定性、改善されたフィルム品質および少なくとも同等の機械的特性を提供するものであることを理解されたい。

Claims (4)

  1. a)次式の分子構造を有する少なくとも65重量%のスチレンブロックコポリマー
    S−(I/B)−S(1)または[S−(I/B)]nX(2)[式中、各Sは独立に、主としてスチレンのポリマーブロックであり、(I/B)は、相互の重量比が30/70から70/30の範囲にある主としてイソプレンとブタジエンとのランダムなポリマーブロックであり、前記ポリマーブロック(I/B)が、高くとも−60℃のガラス転移温度(Tg)(ASTM E−1356−98により求められる)を有し、nは、2以上の整数であり、Xは、カップリング剤の残基であり、前記スチレンブロックコポリマーが、28重量%から31重量%の範囲にあるポリ(スチレン)含有量を有し、10,000から15,000の範囲にある真の分子量をもつポリ(スチレン)ブロックSを有し、完全なブロックコポリマーの見掛け分子量が110,000から160,000の範囲にある]、
    b)5重量%から25重量%のポリオレフィン樹脂又はポリスチレン樹脂
    c)0重量%から10重量%の可塑性オイル
    を含み、前記成分a、bおよびcのパーセンテージの和は100%であり、重量パーセンテージはすべて完全な組成物の重量を基準にしたものである、組成物。
  2. ジブロックS−(I/B)が、最大20モル%の含有量で生じる、請求項1に記載の組成物。
  3. 請求項1又は2に記載の組成物から製造された、押出成形された単層または多層フィルム。
  4. 請求項1又は2に記載の組成物から製造された、個人用衛生用途のための流延または吹込成形された単層または多層フィルム。
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