JP5057626B2 - アルミニウムアセチルアセトナートで架橋された官能化ブロック共重合体を含む組成物 - Google Patents
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Description
発明の背景
発明の分野
本発明は、アルミニウムアセチルアセトナートで架橋された官能化ブロック共重合体を含む組成物に関する。詳細には、本発明は、アルミニウムアセチルアセトナートで架橋された、マレイン化した水素化トリブロック共重合体を含む新規な組成物に関する。
【0002】
関連技術の背景
ポリスチレンなどポリビニル芳香族系ブロック、ならびにポリブタジエン、ポリイソプレンなどポリジエンブロック、あるいはポリエチレン/ブチレンなど水素化ポリジエンブロックを有するブロック共重合体をベースとする組成物は、商業的用途が広く有用性がある。上限使用温度を高め耐溶媒性を向上させるために、この共重合体ブロックを架橋させる研究が広く行われてきた。この研究の大部分は、ホットメルトとして塗布し、その後紫外光または電子線照射によって、不飽和ポリジエンのブロックにおけるフリーラジカル反応によって架橋される感圧性接着剤(PSA)を開発するために行われた。フリーラジカル化学反応は、ポリジエンブロックを含むエチレン性不飽和マルチブロック共重合体の架橋には有用であることが証明されているが、水素化ポリジエンブロックを含む飽和ブロック共重合体の架橋には、フリーラジカル化学反応は望ましくない。
【0003】
ポリビニル芳香族系ブロックと水素化ポリジエンブロックを有するブロック共重合体をベースとする組成物は、ポリビニル芳香族系ブロックが結合することによって形成される、周知のドメイン構造によって物理的に架橋される。その結果、この物理的に架橋されたブロック共重合体をベースとする組成物は、溶媒を含まない熱可塑性組成物、または固体濃度の高い溶液として有利に加工処理することができる。
【0004】
物理的に架橋されたマルチブロック共重合体をベースとする組成物に伴う欠点の一つは、この組成物の用途が厳しく制限されることである。この組成物の用途としては、たとえば、接着剤、シーラント、改質アスファルト、オイルゲルがある。ポリビニル芳香族系ブロックの結合によって形成されたドメイン構造は、組成物をポリビニル芳香族系ブロックのガラス転移点以上に加熱すると保全性を失う。その結果、この物理的に架橋されたマルチブロック共重合体をベースとする組成物の使用上限温度は、約100℃未満に制限される。さらに、ポリビニル芳香族系ブロックの結合で形成されたドメイン構造は、ポリビニル芳香族系ブロックが溶媒または相溶性可塑剤によって可塑化されると、保全性を失う。その結果、物理的に架橋されたマルチブロック共重合体をベースとする組成物は、溶媒が存在すると脆弱になる。また、このブロック共重合体をベースとする接着剤組成物は、可塑化されたポリ塩化ビニル(PVC)基材と共に使用するのは不適当である。というのは、通常PVCを軟化させるために使用されるジオクチルフタレート(DOP)などの可塑剤が、接着剤中に移行して接着剤をひどく脆弱にするためである。
【0005】
したがって、長い間使用上限温度を高め耐溶媒性を向上させる、架橋されたブロック共重合体をベースとするPSAの必要性が感じられていたが解決されていない。また、テープ、ラベル、ステッカー用のフィルム基材として、DOPで可塑化されたPVCが使用できるPSAも必要とされる。さらに、高温で目地がスランプしないシーラントも必要とされる。さらに高温でその形態を維持できるオイルゲルも必要とされる。さらに、軟化点がより高い改質アスファルトも必要とされる。
【0006】
発明の簡単な概要
一実施形態において、本発明は、アセチルアセトナートで架橋された官能化ブロック共重合体を含む組成物を提供する。架橋されたブロック共重合体は高温での耐溶媒性および凝集力が向上する。架橋されたブロック共重合体は、好ましくは酸で官能化した、ABAまたは同様の構造をもつ水素化ブロック共重合体を含み、Aブロックがビニル芳香族系炭化水素、好ましくはスチレンを少なくとも80重量%含み、Bブロックが水素化共役ジエン、好ましくはブタジエン、イソプレン、またはその混合物を少なくとも80重量%含む。
【0007】
他の実施形態では、本発明は、酸で官能化した水素化ブロック共重合体を含む、接着剤、シーラント、オイルゲル、アスファルト配合物、またはろう配合物を提供する。
【0008】
発明の詳細な説明
本発明は、一般にアルミニウムアセチアセトナート(AlAcAc)で架橋され、官能化した水素化ブロック共重合体を提供する。この共重合体は通常、押出成型グラフトプロセスで、ブロック共重合体に無水マレイン酸(MA)をグラフトすることによって調製される。このブロック共重合体にグラフトされた酸基は活性部位を形成し、次いでAlAcAcと架橋反応をするのに役立つ。AlAcAcで架橋されたブロック共重合体を含む感圧接着剤は、驚くべきことに上限使用温度の上昇、および耐溶媒性の向上を示す。この接着剤はまた、DOPで可塑化されたPVCフィルムステッカーが経時的に収縮するのを防止する。AlAcAcで架橋されたブロック共重合体を含む、オイルゲル、改質アスファルト、および改質ろうは、驚くべきことには、非常に高い軟化点を示す。AlAcAcで架橋されたブロック共重合体を含むシーラントは、驚くべきことに高温で良好な耐スランプ性を示す。
【0009】
水素化の前には、このブロック共重合体はエチレン性および/または芳香族性の両方の不飽和を有し、1つまたは複数のオレフィン、特にジオレフィンを、1つまたは複数のアルケニル芳香族系炭化水素と共重合させることによって調製できる。この共重合体は、塊、溶液、またはエマルジョン技法を用い、アニオン開始剤、または重合触媒を用いて調製できる。
【0010】
一般に、溶液アニオン技法を使用する場合は、共役ジオレフィンポリマー、および共役ジオレフィンとアルケニル芳香族系炭化水素の共重合体は、重合すべきモノマーおよびモノマー類をIA族金属、またはそのアルキル、アミド、シラノレート、ナフタリド、ビフェニル、アントラセニル誘導体などのアニオン重合開始剤と、同時にまたは順次に接触させて調製する。ナトリウム、カリウム化合物などの有機アルカリ金属を、たとえば適当な溶媒中で、約−100〜約200℃の温度範囲、好ましくは約0〜約100℃で、使用することが好ましい。
【0011】
特に有効なアニオン重合開始剤は、次の一般式の有機リチウム化合物である。
RLin
式中、Rは、脂肪族系、脂環式、芳香族系、またはアルキルで置換された炭素原子1〜約20個をもつ芳香族系炭化水素の基であり、nは1から4の整数である。
【0012】
このブロック共重合体を調製するのに有用な共役ジオレフィンとしては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエンなどの炭素原子4〜約8個を含む共役ジオレフィンがある。こうした共役ジエンの混合物を使用してもよい。好ましい共役ジエンは1,3−ブタジエンである。
【0013】
このブロック共重合体を調製するのに有用なアルケニル芳香族系炭化水素としては、スチレン、p−メチルスチレン、p−t−ブチルスチレン、α−メチルスチレンなど様々なアルキルで置換されたスチレン、アルコキシで置換されたスチレン、ビニルナフタレン、アルキルで置換されたビニルナフタレンなどのビニルアリール化合物がある。好ましいビニル芳香族系炭化水素はスチレンである。
【0014】
従来技術でこうしたポリマーの調製に有用であることが公知の任意の不活性な炭化水素溶媒を使用できる。特に適当な溶媒としては、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタンなど、ならびにそのアルキルで置換された誘導体などの直鎖および側鎖の炭化水素;シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタンなど、ならびにそのアルキルで置換された誘導体などの脂環式炭化水素;ベンゼン、ナフタレン、トルエン、キシレンなど芳香族系およびアルキルで置換された芳香族系炭化水素;およびテトラリン、デカリンなど水素化芳香族系炭化水素がある。
【0015】
本発明のポリマーは、参照により本明細書に組み込まれる米国再発行特許第27,145号に開示された通り水素化することができる。このポリマーおよび共重合体の水素化は、レイニーニッケル、白金などの貴金属、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第3,113,986号、および第4,226,952号の通りの溶解性遷移金属触媒、これも参照により本明細書に組み込まれる米国特許第5,039,755号に記載のようなチタン触媒などの触媒の存在下における水素化を含めて様々な十分に確立されたプロセスによって実施される。水素化により、ポリジエンブロック中に元から存在するオレフィン性不飽和結合が、少なくとも約50%、好ましくは少なくとも70%、より好ましく少なくとも90%、最も好ましくは少なくとも99%減少する。水素化は選択的なものとすることができ、その場合、オレフィン性不飽和結合はポリジエンブロックから減少されるが、ポリビニル芳香族系ブロック中の芳香族性不飽和結合は事実上水素化されずに残る。望むならば、水素化を完全にすることもでき、その場合は、オレフィン性不飽和結合および芳香族性不飽和結合の両方が減少する。
【0016】
共役ジエンおよびビニル芳香族系炭化水素のブロック共重合体には、使用温度でエラストマー特性を示すものはどれも含まれる。したがって、ポリジエンブロック共重合体は、主として無定形であり、柔軟性を阻害するような過剰な結晶性を含むべきではない。たとえば,ブタジエンは、水素化後の結晶性を回避するために、1,2−付加の割合が好ましくは約30%を超えるべきである。1,2−付加の割合が30%未満では結晶性が高過ぎて、接着剤中で使用するには約0℃という低い温度で行わなければならないほど硬すぎるポリマーが生成する。
【0017】
官能化した水素化ブロック共重合体の前駆体として適当なブロック共重合体は、ビニル芳香族系炭化水素を最大60重量%含有するものを含めて、共役ジエンとビニル芳香族系炭化水素を様々な比率で含有する多様な構造を有することができる。すなわち、線状もしくは放射状、対称もしくは非対称、および式A−B、A−B−A、A−B−A−B、B−A−B、(AB)0,1,2.....−BAなどで表される構造をもつマルチブロック共重合物を使用してもよく、ただしAは、ビニル芳香族系炭化水素のポリマーブロック、またはビニル/芳香族系炭化水素を少なくとも80重量%含む共役ジエン/ビニル芳香族系炭化水素のテ−パ構造の共重合ブロックであり、Bは、共役ポリマーブロック、または共役ジエンを少なくとも80重量%含む共役ジエン/ビニル/芳香族のテ−パ構造の共重合ブロックである。Aブロックまたはブロック類が、共重合体の重量の5〜60%を構成するのが適切であり、5〜30%が好ましい。こうしたブロックは数平均分子量が2,000から115,000であるのが適切であり、4,000から60,000が好ましい。Bブロックまたはブロック類は、数平均分子量が20,000から450,000であるのが適切である。好ましくは、ブロック共重合体は、A−B−A構造をもつトリブロックであり、より好ましくはポリスチレン末端ブロックを持つABAブロック共重合体である。
【0018】
ブロック共重合体は、たとえば、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第3,251,905号、第3,390,207号、第3,598,887号、および第4,219,627号に例示された、よく知られているモノマーの順次添加技法、モノマーの内部添加技法、カップリング技法を含む、任意のよく知られたブロック重合または共重合の手順によって生成することができる。
【0019】
酸で官能化したブロック共重合体は、フリーラジカル開始反応により、酸部分またはその誘導体を、水素化ブロック共重合体上にグラフト反応させることによって調製できる。グラフトされる適当なモノマーとしては、炭素原子約3〜約10個を含む不飽和のモノまたはポリカルボン酸および酸無水物がある。こうしたモノマーの例としては、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸、アクリル酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸がある。好ましいグラフトモノマーは無水マレイン酸である。このグラフトポリマーは通常、重量で0.1〜10%、好ましくは0.2〜5%のグラフトモノマーを含む。
【0020】
グラフト反応は、フリーラジカル開始剤の存在下で、溶液中で、またはベースのブロック共重合体と酸/無水物モノマーの溶融混合によって行われる。こうしたプロセスの開示が、溶液プロセスについては米国特許第4,033,888号、第4,077,893号、および第4、670,173号、溶融混合プロセスについては米国特許第4,427,828号、第4,578,429号,第4,628,072号、および4,657,971号に出ており、これらは全て参照により本明細書に組み込まれる。
【0021】
上記ポリマーは前述の方法によって容易に調製できる。しかし、適当なポリマーはKRATONポリマー会社から市販されている。市販されている好ましいブロック共重合体としては、KRATON(登録商標)G1652、KRATON(登録商標)G1657、KRATON(登録商標)G1726、KRATON(登録商標)FG1901、KRATON(登録商標)FG1924がある。
【0022】
本明細書に記載の架橋組成物は、この組成物の熱硬化性を必要とする用途の広い範囲で有用であると考えられる。例としては、テープやラベル用の感圧接着剤、コンタクト接着剤、ラミネート用接着剤、アセンブリ用接着剤を含む、高温の負荷支持力が改善された接着剤、高温での耐スランプ性の優れたシーラント、高温でもその保全性を維持しているオイルゲル、高温でも斜面の表面でたるむことなく使用できる屋根用製品および防水膜用のアスファルトとの混合物、無流滴ろうそく用のろうとの混合物、または斜面表面に留まっている被覆の用途がある。
【0023】
AlAcAcで架橋された酸で官能化したブロック共重合体をベースとする組成物は、溶媒中の溶液として混合し塗布することができる。マルチブロック共重合体は、大量のトルエンなどの炭化水素溶媒と、少量のケトン、エステル、アルコールなどの極性溶媒を含む溶媒混合物に溶解することができる。極性溶媒の量は、選択した個々の極性溶媒および配合物中で使用する個々のポリマーの構造によって異なる。しかし、混合物中に使用する極性溶媒の量は通常、溶媒混合物の約10〜約50重量%である。
【0024】
アルミニウムアセチルアセトナート(AlAcAc)は、融点が194℃の固体であり、たとえばトルエンなど炭化水素に溶解することが好ましい。しかし、AlAcAcは、トルエンと酢酸イソプロピル(iPAc)の混合物などの溶媒混合物に溶解することが好ましい。好ましくは、固体AlAcAcを約10〜25重量%、より好ましくは少なくとも10重量%トルエンとiPAcの混合物に溶解する。トルエンとiPAc混合物は、好ましくはトルエンとiPAcの比率が少なくとも50:50重量%であり、より好ましくはトルエンとiPAcの比率は75:25重量%である。
【0025】
次に、共重合体溶液とAlAcAc溶液を正確な割合で、組成物を塗布する直前に混合する。AlAcAcはブロック共重合体の約0.2〜約10重量%の濃度で存在する。好ましくは、この2つの成分は塗布する直前に混合する。これは、酸で官能化したブロック共重合体とAlAcAcの間で室温で硬化反応が起きるからである。場合によっては、硬化反応を抑制するため、2,4−ペンタンジオンを溶媒システムの一部として含めてもよい。
【0026】
この溶液を混合し塗布した後、溶媒が蒸発させておき、架橋反応を進ませる。架橋反応は、溶液を混合したときから開始し、硬化条件に応じて硬化が完了するには数時間〜数週間かかる。
【0027】
場合によっては、AlAcAcで架橋された酸で官能化したブロック共重合体をベースとする組成物を、溶媒なしのホットメルトとして混合し塗布してもよい。通常は、AlAcAc以外の成分を全て適当な混合機を用いて混合し、次いでAlAcAcを塗布する直前に加える。混合中にゲル化するのを防ぐために混合温度は十分に高くし、AlAcAcを加えた後ホットメルトを塗布する前には冷却してはならない、さもないとホットメルトがゲル化する。通常、ホットメルトをハイシャーミキサー中で約100〜約200℃で約1〜3時間混合する。均質な混合物が得られたら、AlAcAcを加え、少なくとも10分間混合を続けてからホットメルトを塗布する。
【0028】
個々の用途用に、粘着力、凝集力、耐久性、低価格などの特性の適正な組合せを有する組成物を調製するために、ポリマー、架橋剤、および溶媒に追加する成分を使用してもよい。すなわち、適当な組成物は、たとえば接着剤、樹脂、可塑剤、充填剤、安定剤の組合せを含んでもよい。
【0029】
粘着力を与え、かつ適当な機械的および粘弾性特性を発生させるために、多くの接着剤、シーラント、および被覆の組成物中に樹脂および可塑剤を使用してもよい。個々の樹脂または可塑剤は、ポリマーのAブロックまたはBブロックと熱力学的により相溶性があってもよい。Aブロックと相溶性のある樹脂はエンドブロック樹脂と呼ばれる。通常、エンドブロック樹脂は組成物を硬くする。Bブロックと相溶性のある樹脂はミッドブロック樹脂と呼ばれる。通常、ミッドブロック樹脂は組成物を粘着性にし、したがって粘性付与樹脂と呼ばれる。Bブロックと相溶性のある可塑剤は組成物を軟化するのに使用する。Aブロックと相溶性のある可塑剤は、それがAブロックのガラス転移点(Tg)を低下させるので、通常使用しない。
【0030】
樹脂とは低分子量、通常分子量が約500から5,000の炭化水素ポリマーである。樹脂は液体でもよいが、通常ほとんどのものは脆性固体であり、ASTM方法E28で測定される環球軟化点によって特定される。最も一般に使用される樹脂は軟化点が約80〜140℃である。中間ブロック樹脂は通常、脂肪族、脂環式、または芳香族で修飾された脂肪族ポリマーである。
【0031】
中間ブロック樹脂は、配合物中に最高で組成の約70重量%まで使用できる。Hercules社からの代表的な中間ブロック樹脂の例としては、PICCOTAC、HERCOTAC、REGALREZ、REGALITE,PICCOLYTE,FORALがある。PICCOTAC樹脂は脂肪族である。HERCOTAC樹脂は、芳香族系修飾脂肪族樹脂である。REGALREZおよびREGALITEは、水素化芳香族である。PICCOLYTE樹脂は、ポリテルペン、FORAL樹脂はロジンエステルである。
【0032】
エンドブロック樹脂は、芳香性の高いポリマーであり、配合物中に最高で組成の約40重量%まで使用することができる。Hercules社からの代表的なエンドブロック樹脂の例としては、PICCO、ENDEX、KRISTALEX、PICCOTEXがある。PICCO樹脂は、芳香族系ストリームを重合して生成される。ENDEX、KRISTALEX、およびPICCOTEXは、スチレン、α−メチルスチレン、およびビニルトルエンなどの純粋なモノマーから生成される。
【0033】
中間ブロック可塑剤は、流体樹脂またはポリブテンなど合成オイルであってもよいが、最も一般的な中間ブロック可塑剤はゴム配合油である。この芳香族系低含量オイルとしては、当技術分野でよく知られており、高飽和型オイルおよびナフテンオイルがある。好ましいオイルは、ShellからのSHELLFLEXオイル、およびArcoからのTUFFLOオイルなど高飽和型流動パラフィンなどのナフテンプロセスオイル、ならびにPenrecoからのDRAKEOLオイルである。接着剤およびシーラント中では、オイルを最高30重量%まで使用できる。オイルゲルでは、組成の95重量%までも使用できる。
【0034】
本発明で有用なアスファルトは、ポリマーが混合物から相分離をするのを防ぐために、ポリマーとのその相溶性をベースとして選択される。通常、好ましいアスファルトは、直留アスファルト、アンブローンアスファルト、とりわけナフテン原油から誘導されたものである。軟質製品には、針入度約150のアスファルトが使用できる。硬質製品には、針入度が約10と低いアスファルトを使用できる。ブローンアスファルトを使用することはできるが、ポリマーとアスファルトの相溶性に十分な注意を払う必要がある。防水膜や路面亀裂シーラントのような製品には、アスファルトが組成物の最高95重量%を占めることもある。
【0035】
有用なろうとしては、ShellからのSHELLWAXおよびSHELLMAXなど、パラフィンと微晶質の両方の石油ろう、合成ろう、低分子量ポリエチレンおよびポリプロピレン、自然発生ろうがある。ホットメルト包装接着剤の成分としては、ろうが組成物の最高50重量%を占めることもできる。防護コーテングとしては、ろうが組成物の最高95重量%を占めることもできる。
【0036】
様々な種類の充填剤および顔料を配合物に含めることもできる。特に外装シーラントでは、所望の美観を創るためだけでなく、シーラントの耐侯性を改良するためにも充填剤を加える。適当な充填剤としては、炭酸カルシウム、粘土、滑石、シリカ、酸化亜鉛、二酸化チタンなどがある。加える充填剤の量は、充填剤の種類および組成物に意図した用途に応じて、最高で組成物の約65重量%を加えることができる。
【0037】
組成物を熱、酸素、オゾン、紫外(UV)光による劣化から保護するために安定剤を加えることができる。第1の酸化防止剤には、ブチル化ヒドロキシトルエンなど立体障害を持つフェノールがある。亜リン酸トリスノニルフェニルのような亜リン酸塩、またはチオエーテルなど第2の酸化防止剤も使用できる。UV劣化を防ぐために、UV吸収剤および立体障害をもつアミン光安定剤など他の様々な安定剤を加えることができる。添加する安定剤の量,通常約1重量%未満である。しかし、非常に長い耐久性が必要な用途では、安定剤は最高約6重量%加えることができる。
【0038】
本発明をさらに、以下に述べる表1〜19にまとめた例によって示したが、これだけには限るものではない。マレイン化したブロック共重合体を表1に記載し、測定した溶液の粘度を表2に報告した。実施例で特定した他の市販品の知られた組成を表19に示した。
【0039】
【表1】
【0040】
【表2】
【0041】
実施例1
表3にリストした、AlAcAcで架橋した様々なKRATON(登録商標)Gポリマーの影響を調べるために、4つの感圧接着剤の試料を調製した。各試料において、AlAcAc以外の全てを含む接着剤溶液(表3に示す濃度による)を、75/25のトルエンとiPAcの混合物中に40重量%で調合した。10重量%のAlAcAc溶液を、75/25のトルエンとiPAcの混合物中で調合した。フィルムを流し成形する直前に、AlAcAc溶液を接着剤溶液に混合した。次いでフィルムを流し成形した。溶媒をフード内で1時間フラッシュ蒸発させ、通常試料を180℃で10分間焼成した。フィルムを試験する前に25℃で少なくとも16時間保存した。PSAフィルムの厚さは、通常35〜50ミクロンとした。
【0042】
ポリマーが架橋したかどうかを示す2つの最も重要な試験は、マイラーに対するSAFT、およびトルエン中ゲル浸漬である。保持力破断試験(SAFT)では、PSAで25×25ミリメートルの重ね剪断ボンドを別のマイラーと相対するマイラー上に作成した。一片の重ね剪断試験片をオーブン内に固定し、別の片に500gの加重を取り付けた。オーブンの温度を1時間当り22℃の速度で上昇させた。SAFTとは、接着剤がもはや加重を支えきれず、加重が落下する温度をいう。PSA中のポリマーが架橋すると、通常SAFTの上昇を引き起こす。トルエン中ゲル浸漬試験では、約25×25mmのPSAの一片を単にトルエンに浸漬させる。接着剤が溶解する場合は、架橋されていない。それが膨潤はするが溶解しない場合は、架橋されている。
【0043】
表3に示すように、非酸官能化ポリマーを含むPSA、KRATON(登録商標)G1652および、KRATON(登録商標)G1657は、SAFT試験でそれぞれ90℃と66℃で落下し、トルエンに浸漬すると単に溶解し、非酸官能化ポリマーは架橋しなかったことを示唆している。対照的に、酸で官能化したポリマーをベースとする両方の接着剤は、SAFT値は、その非官能化前駆体の値より高く、ポリマー上のポリスチレン末端ブロックのTgよりはるかに高く、両者はトルエンに浸漬したとき膨潤はしたが、溶解はしなかった。これは両方のポリマーがAlAcAcで架橋されたことを示している。
【0044】
表3はまたPSA溶液のゲル化時間を示している。AlAcAcが接着剤溶液に添加された後は、その容器を仕事台の上に置き、定期的に容器をひっくり返してその粘度を確認した。驚くべきことには、GRP6627を含む接着剤は、AlAcAc添加後2時間でゲル化し、KRATON(登録商標)FG1901を含む接着剤は、AlAcAc添加後2日間でゲル化した。このことは、架橋反応は室温でも進行することを示しており、接着剤溶液を流し込み成形した後でフィルムを焼成する必要がないことを示唆している。
【0045】
【表3】
【0046】
実施例2
AlAcAcで架橋したKRATON(登録商標)FG1924ポリマーの影響を調べるために、実施例1の方法により4つのPSA試料を調製した。表4は、KRATON(登録商標)FG1924をベースとする配合物中のAlAcAc濃度の影響を示す。結果は、0.2重量%のAlAcAcは架橋を生じさせて、SAFTを13℃上昇させ、接着剤をトルエン中に不溶にした。結果はまた、AlAcAc濃度の増加に伴いSAFTが増加し続け、AlAcAcを1.0重量%含むPSAはほぼ30℃増加することを示す。
【0047】
実施例3
AlAcAcで架橋されたKRATON(登録商標)FG1924ポリマーの硬化状態の影響を調べるために、実施例1により7つの試料を調製した。表5は、1方のセットがAlAcAcを0.2重量%、他方がAlAcAcを1.0重量%含み、25℃、80℃、および180℃で硬化させた2つのセットの接着剤の特性を示す。
【0048】
接着剤のトルエン浸漬の結果は、両セットの接着剤共に3つの温度の全てで架橋を示す。しかし、試料を180℃で焼成したときはに形成されたゲル構造は、80℃で焼成したときまたは25℃で硬化させたときより保全性が高いと判断された。25℃で硬化された両試料共に、マイラーに対するSAFTで架橋していない対照より約30℃の増加を示した。驚くべきことに、80℃または180℃で硬化させた試料は、25℃で硬化させた試料と比べてマイラーに対するSAFTの増加はなく、実際は減少を示した。結果は、接着剤を硬化させた温度は特に重要ではないことを示唆している。
【0049】
実施例4
試料をREGALREZ 1085の代わりにREGALITE R91を用いて調製した以外は、実施例4と同様に、5個の試料を調製した。表6は結果を示す。結果は、AlAcAc1重量%を用いた接着剤溶液は、AlAcAc中に混合した後2時間以内にゲル化をしていることを示す。AlAcAcのレベルが低い場合、ゲル化時間はより長くなるが、AlAcAcがわずかに0.1重量%でも約1週間内に接着剤溶液はゲル化した。この溶液がゲル化したことは架橋反応が室温でも起こることを意味する。したがって、接着特性は、時間と共に変化することが予想される。このことを確認するために、フィルムを流し成形した後3週間まで、SAFTを定期的に測定した。実際、結果は、SAFTが増加し続けることを示した。AlAcAcの濃度が高くなるにつれて、最終的なSAFTが高くなる。
【0050】
【表4】
【0051】
【表5】
【0052】
表6、7、および8は、KRATON(登録商標)FG1924ポリマー[マレイン化したKRATON(登録商標)G1657ポリマー]、Run B22[マレイン化したKRATON(登録商標)G1726ポリマー]、およびKRATON(登録商標)FG1901ポリマー[マレイン化したKRATON(登録商標)G1652ポリマー]を用いた硬化実験の結果を比較する。トルエンに浸漬したとき、接着剤が完全に溶解しない点まで架橋する最低限の必要量はAlAcAc0.2重量%であるいう点では、一般的な挙動パターンが3種のポリマー全てについてほぼ同様であった。FG1924およびB22ポリマーでは、3週間にわたってSAFTは増加し続け、一方FG1901では、架橋反応は1週間以内で終了すると思われる。
【0053】
【表6】
【0054】
実施例5
実施例4の配合物の可使時間を調べた。ゲル化を定義し定性的に検出することはやや難しい。それは初めはゲルが軟らかく、保全性が限られているからである。したがって、表6、7、および8の接着剤に対して、AlAcAcを75/25重量比のトルエン/酢酸イソプロピル中固体40重量%の溶液に加えた後、様々な時間にブルックフィールド粘度を測定した。表9の結果は、MWの高いポリマー、KRATON(登録商標)FG1924およびFG1901は、AlAcAcが高い濃度では、実際に1または2日以内でゲル化することを示している。AlAcAcが低い濃度では、初めは粘度が増加し、3週間を超えると一定に留まる。MWの低いマレイン化G1726は、この固体の含有量では粘度が低く、AlAcAc濃度が高い場合は、3週間後でも粘度の増加が測定されなかった。
【0055】
実施例6
接着剤溶液に過剰の2,4−ペンタンジオンを加えることによって、ゲル化を抑制できるかどうかを調べるために、75/25のトルエン/酢酸イソプロピル溶媒中のKRATON(登録商標)FG1924をベースとするPSAの固体40重量%の溶液を含む試料を調製した。2,4−ペンタンジオンを加えない溶液は、0.2重量%AlAcAcを加えた後約3時間で軟らかいゲルになった。表10に示すように、AlAcAc0.2重量%の前の溶液に2,4−ペンタンジオン0.2重量%を加えると、ゲル化が約1週間遅れ、2,4−ペンタンジオン0.5重量%を加えると、ゲル化が2週間にわたり防止された。
【0056】
比較例1
マレイン化KRATON(登録商標)Gポリマーの架橋剤として、Zr(C5H8O2)4、Al(C5H8O2)3、Zn(C5H8O2)2、およびNa(C5H8O2)1(ZnAcAcおよびNaAcAcは、水和物としてのみ入手が可能)を比較するために実験を計画した。この4種のアセチルアセトナート架橋剤は全て、固体であるため、ポリマー、樹脂、およびオイルも溶解することになる溶媒中にそれらを溶解する必要がある。ZnAcAcまたはNaAcAcの適当な溶剤が見つからず、それらは試験できなかった。10重量%では、それらはテトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸イソプロピル、トルエン、メタノール、およびトルエンと酢酸イソプロピルもしくはメタノールの混合物に不溶であった。表11の結果は、ZrAcAcはSAFTの若干の改良をもたらすことを示した。しかし、この結果と表4の結果を比較すると、ZrAcAcはとうていAlAcAcほど有効ではない。
【0057】
【表7】
【0058】
【表8】
【0059】
【表9】
【0060】
【表10】
【0061】
実施例7
KRATON(登録商標)FG1924ポリマーをベースとするPSAのフタル酸ジオクチル(DOP)に対する耐性に対する架橋の影響を示すために、表12の9試料を調整した。KRATONゴムをベースとするPSAは、DOPなど液体可塑剤で可塑化されたPVC製のフィルム基材上では使用できないことがよく知られている。というのは、DOPがPVCフィルムからPSA層に移動して、ポリスチレンドメインのガラス転移中を低下させ、それによってPSAの凝集力を低下させるからである。表12の結果は、AlAcAcにより架橋したKARTON(登録商標)FG1924ポリマーは、ポリスチレンドメインが可塑化されても網状組織の保全性を維持するのを助けることを示している。DOP無しの架橋していない対照のSAFTは71℃である。DOP10重量%を加えると値は46℃に低下したが、AlAcAcの0.2重量%ほどの少量で架橋するとSAFTは82℃に回復した。DOP20重量%をPSAに加えると、SAFTは38度に低下したが、AlAcAc0.5重量%で架橋するとSAFTは72℃に回復した。架橋によって、配合物中DOPが20重量%であっても、接着剤破断に対する180度ピール試験における破断メカニズムも回復された。
【0062】
【表11】
【0063】
【表12】
【0064】
実施例8
表13に示すように、2例のPVCフィルムの試料を試験した。両者は厚さ100ミクロンの白いPVCフィルムである。一方はDOPで可塑化された。他方は、非移動性のポリアジピン酸塩タイプの可塑剤を使用している。
【0065】
【表13】
【0066】
表13は、KRATON(登録商標)FG1924ポリマーのDOPに逆らう架橋の影響を示す。表13の配合物を、乾燥時接着剤のフィルム厚さが40ミクロンで、PVCフィルム上に直接塗布した。溶媒をフード中で1時間フラッシュ蒸発させ、フィルムを80℃で10分間焼成した。焼成したフィルムを25℃で一晩保存した。はく離ペーパーをPSAに積層した。積層物から75×75mmの片を切り出し、はく離ペーパーを除き、フィルムを清浄なガラス板上に付着させた。この板と積層物の残りを60℃で1週間保存して、可塑剤が移動するままにした。試験の前に再度試料を25℃で一晩保存した。ガラス板上の正方形のものの収縮を試験し、表13に示す特性を測定した。
【0067】
その結果は、非移動性ポリアジピン酸塩可塑剤で可塑化したPVC上では、ガラス板に付着したフィルムの収縮の兆候はなかった。このことは、通常のKRATON(登録商標)ゴムPSAは非移動性可塑剤で可塑化したPVC上では機能するというよく知られた事実を立証している。DOPで可塑化したPVC上では、AlAcAcのない両方のPSAはPVCを収縮させ、フィルム端の周りに粘着性の析出物を残した。PSAをAlAcAcで硬化するとPVCフィルムの収縮は防止された。
【0068】
実施例9
KRATON(登録商標)FG1901ポリマー30重量%、REGALREX 1085 52.2重量%、DRAKEOL 34 17.8重量%の4試料をホットメルトとして、175℃のシグマブレードミキサー内で混合した。約1時間混合後、均質な混合物が得られた。次いでAlAcAcを表14に示す濃度でホットメルト接着剤に加え、175℃で30分間混合を続けた。ホットメルトPSAを厚さ25ミクロンのマイラー上に加熱したドクターブレードで塗布した。冷却後、試験に先立って接着剤を室温で3日間保存した。表14の結果はSAFTがかなり増加することを示している。この実施例は、反応性接着剤はホットメルトとして加工することができ、PSAが実際に架橋されたことを示す。
【0069】
実施例10
表14に示す配合物を、シグマブレードミキサーで混合したが、この実験では、混合を3時間、すなわち接着剤がゲル化するまで続けた。KRATON(登録商標)FG1901ポリマー30重量%および最高1.0重量%までのAlAcAcを含む配合物は、175℃で3時間までゲル化せずに混合された。しかし、KRATON(登録商標)FG1901ポリマーの代わりにKRATON(登録商標)FG1924ポリマーを使用すると、AlAcAc0.2重量%を含む配合物では3時間混合されたが、AlAcAc0.5重量%を含む配合物では、AlAcAcを加えてから約30分でゲル化した。高温においた場合、AlAcAcを含む接着剤は、AlAcAcを含まない接着剤よりかなり黒ずむのが観察された。
【0070】
【表14】
【0071】
実施例11
KRATON(登録商標)FG1901ポリマーおよびIRGANOX 1010をDRAKEOL 34中に、表15に示す濃度で、Silversonミキサー165℃で混合することによって7種のオイルゲル試料を作成した。約1時間混合後、均質な混合物が得られた。次いで、熱い混合物中にAlAcAc粉末を0.2重量%、0.5重量%、または1.0重量%の濃度で加え、混合を165℃で10分間続けた。混合物を、環球軟化点のリングに注ぎ込み、またはく離紙型に注ぎ込み厚さ約20〜30mmのコンパウンドのシートを得た。この試料を試験の前に、室温で様々な時間保存した。
【0072】
【表15】
【0073】
ASTM D36による軟化点(SP)を、保存時間の関数として、リングに充填した後3週間まで測定した。各SPを測定すると同時に、オイルゲルシートからの20×20×40ミリメートルの断片をまたトルエンに浸漬して、形成された架橋ポリマーゲルの構造の見当を得た。
【0074】
表15の結果は、オイルゲル中の、マレイン化ポリマーはAlAcAcを加えると実際に架橋し、その程度は時間と共に増加する。ポリマーを10重量%含むオイルゲルに対し、SPの初めの増加は非架橋の対照に比べて約15℃上昇し、次いで約3週間にわたって増加し続ける。AlAcAcを含まないオイルゲルの試料はトルエンに浸漬した時全く溶解した。ポリマー20重量%を含むゲルでは、SPの事実上の増加が生じるには、0.2重量%ほどの少量のAlAcAcで十分であった。0.5または1.0重量%のAlAcAcを含む試料では、試料を大気温度で5日だけ硬化すれば、SPは175℃以上であった。3週間の硬化時間後には、その試料はトルエンに浸漬したとき、ゲルが最初の寸法の2倍以上に膨潤したが、オイルゲルの一片の原型を維持しているという、印象的なゲル構造を有していた。
【0075】
実施例12
KRATON(登録商標)FG1901ポリマー、およびKRATON(登録商標)ポリマーと相溶性が優れた、直留のアンブローンアスファルト、Shell Wood River AC−5をSilversonミキサーで175℃で混合することによって、5種のアスファルト試料を調製した。約1時間混合後、均質な混合物が得られた。次いで、この熱混合物にAlAcAc粉末を0.2重量%、0.5重量%、または1.0重量%の濃度で加え、175℃で10分間混合を続けた。この混合物を環球軟化点測定のリング、およびはく離紙型に注ぎ込んだ。この試料を試験の前に様々な時間室温で保存した。
【0076】
表16の結果は、改質アスファルト中の挙動はオイルゲル中の挙動と同様であった。KRATON(登録商標)FG1901を15重量%加えると、アスファルトのSPが57℃から90℃に上昇し、ASTM D−5で測定した針入度が128から33に減少した。AlAcAc0.2重量%を加えると、かなりSPが増加したが、AlAcAc0.5重量%または1.0重量%を加えるとすばらしくSPが上昇した。室温で3週間の硬化の後、175℃までの温度では、ボールの重量の下でリング中の改質アスファルトのフローは起きなかった。
【0077】
実施例13
表15の試料3および4をAlAcAcを加えた後Silversonミキサーで、160度で3時間混合し、このオイルゲルがAlAcAc添加後、高温での混合中にゲル化しないかどうかを確認した。混合の間明らかな粘度の増加は起きず、この試料は160℃で3時間の混合時間後ビーカーから容易に流れ出た。試料3は、160℃で3時間の後黒っぽく変色したが、顕著な粘度の増加はなかった。試料4は、変色も顕著な粘度増加もなかった。この実施例は、この反応性オイルゲルは160℃で可使時間は少なくとも3時間あることを示している。しかし、明るい色が必要な用途では、AlAcAcによって生じる色を最小限にする注意が必要である。
【0078】
【表16】
【0079】
実施例14
KRATON(登録商標)ポリマーと、微晶質ろう、またはろうおよび粘性樹脂の組合せとの混合物を、非PSAホットメルト接着剤(HMA)、防護コーテングなどの広範な用途に使用した。表17の配合物を調整し、試験して、混合物中のポリマーの架橋がHMAまたはコーテングの高温特性を改善するかどうかを調べた。配合物1、2、および3は、酸官能化ポリマーと微晶質ろうの混合物をベースとしている。配合物4、5、および6は、酸官能化ポリマーとパラフィンろうおよび粘性樹脂の組合せとの混合物をベースとしている。混合物を、ろう、またはろうおよび樹脂を酸化防止剤と共に165℃に加熱し、Silversonミキサーで、KRATON(登録商標)FG1901ポリマーをこの混合物中に165℃で1.5時間混入して作成した。次いで、AlAcAcをこの混合物に加え、10分間混合を続けた。この高温混合物を、軟化点測定リングに注ぎ込み、十分な高温混合物をはく離紙型に注ぎこんで、厚さ約10mmの化合物のシートを得る。この試料を試験するまで室温で保存した。軟化点を室温で1、6、14、および21日後に測定した。21日後、厚さ10mmのシートから30×30mmの一片を切り取り、100℃で1時間オーブン中に置き耐スランプ性を求めた。結果を表17に示す。
【0080】
混合物1および4は、通常の非架橋組成物の挙動を例証しており、約90℃で溶解、移動が始まった。混合物1および4はまた、100℃のオーブン中で激しくスランプした。全てがAlAcAcを含有し架橋された混合物2、3、5、および6は、約160℃を超える軟化点を示した。混合物2、3、5、および6の30×30×10mmの一片は、オーブン中で100℃で1時間スランプとフローがおきずに耐えた。
【0081】
実施例15
KRATON(登録商標)ポリマーをベースとするシーラントは熱可塑性であるので、高温で十分な性能を有するシーラントを配合することは常に難題であった。温度が70〜90℃では、KRATON(登録商標)ポリマーをベースとする通常のシーラントは、軟化して、立目地から流れ出る。実施例15は、この問題を酸で官能化したKRATON(登録商標)ポリマーをシーラントに用い、それをAlAcAcで架橋させることによって、防止することができるかどうかを調べるために実施した。表18を参照すると、2つの基本的な配合物を試験した。一方はポリマー20重量%を含み(配合物1および2)、他方はポリマー30重量%を含んでいる(配合物3および4)。配合物が約30〜40のショアA硬度、および中間ブロック相が約―30℃に計算されたTgを与えるように、末端ブロック樹脂、中間ブロック樹脂、および中間ブロック可塑剤の相対量を調整した。配合物1および3は,非架橋の通常のシーラントである。配合物2および4は、AlAcAcによって架橋されている。AlAcAcを含まないホットメルトをシグマブレードミキサーで175℃で混合した。約1時間混合後、均質な混合物を得た。次いでAlAcAcを加え混合を175℃で30分間続けた。ミキサーからのホットシーラントを、非垂下タイプのシーラントのスランプを測定するためのASTM C639−95に指定されたタイプのスチールのチャンネル中に注ぎ込んだ。充填したチャネルを試験の前に室温で3週間保存した。このチャネルをオーブン内に垂直に置いて、70℃、100℃,または130℃でオーブン内で1時間後のスランプを注意深く観察した。
【0082】
表18の結果は、酸で官能化したKRATON(登録商標)ポリマーをベースとするシーラントへAlAcAcを添加すると、高温での耐スランプ性の改善に驚くほどに有効であることを示す。4個のシーラントは全て所望のレンジに近いショアA硬度を有していた。AlAcAcで架橋したシーラントは、非架橋のものより幾分高い硬度を示した。配合物1の耐スランプ性は、70℃で限界にあり、100および130℃では非常に劣っていた。AlAcAcを含む配合物2は、配合物1より事実上良好であった。配合物2は70℃ではスランプは生じず、100および130℃でも配合物1より良好であった。配合物3は、70℃でスランプは示さなかったが、100と130℃では非常に劣っていた。これもAlAcAcを含む、配合物4は、配合物3よりずっと良好であった。配合物4は、70および100℃ではスランプはなく、130℃ではほとんどスランプはなかった。
【0083】
表18のシーラントは、溶媒をベースとする製品、トルエンなど溶媒中の固体約70重量%として取り扱うこともできる。シーラントは2成分の溶媒をベースとする系として使用することもでき、この場合は、シーラントを物質に適用する直前にAlAcAcをシーラントに混入させる。さらに、シーラントは1成分系として使用してもよく、この場合は、AlAcAcはシーラント中に存在し、使用前にシーラント保管中のシーラントのゲル化を防ぐために、過剰な2,4−ペンタンジオンを加えた。
【0084】
上記は、本発明の好ましい実施形態を対象とするが、本発明の他の実施形態も本発明の基本的な範囲から逸脱することなしに考案することができ、本発明の範囲は以下の特許請求の範囲で決定される。
【0085】
【表17】
【0086】
【表18】
【0087】
【表19】
Claims (2)
- アルミニウムアセチルアセトナートで架橋された、酸および/または酸無水物で官能化した水素化ブロック共重合体を含むポリマー組成物。
- 請求項1のポリマー組成物を含む、接着剤、シ−ラント、オイルゲル、アスファルト配合物、またはろう配合物。
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