JP6002662B2 - 接着促進剤系、及びその製造方法 - Google Patents

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関連出願の相互参照
本出願は、2010年5月10日に出願された「ADHESION PROMOTER SYSTEM, AND METHOD OF PRODUCING THE SAME」という名称の米国特許仮出願第61/332,999号による優先権を主張する本出願であり、仮出願の教示は、本明細書において以下に完全に再現されるように、参照を通じて本明細書に組み込まれる。
本発明は、接着促進剤系、及びその製造方法に関する。
様々な技術が、熱可塑性ポリオレフィン(「TPO」)などの特定の低表面エネルギープラスチック基材の塗装性を高めるために用いられている。例えば、このような技術は、自動車の外部塗装用途、例えば車のバンパー、及び自動車の内部塗装用途、例えばインストルメントパネルのように、自動車産業において広く用いられている。さらに、かなりの数の自動車以外の用途、例えば、包装用途、ジオテキスタイル用途、養殖、スポーツ用品、器具、消費者向け電子機器、家具、船舶、ルーフィング膜及び玩具があり、これらは、ポリプロピレン基材へのトップコートの良好な接着性を必要とする。
接着促進剤は、また、ガラス繊維強化ポリプロピレン若しくはTPOを製造するのに用いられるガラス繊維のためのサイジング剤として、又は、強化を可能にするために、天然繊維とPP若しくはTPO基材との間に接着性をもたせるために、使用され得る。
通常、接着促進剤は、異なる層の間の接着特性を向上させるために用いられる。このような接着層は、別個の層、配合されたプライマー層、又はベースコート若しくはプライマー配合物におけるブレンド成分として適用され得る。適用されるコーティングは、溶剤系又は水性であり得る;しかし、後者の場合、通常少なくともいくらかの表面活性化処理、例えば、火炎処理、プラズマ処理、又はコロナ処理が必要とされる。溶剤ベースの系で、解決されていない重要な要求は、有益であると見なされている塩素を含まない低コスト材料を提供することである。
現在利用可能な水性の選択肢では、特にTPO又はPP基材の表面活性化処理がない状態における、許容できる適切な耐ウォータージェット性さらには耐化学薬品性が得られていない。さらに、現在利用可能な選択肢は、塩素含有接着促進剤配合物に関連する問題に対処できていない。
改良された接着促進剤配合物を製造しようとする研究努力にもかかわらず、特性が改良された、塩素を含まない接着促進剤系が依然として求められており;さらに、特性が改良された、このような塩素を含まない接着促進剤系を低コストで作製する方法が依然として求められている。本発明の接着促進剤系は、他の特性を妨げることなく、接着特性が改良された、塩素を含まない接着促進剤系を提供する。
本発明は、接着促進剤系、及びその製造法である。
一実施形態において、本発明は、(a)固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィン;(b)任意選択で、固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンであって、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他の類似のα−オレフィンとのコポリマーを含み、上記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、無水コハク酸置換が第2の官能化ポリオレフィンの約5から約45重量パーセントの範囲にある、第2の官能化ポリオレフィン;(c)固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの安定化剤;の、(d)水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下における、例えば25℃から200℃の範囲の温度での、溶融混練生成物を含む水性分散体を含む接着促進剤系を提供する。
別の実施形態において、本発明は、接着促進剤系の製造方法であって、(1)固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィンを選択するステップ;(2)任意選択で、固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンを選択するステップであって、前記第2の官能化ポリオレフィンが、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他の類似のα−オレフィンとのコポリマーを含み、上記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、無水コハク酸置換が官能化ポリマー組成物の約5から約45重量パーセントの範囲にある、ステップ;(3)固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの安定化剤を選択するステップ;(4)前記第1の官能化ポリオレフィン及び任意選択で第2の官能化ポリオレフィンを、前記安定化剤、水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下において、例えば25℃から200℃の範囲の温度で、溶融混練するステップ;及び(5)それによって、前記接着促進剤系を形成するステップを含む方法をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、前述の接着促進剤系に由来するフィルムを含む接着層をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、(a)少なくとも1つ又は複数の基材層;(b)前述の接着促進剤系に由来するフィルムを含む、少なくとも1つ又は複数の接着層;(c)少なくとも1つ又は複数の外側層;を含み、(d)前記接着層が、前記1つ又は複数の基材層と前記1つ又は複数の外側層との間に配置されている、多層構造体をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、少なくとも前述の接着促進剤系を含むコーティング配合物をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、前述のコーティング配合物に由来するフィルムを含むコーティング層をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、(a)少なくとも1つ又は複数の基材層;(b)前述のコーティング配合物に由来するフィルムを含む、少なくとも1つ又は複数のコーティング層;及び(c)任意選択で、1つ又は複数の外側層、を含む多層構造体をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、多層構造体の作製方法であって、(1)少なくとも1つ又は複数の基材層を選択するステップ;(2)前述の接着促進剤系を選択するステップ;(3)前記接着促進剤系を、前記基材層の少なくとも1つの表面に適用するステップ;(4)水の少なくとも一部を除去するステップ;(5)それによって、前記基材層と結合した接着層を形成するステップ;(6)前記接着層上に少なくとも1つ又は複数の外側層を形成するステップ;及び(7)それによって、多層構造体を形成するステップを含む方法をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、多層構造体の作製方法であって、(1)少なくとも1つ又は複数の基材層を選択するステップ;(2)前述のコーティング配合物を選択するステップ;(3)前記コーティング配合物を、前記基材層の少なくとも1つの表面に適用するステップ;(4)水の少なくとも一部を除去するステップ;(5)それによって、前記基材層と結合したコーティング層を形成するステップ;(6)任意選択で、前記コーティング層上に1つ又は複数の外側層を形成するステップ;及び(7)それによって、多層構造体を形成するステップを含む方法をさらに提供する。
代替的な実施形態において、本発明は、第1の官能化ポリオレフィンが、1重量パーセントから30重量パーセントの範囲の結晶化度、2ジュール/グラムから50ジュール/グラムの範囲の融解熱、及び25℃から110℃の範囲のDSC融点を有するプロピレン/エチレンコポリマーを含むこと以外は、先の実施形態のいずれかに従う、接着促進剤系、接着促進剤系の製造方法、多層構造体、接着層、及び多層構造体の作製方法を提供する。
代替的な実施形態において、本発明は、接着促進剤系が、1種又は複数のフィラー、1種又は複数のバインダー、1種又は複数の顔料、1種又は複数のレオロジー調整剤をさらに含むこと以外は、先の実施形態のいずれかに従う、接着促進剤系、接着促進剤系の製造方法、多層構造体、接着層、及び多層構造体の作製方法を提供する。
代替的な実施形態において、本発明は、第2の官能化ポリオレフィンが、(a)末端不飽和を有するプロピレン/ヘキセンコポリマーを無水マレイン酸と1:1のモル比で反応させて、末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有する、末端で無水コハク酸により官能化されたプロピレン/ヘキセンコポリマーを生成させるステップ、次いで、(b)末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有する、上記末端で無水コハク酸により官能化されたプロピレン/ヘキセンコポリマーを、さらなる無水マレイン酸と、フリーラジカル開始の存在下において反応させて、前記官能化ポリマー組成物を生成させるステップ、を含む方法によって得られ、前記官能化ポリマー組成物が、官能化ポリマー組成物の重量に対して、5から45重量パーセントの範囲の無水コハク酸置換を有すること以外は、先の実施形態のいずれかに従う、接着促進剤系、接着促進剤系の製造方法、多層構造体、接着層、及び多層構造体の作製方法を提供する。
本発明は、接着促進剤系、及びその製造方法である。
一実施形態において、本発明は、(a)固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィン;(b)任意選択で、固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンであって、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他の類似のα−オレフィンとのコポリマーを含み、上記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、無水コハク酸置換が、第2の官能化ポリオレフィンの約5から約45重量パーセントの範囲にある、第2の官能化ポリオレフィン;(c)固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの安定化剤;の、(d)水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下における、例えば25℃から200℃の範囲の温度での、溶融混練生成物を含む水性分散体を含む接着促進剤系を提供する。
接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも20重量パーセントの分散体を含み得る。少なくとも20重量パーセントからの、全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも30重量パーセントの分散体を含み得る;又は、代わりに、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも40重量パーセントの分散体を含み得る;又は、代わりに、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも50重量パーセントの分散体を含み得る;又は、代わりに、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも55重量パーセントの分散体を含み得る;又は、代わりに、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも65重量パーセントの分散体を含み得る;又は、代わりに、接着促進剤系は、接着促進剤系の重量に対して、少なくとも75重量パーセントの分散体を含み得る。
接着促進剤系は、1種又は複数の合着剤(coalescing agent)、湿潤剤、増粘剤、流動助剤、顔料、樹脂、殺生物剤、フィルム形成助剤、伝導性向上剤、又は架橋系をさらに含み得る。接着促進剤系は、別個の層として基材の表面に適用されるか、又は、それは、コーティング配合物に組み入れられ得る。
水性分散体は、固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの、下でさらに詳細に説明される第1の官能化ポリオレフィンを含み得る。少なくとも60重量パーセントからの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、第1の官能化ポリオレフィンの重量パーセントは、60、70、75、80、90、又は95重量パーセントの下限から、70、75、80、85、90、95又は100重量パーセントの上限までであり得る。例えば、水性分散体は、固形分の全重量に対して、60から95重量パーセント、又は70から90重量パーセント、又は75から95重量パーセント、又は80から99重量パーセント、又は85から99重量パーセント、又は90から100重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィンを含み得る。
水性分散体は、任意選択で、固形分の全重量に対して、40重量パーセント未満の、下でさらに詳細に説明される第2の官能化ポリオレフィンを含み得る。40重量パーセント未満からの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、第2の官能化ポリオレフィンの重量パーセントは、0、5、10、15、20、30、又は35重量パーセントの下限から、5、10、15、20、30、又は40重量パーセントの上限までであり得る。例えば、水性分散体は、固形分の全重量に対して、0から35重量パーセント、又は0から30重量パーセント、又は0から25重量パーセント、又は0から15重量パーセント、又は5から15重量パーセント、又は0から10重量パーセントの第2の官能化ポリオレフィンを含み得る。
水性分散体は、任意選択で、固形分の全重量に対して、50重量パーセント未満の、下でさらに詳細に説明される安定化剤を含み得る。50重量パーセント未満からの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、第2の官能化ポリオレフィンの重量パーセントは、0、0.1、5、10、15、20、30、又は35重量パーセントの下限から、5、10、15、20、30、40、又は50重量パーセントの上限までであり得る。例えば、水性分散体は、固形分の全重量に対して、0から35重量パーセント、又は0から30重量パーセント、又は0から25重量パーセント、又は0から15重量パーセント、又は5から15重量パーセント、又は0から10重量パーセントの第2の官能化ポリオレフィンを含み得る。一実施形態において、第2の官能化ポリオレフィンは、また安定化剤でもある。
水性分散体は、フィラーの重量を除いて、水性分散体の全重量に対して、少なくとも5重量パーセントの固形分を含み得る。少なくとも5重量パーセントからの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、この重量パーセントは、5、10、20、30、40、50、55、60、65、70,75、又は80重量パーセントの下限から、45、50、55、60、65、70、75、80又は85重量パーセントの上限までであり得る。例えば、水性分散体は、フィラーの重量を除いて、水性分散体の全重量に対して、少なくとも10重量パーセント、又は少なくとも20重量パーセント、又は少なくとも30重量パーセント、又は少なくとも40重量パーセント、又は少なくとも45重量パーセント、又は少なくとも50重量パーセント、又は少なくとも55重量パーセント、又は少なくとも60重量パーセント、又は少なくとも65重量パーセント、又は少なくとも70重量パーセントの固形分を含み得る。
水性分散体は、100μm未満(例えば、50μm未満;又は代わりに、25μm未満;又は代わりに、0.05から25μmまで;又は代わりに、0.05から10μmまで;又は代わりに、0.05から5μmまで)の範囲の平均粒径(直径)を有し得る。
水性分散体は、12未満(例えば、7.5から11まで;又は代わりに、8から11まで;又は代わりに、8から10まで)の範囲のpHを有し得る。
(1)第1の官能化ポリオレフィン
一実施形態において、第1の官能化ポリオレフィンは、溶融状態でのin situ反応により調製される、アミン及び/又はヒドロキシル官能化ポリオレフィンであり得る。別の一実施形態において、官能化ポリオレフィンの調製は、バッチ反応器において行われる。別の実施形態において、調製は、反応押出法で行われる。代わりに、第1の官能化ポリオレフィンは、2,2,6,6−テトラメチルピペリジニルオキシニトロキシド(TEMPO)及び/又はその誘導体、例えば4−ヒドロキシ−TEMPO若しくは4−アミノ−TEMPOがグラフトされたポリオレフィンであり得る。
第1の官能化ポリオレフィンは、次のステップ:
A)ポリオレフィン骨格上に、少なくとも1つの「アミン反応性」基を含む少なくとも1種の化合物をグラフトして、グラフト化ポリオレフィンを形成するステップ;
B)第1級−第2級ジアミンをグラフト化ポリオレフィンと反応させるステップ;
を含み、
ステップB)が、ステップA)に続いて、グラフト化ポリオレフィンを分離することなく行われ、また、ステップA)及びB)のどちらも溶融状態での反応として行われる、
方法により調製され得る。
代替的な実施形態において、第1級−第2級ジアミンは、N−エチルエチレンジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N−フェニル−1,2−フェニレンジアミン、N−フェニル−1,4−フェニレンジアミン、又は、4−(アミノメチル)ピペリジン、又は、1,2−ジアミノ−2−メチル−プロパンからなる群から選択される。
一実施形態において、ステップA及びBは、どちらも、バッチ反応器で行われる。
別の実施形態において、ステップA及びBは、どちらも、ブラベンダーミキサー、Bussミキサー又はFarrelミキサーで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはギアポンプで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはバッチミキサーで行われる。さらなる実施形態において、バッチミキサーは、工業的規模のものである。別の実施形態において、バッチミキサーは、実験室規模又はパイロットプラント規模のものである。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBは別の押出機で行われる。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、精製ステップは存在しない。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、揮発性物質の排出(venting)はない。
別の実施形態において、第1の官能化ポリオレフィンは、次のステップ:
A)ポリオレフィン骨格上に、少なくとも1つの「アミン反応性」基を含む少なくとも1種の化合物をグラフトして、グラフト化ポリオレフィンを形成するステップ;
B)アルカノールアミンをグラフト化ポリオレフィンと反応させるステップ;
を含み、
ステップB)が、ステップA)に続いて、グラフト化ポリオレフィンを分離することなく行われ、また、ステップA)及びB)のどちらも溶融状態での反応として行われる、
方法により製造される。
好ましい実施形態において、アルカノールアミンは、2−アミノエタノール、2−アミノ−1−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−アミノ−1−ブタノール、2−(2−アミノエトキシ)−エタノール、又は2−アミノベンジルアルコールから選択される。
一実施形態において、ステップA及びBのどちらも、バッチ反応器で行われる。
別の実施形態において、ステップA及びBのどちらも、ブラベンダーミキサー、Buschミキサー、又はFarrelミキサーで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはギアポンプで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはバッチミキサーで行われる。さらなる実施形態において、バッチミキサーは、工業的規模のものである。別の実施形態において、バッチミキサーは、実験室規模又はパイロットプラント規模のものである。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBは別の押出機で行われる。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、精製ステップは存在しない。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、揮発性物質の排出はない。
別の実施形態において、第1の官能化ポリオレフィンは、次のステップ:
A)ポリオレフィン骨格上に、少なくとも1つの「アミン反応性」基を含む少なくとも1種の化合物をグラフトして、グラフト化ポリオレフィンを形成するステップ;
B)第1級−第2級ジアミン又はアルカノールアミンをグラフト化ポリオレフィンと反応させるステップ;
を含み、
ステップB)が、ステップA)に続いて、グラフト化ポリオレフィンを分離することなく行われ、また、ステップA)及びB)のどちらも溶融状態での反応として行われる、
方法により製造される。
代替的な実施形態において、第1級−第2級ジアミンは、N−エチルエチレンジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N−フェニル−1,2−フェニレン−ジアミン、N−フェニル−1,4−フェニレンジアミン、2−ジアミノ−2−メチル−プロパン、又は4−(アミノメチル)ピペリジン、1,2−ジアミノ−2−メチル−プロパンからなる群から選択される。
代替的な別の実施形態において、アルカノールアミンは、2−アミノエタノール、2−アミノ−1−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−アミノ−1−ブタノール、2−(2−アミノエトキシ)−エタノール、又は2−アミノベンジルアルコールからなる群から選択される。
一実施形態において、ステップA及びBのどちらも、バッチ反応器で行われる。
別の実施形態において、ステップA及びBのどちらも、ブラベンダーミキサー、Buschミキサー、又はFarrelミキサーで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはギアポンプで行われる。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBはバッチミキサーで行われる。さらなる実施形態において、バッチミキサーは、工業的規模のものである。別の実施形態において、バッチミキサーは、実験室規模又はパイロットプラント規模のものである。
別の実施形態において、ステップAは押出機で行われ、ステップBは別の押出機で行われる。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、精製ステップは存在しない。
別の実施形態において、ステップAとBの間に、揮発性物質の排出はない。
別の実施形態において、第1の官能化ポリオレフィンは、次のステップ:
ポリオレフィン骨格上に、溶融状態での反応において、次の式(IV):
Figure 0006002662

の少なくとも1種の化合物をグラフトして、グラフト化ポリオレフィンを形成するステップ;
及びグラフト化ポリオレフィンを熱処理して、イミド官能化ポリオレフィンを形成するステップ;
を含む方法により調製されるイミド官能化ポリオレフィンであり、
式中、R1及びR2は、独立に、水素、又はC1〜C20ヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)のいずれかであり;R3は、水素、又はC1〜C20ヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)であり;R4は、線状若しくは分岐状である2価のヒドロカルビル基であり;Xは、OH又はNHRであり、R5は、線状若しくは分岐状であるヒドロカルビル基、又はヒドロキシエチル基である。
別の実施形態において、第1の官能化ポリオレフィンは、次のステップ:
A)ポリオレフィンを、少なくとも1つの「アミン反応性」基を含む少なくとも1種の化合物により官能化して、グラフト化ポリオレフィンを形成するステップ;
B)グラフト化ポリオレフィンを、固体として、非溶融状態で、少なくとも1種の第1級−第2級ジアミンとブレンドするステップ;
C)第1級−第2級ジアミンを、グラフト化ポリオレフィンに吸収させるステップ;
D)第1級−第2級ジアミンを、グラフト化ポリオレフィンと反応させて、イミド官能化ポリオレフィンを形成するステップ;
を含む方法により生成されるイミド官能化ポリオレフィンである。
さらなる実施形態において、吸収させるステップは室温で行われる。別の実施形態において、ブレンドするステップは室温で行われる。
本発明の別の実施形態において、ポリオレフィンは、エチレン系ポリマーである。別の実施形態において、エチレン系ポリマーは、エチレン系ランダムインターポリマーであり、1種又は複数のコモノマーが、ポリマー鎖内にランダムに分布している。
別の実施形態において、エチレン系ポリマーは、エチレン/α−オレフィンインターポリマーであり、α−オレフィンは、C〜C20のα−オレフィンである。別の実施形態において、このα−オレフィンは、ポリマー鎖内にランダムに分布している。別の実施形態において、α−オレフィンは、1−プロペン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテン、並びにこれらの混合物から選択される。
別の実施形態において、ポリオレフィンは、プロピレン系ポリマーである。別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン系ランダムインターポリマーであり、1種又は複数のコモノマーが、ポリマー鎖内にランダムに分布している。
別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマー、又はプロピレン/α−オレフィンインターポリマーであり、このα−オレフィンはC〜C20のα−オレフィンである。別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/エチレンインターポリマーである。別の実施形態において、エチレンは、ポリマー鎖内にランダムに分布している。別の実施形態において、プロピレン系ポリマーは、プロピレン/α−オレフィンインターポリマーであり、このα−オレフィンはC〜C20のα−オレフィンである。別の実施形態において、α−オレフィンは、ポリマー鎖内にランダムに分布している。別の実施形態において、α−オレフィンは、1−ブテン、1−ヘキセン、又は1−オクテンから選択される。
第1の官能化ポリオレフィンは、本明細書に記載の2つ以上の実施形態を組み合わせることにより調製されてもよい。
I.第1の官能化ポリオレフィンを生成するための、グラフト化ポリオレフィンを用いるin−situ官能化反応
a)グラフト化反応
本明細書に開示のポリオレフィンは、当業者によく知られている、通常のグラフト化、水素化、ニトレン挿入、エポキシ化、又は他の変性反応によって変性され得る。好ましい変性は、フリーラジカル機構を用いるグラフト化反応、より好ましくは、「アミン反応性基」及び「ヒドロキシル反応性基」を結果として形成するグラフト化反応である。このような基には、これらに限らないが、無水物基、エステル基及びカルボン酸基が含まれ、好ましくは、反応性基は無水物基である。
ポリマーの炭化水素骨格にグラフトされ得る反応性化合物の例には、エチレン性不飽和カルボン酸、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸、及びクロトン酸;酸無水物、例えば、無水マレイン酸及び無水イタコン酸;ビニルベンジルハライド、例えば、ビニルベンジルクロリド及びビニルベンジルブロミド;アルキルアクリレート及びメタクリレート、例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、ラウリルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、ブチルメタクリレート、及びラウリルメタクリレート;並びに、エチレン性不飽和オキシラン、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、及びグリシジルエタクリレートが含まれる。好ましいアミン反応性のエチレン性不飽和化合物には、無水マレイン酸、アクリル酸、メタクリル酸、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートが含まれ、無水マレイン酸がより好ましい。無水マレイン酸がグラフトされたポリプロピレンは、より好ましい変性ポリマー炭化水素である。
第1の官能化ポリオレフィンに関して、反応性基の組入れ又はグラフト化の度合いは、「用途依存性」であるが、グラフト化剤の重量に対して、好ましくは10重量パーセント以下、より好ましくは5重量パーセント以下、より好ましくは2重量パーセント以下で、最も好ましくは1重量パーセント以下であり;好ましくは0.01重量パーセント以上、より好ましくは0.1重量パーセント以上、最も好ましくは0.2重量パーセント以上である。
熱グラフト化法は、反応のための1つの方法である;しかし、他のグラフト化法、例えば、様々な形の放射線を含めての光開始、e−線、又はレドックスラジカル生成が用いられ得る。官能化は、また、末端不飽和基(例えば、ビニル基)又は内部の不飽和基でも、このような基がポリマー中に存在する場合、起こり得る。
ある実施形態によれば、不飽和を有するポリマーが、例えば、カルボン酸生成部分、すなわち、酸又は無水物又は酸エステル部分をランダムにポリマー鎖に結び付けるように、好ましくはフリーラジカル開始剤の存在下において、ポリマー鎖の炭素−炭素不飽和の位置で選択的に、カルボン酸生成部分(好ましくは、酸又は無水物部分)により官能化される。
アミン反応性基又はヒドロキシル反応性基は、ポリマーに、通常の方法のいずれかによって、通常、フリーラジカル開始剤(例えば、過酸化物及びアゾ化合物)の存在下において、又は電離放射線によって、グラフトされ得る。有機開始剤、例えば過酸化物開始剤のいずれか1つ、例えば、ジクミルペルオキシド、ジ−tert−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルベンゾエート、ベンゾイルペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、t−ブチルペルオクトエート、メチルエチルケトンペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(tert−ブチルペルオキシ)ヘキサン、ラウリルペルオキシド、及びtert−ブチルペルアセテート、t−ブチルα−クミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、ジ−t−アミルペルオキシド、t−アミルペルオキシベンゾエート、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)−1,3−ジイソプロピルベンゼン、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、並びに2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチル−3−ヘキシンが好ましい。適切なアゾ化合物は、アゾビスイソブチルニトリルである。
グラフト化反応は、ポリオレフィン骨格へのグラフトを最大化し、また、ポリオレフィンにグラフトされない、グラフト化剤の単独重合などの、副反応を最低限にする条件下に実施されるべきである。グラフト化反応は、溶融状態で、溶液で、固体状態で、膨潤した状態で実施され得るが、好ましくは、溶融状態で実施される。グラフト化反応は、多様な装置、例えば、これらに限らないが、2軸押出機、1軸押出機、ブラベンダーミキサー、及びバッチ反応器で実施され得る。
ポリオレフィンを、グラフト化剤及び開始剤と、通常120℃から260℃、好ましくは130℃から250℃の溶融温度で、押出機の第1ステージで混合することにより、十分にグラフトされたポリマーが生成される。120℃から260℃までの全ての個々の温度の値及び範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される。
b)In−situアミン官能化及びIn−situヒドロキシル官能化
アミノ−官能化又はヒドロキシ−官能化ポリオレフィンを製造するためのプロセスは、1回の押出ステップとして実施できる、すなわち、押出機の第1セクションにおいて、無水マレイン酸をポリオレフィンにグラフトし、それに続いて、後のセクションにおいて、ペレット化の前に、第1級−第2級ジアミン又はアルカノールアミンのいずれかによりイミド化できる。
代わりに、2台の押出機、又は溶融混合装置が、2つの化学ステップを実施するために、直列で運転されてもよい。
無水物−グラフト化ポリオレフィンから、溶融状態で、架橋反応と競合することなく、アミノ−官能化ポリオレフィンを調製するために、一般式HN−R−NH−R”(Rは、少なくともCのヒドロカルビル基である)の第1級−第2級ジアミンを用いる必要がある。このジアミンは、化学量論的に過剰に、又は化学量論的に当量で使用され得る。
適切な第1級−第2級ジアミンには、下の構造(I)の化合物が含まれる。
N−R−NH−R (I)
構造(I)において、Rは、2価の炭化水素基、好ましくは、式−(CH−の線状炭化水素であり、ここで、nは2以上であり、好ましくは、nは、2から10、より好ましくは2から8、より一層好ましくは2から6である。Rは、少なくとも2個の炭素原子を含有する1価の炭化水素基であり、任意選択で、ヘテロ原子含有基、例えばOH又はSHにより置換されていてもよい。好ましくは、Rは、式−(CH−CHの線状炭化水素であり、ここで、nは1から10であり、好ましくは、nは、1から9、より好ましくは1から7、より一層好ましくは1から5である。
さらなる第1級−第2級ジアミンには、これらに限らないが、N−エチルエチレンジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N−フェニル−1,2−フェニレンジアミン、N−フェニル−1,4−フェニレンジアミン、及びN−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミン、1,2−ジアミノ−2−メチル−プロパンが含まれる。例示的な第1級−第2級ジアミンが下に示されている。
Figure 0006002662
アルカノールアミンは、アミン基と、少なくとも1つのヒドロキシル基、好ましくは1つだけのヒドロキシル基とを含有する化合物である。このアミンは、第1級又は第2級アミンであってよく、好ましくは第1級アミンである。ポリアミンは、少なくとも2つのアミン基、好ましくは2つだけのアミン基を含有する化合物である。
適切なアルカノールアミンは、下の構造(II)のものである。
N−R−OH (II)
構造(II)において、Rは、2価の炭化水素基、好ましくは、式−(CH−の線状炭化水素であり、ここで、nは2以上であり、好ましくは、nは、2から10、より好ましくは2から8、より一層好ましくは2から6である。
さらなるアルカノールアミンには、これらに限らないが、エタノールアミン、2−アミノ−1−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−アミノ−1−ブタノール、及び2−アミノベンジルアルコールが含まれる。
例示的なアルカノールアミンが下に示されている。
Figure 0006002662
適切なアルカノールアミン及び適切なジアミンのさらなる例が、次の式(III)によって表される。
Figure 0006002662
式(III)において、XはOである、又はX=NR’(R’=アルキル)であり;各Rは、独立に、H、CH、又はCHCHであり;また、nは0から50である。ヒドロキシルアミンの開示及び調製は、米国特許第3,231,619号、米国特許第4,612,335号、及び米国特許第4,888,446号に見出すことができ、これらの教示は、参照を通じて本明細書に組み込まれる。例示的なアルカノールアミンには、2−アミノエタノール、1−アミノ−2−プロパノール、2−アミノ−1−プロパノール、3−アミノ−1−プロパノール、2−(2−アミノエトキシ)エタノール、1−アミノ−2−ブタノール、2−アミノ−3−ブタノール、及びポリオキシアルキレングリコールアミンが含まれる。典型的なアルカノールアミンは、2−アミノエタノールである。
一実施形態において、無水マレイン酸ポリオレフィンは、第1級−第2級ジアミン又はアルカノールアミンにより官能化される。
さらなる実施形態において、用いられる無水マレイン酸のレベルは、官能化されていないグラフト化ポリオレフィンの重量に対して、0.10重量パーセントから5.0重量パーセント、好ましくは0.50重量パーセントから3.0重量パーセント、より好ましくは1.0重量パーセントから2.0重量パーセントである。
さらなる実施形態において、用いられる過酸化物のレベルは、官能化されていないグラフト化ポリオレフィンの重量に対して、0.01重量パーセントから0.5重量パーセント、好ましくは0.05重量パーセントから0.3重量パーセント、より好ましくは0.1重量パーセントから0.2重量パーセントである。
さらなる実施形態において、用いられる第1級−第2級ジアミン又はアルカノールアミンのレベルは、グラフト化された無水物に対して、1から10モル当量、好ましくは2から8モル当量、より好ましくは4から6モル当量のアミンである。
II.第1の官能化ポリオレフィンを製造するための、マレアミド酸(Maleamic Acid)を用いるin−situ官能化反応
ヒドロキシ−及びアミノ−官能化ポリオレフィンは、また、無水マレイン酸とアルカノールアミン又は第1級−第2級ジアミンとの反応によって形成される、対応するマレアミド酸又はその誘導体の、過酸化物開始グラフト化によって、1ステップで調製できる。
マレアミド酸が、下の構造(IV)に示されている。
Figure 0006002662
構造(IV)において、R及びRは、独立に、水素又はC〜C20ヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)のいずれかであり;Rは、水素又はC〜C20ヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)であり;Rは、2価のヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)であり;Xは、OH又はNHRであり、Rは、ヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)、又はヒドロキシエチル基である。好ましい実施形態において、R及びRは、独立に、水素、又はC〜C10、好ましくはC〜C、より好ましくはC〜Cのヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)のいずれかである。好ましい実施形態において、Rは、水素、又はC〜C10、好ましくはC〜C、より好ましくはC〜Cのヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)のいずれかである。好ましい実施形態において、Rは、C〜C20、好ましくはC〜C10、より好ましくはC〜C、より一層好ましくはC〜Cのヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)である。
好ましい実施形態において、Rは、C〜C20、好ましくはC〜C10、より好ましくはC〜C、より一層好ましくはC〜Cのヒドロカルビル基(線状若しくは分岐状である)である。別の実施形態において、Rは、線状−(CH−CHであり、nは1以上であり、好ましくは、nは、1から9、より好ましくは1から7、より一層好ましくは1から5である。Rのさらなる例には、これらに限らないが、次の構造が含まれる:−CH、−CHCH、−CHCHCH、−CHCHCHCH、−CH(CH)CH、−CH(CH)CHCH、−CHCH(CH)CH、−CH(CH)CHCHCH、−CHCH(CH)CHCH、及び−CHCHCH(CH)CH
例示的なさらなるマレアミド酸の構造が下に示されている。各構造において、R及びRは、上で定義された通りである。
Figure 0006002662
好ましくは、マレアミド酸は、下の構造(V)及び(VI)で示される。
Figure 0006002662
ポリオレフィンは、構造(V)又は(VI)に示されるマレアミド酸により官能化される。一実施形態において、用いられるマレアミド酸のレベルは、官能化されていないグラフト化ポリオレフィンの重量に対して、0.10重量パーセントから5.0重量パーセント、好ましくは0.50重量パーセントから3.0重量パーセント、より好ましくは1.0重量パーセントから2.0重量パーセントである。
さらなる実施形態において、用いられる過酸化物のレベルは、官能化されていないグラフト化ポリオレフィンの量に対して、0.01重量パーセントから1重量パーセント、好ましくは0.01重量パーセントから0.5重量パーセント、より好ましくは0.05重量パーセントから0.3重量パーセント、より一層好ましくは0.1重量パーセントから0.2重量パーセントである。
III.第1の官能化ポリオレフィンを製造するためのジアミン吸収法
本明細書に記載のポリオレフィンは、また、ジアミン吸収法を用いても、官能化され得る。ここでは、ポリオレフィンは、アミン官能基と反応性の基により、最初に官能化される。好ましくは、ポリオレフィンは、無水物基により官能化される。少なくとも1種のジアミンが、この官能化されたポリオレフィンと、ポリオレフィンの融点未満の温度で、好ましくは室温で、混合される。ジアミンは、ポリオレフィンに吸い込まれ、又は吸収され、ジアミン反応性基と反応して、スクシンアミド酸を形成する。この場合、イミド環を形成するジアミンとジアミン反応性官能基との反応は、溶融押出プロセスにおける場合など、熱処理を混合物に行うことによって完了され得る。適切なジアミンには、本明細書において論じられているものが含まれる。吸収法は、効率的な官能化反応のために、ジアミンがポリオレフィンと十分に混合していることを保証することに寄与する。
適切な第1級−第2級ジアミンには、下の構造(VI)の化合物が含まれる。
N−R−NH−R (VI)
構造(VI)において、Rは、2価の炭化水素基、好ましくは、式−(CH−の線状炭化水素であり、ここで、nは2以上であり、好ましくは、nは、2から10、より好ましくは2から8、より一層好ましくは2から6である。Rは、少なくとも1個の炭素原子を含有する1価の炭化水素基であり、任意選択で、ヘテロ原子含有基、例えばOH又はSHにより置換されていてもよい。好ましくは、Rは、式−(CH−CHの線状炭化水素であり、ここで、nは0から10であり、好ましくは、nは、0から9、より好ましくは0から7、より一層好ましくは0から5である。
適切な第1級−第2級ジアミンには、これらに限らないが、N−メチルエチレンジアミン、N−エチルエチレンジアミン、N−フェニルエチレンジアミン、N−メチル−1,3−プロパンジアミン、N−メチルエチレンジアミン、N−フェニル−1,2−フェニレンジアミン、N−フェニル−1,4−フェニレンジアミン、1−(2−アミノエチル)−ピペラジン、2−ジアミノ−2−メチル−プロパン、及びN−(2−ヒドロキシエチル)−エチレンジアミンが含まれる。例示的な第1級−第2級ジアミンが下に示されている。
Figure 0006002662
IV.第1の官能化ポリオレフィンを製造するための、2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−ヒドロキシル及びその誘導体を用いるin situ官能化反応
官能化2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−ヒドロキシル及び/若しくはその誘導体(例えば、4−ヒドロキシ−TEMPO若しくは4−アミノ−TEMPO)が、例えば、バンバリー型バッチミキサー、2軸押出機、1軸押出機、Buss−混練機、2軸連続混練機などの反応性溶融ブレンド装置により、第1の官能化ポリオレフィンを調製するために使用され得る;又は、代わりに、反応は溶液で行われてもよい。
官能化反応は、過酸化物の存在下の1ステッププロセスであり得る、又は、代わりに、官能化反応プロセスは、2つ以上のステップを含み得る。例えば、第1ステップにおいて、ポリマーが、官能化2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−ヒドロキシル及び/又はその誘導体(例えば、4−ヒドロキシ−TEMPO又は4−アミノ−TEMPO)と溶融ブレンドされ、次に、第2ステップにおいて、さらなる官能化2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−ヒドロキシル及び/又はその誘導体(例えば、4−ヒドロキシ−TEMPO又は4−アミノ−TEMPO)が、ステップ1の溶融ブレンド生成物に、さらに溶融ブレンドされる。例示的な過酸化物には、これらに限らないが、有機過酸化物、例えば、a,a’−ビス(t−ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼン(これは、Luperox F/Perkadox 14−40の商用名で市販されている);2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン(これは、Luperox 101/Trigonox 101の商用名で市販されている);2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3−ヘキシン(これは、Luperox 130/Trigonox 145の商用名で市販されている);及び、ジクミルペルオキシド(これは、Luperox DCの商用名で市販されている)が含まれる。
V.第1の官能化ポリオレフィンを製造するための、グラフト化及び官能化反応において、ベースポリマーとして用いられるポリオレフィンポリマー
ポリオレフィンの例には、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、線状エチレン/α−オレフィンインターポリマー、又は実質的に線状のエチレン/α−オレフィンインターポリマーが含まれる。
適切なポリオレフィンには、また、ポリプロピレンホモポリマー及びプロピレンコポリマー、並びに、他のポリオレフィン、例えば、1種又は複数のC〜C20のα−オレフィンから形成されるものが含まれる。ポリオレフィンは、任意選択で、共重合性共役ジエン、非共役ジエン及び/又はビニルモノマーを含んでいてもよい。このようなポリオレフィンは、結晶性、部分結晶性、又はアモルファスであり得る。
(a)エチレン系ポリマー
前記のように、適切なエチレン系ポリマーには、例えば、高密度ポリエチレン(HDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低(ultra low)密度ポリエチレン(ULDPE)、均一に分岐した線状エチレンポリマー、及び均一に分岐した実質的に線状のエチレンポリマー(すなわち、均一に分岐した長鎖分岐エチレンポリマー)が含まれる。
ポリオレフィン樹脂として有用な、高密度ポリエチレン(HDPE)は、通常、約0.94から約0.97g/ccの密度を有する。市販のHDPEの例は、市場において容易に得られる。他の適切なエチレンポリマーには、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、及び線状超低(very low)密度ポリエチレン(VLDPE)が含まれる。通常、低密度ポリエチレン(LDPE)は、フリーラジカル重合条件を用い、高圧下に製造される。低密度ポリエチレンは、通常、0.91から0.94g/ccの密度を有する。
線状低密度ポリエチレン(LLDPE)は、通常のLDPEとは対照的に、あるとしても僅かでしかない長鎖分岐によって特徴付けられる。LLDPEの製造方法は、当技術分野においてよく知られており、このポリオレフィン樹脂の市販グレードは入手可能である。一般に、LLDPEは、チーグラー−ナッタ触媒系を用い、気相流動床反応器、又は液相溶液法反応器において製造される。
線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、均一に分岐した線状エチレンインターポリマー、又は均一に分岐した実質的に線状のエチレンインターポリマーは、通常、少なくとも1種のα−オレフィンをその中に重合する。本明細書で用いられる用語「インターポリマー」は、そのポリマーが、コポリマー、ターポリマー、又は2種以上の重合したモノマーを有する任意のポリマーであり得ることを示す。インターポリマーを作製するために、エチレンと有効に共重合されるモノマーには、C〜C20のα−オレフィン、特に、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−ヘプテン及び1−オクテンが含まれる。特に好ましいコモノマーには、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンが含まれる。
全般に、適切なエチレンポリマーは、ASTM 1238の、条件190℃/2.16kgに従って測定して、1000g/10min以下、好ましくは500g/10min以下、より好ましくは100g/10min以下、最も好ましくは50g/10min以下のメルトインデックス(I)を有する。
適切な市販のエチレン系インターポリマーの例には、ATTANE(商標)、AFFINITY(商標)、DOWLEX(商標)、ELITE(商標)(全て、The Dow Chemical Companyから入手可能である);並びに、EXCEED(商標)及びEXACT(商標)(Exxon Chemical Companyから入手可能である)が含まれる。
用語「均一」及び「均一に分岐した」は、α−オレフィンコモノマーが、指定のポリマー分子内でランダムに分布しており、実質的に全てのポリマー分子が、同じエチレンとコモノマーの比を有する、エチレン/α−オレフィンインターポリマーを表すのに用いられている。本発明の実施に使用され得る、均一に分岐したエチレンインターポリマーには、線状エチレンインターポリマー、及び実質的に線状のエチレンインターポリマーが含まれる。
均一に分岐した線状エチレンインターポリマーの中に含まれるのは、長鎖分岐はないが、インターポリマーに重合したコモノマーに由来し、また、同一ポリマー鎖内でも異なるポリマー鎖間でも均一に分布している、短鎖分岐を確かに有するエチレンポリマーである。すなわち、均一に分岐した線状エチレンインターポリマーは、例えばElstonの米国特許第3,645,992号に記載の、均一分岐分布重合法を用いて作製される、線状低密度ポリエチレンポリマー又は線状高密度ポリエチレンポリマーの場合と全く同様に、長鎖分岐がない。市販の均一に分岐した線状エチレン/α−オレフィンインターポリマーの例には、Mitsui Chemical Companyによって供給されるTAFMER(商標)ポリマー、及びExxonMobil Chemical Companyによって供給されるEXACT(商標)ポリマーが含まれる。
本発明において用いられる、実質的に線状のエチレンインターポリマーは、米国特許第5,272,236号、米国特許第5,278,272号、米国特許第6,054,544号、米国特許第6,335,410号、及び米国特許第6,723,810号に記載されており、それぞれの全内容は、参照を通じて本明細書に組み込まれる。実質的に線状のエチレンインターポリマーは、コモノマーが、指定のインターポリマー分子内にランダムに分布しており、そのインターポリマー内で、実質的に全てのインターポリマー分子が、同じエチレン/コモノマーの比を有するものである。さらに、実質的に線状のエチレンインターポリマーは、長鎖分岐を有する、均一に分岐したエチレンインターポリマーである。長鎖分岐は、ポリマー骨格と同じコモノマー分布を有し、ポリマー骨格の長さとほぼ同じ長さを有し得る。「実質的に線状」は、通常、平均で、1000個(骨格及び分岐の両方の炭素を含めて)の全炭素当たり0.01個の長鎖分岐から、1000個の全炭素当たり3個の長鎖分岐により置換されているポリマーを表す。長鎖分岐の長さは、ポリマー骨格に1つのコモノマーが組み入れられることから形成される短鎖分岐の炭素長より長い。
あるポリマーは、1000個の全炭素当たり0.01個の長鎖分岐から、1000個の全炭素当たり1個の長鎖分岐、又は、1000個の全炭素当たり0.05個の長鎖分岐から、1000個の全炭素当たり1個の長鎖分岐、又は、1000個の全炭素当たり0.3個の長鎖分岐から、1000個の全炭素当たり1個の長鎖分岐により置換されているということがあり得る。市販の実質的に線状のポリマーの例には、ENGAGE(商標)ポリマー及びAFFINITY(商標)ポリマー(どちらも、The Dow Chemical Companyから入手可能である)が含まれる。
実質的に線状のエチレンインターポリマーは、独特な種類の均一に分岐したエチレンポリマーを形成する。それらは、Elstonの米国特許第3,645,992号に記載の、よく知られた通常の種類の、均一に分岐した線状エチレンインターポリマーとは、かなり異なり、さらに、それらは、通常の不均一チーグラー−ナッタ触媒で重合された線状エチレンポリマー(例えば、Anderson他の米国特許第4,076,698号に開示されている技術を用いて作製される、例えば、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、又は高密度ポリエチレン(HDPE))と同じ種類ではなく;また、それらは、高圧、フリーラジカル開始による、高度に分岐したポリエチレン、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、エチレン−アクリル酸(EAA)コポリマー及びエチレン−酢酸ビニル(EVA)コポリマーと同じ種類でもない。
本発明において有用である、均一に分岐した実質的に線状のエチレンインターポリマーは、たとえそれらが比較的狭い分子量分布を有するとしても、優れた加工性を有する。驚くべきことに、実質的に線状のエチレンインターポリマーの、ASTM D 1238によるメルトフロー比(I10/I)は、広い範囲で、また分子量分布(M/M又はMWD)とは本質的に独立に、変わり得る。この驚くべき挙動は、例えばElstonの米国特許第3,645,992号に記載のものなどの、通常の均一に分岐した線状エチレンインターポリマー、及び、例えばAnderson他の米国特許第4,076,698号に記載のものなどの、チーグラー−ナッタ重合による不均一に分岐した通常の線状ポリエチレンインターポリマーとは全く対照的である。実質的に線状のエチレンインターポリマーとは異なり、線状エチレンインターポリマーは(均一に又は不均一に分岐しているかどうかにかかわらず)、分子量分布が大きくなるにつれて、I10/Iの値もまた増加するような、レオロジー特性を有する。
「長鎖分岐(LCB)」は、例えば、Randall(Rev. Micromole. Chem. Phys., C29 (2&3), p. 285-297)の方法を用い、13C核磁気共鳴(13C NMR)分光法などの、業界において知られている通常の方法によって求めることができる。他の2つの方法は、低角レーザー光散乱検出器と結び付けられたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC−LALLS)、及び示差粘度計検出器と結び付けられたゲル浸透クロマトグラフィー(GPC−DV)である。長鎖分岐の検出のためのこれらの方法の使用、及び基礎を成す理論は、文献に資料が十分に提供されている。例えば、Zimm, B.H. and Stockmayer, W.H., J. Chem. Phys., 17,1301(1949)、及び、Rudin, A., Modern Methods of Polymer Characterization, John Wiley & Sons, New York (1991) pp. 103-112を参照。
「実質的に線状のエチレンポリマー」とは対照的に、「線状エチレンポリマー」は、そのポリマーに、測定できる又は実証できる長鎖分岐がない、すなわち、ポリマーは、1000個の全炭素当たり、平均で、0.01個未満の長鎖分岐により置換されていることを意味する。
本発明において有用な均一に分岐したエチレンポリマーは、不均一に分岐した線状エチレンポリマー(不均一に分岐したポリマーの広い分岐分布のせいで2つ以上の融点ピークを有する)とは対照的に、示差走査熱量測定(DSC)を用い測定して、単一の融点ピークを好ましくは有するであろう。
均一に分岐した線状エチレンインターポリマーは、線状のポリマー骨格を有し、測定できる長鎖分岐を有さず、狭い分子量分布を有する、知られた種類のポリマーである。このようなポリマーは、エチレンと、3から20個の炭素原子の少なくとも1種のα−オレフィンコモノマーとのインターポリマーであり、好ましくは、エチレンとC〜C20のα−オレフィンのコポリマーであり、より好ましくは、エチレンと、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン又は1−オクテンとの、より一層好ましくは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン又は1−オクテンとのコポリマーである。
この種類のポリマーは、例えば、Elstonの米国特許第3,645,992号に開示されており、また、メタロセン触媒を用いる、このようなポリマーを製造するためのその後の方法が、例えば、EP 0 129 368、EP 0 260 999、米国特許第4,701,432号、米国特許第4,937,301号、米国特許第4,935,397号、米国特許第5,055,438号、及びWO 90/07526などに示されるように、開発された。これらのポリマーは、通常の重合法(例えば、気相、スラリー、溶液、及び高圧)によって作製され得る。
本発明の好ましい実施形態において、エチレン系インターポリマーは、グラフト化反応におけるベースポリマーとして用いられる。さらなる実施形態において、エチレン系インターポリマーは、少なくとも1種のα−オレフィンを含む、エチレン/α−オレフィンインターポリマーである。別の実施形態において、インターポリマーは、少なくとも1種のジエンをさらに含む。
一実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、10以下、好ましくは5以下の分子量分布(M/M)を有する。より好ましくは、エチレン/α−オレフィンポリマーは、1.1から5、より好ましくは約1.5から4の分子量分布を有する。約1から5までの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される。
コモノマーには、これらに限らないが、プロピレン、イソブチレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、及び1−オクテン、非共役ジエン、ポリエン、ブタジエン、イソプレン、ペンタジエン、ヘキサジエン(例えば、1,4−ヘキサジエン)、オクタジエン、スチレン、ハロ−置換スチレン、アルキル置換スチレン、テトラフルオロエチレン、ビニルベンゾシクロブテン、ナフテン(naphthenics)、シクロアルケン(例えば、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロオクテン)、並びにこれらの混合物が含まれる。通常、また好ましくは、エチレンは、1種のC〜C20のα−オレフィンと共重合される。好ましいコモノマーには、プロペン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン及び1−オクテンが含まれ、より好ましくは、プロペン、1−ブテン、1−ヘキセン及び1−オクテンが含まれる。
例示的なα−オレフィンには、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−ノネン及び1−デセンが含まれる。α−オレフィンは、望ましくは、C〜C10のα−オレフィンである。好ましくは、α−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン又は1−オクテンである。例示的なインターポリマーには、エチレン/プロピレン(EP)コポリマー、エチレン/ブテン(EB)コポリマー、エチレン/ヘキセン(EH)コポリマー、エチレン/オクテン(EO)コポリマー、エチレン/α−オレフィン/ジエン変性(EAODM)インターポリマー、例えば、エチレン/プロピレン/ジエン変性(EPDM)インターポリマー、及びエチレン/プロピレン/オクテンターポリマーが含まれる。好ましいコポリマーには、EP,EB、EH及びEOポリマーが含まれる。
適切なジエン及びトリエンコモノマーには、7−メチル−1,6−オクタジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、5,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、3,7,11−トリメチル−1,6,10−オクタトリエン、6−メチル−1,5へプタジエン、1,3−ブタジエン、1,6−へプタジエン、1,7−オクタジエン、1,8−ノナジエン、1,9−デカジエン、1,10−ウンデカジエン、ノルボルネン、テトラシクロドデセン、又はこれらの混合物が含まれ、好ましくは、ブタジエン、ヘキサジエン、及びオクタジエンが、最も好ましくは、1,4−ヘキサジエン、1,9−デカジエン、4−メチル−1,4−ヘキサジエン、5−メチル−1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、及び5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)が含まれる。
さらなる不飽和コモノマーには、1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、ノルボルナジエン、及びジシクロペンタジエン;スチレン、o−、m−、及びp−メチルスチレン、ジビニルベンゼン、ビニルビフェニル、ビニルナフタレンを含めて、C8〜40ビニル芳香族化合物;並びに、ハロゲン置換C8〜40ビニル芳香族化合物、例えば、クロロスチレン、及びフルオロスチレンが含まれる。
別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、ASTM D−1238(190℃、2.16kg荷重)を用い求めて、0.01g/10minから1000g/10min、好ましくは0.01g/10minから500g/10min、より好ましくは0.01g/10minから100g/10minのメルトインデックス(I)を有する。0.01g/10minから1000g/10minまでの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される。
別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、DSCによって求めて、60パーセント以下、好ましくは50パーセント以下、より好ましくは40パーセント以下の結晶化度パーセントを有する。好ましくは、これらのポリマーは、2パーセントから60パーセントまでの全ての個々の値及び従属範囲を含めて、2パーセントから60パーセントの結晶化度パーセントを有する。このような個々の値及び従属範囲は、本明細書において開示される。
別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.93g/cc以下、好ましくは0.92g/cc以下、より好ましくは0.91g/cc以下の密度を有する。別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.85g/cc以上、好ましくは0.86g/cc以上、及びより好ましくは0.87g/cc以上の密度を有する。
別の実施形態において、エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、0.85g/cmから0.93g/cm、より好ましくは0.86g/cmから0.92g/cm、より好ましくは0.87g/cmから0.91g/cmの密度を有する。0.85g/cmから0.93g/cmまでの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される。
別の実施形態において、イミド官能基を含有する、最終の官能化エチレン/α−オレフィンインターポリマーは、ASTM D−1238(190℃、2.16kg荷重)を用い求めて、0.01g/10minから1000g/10min、好ましくは0.01g/10minから500g/10min、より好ましくは0.01g/10minから100g/10minのメルトインデックス(I)を有する。0.01g/10minから1000g/10minまでの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される。
(b)プロピレン系ポリマー
ポリプロピレン系ポリマーは、プロピレン/α−オレフィンコポリマーであり得る。特定の一実施形態において、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、実質的にアイソタクチックのプロピレン連鎖を有すると特徴付けられる。「実質的にアイソタクチックのプロピレン連鎖」は、連鎖が、約0.85を超える;代わりに、約0.90を超える;別の代わりとして、約0.92を超える;別の代わりとして、約0.93を超える;13C NMRによって求めたアイソタクチック3連子(mm)を有することを意味する。アイソタクチック3連子は、当技術分野においてよく知られており、例えば、米国特許第5,504,172号、及び国際公開WO 00/01745に記載されており、これらは、アイソタクチック連鎖を、13C NMRスペクトルによって求めた、コポリマー分子鎖における3連子単位により表す。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、ASTM D−1238(230℃/2.16kg)に従って測定して、0.1から500g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る。0.1から500g/10分までの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、メルトフローレートは、0.1g/10分、0.2g/10分、又は0.5g/10分の下限から、500g/10分、200g/10分、100g/10分、又は25g/10分の上限まであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.1から200g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2から100g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.2から50g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、0.5から50g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から50g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から40g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から30g/10分の範囲のメルトフローレートを有し得る。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から30重量パーセントまで(50ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有する。1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から30重量パーセントまで(50ジュール/グラム未満の融解熱)までの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、結晶化度は、1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)、2.5パーセント(少なくとも4ジュール/グラムの融解熱)、又は3パーセント(少なくとも5ジュール/グラムの融解熱)の下限から、30重量パーセント(50ジュール/グラム未満の融解熱)、24重量パーセント(40ジュール/グラム未満の融解熱)、15重量パーセント(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)、又は7重量パーセント(11ジュール/グラム未満の融解熱)までの上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から24重量パーセントまで(40ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から15重量パーセントまで(24.8ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から7重量パーセントまで(11ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有し得る;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラムの融解熱)から5重量パーセントまで(8.3ジュール/グラム未満の融解熱)の範囲の結晶化度を有し得る。結晶化度は、前記のように、DSC法により測定される。プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、プロピレンに由来する単位、及び1種又は複数のα−オレフィンコモノマーに由来するポリマー単位を含む。プロピレン/α−オレフィンコポリマーを製造するために用いられる例示的なコモノマーは、C、及びCからC10のα−オレフィン;例えば、C、C、C及びCのα−オレフィンである。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から40重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む。1から40重量パーセントまでの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、コモノマー含有量は、1重量パーセント、3重量パーセント、4重量パーセント、5重量パーセント、7重量パーセント、又は9重量パーセントの下限から、40重量パーセント、35重量パーセント、30重量パーセント、27重量パーセント、20重量パーセント、15重量パーセント、12重量パーセント、又は9重量パーセントの上限までであり得る。例えば、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から35重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1から30重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3から27重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3から20重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む;又は、代わりに、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3から15重量パーセントの1種又は複数のα−オレフィンコモノマーを含む。
プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、3.5以下;代わりに、3.0以下;又は別の代わりとして、1.8から3.0の分子量分布(MWD)(重量平均分子量/数平均分子量(M/M)として定義される)を有する。
このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、米国特許第6,960,635号及び米国特許第6,525,157号(参照を通じて本明細書に組み込まれる)にさらに詳細に記載されている。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、The Dow Chemical CompanyからVERSIFY(商標)の商用名で、又はExxonMobil Chemical CompanyからVISTAMAXX(商標)の商用名で、市販されている。一実施形態において、プロピレン/α−オレフィンコポリマーは、(A)60と100未満の間、好ましくは80と99の間、より好ましくは85と99重量パーセントの間のプロピレンに由来する単位と、(B)ゼロ超と40の間、好ましくは1と20の間、より好ましくは4と16の間、より一層好ましくは4と15重量パーセントの間の、エチレン及び/又はC4〜10のα−オレフィンの少なくとも1種に由来する単位とを含み;また、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個の全炭素)を含有する、とさらに特徴付けられる。プロピレン/α−オレフィンコポリマーにおける長鎖分岐の最大数は、決定的に重要ではないが、通常、それは、(3つの長鎖分岐)/(1000個の全炭素)を超えない。本明細書で用いられる場合、長鎖分岐という用語は、炭素が短鎖分岐より少なくとも1個多い鎖長を表し、本明細書で用いられる場合、短鎖分岐は、コモノマーの炭素数より炭素が2個少ない鎖長を表す。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骨格を有するが、これらの骨格は、また、長さが6個の炭素のみの短鎖分岐も有する。このようなプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、米国特許仮出願第60/988,999号、及び国際特許出願PCT/US08/082599に詳細にさらに記載されており、これらの各々は、参照を通じて本明細書に組み込まれる。
(c)オレフィンブロックコポリマー
選択された特定の実施形態において、オレフィンブロックコポリマー、例えば、国際公開WO2005/090427及び米国特許出願第11/376,835号に記載のものなどの、エチレンマルチ−ブロックコポリマーが、ポリオレフィンとして用いられ得る。このようなオレフィンブロックコポリマーは、
(a)約1.7から約3.5のM/M、少なくとも1つの融点T(℃)、及び密度d(グラム/立方センチメートル)を有し、T及びdの数値が、次の関係式:
>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)
に相応する;又は
(b)約1.7から約3.5のM/Mを有し、融解熱ΔH(J/g)、及び、最高DSCピークと最高CRYSTAFピークとの間の温度差として定義されるデルタ量ΔT(℃)によって特徴付けられ、ΔT及びΔHの数値が、次の関係式:
ΔΤ>−0.1299(ΔΗ)+62.81 0を超え130J/gまでのΔΗの場合
ΔΤ≧48℃ 130J/gを超えるΔΗの場合
を有し、
CRYSTAFピークは、少なくとも5パーセントの累積ポリマーを用いて決められ、5パーセント未満のポリマーが、確認できるCRYSTAFピークを有する場合、CRYSTAF温度は30℃である;又は
(c)エチレン/α−オレフィンインターポリマーの圧縮成形フィルムを用いて測定して、300パーセントの歪み及び1サイクルでの、弾性回復Re(パーセント)によって特徴付けられ、また密度d(グラム/立法センチメートル)を有し、エチレン/α−オレフィンインターポリマーに架橋相が実質的にない場合、Re及びdの数値が、次の関係式:
Re>1481−1629(d)
を満たす;又は、
(d)TREFを用いて分別した場合、40℃と130℃の間で溶出する分子フラクションを有し、そのフラクションが、同じ温度間で溶出する、匹敵する(comparable)ランダムエチレンインターポリマーのフラクションのモルコモノマー含有量より、少なくとも5パーセント大きい、モルコモノマー含有量を有することに特徴があり、前記の匹敵するランダムエチレンインターポリマーが、同じコモノマーを有し、また、エチレン/α−オレフィンインターポリマーのそれの10パーセント以内のメルトインデックス、密度、及びモルコモノマー含有量(全ポリマーに対する)を有する;又は
(e)25℃での貯蔵弾性率G’(25℃)、及び100℃での貯蔵弾性率G’(100℃)を有し、G’(25℃)とG’(100℃)の比が、約1:1から約9:1の範囲にある;
エチレン/α−オレフィンインターポリマーであり得る。
エチレン/α−オレフィンインターポリマーはまた、
(a)TREFを用いて分別した時に、40℃と130℃の間で溶出する分子フラクションを有し、そのフラクションが少なくとも0.5で、約1までのブロックインデックス、及び約1.3を超える分子量分布、M/Mを有することを特徴としてもよく;又は
(b)0を超え、約1.0までの平均ブロックインデックス、及び約1.3を超える分子量分布、M/Mを有してもよい。
(d)ポリオレフィンブレンド
別の実施形態において、2種以上のポリオレフィンのブレンド、例えば、前記エチレン系ポリマーと前記プロピレン系ポリマーとのブレンドが、官能化反応を受ける。代わりに、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィンが、さらにブレンドされ得る、及び又は、ベースポリマーとしての1種又は複数の官能化されていないポリマー、例えば前記ポリオレフィンとコンパウンディングされ得る。
(e)さらなる反応及び/又はブレンド
前記アミン官能化ポリオレフィン又はヒドロキシル官能化ポリオレフィンは、例えばブラベンダーミキサー又は押出機における、溶融状態での反応によって第2のポリマーと反応又はブレンドされ得る。これは、官能化反応と同じ反応器において、又は、それに続いて、別の溶融反応器において実施され得る。反応時間及び温度は、存在するポリマーに応じて決まるであろう。それによって、例えば、アミン官能化ポリプロピレン(アミノ−PP)は、ポリプロピレン中スチレン−マレイン酸ポリマーのブレンドと、溶融状態で反応/ブレンドされ得る。
同様に、ポリオレフィン、アミノ化ポリオレフィン及び他のポリマー(例えば、アミノ化ポリオレフィンと、反応性があるか、さもなければ、相溶性があるエンジニアリングサーモプラスチック)を含有するポリオレフィンブレンドが調製でき、それらのブレンドは、ポリオレフィン、他のポリマー、及びアミノ化ポリオレフィンとの間の全体としてのブレンド相溶性が向上している。さらに、官能化ポリオレフィン又はブレンドは、1種又は複数の熱可塑性又は熱硬化性ポリマーとブレンドされ得る。
加工助剤、例えば可塑剤が、また、個々のブレンド成分のいずれかに含めることができ、又は最終のブレンドに添加することができる。これらには、以下に限らないが、フタル酸エステル、例えば、フタル酸ジオクチル及びフタル酸ジイソブチル、天然オイル、例えばラノリン、並びに、石油精製から得られるパラフィン、ナフテン、及び芳香族オイル、並びに、ロジン又は石油原料からの液体樹脂が含まれる。加工助剤として有用な例示的なオイルの種類には、流動パラフィン(white mineral oil)、例えば、Kaydol(商標)オイル(Witcoの登録商標で、そこから入手可能)、及びShellflex(商標)371ナフテンオイル(Shell Oil Companyの登録商標で、そこから入手可能)が含まれる。適切な別のオイルは、Tuflo(商標)オイル(Lyondellの登録商標で、そこから入手可能)である。
(f)添加剤
通常、本発明において用いられるポリマー及び樹脂は、1種又は複数の安定剤(stabilizer)、例えば、酸化防止剤(例えば、Irganox(商標)1010、及びIrgafos(商標)168、どちらも、Ciba Specialty Chemicalsによって供給される)により処理される。ポリマーは、押出又は他の溶融プロセスの前に、通常、1種又は複数の安定剤により処理される。他のポリマー用添加剤には、これらに限らないが、紫外線吸収剤、静電防止剤、顔料、染料、造核剤、フィラー、スリップ剤、難燃剤、可塑剤、加工助剤、滑剤、安定剤、発煙抑制剤、粘度調節剤、及びブロッキング防止剤が含まれる。
(2)第2の官能化ポリオレフィン
水性分散体は、固形分の全重量に対して、40重量パーセント未満;例えば、30重量パーセント未満;又は、代わりに、20重量パーセント未満;又は、代わりに、10重量パーセント未満の、第2の官能化ポリオレフィンに由来する単位を、任意選択で含み得る。第2の官能化ポリオレフィンは、ポリプロピレンの物理的特性に大きくは影響を及ぼさない多量の無水コハク酸が結び付いた、ポリプロピレン、すなわち、ポリプロピレンと1種又は複数のαオレフィン(例えばエチレン、ヘキセン、及びオクテン)のホモポリマー及びコポリマー、並びにその加水分解誘導体を含む。
本明細書に記載の方法の要所は、ビニリデン末端ポリプロピレンへのエン反応により形成されるコハク酸末端ポリプロピレンの使用である。このポリプロピレンは、排他的にではないが、多くの場合、メタロセン触媒によって調製される。このポリマーへの無水マレイン酸のグラフトは、鎖の開裂又は重合を、それ程生じないことが見出された。非限定的一実施形態において、その方法は、単一の末端ビニリデン基が各分子に生じるような方法で、メタロセン触媒を用いて形成されたポリプロピレンの存在下において、無水マレイン酸を加熱することを含む。最も一般的には、これらメタロセン重合は、水素(これは、重合を加速し、ポリマーの分子量を下げる)の存在下において行われ、この場合は、末端ビニリデン基を有さないポリマーを生じる。これらの飽和ポリマーは、本発明の方法では機能しないであろうから、メタロセン触媒の存在の下でのプロピレンの重合は、好ましくは、非常に少量の水素の存在下において、若しくは水素なしで、又は他の移動剤、例えばトリエチルシランなどの存在下において、実施される。
エン反応が、下に概略的に示されている。
Figure 0006002662
どのような形のポリプロピレン(例えば、シンジオタクチック、ヘミシンジオタクチック、アイソタクチック、ヘミアイソタクチック、及びアタクチックポリプロピレン)でも用いられ得る。ポリプロピレンは、多様な遷移金属触媒によって作製され得る。
前記グラフト化ポリマーへの無水マレイン酸のさらなるグラフトは、本質的に、2重結合に影響を及ぼさない。全ての無水マレイン酸は、ポリプロピレンの骨格に付加される。これは、下に概略的に示されている。
Figure 0006002662
5重量パーセント未満の無水マレイン酸の組入れレベルは、確実に可能であるが、本明細書に記載の方法は、約5から約45重量パーセント、代わりに、約10から約45重量パーセントの程度の、より高レベルの全無水マレイン酸の組入れを実現することを容易にする。
方法の非限定的一実施形態では、エン反応において、1モル当量のポリプロピレン(末端不飽和を有する)が約1モル当量の無水マレイン酸と反応させられる。加熱されるが、これは、反応物が混合され得るように、ポリプロピレンを溶融させるのに単に十分なだけ、通常、必要である。
方法の別の非限定的実施形態において、無水マレイン酸のさらなる添加で、エン反応による末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有するポリプロピレンは、フリーラジカルによる開始の存在下において、さらなる無水マレイン酸と結び付けられる。フリーラジカルによる開始は、必ずしもこれらに限らないが、過酸化物、紫外線による光開始、ガンマ線、金属錯体及びこれらの組合せを含めて、一般に用いられるフリーラジカルによる開始の形のいずれかであり得る。本発明の非限定的一実施形態において、過酸化物開始剤は、ジ−t−ブチルペルオキシドである。
無水マレイン酸のさらなる添加が手際よく実施される場合、反応物が混合されるように、混合物を少なくとも溶融状態に加熱することが必要である。反応温度は、ラジカル源及びポリマーの融点に応じて決まり、約60℃から約200℃の範囲にあり得る。方法の2つのステップは、雰囲気圧力で実施され得る。無水マレイン酸は、高温で揮発性であるので、反応は、密封された容器内で実施され得る。
方法の別の非限定的実施形態において、末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有するポリプロピレンは、溶剤に溶かされてもよく、混合の間の加熱が、低減される、又は省かれ得る。ポリプロピレン反応物に適する溶剤には、必ずしもこれらに限らないが、トルエン、キシレン、AROMATIC 100、N−アルキルプロピオネート、及びこれらの混合物が含まれる。
無水マレイン酸により置換された生成物ポリプロピレンの分子量(M)は、約500から、約150,000ダルトンまで、代わりに、約50,000ダルトンまで、別の非限定的実施形態では、約10,000ダルトンまで、別の非限定的実施形態では、600から約5000ダルトンの範囲にあり得る。
一実施形態において、第2の官能化ポリマーは、50から130℃;例えば、50から120℃、又は50から115℃、又は50から110℃、又は50から100℃の範囲の融点を有する。
一実施形態において、第2の官能化ポリオレフィンは、(a)末端不飽和を有するプロピレン/ヘキセンコポリマーを無水マレイン酸と1:1のモル比で反応させて、末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有する、末端で無水コハク酸により官能化されたプロピレン/ヘキセンコポリマーを生成させるステップ、次いで、(b)末端無水コハク酸部分及び単一の不飽和を有する、末端で無水コハク酸により官能化されたプロピレン/ヘキセンコポリマーを、フリーラジカル開始の存在下において、さらなる無水マレイン酸と反応させて、前記第2の官能化ポリオレフィンを生成させるステップ、を含む方法によって得られ、前記第2の官能化ポリオレフィンは、第2の官能化ポリオレフィンの重量に対して、5から45重量パーセントの範囲の無水コハク酸置換を有する。
このような官能化ポリマーは、米国特許出願第2006/0084764号及び米国特許出願第2005/0203255号、並びに米国特許第7,183,359号にさらに記載されており、これらの各々は、このような官能化ポリマーを記載する範囲で、参照を通じて本明細書に組み込まれる。
(3)安定化剤
本発明による水性分散体は、安定な分散体の生成を助長するために、少なくとも1種又は複数の安定化剤をさらに含む。安定化剤は、好ましくは、外部安定化剤であり得る。本発明の水性分散体は、分散体の固形分の全重量に対して、1から50重量パーセントの1種又は複数の安定化剤を含む。1から50重量パーセントまでの全ての個々の値及び従属範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示される;例えば、この重量パーセントは、1、3、5、10重量パーセントの下限から、15、25、35、45、又は50重量パーセントの上限までであり得る。例えば、水性分散体は、水性分散体の固形分の全重量に対して、1から25、又は代わりに、1から35、又は代わりに、1から40、又は代わりに、1から45重量パーセントの1種又は複数の安定化剤を含み得る。選択された実施形態において、安定化剤は、界面活性剤、ポリマー、又はこれらの混合物であり得る。特定の実施形態において、安定化剤は、上で記載された、1種又は複数の第2の官能化ポリマー組成物であり得る。特定の実施形態において、安定化剤は、コモノマー又はグラフト化モノマーのいずれかとして極性基を有する、極性ポリマーであり得る。例示的な実施形態において、安定化剤は、コモノマー又はグラフト化モノマーのいずれかとして極性基を有する、1種又は複数の極性ポリオレフィンを含む。例示的なポリマー安定化剤には、これらに限らないが、エチレン−アクリル酸(EAA)及びエチレン−メタクリル酸コポリマー、例えば、The Dow Chemical Companyにより市販され、PRIMACOR(商標)の商用名で入手可能なもの、E.I.DuPont de Nemoursにより市販されているNUCREL(商標)、及びExxonMobil Chemical Companyにより市販されているESCOR(商標)、並びに、米国特許第4,599,392号、米国特許第4,988,781号、及び米国特許第5,938,437号(これらの各々は、その全体が、参照を通じて本明細書に組み込まれる)に記載されているものが含まれる。他の例示的なポリマー安定化剤には、これらに限らないが、エチレンエチルアクリレート(EEA)コポリマー、エチレンメチルメタクリレート(EMMA)、及びエチレンブチルアクリレート(EBA)が含まれる。他のエチレン−カルボン酸コポリマーもまた用いられ得る。当業者は、かなりの数の他の有用なポリマーもまた用いられ得ることを理解するであろう。
用いられ得る他の安定化剤には、これらに限らないが、12から60個の炭素原子を有する長鎖脂肪酸、脂肪酸塩、又は脂肪酸アルキルエステルが含まれる。別の実施形態において、長鎖脂肪酸又は脂肪酸塩は、12から40個の炭素原子を有し得る。
安定化剤、さらに官能化ポリマー組成物は、それぞれ、中和剤により、部分的又は完全に中和され得る。特定の実施形態において、安定化剤及び/又は官能化ポリマー組成物の中和は、モルベースで、25から250パーセントであり得る;又は、代わりに、それは、モルベースで、50から110パーセントであり得る。例えば、中和剤は、例えば水酸化アンモニウム又は水酸化カリウムなどの塩基であり得る。他の中和剤には、例えば、水酸化リチウム又は水酸化ナトリムが含まれ得る。代替的な別のものとして、中和剤は、例えば、炭酸塩であり得る。代替的な別のものとして、中和剤は、例えば、モノエタノールアミン、又は2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール(AMP)などのアミンであり得る。本明細書に開示の実施形態において有用であるアミンには、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリエタノールアミン、及びTRIS AMINO(それぞれ、Angusから入手可能)、NEUTROL TE(BASFから入手可能)、さらにはトリイソプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、及びΝ,Ν−ジメチルエタノールアミン(それぞれ、The Dow Chemical Company(Midland、ミシガン州)から入手可能)が含まれ得る。他の有用なアミンには、アンモニア、モノメチルアミン、ジメチルアミン、トリメチルアミン、モノエチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、モノ−n−プロピルアミン、ジメチル−n プロピルアミン、N−メタノールアミン、N−アミノエチルエタノールアミン、N−メチルジエタノールアミン、モノイソプロパノールアミン、N,N−ジメチルプロパノールアミン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノール、トリス(ヒドロキシメチル)−アミノエタン、Ν,Ν,Ν’Ν’−テトラキス(2−ヒドロキシプロピル)エチレンジアミン、1.2−ジアミノプロパンが含まれ得る。ある実施形態では、アミンの混合物、又はアミンと界面活性剤の混合物が用いられ得る。当業者は、適切な中和剤の選択が、配合される具体的な組成物に応じて決まること、及び、このような選択が、当業者の知識の範囲内にあることを理解するであろう。
本発明の実施に有用であり得る、さらなる安定化剤には、これらに限らないが、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤又は非イオン界面活性剤が含まれる。陰イオン界面活性剤の例には、これらに限らないが、スルホネート、カルボキシレート、及びホスフェートが含まれる。陽イオン界面活性剤の例には、これらに限らないが、第4級アミンが含まれる。非イオン界面活性剤の例には、これらに限らないが、エチレンオキシドを含有するブロックコポリマー、及びシリコーン界面活性剤が含まれる。本発明の実施に有用である安定化剤は、外部界面活性剤又は内部界面活性剤のいずれかであり得る。外部界面活性剤は、分散体の調製の間に、ベースポリマーに化学的に反応した状態にならない界面活性剤である。本発明で有用な外部界面活性剤の例には、これらに限らないが、ドデシルベンゼンスルホン酸の塩、及びラウリルスルホン酸塩が含まれる。内部界面活性剤は、分散体の調製の間に、ベースポリマーに化学的に反応した状態に実際になる界面活性剤である。本発明で有用な内部界面活性剤の例には、2,2−ジメチロールプロピオン酸、及びその塩が含まれる。本発明の実施に有用であり得る、さらなる界面活性剤には、陽イオン界面活性剤、陰イオン界面活性剤、非イオン界面活性剤、又はこれらの組合せが含まれる。OP−100(ステアリン酸ナトリウム)、OPK−1000(ステアリン酸カリウム)、及びOPK−181(オレイン酸カリウム)(それぞれ、RTD Hallstarから入手可能);UNICID 350(Baker Petroliteから入手可能);DISPONIL FES 77−IS及びDISPONIL TA−430(それぞれ、Cognisから入手可能);RHODAPEX CO−436、SOPROPHOR 4D384、3D−33、及び796/P、RHODACAL BX−78及びLDS−22、RHODAFAC RE−610、及びRM−710、並びにSUPRAGIL MNS/90(それぞれ、Rhodiaから入手可能);並びに、TRITON QS−15、TRITON W−30、DOWFAX 2A1、DOWFAX 3B2、DOWFAX 8390、DOWFAX C6L、TRITON X−200、TRITON XN−45S、TRITON H−55、TRITON GR−5M、TRITON BG−10、及びTRITON CG−110(それぞれ、The Dow Chemical Company(Midland、ミシガン)から入手可能)を含めて、様々な市販の界面活性剤が、本明細書に開示の実施形態において用いられ得る。
(4)流体媒体
水性分散体は、流体媒体をさらに含む。流体媒体は、どのような媒体であってもよい;例えば、流体媒体は水であり得る。本発明の分散体は、分散体の全重量に対して、35から85重量パーセントの流体媒体を含む。特定の実施形態において、水含有量は、分散体の全重量に対して、35から80、又は代わりに、35から75、又は代わりに、45から65重量パーセントの流体媒体の範囲であり得る。分散体の水含有量は、固形分(ベースポリマー+安定化剤)が、約1重量パーセントから約80重量パーセントの間であるように、好ましくは制御され得る。特定の実施形態において、固形分の範囲は、約10重量パーセントから約75重量パーセントの間であり得る。別の特定の実施形態において、固形分の範囲は、約20重量パーセントから約70重量パーセントの間である。別の特定の実施形態において、固形分の範囲は、約25重量パーセントから約60重量パーセントの間である。
(5)さらなる成分
本発明による水性分散体は、任意選択で、1種又は複数のバインダー組成物、例えば、アクリルラテックス、ビニルアクリルラテックス、スチレンアクリルラテックス、酢酸ビニルエチレンラテックス、任意選択で、1種又は複数の他の水性バインダー系、例えば、ポリウレタン分散体、任意選択で、1種又は複数のフィラー;任意選択で、1種又は複数の添加剤;任意選択で、1種又は複数の顔料、例えば、二酸化チタン、マイカ、炭酸カルシウム、シリカ、酸化亜鉛、ミル加工したガラス、アルミニウム三水和物、タルク、三酸化アンチモン、フライアッシュ、及びクレー;任意選択で、カーボンブラックのような導電性フィラー;任意選択で、一種又は複数の補助溶剤、例えば、グリコール、グリコールエーテル、例えば、Dowanol(商標)TPnB(トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル)、DPnB(ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル)、DPM(ジプロピレングリコールメチルエーテル)、DPMA(ジプロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、PGDA(プロピレングリコールジアセテート)、PM(プロピレングリコールメチルエーテル)、PMA(プロピレングリコールメチルエーテルアセテート)、PnB(プロピレングリコールn−ブチルエーテル)、PnP(プロピレングリコールn−プロピルエーテル)、PPh(プロピレングリコールフェニルエーテル)、TPM(トリプロピレングリコールメチルエーテル)、Proglyde DMM(ジプロピレングリコールジメチルエーテル)、ブチルセロソルブ、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシルセロソルブ、ヘキシルカルビトール(全て、The Dow Chemical Companyから入手可能)、又はExxonMobilからTEXANOLの商用名で入手可能な他のグリコールエーテル;他の溶剤、例えば、トルエン、キシレン、AROMATIC100、N−プロピルプロピオネート、N−ブチルプロピオネート、N−ペンチルプロピオネート、これらの混合物、並びに、これらの組合せをさらに含み得る。このような溶剤は、例えば、ExxonMobilからAROMATIC 100の商用名で、The Dow Chemical CompanyからUCAR N−アルキルプロピオネートの商用名で、市販されている;2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオールモノイソブチレート、アルコール、ミネラルスピリット、及びベンゾエートエステルのような他のもの;
任意選択で、1種又は複数の分散剤、例えば、アミノアルコール、及びポリカルボキシレート;任意選択で、1種又は複数の界面活性剤;任意選択で、1種又は複数の消泡剤、例えば、Air ProductsによるSurfynol、EvonikによるTego Foamex、若しくはBYKによるBYKの商用名によるもの、又は他のもの、或いはこれらの組合せ;任意選択で、1種又は複数の保存剤、例えば、殺生物剤、防かび剤、殺菌剤、殺藻剤、及びこれらの組合せ;任意選択で、1種又は複数の増粘剤、例えば、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース系増粘剤、疎水性に変性されたアルカリ可溶エマルジョン(HASE増粘剤、例えば、UCAR POLYPHOBE TR−116)、及び疎水性に変性されたエトキシ化ウレタン増粘剤(HEUR);或いは、任意選択で、1種又は複数のさらなる中和剤、例えば、水酸化物、アミン、アンモニア、及び炭酸塩;
任意選択で、1種又は複数の湿潤剤、例えば、EvonikからTEGO、若しくは3MからNovec、若しくはDuPontからZonylの商用名で入手可能なフッ素系界面活性剤、又は、The Dow Chemical Companyから入手可能な、TRITON QS−15、TRITON W−30、DOWFAX 2A1、DOWFAX 3B2、DOWFAX 8390、DOWFAX C6L、TRITON X−200、TRITON XN−45S、TRITON H−55、TRITON GR−5M、TRITON BG−10、及びTRITON CG−110などの他の炭化水素界面活性剤。
(6)さらなる着色剤成分
本発明の実施形態は、また、水性分散体の一部として、着色剤も用い得る。様々な色が用いられ得る。例には、黄色、マゼンタ、シアンなどの色が含まれる。黒の着色剤としては、カーボンブラック、及び、下に示される黄色/マゼンタ/シアン着色剤を用いて色調を黒にした着色剤が用いられ得る。本明細書で用いられる場合、着色剤には、とりわけ、染料、顔料、及び予分散体(predispersion)が含まれる。これらの着色剤は、単独で、混合物として、又は固溶体として用いられ得る。様々な実施形態において、顔料は、無処理顔料(raw pigment)、処理顔料、予めミル加工した顔料、顔料粉末、顔料プレスケーキ、顔料マスターバッチ、再生顔料、及び固体又は液体顔料の予分散体の状態で供給され得る。本明細書で用いられる場合、無処理顔料は、例えば表面に様々なコーティングを付着させるための、湿式処理が、その表面に加えられていない顔料粒子である。無処理顔料及び処理顔料は、PCT公開WO 2005/095277、及び米国特許出願公開第20060078485号においてさらに論じられており、これらの関連部分は、参照を通じて本明細書に組み込まれる。対照的に、処理顔料は、例えば粒子表面に金属酸化物コーティングを付けるために、湿式処理を受けているということがあり得る。金属酸化物コーティングの例には、アルミナ、シリカ、及びジルコニアが含まれる。再生顔料も、また、出発顔料粒子として用いられてもよく、ここで、再生顔料は、コーティングされた顔料として販売されるには不十分な品質の湿式処理後の顔料である。
例示的な着色剤粒子には、これらに限らないが、黄色着色剤などの顔料が含まれ、顔料としては、縮合アゾ化合物、イソインドリノン化合物、アントラキノン化合物、アゾ金属錯体メチン化合物、及びアリルアミド化合物によって代表される化合物が用いられ得る。マゼンタ着色剤としては、縮合アゾ化合物、ジケトピロロピロール化合物、アントラキノン、キナクリドン化合物、塩基染料レーキ化合物、ナフトール化合物、ベンゾイミダゾロン化合物、チオインジゴ化合物、及びペリレン化合物が用いられ得る。シアン着色剤として、銅フタロシアニン化合物及びその誘導体、アントラキノン化合物、塩基染料レーキ化合物などが用いられ得る。
水性分散体の形成
本発明による水性分散体は、当業者によって認められる任意の数の方法によって形成され得る。一実施形態において、上で記載された、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィン、任意選択で、1種又は複数の第2の官能化ポリオレフィン、及び1種又は複数の安定化剤が、水、及び、任意選択で、中和剤(例えば、アンモニア、水酸化カリウム、又は2種以上の組合せ)と共に、押出機で溶融混練されて、水性分散体が形成される。別の実施形態において、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィン、任意選択で、1種又は複数の第2の官能化ポリオレフィンがコンパウンディングされ、次いで、そのコンパウンドが、安定化剤、水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下において、押出機で溶融混練されて、水性分散体を形成する。ある実施形態では、分散体は、約1から約5重量パーセントの水を含むように最初に希釈され、それから次に、約25重量パーセントを超える水を含むように、さらに希釈される。
当技術分野において知られている任意の溶融混練手段が使用され得る。ある実施形態では、混練機、バンバリー(BANBURY(登録商標))ミキサー、1軸押出機、又は多軸押出機、例えば2軸押出機が使用される。本発明による水性分散体を製造する方法は、特に限定されない。例えば、特定の実施形態では、押出機、例えば2軸押出機が、背圧調節器、メルトポンプ、又はギアポンプと連結される。例示的な実施形態は、また、塩基貯留器(base reservoir)、初期水貯留器を備え、これらの各々はポンプを含む。望みの量の塩基及び初期水が、それぞれ、塩基貯留器及び初期水貯留器から供給される。適切な任意のポンプが使用され得るが、ある実施形態では、例えば、240barの圧力で約150cc/minの流量を提供するポンプが、塩基及び初期水を押出機に供給するために使用される。別の実施形態では、液体注入ポンプが、200barで300cc/min、又は133barで600cc/minの流量を提供する。ある実施形態では、塩基及び初期水は、予熱ヒーターで予熱される。
1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィンが、ペレット、粉末、又はフレーク状で、フィーダーから押出機入口に供給され、押出機で樹脂は溶融され、又はコンパウンディングされる。任意選択で、1種又は複数の第2の官能化ポリオレフィンが、フィーダーを通して押出機に、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィンと同時に供給される;或いは、代わりに、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィン、及び、任意選択で、1種又は複数の第2の官能化ポリオレフィンが、コンパウンディングされ、次いで、フィーダーを通して押出機に供給される。ある実施形態では、安定化剤は、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィンを通じて、それらと共に、1種又は複数の第1の官能化ポリオレフィンに添加され、別の実施形態では、安定化剤は、2軸押出機に、別途、供給される。次いで、樹脂溶融物は、押出機の混合及び輸送ゾーンから、乳化ゾーンへと送られ、そこで、初期量の水及び任意選択の塩基が、水貯留器及び塩基貯留器から、入口を通して添加される。ある実施形態では、安定化剤は、その水の流れに、付け加えて、又はそれだけに限って、添加され得る。ある実施形態では、さらなる希釈水が、押出機の希釈及び冷却ゾーンにおいて、水貯留器から水入口を通して添加され得る。通常、分散体は、冷却ゾーンにおいて、少なくとも30重量パーセントの水にまで希釈される。さらに、希釈された混合物は、望みの希釈レベルに達するまで、何回でも希釈され得る。ある実施形態では、水は、2軸押出機には添加されないで、溶融物が押出機から出た後で、樹脂溶融物を含有する流れに添加される。この様にして、押出機において増加する蒸気圧が除かれ、分散体は、ローターステーター型ミキサーなどの第2の混合装置において形成される。
一実施形態において、本発明は、接着促進剤系の製造方法であって、(1)固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィンを選択するステップ;(2)任意選択で、固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンを選択するステップであって、前記第2の官能化ポリオレフィンが、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他の類似のα−オレフィンとのコポリマーを含み、上記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、無水コハク酸置換が官能化ポリマー組成物の約5から約45重量パーセントの範囲にある、ステップ;(3)固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの安定化剤を選択するステップ;(4)前記第1の官能化ポリオレフィン及び任意選択で第2の官能化ポリオレフィンを、前記安定化剤、水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下において、例えば、25℃から200℃の範囲の温度で、溶融混練するステップ;及び(5)それによって、接着促進剤系を形成するステップ、を含む方法をさらに提供する。
最終用途への適用
本発明の接着促進剤系は、例えば、様々なコーティング用途、例えば、自動車コーティング用途において、熱可塑性ポリオレフィン(「TPO」)などの、特定の低表面エネルギープラスチック基材に対する接着促進剤として用いられ得る。
接着促進剤系は、任意の方法により、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面に適用され得る。このような方法には、これらに限らないが、スプレー、浸漬、ロール、印刷、及び当業者に広く知られている通常の他の任意の技術が含まれる。接着促進剤系は、約5℃を超える範囲;例えば、25℃から400℃の範囲の温度で、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面にコーティングとして適用され得る;或いは、代わりに、それは、ガラス繊維強化ポリプロピレン若しくはTPOを製造するために、ガラス繊維などの基材のためのサイジング剤として、又は、強化を可能にするために、天然繊維とPP若しくはTPO基材との間に接着性をもたせるために、使用され得る。このような基材には、これらに限らないが、熱可塑性ポリオレフィン(「TPO」)、及びガラス繊維強化ポリプロピレン基材、又は天然繊維強化PP若しくはTPOが含まれる。本発明の接着促進剤系は、インストルメントパネルなどの自動車内装用途、バンパーなどの自動車外装用途、又は、包装、玩具、レジャー用品、養殖、ジオテキスタイル、スポーツ用品、器具、消費者向け電子機器、家具、船舶、ルーフィング膜及び玩具におけるような他の自動車以外の用途のための接着促進層として用いられ得る。
このようなコーティング基材は、トップコート、例えば塗料によりさらにコーティングされ得る。本発明の接着促進剤系は、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面に適用され、次いで、トップコートが適用される。トップコートは、中間の焼付けステップの後で、すなわち、少なくとも一部の水を除去した後で、適用され得る;又は、代わりに、トップコートは、中間の焼付けステップなしに、適用され得る。代わりに、本発明の接着促進剤系は、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面に適用され、次いで、トップコートが適用される前に、少なくとも一部の水が除去される。トップコートが少なくとも部分的に乾燥した後で、クリアコートが、さらに適用され得る。代わりに、接着促進剤系は、トップコートと混合されてもよく、次いで、この混合物が、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面に適用され得る。
一実施形態において、接着促進剤系は、接着層(すなわちフィルム)を形成し、これは、基材、物品、又は構造体の1つ又は複数の表面と結合している。接着層は、1から30μm;例えば5から15μmの範囲の厚さを有し得る。
代替的な別の実施形態において、多層構造体は、(a)少なくとも1つ又は複数の基材層;(b)本発明の接着促進剤系に由来するフィルムを含む、少なくとも1つ又は複数の接着層;(c)少なくとも1つ又は複数の外側層;を含み、前記接着層は、前記1つ又は複数の基材層と前記1つ又は複数の外側層との間に配置されている。
代替的な別の実施形態において、本発明は、少なくとも前述の接着促進剤系を含むコーティング配合物をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、前述のコーティング配合物に由来するフィルムを含むコーティング層をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、(a)少なくとも1つ又は複数の基材層;(b)前述のコーティング配合物に由来するフィルムを含む少なくとも1つ又は複数のコーティング層;及び、(c)任意選択で、1つ又は複数の外側層、を含む多層構造体をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、多層構造体の作製方法であって、(1)少なくとも1つ又は複数の基材層を選択するステップ;(2)前述の接着促進剤系を選択するステップ;(3)前記接着促進剤系を、前記基材層の少なくとも1つの表面に適用するステップ;(4)水の少なくとも一部を除去するステップ;(5)それによって、前記基材層と結合した接着層を形成するステップ;(6)前記接着層上に少なくとも1つ又は複数の外側層を形成するステップ;及び(7)それによって、多層構造体を形成するステップを含む方法をさらに提供する。
代替的な別の実施形態において、本発明は、多層構造体の作製方法であって、(1)少なくとも1つ又は複数の基材層を選択するステップ;(2)前述のコーティング配合物を選択するステップ;(3)前記コーティング配合物を、前記基材層の少なくとも1つの表面に適用するステップ;(4)水の少なくとも一部を除去するステップ;(5)それによって、前記基材層と結合したコーティング層を形成するステップ;(6)任意選択で、前記コーティング層上に1つ又は複数の外側層を形成するステップ;及び(7)それによって、多層構造体を形成するステップを含む方法をさらに提供する。
次の実施例は、本発明を例示するが、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
官能化樹脂の調製
官能化ポリオレフィンA:バッチミキサーにおける官能化
官能化作業を、バンバリーローターを装備したThermo Haake Rheomix 3000を用い、実施する。12重量%のエチレン含有量を有する250gのポリ(プロピレン−co−エチレン)(The Dow Chemical CompanyによるVERSIFY(商標)4301.05)を、予め加熱した379cmの混合チャンバに導入し、30rpmで混合しながら、170℃に加熱してポリマー溶融物を得る。溶融樹脂に、2.5g(14.5mmol)の官能化ニトロキシドの4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル(4−ヒドロキシ−TEMPO)を加え、1分間混合し、その後、有機過酸化物のジ(tert−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン(Perkadox 14−40B−PD、Akzo Nobelによる;4.10g、チョーク(whiting)担体に40重量%、4.85mmol)を添加する。混合を6分間続け、その後、2回目の添加のOH−TEMPO及び過酸化物を、溶融ブレンド生成物に溶融ブレンドする。次に、170℃で、さらに約30分間、混合を行う。次いで、それを冷却し、ミキサーから排出する。グラフト化レベルは、クライオプローブ(cryoprobe)を装備した高温13C NMR分析装置(400MHz、Bruker)を用いて求め、0.8重量%であった。
官能化ポリオレフィンB:バンバリー型バッチミキサーにおける官能化
官能化作業を、4.24lの公称容積を有し、バンバリーローターを装備した、Farrel Corp.によるバンバリー型密閉式(internal)バッチミキサー(OOC型)へと、規模を大きくする。ミキサーの温度を100℃に、ローター速度を140rpmに設定する。12重量%のエチレン含有量を有する2.2kgのポリ(プロピレン−co−エチレン)(The Dow Chemical CompanyによるVERSIFY(商標)4301.05)を、予め加熱した混合チャンバに導入し、170℃に加熱して、ポリマー溶融物を得る。必要とされる加工温度(170℃)に、ポリマー溶融物が達した後、33gの4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシルを加え、次いで、1分間混合し、次に、溶融ブレンド生成物に、56.3gの過酸化物のジ(tert−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン(Perkadox 14−40B−PD、Akzo Nobelによる;活性成分40%)を加える。この手順を繰り返し、1400秒の全混合時間の後、生成物を、ミキサーから、ペレット化押出機に排出する。グラフト化レベルは、クライオプローブを装備した、高温13C NMR分析装置(400MHz、Bruker)を用いて求め、0.7重量%であった。
押出機による分散体の調製
本発明の分散体1の調製
本発明の分散体1を、表1に列挙した配合成分に基づいて、次の手順に従って調製する。第1の官能化ポリオレフィンは、OH−グラフト化VERSIFY(商標)4301.05(上の例B)である。安定剤は、Baker Petroliteから入手可能なUNICIDTM 350(C26カルボン酸)である。これらの材料の両方を、減量式(loss-in-weight)又は重量式フィーダーによって、直径25mmの2軸押出機に供給し、そこで、それらは前方へ送られ、溶融される。押出機の温度プロフィールは、初期水、及び中和剤としてのDMEA(ジメチルエタノールアミン、100%)(CAS No.108−1−0)の添加前に、120℃であり、次いで、それは、希釈水が添加された後、押出機の末端までに、100℃未満の温度まで冷却される。押出機の速度は、約500rpmである。アミン塩基及び水は、一緒に混合され、初期水導入箇所で、押出機に供給される。希釈水は、第2のポンプにより供給され、それは、押出機の希釈ゾーンに導入される。初期水及び希釈水の流れは、任意選択で、押出機の温度に予め加熱される。押出機の出口で、背圧調節器が用いられて、操作温度で水蒸気の生成を防ぐために、押出機バレル内部を適切な圧力に調節する。得られる分散体は、冷却され、200ミクロンのフィルターを通して濾過される。
本発明の分散体2〜4の調製
48のL/Dを有するBersdorff ZE25 UTX押出機を、500rpmで回転させて用いて、OH−グラフト化ポリマー樹脂(官能化ポリオレフィンB)を、安定剤により、水に分散させる。ポリマー樹脂は、Schenck Mechatron減量式フィーダーにより、押出機の供給口に供給される。安定剤は、Schenck Accurate容量式フィーダーによって供給口に供給される(分散体3及び4)か、又は、水が添加された後でバレルに送り込まれる(分散体2)。固体成分:第1の官能化ポリオレフィン、第2の官能化ポリオレフィン及び安定剤は、押出機で溶融され、混合される。次いで、この相は、ある量の水、及び、任意選択で、塩基若しくは水性界面活性剤と一緒にされる。塩基は、存在する場合、安定剤のカルボン酸官能基と、又は、存在する場合、第2の官能化ポリオレフィンの無水マレイン酸官能基と反応する。次いで、溶融ブレンドされた生成物は、押出機の縦方向に下流に運ばれ、そこで、それは、さらなる水と一緒にされて、60重量%未満の最終固形分レベルへと希釈される。塩基(存在する場合)、初期水、水性界面活性剤(存在する場合)、及び希釈水は、全て、Iscoデュアルシリンジポンプ(500ml)によって供給される。押出機のバレル温度は、150℃に設定される。分散体が押出機を出た後、それは、冷却され、200μmのメッシュサイズのバグフィルター(bag filter)を用い、濾過される。
比較分散体1の調製
48のL/Dを有するBersdorff ZE25 UTX押出機を、500rpmで回転させて用いて、官能化されていないVersify 4301.05をそのまま、安定剤により、水に分散させる(比較分散体1)。ポリマー樹脂は、Schenck Mechatron減量式フィーダーにより、押出機の供給口に供給される。安定剤は、水が添加された後でバレルに送り込まれる。ポリマーは、溶融され、次いで、ある量の水及び水性界面活性剤(EMPICOL ESB)と一緒にされ、次に、押出機の縦方向に下流に運ばれ、そこで、それは、60重量%未満の最終固形分レベルまでそれを希釈するために、さらなる水と一緒にされる。初期水、水性界面活性剤、及び希釈水は、全て、Iscoデュアルシリンジポンプ(500ml)によって供給される。押出機のバレル温度は、150℃に設定される。分散体が押出機を出た後、それは、冷却され、200μmのメッシュサイズのバグフィルターを用い、濾過される。
分散体の接着促進剤としての性能試験
TPOへのコーティング用途
本発明の実施例1〜3、すなわち、前述の分散体1〜3を含む接着促進剤系を、湿潤剤のTego wet(0.75重量%)を添加することによって、さらに配合する。TPO基材パネルは、30分間、超音波浴中イソプロパノールで十分に洗浄する。本発明の実施例1〜3の接着促進剤系を、メイヤー(Meyer)ロッドを用いてTPO基材上に適用して、約20μmの厚さ(乾燥前フィルム厚さ)を有するコーティングフィルムを各TPO基材の1つの表面上に形成する。このフィルムを、90℃のオーブン中で15分間乾燥し、次いで、それに、下に記載される様々なトップコートを、メイヤーロッドにより適用して、50μmの厚さ(乾燥前フィルム厚さ)を有するフィルムを形成する。
トップコート1は、溶剤系ベースコート(BCで示す、銀色を有し、約37.0重量%の固形分を有する)であり、メイヤーロッドを用いて適用した(50μmの乾燥前フィルム厚さ)。溶剤の蒸発除去に際して、コーティング層を60℃で30分間乾燥した。次に、クリアコート(CC、固形分52.5重量%)を、メイヤーロッドを用いて適用して(50μmの乾燥前フィルム厚さ)、直ちに、60℃で30分間乾燥した。
トップコート2は、ポリウレタン分散体(PUD)(WB)であり、メイヤーロッドを用いて適用し(50μmの乾燥前フィルム厚さ)、オーブン中60℃で30分間乾燥する。
トップコート3は、アクリル系トップコートであり、これを、メイヤーロッドを用いて適用し(50μmの乾燥前フィルム厚さ)、オーブン中60℃で30分間乾燥する。
コーティングされた試験体の接着性能は、ASTM D 3359−09 Bに従って、クロスハッチ試験により評価し(0は、接着していないことを示し、5Bは優れた接着レベルを示す)、結果を、表3に報告する。
試験法
試験法には以下が含まれる。
無水マレイン酸の濃度は、(フーリエ変換赤外分光法(FTIR)分析による)波数1791cm−1での無水マレイン酸のピーク高さと、ポリマー基準ピークとの比によって求める。無水マレイン酸含有量は、この比に適当な較正定数を掛けることによって計算する。マレイン酸グラフト化ポリオレフィンに用いた式は、次の形を有する。
MAH(重量%)=A*{[FTIRピーク面積@1791cm−1]/[FTIRピーク面積2019cm−1]+B*[FTIRピーク面積@1712cm−1]/[FTIRピーク面積@2019cm−1]} (式1)
較正定数Aは、C13 NMR標準を用いて求めることができる。実際の較正定数は、装置及びポリマーに応じて、僅かに異なり得る。波数1712cm−1での第2の成分は、マレイン酸の存在に起因し、これは、グラフト化直後の材料では無視できる。しかし、経時的に、無水マレイン酸は、湿気の存在下において、容易にマレイン酸に変換される。表面積に応じて、雰囲気条件下に、かなりの加水分解が、ほんの数日間で起こり得る。この酸は、波数1712cm−1に別個のピークを有する。式1における定数Bは、無水物基と酸基の間の消衰係数における違いに対する補正である。
試料調製の手順は、加熱プレスで、150〜180℃で1時間、2枚の保護フィルムの間で、通常0.05から0.15ミリメートルの厚さのプレス品を作製することによって始まる。マイラー(Mylar)及びテフロン(登録商標)は、試料を加圧台から保護するのに適した保護フィルムである。アルミニウム箔は決して用いてはならない(無水マレイン酸はアルミニウムと反応する)。加圧台は、約5分間、圧力(約10トン)下にあるべきである。試料は、室温まで放冷され、適当な試料ホールダーに入れられ、次いで、FTIRでスキャンされる。バックグラウンドスキャンは、各試料スキャンの前に、又は必要な場合に、行われるべきである。試験の精度は、良好であり、±5%未満の固有変動性(inherent variability)を有する。試料は、過度の加水分解を避けるために、乾燥剤と共に保管されるべきである。生成物における湿分含有量は、0.1重量パーセント程度の大きさであると測定された。しかし、無水物の酸への変換は、温度により可逆であるが、完全な変換には1週間を要し得る。変換は、真空オーブン中、150℃で最もよく行われ、十分な真空(30インチHg近く)が必要である。真空が十分でない場合、試料は、酸化する傾向があり、約1740cm−1に赤外ピークを生じ、これは、実際よりも値を低くするであろう。無水マレイン酸及び酸は、それぞれ、約1791及び1712cm−1のピークによって表される。
平均粒径(直径)は、Beckman Coulter LS230粒径分析装置によって、試料デリバリーシステムとしてSmall Volume Moduleを用い、求めた。用いたソフトウェアバージョンは、Version 3.29である。ハードウェア及びソフトウェアは、Beckman Coulter Inc.(マイアミ、フロリダ州)から入手できる。
全ての測定での分析条件として、1.332の流体屈折率、1.5の試料屈折率実部、及び0.0の試料屈折率虚部を用いる。拡張光学モデルは用いない。分極強度差散乱(polarization intensity differential scattering(PIDS))のオプションは、作動させ、粒径の情報を生じるように用いる。平均粒径(直径)は、μmで測定され、報告される。
本発明は、その精神及び本質的属性から逸脱することなく、別の形態で実施され得るので、本発明の範囲を示すものとして、以上の明細書よりも、添付の特許請求の範囲が参照されるべきである。
Figure 0006002662
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Claims (9)

  1. 固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィンであって、ここで、該第1の官能化ポリオレフィンはアミン及びヒドロキシル官能化基からなる群から選択される1以上の官能基を有する第1の官能化ポリオレフィン;
    固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンであって、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他のα−オレフィンとのコポリマーを含み、前記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、前記無水コハク酸置換が官能化ポリマー組成物の5から45重量パーセントの範囲にあり、前記末端コハク酸ホモポリマーおよびコポリマーは、ビニリデン末端ホモポリマーまたはコポリマーへのエン反応により形成される前記第2の官能化ポリオレフィン;
    固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの極性ポリオレフィンからなる群から選択される安定化剤;の
    水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下における、
    溶融混練生成物を含む水性分散体を含む、塩素を含まない接着促進剤系。
  2. 塩素を含まない接着促進剤系の製造方法であって、
    固形分の全重量に対して、少なくとも60重量パーセントの第1の官能化ポリオレフィンであって、アミン及びヒドロキシル官能化基からなる群から選択される1以上の官能基を有する第1の官能化ポリオレフィンを選択するステップ;
    固形分の全重量に対して、0.5から40重量パーセント未満までの第2の官能化ポリオレフィンを選択するステップであって、前記第2の官能化ポリオレフィンが、プロピレンのホモポリマー、又はプロピレンとヘキセン、オクテン及び/若しくは他のα−オレフィンとのコポリマーを含み、前記ホモポリマー又はコポリマーが、ポリプロピレン骨格上に、単一の不飽和、末端無水コハク酸部分、及びさらなる無水コハク酸置換を有し、ここで、前記無水コハク酸置換が官能化ポリマー組成物の5から45重量パーセントの範囲にあり、前記末端コハク酸末端ホモポリマーおよびコポリマーは、ビニリデン末端ホモポリマーまたはコポリマーへのエン反応により形成される、ステップ;
    固形分の全重量に対して、0.1から20重量パーセント未満までの極性ポリオレフィンからなる群から選択される安定化剤を選択するステップ;
    前記第1の官能化ポリオレフィン及び第2の官能化ポリオレフィンを、前記安定化剤、水、及び、任意選択で、1種又は複数の中和剤の存在下において、溶融混練するステップ;及び
    それによって、塩素を含まない接着促進剤系を形成するステップ
    を含む、方法。
  3. 請求項1に記載の塩素を含まない接着促進剤系に由来するフィルムを含む接着層。
  4. 少なくとも1つ又は複数の基材層;
    請求項1に記載の塩素を含まない接着促進剤系に由来するフィルムを含む、少なくとも1つ又は複数の接着層;
    少なくとも1つ又は複数の外側層;
    を含み、
    前記1又はそれ以上の接着層が、前記1つ又は複数の基材層と前記1つ又は複数の外側層との間に配置されている、多層構造体。
  5. 多層構造体の作製方法であって、
    少なくとも1つ又は複数の基材層を選択するステップ;
    請求項1に記載の塩素を含まない接着促進剤系を選択するステップ;
    前記塩素を含まない接着促進剤系を、前記基材層の少なくとも1つの表面に適用するステップ;
    水の少なくとも一部を除去するステップ;
    それによって、前記基材層と結合した接着層を形成するステップ;
    前記接着層上に、少なくとも1つ又は複数の外側層を形成するステップ;及び
    それによって、多層構造体を形成するステップ
    を含む、方法。
  6. 第1の官能化ポリオレフィンが、1重量パーセントから30重量パーセントの範囲の結晶化度、2ジュール/グラムから50ジュール/グラム)の範囲の融解熱、及び25℃から110℃の範囲のDSC融点を有するプロピレン/エチレンコポリマーを含む、請求項1の塩素を含まない接着促進剤系。
  7. 前記塩素を含まない接着促進剤系が、1種又は複数のフィラー、1種又は複数のバインダー、1種又は複数の顔料、1種又は複数のレオロジー調整剤をさらに含む、請求項1の塩素を含まない接着促進剤系。
  8. 請求項1に記載の接着促進剤系を含み、少なくとも1重量パーセントの前記塩素を含まない接着促進剤系を含むコーティング組成物。
  9. 少なくとも1つ又は複数の基材層;
    請求項1に記載の前記塩素を含まない接着促進剤系、並びに、任意選択で、他の成分及び添加剤を含む配合された組成物に由来するフィルムを含む、少なくとも1つ又は複数のコーティング層
    を含む、多層構造体。
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