JP6121995B2 - 熱安定化ポリアミド充填アクリレートポリマーの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、過酸化物硬化性の非晶質ポリアクリレートエラストマー組成物、これらの組成物の製造方法、ならびにそのような組成物から製造される硬化組成物および物品を対象とする。
ポリアクリレートエラストマーは、アルキルアクリレートの共重合によって形成される周知の合成ゴムである。ポリアクリレートエラストマーは、共重合アルキルアクリレート単位、たとえば、メチルアクリレートおよびブチルアクリレートの共重合単位のみを含有するポリアクリレートであってもよい。あるいは、それらは、エチレン、ならびにクロロビニルエーテル、カルボキシル基を含有するモノマー、および/またはエポキシド含有モノマーなどの硬化部位モノマーなどの、追加の共重合モノマーを含有するアルキルアクリレートコポリマーであってもよい。ゴムまたはゴム状物質としても知られる、原料ポリマーは、硬化部位モノマーに依存して、多種多様な硬化剤で硬化させられてもよい。幾つかのアクリレートエラストマーは、硫黄、硫黄供与体、第三級アミン、または第四級アミン塩と組み合わせて、ステアリン酸ナトリウムもしくはカリウムなどの金属石鹸で硬化させられてもよい。エポキシド、イソシアネート、およびポリオールがまた、ある種の場合には使用されてもよい。ポリアミン、特にジアミンは、アミン反応性硬化部位を含むポリアクリレート用の効果的な硬化剤である。これらの硬化剤の中で、ジアミンまたはジアミン発生剤が、生成した硬化ポリマーが改良された耐熱老化性を示すので多くの場合好ましい。ジアミン硬化性ポリアクリレートは一般に、無水物、酸無水物、半エステル無水物、またはエポキシドなどの、少なくとも0.3モル%のアミン反応性硬化部位モノマーを含有する。しかし、あるタイプのポリアクリレートエラストマーは、硬化部位モノマーがまったく存在しないときでさえ、過酸化物硬化性である。ジアミン硬化システムを用いて硬化させられているポリアクリレートエラストマーは一般に、他の利用可能な硬化システムで硬化させられているポリアクリレートエラストマーのそれよりも優れている耐熱老化性を示す。しかし、ジアミン硬化配合物は、最適特性を発現するためには、ポスト硬化工程、たとえば175℃で4時間のポスト硬化を必要とする。過酸化物硬化配合物は有利には、ポスト硬化なしに使用できるか、または最大でも175℃で約30分の短いポスト硬化を必要とする。
アクリレートモノマーの重合単位のみを含むポリアクリレートエラストマーは一般に、過酸化物に対して乏しい硬化応答を示す。これは、アクリレートモノマーの隣接重合単位が、フリーラジカルの存在下でかなりの鎖開裂をもたらす可能性があり、その結果架橋密度の正味増加が低いためである。過酸化物硬化を可能にするために、アクリレートエラストマーは硬化部位モノマーとして機能する不飽和ペンダント基を含まなければならないか、アクリレートエラストマーは少なくとも50モル%のエチレンの共重合単位を含まなければならないかのどちらかである。共重合エチレンモノマー単位は、β−開裂を制限するための重合アクリレートモノマー単位間のスペーサーとして働く。
商業的に入手可能なアクリレートエラストマーの例としては、E.I.du Pont de Nemours and Companyによって製造されるVamac(登録商標)エチレンアクリルエラストマー、およびZeon Chemicals L.P.によって製造される、HyTemp(登録商標)エラストマーが挙げられる。
それらの優れた耐油性を考慮して、ポリアクリレートエラストマーは、自動車ブーツ、点火ケーブル外被およびホースなどの、自動車部品の製造に幅広く使用されている。
耐熱老化性は、ボンネット下自動車用途に使用されるゴム部品、たとえば、ホース、ガスケット、およびシールにおける特に望ましい特性である。そのような部品は、定期的に数時間の期間180℃を超える温度に曝される可能性があるので、酸化脆化による物理的特性の劣化が起こり得る。ポリアクリレートゴムにおいて、ポリアクリレートゴム物品の伸展性の低下ならびに硬度および弾性率の増加が多くの場合生じる。そのような効果は、たとえば、Zeon Chemicals L.P.,HyTemp(登録商標)Technical Manual,Rev.2009−1,p.59(2009)に開示されている。ポリアクリレートゴムの耐熱老化性を高めるための方法は、モノマー比などのポリマー骨格中の共重合単位を含むモノマータイプの巧みな操作によってポリマーの酸化安定性を増加させようとする試みを伴ってきた。理論的には、そのような変更は、増加した安定性を示す変性ポリマー構造を提供することができる。より効果的な酸化防止剤がまた探し求められている。しかし、ポリアクリレートエラストマーの耐熱性を向上させることが依然として必要とされている。
充填材の存在がエラストマーの高温安定性に悪影響を及ぼし得ることは知られているが、エラストマー調合物(当該技術分野ではエラストマー配合物とも言われる)中の充填材の存在は一般に、硬化(すなわち、架橋)組成物および硬化組成物を含む物品における引張強度および弾性率などのある種の物理的特性の強化および発展のために必要である。カーボンブラックは、その優れた強化特性および低コストのために最も広く使用される充填材である。アクリレートエラストマーに一般に使用される充填材の他の例としては、アルミナ水和物、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、ケイ酸マグネシウム、カオリン粘土、およびシリカが挙げられる。すべてのこれらの充填材は、硬化アクリレートエラストマー組成物およびそれらを含む物品の熱老化に悪影響を及ぼす。
充填材は、ポリマー−充填材界面への酸素の輸送を容易にすることによってポリアクリレートエラストマーの熱老化を加速すると仮定されている。これは、酸化反応によるそのような場所でのフリーラジカルの形成速度の増加につながる。このようにして発生したフリーラジカルは、架橋反応を促進し、それによってエラストマーの最終的脆化をもたらす。N330およびN550などのカーボンブラックの強化銘柄は、それらが空気を輸送することができる細孔を含有するので、酸素の輸送を容易にするのに特に効果的である。しかし、無孔充填材でさえも、固体充填材粒子とエラストマーとの間に界面領域を生み出す。少ないポリマー鎖がそのような界面領域に存在し、その結果として空気の拡散が高められる。したがって、空気へのエラストマーの暴露は一般に、非充填エラストマー組成物と比較してすべての充填エラストマーにおいて増加する。
充填材の強化力、たとえば、Shore A硬度を増加させる充填材の能力が増加するにつれて、熱風老化の有害効果に対するアクリレートエラストマーの抵抗を低くする当該充填材の傾向もまた増加する。そのような効果は、Noxtite ACM(basic)という表題の刊行物、2007年1月、pp.56−57にUnimatec Chemicals Germanyによって様々なカーボンブラック種類について開示されている。硬化した充填エラストマーにおける耐圧縮永久歪み性および引張破断伸びなどの良好な弾性特性の達成を可能にする、かつ、充填材強化(すなわち、高い引張強度、弾性率およびShore A硬度)の利点をさらに提供するが、高温(すなわち、160℃以上)で酸化劣化を促進しない代替充填材を利用可能にすることが望ましいであろう。
充填材としてのポリアミドの使用によって、優れた耐熱老化性を示す、高い硬度、強度、および弾性の硬化アクリレートエラストマー組成物を製造することが可能であることが今回見いだされた。
多数のアクリレートゴム−ポリアミドブレンド組成物が先行技術において開示されている。たとえば、未硬化アクリレートエラストマー(すなわち、ゴム)をポリアミドに加えて強靱化熱可塑性組成物を形成することは公知である。米国特許第4,174,358号明細書は、ポリアミドのための強靱化添加物として、様々な未硬化アクリレートエラストマーまたはエチレン/メチルアクリレート/モノエチルマレエート/エチレンジメタクリレートテトラポリマーもしくはエチレン/メチルアクリレート/モノエチルマレエートターポリマーのアイオノマーなどの、95モルパーセント以下のエチレンを含むエチレンベースの熱可塑性物質の使用を開示している。そのような組成物中のポリアミド成分は、連続マトリックスを占め、未硬化アクリレートエラストマーは少ない添加物である。米国特許第5,070,145号明細書は、ポリアミドと、ジカルボン酸無水物および任意選択的にアルキル(メタ)アクリレートの単位を含むエチレンコポリマーとの熱可塑性ブレンドを開示している。米国特許第7,544,757号明細書は、エチレン−アルキルアクリレートポリマーのブレンドが、強靱化ポリアミド組成物を製造するためにポリアミドに30重量%以下のレベルでブレンドされてもよいことを開示している。
未硬化エチレンアクリルエラストマー、ポリアミドおよび粉末金属のブレンドが特開2001−1191387号公報に開示されている。
米国特許第3,965,055号明細書は、ゴムと2重量%〜10重量%の結晶性繊維形成性熱可塑性樹脂とのブレンドから製造される加硫物であって、この熱可塑性樹脂が、2よりも大きい長さ対直径比で断面0.5ミクロン以下の粒子でのゴム成分中に分散されている加硫物を開示している。熱可塑性樹脂粒子の高いアスペクト比は、空隙形成なしに無加圧硬化を可能にする。
特開平10−251452号公報は、水素化ニトリルゴム(HNBR)マトリックス中のポリアミド粒子の分散系であって、エチレンコポリマーまたはアクリレートエラストマーであってもよい相溶化ポリマーがまた存在する分散系を開示している。相溶化ポリマーは、このアクリレートエラストマーが連続相を形成するのを防止するHNBRおよびポリアミドとの混合中に金属酸化物によってイオン架橋される。HNBR成分は次に、過酸化物でまたは硫黄で硬化させられる。
米国特許第6,133,375号明細書は、熱可塑性物質がゴム相に分散している官能化ゴムと熱可塑性樹脂とのブレンドを開示している。ゴム用の硬化剤の添加後に、組成物は、加硫品を製造するために架橋させられる。開示されている官能化ゴムの例としては、ニトリル−ブタジエンなどのアクリルゴム、および水素化ニトリル−ブタジエン、エピクロロヒドリン、およびカルボキシル化ニトリル−ブタジエンゴムなどの、反応基がグラフトされているゴムが挙げられる。開示されている熱可塑性樹脂としては、ポリエーテルエステルブロックコポリマー、ポリウレタン、ポリアミド、ポリアミドエーテルまたはエステルブロックコポリマー、およびポリアミドとポリオレフィンとの混合物が挙げられる。後者の場合には、グラフトされたまたは共重合した無水マレイン酸、グリシジルメタシレート、または(メタ)アクリル酸を含むエチレン−アルキルアクリレートコポリマーが、ポリアミド−ポリオレフィンブレンドを相溶化するために使用されてもよい。
米国特許第4,694,042号明細書は、ポリアミドと架橋エラストマーポリアクリレートコアシェルポリマーとの凝集性相を含有するエラストマー熱可塑性成形材料を開示している。
米国特許第4,275,180号明細書は、熱可塑性ポリマーのアクリレートゴムとのブレンドであって、放射線または過酸化物によって架橋させられるかまたは架橋可能であるブレンドを開示している。充填材は、組成物の40重量%以下の量で使用されてもよい。
米国特許出願公開第2006/0004147号明細書は、エラストマー、たとえば、アクリレートエラストマーの、ポリアミドなどの熱可塑性ポリマーとのブレンドであって、両ポリマーがフリーラジカルによって、たとえば、電子ビーム放射線によって結合させられ、架橋させられるブレンドを開示している。この組成物は、分散架橋エラストマー粒子とともに熱可塑性樹脂の連続相、または最初は熱可塑性であったものの分散架橋粒子とともに連続架橋エラストマー相を含んでもよい。
米国特許第8,142,316号明細書は、動力伝達ベルトでの使用のためのエラストマーと熱可塑性樹脂との硬化ブレンドを開示している。このエラストマーは、エチレンアクリルエラストマーであってもよく、この熱可塑性樹脂はポリアミドであってもよい。エチレンアクリルエラストマーは、アミン硬化性であると言及されておらず、フリーラジカル硬化剤が引用されているにすぎない。フリーラジカル硬化剤が硬化剤として開示されている。
ポリアミドマトリックス連続相および離散粒子の形態で存在する硬化アクリレートゴム相を有する動的硬化熱可塑性組成物を形成することもまた公知である。ポリアミドとイオン架橋エチレンアクリルゴムとのブレンドを含む熱可塑性エラストマー組成物が米国特許第4,310,638号明細書に開示されている。米国特許第5,591,798号明細書および同第5,777,033号明細書は、ポリアミド樹脂と共有結合架橋アクリレートゴムとのブレンドを含む熱可塑性エラストマー組成物を開示している。
米国特許第7,608,216号明細書および米国特許出願公開第2006/0100368号明細書は、未硬化の熱硬化性エラストマー、たとえば、アクリレートエラストマーを、熱可塑性ポリマーまたは別の未硬化(ゴム)エラストマーと混ぜることによって製造される組成物を開示している。分別硬化、部分動的加硫、または高性能強化充填材の使用などの技術が、未硬化または部分硬化配合物の生強度を増加させるために開示されている。混合組成物は、その後エラストマー成分用の硬化剤で架橋させられてもよい。
Zeon Chemicals L.P.,HyTemp(登録商標)Technical Manual,Rev.2009−1,p.46(2009)に開示されているポリアクリレートゴム−ポリアミドブレンド組成物は、プラスチックの衝撃強度を向上させると言われている。それらはまた、熱可塑性エラストマーを製造するために使用されてもよい。
個別のポリアミド粒子の分散系が連続ポリアクリレートエラストマーマトリックス中の従来の微粒子強化材のすべてまたは一部と置き換わる場合に、得られた組成物は、過酸化物で硬化させられるときに、熱老化中の脆化に対して高められた抵抗を示すことが今回見いだされた。さらに、そのような組成物は、従来の強化充填材を含有する組成物を特徴づける、優れた引張強度、弾性率、硬度、ならびに圧縮永久歪みおよび破断点伸びなどの弾性特性を維持する。
本発明は、
A.1.ポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単
Figure 0006121995
(式中、Rは、HまたはC〜C10アルキルであり、Rは、C〜C12アルキル、C〜C20アルコキシアルキル、C〜C12シアノアルキル、またはC〜C12フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物であって、
i)ポリマーブレンド組成物がASTM D6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有し、ii)1つまたは複数のポリアミドがポリマーブレンド組成物中に不連続相として存在し、そしてiii)1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、ポリマーブレンド組成物中の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている
ポリマーブレンド組成物と;
B.過酸化物硬化剤と
を含む硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を対象とする。
本発明はまた、
A.1.該ポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
Figure 0006121995
(式中、Rは、HまたはC〜C10アルキルであり、Rは、C〜C12アルキル、C〜C20アルコキシアルキル、C〜C12シアノアルキル、またはC〜C12フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物を提供する工程であって、
1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、ポリマーブレンド組成物中の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている
工程と;
B.ポリマーブレンド組成物を、1つまたは複数のポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で混合して1つまたは複数のポリアミドを1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマー内に分散させ、それによってポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する工程と;
C.ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下の温度に冷却する工程と
を含む、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物の製造方法であって、
i)ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物が連続非晶質アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相を含み、そしてii)ASTM D 6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有する
製造方法を対象とする。
本発明はさらに、上記の方法で製造されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を提供する工程と、過酸化物および任意選択的に架橋助剤を含む過酸化物硬化剤を、硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成するために1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下の温度でポリアミド充填アクリレートポリマー組成物に加える工程とを含む硬化性アクリレートエラストマー組成物の製造方法を対象とする。
本発明はさらに、
A.1.a.a)該ポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
Figure 0006121995
(式中、Rは、HまたはC〜C10アルキルであり、Rは、C〜C12アルキル、C〜C20アルコキシアルキル、C〜C12シアノアルキル、またはC〜C12フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
b.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物を提供する工程であって、
1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、ポリマーブレンド中の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている
工程と;
2.ポリマーブレンド組成物を、1つまたは複数のポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で混合して1つまたは複数のポリアミドを1つまたは複数のアクリレートポリマー内に分散させ、それによってポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する工程と;
3.ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下の温度に冷却し、それによってi)連続非晶質アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相を含み、そしてii)ASTM D 6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有するアクリレートポリマー組成物を形成する工程と
を含むプロセスによって製造されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を提供する工程と;
B.過酸化物および任意選択的に架橋助剤を含む硬化剤を、冷却されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物に加えて硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する工程と;
C.硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、非晶質アクリレートポリマーを架橋させるのに十分な時間少なくとも100℃の温度に曝し、それによって硬化ポリアミド充填アクリレートエラストマーを形成する工程と
を含むアクリレートエラストマー組成物の製造方法であって、
硬化ポリアミド充填アクリレートエラストマーが、ASTM D 2240−06(1秒読み取り)に従って測定される、少なくとも40のShore(ショア)A硬度を有し、そして連続非晶質アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相を含む
製造方法を対象とする。
本発明はさらに、
A.1.非晶質アクリレートポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
Figure 0006121995
(式中、Rは、HまたはC〜C10アルキルであり、Rは、C〜C12アルキル、C〜C20アルコキシアルキル、C〜C12シアノアルキル、またはC〜C12フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する5〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物であって、
i)1つまたは複数のポリアミドがポリマーブレンド組成物中に不連続相として存在し、そしてii)1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、ポリマーブレンド組成物中の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている
ポリマーブレンド組成物と;
B.過酸化物硬化剤と;
C.同一組成であるが、強化充填材が不在のものである対照組成物のShore A硬度と比べて約20ポイント以下の硬化アクリレートポリマー組成物のShore A硬度の増加をもたらす量で硬化性アクリレートポリマー組成物中に存在する、強化充填材と
から本質的になる硬化性アクリレートポリマー組成物であって、i)硬化性アクリレートポリマー組成物および対照組成物が1mm〜2.5mm厚さの試験検体へ成形され、試験検体が少なくとも10MPaの圧力で密閉金型中で10分間175℃の温度への暴露によって硬化させられ、ii)硬化アクリレートポリマー組成物および硬化対照組成物のShore A硬度がASTM D 2240−06(1秒読み取り)に従って測定され、そしてiii)硬化アクリレートポリマー組成物が40よりも大きいShore A硬度を有する
組成物を対象とする。
本発明は、過酸化物硬化システムで硬化させられたときに、熱老化中の物理的特性損失に対する改良された耐性を示す、アクリレートポリマーとポリアミドとのブレンドを含む組成物を対象とする。本発明はまた、アクリレートポリマー/ポリアミドブレンド組成物の製造方法、硬化性アクリレートポリマー/ポリアミドブレンド組成物の製造方法および硬化性アクリレートポリマー/ポリアミドブレンド組成物からのエラストマーの製造方法を対象とする。
アクリレートポリマーが連続相を形成し、そしてポリアミドが不連続相を形成するように、ポリアミド粒子が硬化性の非晶質アクリレートポリマー(アクリレートコポリマーゴム状物質としても知られる)中のカーボンブラックおよび従来の強化無機充填材と大部分置き換わったときに、得られた組成物は、硬化させられたときに、物理的特性の意外な向上を示すことが見いだされた。すなわち、架橋または加硫とも一般に言われる、硬化プロセスは、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、カーボンブラックまたは他の強化充填材を含むアクリレートポリマーエラストマーと比較して改良された耐熱老化性を示すアクリレートポリマーエラストマー組成物に変換する。
用語「強化」は、同様に架橋した、しかし非充填のアクリレートポリマーゴム状物質と比べて、硬化(すなわち、架橋)組成物の硬度および引張強度の増加を意味する。特に、40未満のShore A硬度(ASTM D2240−06、1秒読み取り)を有する架橋アクリレートポリマーエラストマー組成物は、大多数のアクリレートコポリマーエラストマー用途にとってソフトすぎ、それ故不十分に強化されていると見なされてもよい。4MPa未満の引張強度(ASTM D412−06、ダイC)を有する架橋アクリレートポリマー組成物は、大多数のアクリレートポリマーエラストマー用途にとって弱すぎ、それ故不十分に強化されていると見なされてもよい。
本発明の一実施形態は、ポリマーブレンド組成物と過酸化物硬化剤とを含む硬化性アクリレートポリマー組成物である。ポリマーブレンド組成物は、ASTM D6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有することで特徴づけられる。
ポリマーブレンド組成物は、2つのポリマー、アクリレートポリマーおよびポリアミドを含む。ポリマーブレンドは本明細書では、ポリアミド充填アクリレートポリマーと言われる。本発明の硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物のアクリレートポリマー成分は、1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーを含む。
本発明の方法によって形成される硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物のアクリレートポリマー成分は、1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーを含む。
用語非晶質は、アクリレートポリマーに関して本明細書で用いられるところでは、応力を受けない状態において室温で結晶性構造をほとんどまたはまったく示さないポリマーを意味する。非晶質とは、アクリレートポリマーがASTM D3418−08に従って測定される4J/g未満の融解熱を有することを意味する。
本明細書で用いるところでは、用語「コポリマー」は2つ以上のコモノマーの共重合によって生じる共重合単位を含むポリマーを意味する。これに関連して、コポリマーは、その成分コモノマーにまたはその成分コモノマーの量に関して、たとえば、「エチレン、メチルアクリレートおよび3重量%のマレイン酸のモノエチルエステルを含むコポリマー」、または類似の記載で本明細書では記載されてもよい。そのような記載は、共重合単位としてのコモノマーに言及していないという点において;コポリマーについての従来の命名法、たとえば、国際純正応用化学連合(International Union of Pure and Applied Chemistry(IUPAC))命名法を含まないという点において;それがプロダクト・バイ・プロセス専門用語を用いていないという点において;または別の理由から非公式と考えられてもよい。しかし、本明細書で用いるところでは、その成分コモノマーにまたはその成分コモノマーの量に関してのコポリマーの記載は、コポリマーが、述べられたコモノマーの共重合単位を(言及されるときには指定の量で)含有することを意味する。当然の帰結として、コポリマーは、そのようであると限定状況で明確に述べられない限り、特定の量で所与のコモノマーを含有する反応混合物の生成物ではないということになる。
本明細書に記載される本発明の実施に有用な非晶質アクリレートポリマーは、プロペン酸のアルキルエステルおよび/またはアルコキシアルキルエステルの重合単位を含む。そのようなエステルの例としては、アルキルアクリレート、およびアルコキシアルキルアクリレートならびにプロペン酸がC〜C10アルキル基で置換されている化学種が挙げられる。そのような化学種の例としては、アルキルメタクリレート、アルキルエタクリレート、アルキルプロパクリレート、およびアルキルヘキサクリレート、アルコキシアルキルメタクリレート、アルコキシアルキルエタクリレート、アルコキシアルキルプロパクリレートおよびアルコキシアルキルヘキサクリレートが挙げられる。さらに、プロペン酸エステルのアルキルエステル基は、シアノ基または1つまたは複数のフッ素原子で置換されていてもよい。すなわち、エステル基は、C〜C12シアノアルキル基またはC〜C12フルオロアルキル基であろう。アクリレートポリマーはまた、アルキルエステルおよび/またはアルコキシアルキルエステルの2つ以上の化学種、たとえば、2つのアルキルアクリレートの共重合単位を含んでもよい。
プロペン酸および置換プロペン酸のアルキルおよびアルコキシアルキルエステルは好ましくは、アクリル酸もしくはメタクリル酸のC〜C12アルキルエステルまたはアクリル酸もしくはメタクリル酸のC〜C20アルコキシアルキルエステルである。そのようなエステルの例としては、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、2−エチルヘキシルアクリレート、2−メトキシエチルアクリレート、2−エトキシエチルアクリレート、2−(n−プロポキシ)エチルアクリレート、2−(n−ブトキシ)エチルアクリレート、3−メトキシプロピルアクリレートおよび3−エトキシプロピルアクリレートが挙げられる。C〜C12シアノアルキルおよびフルオロアルキル基を含有するエステルの例としては、シアノメチルアクリレート、1−シアノエチルアクリレート、2−シアノプロピルアクリレート、3−シアノプロピルアクリレート、4−シアノブチルアクリレート、1,1−ジヒドロパーフルオロエチルメタクリレート、1,1−ジヒドロパーフルオロエチルアクリレート、1,1−ジヒドロパーフルオロプロピルメタクリレート、1,1−ジヒドロパーフルオロプロピルアクリレート、ならびに1,1,5−トリヒドロパーフルオロヘキシル(メタ)アクリレート、および1,1,5−トリヒドロパーフルオロヘキシルメタクリレートが挙げられる。好ましくは、エステル基はC〜Cアルキル基を含むであろう。より好ましくは、エステル基はC〜Cアルキル基を含むであろう。特に有用なアルキルアクリレートエステルはメチルアクリレート、エチルアクリレートおよびブチルアクリレートである。特に有用なアルキルメタクリレートエステルはメチルメタクリレートである。エテニルアセテートまたは3−ブテニルアセテートなどの少量の不飽和アセテートが、本発明の範囲から逸脱することなく本ポリマーへ組み込まれてもよい。少量とは、アクリレートポリマーの重量を基準として、1重量%未満を意味する。
アクリレートポリマー中のコモノマー単位を構成するエステルは、式
Figure 0006121995
(式中、RはHまたはC〜C10アルキルであり、RはC〜C12アルキル、C〜C20アルコキシアルキル、C〜C12シアノアルキル、またはC〜C12フルオロアルキルである)
で一般に表されてもよい。
ある種の実施形態においては、アクリレートポリマーは、2つ以上のアクリレートコモノマーの共重合から誘導されるポリマーであってもよい。そのようなアクリレートポリマーの例としては、メチルアクリレートとブチルアクリレートとのコポリマーおよびメチルアクリレートと、ブチルアクリレートと1,4−ブテン二酸のモノエチルエステルとのコポリマーが挙げられる。
アクリレートポリマー中に存在するプロペン酸エステルコモノマーの濃度は、ポリマーの重量を基準として、少なくとも50重量パーセントであろう。好ましくは、この濃度は少なくとも55重量パーセント、より好ましくは少なくとも60重量パーセントであろう。プロペン酸エステルの濃度が50重量%よりも下である場合には、たとえば、エチレンアクリレートエステルコポリマーであるアクリレートポリマーにおいては、幾らかの結晶性が存在するであろう可能性が高い。さらに、エチレンなどの非極性モノマーの高い含有率は、アクリレートポリマーポリマーのナイロンとの相溶性を低下させ、それ故強化は減少するであろう。
ポリマーはさらに、任意の量で共重合硬化部位モノマーを含んでもよい。たとえば、アクリレートポリマーは、1,4−ブタジエン、1,6−ヘキサジエン、エチリデンノルボルネンなどのジエン硬化部位モノマーを含んでもよい。共重合ジエン硬化部位モノマーが存在しない場合には、アクリレートポリマーは、過酸化物硬化性を与えるために少なくとも50モル%のエチレンを含まなければならない。
アクリレートポリマーが、過酸化物硬化剤を含む硬化性組成物を形成するために使用される、ある種の実施形態においては、アクリレートポリマーは好ましくは、不飽和カルボン酸、不飽和カルボン酸の無水物、不飽和エポキシドおよびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択されるアミン反応性硬化部位コモノマー単位を実質的に含まないであろう。実質的に含まないとは、そのようなポリマーが、0.3モル%未満のアミン反応性硬化部位コモノマー単位を含むであろうことを意味する。ある種の実施形態においては、これらのコモノマーは、過酸化物硬化性組成物を形成するために使用されるアクリレートポリマー中に約0.03〜0.3モル%の範囲内で存在するであろう。2つ以上の非晶質アクリレートポリマーが硬化性組成物中に存在するとき、約0.03〜0.3モル%の範囲のアミン反応性硬化部位は、個々のアクリレートポリマー中のモルパーセント硬化部位の重量平均に適用される。カルボン酸、酸無水物またはエポキシド硬化部位は過酸化物硬化を阻害し得るおよび/または耐圧縮永久歪み性の低下をもたらし得るが、これらの部分はまた、ポリアミド粒子とアクリレートエラストマー連続相との間の接着性を向上させる。ポリアミドとポリアクリレート相との間の接着性の向上は、硬化配合物において向上した引張特性および圧縮永久歪み特性をもたらす。その結果として、そのようなコモノマーを含むアクリレートポリマーは、本明細書に記載される過酸化物硬化性組成物を形成するという目的のために限定された量で好ましいものであり得る。高レベルの(すなわち、0.3モル%よりも多い)カルボン酸、酸無水物、またはエポキシドの悪影響は、これらの基が、たとえば、アミンまたはエポキシドとの反応によって、過酸化物硬化工程の前に消費される場合には低減または排除され得る。さらに、塩素化硬化部位は、炭素−塩素結合がポリアミドの溶融加工温度(160℃よりも高い)で不安定であり、分解生成物が有毒であるかまたはポリアミドもしくはアクリレートポリマーを損傷する可能性があるので一般に望ましくない。そのような硬化部位はまた存在しないこと、またはアクリレートポリマーは0.3モル%未満のこれらの硬化部位モノマーを含むことが好ましい。これらの硬化部位の有害効果は、様々な方法によって抑えられてもよいが、追加の複雑性および技術的努力が必要とされる。
いくつかの実施形態においては、本発明の実施に有用なアクリレートポリマーはまた、追加のコモノマー、たとえば、エチレンおよびプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンなどの他のオレフィンの共重合単位を含むであろう。このオレフィンは、アクリレートポリマーの重量を基準として、50重量%未満、より好ましくは45重量%未満、最も好ましくは約40重量%以下の濃度で存在するであろう。
金属石鹸/硫黄供与体または金属石鹸/アミン硬化システムによる硬化を可能にする硬化部位モノマーがポリアクリレートエラストマー中に存在してもよいが、それらは過酸化物硬化を妨げるので、好ましくは存在しない。
アルキルアクリレートダイポリマーゴムは、本明細書に記載される方法での使用のための特に好適なアクリレートポリマーである。そのようなゴムの例は、DuPont Performance Elastomers L.L.C.から入手可能な、Vamac(登録商標)DPアクリルエラストマーである。
本発明の実施に有用なアクリレートポリマーは、フリーラジカル反応に関与することができる重合モノマー単位がポリマー鎖中に存在するために、硬化性である、すなわち、架橋性である。過酸化物硬化剤は、高温条件下に、たとえば、100℃よりも上の温度でフリーラジカルポリマー化学種を形成することによって機能する。これらの化学種は反応してポリマー分子間に直接にか、N、N’−(m−フェニレン)ジマレイミドなどの、多官能性架橋助剤との反応によって間接的にかのどちらかで鎖間架橋を形成する。
本発明の方法による硬化性ポリアミド強化アクリレートポリマー組成物を製造するために使用されるアクリレートポリマーは、硬化性ゴムであり、すなわち、それらは実質的に未硬化のゴムであり、ポリアミドとのブレンディング後に過酸化物硬化システムによって架橋に向けての反応性を保持している。実質的に未硬化のとは、ブレンドされていないゴムが成形または押出によって完成品へ造形されるのに十分に低い粘度を有することを意味する。好ましくは、未硬化ポリアクリレートゴムのMooney粘度(ASTM D1646、100℃でのML 1+4)は120未満、より好ましくは80未満、最も好ましくは40未満である。架橋に向けての反応性を保持しているとは、成形品または押出品の製造を意図される硬化性組成物(すなわち、アクリレートポリマー、ポリアミドおよび硬化剤を含む組成物)が、移動ダイレオメーター(15分間190℃で0.5度アークで動作する、Alpha Technologies製のMDR 2000または等価品)で試験されるときに少なくとも2.5dN−m、より好ましくは少なくとも4dN−m、最も好ましくは5.5dN−m超のトルクの増加を示すことを意味する。
本アクリレートポリマーは、結晶性熱可塑性樹脂よりもむしろ、非晶質ポリマーである。すなわち、本アクリレートポリマーの結晶化度は一般に、ASTM D3418によって測定される4J/g未満、好ましくは2J/g未満、最も好ましくは約0J/gであろう。
このタイプのアクリレートポリマーは、たとえば、米国特許第3,904,588号明細書、同第4,520,183号明細書、同第6,156,849号明細書、および同第7,402,631号明細書に記載されている手順に従って製造されてもよい。
本明細書に記載される硬化性アクリレートポリマー組成物の一成分を含むポリマーブレンド組成物は、ASTM D3418−08に従って測定される少なくとも約160℃の溶融ピーク温度を有する1つまたは複数のポリアミドを含む。好ましくはポリアミドは、アクリレートエラストマーの硬化温度で固体であり、硬化温度が溶融ピーク温度未満であることを意味する。理論に制約されることなく、ポリアミドが硬化温度で固体ではないとき、硬化剤はポリアミド中へ容易に拡散し、ブレンドが硬化するのを困難にする。ポリアミド樹脂は、当該技術分野において周知であり、少なくとも5,000の重量平均分子量を有するそれらの半結晶性樹脂を包含し、ナイロンと一般に言われるそれらの組成物を含む。このように、本発明の実施に有用なポリアミド成分としては、ナイロン6、ナイロン7、ナイロン6/6、ナイロン6/10、ナイロン6/12、ナイロン11、ナイロン12、芳香族モノマーを含むポリアミド、およびポリ(アミド6−b−エチレンオキシド)などのポリアミドおよびポリアミド樹脂が挙げられる。樹脂は、ナノ粒子を含む、あらゆる形状またはサイズのペレットおよび粒子などの、あらゆる物理的形状にあってもよい。
ポリアミド樹脂の粘度は、本発明の目標を満たしながら広く変わることができる。ポリアミドがアクリレートエラストマーの連続相内に分散された状態になることを確実にするために、ポリアミドは、25℃の試験温度で96重量%硫酸を溶媒として使用して、ASTM D2857−95に従って測定される、0.9dL/gよりも大きい、より好ましくは1.1dL/gよりも大きい、最も好ましくは1.3dL/gよりも大きい固有粘度を有することが望ましい。
一般に、アクリレートポリマーブレンド中のポリアミドの濃度が増加するにつれて、より高い固有粘度のポリアミドの使用がより望ましくなる。ある種の実施形態においては、約60ミリ当量/Kg以上の、高含有率のアミン末端基のポリアミドが望ましいものであり得、かつ約0.89dL/gの固有粘度の低粘度ポリアミドの使用を可能にする。そのような高アミン末端基含有率は、ポリアミドをアクリレートゴム中に分散させるのに役立ち得るアクリレートゴムに存在するアミン活性硬化部位とポリアミドアミン末端基との間のグラフト反応をもたらす。しかし、幾つかの場合には、そのような高アミン含有率ポリアミドの使用は、ポリアミドとの溶融混合中にアクリレートゴムのゲル化をもたらし、その後の処理をより困難にし得る。アクリレートエラストマーのゲル化は、アクリレートコポリマー中のポリアミドの濃度が増加するにつれてより問題となる。
ポリアミド樹脂は、ジアミンが4〜14個の炭素原子を含有する、等モル量の、4〜12個の炭素原子を含有する飽和ジカルボン酸とジアミンとの縮重合によって製造することができる。アクリレートゴムとナイロンとの間の接着を促進するために、好ましくはポリアミドは、幾らかのアミン末端基を含有するであろう。二酸とジアミンとから重合されたポリアミド型は、2つのアミン基を有する幾らかの分子を含有し得る。そのような場合には、ポリアミドとアクリレートゴムとのある種の組み合わせは、押出加工性が危うくなった組成物を生成するようにわずかに架橋またはゲル化し得る。ナイロン6などの開環重合反応によって製造されるポリアミド型、またはナイロン7もしくは11などのアミノカルボン酸を専らベースとするものは、それらがアクリレートゴムとのブレンディング中に架橋する可能性を回避するので最も好ましい。そのようなポリアミド型は、それぞれ最大でも1つのアミノ基を持った分子を含有する。
ポリアミドの例としては、ポリヘキサメチレンアジパミド(66ナイロン)、ポリヘキサメチレンアゼラアミド(69ナイロン)、ポリヘキサメチレンセバカミド(610ナイロン)およびポリヘキサメチレンドデカノアミド(612ナイロン)、ラクタムの開環によって製造されるポリアミド、すなわち、ポリカプロラクタム、ポリラウリックラクタム、ポリ−11−アミノウンデカン酸、およびビス(パラアミノシクロヘキシル)メタンドデカノアミドが挙げられる。上のポリマーの2つの共重合または上のポリマーもしくはそれらの成分の三元重合によって製造されたポリアミド、たとえば、アジピン、イソフタル酸ヘキサメチレンジアミンコポリマーを使用することもまた可能である。
典型的には、ポリアミドは、1つまたは複数のジカルボン酸および1つまたは複数のジアミン、および/または1つまたは複数のアミノカルボン酸の縮合生成物、および/または1つまたは複数の環状ラクタムの開環重合生成物である。ポリアミドは、完全に脂肪族であっても半芳香族であってもよい。
本発明の実施に有用な完全に脂肪族のポリアミドは、ジアミン、ジカルボン酸、ラクタム、アミノカルボン酸、およびそれらの反応性等価物などの脂肪族および脂環式モノマーから形成される。好適なアミノカルボン酸は11−アミノドデカン酸である。好適なラクタムはカプロラクタムおよびラウロラクタムである。本発明との関連で、用語「完全に脂肪族のポリアミド」はまた、2つ以上のそのようなモノマーから誘導されるコポリマーおよび2つ以上の完全に脂肪族のポリアミドのブレンドを意味する。線状、分岐、および環状モノマーが使用されてもよい。
完全に脂肪族のポリアミドに含まれるカルボン酸モノマーとしては、たとえば、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、デカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、テトラデカン二酸、およびペンタデカン二酸などの脂肪族カルボン酸が挙げられるが、それらに限定されない。ジアミンは、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、2−エチルテトラメチレンジアミン、2−メチルオクタメチレンジアミン;トリメチルヘキサメチレンジアミン、メタ−キシリレンジアミン、および/またはそれらの混合物などの、しかしそれらに限定されない、4個またはそれ以上の炭素原子を有するジアミンから選ぶことができる。
半芳香族ポリアミドもまた、本発明での使用に好適である。そのようなポリアミドは、芳香族基を含有するモノマーから形成されるホモポリマー、ダイポリマー、テルポリマーまたはより高次のポリマーである。1つまたは複数の芳香族カルボン酸は、テレフタル酸またはテレフタル酸の、イソフタル酸、フタル酸、2−メチルテレフタル酸およびナフタル酸などの、1つまたは複数の他のカルボン酸との混合物であってもよい。さらに、1つまたは複数の芳香族カルボン酸は、1つまたは複数の脂肪族ジカルボン酸と混合されてもよい。あるいは、メタ−キシリレンジアミンなどの芳香族ジアミンを、半芳香族ポリアミドを提供するために使用することができ、その例は、メタ−キシリレンジアミンとアジピン酸とを含むホモポリマーである。
好ましいポリアミドはホモポリマーまたはコポリマーであり、ここで、用語コポリマーは、2つ以上のアミドおよび/またはジアミド分子繰り返し単位を有するポリアミドを意味する。
ポリアミド成分は、少なくとも約160℃よりも上だが210℃未満の溶融温度を有し、そして脂肪族もしくは半芳香族ポリアミド、たとえば、ポリ(ペンタメチレンデカンジアミド)、ポリ(ペンタメチレンドデカンジアミド)、ポリ(ε−カプロラクタム/ヘキサメチレンヘキサンジアミド)、ポリ(ε−カプロラクタム/ヘキサメチレンデカンジアミド)、ポリ(12−アミノドデカンアミド)、ポリ(12−アミノドデカンアミド/テトラメチレンテレフタルアミド)、およびポリ(ドデカメチレンドデカンジアミド)を含むグループIポリアミド;少なくとも210℃の溶融温度を有し、そしてポリ(テトラメチレンヘキサンジアミド)、ポリ(ε−カプロラクタム)、ポリ(ヘキサメチレンヘキサンジアミド)、ポリ(ヘキサメチレンドデカンジアミド)、およびポリ(ヘキサメチレンテトラデカンジアミド)からなる群から選択される脂肪族ポリアミドを含むグループ(II)ポリアミド;少なくとも210℃の溶融温度を有し、そして(i)8〜20個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミンからなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する約20〜約35モルパーセントの半芳香族繰り返し単位と;6〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する前記脂肪族ジアミン;ならびに4〜20個の炭素原子を有するラクタムおよび/またはアミノカルボン酸からなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する約65〜約80モルパーセントの脂肪族繰り返し単位とを含むグループ(III)ポリアミド;8〜20個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミンからなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する約50〜約95モルパーセントの半芳香族繰り返し単位と;6〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する前記脂肪族ジアミン;ならびに4〜20個の炭素原子を有するラクタムおよび/またはアミノカルボン酸からなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する約5〜約50モルパーセントの脂肪族繰り返し単位とを含むグループ(IV)ポリアミド;少なくとも260℃の溶融温度を有し、8〜20個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジアミンからなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する95モルパーセントよりも大きい半芳香族繰り返し単位と;6〜20個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸および4〜20個の炭素原子を有する前記脂肪族ジアミン;4〜20個の炭素原子を有するラクタムおよび/またはアミノカルボン酸からなる群の1つまたは複数から選択されるモノマーに由来する5モルパーセント未満の脂肪族繰り返し単位とを含むグループ(V)ポリアミドから選択される1つまたは複数のポリアミドを含んでもよい。ポリアミドはまた、2つ以上のポリアミドのブレンドであってもよい。
好ましいポリアミドとしては、ナイロン6、6/6、および約270℃未満の融点を有するグループIVポリアミドが挙げられる。これらのポリアミドは、本発明材料のための用途の範囲を限定しないように十分に高いが、ブレンドの製造がアクリレートポリマーの有意な劣化をもたらすほどに高くない融点を有する。
本発明での使用に好適なポリアミドは、広く商業的に入手可能であり、たとえば、E.I.du Pont de Nemours and Company,Wilmington,Delaware,USAから入手可能な、Zytel(登録商標)樹脂、Lanxess,Germanyから入手可能な、Durethan(登録商標)樹脂、およびBASF,USAから入手可能なUltramid(登録商標)樹脂である。
本発明のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、アクリレートポリマーおよびポリアミド成分の総重量を基準として、40〜90重量パーセントの本明細書に記載されるアクリレートポリマー成分と、10〜60重量パーセントの本明細書に記載されるポリアミド成分とを含む。好ましくは、硬化性組成物は、アクリレートポリマーおよびポリアミド成分の総重量を基準として、50〜80重量パーセントのアクリレートポリマー成分と20〜50重量パーセントのポリアミド成分とを含むであろう。より好ましくは、硬化性組成物は、アクリレートポリマーおよびポリアミド成分の総重量を基準として、55〜70重量パーセントのアクリレートポリマー成分と30〜45重量パーセントのポリアミド成分とを含むであろう。これらの比は、追加的充填材が硬化組成物の硬度をさらに高めるためにほとんどまたはまったく必要とされない十分なShore A硬度をブレンドから製造された硬化品が示す、ポリマーブレンド組成物を提供する。さらに、ポリマーブレンドは、ASTM D6746−10に従って測定される、約2MPa未満の生強度を示し、硬化性組成鬱を形成するために硬化剤と配合されたときに良好な硬化応答、0.5°アークでおよび190℃、15分間の試験条件で動作するAlpha Technologies製のMDR 2000を用いてASTM D5289−07aに従って測定される、好ましくは少なくとも2.5dN−m、より好ましくは少なくとも4dN−mを有し、ここで、MLは、測定される最小トルク値を意味し、MHは、MLの測定後に達成される最大トルク値を意味する。非晶質アクリレートポリマー成分は、本発明の実施での使用に好適であると本明細書に記載されるタイプの1つまたは2つ以上のアクリレートポリマーから構成されてもよい。同様に、ポリアミド成分は、本発明の実施での使用に好適であると本明細書に記載されるタイプの1つまたは2つ以上のポリアミドから構成されてもよい。
ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、ポリアミド成分を、アクリレートポリマーの動的硬化を生み出さない条件下に、ポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度でアクリレートポリマー成分に混ぜ込み、引き続きこうして生成したポリマーブレンドを、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成するために冷却することによって形成されてもよい。すなわち、過酸化物硬化剤は、ポリアミド成分とアクリレートポリマー成分とが混合されているときに存在しないであろう。これは、指定される混合温度が、アクリレートポリマーの架橋および/またはゲル化が起こるであろう温度よりも上であるからである。
アクリレートポリマー成分とポリアミド成分とを混合することによって形成された組成物の冷却は、ポリアミドが固体になり、それ故、その後の混合時に、たとえば、硬化性組成物を形成するために過酸化物硬化剤と混合されたときに、合体して連続相を形成することができないようにポリアミド領域を結晶化させるのに役立つ。それよりも下にブレンドが冷却されなければならない温度は、ASTM D3418−08に従って結晶化ピーク温度を測定することによって決定することができる。ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、複数の結晶化ピーク温度を示す可能性がある。そのような場合には、最低の結晶化ピーク温度は、ブレンドがポリアミド成分を完全に凝固されるためにそれよりも下に冷却されなければならない温度と取られる。一般に、ブレンドは、本発明の実施に有用なポリアミドを凝固させるのに十分である、40℃以下に冷却されるであろう。
ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物が形成される、本明細書に記載される方法の一態様によれば、アクリレートポリマーとポリアミドとのブレンドが、ポリアミドをアクリレートポリマー内に分散させるためにポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で混合され、それによってポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する。混合工程は、加熱された2ロールゴムミルで行われてもよいが、それは一般に、用いられる高温のため熱可塑性配合物または調合物を処理するために用いられる内部混合装置で行われる。そのような装置としては、Banbury(登録商標)内部ミキサー、Haake Rheocord(登録商標)ミキサー、Brabender Plastographs(登録商標)、単軸および二軸スクリュー押出機、ならびにBuss(登録商標)Kneaders(混練機)が挙げられる。混合工程は、冷却されたときに、非晶質アクリレートポリマー連続相とポリアミド離散相との均一混合物を含むポリマーブレンド組成物を提供する。ポリアミド相の粒度は広い範囲であってもよく、完成品での技術的利点を依然として提供するが、一般により良好な特性は、存在する分散ポリアミド粒子の大部分が約2ミクロン未満の直径を有し、そしておおよそ球形であるときに得られる。本方法で製造されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、従来のゴム加工装置での混合を可能にするのに十分に低い粘度を保持している。好ましくは、ブレンドのMooney粘度(ML 1+4、100℃)は、120未満、より好ましくは100未満、最も好ましくは80未満である。
アクリレートポリマーおよびポリアミドに加えて、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物はまた、混合温度、すなわち、160℃よりも上で化学的に安定である加工助剤および配合原料を含んでもよい。一般に、これは、架橋剤もしくは硬化剤、硬化促進剤、またはスコーチ抑制剤を含まないであろう。そのような成分は一般に、160℃以上の温度である程度反応するかまたは分解する。存在してもよい成分の例としては、着色剤、従来の鉱物またはカーボンブラック強化剤、酸化防止剤、加工助剤、充填材および可塑剤などの、エラストマー配合物(すなわち、硬化性調合物)に普通は有用な他の原料が挙げられる。最適耐熱老化性のためには、従来の強化剤の濃度をできるだけ低いレベルに維持することが望ましいが、他の特性は、そのような添加剤の包含によって向上し得る。最も一般的には、従来の強化剤、着色剤、酸化防止剤、加工助剤、可塑剤などの原料は、低温混合プロセス中に、たとえば、硬化剤が加えられる工程中に加えられるであろう。
カーボンブラックなどの、充填材が任意選択的にポリアミド強化ポリアクリレートポリマー組成物に加えられてもよいが、それらは一般に必要ではないかまたは望ましくない。充填材は、粒子の寸法の少なくとも1つが1〜1000nmの範囲にある、いわゆるナノ材料の形態でなどの、当該技術分野において周知の形態で存在してもよい。少量のそのような任意選択の充填材は、任意選択の充填材が硬化ポリアミド強化ポリアクリレートポリマー組成物の耐熱性に悪影響を及ぼさない限り、ある種の実施形態において加えられてもよい。悪影響を及ぼすとは、ポリアクリレートポリマー組成物が、空気中190℃で1週間熱老化させられた後に、成形(および任意選択的にポスト硬化)プラークからカットされたASTM D412−Cダンベル試験検体に関して測定される、100%未満の破断点伸び、すなわちEbを示す程度に熱老化中の脆化および硬化が起こることを意味する。
追加の強化充填材が使用される場合には、充填材粒子は一般に、充填材がプレス硬化ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物のShore A硬度に、約20ポイント未満、好ましくは10ポイント未満、最も好ましくは5ポイント未満のShore A硬度に寄与するような量で存在するであろう。
本発明の組成物はまた追加のポリマーを含んでもよい、ただし、そのようなポリマーの添加がポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で起こったときに、そのようなポリマーの存在が、結果として生じるポリアミド充填アクリレート組成物の生強度を約2MPaよりも上に増加させない。たとえば、本発明のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、ポリアミドの溶融ピーク温度よりも上か下かのどちらかで、任意の混合プロセスによって本発明組成物のポリアミド含有率を下げるためにアクリレートポリマーとブレンドされてもよい。このブレンディングプロセスのために使用されるアクリレートポリマーは、本発明組成物のそれと同じものであってもそれとは異なるものであってもよく、充填材、硬化剤、または他の原料をさらに含んでもよい。好ましくは、そのような希釈は、ポリアミドの溶融ピーク温度のそれよりも下、そして硬化剤が存在する場合には、硬化を開始させるために必要な温度よりも下の温度で起こる。
ポリマーブレンド組成物のアクリレートポリマー成分とポリアミド成分とが160℃以上の温度で、溶融したポリアミドと非晶質アクリレートポリマーとの均一混合物を形成するのに十分な期間混合された後に、混合物は1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下に冷却される。これは、離散したポリアミド粒子を連続の非晶質アクリレートポリマーマトリックス内に有する組成物を提供する。
一般に、アクリレートポリマーゴムとポリアミドとを混合することによって生じる組成物は、離散した、不連続ポリアミド粒子が連続の非晶質アクリレートポリマーマトリックス内に存在するものから、高アスペクト比ポリアミド「スレッド」が存在する組成物まで、共連続構造体を含む組成物まで、離散したアクリレートポリマー領域をポリアミドの連続相内に含む組成物までの範囲の、広範囲のブレンドモルフォロジを含んでもよい。これらの組成物のほとんどは、ブレンドが非常に高いMooney粘度、すなわち、約120よりも大きいMooney粘度ML 1+4、100℃、および/または低い引張破断伸び、および高い圧縮永久歪みなどの乏しい弾性特性を有するので、本発明での使用に不適当であるモルフォロジを有する。しかし、成分の比が本明細書に記載されるように選ばれる場合には、約120のML 1+4、100℃よりも下のMooney粘度および良好な弾性特性を有するポリアミド充填アクリレートコポリマー組成物を製造することができる。本発明のそのようなポリアミド充填アクリレートポリマー組成物および本発明の方法での使用に好適なものは、ASTM D6746−10に従った測定によって測定される、約2MPa未満の生強度を有することで特徴づけられる。得られた組成物は、良好な加工性および弾性特性を有する。約2MPa未満の生強度値は、本発明の組成物の基本特性であり、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物中の連続アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相の存在の確証である。「不連続ポリアミド相」とは、ポリアミドが分散粒子として本発明のポリマーブレンド組成物中か、または連続の非晶質アクリレートポリマーマトリックスによって取り囲まれた領域中に存在することを意味する。一般に、ポリアミド領域は、連続の非晶質アクリレートポリマーマトリックス内で互いに完全に分離されているであろう。しかし、ある種の場合には、ポリアミド領域が凝集しているかまたは互いに連結している、ポリマーブレンド組成物中の小百分率、約5%未満の局部的な部位が存在してもよい。約2MPa未満の生強度を有するそのようなポリマーブレンド組成物は、本発明の目的のための不連続ポリアミド相を含むと考えられる。好ましくは、ポリアミド充填アクリレートポリマーの生強度は約1MPaよりも下であろう。
2MPaよりも大きい生強度は、ブレンドが、硬化後に高いMooney粘度、乏しい押出加工性、または乏しい弾性特性を有することを示唆する。これらの欠陥は、ブレンドのポリアミド相が連続であるかもしくはアクリレートポリマーと共連続であるため、またはポリアミドの末端基が、アクリレートコポリマーがゲル化する程度にアクリレートコポリマーの硬化部位と反応してしまうため、あるいはこの2つの任意の組み合わせの理由によりから生じる。
上記のプロセス工程で製造されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、過酸化物硬化剤が硬化性アクリレートポリマー組成物を形成するために次に加えられてもよいポリアミド充填組成物である。過酸化物硬化システムとしても知られる、好適な過酸化物硬化剤は、過酸化物と任意選択的に架橋助剤とを含む。過酸化物および架橋助剤の例としては、加硫中に用いられる温度で動作する、本明細書に記載されるものなどの、当該技術分野で一般に公知であるような硬化システムが挙げられる。たとえば、有用な有機過酸化物は、150℃〜250℃の温度範囲内で迅速に分解するものである。これらとしては、たとえば、ジクミルペルオキシド、2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、およびα’,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)−ジイソプロピルベンゼン(商品名Vul−cup(登録商標)でGEO Specialty Chemicalsから入手可能な)が挙げられる。典型的な加硫組成物中に、過酸化物は、約0.5〜5部phr(百部のゴム当たりの部、すなわち、存在する1つまたは複数のアクリレートポリマーの百部当たりの部)の量で存在する。過酸化物は、炭酸カルシウム、カーボンブラックまたは珪藻土などの不活性キャリア上に吸着されていてもよいが;キャリアの重量は上の範囲に含まれない。一般に、任意選択の架橋助剤は、完成部品の硬化の状態を高めるために存在するであろう。架橋助剤はたとえば、N,N’−(m−フェニレン)ジマレアミド、トリメチロールプロパントリメチルアクリレート、テトラアリルオキシエタン、トリアリルシアヌレート、テトラメチレンジアクリレート、またはポリエチレンオキシドグリコールジメタクリレートであり得る。好ましい架橋助剤は、HVA−2としてDuPont Performance Elastomers L.L.C.から入手可能な、N,N’−(m−フェニレン)ジマレアミドである。使用される架橋助剤の量は一般に、100部ポリアクリレート当たり約0〜5重量部(phr)、好ましくは約1〜5部phrである。架橋助剤は通常、アリル基またはアクリルエステル基などの複数の不飽和基を含有する。それらの作用モードは確実には知られていないが、それらはポリマー骨格上に形成された初期ラジカルと反応してより安定なラジカルを形成し、それはカップリング反応を受けて鎖開裂反応よりも容易に架橋を形成すると考えられる。
ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物への硬化剤の添加は望ましくは、硬化剤の分解温度よりも下、および架橋反応が起こる温度よりも下の温度で行われるであろう。一般に、この添加は、140℃よりも下の温度で、好ましくは120℃以下の温度で行われるであろう。硬化剤の添加は、着色剤、通常のカーボンブラックもしくは鉱物強化剤、酸化防止剤、加工助剤、充填材および可塑剤などの、任意選択の加工原料の添加と同時に行われてもよいし、またはそれは、他の原料の添加とは別個の操作であってもよい。この添加は、2ロールゴムミルで、またはBanbury(登録商標)内部ミキサー、Haake Rheocord(登録商標)ミキサー、Brabender Plastograph(登録商標)ミキサー、Farrel Continuous Mixers(連続ミキサー)、または単軸および二軸スクリュー押出機などの、ゴム状物質組成物を配合するために好適な内部ミキサーを用いることによって行われてもよい。
上記の方法によって製造された硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、優れた物理的特性および改良された耐熱老化性を有する硬化(すなわち、熱硬化)エラストマー組成物を製造するために有用である新規組成物である。
硬化性ポリアミド充填アクリレート組成物の硬化または架橋はまた、加硫とも言われ、配合組成物を、このポリマーを架橋させるのに十分な時間高温および高圧に曝すことを典型的には含む。そのような操作は一般に、硬化性組成物を、プレス機中の加熱されている金型へ入れることによって行われる(多くの場合プレス硬化と言われる)。押出部品は多くの場合、加圧オートクレーブで硬化させられる。プレス硬化またはオートクレーブサイクルが完了した後に、この初期硬化に、ポリアクリレートをさらに硬化させるための周囲圧力での任意選択のポスト硬化加熱サイクルが続いてもよい。たとえば、加硫物が形成され、約160℃〜約200℃で約2〜60分間、通常のプレス硬化手順を用いて硬化させられてもよい。ポスト硬化加熱は、約160℃〜約200℃で15分〜数時間行われてもよい。いったん架橋すると、本明細書に記載される組成物は熱可塑性ではなく、熱硬化性である。好適な硬化条件は、特定の配合処方に依存するだろうし、当業者に公知である。
本発明のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物は、酸化防止剤システムを含有してもよい。ある実施形態においては、これは、リンエステル酸化防止剤、ヒンダードフェノール酸化防止剤、アミン酸化防止剤、またはこれらの化合物の2つ以上の混合物であってもよい。ポリアミド充填ポリアクリレートポリマー組成物中の酸化防止剤化合物の割合は典型的には、0.1〜5phr、好ましくは約0.5〜2.5phrである。混合物中のフェノール系またはアミン酸化防止剤対リン化合物の重量比は約0.5〜3であり、好ましくはこの比は約1である。
リンエステルは、たとえば、トリ(混合モノ−およびジノニルフェニル)ホスファイト、トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニルホスフェート、高分子量ポリ(フェノールホスホネート)、および6−(3,5−ジ−t−ブチル 4−ヒドロキシ)ベンジル−6H−ジベンズ−[c,c][1,2]オキサホスホリン−6−オキシドであり得る。
好適なヒンダードフェノール酸化防止剤は、たとえば、4,4’−ブチリデンビス(6−t−ブチル−m−クレゾール)、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス−(3,5−ジ−t ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、2,6−ジ−t−ブチル−α−ジメチルアミノ−p−クレゾールおよび4,4’−チオビス(3−メチル−6−t−ブチルフェノール)であり得る。
アミン酸化防止剤としては、たとえば、重合2,2,4−トリメチル−1,2−デヒドロキノリン;N−フェニル−N’−(p−トルエンスルホニル)−p−フェニレンジアミン、N,N’−ジ(ナフチル)−p−フェニレンジアミン、フェニル(−ナフチル)アミンとアセトンとの低温反応生成物、および4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンが挙げられる。
好ましい酸化防止剤組成物は、4,4’−ブチリデンビス(6−t−ブチル−m クレゾール)か4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンかのどちらかと混合されたトリ(混合モノ−およびジノニルフェニル)ホスファイトを含有する。特に好ましい酸化防止剤組成物は、4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(Chemtura Corp.からNaugard(登録商標)445として商業的に入手可能な)を含有する。特に好ましい酸化防止剤組成物は、アクリレートポリマー成分を基準として約2phr以下のレベルで、4−アミノジフェニルアミンを含む。酸化防止剤は、1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーが1つまたは複数のポリアミドと溶融混合されている間にか、またはブレンドが冷却されてしまった後に加えられてもよい。
ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物から製造された加硫物は、190℃で1週間の熱老化後の引張破断点伸びの低下量の減少および熱老化の結果としてのShore A硬度の増加の減少によって証明されるように、熱老化中に異常に良好な耐脆化性を示す。さらに、これらの利点は、耐圧縮永久歪み性を犠牲にすることなく獲得される。ほとんどの場合に、本発明は、従来の配合物において用いられるものに類似の硬化剤レベルが利用されるときに、向上した耐圧縮永久歪み性を有する硬化組成物を提供する。高レベルのエチレン(30〜50重量%)を含むアクリレートポリマーは、熱老化中に破断点伸びを失う傾向がある。これらの場合には、ポリアミド充填材でのカーボンブラックの置換が、50%超だけ1週間/190℃熱老化試験中に伸びの百分率損失を減少させることができる。この程度の向上は並外れている。
本発明のさらなる実施形態は、ポリアミド充填材に加えて従来の強化充填材を含む硬化性アクリレートポリマーに関する。そのような強化充填材は当業者に公知であり、カーボンブラック、非晶質の沈澱シリカおよびヒュームドシリカ、珪藻土などの結晶性シリカ、カオリン、ベントナイト、ラポナイト、およびモンモリロナイトなどの粘土、ケイ酸マグネシウムなどのケイ酸塩鉱物、二酸化チタン、ウォラストナイト、酸化アンチモン、水和アルミナ、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、ならびにこれらの充填材の混合物を含む。充填材は任意選択的に、アクリレートポリマー中の分散かアクリレートポリマーへの接着かのどちらかを向上させるために公知の方法によって有機化合物を使用して変性されてもよい。そのような方法は、充填材をオルガノシランまたは第四級アンモニウム化合物で処理する工程を含む。従来の強化充填材は最も好ましくは、ポリアミドの溶融ピーク温度未満の混合温度で、ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物の製造後に添加される。この方法は、充填材がアクリレートポリマー相中に存在することを確実にする。
本明細書に記載されているように、本発明のポリアミド充填組成物が、強化充填材のみが存在する類似の組成物と比較して改良された耐熱性を有することは、本発明のポリアミド充填組成物の基本特性である。強化充填材の存在は一般に耐熱性に有害であるが、ある種の場合には、良好な耐熱性を有する硬化アクリレートポリマーが、ポリアミド充填材と1つまたは複数の強化充填材との特定のブレンドが存在するときに形成され得ることが分かった。そのような強化組成物は、a)重量百分率が1つまたは複数のアクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総重量を基準とする、i)40〜90重量%の本明細書に記載されるような1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーとii)10〜60重量%の少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する1つまたは複数のポリアミドとを含むポリマーブレンド組成物と、b)過酸化物硬化剤と、c)強化充填材とから本質的になる。そのような強化組成物は、a)重量百分率がアクリレートコポリマーおよびポリアミドの総重量を基準とする、i)40〜90重量%の本明細書に記載されるような非晶質アクリレーコリマーを含むポリマーブレンド組成物と、ii)10〜60重量%の少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有するポリアミドとを含むポリマーブレンド組成物と、b)アミン硬化剤と、c)強化充填材とから本質的になる。19存在する強化充填材の量は、硬化ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物のShore A硬度の過度の増加をもたらさない量である。強化充填材の適切な量は、次の方法によって容易に決定され得る。強化充填材の存在の点でのみ異なる、2つの硬化性アクリレートポリマー配合物が製造される。一配合物は強化充填材をまったく含まないが、他は、ある量の強化充填材を含む。2つの配合物は、厚さ1〜2.5mmの試験検体を形成するために密閉金型中で少なくとも10MPaの圧力で10分間175℃の温度への暴露によって硬化させられる。試験検体は任意選択的に、強化充填材の存在に起因するShore A硬度増加の測定に使用されるすべての検体が、同じ方法でプレス硬化およびポスト硬化させられるという条件で、30分以下の時間190℃以下の温度でポスト硬化させられてもよい。成形され、そしてポスト硬化させられた試料のShore A硬度が、ASTM D2240−06(1秒読み取り)に従って21〜25℃の試験温度で測定される。充填試料のShore A硬度から非充填試料のそれを差し引くと、充填試料の充填材含量に起因するShore A硬度増加が明らかになる。存在する任意の非ポリアミド強化充填材含量が、前記の方法によって測定される約20ポイント以下のShore A硬度の増加をもたらすポリアミド充填アクリレートポリマーを含む硬化性配合物は、本発明の組成物の特徴である耐熱性を有するであろう。
本明細書に記載されるポリアミド充填アクリレートポリマー組成物から製造される加硫物は、190℃で1週間の熱老化後の引張破断点伸びの低下量の減少および熱老化の結果としてのShore A硬度の増加の減少によって証明されるように、熱老化中に異常にも良好な耐脆化性を示す。さらに、これらの利点は、耐圧縮永久歪み性を犠牲にすることなく獲得される。ほとんどの場合に、本発明は、従来の配合物において用いられるものと類似の硬化剤レベルが利用されるときに、向上した耐圧縮永久歪み性を有する硬化組成物を提供する。
高レベルのエチレン(30〜50重量%)を含むポリアクリレートは、熱風老化中に破断点伸びを失う傾向がある。この場合には、ポリアミド充填材でのカーボンブラックの置換が、50%超だけ190℃での3週間老化試験中に伸びの百分率損失を減少させることができる。この程度の向上は並外れている。
本明細書に記載される方法によって製造されたポリアミド充填アクリレートポリマー組成物の加硫物は、ワイヤおよびケーブルカバー、点火ワイヤ外被、スパークプラグブーツ、ホース、ベルト、種々雑多な成形ブーツ、シールおよびガスケットなどの物品の製造のために、多種多様な工業用途で使用することができる。ホース用途としては、ターボディーゼル空気冷却器ホース、トランスミッションオイルクーラーホース、パワーステアリングホース(低圧)、エアコンホース、エアダクト、燃料ラインカバー、および通気孔ホースが挙げられる。
シールの例としては、エンジンヘッドカバーガスケット、オイルパンガスケット、オイルシール、リップシールパッキング、O−リング、トランスミッションシールガスケット、クランク軸またはカム軸用のシールガスケット、バルブステムシール、パワーステアリングシール、およびベルトカバーシールが挙げられる。
自動車チュービング用途としては、車軸ベントチュービング、PCVチュービングおよび他の排出制御部品が挙げられる。本加硫物はまた、幅広い温度範囲にわたっての高い減衰が、高い圧縮および剪断歪みの下で必要とされるクランク軸ねじりバンパーの製造のためにも有用である。本加硫物はまた、グロメットなどの騒音管理部品を製造するためにも使用することができる。
本発明は、すべての部が特に明記しない限り重量による、以下の実施例によってさらに例示される。
原材料
ポリアクリレートポリマー
A1 38重量%のエチレン(65.3モル%)および62重量%のメチルアクリレートの共重合単位を有するコポリマー、22のMooney粘度(ML1+4、100℃)。
A2 55重量%のエチレン(71.5モル%)および45重量%のメチルアクリレートを有するエチレンとメチルアクリレートとのコポリマー、31のMooney粘度(ML1+4、100℃)。
A3 55重量%の共重合メチルアクリレート単位、43重量%のエチレン単位(約70モル%)およびおおよそ2重量%(約0.6モル%)のモノエチルマレエートの共重合単位を含むメチルアクリレートとエチレンとのコポリマー、33の100℃でのMooney粘度(ML 1+4)。
A4 おおよそ67.8重量%のエチルアクリレートの共重合単位、おおよそ29.8重量%のブチルアクリレートの共重合単位、約1.5%のエチレンの共重合単位(約5.5モル%)、およびおおよそ0.9重量%(約0.5モル%)のカルボン酸含有硬化部位モノマーの共重合単位を含むエチルアクリレートと、ブチルアクリレートと、エチレンとのコポリマー、46の100℃でのMooney粘度(ML 1+4)。
A5 塩素硬化部位を含み、32のMooney粘度(ML1+4.100C)を有するアクリレートコポリマー。HyTemp(登録商標)AR72LFとしてZeon Chemcials L.P.から入手可能。
ポリアミド
P1 ポリアミド6、1.24dL/gの固有粘度、おおよそ220℃の溶融ピーク温度、Ultramid(登録商標)B33としてBASFから入手可能。
P2 ポリアミド6、1.450dL/gの固有粘度、おおよそ220℃の溶融ピーク温度、Ultramid(登録商標)B40としてBASFから入手可能。
P3 ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸、およびテレフタル酸の共重合単位を含むポリアミドコポリマー、おおよそ262℃の溶融ピーク温度、および0.892dL/gの固有粘度。
P4 おおよそ225℃の溶融ピーク温度および1.167dL/gの固有粘度を有する、ポリアミド6/10。
P5 ポリアミド6、0.867dL/gの固有粘度、融点220℃、Ultramid(登録商標)B24としてBASFから入手可能。
P6 約125℃のガラス転移中点の非晶質ポリアミド。
P7 ポリアミド6、0.978dL/gの固有粘度、約220℃の溶融ピーク温度、Ultramid(登録商標)B27としてBASFから入手可能。
他の原料
過酸化物:α,α’−ビス(第三ブチルペルオキシ)−ジイソプロピルベンゼンのパラおよびメタ異性体の混合物、カオリン粘土キャリア上の40%過酸化物活性原料、Arkema Inc.から入手可能な、Vulcup(登録商標)40KE。
架橋助剤:DuPontから入手可能な、N,N’−(m−フェニレン)ジマレイミド、HVA−2。
カーボンブラック:Cabot Corp.から入手可能な、N550銘柄、Sterling(登録商標)SOカーボンブラック。
酸化防止剤(AO):Chemtura Corp.から入手可能な、Naugard(登録商標)445酸化防止剤。
加工助剤:RT Vanderbiltから入手可能な、Vanfre(登録商標)VAM有機ホスフェートエステル。
試験方法
Mooney粘度:ASTM D1646、ML 1+4、100℃。
硬化応答:0.5°アークで動作するAlpha Technologies製のMDR 2000を用いてASTM D2084−07によって測定される。190℃15分間の試験条件。MLは、試験中に測定される最小トルク値を意味し、一方MHは、ML後に達成される最大トルク値を意味する。
Oリング圧縮永久歪み:190℃で10分プレス硬化させたAS568A−214 oリングを用いる、ASTM D395B、25%圧縮、150℃/70時間試験。報告されるデータは、3つの試料の中央値である。
ISO圧縮永久歪み:175℃10分間のプレス硬化条件、引き続き175℃での熱風炉中で30分のポスト硬化を用いて調製されたタイプB成形ボタンを使用する、ISO 815−1:2008、25%圧縮、70時間/150℃試験。報告されるデータは、3つの検体の中央値である。
引張特性:ASTM D412−06、ダイC。指定されるようにプレス硬化させ、そして任意選択的にポスト硬化させた2.0mm厚さのプラークからカットした試料。報告されるデータは、3つの検体の中央値である。25%、50%、100%、および200%の伸びでの応力は、それぞれ、M25、M50、M100、およびM200としてリストされる。引張強度および伸びの破壊特性は、TbおよびEb(それぞれ、破断点引張および破断点伸び)として示される。
Shore A硬度:タイプ2オペレーティングスタンドを使用して、ASTM D2240−05試験方法によって、指定されるようにプレス硬化させ、そして任意選択的にポスト硬化させた、23℃および50%相対湿度の周囲条件で24時間老化させた、2mm厚さの層からなる6mm厚さの試料を使用して測定される。5つの読みの中央値が報告される。
熱老化:上記の通り調製された、引張検体が指定の時間および温度で熱風炉中に吊される。検体は、引張特性が測定される前に、23℃および50%相対湿度の周囲条件で少なくとも24時間順化させる。
生強度:従来の充填材、硬化剤、可塑剤、または他の原料の添加前に、アクリレートゴムとポリアミドとの未硬化ブレンドに関してASTM D6746−10に従って測定される。このブレンドは、約2.5mm厚さにロールミルでシート状に伸ばされ、次に寸法2mm×76.2mm×152.4mmのキャビティ中で成形される。成形条件は、30トンの圧力下に100℃、5分間であり、これに金属シート間でプレス機から室温での30分の冷却が続く。ASTM D412 Die C引張検体が次に、ミルドシートの木目と平行の方向に成形プラークからカットされる。中央降伏応力が報告される。
ポリアミドの固有粘度:25℃の試験温度で96重量%硫酸を溶媒として使用して、D2857−95に従って測定される。試料は、試験前に80℃での真空オーブン中で12時間乾燥させた。
結晶化ピーク温度:ASTM D3418−08に従って測定される。
実施例1
すべての量が重量パーセント単位である、表1に示される組成物を、Haake Rheocord(登録商標)ミキサーを用いて製造した。ポリマーを、加熱される混合ボウルに加えた後、ブレンドを、ポリマー溶融温度が235℃に達した時点で、50rpmで3分間混合した。ポリアミドを、混合ボウル中でポリアクリレートコポリマーと溶融ブレンドする前に真空オーブン中で120℃で4時間乾燥させた。混合後に、ブレンドをさらなる加工前に約25℃に冷却した。
Figure 0006121995
硬化性組成物E1〜E3およびCE1を、ロールミルで表2にリストされる原料を混合することによって製造した。E1〜E3は、ポリアミドを強化充填材として含有し、CE1は、カーボンブラックを強化充填材として含有した。呼称「phr」は、配合物中の非晶質アクリレートポリマーの百部当たりの部を示す。
Figure 0006121995
表2に示される結果は、E1〜E3が良く硬化することを示す。プレス硬化およびポスト硬化後に、E1〜E3は、CE1よりも著しく低いTb、およびわずかに低いEbを示す。190℃での熱老化の1週間後に、E1〜E3は、CE1よりも少なくとも2倍のTbおよび5倍大きいEbを示す。190℃で2週間後に、CE1は堅くて脆くなり、Shore A硬度で16ポイントの獲得および2%のEbを示した。190℃で2週間後に、E1〜E3についてのEbはすべて、100%よりもかなり大きく、E1〜E3検体は、Shore A硬度での7〜8ポイントの損失によって示されるようによりソフトになった。E1〜E3は、CE1よりも良好な耐圧縮永久歪み性を示す。
実施例2
表3に示される組成物を、Haake Reocord(登録商標)ミキサーを用いて製造した。すべての原料をミキサーに加えた後、ブレンドを、ポリマー温度が225℃に達した時点で、100rpmで3分間混合した。最終溶融温度は245℃〜250℃の範囲であった。ポリマーは、混合前に乾燥させなかった。混合後に、ブレンドをさらなる加工前に約25℃に冷却した。
Figure 0006121995
組成物B4〜B7は、アクリレートポリマーとポリアミドとのブレンドを含むが、B8およびB9はポリアミドを含有しない。ポリアミドを含むブレンド中のアミン反応性硬化部位のレベルは、ゼロ〜0.16モル%の範囲である。ポリアミドなしのブレンドは、同じ範囲の硬化部位を包含する。表3のブレンドはすべて、2MPa未満の生強度を示し、アクリレートポリマーが連続相を含むことを示唆する。
組成物B4〜B9を、表4に示されるような硬化性組成物E4〜E7、CE2、およびCE3を製造するために配合した。ポリアミド強化を欠く、組成物B8およびB9は、比較組成物CE2およびCE3を形成するために従来のカーボンブラックを含有する。組成物E4〜E7は、ポリアミドを充填材として専ら使用する。
Figure 0006121995
表4の結果は、組成物E4〜E7が、それらの両方とも20ポイント超のShore A硬度の増加を経験し、そしてそれらが引張特性について正確に試験できないほど弱くなり、脆くなる、CE2またはCE3よりも劇的に良好な耐熱老化性を示すことを示す。アミン反応性硬化部位レベルは0から0.16モル%実施例組成物に増加するにつれて、プレス硬化後の引張強度は、約10〜19MPaに増加する。組成物E5およびE6は、低いが非ゼロのレベルのアミン反応性硬化部位を有し、190℃で1週間熱老化すると最良の耐圧縮永久歪み性および引張強度保持率を示す。
実施例3
組成物B10〜B12を、実施例2の方法に従ってHaake Rheocord(登録商標)ミキサーで混合した。組成物B10は、低い固有粘度を有する、ポリアミドP5を含有する。B10は、堅く、辛うじてミルにかけて生強度を測定するためのプラークを成形するための厚切りすることができた。硬化性組成物を製造するためのさらなる配合は、B10に関してまったく行うことができなかった。組成物B11は、高い固有粘度を有する、P2を含有し、容易に加工できるブレンドを生成する。組成物B12は、非晶質ポリアミドを含む。このブレンドは低い生強度を有し、容易に加工できたが、このポリアミドは、アクリレートエラストマーの硬化温度で流体になるであろう。
Figure 0006121995
組成物B11およびB12を過酸化物硬化剤と配合して、表6に示されるような、E8およびCE4を製造する。CE4と比較して、E8は、優れた硬化応答、初期および熱老化特性、ならびに耐圧縮永久歪み性を示す。
Figure 0006121995
比較例
組成物B13およびB14を、実施例2の方法に従って混合し、CE5およびCE6を、実施例2のE4〜E7にマッチさせるために硬化剤と配合した。ブレンドB13およびB14は、それぞれA4およびA5を含有し、そのどちらも、過酸化物硬化に好適な硬化部位を含まないし、過酸化物フリーラジカルからβ−開裂を阻害するのに十分なエチレンを含まない。CE5およびCE6は両方とも乏しい硬化応答を示し、物品を成形するのに不十分である。
Figure 0006121995
実施例4
組成物B15を、150rpmのスクリュー速度および12kg/時の押出量で動作する25mmのBerstorff(登録商標)二軸スクリュー押出機で製造した。ポリマー溶融温度は282℃であった。このブレンドを水冷ベルト上へ押し出し、さらなる加工前に室温に冷却した。ブレンドB15の組成および生強度を表8に示す。
Figure 0006121995
組成物B15を、表9に示されるような原料とロールミルで混合して硬化性組成物E9〜E11およびCE5〜CE10を製造した。組成物E9は、ポリアミドを含有し、カーボンブラックをまったく含有しないが、配合物E10、E11、およびCE5は、ポリアミドとカーボンブラックとの混合物を含む。配合物CE6〜CE9はカーボンブラック充填材のみを含むが、CE10は充填材をまったく含まない。CE6〜CE10は、配合物中のカーボンブラックに帰すことができるShore A硬度の増加の計算を可能にする。E9〜E11、CE5、およびCE6の熱老化結果は、カーボンブラックがポリアミド充填配合物の約20ポイント以下だけ配合物のShore A硬度を増加させるときに、熱老化中の引張強度および伸びの保持率が、約20ポイント超のShore A硬度をカーボンブラックから引き出す配合物よりも優れていることを示す。
Figure 0006121995
Figure 0006121995
実施例5
ポリアミド充填アクリレートコポリマーB15の組成は、実施例4に記載されている。E12〜E14およびCE11〜CE14の組成および物理的特性を表10に示す。配合物E12はポリアミド充填剤P7を含み、一方E13およびE14は、おおよそ一定のShore A硬度を硬化組成物で維持するためにシリカ充填材を導入しながら、B15を増加するレベルのA1で希釈する。E12、E13、およびE14のポリマー成分のP7含有率は、それぞれ20重量%、15重量%および10重量%である。CE11は、E12〜E14シリーズのShore A硬度に近づくように、アクリレートコポリマーA1と45phrのシリカとを含む。CE12〜CE14は、配合物E13およびE14におけるシリカに起因するShore A増加の測定を可能にするために、アクリレートコポリマーA1とゼロ〜24phrのシリカとを含む。E13およびE14中のシリカは、プレス硬化組成物への、それぞれ、8および19ポイントShore A硬度に寄与する。組成物CE9は、シリカから36ポイントShore A硬度を取得する。
表10の結果は、約20ポイント未満のShore A硬度についてシリカ充填材に依存する、組成物E12〜E14が、190℃で1週間の熱風老化後に良好な引張強度(Tb)および破断伸び(Eb)を示すことを示唆する。組成物CE11は、熱風老化中に22ポイントShore A硬度を獲得して、極めて硬くなり、引張特性について試験するには脆すぎた。
本発明は以下の実施の態様を含むものである。
1.ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物の製造方法であって、
A.1.非晶質アクリレートポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
Figure 0006121995
(式中、R 1 は、HまたはC 1 〜C 10 アルキルであり、R 2 は、C 1 〜C 12 アルキル、C 1 〜C 20 アルコキシアルキル、C 1 〜C 12 シアノアルキル、またはC 1 〜C 12 フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物を形成する工程であって、
前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、前記ポリマーブレンド組成物中の前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている工程と;
B.前記ポリマーブレンド組成物を、前記1つまたは複数のポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で混合して前記1つまたは複数のポリアミドを前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマー内に分散させ、それによってポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する工程と;
C.前記ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、前記1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下の温度に冷却する工程と
を含み、
i)前記ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物が連続非晶質アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相を含み、そしてii)ASTM D 6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有する製造方法。
2.前記1.に記載の方法によって製造されるポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
3.前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーの少なくとも1つが、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、アルコキシアルキルアクリレート、アルコキシアルキルメタクリレート、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される少なくとも1つのモノマーの共重合単位を含む前記2.に記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
4.前記アルキルアクリレートが、メチルアクリレート、エチルアクリレート、およびブチルアクリレートからなる群から選択されるアルキルアクリレートである前記3.に記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
5.前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーの少なくとも1つが、1,4−ブテン二酸、不飽和カルボン酸の無水物、1,4−ブテン二酸のモノアルキルエステル、およびそれらの2つ以上の混合物からなる群から選択される硬化部位モノマーを実質的に含まない前記2.〜4.のいずれかに記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
6.前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーの少なくとも1つが、オレフィンの共重合単位をさらに含む前記2.〜5.のいずれかに記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
7.前記1つまたは複数のポリアミドの少なくとも1つが、i)開環またはアミノカルボン酸の縮合によって形成されるポリアミドとii)270℃未満の溶融ピーク温度および60ミリ当量/kg以下のアミン末端基濃度を有するポリアミドとからなる群から選択される前記2.〜6.のいずれかに記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
8.充填材、酸化防止剤、硬化促進剤、可塑剤、加工助剤、ワックス、顔料、および着色剤からなる群から選択される少なくとも1つの材料をさらに含む前記2.〜7.のいずれかに記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
9.過酸化物硬化剤をさらに含む前記2.〜8.のいずれかに記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を含む硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
10.硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物であって、
A.1.ポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
Figure 0006121995
(式中、R 1 は、HまたはC 1 〜C 10 アルキルであり、R 2 は、C 1 〜C 12 アルキル、C 1 〜C 20 アルコキシアルキル、C 1 〜C 12 シアノアルキル、またはC 1 〜C 12 フルオロアルキルである)
を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
を含むポリマーブレンド組成物であって、
i)前記ポリマーブレンド組成物がASTM D6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有し、ii)前記1つまたは複数のポリアミドが前記ポリマーブレンド組成物中に不連続相として存在し、そしてiii)前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、前記ポリマーブレンド組成物中の前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている
ポリマーブレンド組成物と;
B.過酸化物硬化剤と
を含む硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
11.前記過酸化物硬化剤が過酸化物および任意選択的に架橋助剤を含む前記9.または10.に記載の硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
12.A.前記9.〜11.のいずれかに記載の硬化性アクリレートポリマー組成物と;
B.強化充填材の不在を別にすれば同一組成のものである対照組成物のShore A硬度と比べて約20ポイント以下の前記硬化アクリレートポリマー組成物のShore A硬度の増加をもたらす量で前記硬化性アクリレートコポリマー組成物中に存在する強化充填材と
から本質的になるポリアミド充填アクリレートポリマー組成物であって、i)前記硬化性アクリレートポリマー組成物および対照組成物が、1mm〜2.5mm厚さの試験検体へ成形され、少なくとも10MPaの圧力で密閉金型中で10分間175℃の温度への暴露によって硬化させられ、ii)硬化アクリレートポリマー組成物および対照組成物のShore A硬度がASTM D 2240−06(1秒読み取り)に従って測定され、そしてiii)そして前記硬化アクリレートポリマー組成物が40よりも大きいShore A硬度を有する組成物。
13.前記硬化剤が有機過酸化物を含む前記9.〜12.のいずれかに記載の硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
14.A.前記9.〜13.のいずれか一項に記載の硬化性アクリレートポリマー組成物を提供する工程と、
B.前記硬化性アクリレートポリマー組成物を約2〜60分間約160℃〜約200℃の温度に曝すことによって前記硬化性アクリレートポリマー組成物を硬化させて架橋したアクリレートポリマーエラストマー組成物を形成し、そして任意選択的に前記架橋した組成物を約160℃〜約200℃の温度でポスト硬化に曝し、それによってASTM D2240−06(1秒読み取り)に従って測定される、少なくとも40のShore A硬度を有するアクリレートポリマーエラストマー組成物を形成する工程と
を含む、硬化エラストマー組成物の製造方法。
15.前記14.に記載の方法によって製造される硬化エラストマー組成物。
Figure 0006121995

Claims (7)

  1. ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物の製造方法であって、
    A.1.非晶質アクリレートポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
    Figure 0006121995
    (式中、R1は、HまたはC1〜C10アルキルであり、R2は、C1〜C12アルキル、C1〜C20アルコキシアルキル、C1〜C12シアノアルキル、またはC1〜C12フルオロアルキルである)
    を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
    2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
    を含むポリマーブレンド組成物を形成する工程であって、
    前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、前記ポリマーブレンド組成物中の前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準としている工程と;
    B.前記ポリマーブレンド組成物を、前記1つまたは複数のポリアミドの溶融ピーク温度よりも上の温度で混合して前記1つまたは複数のポリアミドを前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマー内に分散させ、それによってポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を形成する工程と;
    C.前記ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を、前記1つまたは複数のポリアミドの結晶化ピーク温度よりも下の温度に冷却する工程と
    を含み、
    i)前記ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物が連続非晶質アクリレートポリマー相および不連続ポリアミド相を含み、そしてii)ASTM D 6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有し、
    前記アクリレートポリマーはアミン反応性硬化部位コモノマー単位を含まず、
    前記アクリレートポリマーはエチレンまたはジエン硬化部位モノマーを含む製造方法。
  2. 請求項1に記載の方法によって製造されるポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
  3. 過酸化物硬化剤をさらに含む請求項2に記載のポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を含む硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
  4. 硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物であって、
    A.1.ポリマーの総重量を基準として、少なくとも50重量%の、少なくとも1つのモノマーが下記の構造を有する重合単位
    Figure 0006121995
    (式中、R1は、HまたはC1〜C10アルキルであり、R2は、C1〜C12アルキル、C1〜C20アルコキシアルキル、C1〜C12シアノアルキル、またはC1〜C12フルオロアルキルである)
    を含む40〜90重量%の1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーと;
    2.少なくとも160℃の溶融ピーク温度を有する10〜60重量%の1つまたは複数のポリアミドと
    を含むポリマーブレンド組成物であって、
    i)前記ポリマーブレンド組成物がASTM D6746−10に従って測定される約2MPa未満の生強度を有し、ii)前記1つまたは複数のポリアミドが前記ポリマーブレンド組成物中に不連続相として存在し、そしてiii)前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの重量百分率が、前記ポリマーブレンド組成物中の前記1つまたは複数の非晶質アクリレートポリマーおよび1つまたは複数のポリアミドの総合重量を基準とし
    前記アクリレートポリマーはアミン反応性硬化部位コモノマー単位を含まず、
    前記アクリレートポリマーはエチレンまたはジエン硬化部位モノマーを含む
    ポリマーブレンド組成物と;
    B.過酸化物硬化剤と
    を含む硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物。
  5. 請求項3または4に記載の硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物であって、強化充填材の不在を別にすれば同一組成のものである対照組成物のShore A硬度と比べて約20ポイント以下の前記硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物のShore A硬度の増加をもたらす量で前記硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物中に存在する強化充填材をさらに含み、i)前記硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物および対照組成物が、1mm〜2.5mm厚さの試験検体へ成形され、少なくとも10MPaの圧力で密閉金型中で10分間175℃の温度への暴露によって硬化させられ、ii)硬化した硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物および対照組成物のShore A硬度がASTM D 2240−06(1秒読み取り)に従って測定され、そしてiii)そして前記硬化した硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物が40よりも大きいShore A硬度を有する組成物。
  6. A.請求項3〜5のいずれか一項に記載の硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を提供する工程と、
    B.前記硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を約2〜60分間約160℃〜約200℃の温度に曝すことによって前記硬化性ポリアミド充填アクリレートポリマー組成物を硬化させて架橋したアクリレートポリマーエラストマー組成物を形成し、そして任意選択的に前記架橋した組成物を約160℃〜約200℃の温度でポスト硬化に曝し、それによってASTM D2240−06(1秒読み取り)に従って測定される、少なくとも40のShore A硬度を有するアクリレートポリマーエラストマー組成物を形成する工程と
    を含む、硬化エラストマー組成物の製造方法。
  7. 請求項6に記載の方法によって製造される硬化エラストマー組成物。
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