JP6188817B2 - 架橋オレフィンブロックコポリマーを有する熱可塑性加硫物 - Google Patents
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Description
本開示は、組成物を提供する。一実施形態では、本組成物は、第1のプロピレン系ポリマーと、オレフィンブロックコポリマーと、硬化成分とを含む。硬化成分は、プロピレン/α−オレフィンコポリマーである第2のプロピレン系ポリマー、スコーチ遅延剤、および架橋剤を含む。本組成物はまた、第1のプロピレン系ポリマーと、オレフィンブロックコポリマーと、硬化成分との反応混合物を含む。
本組成物は、第1のプロピレン系ポリマーを含む。第1のプロピレン系ポリマーは、プロピレンホモポリマーまたはプロピレン/α−オレフィンコポリマーであり得る。一実施形態では、第1のプロピレン系ポリマーは、ランダムプロピレン/α−オレフィンコポリマー(または第1のランダムプロピレン/α−オレフィン)である。ランダムプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、モノマーがポリマー鎖にわたってランダムに分布されたコポリマーであり、プロピレンから得られる過半量のモル%単位を含み、残りの単位が少なくとも1つのα−オレフィンの単位から得られる。コポリマー中のコモノマーの存在は、結晶化度、それ故にプロピレンの物理的特性を変化させる。ランダムプロピレンコポリマーのα−オレフィン成分は、エチレン(エチレンが本開示の目的でα−オレフィンと見なされる)、またはC4〜20線状、分岐状、もしくは環状α−オレフィンであり得る。好適なC4〜20α−オレフィンの非限定的な例としては、1−ブテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、1−ヘキサデセン、および1−オクタデセンが挙げられる。α−オレフィンはまた、シクロヘキセンまたはシクロペンテン等の環状構造を含み、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)およびビニルシクロヘキサン等のα−オレフィンをもたらす。
本組成物は、オレフィンブロックコポリマーを含む。本明細書で使用されるとき、「オレフィンブロックコポリマー(または「OBC」)は、マルチブロックまたはセグメント化コポリマーであり、線状様式で結合された、すなわち、ポリマーが懸垂またはグラフト化様式ではなく、重合されたエチレン官能基に対して端部間を結合される化学的に区別された単位を含むポリマーである、2つ以上の化学的に別個の領域またはセグメント(「ブロック」と呼ばれる)を含む。ある特定の実施形態では、ブロックは、そこに組み込まれたコポリマーの量もしくはタイプ、密度、結晶化度の量、そのような組成のポリマーに帰する結晶子サイズ、立体規則性のタイプもしくは程度(イソタクチックもしくはシンジオタクチック)、位置規則性(regio−regularity)もしくは位置変則性(regio−irregularity)、長鎖分岐もしくは超分岐を含む分岐の量、均一性、または任意の他の化学的もしくは物理的特性において異なる。オレフィンブロックコポリマーは、コポリマーの独自の作製プロセスのため、多分散指数(PDIもしくはMw/Mn)の独自の分布、ブロック長さ分布、および/またはブロック数分布を特徴とする。より具体的には、連続的プロセスにおいて製造されるとき、OBCの実施形態は、約1.7〜約8、約1.7〜約3.5、約1.7〜約2.5、および約1.8〜約2.5、または約1.8〜約2.1の範囲のPDIを有することができる。バッチまたはセミバッチプロセスにおいて製造されるとき、OBCの実施形態は、約1.0〜約2.9、約1.3〜約2.5、約1.4〜約2.0、または約1.4〜約1.8の範囲のPDIを有することができる。
(AB)n
式中、nは、少なくとも1、好ましくは2、3、4、5、10、15、20、30、40、50、60、70、80、90、100以上など、1を超える整数であり、「A」は、ハードブロックまたはセグメントを表し、「B」は、ソフトブロックまたはセグメントを表す。複数のAおよび複数のBは、分岐または星状の様式ではなく、線状様式で連結される。「ハード」セグメントは、いくつかの実施形態では95重量パーセントを超える量、他の実施形態では98重量パーセントを超える量でエチレンが存在する重合された単位のブロックを指す。言い換えると、ハードセグメントにおけるコモノマー含有量は、いくつかの実施形態では5重量パーセント未満、他の実施形態では、ハードセグメントの総重量の2重量パーセント未満である。いくつかの実施形態では、ハードセグメントは、すべてのエチレン、または実質的にすべてのエチレンを含む。
Tm>−2002.9+4538.5(d)−2422.2(d)2
0〜130J/gのΔHの場合、ΔT>−0.1299()H)+62.81
130J/gを超えるΔHの場合、ΔT≧48℃
Re>1481−1629(d)。
本組成物は、硬化成分を含む。硬化成分は、プロピレン/α−オレフィンコポリマー(第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマー)である第2のプロピレン系ポリマー、スコーチ遅延剤、および架橋剤を含む。
硬化成分は、プロピレン/α−オレフィンコポリマー(「第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマー」)である第2のプロピレン系ポリマーを含む。第2のプロピレン系ポリマーは、上記に記載される第1のプロピレン系ポリマーとは異なる。言い換えると、第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、密度、メルトフローレート、イソタクチシチー、結晶化度、および/または触媒系などの前述の第1のプロピレン系ポリマーとは異なる1つ以上の特性を有する。プロピレン/α−オレフィンコポリマーのための好適なコモノマーの非限定的な例としては、C2およびC4〜C10α−オレフィン、例えばC2、C4、C6、およびC8α−オレフィンが挙げられる。第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、1重量%〜40重量%のα−オレフィンコモノマーを含有する。
硬化成分は、スコーチ遅延剤を含む。用語「スコーチ」は、配合および/または処理中の早過ぎる架橋である。スコーチは、架橋剤が熱分解を受けるときに生じる。これは、制御されていない様式で進み、熱可塑性材料の質量でゲル粒子を生成し得る架橋反応を開始する。ゲル粒子は、架橋ポリマーの均一性に悪影響を与える。加えて、スコーチは、処理を困難にし、かつ望ましくない処理エネルギーの増加を必要とする熱可塑性材料に対する高い溶融粘度をもたらす。したがって、「スコーチ遅延剤」は、OBCにおける早過ぎる架橋および/または制御されていない架橋を減少させるか、または取り除く。
硬化成分は、架橋剤を含む。架橋剤は、個々のOBCポリマー鎖を互いに結合させる。特定の理論に縛られないが、第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、硬化成分のための担体としての機能を果たし、OBCの架橋中に第1のプロピレン系ポリマーのベータ切断を防ぐと考えられる。
本組成物は、1つ以上の任意の添加剤を含むことができる。好適な添加剤の非限定的な例としては、酸化防止剤、伸展油(鉱油またはパラフィン油)、充填剤(三水和アルミニウム、水酸化マグネシウム)、紫外線安定剤、およびこれらの任意の組み合わせが挙げられる。
(A)5重量%または14重量%〜36重量%または50重量%の第1のプロピレン系ポリマーと、
(B)15重量%、27重量%、または35重量%〜64重量%、または76重量%のOBCと、
(C)1重量%、3重量%、または4重量%〜18重量%、25重量%、36重量%、または40重量%の第2のプロピレン/エチレンコポリマーと、
(D)0重量%、0.01重量%、または0.05重量%〜0.5重量%または1重量%のスコーチ遅延剤と、
(E)0.25重量%、0.1重量%、または0.5重量%〜2.5重量%または5.0重量%の架橋剤と、を含む。重量パーセントは、組成物の総重量に基づく。
(F)0重量%、0重量%超、0.1重量%、または0.5重量%〜1重量%または2重量%の酸化防止剤;
(G)0重量%、0重量%超、または1重量%〜33重量%または50重量%の伸展油;
(H)0重量%、0重量%超、または1重量%〜33重量%または50重量%の充填剤;および
(I)0重量%、0重量%超、または0.1〜1重量%のUV安定剤。重量パーセントは、組成物の総重量に基づく。
一実施形態では、本組成物の反応混合物は、熱可塑性加硫物組成物を生成する。本明細書で使用されるとき、用語「熱可塑性加硫物」(または「TPV」)は、硬化されたエラストマー相が熱可塑性材料中に分散された熱可塑性エラストマーである。TPV組成物は、少なくとも1つの熱可塑性材料および少なくとも1つの硬化された(すなわち、架橋された)エラストマー材料を含む。熱可塑性材料は、マトリクスまたは連続相を形成し、硬化されたエラストマーは、不連続相を形成し、すなわち、硬化されたエラストマーのドメインが熱可塑性マトリクス中に分散される。一実施形態では、硬化されたエラストマーのドメインは、熱可塑性材料の連続相を通じて均一に分散される。
本開示は、物品を提供する。物品は、本TPV組成物を含む。好適な物品の非限定的な例としては、発泡体、タイヤ、ホース、ベルト、ガスケット、合成コルク、自動車用途(乗用車/トラックの屋根ふき材、窓シール、車体シール、艶出しシール)、キャップライナー、ガスケット、シーラント、押出形材、および成形部品が挙げられる。
特に反対に、文脈から黙示的に、または当該技術分野において慣用されて記載されない限り、すべての部およびパーセントは、重量に基づき、すべての試験方法は、本開示の出願日現在のものである。
分析的昇温溶出分画(ATREF)を、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第4,798,081号、およびWilde,L.;Ryle,T.R.;Knobeloch,D.C.;Peat,I.R.;Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers,J.Polym.Sci.,20,441−455(1982)に記載される方法に従って行う。分析されるべき組成物をトリクロロベンゼンに溶解させ、不活性担体(ステンレス鋼ショット)を含有するカラム中で0.1℃/分の冷却速度で20℃まで温度を徐々に低下させることによって結晶化させる。カラムには、赤外線検出器が備えられる。次に、ATREFクロマトグラム曲線を、1.5℃/分の速度で溶出溶媒(トリクロロベンゼン)の温度を20から120℃まで徐々に上昇させることによってカラムから結晶化したポリマー試料を溶出することによって作成する。
テトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの約3gの50/50混合物を10mmのNMR管内の0.4gの試料に添加することによって試料を調製する。試料を溶解させ、管およびその内容物を150℃まで加熱することによって均一化する。データを、100.5MHzの13C共振周波数に対応するJEOL Eclipse(商標)400MHzの分光計またはVarian Unity Plus.TM.400MHzの分光計を用いて収集する。データを、6秒のパルス繰り返し遅延でデータファイルにつき4000の過渡応答を用いて取得する。定量分析の最小の信号対雑音比を達成するために、複数のデータファイルを合計する。スペクトル幅は、32Kデータ点の最小ファイルサイズで25,000Hzである。試料を10mmの広帯域プローブ内で、130℃で分析する。コモノマー組み込みを、その全体が参照により本明細書に組み込まれる、ランドルのトライアド法(Randall,J.C;JMS−Rev.Macromol.Chem.Phys.,C29,201−317(1989)を用いて決定する。
圧縮ひずみを、ASTM D 395に従って測定する。試料を、12.7mmの総厚に達するまで、厚さ3.2mm、2.0mm、および0.25mmの直径25.4mmの丸い円板を積層することによって調製する。円板を、以下の条件下のホットプレスで成形された12.7cm×12.7cmの圧縮成形プラークからカットする:190℃で3分間ゼロ圧力、続いて190℃で2分間86MPa、続いて86MPaで冷たい水道水でプレスの内側を冷却する。
引張りのひずみを、ASTM D 412に従って測定する。引張り棒を、ASTM D412に定義されるDie Cによって約2±0.3mmの厚さを有するプラークからカットする。引張りのひずみ試験を、ASTM D412に従って実施する。引張り棒を、予熱のために10分間、INSTRONの環境チャンバ(70℃)内に保つ。次に、試料をさらに10分間、100%の伸び率で保持し、それを戻らせることなく迅速に解放する。次に、試料を10分間、休ませる。10分間の休憩期間の終了時に、基準点間の距離を測定する。引張りのひずみを以下の式に従って計算する:
引張りのひずみ=100[L−L0]/L0
Lは、10分間の収縮期間後の基準点間の距離に等しい。
分岐分布を、PolymerChar,Valencia,Spainから市販されているCRYSTAF 200ユニットを用いて結晶化分析分画(CRYSTAF)によって決定する。試料を160℃で1時間、1,2,4トリクロロベンゼン(0.66mg/mL)に溶解させ、95℃で45分間安定化させる。試料採取温度は、0.2℃/分の冷却速度で95〜30℃に及ぶ。赤外線検出器を使用して、ポリマー溶液濃度を測定する。累積可溶濃度を、温度が低下しながらポリマーが結晶化するときに測定する。累積特性の分析導関数は、ポリマーの短鎖分岐分布を反映している。
示差走査熱量測定の結果を、RCS冷却アクセサリおよびオートサンプラを備えたTAIモデルQ1000 DSCを用いて決定する。50ml/分の窒素パージガス流を使用する。試料を薄いフィルムにプレスし、約175℃でのプレスにおいて溶融させ、次いで室温(25℃)まで空冷する。次に、3〜10mgの材料を直径6mmの円板にカットし、正確に秤量し、軽アルミニウムパン(約50mg)に配置し、次いで圧着して閉じる(crimped shut)。試料の熱挙動を以下の温度プロファイルで調査する。試料を迅速に180℃まで加熱し、あらゆる以前の熱履歴を削除するために3分間、等温に保持する。次に、試料を10℃/分の冷却速度で−40℃まで冷却し、3分間、−40℃で保持する。次に、試料を10℃/分の加熱速度で150℃まで加熱する。冷却および第2の加熱曲線を記録する。
動的機械分析(DMA)を、10MPaの圧力で、180℃で5分間ホットプレスに形成された圧縮成形円板上で測定し、次いで90℃/分の速度でプレスにおいて水冷する。ねじり試験のための両持ちカンチレバー治具を備えたARES制御されたひずみレオメーター(TA instruments)を用いて試験を行う。
ゲル透過クマトログラフィーシステムは、Polymer Laboratories Model PL−210、またはPolymer Laboratories Model PL−220器具のいずれかからなる。カラムおよびカルーセルコンパートメントを140℃で操作する。3つのPolymer Laboratories 10ミクロン Mixed−Bカラムを使用する。溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンである。試料を、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中に0.1グラムのポリマーの濃度で調製する。160℃で2時間、軽く撹拌することによって試料を調製する。使用した注入量は、100マイクロリットルであり、流速は、1.0ml/分である。
大規模TREF分画を、160℃で4時間撹拌することによって2リットルの1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)に15〜20gのポリマーを溶解させることによって実施する。30〜40メッシュ(600〜425μm)の球状工業用ガラスビーズ(Potters Industries,HC 30 Box 20,Brownwood,Tex.,76801から入手可能)と、ステンレス鋼の直径0.028インチ(0.7mm)のカットワイヤショット(Pellets,Inc.63 Industrial Drive,North Tonawanda,N.Y.,14120から入手可能)との60:40(v:v)混合物を充填した3インチ×4フィート(7.6cm×12cm)のスチールカラムに、ポリマー溶液を15psig(100kPa)の窒素によって圧入する。このカラムを160℃に初期設定された熱制御オイルジャケットに浸漬する。このカラムを最初に、125℃まで弾道的に冷却し、次いで毎分0.04℃の速度で20℃まで除冷し、1時間保持する。温度を毎分0.167℃の速度で上昇させながら、新しいTCBを約65ml/分の速度で導入する。
機械的試験のシートを、圧縮成形ポリマー片によって、10MPaの圧力下の180℃および10分の圧縮時間で作製する。シートを、Die Cを用いて釣り鐘型の試料にカットする。引張り強度試験を、ASTM D412に従って室温で実施する。引張り速度は、50mm/分である。
熱機械的分析:試料を厚さ1.8mmのフィルムに圧縮成形し、次いで0.5ニュートンの荷重で熱機械的分析器(TMA Q400)内で50℃から200℃まで5℃/分の速度で走査する。
実施例の項で使用される材料を以下の表1に提供する。
プレブレンド硬化成分の調製―VERSIFY 2300プロピレン/エチレンコポリマーを120℃で50mlのHaake内部ミキサ(Thermo Coから)に投入する。VERSIFY 2300プロピレン/エチレンコポリマーが溶融した後、次に、4−ヒドロキシル−TEMPOおよびLUPEROX 101をミキサに投入し、約2分まで混合する。フォルマント硬化成分(マスターバッチ)をHaakeから取り出し、室温まで冷却させ、その後、小片にカットする。
TPV組成物の調製:OBCおよびプロピレンホモポリマーをHaake内部ミキサに175℃で投入し、5分間混合する。次に、油および他の添加剤を装填する。トルクが一貫性を保った時点で、温度を185℃まで上昇させ、次いで硬化成分(上記の)をミキサに投入する。回転速度は、80rpmである。混合された化合物をミキサから取り出し、室温まで冷却する。フォルマントTPV組成物を成形および他の試験のために小片にカットする。
表2に示されるように、発明実施例1〜9は、油を使用しない動的架橋OBCを有するTPV組成物である。純OBC(OBC1、比較試料1)と比較して、すべての発明実施例1〜9は、機械的特性(400%を超える引張り伸び率)と流動性(10g/10分を超えるMI)との良好な平衡を示す。同時に、耐熱性は、発明実施例1〜9において顕著に改善される。
なお、本発明には、以下の態様が含まれることを付記する。
[1]
反応混合物を含むか、またはそれから得られる組成物であって、
第1のプロピレン系ポリマーと、
オレフィンブロックコポリマーと、
硬化成分であって、
i.第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマーと、
ii.スコーチ遅延剤と、
iii.架橋剤と、を含む、硬化成分と、を含む、組成物。
[2]
前記第1のプロピレン系ポリマーは、第1のプロピレン/エチレンコポリマーである、[1]に記載の組成物。
[3]
前記オレフィンブロックコポリマーは、エチレン/オクテンマルチブロックコポリマーである、[1]または[2]のいずれかに記載の組成物。
[4]
前記第2のプロピレン/α−オレフィンコポリマーは、第2のプロピレン/エチレンコポリマーである、[1]〜[3]のいずれかに記載の組成物。
[5]
前記スコーチ遅延剤は、2,2,6,6−テトラメチルピペリジンオキシル(TEMPO)、および4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンオキシル(4−ヒドロキシ−TEMPO)、ならびにこれらの組み合わせからなる群から選択される、[1]〜[4]のいずれかに記載の組成物。
[6]
前記架橋剤は、過酸化物である、[1]〜[5]のいずれかに記載の組成物。
[7]
前記硬化成分は、硬化促進剤をさらに含む、[1]〜[6]のいずれかに記載の組成物。
[8]
14重量%〜50重量%の前記第1のプロピレン/エチレンコポリマーと、
35重量%〜76重量%のオレフィンブロックコポリマーと、
3重量%〜36重量%の前記第2のプロピレン/エチレンコポリマーと、
0.01重量%〜1.0重量%のスコーチ遅延剤と、
0.1重量%〜5.0重量%の過酸化物と、を含む、[1]〜[6]のいずれかに記載の組成物。
[9]
酸化防止剤、伸展油、充填剤、UV安定剤、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される添加剤を含む、[8]に記載の組成物。
[10]
第1のプロピレン系ポリマーを含む連続相と、
前記連続相中に分散された不連続相であって、架橋オレフィンブロックコポリマーを含む、不連続相と、を含む、熱可塑性加硫物組成物。
[11]
前記第1のプロピレン系ポリマーは、第1のプロピレン/エチレンコポリマーである、[10]に記載の熱可塑性加硫物組成物。
[12]
第2のプロピレン/エチレンコポリマーを含む、[10]または[11]のいずれかに記載の熱可塑性加硫物組成物。
[13]
5重量%〜50重量%の第1のプロピレン系ポリマーと、
15重量%〜76重量%の架橋オレフィンブロックコポリマーと、
1重量%〜40重量%の第2のプロピレン/エチレンコポリマーと、を含む、[12]に記載の熱可塑性加硫物組成物。
[14]
4MPa〜20MPaの引張り強度を有する、[10]〜[13]のいずれかに記載の熱可塑性加硫物組成物。
[15]
200%〜900%の破断伸び率を有する、[10]〜[14]のいずれかに記載の熱可塑性加硫物組成物。
Claims (2)
- 反応混合物を含むか、または前記反応混合物から得られる組成物であって、
14重量%〜50重量%の、ランダムプロピレン/エチレンコポリマーである第1のプロピレン系ポリマー、
35重量%〜76重量%のエチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマー、および
硬化成分
を含み、
前記硬化成分が、
i.3重量%〜36重量%の、前記第1のプロピレン系ポリマーとは異なるランダムプロピレン/エチレンコポリマーである第2のプロピレン系ポリマー、
ii.0.01重量%〜1.0重量%のスコーチ遅延剤、および
iii.0.1重量%〜5.0重量%の、過酸化物である架橋剤
を含み、
前記組成物はエチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムを含まない、前記組成物。 - 連続相、不連続相、および相溶化剤からなる高分子組成物を含む熱可塑性加硫物組成物であって、
前記連続相は、プロピレンとエチレンからなるランダムプロピレン/エチレンコポリマーである第1のプロピレン系ポリマーからなり、
前記不連続相は、前記連続相中に分散し、前記不連続相は、エチレンとオクテンからなる架橋エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーからなり、
前記相溶化剤は、前記第1のプロピレン系ポリマーとは異なるランダムプロピレン/エチレンコポリマーである第2のプロピレン系ポリマーからなり、前記ランダムプロピレン/エチレンコポリマーは、プロピレンとエチレンからなり、
前記高分子組成物は、
5重量%〜50重量%の前記第1のプロピレン系ポリマー、
15重量%〜76重量%の前記架橋エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマー、および
1重量%〜40重量%の、前記第1のプロピレン系ポリマーの密度と異なる密度を有する前記第2のプロピレン系ポリマー
からなり、
前記熱可塑性加硫物組成物が、エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムを含まない、前記熱可塑性加硫物組成物。
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