JP6474407B2 - 最適化された加工特性を有するモノシル法のためのスズ不含触媒を含む組成物 - Google Patents
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Description
(i)60質量%までの2−エチルヘキサン酸[H3C(CH2)3CH(C2H5)COOH]の含分、
(ii)少なくとも1種の一般式I
A−SiR2 x(OR1)3-x (I)
[式中、
R1は、互いに無関係に、1〜4個のC原子を有する直鎖状または分岐状の炭化水素基を表し、
R2は、メチルを表し、かつ
xは、0または1であり、かつ
Aは、式(R3)2C=C(R3)−Mk−の1価のオレフィン基を表し、
ここで、kは0または1であり、基R3は同一であるかまたは異なり、かつR3は水素原子またはメチル基であり、かつ基Mは、−CH2−、−(CH2)2−、−(CH2)3−または−C(O)O−(CH2)3−の系列からの基に相当する]
のモノ不飽和有機官能性アルコキシシランの含分、
(iii)少なくとも1種のラジカル発生剤の含分、および
(iv)任意に、少なくとも1種の他の成分の含分
を含み、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であるものとする組成物を提供することができた。
(i)5〜60質量%の2−エチルヘキサン酸[H3C(CH2)3CH(C2H5)COOH]の含分、
(ii)少なくとも1種の一般式I
A−SiR2 x(OR1)3-x (I)
[式中、
R1は、互いに無関係に、1〜4個のC原子を有する直鎖状または分岐状の炭化水素基を表し、
R2は、メチルを表し、かつ
xは、0または1であり、かつ
Aは、式(R3)2C=C(R3)−Mk−の1価のオレフィン基を表し、
ここで、kは0または1であり、基R3は同一であるかまたは異なり、かつR3は水素原子またはメチル基であり、かつ基Mは、−CH2−、−(CH2)2−、−(CH2)3−または−C(O)O−(CH2)3−の系列からの基に相当する]
のモノ不飽和有機官能性アルコキシシランの含分、
(iii)少なくとも1種のラジカル発生剤の含分、および
(iv)任意に、少なくとも1種の他の成分の含分
を含み、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であるものとする、前記組成物である。
(i)2−エチルヘキサン酸を9〜40質量%、
(ii)ビニルトリメトキシシラン(VTMO)またはビニルトリエトキシシラン(VTEO)または3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)を15〜88質量%、
(iii)ジクミルペルオキシドを3〜10質量%、および
(iv)任意に、少なくとも1種の添加剤または複数の添加剤を合計で0.05〜15質量%
含み、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であるものとする。
以下の実施例により本発明を説明するが、本発明の対象はこれに限定されるものではない:
定義
カルボン酸
カプリル酸=オクタン酸、H3C(CH2)6COOH
カプリン酸=デカン酸、H3C(CH2)8COOH
ラウリン酸=ドデカン酸、H3C(CH2)10COOH
ミリスチン酸=テトラデカン酸、H3C(CH2)12COOH
2−エチルヘキサン酸=H3C(CH2)3CH(C2H5)COOH
この表記は常に、ポリマー(本実験においては例えばポリエチレン(PE))100Tleを基準とするそれぞれの添加剤の含分(質量部)を意味する。例えば、PE 100Tleにシラン混合物1.4Tleを添加する。これは、パーセントに換算すると次の意味を有する:
シラン混合物1.4Tle/(PE 100Tle+シラン混合物1.4Tle)×100=ポリマーコンパウンド全体中でシラン混合物1.38%。
Gew.−%=質量%
ここでは、丸底プラスチックフラスコ中に、加熱されたプラスチック造粒物 −空気循環炉中で70℃で1時間− を充填する。次いで、実験に必要なシラン混合物にこの加熱されたプラスチック造粒物を施与し、このフラスコをローラーベッド上に配置する。この丸底フラスコを1時間にわたってその長手方向軸周りに回転させ、それによりこのプラスチックフラスコの全内容物を混合する。この高温のプラスチックがこのシラン混合物を吸収し、1時間後に、シラン混合物を必要なあるいは企図された割合で含有する乾燥した流動性のプラスチック造粒物となる。
これは、押出されたストリップ(成形体)から打抜き装置を用いて打抜かれる試験体である。引張試験片の形状は、該引張試験片の幅が、狭い中央部よりも外端部でかなり大きくなるように選択されている。これによりこの試験片の中央部に所定の負荷をかけることができ、それにより測定値の再現性が保証される。この中央の狭い範囲内に、ホットセット/永久ひずみのための測定マークをつける。必要な負荷の錘の算出に、この狭い中央部の断面積(幅×厚さ)を用いる。なぜならばここで最大負荷が生じるためである。この試験のために、タイプ5Aの試料をDIN EN ISO 527−2:2012−06、第10頁に従って使用した。
引張試験片に、自然通気乾燥棚中で所定の機械的負荷をかけ(0.2MPa、200℃で15分間)、その際、この試験片の長さの変化を測定する。矩形の引張試験片断面および所定の0.2MPaの負荷のために必要な負荷の錘を以下のように算出した:負荷の錘[g]=20.387×引張試験片の幅[mm]×引張試験片の厚さ[mm](幅および厚さは、それぞれ引張試験片の狭い範囲において測定したもの)。算出された錘を相応する試験片に吊下し、いずれも共通して空気循環炉中で200℃で固定する。この試験片に貯蔵の前に2つのマークをつける(間隔20mm)。負荷がかけられた試験片を15分間貯蔵した後、これらのマークの間隔を測定する。従って、ホットセットとは、0.2MPaの負荷をかけて200℃で15分間経過した後の、この負荷がかけられた引張試験片の熱伸長である。ホットセットは次のように算出される:
ホットセット=(LHS−20mm)/20mm×100[%]
ここで、LHSとは、0.2MPaの負荷をかけて200℃で15分間貯蔵した後のマークの間隔をmmで示したものを意味する。ホットセット値が100%以下であることは、架橋が十分に良好であることに相当する。
乾燥炉中で0.2MPaの負荷をかけて200℃で15分間経過した後のこの負荷がかけられた試料のマークの間隔の変化を測定した後に、すなわちホットセットの測定の直後に、錘をこの引張試験片から取り除き、この引張試験片をこの炉中で200℃で負荷をかけずにさらに5分間貯蔵する。5分後、この引張試験片を取り出して周囲温度で5分間冷却する。ここでマークの間隔を再度測定する。永久ひずみとは、架橋された引張試験片のマークの残留伸びである。永久ひずみは次のように算出される:
永久ひずみ=(LPS−20mm)/20mm×100
ここで、LPSとは、引張試験片を負荷をかけずに200℃で5分間さらに貯蔵し、これを引き続き室温で5分間冷却した後のこの引張試験片上のマークの間隔を意味する。永久ひずみ値が25%以下であることは、架橋が十分に良好であることに相当する。
ビニルトリメトキシシランへのミリスチン酸の溶解試験:
100ml透明ガラスフラスコ中に、ビニルトリメトキシシラン(VTMO)50gを装入した。次いで、このシランにミリスチン酸を段階的に添加し、澄明な液体が生じるまでフラスコを手で振とうした。その後、このシラン組成物を冷蔵庫内で+6℃で貯蔵し、時々調べた。詳細および結果を第1表に示す。
6℃で50分の経過後にすでに、大部分のミリスチン酸がこのシラン混合物中で沈殿する。従って、実際の周囲条件に耐える7.8質量%以上のミリスチン酸を含有する安定なシラン混合物は、実現不可能である。
ビニルトリメトキシシランへのカプリン酸の溶解試験
ビニルトリメトキシシランとカプリン酸との様々な比率での混合物を調製した。この混合物を20ml白色ガラスフラスコ中で製造した。これを、安定な溶液が生じるまで混合した。次いで、このフラスコを1℃で貯蔵し、2時間後、3.5時間後および18時間後にこの液体を調べた。
カプリン酸によっても、比較的高い含分の触媒あるいは酸を有すると同時に低い貯蔵温度で安定であるVTMO溶液の製造は不可能である。
不飽和アルコキシシランへのカプリル酸および2−エチルヘキサン酸の溶解試験
不飽和アルコキシシラン −ビニルトリメトキシシラン(VTMO)、ビニルトリエトキシシラン(VTEO)、3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(MEMO)− 各4gを、それぞれ、カルボン酸(カプリル酸および2−エチルヘキサン酸)6gと一緒に20ml白色ガラスフラスコ中に移し、振とうにより混合した。次いで、このフラスコを1℃で貯蔵し、18時間後にこの液体を調べた。結果を第3−1表および第3−2表に示す。
驚くべきことに、2−エチルヘキサン酸を含有する全ての混合物が、1℃で18時間後であっても、そして60質量%の含分であっても、試験された全てのシラン(VTMO、VTEO、MEMO)中で澄明な溶液のままであることが判明した。カプリル酸に対しても、40質量%の酸およびMEMO+60質量%のカプリル酸を含有する材料の組み合わせの場合に、2−エチルヘキサン酸のより良好な溶解特性が示された。
種々の不飽和アルコキシシラン、ペルオキシド、添加剤およびカルボン酸の混合物の溶解試験 −カプリル酸と2−エチルヘキサン酸との比較−
種々の添加剤を含有するシラン混合物を、20ml白色ガラスフラスコ中で製造した。安定な溶液が生じるまで、これらの出発材料を混合した(マグネチックスターラー、室温で約1時間)。次いでこのフラスコを1℃で貯蔵し、かつ3.5時間後にこの液体を調べた。第4−1表(カプリル酸を用いた試験)および第4−2表(2−エチルヘキサン酸を用いた試験)に、混合バッチおよびそれに伴う結果を示す。
驚くべきことに、2−エチルヘキサン酸は、カプリル酸と比較して、1℃で18時間後に明らかにより良好な溶解挙動を示す。カプリル酸の場合には混合物4B(第4−1表)が1℃で18時間後に「凍結」したのに対して、2−エチルヘキサン酸を含有するバッチ(実施例4E、第4−2表)は変わらずに溶解したままである。従って、2−エチルヘキサン酸はここでもカプリル酸よりも良好な溶解特性を示す。
触媒としてミリスチン酸およびDBTLを用いたPE−LLDのシラン架橋
PE−LLDと、ビニルトリメトキシシラン、ジクミルペルオキシドおよび架橋触媒をベースとするシラン調製物とを、加熱可能なスクリュー押出機を用いて反応させ、成形し、次いで湿分作用下に架橋させた。双方のシラン調製物を第5−1表に示す。
シラン混合物中の7質量%のミリスチン酸含分は、従来技術に相当するような十分に良好な架橋密度を得るには不十分である。容認しうる架橋度を得るためには、7質量%超のミリスチン酸含分を使用することが必要である。不飽和アルコキシシランへのミリスチン酸の溶解限度に基づき(実施例1参照)、配合の際には著しい制約が課される。従って、技術的課題をミリスチン酸の使用により解決することは、実際には不可能である。
触媒としてのカプリル酸と比較した、触媒としての2−エチルヘキサン酸を用いたPE−LLDのシラン架橋
PE−LLDと、ビニルトリメトキシシラン、ジクミルペルオキシドおよび架橋触媒をベースとするシラン調製物とを、加熱可能なスクリュー押出機を用いて反応させ、成形し、次いで湿分作用下に架橋させた。触媒である2−エチルヘキサン酸とカプリル酸とを互いに比較して試験した。試験されたシラン調製物を第6−1表に示す。
カプリル酸のみならず2−エチルヘキサン酸も、スズ不含触媒として使用できることが判明した。しかしながら驚くべきことに、押出成形の間に、2−エチルヘキサン酸を含有する全てのバッチが、供給量と無関係に、かつカプリル酸と比較して、生成物を損傷しない架橋を可能にすることが判明した。このことは、押出成形の間の押出機出口でのヘッド圧力において極めて明らかに見て取れる。2−エチルヘキサン酸を含有する全てのバッチはヘッド圧力が30〜35barの範囲内であるのに対して、カプリル酸を含有するバッチの場合にはヘッド圧力が32barから47barへと著しく上昇している。この高い圧力の理由は、高められた溶融粘度にある。これによって、カプリル酸を含有するバッチにおける押出成形の間にも、満足のいかない粗くかつほつれのあるストリップあるいは生成物が生じる。2−エチルヘキサン酸を含有するバッチのストリップあるいは生成物は、いずれも卓越した品質であると同時に架橋度が極めて高かった。
Claims (14)
- 熱可塑性ポリオレフィンを架橋するためにモノシル法において使用するための組成物であって、前記組成物が、
(i)5〜60質量%の2−エチルヘキサン酸[H3C(CH2)3CH(C2H5)COOH]の含分、
(ii)少なくとも1種の一般式I
A−SiR2 x(OR1)3-x (I)
[式中、
R1は、互いに無関係に、1〜4個のC原子を有する直鎖状または分岐状の炭化水素基を表し、
R2は、メチルを表し、かつ
xは、0または1であり、かつ
Aは、式(R3)2C=C(R3)−Mk−の1価のオレフィン基を表し、
ここで、kは0または1であり、基R3は同一であるかまたは異なり、かつR3は水素原子またはメチル基であり、かつ基Mは、−CH2−、−(CH2)2−、−(CH2)3−または−C(O)O−(CH2)3−の系列からの基に相当する]
のモノ不飽和有機官能性アルコキシシランの含分、
(iii)少なくとも1種のラジカル発生剤の含分、および
(iv)任意に、少なくとも1種の他の成分の含分
を含み、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であることを特徴とする、前記組成物。 - 請求項1に記載の組成物であって、成分(i)としての2−エチルヘキサン酸の含分が15〜45質量%であることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1に記載の組成物であって、成分(ii)の含分が15〜94.95質量%であることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から3までのいずれか1項に記載の組成物であって、成分(iii)の含分が0.05〜10質量%であることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項4に記載の組成物であって、前記ラジカル発生剤の成分(iii)が有機ペルオキシドおよび/または有機ペルエステルであり、かつ、t−ブチルペルオキシピバレート、t−ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、ジクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、ジ(t−ブチルペルオキシ−イソプロピル)ベンゼン、1,3−ジ(2−t−ブチルペルオキシ−イソプロピル)ベンゼン、1,4−ジ(2−t−ブチルペルオキシ−イソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン(3)、ジ−t−アミルペルオキシド、1,3,5−トリス(2−t−ブチルペルオキシ−イソプロピル)ベンゼン、1−フェニル−1−t−ブチルペルオキシフタリド、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)−ジイソプロピル−ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ−t−ブチルペルオキシ−ヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルペルオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルペルオキシ)バレレート、エチル−3,3−ジ(t−ブチルペルオキシ)ブチレート、3,3,6,9,9−ヘキサメチル−1,2,4,5−テトラオキサ−シクロノナンまたは上記ラジカル発生剤の少なくとも2種の混合物の系列から選択されることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から5までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物が成分(iv)として少なくとも1種の添加剤および/または前記添加剤の混合物を含有することを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から6までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物が、成分(iv)として、ペンタエリトリチル−テトラキス[3−(3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4,4’−ビス−(1,1−ジメチルベンジル)−ジフェニルアミン、N,N’−ビス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオニル)ヒドラジン、6,6’−ジ−t−ブチル−2,2’−チオジ−p−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、トリス−(2−t−ブチル−4−チオ(−2’−メチル−4−ヒドロキシ−5’−t−ブチル)フェニル−5−メチル)フェニルホスファイトおよび2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン(重合体)の系列からの少なくとも1種の添加剤を含むことを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から7までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記成分(ii)が、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランおよび3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランの系列から選択されることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から8までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物が、
(i)2−エチルヘキサン酸[H3C(CH2)3CH(C2H5)COOH]を9〜40質量%、
(ii)ビニルトリメトキシシランまたはビニルトリエトキシシランまたは3−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシランを15〜88質量%、
(iii)ジクミルペルオキシドを3〜10質量%、および
(iv)任意に、少なくとも1種の添加剤または複数の添加剤を合計で0.05〜15質量%
含み、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であることを特徴とする、前記組成物。 - 請求項1から9までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物が、他の成分(iv)として、ペンタエリトリチル−テトラキス[3−(3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノール、オクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、4,4’−ビス−(1,1−ジメチルベンジル)−ジフェニルアミン、N,N’−ビス(3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオニル)ヒドラジン、6,6’−ジ−t−ブチル−2,2’−チオジ−p−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、トリス−(2−t−ブチル−4−チオ(−2’−メチル−4−ヒドロキシ−5’−t−ブチル)フェニル−5−メチル)フェニルホスファイトおよび2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン(重合体)の系列からの安定剤または金属不活性化剤を0〜10質量%含有し、その際、全ての成分(i)〜(iv)の合計は100質量%であることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から9までのいずれか1項に記載の組成物であって、前記組成物が担体上に提供され、その際、担体材料は熱可塑性ポリオレフィンまたは無機担体材料の系列から選択され、かつ、前記担体を基準とした前記組成物の量は10〜50質量%であることを特徴とする、前記組成物。
- 請求項1から11までのいずれか1項に記載の組成物を少なくとも1種の熱可塑性ポリオレフィンと一緒にモノシル法において反応させることにより、熱可塑性ポリオレフィンをベースとする生成物を製造するための方法。
- 請求項12に記載のモノシル法であって、少なくとも1種の熱可塑性ポリオレフィンおよび請求項1から11までのいずれか1項に記載の組成物および任意に他の添加物を、加熱されたスクリュー押出機中に計量供給し、このスクリュー押出機中で、溶融された混合物を温度の作用下に処理し、溶融された塊状物を搬送し、かつダイを通じて押出し、この押出物を架橋のために水浴中に導き、かつこの押出物を形状が安定するまで反応させ、次いでそのようにして得られた成形体を乾燥させることを特徴とする、前記方法。
- 押出成形により成形される熱可塑性ポリオレフィンベースの生成物の製造時に熱可塑性ポリオレフィンを架橋させるためにモノシル法において使用するための、請求項1から11までのいずれか1項に記載の組成物の使用であって、その際、前記熱可塑性ポリオレフィンは充填剤を含有していなくても充填剤を含有していてもよく、かつ/または、着色剤若しくは顔料で着色されていてもよいものとする、前記使用。
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