JP6582001B2 - ハロゲン化ポリマー及び金属メルカプチドを有する水分硬化性ポリマー組成物 - Google Patents
ハロゲン化ポリマー及び金属メルカプチドを有する水分硬化性ポリマー組成物 Download PDFInfo
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Description
本発明は、2014年6月18日出願の米国特許仮出願第62/013,564号の利益を主張する。
塩素及び臭素含有添加剤などのハロゲン含有添加剤がしばしば、ポリオレフィンに難燃性を与えるために用いられる。酸化アンチモンは、ハロゲンの難燃作用を増加させることができ、しばしば相乗剤として使用される。ポリオレフィンに難燃性を与えるための別のアプローチは、ハロゲン含有ポリマーとポリオレフィンとの熱可塑性ブレンドを作製することであった。しかしながら、全ての種類のハロゲン化ポリマーが、フリーラジカル化学作用(例えば、過酸化物または放射線架橋)によって効果的に架橋され得るわけではないため、そのようなブレンドを架橋性(すなわち、熱硬化性)にすることは困難であり得る。同様に、ハロゲン化ポリマーに官能基をグラフトして、架橋を可能にすることは、そのようなグラフト技術がしばしばフリーラジカル技術を必要とするため、困難を呈する。したがって、難燃性架橋性ポリマー組成物における改善が所望される。
(a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、
(b)ハロゲン化ポリマーと、
(c)金属メルカプチドと、を含む、組成物である。
先程述べたように、本明細書に記載される水分硬化性ポリマー組成物は、加水分解性シラン基を有するポリオレフィンを含む。本明細書で使用される場合、「水分硬化性」ポリマー組成物とは、水の存在時に加水分解反応を経てSi−O−Si結合を生成して、ポリマー鎖間の架橋ネットワークを形成する、加水分解性シラン基を有する少なくとも1つの構成成分を含有する組成物である。本開示において、加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、シラン官能化ポリエチレン、ポリプロピレンなどのシラン官能化オレフィンポリマー、及びこれらのポリマーの様々なブレンドを含む。1つ以上の実施形態において、シラン官能化オレフィンポリマーは、(i)エチレンと加水分解性シランとのインターポリマー、(ii)エチレンと、1つ以上のC3以上のα−オレフィン及び/または不飽和エステルと、加水分解性シランとのインターポリマー、(iii)加水分解性シランがその骨格にグラフトされたエチレンのホモポリマー、ならびに(iv)エチレンと1つ以上のC3以上のα−オレフィン及び/または不飽和エステルとのインターポリマーであって、加水分解性シランがその骨格にグラフトされた、インターポリマー、からなる群から選択され得る。例示的なα−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、及び1−オクテンが挙げられる。例示的な不飽和エステルは、酢酸ビニルまたはアクリル酸もしくはメタクリル酸エステルである。
上述のように、本明細書に記載される水分硬化性ポリマー組成物は、ハロゲン化ポリマーを含む。「ハロゲン化ポリマー」とは、その中に、ハロゲン原子(すなわち、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、及びアスタチン)を含有する少なくとも1種類のモノマーまたはポリマーが官能化、グラフト、または共重合された、任意のポリマーである。様々な実施形態において、ハロゲン化ポリマーのハロゲンは、塩素、臭素、及びこれらの混合物から選択され得る。いくつかの実施形態において、ハロゲン化ポリマーのハロゲンは、塩素である。
上述のように、本明細書に記載される水分硬化性ポリマー組成物は、金属メルカプチドを含む。本明細書で使用される場合、「金属メルカプチド」とは、メルカプタンの金属塩を意味する。メルカプタンは、一般式R−SH(式中、Rは有機ラジカルである)を有する。故に、金属メルカプチドは、一般式(R−S)a[M]b(式中、「b」は金属Mの酸化状態に等しく、「a」はbに等しい)を有する。
R1 x[M]y(SR2)z
−式中、各R1は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、及びシクロアルケニル基から独立して選択され、
−各R2は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、または以下の式(1)〜(6)から選択される構造から独立して選択され、
−R4は、アルキレン基、アリーレン基、及びアルケニレン基、シクロアルキレン基、またはシクロアルケニレン基から選択され、
−R5は、−HまたはR6であり、
−R6は、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、及びシクロアルケニル基から選択され、
−Mは、スズ、アンチモン、亜鉛、及びカルシウムから選択される金属であり、
−yは、金属Mの酸化状態に等しく、
−xは、0〜y−1(境界値を含む)の任意の整数であり得、
−zは、1〜y(境界値を含む)の任意の整数であり得、
−x+z=yである。
様々な実施形態において、Mはスズである。
様々な実施形態において、水分硬化性ポリマー組成物は、任意でシラノール縮合触媒を更に含んでもよい。「シラノール縮合」触媒とは、水分硬化性ポリマー組成物の湿性環境での処理時に、ポリオレフィン上に存在する上記の加水分解性シラン基の加水分解、及び結果として得られるシラノールの縮合を開始させるか、またはその反応速度を増加させる役割を果たす、任意の化合物である。
水分硬化性ポリマー組成物はまた、酸化防止剤、着色剤、腐食抑止剤、潤滑剤、ブロッキング防止剤、(ハロゲン化される場合、非ポリマー系の)難燃剤、相溶化剤、可塑剤、及び加工助剤などの他の構成成分も含有し得る。好適な酸化防止剤としては、(a)フェノール系酸化防止剤、(b)チオ系酸化防止剤、(c)リン酸塩系酸化防止剤、及び(d)ヒドラジン系金属不活性剤が挙げられる。好適なフェノール系酸化防止剤としては、メチル置換フェノールが挙げられる。第1級または第2級カルボニルを有する置換基を有する他のフェノールは、好適な酸化防止剤である。1つの好ましいフェノール系酸化防止剤は、イソブチリデンビス(4,6−ジメチルフェノール)である。1つの好ましいヒドラジン系金属不活性剤は、オキサリルビス(ベンジリジエンヒドラジド)である。これらの他の構成成分または添加剤は、当該技術分野において既知の様式及び量で使用される。例えば、酸化防止剤は典型的には、ポリマー組成物の総重量に基づいて、約0.05〜約10重量パーセントの間の量で存在し得る。
水分硬化性ポリマー組成物の混練及び溶融ブレンドは、当業者にとって既知の標準的な装置によって実行され得る。混練装置の例は、BANBURY内部混合機またはBOLLING内部混合機などの内部バッチ混合機である。あるいは、FARREL連続混合機、Werner and Pfleiderer二軸スクリュー混合機、またはBuss(商標)混練連続押出機などの連続単軸もしくは二軸スクリュー混合機または押出機が使用されてもよい。架橋性ポリマー組成物はその後、圧縮成形、射出成形、及びダイを通した押出などのプロセスによって、最終用途物品へと製作、造形、または成形され得る。
架橋反応は典型的には、グラフトされたシラン基または共重合されたシラン基の間の水分誘導反応によって、溶融ブレンド及び造形、成形、または押出ステップの後に行われる。水分誘導架橋は、水が外部環境(蒸気加硫チューブ、湿性雰囲気、または水浴もしくは「サウナ」から)からバルクポリマーへと浸透して、高温(例えば、90℃)または周囲温度(例えば、23℃)で発生し得る。水分誘導架橋に必要とされる水はまた、米国特許第8,541,491B2号、米国特許第8,460,770B2号、米国特許第8,324,311B2号、欧州特許第EP2 195 380B1号、及び欧州特許第EP2 170 986B1号に開示されるように、インサイチュで生成されてもよい。故に、水分誘導架橋は、被覆導体を作製する上で従来使用される乾燥加硫チューブ内ですら、発生することができる。製作された物品(被覆導体など)は、周囲または室内条件の温度(23℃など)及び湿度(50〜70パーセントの相対湿度など)で架橋し続けることができる。
水分硬化性または架橋ポリマー組成物を含む絶縁層を含有するケーブルは、例えば、単軸または二軸スクリュー型などの様々な種類の押出機によって調製され得る。従来の押出機についての記述は、米国特許第4,857,600号に見出すことができる。共押出及びそれのための押出機の一例は、米国特許第5,575,965号に見出すことができる。ポリマー絶縁体が押出後に架橋されるワイヤ被覆において、ケーブルはしばしば、湿性環境または水浴などの硬化帯域内へと直ちに通過する。あるいは、架橋は、インサイチュ生成された水分または環境水分のいずれかを使用して、周囲条件で実行されてもよい。
密度
密度は、ASTM D792に従って決定される。
メルトインデックス、つまりI2は、ASTM D1238、190℃/2.16kgの条件に従って測定し、10分当たりに溶出したグラムで報告する。
高温クリープは、Insulated Cable Engineers Association規格番号ICEA−T−28−562−2003に従って決定される。
ゲル含有量は、ASTM基準D2765に従って決定される。
限界酸素指数は、125ミルの厚さの試料上、ASTM基準D638に従って決定される。
伸び(破断歪み)は、20mm/分の変位速度で、Type IV試験試料を使用して、ASTM D638に従って測定される。
引張強度(ピーク応力)は、20mm/分の変位速度で、Type IV試験試料を使用して、ASTM D638に従って測定される。
熱重量分析は、10℃/分の速度で30から900℃へと温度を上昇させることによって、(100cm3/分の流量の)窒素下、TA Instruments Model Q5000によって、白金皿上で実行される。
以下の実施例において、以下の材料を用いる。
以下の方法に従って、3つの比較試料(CS1〜CS3)を調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表1に示す250グラムの各組成物を作製する。エチレン−シランコポリマー及びPVCを、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、3分間混合し、その後、触媒及び酸化防止剤を添加し、更に5分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、90℃の水中で6時間硬化させる。
以下の手順に従って、5つの比較試料(CS4〜CS8)を調製する。カムロータを有する40cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表3に示す40グラムの各組成物を作製する。全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、5分間混合する。混合は、40rpm及び180℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、180℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で48時間硬化させる。
以下の手順に従って、4つの比較試料(CS9〜CS12)及び試料(S1〜S4)を調製する。カムロータを有する40cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表5に示す50グラムの各組成物を作製する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチド及び可塑剤を別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で68時間硬化させる。
以下の手順に従って、2つの比較試料(CS13及びCS14)ならびに試料(S5)を調製する。カムロータを有する40cm3Brabender混合ボウルを使用して、以下の表7に示す55グラムの各組成物を作製する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填する。CS13及びCS14について、混合は、40rpm及び190℃で5分間実行する。S5について、混合は、40rpm及び190℃で3分間実行する。全ての場合で、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。CS13及びCS14の成形条件は、190℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。S5の成形条件は、190℃で3分間(500psiで1分間、その後2500psiで2分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、CS13及びCS14について、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で114時間硬化させる。S5について、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で68時間硬化させる。
以下の手順に従って、3つの試料(S6〜S8)を調製する。カムロータを有する40cm3Brabender混合ボウルを使用して、以下の表9に示す55グラムの各組成物を作製する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で112時間硬化させる。
以下の手順に従って、4つの比較試料(CS15〜CS18)及び5つの試料(S9〜S13)を調製する。カムロータを有する40cm3Brabender混合ボウルを使用して、以下の表11に示す55グラムの各組成物を作製する。実施例5に上記のものと同一の手順に従って、組成物を混合及び成形する。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で96時間硬化させる。
以下の手順に従って、試料(S14)を調製する。カムロータを有する40cm3Brabender混合ボウルを使用して、以下の表13に示す55グラムの組成物を作製する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで2分間、その後2500psiで4分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で72時間硬化させる。
以下の手順に従って、2つの比較試料(CS19及びCS20)ならびに4つの試料(S15〜S18)を調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表15に示す250グラムの各組成物を作製する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで1.5分間、その後2500psiで4.5分間)であり、その後、2500psi、30℃で冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で240時間硬化させる。
以下の手順に従って、3つの比較試料(CS21〜CS23)及び2つの試料(S19及びS20)を調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表17に示す250グラムの各組成物を作製する。実施例8に上記のものと同一の手順に従って、組成物を混合及び成形する。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で64時間硬化させる。
以下の手順に従って、比較試料(CS23)及び3つの試料(S21〜S23)を調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表19に示す250グラムの各組成物を作製する。DFDB−5451、DFDB−5400 NT、及びDFDA−5488を全て、50℃の温度で、29インチゲージの水銀の真空下、使用前に約24時間乾燥させる。乾燥後、これらの材料を窒素下で箔袋内に密封し、袋を使用直前に開封する。PVCに、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び125℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、150℃で6分間(500psiで2分間、その後2500psiで4分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で162時間硬化させる。
以下の手順に従って、比較試料(CS25)及び7つの試料(S24〜S30)の難燃性マスターバッチを調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表21に示す250グラムの各組成物(CS25を除く)を作製する。CS25は、100重量%のDFDB−5400 NTである。S24〜S30に、周囲温度で液体メルカプチドを別個に添加する。その後、全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、5分間混合する。混合は、40rpm及び180℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、180℃で6分間(500psiで3分間、その後2500psiで3分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。
以下の手順に従って、比較試料(CS26)及び試料(S31)を調製する。カムロータを有する250cm3のBrabender混合ボウルを使用して、以下の表23に示す300グラムの各組成物を作製する。全ての成分を、容器内、周囲温度で手混合し、その後、Brabender内に充填し、8分間混合する。混合は、40rpm及び180℃で実行する。その後、混合物を取り除き、薄シートへとコールドプレスし、直ちに圧縮成形する。成形条件は、180℃で6分間(500psiで2分間、その後2500psiで4分間)であり、その後、2500psi、30℃で組成物を冷却し、取り除く。その後、成形された組成物を、23℃及び70%の相対湿度で792時間硬化させる。
Claims (10)
- 加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、
ハロゲン化ポリマーと、
スズ系メルカプチドと
を含む水分硬化性ポリマー組成物。 - 加水分解性シラン基を有する前記ポリオレフィンが、前記水分硬化性ポリマー組成物の総重量に基づいて、35〜75重量パーセントの範囲の量で存在し、前記ハロゲン化ポリマーが、前記水分硬化性ポリマー組成物の総重量に基づいて、5〜60重量パーセントの範囲の量で存在し、前記スズ系メルカプチドが、前記水分硬化性ポリマー組成物の総重量に基づいて、0.1〜5重量パーセントの範囲の量で存在する、請求項1に記載の水分硬化性ポリマー組成物。
- 前記水分硬化性ポリマー組成物が、湿性環境への曝露時の前記水分硬化性ポリマー組成物の水分架橋を触媒するのに十分な量で存在する追加のシラノール縮合触媒を含有しない、請求項1または請求項2のいずれかに記載の水分硬化性ポリマー組成物。
- 前記スズ系メルカプチドが、以下の式を有し、
R1 x[M]y(SR2)z
式中、各R1が、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、及びシクロアルケニル基から独立して選択され、
各R2が、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、シクロアルケニル基、または以下の式(1)〜(6)から選択される構造から独立して選択され、
R4が、アルキレン基、アリーレン基、及びアルケニレン基、シクロアルキレン基、またはシクロアルケニレン基から選択され、
R5が、−HまたはR6であり、
R6が、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アラルキル基、アルカリル基、シクロアルキル基、及びシクロアルケニル基から選択され、
Mが、スズであり、
yが、金属Mの酸化状態に等しく、
xが、0〜y−1(境界値を含む)の任意の整数であり得、
zが、1〜y(境界値を含む)の任意の整数であり得、
x+z=yである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の水分硬化性ポリマー組成物。 - R1が1〜6個の炭素原子を有するアルキル基であり、R2が式(1)であり、R4が1〜6個の炭素原子を有するアルキレン基であり、R5が1〜12個の炭素原子を有するアルキル基であり、yが4であり、xが1〜2(境界値を含む)であり、zが2〜3(境界値を含む)である、請求項4に記載の水分硬化性ポリマー組成物。
- 前記ハロゲン化ポリマーが、ポリ塩化ビニル(「PVC」);塩素化ポリ塩化ビニル(「CPVC」);塩素化ポリエチレン;塩素化天然及び合成ゴム;塩酸ゴム;塩素化ポリスチレン;臭化ポリスチレン;臭化天然及び合成ゴム;ポリ臭化ビニル;ブタジエンスチ
レン臭化コポリマー;ポリフッ化ビニル;塩化ビニルと、酢酸ビニル、酪酸ビニル、安息香酸ビニル、塩化ビニリデン、フマル酸アルキル、マレイン酸アルキル、プロピオン酸ビニル、アルキルアクリレート、メタクリル酸アルキル、アルファ−クロロアクリル酸メチル、スチレン、トリクロロエチレン、ビニルエーテル、ビニルケトン、1−フルオロ−2−クロロエチレン、アクリロニトリル、クロロアクリロニトリル、二酢酸アリリデン、クロロ二酢酸アリリデン、及びこれらの2つ以上の混合物から選択される共重合性エチレン性不飽和材料とのコポリマーからなる群から選択され、加水分解性シラン基を有する前記ポリオレフィンが、(i)エチレンと加水分解性シランとのインターポリマー、(ii)エチレンと、1つ以上のC3以上のα−オレフィン及び/または不飽和エステルと、加水分解性シランとのインターポリマー、(iii)加水分解性シランがその骨格にグラフトされたエチレンのホモポリマー、ならびに(iv)エチレンと1つ以上のC3以上のα−オレフィン及び/または不飽和エステルとのインターポリマーであって、加水分解性シランがその骨格にグラフトされた、インターポリマー、からなる群から選択される、請求項1〜6のいずれか1項に記載の水分硬化性ポリマー組成物。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載の水分硬化性ポリマー組成物から調製される架橋ポリマー組成物。
- 前記架橋ポリマー組成物が、175%未満の高温クリープを有し、前記架橋ポリマー組成物が、前記架橋ポリマー組成物の全重量に基づいて、少なくとも30重量パーセントのゲル含有量を有し、前記架橋ポリマー組成物が、少なくとも20%の限界酸素指数を有する、請求項8に記載の架橋ポリマー組成物。
- (a)伝導性コアと、
(b)前記伝導性コアの少なくとも一部分を囲む、請求項8に記載の前記架橋ポリマー組成物の少なくとも一部分と
を含む被覆導体。
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