JP6903007B2 - 配合組成物の動的加硫、その製造方法、及びそれを含む物品 - Google Patents

配合組成物の動的加硫、その製造方法、及びそれを含む物品 Download PDF

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Description

本開示は、配合組成物の動的加硫、その製造方法、及びそれを含む物品に関する。
ポリプロピレン(PP)は、包装産業において、食品及び非食品を包装するためのフィルム及び容器の形態でしばしば使用される。ポリプロピレン包装は、高い剛性、良好な透明度、及び高温性能の利点を提供する。ポリプロピレンまたは熱可塑性ポリオレフィン(TPO)はまた、自動車産業において外装及び内装の本体パネルに頻繁に使用されている。このようなパネル及び部品は、軽量で柔軟なスタイリング及び低コストの利点を提供する。しかしながら、これらのパネルは、印刷性が悪く、塗装性が悪く、引掻傷耐性や擦傷耐性に劣るなどの制約がある。
したがって、軽量で柔軟なスタイリング、所望の接着強度、及び低コストの利益を提供すると同時に、適切な印刷性、塗装性、及び/または改善された引掻傷耐性の品質を与えるポリプロピレン製品を開発することが望ましい。
プロピレン系ポリマーと、ポリメリック(polymericエチレンアイオノマーと、架橋剤であり、ポリメリックエチレンアイオノマーと反応する加硫剤と、(1)結晶性エチレン系ポリマー、(2)C3−10α−オレフィンから誘導された結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー、ならびに(3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及びC3−10α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性アルファ−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む結晶性ブロック複合体である相溶化剤とを含む、組成物が本明細書に開示される。
ポリプロピレン、ポリメリックエチレンアイオノマー、ポリプロピレンをアイオノマーと相溶化させる相溶化剤、及び加硫剤を含む組成物を素練りすることであって、該相溶化剤が、(1)結晶性エチレン系ポリマー、(2)C3−10α−オレフィンから誘導された結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー、ならびに(3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及びC3−10α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性アルファ−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む結晶性ブロック複合体である、素練りすることと、素練り中にアイオノマーを加硫することと、組成物を成形することとを含む方法も本明細書に開示される。
ポリプロピレン、ポリメリックアイオノマー、ポリプロピレンをアイオノマーと相溶化する相溶化剤、及び加硫剤を含む組成物が本明細書に開示される。加硫剤は、アイオノマーの架橋を促進する。組成物は、動的に加硫され、得られた加硫組成物は優れた引掻傷耐性/擦傷耐性、良好な引っ張り硬度、及びポリプロピレン基材に対する良好な接着性を有する。また、組成物中のアイオノマーを加硫するのを促進するのに有効な温度で、上記組成物を配合することを含む方法も本明細書に開示される。この理論に限定されるものではないが、アイオノマーの加硫はポリプロピレンを生成する組成物中で転相を生じ、これは組成物の連続相(つまり、マトリックス)におけるアイオノマーよりも少ない量で組成物中に概して存在すると考えられる。次いで、組成物は、成形されて所望の製品を形成する。
プロピレン系ポリマー
上記のように、組成物は、ポリプロピレンと呼ばれ得るプロピレン系ポリマーを含む。プロピレン系ポリマーは、ホモポリマーポリプロピレン、ランダムコポリマーポリプロピレン(rcPP)、インパクトコポリマーポリプロピレン(hPP+少なくとも1つのエラストマー耐衝撃性改良剤)(ICPP)もしくは高インパクト性ポリプロピレン(HIPP)、高溶融強度ポリプロピレン(HMS−PP)、アイソタクチックポリプロピレン(iPP)、シンジオタクチックポリプロピレン(sPP)、または上記のプロピレン系ポリマーのうちの少なくとも1つを含む組み合わせから選択され得る。
ポリプロピレンは、ホモポリマーポリプロピレンのアイソタクチック形態であってもよいが、他の形態のポリプロピレン(例えば、シンジオタクチックまたはアタクチック)も使用され得る。しかしながら、ポリプロピレンインパクトコポリマー(例えば、エチレンをプロピレンと反応させる二次共重合工程を用いるもの)及びランダムコポリマー(反応剤を改変し、通常プロピレンと共重合した1.5〜7重量%のエチレンを含有する)もまた、本明細書に開示される組成物中に使用され得る。様々なポリプロピレンポリマーの完全な考察は、Modern Plastics Encyclopedia/89,mid October 1988 Issue,Volume 65,Number 11,pp.86−92に含まれ、その開示全体が参照をもって本願明細書に組み込まれる。本発明に用いられるポリプロピレンの分子量及び従ってメルトフローレートは、用途によって異なる。本明細書で有用なポリプロピレンのメルトフローレートは概して、ASTM D1238に準拠して230℃、2.16kg)で測定される場合、約0.1グラム/10分(g/10分)〜約100g/10分であり、好ましくは0.5g/10分〜約80g/10分、より好ましくは4g/10分〜約70g/10分である。例えば、メルトフローレートは、20g/10分〜50g/10分、20g/10分〜40g/10分、及び/または30g/10分〜40g/10分であってもよい。
プロピレン系ポリマーは、組成物中に、組成物の総重量に基づき20〜90重量%(重量%)、好ましくは30〜70重量%の量で存在することが望ましい。プロピレン系ポリマーは、ポリメリックアイオノマーに対して同じ量または少ない量で存在することができる。例えば、プロピレン系ポリマーは、組成物の総重量の50重量%未満(例えば、組成物の総重量の少なくとも15重量%及び/または少なくとも31重量%)を占めることができる。例えば、その範囲は31重量%〜50重量%及び/または31重量%〜45重量%であってもよい。
一実施形態では、ポリプロピレン系ポリマーは、2つの異なるポリプロピレン−2つの異なる分子量を有する第1のポリプロピレン及び第2のポリプロピレンのブレンドとして使用され得る。第1のポリプロピレンは、230℃でASTM D1238に準拠して測定した場合、0.1〜15、好ましくは1〜5グラム/10分(g/10分)のメルトフローレートを有し、第2のポリプロピレンは、230℃及び2.16kgでASTM D1238に準拠して測定した場合、20〜50、好ましくは25〜40g/10分(g/10分)のメルトフローレートを有する。
プロピレン系ポリマーは、ポリプロピレンホモポリマーであってもよく、またはランダムコポリマーであってもインパクトコポリマー(すでにゴム相を含有している)でさえあってもよい。このようなプロピレンポリマーの例としては、Vistamaxx(商標)(ExxonMobil Chemical Companyから市販されている)、VERSIFY(商標)(The Dow Chemical Companyから市販されている)、Braskemから様々な商品名及び/または商標で市販されているプロピレンポリマー、ならびにPROFAX(登録商標)(Lyondell Basellから市販されている)が挙げられる。
ポリメリックアイオノマー
組成物は、ポリメリックアイオノマー、例えば、ポリメリックエチレンアイオノマーとも呼ばれるエチレン含有アイオノマーを含む。例えば、エチレンアイオノマーは、(例えば、カチオンを用いて)金属塩で中和されたアクリル酸エチレンコポリマーを含む。アイオノマーの存在は、組成物から製造された物品における引掻傷耐性の発展を促進し得る。
アクリル酸エチレンコポリマーは、エチレンコポリマーの総重量に基づき、アクリル酸、アルキルアクリル酸、またはアクリル酸アルキル(さらなる例は以下に提供される)のような極性モノマーの重量で、5〜50重量%、好ましくは10〜20重量%、より好ましくは12〜15重量%の量の繰り返し単位を含むことができるポリマー、またはその組み合わせである。アルキル基は、1〜20の炭素原子を含み得る。コポリマーの残りは、エチレンポリマーである。エチレン−α−オレフィンコポリマー(上記定義)を含むエチレンポリマーは、アクリル酸エチレンコポリマーまたはエチレンアイオノマー(以下に詳述する)に使用され得る。アクリル酸エチレンコポリマーは、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーのいずれかであり、好ましくはランダムコポリマーである。
このような極性モノマーの例には、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、メチルアクリレート、エチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、プロピルアクリレート、プロピルメタクリレート、イソプロピルアクリレート、イソプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、イソブチルアクリレート、イソブチルメタクリレート、tert−ブチルアクリレート、tert−ブチルメタクリレート、オクチルアクリレート、オクチルメタクリレート、ウンデシルアクリレート、ウンデシルメタクリレート、オクタデシルアクリレート、オクタデシルメタクリレート、ドデシルアクリレート、ドデシルメタクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート、イソボルニルメタクリレート、ラウリルアクリレート、ラウリルメタクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシエチルメタクリレート、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)アクリレート、ポリ(エチレングリコール)メタクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)メチルエーテルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)ベヘニルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)ベヘニルエーテルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)4−ノニルフェニルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)4−ノニルフェニルエーテルメタクリレート、ポリ(エチレングリコール)フェニルエーテルアクリレート、ポリ(エチレングリコール)フェニルエーテルメタクリレート、ジメチルマレエート、ジエチルマレエート、ジブチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、ジブチルフマレート、ジメチルフマレート、ビニル酢酸、ビニルアセテート、ビニルプロピオネート、またはそれらの組み合わせを含む。
エチレンコポリマーは、一酸化炭素、二酸化硫黄、アクリロニトリル、無水マレイン酸、マレイン酸ジエステル、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、マレイン酸モノエステル、イタコン酸、フマル酸、フマル酸モノエステル、これら酸の塩、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、及びグリシジルビニルエーテル、またはそれらの組み合わせのような任意のコモノマーを、35重量%を上限として含み得る。
一実施形態では、エチレンコポリマーの酸部分をカチオンで中和してアイオノマーを生成する。中和剤は、例えば、全カルボン酸含量に基づいて、金属イオンで0.1〜100、好ましくは10〜90、好ましくは20〜80、より好ましくは20〜約40重量%であり得る。金属イオンは、1価、2価、3価、多価、またはそれらの2以上の組み合わせであり得る。例は、Li、Na、K、Ag、Hg、Cu、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Cd、Sn、Pb、Fe、Co、Zn、Ni、Al、Sc、Hf、Ti、Zr、Ce、またはそれらの組み合わせを含む。金属イオンが多価である場合、錯化剤、例えばステアレート、オレート、サリシレート及びフェノレート基が含まれ得る。例示的な金属イオンは、Na、CaまたはZnである。
アイオノマーは、所望の中和度を達成するために、20%超の中和剤、例えばエチレン(メタ)アクリル酸コポリマーを有するアイオノマーのブレンドであってもよい。
アイオノマーを生成するために中和されるエチレンコポリマーの例は、エチレン/メチルアクリレート(EMA)、エチレン/エチルアクリレート(EEA)、エチルアクリレート(EA)、エチレン/ブチルアクリレート(EBA)、エチレン/イソブチルアクリレート/メタクリル酸、エチレン/メチルアクリレート/無水マレイン酸、エチレン/ブチルアクリレート/グリシジルメタクリレート(EBAGMA)及びエチレン/ブチルアクリレート/一酸化炭素(EBACO)、ならびにブチルアクリレート(BA)を含む。市販されているエチレンアイオノマーの例には、デラウェア州ウィルミントンのE.I.Du Pont de Nemours and Company(DuPont)から入手可能なSURLYN(登録商標)として市販されているもの及びThe Dow Chemical CompanyからAMPLIFY(商標)IOとして市販されているものが含まれる。
エチレンポリメリックアイオノマーは、組成物の総重量に基づいて、20〜90重量%、好ましくは30〜70重量%、より好ましくは40〜65重量%の量で存在する。一実施形態では、エチレンアイオノマーは、プロピレン系ポリマーよりも多い量で組成物中に存在する。
相溶化剤
組成物はまた、ポリプロピレンをアイオノマーと相溶化させる相溶化剤を含む。好ましい実施形態では、相溶化剤は、結晶性ブロックコポリマー複合体(CBC)を含む。用語「結晶性ブロック複合体(CBC)」は、3つの成分を有するポリマーを指し:結晶性エチレン系ポリマー(CEP)(本明細書では軟質ポリマーとも呼ばれる)、結晶性α−オレフィン系ポリマー(CAOP)(本明細書では硬質ポリマーとも呼ばれる)、及び結晶性エチレンブロック(CEB)及び結晶性α−オレフィンブロック(CAOB)を含むブロックコポリマー、ここで、ブロックコポリマーのCEBは、ブロック複合体中のCEPと同じ組成物であり、ブロックコポリマーのCAOBは、ブロック複合体のCAOPと同じ組成物である。CAOP及びCAOBは、C3−10α−オレフィン、例えばC3−10α−オレフィンの群から選択される少なくとも1つから誘導される。同じα−オレフィンがCAOP及びCAOBの両方に存在する。さらに、CEP及びCAOPの量の間の組成分裂は、ブロックコポリマー中の対応するブロック間のそれと本質的に同じである。
連続法で製造される場合、結晶性ブロック複合体は、望ましくは1.7〜15、好ましくは1.8〜10、好ましくは1.8〜5、より好ましくは1.8〜3.5の多分散指数(PDIまたはMw/Mn)を有する。このような結晶性ブロック複合体は、例えば、2011年12月22日に公開された米国特許出願公開第2011/0313106号、同第2011/0313108号、同第2011/0313108号に記載されており、結晶性ブロック複合体の説明、それらを製造する方法、及びそれらを分析する方法に関して、参照により本明細書に組み込まれる。
CAOBは、モノマーが90モルパーセント(モル%)を超える量、好ましくは93モル%を超える量、より好ましくは95モル%を超える量、及び好ましくは96モル%を超える量で存在する重合したα−オレフィン単位の高結晶性ブロックを指す。言い換えれば、CAOB中のコモノマー含有量は、10モル%未満、好ましくは7モル%未満、より好ましくは5モル%未満、最も好ましくは4モル%未満である。例えば、CAOBは、少なくとも90重量%の1つのC3−10α−オレフィン(例えば、90.0重量%〜99.9重量%、95.0重量%〜99.9重量%、及び/または98.0重量%〜99.9重量%)を含み得る。結晶性ポリプロピレンを有するCAOBは、80℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは115℃以上、最も好ましくは120℃以上の対応する融点を有する。いくつかの実施形態において、CAOB複合体は、全てまたは実質的に全てのプロプレン単位を含む。
CEBは、重合化エチレン単位のブロックを指す。CEB中のコモノマー(例えば、C3−10α−オレフィンの1つ)の含有量は、10モル%以下、好ましくは1モル%〜10モル%、より好ましくは2モル%〜7モル%、最も好ましくは2モル%〜5モル%であり得る。例えば、CEBは、エチレンから誘導される単位の少なくとも85重量%(例えば、85.0重量%〜99.0重量%、87.0重量%〜95.0重量%、及び/または89.0重量%〜93.0重量%)を含み得る。残りの部分は、CAOBがプロピレン(C3)を含み、CEBの残りもまたプロピレンである場合のように、少なくとも1つのC3−10α−オレフィンであり得る。そのようなCEBは、好ましくは75℃以上、より好ましくは90℃、及び100℃以上の対応する融点を有する。
一実施形態では、結晶性ブロック複合ポリマーは、プロピレン、1−ブテンまたは4−メチル−1−ペンテン及び1つ以上のコモノマーを含む。好ましくは、ブロック複合体は、重合化形態で、プロピレン及びエチレン及び/または1つ以上のC4〜10α−オレフィンコモノマー、及び/または1つ以上の追加の共重合性コモノマーを含み、またはそれらは4−メチル−1−ペンテン及びエチレン及び/または1つ以上のC4−10α−オレフィンコモノマーを含み、またはそれらは1−ブテン及びエチレン、プロピレン及び/または1つ以上のC−C10α−オレフィンコモノマー及び/または1つ以上の追加の共重合性コモノマーを含む。さらなる好適なコモノマーは、ジオレフィン、環状オレフィン、及び環状ジオレフィン、ハロゲン化ビニル化合物、ならびにビニリデン芳香族化合物から選択される。好ましくは、モノマーはプロピレンであり、コモノマーはエチレンである。例えば、ブロックコポリマーは、結晶性アイソタクチックポリプロピレンブロック及び結晶性エチレンプロピレンブロック(すなわち、iPP−EPブロックコポリマー)を含み得る。
結晶性ブロック複合ポリマー中のコモノマー含有量は、好適な核磁気共鳴(NMR)分光法に基づく技術を用いて、任意の適切な技術を用いて測定することができる。
ブロック複合体及び結晶性ブロック複合体は、85℃を超える、好ましくは120℃を超える、さらに好ましくは125℃を超える融点Tmを有する。一実施形態では、Tmは100℃〜170℃、より好ましくは120℃〜160℃の範囲である。好ましくは、ブロック複合体及び結晶性ブロック複合体のメルトフロー比(MFR)は、0.1〜1000dg/10分、より好ましくは0.1〜100dg/10分、より好ましくは3〜60dg/10分である。例えば、MFRは2〜10g/10分及び/または2〜5g/10分であってもよい。MFRは、ASTM D 1238に従って、230℃及び2.16kgで測定される。
一実施形態では、ブロック複合体及び結晶性ブロック複合体は、10,000〜2,500,000グラム/モル(g/モル)、好ましくは35000〜1,000,000、より好ましくは50,000〜300,000、好ましくは50,000〜〜200,000g/モルの重量平均分子量(Mw)を有する。
結晶性ブロック複合ポリマーは、0.5〜95重量%の軟質コポリマー(すなわちCEP)、0.5〜95重量%の硬質ポリマー(すなわち、CAOP)、及び5〜99重量%のブロックコポリマーを含む。より好ましくは、結晶性ブロック複合ポリマーは、0.5〜79重量%の軟質コポリマー、0.5〜79重量%の硬質ポリマー及び20〜99重量%のブロックコポリマー、より好ましくは0.5〜49重量%の軟質コポリマー、0.5〜49重量%の硬質ポリマー及び50〜99重量%のブロックコポリマーを含む。重量パーセントは、結晶性ブロック複合体の総重量に基づく。軟質コポリマー、硬質ポリマー及びブロックコポリマーの重量パーセントの合計は100%に等しい。一実施形態では、結晶性ブロック複合体のブロックコポリマーは、5〜95重量%の結晶性エチレンブロック(CEB)及び95〜5重量パーセントの結晶性α−オレフィンブロック(CAOB)を含む。それらは、10重量%〜90重量%のCEB及び90重量%〜10重量%のCAOBを含み得る。より好ましくは、ブロックコポリマーは、25〜75重量%のCEB及び75〜25重量%のCAOBを含み、さらにより好ましくは30〜70重量%のCEB及び70〜30重量%のCAOBを含む。例示的な実施形態において、CEB対CAOBの重量比は、0.9:1.1〜1.1:0.9である。
いくつかの実施形態では、結晶性ブロック複合体は、0より大きく1.0未満及び/または0.9未満(例えば0.1〜0.8)である結晶性ブロック複合体指数(CBCI)を有する。他の実施形態では、CBCIは0.4より大きく1.0未満である。いくつかの実施形態において、CBCIは、0.1〜0.9、約0.1〜約0.8、約0.1〜約0.7または約0.1〜約0.6である。さらに、CBCIは、約0.4〜約0.8、約0.5〜約0.8、または約0.6〜約0.9の範囲であり得る。いくつかの実施形態において、CBCIは、約0.3〜約0.9、約0.3〜約0.8、または約0.5〜約0.8の範囲にある。他の実施形態では、CBCIは、約0.4〜約1.0未満、約0.5〜約1.0未満、または約0.6〜約1.0未満、約0.7〜約1.0未満、約0.8〜約1.0未満、または約0.9〜約1.0未満である。
結晶性ブロック複合体は、組成物の総重量に基づいて、1〜20重量%、好ましくは2〜15重量%、より好ましくは3〜10重量%の量で存在し得る。
組成物はまた、結晶性ブロック複合体(CBC)に加えて、ポリプロピレンまたはポリエチレンのいずれかを含む任意のエラストマーを含んでもよい。任意のエラストマーは、エチレン−α−オレフィンコポリマーまたはポリプロピレン−α−オレフィンコポリマー(CBCとは異なる)など、または上述のエラストマーのうちの少なくとも1つを含む組み合わせであり得る。例えば、組成物は、組成物を強化するエラストマーを含んでいてもよい。
組成物に使用するためのエチレン−α−オレフィンコポリマーは、メタロセン触媒または拘束幾何触媒のようなシングルサイト触媒で作られ得、典型的には、105未満、好ましくは90未満、より好ましくは85未満、さらにより好ましくは80未満、さらにより好ましくは75℃未満の融点を有する。融点は、例えばUSP5,783,638に記載されている示差走査熱量測定(DSC)によって測定される。α−オレフィンとしては、C3−20の直鎖状、分岐状または環状のα−オレフィンが好ましい。C3−20α−オレフィンの例としては、プロペン、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、及び1−オクタデセンが挙げられる。α−オレフィンはまた、シクロヘキサンまたはシクロペンタンなどの環状構造を含み、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)及びビニルシクロヘキサンなどのα−オレフィンをもたらすことができる。
例示的な均一分岐エチレン−α−オレフィンコポリマーは、エチレン/プロピレン、エチレン/ブテン、エチレン/1−ヘキセン、エチレン/1−オクテン、エチレン/スチレンなどが挙げられる。例示的なターポリマーは、エチレン/プロピレン/1−オクテン、エチレン/プロピレン/ブテン、エチレン/ブテン/1−オクテン、及びエチレン/ブテン/スチレンを含む。コポリマーは、ランダムコポリマーまたはブロックコポリマーであってもよい。
組成物に有用な市販の均一分岐エチレン−α−オレフィンインターポリマーの例には、均一分岐、直鎖状エチレン−α−オレフィンコポリマー(例えば、Mitsui Petrochemicals Company LimitedのTAFMER(登録商標)及びExxonMobil Chemical CompanyのExact(商標))、及び均一分岐で、実質的に直鎖状のエチレン−α−オレフィンポリマー(例えば、The Dow Chemical Companyから入手可能なAFFINITY(商標)及びENGAGE(商標)ポリエチレン)を含む。これらのインターポリマーのいずれかのブレンドも組成物中に使用することができる。典型的なブレンドは、The Dow Chemical Companyから市販されているAFFINITY(商標)PL1880Gである。
ポリプロピレン−α−オレフィンコポリマーは、ランダムまたはブロックプロピレン系ポリマーを含み得る。ランダムポリプロピレンエラストマーは、典型的には、プロピレンから誘導された90モルパーセント以上の単位を含む。プロピレンコポリマー中の単位の残りは、少なくとも1つのα−オレフィンの単位から誘導される。
プロピレン−α−オレフィンコポリマーのα−オレフィン成分は、エチレン(本発明の目的ではα−オレフィンと見なされる)またはC4−20の直鎖状、分岐状または環状α−オレフィンであることが好ましい。C4−20α−オレフィンの例としては、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、及び1−オクタデセンが挙げられる。α−オレフィンはまた、シクロヘキサンまたはシクロペンタンなどの環状構造を含み、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)及びビニルシクロヘキサンなどのα−オレフィンをもたらすことができる。用語の古典的な意味でのα−オレフィンではないが、特定の環状オレフィン、例えばノルボルネン及び関連するオレフィン、特に5−エチリデン−2−ノルボルネンは、α−オレフィンであり、上述のα−オレフィンの一部または全部の代わりに使用され得る。同様に、スチレン及びその関連オレフィン(例えば、α−メチルスチレンなど)は、本開示の目的でα−オレフィンである。
例示的なランダムプロピレンコポリマーには、プロピレン/エチレン、プロピレン/1−ブテン、プロピレン/1−ヘキセン、プロピレン/1−オクテンなどが含まれるが、これらに限定されない。例示的なターポリマーは、エチレン/プロピレン/1−オクテン、エチレン/プロピレン/1−ブテン、及びエチレン/プロピレン/ジエンモノマー(EPDM)を含む。
一実施形態では、ランダムポリプロピレンコポリマーは、120℃より高いT及び/または70J/gより大きい融解熱(共にDSCによって測定される)を有し、好ましくは必須ではないがチーグラー−ナッタ触媒を介して製造される。
別の実施形態では、ポリオレフィンエラストマーはプロピレン−α−オレフィンインターポリマーであり、実質的にアイソタクチックなプロピレン配列を有することを特徴とする。プロピレン−α−オレフィンインターポリマーには、プロピレン系エラストマー(PBE)が含まれる。「実質的にアイソタクチックなプロピレン配列」は、配列が、13C NMRによって測定される0.85より大きく;代替的に、0.90より大きく;別の代替的に、0.92より大きく;別の代替的に、0.93より大きいアイソタクチックトライアド(mm)を有することを意味する。アイソタクチックトライアドは当該技術分野において周知であり、例えば、USP5,504,172及び国際公開第WO00/01745号に記載されており、これは、13C NMRスペクトルによって決定されたコポリマー分子鎖中のトライアド単位に関するアイソタクチック配列を指す。
プロピレン−α−オレフィンコポリマーは、プロピレンから誘導された単位及び1つ以上のα−オレフィンコモノマーから誘導された重合性単位を含む。プロピレン−α−オレフィンコポリマーを製造するために使用される例示的コモノマーは、C2及びC4〜C10α−オレフィンであり;例えば、C2、C4、C6及びC8α−オレフィンが挙げられる。
プロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、1〜40重量パーセントの1つ以上のα−オレフィンコモノマーを含む。1〜40重量パーセントの全ての個々の値及び部分範囲が本明細書に含まれ、本明細書に開示される。プロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、ASTM D−1238(230℃/2.16kg)に従って測定される、0.1〜500グラム/10分(g/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−オレフィンインターポリマーは、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(J/g)の融解熱(H))〜30重量パーセント(50J/g未満のH)の範囲の結晶度を有する。プロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、典型的には0.895g/cm未満の密度を有する。プロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、USP7,199,203に記載されている示差走査熱量測定(DSC)によって測定される、120℃未満の融解温度(T)及び70ジュール/グラム(J/g)未満の融解熱(H)を有する。プロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、3.5以下である、または3.0以下である、または1.8〜3.0の重量平均分子量を数平均分子量で割った値(Mw/Mn)として定義される、分子量分布(MWD)を有する。
このようなプロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、米国特許第6,960,635号及び同第6,525,157号にさらに記載されており、その全体の内容は参照により本明細書に組み込まれる。そのようなプロピレン−α−オレフィンインターポリマーは、The Dow Chemical CompanyからVERSIFY(商標)の商品名で、またはExxonMobil Chemical CompanyからVistamaxx(商標)の商品名で市販されている。
任意のエラストマーは、組成物中に、組成物の総重量に基づき1〜50重量%、好ましくは2〜30重量%の量で使用され得る。
加硫剤
組成物はさらに、組成物を架橋するために使用される加硫剤を含む。加硫剤は、カルボン酸含有樹脂と反応することができる任意の多官能性試薬である。例には、エチレングリコールなどの多官能性ヒドロキシル含有化合物、トリエチレンテトラミンなどの多官能性アミン、及びビスフェノールAエポキシ樹脂などの多官能性エポキシが含まれる。最も商業的に興味深いのは、多官能性アミン及びエポキシである。アミン加硫剤の例示的な例には、トリエチレンテトラミン、メチレンジアニリン、及びグアニジンとヘキサメチレンジアミンカルバメートとのブレンドが含まれる。グアニジンとヘキサメチレンジアミンカルバメートとのブレンドは、好ましいアミンの実施形態である。アミン系加硫化合物の市販の例は、E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能なDiak(商標)#1である。エポキシ加硫剤の典型例としては、ビスフェノールAエポキシ樹脂、3,4エポキシシクロヘキシルメチル−3,4−エポキシシクロヘキシルカルボキシレート、及びオキシラン基を含有するオレフィンコポリマーが挙げられる。オキシラン基を含むオレフィンコポリマーが好ましい。オレフィンと共重合可能な不飽和オキシラン含有モノマーの例は、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなど、またはそれらの組み合わせである。グリシジルアクリレートまたはグリシジルメタクリレートは、高圧フリーラジカル管状プロセス及び/またはオートクレーブプロセスでオレフィンと共重合されてもよく、またはオレフィン系コポリマーグラフト化化合物にグラフトされてもよい。1つ以上、好ましくは1つのグラフト化化合物がオレフィンポリマーにグラフトされる。コポリマーはターポリマーであってもよく、ポリオレフィンに加えて不飽和カルボン酸及び不飽和カルボン酸の誘導体の両方を含んでもよい。
加硫剤中のグラフト化合物の含有量は、加硫剤(すなわち、グラフト化オレフィンコポリマー)の全重量に基づいて、2〜20重量%、好ましくは3〜15重量%である。
グラフトプロセスは、開始剤を分解して、とりわけ、アゾ含有化合物、カルボン酸ペルオキシ酸及びペルオキシエステル、アルキルヒドロペルオキシド、ならびにジアルキル及びジアシルペルオキシドを含むフリーラジカルを形成することによって開始され得る。これらの化合物及びそれらの特性の多くが記載されている(参考文献:J.Branderup,E.Immergut,E.Grulke,eds.“Polymer Handbook,”4th ed.,Wiley,New York,1999,Section II,pp.1−76)。オキシラン含有オレフィンポリマーは、上記のリストから共重合される。「オレフィンポリマー」という用語は、エチレンポリマー、プロピレンポリマー、異なるエチレンポリマーのブレンド、異なるプロピレンポリマーのブレンド、または少なくとも1つのエチレンポリマーと少なくとも1つのプロピレンポリマーとのブレンドを意味する。オレフィンポリマーは、好ましくは5〜75重量パーセント、より好ましくは10〜30重量パーセントの結晶度を有する。
オレフィンポリマーは、エチレンもしくはプロピレンホモポリマーまたはプロピレンならびに少なくとも1つのC〜C20−α−オレフィン及び/またはC−C18−ジオレフィンのインターポリマーであり得る。好ましくは、エチレンポリマーは、エチレンならびに少なくとも1つのC−C20−α−オレフィン及び/またはC−C18−ジオレフィンのインターポリマーである。最も好ましくは、エチレンポリマーは、エチレン及び0.902g/cmまでの密度を有するC−C20−α−オレフィンのインターポリマーである。本明細書で使用される用語「インターポリマー」は、少なくとも2つの異なるモノマーの重合によって調製されたポリマーを指す。したがって、一般的な用語のインターポリマーはコポリマーを包含し、通常2つの異なるモノマーから調製されるポリマー、及び2つ超の異なるモノマーから調製されるポリマーを指すのに使用される。インターポリマーは、ランダムまたはブロックインターポリマーであり得る。
好ましいα−オレフィンは4〜10個の炭素原子を含み、そのうち1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン及び1−オクテンが最も好ましい。好ましいジオレフィンは、イソプレン、ブタジエン、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、ジシクロペンタジエン、メチレン−ノルボルネン、及び5−エチリデン−2−ノルボルネンである。インターポリマーは、他のコモノマー、例えばC−C20アセチレン系不飽和モノマーを含有してもよい。
加硫剤のメルトフロー指数(I)は、ASTM D1238に準拠して、190℃及び2.16kgで測定した場合、0.5〜25g/10分、好ましくは1〜15g/10分である。例えば、I2は1〜10g/10分及び/または3〜7g/10分である。
加硫剤の量は、組成物の総重量に基づき1〜20重量%、好ましくは3〜15重量%、より好ましくは4〜10重量%である。相溶化剤及び加硫剤は、0.8:1.2〜1.2:0.8及び/または0.9:1.1〜1.1:0.9の比率で組成物中に存在してもよい。
組成物
組成物は、離型剤、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、着色剤、熱安定剤、紫外線安定剤、スリップ剤、強化充填剤、導電性充填剤、繊維、界面活性剤などの他の添加剤をさらに含んでもよい。
一実施形態では、組成物を製造する1つの方法において、材料は、せん断力、外延力及び/または伸長力に供される装置において、溶融ブレンドまたは溶液ブレンドされる。溶融ブレンドが好ましい。溶融ブレンドは、上述の力が、単一のスクリュー、複数のスクリュー、噛み合い共回転または逆回転スクリュー、非噛合い同方向回転または逆回転スクリュー、往復スクリュー、ピン付きスクリュー、ピン付きバレル、ロール、ラム、ヘリカルローター、または上記のうちの少なくとも1つを含む組み合わせによって(により作用されて)組成物に適用される装置において実施され得る。
上述の力を含むブレンドは、一軸または多軸スクリュー押出機、バス・ニーダー、ヘンシェル、ヘリコン、Haake Rheomix、ロスミキサー、バンバリー、ロールミル、射出成形機、真空成形機、ブロー成形機等の成形機のような機械、または上述の機械のうちの少なくとも1つを含む組み合わせで行われ得る。ブレンドは、好ましくはBanburyまたはHaake Rheomixにおいて実施され、次いで組成物は射出成形または圧縮成形される。
上記のように、ブレンド中、組成物は加硫が起こる温度まで上昇する。短い加硫(硬化)は、組成物の素練り中に生じる。ブレンドの時間はまた、適切な特性を有する加硫物を製造するのに十分である。一実施形態では、組成物のブレンドを開始する前に、組成物を150℃超、好ましくは170℃超、より好ましくは190℃超の温度に加熱する。ブレンドの量は、ブレンド装置に含まれる材料の質量に依存し、5分を超える、好ましくは10分を超える、好ましくは15分を超える時間実施される。ポストブレンド熱処理を組成物に対して行うこともできる。
ある実施形態では、ブレンド中の組成物は、所望の形状の物品に成形される。その後、成形物品をポストブレンド熱処理に付して加硫をさらに進行させる。この熱処理は、伝導、対流または放射を用いて行うことができる。熱処理は、物品に塗料を塗布した後に行うことができる。放射と対流の組み合わせを含む熱処理が好ましい。放射は、マイクロ波及び/または無線周波数放射を含み得る。
一実施形態では、組成物を積層体の一部として使用することができる。組成物を含む第1の層を成形することができる。第1の層の対向する表面上に配置された第2及び/または第3の層は、別々に成形または押出されてもよい。次いで、第2の層及び/または第3の層を第1の層の対向する面に配置して積層体を形成する。一実施形態では、積層体は、同時押出によって製造することができる。
例示的な実施形態では、積層体の製造において、各層のそれぞれの組成物は、別々の押出機に供給される。それぞれの押出機からの組成物は、単一のダイに供給され、共押出されて多層フィルムを形成する。共押出されたフィルムは次に、多層フィルムから(所望の厚さの)物品を形成するために吹き付けられまたは成形される。一実施形態では、共押出された多層フィルムは、2つ以上のロールを有するロールミル中で積層される。
本明細書に開示された組成物は、組成物から製造された物品が擦傷耐性で引掻傷耐性であるという点で有利である。それらは良好な機械的特性及び靱性を示し、自動車用途に有用である。
本明細書に開示される組成物及び組成物から物品を製造する方法は、以下の非限定的な実施例において例示される。
結晶性ブロック複合体の調製
結晶性ブロック複合体(CBC)は、直列に接続された2つの連続攪拌タンク反応器(CSTR)を用いて調製される。第1の反応器は約12ガロンの量であり、第2の反応器は約26ガロンである。各反応器は液圧で満ちており、定常状態の条件で作動するように設定されている。モノマー、溶媒、触媒、共触媒−1、共触媒−2、及びCSA−1を、表1に概要を示すプロセス条件に従って第1の反応器に流す。次に、以下の表1に記載されているように、第1の反応器の内容物を直列の第2の反応器に流す。追加の触媒、共触媒−1及び共触媒−2を第2の反応器に加える。以下の表2は、CBCの分析特性を示す。
特に、実質的にUSP5,919,983の実施例2に開示されている、触媒−1([[rel−2’,2’’’−[(1R,2R)−1,2−シクロヘキサンジイルビス(メチレンオキシ−κO)]ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)‐5−メチル[1,1’−ビフェニル]−2−オラト−κO]](2−)]ジメチル−ハフニウム)及び共触媒−1、長鎖トリアルキルアミン(Armeen(商標)M2HT、Akzo−Nobel、Inc.から入手可能)の反応により調製されたテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート、HCl及びLi[B(C]のメチルジ(C14−18アルキル)アンモニウム塩の混合物がBoulder Scientificから購入され、さらに精製することなく使用される。
CSA−1(ジエチル亜鉛またはDEZ)及び共触媒−2(修飾メチルアルモキサン(MMAO))はAkzo Nobelから購入され、さらに精製することなく使用される。
重合反応のための溶媒は、ExxonMobil Chemical Companyから入手可能な炭化水素混合物(ISOPAR(登録商標)E)であり、使用前に13−Xモレキュラーシーブのベッドを通して精製される。
表1を参照すると、CBCを製造するプロセス条件が示される。
Figure 0006903007
以下の表2を参照すると、得られたCBCが以下の特性を有する。
Figure 0006903007
ポリマー特性決定方法、使用される方法の考察は、例えば、米国特許第8,785,554号にも見出され得る。
メルトフローレート(MFR)は、ASTM D−1238(230℃;2.16kg)に従って測定される。結果は、グラム/10分で報告される。
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて分子量分布(MWD)を測定する。特に、従来のGPC測定は、ポリマーの重量平均(Mw)及び数平均(Mn)分子量を決定し、MWD(Mw/Mnとして計算される)を決定するために使用される。サンプルを高温GPC装置(Polymer Laboratories,Inc.モデルPL220)で分析する。この方法は、流体力学的体積の概念に基づいて、周知の普遍的な較正方法を使用し、較正は、140℃のシステム温度で動作する4つのMixed A 20μmカラム(AgilentのPLgel Mixed A(旧Polymer Laboratory Inc.))とともに、狭いポリスチレン(PS)標準を用いて行われる。サンプルは、1,2,4−トリクロロベンゼン溶媒中の「2mg/mL」濃度で調製される。フローレートは1.0mL/分であり、注入サイズは100マイクロリットルである。
考察したように、分子量の決定は、分子量分布の狭いポリスチレン標準(Polymer Laboratories製)をそれらの溶出量と併用することによって推測される。等価のポリエチレン分子量は、ポリエチレン及びポリスチレンについて適切なMark−Houwink係数を用いることによって決定され(Journal of Polymer Science,Polymer Letters,Vol.6,(621)1968にWilliams及びWardにより記載されているように)、以下の式が導かれる。
Mpolyethylene=a*(Mpolystyrene)
この式において、a=0.4316及びb=1.0である(Williams andWard,J.Polym.Sc.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載されているように)。ポリエチレン等価分子量計算は、VISCOTEK TriSECソフトウェアバージョン3.0を用いて行った。
示差走査熱量測定(DSC)は、ポリマー中の結晶度を測定するために使用される。約5〜8mgのポリマーサンプルを秤量し、DSCパンに入れる。閉じた雰囲気を確保するために、パンの上に蓋がクリンプされている。サンプルパンをDSCセルに入れ、約10℃/分の速度でPE(ポリプロピレンすなわち「PP」の場合230℃)に対して180℃の温度に加熱する。サンプルをこの温度で3分間保持する。次に、サンプルをPE(PPは−40℃)に対して10℃/分の速度で60℃まで冷却し、その温度で3分間等温に保つ。次いで、サンプルを完全に溶融するまで(第2の加熱)、10℃/分の速度で加熱する。パーセント結晶度は、第2の加熱曲線から決定された融解熱(H)を、PEに対して292J/g(PPに対して165J/g)の理論的融解熱で割り、この量に100を掛けて計算される(例えば、%結晶度=(H/292J/g)×100(PEの場合))。別段の記載がない限り、各ポリマーの融点(T)は第2の加熱曲線(ピークTm)から決定され、結晶化温度(T)は第1の冷却曲線(ピークTc)から決定される。
13C核磁気共鳴(NMR)は、クロムアセチルアセトネート(緩和剤)において0.025Mである約2.7gのテトラクロロエタン−d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物を10mm NMRチューブ中の0.21gサンプルに添加することによって調製されるサンプルを使用して行う。サンプルは、チューブ及びその内容物を150℃に加熱することによって溶解され、均一化される。データは、Bruker Dual DUL高温CryoProbeが装備されたBruker 400MHz分光器を使用して収集される。データは、データファイルあたり320回のトランジェント、7.3秒のパルス繰り返し遅延(6秒の遅延+1.3秒の取得時間)、90度のフリップアングル、及び125℃のサンプル温度での逆ゲートデカップリングを使用して取得される。全ての測定は、ロックモードにおいて非スピニングサンプルで行われる。加熱した(130℃)NMRサンプルチェンジャーに挿入する直前にサンプルを均一化し、データ取得前に15分間プローブ中で熱平衡させる。結晶ブロック複合ポリマー中のコモノマー含有量は、この技術を用いて測定可能である。
高温液体クロマトグラフィー(HTLC)は、米国特許第8,076,147号及び米国特許出願公開第2011−152499号に開示された方法に従って行われ、これらの両方は参照により本明細書に組み込まれる。サンプルは、下記の方法によって分析される。
Waters GPCV2000高温SECクロマトグラフを再構成して、HT−2DLC計装を構築する。2台のShimadzu LC−20ADポンプは、バイナリミキサーを介してGPCV2000のインジェクタバルブに接続されている。1次元(D1)HPLCカラムは、インジェクタと10ポートスイッチバルブ(Valco Inc.)の間に接続されている。第2次元(D2)SECカラムは、10ポートバルブ及びLS(Varian Inc.)、IR(濃度及び組成)、RI(屈折率)、ならびにIV(固有粘度)検出器の間に接続されている。RI及びIVは、GPCV2000に内蔵された検出器である。IR5検出器は、Valencia,SpainのPolymerCharによって提供されている。
カラム:D1カラムは、Thermo Scientificから購入した高温ハイパーカーブグラファイトカラム(2.1×100mm)である。D2カラムは、Varian(10×100mm)から購入したPLRapid−Hカラムである。
試薬:HPLC等級のトリクロロベンゼン(TCB)はFisher Scientificから購入される。1−デカノール及びデカンはAldrich製である。2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(イオノール)もAldrichから購入される。
サンプル調製:0.01〜0.15gのポリオレフィンサンプルを、10mL Watersオートサンプラーバイアルに入れる。その後、200ppmのイオノールを含む7mLの1−デカノールまたはデカンをバイアルに添加する。サンプルバイアルに約1分間ヘリウムをスパージした後、サンプルバイアルを160℃に設定した加熱シェーカーに置く。バイアルをその温度で2時間振盪することによって溶解を行う。次いでバイアルを注入のためにオートサンプラーに移す。
HT−2DLC:D1フローレートは0.01mL/分である。移動相の組成物は、実行の最初の10分間、100%の弱溶離液(1−デカノールまたはデカン)である。次いで、489分で組成物を60%の強溶離剤(TCB)まで増加させる。データは、生のクロマトグラムの持続時間として489分間収集される。10ポートバルブは3分ごとに切り替わり、489/3=163SECクロマトグラムを生成する。489分のデータ取得時間の後に、実行後の勾配を使用して、次の実行のためにカラムを洗浄して平衡化させる。
洗浄工程:
1. 490分:フロー=0.01分;//0〜490分、0.01mL/分の一定フローレートを維持する。
2. 491分:フロー=0.20分;//フローレートを0.20mL/分に上げる。
3. 492分:%B=100;//移動相組成物を100%TCBに増加する。
4. 502分:%B=100;//2mLのTCBを用いてカラムを洗浄する。
平衡工程:
5. 503分:%B=0;//移動相組成物を100%の1−デカノールまたはデカンに変更する。
6. 513分:%B=0;//2mLの弱溶離液を用いてカラムを平衡化する。
7. 514分:フロー=0.2mL/分;//491〜514分、0.2mL/分の一定フローを維持する。
8. 515分:フロー=0.01mL/分;//フローレートを0.01mL/分に下げる。
工程8の後、フローレート及び移動相の組成物は、実行勾配の初期条件と同じである。
D2フローレートは2.51mL/分である。2つの60μLループが10ポートスイッチバルブに取り付けられている。D1カラムからの30μLの溶離液をバルブの各スイッチでSECカラムに充填する。
IR、LS15(15°での光散乱信号)、LS90(90°での光散乱信号)、及びIV(固有粘度)信号は、SS420Xアナログ−デジタル変換ボックスを通してEZChromによって収集される。クロマトグラムはASCII形式でエクスポートされ、データが削減のためにホームで書かれたMATLABソフトウェアにインポートされる。分析されるブロック複合体に含まれる硬質ブロック及び軟質ブロックと類似の性質を有するポリマーのポリマー組成及び保持容量の適切な較正曲線を使用する。較正用ポリマーは、組成が狭く(分子量及び化学組成の両方)、解析中に目的の組成をカバーするために妥当な分子量範囲に及ぶべきである。生データの分析は、以下のようにして計算し、第1次元HPLCクロマトグラムは、溶出体積の関数として各カットのIRシグナル(カットの全IR SECクロマトグラムから)をプロットすることによって再構成した。IR対D1溶出容積を全IRシグナルによって正規化して、重量分画対D1溶出容積プロットを得た。IRメチル/測定比は、再構成IR測定及びIRメチルクロマトグラムから得た。PP重量%(NMRによる)対メチルの較正曲線/SEC実験から得られた測定値を用いて比を組成に変換した。MWは、再構成IR測定値及びLSクロマトグラムから得た。比は、PE標準を使用してIR検出器及びLS検出器の両方の較正後にMWに変換された。
結晶性ブロック複合体の組成の計算、式1に従ってポリマー中の各成分からのプロピレンの重量%を合計すると、(ポリマー全体の)プロピレン及び/またはエチレンの全重量%が得られる。このマスバランス式は、ブロックコポリマー中に存在するPP及びPEの量を定量するために使用され得る。このマスバランス式は、バイナリブレンド中のPP及びPEの量を定量するために、またはターナリもしくはn成分ブレンドに拡張するためにも使用され得る。結晶性ブロック複合体の場合、PPまたはPEの全量は、ブロックならびに未結合PP及びPEポリマー中に存在するブロック内に含まれる。
Figure 0006903007
式中、
pp=ポリマー中のPP重量分率
PE=ポリマー中のPE重量分率
wt%C3PP=PP成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
wt%C3PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
プロピレン(C)の全重量%は、好ましくは、C13 NMRまたはポリマー全体に存在するCの総量を表すいくつかの他の組成測定から測定されることに注意する。PPブロック中の重量%プロピレン(wt%C3PP)は、100に設定されるか、またはそのDSC融点、NMR測定値、または他の組成推定値から知られていれば、その値をその場所に入れることができる。同様に、PEブロック中の重量%プロピレン(wt%C3PE)は、100に設定されるか、またはそのDSC融点、NMR測定、または他の組成推定値から知られていれば、その値をその場所に入れることができる。
結晶性ブロック複合体指数(CBCI)は、以下の表3に示す方法に基づいて測定される。特に、CBCIは、ジブロックコポリマー中のCEB対CAOBの比が、全結晶性ブロック複合体の結晶性エチレン対結晶性α−オレフィンの比と同じであるという仮定に基づき、結晶性ブロック複合体内のブロックコポリマーの量の推定値を提供する。この仮定は、本明細書に記載されているような鎖シャトリング触媒作用を介したジブロックの形成のための個々の触媒反応速度論及び重合機構の理解に基づいて、これらの統計的オレフィンブロックコポリマーに対して有効である。このCBCI分析は、ポリマーがプロピレンホモポリマー(この例ではCAOP)及びポリエチレン(この例ではCEP)の単純なブレンドである場合よりも、単離されたPPの量が少ないことを示している。その結果、ポリエチレン画分は、ポリマーが単にポリプロピレン及びポリエチレンのブレンドであった場合には存在しないかなりの量のプロピレンを含有する。この「余分なプロピレン」を説明するために、マスバランス計算を実施して、ポリプロピレン及びポリエチレン画分の量ならびに高温液体クロマトグラフィー(HTLC)によって分離された画分のそれぞれに存在するプロピレンの重量パーセンからCBCIを推定し得る。
CBCIは、以下に基づき、表3に示されるように計算された。
Figure 0006903007
上記の表3を参照すると、結晶性ブロック複合体指数(CBCI)は、先ず、下記の式1に従ってポリマー中の各成分からのプロピレンの重量パーセントの合計を求めることにより測定され、結晶性ブロック複合体の組成の計算方法に関して上記で論じたように全体の重量パーセントが得られる。特に、マスバランス式は以下のとおりである。
Figure 0006903007
式中、
pp=ポリマー中のPP重量分率
PE=ポリマー中のPE重量分率
wt%C3PP=PP成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
wt%C3PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
結晶性ブロック複合体中のPP対PEの比を計算するために:
式1に基づいて、ポリマー中に存在するPPの全重量分率は、ポリマー中で測定した全C3のマスバランスから式2を用いて計算することができる。あるいは、重合中のモノマーとコモノマー消費量のマスバランスから推定することもできる。全体的に、これは、非結合成分中に存在するかまたはジブロックコポリマー中に存在するかにかかわらず、ポリマー中に存在するPP及びPEの量を表す。従来のブレンドでは、PPの重量分率及びPEの重量分率は、存在するPP及びPEポリマーの個々の量に対応する。結晶性ブロック複合体については、PEに対するPPの重量分率の比は、この統計的ブロックコポリマーに存在するPP及びPEの間の平均ブロック比にも相当すると推測される。
Figure 0006903007
式中、
pp=全ポリマー中に存在するPP重量分率
wt%C3PP=PP成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
wt%C3PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
結晶性ブロック複合材中のブロック量を推定するために、式3〜5を適用し、HTLC分析によって測定された単離されたPPの量を使用して、ジブロックコポリマー中に存在するポリプロピレンの量を決定する。HTLC分析において最初に単離または分離された量は、「非結合PP」を表し、その組成は、ジブロックコポリマー中に存在するPP硬質ブロックを表す。式3の左辺に全ポリマーの全重量パーセントC3を、式3の右辺にPP(HTLCから単離された)の重量分率及びPE(HTLCによって分離された)の重量分率を代入することにより式4及び5を使用して、PE画分中のC3の重量パーセントを計算することができる。PE画分は、非結合PPから分離された画分として記載され、ジブロック及び非結合PEを含む。単離されたPPの組成は、前述のiPPブロック中のプロピレンの重量パーセントと同じであると仮定される。
Figure 0006903007
Figure 0006903007
Figure 0006903007
式中、
PPisolated=HTLCから単離されたPPの重量分率
PE−fraction=ジブロック及び非結合PEを含有するHTLCから分離されたPEの重量分率
wt%C3PP=PP中のプロピレンの重量パーセント、PPブロック及び非結合PP中に存在する同じ量のプロピレン
wt%C3PE−fraction=HTLCにより分離されたPE画分のポリプロピレンの重量パーセント
wt%C3Overall=ポリマー全体におけるプロピレンの全重量パーセント
HTLCからのポリエチレン画分中のwt%C3の量は、「非結合ポリエチレン」中に存在する量より多いブロックコポリマー画分中に存在するプロピレンの量を表す。ポリエチレン画分中に存在する「付加的な」プロピレンを説明するために、この画分中にPPを存在させる唯一の方法は、PPポリマー鎖をPEポリマー鎖に結合させることである(または他に、HTLCによって分離されたPP画分で単離され得る)。したがって、PPブロックは、PE画分が分離されるまでPEブロックと吸収されたままである。
ジブロック中に存在するPPの量は、式6を用いて計算される。
Figure 0006903007
式中、
wt%C3PE−fraction=HTLCにより分離されたPE画分のポリプロピレンの重量パーセント(式4)
wt%C3PP=PP成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント(先に定義される)
wt%C3PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント(先に定義される)
PP−diblock=HTLCによりPE画分で分離されたジブロック中のPPの重量分率
このPE画分に存在するジブロックの量は、PEブロックに対するPPブロックの比が、ポリマー全体に存在するPP対PEの全体比と同じであると仮定することによって推定することができる。例えば、PP対PEの全体比がポリマー全体で1:1である場合、ジブロック中のPP対PEの比も1:1であると仮定した。従って、PE画分中に存在するジブロックの重量分率は、ジブロック中のPPの重量分率(wPP−diblock)に2を掛けたものである。これを計算する別の方法は、ジブロックのPPの重量分率(wPP−diblock)をポリマー全体のPPの重量分率(式2)で割ることである。
ポリマー全体に存在するジブロックの量をさらに推定するために、PE画分中のジブロックの推定量にHTLCから測定したPE画分の重量分率を乗じる。結晶性ブロック複合体指数を評価するために、ジブロックコポリマーの量は、式7によって決定される。CBCIを推定するために、式6を用いて計算されたPE画分中のジブロックの重量分率を(式2で計算された)PPの全重量分率で割って、次いでPE画分の重量分率を掛ける。CBCIの値は0〜1の範囲であり得、1は100%ジブロックに等しく、ゼロは従来のブレンドまたはランダムコポリマーのような材料用であり得る。
Figure 0006903007
式中、
PP−diblock=HTLCによりPE画分で分離されたジブロック中のPPの重量分率(式6)
pp=ポリマー中のPP重量分率
PE−fraction=ジブロック及び非結合PEを含有するHTLCから分離されたPEの重量分率(式5)
例えば、iPP−PE(すなわち、アイソタクチックポリプロピレンブロック及びプロピレン−エチレンブロック)ポリマーは、合計53.3重量%C3を含み、10重量%C3を有するPEポリマー及び99重量%C3を含有するiPPポリマーを製造するための条件の下で製造され、PP及びPEの重量分率はそれぞれ(式2を用いて計算して)0.487〜0.514である。
例示的な配合物の調製
表4は、例示的な配合物において使用される材料の詳細を示す。
Figure 0006903007
ポリマー成分の配合は、50回転/分(rpm)で回転するHaake Rheomix 3000ミキサーで行う。Haake混合の最終トルクを下記の表5に示す。最終的なトルクは、配合物がLotader(登録商標)8840を含むかどうかに少なくとも基づいて変化した。ミキサーに添加する前に、原材料を乾式混合する。特に、原材料をミキサーに添加する前に乾式混合し、全質量は200gである。ミキサーを190℃に予熱し、ラムを固定した後に5分間混合を行う。表5〜8の各成分の量は、重量部に基づく。
表5を参照して、実施例1〜3及び比較例A〜Dを以下の配合に従って調製する:
Figure 0006903007
以下の表6及び表7を参照して、実施例1〜3及び比較例A〜Eを以下の特性について評価する:
Figure 0006903007
Figure 0006903007
実施例1、2及び3は、改善された引掻傷性/擦傷性、良好な引張靱性及びPP D221で調製されたポリプロピレン(PP)基材に対する優れた接着性のそれぞれの特性の組み合わせを有する。PP基材への接着に関して、この試験は、特に、開示された配合物とPP基材との間の特定の積層体の製造及び層間接着を実証する。比較例Aは良好な引掻傷耐性/擦傷耐性を示すが、靭性が低く、PPへの接着性が低い。比較例Bは良好な引掻傷性/擦傷性及び妥当な靱性を示すが、PPへの接着性が低い。比較例Cは良好な引掻傷性/擦傷性及びPPへの接着性を示すが、靭性が低い。比較例Dは、アイオノマーの量を減少させ、プロピレンの量を増加させると、引掻傷性/擦傷性が低いことを示す。比較例Eは、引掻傷性/擦傷性が低く、靭性も低いことを示す。理論に限定されるものではないが、実施例1〜3に関して、アイオノマー成分の加硫後の転相は、架橋アイオノマーのドメインを含有する連続ポリプロピレン相を誘導し、それによりポリプロピレン基材との接着性を改善すると仮定される。CBCは、組成物中のアイオノマーとポリプロピレンとの間の相溶性を提供することにより、実施例における伸長靱性を改善する相溶化剤として作用し得るとさらに仮定される。
表6から、実施例1〜3は、CBCを含有しない比較組成物のものよりも大きい2.2in*lbfを超える靭性を示すことが理解され得る。これらの組成物はまた、CBCを含有しない比較組成物のものと比較した場合、増大した極限伸長引張及び2%セカント係数も示す。また、40〜65重量%のアイオノマーを有する組成物は、55〜63のショアD硬度を有する。さらに、表7から、実施例1〜3は、Lotader(登録商標)8840を含有しない比較組成物よりもPP基材に対するより良好な接着性を示すことが理解され得る。
硬度はショアD硬度プロトコルに従って測定した。測定は15秒間行った。
引掻傷性/擦傷性試験は、0.5mmの5つの球状引掻傷先端が試験に使用され、重量プレートを追加することによって、通常の固定荷重を1.38から11.03ニュートン(N)まで変化させることができるFord 5 Finger Scratch/Mar試験で行った。引掻傷が形成される速度は、圧縮空気ポンプによって制御され、約100mm/秒である。引掻傷が視認される荷重が記録される。「A」は最小荷重、「E」は最大荷重である。サンプルを調整し、23℃及び50%湿度の制御された雰囲気中で試験した。表8は、Ford 5 Finger Scratch/Mar試験で使用された様々な荷重を示す。
Figure 0006903007
一軸引張における応力−歪み挙動は、ASTM D1708微小引張試験片を用いて測定した。サンプルのゲージ長さは22ミリメートルであり、サンプルは23℃で毎分554%のインストロンで伸張された。平均5個の試験片について、引張強度及び破断伸長が報告された。微小引張試験に用いたプラークは、Tetrahedronプレスを用いた圧縮成形によって調製した。ポリマーを5キロポンドで1分間、190℃で予備融解し、次いで30キロポンドで5分間加圧し、次いで氷水浴中でクエンチした。公称プラーク厚さは2.9mmであった。
T剥離接着力試験には、対面接着プラークを用いた。この試験に使用した組成物は、表7に示す組成物のいくつかである。表7を参照すると、2つの圧縮成形されたプラークを溶融接着させて接着対を形成することにより、各組成物を積層体形態で製造し、次にこれを試験に供した。溶融接着のための圧縮成形プラークは厚さ1ミリメートルであり、そこから剥離試験片をダイを用いて切断し、試験のために抽出する。真の接着力(例えば、接着界面での接着力)を測定することができるように、全ての剥離試験片が接着領域で破損することが望ましい。接着力は、試験片の曲げ力から最小の寄与を有することも望ましい。従って、1mmの厚さは、剥離試験(試験片の厚さを最大にする必要がある)中の層の引張降伏を最小限にすることと、層の曲げ力(試験片の厚さを最小にすることを必要とする)を最小限にすることとの間のトレードオフのバランスをとるように選択された。
サンプル調製は以下のように詳述される:
第1の工程:190℃、25000ポンド/平方インチ(psi)圧力下、5分間で、圧縮により個々のプラークを成形する。
第2の工程:第1の工程で成形したプラークの対を積み重ね、190℃、200psiの接触圧で10分間再成形する。
第3の工程:結合したプラークを、剥離試験前にASTM環境で48時間調整した。結合したプラークを、NAEF(登録商標)パンチプレスにより長さ約75mmの脚を有する25mm×250mmのストリップに切断した。
T剥離試験プロトコル:使用された試験方法は、254mm/分の一定の延伸速度を有する部分的に予備剥離されたフィルム上の180°剥離強度測定値である。全ての測定は23℃の温度制御室で行った。このストリップをINSTRU−MET社製のINSTRON Model 1122で把持して剥離した。INSTRONを空気グリップで操作し、180°で2つの試験片脚を分離し、各脚において接合領域を90°のままにし、約50mmの2つのグリップの間の初期距離から出発して、254mm/分の一定の分離速度を使用した。各試験片を75mm引っ張る。1対につき5つの独立した試験片について応力−歪み曲線を記録した。平均ピーク荷重は、剥離の開始時のマーカーと最高荷重の終点との間の平均接着強度として報告され、平均化される。結果を上記表7に示す。
本願は以下の発明に関するものである。
(1) プロピレン系ポリマーと、
ポリメリックエチレンアイオノマーと、
架橋剤であり、前記重合性エチレンアイオノマーと反応する加硫剤と、
(1)結晶性エチレン系ポリマー、
(2)C 3−10 α−オレフィンから誘導された結晶性α−オレフィン系ポリマー、ならびに
(3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及び前記C 3−10 α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性α−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合体である相溶化剤と、を含む、組成物。
(2) 前記プロピレン系ポリマーは、ホモポリマーポリプロピレン、ランダムコポリマーポリプロピレン、インパクトコポリマーポリプロピレン、高インパクトポリプロピレン、高溶融強度ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、または上述のポリプロピレンのうちの少なくとも1つを含む組み合わせから選択され、前記プロピレン系ポリマーは、前記組成物の総重量に基づき、20〜90重量%の量で存在する、上記(1)に記載の組成物。
(3) 前記ポリメリックエチレンアイオノマーは、金属塩で中和されたアクリル酸エチレンコポリマーを含み、前記ポリメリックエチレンアイオノマーは、前記組成物の総重量に基づき20〜90重量%の量で存在する、上記(1)に記載の組成物。
(4) 前記結晶性ブロックコポリマー複合体は、前記組成物の総重量に基づき、1〜20重量%の量で存在する、上記(1)に記載の組成物。
(5) 前記組成物は、エラストマーをさらに含み、前記エラストマーは、均一分岐エチレン−α−オレフィンコポリマー、プロピレン−α−オレフィンコポリマー、または上述のエラストマーのうちの少なくとも1つを含む組み合わせであり、前記エラストマーは、前記組成物の総重量に基づき、1〜50重量%の量で存在する、上記(1)に記載の組成物。
(6) 前記加硫剤は、a)オキシラン含有化合物、b)ビスフェノールAエポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂、c)オキシラン単位を含有するモノマーとオレフィンモノマーとのコポリマー、d)グリシジルメタクリレート−オレフィンコポリマー、e)アミン化合物、f)グアニジンとヘキサメチレンジアミンカルバメートとのブレンド、g)トリエチレンテトラミン、h)メチレンジアニリン、及びg)それらの組み合わせからなる群から選択される、上記(1)に記載の組成物。
(7) 前記プロピレン系ポリマーは、前記ポリメリックエチレンアイオノマーよりも少ない量で存在する、上記(1)に記載の組成物。
(8) 前記組成物は、170℃を超える温度で素練り中に加硫され、前記加硫された組成物は、2〜15in*lbfの靭性、35,000〜55,000ポンド/平方インチの2%セカント係数、及び55〜63のショアD硬度を示す、上記(1)に記載の組成物。
(9) 上記(1)または(8)に記載の組成物から製造された物品。
(10) ポリプロピレン、ポリメリックエチレンアイオノマー、前記ポリプロピレンと前記アイオノマーとを相溶化する相溶化剤、及び加硫剤を含む組成物を素練りすることであって、前記相溶化剤は、
(1)結晶性エチレン系ポリマー、
(2)C 3−10 α−オレフィンから誘導された結晶性α−オレフィン系ポリマー、
ならびに
(3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及び前記C 3−10 α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性α−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合体である、素練りすることと、
素練り中に前記アイオノマーを加硫することと、
前記組成物を成形することと、を含む、方法。

Claims (9)

  1. プロピレン系ポリマーと、
    ポリメリックエチレンアイオノマーとを含み、
    ここで、前記プロピレン系ポリマーは、前記ポリメリックエチレンアイオノマーよりも少ない量で存在し、
    架橋剤であり、前記ポリメリックエチレンアイオノマーと反応する加硫剤と、
    (1)結晶性エチレン系ポリマー、
    (2)C3−10α−オレフィンから誘導された結晶性α−オレフィン系ポリマー、ならびに
    (3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及び前記C3−10α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性α−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合体である相溶化剤と、を含む、組成物。
  2. 前記プロピレン系ポリマーは、ホモポリマーポリプロピレン、ランダムコポリマーポリプロピレン、インパクトコポリマーポリプロピレン、高インパクトポリプロピレン、高溶融強度ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、または上述のポリプロピレンのうちの少なくとも1つを含む組み合わせから選択され、前記プロピレン系ポリマーは、前記組成物の総重量に基づき、20重量%以上の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ポリメリックエチレンアイオノマーは、金属塩で中和されたアクリル酸エチレンコポリマーを含み、前記ポリメリックエチレンアイオノマーは、前記組成物の総重量に基づき20〜90重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  4. 前記結晶性ブロックコポリマー複合体は、前記組成物の総重量に基づき、1〜20重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  5. 前記組成物は、エラストマー(請求項1に記載のプロピレン系ポリマーを除く)をさらに含み、前記エラストマーは、均一分岐エチレン−α−オレフィンコポリマー、プロピレン−α−オレフィンコポリマー、または上述のエラストマーのうちの少なくとも1つを含む組み合わせであり、前記エラストマーは、前記組成物の総重量に基づき、1〜50重量%の量で存在する、請求項1に記載の組成物。
  6. 前記加硫剤は、a)オキシラン含有化合物、b)ビスフェノールAエポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂、c)オキシラン単位を含有するモノマーとオレフィンモノマーとのコポリマー、d)グリシジルメタクリレート−オレフィンコポリマー、e)アミン化合物、f)グアニジンとヘキサメチレンジアミンカルバメートとのブレンド、g)トリエチレンテトラミン、h)メチレンジアニリン、及びg)それらの組み合わせからなる群から選択される、請求項1に記載の組成物。
  7. 前記組成物は、170℃を超える温度で素練り中に加硫され、前記加硫された組成物は、55〜63のショアD硬度を示す、請求項1に記載の組成物。
  8. 請求項1または7に記載の組成物から製造された物品。
  9. ポリプロピレン、ポリメリックエチレンアイオノマー、前記ポリプロピレンと前記アイオノマーとを相溶化する相溶化剤、及び加硫剤を含む組成物を素練りすることであって、前記相溶化剤は、
    (1)結晶性エチレン系ポリマー、
    (2)C3−10α−オレフィンから誘導された結晶性α−オレフィン系ポリマー、
    ならびに
    (3)エチレンから誘導された少なくとも85重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロック及び前記C3−10α−オレフィンから誘導された少なくとも90重量%の単位を含む10〜90重量%の結晶性α−オレフィンブロックを含むブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合体であり、ここで、前記プロピレン系ポリマーは、前記ポリメリックエチレンアイオノマーよりも少ない量で存在する、
    素練りすることと、
    素練り中に前記アイオノマーを加硫することと、
    前記組成物を成形することと、を含む、方法。
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