JP7155133B2 - 本質的に非ブロッキング性の収縮スリーブ材料 - Google Patents

本質的に非ブロッキング性の収縮スリーブ材料 Download PDF

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Description

本発明は、収縮フィルム用のスチレンブタジエンブロックコポリマー(SBC)を含むポリマー組成物、該ポリマー組成物に使用することができるSBCブロックコポリマー、ならびに収縮フィルムおよび多層フィルムの製造のための前記ポリマー組成物の使用に関する。
堅く強靭なSBCポリマーおよびポリマー組成物は公知である。特許文献1および特許文献2は、ビニル芳香族モノマーから作製された非エラストマーポリマーブロックAおよびジエンBから作製されたエラストマーポリマーブロックを含む構造(A-B)≧3Yの放射状ブロックコポリマーを開示している。放射状ブロックコポリマーは、短い枝部A-Bおよび長い枝部A-A-Bを有する。重合中、ビニル芳香族モノマーおよび開始剤は2回に分けて2回添加され、その後、ジエンの添加および重合ならびに多官能性カップリング剤Yとのカップリングが行われる。
特許文献3は、バランスの取れた靭性/剛性比を有するガラスクリアな線状および星形SBCブロックコポリマー、ならびに汎用ポリスチレン(GPPS)とのブレンドを提案している。線状SBCブロックコポリマーは、構造(I)S1-(B/S)-(B/S)-S2を有し、星形SBCブロックコポリマーは、構造Sa-Sb-(B/S)-[(B/S)-[(B/S)またはSa-Sb-(B/S)-[(B/S)-[(B/S)-Scの1本の長い枝部および構造Sb-(B/S)-[(B/S)-[(B/S)またはSb-(B/S)-[(B/S)-[(B/S)-Scの複数の短い枝部を有し、ここで、Saは長い、Sbは短い、Scは非常に短いビニル芳香族ブロックであり、x、yは、0、1であり、(B/S)、(B/S)などは、ジエンおよび様々な相対割合のビニル芳香族モノマーを有するビニル芳香族モノマーから作製されたランダムソフトブロックである。好ましくは、ビニル芳香族モノマーとジエンS/Bのモル比は、ブロック(B/S)では0.5~2、ブロック(B/S)では0.5未満である。
特許文献4は、構造(I)S1-B1-S2および(II)S3-B2-S4の線状スチレン-ブタジエンブロックコポリマーを含む、高剛性と共に高靭性を有する混合物を開示しており、ここで、S1は長いビニル芳香族ブロックであり、S2、S3、およびS4は各々、短いビニル芳香族ブロックであり、各B1およびB2は、ジエンブロックまたはジエン-ビニル芳香族コポリマーブロックである。混合物は光媒体に使用される。
特許文献5は、高い収縮能力および高い剛性/強度を有する熱収縮性フィルムを得るために加工することができるスチレン-ブタジエンブロックコポリマーAおよびBの混合物を記載している。好ましくは、SBCコポリマーAは、構造S-(B/S)-Sを有するか、または単一コポリマーブロック(B/S)であり、ここで、(B/S)は、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび5~35wt%のジエンから構成されるランダムコポリマーハードブロックであり、Sは、ビニル芳香族ポリマーハードブロックである。
好ましくは、SBCブロックコポリマーBは、ソフトブロック(B/S)または(B/S)-Sを介して連結されている構造S-(B/S)またはS-(B/S)-Sの短い枝部および構造(B/S)-S-(B/S)または(B/S)-S-(B/S)-Sの長い枝部を有する星形であり(特許文献5)、ここで、(B/S)は、20~60wt%のビニル芳香族モノマーおよび80~40wt%のジエンから構成されるランダムコポリマーブロックであり、S、Sは、長いビニル芳香族ポリマーブロックであり、Sは、短いビニル芳香族ポリマーブロックである。すべての例は、1本の長い枝部および3本の短い枝部を有する非対称星形ブロックコポリマーBを示す。
前述の従来技術によるSBCポリマーまたはポリマー組成物から製造された収縮フィルムは、製造プロセス中にロールに巻き付けられたときに粘着する傾向がある。これは様々な技術的問題を引き起こす可能性がある。
収縮フィルムの製造では、多くの場合、強靭なSBC成分と堅いSBC成分との混合物を、場合により汎用ポリスチレンと共に、ブレンドし、フィルムに押し出す。次のオンライン工程において、フィルムを熱風で加熱し、押出方向に対して垂直(反対)に5~6倍延伸させる。最後に、縁を切断し、フィルムを大きなロールに巻き付ける。その後、フィルムをより小さなロールに切断し、印刷する。最後に、印刷されたフィルムをラベルの大きさに切断し、容器(例えば、ボトル)の周りに接着し、収縮させる。
従来技術による材料は、延伸フィルムがロールに巻き取られたときに延伸フィルムのブロッキングの増加をしばしば示した。場合によっては、数日後にロールをほどくことすら不可能であった。巻き付けたフィルムを加工可能にするには、非常に大量(1wt%超~3wt%以下)のブロッキング防止剤(例えば、HIPS、脂肪酸誘導体)が配合に必要であった。これらの添加剤は、その後フィルムの印刷適性に非常に悪い影響を及ぼした(無極性ゾーンのために印刷されていないスポットが発生)。さらに、高いHIPS含有量はまた、くもり具合を増大させ、光沢(光学的性質)を低下させる。
米国特許第3,639,517号 米国特許第4,091,053号 米国特許第6,521,712号 米国特許出願公開第2005/0009990号 米国特許出願公開第2011/098401号
本発明の目的は、良好な機械的特性を有し、製造プロセス中にロールに巻き付けられたときに層と層の粘着性が低減された収縮フィルムの製造に適しておりかつブロッキング防止添加剤の必要性を回避または少なくとも低減させる、スチレンブタジエンブロックコポリマー(SBC)をベースとする材料を提供することである。
本発明の一態様は、ポリマー組成物であって、以下の成分(a)、(b)、および(c):
a)45~100wt%の、以下のものからなる成分a):
a1)20~80wt%の少なくとも1種の星形ブロックコポリマーA1であって、以下:
65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから作製された単一コポリマーブロック(B/S)Aiからなり、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有する2本の短い枝部、ならびに
内部ブロック(B/S)Aiを介して(カップリング剤によって互いに)連結されている構造S-[(B/S)-(B/S)Aiまたは[(B/S)-(B/S)Aiの2本の長い枝部であり、ブロックSは、95~100wt%のビニル芳香族モノマーおよび0~5wt%のジエンから作製されており;ブロック[(B/S)は、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから各々作製された、1つまたはそれ以上の異なるまたは同じコポリマーブロック(B/S)からなり、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有し;nは、少なくとも1の整数であり、好ましくはn=2~10、より好ましくはn=2または3、最も好ましくはn=2であり、ブロック(B/S)Aiは、上記で定義した通りである、2本の長い枝部
を有し、
ブロック(B/S)Aiは、5000~15000g/モルの範囲の数平均モル質量Mを有し、ブロック[(B/S)全体は、50000~150000g/モルの数平均モル質量Mを有する、
星形ブロックコポリマーA1;ならびに
a2)80~20wt%の少なくとも1種の星形ブロックコポリマーA2であって、ブロック(B/S)を介して(カップリング剤によって互いに)連結されている構造S-(B/S)の2本の短い枝部および構造(B/S)Ae-S-(B/S)の2本の長い枝部
を(本質的に)有し、
ここで、ポリマーブロックSおよびSは同じであり;(ハード)ポリマーブロックSおよびSは、95~100wt%のビニル芳香族モノマーおよび0~5wt%のジエンから作製されており;コポリマーブロック(B/S)Aeは、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから作製されており、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有し;ホモまたはコポリマーブロック(B/S)は、0~25wt%、好ましくは1~25wt%のビニル芳香族モノマーおよび100~75wt%、好ましくは99~75wt%のジエンから各々作製されており、-90℃~-60℃の範囲のガラス転移温度Tgを有する、
星形ブロックコポリマーA2;
b)0~55wt%の、ブロックコポリマーA1およびA2以外の少なくとも1種のさらなる熱可塑性ポリマーTP;ならびに
c)0~5wt%の少なくとも1種の添加剤または加工助剤
を含み(またはからなり);
成分(a)、ならびに適切な場合には(b)および/または(c)の総量は、ポリマー組成物全体に対して100wt%である、
前記ポリマー組成物である。
従来技術による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドの形態を示すTEM写真である。 本発明による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドの形態を示すTEM写真である。 本発明による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドの形態を示すTEM写真である。 従来技術による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドの形態を示すTEM写真である。 本発明による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドの形態を示すTEM写真である。
ガラス転移温度(Tg)は、DIN EN ISO 11357-2:2014-07に基づいたDSCによって決定する。加熱速度を20K/分として180℃からの急速冷却後の第2の加熱サイクルを評価する。
本発明においては、平均モル質量Mnは、ISO16014-3:2012(ポリスチレン標準物に対する相対較正法を用いた60℃未満の低Tでのサイズ排除)に従ってGPCで決定する。wt%は重量パーセントを意味する。
a1)およびa2)の総量は、成分(a)に対して100wt%である。
本発明においては、「ジエン」は共役ジエンを意味する。「ブタジエン」は1,3-ブタジエンを意味する。
本発明によるポリマー組成物において任意選択の成分(b)または(c)が存在する場合、各成分の最小率は通常0.05wt%である。ブロッキング防止剤が成分(c)として存在する場合、その最大量はポリマー組成物全体に対して1wt%未満である。
成分(a)
成分a)は、好ましくは、a1)25~50wt%、より好ましくは30~48wt%、最も好ましくは35~45wt%の少なくとも1種、好ましくは1種のブロックコポリマーA1、およびa2)50~75wt%、より好ましくは52~70wt%、最も好ましくは55~65wt%の少なくとも1種、好ましくは1種のブロックコポリマーA2からなる。
ブロックコポリマーA1
ブロックコポリマーA1は一般に堅い材料である。好ましくは、コポリマーブロック(B/S)Aiの数平均モル質量Mnは、8000~13000g/モルの範囲にある。好ましくは、ブロック[(B/S)全体の数平均モル質量Mnは、70000~150000g/モル、より好ましくは80000~150000g/モル、最も好ましくは90000~145000g/モルの範囲にある。好ましくは、ブロックSの数平均モル質量Mnは、3000~10000、より好ましくは4000~8000g/モルの範囲にある。
ブロック[(B/S)は、n個、それぞれ1個またはそれ以上、好ましくは2~10個、より好ましくは2または3個、最も好ましくは2個の異なるまたは同じコポリマーブロック(B/S)からなり、ブロック(B/S)は、それらのモル質量および/またはそれらのビニル芳香族/ジエン比が異なり得る。
好ましくは、ブロック[(B/S)は、構造(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)A3またはより好ましくは(B/S)A1-(B/S)A2を有する。前記構造では、ビニル芳香族/ジエン比は、個々のブロックB/Sにおいて異なり得る。したがって、長い枝部は、好ましくは、構造S-(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)A3-(B/S)Aiもしくは(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)A3-(B/S)Ai、またはより好ましくは(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)Ai、または特に好ましくはS-(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)Aiを有する。
一実施形態によれば、外部ブロック(B/S)A1は、ブロック(B/S)A2よりも高い数平均モル質量Mnを有する。
コポリマーブロック(B/S)および(B/S)Aiは、互いに独立に、85~93wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および7~15wt%のジエン、特にイソプレンまたはブタジエンから作製されていることが好ましい。ブタジエンが特に好ましい。コポリマーブロック(B/S)および(B/S)Aiのガラス転移温度は、好ましくは50~80℃、特に好ましくは60~75℃の範囲にある。
特に適切なブロックコポリマーA1は、各場合においてブロックコポリマー全体に対して86~94wt%好ましくは88~92wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および6~14wt%、好ましくは8~12wt%のジエン、特にブタジエンから作製されている。
ランダムに分布した重合ビニル芳香族モノマーおよびジエンから構成されたコポリマーブロック(B/S)および(B/S)Aiを含む(またはからなる)ブロックコポリマーA1が好ましい。これらは、例として、テトラヒドロフランまたはカリウム塩のようなランダム化剤の存在下でアルキルリチウム化合物を使用するアニオン重合によって得ることができる。アニオン開始剤とカリウム塩のモル比が25:1~60:1、特に好ましくは30:1~40:1の範囲にあるカリウム塩の使用が好ましい。この方法は同時に、ブタジエン単位の1,2結合の割合を低くすることができる。適切なカリウム塩は、Kアルコラート、特に、重合溶媒に可溶なもの、例えば、tert-アミルアルコラートまたはトリエチルカルビノラート、または他のC豊富な第三級アルコラートである。
ブタジエン単位の1,2結合の割合は、好ましくは、1,2、1,4-シスおよび1,4-トランス結合の全体に対して8~15%の範囲にある。
星形ブロックコポリマーA1は、リビングアニオン性ポリマー鎖末端(=ブロック(B/S)Aiを介して連結される)を多官能性カップリング剤と反応させることによって形成される、以下の(擬似線状)構造:
Figure 0007155133000001
[式中、S、(B/S)A1、(B/S)A2、および(B/S)Aiは、上記で定義した通りであり、Xは、カップリング中心である]
を有することが特に好ましい。前記多官能性カップリング剤は、一般に任意の適切な多官能性化合物であり得る。それは、好ましくは、エポキシ化植物油、具体的には、エポキシ化アマニ油またはエポキシ化ダイズ油から選択される。
アニオン的に製造されるポリマーの場合、分子量は、モノマーの量と開始剤の量の比によって制御される。開始剤を、モノマー供給が行われた後に繰り返し添加することもでき、その結果、二峰性または多峰性分布となる。分子量は、通常、溶媒としてのTHF中で、標準としてのポリスチレンを使用して、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって決定される。星形ブロックコポリマーA1は、一般に非極性溶媒中でアニオン重合により製造され、ここで、開始プロセスは、一般に有機金属化合物である開始剤を使用する。製造方法は、一般に重合反応の終わりに少なくとも1種のカップリング剤の添加を使用し、ここで、少なくとも1種の開始剤の一部を重合反応の最初に添加し、開始剤の残りを後で添加する。
前記方法は、2個の同一の短い枝部および2個の同一の長い枝部を有する星形分子構造を特に特徴とする特定のブロックコポリマーA1の製造を可能にする。
アニオン重合反応における適切な開始剤は、有機金属化合物、好ましくはアルカリ金属の化合物、特に好ましくはリチウムの化合物である。開始剤の例は、メチルリチウム、エチルリチウム、プロピルリチウム、n-ブチルリチウム、sec-ブチルリチウム、およびtert-ブチルリチウムである。有機金属化合物は一般に、化学的に不活性な炭化水素における溶液の形で添加される。添加量は、原則としてポリマーの所望のモル質量に依存するが、一般にモノマーに対して0.002~5mol%である。開始剤の上記量は使用する開始剤の総量に基づいており、これは-前述のように-少なくとも2バッチで添加される。使用する溶媒は、好ましくは、シクロヘキサンまたはメチルシクロヘキサンのような脂肪族炭化水素である。
アニオン重合反応はまた、極性共溶媒(ランダム化剤として)の添加を一般に使用し、ここでは共溶媒が開始剤の金属カチオンに対してルイス塩基として作用すると考えられる。好ましいルイス塩基は、エーテルおよび第三級アミンのような極性非プロトン性化合物である。
特に有効なエーテルの例は、テトラヒドロフラン、ならびにエチレングリコールジメチルエーテルおよびジエチレングリコールジメチルエーテルのような脂肪族ポリエーテルである。挙げることができる第三級アミンは、トリエチルアミン、トリブチルアミン、およびピリジンである。非極性溶媒に添加する極性共溶媒の量は、例えば0.5~5体積%である。0.1~0.6体積%のテトラヒドロフランの量が特に好ましい。多くの場合、0.2~0.4体積%の量が非常に特に好ましい。
ルイス塩基の添加量および構造は、共重合パラメータならびにジエン単位の1,2-および1,4-結合の割合を決定する。得られたゴム状ブロックコポリマーは、一般に、ジエン単位のすべてに対して20~80%の1,2-結合および80~20%の1,4-結合という割合を有する。
好ましくは、可溶性カリウム塩を-共溶媒の代わりに-(ランダム化剤として)添加し、それは具体的にはカリウムアルコラートである。ここでは、カリウム塩がリチウム-カルボアニオンイオン対との金属交換によって相互作用し、それによって、ビニル芳香族モノマー、特に好ましくはスチレンとの付加物を優先的に形成するカリウム-カルボアニオン化合物を形成し、一方、リチウム-カルボアニオン化合物はジエン、特に好ましくはブタジエンとの付加物を優先的に形成すると考えられる。カリウム-カルボアニオン化合物は実質的により反応性が高いので、大勢を占めるリチウム-カルボアニオン化合物と一緒に用いた場合に、少量、すなわち、1/10~1/50でも、ビニル芳香族モノマー、特に好ましくはスチレン、およびジエン、特に好ましくはブタジエンの平均組込み確率を同様にするのに十分である。アニオン開始剤とカリウム塩のモル比が25:1~60:1、好ましくは30:1~40:1の範囲にあるカリウム塩の使用が好ましい。ビニル芳香族モノマー、好ましくはスチレン、およびジエン、好ましくはブタジエンの組込みをほぼランダムにするには、33~39というリチウム/カリウムのモル比が選択されることが特に好ましい。
さらに、重合操作中に、リビング鎖間、また、リビング鎖と溶解塩との間でも頻繁に金属交換があり、ある場合には、同じ鎖が、優先的にビニル芳香族モノマー、特に好ましくはスチレンとの付加物を形成し、別の場合には、ジエン、特に好ましくはブタジエンとの付加物を形成すると考えられる。次いで、得られた共重合パラメータは、ビニル芳香族モノマーおよびジエンに関してほぼ同じである。適切なカリウム塩は、特にカリウムアルコラート、具体的には、重合溶媒に可溶なもの、例えば、tert-アミルアルコラートまたはトリエチルカルビノラート、または他のC豊富な第三級アルコラートのような、少なくとも5個の炭素原子を有する第三級アルコラートである。
典型的な対応するアルコールの例は、3-エチル-3-ペンタノールおよび2,3-ジメチル-3-ペンタノールである。テトラヒドロリナロオール(3,7-ジメチル-3-オクタノール)および2-メチル-2-ブタノール(tert-アミルアルコール)は、特に適していることが示されている。カリウムアルコラートと並行して原則として適切な他の化合物はまた、アルキル金属化合物に対して不活性な他のカリウム塩である。ジアルキルカリウムアミド、アルキル化ジアリールカリウムアミド、アルキルチオラート、およびアルキル化アリールチオラートを挙げることができる。ランダム化剤としてカリウム塩を用いて製造したブロックコポリマーA1は、一般に、ジエン単位のすべてに対して8~15%の1,2-結合および92~85%の1,4-結合という低い割合を有する。
重合温度は、一般に0~100℃、好ましくは30~90℃、特に好ましくは45~90℃である。重合反応は、一般に複数の段階で行われ、ここで、開始剤は、二重開始プロセスを使用して、複数のバッチで添加される。例を挙げると、そのプロセスは、ハードブロックSを製造することにより始まる。モノマーの一部は反応器における初期装入物として使用され、重合反応は開始剤の一部を添加することで開始される。添加するモノマーの量および開始剤の量から計算することができる明確な鎖構造を実現するために、第2のモノマー添加が行われる前のプロセスにおいて高転化率(99%超)を達成することが望ましい。しかし、これは必須ではない。
モノマー添加の順序は、選択したブロック構造に依存する。バッチ法の場合、初期装入物としてシクロヘキサンのような溶媒の全部または一部を使用することで開始させ、次いで、初期装入物として、sec-ブチルリチウムのような開始剤を、所望のモル質量の確立に必要であり、さらに、滴定量として既知である、溶媒中およびタンク中の微量の不純物を消失させるのに役立つ量使用する。
次いで、好ましくはシクロヘキサンに溶解した、カリウムtert-アミルアルコラートのようなカリウム塩を添加すること、または反応器にTHFのような錯化溶媒を添加し、次いで、-末端ブロックSを有する長い枝部の場合-第1の量のビニル芳香族モノマーを添加して、ブロックSを製造することが好ましい。次いで、ジエンおよびビニル芳香族モノマーを、好ましくは同時に添加する。
添加は、場合によりさらなる溶媒と一緒に、例えば、熱放散を向上させるために、所望の構成に応じて、複数の部分で行うことができる。
ブロック(B/S)A1のランダム構造および構成は、ビニル芳香族化合物に対するジエンの量的割合、カリウム塩を使用する場合にはカリウム塩の濃度、ならびにルイス塩基を使用する場合には共溶媒として使用するルイス塩基の濃度および化学構造、さらには温度によって決定される。
次いで、さらなるブロック(B/S)A2、(B/S)A3などは、ジエンおよびビニル芳香族モノマーを添加することによって成長ポリマー鎖に重合させることができる。好ましくは、次いで、ブロック(B/S)A2のみが成長ポリマー鎖に重合される。次いで、第2の開始プロセス、すなわち、開始剤の第2の添加を行った後、成長ポリマー鎖にブロック(B/S)Aiを重合させるために使用するジエンおよびビニル芳香族モノマーの添加を行う。
同じ反応器での二重開始の場合、新たに開始させたポリマー(=ブロック(B/S)Ai)、および成長ポリマー鎖に重合させたブロック(B/S)Aiのモル質量は、実質上同じである。
前記方法によれば、カップリング剤とのカップリングが、ジエンおよびビニル芳香族モノマーの最後の添加および完全な重合後に起こり、したがって、複数のポリマーブロック(B/S)Aiが互いに結合し、星形の分子構造を有するブロックコポリマーA1が形成される。
一般に、カップリング剤としていずれの多官能性化合物も使用することが可能である。カップリング剤は、エポキシ化アマニ油またはエポキシ化ダイズ油のようなエポキシ化植物油、アルコキシシランのようなシラン、例えば、Si(OMe)、SiCl、Si(アルキル)Cl、Si(アルキル)Clのようなクロロシラン、ここで、アルキルはC-C-アルキル部分、好ましくはメチルである、臭化メチレンまたはビスクロロメチルベンゼンのような脂肪族炭化水素のハロゲン化物、四塩化スズ、テレフタルアルデヒドのような多官能性アルデヒド、多官能性ケトン、カルボン酸エステルのような多官能性エステル、例えば、酢酸エチル、コハク酸ジエチル、アジピン酸ジメチルもしくはエチル、多官能性無水物、1,4-ブタンジオールグリシジルエーテルのようなオリゴ-エポキシド、ジイソプロペニルベンゼン、ジビニルベンゼン、もしくはジスチリルベンゼンのような活性化ジオレフィンから選択されていることが好ましく;好ましいカップリング剤は、エポキシ化アマニ油またはエポキシ化ダイズ油のようなエポキシ化植物油である。
カップリング剤はカップリング中心Xを形成し、これはリビングアニオン鎖末端と上記カップリング剤の1種との反応によって形成される。
カップリング剤の量は、その機能性および使用する開始剤の量に応じて計算される。活性な開始剤の量(開始剤の総量から滴定量を引いた量)に対応して、リビング鎖のすべてを反応させるのに必要な量のカップリング剤を添加することが好ましい。エステル基の場合、これらが2個のリビング鎖と反応するのに対して、エポキシドおよびハロアルカンおよび-シランは1個の官能基につき1個のリビング鎖と反応することを考慮しなければならない。例を挙げると、エポキシ化ダイズ油は、主に1または2個のエポキシ基を有するトリグリセリドの形でエステル化された脂肪酸を含み、それに応じて、グリセリンの金属アルコラートを遊離して、3または4個のポリマー鎖と結合を主に形成する。というのは、カルボキシ基がまた、2本のさらなる鎖と結合を形成するからである。
ブロックコポリマーA1を製造する際、前記方法の各開始工程において同じ開始剤を使用することが可能である。しかし、原則として様々な開始剤を使用することも可能である。
ポリマー濃度は広く変えることができるが、好ましくは、個々のブロックの重合反応終了時の温度が100℃の値を超えないように、または温度がその値を超える場合にはせめて短時間となるように選択し、このようにして、著しく早過ぎる熱停止を避けるべきである。カップリングプロセス後の典型的なポリマー濃度は、撹拌槽でのバッチ法の場合、10~50wt%、好ましくは20~40wt%、特に好ましくは25~35wt%である。
好ましくは撹拌槽の内圧を下げて溶媒の沸騰および還流によって反応溶液を冷却する、還流冷却器と好ましくは組み合わせた撹拌槽の代わりに、他の種類の反応器、例えば、熱交換器のような、冷却部と組み合わせたループ反応器を使用すること、または外部熱交換器と組み合わせた撹拌槽を使用することも原則として可能である。本発明のブロックコポリマーAをバッチ法で製造する代わりに、それらを、例えば、上記の一連の反応器を種々組み合わせた配置、または好ましくは静的混合要素を有する管状反応器、または管状反応器と上記反応器との組合せによる連続法で製造することができる。反応域の数は、種々のモノマーの添加数にカップリング剤の添加数を加えた数と同じであることが好ましい。
開始時および適切な時点で、一般に開始剤およびランダム化剤および場合によりさらなる溶媒を含む開始剤系をさらに混合し;ここでは、モノマー供給物に溶媒を添加して、モノマーが反応器に到達する前に希釈形態になるようにすることが好ましい。
好ましい一実施形態では、ポリマー濃度は、反応器カスケードに沿って15~35wt%の範囲で一定に保たれる。別の好ましい一実施形態では、ポリマー濃度は、最後のモノマー添加によって36~50wt%に増加する。
したがって、ブロックコポリマーA1の製造方法は、以下の構成を特徴とする:
a)二重開始、
b)ビニル芳香族モノマーの組合せおよびジエンの最後(=(n+1))、好ましくは第3の添加および完全重合の後のカップリング工程、ならびに
c)ビニル芳香族モノマーの組合せおよびジエンの最後、好ましくは第3の添加および重合の前に行われる第2の開始プロセス。
第1と第2の開始プロセスのモル比はまた、前記方法においてブロックコポリマーA1の構造に対してある役割を果たす(開始比)。4本のアームを有する星形の場合において、第2の開始プロセスの後の最終モノマー添加がビニル芳香族モノマーおよびジエンの添加である場合、ポリマーが結合している(擬似線状構造)2本のS-(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)Ai枝部および2本の(B/S)Ai枝部の比が、平均して0.9:1~1.5:1、特に1.2:1であることが好ましい。
ブロックコポリマーA1のさらなる後処理は、従来の方法によって行う。ここでは、撹拌槽において操作し、カップリングプロセス後、場合により、イソプロパノールのような、少量のアルコールを使用し、存在する可能性がある少量の残留カルボアニオン、およびカップリング工程で製造された可能性のあるポリマー結合アルコラートをプロトン化して、槽内での堆積物の形成および生成物の変色を回避し、溶液の粘度を低下させ、さらなる後処理の前に、生成物をわずかに酸性化する従来の方法でCO/水を使用し、結果として得られた生成物がガラスのように無色透明となることが望ましい。
また、ポリマーを、フリーラジカル捕捉剤を用いて、または好ましくはフリーラジカル捕捉剤の組合せ(例えば、イルガノックス(登録商標)1010およびイルガノックス(登録商標)1076、BASF SEのようなOラジカル捕捉剤と組み合わせた、α-トコフェロール(ビタミンE)、スミライザー(登録商標)GM、およびスミライザー(登録商標)GSのようなCラジカル捕捉剤)を用いて、ならびに二次酸化防止剤(例えば、好ましくは亜リン酸塩をベースとする市販品、例としては、亜リン酸トリイソノニルフェニル(TNPP)またはイルガホス(登録商標)168、BASF SE)を用いて安定化し、従来の方法を使用して、溶媒を除去し、生成物を押し出し、ペレット化することも有用である。
溶媒を除去するための好ましい一方法は、溶媒の濃度を段階的に低下させることであり、ここで、重合反応がバッチ法を使用する場合、溶液を、有利には、最初に緩衝槽中の中間貯蔵部に入れ、次いで、好ましくは、その後、1つまたはそれ以上の直列の熱交換器経由で溶媒の沸点よりも好ましくは100~140℃高い温度(シクロヘキサンの場合は180~220℃)に加熱したポンプを通過させ、次いで、その後、好ましくは100~350m/秒の蒸気速度で短管を通して移動させる圧力保持バルブを通して、溶媒がちょうど濃縮し始めるように圧力および温度が好ましくは調整されており、かつ表面が溶媒膜のコーティングを有している、すなわち、乾燥していない減圧容器に通過させる;溶媒としてシクロヘキサンの場合、100~140℃の温度および1.6~4.3barの圧力を選択することが好ましい。
溶媒蒸気は、好ましくは、減圧容器から上方へ排出され、濃縮され、後処理にかけられ、一方、ポリマー溶液は、この時の濃度は約70~95%であるが、容器の底にフレーク形態の沈殿物を生じ、そこから例えばギヤポンプによって次の熱交換器へと前方に搬送し、好ましくは170~230℃に再加熱することができる。次いで、溶液を、圧力保持バルブ経由で、好ましくは二軸スクリュ押出機のスクリュにおいて再度減圧し、ここで、溶媒蒸気がポリマー供給点の上流および下流のベントドームを経由して放出される。次いで、溶媒の濃度を、好ましくは、互いに密閉されたバリアスクリュ要素を備えた押出機セグメントにおいてさらに低下させ、それと同時に、さらに真空度を高め続け、押出機頭部の上流は好ましくは1~30mbarであり、達成される溶媒含有量が好ましくは<3000ppm、特に好ましくは<2000ppmになるまで、少量の水を好ましくは注入する。
押出機の最後に、溶融物をストランドペレット化または水中ペレット化することができ、ここでは水中ペレット化プロセスが好ましい。しかし、他の方法によって、例えば、「フィルムトルーダ」として既知の、場合により押出機と組み合わせたものによって、または大部分がスチレンベースの熱可塑性エラストマーの場合には従来のように水蒸気ストリッピングによって、溶媒を除去することも可能である。この場合、ポリマーフレークが得られる。
ペレットまたはフレークは、他のタイプのゴムと同様に、アクラワックス(登録商標)(Lonza製)、ベスクエア(登録商標)、アエロジル(登録商標)(Evonik製)、および/またはリン酸三カルシウムのようなブロッキング防止剤を使用することによって粘着から保護することができる。
前記方法によれば、ブロックコポリマーA1を良好な空時収量で製造することができる。バッチ重合法、すなわち、第1のモノマー装入物を第1の開始剤装入物と組み合わせた時点から、カップリングプロセスの終わり、すなわち、アルコールの任意選択添加および反応器の排気を開始することができる時点までの空時収量(STY)は、一般に0.5~3時間、好ましくは1~2.5時間である。
ブロックコポリマーA1は、好ましくは、収縮フィルムの製造に使用することができる。
ブロックコポリマーA2
本発明のさらなる一主題は、(強靭な)ブロックコポリマーA2である。ブロックコポリマーA2は、好ましくは、対称的な星形構造を有する。
ブロックコポリマーA2のメルトマスフローインデックス(=MFI、ISO1133-1:2011に従って、ポリマー溶融物について220℃および5kg荷重で測定)は、一般に8~15ml/10分、好ましくは9~14ml/10分の範囲にある。
好ましくは、ブロックS、S、(B/S)、および(B/S)Aeの製造に使用するビニル芳香族モノマーはスチレンであり、ブロック(B/S)および(B/S)Aeの製造に使用するジエンは、好ましくはイソプレンまたはブタジエン、特にブタジエンである。
ブロックコポリマーA2のハードポリマーブロックSまたはSの数平均モル質量Mnは、一般に、5000~30000g/モルの範囲にある。ブロックは、末端に(S)、またはブロック(B/S)Aeと(B/S)との間に(S)で生じる。短いSブロックは、ソフト相として作用するホモまたはコポリマーブロック(B/S)との不適合性を最大限に高める。これは、固体中のハード相とソフト相との間に形成される中間相を小さく保つことができることを意味する。したがって、室温の範囲、すなわち、10~40℃で軟化する相の重量割合を小さく保つことができ、これは40℃未満の温度での自然収縮を小さくするのに役立つ。分子量は、通常、溶媒としてのTHF中で、標準としてのポリスチレンを使用して、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって決定される。
ポリマーブロックSおよびSは、同じ構成および数平均モル質量Mnを有する。
コポリマーブロック(B/S)Aeの数平均モル質量Mnは、一般に、30000~100000g/モルの範囲、好ましくは35000~90000g/モルの範囲、より好ましくは40000~80000g/モルの範囲にある。
コポリマーブロック(B/S)Aeの構成および特性は、上記ブロックコポリマーA1に関して記載したコポリマーブロック(B/S)のものと同じである。
コポリマーブロック(B/S)Aeは、n個、それぞれ1個またはそれ以上、好ましくは1~10個の異なるまたは同じコポリマーブロック(B/S)Aeからなるブロック[(B/S)Aeであり得、ブロック(B/S)Aeは、それらのモル質量および/またはそれらのビニル芳香族/ジエン比が異なり得る。好ましくは、ブロック(B/S)Aeは単一ブロックである。
コポリマーブロック(B/S)Aeは、85~93wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および7~15wt%のジエン、特にイソプレンまたはブタジエンから作製されていることが好ましい。ブタジエンが特に好ましい。
コポリマーブロック(B/S)Aeのガラス転移温度は、好ましくは50~80℃、特に好ましくは60~75℃の範囲にある。
ホモまたはコポリマーブロック(B/S)の数平均モル質量Mnは、一般に5000~50000g/mol;好ましくは10000~40000g/mol、より好ましくは12000~35000g/molの範囲にある。
ブロック(B/S)は、1~25wt%、より好ましくは5~20wt%、最も好ましくは10~20wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および99~75wt%、より好ましくは95~80wt%、最も好ましくは90~80wt%のジエン、好ましくはイソプレンまたはブタジエン、特にブタジエンから作製されているコポリマーブロックであることが好ましい。
ホモまたはコポリマーブロック(B/S)のガラス転移温度Tgは、好ましくは-80~-65℃の範囲にある。
ブロックコポリマーA2のコポリマーブロック(B/S)および(B/S)Aeにおけるビニル芳香族モノマーおよびジエンの重合単位の分布は、好ましくはランダムである。これらは、例として、テトラヒドロフラン、またはブロックコポリマーA1のブロック(B/S)および(B/S)Aiに関して前述したカリウム塩のようなランダム化剤の存在下でアルキルリチウム化合物を使用するアニオン重合によって得ることができる。
すべてのブロック(B/S)(=ソフト相)全体の割合は、星形ブロックコポリマーA2全体に対して26~37wt%であり得る。
すべてのブロック(B/S)(=ソフト相)全体の割合が、星形ブロックコポリマーA2全体に対して30~37wt%、好ましくは31~35wt%、より好ましくは32~33wt%である星形ブロックコポリマーA2が好ましい。
(ハード)ポリマーブロックSおよびSが、95~100wt%のビニル芳香族モノマーおよび0~5wt%のジエンから作製されており、ブロックSおよびSが、5000~30000g/モルの範囲の数平均モル質量Mを有し;(ハード)コポリマーブロック(B/S)Aeが、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから作製されており、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgおよび30000~100000g/モルの範囲の数平均モル質量Mを有し、(ソフト)ホモまたはコポリマーブロック(B/S)が各々、0~25wt%、好ましくは1~25wt%のビニル芳香族モノマーおよび100~75wt%、好ましくは99~75wt%のジエンから作製されており、-90~-60℃、好ましくは-80~-65℃の範囲のガラス転移温度Tgおよび5000~50000g/molの範囲の数平均モル質量Mを有する、本発明による星形ブロックコポリマーA2がより好ましい。
すべてのブロック(B/S)(=ソフト相)全体の割合が、星形ブロックコポリマーA2全体に対して30~37wt%、好ましくは31~35wt%、より好ましくは32~33wt%である前述の星形ブロックコポリマーA2が特に好ましい。
特に適切なブロックコポリマーA2は、各場合においてブロックコポリマー全体に対して50~80wt%、好ましくは60~75wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および20~50wt%、好ましくは25~40wt%のジエン、特にブタジエンから作製されている。
ブロックコポリマーA2が、リビングアニオン性ポリマー鎖末端(=ブロック(B/S)を介して連結される)を多官能性カップリング剤と反応させることによって形成される以下の対称的な星形構造:
Figure 0007155133000002
[式中、S、S、(B/S)Ae、および(B/S)は、上記で定義した通りであり、Xは、カップリング中心である]
を有することが特に好ましい。前記多官能性カップリング剤は、一般に任意の適切な多官能性化合物であり得る。多官能性カップリング剤は、例えば、多官能性アルデヒド、ケトン、エステル、無水物、またはエポキシドであり得る。
それは、好ましくは、エポキシ化植物油、具体的には、エポキシ化アマニ油またはエポキシ化ダイズ油から選択される。
星形ブロックコポリマーBは、二重開始を使用して、逐次アニオン重合法によって製造する。
したがって、ブロックコポリマーA2の製造方法は、以下の構成を特徴とする:
a)二重開始、
b)ホモまたはコポリマーブロック(B/S)の製造に使用するジエンおよび場合によりビニル芳香族モノマーの添加および重合の後のカップリング工程、ならびに
c)ブロックSおよびSの製造に使用するビニル芳香族モノマーの添加および重合の前に行われる第2の開始プロセス。
第1と第2の開始プロセスのモル比はまた、前記方法においてブロックコポリマーA2の構造に対してある役割を果たす(開始比)。4本のアームを有する星形の場合において、第2の開始プロセスの後の最終モノマー添加がジエンおよび場合によりビニル芳香族モノマーの添加である場合、ポリマーが結合している(対称的な星形構造)2本の(B/S)Ae-S-(B/S)枝部および2本のS-(B/S)枝部の比が、平均して0.9:1~1.5:1、特に1:1であることが好ましい。
逐次アニオン重合による星形ブロックコポリマーの製造は、一般に公知である(米国特許第6,593,430号、第3欄、1頁~第4欄、45頁を参照)。本発明による星形ブロックコポリマーA2の製造は、一般に、モノマー供給の順序およびモノマー組成は別として、上記のブロックコポリマーA1に関して開示したような製造(開始剤、溶媒、ランダム化剤、反応条件(例えば、重合温度)、カップリング、バッチまたは連続プロセス、後処理)、特に言及した製造に相当する。
ブロックコポリマーA2は、収縮包装フィルムの製造に好ましく使用することができる強靭な材料である。
熱可塑性ポリマー(TP)
本発明のポリマー組成物は、成分b)として、0~55wt%、好ましくは0~45wt%、より好ましくは1~40wt%、最も好ましくは5~35wt%の少なくとも1種、好ましくは1または2種の、ブロックコポリマーA1およびA2以外の熱可塑性ポリマーTPを場合により含む。
特に適切な熱可塑性ポリマーは、標準ポリスチレン(GPPS)、スチレン-アクリロニトリルコポリマー(SAN)、スチレン-メチルメタクリラートコポリマー(S/MMA)のようなスチレンポリマー、またはPMMAのようなポリメタクリラート、ポリエチレンテレフタラート(PET)のようなポリエステル、ポリエチレンもしくはポリプロピレンのようなポリオレフィン、またはポリ塩化ビニル(PVC)、または半結晶材料である。好ましくは、スチレンポリマー、特にGPPSを使用する。
PnBAおよび他のアクリラートゴムのようなポリアクリラート、エチルビニルアセタートポリマー(EVA)などを使用することも可能である。熱可塑性ポリマーTPは、剛性、耐溶媒性、印刷適性、抗ブロッキング性、リサイクル性、および密着性を向上させるために混合することができる。
熱可塑性エラストマー(TPE)、例えば、A1およびA2以外の線状または星形の水素化または非水素化スチレン-ブタジエンまたはスチレン-イソプレンブロックコポリマーを使用することも可能である。適切なブロックコポリマーは、クレイトン(登録商標)D、クレイトン(登録商標)G、スチロラックス(登録商標)GH62またはスチロフレックス(登録商標)として市販されている。熱可塑性エラストマーの添加は、一般に本発明のポリマー組成物の靭性を向上させる。
添加剤および/または加工助剤
本発明のポリマー組成物において成分c)として場合により存在してもよい添加剤および/または加工助剤は、特に、安定化剤、可塑剤、ブロッキング防止剤、染料、およびUV吸収剤である。
安定化剤、具体的には、イルガノックス(登録商標)1010、ソングノックス(登録商標)1010、イルガノックス1076、イルガノックス565、およびそれらのブレンドのような酸素ラジカル捕捉剤、スミライザー(登録商標)GS、スミライザーGM、およびそれらのブレンドのような炭素ラジカル捕捉剤、ならびに/またはイルガホス(登録商標)168のような二次安定剤の使用が好ましい。前記安定化剤は市販されている。前述の安定化剤は、ポリマー組成物全体に対して、好ましくは0.01~0.7wt%、より好ましくは0.03~0.5wt%の量で使用される。
さらに、少なくとも1種、好ましくは1種の可塑剤の使用が好ましい。本発明のポリマー組成物において可塑剤として好ましく使用されるのは、均質混和性油または油混合物、具体的には鉱油(またはホワイト油)またはアジピン酸ジオクチルである。
前述の可塑剤は、ポリマー組成物全体に対して、好ましくは0.05~0.80wt%、より好ましくは0.1~0.7wt%の量で使用される。
ブロッキング防止剤の使用はあまり好ましくない。その最大量は、ポリマー組成物全体に対して1wt%未満である。好ましくは、本発明によるポリマー組成物は、ブロッキング防止剤を含まない。
ポリマー組成物の製造方法
本発明のさらなる一主題は、本発明によるポリマー組成物の製造方法である。本発明によるポリマー組成物は、成分a)、ならびに任意選択の成分b)およびc)を任意の既知の方法で混合することによって得ることができる。しかし、成分が、溶融混合、例えば、共同押出し(conjoint extrusion)、混練、または好ましくは二軸スクリュ押出機、より好ましくは逆回転二軸スクリュ押出機によってブレンドされるときが好ましい。この方法では、成分a)をa1)およびa2)の予混合物として使用することができ、または個々のブロックコポリマーA1およびA2を使用し、場合により成分b)およびc)のいずれかを添加することによって前述のようにブレンドする。これは、通常160℃~300℃、好ましくは180℃~250℃、特に200~220℃の範囲の温度で行われる。
本発明のさらなる一主題は、フィルム、特に収縮フィルムの製造のための本発明によるポリマー組成物の使用である。収縮フィルムの製造は一般に公知である。加工は、熱可塑性材料-特にSBC-加工のための既知の方法を使用して行うことができ、特に、製造は、フィルムへの熱成形、押出、射出成形、カレンダ加工、吹込成形、圧縮成形、好ましくは押出によって行うことができる。
本発明のポリマー組成物は、非常に透明であり、収縮フィルムの製造に特に適している。
本発明によるポリマー組成物から作製したフィルムの透過型電子顕微鏡(TEM)写真は、添加した堅い成分(ブロックコポリマーA1)の、ドメインの規則充填を妨げるマトリックス希釈効果のために蠕虫のような歪んだ円柱形態を示す(図2および3)。
本発明のポリマー組成物は、良好な剛性-靭性関係、特に、両方向の高い弾性率を示し、そのため、収縮フィルム加工中の寸法安定性および高い破断歪(押出方向および押出方向の反対方向において)を維持して、容易な延伸を可能にする。
さらに、200Nの力で圧縮した延伸フィルムの2つの面を互いに滑らせる力は低く、したがって、包装の場合にブロッキングしにくい傾向がある。
本発明のポリマー組成物はまた、共押出による多層フィルムの製造に特に適している。前述の熱可塑性ポリマーTPは、様々な層に同様に適しており、本発明の混合物は、ここではバッキング層(backing layer)の形態または外層の形態で使用することができる。追加の層は、特に、表面改質、抗ブロッキング性、より高い剛性、または改質/低浸透性のために使用される。
本発明を特許請求の範囲および以下の実施例によってさらに説明する。
分析方法
メルトマスフローインデックス(=MFI[ml/10分])を、ISO1133-1:2011に従って、ポリマー溶融物について200℃および5kg荷重で測定する。
使用する溶媒およびモノマーはすべて、使用前に乾燥および精製した。
ブロックコポリマーA1
構造[S-(B/S)A1-(B/S)A2-(B/S)AiX[(B/S)Aiの星形ブロックコポリマーA1を、スチレン(モノマーS1~S4)およびブタジエン(モノマーB1~B3)(表1を参照)の逐次アニオン重合、ならびにエポキシ化ダイズ油を使用した後続のカップリングによって製造した。シクロヘキサン4785mlを初期装入物(ic)として使用し、sec-ブチルリチウム(BuLi ic)1.6mlを用いて60℃で終点まで滴定し、40℃に冷却し、その後、開始用の1.4Mのsec-ブチルリチウム溶液6.73ml(BuLi 1)(Ini1)、およびランダム化剤としての0.1175Mのカリウムtert-アミルアルコラート(PTA)溶液2.29mlを添加した。
次いで、開始剤混合物を混合し、混合物を40℃に冷却した。次の工程において、スチレン50gを添加し、重合反応を進行させて、モノマー消費を完了させた(反応混合物の温度の低下により確認)。次の工程において、ブタジエン55gおよびスチレン445gを同時に添加し、重合反応を進行させて、モノマー消費を完了させた(反応混合物の温度の低下により確認)。
次の工程において、再びブタジエン25gおよびスチレン225gを同時に添加し、重合反応を進行させて、モノマー消費を完了させた(反応混合物の温度の低下により確認)。
次に、撹拌しながら、反応に1.4Mのsec-ブチルリチウム(BuLi 2)溶液2.69mlを、続いて、ランダム化剤としての0.1175Mのカリウムtert-アミルアルコラート(PTA)溶液0.917mLを投与することによって第2の開始剤混合物(Ini 2)を添加した。次の工程において、再びブタジエン20gおよびスチレン180gを同時に添加し、重合反応を進行させて、モノマー消費を完了させた(反応混合物の温度の低下により確認)。
最後に、シクロヘキサン10mLに溶解させたエデノール(登録商標)D82 1.88gをカップリング剤として添加し、10分間反応させた。最後に、イソプロパノール0.5mlを使用して混合物を停止させ、CO/水で酸性化し、安定化剤溶液(イルガノックス(登録商標)1010)を添加した。分析データ:MFI=12ml/10分
Figure 0007155133000003
ブロックコポリマーA2
ポリマーを、10リットル容の反応器において窒素雰囲気下でアニオン重合した。60℃の開始温度で溶媒としてシクロヘキサンを装入した後、開始剤としてsec-ブチルリチウム(BuLi1)を添加し、続いて、ランダム化剤のtert-アミル酸カリウム(KTA1)を添加した。次に、第1の量のモノマースチレン(S1)およびブタジエン(Bu1)を添加して、第1のブロックを重合した。第1のブロックの重合が終了したとき、この終了は温度上昇の終わりで確認されたが、第2の量の開始剤(BuLi2)およびランダム化剤(KTA2)を添加し、続いて、次の量のスチレン(S2)を添加した。これらのモノマーの重合が終了したとき、この終了は温度上昇の終わりで確認されたが、次の量のスチレン(S3)およびブタジエン(Bu3)を添加した。
重合中、開始剤(BuLi(1および2)の合計)とランダム化剤(KTA)の比を35~1に維持した。最後に、カップリング剤としてエポキシ化ダイズ油を用いて反応を終了した(開始剤(mmol)/カップリング剤(ml)は16/1)。その後、1.0wt%の固体COおよび0.5wt%の水を添加し、重合溶液を激しく混合した。次に、安定化剤(0.2wt%のスミライザー(登録商標)GSおよび0.2wt%のイルガノックス(登録商標))を添加した。重合全体中、開始剤とKTAの比は35~1で維持した。モル質量は、8~15ml/10分のMFIに達するように調整した。
重合の終了時に重合溶液中の固体含有量は30wt%であった。脱ガス押出機によってポリマー溶液から溶媒を除去し、ポリマーストランドをペレット化した。
Figure 0007155133000004
ブロックコポリマーA2-4は、米国特許出願公開第2011/098401号(請求項10)による星形ブロックコポリマーBである。
SBCポリマー組成物
逆回転二軸スクリュ押出機において200~220℃で強靭なSBCブロックコポリマーA2-1、A2-2、A2-3を別々に20wt%の堅いブロックコポリマーA1とブレンドし、厚さ250μmのフィルムに押し出した。
続いて、フィルムを少なくとも長さ10cmおよび幅5cmの帯状物に切断し、引張試験機の制動ジョー(damping jaw)に配置し、クランプ固定されていない長さを5cmとした。
引張試験機において80℃で帯状物に押出方向とは反対方向に伸縮係数5.5で引張歪を加え、延伸状態で23℃に急冷した。
すべての機械的特性(表3を参照)、すなわち、ヤング率(弾性率)および破断応力は、DIN EN ISO 527-1:2012に従って、延伸フィルムにおいて押出方向と平行な方向で測定した。
Figure 0007155133000005
強靭なSBCブロックコポリマーA2-1、A2-2、A2-3を別々に、様々な量(表4を参照)の堅いSBCブロックコポリマーA1と逆回転二軸スクリュ押出機において200℃~220℃でブレンドし、厚さ250μmのフィルムに押し出した。続いて、フィルムを少なくとも長さ10cmおよび幅5cmの帯状物に切断した。
SBCポリマーブレンドの様々なフィルムを、200Nの力で圧縮したフィルムの2つの面を一定速度で互いに滑らせる力を測定する実験において評価した(表4を参照)。この試験トライアルセットアップでは、上部および下部クランプは1kNのクランプ力を有し、中間クランプは200Nのクランプ力を有した。
Figure 0007155133000006
表5は、純粋な強靭材料SBC A2-1および比較用の米国特許出願公開第2011/098401号の強靭な星形SBCブロックコポリマーB16について測定した摺動力を示す。
Figure 0007155133000007
図:
図1~5は、従来技術による堅いSBCブロックコポリマーと強靭なSBCブロックコポリマーとのブレンドおよび本発明によるブレンドの形態を示すTEM写真を示す。
図1~3に示すフィルムの製造では、ブレンドの圧縮成形プレート(5分、200℃、40bar+25℃での1日アニーリング)から得た100nmの薄片を、OsOで染色した(→ブタジエンに富んだ相は黒色、スチレン相は白色である)。装置の電圧は200kVであった。
図4および5に示すフィルムの製造では、ブレンドに使用する成分を逆回転二軸スクリュ押出機において200℃~220℃で事前配合し、続いて、一軸スクリュ押出機を使用して、225μm厚のフィルムとしてキャスト成形した。
次いで、フィルムを幅出機において90℃で5倍に延伸させた。次に、フィルムをOsOで染色し、厚さ100nmの薄片の形に切断し、TEMにおいて200kVで調査した。
図1は、現況技術(米国特許出願公開第2011/098401号)によるブレンドである、30wt%の堅い線状SBCブロックコポリマーAと混合した70wt%の強靭な星形SBCブロックコポリマーB16から作製したフィルムのTEM写真を示す。この従来技術ブレンドの形態は層状である。
図2(押出方向とは反対)および3(押出方向と平行)は、本発明によるブレンドである、40wt%の堅いSBC A1と混合した強靭なSBC A2-1から作製したフィルムの断面のTEM写真を示す。図2および3のTEM写真は、添加した堅い成分(ブロックコポリマーA1)の、ドメインの規則充填を妨げるマトリックス希釈効果のために蠕虫のような歪んだ円柱形態を示す。
図4は、現況技術(米国特許出願公開第2011/098401号)によるブレンド(30wt%の堅い線状SBCブロックコポリマーAと混合した70wt%の強靭な星形SBCブロックコポリマーA2-4)から作製したフィルムのTEM写真を示す。TEM写真は、ブタジエンに富んだソフト相(暗色領域)が表面にあり、かつ粘着性を引き起こす可能性がある明確な層状形態を示す。
図5は、本発明によるさらなるブレンド(30wt%の堅いSBCブロックコポリマーA1と混合した70wt%の強靭な星形SBCブロックコポリマーA2-1)から作製したフィルムのTEM写真を示す。TEM写真は、より連続的なスチレンに富んだハード相およびその中に分散したブタジエンに富んだソフト相を有する異なる形態を示し、より高いTのために粘着性がより低いスチレンに富んだハード相が大半を占める表面がもたらされている。OsOにより、TEM写真においてスチレンは白く見え、ブタジエンは黒く見える。相が黒っぽいほど、多くのブタジエンが相に存在する。
摩擦係数(COF)の決定
強靭なSBCブロックコポリマーA2-1、A2-3、およびA2-4を別々に、10、20、30、および40wt%の堅いSBCブロックコポリマーA1と逆回転二軸スクリュ押出機において200~220℃でブレンドし、厚さ50±20μmのフィルムに押し出した。
次に、フィルムの摩擦係数(COF)を、規格ISO8295を使用して決定したが、これは、200gのパーツをフィルムで包み、同じタイプのフィルムで被覆した表面上を力測定機で水平方向に100mm/分の速度で引っ張るものである。このパーツを前方に引っ張るのに必要な摩擦力を測定し、以下の表6にまとめた。静的COF(=開始時)および動的COF(=動いてすぐ)を測定した。この方法はロールからの巻戻し力をシミュレートするものなので、フィルムの表側をフィルムの裏側に覆いかぶせるように引っ張った(COF内-外)。実際、製造時のロールの巻取り中、裏側は前の層の表側上に巻かれる。5回の繰り返しの平均値を最終値として計算した。
COFが低いほど、粘着性は低い。
Figure 0007155133000008
試験結果から、本発明によるコポリマーブレンド(A2-1/A1およびA2-3/A1)が、現況技術によるブロックコポリマー(A2-4)を含むブレンドと比較して著しく低い粘着性を有することが分かった。

Claims (17)

  1. ポリマー組成物であって、
    以下の成分(a)、(b)、および(c):
    a)45~100wt%の、以下のものからなる成分a):
    a1)20~80wt%の少なくとも1種の星形ブロックコポリマーA1であって、以下:
    65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから作製された単一コポリマーブロック(B/S)Aiからなり、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有する2本の短い枝部、ならびに
    内部ブロック(B/S)Aiを介して(カップリング剤によって互いに)連結されている構造S-[(B/S)-(B/S)Aiまたは[(B/S)-(B/S)Aiの2本の長い枝部であり、ブロックSは、95~100wt%のビニル芳香族モノマーおよび0~5wt%のジエンから作製されており;ブロック[(B/S)は、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから各々作製された、1つまたはそれ以上の異なるまたは同じコポリマーブロック(B/S)からなり、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有し;nは、少なくとも1の整数であり、好ましくはn=2~10であり、ブロック(B/S)Aiは、上記で定義した通りである、該2本の長い枝部
    を有し、
    ブロック(B/S)Aiは、5000~15000g/モルの範囲の数平均モル質量Mを有し、ブロック[(B/S)全体は、50000~150000g/モルの数平均モル質量Mを有する、
    該星形ブロックコポリマーA1;ならびに
    a2)80~20wt%の少なくとも1種の星形ブロックコポリマーA2であって、ブロック(B/S)を介して(カップリング剤によって互いに)連結されている構造S-(B/S)の2本の短い枝部および構造(B/S)Ae-S-(B/S)の2本の長い枝部
    を有し、
    ここで、ポリマーブロックSおよびSは同じであり;ポリマーブロックSおよび
    は、95~100wt%のビニル芳香族モノマーおよび0~5wt%のジエンから作製されており;コポリマーブロック(B/S)Aeは、65~95wt%のビニル芳香族モノマーおよび35~5wt%のジエンから作製されており、40~90℃の範囲のガラス転移温度Tgを有し;ホモまたはコポリマーブロック(B/S)は、0~25wt%、好ましくは1~25wt%のビニル芳香族モノマーおよび100~75wt%、好ましくは99~75wt%のジエンから各々作製されており、-90℃~-60℃の範囲のガラス転移温度Tgを有する、
    該星形ブロックコポリマーA2;
    b)0~55wt%の、ブロックコポリマーA1およびA2以外の少なくとも1種のさらなる熱可塑性ポリマーTP;ならびに
    c)0~5wt%の少なくとも1種の添加剤または加工助剤
    を含み(またはからなり);
    該成分(a)、ならびに適切な場合には(b)および/または(c)の総量は、該ポリマー組成物全体に対して100wt%であり、ガラス転移温度(Tg)は、DIN EN ISO 11357-2:2014-07に基づいたDSCによって決定する、
    前記ポリマー組成物。
  2. 成分a)は、a1)25~50wt%、より好ましくは30~48wt%のブロックコポリマーA1およびa2)50~75wt%、より好ましくは52~70wt%のブロックコポリマーA2からなる、請求項1に記載のポリマー組成物。
  3. ブロックコポリマーA2は、8~15ml/10分の範囲にあるメルトマスフローインデックス(ISO1133-1:2011に従って、ポリマー溶融物について220℃および5kg荷重で測定)を有する、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
  4. ブロックコポリマーA2のすべてのブロック(B/S)(=ソフト相)全体の割合は、30~37wt%、好ましくは31~35wt%である、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  5. ブロックコポリマーA2のブロック(B/S)は、1~25wt%、より好ましくは5~20wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および99~75wt%、より好ましくは95~80wt%のジエン、特にブタジエンから作製されているコポリマーブロックである、請求項1~4のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  6. ブロックコポリマーA2において、ブロック(B/S)の数平均モル質量Mnは、5000~50000g/molであり;ブロック(B/S)AeのMnは、30000~100000g/molであり;ポリマーブロックSまたはSのMnは、5000~30000g/molの範囲にある、請求項1~5のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  7. 星形ブロックコポリマーA2は、リビングアニオン性ポリマー鎖末端を多官能性カップリング剤と反応させることによって形成される以下の構造:
    Figure 0007155133000009
    [式中、S、S、(B/S)Ae、および(B/S)は、上記で定義した通りであり、Xは、カップリング中心である]
    を有する、請求項1~6のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  8. ブロックコポリマーA1およびA2のコポリマーブロック(B/S)、(B/S)Ai、(B/S)Ae、および(B/S)は、ランダムに分布した重合ビニル芳香族モノマーおよびジエンから構成されている、請求項1~7のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  9. ブロックコポリマーA1のブロックSの数平均モル質量Mnは、3000~8000g/molの範囲にある、請求項1~8のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  10. ブロックコポリマーA1のブロック[(B/S)は、2~10個、より好ましくは2または3個の異なるコポリマーブロック(B/S)からなり、該ブロック(B/S)は、それらのモル質量および/またはそれらのビニル芳香族/ジエン比が異なる、請求項1~9のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  11. ブロックコポリマーA1のコポリマーブロック(B/S)および/または(B/S)Aiは、85~93wt%のビニル芳香族モノマー、特にスチレン、および7~15wt%のジエン、特にイソプレンまたはブタジエンから作製されている、請求項1~10のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  12. 星形ブロックコポリマーA1は、リビングアニオン性ポリマー鎖を多官能性カップリング剤と反応させることによって形成される以下の構造:
    Figure 0007155133000010
    [式中、Sおよび(B/S)Aiは、上記で定義した通りであり、(B/S)A1および(B/S)A2は、上記で定義した2個の異なるコポリマーブロック(B/S)であり、Xは、カップリング中心である]
    を有する、請求項1~11のいずれか1項に記載のポリマー組成物。
  13. 請求項1~12のいずれか1項に記載のポリマー組成物を製造する方法であって、成分a)ならびに任意選択の成分b)および/またはc)を、混練機または押出機のような混合装置を用いて160℃~300℃の範囲の温度で溶融混合する工程を含む、方法。
  14. フィルム、特に収縮フィルムを製造するための、請求項1~12のいずれか1項に記載のポリマー組成物を使用する方法。
  15. 請求項1~12のいずれか1項に記載のポリマー組成物から製造される収縮フィルム。
  16. 請求項1~8のいずれか1項に記載の星形ブロックコポリマーA2であって、該星形ブロックコポリマーA2は、リビングアニオン性ポリマー鎖末端を多官能性カップリング剤と反応させることによって形成される以下の構造:
    Figure 0007155133000011
    [式中、S、S、(B/S)Ae、および(B/S)は、上記で定義した通りであり、Xは、カップリング中心である]
    を有し、
    ブロックコポリマーA2のすべてのブロック(B/S)(=ソフト相)全体の割合は、31~35wt%である、前記星形ブロックコポリマーA2。
  17. 請求項16に記載のブロックコポリマーA2を製造する方法であって、
    a)2バッチでの開始剤の添加
    b)ホモまたはコポリマーブロック(B/S)の製造に使用するジエンおよび場合によりビニル芳香族モノマーの添加および重合の後のカップリング工程、ならびに
    c)ブロックSおよびSの製造に使用するビニル芳香族モノマーの添加および重合の前に行われる第2の開始プロセス
    を特徴とし、該第1と第2の開始のモル比が0.9:1~1.5:1、特に1:1である、前記方法。
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