JP7463398B2 - 熱可塑性加硫物用の油展ペレット形態エチレンα-オレフィンジエンインターポリマー - Google Patents
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Description
反対の記載、文脈から暗黙的、または当技術分野で慣習的でない限り、すべての部およびパーセントは重量に基づいており、すべての試験方法は本開示の出願日現在のものである。
実施形態によるポリマー組成物または油展ポリマー組成物は、エチレン、α-オレフィン、および非共役ポリエンのインターポリマーと、ポリマー組成物の総重量に基づいて、10重量%~40重量%の油と、を含む。いくつかの実施形態では、インターポリマーは、インターポリマーの総重量に基づいて、66重量%~75重量%のエチレンから誘導されたモノマー単位と、インターポリマーの総重量に基づいて、0.5重量%~10重量%の非共役ポリエンから誘導されたモノマー単位と、を含む。ここで、インターポリマーおよびポリマー組成物の追加の特徴について記載する。ポリマー組成物はまた、本明細書に記載されるような2つ以上の実施形態の任意の組み合わせを通して具体化され得ることを理解されたい。
本明細書に記載されるポリマー組成物のエチレン/α-オレフィン/非共役ポリエンインターポリマーは、重合形態で、エチレン、α-オレフィン、および非共役ポリエンを含む。α-オレフィンの好適な例としては、C3~C20α-オレフィン、および好ましくはプロピレンが挙げられる。非共役ポリエンの好適な例としては、C4~C40非共役ジエンが挙げられる。
油には、芳香油やナフテン油などの石油、ポリアルキルベンゼン油、オレイン酸およびステアリン酸アルキルおよびアルコキシアルキルなどの有機酸モノエステル、ジアルキル、ジアルコキシアルキル、およびアルキルアリールフタレート、テレフタレート、セバケート、アジペート、およびグルタレートなどの有機酸ジエステル、トリ-、テトラ-、およびポリエチレングリコールジアルカノエートなどのグリコールジエステル、トリメリット酸トリアルキル、トリアルキル、トリアルコキシアルキル、アルキルジアリールおよびトリアリールホスフェート、塩素化パラフィン油、クマロン-インデン樹脂、パインタール、ヒマシ油、トール油、ナタネ油、大豆油などの植物油、ならびにそれらのエステルおよびエポキシ化誘導体、などが含まれるが、これらに限定されない。
上記の実施形態によるポリマー組成物は、追加の配合成分を含み得るか、または組成物もしくは配合物に組み込まれ得る。例えば、ポリマー組成物は、1つ以上の追加の添加剤を含み得る。好適な添加剤には、充填剤、酸化防止剤、UV安定剤、難燃剤、着色剤または顔料、架橋剤、およびそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。
さらなる実施形態は、1つ以上の構成要素、または物品全体が、本明細書に記載されるようなポリマー組成物を含む、物品を含む。そのような物品の例としては、シート、発泡体、成形品、および押出部品が挙げられるが、これらに限定されない。追加の物品として、自動車部品、ウェザーストリップ、ベルト、ホース、電線およびケーブル外被、床材、ガスケット、タイヤ、コンピュータ部品、建築材料、および履物部品が挙げられる。当業者は、過度の実験を行わずにこのリストを容易に増補することができる。一実施形態では、物品は、自動車部品である。
本明細書の実施形態によるポリマー組成物は、任意の好適な重合プロセスによって調製され得る。例示的な実施形態では、本開示によるポリマー組成物を形成するためのプロセスは、インターポリマーを形成するための触媒系の存在下で、エチレン、α-オレフィン、および非共役ポリエンを重合することを含み得る。本プロセスは、インターポリマーと油とを組み合わせて、ポリマー組成物を形成することをさらに含み得る。
実施形態による熱可塑性加硫物としては、1つ以上のエチレン/α-オレフィン/非共役ポリエンインターポリマーおよび油を含む、上記のようなポリマー組成物または油展ポリマー組成物を挙げることができる。例示的な実施形態では、インターポリマーは、EPDMであり得、かつ/またはポリエンは、ENBであり得る。ポリマー組成物に加えて、熱可塑性加硫物は、熱可塑性ポリマー、加硫剤、および1つ以上の任意の添加剤をさらに含み得る。
熱可塑性ポリマーとしては、プロピレン系ポリマー、エチレン系ポリマー、およびポリエステルが挙げられるが、これらに限定されない。
実施形態による熱可塑性加硫物は、加硫剤をさらに含む。好ましい加硫剤は、フェノール樹脂である。他の硬化剤としては、ペルオキシド、アジド、アルデヒド-アミン反応生成物、ビニルシラングラフト化部分、ヒドロシリル化、置換尿素、置換グアニジン、置換ザンテート、置換ジチオカルバメート、チアゾール、イミダゾール、スルフェンアミド、チウラミジスルフィド、パラキノンジオキシム、ジベンゾパラキノンジオキシム、硫黄などの硫黄含有化合物、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。Encyclopedia of Chemical Technology,Vol.17、第2版、Interscience Publishers、1968年、さらに、Organic Peroxides,Daniel Seern、Vol.1,Wiley-Interscience,1970年)を参照されたい。それらの全体は参照により本明細書に組み込まれる。
実施形態による熱可塑性加硫物は、1つ以上の追加の添加剤をさらに含み得る。好適な添加剤としては、充填剤、酸化防止剤、UV安定剤、難燃剤、着色剤または顔料、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。
熱可塑性加硫物は、典型的には、動的加硫によってプラスチックゴムと硬化ゴムとをブレンドすることによって調製される。組成物は、ゴム工場またはバンバリーミキサーなどの内部ミキサーでの混合を含む、ゴム状ポリマーの混合のための任意の好適な方法によって調製され得る。調合手順では、従来の調合配合成分が組み込まれる。そのような調合配合成分は、一種類以上のカーボンブラック、追加のエクステンダー油、粘土、シリカなどの他の充填剤、粘着付与剤、ワックス、結合樹脂など、酸化亜鉛、酸化防止剤、オゾン劣化防止剤、加工助剤、および硬化活性剤を含み得る。一般に、第2段階の調合で硬化活性剤を添加することが好ましく、調合は、ゴム工場で、または内部ミキサーで、通常は約60℃を超えない温度で操作され得る。硬化活性剤は、硫黄および様々な硫黄含有促進剤を含み得る。化合物は、約150℃~約200℃の温度で約5~約60分間加熱することによって、従来の方法で硬化されて、本明細書に記載されるような有用な特性を有する新規なエラストマー加硫物を形成する。本発明の特定の実施形態は、例示のみとして、以下に記載される。
さらなる実施形態によれば、物品は、熱可塑性加硫物を含む。物品は、熱可塑性加硫物から作製され得るか、または熱可塑性加硫物を含む1つ以上の構成要素を含み得る。実施形態による熱可塑性加硫物を使用して、様々な物品もしくは製品、またはそれらの構成要素部品もしくは部分を調製し得る。熱可塑性加硫物は、いくつかの従来のプロセスおよび装置のうちのいずれか1つによって完成製造物品に変換され得る。例示的なプロセスとしては、押出、カレンダー加工、圧縮成形、および他の典型的な熱硬化性材料形成プロセスが挙げられるが、これらに限定されない。
ゲル浸透クロマトグラフィー
クロマトグラフィー系は、内部IR5赤外検出器(IR5)を装備したPolymerChar GPC-IR(Valencia、Spain)高温GPCクロマトグラフ、およびPrecision Detectors(現在は、Agilent Technologies)2角レーザ光散乱(LS)検出器モデル2040に結合された4-キャピラリー粘度計(DV)からなる。すべての光散乱測定について、15度角を測定目的で使用する。オートサンプラーオーブンコンパートメントを160℃に設定し、カラムコンパートメントを150℃に設定した。使用されたカラムは、4本のAgilent「Mixed A」30cm 20ミクロンの線形混合床カラムおよび20umのプレカラムであった。使用したクロマトグラフィー溶媒は、1,2,4-トリクロロベンゼンであり、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有していた。溶媒源は、窒素注入された。使用した注入体積は200マイクロリットルであり、流速は1.0ミリリットル/分であった。
小角振動せん断(溶融DMS)を、窒素パージ下で、「25mm平行板」を備えたTA Instruments ARESを使用して行った。試料の充填から試験の開始までの時間は、すべての試料で5分に設定した。実験は、0.1~100ラジアン/秒の周波数範囲にわたって、190℃で行った。1~3%の試料の応答に基づいて、歪み振幅を調整した。応力応答を、振幅および位相の観点から分析し、その分析から、貯蔵弾性率(G’)、損失弾性率(G’’)、動的粘度η*、およびタンデルタを計算した。動的機械分光法用の試験片は、「直径25mm×厚さ3.3mm」の圧縮成形ディスクであり、180℃、10MPaの成形圧力で5分間形成し、次いで、冷却プラテン(15~20℃)間で2分間急冷した。レオロジー比(190℃でV0.1/V100;「RR」とも呼ぶ)を記録した。線形分子(検出可能な長鎖分岐はない)のRRは通常8以下である。
エチレン系(PE)試料(EPDMを含む)およびプロピレン系(PP)試料の結晶化度を測定するのに示差走査熱量測定(DSC)を使用する。試料(0.5g)を、25000psi、190℃、約10秒の短時間でフィルムに圧縮成形する。約5~10mgのフィルム試料を秤量し、DSCアルミニウム皿内に配置する。アルミニウム蓋を、皿にぴったりとはめて、試験片と、皿の頂部および底部とが良好に接触することを確実にする。試料皿を、DSCセル内に配置し、次いで、10℃/分の速度で、PE、EPDMの場合は180℃の温度(PPの場合は230℃)まで加熱する。試料を、この温度で5分間保持する。次いで、試料を、10℃/分の速度で、PE、PPの場合は-40℃(EPDMの場合は-90℃)まで冷却し、その温度で5分間等温に保持する。次に、試料を、10℃/分の速度で加熱し、その完全な溶融温度を超えて、PEおよびEPDMの場合は150℃、PPの場合は230℃まで加熱する(第2の加熱)。第2の熱曲線から決定された融解熱(Hf)を、PEの場合292J/gの理論融解熱(PPの場合165J/g)で除算し、この量に100を乗算することによって、結晶化度パーセントを計算する。(例えば、結晶化度%=(Hf/292J/g)×100(PEの場合))。
ムーニー粘度(125℃でML1+4)を、ASTM 1646に従って、1分間の予熱時間および4分間のロータ動作時間で測定した。機器は、Alpha Technologies Mooney Viscometer 2000である。
ムーニースコーチ
各配合物のMDR硬化特性を、ASTM D-3182に従って、Alpha Technologies Rheometer MDR 2000を使用して測定した。MDR試験を、160℃で30分間にわたって実施した。各配合組成物のレオロジーを、未硬化ブランケットの試料から測定し、次いで、MDR分析中に硬化させた。試料を、試験前に室温で24時間調整する。ムーニーロー、ムーニーハイ、タンデルタロー、タンデルタハイ、および硬化状態の特定の割合に達するまでの時間(例えば、t95は、95%の硬化状態に達するまでの時間(分)に相当する)などの粘弾性特性を、硬化サイクル中に測定する。
本明細書で使用される場合、「一軸降伏強度」は、以下の試験に従って測定される。ペレットと、ペレットとタルクとの合計重量に基づいて、5000ppmのタルクとを組み合わせることによって、試験ポリマー組成物のペレットをコーティングする。十分な量のコーティングされたペレットを、コーティングされたペレットのレベルがシリンダーの頂部と同じ高さになるように、2.5の高さ対直径の比を有する2インチ直径(ID)のシリンダーに投入した(典型的には、100~120グラムのコーティングされたペレット)。シリンダーは、ホースクランプによって垂直方向に、一緒に保持された2つの半分からなる。ペレットは、37℃(静的オーブン、周囲雰囲気)で、195lb/ft2の圧密応力を受ける。加速試験には、42℃のより高い温度設定が使用される。ペレットを、この圧密応力下で2週間~4週間置く。次いで、シリンダーをオーブンから取り出し、圧密荷重を取り除き、ペレット(シリンダー内)を、0℃または室温(RT:22℃)などの特定の周囲温度に設定された環境チャンバー内で一晩冷却させて、圧密ペレットの最終試料を得る。環境チャンバーの周囲温度はまた、「アンロード温度」とも称される。
EPDM組成物の流動性は、上記のような手順に従って決定されたUYS測定値から評価される。室温流動性試験は、組成物に対して実施されたUYS測定に基づいており、UYS決定手順のアンロード温度は室温(22℃)である。同様に、0℃流動性試験は、組成物に対して実施されたUYS測定に基づいており、UYS決定手順のアンロード温度は、(0℃)である。
0.025Mのアセチルアセトネートクロム(緩和剤)を含有するテトラクロロエタン-d2/オルトジクロロベンゼンの50/50混合物のおよそ2.6gを、10mmのNMR管内の0.2gの試料に添加することによって、試料を調整する。試料を、チューブおよびその内容物を150℃まで加熱することにより、溶解し、均一化する。データを、Bruker Dual DUL高温CryoProbeを備えたBruker 400MHz分光計を使用して収集する。データを、データファイル当たり160回のスキャン、6秒のパルス繰り返し遅延を使用して、120℃の試料温度で取得した。25,000Hzのスペクトル幅および32,000個のデータ点のファイルサイズを使用して、取得を実施する。
圧縮永久歪みを、ASTM D 395Bに従って、-20℃、23℃、70℃、および120℃の試験温度で測定した。29mm(±0.5mm)のパックを、上記の射出成形プラークから取り出した。各試料について、全高が12.5mm(±0.5mm)になるように、均質な4つのパック(ノッチ、厚さの不均一性、不均質性のないもの)を積み重ねた。これは、25%の圧縮ひずみに相当する。圧縮永久歪みを、各試験温度に対して2つの試験片(試験片当たり4つの積み重ねられたパック)で実施した。
引張特性を、射出成形プラークからダイカットされたマイクロ引張試験片について、ASTMD-412の方法に従って室温で測定した。引張ひずみを、クランプ間の長さの増分と初期ゲージ長との比から計算した。引張応力を、引張荷重を試料の初期断面積で除算することによって決定した。
一般的に、米国特許第5,977,251号および同第6,545,088号、ならびにそれらの中の参考文献に説明されているような条件下で、本発明のポリマーを生成することが望ましい。ポリマー生成物を、連続混合ループ反応器を使用して、溶液重合プロセスにおいて生成した。重合反応は、定常状態条件、すなわち溶媒、モノマー、および触媒の一定の反応物濃度および連続的な投入、ならびに未反応モノマー、溶媒、およびポリマーの一定の回収のもと行った。反応器系を冷却し、加圧して蒸気相の形成を防止した。モノマー:エチレン(CAS 74-85-1)、プロピレン(CAS 115-07-1)、5-エチリデン-2-ノルボルネン、ENB(CAS 16219-75-3)。
Claims (13)
- ポリマー組成物であって、
エチレン、α-オレフィン、および非共役ポリエンのインターポリマーと、
前記ポリマー組成物の総重量に基づいて、10重量%~40重量%の油と、を含み、前記ポリマー組成物が、20~70のムーニー粘度[ML(1+4)、125℃]を有し、
前記インターポリマーが、
前記インターポリマーの総重量に基づいて、66重量%~75重量%のエチレンから誘導されたモノマー単位と、
前記インターポリマーの総重量に基づいて、0.5重量%~10重量%の前記非共役ポリエンから誘導されたモノマー単位と、を含み、
前記インターポリマーが、
250kDa~300kDaの重量平均分子量Mwと、
50~200のムーニー粘度[ML(1+4)、125℃]と、
30未満のレオロジー比V0.1/V100と、
4.0を超える分子量と低剪断粘度との比Mw/V0.1と、
2.0~3.5の多分散度指数と、
2.0を超える、0.1ラジアン/秒、190℃でのタンデルタと、を有する、ポリマー組成物。 - 前記ポリマー組成物が、ペレットの形態であり、前記組成物と、混合物の総重量に基づいて5000ppmのタルク充填物との前記混合物は、
一軸降伏強度(UYS)が、22℃のアンロード温度で測定される場合、500lb/ft2(2441kg/m2)未満で、
UYSが、0℃のアンロード温度で測定される場合、1500lb/ft2(7324kg/m2)未満のUYSを有する、請求項1に記載のポリマー組成物。 - 前記α-オレフィンが、C3~C20α-オレフィンである、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記インターポリマーが、EPDMターポリマーである、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記α-オレフィンが、プロピレンであり、前記非共役ポリエンが、5-エチリデン-2-ノルボルネン、ジシクロペンタジエン、ビニルノルボルネン、および1,5-ヘキサジエンからなる群から選択される、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記α-オレフィンが、プロピレンであり、前記非共役ポリエンが、5-エチリデン-2-ノルボルネンである、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 前記油が、石油、ポリアルキルベンゼン油、および有機酸モノエステル、ならびにこれらの組み合わせから選択される、請求項1~6のいずれか一項に記載のポリマー組成物。
- 前記α-オレフィンが、プロピレンであり、
前記非共役ポリエンが、5-エチリデン-2-ノルボルネンであり、
前記ポリマー組成物が、前記ポリマー組成物の総重量に基づいて、25重量%~40重量%の油を含み、
前記ポリマー組成物が、125℃で45ML(1+4)~125℃で55ML(1+4)のムーニー粘度を有し、
前記インターポリマーが、
前記インターポリマーの総重量に基づいて、68重量%~75重量%のエチレンから誘導されたモノマー単位と、
前記インターポリマーの総重量に基づいて、3重量%~6重量%の5-エチリデン-2-ノルボルネンから誘導されたモノマー単位と、を含み、
前記インターポリマーが、
60,000Pa・s未満の低剪断粘度V0.1と、
20~25のレオロジー比V0.1/V100と、
4.5を超える分子量と低剪断粘度との比Mw/V0.1と、を有する、請求項1または2に記載のポリマー組成物。 - 前記インターポリマーが、265kDa~280kDaの重量平均分子量Mwを有する、請求項1または2に記載のポリマー組成物。
- 請求項1~9のいずれか一項に記載のポリマー組成物、
熱可塑性ポリマー、および
加硫剤を含む、熱可塑性加硫物組成物。 - 請求項10に記載の熱可塑性加硫物組成物を含む、少なくとも1つの構成要素を含む物品。
- 前記物品が、プロファイル、射出成形部品、ガスケット、靴構成要素、チューブ、自動車用ホース、自動車用ベルト、ウェザーストリッププロファイル、建築用プロファイル、屋根ふき膜、射出成形物品、汎用ゴム製品、タイヤ、衝撃吸収材、およびTPE化合物からなる群から選択される、請求項11に記載の物品。
- 前記物品が、ウェザーストリップである、請求項11に記載の物品。
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