JPH05230275A - フレレン−ポリマー組成物 - Google Patents

フレレン−ポリマー組成物

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JPH05230275A
JPH05230275A JP4313042A JP31304292A JPH05230275A JP H05230275 A JPH05230275 A JP H05230275A JP 4313042 A JP4313042 A JP 4313042A JP 31304292 A JP31304292 A JP 31304292A JP H05230275 A JPH05230275 A JP H05230275A
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polymer
fullerene
fullerenes
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polymer composition
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JP4313042A
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Hans Thomann
トーマン ハンス
Patrick Brant
ブラント パトリック
John P Dismukes
ピー.ディスムクス ジョン
David J Lohse
ジョン ロース デビッド
Jyi-Faa Hwang
ワン ジー−ファ
Edward N Kresge
ネイザン クレスジェ エドワード
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Exxon Research and Engineering Co
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    • C08L25/02Homopolymers or copolymers of hydrocarbons
    • C08L25/04Homopolymers or copolymers of styrene
    • C08L25/08Copolymers of styrene
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    • Y10S977/753Fullerenes, i.e. graphene-based structures, such as nanohorns, nanococoons, nanoscrolls or fullerene-like structures, e.g. WS2 or MoS2 chalcogenide nanotubes, planar C3N4, etc. with polymeric or organic binder

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 新規なフレレン−ポリマー組成物を提供す
る。 【構成】 フレレンとポリマーの組成物。このフレレン
の量は、この組成物が未変性ポリマーとは粘弾性が変わ
るに充分な量である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリマーと、この未変
性ポリマーの粘弾性に比べてフレレン−ポリマー組成物
の粘弾性の変化又は変性をもたらすに充分な重量のフレ
レンとを混合することにより製造されるフレレン−ポリ
マー組成物に関する。この量は、典型的にはこのポリマ
ーに比較して約0.01〜約85wt%である。本発明
はこの組成物の製法及びこの組成物の使用方法にも関
し、ここに開示する方法により製造される製品を含む。
【0002】
【従来の技術】フレレン類は、炭素原子のみから構成さ
れる中空分子である。典型的には、フレレン類はそれぞ
れ12個の五角形及び種々の数の六角形に配列された炭
素原子を持つ。この五角形が必要なのは、曲率を持た
せ、結局その上に閉曲面を形成させるためである。今日
までに同定された最も多い種は、C60分子、即ちバック
ミンスターフレレン(Buckminster Ful
lerene)である。C 60は、12個の五角形と20
個の六角形とからなり、可能な最高の対称構造である二
十面体に分類される。今日までに二番目に多い種として
分類されているのはC70であり、12個の五角形と25
個の六角形を含む。フレレン類の特質は、それらの一般
式がC2n(ここにnは15より大きい。)であることで
ある。
【0003】32〜数百の炭素原子を含むフレレン類は
炭素の煤から作られ質量分析により測定されてきた。フ
レレン類の構造に関するこれ以上の情報に関しては、例
えばH.W.Krotoら,91 CHEMICAL
REVIEWS, 1213〜1235(1991)を
参照のこと。この明細書で用いている「フレレン(ful
lerene)」及び「フレレン類(fullerenes)」は炭素原
子のみからなる60炭素原子分子及び他の全ての中空分
子を意味する。「高フレレン」は、一般式C2n(ここに
nは30より大きい)を有するフレレン類を意味する。
【0004】他の同素体型炭素がポリマー類と組み合わ
せて、このポリマー類の性質を改善するために用いられ
てきた。例えば、炭素繊維、カーボンブラックである。
ポリマー類の性質を高め又は改善するための他の形の炭
素の使用についてのこれ以上の情報については、例え
ば、G.Krauws,Reinforcemento
f Elastomers,Interscience
Publishers,NY,1965を参照のこ
と。これらの炭素構造体は、一般には少量の他の原子、
例えば水素、酸素、及び/又は窒素を含み、準グラファ
イト層平面に配列した炭素を有する。ポリマー類、特に
ガラス転位温度が約0℃より低いエラストマー性ポリマ
ー類の機械的性質を変性するために広く用いられている
カーボンブラックは、炭化水素の不完全燃焼又は熱分解
により作られる。得られるカーボンブラック粒子の化学
構造及びサイズは、従って、フレレン類のそれとは似て
いない。
【0005】フレレンは不特定のコモノマーと重合して
ポリマー主鎖を形成し、フレレン単位を含むポリマー鎖
を生ずることは、発見されていた。Amato,Sie
nce 254,pp.30〜31(1991)参照の
こと。しかしながら、この文献は本発明のフレレン−ポ
リマー組成物を教えていない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、フレ
レンの新しい組成物を提供することである。本発明の他
の目的はこの組成物の製造方法を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、ポリマーと、
この未変性ポリマーの粘弾性に比べてフレレン−ポリマ
ー組成物の粘弾性の変化又は変性をもたらすに充分な重
量のフレレンとを混合することにより製造される新しい
ポリマー組成物に関する。この量は、典型的にはこのポ
リマーに比較して約0.01〜約85wt%、より一般
的には約0.05〜約25wt%であろう。この新しい
組成物におけるフレレンの実際の量は、この組成物にお
ける特定の粘弾性及び出発ポリマーが何物であるかに依
存する。本発明はこのフレレン−ポリマー組成物の製法
及びこの組成物の使用方法にも関し、ここに開示する方
法により製造される組成物を含む。
【0008】本発明方法は、本発明のフレレン−ポリマ
ー組成物の製造に用いられる。本発明のフレレン−ポリ
マー組成物は、ポリマー単独に比べてその粘弾性に変化
を示し、従ってポリマー自体を必要とする本質的にどん
な用途にも用いえよう。但し、この用途はフレレン−ポ
リマー組成物の粘弾性における変化から利益を受けるも
のであろう。例えば、Tgの増加を示すフレレン−ポリ
マー組成物が生ずるときは、純粋なポリマーがその剛性
の改善から利益を受ける用途においては、これらフレレ
ン−ポリマー組成物は有用であろう。そのような場合に
おいては、フレレンそれ自体はポリマーのネットワーク
を剛化する添加剤としても用いることが出来よう。
【0009】本発明を実施するのに用いられるポリマー
は種々の化学的供給源から容易に得ることが出来る。従
って、その調製方法は当業者に周知である。
【0010】本発明を実施する際に用いられるポリマー
は幾つかの種類に分かれる。ポリマーとフレレンを組み
合わせうる溶媒又は共溶媒を選ぶときにポリマーの結晶
性が適切に考慮されるならば、ポリマーはアモルファ
ス、半結晶性又は結晶性であってよい。アモルファスポ
リマーは、エラストマー(例えばポリイソプレン及びア
タクチックポリプロピレン)並びにガラス状熱可塑性樹
脂(例えばポリスチレン及びポリカーボネート)を含
む。半結晶性ポリマーは、熱可塑性樹脂例えばポリエチ
レン、ポリアミド類及びアイソタクチックポリプロピレ
ンを含む。ポリマーはまた熱可塑性樹脂、例えば上記の
例、又は熱硬化性ポリマー、例えばエポキシ樹脂類、ポ
リエステル類、ビニルエステル類、フェノール樹脂類、
ポリイミド類、ビス−マレイミド樹脂類、鎖状ポリマー
及び剛性軸ポリマー例えばポリベンズイミダゾールに分
類できる。
【0011】アモルファス及び半結晶性の間の区別並び
に熱可塑性及び熱硬化性の間の区別は、必ずしも相互に
排他的なものでなく、ポリマー材料を分類し区別する異
なった方法を表している。従って、同じポリマーが使用
温度及びその融点に依存してアモルファスであったり半
結晶性であったりする。また架橋の程度によって熱硬化
性であったり熱可塑性であったりする。本発明のために
選択されるエラストマーは、好ましくは実質的にアモル
ファアスである。即ち約25wt%の結晶性及び約0℃
未満のTgを持つ。そのようなポリマーは、物理的又は
化学的手段により架橋されてネットワークを作るであろ
う。
【0012】本発明で用いうる代表的で網羅的でないポ
リマーのリストを挙げれば、ホモポリマー、例えばポリ
オレフィン例えばポリプロピレン、ポリブテン、及び高
級α−オレフィンのポリマー;スチレン系ポリマー例え
ばポリスチレン、ペンダントアルキル基を持つスチレン
モノマーから作られるポリマー例えばポリ(α−メチル
スチレン)及びポリ(パラ−メチルスチレン)、並びに
上記スチレンポリマーのハロゲン化変種;ポリジエン例
えばポリブタジエン、ポリイソプレン及びアルキル化ジ
エンモノマーから作られる他のポリマー;ポリアミド;
ポリイミド;ポリカーボネート;ポリイソブチレン;ア
クリル樹脂例えばポリ(メチルメタクリレート)、ポリ
(ブチルメタクリレート)、ポリ(アクリル酸);シリ
コーン例えばポリ(ジメチルシロキサン)等;ポリスル
フォン;ビニルポリマー例えばポリ塩化ビニル、ポリフ
ッ化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノ
ール、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン、ポ
リテトラフルオロエチレン、ポリアクリロニトリル等;
ポリエステル例えばポリエチレンテレフタレート、ポリ
ブチレンテレフタレート等;ポリエーテル例えばポリエ
チレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、ポリオ
キシメチレン等;ポリフェニレンキサイド;ポリフェニ
レンサルファイド;ポリアリレート;ポリベンズイミダ
ゾール類等;並びに他の重合性モノマーから作られるポ
リマー;
【0013】モノマー又は上述の反復単位の統計的コポ
リマー、例えば、エチレンと他のモノマー、例えばα−
オレフィン例えばプロピレン、ブテン−1、ヘキセン、
オクテン等;ジエン類;酢酸ビニル;ビニルアルコー
ル;塩化ビニル;塩化ビニリデンとのコポリマー;イソ
ブチレンと他のモノマー例えばイソプレン、ブタジエ
ン、パラメチルスチレン、スチレン等とのコポリマー;
スチレンと他のモノマー例えばブタジエン、イソプレ
ン、無水マレイン酸、アクリロニトリル、オキサゾリン
等とのコポリマー;ブタジエンと他のモノマー例えばア
クリロニトリルとのコポリマー;プロピレンと他のモノ
マー例えばエチレン、ブテン、ヘキセン、ジエン等との
コポリマー;
【0014】上記ホモポリマー又はコポリマーのいずれ
かの単位から作られたブロックコポリマー、例えばスチ
レン−イソプレン−スチレントリブロックコポリマー、
スチレン−ブタジエン−スチレントリブロックコポリマ
ー、スチレン−エチレン/プロピレン−スチレントリブ
ロックコポリマー(エチレン対プロピレンの比はどんな
ものであってもよい)等;
【0015】上記ホモポリマー又はコポリマーのいずれ
かの単位から作られたグラフトコポリマー、例えばポリ
(エチレン−グラフト−プロピレン)、ポリ(スチレン
−グラフト−ブタジエン)等;
【0016】並びに上記ホモポリマー又はコポリマーの
いずれかの誘導変種、例えばスルホン化、アミノ化、カ
ルボキシル化等により造られるもの、例えばスルホン化
ポリスチレン、スルホン化エチレン−プロピレン−ジエ
ンモノマー等がある。
【0017】ここで用いられる「ポリマー」という用語
は1より多いポリマーの組み合わせ又は混合物も含み、
そのような組み合わせ又は混合物は単相又は多相の配合
物をなして存在する。一般に、コポリマーの素性及び組
成(即ち、望みの各種のコポリマー単位の割合又は量)
は、最終製品に望まれる特性に依存して変化させうる。
そのような選択をするのは、当業者の技量の範囲内であ
る。しかしながら、実際の分子量は約500Mn(数平
均分子量)より大きいことが推奨される。
【0018】数〜数百トルの希ガスの存在下に抵抗加熱
又はアーク加熱して、固体グラファイト棒を高温蒸発す
ることにより巨視的な量のフレレン類は製造されうる。
この蒸発により生ずる煤は、蒸発条件によって種々の量
のフレレン類を含む。フレレン類が溶解する溶媒中に煤
を入れることにより、煤からフレレン類が抽出される。
この溶液をろ過して固体粒状物を分離し、次いで溶媒を
蒸発させてフレレン粉末を得る(例えば、Kroto
ら,同上参照)。これに代えて、フレレン類は、商業的
に購入できる。
【0019】本発明の実施に用いられるフレレンは、未
抽出炭素煤の特定のサンプル中に存在する全てのフレレ
ン類からなる。サンプルの含量は、ある程度その調製方
法にもよるが、一般にそのような煤はC60又はより高級
なフレレン類を含む。こうして本発明の実施において用
いられるフレレンは、一般式C2n(ここに、nは15よ
り大きい)で示されるフレレン類から選ばれる。しかし
ながら、他のフレレン混合物、例えばC60及びC70の混
合物、並びにフレレン類の個々の種類のサンプル(例え
ばC60単独)も用いうる。個々のフレレン含有サンプル
はクロマトグラフィーによる分離により得られる。同上
参照。
【0020】本発明の一態様は新しいフレレン−ポリマ
ー組成物に関し、この組成物はポリマーと、粘弾性の変
性を生ずるに充分な量(重量基準)のフレレン類とを含
む。ここに、特に粘弾性の変性は純ポリマーに比べてフ
レレン−ポリマー組成物のガラス転位温度(Tg)の変
化によって示される。フレレンの量は、一般には約0.
01〜85wt%である。より一般的には、この範囲は
約0.05〜25wt%、最も一般的には0.1〜20
wt%である。
【0021】ポリマーのTgは、それより下ではポリマ
ーがガラス状マトリックスで存在し、それ以上ではポリ
マーがゴム状に転移する温度の尺度である。ポリマーの
Tgは、動的機械的手段によって測定され、動的弾性率
に対する動的粘性率(dynamic viscous modulus )の比
(tanδ)の最大値として求められる。Tgは、ポリ
マーの熱容量における変化を測定する示差走差熱量法に
よっても測定しうる。従って、Tgは、そのポリマーの
粘弾性における変化の1つの尺度又は指標である。粘弾
性の一般的記述が、N. G. McCrum, C. P. Buckley, and
C. B. Bucknall, Principles of Engineering, Ch. 4,
p. 101, Oxford University Press, 1988 に与えられ
ている。
【0022】ポリマー組成物は、機械的応力をかける
と、その材料の温度及び変形速度に応じた弾性及び粘性
の応答を示す。フレレン−ポリマー組成物は、粘弾性の
大きさ又はこの性質が変化する温度に変化を示すことが
見出された。典型的な粘弾性は、定常剪断粘度、動的弾
性(「貯蔵弾性」ともいう)率、動的損失(「粘性」と
も言う)率である。ポリマーの粘弾性の変化は、このポ
リマーの関連する工学的性質、例えば、メルトフロー、
剛性、軟化点、引っ張り強度、及び靱性に変化をもたら
す。粘弾性及びガラス転移温度及びポリマーの結晶融点
の間にも関連性がある。
【0023】ポリマーのTgを変えるために材料を添加
することは、有用であることは周知であり、広く実施さ
れている。ポリマーのTgを低くするために用いられる
添加剤は、「可塑剤」と呼ばれ、コンパウンドに加工容
易性を与え、使用に当たって剛性を改善する。「逆可塑
剤」と呼ばれる他の添加剤は、ポリマーのTgを上げ、
コンパウンドに、より大きな剛性を与えて例えば使用中
に高い接着性を保持しつつ接着性ポリマーの貼り付けを
容易にする。本発明の新しいフレレン−ポリマー組成物
は、そのTgも変化させるので、同様に有益な性質上の
効果も期待できる。
【0024】本発明の新しいフレレン−ポリマー組成物
を確認するために、動的機械的熱分析(「DMTA」)
又は示差走差熱量法(「DSC」)を用いてTgを監視
することにより、粘弾性の測定を行った。粘弾性は、溶
融流動計によっても測定した。ポリマー(又はブロック
コポリマーの場合には、ブロック)は調製及び測定の条
件の特定の組み合わせでは特定のTgを持つので、組成
物のTgの単独ポリマーのTgからの変化に反映される
粘弾性の変化を観察することにより、与えられたポリマ
ー及び第二の材料、この場合フレレン類、から作られる
新しい組成物材料の存在を確認することができる。Tg
に関するこれらの測定のこれ以上の議論については、例
えば、L. Sperling, Introduction to Physical Polyme
r Science, pp. 238-247 (John Wiley & Sons, 1986)を
参照のこと。
【0025】一般には、ポリマーのTgに比べた組成物
のTgの変化はポリマーの重量に比較して約0.01〜
約85wt%の範囲で、より一般的には約0.05〜約
25wt%で、最も一般的には約0.1〜約20wt%
で起こるであろう。
【0026】本発明のフレレン−ポリマー組成物におけ
るフレレンの量(重量基準)は、その組成物に望まれる
粘弾性に依存する。本発明の新しいフレレン−ポリマー
組成物が作られたとき、確認のために、ある種の粘弾性
(Tgの変化に示される)が測定されねばならないこと
を、発明者らが教えたとすれば、また、人が、新しい組
成物を作るためにその範囲で操作してよいフレレンのw
t%の範囲を、発明者らが開示したとすれば、特定の組
成物及び望みの性質のために適切なwt%を選ぶこと
は、当業者の技量の範囲である。これらの性質は、純粋
なポリマー及びここに詳述したフレレン−ポリマー組成
物について、熱容量又は機械的性質における変化を測定
する従来法、例えばDSC及びDMTAを用いて、当業
者が容易に測定しうる。
【0027】本発明の一態様において、本発明者は本発
明の新しいフレレン−ポリマー組成物は、変化、特に、
未変性ポリマーに比べてガラス転移温度(Tg)におけ
る変化を示すことを見出した。従って、Tgの増加を示
す本発明のフレレン−ポリマー組成物は、当初のポリマ
ーに比べて、増加した剛性も示す。Tgの低下を示すも
のは可塑性が増加する。
【0028】本発明の他の態様は、新しいフレレン−ポ
リマー組成物の製法に関する。この方法はポリマーと充
分な重量の量のフレレンを組み合わせるものである。充
分な量とは、得られるフレレン−ポリマー組成物の粘弾
性、特にTgにおける変化によって測定されるものを、
ポリマー単独のそれら性質から変化させるに充分な量で
ある。一般には、ポリマーと組み合わされるべきフレレ
ンの量は、ポリマーの重量に比べて約0.01〜85w
t%である。フレレンとポリマーを組み合わせて新しい
組成物を作るときの条件は、特定のポリマーによって変
わるであろう。しかしながら、組み合わせる方法はフレ
レンとポリマーの最大の相互作用を容易にするように選
択すべきである。
【0029】フレレンをポリマーと組み合わせるには次
の方法がある:本発明方法におけるように溶剤又は可塑
剤を存在させてフレレンと高分子量ポリマーを物理的に
混合すること;フレレンの存在下でモノマーを混合する
こと;フレレンと反応部位を含む低分子量ポリマーとを
鎖伸長結合させること;及びフレレンとポリマーとの組
み合わせを架橋反応させてポリマーネットワークを形成
させること。
【0030】フレレンとポリマーの間の相互作用を促進
させるために溶媒が用いられるときは、適当な溶媒は、
好ましくはポリマーとフレレンの両方に対して溶媒であ
るものである。代表的であって網羅的でないフレレンの
溶媒の例を挙げれば、芳香族炭化水素例えばベンゼン、
トルエン、キシレン;ハロゲン化芳香族炭化水素;線状
アルカン;環状アルカン;塩化メチレン;四塩化炭素;
及び二硫化炭素がある。フレレンとポリマーの組み合わ
せについての適当な溶媒の組み合わせは、ポリマーの溶
解特性に依存するであろう。そして当業者によって容易
に決定されうる(例えば、Polymer Handbook, Brandrup
and Immergut, Wiley, New York, 1990)。溶媒の温度
も、ポリマー、特に半結晶性ポリマーの溶解性を確保す
るために選定しなければならないであろう。しかしなが
ら、フレレンとポリマーの溶解性は、適当な共溶媒、例
えば、トルエンの共溶媒としてのTHF又は塩化メチレ
ンの使用によって調節してもよい。
【0031】本発明方法は、フレレン−ポリマー組成物
を作るに充分な時間、反応温度で行われるべきである。
調製の1つの方法は次のようである:フレレンを適当な
溶媒、例えばトルエン、に攪拌しつつ溶解し、ポリマー
を、フレレンを含む溶媒に、もしそれに溶解性ならば、
攪拌しつつ共溶解してもよく、又はもしそれに直接に溶
解しないのであれば、共溶媒に溶解した後フレレン溶液
と混合してもよい。この過程は前記ポリマーを溶解する
に適した温度及び他の条件の下に実施してもよい。フレ
レン−ポリマー組成物は、非酸化性雰囲気、例えばアル
ゴン若しくは窒素中で好ましくは攪拌しつつ乾燥する
か、又はこの組成物が溶解しない溶剤又は溶媒に沈殿さ
せることにより分離する。
【0032】他の方法においては、当業者に既知のいく
つかの方法によりフレレンをポリマーと機械的に組み合
わせてもよい。選択される特定の方法はポリマーの粘度
に依存する。低粘度の低分子量ポリマー(即ち、混合温
度で約1000ポイズ未満)については、ペイント練り
機、密閉式ミキサー及びスタチックミキサー(staticmi
xers )が有効である。混合の剪断速度及び温度におい
て約1000ポイズより大きいかこれに等しい粘度を示
す高分子量ポリマーは、二本ロール機のような高剪断ミ
キサー、バンバリー型密閉式ミキサー、ミキシングエク
ストルーダー又はスタチックミキサーをはめ込んだ押出
機中で混合しうる。
【0033】
【実施例】
(例1)いずれも室温で攪拌しつつ、フレレンのサンプ
ルをトルエンに溶解し、ポリイソプレンのサンプルをト
ルエンに溶解した。一時間後、継続的に攪拌しつつフレ
レン−トルエン溶液をポリイソプレン−トルエン溶液と
混合した。これらサンプルを窒素雰囲気下に一夜混合
し、次いで排気室につながれたデシケーター中で蒸発さ
せた。溶媒は約1/2時間で蒸発したが、排気は一夜続
けた。次の表は用いた各材料の実際の量及びDSCで測
定したTgを示す。
【0034】
【0035】DSCの測定を行うために、各フレレン−
ポリマー組成物約5mgを試料パンに入れ、セイコーD
SC 220C示差走差熱量計でそれらの熱的挙動を調
べた。各ケースにおいて、サンプルを、室温から−10
5℃に迅速に冷却し、次いで10℃/分で205℃に加
熱し、205℃で20分保持し、−105℃に迅速に冷
却し、再び10℃/分で205℃に加熱し、次いで室温
に冷却した。サンプルの熱容量の変化は、空のサンプル
のパンを対照として加熱サイクルの間に測定した。測定
したTgは、表1に列挙した全てのサンプルについて、
両方の加熱において、同じであった。
【0036】(例2)35.3mgのフレレン類を20
mLのナトリウム蒸留トルエン(sodium distilled tol
uene)に溶解して約60℃に加熱した。ビグリューカラ
ム(Vigreauxcolumn )の付いた125mLフラスコに
て、3.002gのポリイソブチレンを125mLのト
ルエンに、約60℃に加熱し連続的に攪拌しながら、溶
解した。両サンプルが溶解した時(約5時間)、フレレ
ン溶液をポリイソブチレン溶液に加え、1時間攪拌し
た。次いでこのサンプルを窒素パージで乾燥した。
【0037】動的機械的熱分析を用いて粘弾性を測定し
た。0.8gのサンプルをレオメトリー法25mm真空モ
ールドに入れてテスト用サンプルを調製した。真空モー
ルドピストンをスペーサーと共に挿入し、それを真空開
口部の上に挿入する。機械的真空ポンプで約5分間サン
プルキャビティーの上に真空を引く。このモールドを1
0分かけて150℃に加熱し、150℃に10分間保持
した。次いで加熱を止めスペーサーを取り除いた。次い
で約1000psiの圧力をモールドピストンにかけ
る。つぎに、20〜30分のN2 パージを用いてサンプ
ルを室温に冷却する。次いでピストン及びサンプルをモ
ールドから取り除く。もしサンプルがピストン及びモー
ルドから損傷なく取り除けなければ、取り除きを容易に
するために液体窒素でこれを冷却してもよい。次いで、
直径10mmのサンプルカッターを用いてサンプルを切
る。サンプルの呼称厚さは1〜3mmである。
【0038】DMTAの測定は、温度範囲−100〜1
50℃にわたって2.5℃/分の加熱速度で、周波数1
及び10Hzで実施した。ポリマー単独のものについて
は主なピークが唯一つ観察されるのに較べて、フレレン
−ポリマー組成物は、tanδ(即ち、剪断モードで測
定して、貯蔵弾性率に対する動的損失率)のプロットに
おいてほぼ等しい2つの主なピークが存在することを発
明者らは見出した。フレレン−ポリマー組成物について
は、これらのピークは、1Hzで測定したときは−23
℃及び−10℃に観察され、10Hzで測定したときは
−8℃及び1℃に観察された。フレレン−ポリマー組成
物を含むサンプルは広い温度範囲にわたってポリマー単
独よりも大きな粘度損失を示した。ポリイソブチレン単
独を含むサンプルについては、加熱速度4℃/分を用い
た場合に、同様なDMTAにおいて−11.5℃に唯一
のピークが観察された。この温度はポリイソブチレンの
Tgに対応する。
【0039】(例3)1.03gのトリブロックコポリ
マー、SISとして知られるポリスチレン−ポリイソプ
レン−ポリスチレン、を20mLのナトリウム蒸留トル
エンに溶解した。32gのフレレン類を用いて、ナトリ
ウム蒸留トルエン中の2wt%フレレン類からなる別の
溶液を調製した。フレレン類の溶解を高めるためにこの
フレレン類溶液を温和に加熱してもよい。次いで、この
SIS溶液及びフレレン類溶液を相互に混合した。得ら
れた溶液中のトルエン溶媒は窒素ガスパージの下に室温
で蒸発させた。次いで、フレレン−ポリマー組成物を、
70℃に加熱しつつ追加の30分間、次いで真空オーブ
ン中室温で追加の4時間パージした。
【0040】例2に述べられたのと同様の手順でDMT
A分析用サンプルを調製した。DMTAの測定は、温度
範囲−100〜150℃にわたって3.0℃/分の加熱
速度で、周波数1及び10Hzで実施した。このフレレ
ン−ポリマー組成物サンプルについて、10Hzでta
nδ対温度のプロットを測定した。3つの主なピークが
観測された。2つの主なピークはほぼ同じ振幅で−40
℃及び−20℃付近にあり、非常に広い振幅が120℃
付近にあった。これとは対照的に、ポリマーのみを含む
サンプルは唯2つの主なピークを示すことが観察され
た。−40℃付近のポリイソプレンのピークと120℃
付近のポリスチレンのピークである。フレレン−ポリマ
ー組成物については、追加のピークはポリイソプレンの
Tgの付近に観察された。ポリスチレンについてのta
nδピークも広い温度範囲にわたって大幅に広がってい
ることが観察される。フレレン−ポリマー組成物は、広
い温度範囲にわたってポリマー単独よりも大きな粘度損
失を示した。
【0041】エチレン77wt%を含む半結晶性のエチ
レン−プロピレンコポリマーを、このポリマーをトルエ
ンに全組成物の約1wt%で溶解することにより、フレ
レンと組み合わせた。溶解は混合物をポリマーの結晶融
点(約80℃)より高く加熱することにより行った。次
いで、ポリマーのwt%を基準にして3wt%のフレレ
ンを加え、次いでトルエンを充分に蒸発させてフレレン
3wt%を含むフレレン−ポリマー組成物を得た。
【0042】この半結晶性ポリマーは、125℃でムー
ニー粘度が57であり、135℃のデカリン中で2.4
dl/gの対数粘度数を持っている。このコポリマーは溶融
熱で測定して約25%の結晶化度を示した。
【0043】前記フレレン−ポリマー組成物を135℃
で15分圧縮成型し、その後室温に冷却して試験に適当
な試験片としたサンプルについて粘弾性を測定した。加
熱速度2℃/分、周波数1Hzで、動的機械的熱分析計
を用いて試験を行った。ポリマー単独に較べて3wt%
フレレン−ポリマー組成物は、曲げ弾性率(E′)が減
少した。このフレレン−ポリマー組成物は、tanδ
(曲げ損失正接)の増加に示されるように、ポリマー単
独よりも高い動的損失率を示した。このフレレン−ポリ
マー組成物はまた、より広い温度範囲にわたってより高
い動的損失率を示した。このフレレン−ポリマー組成物
は、ポリマー単独のTgよりも4℃高いTgを持ってい
た(tanδの最大値をTgとした)。
【0044】(例5)メルトフローレート1g/10分
(ASTM D−1238で測定)のアイソタクチック
ポリプロピレンホモポリマー(「PP」)及び0.3g
のフレレン類を300mLのキシレンに130℃で溶解
した。この溶液を、この温度に2時間保った後、氷浴で
2℃に冷却した3Lのメタノールに加えた。フレレン−
PP沈殿をろ過により分離し、真空炉中で乾燥した。
2.95gの組成物を回収した。
【0045】フレレン−PP組成物の粘弾性を種々の方
法で測定した。約5mgのフレレン−PP組成物を用い
て、セイコー示差走差熱量計(DSC)で熱的挙動を調
べた。DSC試験の詳細な手順は例1に述べたのと同様
である。PP単独のサンプルについては、最初の熱サイ
クルの間のピーク融解温度は165.6℃であり、2回
目の熱サイクルの間のピーク融解温度は165.3℃で
あった。フレレン−PP組成物については、最初の熱サ
イクルの間のピーク融解温度は162.5℃であり、2
回目の熱サイクルの間のピーク融解温度は160.6℃
であった。これは、融解転移温度が、PP単独から3〜
5℃下がることを示している。フレレン−PP組成物の
融解転移はまた、PP単独の場合よりも広い温度で起こ
っていた。
【0046】約0.1gのPPサンプルを長さ50mm、
幅4.5mm、厚さ1.18mmの棒に成型し、1Hzで、
セイコーDMS110ダイナミック質量分析計(DM
S)を用いて実験した。サンプルを−120℃に冷却
し、次いで3℃/分で170℃に加熱した。動的損失率
及び弾性率の両方を測定し、tanδを求めた。動的損
失率におけるピークはTg5.6℃に対応した。PPサ
ンプル単独も、50×2.7×1.18mmの棒に成型
し、同様に試験した。フレレン−PP組成物は、−8.
9℃のTgを持ち、これはPP単独のTgより14.5
℃低い。
【0047】PP単独及びフレレン−PP組成物からイ
ンストロン4200引っ張り強度試験機で試験するのに
適したサンプル片を作った。サンプルは室温で、1イン
チ/分の速度で引っ張って実験した。PP単独及びフレ
レン−PP組成物の両方について3つの異なったサンプ
ルを測定した。ここに報告する結果はPP単独及びフレ
レン−PP組成物についての3つの測定値の平均であ
る。PP単独についてはヤング率は116500psi
であり、破断伸びは621.9%であり、破断エネルギ
ー(energy to break )は52.56in−lbであ
り、引っ張り強度は5835psiであった。フレレン
−PPサンプルについては、ヤング率は148300p
siであり、破断伸びは484.0%であり、破断エネ
ルギー(energy to break )は39.04in−lbで
あり、引っ張り強度は4090psiであった。フレレ
ン−PP組成物は、PP単独よりも硬く、靱性が低かっ
た。
【0048】Rheometrics RMS-800 レオメーターを用い
て試験するのに適したサンプル片を、直径25mm、厚さ
0.5mmの円板を成型して調製した。200℃で50%
の歪みをかけ、剪断速度0.01〜100 sec-1でサン
プルを試験した。PP単独を含むサンプルについては、
ゼロ−剪断粘度は1.2×104 ポイズであり、1 sec
-1での剪断貯蔵弾性率は2.58×103 ダイン/cm2
であり、1 sec-1での剪断動的損失率は4.44×10
3 ダイン/cm2 であった。フレレン−PP組成物につい
ては、ゼロ−剪断粘度は3.2×104 ポイズであり、
1 sec-1での剪断貯蔵弾性率は4.99×103 ダイン
/cm2 であり、1 sec-1での剪断動的損失率は9.31
×103 ダイン/cm2 であった。フレレン−PP組成物
は、PP単独に較べて溶融粘度及び剪断弾性率が実質的
に増加した。
【0049】(例6)DER332(ビスフェノールA
のジグリシジルエーテルに対するダウケミカルの商標)
エポキシ樹脂及び架橋剤、4,4′−ジアミノジフェニ
ルスルフォン(DDS)の混合物を、機械的攪拌の助け
を借りて、125℃に予備加熱した100gのDER3
32に30gのDDSを溶解した。次いで、0.3gの
フレレンを、90℃で5.7gのDER332/DDS
混合物に機械的に分散し、次いで90℃で5分間真空脱
ガスして、5wt%のフレレンを有するエポキシポリマ
ーを調製した。最終混合物を、同じ条件でシリコーンゴ
ム型の中に注入した。次いで、寸法が、長さ約50mm、
幅4mm、厚さ2mmの長方形の注型棒を、セイコーDMS
110ダイナミック質量分析計(DMS)を用いて、1
40℃から300℃まで加熱速度3℃/分で同時多重周
波数走査の下に試験した。貯蔵弾性率、動的損失率の両
者及び損失正接、貯蔵弾性率に対する動的損失率の比、
を測定した(DMTAによる)。
【0050】20Hzでの、損失正接におけるピークと
してのTgは、対照のエポキシ樹脂については230.
1℃であり、5wt%のフレレン類を有するエポキシ樹
脂については225.5℃であった。
【0051】140℃で、5wt%のフレレンを有する
エポキシ樹脂のDMSから測定した曲げ弾性率(2GP
a)は、対照のエポキシ樹脂(4GPa)の50%に過
ぎなかった。25℃では、フレレン−エポキシ樹脂組成
物の弾性率(1.2GPa)は、対照のエポキシ樹脂
(1.4GPa)の約85%である。フレレン−エポキ
シ樹脂組成物は、ガラス状態で、ポリマー単独よりも低
いTg及び弾性率を持っていた。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、ポリマー単独とは粘弾
性の異なる新規なフレレン−ポリマー組成物が提供され
る。この性質の変化は、用途によってはポリマー単独よ
りも有用であろう。
フロントページの続き (72)発明者 ジョン ピー.ディスムクス アメリカ合衆国,ニュージャージー,アン ナンデール,ハムデン ロード 216 (72)発明者 デビッド ジョン ロース アメリカ合衆国,ニュージャージー,ブリ ッジウォーター,ストニー ブルック ド ライブ 556 (72)発明者 ジー−ファ ワン アメリカ合衆国,ペンシルバニア,ベツレ ヘム,ミシガン コート 3480 (72)発明者 エドワード ネイザン クレスジェ アメリカ合衆国,ニュージャージー,ウォ ッチュング,パーリン レーン 68

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フレレン−ポリマー組成物であって、ポ
    リマーと、未変性ポリマーの粘弾性に比べて前記フレレ
    ン−ポリマー組成物の粘弾性の変性をもたらすに充分
    な、前記ポリマーに対する量(重量基準)のフレレンと
    からなり、前記フレレンは式C2n(ここにnは15より
    大きい)を有するフレレン類及びこれらの混合物からな
    る組成物。
  2. 【請求項2】 ポリマーと、ポリマー単独の粘弾性に比
    べてフレレン−ポリマー組成物の粘弾性の変性をもたら
    すに充分な量のフレレンとを混合することを含むフレレ
    ン−ポリマー組成物の製造方法。
  3. 【請求項3】 ポリマーと、ポリマー単独の粘弾性に比
    べてフレレン−ポリマー組成物の粘弾性の変性をもたら
    すに充分な量のフレレンとを混合することにより製造さ
    れ、前記フレレンの量が、全組成物の重量の約0.01
    〜約85wt%であるフレレン−ポリマー組成物。
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