JPS58467B2 - スルホンカエラストマ−ト ケツシヨウセイポリオレフイントノブレンド - Google Patents

スルホンカエラストマ−ト ケツシヨウセイポリオレフイントノブレンド

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JPS58467B2
JPS58467B2 JP13787775A JP13787775A JPS58467B2 JP S58467 B2 JPS58467 B2 JP S58467B2 JP 13787775 A JP13787775 A JP 13787775A JP 13787775 A JP13787775 A JP 13787775A JP S58467 B2 JPS58467 B2 JP S58467B2
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L23/00Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L23/26Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment
    • C08L23/32Compositions of homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Compositions of derivatives of such polymers modified by chemical after-treatment by reaction with compounds containing phosphorus or sulfur

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はスルホン化エラストマーと結晶性ポリオレフィ
ンとのブレンドに関する。
特に、前記スルホン化ニラストマーカ約0.2〜20モ
ル%のスルホネート基を含有し、前記スルホネート基の
少くとも95%に、周期律表の第■及び■族、アンチモ
ン、アルミニウム及び鉛からなる群から選ばれた金属対
イオン、有機アミン又はこれらの混合物が結合している
ブレンドに関する。
結晶性ポリオレフィンは、高密度及び低密度ポリエチレ
ンを含むポリエチレン及びポリプロピレンからなる群か
ら選んだものが好ましい。
前記ブレンド中の結晶性ポリオレフィンの割合は、相対
的に小さい。
米国特許第3642728号は、オレフィン不飽和結合
を有するポリマー、特にニジストマー、例えばブチルゴ
ム及びエチレン−プロピレンターポリマーから誘導され
る新規なスルホン化ポリマーを教示している。
例えば、この特許はスルホン化エチレンープロピレンー
エチリテンノルボルネンターポリマー(Sulfo−E
PT)を教示している。
これらの物質は有機アミン又は周期律表の第■、■、■
、■、V、VIB、■B及び■族の元素及びこれらの混
合物から選ばれた塩基性物質により中和することができ
る。
これらの物質、特にブチルゴム及びエチレン−プロピレ
ンターポリマーの誘導体は、広義には熱可塑性樹脂の類
に入れることができる。
これは、高温において、選択した極性溶媒の存在下に剪
断力を用いて加工することができるが、使用温度、例え
ば室温ではスルホネート基の会合により架橋したエラス
トマーのような挙動をする物質である。
従って、これらの物質は再加工しうるエラストマーの一
種であり、工業上非常に望ましい。
しかし、これらの物質は工業製品として非常に有用であ
るが、非常に高温度においてさえ溶融粘度が通常のプラ
スチック加工技術を使用することができない程高いとい
う欠点を有する。
ところが、本発明において、思いがげず、これらのポリ
マーに少量の結晶性ポリオレフィンをブレンドすること
により溶融粘度を低くすることができることを発見した
さらに、思いがけず、室温で測定したときのこれらのブ
レンドの物理的特性が、スルホン化エラストマー単独の
場合と比較して実質的に改善されていることを発見した
前記特許に記載のスルホン化エラストマーは、ガムとし
て使用する場合、比較的低い剛性又は強度を有している
が、そのために断面の薄い物品を4製造したときは自己
支持性のない柔軟なものが得られる。
寸法安定性のある部品、例えば自動車又は電機器具の部
品を製造しようとする場合、これは最も大きな欠点とな
る。
エラストマーの剛性を、カーボンブラック又は粘土、炭
酸カルシウム又は珪酸塩等のような無機材料を混入する
ことにより増大させることができることは公知である。
しかし、これらの材料は、剛性を向上させるが、上記イ
オン性エラストマーの溶融粘度をさらに低下させる。
従って、金属スルホネートの含有量が非常に少い場合で
さえ加工性に下限がある系は、さらに流動性が低下する
ので、加工することが全くできなくなる。
本発明者等は、思いがげず、少量の結晶性ポリオレフィ
ンを上述のスルホン化エラストマーに配合した本発明の
組成物が室温において大きな剛性を有することを発見し
た。
従って、本発明は、物理的特性を何ら損わずに低い溶融
粘度が得られる(実際物理的特性は向上する)という点
で先行技術に対して非常に改良された組成物を提供する
本発明は、多量のスルホン化ニジストマーと、少量の少
くとも部分的に結晶性のポリオレフィンとを含有するブ
レンドであって、前記スルホン化エラストマー中のスル
ホネート基の少くとも95%が周期律表の第1及び■族
、アンチモン、アルミニウム及び鉛からなる群から選ん
だ対イオン有機アミン、又はこれらの混合物と結合して
いるものに関する。
このブレンドは、スルホン化エラストマー自体と比較し
て改良された溶融粘度特性及び室温における物理的特性
を有する。
特に、スルホン化エンストマーは、少量の不飽和結合を
有するポリインブチレン及びエチレンプロピレンターポ
リマー(すなわち、エチレン、プロピレン、及ヒ少量の
、例えば10モル%以下のジエンモノマーのターポリマ
ー)からなる群から選択することができるニジストマー
状炭化水素ポリマーから誘導されるものである。
これらのポリマーは米国特許第3642728号に教示
された技術によりスルホン化することができ、一般的に
は、約0.2〜20モル%のスルホネート基を含有する
これらのポリマーのスルホネート基は、上述のように金
属対イオン、有機アミンと結合しているが、酸の状態、
例えば水素イオンと結合していてもよい。
しかし、前記スルホネート基の少くとも95%は金属対
イオン、又は有機アミンと結合している。
しかし、前記スルホオート基の少くとも98%が結合し
ているのが好ましく、100%であるのがより好ましい
金属対イオンは本発明の組成物においては有機アミンよ
りは好ましいが、前記対イオンが陽イオンとなる塩基性
物質をニジストマーのスルホン酸誘導体と反応させるこ
とにより、エラストマーのスルホン酸基に結合させるこ
とができる。
前記塩基性物質は、陰イオンがスルホネート基よりも強
い塩基である化合物、例えば金属対イオンの水酸化物、
アルコキシド、アルコレート、アミド、水素化物等を包
含する。
特に好ましい塩基性物質は、金属酢酸塩、金属ステアリ
ン酸塩、金属ラウリン酸塩等のような金属カルボン酸塩
である。
これらの物質の例として、酢酸亜鉛、ラウリン酸亜鉛、
ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステア
リン酸バリウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン
酸ナトリウム、ステアリン酸カリウム等がある。
本発明のブレンドを製造するのに使用するスルホン化エ
ンストマーは、上記特許に広範に教示されている。
これらの物質は全て上述のブレンドの生成に有用である
しかし、好ましいスルホン化物はスルホン化エチレン−
プロピレンターポリマー及びスルホン化ブチルポリマー
からなる群から選択されたものである。
最も好ましいのはスルホン化エチレン−プロピレンター
ポリマーである。
前記物質に、数平均分子量が少くとも2000、好まし
くは少くとも4000、より好ましくは少くとも200
00のα−オレフィンの重合体であることを特徴とする
結晶性ポリオレフィンを混合する。
これらの物質は実質的にオレフィンからなるが、他のモ
ノマー、例えば酢酸ビニル、フマル酸、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、アクリル酸、アクリル酸ナトリ
ウム、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、
メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウム等を配合したも
のであってもよい。
好ましいポリオレフィンは、C2〜C4のα−オレフィ
ンのポリマー、特にそのホモポリマーからなる群から選
ばれたものである。
最も好ましいポリオレフィンは、ポリエチレン又はポリ
プロピレンである。
高密度及び低密度ポリエチレンの両方とも本発明の範囲
内のものである。
例えば、密度が0.90〜0.97のポリエチレンが一
般に含まれる。
中密度及び高密度のポリプロピレンは、本発明に使用す
るポリプロピレンとしては好ましい。
これらのポリプロピレンは0.88〜0.92617c
m3の密度を有する。
ポリエチレン及びポリプロピレンは適当な結晶化度が得
られる限り、コポリマーとして結合させることもできる
従って、ポリエチレン又はポリプロピレンが結晶状態で
存在するブロックコポリマーも有効である。
上記物質の全てには一定の結晶化度の制限がある。
例えば、本発明のブレンドに有用な物質は少くとも25
%、最も好ましくは少くとも40%の結晶化度を有する
この結晶化度が必要であるのは、結晶性ポリマーが室温
において結晶状態で存在してブレンドに高い弾性及び高
い強度を与えるが、前記ポリオレフィンの結晶融点以上
に昇温した場合には、ポリオレフィンがスルホン化エラ
ストマーに一定の可塑性を与えその流動性を著しく改善
するようなものでなければならないからである。
結晶性ポリオレフィンがこれらのブレンド中で適当であ
るためには、一定限度以上の結晶化度が必要である。
結晶化度が低過ぎる場合、ポリオレフィンは生成ブレン
ドに適当な強度を付与しない。
結局、単なる希釈効果が得られるだけであり、得られた
ブレンドの引張り強度のような物理的特性は低下する。
ポリオレフィンの結晶化度の最低限は25%である。
結晶化度が高ければ、例えば50%であればさらに望ま
しい。
結晶化度は100%まで大きなものにすることができる
ポリマーの結晶化度は、周知のいくつかの方法により、
例えばX線法又はポリマーブロックの密度を測定する方
法等により、測定することができる。
結晶性ポリマーセグメント及び無定形ポリマーセグメン
トの密度を知ることができれば、結晶化度は以下の式に
より決定することができる。
ただし、dはポリマーの密度(測定値)、daは完全に
無定な状態のポリマーの密度、及びdcは完全に結晶状
態のポリマーの密度(すなわち、単位格子のX線測定に
より得られる)である。
その他、結晶化度はX線回折法により直接決定すること
もできる。
全ての場合、本発明の結晶性ポリオレフィンは、当業者
に周知の方法によりX線回折のピークを示すのに十分結
晶性を有する。
本発明のポリオレフィンは50℃を超える(好ましくは
70℃以上の)結晶融点を有する。
結晶□性ポリオレフィンは、上記スルホン化ポリマーと
前記スルホン化ポリマーに対して少量となるような割合
で混合する。
スルホン化ニジストマーを連続組として存在させること
によりスルホン化エラストマーの特性が最大に発揮され
るようにすることが望ましい。
しかし、充填材及びエクステンダー油のような添加物が
存在するときはいつでも、イオン性ニジストマーは重量
的に全混合物中の少量成分とすることができるが、依然
として連続相として存在する。
このように、明細書全体を通じてポリオレフィンとスル
ホン化ポリマーとの関係を議論する場合はすべて、成分
の多少は結晶性ポリオレフィンとスルホン化エラストマ
ーとの関係にのみ関する。
かくして、本発明のブレンドはスルホン化エンストマー
に対する結晶性ポリオレフインの重量比が1.0より小
さく、最も好ましくは0.70より小さい。
上記比が0.25という比較的低い場合に結晶性ポリオ
レフィンの有利な効果が観測され、0.05という低い
比の場合でも前記効果は得られる。
しかし、本発明は前記比が0.01より低いブレンドは
含まない。
というのは、この程度では結晶性ポリオレフィンの効果
は小さすぎて実用的価値がないからである。
本発明のブレンドは、公知の方法で製造することができ
る。
例えば、二つの物質の溶液を混合し、溶媒を蒸発させる
また、二成分をミル上で乾式混合することもできる。
上記ブレンドを製造するのに適するその他の公知の方法
は、プラスチック及びエラストマーエ業においてポリマ
ー系を混合するのに通常使用される方法である。
これらの方法のうちの一つは、高剪断高温混合装置、す
なわちバンバリーミキサ−によるものである。
この方法は非常に短い混合時間で本発明の優れたポリマ
ーブレッドを提供する。
第二の方法に使用することができる装置は、ファレル・
コンティニュアス・。
ミキサー(Farrel Continuous Mi
xer )として知られている装置である。
第三の方法は、非常に粘度の高い物質を高温で混合する
ように設計された二軸スクリュー抽出機による方法であ
る。
好ましい装置はバンバリー混合装置である。
本発明のブレンドは、イオン性エラストマーと非イオン
性プラスチックとのブレンドの分野に含まれる。
しかし、本発明のブレンドに観測される予期せざる特性
は、本明細書に記載の通り特定の狭い範囲内での混合に
よってのみ得られる。
例え。ば、上記スルホン化エラストマーと、本発明の結
晶性ポリオレフィンと物理的に類似の他の種々のプラス
チック材料との混合によっては、本発明のブレンドによ
り得られる室温における物理的特性とともに良好な溶融
粘度を有する組成物を得ることはできない。
例えば、前記スルホン化エラストマーと、芳香族、例え
ばスチレンのホモポリマー又はそれが多量成分であるコ
ポリマーとのブレンドは適当な物理的特性を有しない。
上記スルホン化エラストマーと、ポリε−カブ・ロラク
トンのようなポリラクトン、スルホン化ポリスチレン、
スチレンとt−ブチルスチレンとのブロックコポリマー
、スチレンとブタジェンとのコポリマー、及び一般に結
晶性ポリオレフィン又はその結晶性コポリマーではない
任意のポリマーとのブレンドは、低い溶融粘度又は不適
当な室温物理特性のいずれかを示す。
例えば、約33重量%の酢酸ビニルを含有するエチレン
・酢酸ビニルコポリマーとのブレンドは比較的不良な物
理的特性を有する製品を与える。
このコポリマーは非常に小さな結晶化度(25%以下)
を有するので、本発明の範囲外である。
しかし、例えば2〜10重量%のような少量の酢酸ビニ
ルを含有するエチレン−酢酸ビニルコポリマーを使用す
る場合、優れたブレンドが得られる。
本発明の範囲外として上述したブレンドはまた、大きな
非相溶性のような他の徴候とともに、ブレンドの際に明
らかな応力白化を示す。
相異るポリマーをブレンドした場合、均一なポリマーブ
レンドとして共存しようとするよりはむしろ相分離を引
き起しやすいことは、ポリマーの技術分野においては周
知である。
この非相溶性はポリマーブレンドの大きな制限であり、
多くの実用上の用途にこれらの材料を使用することを制
限している。
かかる非相溶性の証拠は、多くの方法、例えば貧弱な物
理的特性、二つの透明なポリマーからなる場合でさえも
ブレンドが不透明であること、応力下での応力白化現象
、及び望ましくない加工特性などにより、明らかとなる
本発明のスルホン化エラストマーと選定した結晶性ポリ
オレフィンとのブレンドは、優れた特性を有する材料を
与えることができる。
非スルホン化エラストマーと結晶性ポリオレフィンとの
混合フでは、良好な特性を有するブレンドが得られない
ことは明らかである。
同様に、スルホン化エラストマーと本明細書に教示した
もの以外のプラスチックとのブレンドもまた望ましい特
性を有する系を与えない。
5 本発明に使用する望ましいプラスチックは結晶性ポ
リオレフィンであることを特徴とする。
これらの物質は広範な組成範囲にわたって必要な相溶性
を有し、そのために良好な物理的特性を与えるので、本
発明には特に適している。
この優れた相フ溶性の証拠は以下の表■に見られる。
明らかに、高分子量結晶性ポリオレフィンと本明細書に
記載のスルホン化エラストマーとのブレンドは、プラス
チックの割合が20重量%のとき大きな引張り強度を与
える。
また、プラスチックの割合がさらに高い(例えば40重
量%)系はさらに大きな引張強度を示すことも明らかで
ある。
この挙動は室温におけるスルホン化エラストマーと結晶
性ポリオレフィンとの優れた相溶性の証拠である。
表■のデータは、同一のスルホン化エラストマーとポリ
スチレン、スルホン化ポリスチレン、ポリt−ブチルス
チレン、ポリε−カプロラクトン、ブチルゴム及び同様
の系とのブレンドが、結晶性ポリオレフィンとスルホン
化エラストマーとのブレンドよりも小さな引張り強度及
び/又は延伸率を有する製品を与えることを示している
さらに、プラスチックの割合を20重量%から40重量
%に増加させると、一般に引張り特性は低下する。
これらのデータは、本発明のブレンドの製造において結
晶性ポリオレフィンが特に適していることを明らかに示
している。
本発明に適する結晶性ポリオレフィンの分子量は、20
00という低いものから200000を超えるものまで
非常に広い範囲が可能である。
好ましい分子量の範囲は20000〜150000であ
る。
ポリオレフィンの分子量が低過ぎる場合、結晶性ポリオ
レフィンはほとんどロウ状である。
このようなロウはブレンドの溶融粘度を低下させるのに
は非常に有効であるが、ブレンドの物理的特性は高分子
量ポリオレフィンを用いて得たブレンドよりも非常に劣
る。
しかし、かかるロウを含有するブレンドは未変性イオン
性エラストマーを非常に改良する。
ポリオレフィンの分子量が極端に高い場合、ブレンドの
溶融粘度もまた高くなり、ブレンドの加工が困難となる
このようなブレンドの物理的特性は優れている。
かくして、良好な物理的特性と満足な溶融レオロジーと
を最適にバランスをとるには、上述の広い範囲の分子量
を有する結晶性ポリオレフィンを使用することが必要で
ある。
ポリオレフィンの分子量が低く過ぎる場合、非結晶性生
成物又は油が得られる。
このようなブレンドに油を使用することは、本発明の範
囲には含まれない。
というのは、油とイオン性エラストマーとの混合は最終
生成物に良好な物理的特性を与えないからである。
同様の理由から、非結晶性ポリオレフィンポリマー(例
えば、エチレン−プロピレン−ジェンターポリマー)も
除外される。
本発明のブレンドに、公知の他の充填材、エクステング
ー油及び同様な材料を混入することができるのは明らか
である。
適当な充填材は、カーボンブラック、鉱物性充填材(例
えば、シリカ、酸化亜鉛、炭酸マグネシウム、炭酸カル
シウム、ケイ酸マグネシウム、粘土等)を包括する。
適当な油は通常は炭化水素を主体とするものであり、芳
香族系、ナフテン系又は最も好ましくはパラフィン系で
ある。
ゴム加工油として知られる油は特に好ましい。
それは、本発明のイオン性エラストマーと良好な相溶性
を示し、低価格であるからである。
本明細書においては一般にスルホン化ニジストマーと結
晶性ポリオレフィンとの二成分系ブレンドについて記載
しているが、三成分系ブレンドも本発明の範囲に含まれ
るのは明らかである。
例えハ、スルホン化エチレンプロピレンジエンターボリ
マ−100部と、ポリプロピレン40部及び結晶性ロウ
20部との混合物は非常に望ましいブレンドである。
本発明の、適当な結晶性ポリオレフィンとスルホン化ニ
ジストマーとのブレンドは、スルホン化エラストマーよ
りも非常に加工性が改良されているので、射出成形又は
急速な押出成形が可能となる。
ブレンドの流動特性が改良されたのは、結晶性ポリオレ
フィンの融点よりも高い温度においてイオン会合が減少
した結果である。
かくして、イオン性ニジストマーは、温度の上昇に従っ
てイオン会合が消滅するような分子量及び金属スルホネ
ート含有量を有していなければならない。
金属スルホネート含有量が高い場合(すなわち5.0モ
ル%より高い)、使用した金属陽イオンは弱いイオン会
合をするような種類のもの例えば、亜鉛又はアミンのよ
うなものでなければならない。
本発明において中和剤として有用な有機アミンは米国特
許第3642728号明細書の第11欄、1〜11行に
記載されているものである。
また、イオン会合の強さは選択した極性剤又は選択的可
塑剤の添加により低下させることができる。
選択的可塑剤は特願昭第47−3972号明細書に記載
されている。
本発明において、イオン性エラストマーはこれらの選択
的可塑剤の添加の有無にかかわらず、昇温下で適当な流
動性を有していなければならない。
この流動性は、正確に定義した条件下での低い剪断速度
における剪断応力により、定量的に表わすことができる
特に、結晶性ポリオレフィンが存在しない場合のイオン
性エラストマーは、200℃で0.74秒−1の剪断速
度において1X106ダイン/cm2より小さい剪断応
力を有していなげればならない。
剪断応力を必要な値にまで低下させるために可塑剤を使
用するならば、この値以上の剪断応力を有する金属スル
ホネートガム原料を使用することは全く容易である。
例えば、ムーニー粘度が37で亜鉛イオンで完全に中和
され、30ミリ当量/10(lの金属スルホネートを含
有するエチレンープロピレンーエチリテンノルボルネン
ターポリマー(EPDM)は本発明に必要な剪断応力よ
りも高い剪断応力を有する、しかし、このガムに3当量
のステアリン酸を添加すれば、可塑化したガムの粘度は
上記範囲まで低下する。
かくして、60部のポリエチレンと100部のかかる可
塑化ガムとのブレンドにより、優れた流動性及び物理的
特性を有する生成物が得られる。
明らかに幾つかの結晶性ポリオレフィンのブレンドを本
発明に使用することができる。
例えば、低密度ポリエチレン及びポリプロピレンとスル
ホン化ガムとの混合により、ある用途に対して改良され
た特性を有する材料が得られる。
また、EPDM及び他のエラストマーとスルホン化ガム
とのブレンドは、I X 10’ ダイン/crAまで
剪断応力を低下させるのに使用することができる。
同様に、結晶性ポリオレフィンとともにゴム加工油及び
同様の剤を添加することができる。
結晶性ポリオレフィンとスルホン化エラストマ。
−とのブレンドにも他の剤を加えることができるのは明
らかである。
例えば、本発明の組成物はさらに、ポリ塩化ビニル、ポ
リスチレン、ABS、ポリカーボネート、フェノール樹
脂、ナイロン6、ナイロン66、及び同様のプラスチッ
ク又はエラ。
ストマーのような他のポリマーで増量することができる
ただし、前記添加剤が全ブレンドに対して少量であり、
かつ結晶性ポリオレフィン及びスルホン化エラストマー
が上記臨界的な割合で存在することを条件とする。
本発明のプラスチックイオノマーブレンドの用途は広範
である。
このブレンドは優れた射出成形性及び押出成形性を有す
る。
例えば、本発明のブレンドの優れた耐摩擦性及び屈曲疲
れ特性のために、射出成形によりくつ底を製造すること
ができる。
自動車用の射出成形部品、例えば自動車のサイト・シー
ルド、可撓性バンパー、グリル部品等も製造することが
できる。
剛性のような特性が、イオン性ニジストマーに配合され
る結晶性ポリオレフィンの量により広範に変化しうるの
で、本発明のブレンドから剛性又は半剛性の製品を製造
することもできることは当業者には極めて明らかである
本発明のブレンドから押出成形により物品を製造するこ
ともできる。
例えば、軽量であるとともに著しい強度を有するガーデ
ンハウスがその一例である。
これらの材料の電気的特性もまた、本発明のブレンドを
電線絶縁材として使用することを可能にする。
ゴム又はポリエチレンから製造した絶縁体は、最適の性
質を得るためにしばしば硬化又は加硫工程を必要とする
本発明のブレンドは、いかなる硬化工程をも必要とする
ことなく、優れた物理的特性及び電気的特性を有する。
化学的硬化を必要としないために、硬化工程を必要とす
る系では不可能であった高速押出成形が可能となる。
その他の加工方法として、真空成形、流動成形、スリッ
ト押出成形、形材押出成形及び同様な方法がある。
広範な加工方法が可能なため、本発明のブレンドから、
フィルム、ビンのような容器、延伸シート、特に延伸モ
ノフィラメントのような繊維、包装材料、電気器具ハウ
ジング、床マット、じゅうたんの裏地、おもちや、水泳
用ひれのようなスポーツ用品、顔面マスクその地回様な
ものを製造することができる。
本発明の組成物の利点を、本発明の範囲外の組成物と比
較して以下の例において説明する。
実験方法 結晶性ポリオレフィン又は本発明の範囲外のものとして
記述したポリマーを、1/4インチの電気ミル上でスル
ホン化エラストマーにそれぞれ20及び40重量%の割
合で配合することにより、以下に記載のブレンドを製造
した。
最初は軟化点又は融点付近の温度のミル上に結晶性ポリ
オレフィン又は他の非イオン性ポリマーを置いた。
溶融バンドが得られるまで温度を調節し、スルホネート
を加えた。
この混合物を、均一なブレンドが得られるまでこの温度
でブレンドをした。
これには、系によって一般に3〜20分を要した。
この混合物を、350°F(17,5℃)に予熱したプ
レス中で2分間成形して2インチ×2インチの小さなパ
ッドにした。
得られ試料を同一の温度で20)ンの圧力で8分間プレ
スした。
成形品を取り出す前に圧力を維持したまま冷却した。
各試料から3つの微小なダンベルを切り取り、毎分2イ
ンチのクロスヘッド速度のインストロン試験機により室
温における応力−ひずみの測定をした。
また、選定した試料の100℃における応力−ひずみデ
ータを、100℃に維持した加熱室を使用し、毎分2イ
ンチのクロスヘッド速度で得た。
測定すべき各試料の3つの微小ダンベルを、加熱室の床
の上に置き、5分間室内の温度と平衡にさせた。
室を開放し、ダンベルをあごに挿入し、室を閉鎖し、1
分波クロスヘッドを動かして応力・ひずみデータを得た
100℃における延伸率は記録計の走査から得た。
従ってこの値は本当の延伸率の測定値ではないが、試料
の比較のためにのみ報告するものである。
例■ この一連の実験に使用したスルホン化エラストマーは、
エチレンープロピレンーエチリテンノルボルネン(EN
B)ターポリマー(エチレン約50%、プロピレン約4
5%、ENB約5%)から誘導したものである。
前記ポリマーは260°F(127℃)において約37
のムーニー粘度を有し、約0.6モル%のスルホン酸含
有量になるまでスルホン化し、次いでスルホン酸基の中
和を完全にするためにスルホン酸1当量当り2当量のス
テアリン酸亜鉛で中和したものである。
−1 結晶性熱可塑性プラスチックとして、約0.919の密
度を有する低密度ポリエチレンを使用した。
この結晶性プラスチックは約47±5%の結晶化度を有
する。
(イ)、(40%)、0.4部のプラスチックを約11
0℃のミル上に置いた。
透明なバンドが容易に生成した。
次いで、数分間後、0.6部のスルホン化エチレン−プ
ロピレンエチリデンノルボルネン(ステアリン酸亜鉛で
完全に中和、0.6モル%のスルホネートを含有)を加
えた。
スルホネートポリマーを110〜120℃で急速にブレ
ンドして透明な幾分黄色のバンドを生成した。
(ロ)、(20%〕、0.2 部のプラスチックのバン
ドを110℃のミル上に形成し、次いで上述のように0
.8′部のスルホネートエラストマー(上記と同一の試
料)をブレンドした。
再び幾分黄色味がかった透明バンドが110〜125℃
の温度で生成した。
−2 約0.960の密度及び約5.0のメルトインデックス
を有する高密度ポリエチレンを使用した。
このポリマーの結晶化度は約90±5%であった。
使用した方法は、ミル温度を約130〜150℃とした
こと以外、上記I−1と同様であった。
(イ)−(40%)、0.4部のプラスチックのバンド
を130℃で形成した。
0.6部のスルホン化エラストマーを急速に加え、黄色
透明バンドにした。
(ロ)、(20%)、0.2部のプラスチック及び0.
8部9スルホン化エラストマーを使用したこと以外上記
と同一であった。
−3 約0.903 g/cm3の密度及び約5.4のメルト
インデックスを有するポリプロピレンをグラスチックと
して使用した。
このプラスチックの結晶化度は約65±10%であった
(イ)、(40%)、155〜165℃で約0.4部の
プラスチックのバンドを形成した。
次いで0.6部の上述の実験で用いたスルホン化エンス
トマーを加えた。
黄色透明バンドが形成された。冷却により、剛性半透明
のやや褐色味がかったブレンドが得られた。
(ロ)(20%)、0.2部のグラスチック及び0.8
部のスルホン化エラストマーを混合したこと以外、同一
の方法を用いた。
再び透明な溶融バンドが得られた。
−4 約90%のエチレン含有量の部分的に結晶性のエチレン
−プロピレンコポリマーをプラスチックとして用いた。
結晶化度は35〜40%の範囲であった。
(イ)、(40%)、140〜155℃のミル上で、0
.4部のプラスチックをバンドにし、0.6部のスルホ
ン化エラストマーを加えた。
透明なバンドが得られた。
(ロ)、(20%)、0.2部のプラスチック及び0.
8部のスルホネート化エラストマーを使用したこと以外
同一の方法を用いた。
I−1、I−2、I−3におけるような混線実験におい
ては、エラストマープラスチックブレンドは容易に混合
し、ミル上に透明なバンドを形成した。
これはブレンドが相溶性である証拠である。−5 約0.86の比重、約50(260下)のムーニー粘度
を有し、エチレン含有量が64%、ジエン含有量が約3
.2%のエチレン−プロピレン−エチリデンノルボルネ
ンターポリマーを使用した。
このポリマーの結晶化度は25%以下であって、約15
%位である。
結晶融点は40〜50℃の範囲であった。
(イ)、(40%)、この柔軟な組成物0.4部を55
〜70℃のミル上でバンドにした。
次いで、0.6部のスルホン化エラストマーを加え、混
合物を加工したが、非常に困難であった。
適当に均一な混合物を得るのに非常な努力を要した。
(ロ)、(20%)、0.2部の低結晶化度EPDM及
び0.8部のスルホン化エラストマーを使用したこと以
外、上記と同一の方法を用いた。
いずれの場合も、可撓性ゴム状半透明ブレンドが得られ
た。
生成物は以上の例よりも著しく可撓性であった。
−6 インブチレンと1.5モル%のイソプレンとのコポリマ
ーである実質的に非結晶性のブチルゴムを使用した。
この260’F(127℃)におけるムーニー粘度は約
55であった。
(イ)、(40%)、室温のミル上で0.4部のブチル
ゴムをバンドにし、スルホン化エラストマーを加えた。
ブレンドを急速にゴム状ブレンドに均一化した。
(ロ)、(20%)、ただ0.2部のブチルゴム及びo
、s部ノスルホン化エラストマーを使用したこと以外上
記と同一の方法を用いた。
いずれの場合にも、もとのスルホン化エラストマーより
も剛性の低いゴム状ブレンドが得られた。
−7 33重量%の酢酸ビニルを含有し、約250メルトイン
デツクスを有するエチレンと酢酸ビニルとのコポリマー
(EVA)を少量成分として使用した。
このコポリマーはほとんど非結晶性であるので、明らか
に25%以下の結晶化度を有する。
(イ)、(40%)、約50℃のミル上で0.4部のE
VAをバンドにした。
これはEVAが非常に低い融点を有することを示す。
次いで、0.6部のスルホン化エラストマーをブレンド
してほとんど透明なバンドを形成した。
(ロ)、(20%)、0.2部のEVAと0,8部のス
ルホン化エラストマーを使用したこと以外、上記と同一
の方法を用いた。
いずれの場合にも、ゴム状生成物が得られた。
−8 数平均分子量が約40000、結晶融点が約60℃のε
−カプロラクトンのホモポリマー(ポリε−カプロラク
トン)をプラスチック添加物として使用した。
結晶化度は約60%であった。(イ)、(40%)、ポ
リε−カプロラクトンを60℃のミル上でバンドにした
とき、透明な溶融物となるのが観察された。
溶融状態のプラスチック約0.4部に、約9.6部のス
ルホン化エラストマー(上述のものと同一)を徐々に加
えた。
混線を約65℃で行った。
(ロ)、(20%)、上記と同一の方法で、約0,2部
のプラスチック及び約0.8部のニジストマーを使用し
た。
−9 この場合のプラスチック添加物は約70〜90℃の融点
を有する微結晶性ロウ(MCロウ)であった。
このロウの結晶化度は約40±10%である。
(イ)、(40%)、低融点ロウの場合、最初に上で用
いたスルホン化ニジストマーを70℃のミル上でバンド
にした。
ロウを約1/2時間かけて徐々に加えた。
外見上均一に見えるブレンドが生成したが、冷却により
曇った幾分剛い生成物となつた。
この場合、約0.4部のロウ及び0.6部のスルホン化
エラストマーを用いた。
(ロ)、(20%)、0.2部のロウ及び0.8部のス
ルホン化エンストマーを混合した以外同一の方法を用い
た。
l−10 180000の数平均分子量を有する非結晶性スチレン
ホモポリマーをプラスチックとして使用した。
(イ)、(40%)、ポリスチレンを130℃のミル上
でバンドにした。
このポリスチレン0.4部ニ、スルホン化エラストマー
0.6部を加えた。
淡褐色の溶融物が生成した。
混合は130℃で行った。
(ロ)、(20%)、0.2部のプラスチックと0.8
部のスルホン化エラストマーを混合する以外上記と同一
の方法を用いた。
いずれの場合も、混合物は溶融したとき曇った。
これは溶融物においてポリスチレンとスルホン化エンス
トマーとの間に相溶性がないことを示している。
■−11 市販のABS樹脂をプラスチック添加物として用いた。
このグラスチックは、スチレン/アクリロニトリルプラ
スチックをアクリロニトリル/ブタジェンゴムにグラフ
ト又はブレンドしたものであるる。
このままではこれは無定形であり本発明の範囲に含まれ
ないが、かかる組成物が上記組成物とどの程度匹敵する
かを試験した。
(イ)、(40%)、Tybrene ABSプラス
チック(O,4部)を130℃のミル上でバンドにした
これに0.6部のスルホン化エラストマーをブレンドし
、不透明の溶融ブレンドを形成した。
(ロ)(20%)、0.2部のABS及び0.8部のス
ルホン化エラストマーを使用した以外同一の方法を使用
した。
これらの実験は、ポリオレフィン以外のポリマーは、ス
ルホン化ニジストマーとの相溶性に関して、本明細書に
記載の所望の結晶性ポリオレフィンとは異る挙動をする
ことを示している。
■−12 約180000の数平均分子量を有し、金属スルホネー
トの含有量が2.56モル%(陽イオンはナトリウム)
のわずかにスルホン化したポリスチレンをプラスチック
として用いた。
このポリマーは非結晶性であった。
(イ)、(40%)、このプラスチック0.4部を16
0℃のミル上で白色バンドにした。
0.6部のスルホン化エラストマーを165〜170°
Cで徐々にブレンドした。
約%間後、黄緑褐色の不透明混合物が得られた。
冷作すると、剛い褐色の不透明のブレンドが得られた。
(ロ)、(20%)、0.2部の上記プラスチックと0
.8部の上記スルホン化エラストマーを混合したが、同
様な結果が得られた。
これらの結果は再び、ポリオレフィン以外のポリマーは
、たとえ金属スルホネート基を含有するプラスチックで
あっても、スルホン化ニジストマーと均一な溶融物を形
成するのに有効ではないことを示している。
■−13 約1500の重合度(約240000の分子量)を有ス
るp−t−ブチルスチレンのホモポリマーをプラスチッ
ク添加物として使用した。
このポリマーは非結晶性であったが、大きな炭化水素側
基を有するビニル芳香族ポリマーであるので、使用した
従って、かかる側基がこの実験においてポリマーをより
相溶性にするかどうかを試験するのに、このポリマーは
極めて適している。
(イ)、(40%)、0.4部のポリ−t−ブチルスチ
レンを175℃のミル上でバンドにした。
これに0.6部のスルホン化エラストマーを徐々にブレ
ンドして不透明バンドを形成した。
冷却すると、ブレンドは暗緑色の不透明ブレンドであっ
た。
(ロ)、(20%)、同一の方法で、0.2部のポリ−
t−ブチルスチレンを0.8部のスルホン化エンストマ
ーとブレンドしたが、同一の結果が得られた。
■−14 プラスチックとして、ポリスチレン(25重量%)−ポ
リ−t−ブチルスチレン(50重量%)−ポリスチレン
(25重量%)の3ブロツクのコポリマーを用いた。
このプラスチックは非結晶性であり、また硬質である。
(イ)、(40%)、0.4部のプラスチックを155
℃のミル上でバンドにし、同一の温度で0.6部のスル
ホン化エラストマーをブレンドした。
(ロ)、(20%)、上記のように、0.2部のプラス
チックと0.8部のスルホン化エラストマーとをブレン
ドした。
共通のスルホン化エラストマーとこれらの14種類の添
加物との混合挙動を検討すると、一般に結晶性ポリオレ
フィンは本発明のスルホン化エラストマーと容易にブレ
ンドすることができることが明らかとなる。
かかるブレンドは溶融状態において均一化するが、これ
は相溶性が非常に高いことを示している。
しかし、ポリ芳香族ビニル、ポリラクトン、スルホン化
ポリ芳香族ビニル、及びオレフィンと極性コモノマーと
のコポリマー(前記コモノマーはコポリマーを無定形に
するのに十分極性である)のような他のポリマーを使用
する場合、スルホン化エラストマーとの溶融ブレンドが
曇り状又は不透明となるように相溶性が低い。
この特性は相異るポリマーのブレンドを製造する場合に
非常に望まし灸ない。
それは、このような系においては、相分離が起り、その
結果性質が変化するからである。
上記例のブレンドの物理的特性を表■に示す。
表Iのデータは本発明の特徴を非常によく示している。
明らかに、本発明の基準に合致する結晶性ポリオレフィ
ンから誘導されたブレンドは、一般に次の特性を有する
(A)スルホン化ガム(対照)と匹敵するか又はそれ以
上の室温における引張り強度を有する。
(B) スルホン化ガム(対照)以上の100%ひずみ
におけるモジュラスを有する(これは、プラスチック添
加物がスルホン化エラストマーを剛性化するように作用
することを示す) (C)プラスチック添加物
の量が20%から40%に増加するに従って100%モ
ジュラスの増加を示す(これは、ブレンドの強度がプラ
スチック添加物の量に依存して増加することを示す)。
(D)ブレンド操作の間、溶融物において相溶性を。
示す。
表■で検討したある種のポリマーは、明らかにモジュラ
スの増加に有効でない(■−5、I−6,1−8)。
他のものは、特に40%程度の場合、破壊点における引
張り強度に著しく悪影響を及ぼす。
例■ 結晶性ポリオレフィンと例■の未スルホン化ポリマーと
のブレンドを研究した。
この実験において、前記ポリマー、すなわち未スルホン
化エチレン−プロピレンターポリマーを、本発明のブレ
ンドを製造するために使用する好ましい結晶性ポリオレ
フィンとブレンドした。
これらのブレンドを、例Iに記載のブレンドに対するの
と同一の方法を用いて試験をした。
エチレンープロピレンーエチリデンノルポルネンターボ
リマー(EPDM)は、エチレンを約50%、プロピレ
ンを約45%、ジエンを約5%含有していた。
このニジストマーの260°F(127℃)におけるム
ーニー粘度は37であった。
例Iに記載のものと同一の実験方法を用いた。
同一の結晶性ポリオレフィンを20及び40%使用した
全ての場合、ブレンドは容易に生成した。溶融状態では
ほとんど透明であった。
ブレンドの条件は、実験結果とともに以下に示す。
n−1低密度ポリエチレン (イ) (40%) 110℃で溶融バンド化。
EPDMは容易にブレンドしてほとんど透明なバンドと
なる。
110〜125℃で混合。冷却により乳白色のゴム状ブ
レンドとなる。
(ロ) (20%) 同一。
冷却により乳白色のゴム状ブレンドとなる。
n−2高密度ポリエチレン (()(40%) 130℃で溶融バンド化。
130〜140℃で混合したEPDMブレンドは容易に
ほとんど透明なバンドとなった。
冷却によりロウのような感触を有する乳白色の剛性のゴ
ム状ブレンドが得られた。
(ロ) (20%) 同一。
冷却により、乳白色のゴム状ブレンドが得られた。
n−3ポリプロピレン (()(40%) 165℃で透明な溶融バンド。
EPDMは容易にブレンドし、165℃に昇温すると透
明なバンドとなった。
冷却により、乳白色の剛いブレンドが得られた。
(ロ) (20%) 同一。
165〜170℃で混合。透明なバンド。
冷却により曇った白色のゴム状ブレンドが得られた。
本例の試料を成形し、表■のように特徴をまとめた。
応力−ひすみ特性を以下の表■に示す。スルホン化誘導
体のブレンドと比較した場合、以下の点が観察される。
(1)結晶性ポリオレフィンとスルホン化エラストマー
とのブレンドは一般に高い引張り強度及び高い延伸率を
有する材料を与える。
実際、これらのブレンドの引張り強度は多くの場合、ス
ルホン化エラストマーのみから得られたものよりも非常
に優れている。
(2)ブレンドの剛性又は100%モジュラスは、実質
的にスルホン化エラストマーよりも大きい。
これはブレンドの剛性の方が大きいことを示す。
(3)昇温下(100℃)において、ブレンドの引張り
強度はしばしばスルホン化エラストマーよりも実質的に
高い。
これは、これらのブレンドの使用温度を高くすることが
できることを示す。
(4) スルホン化エラストマーのブレンドと、未ス
ルホン化エラストマーのブレンドとの比較ニヨリ、後者
の材料は低い引張強度を示すことが明らかとなる。
加えて、高い延伸率が得られる場合、延伸による永久歪
も高い。
かくして、本例のブレンドの回復特性は非
常に貧弱であり、本発明には望ましくない。
例■ 例■に記載のスルホン化エチレン−プロピレンターポリ
マーのレオロジー的性質を、単独で、又は本発明の結晶
性ポリオレフィンとブレンドして、特に溶融粘度に関し
て試験した。
これらの測定は、以下に示すように剪断速度を種々に変
えて行った。
明らかに、結晶性ポリオレフィンの添加により、特に低
剪断速度における見かけの粘度が非常に減少した。
また、高剪断速度においても見かけの粘度の減少の程度
が低く維持されていることも明らかである。
流動挙動におけるこれらの変化の重要性は、これらのブ
レンドからそれぞれ成形品を製造しようとする場合に明
らかに示される。
本発明のブレンドは非常に改良された加工性を有してい
るので、適当な条件下で、室温における優れた物理的特
性を保持しつつ、圧縮成形及び押出成形をすることがで
きる。
結果を7以下の表■に示す。
例■ この例は、本発明のブレンドが、プラスチック添加物を
含有せずにカーボンブラック及びゴム加工油のような従
来の原料成分が配合されているイオン性エラストマーと
、物理的特性及び流動挙動に関して同等であることを示
す。
本発明のプラスチックブレンドの場合、予期せぬ価値あ
る特性が得られることを示す。
(A)スルホン化エンストマーとプラスチックとのブレ
ンドの製造方法。
エチレンープロピレンーエチリテンノルボルネンターポ
リマー(エチレン約50重量%、プロピレン約45重量
%、エチリデンノルボルネン(ENB)約5重量%、ム
ーニー粘度約37)を、スルホン化剤として硫酸アセチ
ルを用い、ポリマー100g当りスルホン酸が30ミリ
当量となるまで、スルホン化した。
スルホン酸ポリマーは、水蒸気ストリッピングにより炭
化水素溶液から単離した。
灰白色の小片が得られた。ポリマーを分解することなく
ほとんどの水分を除去するため、上記小片を200°F
(93℃)以下の温度に加熱した2つのロールミル上で
乾燥した。
これらのミル条件の下で乾燥した場合、少量の水(約5
%)を含有する灰白色のガムが得られた。
このガムを次に冷いミル上で3当量のステアリン酸亜鉛
により中和した。
中和したスルホネートガムを次いで再度冷いミル上で少
量の水酸化マグネシウムと反応させて前記ステアリン酸
亜鉛の中和反応の際に遊離したステアリン酸を実質的に
中和した。
このガムに30%の高密度ポリエチレン(密度0.96
、メルトインデックス6.0の市販のポリエチレン)を
配合した。
これは、前記プラスチックを約150℃に加熱した2つ
のロールミル上で溶融させ、次いでこのプラスチック溶
融物に前記中和したガムを加えることにより行った。
ミル上で2〜5分間ブレンドをした後、均一な生成物が
得られた。
本方法のこの段階において、ブレンドの組成は、スルホ
ン酸ガムを基準として以下の通りであった。
EPDMのスルホン酸ガム 100 部ステアリン酸
亜鉛 28.5高密度ポリエチレン
56.2水酸化マグネシウム 2.
7混練したシートをホットミルから剥ぎとり、冷却し、
帯片に切断し、3/4インチの押出機で170℃で押し
出して、直径が1/8インチ(3,2mm)の棒を形成
し、水で冷却してペレットにした。
この材料は容易に圧縮成形、射出成形又は押出成形をす
ることができた。
(B) スルホン化エラストマーのカーボンブラック
、油配合物の製造方法 エチレンープロピレンーエチリテンノルボルネンターポ
リマーを(A)に記載の方法と同じ方法によりスルホン
化し、単離し、乾燥した。
すなわち、同一のベースポリマーを使用し、再びポリマ
ー100g当り約30ミリ当量のスルホン酸を含有する
スルホン酸ポリマーを得るようにスルホン化を行い、乾
燥した。
この乾燥したスルホン酸ガムに150部のカーボンブラ
ック、100部のゴム加工油、及び2当量のステアリン
酸マグネシウムを配合した。
この混合操作は冷たいミル上で行った。
しかし、特にステアリン酸マグネシウムの添加により、
ポリマーに及ぼす剪断作用により幾らかの熱が生じた。
混練したシートをミルから除去した。
今度は、シートを昇温下(約325°F)で45分間圧
縮成形し、冷却し、帯片に切断し、この帯片を細断して
ペレットにした。
この段階で、配合したスルホン化エラストマーは圧縮成
形、射出成形又は押出成形に適していた。
(C)プラスチックブレンド及びカーボンブラック、油
配合物の物理的特性 次の表は、プラスチックブレンド及び油、カーボンブラ
ック配合物について測定して物理的特性をまとめたもの
である。
測定は、適当な試料の圧縮成形により得られた試料につ
いて行った。
一般に、これらの圧縮成形は350°F(176℃)の
温度で、行った(約3分間予熱、約5分間成形し、次い
で加圧下で冷却した)。
上記表から明らかなように、スルホン化エラストマーの
プラスチックブレンドは、カーボンブラック、油の配合
物と比較して、重要な物理的特性が著しく向上している
特に、破壊点における引張り強度は実質的に高い。
しかし、2つの物理的特性、すなわち屈曲疲れ強度及び
テーパー摩耗指数でさえも、非常に向上している。
この点において、プラスチックブレンドは他の配合物よ
りも優れている。
同一の温度(200℃)で行った場合の上記組成物の流
動挙動を比較すると、グラスチックブレンドは低剪断速
度において僅かに低い密度を有することが明らかとなる
従って、物理的特性におけるこの重要な改良は、流動挙
動を犠牲にすることなく得られる。
実際、両者の組成物について、市販の小型射出成形機で
射出成形を行った。
両方とも射出成形をすることができたが、カーボンブラ
ック、油を配合した組成物の場合は、より厳密に制御し
た加工条件及び、180〜220°F(82〜104℃
)という比較的高い温度に加熱した型を必要とした。
対照的に、プラスチックブレンドの場合には、加工条件
に大きな幅があり、はるかに冷い型を使用することがで
きた。
例えば、100〜150°F(38〜66℃)の型温度
の条件を用いることができた。
これらの結果は、金属スルホネート含有エラストマーは
少量の結晶性ポリオレフィンとブレンドして従来のエラ
ストマー配合物を用いて得られるものよりもはるかに優
れた物理的レオロジー的性質を有するブレンドを得るこ
とができることを、明瞭に示している。
加えて、このようなプラスチックブレンドのある選択さ
れた物理的特性は、多くの市販の熱可塑性エラストマー
のものと同等かそれよりも優れている。
例■ ポリフロピレン−スルホネートエラストマーのグラスチ
ックブレンドの製造方法 エチレンープロピレンーエチリテンノルボルネンターポ
リマー(エチレン約50重量%、プロピレン約45重量
%、エチリデンノルボルネン(ENB)約5重量%、ム
ーニー粘度約20)を、ヘプタン溶液中で、以下の方法
によりポリマー1001当りスルホン酸が30ミリ当量
となるようにスルホン化をした。
すなわち、室温の溶液に無水酢酸を加え、5分後に10
分間にわたり濃縮H2SO4を滴下し、混合物を30分
間攪拌した。
イソプロパツールを添加することにより、急冷した。
次いで、ステアリン酸(32g15o3H)を加え、ス
テアリン酸が溶解するまで混合物を攪拌した。
次いで酢酸亜鉛(32g15o3H)水溶液及び酸化防
止剤を加え、15分間攪拌し、次いで水蒸気ストリッピ
ングをした。
水蒸気ストリッピングをしたものをワーリングブレンダ
ー中で水で粉砕し、小片を濾過した。
次いで、水を300下(149℃)で8分間混練スるこ
とにより除去した。
次いで、このスルホン化したガムを、ブラベンダー混合
ヘッド(50rpm)中で170℃で4分間35%のポ
リプロピレン(メルトインデックスが5.0の市販のポ
リプロピレン)とブレンドした。
ZnO−Mg(OH)2混合物を加え、4分間混練した
次いで3インチのミル上で160℃で3.5分間混練し
た。
ブレンドの組成は、酢酸亜鉛−ステアリン酸で中和した
ガムを基準として、次の通りであった。
ガム 100 部 ポリプロピレン 53.8 酸化亜鉛 25 水酸化マグネシウム 2.03 圧縮成形したパッド(3分間予熱し、4分間350下(
177℃)で20トンのゲージ圧力で加圧し、20トン
の圧力をかけたまま冷却した)を製造し、室温及び10
0℃において、2インチ/分のクロスヘッド速度のイン
ストロン試験機を用いて応力−ひすみ測定とし、また2
00℃において、0.05インチ×1インチの直径のイ
ンストロン・キャピラリー・レオメータ−を用いてレオ
ロジーを測定した。
物理的性質は、破壊点における高い引張り強度及び良好
な延伸率において優れている。
これらの結果は、ポリプロピレンの場合、例I−3に記
載の比較的貧弱なブレンドよりもむしろ良好なブレンド
を得るためにはプラスチックとスルホン化エラストマー
との良好かつ密な混合が必要であることを示している。
得られた材料は、350〜400°F(177〜204
℃)の温度で容易に圧縮成形できた。
レオロジー的研究により、このブレンドは同じ温度で容
易に押出すことができることが明らかとなった。
本発明はまた加工困難なポリマーを主体とするが改良さ
れた圧縮永久ひずみ特性を有する加工性ブレンドに関す
る。
良好な圧縮永久ひずみ特性が重要な用途においては、こ
のような材料は好ましい。
以下のASTM試験条件(ASTMD−395)下での
圧縮永久ひずみは、長時間(通常は22時間)の大きな
圧縮負荷(厚さが25%減少)を受けた後で、エラスト
マー材料がその最初の形状にもどる能力を示す目安とな
る。
適当なスルホネートの割合でかつ適当な陽イオンを用い
て製造したスルホン化E P T (5ulfo −E
P T )は良好な圧縮永久ひずみ特性を有しうろこ
とが明らかとなった。
しかし、かかる材料を、非常に高い温度で加工しようと
する場合、押出成形、射出成形又は圧縮成形のような実
用的な方法でも加工することができないことは明らかで
ある。
従って、5ulfo −E P Tを主成分とする材料
において良好な圧縮永久ひずみ(すなわち、70℃で8
0%以下の値)及び加工性を認めることはできなかった
本発明の特徴によれば、使用するスルホン化ニジストマ
ーは加工困難であることを特徴とする。
このスルホン化エラストマーは約0.2〜5モル%のス
ルホネート基を含有することが好ましい。
用語「加工困難」の定義は、200℃におけるキャピラ
リ・レオメータ−測定又は150℃における混練特性の
いずれかに関してなされる。
第一の場合、1.05’X0.05“(90°の入口角
度)のキャピラリを有するインストロン・キャピラリ・
レオメーターを使用して、200℃におけるスルホン化
ニジストマーのレオロジー的挙動の研究をした。
0.29〜3000秒−1の範囲の剪断速度における見
かけの剪断応力を剪断速度の関数として得た。
加工が困難となることのレオロジー的基準は、スルホン
化エラストマーの粘度iカ、0.74秒−1の剪断速度
における剪断応力として定義した場合に少くとも1X1
06ダイン/cm2となり、かつ200秒−1という低
い剪断速度、特に100秒−1という低い剪断速度にお
いてさえ溶融破壊が起ることである。
300秒−1より大きな剪断速度においては、押出され
た毛細管ストランドは非凝集性であり、粉末又は小片と
なる。
明らかに、これらの材料は押出成形又は射出成形又はあ
らゆる高剪断加工技術による加工をすることができない
これらの材料を圧縮成形すると、適当に融着しないよう
な物品が得られる。
これは、視覚による観察及び適当な物理的特性の向上が
ないことによって明らかとなる。
これらのスルホン化エラストマーの混練挙動は300°
F(149℃)において非凝集性であるという。
しかし、混練温度を上昇させると、ポリマーは幾分凝集
性となる。
しかし、450°F(233℃)の混練温度においてさ
え、まだ完全には凝集性ではない。
かくして、スルホン化エラストマーは代表的なポリマー
加工条件下では加工が困難であるか又は加工できない。
しかし、それに少量の前記結晶性ポリオレフィンをブレ
ンドした場合には加工性が得られる。
さらに、このブレンドは加工が困難なスルホン化ポリマ
ー単独の場合と比較して改良された圧縮永久ひずみ特性
を示す(これは成形品の融着性が改良されたことによる
)。
これらのスルホン化エラストマーの加工困難性のために
、引張り強度、圧縮永久ひずみ等のような信頼性ある物
理的特性の測定値を得ることが困、難である。
しかし、揮発性可塑剤法又は極端な成形条件(すなわち
、高温高圧)を用いて、圧縮成形品を得ることができ、
かつ物理的特性を求めることができる。
一般に、加工困難なスルホン化エラストマーの引張り特
性は、圧縮永久ひずみ特性と同様に、米国特許第364
2728号の組成物と比較して相対的に温度に鈍感であ
る。
スルホン化エラストマーの室温(23℃)における引張
り強度と100℃における引張り強度との比は、20よ
り小さく、より好ましくは15より小さく、最も好まし
くは10より小さい。
スルホン酸ポリマー用の中和剤は、酸化物、水酸化物、
及び低級アルカン酸塩、例えばギ酸塩、酢酸塩及びプロ
ピオン酸塩からなる群から選ばれたものである。
これは、本発明の組成物が使用温度範囲で中和したスル
ホネートのイオン会合を破壊するような剤を多量に含有
していてはならないからである。
かくして、アルコール、長鎖酸、アミン、及び融点が7
0℃より低い類似の極性物質であって現場生成すること
ができるもの、例えばアルコレート、長鎖アルカン酸塩
等のような物質は、最適な特性を得るためには存在すべ
きではない。
このような物質が適度な量(約1%以下)の場合、通常
大きな影響を与えることはない。
理論により束縛される積りはないが、スルホン化エラス
トマーが加工困難であるのは、それが高温においても多
くのイオン会合を保持しているので通常のプラスチック
のような流動性を有していないためであると考えられる
結局、エラストマー相は昇温下における変形の後でも大
きな弾性回復を有する。
例■ 本例は、種々のスルホネート含有量においてかつ種々の
陽イオンを用いた場合の5ulfo −EPTのレオロ
ジー的性質を示す。
これらの材料について得られた粘度は極めて高い。
本例の研究全体を通して、溶融流動特性を測定するため
に、インストロン・キャピラリ・レオメータ−を用いた
流動性を表示するものとして低剪断速度(0,74秒−
1)における剪断応力を用いた。
これらの値は勿論これらの系の溶融粘度を表わす。
これらの条件下で、200℃で5ulfo−EPTガム
の溶融挙動を測定した結果、これらの材料のうちの多く
が加工できないものであることが判明した。
これを表Vに掲載する。この一連の実験に使用したスル
ホン化エラストマーは、エチレンーグロピレンーエチリ
テンノルボルネンターポリマー(EPDM)(エチレン
約50%、プロピレン45%、ENB5%)から誘導し
たものであった。
前記ポリマーの212下(100℃)におけるムーニー
粘度は約20である。
スルホン酸の含有量はポリマー100g当りのミリ当量
で表わす。
前記酸の中和は、中和を完全にするためにスルホン酸1
当量当り3当量の金属酢酸塩を用いて、溶液中で行った
表Vに示された測定値の重要な特徴は、5ulf。
−EPTが押出成形、射出成形又は高速圧縮成形のよう
な実用的な技術によっては加工することができないよう
な溶融流動挙動を有することを示している。
場合によっては、これらの材料を高温で長時間圧縮成形
することにより、凝集フィルムを得ることができるが、
これもまた貧弱な製品を製造するという非実用的な方法
である。
実際、高剪断速度でレオメータ−から押出された材料は
非凝集性小片である。
本発明の以前には、これらのガムにその弾性をほとんど
損うことなく溶融加工性を付与する方法はなかった。
これらの系のスルホン化の程度を約0.4モル%まで下
げることができる。
このような低いスルホン化度の場合には、加工性は改良
されるが、物理的特性が損われる。
勿論、表Vに示した値よりもスルホン化度を高くすれば
、溶融加工性の問題が一層きびしくなるだけである。
明らかに、その状態の材料は非加工性である。
流動性が非常に貧弱であるので、溶融加工した材料につ
いての圧縮永久ひずみの測定は余り意義がない。
従って、測定を行わなかった。また、これらの材料の加
工困難性のために、圧縮成形により融着した試料片を得
ることは容易でなかった。
従って、引張り特性は得られなかった。
例■ 本例の一連の実験は、スルホン化EPDMを変性すれば
、非常に改良された流動特性を有する生成物を得ること
ができることを示す。
前記流動特性は、200℃において種々の剪断速度で剪
断応力を測定することにより求めた。
本発明の方法による変性は、非加工性5ulfo−EP
Tガムを高密度ポリエチレン又はポリプロピレンとブレ
ンドすることである。
生成ブレンドは、圧縮永久ひずみを測定するために、7
0℃で圧縮成形した。
また溶融流動特性を求めるために、200℃でキャピラ
リ・レオメータ−で試験をした。
スルホン化エラストマーは例■で使用したものと同一の
ものである(すなわち、出発EPTが同一であるととも
に、同一のスルホン化度、及び陽イオンを用いた)。
しかし、この一連の実験では5ulfo −EPTガム
は、高密度結晶性ポリオレフィンが生成ブレンドの35
重量%となるのに十分な量の前記ポリオレフィンとブレ
ンドした。
使用したプラスチックは、0.96 g/ccの密度及
び6.0のメルトインデックスを有するHDPE(高密
度ポリエチレン)であった。
このグラスチックの結晶化度は80〜90%であった。
プラスチックのブレンドは、プラスチコーダーを具備す
るブラベンダー混合ヘッドを用いて、160℃でかつ5
0 rpm の回転速度で行った。
スルホン化ガム及びポリオレフィンを交互に添加し、8
分後混合を完了した。
次いでブレンドを、3インチの二ロールミル上で160
℃で3.5分間シート状にした。
溶融ブレンドは、スルホン化度が非常に高い場合に完全
に均一ではない証拠が幾らか見られた以外、全く均一で
あるように見えた。
これらのブレンドは全ての場合、はとんど困難なく得ら
れた。
これらのブレンドを、表VIaに示されるような流動挙
動、表■bに示されるような引張り特性及び表VIcに
示されるような圧縮永久ひずみ特性について、測定した
種々の測定用の試料は次のように作成した。
応力−ひすみ測定用の圧縮成形品 各試料片の20ミルの小さなプレスしたパッド(3分間
予熱、4分間、20トンの圧力で350°Fでプレス、
20トンの圧力下で冷却)。
圧縮永久ひずみ用 各試料片の40ミルの2.25インチX2.25インチ
のプレスしたパッド。
条件は上記と同一。70℃における圧縮永久ひずみ 各40ミルのパッドから12.5インチの円板を切断し
た。
各試料の6枚の円板の堆積体を2つ作った。
シムを具備する圧縮ジグ内に置いて、25%圧縮した。
70℃の強制送風オーブン中で22時間加熱した。
圧縮を停止し、30分後、ひずみを測定した。
上記各表から幾つかの非常に重要な結論が導き出される
全ての場合、これらのプラスチックブレンドは容易に圧
縮成形されて、強靭な圧縮成形パッドが得られた。
さらに、この例のブレンドの応力−ひすみ値は表Vに示
された各5ulfo −EPTガムの115〜1/9で
ある。
溶融破壊を起す剪断速度は非常に変化したので、5ul
fo −EPTガムの場合に可能な剪断速度よりも非常
に高い剪断速度で均一な押出しを行うことができる。
加えて、押出物は、ある場合(すなわち、スルホン酸量
が高いときのBaイオンの場合)を除いて一般に強靭、
なめらかかつ均一であり、優れた流動挙動を示す。
なお、前記Baイオンの場合でも、5ulf。−EPT
ガムよりも実質的に改良された流動性を示す。
これらのブレンドの物理的特性は表■bに示す。
室温における引張り強度は良好であり、これは、良好な
延伸率を有する強靭ではあるが幾分エラストマー状の組
成物であることを示している。
100℃においても引張り強度は非常に高いが、これは
昇温下においても大きな強度を有することを示している
100℃における引張り強度及び室温における引張り強
度から次の比が得られる。
この比は表■bに与えられている。
R■の値は3.0〜8.4の間を変化するが一般には約
3〜5であることは明らかである。
これらの材料の強度を昇温下においても高く保つために
は、この値をできるだけ低くすることが望ましい。
この例のブレンドの圧縮永久ひずみ値は表VIcに示さ
れているが、70℃における長時間の変形の後でも66
%と低い(すなわち34%回復)。
これから明らかなように、本発明の生成物は優れた圧縮
永久ひずみ値を有する。
かくして、この例のブレンドは、良好なレオロジー的挙
動、良好な引張り特性(特に100℃において)、及び
良好な圧縮永久ひずみをあわせ持つことが明らかとなっ
た。
例■ 選択的可塑剤(ステアリン酸)をスルホン酸1当量当り
3当量の割合で存在させること以外、例■において使用
したものと同一のスルホン化EPTを試験した。
これらの可塑化5ulfo −EPTガムの流動挙動を
表■に示す。
明らかに、ステアリン酸の存在はこれらの材料の溶融粘
度を著しく低下させる。
これは、昇温下(〜200℃)で解離するイオン基との
選択的相互作用によるものと考えられる。
例■ 例■の5ulfo −EP Tガムに、例■と同一の方
法を用いてHDPEをブレンドした。
例■の方法と非常に類似の方法により測定を行った。
これらの材料の流動挙動を表■aに示す。
これらのデーターを表VIaのデーターと比較すると、
一般にステアリン酸の存在により与えられた剪断速度に
おける剪断応力が1/3だけ低下し、また溶融破壊する
;剪断速度がある程度向上することが明らかとなる。
本例のブレンドの物理的特性は表■bに示す。
室温における引張り特性は表vtbに掲載したものと全
く同様であるが、100℃における特性は著しく異るこ
とが明らかである。
実際、表■bの100℃における引張り特性は表■bの
5〜9倍も大きい。
この著しい相違は、破壊点における引張り強度の比R?
8°により表される。
表■bのデーターに対して、この比は20〜60程度で
あるが、ステアリン酸可塑剤を使用しないブレンドの場
合、この比は一般に3〜8となる。
この比は低いことが非常に望ましいので、この発見は非
常に重要である。
最後に、この例のブレンドの圧縮永久ひずみ値を表■C
に与える。
これらの圧縮永久ひずみ値は、表VIcに記載の値より
も非常に悪い。
事実、この試験の後における70℃での回復は、この例
のブレンドではO〜7%程度であるが、例■のブレンド
では17〜34%の範囲である。
この例のデーターは、明らかに上記表に記載された量の
ステアリン酸の存在により、物理的特性が非常に損われ
ることを示している。
この物理的特性を良好にすることが本発明の目的の−で
ある。
例X 前述の実験は、高密度ポリエチレンと適当な5ulfo
−EPTとのブレンドは、満足な溶融挙動シミ及び優れ
た物理的強度を有する材料を与えることを示した。
これらの同一の特性は他の結晶性ポリオレフィン、特に
低密度ポリエチレン(LDPE)及びポリプロピレン(
pp)でも得られる。
この一連の実験に使用したスルホン化エラストマーは、
エチレンープロピレンーエチリテンノルボルネン(EN
B)ターポリマー(エチレン約50%、プロピレン45
%、ENB5%)(100℃のムーニー粘度は約20)
から誘導したものであった。
スルホン酸量は、ポリマー1001当りの酸のミリ当量
で表わす。
前記酸の中和は溶液中で、中和を完全にするためにスル
ホン酸1当量当り3当量の金属酢酸塩を用いて行った。
4通りのSulfo−EPDMガムを用いた。
すなわち、スルホン酸量はポリマー1001当り20及
び30ミリ当量と2通り、及び陽イオンは亜鉛及びマグ
ネシウムの2通りであった。
材料は、スルホン化度及び陽イオンの種類を表わすため
に、Zn−20、Mg−20、Zn−30及びMg −
30と略称する。
これらのガムは、300メルトインデツクスを有し、約
45%の結晶化度を有する低密度ポリエチレン、及びア
イソタクチックポリプロピレンとブレンドした。
いずれの場合もプラスチックは最終ブレンド中に35%
の割合で存在する。
これらの材料をブレンドするために例■に記載の方法を
用いた。
前述の例に記載の方法と同一の方法により溶融流動挙動
を測定した。
これらのデーターに基づいて、全ての試料が押出成形、
圧縮成形及び射出成形に適していることが明らかとなる
これらのブレンドの物理的特性は、それぞれ室温及び1
00℃で測定した(表IXb)。
これらの表から明らかなように、これらのブレンドは室
温において強靭かつエラストマー状であるが、特にポリ
プロピレンとのブレンドの場合、100℃妃においても
良好な引張り特性を有する。
実際、かかるブレンドで500 psiという高い引張
り強度が得られる。
200℃における良好な流動挙動から、これらの特性は
著しい。
この例のブレンドの圧縮永久ひずみについて例■と同一
の方法により試験をした。
データーを表IXcにまとめる。
これらのデーター(レオロジー的特性、物理的特性及び
圧縮永久ひずみ特性)は明らかに、) 5ulfo −
E P Tと結晶性ポリオレフィンとのブレンドが流動
挙動と物理的特性との間に非常に望ましいバランスを有
していることを示している。
ブレンドがこれらの望ましい特性を有するものとなるた
めには、イオン性ニジストマーが特定の種類のものでな
げればならないことは既に述べた通りである。
以下の例により、生成ブレンドが本発明の目的である流
動挙動及び物理的特性のバランスを有するようにするた
めには、プラスチック添加物が上記の条件を満たすもの
でなげればならないことを示す。
例■ この例は、5ulfo −EP Tガム(30ミリ当量
のスルホン酸量を有し、酢酸マグネシウムで中和したも
ので例■に使用したものと同一のガム)と、以下のもの
とのブレンドを比較する。
(1) 0.96の密度の高密度ポリエチレン。
(2)フレクソン(Flexon)845”として市販
されているゴム加工油。
(3) ムーニー粘度が約40のエチレンープロピレ
ンーエチリテンノルボルネンターポリマー(エチレン5
0%、フロピレン45%、エチリテンノルボルネン(E
NB)約5%)、 (4)アククチツク非結晶性ポリプロピレン、(5)約
180000の数平均分子量を有する非結晶性の市販の
ポリスチレン。
フレクソン845は、約15%の芳香族及び約84%の
飽和炭化水素を含有し、20℃における屈折率が1.4
755.6012(15,6°C)における比重が0.
8649及び100下(37,8°C)における粘度が
31.9センチストークスの油である。
フレクソン845はエクソンケミカル・カンパニー製で
ある。
これらを全て5ulfo −E P Tガムと、ガム1
00部P954部の割合でブレンドした。
ブレンドの流動挙動及び室温の引張り特性を測定した。
データーは表Xに示す。
これらのデーターを検討すると、結晶性ポIJ、]−レ
フイン(HDPE)とのブレンドのみが良好な流動挙動
と良好な物理的特性との適当なバランスを有することが
明らかとなる。
明らかに、加工油を添加すると貧弱な流動挙動及びかな
りぎりぎりの物理的特性を有するブレンドが得られる。
EPDMとのブレンド及びアタクチックポリプロピレン
とのブレンドのいずれも、非常に貧弱な引張り特性及び
相当に貧弱な流動挙動を有する。
興味あることには、アタクチックポリプロピレンとのブ
レンドはかなり低い粘度を有するが、溶融破壊が早く起
ることかられかるように、不均一に押し出される。
最後に、ポリスチレンを添加すると、非常に低い延伸率
(すなわち非弾性的)及び貧弱な押出し挙動を有するブ
レンドが得られる。
これらのデーターは明らかにグラスチック添加物を選択
することが重要であることを示している。
明らかに、結晶性ポリオレフィンとのブレンドは、良好
な流動挙動と優れた物理的特性との非常に望ましい組み
合わせを有する系を与える。
本発明の実施態様を以下に示す。
(1)前記ポリオレフィンがポリエチレン又はポリプロ
ピレンであることを特徴とする特許請求の範囲に記載の
組成物。
(2) 前記スルホン化エラストマーがスルホン化エ
チレン−プロピレンターポリマー又はスルホン化ブチル
ゴムであることを特徴とする特許請求の範囲又は前記(
1)に記載の組成物。
(3)前記ポリオレフィンが少くとも70℃の結晶融点
を有することを特徴とする特許請求の範囲及び前1a1
)及び(2)に記載の組成物。
(4)前記ポリオレフィンが少くとも40%の結晶化度
を有することを特徴とする特許請求の範囲及び前記(1
)〜(3)に記載の組成物。
(5)前記ポリオレフィンが20000〜150000
0分子量を有することを特徴とする特許請求の範囲及び
前記(1)〜(4)に記載の組成物。
(6)スルホン化エラストマーに対する結晶性ポリオレ
フィンの重量比が0.70より小さいことを特徴とする
特許請求の範囲及び前記(1)〜(5)に記載の組成物
(力 少(とも98%のスルホネート基が結合している
ことを特徴とする特許請求の範囲及び前記け)〜(6)
に記載の組成物。
(8)スルホネート基が金属対イオンと結合しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲及び前1ixl)〜(7
)に記載の組成物。
(9) 前記スルホネート基がスルホン化エチレン−
プロピレンターポリマーであり、前記結晶性ポリオレフ
ィンがポリエチレンであることを特徴とする前記(8)
に記載の組成物。
(10)前記スルホン化ニジストマーが加工困難な材料
であることを特徴とする前記(8)又は(9)に記載の
組成物。
(11) 前記スルホン化ニラストマーカ約0.2〜
5.0モル%のスルホネート基を有することを特徴とす
る前記(10)に記載の組成物。
(12)実質的に記載した組成物。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 多量のスルホン化エラストマーと少量の結晶性ポリ
    オレフィンとを含有し、前記スルホン化エラストマーが
    約0.2〜20モル%のスルホネート基を含有し、前記
    スルホネート基の少くとも95%に、周期律表の第■及
    び■族、アルミニウム、アンチモン及び鉛からなる群か
    ら選ばれた金属対イオン、有機アミン又はこれらの混合
    物が結合しており、かつ前記結晶性ポリオレフィンが少
    くとも25%の結晶化度を有するものであるブレンド。
JP13787775A 1974-11-18 1975-11-18 スルホンカエラストマ−ト ケツシヨウセイポリオレフイントノブレンド Expired JPS58467B2 (ja)

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