KR20020019979A - 프로필렌 그라프트 공중합체를 포함하는 복합 재료 - Google Patents

프로필렌 그라프트 공중합체를 포함하는 복합 재료 Download PDF

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KR20020019979A
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니요기수하스지.
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간디 지오프레이 에이치.
바셀 테크놀로지 캄파니 비이브이
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Abstract

복합 재료는 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 그라프팅 단량체가 그라프트 중합된 다공성 프로필렌 중합체 물질의 주쇄를 갖는 그라프트 공중합체에 균일하게 분산된 하나 이상의 팽윤제로 처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토를 포함하며, 여기서, 복합 재료의 전체 무기물 함량은 복합 재료의 전체 중량을 기준으로 하여 0.5 내지 10%이다. 복합 재료는 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 액체 단량체를 비산화 환경에서, 스멕타이트 점토 및 유기 유리 라디칼 중합 개시제의 존재 하에 다공성 프로필렌 중합체 물질에 그라프트 중합시켜 형성되는 중합 단량체의 쇄에 점토를 삽입시키고, 미립자 프로필렌 중합체 물질 내에 점토 입자의 균일한 분산액을 생성시켜 제조한다.

Description

프로필렌 그라프트 공중합체를 포함하는 복합 재료{Composite materials comprising propylene graft copolymers}
층화된 점토 광물, 예를 들면, 몬모릴로나이트는 두께가 nm 규모(1nm=10Å)인 실리케이트 층으로 구성된다. 중합체 중의 이러한 층화된 물질의 분산액은 종종 나노복합물(nanocomposite)이라 한다.
이들 실리케이트, 예를 들면, 스멕타이트 점토(예: 나트륨 및 칼슘 몬모릴로나이트)를 유기 팽윤제, 예를 들면, 유기 암모늄 이온으로 처리하여 인접한 평면 실리케이트 층 사이에 팽윤제 분자를 삽입시킴으로써 층 사이의 공간을 사실상 증가시키고 점토를 보다 소수성으로 만들어 중합체 전구체와의 상호 반응에 더 적합하게 할 수 있음이 공지되어 있다. 삽입된 실리케이트는 박리시킬 수 있다. 즉, 실리케이트 층은 통상적으로 고전단 혼합에 의해 분리된다. 매트릭스 중합체의 중합 전, 중합 후 또는 중합 동안 매트릭스 중합체와 혼합되는 경우, 개개 실리케이트 층은 중합체의 특성, 예를 들면, 기계적 강도 및/또는 고온 특성 중의 하나 이상이 사실상 개선되는 것으로 밝혀졌다.
예를 들면, 미국 특허 제4,810,734호에는 층화된 점토 물질을 분산 매질, 예를 들면, 물, 알칸올 또는 디메틸 설폭사이드의 존재 하에 팽윤제와 접촉시키고, 융용 중합 가능한 단량체 또는 단량체와 분산 매질과의 혼합물과 혼합한 다음, 혼합물 중의 단량체를 중합시켜 복합 재료를 제조하는 방법이 기술되어 있다. 중합 촉매 및 촉진제가 또한 존재할 수 있다. 형성되는 중합체는, 예를 들면, 폴리아미드, 비닐 중합체 또는 열경화성 수지일 수 있다.
미국 특허 제5,514,734호에는 이에 균일하게 분산된 층화된 또는 원섬유 입자, 예를 들면, 필로실리케이트를 갖는 중합체 매트릭스를 포함하는 복합 재료가 기술되어 있으며, 여기서, 입자는 오가노실란, 오가노 티타네이트 또는 오가노 지르코네이트에 결합되고 중합체 매트릭스에서 하나 이상의 중합체에 결합된 하나 이상의 잔기를 갖는다. 중합체 매트릭스는, 예를 들면, 폴리에스테르, 폴리올레핀 또는 폴리아미드일 수 있다.
미국 특허 제5,760,121호에는 호스트 물질, 예를 들면, 폴리아미드, 폴리비닐아민, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리올레핀 또는 폴리아크릴레이트 및 필로실리케이트 물질의 박리 소판을 포함하는 복합 재료가 기술되어 있다. 소판은 오늄 이온 또는 실란 커플링제 없이 형성된 삽입물로부터 물 및/또는 유기 용매를 함유하는 삽입제 중합체-함유 조성물과 접촉시켜 유도한다. 적합한 삽입제 중합체는 폴리올레핀 및 아크릴 중합체를 포함한다.
미국 특허 제5,910,523호에는 반결정상 폴리올레핀(a), 축적물 중의 분산성 소판을 갖는 점토 충전제(b), 충전제와 반응하는 아미노 관능성 실란(c) 및 실란이 충전제와 반응한 후에 아미노 관능성 실란과 반응하는 카복실화 또는 말레에이트화 반결정상 폴리올레핀(d)을 포함하는 조성물이 기술되어 있다.
그러나, 중합체 매트릭스에 점토 광물을 혼입시켜 항상 현저하게 개선된 기계적 특성을 수득할 수 있는 것은 아니다. 이는 일부분 실리케이트 물질 층의 모든 또는 적어도 상당 부분을 박리시킬 수 없음에 기인한 것일 수 있다. 또한, 이는 층화된 실리케이트 물질과 유기 중합체 간의 친화성 결여에 기인할 수 있다. 이들 문제점을 극복하기 위한 시도가 전적으로 성공적이지 못했다. 따라서, 목적하는 기계적 및 물리적 특성을 갖는 신규한 복합 재료를 필요로 한다.
본 발명은 프로필렌 중합체 물질의 그라프트 공중합체, 및 팽윤제로 처리된 스멕타이트형 점토를 포함하는 복합 재료에 관한 것이다.
본 발명의 복합 재료는
유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 그라프팅 단량체가 그라프트 중합된, 중량 평균 직경이 약 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 약 0.07 이상이고, 입자 중의 공극의 40% 이상의 직경이 1μ 초과인 미립자(particulate) 프로필렌 중합체 물질의 주쇄를 포함하는 그라프트 공중합체(1)와
미립자 프로필렌 중합체 물질에 균일하게 분산된 하나 이상의 유기 팽윤제로처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토(2)를 포함하며, 여기서 복합 재료의 전체 무기물 함량은, 복합 재료의 전체 중량을 기준으로 하여, 약 0.5 내지 약 10%이다.
본 발명의 복합 재료는 사실상 비산화 환경에서, 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 액체 단량체를 하나 이상의 유기 팽윤제로 처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토(1)와, 프로필렌 중합체 물질 100부당 유기 유리 라디칼 중합 개시제(2) 약 0.1 내지 약 6부의 존재 하에 약 60 내지 약 125℃의 반응 온도에서 중량 평균 직경이 약 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 약 0.07 이상이고, 입자 중의 공극의 40% 이상의 직경이 1μ 초과인 미립자 프로필렌 중합체 물질에 그라프트 중합시켜, 형성되는 중합 단량체의 쇄에 점토를 삽입시키고 미립자 프로필렌 중합체 물질 내에 점토 물질의 균일한 분산액을 생성시킴을 포함하는 방법에 의해 제조하며, 여기서, 복합 재료는 복합물의 전체 중량을 기준으로 하여 약 0.5 내지 약 10%의 무기물 함량을 갖는다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 중합체 복합 재료는 우수한 기계적 특성, 예를 들면, 열변형온도, 인장 강도 및 굴곡 모듈러스를 갖는다.
본 발명의 복합 재료에서 그라프트 공중합체의 주쇄로서 사용되는 프로필렌 중합체 물질은
이소탁틱 지수가 80 초과, 바람직하게는 약 85 내지 약 99인 프로필렌 단독중합체(1),
프로필렌과, 에틸렌 및 C4-10α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 올레핀과의 공중합체(2)(여기서, 올레핀이 에틸렌인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 약 10중량%, 바람직하게는 약 4중량%이고, 올레핀이 C4-10α-올레핀인 경우, 중합된 최대 C4-10α-올레핀 함량은 약 20중량%, 바람직하게는 약 16중량%이고, 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
프로필렌과, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개의 올레핀과의 삼원 공중합체(3)(여기서, 중합된 최대 C4-8α-올레핀 함량은 20중량%, 바람직하게는 약 16중량%이고, 에틸렌이 올레핀 중의 하나인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 5중량%, 바람직하게는 약 4중량%이고, 삼원 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
이소탁틱 지수가 80 초과, 바람직하게는 약 85 내지 약 98인 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌(i), 프로필렌, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 프로필렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 이상, 바람직하게는 약 90 내지 약 99중량%이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 약 10 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 15 내지 약 55중량%, 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(b) 약 5 내지 약 25중량%, 바람직하게는 약 5 내지 약 20중량%, 및 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 탄성중합체성 공중합체(c)(여기서, 공중합체는 중합된 디엔 약 0.5 내지 약 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만, 바람직하게는 약 10 내지 약 60중량%, 가장 바람직하게는 약 12 내지 약 55중량%를 임의로 함유하며 실온에서 크실렌에 가용성이고, 135℃에서 데카하이드로나프탈렌중에서 측정한 고유 점도가 약 1.5 내지 약 4.0dl/g이다) 약 30 내지 약 70중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 65중량%를 포함하는 올레핀 중합체 조성물(4)[여기서, (b)와 (c)의 총량은 전체 올레핀 중합체 조성물을 기준으로 하여 약 50 내지 약 90중량%이고, (b)/(c)의 중량비는 0.4 미만, 바람직하게는 0.1 내지 0.3이고, 조성물은 2개 이상의 단계에서 중합에 의해 제조되며, 굴곡 모듈러스가 150MPa 미만이다], 또는
이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독중합체 또는 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 초과이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 약 10 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 20 내지 약 50중량%, 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 무정형 공중합체(b)(여기서, 공중합체는 중합된 디엔 약 0.5 내지 약 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만을 임의로 함유하며, 실온에서 크실렌에 가용성이다) 약 20 내지 약 60중량%, 바람직하게는 약 30 내지 약 50중량%, 및 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(c) 약 3 내지 약 40중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 20중량%를 포함하는 열가소성 올레핀(5)[여기서, 열가소성 올레핀의 굴곡 모듈러스는 150MPa 초과 1200MPa 미만, 바람직하게는 약 200 내지 약 1100MPa, 가장 바람직하게는 약 200 내지 약 1,000MPa이다)일 수 있다.
실온은 약 25℃이다.
(4)와 (5)의 제조에 유용한 C4-8α-올레핀은, 예를 들면, 부텐-1, 펜텐-1, 헥센-1, 4-메틸-1-펜텐 및 옥텐-1을 포함한다.
존재하는 경우, 디엔은 통상적으로 부타디엔, 1,4-헥사디엔, 1,5-헥사디엔 또는 에틸리덴노르보르넨이다.
프로필렌 중합체 물질(4 및 5)은 2개 이상의 단계에서 중합시켜 제조할 수 있으며, 제1 단계에서, 프로필렌, 프로필렌과 에틸렌, 프로필렌과 α-올레핀, 또는 프로필렌, 에틸렌 및 α-올레핀을 중합시켜 (4) 또는 (5)의 성분(a)을 형성시키고, 다음 단계에서 에틸렌과 프로필렌, 에틸렌과 α-올레핀, 또는 에틸렌, 프로필렌 및 α-올레핀의 혼합물 및 임의로, 디엔을 중합시켜 (4) 또는 (5)의 성분(b) 또는 (c)을 형성시킨다.
중합은 액상, 기상 또는 액체-기체 상태로 개별 반응기를 사용하여 수행할 수 있으며, 이들 모두는 배치식으로 또는 연속적으로 수행할 수 있다. 예를 들면,희석제로서 액체 프로필렌을 사용하여 성분(a)의 중합 및 기상으로 성분(b) 및 (c)의 중합을 프로필렌의 부분 탈기를 제외하고는 중간 단계 없이 수행할 수 있다. 모든 기상은 바람직한 방법이다.
프로필렌 중합체 물질(4)의 제조는 미국 특허 제5,212,246호 및 제5,409,992호에 보다 상세하게 기술되어 있다. 프로필렌 중합체 물질(5)의 제조는 미국 특허 제5,302,454호 및 제5,409,992호에 보다 상세하게 기술되어 있다.
프로필렌 단독 중합체는 바람직한 프로필렌 중합체 주쇄 물질이다.
그라프트 공중합체의 주쇄로서 사용되는 프로필렌 중합체 물질은 미립자 형태로 존재하며 중량 평균 직경이 약 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 약 0.07 이상, 즉 용적의 7%는 공극이고, 입자 중의 공극의 40% 이상의 직경이 1μ 초과이다. 바람직하게는 입자 중의 공극의 50% 이상의 직경이 1μ 초과이고, 가장 바람직하게는 입자 중의 공극의 90% 이상의 직경이 1μ 초과이다. 공극 용적 분율은 바람직하게는 0.12 이상, 가장 바람직하게는 0.20 이상이다.
본 발명에 따라 유용한 그라프팅 단량체는 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 단량체성 비닐 화합물일 수 있으며, 여기서, 비닐 라디칼 H2C=CR-(여기서, R은 H 또는 메틸이다)이 직쇄 또는 분지된 지방족 쇄에 결합되거나 모노사이클릭 또는 폴리사이클릭 화합물에서 치환 또는 비치환 방향족, 헤테로사이클릭 또는 지환족 환에 결합된다. 통상적인 치환체 그룹은 알킬, 하이드록시알킬, 아릴 및 할로일 수있다. 유용하게는, 비닐 단량체는 다음 부류 중의 하나 일 수 있다: (1) 스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐피리딘, 비닐피롤리돈, 비닐카바졸 및 이의 동족체를 포함하는 비닐 치환 방향족, 헤테로사이클릭 또는 지환족 화합물, 예를 들면, 알파- 및 파라-메틸스티렌, 메틸클로로스티렌, p-3급-부틸스티렌, 메틸비닐피리딘 및 에틸비닐피리딘, (2) 비닐 포르메이트, 비닐 아세테이트, 비닐 클로로아세테이트, 비닐 시아노아세테이트, 비닐 프로피오네이트 및 비닐 벤조에이트를 포함하는 방향족 및 포화 지방족 카복실산의 비닐 에스테르 및 (3) 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 아크릴아미드, 메타크릴아미드 및 아크릴산, 아크릴레이트 에스테르, 예를 들면, 메틸, 에틸, 하이드록시에틸, 2-에틸헥실 및 부틸 아크릴레이트 에스테르, 메타크릴산, 에타크릴산 및 메타크릴레이트 에스테르, 예를 들면, 메틸, 에틸, 부틸, 벤질, 페닐에틸, 페녹시에틸, 에폭시프로필 및 하이드록시프로필 메타크릴레이트 에스테르, 및 말레산 무수물을 포함하는 불포화 지방족 니트릴 및 카복실산 및 이의 유도체. 하나 이상의 이들 단량체가 사용될 수 있다.
중합된 단량체의 총량은 프로필렌 중합체 물질 100부당 약 10 내지 약 100부, 바람직하게는 약 25 내지 약 95부이다.
본 발명의 복합 재료의 제2 성분인 스멕타이트 점토는 유기 팽윤제, 예를 들면, 유기 암모늄 이온으로 처리하여 인접한 평면 실리케이트 층 사이에 유기 분자를 삽입시켜 층 사이의 공간을 사실상 증가시킬 수 있는 교환 가능한 양이온을 갖는 층화된 실리케이트 광물이다. 층화된 실리케이트의 층 사이의 거리의 확장은 점토의 다른 물질, 이 경우에, 중합 가능한 그라프팅 단량체내의 삽입을 촉진시킨다. 실리케이트의 층 사이의 공간은 실리케이트 층 사이에 중합된 단량체 쇄의 형성에 의해 추가로 증가시킬 수 있다. 삽입된 실리케이트 소판은 중합체에 대한 나노규모(μ 이하 크기) 충전제로서 작용한다.
점토에서 실리케이트 층의 삽입은 양이온 교환 또는 흡수에 의해 수행할 수 있다. 흡수에 의한 삽입에서, 이극성 관능성 유기 분자, 예를 들면, 니트릴, 카복실산, 하이드록시 및 피롤리돈 그룹은 점토 표면에 존재해야 한다. 흡수에 의한 삽입은 산 또는 비-산 점토가 출발 물질로서 사용되는 경우 수행할 수 있다. 양이온 교환은 이온, 예를 들면, Na+, K+, Ca++, Ba++및 Li+를 함유하는 이온성 점토가 사용되는 경우에만 수행된다. 산 점토는 양이온 교환에 의한 삽입을 목적하는 경우, 적합한 출발 물질이 아니다. 이온성 점토는 또한 이극성 유기 분자를 흡수할 수 있다.
스멕타이트 점토는, 예를 들면, 몬모릴로나이트, 사포나이트, 베이델라이트, 헥토라이트 및 스테벤사이트를 포함하며, 작은 각의 X-선 스캐터링에 의해 측정된 실리케이트 층 사이의 공간은 통상 17 내지 36Å이다. 통상적으로, 교환 가능한 양이온, 예를 들면, 나트륨, 칼슘 및 리튬 이온을 갖는 점토가 사용된다. 나트륨 교환 형태의 몬모릴로나이트가 바람직하다.
점토를 처리하기 위해 사용되는 유기 팽윤제는 피리디늄 이온을 배제한 4급 암모늄 화합물, 예를 들면, 폴리(프로필렌 글리콜)비스(2-아미노프로필 에테르), 폴리(비닐피롤리돈), 도데실아민 하이드로클로라이드, 옥타데실아민 하이드로클로라이드 및 도데실피롤리돈이다. 이러한 처리된 점토는 시판되고 있다. 하나 이상의 이들 팽윤제가 사용될 수 있다.
본 발명의 방법에서, 유기 점토, 액체 단량체 및 중합 개시제를 미립자 프로필렌 중합체 물질의 공극에 통과시키고 액체 단량체를 점토 층 사이에 삽입시킨 다음, 그라프트 중합을 프로필렌 중합체 물질의 입자 내에서 수행한다. 이론에 의해 결부시키고자 함은 아니나, 박리(이층), 즉 실리케이트 층의 개개 실리케이트 소판으로의 분리는 삽입된 점토 입자를 함유하는 그라프트 공중합체의 입자가 압출되어 유용한 제조품을 형성하는 경우 수행할 수 있다.
복합 생성물에서 점토 광물로부터 무기 물질의 총량은 복합물의 전체 중량을 기준으로 하여 약 0.5 내지 약 15%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10%이다. 사용되는 점토의 양은 점토/다량체 현탁액의 극히 높은 점도에 의해 한정된다.
임의로, 복합 재료는 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 하나 이상의 고무 성분 약 2 내지 약 45%, 바람직하게는 약 5 내지 약 30% 및/또는 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 분자량 분포가 넓은 프로필렌 중합체 물질 약 5 내지 약 90%, 바람직하게는 약 10 내지 약 70%와 블렌딩될 수 있다.
고무 성분은 올레핀 공중합체 고무(i), 모노알케닐 방향족 탄화수소 컨쥬게이트 디엔 블록 공중합체(ii) 및 코어-쉘 고무(iii)로 이루어진 그룹 중의 하나 이상으로부터 선택된다. 이들 고무 성분은 산 또는 무수물 관능기를 가질 수 있거나, 이들 관능성 그룹을 함유하지 않을 수 있다. 바람직한 고무 성분은 (i) 또는 (ii)이고, 단독으로 또는 배합물로 사용된다.
적합한 올레핀 공중합체 고무는, 예를 들면, 포화 올레핀 공중합체 고무[예: 에틸렌/프로필렌 단량체 고무(EPM), 에틸렌/옥테-1 및 에틸렌/부텐-1 고무] 및 불포화 올레핀 공중합체 고무[예: 에틸렌/프로필렌/디엔 단량체 고무(EPDM)]을 포함한다. 바람직한 올레핀 공중합체 고무는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐-1 및 에틸렌/옥텐-1 공중합체 고무이다.
모노알케닐 방향족 탄화수소 컨쥬게이트 디엔 블록 공중합체는 A-B (또는 디블록) 구조, 선형 A-B-A (또는 트리블록) 구조, 방사상 (A-B)n 형태(여기서, n은 3 내지 20%이다) 또는 이들 구조 형태의 배합의 열가소성 탄성중합체일 수 있으며, 각각 A 블록은 모노알케닐 방향족 탄화수소 중합체 블록이고, 각각 B 블록은 불포화 고무 블록이다. 이러한 형태의 공중합체의 다양한 등급이 시판되고 있다. 등급은 구조, 중간 및 말단 블록의 분자량 및 고무에 대한 모노알케닐 방향족 탄화수소의 비가 상이하다. 블록 공중합체는 또한 수소화될 수 있다. 통상적인 모노알케닐 방향족 탄화수소 단량체는 스티렌, 환 치환 C1-4직쇄 또는 측쇄 알킬 스티렌 및 비닐톨루엔이다. 스티렌이 바람직하다. 적합한 컨쥬게이트 디엔은, 예를 들면, 부타디엔 및 이소프렌을 포함한다. 바람직한 블록 공중합체는 수소화 스티렌/에틸렌-부텐-1/스티렌 트리블록 공중합체이다.
블록 공중합체의 중량 평균 분자량(Mw)은 일반적으로 약 45,000 내지 약 260,000g/mol이고, 충격 강도 및 인성의 최상의 조화를 갖는 조성물을 제공하므로,평균 분자량이 약 50,000 내지 약 125,000g/mol인 것이 바람직하다. 또한, 불포화및 포화 고무 블록을 갖는 블록 공중합체가 사용될 수 있으며, 포화 고무 블록을 갖는 공중합체가 바람직한데, 이는 또한 이를 함유하는 조성물의 충격/인성 조화에 근거하기 때문이다. 블록 공중합체에서 컨쥬게이트 디엔 고무에 대한 모노알케닐 방향족 탄화수소의 중량비는 약 5/95 내지 약 50/50, 바람직하게는 약 10/90 내지 약 40/60이다.
코어-쉘 고무 성분은 상용성 쉘, 통상적으로는 유리질 중합체 또는 공중합체에 의해 둘러싸인 가교결합 고무 상의 작은 입자를 포함한다. 코어는 통상적으로 디엔 고무, 예를 들면, 부타디엔 또는 이소프렌 고무 또는 폴리아크릴레이트이다. 쉘은 통상적으로 스티렌, 메틸 메타크릴레이트 및 아크릴로니트릴로부터 선택된 2개 이상의 단량체의 중합체이다. 특히 바람직한 코어-쉘 고무는 폴리아크릴레이트 코어를 갖는다.
충격 개질제로서 유용한 적합한 고무는, 예를 들면, Engage 8100 및 8150 에틸렌/옥텐-1 공중합체(제조원: DuPont-Dow Elastomers), EPM 306P 에틸렌/프로필렌 공중합체(제조원: Polysar Rubber Division of Miles, Incorporated) 및 Kraton RP6912 스티렌/에틸렌-프로필렌/스티렌 트리블록 공중합체 고무 및 Kraton FG1901X 말레산 무수물로 개질된 스티렌/에틸렌-부텐-1/스티렌 트리블록 공중합체 고무(제조원: Shell Chemical Company)를 포함한다. 열가소성 올레핀, 예를 들면, 그라프트 공중합체의 주쇄 중합체로서 사용하기에 적합한 프로필렌 중합체 물질의 (5)에서 언급한 것을 충격 개질제로서 사용할 수 있다.
본 발명의 복합 재료와 블렌딩될 수 있는 또 다른 임의 성분은 Mw/Mn이 약 5내지 약 60, 바람직하게는 약 5 내지 약 40이고, 용융 유량이 약 0.5 내지 약 50g/10분, 바람직하게는 약 1 내지 약 30g/10분이고, 25℃에서 크실렌 불용성이 94% 이상, 바람직하게는 96% 이상, 가장 바람직하게는 98% 이상인 분자량 분포가 넓은 프로필렌 중합체 물질(BMWD PP)이다. 분자량 분포가 넓은 프로필렌 중합체 물질은 프로필렌의 단독 중합체 또는 프로필렌의 에틸렌/프로필렌 고무 충격 개질된 단독 중합체일 수 있으며, 프로필렌 단독 중합체는 분자량 분포가 넓다.
BMWD PP는 2개 이상의 단계에서 활성 형태로 마그네슘 할라이드에 지지된 지글러-나타 촉매의 존재 하에 중합시켜 제조할 수 있다. 중합 과정은 분리 및 연속 단계로 일어나며, 각각의 단계에서 중합은 선행 단계로부터의 촉매 및 중합체의 존재하에 수행한다.
중합 과정은 공지된 기술에 따라 불활성 희석제의 존재 또는 부재 하에 액 상으로 또는 기상 또는 액체-기체 상태로, 바람직하게는 기상으로 작동되는 배치식으로 또는 연속 모드로 수행할 수 있다. BMWD PP의 제조는 미국 특허 제5,286,791호에 보다 상세하게 기술되어 있다.
기타 첨가제, 예를 들면, 안료, 슬립제(slip agent), 왁스, 오일, 항차단제 및 산화방지제가 또한 조성물에 존재할 수 있다.
본 발명의 복합 재료는 사실상 비산화 환경에서, 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 액체 단량체를 하나 이상의 유기 팽윤제로 처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토(1)와, 프로필렌 중합체 물질 100부당 유기 유리 라디칼 중합 개시제(2) 약 0.1 내지 약 6부, 바람직하게는 약 0.2 내지 약 3부의존재 하에 약 60 내지 약 125℃의 반응 온도에서 중량 평균 직경이 약 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 0.07 이상, 바람직하게는 0.12 이상, 가장 바람직하게는 0.20 이상이고, 입자 중의 공극의 40% 이상, 바람직하게는 50% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상의 직경이 1μ 초과인 미립자 프로필렌 중합체 물질에 그라프트 중합시켜, 형성되는 중합 단량체의 쇄에 점토 입자를 삽입시키고 미립자 프로필렌 중합체 물질 내에 점토 입자의 균일한 분산액을 형성시킴을 포함하는 방법에 의해 제조하며, 여기서, 복합 재료는 복합물의 전체 중량을 기준으로 하여 약 0.5 내지 약 15%, 바람직하게는 약 0.5 내지 약 10%의 무기물 함량을 갖는다.
"비산화 환경"은 올레핀 중합체 물질이 그라프트 공중합체의 제조 동안 노출되는 환경 또는 대기이며 활성 산소 농도, 즉 중합체 물질에서 유리 라디칼과 반응하는 형태의 산소의 농도가 15용적% 미만, 바람직하게는 5용적% 미만, 가장 바람직하게는 1용적% 미만인 환경을 의미한다. 가장 바람직한 활성 산소의 농도는 0.004용적% 이하이다. 이들 범위 내에서, 비산화 대기는 올레핀 중합체 물질에서 유리 라디칼에 대하여 산화적으로 불활성인 기체 또는 기체의 혼합물, 예를 들면, 질소, 아르곤, 헬륨 및 이산화탄소일 수 있다.
유리 라디칼 또는 활성 부위는 미립자 프로필렌 중합체 물질에서 프로필렌 중합체 물질을 유리 라디칼 생성 중합 개시제인 유기 화합물로 처리하여 생성시킨다. 중합 개시제는 사용되는 온도에서 분해 반감기가 약 1 내지 약 240분, 바람직하게는 약 5 내지 약 100분, 가장 바람직하게는 약 10 내지 약 40분이다. 유기 퍼옥사이드, 특히 알콕시 라디칼을 생성하는 유기 퍼옥사이드는 바람직한 부류의 개시제이다. 이들은 아실 퍼옥사이드, 예를 들면, 벤조일 및 디벤조일 퍼옥사이드, 디알킬 및 아르알킬 퍼옥사이드, 예를 들면, 디-3급-부틸 퍼옥사이드, 디쿠밀 퍼옥사이드, 쿠밀 부틸 퍼옥사이드, 1,1-디-3급-부틸퍼옥시-3,5,5-트리메틸사이클로헥산, 2,5-디메틸-2,5-디-3급-부틸퍼옥시헥산 및 비스(α-3급-부틸 퍼옥시이소프로필벤젠), 퍼옥시 에스테르, 예를 들면, 3급-부틸퍼옥시 피발레이트, 3급-부틸 퍼벤조에이트, 3급-부틸 퍼옥토에이트, 2,5-디메틸헥실 2,5-디(퍼벤조에이트), 3급-부틸 디(퍼프탈레이트), 3급-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트 및 1,1-디메틸-3-하이드록시부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트 및 퍼옥시 카보네이트, 예를 들면, 디(2-에틸헥실)퍼옥시 디카보네이트, 디(n-프로필)퍼옥시 디카보네이트 및 디(4-3급-부틸사이클로헥실)퍼옥시 디카보네이트를 포함한다. 퍼옥시 에스테르가 바람직하다.
프로필렌 중합체 물질을 유리 라디칼 중합 개시제, 예를 들면, 유기 퍼옥사이드 및 비닐 단량체와 접촉시켜 그라프트 공중합체를 제조하는 것은 미국 특허 제5,140,074호에 보다 상세하게 기술되어 있다.
본 발명의 방법의 한 양태에서, 미립자 프로필렌 중합체 물질을 반응 온도로 가열하고, 유기 유리 라디칼 개시제를 가한 다음, 액체 단량체 중의 점토의 현탁액을 가한다.
본 발명의 방법의 제2 양태에서, 미립자 프로필렌 중합체 물질을 액체 단량체 중의 점토의 현탁액과 혼합하고, 혼합물을 반응 온도로 가열한 다음, 유기 유리라디칼 개시제를 가한다.
제3 양태에서, 액체 단량체 중의 점토의 현탁액 및 유기 유리 라디칼 개시제를 반응 온도로 가열한 미립자 프로필렌 중합체 물질에 연속 가한다.
또 다른 양태에서, 점토를 탄화수소 용매(바람직하게는 지방족)의 존재 하에 미립자 프로필렌 중합체 물질과 혼합하고, 혼합물을 반응 온도로 가열하여 용매를 제거한 다음, 유기 유리 라디칼 개시제 및 액체 단량체를 가한다. 적합한 탄화수소 용매는 펜탄, 헵탄 및 C8-12직쇄 또는 측쇄 지방족 탄화수소를 포함한다.
본 발명의 방법에서 유기 점토/단량체 현탁액의 제조시 점토 및 유기 팽윤제를 혼합하여 소수성 유기 점토를 생성한다. 소수성 점토를 건조하고 분쇄한다. 단량체를 연장된 시간 동안 교반하면서 분쇄한 유기 점토에 가한다. 현탁제 또는 증점제, 예를 들면, 폴리비닐 알콜을 교반 공정 동안 가할 수 있다.
본 발명자들은 유기 점토의 존재 하에 그라프트 중합시키기는 것에 비해 예비 형성된 그라프트 공중합체를 유기 점토와 간단히 혼합하는 것이 생성물의 기계적 특성에 유의한 개선을 생성시키지 못함을 발견하였다.
본 발명의 방법에 의해 제조된 복합 재료는 인장 강도, 굴곡 모듈러스 및 열 안정성이 개선되었다. 이들은 통상의 성형 공정, 예를 들면, 용융 방사, 주조, 진공 성형, 시트 성형, 사출 성형 및 압출에 의해 제조품을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 제품의 예는 공업 장비, 가정용 장비, 스포츠 장비용 부품, 보틀, 콘테이너, 전기 및 전자 산업용 부품, 자동차용 부품 및 섬유이다. 이들은 압출필름 및 필름 라미네이트, 예를 들면, 식품 포장에 사용하기 위한 필름의 제조에 특히 유용하다.
본 발명의 복합물의 평가에 사용되는 시험 방법은 다음을 포함한다:
굴곡 모듈러스 ASTM D-790-86
인장 강도 ASTM D-638-89
항복 신도 ASTM D-638-89
용융 유량(프로필렌 중합체 물질)(230℃, 2.16kg) ASTM D-1238
이중 게이트 인장 강도 ASTM D-638-89
굴곡 강도 ASTM D-618, 방법 A
노치드 아이조드 강도 ASTM D-256-87
록웰 경도, R ASTM D-785
열변형온도 ASTM D-648
파단 강도 ASTM D-638-89
2% 할선 모듈러스 ASTM D-882
이소탁틱 지수는 크실렌 중에 불용성인 올레핀 중합체의 %로서 정의된다. 실온에서 크실렌에 가용성인 올레핀 중합체의 중량%는 20분 동안 교반하면서 135℃로 가열한 교반기가 장착된 용기에 중합체 2.5g을 크실렌 250ml에 용해시켜 측정한다. 용액을 교반하면서 25℃로 냉각하고, 교반 부재하에 30분 동안 정치시켜 고체를 침강시킨다. 고체를 필터 페이퍼로 여과하고, 남아있는 용액을 질소 스트림으로 처리하여 증발시키고, 고체 잔사를 일정 중량에 도달할때까지 80℃로 진공 건조시킨다. 실온에서 크실렌에 불용성인 중합체의 중량%는 중합체의 이소탁틱 지수이다. 이러한 방법으로 수득한 값은 비등 n-헵탄으로 추출하여 측정한 이소탁틱 지수에 사실상 상응하며, 정의에 의해 중합체의 이소탁틱 지수라 한다.
고유 점도는 135℃에서 데카하이드로나프탈렌중에서 측정한다.
공극 용적 분율 값은 입자에 의해 흡수되는 수은의 용적을 측정하는 수은 다공도 측정 기술에 의해 측정한다. 흡수된 수은의 용적은 공극의 용적에 상응한다. 이 방법은 문헌[참조: Winslow, N. M. and Shapiro, J. J., "An Instrument for the Measurement of Pore-Size Distribution by Mercury Penetration", ASTM Bull., TP 49, 39-44(Feb. 1959), and Rootare, H. M., "A Review of Mercury Porosimetry", 225-252(in Hirshhom, J. S. and Roll, K. H., Eds., Advanced Experimental Techniques in Powder Metallurgy, Plenum Press, New York, 1970)]에 기술되어 있다.
표면적 측정은 문헌[참조: JACS 60, 309(1938)]에 기술된 바와 같이 B.E.T. 방법으로 수행한다.
본 명세서에서, 모든 부 및 %는 달리 지시하지 않는 한, 중량 기준이다.
실시예 1
본 실시예는 각종 팽윤제로 처리된 점토의 존재 하에 폴리스티렌으로 그라프트된 폴리프로필렌을 포함하는 복합물의 제조 및 특성을 기술한다.
유기 점토 A 및 B의 제조에 사용되는 점토는 몬모릴로나이트 K10인 산 점토(제조원: Aldrich Chemical Company)이다. 점토는 다음의 특성을 갖는다: 표면적=220-270m2/g, 벌크 밀도=300-370g/l 및 공극 용적=0.29cm3/g.
유기 점토 A는 몬모릴로나이트 K10 30g을 탈이온수 200ml에 현탁시키고, 60℃로 가열하여 제조하였다. 다른 비이커에, 폴리(프로필렌 글리콜)비스(2-아미노프로필 에테르) 15g을 물 100ml에 용해시키고, 70 내지 75℃로 가열하였다. 37% HCl(12g)을 교반하면서 서서히 가하였다. 2시간 후, 용액을 60℃로 유지된 점토 현탁액에 붓고, 이 온도에서 2시간 동안 교반하였다. 생성된 유기 점토를 여과하고, 중성 세척한 다음, 공기 건조하고, 최종적으로 진공 하에 60℃에서 건조시켰다. 최종 중량은 38g이다. 유기 팽윤제를 갖는 점토의 실리케이트 층 삽입은 흡수에 의해 일어난다.
유기 점토 B는 몬모릴로나이트 K10 110g을 물 500ml에 현탁시키고, 4시간 동안 NaHCO3의 3% 수용액과 함께 50℃로 가열하여 제조하였다. 다른 비이커에, 도데실아민 40g 및 폴리(프로필렌 글리콜)비스(2-아미노프로필 에테르) 2g을 80℃에서 물 200ml에 현탁시켰다. 30% HCl(20ml)의 용액을 서서히 가하여 청정액을 수득하였다. 청정액을 60℃에서 점토 현탁액에 가하고 2시간 동안 교반하였다. 점토를 여과하고, 중성 세척한 다음, 건조하여 생성물 123g을 수득하였다. 유기 팽윤제를 갖는 점토의 실리케이트 층 삽입은 이온 교환에 의해 일어난다.
복합물 A 및 B를 공기 구동 나선형 교반기, 열전쌍, 질소 유입구와 출구, 및 단량체와 퍼옥사이드 부가 니들이 장착된 2ℓ들이 유리 자켓 반응기를 사용하여 제조하였다.
그라프트 공중합체의 제조에서 주쇄 중합체로서 사용되는 프로필렌 단독 중합체는 다음 특성을 갖는다: 용융 유량 9kg/분, 공극 용적 분율 0.28, 표면적 0.3m2/g, 및 공극의 40% 초과의 직경 1μ 초과(제조원: Montell USA Inc.).
복합물 A는 유기 점토 A(30g)를 스티렌(140g)에 현탁시키고 15분 동안 10℃에서 질소로 퍼징하여 제조하였다. 프로필렌 단독 중합체(350g)를 반응기에 가하고, 실온에서 2시간 동안 및 40℃에서 2시간 동안 질소로 퍼징하였다. 반응기 온도를 약 30℃로 저하시켰다. 냉각 펜탄 80ml 중의 3급-부틸퍼옥시 피발레이트 4.4g의 탈기 용액을 반응기에 10분 동안에 걸쳐 공급하고, 펜탄을 질소의 유동으로 구동시킨 다음, 냉도 트랩에서 수집하였다. 반응기를 질소의 느린 유동으로 35 내지 40분 동안 64℃로 가열하였다. 질소 유동을 커팅하고, 스티렌 중의 점토 현탁액을 30분 동안에 걸쳐 서서히 가하였다. 스티렌 부가 수준은 프로필렌 단독 중합체 100부에 대하여 스티렌 40부이다. 반응기 온도를 중합열로부터 78℃로 증가시키고, 5시간 동안 75 내지 78℃로 유지시켰다. 반응 혼합물을 질소 하에 냉각시키고, 중합체를 취하고, 60℃로 진공 처리하였다. 생성물의 최종 중량은 510g이다.
복합물 B을 유기 점토 B를 유기 점토 A 대신 사용하는 것을 제외하고는 상기 기술한 방법과 유사하게 제조하였다.
그라프트 공중합체/점토 복합물을 압출 전 표 1에 나타낸 고무 및 안정화제의 양으로 플라스틱 백에서 무수 혼합하였다. 혼합물을 232℃에서 Haake 트윈 스크류 압출기에서 압출시키고, 215℃에서 Boy 성형기에서 성형하여 물리적 시험용 샘플을 제조하였다.
고무는 24% 옥텐-1을 함유하는 Engage 8100 에틸렌/옥텐-1 고무(제조원: DuPont-Dow Elastomers)이다. 안정화제는 Irganox 215 산화방지제 및 칼슘 스테아레이트의 2.5/1 블렌드이다. Irganox 215 산화방지제는 Irganox 1010 산화방지제 1부 및 Irgafos 168 트리스(2,4-디-3급-부틸페닐)포스파이트 안정화제 2부의 혼합물(제조원: Ciba Specialty Chemicals Corporation)이다.
대조용 폴리스티렌으로 그라프트된 프로필렌 단독 중합체는 점토가 존재하지 않는 것만 제외하고는 복합물 A에서 기술한 바와 같이 제조하였다. 그라프팅용으로 스티렌 단량체에서 점토를 현탁시키기 위한 시도는 실패하였다. 표 1에 나타낸 양으로 그라프트 공중합체, 몬모릴로나이트 K10(표 1에서 "Mont. K10"으로 칭함), 고무 및 안정화제를 압출 전 무수 혼합하였다. 점토는 팽윤제로 처리하지 않는다. 무수 혼합 물질을 230℃(450°F), 100rpm에서 Haake 트윈 스크류 압출기에서 압출시켰다.
샘플의 조성 및 물리적 특성 시험의 결과를 표 1에 나타내었다. 표 1에서, % 폴리스티렌(PSt), % 프로필렌 단독 중합체(PP), % 고무, % 유기 점토 및 % 무기물 함량은 모두 최종 생성물의 중량%에 의한다.
샘플 1 2 대조
복합물 A(g) 480 - -
복합물 B(g) - 480 -
Engage 8100 고무(g) 35 35 35
안정화제(g) 0.9 0.9 0.9
PP-g-스티렌(g) - - 450
Mont. K10(g) - - 30
PSt(%) 25.1 25.19 28.58
PP(%) 62.72 62.74 71.42
Engage 8100 고무(%) 6.80 6.80 6.80
유기 점토(%) 5.38 5.38 5.82
무기물 함량(%) 3.88 3.89 5.82
인장 강도(MPa) 31.2 32.3 31.3
항복 신도(%) 3.1 3.3 3.6
파단 강도(MPa) 27.4 26.2 25.6
굴곡 강도(MPa) 49.8 51.5 49.3
굴곡 모듈러스(MPa) 1807 1908 1732
23℃ 아이조드 충격(ft.lb/in) 0.43 0.49 0.60
경도-R 97 - 93
455kPa에서 HDT(℃) 100 - 96
데이타는 본 발명의 복합 재료가 대조 샘플에 비해 물리적 특성이 보다 잘 조화됨을 보여주며, 예비 성형된 그라프트 공중합체는 유기 팽윤제로 처리되지 않은 점토와 혼합된다.
실시예 2
본 실시예는 시판되는 유기 점토의 존재 하에 폴리스티렌으로 그라프트된 폴리프로필렌을 포함하는 복합물의 제조 및 특성을 기술한다.
샘플 1에서 점토/단량체 현탁액은 EA 2782이고, 팽윤제로 처리된 몬모릴로나이트의 스티렌 단량체 중의 현탁액이다(제조원: RHEOX, Inc.).
샘플 1에 기술된 복합물은 다음과 같이 제조하였다. 실시예 1에서 기술된 프로필렌 단독 중합체(440g)을 질소로 퍼징하고, 질소 퍼지 하에 115℃로 가열하였다. 스티렌 단량체 중의 점토의 현탁액(195g)을 약 4.1g/분의 속도로 실시예 1에서 기술한 반응기에 공급하였다. 표 2에서, pph는 프로필렌 단독 중합체 100부에 대한 가해진 스티렌의 부이다. 3급-부틸 퍼옥타오에이트(8.32g)를 n-옥탄 25ml로 희석하고, 15분 동안에 걸쳐 반응기에 공급하였다. 40kPa(6psi)의 반응기 압력에서 2시간 동안 계속 중합시켰다. 온도를 125℃로 증가시키고, 60분 동안 질소로 퍼징하였다. 냉각시킨 후, 생성물 590g을 반응기로부터 제거하였다.
대조 실시예 1에서 사용된 그라프트 중합체를 점토가 부재하는 것만 제외하고는 상기 기술한 바와 같이 제조하였다.
샘플 1 및 대조 샘플에서 그라프트 공중합체를 실시예 1에서와 동일한 안정화제로 안정화시켰다. 안정화된 그라프트 공중합체/점토 복합물 및 점토 부재 하대조 샘플을 230℃(450°F)에서 Haake 트윈 스크류 압출기에서 압출하고 230℃(450°F)의 온도에서 Boy 성형기로 성형시켰다.
샘플의 조성 및 물리적 특성 시험 결과를 표 2에 나타내었다.
샘플 1 대조 1
스티렌(pph) 20.0 21.5
점토(단량체 중의 %) 8 -
안정화제(%) 0.2 0.2
생성물의 무기물 함량(%) 1.7 0.0
노치드 아이조드 충격(ft-lb/in) 0.44 0.36
인장 강도(kpsi) 5.80 5.54
항복 신도(%) 4.3 4.9
2% 할선 모듈러스(kpsi) 298 262
데이타는 소량의 점토가 생성물(1.7%)에 존재하나, 복합 재료의 물리적 특성이 점토 부재 하의 대조 샘플보다 우수함을 나타낸다.
실시예 3
본 실시예는 시판되는 유기 점토의 존재 하에 폴리스티렌(PP-g-St) 또는 폴리(메틸메타크릴레이트)(PP-g-PMMA)으로 그라프트된 폴리프로필렌을 포함하는 복합물의 대규모 제조 및 특성을 기술한다.
유기 점토는 팽윤제로 처리된 몬모릴로나이트의 스티렌 또는 메틸 메타크릴레이트 중의 현탁액으로서 공급된다(제조원: RHEOX, Inc.).
표 3의 샘플 1에 기술된 복합물은 다음과 같이 제조하였다. 실시예 1에 기술된 프로필렌 단독 중합체(1.3kg, 3.5lb)을 반응기에 가하고 반응기를 실온에서 약 1시간 동안 질소로 퍼징하였다. 반응기를 질소 퍼지 하에 120℃로 가열한 다음, 퍼지를 종결하였다. 유기 점토/스티렌 현탁액 EA-2780(600g)을 질소 퍼지 하에 교반하면서 스티렌 단량체 200g으로 희석하였다. 3급-부틸 퍼옥토에이트(헵탄 50ml로 희석된 무향 무기 알콜 중의 50% 용액 28g) 및 점토/스티렌 현탁액을 각각 2.5ml/분 및 15ml/분의 속도로 반응기에 연속 공급하였다. 총 부가 시간은 90분이다. 1시간 더 반응시키고, 반응기를 질소로 퍼징하여 냉각시켰다. 생성물 1.88kg(5.04lb)은 프로필렌 단독 중합체 100부에 대하여 스티렌 45부를 함유한다.
대조 1에서 폴리스티렌으로 그라프트된 폴리프로필렌을 120℃의 그라프팅 온도에서 실시예 1에서 기술한 프로필렌 단독 중합체에 폴리스티렌을 그라프팅시켜 제조하였다. 스티렌 45중량부를 프로필렌 단독 중합체 100부(pph)에 대하여 가하였다. 무기 알콜 중의 Lupersol PMS 50% 3급-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트(제조원: Elf Atochem)을 퍼옥사이드 개시제로서 사용하였다. 단량체를 0.9pph/분으로 공급하고, 105의 개시제에 대한 단량체의 몰비를 사용하였다. 단량체 및 퍼옥사이드 부가를 완료한 후, 온도를 질소 퍼지 하에 60분 동안 140℃로 상승시켰다.
샘플 2에 기술된 복합물을 반응기에서 실시예 1에서 기술한 프로필렌 단독 중합체 1.27kg(3.41lb) 및 9.53% 메틸 메타크릴레이트를 함유하는 유기 점토의 현탁액 1.31kg(3.5lb)을 질소 대기 하에 45분 동안 실온에서 혼합하여 제조하였다. 혼합물을 95℃로 가열하고, 무향 무기 알콜 150ml로 희석한 3급-부틸 퍼옥시피발레이트 28g의 용액(무향 무기 알콜 중의 75% 용액)을 6ml/분의 속도로 반응기에 공급하였다. 중합을 모든 용액을 가한 후 1시간 동안 95℃에서 수행하였다. 반응기를 100℃로 가열하고, 압력을 제거하였다. 반응기를 질소로 퍼징하고, 냉각시켰다. 최종 생성물(2.52kg, 6.76lb)은 프로필렌 단독 중합체 100부당 폴리(메틸 메타크릴레이트)(PMMA) 56.9부를 함유한다.
대조 2에서 폴리(메틸 메타크릴레이트-코-메틸 아크릴레이트로 그라프트된 폴리프로필렌[PP-g-(MMA-co-MeAc]을 다음과 같이 제조하였다. 그라프트 공중합체용 주쇄 중합체로서 사용되는 프로필렌 단독 중합체는 실시예 1에서와 동일하다. 단량체(95.6% 메틸 메타크릴레이트, 4.4% 메틸 아크릴레이트)를 114℃의 그라프팅 온도에서 프로필렌 단독 중합체 주쇄에 그라프트시켰다. 단량체 95중량부를 프로필렌 단독 중합체 100부(pph)에 대하여 가하였다. 3급-부틸퍼옥시-2-에틸 헥사노에이트(활성 퍼옥사이드 2.1pph, 무기 알콜 중의 50%)을 퍼옥사이드 개시제로서 사용하였다. 메틸 메타크릴레이트(MMA) 및 메틸 아크릴레이트를 예비 혼합하고, 95분 동안 1.0pph/분으로 공급하였다. 120의 개시제에 대한 단량체의 비를 사용한다. 단량체 첨가를 완료한 후, 온도를 추가의 60 내지 120분 동안 질소 퍼지 하에 생성물 중 반응하지 않은 MMA의 양이 500ppm 미만이 될때까지 140℃로 상승시켰다.
그라프트 공중합체/점토 복합물 및 점토 부재 하의 그라프트 공중합체를 플라스틱 백에서 무수 혼합하여 표 3에 나타낸 Engage 8150 탄성중합체 또는 올레핀 중합체 충격 개질제, 분자량 분포가 넓은 프로필렌 단독 중합체(BMWD PP) 및 안정화제의 양으로 혼합하였다. 조성물을 5.6 내지 7.5kg(15 내지 20lb)/시간의 공급 속도로 180 내지 190℃, 300RPM에서 Leistritz 30mm 트윈 스크류 압출기로 압출시켰다. 샘플을 230℃(450°F)에서 Boy 성형기에서 성형하여 물리적 시험용 샘플을 제조하였다.
샘플 1 및 대조 실시예 1에서 충격 개질제로서 사용되는 올레핀 중합체 조성물은 프로필렌 단독 중합체(a) 40%, 크실렌에 불용성이고 에틸렌을 약 90% 함유하는 에틸렌/프로필렌 공중합체(b) 15% 및 실온에서 크실렌에 가용성이고 에틸렌을 50 내지 55% 함유하는 에틸렌/프로필렌 공중합체(c) 45%을 포함한다(제조원: Montell USA Inc.).
분자량 분포가 넓은 폴리프로필렌(BMWD PP)의 MFR은 1.1g/10분이고, 실온에서 크실렌 불용성이 97.8%이고 Mw/Mn이 6 초과이다(제조원: Montell USA Inc.).
샘플 2 및 대조 2에서 사용되는 Engage 8150 에틸렌/옥텐 공중합체 탄성중합체는 25% 중합된 옥텐 단량체를 함유한다(제조원: DuPont-Dow Elastomers).
안정화제는 실시예 1에서 사용되는 것과 동일하다.
샘플의 조성 및 물리적 특성 시험 결과를 표 3에 나타내었다.
샘플 1 대조 1 2 대조 2
BMWD PP(%) 17.32 17.23 42.01 42.01
폴리올레핀 충격 개질제(%) 43.22 43.29 0.0 0.0
안정화제(%) 0.2 0.2 0.2 0.2
Engage 8150 탄성중합체(%) 0.0 0.0 20.2 20.2
PP-g-St(45pph St)(%) 39.46 39.48 0.0 0.0
PP-g-(MMA-co-MeAc)(95pph 전체 단량체)(%) 0.0 0.0 0.0 37.79
PP-g-PMMA(56.9pph)(%) 0.0 0.0 37.79 0.0
생성물 중의 PSt(%) 10.95 12.25 0.0 0.0
생성물 중의 PMMA(%) 0.0 0.0 14.28 13.54
생성물 중의 무기물 함량(%) 1.0 0.0 0.7 0.0
MFR(dg/분) 7.3 6.0 14.28 8.9
노치된 아이조드 충격(ft.lb/in) 3.2 1.6 1.0 5.3
인장 강도(psi) 3013 2913 3990 3330
굴곡 모듈러스(kpsi) 143 140 174 186
데이타는 폴리스티렌 그라프트 시스템에 대하여 점토의 삽입이 모듈러스 및 인장 강도의 손실 없이 충격 강도를 개선시킴을 보여준다. 그러나, PMMA-그라프트 시스템에서, 인장 강도가 개선되면서 모듈러스 및 충격 강도가 저하된다. 충격 강도 및 모듈러스의 저하는 가공 동안 PMMA의 변성에 기인한다. 대조 샘플과 비교하여 보다 높은 복합물의 용융 유동은 PMMA의 변성의 증거이다.
본 명세서에 기술된 본 발명의 기타 측면, 이점 및 양태는 당업자가 선행된 기술을 읽어나감에 따라 용이하게 명백해질 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 특정 양태는 상당하는 상세한 설명에 기술되어 있으며, 이들 양태의 변화 및 변형은 기술되고 첨부된 본 발명의 취지 및 범주를 벗어나지 않으면서 수행할 수 있다.

Claims (19)

  1. 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 그라프팅 단량체가 그라프트 중합된, 중량 평균 직경이 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 0.07 이상이고, 입자 중의 공극의 40% 이상의 직경이 1μ 초과인 미립자 프로필렌 중합체 물질의 주쇄를 포함하는 그라프트 공중합체(1)와
    미립자 프로필렌 중합체 물질에 균일하게 분산된 하나 이상의 유기 팽윤제로 처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토(2)를 포함하며, 복합 재료의 전체 무기물 함량이, 복합 재료의 전체 중량을 기준으로 하여, 0.5 내지 10%인 복합 재료.
  2. 제1항에 있어서, 그라프트 공중합체의 주쇄로서 사용되는 프로필렌 중합체 물질이
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독중합체(1),
    프로필렌과, 에틸렌 및 C4-10α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 올레핀과의 공중합체(2)(여기서, 올레핀이 에틸렌인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 10중량%이고, 올레핀이 C4-10α-올레핀인 경우, 중합된 최대 C4-10α-올레핀 함량은 20중량%이고, 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
    프로필렌과, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개의 올레핀과의 삼원 공중합체(3)(여기서, 중합된 최대 C4-8α-올레핀 함량은 20중량%이고, 에틸렌이 올레핀 중의 하나인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 5중량%이고, 삼원 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌(i), 프로필렌, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 프로필렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 이상이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 10 내지 60중량%, 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(b) 5 내지 25중량%, 및 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 탄성중합체성 공중합체(c)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 디엔 0.5 내지 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만을 임의로 함유하며 실온에서 크실렌에 가용성이고, 135℃에서 데카하이드로나프탈렌중에서 측정한 고유 점도가 1.5 내지 4.0dl/g이다) 30 내지 70중량%를 포함하는 올레핀 중합체 조성물(4)[여기서, (b)와 (c)의 총량은, 전체 올레핀 중합체 조성물을 기준으로 하여, 50 내지 90중량%이고, (b)/(c)의 중량비는 0.4 미만이며, 조성물은 2개 이상의 단계에서 중합에 의해 제조되며, 굴곡 모듈러스가 150MPa 미만이다], 및
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독중합체 또는 에틸렌과프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 초과이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 10 내지 60중량%, 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 무정형 공중합체(b)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 디엔 0.5 내지 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만을 임의로 함유하며, 실온에서 크실렌에 가용성이다) 20 내지 60중량%, 및 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(c) 3 내지 40중량%를 포함하는 열가소성 올레핀(5)(여기서, 열가소성 올레핀의 굴곡 모듈러스는 150MPa 초과 1200MPa 미만이다)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 복합 재료.
  3. 제2항에 있어서, 프로필렌 중합체 물질이 프로필렌 단독 중합체인 복합 재료.
  4. 제1항에 있어서, 그라프팅 단량체가 스티렌인 복합 재료.
  5. 제1항에 있어서, 그라프팅 단량체가 메틸 메타크릴레이트 및 메틸 아크릴레이트인 복합 재료.
  6. 제1항에 있어서, 스멕타이트 점토가 나트륨 교환 가능한 양이온을 갖는 몬모릴로나이트인 복합 재료.
  7. 사실상 비산화 환경에서, 유리 라디칼에 의해 중합될 수 있는 하나 이상의 액체 단량체를 하나 이상의 유기 팽윤제로 처리된 교환 가능한 양이온을 갖는 스멕타이트 점토(1)와 프로필렌 중합체 물질 100부당 유기 유리 라디칼 중합 개시제(2) 0.1 내지 6부의 존재하에 60 내지 125℃의 반응 온도에서 중량 평균 직경이 0.4 내지 7mm이고, 표면적이 0.1m2/g 이상이며, 공극 용적 분율이 0.07 이상이고, 입자 중의 공극의 40% 이상의 직경이 1μ 초과인 미립자 프로필렌 중합체 물질에 그라프트 중합시킴을 포함하여, 무기물 함량이, 복합 재료의 전체 중량을 기준으로 하여, 0.5 내지 10%인 복합 재료를 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 그라프트 공중합체의 주쇄로서 사용되는 프로필렌 중합체 물질이
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독중합체(1),
    프로필렌과, 에틸렌 및 C4-10α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 올레핀과의 공중합체(2)(여기서, 올레핀이 에틸렌인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 10중량%이고, 올레핀이 C4-10α-올레핀인 경우, 중합된 최대 C4-10α-올레핀함량은 20중량%이고, 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
    프로필렌과, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 2개의 올레핀과의 삼원 공중합체(3)(여기서, 중합된 최대 C4-8α-올레핀 함량은 20중량%이고, 에틸렌이 올레핀 중의 하나인 경우, 중합된 최대 에틸렌 함량은 5중량%이고, 삼원 공중합체의 이소탁틱 지수는 85 초과이다),
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독 중합체 또는 프로필렌과 에틸렌(i), 프로필렌, 에틸렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 프로필렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 이상이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 10 내지 60중량%, 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(b) 5 내지 25중량%, 및 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 탄성중합체성 공중합체(c)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 디엔 0.5 내지 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만을 임의로 함유하며 실온에서 크실렌에 가용성이고, 135℃에서 데카하이드로나프탈렌중에서 측정한 고유 점도가 1.5 내지 4.0dl/g이다) 30 내지 70중량%를 포함하는 올레핀 중합체 조성물(4)[여기서, (b)와 (c)의 총량은, 전체 올레핀 중합체 조성물을 기준으로 하여, 50 내지 90중량%이고, (b)/(c)의 중량비는 0.4 미만이며, 조성물은 2개 이상의 단계에서 중합에 의해 제조되며, 굴곡 모듈러스가 150MPa 미만이다], 및
    이소탁틱 지수가 80 초과인 프로필렌 단독중합체 또는 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 공중합체(a)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 프로필렌 함량이 85중량% 초과이고, 이소탁틱 지수가 85 초과이다) 10 내지 60중량%, 에틸렌과 프로필렌(i), 에틸렌, 프로필렌 및 C4-8α-올레핀(ii), 및 에틸렌과 C4-8α-올레핀(iii)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 단량체의 무정형 공중합체(b)(여기서, 당해 공중합체는 중합된 디엔 0.5 내지 10중량% 및 중합된 에틸렌 70중량% 미만을 임의로 함유하며, 실온에서 크실렌에 가용성이다) 20 내지 60중량%, 및 실온에서 크실렌에 불용성인 에틸렌과 프로필렌 또는 C4-8α-올레핀과의 공중합체(c) 3 내지 40중량%를 포함하는 열가소성 올레핀(5)(여기서, 열가소성 올레핀의 굴곡 모듈러스는 150MPa 초과 1200MPa 미만이다)으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 프로필렌 중합체 물질이 프로필렌 단독 중합체인 방법.
  10. 제7항에 있어서, 그라프팅 단량체가 스티렌인 방법.
  11. 제7항에 있어서, 그라프팅 단량체가 메틸 메타크릴레이트 및 메틸 아크릴레이트인 방법.
  12. 제7항에 있어서, 스멕타이트 점토가 나트륨 교환 가능한 양이온을 갖는 몬모릴로나이트인 방법.
  13. 제7항에 있어서, 미립자 프로필렌 중합체 물질을 반응 온도로 가열하고, 유기 유리 라디칼 개시제를 가한 다음, 액체 단량체 중의 점토의 현탁액을 별도로 가하는 방법.
  14. 제7항에 있어서, 미립자 프로필렌 중합체 물질을 액체 단량체 중의 점토의 현탁액과 혼합하고, 혼합물을 반응 온도로 가열한 다음, 유기 유리 라디칼 개시제를 가하는 방법.
  15. 제7항에 있어서, 액체 단량체 중의 점토의 현탁액 및 유기 유리 라디칼 개시제를 반응 온도로 가열한 미립자 프로필렌 중합체 물질에 동시에 가하는 방법.
  16. 제7항에 있어서, 점토를 탄화수소 용매의 존재하에 미립자 프로필렌 중합체 물질과 혼합하고, 혼합물을 반응 온도로 가열하여 용매를 제거한 다음, 유기 유리 라디칼 개시제 및 액체 단량체를 동시에 가하는 방법.
  17. 제1항의 복합 재료와, 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여, 고무 성분 2 내지 45%를 포함하는 조성물.
  18. 제1항의 복합 재료와, Mw/Mn이 5 내지 60이고 분자량 분포가 넓은 프로필렌 중합체 물질 5 내지 90%를 포함하는 조성물.
  19. 제17항에 있어서, Mw/Mn이 5 내지 60이고 분자량 분포가 넓은 프로필렌 중합체 물질 5 내지 90%를 추가로 포함하는 조성물.
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