KR20030064415A

KR20030064415A - 다성분계 고분자 구조체

Info

Publication number: KR20030064415A
Application number: KR10-2003-7007340A
Authority: KR
Inventors: 주르뎅에릭; 쇼데르쟝; 케넨스린데어
Original assignee: 엑손모빌 케미칼 패턴츠 인코포레이티드; 어드밴스드 엘라스토머 시스템즈,엘.피.
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-07-31
Also published as: WO2002051634A1; DE60124312D1; US7008699B2; EP1355785A1; ES2272560T3; EP1355785B1; JP2004524183A; JP4021322B2; DE60124312T2; US20040059061A1

Abstract

(a) EPDM으로 이루어진 제1 고분자 구조체 (예를 들면, 필름 또는 고체 콤포넌트)와, (b) 제1 고분자 구조체에 접착되어 있으며, 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM의 혼합물로 이루어진 제2 고분자 구조체 (예를 들면, 필름 또는 고체 콤포넌트)를 포함하는 복합 구조체가 개시된다. 제1 고분자 구조체, 또는 제1 및 제2 고분자 구조체 모두가 적정량의 준결정질 접착성 랜덤 공중합체와 혼합된다.

Description

다성분계 고분자 구조체 {Multicomponent thermoset structures}

예를 들어, 어떤 복합 구조체는 동력 차량 (motor vehicles) 즉, 자동차(automobiles)의 부품을 형성한다. 이러한 구조체는, 압출 성형된 프로필(profiles) 및 몰딩(moldings)과 같은, 자동차에 사용되는 엘라스토머 씰링구조체 (elastomeric sealing structures) (때때로 "씰링 시스템 (sealing systems)"이라고 부르기도 함)를 포함한다. 더욱 구체적으로 말하자면, 그러한 씰링 구조체는 글래스 런 채널 (glass run channels), 도어 씰 (door seals) 및 벨트 라인 씰 (belt line seals)을 포함한다. 어떤 구조체는 공기, 물 또는 소음에 대한 차단성(insulation)을 제공하며, 경우에 따라서는 씰링 표면에 대한 유리의 미끄러짐성을 제공하도록 형성될 수도 있다. 또한, 그러한 복합 구조체는 단순히, 자동차의 심미적 디자인 특징의 일부일 수도 있다. 자동차용 복합 구조체에 사용되는 많은 콤포넌트는 경화된 엘라스토머(예를 들면, EPDM)와 같은 고분자로부터 형성되는데, 이때 상기 엘라스토머와 같은 고분자는 단독으로 또는 다른 고분자와 혼합되어 사용된다. 이러한 복합 구조체의 콤포넌트들은 흔히 서로 달라붙어 있게 된다. 두개의 EPDM 콤포넌트 사이의, 또는 EPDM 콤포넌트와 다른 조성을 갖는 콤포넌트 사이의 접착력의 개선은, 특히 예를 들면 60℃ 이상과 같은 상승된 온도에서, 여전히 요구되고 있다.

본 발명은 개선된 접착(adhesion) 특성을 갖는 고분자 복합 구조체 (polymer composite structures)에 관한 것이다. 예를 들어, 2성분계 고분자 복합 구조체가 개시되는데, 여기에서 고분자 구조체 중의 하나는 적정량의 준결정질 접착성 랜덤 공중합체 (semicrystalline random adhesive copolymer)와 혼합된 EPDM으로 이루어져 있으며, 다른 하나의 고분자 구조체는 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스(matrix)에 분산되어 있는 동적 가황된 EPDM (dynamically vulcanized EPDM)으로 이루어진 혼합물로 구성되어 있다. 상기 두번째의 고분자 구조체도 준결정질 접착성 랜덤 공중합체와 혼합될 수 있다.

뒤에서 논의되는 바와 같이, 본 발명의 여러 태양중 일부는 다층 필름 (multi-layer films)에 관한 것이다. 본 발명의 다른 태양은 서로 접착되어 있는 별개의 고분자 콤포넌트(components)를 갖는 고분자 복합 구조체에 관한 것이며, 이때 상기 콤포넌트는 필름이 아니다.

본 발명의 일 구현예에서, 본 발명의 복합 구조체는, (a) 적정량의 준결정질 접착성 랜덤 공중합체와 혼합된 EPDM으로 이루어진 제1 고분자 구조체(예들 들어, 필름 또는 고체 콤포넌트); (b) 제1 고분자 구조체에 접착되어 있으며, 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스(matrix)에 분산되어 있는 동적 가황된 EPDM (dynamically vulcanized EPDM)으로 이루어진 혼합물로 구성된 제2 고분자 구조체(예들 들어, 필름 또는 고체 콤포넌트)를 포함한다.

제1 고분자 구조체는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체를, EPDM 또는 다른 엘라스토머 재료의 양을 기준으로 하여 5 내지 50 phr(parts per hundred parts of rubber)의 양 만큼 함유한다. 바람직하게는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체는 15 내지 30 phr의 양 만큼 존재한다. 더욱 바람직하게는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체는 25 phr의 양 만큼 존재한다.

본 발명의 다른 구현예에서, 제2 고분자 구조체 또한, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체를, 복합 구조체의 콤포넌트들 사이의 접착성을 더욱 개선하기에 효과적인 양 만큼 함유한다. 바람직하게는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체는, 제2 고분자 구조체에 존재하는 열가소성 폴리올레핀 고분자의 무게를 기준으로 하여 약 5 내지 약 50 중량%의 양 만큼 존재한다.

이하, 청구하고자 하는 발명을 이해시키기 위하여 본 명세서에 적용된 정의 및 바람직한 구현예를 포함하여, 본 발명의 여러가지 구현예, 변형예 및 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 범위는 첨부된 청구항, 그 균등영역, 그리고 청구항에 기재된 요소 및 한정 사항들과 균등한 요소 또는 한정 사항들에 의하여 정해짐은 물론이다. 이하에서, 본 발명이라는 언급은, 청구되는 조성물과 방법을, 본 발명의 부분인 것으로 간주되지 않는 조성물과 방법으로부터 구별하고자 하는 것이다. 그러므로, 본 발명이라는 언급은 청구항에 의하여 정의된 발명의 하나 이상을 가리키는 것이며, 반드시 그 모두를 가리키는 것은 아니다. 구현예라는 언급은, 그러한 구현예를 포괄하는 청구항에 대응됨을 나타내고자 하는 것이며, 반드시 그러한 구현예보다 더 많은 범위를 포괄하는 청구항에 대응됨을 나타내고자 하는 것은아니다.

본 명세서에서, "고분자 구조체 (polymer structure)"라는 용어는, 필름(films), 쉬트(sheets), 층(layers) 등과 같은, 서로 접착될 수 있는 임의의 실질적으로 평평한 구조체를 포함하는 것으로 정의되며, 어떤 경우에는, 예를 들면 접착 과정 중에, 고분자 구조체는 부분적으로 녹을 수도 있다. "고분자 구조체"라는 용어는 또한, 앞에서 논의된 바와 같이, 자동차에 사용되는 성형된 부품과 같은, 임의의 평평하지 않은 구조체를 포함하며, 이 경우에, 고분자 구조체는 구부러진 형태(curved) 또는 둥근(rounded) 형태의 표면을 가질 수 있다. 그러나, "고분자 구조체"라는 용어는, 펠렛(pellets)과 같은, 입자상의 재료는 포함하지 않는 것으로 정의된다.

본 명세서에서 설명되는 복합 구조체의 고분자 구조체 중의 하나는, "열가소성(thermoplastic)" 재료인 것이 바람직한데, 본 명세서에서 이 용어는, 가열에 의하여 반복적으로 연화되고 냉각에 의하여 반복적으로 경화될 수 있는 플라스틱(plastic)을 가리킨다. 또한, 본 명세서에서 설명되는 복합 구조체의 고분자 구조체 중의 하나 또는 두가지 모두가 "열경화성 수지 (thermoset or thermosetting plastics)"를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 "열경화성 수지"라는 용어는, 한번 가열된 후에는 영구적으로 경화되는 플라스틱을 가리키는 것으로 정의된다. 바람직하게는, EPDM 구조체는 가교(crosslink)되어 있다. 본 명세서에서 사용되는 "가교된"이라는 용어는, 임의의 재료가, 예를 들면 브랜칭(branching)과 같은, 고분자 사슬의 가교를 야기하는 과정을 겪었음을 가리킨다. 재료는 큐어링(curing) 또는 가황(vulcanizing)에 의하여 가교될 수 있다. 그리하여, 예를 들면, 가교된 엘라스토머 재료는 가황된 EPDM을 포함할 수 있다.

본 발명의 구체적인 일 구현예는, 적정량의 준결정질 접착성 랜덤 공중합체와 혼합된 EPDM으로 이루어진 제1 고분자 구조체(예를 들면, 필름 또는 고체 콤포넌트로서, 밀도가 높을 수도 있고 발포된 것일 수도 있음)와, 제1 고분자 구조체에 접착되어 있으며, 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM으로 이루어진 혼합물로 구성된 제2 고분자 구조체(예를 들면, 필름 또는 고체 콤포넌트)를 포함하는 복합 구조체에 관한 것이다. 후자의 혼합물의 예로서는, "Santoprene"이라는 상표로 판매되는 것이 있으며, "Advanced Elastomer Systems, L.P. (Akron, Ohio)"로부터 입수가능하다.

이 구현예에서, 제1 고분자 구조체는 준결정질 접착성 랜덤 공중합체를, EPDM 또는 다른 엘라스토머 재료의 양을 기준으로 하여 5 내지 50 phr의 양 만큼 함유한다. 바람직하게는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체는 15 내지 30 phr의 양 만큼 존재한다. 더욱 바람직하게는, 준결정질 접착성 랜덤 공중합체는 25 phr의 양 만큼 존재한다.

일 구현예에서, 복합 구조체는, 엘라스토머 재료로부터, 바람직하게는 EPDM으로부터 만들어지고, 표 1에 열거된 성분 또는 그들의 화학적 균등물 중에서 하나 이상을 추가적으로 포함하는 제1 고분자 구조체와; 본 명세서에 개시된 바와 같이, 예를 들면 이소택틱(isotactic) 폴리프로필렌 또는 에틸렌-프로필렌 공중합체와 같은 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된, 예를 들면, 동적 가황된 EPDM또는 다른 엘라스토머 재료 또는 TPE로 이루어진 혼합물과 같은, 열가소성 엘라스토머(TPE) 혼합물로부터 만들어진 제2 고분자 구조체를 갖는다.

일 구현예에서는, 표 8에 밝혀 놓은 특성을 갖는 복합 구조체가 제공된다. 예를 들면, 본 발명의 구체적인 일 구현예는, 실질적으로 개선된 접착 특성을 갖는 복합 필름 구조체를 포함한다. 또한, 예를 들면, 구체적인 일 구현예는 2-성분계 복합 구조체를 포함하는데, 상기 2-성분계 복합 구조체에 있어서 고분자 콤포넌트 중의 하나는, 5 내지 50 phr, 바람직하게는 15 내지 30 phr, 더욱 바람직하게는 25 phr의 양 만큼의 준결정질 랜덤 공중합체와 혼합된 EPDM을 포함한다. 바람직하게는, 상기 복합 구조체는, EPDM을 갖는 고분자 콤포넌트를 포함하지만 준결정질 랜덤 공중합체는 포함하지 않는 2-성분계 복합 구조체 보다 50% 더 큰 접착 파괴 에너지 (energy at break adhesion)를 갖는다. 또한, 바람직하게는, 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하는 구조체의 접착 불량 모드 (adhesion failure mode)는 점착(adhesive)에서 응집(cohesive)으로 이동하며, 이는 실온에서의, 또한 더 바람직하게는 상승된 온도(70℃)에서의 열가소성 수지의 원천의 불량을 입증한다.

열가소성 엘라스토머 콤포넌트

본 발명의 복합 구조체는, 때때로 "제2 고분자 구조체"라고 불리우는 것, 즉, 동적 가황된 EPDM 또는 다른 엘라스토머 및 열가소성 폴리올레핀 고분자를 포함하는 고분자 구조체를 포함한다. 수 많은 혼합물이 제2 고분자 구조체를 형성하는 데 사용될 수 있는데, 이들은 뒤에서 설명될 것이며, 또는 인용에 의하여 본 명세서에 포함된 특허문헌에서 확인된다. 열가소성 엘라스토머 (TPE)는, 통상의 고무와는 달리, 열가소성 수지 재료처럼 가공되고 재생될 수 있는 고무같은(rubber-like) 재료라고, 일반적으로 정의될 수 있다 (ASTM D 1566). TPE가 가황된 고무를 함유하는 경우에는, 그것은 또한 열가소성 수지 가황물 (thermoplastic vulcanizate : TPV)이라고 불리기도 하는데, 화학적으로 가교된 고무상 (chemically cross-linked rubbery phase)을 갖는 TPE라고 정의되며, 동적 가황 (dynamic vulcanization)에 의하여 제조된다 (ASTM D 1566). "동적 가황된"이라는 용어는 일반적으로, 재료가 "동적 가황"을 겪었음을 의미하며, "동적 가황"이라는 용어는 본 명세서에서, 열가소성 폴리올레핀 수지 및 가황될 수 있는 엘라스토머를 고 전단응력 (high shear) 조건하에서 가황시키는 가황 공정을 포함하는 것으로 의도된다. 그 결과, 가황될 수 있는 엘라스토머는 동시에 가교되고, 엔지니어링 수지 (engineering resin) 내에 "마이크로 겔 (micro gel)"이라는 미세 입자로서 분산된다.

본 명세서에서, TPE와 TPV라는 용어는 열가소성 폴리올레핀 수지와 적어도 부분적으로 가황된 고무의 혼합물을 가리킨다. 그러한 재료는 탄성(elasticity) 특성을 갖는다. 즉, 그러한 재료는 큰 변형으로부터 신속하고도 강력하게 회복될 수 있다. 이러한 고무 특성의 한가지 기준은, 재료를 실온에서 원래 길이의 2배 까지 늘인 후, 1분 동안 유지시킨 다음 놓아주면, 재료가 1분 내에 그것의 원래 길이의 1.5배 미만으로 오그라든다는 것이다 (ASTM D 1566). 또 다른 기준은 인장강도(tensile set) 측정을 위한 "ASTM D 412"에서 발견된다. 재료는 또한 높은 탄성회복율(elastic recovery)에 의하여 특징지어지는데, 탄성회복율은 변형 후의회복 비율을 가리키며, 압축 후의 회복을 백분율로 나타냄으로써 정량화될 수 있다. 완전 탄성 재료는 100%의 회복율을 갖는 반면, 완전 플라스틱 재료는 탄성회복율을 전혀 갖지 않는다. 또 다른 기준이 압축강도(compression set)의 측정을 위한 "ASTM D 395"에서 발견된다.

재료를 동적 가황하는 과정, 그리고 본 발명의 제2 고분자 구조체에 포함될 수 있는 재료는, 미국 특허 실무상 인용에 의하여 본 명세서에 포함되는 미국특허 제4,311,628호, 제5,672,660호에 개시되어 있다. EPDM과 더불어 또는 그 대신에, 제2 고분자 구조체는 또한 다른 TPE를 포함할 수 있다. TPE의 예가 미국 특허 실무상 인용에 의하여 본 명세서에 포함되는 미국특허 제6,147,180호에 개시되어 있다.

또 다른 구현예는 앞에서 설명한 바와 같이 2-성분계 복합 구조체를 포함하는데, 이때 상기 2-성분계 복합 구조체에서 두개의 고분자 콤포넌트는 준결정질 랜덤 공중합체와 혼합된다. 다시 말하면, 제2 고분자 구조체는 또한, 준결정질 랜덤 공중합체를, 제2 고분자 구조체에 존재하는 열가소성 폴리올레핀 고분자의 무게를 기준으로 하여 약 5 내지 약 50 중량%, 바람직하게는 약 10 내지 약 20 중량%의 양 만큼 포함한다. 이 구현예에서의 접착 파괴 에너지는, 준결정질 랜덤 공중합체가 단지 EPDM 콤포넌트와 혼합되는 구현예에 비하여 더욱 개선된다.

준결정질 랜덤 공중합체 콤포넌트

본 명세서에서 설명되는 복합 구조체는 "준결정질 랜덤 공중합체 (semicrystalline random copolymer : SRC)"를 포함한다. 본 명세서에서 "랜덤 공중합체"라는 용어는, 모노머 잔기 (monomer residues)의 분포가 통계적으로 랜덤한모노머의 중합과 합치하는 공중합체라고 정의되며, 단일 반응기에서 모노머로부터 만들어진 공중합체를 포함하지만, 직렬 반응기 (series reactors)에서 모노머로부터 만들어진 공중합체는 포함하지 않으며, 이러한 공중합체는 본 명세서에서 "블록 공중합체 (block copolymers)"로 정의된다. 본 명세서에서 논의되는 랜덤 공중합체는 바람직하게는 "준결정질(semicrystalline)"인데, 이는 일반적으로 그것이 비교적 낮은 결정도를 갖는다는 것을 의미하며, 뒤에서 더욱 상세하게 논의된다. 이러한 준결정질 랜덤 공중합체는 바람직하게는, 70~88 몰%의 프로필렌 단위와 2개의 탄소 원자를 갖거나 (에틸렌 단위) 또는 4 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 (예를 들면, 부텐 단위 또는 옥텐 단위) 알파 올레핀 단위를 포함한다. 그리하여, 일 구현예에서, 바람직한 준결정질 랜덤 공중합체는 폴리프로필렌 고분자 특히, 프로필렌-에틸렌 공중합체인데, 거기에서 상당수의 공중합체 단위, 예를 들면 공중합체 단위의 70~88 몰%는 프로필렌 단위이다. 그리하여, 상기 준결정질 랜덤 공중합체는, 어느 정도 양의 프로필렌을 갖는 통상적인 폴리에틸렌 고분자를 포함하여, 70 몰% 보다 작은 프로필렌 단위를 갖는 프로필렌 및 에틸렌 단위로부터 만들어진 공중합체로부터 구별된다. 본 명세서에서 설명된 하나 이상의 준결정질 랜덤 공중합체를 사용하면, 더욱 좋은 접착 특성이 달성될 수 있다는 사실이 밝혀졌다.

본 발명의 구현예에서 사용되는 준결정질 랜덤 공중합체는 바람직하게는 이소택틱 폴리프로필렌의 결정도의 2% 내지 65%에 해당하는 결정도를 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 "결정질(crystalline)"이라는 용어는, 고도의 분자간 및 분자내 규칙성을 소유하며, 바람직하게는 110℃ 보다 높은, 더욱 바람직하게는 115℃ 보다높은, 가장 바람직하게는 130℃ 보다 높은 온도에서 용융되는 고분자를 광범위하게 포함한다. 높은 분자간 및 분자내 규칙성을 소유하는 고분자는 "높은" 수준의 결정도를 갖는 것으로 일컬어지며, 반면에 낮은 분자간 및 분자내 규칙성을 소유하는 고분자는 "낮은" 수준의 결정도를 갖는 것으로 일컬어진다. 고분자의 결정도는, 예를 들면, 통상적으로 어떤 기준 결정도 (reference or benchmark crystallinity)를 기준으로 하는 백분율 결정도를 이용하여, 정량적으로 표현될 수 있다. 본 발명에서, 결정도는 이소택틱 폴리프로필렌 호모폴리머를 기준으로하여 측정된다. 바람직하게는, 융해열(heat of fusion)을 이용하여 결정도를 측정한다. 그리하여, 예를 들면, 고 결정질 폴리프로필렌 호모폴리머에 대한 융해열이 190 J/g이라고 가정하면, 95 J/g의 융해열을 갖는 준결정질 랜덤 공중합체는 50%의 결정도를 가질 것이다. 본 발명에서 "결정화가능한 (crystallizable)"라는 용어는, 고분자 또는 시퀀스(sequences)가 변형되지 않은 상태에서는 주로 비정질이고, 잡아 늘이거나 어닐링(annealing)시키면 결정질이 되는 것을 의미한다. 그리하여, 어떤 구현예에서는, 준결정질 랜덤 공중합체가 결정화될 수도 있다.

준결정질 랜덤 공중합체는 바람직하게는, 적어도 하나의 C₄~C₂₀알파 올레핀 및 에틸렌으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 코모노머(comonomer)와 프로필렌으로 이루어진 공중합체를 포함하며, 바람직하게는 적어도 약 70 몰%의, 더욱 바람직하게는 적어도 약 73 몰%의, 가장 바람직하게는 적어도 약 85 몰%의 평균 프로필렌 함량을 갖는다. 또한, 상기 프로필렌 공중합체는, 바람직하게는 약15,000 내지 약 200,000 Dalton의, 더욱 바람직하게는 약 50,000 내지 약 150,000 Dalton의, 가장 바람직하게는 약 65,000 내지 약 100,000 Dalton의 중량평균 분자량 (Mw)을 갖는다. 상기 준결정질 프로필렌 공중합체는 바람직하게는 약 3000 dg/min 내지 약 7 dg/min 범위의, 더욱 바람직하게는 약 20 dg/min 내지 약 900 dg/min 범위의, 가장 바람직하게는 약 78 내지 약 630 dg/min 범위의, "ASTM D 1238(B)"에 의하여 측정되는 멜트인덱스(melt index : MI)를 갖는다. 게다가, 상기 준결정질 프로필렌 공중합체는, 약 10 dg/min 내지 약 2500 dg/min 범위의, 또는 약 15 dg/min 내지 약 2000 dg/min 범위의 멜트인덱스를 가질 수 있다. 상기 프로필렌 공중합체의 프로필렌 시퀀스는 이소택틱(isotactic) 프로필렌 시퀀스이거나 아니면 신디오택틱(syndiotactic) 프로필렌 시퀀스일 수 있으며, 바람직하게는 이소택틱 시퀀스이다. 상기 프로필렌 공중합체의 결정도는 이소택틱 또는 신디오택틱 프로필렌 시퀀스로부터 비롯된다.

상기 준결정질 고분자 (SRC)는, 약 25℃ 내지 약 120℃ 범위의, 바람직하게는 약 30℃ 내지 약 110℃ 범위의, 더욱 바람직하게는 약 65℃ 내지 약 100℃ 범위의, 시차주사열계량법(Differential Scanning Calorimetry : DSC, ASTM E-794-95)으로 측정되는 용융점을 갖는, 에틸렌과 프로필렌으로 이루어진 열가소성 공중합체, 바람직하게는 랜덤 공중합체일 수 있다. 상기 준결정질 고분자는 바람직하게는, 약 2 정도의 중량평균 분자량/수평균 분자량 비 (Mw/Mn)를 갖는다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 준결정질 고분자는, 1999년 5월 13일에 출원되어 본 출원과 함께 계류중인 미국출원 제60/133,966호에 "제1 고분자 콤포넌트"로서 상세하게 설명되어 있으며, 상기 미국출원은 본 명세서에 인용에 의하여 포함된다. 상기 준결정질 고분자는 바람직하게는 DSC에 의하여 측정되었을 때 약 30 J/g 내지 약 80 J/g의, 더욱 바람직하게는 DSC에 의하여 측정되었을 때 약 40 J/g 내지 약 70 J/g의, 가장 바람직하게는 DSC에 의하여 측정되었을 때 약 50 J/g 내지 약 65 J/g의 융해열을 갖는다.

DSC를 위해, 본 출원에서 사용되는 바람직한 과정은 다음과 같다. 바람직하게는, 약 6 mg 내지 약 10 mg의 바람직한 고분자 쉬트(sheet)를 약 200℃ 내지 230℃의 온도에서 프레스(press)한 후에, 펀치다이(punch die)로 제거하고, 실온에서 48 시간 동안 어닐링(annealing)시킨다. 이 과정이 끝나면, 상기 시료를 DSC("Perkin Elmer 7 Series Thermal Analysis System)에 배치하고, 약 -50℃ 내지 -70℃의 온도까지 냉각시킨다. 상기 시료를 다시, 약 10℃/min의 속도로 가열하여 약 180℃ 내지 약 200℃의 최종 온도를 얻는다. 시료의 용융 피크 아래의 면적으로서 열출력(thermal output)을 기록하는데, 상기 용융 피크는 전형적으로 약 30℃ 내지 약 175℃의 온도에서 최대 피크를 가지며, 약 0℃와 약 200℃ 사이의 온도 범위에서 발생한다. "Joule" 단위로 측정된 열출력이 융해열 측정치가 된다. 용융점은, 시료의 용융온도 범위 내에서 가장 큰 열흡수가 일어나는 온도로서 기록된다.

본 발명의 SRC는 바람직하게는, 좁은 조성 분포를 갖는 결정화가능한 랜덤 공중합체 (random crystallizable copolymer)를 포함한다. 본 발명에서 SRC에 대하여 "결정화가능한(crystallizable)"이라는 용어는, 고분자 또는 시퀀스가, 변형되지 않은 상태에서는 주로 비정질이지만, 잡아 늘이거나 어닐링시키거나, 또는 결정성 고분자 또는 상기 고분자 내의 결정성 세그먼트(segment)와 같은 핵생성제(nucleating agent)의 존재하에서 결정화될 수 있는 것을 의미한다. 결정화는 본 명세서에서 설명된 바와 같이, DSC에 의하여 측정된다. 그에 따라 제한되는 것을 의미하는 것은 아니지만, 제1 고분자 콤포넌트의 좁은 조성 분포가 중요한 것으로 여겨진다. 고분자의 분자간 조성 분포는 용매 중에서 열분류(thermal fractionation)에 의하여 측정된다. 용매로서는 전형적으로 헥산 또는 헵탄과 같은 포화탄화수소가 사용된다. 이러한 열분류 과정은 앞에서 언급한 미국출원 제60/133,966호에 설명되어 있다. 전형적으로는, 고분자의 약 75 중량%, 더욱 바람직하게는 85 중량%가 하나 또는 두개의 인접한, 가용성 프랙션(fraction)으로 분리되고, 그 나머지는 곧바로 선행하거나 후행하는 프랙션으로 분리된다. 이들 프랙션의 각각은, 전체 제1 고분자 콤포넌트 전체의 평균 몰% 에틸렌 함량의 (상대적으로) 27 몰% 이하, 더욱 바람직하게는 (상대적으로) 14 몰% 이하의 차이가 나는 조성(몰% 에틸렌 함량)을 갖는다. 만약, 제1 고분자 콤포넌트가 앞에서 설명한 분류(fractionation) 시험을 만족시킨다면, 제1 고분자 콤포넌트의 조성 분포가 좁다고 할 수 있다.

준결정질 고분자에 있어서, 스테레오-레귤라 프로필렌 시퀀스 (stereo-regular propylene sequence)의 길이 및 분포는, 실질적으로 랜덤한 결정화성 공중합과 합치한다. 시퀀스 길이 및 분포가 공중합 반응성 비율 (co-polymerization reactivity ratios)과 관련이 있다는 것은 잘 알려져 있다. 실질적으로 랜덤하다는 것은, 공중합체에 대한 반응성 비율의 곱이 바람직하게는 2 이하, 더욱 바람직하게는 1.5 이하, 가장 바람직하게는 1.2 이하인 것을 의미한다.

스테레오-블록 구조체 (stereo-block structures)에 있어서, PP 시퀀스의 평균 길이는, 비슷한 조성을 갖는 실질적으로 랜덤한 공중합체의 그것 보다 크다. 스테레오-블록 구조를 갖는 종래 기술의 고분자는, 실질적으로 랜덤한 분포가 아니라 오히려 이러한 블록 구조체와 합치하는 PP 시퀀스의 분포를 갖는다. 요구되는 랜덤성(randomness)과 좁은 조성 분포를 갖는 결정화성 공중합체를 제조하기 위하여, (1) 단일 위치 촉매 (single sited catalyst) 및 (2) 제1 고분자 콤포넌트의 실질적으로 모든 고분자 사슬에 대하여 단일 중합 환경만을 허용하는, 잘 혼합된 연속 흐름 교반 탱크 중합 반응기 (well-mixed, continuous flow stirred tank polymerization reactor)를 사용하는 것이 바람직하다.

SRC는 바람직하게는, 이소택틱 결정화성 알파-올레핀 시퀀스를 포함하며, 그 바람직한 예로서는 프로필렌 시퀀스 (NMR)가 있다. 제1 고분자 콤포넌트의 결정도는 바람직하게는, 일 구현예에 따르면, 이소택틱 폴리프로필렌의 1% 내지 65%, 더욱 바람직하게는 3% 내지 30%이며, 이러한 수치는 상기 고분자의 어닐링된 시료의 융해열에 의하여 측정된다. SRC는 바람직하게는 1.5 내지 40의, 더욱 바람직하게는 약 1.8 내지 5의, 가장 바람직하게는 1.8 내지 3의 다분산성지수(poly dispersity index : PDI) 또는 Mw/Mn을 갖는다. SCP는, 바람직하게는 40 보다 작은, 더욱 바람직하게는 20 보다 작은, 가장 바람직하게는 10 보다 작은, "ML (1+4)@125℃"의 무니 점도 (Mooney viscosity)를 갖는다. SRC는, 바람직하게는 약 1500 dg/min 보다 작은, 더욱 바람직하게는 약 900 dg/min 보다 작은, 가장 바람직하게는 650 dg/min보다 작은, 190℃에서의 멜트인덱스(MI)를 갖는다. 또한, 상기 준결정질 프로필렌 공중합체는, 약 10 dg/min 내지 약 2500 dg/min의, 또는 약 15 dg/min 내지 약 2000 dg/min의, 또는 더 광범위하게 약 7 dg/min 내지 약 3000 dg/min의, 멜트인덱스를 가질 수도 있다.

SCP의 어떤 구현예에서는, 약 0.5 내지 50 몰%의 알파-올레핀을, 바람직하게는 약 0.9 내지 약 35 몰%의 알파-올레핀을, 더욱 바람직하게는 약 1.3 내지 약 37 몰%의 알파-올레핀을, 가장 바람직하게는 약 1.3 내지 약 15 몰%의 알파-올레핀을 포함함으로써, 낮은 수준의 결정도가 달성될 수 있다. 알파-올레핀은 본 명세서에서, 에틸렌과 C₄~C₂₀알파-올레핀으로 이루어진 군의 하나 이상의 구성원을 포함하는 것으로 정의된다. 알파-올레핀 조성이 SCP의 조성에 대한 상기 하한치 보다 낮으면, SCP의 혼합물은 열가소성이 된다. 알파-올레핀 조성이 서술된 바람직한 범위 내에 있으면, 상기 혼합물은 더욱 향상된 인장강도를 나타낸다. 알파-올레핀 조성이 SCP에 대한 상기 상한치 보다 높으면, 상기 혼합물은 좋지 않은 인장강도를 갖는다. 반드시 그렇다고 볼 수는 없지만, 본 발명의 유리한 효과를 최대화시키기 위하여, SCP는 최적의 양의 이소택틱 폴리프로필렌 결정도를 가질 필요가 있는 것으로 여겨진다. 앞에서 논의된 바와 같이, 가장 바람직한 코모노머는 에틸렌이다.

고무 콤포넌트

"고무(rubber)"라는 용어는 본 출원의 목적상, 비제한적인 예를 들면, 에틸렌-알파-올레핀-디엔 모노머 터폴리머 (ethylene-alpha-olefin-diene monomerterpolymer), 특히 EPDM; 에틸렌 프로필렌 고무 (EPR); 부틸 고무 (butyl rubber); 할로부틸 고무 (halobutyl rubber); 스티렌-이소프렌-스티렌 (SIS); 스티렌-부타디엔 공중합체 (SBC); 폴리이소프렌 고무; 폴리이소부틸렌 고무 (PIB); 스티렌-부타디엔-스티렌 (SBS); 스티렌-부타디엔 고무 (SBR); 폴리부타디엔 고무 (BR); 상기 탄성 고분자의 혼합물; 이들 고무와 열가소성 수지와의 혼합물과 같은, 탄성을 갖는 모든 고분자 및 플라스틱을 포괄하는 것으로 간주된다. 바람직한 고무 콤포넌트는, 에틸렌, 하나 이상의 알파-올레핀, 및 하나 이상의 비공역 디엔 모노머 (non-conjugated diene monomers)로부터 유도된 고분자이다. 바람직한 에틸렌 함량은, 에틸렌--알파-올레핀--디엔 모노머 터폴리머의 총 무게를 기준으로 하여, 약 35 내지 약 85 중량%, 바람직하게는 약 40 내지 약 80 중량%, 더욱 바람직하게는 약 45 내지 약 75 중량%이다.

상기 디엔 모노머는, 30개 이하의 탄소원자를, 더욱 바람직하게는 20개 이하의 탄소원자를 함유하는, 하나 이상의 비공역 디엔일 수 있다. 바람직한 비공역 디엔은, 5-에틸리덴-2-노르보넨 (5-ethylidene-2-norbornene : ENB); 1,4-헥사디엔; 1,6-옥타디엔; 5-메틸-1,4-헥사디엔; 3,7-디메틸-1,6-옥타디엔; 비닐노르보넨 (vinylnorbornene); 디시클로펜타디엔; 및 이들의 조합 중의 하나 이상을 포함하지만, 반드시 이들에 제한되는 것은 아니다. 바람직한 비공역 디엔 함량은, 에틸렌--알파-올레핀--디엔 모노머 터폴리머의 총 무게를 기준으로 하여, 약 1 내지 약 15 중량%, 더욱 바람직하게는 약 2 내지 약 11 중량%이다.

알파-올레핀이, 합계가 100 중량%에 이르도록 하는 함량으로, 에틸렌--알파-올레핀--디엔 모노머 터폴리머의 나머지를 채우게 된다. 바람직한 알파-올레핀은, C₃, C₄, C₆, C₈, 및 이보다 더 큰 분자량의 알파-올레핀을 포함하지만, 반드시 이들에 제한되는 것은 아니다. 더욱 바람직하게는, 알파-올레핀은 프로필렌이다.

에틸렌--알파-올레핀--디엔 모노머 터폴리머는, 전통적인 지글러-나타 촉매 또는 메탈로센(metallocene) 촉매를 사용하는, 통상적인 중합 공정을 통하여 제조될 수 있다. 에틸렌--알파-올레핀--디엔 모노머 터폴리머의 합성은 당해 기술분야에서 잘 알려져 있다. 예를 들면, "G. ver Strate, Encyclopedia of Polymer Sience and Engineering, vol. 6, pp. 522-564 (2nd Ed., 1986)"을 참고할 수 있다.

일 구현예에서, 상기 고무 콤포넌트는, "ExxonMobil Chemical Company ( Baytown, Texas)"로부터 입수가능한 "Vistalon^TM9500"이다. "Vistalon^TM9500"은 에틸렌-프로필렌-에틸리덴-노르보넨으로 이루어진 고분자로서, 다음과 같은 전형적인 특성을 갖는다:

무니 점도 (Mooney Viscosity), ML 1+4, 125℃ ----- 72

에틸렌 함량, 중량% ------------------------------ 60

ENB, 중량% -------------------------------------- 11

·카본 블랙: 가스 및/또는 탄화수소 원료의 연소로부터 일반적으로 생산되며, 레귤라 퍼니스 또는 채널 블랙 (regular furnace or channel black)인 경우에는 20 nm 내지 100 nm의 입자크기를 갖고, 써멀 블랙 (thermal black)인 경우에는150 내지 350 nm의 입자크기를 갖는 카본블랙을 고무의 보강을 위하여 사용하였다. 상기 합성물 중에 그 함량은, 탄성 고분자 100 중량부당 10 내지 300 중량부(phr)일 수 있다.

·가공 오일 (processing oil): 가공성 향상을 위하여 상기 합성물의 점도를 조절하고, 또한 그것의 굳기(hardness)를 50 내지 85 Shore A의 범위로 조절하기 위하여, 가공 오일, 바람직하게는 파라핀계 가공 오일이 첨가된다. 상기 합성물 중의 그 함량은 탄성 고분자 100 중량부당 0 내지 200 중량부일 수 있다.

·산화아연과 스테아르산(stearic acid): 촉진제(accelerators)를 활성화시키고 우수한 가교 밀도를 달성하기 위하여, 산화아연과 스테아르산이 첨가된다. 산화아연의 전형적인 함량은 0 내지 20 phr이고, 스테아르산의 전형적인 함량은 0 내지 5 phr이다.

·가황제(vulcanizing agents): 엘라스토머 분자 사슬을 가교시키는 화학반응을 일으키기 위하여 가황제가 사용된다. 황(0 내지 10 phr), 티우람 디술피드 화합물 (thiuram disulfides, 예를 들면, 테트라메틸 티우람 디술피드)과 티오모르폴린 화합물 (thiomorpholines, 예를 들면, 디티오디모르폴린)과 같은 황 도우너(sulfur donor)(0 내지 10 phr)가 전형적으로 사용된다.

촉진제는, 가교 반응의 속도를 증가시킴으로써 가황 시간을 감소시키기 위하여 사용된다. 전형적인 촉진제로서는, 티아졸 화합물 (thiazoles, 예를 들면, 2-메르캅토벤조 티아졸 (2-mercaptobenzo thiazole) 또는 메르캅토벤조 티아졸 디술피드 (mercaptobenzo thiazol disulfide)), 구아니딘 화합물 (guanidines, 예를 들면, 디페닐 구아니딘 (diphenyl guanidine)), 디티오카르바메이트 화합물 (dithiocarbamates, 예를 들면, 아연 디메틸디티오 카르바메이트 (zinc dimethyldithio carbamate), 아연 디에틸디티오 카르바메이트 (zinc diethyldithio carbamate), 아연 디부틸디티오 카르바메이트 (zinc dibutyldithio carbamate)), 및 기타 고무 합성 분야의 당업자에게 잘 알려진 촉진제가 사용된다. 이들 모두는 0 내지 5 phr의 범위에서 사용될 수 있다.

황계의 가황 시스템 외에도, 과산화물이 가황제(curative)로서 사용될 수 있다. "Science and Technology of Rubber (Academic Press Inc., 1978)"의 제7장에 가황에 대한 설명이 나와 있다.

황으로 가황되든 과산화물로 가황되든지 간에, 본 발명에서 설명된 EPDM으로 이루어진 제1 고분자 구조체는 실질적으로 완전히 경화되며, 결코 부분적으로는 경화되지 않는다. 완전히 경화되었다 함은 경화된 부품이 열경화성이라는 것, 즉, 경화된 부품을 재가소화시킬 수도 없고 녹여서 재가공할 수도 없음을 의미한다.

"고무 100 중량부당 중량부 (phr)"라는 용어와 "탄성 고분자 (elastomeric polymer) 100 중량부당 중량부"라는 용어는 본 발명의 목적상 균등한 것으로 간주된다. "합성물(compound)"이라는 용어의 사용은 본 발명의 목적상, EPDM 고분자 및 앞에서 설명된 하나 이상의 성분을 포함하는 것으로 의도된다.

자동차 보디(body) 부품용 고무 합성 장치 또는 제작 장치는, 엘라스토머를 가소화하거나 곤죽으로 만들면서, 보강재료, 희석 충진제 (diluting fillers), 가황제, 촉진제, 및 당해 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 기타 첨가제와 같은 재료를 첨가함으로써, 자동차 씰링(sealing)용 엘라스토머 합성물을 생산한다. 일반적으로, 그러한 가소화(plastization), 곤죽화(mastication), 및/또는 콤파운딩(compounding), 또는 양자 모두는, 밴베리 믹서 (Banbury mixer) 등과 같은, 롤밀(roll mill) 또는 내부 반죽기(kneader)에서 진행된다. 콤파운딩 후에, 상기 재료들은 성형(shaping) 및 경화(curing)를 위해, 콤파운드를 계량하고 콤파운딩된 엘라스토머를 몰딩 캐비티 또는 다이 (molding cavities or dies) 내로 주입할 수 있는 장치로 공급된다 (예를 들면, 압출기가 사용되며, 주입은 압출기의 스크류 또는 프레스의 피스톤에 의하여 이루어진다). 경화는 가열된 몰드 캐비티 내에서 또는 가열공기 오븐과 같은 열전달 장치 내에서 연속적으로 발생할 수 있는데, 경우에 따라서 이들은 마이크로웨이브 오븐 또는 가열된 액체 염 매체를 포함하는 배쓰(bath)와 결합될 수도 있다.

본 발명에서 "용융점(melting point)"이라는 용어는, 앞에서 논의된 바와 같이, DSC에 의하여 측정되는, 1차 및 2차 용융 피크 중에서 가장 높은 피크로서 정의된다. 분자량(Mn 및 Mw)과 분자량 분포 (MWD)를 측정하는 기법은, 인용에 의하여 본 명세서에 포함되는 미국특허 제4,540,753호 및 상기 특허에 인용된 참고문헌에 개시되어 있으며, 또한 "Macromolecules 1988, vol. 21, p.3360"에도 개시되어 있다.

공중합체의 "조성 분포 (composition distribution)"는 다음의 절차에 따라 측정될 수 있다. 약 30 g의 공중합체를 절단하여, 각 변이 약 1/8 인치인 작은 육면체로 만든다. 이러한 육면체를, 50 mg의 "Irganox 1076" ("Ciba-GeigyCorporation"으로부터 상업적으로 입수가능한 산화방지제)과 함께, 두꺼운 벽을 가지며 스크류 캡 (screw cap)으로 닫힐 수 있는 유리병에 도입한다. 그리고 나서, 425 ml의 헥산 (주로 노르말(normal)과 이소(iso) 이성체로 구성된 혼합물)을 상기 유리병의 내용물에 첨가한 다음, 밀봉시킨 유리병을 약 23℃의 온도에서 약 24 시간 동안 유지시킨다. 이러한 과정이 종료되면, 상기 용액의 상등액을 가만히 따라내고, 그 잔류물을 다시 추가의 헥산으로 24 시간 동안 처리한다. 이 과정이 종료되면, 상기 두개의 헥산 용액을 서로 합친 후 증발시켜서 23℃에서 가용성인 고분자 잔류물을 생산한다. 상기 잔류물에 헥산을 첨가하여 체적이 425 ml가 되도록 한 후, 상기 유리병을 뚜껑덮인 순환수조에서 약 31℃의 온도로 24 시간 동안 유지시킨다. 상기 가용성 고분자 용액의 상등액을 가만히 따라 낸 다음, 추가적으로 헥산을 첨가하고 24 시간 동안 약 31℃의 온도에서 유지시킨 후, 다시 상등액을 따라 낸다. 이러한 방식으로, 40℃, 48℃, 55℃, 및 62℃에서 가용성인 공중합체 콤포넌트의 프랙션이, 단계 사이에 약 8℃의 온도를 증가시킨 상태에서 얻어진다. 또한, 만약 헥산 대신에 헵탄을 60℃ 근처의 모든 온도에 대한 용매로서 사용하면, 95℃에 이르는 온도 증가가 수반될 수 있다. 상기 가용성 고분자를 건조시킨 후 무게를 측정하고, 예를 들어 뒤에서 설명하는 적외선 분광법을 이용하여 조성을 분석하며, 그 결과는 예를 들어 중량% 에틸렌 함량으로 나타낸다. 인접한 온도 증가에서 얻어진 가용성 프랙션이 앞에서 설명한 인접 프랙션 (adjacent fractions)이다. 본 발명에서는, 적어도 75 중량%의 고분자가 두개의 인접한 가용성 프랙션으로 분리되고, 각 프랙션이 평균적인 제1 고분자 콤포넌트의 평균 중량% 모노머 함량의 20%이하의 조성 차이를 갖는 경우에, 상기 고분자는 "좁은 조성 분포 (narrow compositional distribution)"를 갖는 것으로 일컬어 진다.

일 구현예는 지정된 에틸렌 "조성(composition)"을 갖는 공중합체를 포함할 수 있다. 고분자의 에틸렌 조성은 다음과 같이 측정될 수 있다. 얇은 균질 필름을 약 150℃ 이상의 온도에서 프레스(press)하여, "Perkin Elmer PE 1760" 적외선 분광기에 설치한다. 600 cm^-1내지 400 cm^-1범위에서 시료의 풀 스펙트럼 (full spectrum)을 기록하며, 에틸렌의 모노머 중량%는 다음의 방정식으로 계산할 수 있다: 에틸렌 중량% = 82.585 - 111.987 X + 30.045 X², 이때 X는, 1155 cm^-1위치의 피크 높이와, 722 cm^-1또는 732 cm^-1위치의 피크 높이 중 더 높은 피크 높이의 비율이다. 고분자 중의 다른 모노머의 농도 역시 이러한 방법으로 측정될 수 있다.

응용분야(applications)

본 발명은, 일반적으로 차량의 씰링 시스템 (sealing system)으로서 사용되는, 특히, 글래스 런 채널 (glass run channel), 도어 씰 (door seal) 또는 벨트 라인 씰 (belt line seal)로서 알려진 것과 같은 씰링 시스템으로서 사용되는, 압출성형된 탄성 고분자 프로파일(profiles)을 제공한다. 또한, 본 발명은 차량에서의 그러한 씰링 시스템의 사용 방법과 그러한 시스템을 채용한 차량을 제공한다. 또한, 본 발명은, 컬러링(coloring), 저 마찰 코팅 (low friction coating), 열가소성수지 베니어 (thermoplastic veneer), 또는 열가소성수지 오버몰딩 (thermoplastic overmolding)을 포함할 수 있는, 글래스 런 채널, 도어 씰, 또는벨트 라인 씰의 제작 방법을 제공한다. 이렇게 얻어진 씰링 시스템은, 씰링 시스템을 종래에 사용되었던 프로파일에 비하여 우수하고 독특한 것으로 만드는 여러 특성을 겸비한다. 본 발명에서 제공하는 탄성 고분자 프로파일은, 특히, 차량 씰링 시스템, 글래스 런 채널, 도어 실, 또는 벨트 라인 씰의 제작에 적합하게 적용될 수 있으며, 또한, 열가소성 엘라스토머와 조합된 프로파일을 사용하는 차량에 적합하게 적용될 수 있다. 본 발명이 적용될 수 있는 차량은, 예를 들면, 승용차, 모든 크기의 트럭, 농장 차량, 열차 등인데, 반드시 이들에 제한되는 것은 아니다.

자동차에 있어서, 다양한 기능을 가지며 그에 따라 다양한 구조로 성형된 여러가지 종류의 씰링이 존재한다. 예를 들면, 가장 일반적인 것은, 도어 씰, 글래스 런 채널 및 벨트 라인 씰이다.

1. 도어 씰 : 여기에는 3가지의 고무 콤파운드가 사용될 수 있다. 마이크로셀룰라 프로파일 (microcellular profile)은 자동차 보디 프레임과 접촉한 상태에서, 압착에 의하여, 물, 공기 및 공기역학적 소음에 대한 적절한 씰링을 제공한다. 일반적으로 스탬핑(stamping) 가공된 유연한 금속재료를 고무와 함께 공압출(co-extrusion)함으로써 견고하게 제작되는, 메탈 캐리어 콤파운드 (metal carrier compound)는 스폰지(sponge) 부분을 보유하며, 자동차 보디에 더욱 조여지게 된다. 메탈 캐리어 내의 부드러운 고무 립(lips)은, 고무 콤포넌트와 자동차의 금속제 보디 프레임 사이의 빈틈없는 연결을 제공한다. 종래에, 도어 씰은 일반적으로 EPDM 형의 고무를 사용하여, 대개는 다른 어떠한 재료도 첨가하지 않은 채, 제작되어 왔다.

2. 글래스 런 채널 : 글래스 런 채널은 일반적으로, 되감기 조작 중에 글래스가 안내되도록 하고, 그리고 나서 글래스가 닫혔을 때 우수한 차단성을 확보할 수 있도록 하는 형태로 압출된 고무로 구성되는 또 다른 프로파일이다. 채널에서의 움직임은 일반적으로, 고무 채널 내의 플록 디포짓 (flock deposit)에 의하여 촉진된다. 이러한 플록은, 일반적으로 클로로프렌(chloroprene) 계의 경화성 세멘트 (curable cement)에 의하여 고무에 접착된다.

3. 안쪽 또는 바깥쪽 벨트 라인 씰 : 안쪽 또는 바깥쪽 벨트 라인 씰은 일반적으로 두개의 공압출된 부분으로 구성되는 고무 프로파일이다: 그 중 하나는 글래스에 대하여 유연한 부분으로서 글래스의 동작을 용이하게 하기 위하여 앞에서 설명한 바와 같이 변형되어 있고, 그 중 다른 하나는 일반적으로 강철 또는 알루미늄과 같은 금속을 고무 콤파운드와 공압출함으로써 견고하게 제작된 딱딱한 부분이다.

그러한 탄성 프로파일은 또한, 자동차 분야 이외의 다른 적용분야, 즉, 예를 들면 철도 차량, 건물 및 건축 분야에서 사용될 수도 있다.

EPDM의 특성 묘사

파라미터	단위	시험법
EPDM의 구조적 조성(EPDM Structural Compositions)^*
무니 점도 (Mooney Viscosity)	ML 1+4, 125℃, MU	ASTM D 1646
에틸렌	중량%	ASTM D 3900
에틸리덴 노르보넨 (ethylidene norbornene)	중량%	ASTM D 6047

^*에틸렌, 알파-올레핀, 디엔 모노머 탄성 고분자

EPDM 콤파운드의 특징 묘사

콤파운드 특성	단위	시험법
무니 점도	ML 1+4, 100℃, MU	ASTM D 1646
무니 스코치 시간 (Mooney Scorch time)	Ts_{2, 5 또는 10},125℃,분	ASTM D 1646
오실레이팅 디스크 레오미터 (Oscillating Disk Rheometer: ODR) @180℃, ±3°arcMLMHTs2T₉₀경화 속도 (cure rate)	dN.mdN.m분분dN.m/분	ASTM D 2084
물리적 특성 (180℃에서 10분간 압축경화)굳기100% 모듈러스 (100% modulus)인장 강도연신률 (elongation at break)	Shore AMpaMpa%	ISO 7619-1986ISO 37-1977 type2ISO 37-1977 type2ISO 37-1977 type2
컴프레션 셋 (compression set), 180℃에서 8분간 압축 경화22시간/70℃/25% 디플렉션(deflection)	%	ISO 815-1972(E
열가소성 엘라스토머 상의 기재 접착성 (substrate adhesion on thermoplastic elastomers) (100 mm/min의 속도로 벗겨냄)파단력(force at break)파단연신률(elongation at break)파단에너지(energy at break)	Mpa%mJ	Exxon 시험법(아래 참조)

EPDM으로 이루어진 고분자 구조체는 실험실용의 내부 믹서 탄젠셜 타입 파렐 1.6 리터 용량 (laboratory internal mixer tangential type Farrel 1.6 liter capacity)에서 콤파운딩된다. 마스터바쉬(masterbaches)가 제1 패스(pass)에서 혼합되었으며, 그리고 나서 제2 패스에서의 경화제(curatives)의 첨가로 완성되었다.

기재에 대한 고무의 접착성의 시험은 성형된 시료 (molded sample)를 사용하여 이루어진다.

·열가소성 엘라스토머가, 완전히 경화된 열경화성 탄성 EPDM 패드 (fully cured thermoset elastomeric EPDM pad)위에 몰딩된다. 이러한 EPDM 패드는, 엔드캡(end cap) 또는 구석 부분에 대하여 몰드 내의 재료 흐름을 흉내내도록 설계된 특수 몰드 내에 삽입된다. 이러한 몰드는 60×60×3 mm의 크기를 갖는다. 사출조건은 표 3에 나타내었다.

사출 프레스 온도 프로파일	200-230-260-260℃
몰드 온도	40℃
사출 속도	150 mm/sec
사출 압력	35 bar
사출후 압력	초기 압력의 50%
사출후 시간	10 초
냉각 시간	30 초

·접착성 시험은 다음과 같은 조건하에서 수행된다: 일련의 S 2 덤벨 (dumbbells)은 주입된 재료에 대하여 수직으로 다이-커팅(die-cutting)되며, 상기 덤벨은 절반은 열가소성 엘라스토머로, 절반은 탄성 재료로 이루어진다. 접착력은, 상기 덤벨을 인스트론 익스텐쇼미터 (Instron extensiometer)에 죔쇠로 고정시킨 후 100 mm/min의 속도로 잡아당김으로써 측정된다.

실시예 1

본 실시예는, 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM 혼합물로 이루어진 하나의 고분자 구조체(필름)에 접착되어 있는, 적정량의준결정질 접착성 랜덤 공중합체와 혼합된 EPDM으로 이루어진 또 다른 고분자 구조체(필름)을 포함하는 복합 구조체의 제조에 대해 설명한다. 전자의 혼합물은, "Santoprene"이라는 상표를 붙여서 판매되고 있으며, "Advanced Elastomer Systems, L.P."로부터 입수가능하다.

본 실시예에서, 두개의 EPDM 고분자 필름이 만들어졌는데, 제2 EPDM 고분자 필름 (콤파운드 II) 은, 12의 무니 점도(ML 1+4, 125℃), 75℃의 용융점, 84.9 몰%의 프로필렌 함량, 및 2.8 g/10min (190℃, 2.16 kg)의 MFR을 갖는 준결정질 랜덤 공중합체 접착제를 포함하지만, 제1 EPDM 고분자 필름 (콤파운드 I) 은 그러한 공중합체를 갖지 않는다는 점에서 상기 두 필름은 다르다. 표 4는 상기 두개의 EPDM 필름의 각각을 만드는데 사용된 성분을 보여준다. 표 5와 표 6은 EPDM으로 이루어진 고분자 필름의 특성을 보여준다. 이때, 콤파운드 I과 콤파운드 II로 만들어진 필름은, 엔지니어링 수지에 대한 강화된 접착성을 갖도록 편성된 "Santoprene" 열가소성 엘라스토머로부터 제조된 필름에 접착되는데, 이는 공개된 국제특허출원 WO 00/37553호에 설명되어 있으며, 상기 특허는 미국특허 실무상 인용에 의하여 본 발명에 포함된다. 이렇게 얻은 복합 필름 구조체의 접착 특성이 표 8에 보고되어 있다. 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하는 복합 필름 구조체는 실질적으로 개선된 접착 특성을 보였다. 예를 들어, 관측된 바에 의하면, 접착 파단 에너지 (energy at break of adhesion)가, 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하지 않는 복합 필름에 비하여 50% 만큼 증가되었으며, 실제적으로 실온 및 상승된 온도(70℃) 모두에서 접착 불량 모드가 점착(adhesive)에서 응집(cohesive)으로 변하였다 (열가소성 수지 원천의 불량 (thermoplastic stock failure)).

콤파운드 조성단위: phr(part per hundred of rubber)	콤파운드 I	콤파운드 II
EPDM Vistalon^TM9500	100	100
높은 C3 프랙션을 갖는 SRC	0	25
Spheron^TM5000	130	130
Flexon^TM815	80	80
산화아연	5	5
스테아르산	1	1
산화칼슘 80%	5	5
황	1.5	1.5
MBT(75%)	0.8	0.8
DPTT(75%)	1.3	1.3
ZDBDC(80%)	1.3	1.3
DPG	0.5	0.5
총 무게	326.4	351.4

상기 콤파운드의 유변학적 특성 및 경화 특성을 표 5에 나타내었다.

무니 점도ML (1+4), 100℃, M.U.	57	43
무니 스코치, 125℃Ts 5, 분	4.5	5.5
ODR ±3°arc, 180℃ML, dN.mMH, dN.mMH-ML, dN.mTs₂, 분T₉₀, 분경화속도 dN.m/min	968590.52.099	649430.62.558

상기 열경화성 탄성 콤파운드의 물리적 특성은, 180℃에서 5분 동안 프레스에서의 경화 후에 측정된다. 그 결과를 표 6에 나타내었다.

물리적 특성(180℃에서 5분 동안 압축 경화)	콤파운드 I	콤파운드 II
굳기, Shore A100% 모듈러스, MPa인장 강도, MPa파단 연신률, %	714.711255	714.29.6265
콤프레션 셋22 시간/70℃/25% 디프랙션, %	23	53

"Advanced Elastomer System"으로부터 입수가능한 열가소성 엘라스토머 (열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 경화된 EPDM 혼합물) 는 공급자로부터 입수한 즉시, 콤파운딩하지 않고도 곧바로 사용가능하며, 표 7에 나타나 있는 물리적 특성을 갖는다.

인장 강도, MPa파단 연신률, %파단 에너지, mJ

3.96802650

접착성 시험 결과를 표 8에 나타내었다.

탄성 고무	열경화성 기준 콤파운드	개질된 열경화성 콤파운드
열가소성 엘라스토머	"Santoprene" TPE	"Santoprene" TPE
시험온도 23℃에서의접착력, MPa파단 연신률, %파단 에너지, mJ	3.15201570	3.56702350
시험온도 70℃에서의접착력, MPa파단 연신률, %파단 에너지, mJ	1.2345413	1.5490730

큰 프랙션의 프로필렌을 함유하는 엘라스토머로 개질된 탄성 재료가 사용되는 경우에, 응집 불량 (cohesive failure, 예를 들어, 열가소성 엘라스토머 부분의 갈라짐 (tear))이 얻어진다. 이는 실온과 70℃ 모두에서 달성된다.

실시예 2

열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM 혼합물로 이루어진 제2 고분자에 접착되어 있는, EPDM으로 이루어진 제1 고분자로부터 복합 구조체가 제조된다. 제2 고분자는, 개선된 접착 특성을 갖지 않는 범용 등급의 열가소성 엘라스토머이었다 ("Advanced Elastomer Systems, L.P."의 "Santoprene" 열가소성 가황물).

본 실시예에서, 제1 및 제2 고분자 모두는 실시예 1에서 설명된 준결정질 랜덤 공중합체 (SRC)를 포함한다. 제1 고분자 (EPDM) 중의 준결정질 랜덤 공중합체의 양은 25 phr로 일정하게 유지되었다. 제2 고분자 중의 준결정질 랜덤 공중합체의 양은, 일부분의 열가소성 폴리올레핀 고분자 (폴리프로필렌)를 준결정질 랜덤 공중합체로 교체함으로써 변화되었다. 제2 고분자 중의 준결정질 랜덤 공중합체의 양은, 제2 고분자 중의 열가소성 폴리올레핀 고분자 무게의 0 내지 35 중량%의 범위에 걸쳐서 변화되었다.

상기 복합 구조체의 조성과 특성을 표 9에 나타내었다. 제1 및 제2 고분자 콤포넌트 모두에서 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하는 상기 구조체는, 단지 EPDM 콤포넌트에서만 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하는 복합 구조체에 비하여, 대기온도에서 실질적으로 향상된 접착 특성을 나타냈다.

시료	EPDM 중의SRC¹함량(phr)	TPE 중의SRC 함량(중량%)	모듈러스²(100%)	파단연신률²(%)	UTS²(MPa)	에너지³(mJ)
3	25	0	2.8	104	2.8	294
4	25	10	2.5	170	3	503
5	25	15	2.8	148	3.2	474
6	25	17.5	2.6	481	6.3	3030
7	25	25	2.1	401	4.3	1730
8	25	30	1.8	352	3.5	1216
9	25	35	1.8	457	4.8	2194

¹준결정질 랜덤 공중합체,²ASTM D 412-92, @23℃,³UTS ×파단연신률

Claims

(a) 5 내지 50 phr의 준결정질 랜덤 공중합체와 혼합된 탄성 재료로 이루어진 제1 고분자 구조체; 및

(b) 제1 고분자 구조체에 접착되어 있으며, 열가소성 폴리올레핀 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 탄성 재료의 혼합물로 이루어진 제2 고분자 구조체를 포함하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 고분자 구조체의 상기 준결정질 랜덤 공중합체가 상기 탄성 재료를 기준으로 하여, 15 내지 30 phr의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 준결정질 랜덤 공중합체가 이소택틱 폴리프로필렌 결정도의 2% 내지 65%의 결정도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 준결정질 랜덤 공중합체가 70 내지 88 몰% 프로필렌 단위 및 2개의 탄소 원자 또는 4 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알파 올레핀 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 고분자 구조체 중의 상기 탄성 재료가EPDM인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 제2 고분자 구조체는, 프로필렌 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM의 혼합물로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고분자 구조체 중의 상기 탄성 재료가 EPDM을 포함하고, 상기 복합 구조체는, 상기 제1 및 제2 고분자 구조체의 탄성 재료가 EPDM은 포함하지만 준결정질 랜덤 공중합체는 포함하지 않는 복합 구조체의 접착 파단 에너지 보다, 적어도 50% 더 큰 접착 파단 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 고분자 구조체 및 제2 고분자 구조체 모두가 필름인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제1 고분자 구조체 및 제2 고분자 구조체 모두가 필름이 아닌 구조체인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 복합 구조체가 자동차용 탄성 씰링 구조체인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 복합 구조체는, 글래스 런 채널, 도어 씰, 벨트 라인 씰, 차단재(insulation), 루프 씰 (roof seals), 트렁크 씰 (trunk seals) 및 후드 씰 (hood seals)로 이루어진 군에서 선택된 자동차용 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 1 항에 있어서, 상기 제2 고분자 구조체 (b)가 또한, (b) 중의 열가소성 폴리올레핀 고분자의 무게를 기준으로 하여, 5 내지 50 중량%의 준결정질 랜덤 공중합체를 함유하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 구조체 (b)의 상기 준결정질 랜덤 공중합체가 10 내지 20 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 구조체 (b)의 상기 준결정질 랜덤 공중합체가, 이소택틱 폴리프로필렌 결정도의 2% 내지 65%의 결정도를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 구조체 (b)의 상기 준결정질 랜덤 공중합체가 70 내지 88 몰% 프로필렌 단위 및 2개의 탄소 원자 또는 4 내지 10개의 탄소 원자를 갖는 알파 올레핀 단위를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 제1 또는 제2 고분자 구조체 중의 상기 탄성 재료가 EPDM인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 제2 고분자 구조체가, 프로필렌 고분자 매트릭스에 분산된 동적 가황된 EPDM의 혼합물로부터 만들어지는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 제1 및 제2 고분자 구조체 중의 상기 탄성 재료가 EPDM을 포함하며, 상기 복합 구조체는, 상기 제1 및 제2 고분자 구조체의 탄성 재료가 EPDM을 포함하지만 제2 고분자 구조체는 준결정질 랜덤 공중합체를 포함하지 않는 복합 구조체의 접착 파단 에너지 보다, 적어도 50% 더 큰 접착 파단 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 제1 고분자 구조체 및 제2 고분자 구조체 모두가 필름인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 제1 고분자 구조체 및 제2 고분자 구조체 모두가 필름이 아닌 구조체인 것을 특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 복합 구조체는 자동차용 탄성 씰링 구조체인 것을특징으로 하는 복합 구조체.
제 12 항에 있어서, 상기 복합 구조체는, 글래스 런 채널, 도어 씰, 벨트 라인 씰, 차단재, 루프 씰, 트렁크 씰 및 후드 씰로 이루어진 군에서 선택되는 자동차용 구조체를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합 구조체.