KR20070112794A - 에틸렌/α-올레핀의 혼성중합체로부터 제조된 충전 중합체조성물 및 이의 용도 - Google Patents

에틸렌/α-올레핀의 혼성중합체로부터 제조된 충전 중합체조성물 및 이의 용도 Download PDF

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웬빈 리앙
윤마 윌슨 청
찰스 에프. 디엘
카일 쥐. 쿰머
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다우 글로벌 테크놀로지스 인크.
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Abstract

충전 중합체 조성물은 (i) 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체, 및 (ii) 충전제를 포함한다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 하나 이상의 경질 블록 및 하나 이상의 연질 블록을 갖는 블록 공중합체이다. 연질 블록은 경질 블록보다 많은 양의 공단량체를 포함한다. 블록 혼성중합체는 본원에 개시된 다수의 독특한 특성을 갖는다. 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 특정 실시양태에서 비교적 높은 내열성 및 개선된 소음, 진동 및 거칠기 특성을 갖고 운송 수단 바닥재, 지붕, 와이어 및 케이블 코팅 분야에 사용될 수 있다.
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체, 충전제, 블록 혼성중합체, 내열성, 방음

Description

에틸렌/α-올레핀의 혼성중합체로부터 제조된 충전 중합체 조성물 및 이의 용도 {FILLED POLYMER COMPOSITIONS MADE FROM INTERPOLYMERS OF ETHYLENE/α-OLEFINS AND USES THEREOF}
본 발명은 에틸렌/α-올레핀의 혼성중합체 및 충전제를 포함하는 충전 중합체 조성물 및 충전 중합체 조성물의 제조 방법 및 이로부터 제조된 제품에 관한 것이다.
방음 특성이 있는 충전 열가소성 조성물의 복합물은 운송 수단 분야에서의 사용이 널리 공지되어 있다. 열가소성 조성물은 전형적으로는 중합체, 가소제 및 충전제를 포함한다. 미국 특허 제4,191,798호, 동 제4,222,924호, 동 제4,263,196호, 동 제4,379,190호, 동 제4,403,007호, 동 제4,430,468호, 동 제4,434,258호, 및 동 제4,438,228호에서 나타난 바와 같이 다수의 특허에는 이러한 고도의 충전 열가소성 조성물이 개시되어 있다. 중합체, 가소제 및 충전제의 상이한 시스템은 운송 수단 바닥재에서 방음 분야를 위해서 제안되어 왔다. 예를 들어, 상기한 특허에는 에틸렌/비닐 에스테르, 에틸렌/불포화 모노카르복실산 또는 디카르복실산, 또는 불포화산의 에스테르 등과 같은 에틸렌 혼성중합체의 사용이 개시되어 있다. 이러한 에틸렌 혼성중합체와 다른 엘라스토머 및 중합체의 블렌드가 또한 이들 분 야에서 제안되어 왔다. 또한, 다양한 충전 폴리에틸렌 공중합체, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌-프로필렌-디엔 조성물은 와이어 및 케이블 분야를 위해 사용된다.
방음 복합물 및 다른 분야에서 사용하기 위해서 많은 상이한 중합체를 기재로 하는 충전 조성물이 제안되어 있지만, 상업적인 이유로 에틸렌 비닐 아세테이트 (EVA)가 가장 널리 사용되어 왔다. 보다 일반적으로 사용되는 중간 밀도 충전제, 예를 들어 CaCO3, 보크사이트, 석고 등과 같은 충전제의 첨가에는 실질적인 제한이 존재한다. 충전제 수준이 특정 포인트를 초과하여 높아질 경우, 용융 지수 (용융 지수가 낮아지는 경우, 압출기 압력이 급속히 증가함), 연성도 ("태 (hand)"가 더 뻣뻣해짐), 및 신장률 (신장률이 급격하게 감소함)과 같은 다른 특성이 손상된다. 결국, 혼합물이 밴부리 혼합기 (Banbury Mixer)에서 더 이상 "유동"하지 않을 것이기 때문에 2 성분 EVA/CaCO3 블렌드를 컴파운딩하는 것이 가능하지 않다 (충전물은 단지 미동만 하고, 수지는 날개 회전에 대해 "작동"하지 않을 것이고, 분말 증가가 계속되지 않고, 방출물의 혼합물은 여전히 분말성 백색 덩어리 중의 분리된 EVA 펠렛일 것이다). BaSO4와 같은 밀도가 매우 높은 충전제를 사용하는 경우, 약간 더 많은 양의 충전제가 2 성분 EVA 블렌드에 첨가될 수 있다. 그러나 충격 강도, 인장, 신장률, 굴곡 모듈러스, 내열성 및 비중과 같은 다수의 균형된 특성을 충족시키는 개선된 물질이 요구된다. 또한, 방음 조성물 또는 복합물이 운송 수단 바닥재와 같은 특정 분야에서 사용되는 경우, 운송 수단 제조자는 다수의 다른 요건을 요구한다. 예를 들어, 운송 수단 재료 또는 부품은 저온, 곰팡이, 안개 및 인화에 대한 저항성의 요건을 충족시켜야 한다.
따라서, 운송 수단의 바닥재, 케이블, 와이어 및 지붕용 부재에서의 사용을 위해서 소음, 진동 및 거칠기 완충 특성이 개선되고, 내열성이 증가되고, 모듈러스가 낮은 다른 물질이 요구된다.
<발명의 개요>
상기 요구는 본 발명의 다양한 면에 의해서 충족된다. 특정 실시양태에서, 본 발명에서는 중합체 및 충전제를 포함하는 충전 중합체 조성물이 제공된다. 조성물에 사용되는 중합체는
(a) Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 하나 이상의 융점 (Tm) (섭씨 온도), 및 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 상기 Tm 및 d의 수치가 하기 관계식에 상응하거나,
Tm > -2002.9 + 4538.5(d) - 2422.2(d)2
(b) Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 용융열 (ΔH) (J/g), 및 최고 DSC 피크와 최고 CRYSTAF 피크 사이의 온도 차이로 규정되는 델타 양 (ΔT) (섭씨 온도)을 특징으로 하며, 상기 ΔT 및 ΔH의 수치가 하기 관계식을 가지거나,
ΔH가 0보다 크고 130 J/g 이하인 경우 ΔT > -0.1299(ΔH) + 62.81
ΔH가 130 J/g보다 큰 경우, ΔT ≥ 48℃
(여기서, CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 사용하여 결정하고, 누적 중합체의 5％ 미만이 식별 가능한 CRYSTAF 피크를 가질 경우, CRYSTAF 온도는 30℃임),
(c) 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 압축 성형 필름으로 측정한 300％ 변형률 및 1 사이클에서의 탄성 회복률 (Re) (％)을 특징으로 하고, 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 실질적으로 가교상을 함유하지 않을 때 상기 Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키거나.
Re >1481-1629(d)
(d) TREF를 사용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 5％ 이상 높은 공단량체 몰 함량을 갖는 것 (여기서, 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 동일한 공단량체를 갖고, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도, 및 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)을 가짐)을 특징으로 하거나, 또는
(e) 25℃에서의 저장 모듈러스 (G' (25℃)), 및 100℃에서의 저장 모듈러스 (G' (100℃))를 가지며, G'(25℃) 대 G'(100℃)의 비율이 약 1:1 내지 약 10:1의 범위임을 특징으로 하거나, 또는
(f) TREF를 사용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되고 블록 지수가 0.5 이상 약 1 이하이고 분자량 분포 Mw/Mn이 약 1.3 초과인 것을 특징으로 하는 하나 이상의 분자 분획물, 또는
(g) 평균 블록 지수가 0 초과 약 1.0 이하이고, 분자량 분포 Mw/Mn이 약 1.3 을 초과하는
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 포함한다.
일 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 하나 이상의 융점 (Tm) (섭씨 온도) 및 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, Tm 및 d의 수치는 하기와 같은 관계식에 상응한다.
Tm ≥ 858.91 - 1825.3(d) + 1112.8(d)2
또다른 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 용융열 △H (J/g) 및 최대 DSC 피크와 최대 CRYSTAF 피크 사이의 온도 차이로서 정의되는 델타 양 △T (섭씨 온도)을 특징으로 하며, △T와 △H의 수치는 하기 관계식을 갖는다.
△T > -0.1299(△H) + 62.81 (0 초과 및 130 J/g 이하의 △H인 경우)
△T ≥ 48℃ (△H가 130 J/g를 초과하는 경우)
여기서, CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 사용하여 측정하고, 중합체의 5％ 미만이 식별가능한 CRYSTAF 피크를 가질 경우 CRYSTAF 온도는 30℃이다.
일 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 압축 성형된 필름에서 측정된 300％ 변형률 및 1 사이클에서의 탄성 회복률 (Re) (％)에 의해 특성화되고, 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 여기서 Re 및 d의 수치는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 가교상을 실질적으로 포함하지 않을 때 하기 관 계식을 만족한다.
Re > 1481 - 1629(d)
또다른 실시양태에서, Re 및 d의 수치는 하기 관계식을 만족한다.
Re >1491-1629(d), Re >1501-1629(d) 또는 Re >1511-1629(d).
일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, TREF를 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 5％ 이상 높은 공단량체 몰 함량을 갖는 것을 특징으로 하며, 여기서 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 동일한 공단량체(들)을 갖고 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도 및 몰 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)을 갖는다.
일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 25℃에서의 저장 모듈러스 G'(250℃) 대 1000℃에서의 저장 모듈러스 G'(100℃)가 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 한다.
일 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 이들의 조합물에서 선택된 α-올레핀을 포함한다.
또다른 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 조성물에 사용되는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, ASTM D-1238 (조건 190℃/2.16 kg)에 따라서 측정된 용융 지수가 약 0.1 내지 약 2000 g/10분의 범위이다. 특정 실시양태에서, ASTM D-1238 (조건 190℃/2.16 kg)에 따라서 측정된 용융 지수는 약 1 내지 약 1500, 약 2 내지 약 1000, 약 5 내지 약 500, 약 0.3 내지 약 10 g/10분이다. 특정 실시양태에서, ASTM D-1238 (조건 190℃/2.16 kg)에 따라서 측정된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 용융 지수는 약 1 g/10분, 약 3 g/10분 또는 약 5 g/10분이다.
일 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물 중의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5％ 내지 약 70％, 약 10％ 내지 약 50％ 또는 약 20％ 내지 약 30％의 범위로 존재한다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 조성물의 총 중량의 약 50％, 약 30％ 또는 약 12％로 존재한다.
또다른 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 유리 섬유, 나노 점토, 활석, 카본 블랙, 흑연, 비산회 (flyash), 시멘트 분진, 점토, 장석, 하석, 실리카 또는 유리, 퓸드 (fumed) 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 이산화티타늄, 티타네이트, 유리 마이크로스피어(microsphere) 및 백악으로부터 선택된 충전제를 포함한다. 일부 실시양태에서, 충전제는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로부터 선택된다. 다른 실시양태에서, 충전제는 탄산칼슘 및 황산바륨으로부터 선택된다. 특정 실시양태에서, 충전제는 탄산칼슘이다.
일 실시양태에서, 충전제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30％ 내지 약 95％의 범위로 존재한다. 또다른 실시양태에서, 충전제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 40％ 내지 약 90％, 약 45％ 내지 약 85％ 또는 약 50％ 내지 약 85％의 범위로 존재한다. 일부 실시양태에서, 충전제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 80％이다.
일부 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물에서 사용되는 중합체는 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 블렌드이다. 다른 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 제2 중합체를 추가로 포함한다. 본원에서 사용되는 예시적인 제2 중합체로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌-프로필렌 공중합체, (에틸렌-co-비닐 아세테이트), 에틸렌, 프로필렌, 비공액 디엔의 삼원공중합체, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 혼합 중합체, 스티렌-부타디엔 혼합 중합체 및 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다.
일부 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 적어도 1종의 가소제를 포함한다. 본원에서 사용되는 가소제로는 가공 오일, 에폭시화 오일, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르 에스테르 또는 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다. 일 실시양태에서, 가소제는 가공 오일, 예를 들어 파라핀 가공 오일, 방향족 가공 오일, 나프탈렌 가공 오일 또는 이들의 조합물을 포함한다. 다른 실시양태에서, 가소제는 파라핀 가공 오일을 포함한다. 일부 실시양태에서, 가소제는 파라핀 가공 오일 및 스테아르산을 포함한다. 일부 실시양태에서, 가소제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1％ 내지 약 15％, 약 1％ 내지 약 10％, 약 1％ 내지 약 9％, 약 2％ 내지 약 8％, 약 3％ 내지 약 7％ 또는 약 4％ 내지 약 6％의 양으로 존재한다. 다른 실시양태에서, 가소제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1％ 미만으로 존재한다.
일 실시양태에서, 충전 중합체 조성물은 첨가제, 예를 들어 블로킹 방지제, 산화방지제, UV 안정화제, 착색제, 가교제, 내연제, 정전기 방지제, 또는 이들의 조합물을 추가로 포함한다.
본 발명에서 제공되는 조성물은 방음 물품, 운송 수단 카페트, 지붕용 재료, 와이어 또는 케이블 코팅, 마루 타일, 마루 시트, 프로파일, 개스킷 또는 마루 매트를 제조하는데 사용된다.
또한 본원에 기재된 바와 같이 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 충전제와 블렌딩하는 것을 포함하는, 물품을 제조하는 방법이 제공된다.
본 발명의 추가 면 및 본 발명의 다양한 실시양태의 특징 및 특성은 하기 설명으로 명백할 것이다.
도 1은, 통상의 랜덤 공중합체 (원으로 나타냄) 및 지글러-나타 공중합체 (삼각형으로 나타냄)와 비교된 본 발명의 중합체 (다이아몬드로 나타냄)의 융점/밀도 관계를 나타낸다.
도 2는, 각종 중합체에 대한 DSC 용융 엔탈피의 함수로서의 델타 DSC-CRYSTAF의 플롯을 나타낸다. 다이아몬드는 랜덤 에틸렌/옥텐 공중합체; 사각형은 중합체 실시예 1 내지 4; 삼각형은 중합체 실시예 5 내지 9; 원은 중합체 실시예 10 내지 19를 나타낸다. 기호 "X"는 중합체 실시예 A* 내지 F*를 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 혼성중합체 (사각형 및 원으로 나타냄) 및 통상의 공중합 체 (다우 어피니티(Dow AFFINITY, 등록상표) 중합체이며, 삼각형으로 나타냄)로부터 제조된 비배향 필름에 대한 탄성 회복률에 대한 밀도의 효과를 나타낸다. 사각형은 본 발명의 에틸렌/부텐 공중합체를 나타내며, 원은 본 발명의 에틸렌/옥텐 공중합체를 나타낸다.
도 4는, 실시예 5의 중합체 분획물 (원으로 나타냄) 및 비교 중합체 E 및 F 분획물 (기호 "X"로 나타냄)의 TREF 용출 온도에 대한 TREF 분별된 에틸렌/1-옥텐 공중합체 분획물의 옥텐 함량의 플롯이다. 다이아몬드는 통상의 랜덤 에틸렌/옥텐 공중합체를 나타낸다.
도 5는, 실시예 5의 중합체 분획물 (곡선 1) 및 비교예 F*의 중합체 분획물 (곡선 2)의 TREF 용출 온도에 대한 TREF 분별된 에틸렌/1-옥텐 공중합체 분획물의 옥텐 함량의 플롯이다. 사각형은 중합체 실시예 F*을, 삼각형은 중합체 실시예 5를 나타낸다.
도 6은, 비교예 에틸렌/1-옥텐 공중합체 (곡선 2) 및 프로필렌/에틸렌 공중합체 (곡선 3) 및 상이한 양의 사슬 이동제(chain shuttling agnet)로 제조된 본 발명에 따른 2종의 에틸렌/1-옥텐 블록 공중합체 (곡선 1)에 대한 온도의 함수로서의 로그 저장 모듈러스의 그래프이다.
도 7은, 일부 공지된 중합체와 비교된 본 발명의 일부 중합체 (다이아몬드로 나타냄)에 대한, 굴곡 모듈러스에 대한 TMA (1 mm)의 플롯을 나타낸다. 삼각형은 다양한 다우 버시파이(Dow VERSIFY, 등록상표) 중합체를, 원은 다양한 랜덤 에틸렌 /스티렌 공중합체를, 사각형은 다양한 다우 어피니티 (등록상표) 중합체를 나타낸다.
도 8은 연성-내열성 지수 대 중합체 조성물 중의 CaCO3 수준을 나타낸다. 속이 찬 막대는 실시예 15의 혼성중합체를 포함하는 충전 조성물을 나타내고, 속이 빈 막대는 어피니티 (등록상표) 8200을 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타낸다.
도 8a는 굴곡성-내열성 지수 대 충전 중합체 조성물 중의 CaCO3의 수준을 나타낸다. 속이 찬 막대는 실시예 15의 혼성중합체를 포함하는 충전 조성물을 나타내고, 속이 빈 막대는 어피니티 (등록상표) 8200를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타낸다.
도 8b는 다양한 CaCO3 수준으로 본 발명의 혼성중합체 및 어피니티 (등록상표) EG8200 중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물 중의 1 mm 침투에서의 TMA 온도를 나타낸다 (표 8의 실시예 #20 내지 23 대 대조군 #1 내지 4). 다이아몬드는 실시예 15의 혼성중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타내고, 사각형은 어피니티 (등록상표) EG8200를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타낸다.
도 8c는 본 발명의 혼성중합체 및 어피니티 (등록상표) EG8200 중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물에 대한 TMA 온도 대 쇼어 A 경도의 플롯을 나타낸다. 원은 실시예 15의 혼성중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타내고, 사각형은 어피니티 (등록상표) EG8200를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타낸다.
도 8d는 본 발명의 혼성중합체 및 어피니티 (등록상표) EG8200 중합체를 포 함하는 충전 중합체 조성물에 대한 TMA 온도 대 굴곡 모듈러스의 플롯을 나타낸다. 다이아몬드는 실시예 15의 혼성중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타내고, 사각형은 어피니티 (등록상표) EG8200를 포함하는 충전 중합체 조성물을 나타낸다.
도 9는 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 다양한 충전 중합체 조성물에 대한 겉보기 점도에 의해서 나타난 레올로지 특성을 나타낸다.
도 10은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 다양한 충전 중합체 조성물에 대한 tanδ에 의해서 나타난 레올로지 특성을 나타낸다.
도 11은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 압축 영구변형률 데이터를 제공한다. 속이 찬 막대는 23℃ 및 22시간에서의 25％ 압축 영구변형률을 나타내고, 속이 빈 막대는 80℃ 및 22시간에서의 25％ 압축 영구변형률을 나타낸다.
도 12는 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 쇼어 A 경도를 나타낸다. 속이 찬 막대는 CM 경도를 나타내고, 속이 빈 막대는 시트 경도를 나타낸다.
도 13은 실시예 24, 25와 26 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8과 9의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 다양한 온도에서의 ％ 침투율을 제공한다.
도 14는 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 CD 시트 파단 인장 (속이 찬 막대를 나타냄) 및 MD 시트 파단 인장 (속이 빈 막대를 나타냄)을 제공한다.
도 15는 실시예 24, 25, 26와 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 MD 시트 파단 인장 (속이 빈 막대를 나타냄) 및 CM 파단 인장 (속이 찬 막대를 나타냄)을 제공한다.
도 16은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 ％ MD 시트 최대 신장률 (속이 빈 막대를 나타냄), ％ CD 최대 신장률 (속이 찬 막대를 나타냄)을 제공한다.
도 17은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 일부 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 ％ MD 시트 최대 신장률 (속이 빈 막대를 나타냄) 및 ％ CM 최대 신장률 (속이 찬 막대를 나타냄)을 제공한다.
도 18은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 MD, 유형 C 인열 강도 (속이 빈 막대를 나타냄) 및 CD, 유형 C 인열 강도 (속이 찬 막대를 나타냄)를 제공한다.
도 19는 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 MD, 유형 C 인열 강도 (속이 빈 막대를 나타냄) 및 CM 인열 강도 (속이 찬 막대를 나타냄)를 제공한다.
도 20은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 CM 굴곡 모듈러스 (속이 빈 막대를 나타냄) 및 시트 굴곡 모듈러스 (속이 찬 막대를 나타냄)를 제공한다.
도 21은 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 2％ 시컨트 모듈러스/TMA 온도의 비율을 제공한 다.
도 22는 실시예 24, 25, 26과 27 및 대조군 5, 6, 6a, 7, 8, 9와 10의 예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 TMA 온도/시트 경도 [쇼어 A]의 비율을 제공한다.
도 23은 예시적인 충전 중합체 조성물의 TMA 침투 온도 대 경도계 경도의 플롯을 제공한다. 사각형은 본 발명의 에틸렌/부텐 공중합체를 포함하는 충전 조성물을 나타내고, 원은 본 발명의 에틸렌/옥텐 공중합체를 나타낸다.
도 9-22에서
"01"은 실시예 24에 상응하고,
"03"은 실시예 25에 상응하고,
"05"는 실시예 26에 상응하고,
"02"는 대조군 5에 상응하고,
"04"는 대조군 6에 상응하고,
"06"은 대조군 7에 상응하고,
"07"은 대조군 6a에 상응하고,
"08"은 대조군 8에 상응하고,
"09"는 대조군 9에 상응하고,
"10"은 실시예 27에 상응하고,
"11"은 대조군 10에 상응한다.
일반적 정의
"중합체"는 동일한 유형이든 또는 상이한 유형이든 단량체를 중합하여 제조된 중합체 화합물을 의미한다. 일반적 용어 "중합체"는, 용어 "단독중합체", "공중합체", "삼원공중합체" 및 "혼성중합체"를 포괄한다.
"혼성중합체"는 2종 이상의 상이한 유형의 단량체를 중합하여 제조된 중합체를 의미한다. 일반적 용어 "혼성중합체"는 용어 "공중합체" (2종의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하는 데 통용됨) 및 용어 "삼원공중합체" (3종의 상이한 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하는 데 통용됨)를 포함한다. 혼성중합체는 또한, 4종 이상의 단량체를 중합하여 제조된 중합체를 포괄한다.
용어 "에틸렌/α-올레핀 혼성중합체"는 일반적으로, 에틸렌과 3개 이상의 탄소 원자를 갖는 α-올레핀을 포함하는 중합체를 지칭한다. 바람직하게는, 에틸렌은 전체 중합체의 대부분의 몰분율을 차지하며, 즉 에틸렌은 전체 중합체의 약 50 mol％ 이상으로 포함된다. 보다 바람직하게는, 에틸렌은 약 60 mol％ 이상, 약 70 mol％ 이상, 또는 약 80 mol％ 이상으로 포함되며, 전체 중합체의 실질적인 나머지는 바람직하게는 3개 이상의 탄소 원자를 갖는 α-올레핀인 1종 이상의 다른 공단량체로 구성된다. 다수의 에틸렌/옥텐 공중합체의 경우, 바람직한 조성물은 전체 중합체의 약 80 mol％ 초과의 에틸렌 함량 및 전체 중합체의 약 10 내지 약 15 mol％, 바람직하게는 약 15 내지 약 20 mol％의 옥텐 함량을 포함한다. 일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 저수율로 또는 소량으로 또는 화학 공정의 부산물로서 생성된 것을 포함하지 않는다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 1종 이상의 중합체와 블렌딩될 수 있지만, 제조된 그대로의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 실질적으로 순수하고, 흔히는 중합 공정의 반응 생성물의 주요 성분을 구성한다.
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 에틸렌 및 1종 이상의 공중합성 α-올레핀 공단량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 특성이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위를 갖는 다수의 블록 또는 세그먼트를 특징으로 한다. 즉, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 블록 혼성중합체, 바람직하게는 멀티블록 혼성중합체 또는 공중합체이다. 용어 "혼성중합체" 및 "공중합체"는 본원에서 상호교환적으로 사용된다. 일부 실시양태에서, 멀티블록 공중합체는 하기 화학식으로 나타낼 수 있다.
(AB)n
식 중, n은 1 이상, 바람직하게는 1 초과의 정수, 예컨대 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 또는 그 이상을 나타내고, "A"는 경질 블록 또는 세그먼트를 나타내며, "B"는 연질 블록 또는 세그먼트를 나타낸다. 바람직하게는, A 및 B는 실질적인 분지형 또는 실질적인 별형 방식이 아니라 실질적인 선형 방식으로 연결된다. 다른 실시양태에서, A 블록 및 B 블록은 중합체 사슬을 따라 무작위로 분포된다. 즉, 블록 공중합체는 통상적으로 AAA-AA-BBB-BB와 같은 구조를 갖지 않는다.
다른 실시양태에서, 블록 공중합체는 통상적으로 상이한 공단량체(들)을 포함하는 제3 유형의 블록을 갖지 않는다. 다른 실시양태에서, 블록 A 및 블록 B는 각각 블록내에 실질적으로 무작위로 분포되어 있는 단량체 또는 공단량체를 갖는다. 즉, 블록 A 및 블록 B는 모두 별개의 조성을 갖는 2종 이상의 서브-세그먼트 (또는 하위-블록), 예컨대 나머지 블록과 상이한 조성을 갖는 팁 세그먼트를 포함하지 않는다.
멀티블록 중합체는 전형적으로는 다양한 양의 "경질" 및 "연질" 세그먼트를 포함한다. "경질" 세그먼트는 에틸렌이 중합체의 중량을 기준으로 약 95 중량％ 초과, 바람직하게는 약 98 중량％ 초과의 양으로 존재하는 중합된 단위의 블록을 지칭한다. 즉, 경질 세그먼트 중 공단량체 함량 (에틸렌 이외의 단량체의 함량)은 중합체의 중량을 기준으로 약 5 중량％ 미만, 바람직하게는 약 2 중량％ 미만이다. 일부 실시양태에서, 경질 세그먼트는 모두 또는 실질적으로 모두 에틸렌으로 구성된다. 반면에, "연질" 세그먼트는 공단량체 함량 (에틸렌 이외의 단량체의 함량)이 중합체의 중량을 기준으로 약 5 중량％ 초과, 바람직하게는 약 8 중량％ 초과, 약 10 중량％ 초과 또는 약 15 중량％ 초과인 중합된 단위의 블록을 지칭한다. 일부 실시양태에서, 연질 세그먼트 중 공단량체 함량은 약 20 중량％ 초과, 약 25 중량％ 초과, 약 30 중량％ 초과, 약 35 중량％ 초과, 약 40 중량％ 초과, 약 45 중량％ 초과, 약 50 중량％ 초과 또는 약 60 중량％ 초과일 수 있다.
연질 세그먼트는 대개 블록 혼성중합체의 총 중량의 약 1 중량％ 내지 약 99 중량％, 바람직하게는 약 5 중량％ 내지 약 95 중량％, 약 10 중량％ 내지 약 90 중량％, 약 15 중량％ 내지 약 85 중량％, 약 20 중량％ 내지 약 80 중량％, 약 25 중량％ 내지 약 75 중량％, 약 30 중량％ 내지 약 70 중량％, 약 35 중량％ 내지 약 65 중량％, 약 40 중량％ 내지 약 60 중량％, 또는 약 45 중량％ 내지 약 55 중량％로 블록 혼성중합체 중에 존재할 수 있다. 역으로, 경질 세그먼트는 유사한 범위로 존재할 수 있다. 연질 세그먼트 중량％ 및 경질 세그먼트 중량％는 DSC 또는 NMR로부터 얻은 데이터를 기준으로 계산될 수 있다. 이러한 방법 및 계산법은 콜린 엘. 피. 샨 (Colin L.P. Shan), 로니 하즐리트 (Lonnie Hazlitt)등의 명의로 2006년 3월 15일자로 출원되고 다우 글로벌 테크놀로지스 인코퍼레이트 (Dow Global Technologies Inc.)에게 양도되고, 전체가 본원에 참고로 도입된 "에틸렌/α-올레핀 블록 혼성중합체"라는 표제의 대리인 일람 번호 제385063-999558호인 미국 특허 출원 제 호(공개되는 경우 삽입)에 상세히 개시되어 있다.
용어 "결정질"은, 사용되는 경우, 시차 주사 열량 측정법 (DSC) 또는 동등한 기술에 의해 측정되는 1차 전이 온도 또는 결정 융점 (Tm)을 갖는 중합체를 나타낸다. 이 용어는 용어 "반결정질"과 상호교환적으로 사용될 수 있다. 용어 "비정질"은 시차 주사 열량 측정법 (DSC) 또는 동등한 기술에 의해 측정되는 결정 융점이 없는 중합체를 지칭한다.
용어 "멀티블록 공중합체" 또는 "세그먼트화 공중합체"는 바람직하게는 선형 방식으로 연결된 2개 이상의 화학적으로 구별되는 구역 또는 세그먼트 ("블록"으로 지칭됨)를 포함하는 중합체, 즉 펜던트 또는 그래프트 방식이라기 보다는 중합된 에틸렌 관능기에 대하여 말단 대 말단으로 연결된 화학적으로 차별화된 단위를 포함하는 중합체를 지칭한다. 바람직한 실시양태에서, 블록은 그 안에 혼입된 공단량체의 양 또는 유형, 밀도, 결정화의 양, 이러한 조성의 중합체에 기인하는 미세결정 크기, 입체 규칙성(tacticity)의 유형 또는 정도 (이소택틱 또는 신디오택틱), 자리(regio)-규칙성 또는 자리-불규칙성, 장쇄 분지화 또는 초-분지화(hyper-branching)를 비롯한 분지화의 양, 균질성, 또는 임의의 다른 화학적 또는 물리적 특성이 상이하다. 멀티블록 공중합체는 특이한 공중합체 제조 방법으로 인한 특이한 다분산 지수 (PDI 또는 Mw/Mn)의 분포, 블록 길이 분포 및/또는 블록 수 분포를 특징으로 한다. 보다 구체적으로는, 연속식 방법으로 제조되는 경우, 중합체는 1.7 내지 2.9, 바람직하게는 1.8 내지 2.5, 보다 바람직하게는 1.8 내지 2.2, 가장 바람직하게는 1.8 내지 2.1의 PDI를 바람직하게 갖는다. 배치식 방법 또는 반-배치식 방법으로 제조되는 경우, 중합체는 1.0 내지 2.9, 바람직하게는 1.3 내지 2.5, 보다 바람직하게는 1.4 내지 2.0, 가장 바람직하게는 1.4 내지 1.8의 PDI를 갖는다.
하기 기재에서, 본원에 개시된 모든 수치는, 그와 관련하여 용어 "약" 또는 "대략"이 사용되었는지 여부에 상관없이 근사치이다. 이들은 1％, 2％, 5％, 또는 때로는 10 내지 20％만큼 다를 수 있다. 하한 (RL) 및 상한 (RU)을 갖는 수치 범위가 개시되어 있는 경우, 상기 범위내에 포함되는 임의의 수치가 구체적으로 개시되는 것이다. 구체적으로, 범위내의 하기 수치가 구체적으로 개시되는 것이다: R = RL + k*(RU-RL) (여기서, k는 1％ 증분의 1％ 내지 100％ 범위의 변수이다. 즉, k는 1％, 2％, 3％, 4％, 5％,..., 50％, 51％, 52％,..., 95％, 96％, 97％, 98％, 99％ 또는 100％임). 또한, 상기에 정의된 바와 같이 2개의 R 수치로 정의되는 임의의 수치 범위 역시 구체적으로 개시되는 것이다.
충전 중합체 조성물
본원에서는 소음, 진동 및 거칠기가 목적하는 수준으로 개선된 충전 중합체 조성물이 제공된다. 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은
A. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체인 중합체, 및
B. 충전제
를 포함한다.
특정 실시양태에서, 조성물은 C. 가소제 및 임의로는 D. 첨가제를 포함한다. 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 이들을 소음, 진동 및 거칠기 개선, 운송 수단 바닥재 및 지붕, 케이블 및 와이어에서 다양한 용도로 사용하기에 적합하게 하는 보다 높은 내열성, 보다 양호한 굴곡성, 및 내열성-낮은 모듈러스 밸런스의 개선과 같은 독특한 물리적 특성을 갖는다.
또한, 전형적인 폴리올레핀 공중합체 및 블렌드에 비해, 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 및 블렌드는 보다 높은 결정화 온도를 나타낸다. 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 조성물은 전형적인 랜덤 공중합체 조성물에 비해 비교적 높은 온도에서 보다 높은 그린 강도를 갖고, 이것은 사출 성형, 캘린더링, 열성형, 및 다른 유사한 유형의 공정에서 보다 높은 설정 (set-up) 온도, 보다 낮은 설정 시간 및 이로 인한 보다 빠른 작업 속도를 제공할 것이다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 보다 높은 결정화 온도는 랜덤 공중합체에 비해 보다 낮은 수축을 산출할 것이다.
성분 A: 중합체
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체
본 발명의 실시양태에서 사용되는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 (또한 "본 발명의 혼성중합체" 또는 "본 발명의 중합체"로 지칭됨)는 에틸렌 및 1종 이상의 공중합성 α-올레핀 공량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 성질이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위의 다수의 블록 또는 세그먼트 (블록 혼성중합체)를 특징으로 하며, 바람직하게는 멀티블록 공중합체이다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 하기에 기재된 하나 이상의 면을 특징으로 한다.
일면에서, 본 발명의 실시양태에서 사용되는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 하나 이상의 융점 (Tm) (섭씨 온도) 및 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 이들 변수의 수치는 하기와 같은 관계식에 상응한다.
Tm > -2002.9 + 4538.5(d) - 2422.2(d)2,
바람직하게는 Tm ≥ -6288.1 + 13141(d) - 6720.3(d)2,
보다 바람직하게는 Tm ≥ 858.91 - 1825.3(d) + 1112.8(d)2.
이러한 융점/밀도 관계를 도 1에 나타내었다. 밀도의 감소에 따라 융점이 낮아지는 에틸렌/α-올레핀의 전형적인 랜덤 공중합체와 달리, 본 발명의 혼성중합체 (다이아몬드로 나타냄)는, 특히 밀도가 약 0.87 g/cc 내지 약 0.95 g/cc일 때 밀도에 대해 실질적으로 독립적인 융점을 나타낸다. 예를 들어, 이러한 중합체의 융점은 밀도가 0.875 g/cc 내지 약 0.945 g/cc일 때 약 110℃ 내지 약 130℃의 범위이다. 일부 실시양태에서, 이러한 중합체의 융점은 밀도 범위가 0.875 g/cc 내지 약 0.945 g/cc일 때 약 115℃ 내지 약 125℃의 범위이다.
또다른 면에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 에틸렌 및 1종 이상의 α-올레핀을 중합된 형태로 포함하고, 최대 시차 주사 열량 측정법 ("DSC") 피크의 온도 - 최고 결정화 분석 분별 ("CRYSTAF") 피크의 온도로서 정의되는 △T (섭씨 온도), 및 용융열 △H (J/g)을 특징으로 하며, △T와 △H는 130 J/g 이하의 △H에 대해 하기와 같은 관계식을 만족한다.
△T > -0.1299(△H) + 62.81,
바람직하게는 △T ≥ -0.1299(△H) + 64.38,
보다 바람직하게는 △T ≥ -0.1299(△H) + 65.95.
또한, △H가 130 J/g를 초과하는 경우, △T는 48℃ 이상이다. CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 사용하여 측정하고 (즉, 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 나타내어야 함), 중합체의 5％ 미만이 식별가능한 CRYSTAF 피크를 가질 경우 CRYSTAF 온도는 30℃이고, △H는 용융열 (J/g)의 수치이다. 보다 바람직하게는, 최고 CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 10％ 이상을 함유한다. 도 2는 본 발명의 중합체 뿐만 아니라 비교예에 대해 플롯팅한 데이타를 나타낸다. 적분 피크 면적 및 피크 온도는 기기 제작사에 의해 제공된 컴퓨터화 도면 프로그램으로 계산한다. 랜덤 에틸렌 옥텐 비교 중합체에 대해 나타낸 대각선은, 수학식 △T = -0.1299(△H) + 62.81에 상응한다.
또다른 면에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, 온도 상승 용출 분별 ("TREF")을 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 공단량체 몰 함량이, 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 높고, 바람직하게는 5％ 이상 높고, 보다 바람직하게는 10％ 이상 높음을 특징으로 하며, 여기서 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 블록화된 혼성중합체와 동일한 공단량체(들)을 함유하고 용융 지수, 밀도 및 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)이 블록 혼성중합체의 경우의 10％ 이내에 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 비교용 혼성중합체의 Mw/Mn 또한 블록 혼성중합체의 Mw/Mn의 10％ 이내이고/거나, 비교용 혼성중합체의 총 공단량체 함량이 블록 혼성중합체의 경우의 10 중량％ 이내이다.
또다른 면에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 압축 성형된 필름에서 측정된 300％ 변형률 및 1 사이클에서의 탄성 회복률 (Re) (％)에 의해 특성화되고, 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 여기서 Re 및 d의 수치는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 가교상을 실질적으로 포함하지 않을 때 하기 관계식을 만족한다.
Re > 1481 - 1629(d);
바람직하게는 Re ≥ 1491 - 1629(d);
보다 바람직하게는 Re ≥ 1501 - 1629(d);
더욱 더 바람직하게는 Re ≥ 1511 - 1629(d).
도 3은, 본 발명의 특정 혼성중합체 및 통상의 랜덤 공중합체로부터 제조된 비배향 필름에 대한 탄성 회복률에 대한 밀도의 효과를 나타낸다. 동일한 밀도에서, 본 발명의 혼성중합체는 실질적으로 보다 높은 탄성 회복률을 갖는다.
일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 10 MPa 초과의 인장 강도, 바람직하게는 11 MPa 이상의 인장 강도, 보다 바람직하게는 13 MPa 이상의 인장 강도를 갖고/거나, 11 cm/분의 크로스헤드 분리 속도에서 600％ 이상, 보다 바람직하게는 700％ 이상, 매우 바람직하게는 800％ 이상, 가장 매우 바람직하게는 900％ 이상의 파단 신장률을 갖는다.
다른 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, (1) 저장 모듈러스 비율 G'(25℃)/G'(100℃)가 1 내지 50, 바람직하게는 1 내지 20, 보다 바람직하게는 1 내지 10이고/거나; (2) 7O℃ 압축 영구변형률이 80％ 미만, 바람직하게는 70％ 미만, 특히 60％ 미만, 50％ 미만, 또는 40％ 미만으로부터 0％까지이다.
또다른 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 70℃ 압축 영구변형률이 80％ 미만, 70％ 미만, 60％ 미만, 또는 50％ 미만이다. 바람직하게는, 혼성중합체의 70℃ 압축 영구변형률이 40％ 미만, 30％ 미만, 20％ 미만이고, 약 0％까지 감소할 수 있다.
일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 85 J/g 미만의 용융열을 갖고/거나, 100 lb/ft2 (4800 Pa) 이하, 바람직하게는 50 lb/ft2 (2400 Pa) 이하, 특히 5 lb/ft2 (240 Pa) 이하, 또한 0 lb/ft2 (0 Pa)만큼 낮은 펠렛 블록화 강도를 갖는다.
다른 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, 50 mol％ 이상의 에틸렌을 중합된 형태로 포함하고, 70℃ 압축 영구변형률이 80％ 미만, 바람직하게는 70％ 미만, 또는 60％ 미만, 가장 바람직하게는 40 내지 50％ 미만이며 0％에 가깝게 감소한다.
일부 실시양태에서, 멀티블록 공중합체는 프와송(Poisson) 분포보다는 슐츠-플로리(Schultz-Flory) 분포에 맞는 PDI를 갖는다. 공중합체는 다분산 블록 분포 및 다분산 블록 크기 분포 양쪽 모두를 가지며, 가장 가능한 블록 길이 분포를 갖는 것을 또한 특징으로 한다. 바람직한 멀티블록 공중합체는 말단 블록을 비롯하여 4개 이상의 블록 또는 세그먼트를 함유하는 공중합체이다. 보다 바람직하게는, 공중합체는 말단 블록을 비롯하여 5개, 10개 또는 20개 이상의 블록 또는 세그먼트를 포함한다.
공단량체 함량은, 임의의 적합한 기술을 이용하여 측정할 수 있으며, 핵자기공명 ("NMR") 분광법을 기초로 한 기술이 바람직하다. 또한, 비교적 넓은 TREF 곡선을 갖는 중합체 또는 중합체의 블렌드의 경우에는, 먼저 TREF를 사용하여 중합체를 각각 용출 온도 범위가 10℃ 이하인 분획물로 분별한다. 즉, 각각의 용출된 분획물은 10℃ 이하의 수집 온도 창을 갖는다. 이러한 기술을 이용한 바, 상기 블록 혼성중합체는 비교용 혼성중합체의 상응하는 분획물보다 높은 공단량체 몰 함량을 갖는 하나 이상의 분획물을 갖는다.
또다른 면에서, 본 발명의 중합체는, 바람직하게는 에틸렌 및 1종 이상의 공중합성 공단량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 특성이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위의 다수의 블록 (즉, 2개 이상의 블록) 또는 세그먼트를 특징으로 하는 올레핀 혼성중합체 (블록화된 혼성중합체), 가장 바람직하게는 멀티블록 공중합체이며, 상기 블록 혼성중합체는 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 (개별 분획물을 수집 및/또는 단리하지는 않음) 피크 (분자 분획물만은 아님)를 가지며, 상기 피크는 반치전폭 (FWHM) 면적 계산을 이용하여 전개시 적외선 분광법에 의해 예측되는 공단량체 함량을 갖고, 평균 공단량체 몰 함량이 반치전폭 (FWHM) 면적 계산을 이용하여 전개된 동일한 용출 온도에서의 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 피크의 평균 공단량체 몰 함량보다 높고, 바람직하게는 5％ 이상 높고, 보다 바람직하게는 10％ 이상 높은 것을 특징으로 하며, 여기서 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 블록화된 혼성중합체와 동일한 공단량체(들)을 갖고 블록화된 혼성중합체의 경우의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도 및 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)을 갖는다. 바람직하게는, 비교용 혼성중합체의 Mw/Mn은 또한 블록화된 혼성중합체의 Mw/Mn의 10％ 이내이고/거나, 비교용 혼성중합체의 총 공단량체 함량이 블록 혼성중합체의 경우의 10 중량％ 이내이다. 반치전폭 (FWHM) 계산은 ATREF 적외선 검출기로부터의 메틸 대 메틸렌 반응 면적의 비율 [CH3/CH2]을 기초로 하며, 여기서 최고 (최대) 피크가 기준선으로부터 확인되고, 따라서 FWHM 면적이 결정된다. ATREF 피크를 사용하여 측정된 분포에서, FWHM 면적은 T1과 T2 사이의 곡선 아래의 면적으로서 정의되고, 여기서 T1 및 T2는 ATREF 피크 높이를 2로 나눈 후 기준선에 수평인 선 (ATREF 곡선의 좌측부와 우측부를 가로지름)을 그음으로써 ATREF 피크의 좌측 및 우측에 대해 정해지는 포인트이다. 공단량체 함량에 대한 보정 곡선은 랜덤 에틸렌/α-올레핀 공중합체를 사용하여, NMR로부터의 공단량체 함량 대 TREF 피크의 FWHM 면적비를 플롯팅함으로써 얻어진다. 이러한 적외선 방법에서는, 보정 곡선이 관심있는 동일한 공단량체 유형에 대해 얻어진다. 본 발명의 중합체의 TREF 피크의 공단량체 함량은 그의 TREF 피크의 FWHM 메틸 : 메틸렌 면적비 [CH3/CH2]를 사용하여 상기와 같은 보정 곡선을 참조로 하여 측정될 수 있다.
공단량체 함량은 임의의 적합한 기술을 이용하여 측정할 수 있고, 핵자기공명 (NMR) 분광법을 기초로 한 기술이 바람직하다. 이러한 기술을 이용함으로써, 상기 블록화된 혼성중합체는 상응하는 비교용 혼성중합체에 비해 보다 높은 공단량체 몰 함량을 갖는다.
바람직하게는, 에틸렌과 1-옥텐의 혼성중합체에서, 블록 혼성중합체는 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 TREF 분획물의 공단량체 함량이 (-0.2013)T + 20.07의 양 이상, 보다 바람직하게는 (-0.2013)T + 21.07의 양 이상이다 (여기서, T는 ℃로 측정되는, 비교되는 TREF 분획물의 피크 용출 온도의 수치임).
도 4는, 에틸렌과 1-옥텐의 블록 혼성중합체의 실시양태를 도표로 도시한 것이며, 여러 비교용 에틸렌/1-옥텐 혼성중합체 (랜덤 공중합체)에 대한 공단량체 함량 대 TREF 용출 온도의 플롯을 (-0.2013)T + 20.07을 나타내는 선 (실선)에 맞추었다. 수학식 (-0.2013)T + 21.07의 선은 점선으로 도시하였다. 또한, 본 발명에 따른 몇가지 블록 에틸렌/1-옥텐 블록 혼성중합체 (멀티블록 공중합체)의 분획물에 대한 공단량체 함량을 도시하였다. 모든 블록 혼성중합체 분획물이 동등한 용출 온도에서의 선에 비해 현저히 높은 1-옥텐 함량을 가졌다. 이러한 결과는 본 발명의 혼성중합체의 특징이며, 이는 결정질 및 비정질 특성 양쪽 모두를 갖는 중합체 사슬내의 차별화된 블록의 존재에 의한 것으로 여겨진다.
도 5는, 하기에서 논의되는 실시예 5 및 비교예 F의 중합체 분획물에 대한 TREF 곡선 및 공단량체 함량을 도표로 나타낸 것이다. 두 중합체에 대해 40℃ 내지 130℃, 바람직하게는 60℃ 내지 95℃에서 용출되는 피크를 10℃ 미만의 온도 범위에서 용출되는 각 부분인 3부분으로 분별하였다. 실시예 5에 대한 실제 데이타를 삼각형으로 나타내었다. 당업자는 동일한 단량체의 비교용 혼성중합체, 바람직하게는 메탈로센 또는 다른 균일한 촉매 조성물을 사용하여 제조된 랜덤 공중합체를 사용하여 얻어진 TREF 온도 값에 맞는 비교로서 사용된 선 및 상이한 공중합체를 함유하는 혼성중합체에 대한 적절한 보정 곡선을 구축할 수 있음을 인지할 수 있다. 본 발명의 혼성중합체는 동일한 TREF 용출 온도에서 보정 곡선으로부터 측정된 값보다 큰, 바람직하게는 5％ 이상 큰, 보다 바람직하게는 10％ 이상 큰 공단량체 몰 함량을 특징으로 한다.
본원에 기재된 상기한 면 및 특성들 이외에, 본 발명의 중합체는, 하나 이상의 추가의 특징을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 일면에서, 본 발명의 중합체는, 바람직하게는 에틸렌 및 1종 이상의 공중합성 공단량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 특성이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위를 갖는 다수의 블록 또는 세그먼트를 특징으로 하는 올레핀 혼성중합체 (블록화된 혼성중합체), 가장 바람직하게는 멀티블록 공중합체이며, 상기 블록 혼성중합체는 TREF 증분을 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 공단량체 몰 함량이, 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 높고, 바람직하게는 5％ 이상 높고, 보다 바람직하게는 10％, 15％, 20％ 또는 25％ 이상 높음을 특징으로 하며, 여기서 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 블록화된 혼성중합체와 동일한 공단량체(들)을 포함하고, 바람직하게는 동일한 공단량체(들)이고, 블록화된 혼성중합체의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도 및 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)을 갖는다. 바람직하게는, 비교용 혼성중합체의 Mw/Mn 또한 블록화된 혼성중합체의 Mw/Mn의 10％ 이내이고/거나, 비교용 혼성중합체의 총 공단량체 함량이 블록화된 혼성중합체의 경우의 10 중량％ 이내이다.
바람직하게는, 상기 혼성중합체는, 특히 전체 중합체 밀도가 약 0.855 내지 약 0.935 g/cm3이고, 보다 특별하게는 중합체가 약 1 mol％ 초과의 공단량체를 갖는 에틸렌과 1종 이상의 α-올레핀의 혼성중합체이며, 블록화된 혼성중합체는 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 TREF 분획물의 공단량체 함량이 (-0.1356)T + 13.89의 양 이상, 보다 바람직하게는 (-0.1356)T + 14.93의 양 이상, 가장 바람직하게는 (-0.2013)T + 21.07의 양 이상이다 (여기서, T는 ℃로 측정된, 비교되는 TREF 분획물의 피크 ATREF 용출 온도의 수치임).
바람직하게는, 상기 에틸렌 및 1종 이상의 α-올레핀의 혼성중합체의 경우, 특히 전체 중합체 밀도가 약 0.855 내지 약 0.935 g/cm3인 상기 혼성 중합체의 경우, 보다 특별하게는 약 1 mol％ 초과의 공단량체를 갖는 상기 중합체의 경우, 블록화된 혼성중합체는 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 TREF 분획물의 공단량체 함량이 (-0.2013)T + 20.07의 양 이상, 바람직하게는 (-0.2013)T + 21.07의 양 이상이다 (여기서, T는 ℃로 측정된, 비교되는 TREF 분획물의 피크 ATREF 용출 온도의 수치임).
또다른 면에서, 본 발명의 중합체는, 바람직하게는 에틸렌 및 하나 이상의 공중합성 공단량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 특성이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위를 갖는 다수의 블록 또는 세그먼트를 특징으로 하는 올레핀 혼성중합체 (블록화된 혼성중합체), 가장 바람직하게는 멀티블록 공중합체이며, 상기 블록 혼성중합체는 TREF 증분을 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 공단량체 함량이 약 6 mol％ 이상인 모든 분획물이 약 100℃ 초과의 융점을 갖는 것을 특징으로 한다. 공단량체 함량이 약 3 mol％ 내지 약 6 mol％인 분획물에 대하여, 모든 분획물은 약 110℃ 이상의 DSC 융점을 갖는다. 보다 바람직하게는, 1 mol％ 이상의 공단량체를 갖는 상기 중합체 분획물은 하기 수학식에 상응하는 DSC 융점을 갖는다.
Tm ≥ (-5.5926)(분획물 중 공단량체의 mol％) + 135.90
또다른 면에서, 본 발명의 중합체는, 바람직하게는 에틸렌 및 1종 이상의 공중합성 공단량체를 중합된 형태로 포함하며, 화학적 또는 물리적 특성이 상이한 2종 이상의 단량체 중합 단위를 갖는 다수의 블록 또는 세그먼트를 특징으로 하는 올레핀 혼성중합체 (블록화된 혼성중합체), 가장 바람직하게는 멀티블록 공중합체이며, 상기 블록 혼성중합체는 TREF 증분을 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, ATREF 용출 온도가 약 76℃ 이상인 모든 분획물이 DSC에 의해 측정시 하기 수학식에 상응하는 용융 엔탈피 (용융열)를 갖는 것을 특징으로 한다.
용융열 (J/g) ≤ (3.1718)(ATREF 용출 온도 (섭씨)) - 136.58
본 발명의 블록 혼성중합체는, TREF 증분을 이용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 40℃ 내지 약 76℃ 미만의 ATREF 용출 온도를 갖는 모든 분획물이 DSC에 의해 측정시 하기 수학식에 상응하는 용융 엔탈피 (용융열)를 갖는 것을 특징으로 한다.
용융열 (J/g) ≤ (1.1312)(ATREF 용출 온도 (섭씨)) + 22.97
적외선 검출기에 의해 측정된 ATREF 피크 공단량체 조성
TREF 피크의 공단량체 조성은 폴리머 차르(Polymer Char, 스페인 발렌시아 소재)로부터 입수가능한 IR4 적외선 검출기를 사용하여 측정할 수 있다 (http://www.polymerchar.com/).
검출기의 "조성 모드"에는 측정 센서 (CH2) 및 조성 센서 (CH3) (2800 내지 3000 cm-1의 영역내의 고정된 좁은 밴드 적외선 필터)가 장착되어 있다. 측정 센서는 중합체 상의 메틸렌 (CH2) 탄소 (이는 용액 중의 중합체 농도와 직접 관련됨)를 검출하며, 조성 센서는 중합체의 메틸 (CH3)기를 검출한다. 조성 신호 (CH3)를 측정 신호 (CH2)로 나눈 것의 수학적 비율은 측정된 용액 중 중합체의 공단량체 함량에 민감하고, 그의 반응은 공지된 에틸렌 알파-올레핀 공중합체 표준물에 의해 보정된다.
검출기는 ATREF 기기와 함께 사용시, TREF 공정 동안 용출된 중합체의 농도 (CH2) 및 조성 (CH3) 신호 반응 양쪽 모두를 제공한다. 중합체 특이적 보정은, 공지된 공단량체 함량 (바람직하게는 NMR에 의해 측정됨)에 의해 중합체에 대한 CH3 대 CH2의 면적비를 측정함으로써 얻을 수 있다. 중합체의 ATREF 피크의 공단량체 함량은, 개별 CH3 및 CH2 반응에 대한 면적비의 기준 보정 (즉, 면적비 CH3/CH2 대 공단량체 함량)을 적용함으로써 예측할 수 있다.
피크의 면적은, 적절한 기준선을 적용하여 TREF 크로마토그램으로부터의 개별 신호 반응을 적분한 후 반치전폭 (FWHM) 계산치를 사용하여 계산할 수 있다. 반치전폭 계산은 ATREF 적외선 검출기로부터의 메틸 대 메틸렌 반응 면적의 비율 [CH3/CH2]을 기초로 하며, 여기서 최고 (최대) 피크가 기준선으로부터 확인되고, 따라서 FWHM 면적이 결정된다. ATREF 피크를 사용하여 측정된 분포에서, FWHM 면적은 T1과 T2 사이의 곡선 아래의 면적으로서 정의되고, 여기서 T1 및 T2는 ATREF 피크 높이를 2로 나눈 후 기준선에 수평인 선 (ATREF 곡선의 좌측부와 우측부를 가로지름)을 그음으로써 ATREF 피크의 좌측 및 우측에 대해 정해지는 포인트이다.
이러한 ATREF-적외선 방법에서 중합체의 공단량체 함량을 측정하기 위해 적외선 분광법을 적용하는 것은, 하기 참조 문헌에 기재된 바와 같은 GPC/FTIR 시스템의 경우와 원칙적으로 유사하다: 문헌 [Markovich, Ronald P.; Hazlitt, Lonnie G.; Smith, Linley; "Development of gel-permeation chromatography-Fourier transform infrared spectroscopy for characterization of ethylene-based polyolefin copolymers", Polymeric Materials Science and Engineering (1991), 65, 98-100.]; 및 [Deslauriers, P.J.; Rohlfing, D.C.; Shieh, E.T.; "Quantifying short chain branching microstructures in ethylene-1-olefin copolymers using size exclusion chromatography and Fourier transform infrared spectroscopy (SEC-FTIR)", Polymer (2002), 43, 59-170.] (이들 두 문헌 모두 전체가 본원에 참고로 도입됨).
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 0 초과 약 1.0 이하의 평균 블록 지수 (ABI), 및 약 1.3 초과의 분자량 분포 (Mw/Mn)를 특징으로 한다. 평균 블록 지수 (ABI)는 5℃ 증분으로 20℃ 내지 110℃에서 제조용 TREF에서 얻어진 각각의 중합체 분획물의 블록 지수 ("BI")의 중량평균이다.
Figure 112007066654929-PCT00001
식 중, BIi는 제조용 TREF에서 얻어진 본 발명의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 i번째 분획물에 대한 블록 지수이고, wi는 i번째 분획물의 중량％이다.
각각의 중합체 분획물에 대해, BI는 하기 2개의 수학식 (두 식 모두 동일한 BI값을 제공함) 중 하나로 정의된다.
Figure 112007066654929-PCT00002
식 중, TX는 i번째 분획물에 대한 ATREF (즉, 분석용 TREF) 용출 온도 (바람직하게는 켈빈으로 나타냄)이고, PX는 상기와 같이 NMR 또는 IR에 의해 측정할 수 있는 i번째 분획물에 대한 에틸렌 몰분율이다. PAB는, 또한 NMR 또는 IR에 의해 측정할 수 있는 전체 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 (분별전)의 에틸렌 몰분율이다. TA 및 PA는 순수한 "경질 세그먼트" (혼성중합체의 결정질 세그먼트를 지칭함)에 대한 ATREF 용출 온도 및 에틸렌 몰분율이다. 근사적으로, 또는 "경질 세그먼트"의 실제 값은 알고 있지 않은 경우, TA 및 PA값은 고밀도 폴리에틸렌 단독중합체에 대한 값으로 설정된다. 본원에서 수행된 계산법에서 TA는 372℉이고 PA는 1이다.
TAB는, 본 발명의 공중합체와 동일한 조성 (에틸렌 몰분율이 PAB임) 및 분자량을 갖는 랜덤 공중합체에 대한 ATREF 용출 온도이다. TAB는 하기 수학식으로부터 계산할 수 있다.
Ln PAB = α/TAB + β
식 중, α 및 β는 다수의 공지된 랜덤 에틸렌 공중합체를 사용하여 보정함으로써 결정할 수 있는 2개의 상수이다. α 및 β는 기기에 따라 달라질 수 있음에 주목하여야 한다. 또한, 관심있는 중합체 조성에 의해 분획물로서 유사한 분자량 범위로 적절한 보정 곡선을 얻을 필요가 있다. 약간의 분자량 효과가 존재한다. 보정 곡선이 유사한 분자량 범위로부터 얻어지는 경우, 이러한 효과는 본질적으로 무시할만하다. 일부 실시양태에서, 랜덤 에틸렌 공중합체는 하기 관계식을 만족한다.
Ln P = -237.83/TATREF + 0.639
TXO는, 동일한 조성을 갖고, 에틸렌 몰분율이 PX인 랜덤 공중합체에 대한 ATREF 온도이다. TXO는, LnPX = α/TXO + β로부터 계산할 수 있다. 역으로, PXO는 동일한 조성을 갖고, ATREF 온도가 TX인 랜덤 공중합체에 대한 에틸렌 몰분율이며, 이는 Ln PXO = α/TX + β로부터 계산할 수 있다.
각각의 제조용 TREF 분획물에 대한 블록 지수 (BI)가 얻어지면, 전체 중합체에 대한 중량평균 블록 지수 (ABI)를 계산할 수 있다. 일부 실시양태에서, ABI는 0 초과 약 0.3 미만이거나, 또는 약 0.1 내지 약 0.3이다. 다른 실시양태에서, ABI는 약 0.3 초과 약 1.0 이하이다. 바람직하게는, ABI는 약 0.4 내지 약 0.7, 약 0.5 내지 약 0.7, 또는 약 0.6 내지 약 0.9의 범위여야 한다. 일부 실시양태에서, ABI는 약 0.3 내지 약 0.9, 약 0.3 내지 약 0.8, 약 0.3 내지 약 0.7, 약 0.3 내지 약 0.6, 약 0.3 내지 약 0.5, 또는 약 0.3 내지 약 0.4의 범위이다. 다른 실시양태에서, ABI는 약 0.4 내지 약 1.0, 약 0.5 내지 약 1.0, 약 0.6 내지 약 1.0, 약 0.7 내지 약 1.0, 약 0.8 내지 약 1.0, 또는 약 0.9 내지 약 1.0의 범위이다.
본 발명의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 또다른 특징은, 본 발명의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 제조용 TREF에 의해 얻어질 수 있는, 블록 지수가 약 0.1 초과 내지 약 1.0 이하인 하나 이상의 중합체 분획물을 포함하고, 중합체의 분자량 분포 (Mw/Mn)이 약 1.3 초과라는 것이다. 일부 실시양태에서, 중합체 분획물은 약 0.6 초과 약 1.0 이하, 약 0.7 초과 약 1.0 이하, 약 0.8 초과 약 1.0 이하, 또는 약 0.9 초과 약 1.0 이하의 블록 지수를 갖는다. 다른 실시양태에서, 중합체 분획물은 블록 지수가 약 0.1 초과 약 1.0 이하, 약 0.2 초과 약 1.0 이하, 약 0.3 초과 약 1.0 이하, 약 0.4 초과 약 1.0 이하, 또는 약 0.4 초과 약 1.0 이하이다. 또다른 실시양태에서, 중합체 분획물은 블록 지수가 약 0.1 초과 약 0.5 이하, 약 0.2 초과 약 0.5 이하, 약 0.3 초과 약 0.5 이하, 또는 약 0.4 초과 약 0.5 이하이다. 또다른 실시양태에서, 중합체 분획물은 블록 지수가 약 0.2 초과 약 0.9 이하, 약 0.3 초과 약 0.8 이하, 약 0.4 초과 약 0.7 이하, 또는 약 0.5 초과 약 0.6 이하이다.
에틸렌과 α-올레핀의 공중합체에 대하여, 본 발명의 중합체는 바람직하게는 (1) 1.3 이상, 보다 바람직하게는 1.5 이상, 1.7 이상, 또는 2.0 이상, 가장 바람직하게는 2.6 이상, 최대치 5.0 이하, 보다 바람직하게는 최대치 3.5 이하, 특히 최대치 2.7 이하의 PDI; (2) 80 J/g 이하의 용융열; (3) 50 중량％ 이상의 에틸렌 함량; (4) -25℃ 미만, 보다 바람직하게는 -30℃ 미만의 유리 전이 온도 (Tg), 및/또는 (5) 하나의, 또한 단일의 Tm을 갖는다.
또한, 본 발명의 중합체는, 100℃의 온도에서 log (G')가 400 kPa 이상, 바람직하게는 1.0 MPa 이상이 되는 저장 모듈러스 (G')를, 단독으로 또는 다른 임의의 특성과 조합하여 가질 수 있다. 또한, 본 발명의 중합체는, 0 내지 100℃ 범위에서 온도의 함수로서의 비교적 균일한 저장 모듈러스를 가지며 (도 6에 나타냄), 이는 블록 공중합체의 특성으로, 올레핀 공중합체, 특히 에틸렌과 1종 이상의 C3 -8 지방족 α-올레핀의 공중합체에 대해 지금까지는 알려지지 않았던 것이다. (이러한 맥락에서, 용어 "비교적 균일한"은 log G' (Pa)가 50 내지 100℃, 바람직하게는 0 내지 100℃에서 한 자리 범위 미만으로 감소함을 의미한다.)
본 발명의 혼성중합체는, 90℃ 이상의 온도에서 1 mm의 열기계 분석 침투 깊이 및 3 kpsi (20 MPa) 내지 13 kpsi (90 MPa)의 굴곡 모듈러스를 추가의 특징으로 할 수 있다. 별법으로, 본 발명의 혼성중합체는, 104℃ 이상의 온도에서 1 mm의 열기계 분석 침투 깊이 및 3 kpsi (20 MPa) 이상의 굴곡 모듈러스를 가질 수 있다. 이들은 90 mm3 미만의 내마모도 (또는 부피 손실)를 갖는 것을 특징으로 할 수 있다. 도 7은, 다른 공지된 중합체와 비교된 본 발명의 중합체의 굴곡 모듈러스에 대한 TMA (1 mm)를 나타낸다. 본 발명의 중합체는 다른 중합체에 비해 현저히 우수한 가요성-내열성 밸런스를 갖는다.
또한, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 0.01 내지 2000 g/10분, 바람직하게는 0.01 내지 1000 g/10분, 보다 바람직하게는 0.01 내지 500 g/10분, 특히 0.01 내지 100 g/10분의 용융 지수 (I2)를 가질 수 있다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 0.01 내지 10 g/10분, 0.5 내지 50 g/10분, 1 내지 30 g/10분, 1 내지 6 g/10분, 또는 0.3 내지 10 g/10분의 용융 지수 (I2)를 갖는다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 중합체의 용융 지수는 1 g/10분, 3 g/10분 또는 5 g/10분이다.
중합체는 1,000 g/mol 내지 5,000,000 g/mol, 바람직하게는 1000 g/mol 내지 1,000,000, 보다 바람직하게는 10,000 g/mol 내지 500,000 g/mol, 특히 10,000 g/mol 내지 300,000 g/mol의 분자량 (Mw)을 가질 수 있다. 본 발명의 중합체의 밀도는, 0.80 내지 0.99 g/cm3, 바람직하게는 에틸렌 함유 중합체에 대해 0.85 g/cm3 내지 0.97 g/cm3일 수 있다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 중합체의 밀도는 0.860 내지 0.925 g/cm3 또는 0.867 내지 0.910 g/cm3의 범위이다.
중합체의 제조 방법은 하기 특허 출원에 개시되어 있다: 미국 가출원 제60/553,906호 (2004년 3월 17일 출원됨); 동 제60/662,937호 (2005년 3월 17일 출원됨); 동 제60/662,939호 (2005년 3월 17일 출원됨); 동 제60/5662938호 (2005년 3월 17일 출원됨); PCT 출원 제PCT/US2005/008916호 (2005년 3월 17일 출원됨); PCT 출원 제PCT/US2005/008915호 (2005년 3월 17일 출원됨); 및 동 제PCT/US2005/008917호 (2005년 3월 17일 출원됨) (이들 모두 전체가 본원에 참고로 도입됨). 예를 들어, 이러한 한가지 방법은, 에틸렌 및 임의로는 에틸렌 이외의 1종 이상의 부가 중합성 단량체를 부가 중합 조건 하에,
(A) 높은 공단량체 혼입 지수를 갖는 제1 올레핀 중합 촉매,
(B) 촉매 (A)의 공단량체 혼입 지수의 90％ 미만, 바람직하게는 50％ 미만, 가장 바람직하게는 5％ 미만의 공단량체 혼입 지수를 갖는 제2 올레핀 중합 촉매, 및
(C) 사슬 이동제를 조합하여 형성된 혼합물 또는 반응 생성물
을 포함하는 촉매 조성물과 접촉시키는 것을 포함한다.
대표적 촉매 및 사슬 이동제는 하기와 같다.
촉매 (A1): WO 03/40195, 미국 특허 제6,953,764호 및 동 제6,960,635호, 및 WO 04/24740의 교시에 따라 제조된 [N-(2,6-디(1-메틸에틸)페닐)아미도)(2-이소프로필페닐)(α-나프탈렌-2-디일(6-피리딘-2-디일)메탄)]하프늄 디메틸.
Figure 112007066654929-PCT00003
촉매 (A2): WO 03/40195, 미국 특허 제6,953,764호 및 동 제6,960,635호, 및 WO 04/24740의 교시에 따라 제조된 [N-(2,6-디(1-메틸에틸)페닐)아미도)(2-메틸페닐)(1,2-페닐렌-(6-피리딘-2-디일)메탄)]하프늄 디메틸.
Figure 112007066654929-PCT00004
촉매 (A3): 비스[N,N'"-(2,4,6-트리(메틸페닐)아미도)에틸렌디아민]하프늄 디벤질.
Figure 112007066654929-PCT00005
촉매 (A4): 실질적으로 미국 특허 제6,897,276호의 교시에 따라 제조된 비스((2-옥소일-3-(디벤조-1H-피롤-1-일)-5-(메틸)페닐)-2-페녹시메틸)시클로헥산-1,2-디일 지르코늄 (IV) 디벤질.
Figure 112007066654929-PCT00006
촉매 (B1): 1,2-비스-(3,5-디-t-부틸페닐렌)(1-(N-(1-메틸에틸)이미노)메틸)(2-옥소일) 지르코늄 디벤질.
Figure 112007066654929-PCT00007
촉매 (B2): 1,2-비스-(3,5-디-t-부틸페닐렌)(1-(N-(2-메틸시클로헥실)-이미노)메틸)(2-옥소일) 지르코늄 디벤질.
Figure 112007066654929-PCT00008
촉매 ( C1 ): 실질적으로 미국 특허 제6,268,444호의 교시에 따라 제조된 (t-부틸아미도)디메틸(3-N-피롤릴-1,2,3,3a,7a-η-인덴-1-일)실란티타늄 디메틸.
Figure 112007066654929-PCT00009
촉매 ( C2 ): 실질적으로 미국 특허 제6,825,295호의 교시에 따라 제조된 (t-부틸아미도)디(4-메틸페닐)(2-메틸-1,2,3,3a,7a-η-인덴-1-일)실란티타늄 디메틸.
Figure 112007066654929-PCT00010
촉매 ( C3 ): 실질적으로 미국 특허 제6,825,295호의 교시에 따라 제조된 (t-부틸아미도)디(4-메틸페닐)(2-메틸-1,2,3,3a,8a-η-s-인다센-1-일)실란티타늄 디메틸.
Figure 112007066654929-PCT00011
촉매 ( D1 ): 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich)로부터 입수가능한 비스(디메틸디실록산)(인덴-1-일)지르코늄 디클로라이드.
Figure 112007066654929-PCT00012
이동제 : 사용된 이동제는 디에틸아연, 디(i-부틸)아연, 디(n-헥실)아연, 트리에틸알루미늄, 트리옥틸알루미늄, 트리에틸갈륨, i-부틸알루미늄 비스(디메틸(t-부틸)실록산), i-부틸알루미늄 비스(디(트리메틸실릴)아미드), n-옥틸알루미늄 디(피리딘-2-메톡시드), 비스(n-옥타데실)i-부틸알루미늄, i-부틸알루미늄 비스(디(n-펜틸)아미드), n-옥틸알루미늄 비스(2,6-디-t-부틸페녹시드), n-옥틸알루미늄 디(에틸(1-나프틸)아미드), 에틸알루미늄 비스(t-부틸디메틸실록시드), 에틸알루미늄 디(비스(트리메틸실릴)아미드), 에틸알루미늄 비스(2,3,6,7-디벤조-1-아자시클로헵탄아미드), n-옥틸알루미늄 비스(2,3,6,7-디벤조-1-아자시클로헵탄아미드), n-옥틸알루미늄 비스(디메틸(t-부틸)실록시드, 에틸아연 (2,6-디페닐페녹시드) 및 에틸아연 (t-부톡시드)를 포함한다.
바람직하게는 상기 방법은, 상호전환이 불가능한 다수의 촉매를 사용하여, 블록 공중합체, 특히 멀티블록 공중합체, 바람직하게는 2종 이상의 단량체, 보다 특히 에틸렌과 C3 -20 올레핀 또는 시클로올레핀, 가장 특별하게는 에틸렌과 C4-20 α-올레핀의 선형 멀티블록 공중합체의 제조를 위한 연속식 용액 공정의 형태를 취한다. 즉, 촉매는 화학적으로 상이한 것이다. 연속식 용액 중합 조건 하에, 공정은 높은 단량체 전환율의 단량체 혼합물의 중합에 이상적으로 적합하다. 이들 중합 조건 하에, 사슬 이동제로부터 촉매로의 이동은 사슬 성장에 비해 유리해져서, 멀티블록 공중합체, 특히 선형 멀티블록 공중합체가 고효율로 형성된다.
본 발명의 혼성중합체는, 종래의 랜덤 공중합체, 중합체의 물리적 블렌드 및 순차적 단량체 첨가, 유동성 촉매, 음이온 또는 양이온 리빙 중합 기술에 의해 제조된 블록 공중합체와 차별화될 수 있다. 특히, 동등한 결정화도 또는 모듈러스에서 동일한 단량체 및 단량체 함량을 갖는 랜덤 공중합체에 비해, 본 발명의 혼성중합체는 보다 우수한 (보다 높은) 내열성 (융점에 의해 측정됨), 보다 높은 TMA 침투 온도, 높은 고온 인장 강도 및/또는 높은 고온 비틀림 저장 모듈러스 (동적 기계적 분석에 의해 측정됨)를 갖는다. 동일한 단량체 및 단량체 함량을 갖는 랜덤 공중합체에 비해, 본 발명의 혼성중합체는 특히 승온에서 보다 낮은 압축 영구변형률, 보다 낮은 응력 완화율, 보다 높은 내크립성, 보다 높은 인열 강도, 보다 높은 블록화 내성, 보다 높은 결정화 (고화) 온도로 인한 보다 빠른 셋업, 보다 높은 회복률 (특히 승온에서), 보다 우수한 내마모성, 보다 높은 수축력, 및 보다 우수한 오일 및 충전제 허용성을 갖는다.
본 발명의 혼성중합체는 또한, 특이한 결정화 및 분지화 분포 관계를 나타낸다. 즉, 본 발명의 혼성중합체는, 특히 동일한 단량체 및 단량체 농도를 함유하는 랜덤 공중합체 또는 중합체의 물리적 블렌드, 예컨대 동등한 전체 밀도에서의 고밀도 중합체와 저밀도 공중합체의 블렌드에 비해, 용융열의 함수로서의 CRYSTAF 및 DSC를 사용하여 측정한 최고 피크 온도 사이에서 비교적 큰 차이를 갖는다. 이러한 본 발명의 혼성중합체의 특이한 특징은 중합체 주쇄내의 블록 중의 특이한 공단량체 분포로 인한 것이라고 생각된다. 특히, 본 발명의 혼성중합체는 상이한 공단량체 함량을 갖는 교호 블록 (단독중합체 블록 포함)을 포함할 수 있다. 본 발명의 혼성중합체는 밀도 또는 공단량체 함량이 상이한 중합체 블록의 수 및/또는 블록 크기에 있어 슐츠-플로리형의 분포인 분포를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 혼성중합체는, 중합체 밀도, 모듈러스 및 형상에 대해 실질적으로 독립적인 특이한 피크 융점 및 결정화 온도를 또한 갖는다. 바람직한 실시양태에서, 중합체의 미세결정의 질서는, 심지어 1.7 미만, 또는 1.5 미만, 또한 1.3 미만까지의 PDI 값에서도 랜덤 또는 블록 공중합체와 구별가능한 특징적 구과(spherulite) 및 라멜라를 나타낸다.
또한, 본 발명의 혼성중합체는 블록화의 정도 또는 수준에 영향을 주는 기술을 사용하여 제조할 수 있다. 즉, 촉매 및 이동제의 비율 및 유형 뿐만 아니라 중합 온도, 및 다른 중합 변수를 조절함으로써 각각의 중합체 블록 및 세그먼트의 길이 및 공단량체의 양을 변경할 수 있다. 이러한 현상의 놀라운 이점은, 블록화 정도가 증가됨에 따라 생성된 중합체의 광학 특성, 인열 강도 및 고온 회복 특성이 향상된다는 것의 발견이다. 특히, 중합체 중 평균 블록수가 증가함에 따라 투명도, 인열 강도 및 고온 회복 특성이 증가되는 반면, 헤이즈는 감소한다. 원하는 사슬 이동능 (낮은 정도의 사슬 종결에서의 높은 이동 비율)을 갖는 이동제와 촉매의 조합을 선택함으로써, 다른 형태의 중합체 종결이 효과적으로 억제된다. 따라서, 본 발명의 실시양태에 따른 에틸렌/α-올레핀 공단량체 혼합물의 중합에서는 존재하더라도 매우 적은 β-수소화물 제거가 나타나고, 생성된 결정질 블록은 장쇄 분지를 갖지 않거나 거의 갖지 않으며, 매우 또는 실질적으로 완전히 선형이다.
고도의 결정질 사슬 말단을 갖는 중합체를, 본 발명의 실시양태에 따라 선택적으로 제조할 수 있다. 엘라스토머 용도에서, 비정질 블록에 의해 종결된 중합체의 상대적 양을 감소시키면 결정질 영역에 대한 분자간 희석 효과가 감소한다. 이러한 결과는 수소 또는 다른 사슬 종결제에 대해 적절한 반응을 갖는 사슬 이동제 및 촉매를 선택함으로써 얻을 수 있다. 구체적으로, 고도의 결정질 중합체를 생성시키는 촉매가, (예컨대 많은 공단량체 혼입, 자리-오류 또는 아택틱 중합체 형성에 의해) 보다 덜 결정질인 중합체 세그먼트를 생성시키는 촉매에 비해, (예컨대 수소의 사용에 의한) 사슬 종결에 대해 보다 영향받기 쉬운 경우, 고도의 결정질 중합체 세그먼트가 중합체의 말단 부분을 우세하게 차지한다. 생성된 말단기가 결정질일 뿐만 아니라, 종결에 따라 고도로 결정질인 중합체 형성 촉매 위치가 다시 한번 중합체 형성의 재개시를 위해 사용가능하다. 따라서, 초기에 형성된 중합체는 고도로 결정질인 또다른 중합체 세그먼트이다. 따라서, 생성된 멀티블록 공중합체의 양단 모두가 우세하게 고도로 결정질이다
본 발명의 실시양태에서 사용되는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는, 바람직하게는 에틸렌과 1종 이상의 C3-C20 α-올레핀의 혼성중합체이다. 에틸렌과 C3-C20 α-올레핀의 공중합체가 특히 바람직하다. 혼성중합체는 C4-C18 디올레핀 및/또는 알케닐벤젠을 추가로 포함할 수 있다. 에틸렌과 중합하기에 유용한 적합한 불포화 공단량체로는, 예를 들어 에틸렌계 불포화 단량체, 공액 또는 비공액 디엔, 폴리엔, 알케닐벤젠 등이 포함된다. 이러한 공단량체의 예로는, C3-C20 α-올레핀, 예컨대 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-헥센, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 등이 포함된다. 1-부텐 및 1-옥텐이 특히 바람직하다. 다른 적합한 단량체로는, 스티렌, 할로- 또는 알킬-치환된 스티렌, 비닐벤조시클로부탄, 1,4-헥사디엔, 1,7-옥타디엔 및 나프텐계 성분 (예를 들어, 시클로펜텐, 시클로헥센 및 시클로옥텐)이 포함된다.
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 바람직한 중합체이지만, 다른 에틸렌/올레핀 중합체를 사용할 수도 있다. 본원에서 사용된 올레핀은, 1개 이상의 탄소-탄소 이중 결합을 갖는 불포화 탄화수소계 화합물의 군을 지칭한다. 촉매의 선택에 따라, 임의의 올레핀을 본 발명의 실시양태에서 사용할 수 있다. 바람직하게는, 적합한 올레핀은, 비닐계 불포화기를 함유하는 C3-C20 지방족 및 방향족 화합물, 및 환식 화합물, 예컨대 시클로부텐, 시클로펜텐, 디시클로펜타디엔 및 노르보르넨 (5번 및 6번 위치에서 C1-C20 히드로카르빌 또는 시클로히드로카르빌기로 치환된 노르보르넨을 포함하나, 이에 제한되지는 않음)이다. 상기 올레핀들의 혼합물 뿐만 아니라 C4-C40 디올레핀 화합물과 상기 올레핀의 혼합물도 포함된다.
올레핀 단량체의 예로는, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-헵텐, 1-옥텐, 1-노넨, 1-데센 및 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센, 1-옥타데센, 1-에이코센, 3-메틸-1-부텐, 3-메틸-1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 4,6-디메틸-1-헵텐, 4-비닐시클로헥센, 비닐시클로헥산, 노르보르나디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 시클로펜텐, 시클로헥센, 디시클로펜타디엔, 시클로옥텐, C4-C40 디엔 (1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 1,4-헥사디엔, 1,5-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 1,9-데카디엔을 포함하나, 이에 제한되지는 않음), 기타 C4-C40 α-올레핀 등이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시양태에서, α-올레핀은 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 또는 이들의 조합이다. 비닐기를 잠재적으로 함유하는 임의의 탄화수소를 본 발명의 실시양태에 사용할 수 있으나, 단량체의 분자량이 너무 높아짐에 따라 단량체 유용성, 비용 및 생성된 중합체로부터 미반응 단량체를 편리하게 제거하는 능력과 같은 실용적 문제가 더욱 문제가 될 수 있다.
본원에 기재된 중합 방법은, 스티렌, o-메틸 스티렌, p-메틸 스티렌, t-부틸스티렌 등을 비롯한 모노비닐리덴 방향족 단량체를 포함하는 올레핀 중합체의 제조에 아주 적합하다. 특히, 에틸렌 및 스티렌을 포함하는 혼성중합체는 본원의 교시에 따라 제조할 수 있다. 임의로는, 개선된 특성을 갖는 에틸렌, 스티렌 및 C3-C20 알파 올레핀을 포함하는, 임의로는 C4-C20 디엔을 포함하는 공중합체를 제조할 수 있다.
적합한 비공액 디엔 단량체는 6 내지 15개의 탄소 원자를 갖는 직쇄, 분지쇄 또는 환식 탄화수소 디엔일 수 있다. 적합한 비공액 디엔의 예로는, 직쇄 비환식 디엔, 예컨대 1,4-헥사디엔, 1,6-옥타디엔, 1,7-옥타디엔, 1,9-데카디엔, 분지쇄 비환식 디엔, 예컨대 5-메틸-1,4-헥사디엔; 3,7-디메틸-1,6-옥타디엔; 3,7-디메틸-1,7-옥타디엔 및 디히드로미리센과 디히드로옥시넨의 혼합 이성질체, 단일 고리 지환식 디엔, 예컨대 1,3-시클로펜타디엔; 1,4-시클로헥사디엔; 1,5-시클로옥타디엔 및 1,5-시클로도데카디엔, 및 다중 고리 지환식 접합 및 다리결합 고리 디엔, 예컨대 테트라히드로인덴, 메틸 테트라히드로인덴, 디시클로펜타디엔, 비시클로-(2,2,1)-헵타-2,5-디엔; 알케닐, 알킬리덴, 시클로알케닐 및 시클로알킬리덴 노르보르넨, 예컨대 5-메틸렌-2-노르보르넨 (MNB); 5-프로페닐-2-노르보르넨, 5-이소프로필리덴-2-노르보르넨, 5-(4-시클로펜테닐)-2-노르보르넨, 5-시클로헥실리덴-2-노르보르넨, 5-비닐-2-노르보르넨 및 노르보르나디엔이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. EPDM 제조에 전형적으로 사용되는 디엔 중, 특히 바람직한 디엔은 1,4-헥사디엔 (HD), 5-에틸리덴-2-노르보르넨 (ENB), 5-비닐리덴-2-노르보르넨 (VNB), 5-메틸렌-2-노르보르넨 (MNB) 및 디시클로펜타디엔 (DCPD)이다. 특히 바람직한 디엔은, 5-에틸리덴-2-노르보르넨 (ENB) 및 1,4-헥사디엔 (HD)이다.
본 발명의 실시양태에 따라 제조될 수 있는 바람직한 중합체의 한 부류는, 에틸렌, C3-C20 α-올레핀, 특히 프로필렌, 및 임의로는 1종 이상의 디엔 단량체의 엘라스토머 혼성중합체이다. 이러한 본 발명의 실시양태에 사용하기에 바람직한 α-올레핀은 화학식 CH2=CHR* (식 중, R*은 1 내지 12개의 탄소 원자를 갖는 선형 또는 분지형 알킬기임)로 표시된다. 적합한 α-올레핀의 예로는, 프로필렌, 이소부틸렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐 및 1-옥텐이 포함되나, 이에 제한되지는 않는다. 특히 바람직한 α-올레핀은 프로필렌이다. 프로필렌 기재의 중합체는 일반적으로 당업계에서 EP 또는 EPDM 중합체로서 지칭된다. 이러한 중합체, 특히 멀티블록 EPDM형 중합체를 제조하는 데 사용하기에 적합한 디엔으로 4 내지 20개의 탄소를 포함하는 공액 또는 비공액, 직쇄 또는 분지쇄, 환식 또는 다환식 디엔을 포함한다. 바람직한 디엔은, 1,4-펜타디엔, 1,4-헥사디엔, 5-에틸리덴-2-노르보르넨, 디시클로펜타디엔, 시클로헥사디엔 및 5-부틸리덴-2-노르보르넨이 포함된다. 특히 바람직한 디엔은 5-에틸리덴-2-노르보르넨이다.
디엔 함유 중합체는, 보다 많은 또는 적은 양의 디엔 (존재하지 않는 경우 포함) 및 α-올레핀 (존재하지 않는 경우 포함)을 함유하는 교호 세그먼트 또는 블록을 포함하기 때문에, 후속적인 중합체 특성의 손실 없이 디엔 및 α-올레핀의 총량이 감소할 수 있다. 즉, 디엔 및 α-올레핀 단량체는 중합체 전반에 걸쳐 균일하게 또는 무작위로 혼입되기보다는 한가지 유형의 중합체 블럭내에 우세하게 혼입되기 때문에, 이들이 보다 효과적으로 사용되고, 이어서 중합체의 가교 밀도가 보다 잘 조절될 수 있다. 이러한 가교가능 엘라스토머 및 경화물은 보다 높은 인장 강도 및 보다 우수한 탄성 회복성을 비롯한 유리한 특성을 갖는다.
일부 실시양태에서, 상이한 양의 공단량체가 혼입된 2종의 촉매에 의해 제조된 본 발명의 혼성중합체는, 그에 의해 형성된 블록의 중량비가 95:5 내지 5:95이다. 엘라스토머 중합체는 바람직하게는, 중합체의 총 중량을 기준으로 20 내지 90％의 에틸렌 함량, 0.1 내지 10％의 디엔 함량 및 10 내지 80％의 α-올레핀 함량을 갖는다. 보다 바람직하게는, 멀티블록 엘라스토머 중합체는 중합체의 총 중량을 기준으로 60 내지 90％의 에틸렌 함량, 0.1 내지 10％의 디엔 함량 및 10 내지 40％의 α-올레핀 함량을 갖는다. 바람직한 중합체는, 중량평균 분자량 (Mw)가 10,000 내지 약 2,500,000, 바람직하게는 20,000 내지 500,000, 보다 바람직하게는 20,000 내지 350,000이고, 다분산도가 3.5 미만, 보다 바람직하게는 3.0 미만이고, 무니(Mooney) 점도 (ML (1+4) 125℃)가 1 내지 250인 고분자량 중합체이다. 보다 바람직하게는, 이러한 중합체는 65 내지 75％의 에틸렌 함량, 0 내지 6％의 디엔 함량 및 20 내지 35％의 α-올레핀 함량을 갖는다.
에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 그의 중합체 구조내에 1개 이상의 관능기가 혼입됨으로써 관능화될 수 있다. 관능기의 예로는, 예를 들어 에틸렌계 불포화 일관능성 및 이관능성 카르복실산, 에틸렌계 불포화 일관능성 및 이관능성 카르복실산 무수물, 이들의 염 및 이들의 에스테르가 포함될 수 있다. 이러한 관능기는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체에 그래프팅될 수 있거나, 또는 에틸렌 및 임의로의 추가의 공단량체와 공중합되어 에틸렌, 관능성 공단량체 및 임의로는 다른 공단량체(들)의 혼성중합체를 형성할 수 있다. 폴리에틸렌 상에 관능기를 그래프팅하는 수단은, 예를 들어 미국 특허 제4,762,890호, 동 제4,927,888호 및 동 제4,950,541호에 기재되어 있으며, 이들 특허의 개시는 전체가 본원에 참고로 도입된다. 특히 유용한 하나의 관능기는 말레산 무수물이다.
관능성 혼성중합체 중에 존재하는 관능기의 양은 달라질 수 있다. 관능기는 전형적으로, 약 1.0 중량％ 이상, 바람직하게는 약 5 중량％ 이상, 보다 바람직하게는 약 7 중량％ 이상의 양으로 공중합체형 관능화된 혼성중합체 중에 존재할 수 있다. 관능기는 전형적으로, 약 40 중량％ 미만, 바람직하게는 약 30 중량％ 미만, 보다 바람직하게는 약 25 중량％ 미만의 양으로 공중합체형 관능화된 혼성중합체 중에 존재할 것이다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 조성물은 상이한 분자량 및/또는 총 밀도의 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 블렌드를 포함한다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 충전 중합체 조성물을 기준으로 총 중량을 기준으로 약 5％ 내지 약 70％의 양으로 존재한다. 특정 실시양태, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 약 5％ 내지 약 60％, 약 10％ 내지 약 50％, 약 15％ 내지 약 40％, 약 20％ 내지 약 30％의 범위이다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 충전 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 약 60％, 55％, 50％, 45％, 40％, 35％, 30％, 25％, 20％, 15％, 12％, 10％, 또는 5％로 존재한다.
기타 중합체
특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물에 사용되는 중합체는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 및 소음, 진동 및 거칠기의 개선 및 와이어, 케이블 및 지붕 분야에서의 사용을 위한 충전 중합체 조성물에서의 사용을 위해서 당업계에 공지된 기타 중합체를 포함한다. 이러한 중합체 (또한 "기타 중합체" 또는 "제 2 중합체(들)"이라고 지칭됨)로는 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌과 같은 폴리올레핀 수지, 에틸렌-프로필렌 공중합체 및 폴리(에틸렌-co-비닐 아세테이트)와 같은 에틸렌 공중합체, 에틸렌, 프로필렌 및 비공액 디엔 (EPMD)의 삼원공중합체, 폴리비닐 클로라이드 (PVC), 에틸렌 및 비닐 아세테이트 (EVA)의 혼합 중합체, 스티렌-부타디엔 혼합 중합체 (SBR), 및 이들 물질과 폴리스티렌 및 폴리올레핀과 같은 열가소성 중합체의 혼합물, 메탈로센 공중합체, 본원에 참고로 도입된 개시물인 미국 특허 제5,272,236 및 동 5,278,272호에 기재된 실질적으로 선형 올레핀 중합체가 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다. 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물 중의 기타 중합체의 양은 조성물 중에 존재하는 중합체의 총 중량의 약 0％ 내지 약 70％, 약 5％ 내지 약 60％, 약 10％ 내지 약 50％, 약 15％ 내지 약 45％, 약 20％ 내지 약 40％, 약 30％ 내지 약 40％의 범위로 존재할 수 있다. 특정 실시양태에서, 조성물 중의 기타 중합체의 양은 중합체의 총 중량의 약 5％, 10％, 15％, 20％, 25％, 30％, 35％, 40％, 50％, 60％ 또는 70％이다.
성분 B: 충전제
충전제는 들어 방음 또는 다른 목적하는 특성에 기여하는 부피 (mass) 제공하기 위해서 충전 중합체 조성물에 사용된다. 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 높은 충전제 수준으로 목적하는 제조 특성을 유지시킬 수 있다. 적절한 기계적 특성을 유지시키는 것이 경제적인 조성물의 제형에 바람직하지만, 대략 50 부피％ 및 그 이상의 충전제 적재량의 달성이 소리 조절 분야에 특히 유용한 조성물을 생성한다. 또한, 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 조성물은 다양한 범위의 충전제 수준에 걸쳐서 목적하는 기계적 특성을 유지할 수 있다.
조성물에 유용한 충전제로는 탄산칼슘, 황산바륨, 활석, 카본 블랙 또는 흑연, 비산회, 시멘트 분진, 점토, 장석, 하석, 실리카 또는 유리, 퓸드 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 유리 섬유, 나노 점토, 산화아연, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 이산화티타늄, 티타테이트, 유리 마이크로스피어 및 백악이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다. 특정 실시양태에서, 충전제는 탄산칼슘 및 황산바륨에서 선택된다. 특정 실시양태에서, 충전제는 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘에서 선택된다.
조성물에 사용될 수 있는 내연소성 충전제로는 산화안티몬, 디카브로모비페닐 옥시드, 알루미나 삼수화물, 수산화마그네슘, 보레이트, 할로겐화 화합물이 포함된다. 조성물에 사용하기에 적합한 다른 다양한 충전제로는 나무 섬유/곡분/칩스, 분쇄된 쌀겨, 면, 전분, 유리 섬유, 합성 섬유 (예를 들어 폴리올레핀 섬유), 및 탄소 섬유가 포함된다. 내연제인 블렌드를 수득하기 위해서 충전제로서 수화 알루미나를 또한 사용할 수 있다.
충전제의 양은 충전제 밀도에 의존한다. 즉, 충전제 밀도가 클수록 충전제의 부피 분율에 인식할 수 있는 영향을 미치지 않고 제형에 첨가될 수 있는 양이 증가된다. 블렌드 조성물 중의 충전제의 수준은 중량 또는 부피를 기준으로 기재될 수 있다. 충전제의 부피％는 하기 수학식에 의해 예측할 수 있다.
부피％F = [중량％F/ρF) X 100％]/[중량％F/ρF) + ∑중량％i/ρi)]
상기 식 중, 부피％F는 최종 조성물 중의 충전제의 부피％와 동일하고, 중량％F는 충전제의 중량％와 동일하고, ρF는 g/cm3로 측정된 충전제의 밀도이고, 중량％i는 i번째 성분의 중량％이고, ρi는 g/cm3로 측정된 i번째 성분의 밀도이다.
따라서, 충전제의 수준은 본원에서는 조성물의 총 중량을 기준으로 하는, 중량％를 사용하여 논의한다. 충전제의 입자 크기는 조성물에 사용되는 충전제의 양에 일부 영향을 갖는다. 미세 입자 크기 충전제는 일반적으로 블렌드 점도를 보다 높게 하는 경향이 있고, 이들은 또한 보다 비싸다. 용융된 블렌드가 다이 오리피스를 통해 압출되는 경우 미세 충전제, 특히 적재량이 높은 충전제의 사용은 더 매끄러운 압출 표면을 생성한다. 충전 중합체 조성물 중의 미세 입자 크기 충전제를 사용하는 것에 수반되는 이점은 전체가 본원에 참고로 도입된 개시물인 미국 특허 제4,263,196호에 기재되어 있다. 본원에서 제공된 예시적인 조성물에서, 사용되는 탄산칼슘의 입자 크기는 약 3.2 마이크로미터 내지 약 8 마이크로미터의 입자 크기이다.
특정 실시양태에서, 많은 유형의 충전제 또는 이들의 조합물의 사용은 충전 중합체 조성물의 특성을 변형시키지 않는 것이 가능하다. 예를 들어, 알루미나 삼수화물 (ATH, Al2O3.3H2O)의 포함은 난연성 또는 저연성 (low-smoke-tendency) 조성물을 목적하는 경우 매우 바람직하다. 밀도가 매우 높은 조성물을 목적으로 하는 경우 무거운 충전제, 예를 들어 분말 철 또는 납, 이들의 산화물 또는 쉐이빙 (shaving)을 사용할 수 있다. 유사하게, 밀도가 매우 낮은 조성물이 요구되는 경우, 밀도가 낮은 미네랄, 예를 들어 탄산마그네슘, 산화마그네슘, 수산화마그네슘, 황산칼슘, 실리카, 비산재, 및 시멘트 분진, 또는 유기 충전제, 예를 들어 얀 (yarn), 목분, 견과루 껍질, 쌀겨, 보리가루 (cornmeal), 및 점토 등이 사용될 수 있다. 마지막으로, 외향비가 다양한 충전제, 예를 들어 활석, 운모, 매우 침형인 것 (예를 들어 규회석)부터 환형인 것(예를 들어 유리 비드)이 또한 인장 강도 또는 신장률과 같은 상관관계를 변형시키기 위해서 사용될 수 있다.
충전제는 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30％ 내지 약 95％의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 충전제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 40％ 내지 약 90％, 약 45％ 내지 약 85％, 약 50％ 내지 약 85％, 약 60％ 내지 약 81％의 양으로 존재한다. 특정 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 30％, 35％, 40％, 45％, 50％, 55％, 60％, 65％, 70％, 75％, 80％, 81％, 85％, 90％ 또는 95％로 존재한다.
성분 C
임의의 한 가소성 물질 또는 이들의 조합물을 본원에서 제공된 조성물 중에 사용하는 것이 또한 유용할 수 있다. 본원에서 제공된 조성물 중에 존재하는 경우 가소제는 몇몇 군의 하나로부터 선택될 수 있다. 제1 군은 가공 오일로서 공지된 군이다. 세가지 유형의 가공 오일은 공지된-파라핀, 방향족, 및 나프탈렌이다. 가공 오일은 또한 점도 범위로 나뉠 수 있다. "묽은" 오일은 100℉ (38℃)에서 100-500 SUS (세이볼트 점도 (Saybolt Universal seconds)만큼 낮다. "진한" 오일은 100℉에서 6000 SUS)만큼 높을 수 있다. 가공 오일, 특히 100℉에서 점도가 약 100 내지 6000 SUS인 나프탈렌 및 파라핀 오일이 특정 실시양태에서 사용된다.
본원에서 제공된 조성물이 사용되는 경우, 가소제의 제2 군은 에폭시화 대두유 및 에폭시화 아마인유와 같은 에폭시화 오일을 포함하는 군이다.
본원에서 조성물에서 사용될 수 있는 가소제의 제3 군은 일반적으로 다염기성 산과 폴리올의 액상 축합 생성물인 폴리에스테르이다. 본원에서 사용된 용어 "액상"은 실온에서 유동성인 것을 의미한다. 산성 성분은 가장 흔히는 포화 지방족 이염기성 산, 또는 방향족 이염기성 산, 아디프산, 아젤라산, 프탈산, 세바스산, 및 글루타르산, 또는 이들의 혼합물이 일반적으로 사용된다. 폴리올은 지방족 폴리올 또는 폴리-옥시알킬렌 폴리올, 예를 들어 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 1,4- 및 1,3-부탄 글리콜, 디에틸렌 글리콜, 및 폴리에틸렌 글리콜일 수 있다. 일부 실시양태에서, 폴리에스테르 조성물은 50 중량％를 초과하는 양이 지방족 글리콜과 같은 지방족 폴리올인 산 성분을 포함한다. 아디프산 또는 아젤라산 및 프로필렌 글리콜 또는 1,3- 또는 1,4-부탄 글리콜 기재 가소제가 또한 본원에서 사용될 수 있다. 이들 가소제의 분자량은 낮게는 수백 내지 높게는 약 10,000 이하의 범위일 수 있다. 시판되는 제품의 분자량은 좀처럼 특정되지 않지만, 전형적으로는 시장에서는 제품의 분자량 범위가 낮은 것, 중간인 것, 또는 높은 것으로 분류된다 본원 조성물에 적합한 분자량 범위는 중간인 것일 수 있다.
폴리에스테르 또는 에폭시화 오일과 탄화수소 오일의 혼합물이 또한 특정 조성물에서 효과적인 가소제이다. 이러한 혼합물을 사용하는 것의 한 목적은 상대적으로 높은 가격의 폴리에스테르 또는 에폭시화 오일과 낮은 가격의 탄화수소 오일의 효율을 높게 결합시키기 위함이다. 이러한 혼합물로 가소화된 화합물의 가격/성능은, 특성들이 보다 정밀하게 제조되거나 또는 충전제 수준이 증가될 수 있기 때문에 주어진 분야를 위해 상당히 개선될 수 있다.
폴리에스테르 가소제와 탄화수소 오일의 혼합물이 사용되는 경우, 두 성분의 상대적인 비율은 성능 목적에 따라서 다양한 범위일 수 있다. 50％ 이하의 폴리에스테르를 포함하는 혼합물이 경제적인 이유로 바람직하고, 20％ 이하의 폴리에스테르를 포함하는 것이 가장 바람직하다.
제4 군의 가소제인 폴리에테르 및 폴리에테르 에스테르가 또한 본원에서 제공되는 조성물에 효과적이다. 일반적으로, 폴리에테르는 알킬렌 옥시드의 올리고머 또는 중합체이고, 에틸렌 또는 프로필렌 옥시드의 중합체가 시판되는 가장 일반적인 유형이다. 폴리에테르는 예를 들어 다양한 유형의 촉매를 사용하여 알데히드의 중합에 의해, 또는 알킬렌 옥시드의 산 또는 염기 촉매화 중합에 의해 제조될 수 있다. 폴리에테르는 히드록실기에 의해 종결되어 디올 (글리콜)을 형성하거나 또는 예를 들어 알킬렌 옥시드와 글리세롤의 부가물의 경우에는, 트리올 등을 형성한다. 히드록실 종결 폴리에테르는 또한 산, 라우르산과 같은 지방산과 반응할 수 있고, 스테아르산이 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 글리콜의 모노- 및 디에스테르의 일반적인 예이다. 폴리에테르의 분자량은 분자량이 큰 중합체에서 전형적인 것 이하의 범위일 수 있다.
특정 실시양태에서, 폴리에테르는 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드의 랜덤 및/또는 블록 공중합체를 기재로 하는 폴리올로 구성된 것들이다. 공중합체 폴리올은 매우 높은 수준의 충전제를 포함하는 조성물에서 효율성의 관점에서 보다 양호한 성능을 제공한다.
폴리에테르 또는 폴리에테르 에스테르 가소제와 폴리에스테르 가소제 또는 탄화수소 가공 오일의 혼합물이 또한 제공된 조성물에 사용될 수 있다. 폴리에테르/폴리에스테르 조합물의 이점은 폴리에테르가 폴리에스테르보다 더 싼것으로 인한 더 낮은 가격이다. 오일의 보다 낮은 가격 때문에 폴리에테르와 가공 오일의 조합물이 또한 더 싸다.
폴리에테르/폴리에스테르 조합물 중의 2개의 성분의 반응성 비율은 적절한 요건 및 가격을 기준으로 하는 시스템의 효율성에 따라서 조정될 것이다. 주로 폴리에스테르를 기재로 하는 것들은 예를 들어 주로 폴리에테르 또는 폴리에테르 에스테르를 기재로 하는 것들에 비해 딱딱하지 않고 보다 비쌀것이다.
폴리에테르 또는 폴리에테르 에스테르 및 탄화수소 오일의 혼합물이 사용되는 경우, 사용되는 상대적인 비율은 가격 및 적절한 요건에 의존할 것이다. 폴리에테르는 가공 오일보다 더 비싸기 때문에, 50％ 이하의 폴리에테르를 포함하는 혼합물이 바람직하다.
특정 실시양태에서, 가소제는 프탈레이트 에스테르, 트리멜리테이트 에스테르, 벤조에이트, (아디페이트, 아젤레이트 및 세바케이트를 비롯한) 지방족 디에스테르, 에폭시 화합물, 포스페이트 에스테르, 글루타레이트, 중합체성 가소제 (글리콜 및 지방족 디카르복실산의 폴리에스테르) 및 오일로 이루어진 군에서 선택된다. 특정 실시양태에서, 본원 조성물에서 사용되는 가소제는 파라핀 가공 오일 및 스테아르산의 혼합물이다.
상기에서 언급된 바와 같이, 다른 한편 가공 오일 및 에폭시화 오일 또는 폴리에스테르 또는 폴리에테르 또는 폴리에테르 에스테르, 또는 다른 한편 임의의 이들의 조합물의 혼합물이 또한 본원에서 제공된 조성물을 위한 가소제로서 매우 효과적으로 사용될 수 있다. 사실, 가공 오일의 총 중량을 기준으로 약 50 내지 약 95 ％의 가공 오일을 포함하는 이러한 2 성분 또는 그 이상의 성분 가교제 시스템은 동일한 수준으로 가소제를 단독으로 사용하게 얻어질 수 있는 것보다 높은 인장 신장률을 준다. 최대 신장률은 가공 오일의 총 중량을 기준으로 약 50 내지 약 80％를 함유하는, 가공 오일 및 폴리에스테르 또는 폴리에테르 또는 폴리에테르 에스테르 또는 임의의 이들의 조합물의 혼합물을 사용하여 성취될 수 있다.
조성물 중의 가소제의 양은 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0％ 내지 약 15％까지 또는 약 10％ 이하로 다양하다. 특정 실시양태에서, 가소제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 1％ 내지 약 9％, 2％ 내지 약 8％, 3％ 내지 약 8％, 4％ 내지 약 6％로 존재한다. 특정 실시양태에서, 가소제는 조성물의 총 중량을 기준으로 약 2％, 3％, 4％, 4％, 5％, 6％, 6.5％, 7％, 8％, 9％ 또는 10％로 존재한다. 특정 실시양태에서, 가소제는 조성물의 총 중량을 기준으로 1％ 미만으로 존재한다.
성분 D: 첨가제
임의로는, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 조성물의 가공성, 외관, 물리적, 화학적, 및/또는 기계적 특성을 개선시키고/키거나 조절하려는 목적을 위해 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 그러나, 첨가제는 상기에 기재된 바와 같이 충전제로 기능하지 않는다. 일부 실시양태에서, 충전 중합체 조성물은 본원에 기재된 1종 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 충전 중합체 조성물은 본원에서 기재된 1종 이상의 첨가제가 실질적으로 또는 완전히 존재하지 않을 수 있다.
당업자에게 공지된 임의의 중합체 첨가제가 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물 중에 사용될 수 있다. 충전 중합체 조성물 중에 사용되는 다양한 첨가제는 본원에 참고로 도입된 미국 특허 제6,787,593호, 동 제5,973,049호, 동 제6,319,969호, 동 제3,904,456호, 동 제4,191,798호, 동 제4,24,2395호, 동 제4,263,196호, 동 제4,438,228호, 동 제6,254,956호 및 동 제6,262,161호에 열거되어 있다. 적합한 첨가제의 비제한적인 예로는 블로킹방지제, 산화방지제, UV 안정화제, 착색제 또는 안료, 가교제, 내연제, 정전기 방지제, 및 이들의 조합물이 포함된다. 첨가제의 총 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 약 0 초과 내지 약 80％, 약 0.001 ％ 내지 약 70％, 약 0.01 ％ 내지 약 60％, 약 0.1 ％ 내지 약 50％, 약 1 ％ 내지 약 40％, 또는 약 10 ％ 내지 약 50％의 범위일 수 있다. 일부 중합체 첨가제는 전체가 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et al., "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition (2001)]에 기재되어 있다.
충전 중합체 조성물의 제형화에서, 첨가제 각각은 첨가제가 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체부터 특히 용융된 상태로 상 분리되지 않도록 본원에서 사용되는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 상용성인 것이 바람직하다. 일반적으로, 첨가제와 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 상용성은 이들의 용해 파라미터, 예를 들어 힐데브렌드(Hildebrand) 용해도 파라미터의 차이의 감소에 따라 증가한다. 일부 힐데브랜드 용해도 파라미터는 본원에 참고로 도입된 문헌 [Barton, A. F. M., Handbook of Solubility and Other Cohesion Parameters, 2nd Ed. CRC Press, Boca Raton, FL (1991)]에서는 용해도에 대해, 문헌 [Polymer Handbook, 3rd Ed., J. Brandrup & E. H. Immergut, Eds. John Wiley, NY, pages 519-557 (1989)]에서는 단량체 및 대표적인 중합체에 대해, 문헌 [Barton, A. F. M., Handbook of Polymer-Liquid Interaction Parameters and Solubility Parameters, CRC Press, Boca Raton, FL (1990)]에서는 시판되는 다수의 중합체에 대해 요약되어 있다. 공중합체에 대한 힐데브랜드 용해도 파라미터는 문헌 [Barton A. F. M., Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters, CRC Press, Boca Raton, page 12 (1990)]에서 2상 공중합체에 대해 기재된 바와 같이 각각의 단량체 함유 공중합체에 대한 각각의 힐데브랜드 용해도 파라미터의 부피 분획 칭량을 사용하여 계산할 수 있다. 중합체 물질에 대한 힐데브랜드 용해도 파라미터의 값은 또한 상기 바르톤 (Barton)의 문헌 (pages 446-448)에 주지되어 있는 바와 같이 중합체의 분자량에 약하게 의존한다고 공지되어 있다. 따라서, 주어진 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 바람직한 분자량 범위일 것이고, 접착 강도는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 또는 첨가제의 분자량을 조작함으로써 추가적으로 조절할 수 있다. 일부 실시양태에서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 및 산화방지제와 같은 첨가제 사이의 힐데브랜드 용해도 파라미터의 절대적인 차이는 0 초과 내지 약 10 MPa1 /2, 약 0.1 내지 약 5 MPa1/2, 약 0.5 내지 약 4.0 MPa1 /2, 또는 약 1 내지 약 3.0 MPa1 /2의 범위로 감소한다.
본원 충전 충합체 조성물 중에 사용되는 산화방지제 또는 안정화제는 당업자에게 공지된 임의의 산화방지제를 사용한다. 적합한 산화방지제의 예로는 아민계 산화방지제, 예를 들어 알킬 디페닐아민, 페닐-α-나프틸아민, 알킬 또는 아르알킬 치환 페닐-α-나프틸아민, 알킬화 p-페닐렌 디아민, 테트라메틸-디아미노디페닐아민 등 및 입체장애형 페놀 화합물, 예를 들어 2,6-디-t-부틸-4-메틸페놀, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3',5'-디-t-부틸-4'-히드록시벤질)벤젠, 테트라키스[(메틸렌(3,5-디-t-부틸-4-히드록시히드로시나메이트)]메탄 (예를 들어 뉴욕에 소재한 시바 가이기의 이르가녹스 (IRGANOX, 상표명) 1010), 옥타데실-3,5-디-t-부틸-4-히드록시시나메이트 (예를 들어 시바 가이기에서 시판되는 이르가녹스 1076) 및 이들의 조합물이 포함된다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 산화방지제의 양은 충전 중합체 조성물의 0 초과 내지 약 10 중량％, 약 0.1 내지 약 5 중량％, 또는 약 0.5 내지 약 2 중량％일 수 있다.
특정 실시양태에서, 본원에 개시된 충전 중합체 조성물은 UV 방사에 의한 충전 중합체 조성물의 열화를 방지하거나 감소시킬 수 있는 UV 안정화제를 포함한다. 당업자에게 공지된 임의의 UV 안정화제가 본원에서 사용될 수 있다. 적합한 UV 안정화제의 비제한적인 예로는 벤조페논, 벤조트리아졸, 아릴 에스테르, 옥사닐리드, 아크릴 에스테르, 포름아미딘 카본 블랙, 장애형 아민, 니켈 켄쳐 (quencher), 장애형 아민, 페놀성 산화제, 금속염, 아연 화합물 및 이들의 조합물이 포함된다. 사용되는 경우, 조성물 중의 UV 안정화제의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 10 중량％, 약 0.1 내지 약 5 중량％, 또는 약 0.5 내지 약 2 중량％이다.
임의로는, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 블로킹방지제를 포함한다. 블로킹방지제를 사용하여 특히 보통의 압력 및 열 하에서 저장, 제조, 또는 사용 동안의 중합체 블렌드로부터 제조된 물폼의 접촉 층 사이의 목적하지 않은 접착을 방지할 수 있다. 당업자에게 공지된 임의의 블로킹방지제가 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 블로킹방지제의 비제한적인 예로는 광물 (예를 들어 점토, 백악, 및 탄산칼슘), 합성 실리카 겔 (예를 들어 미국 매릴랜드주 콜롬비아에 소재한 그레이스 데이비슨 (Grace Davison)으로부터의 실로블록 (SYLOBLOC) (등록상표)), 천연 실리카 (예를 들어 미국 캘리포니아주 산타 바바라에 소재한 셀라이트 코퍼레이션 (Celite Corporation)으로부터의 슈퍼 플로스 (SUPER FLOSS) (등록상표)), 활석 (예를 들어 미국 콜로라도주 센텐니알에 소재한 루제나크 (Luzenac)로부터의 옵티블록 (OPTIBLOC) (등록상표)), 제올라이트 (예를 들어 미국 뉴저지주 파시패니에 소재한 데구사로부터의 시페나트 (SIPERNAT (등록상표)), 알루미노실리케이츠 (예를 들어 일본 도쿄에 소재한 미주사와 인더스트리얼 케미컬스 (Mizusawa Industrial Chemicals)로부터의 실톤 (SILTON) (등록상표), 석회암 (예를 들어 미국 조지아주 아틀란타에 소재한 오미아 (Omya)로부터의 카르보렉스 (CARBOREX) (등록상표)), 구형 중합체 입자 (예를 들어 일본 도쿄에 소재한 니뽄 소쿠바이 (Nippon Shokubai)로부터의 에포스타 (EPOSTAR) (등록상표), 폴리(메틸 메타크릴레이트) 입자 및 미국 코네티컷주 윌톤에 소재한 GE 실리콘스로부터의 토스페알 (TOSPEARL) (등록상표), 실리콘 입자), 왁스, 아미드 (예를 들어 에루카미드, 올레아미드, 스테아라미드, 베헤나미드, 에틸렌-비스-스테아라미드, 에틸렌-비스-올레아미드, 스테아릴 에루카미드 및 다른 슬립제 (slip agent)), 분자체 (molecular sieve), 및 이들의 조합물이 포함된다. 유기 블로킹방지제는 표면으로 이동하여 표면 접착을 제한할 수 있지만, 광물 입자는 물품들 사이에 물리적 차이를 생성함으로써 블로킹을 낮출 수 있다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 블로킹방지제의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 3 중량％, 약 0.0001 내지 약 2 중량％, 약 0.001 내지 약 1 중량％, 또는 약 0.001 내지 약 0.5 중량％일 수 있다. 일부 블로킹방지제는 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et ah, "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 7, pages 585-600 (2001)]에 기재되어 있다.
추가의 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 인간의 눈에 대해서 충전 중합체 조성물의 외관을 변화시킬 수 있는 착색제 또는 안료를 임의로 포함한다. 당업자에게 공지된 임의의 착색제 또는 안료가 본원에서 제공된 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 착색제 또는 안료의 비제한적인 예로는 무기 안료, 예를 들어 산화철, 산화아연, 및 이산화티타늄과 같은 금속 산화물, 혼합 금속 산화물, 카본 블랙, 유기 안료, 예를 들어 안트라퀴논, 안탄트론, 아조 및 모노아조 화합물, 아릴아미드, 벤즈이미다졸론, 보나 레이크 (BONA lake), 디케토피롤로-피롤, 디옥사진, 디사조 화합물, 디아릴리드 화합물, 플라반트론, 인단트론, 이소인돌리논, 이소인돌린, 금속 착물, 모노아조 염, 나프톨, b-나프톨, 나프톨 AS, 나프톨 레이크, 페릴렌, 페리논, 프탈로시아닌, 피란트론, 퀴나크리돈, 및 퀴노프탈론, 및 이들의 조합물이 포함된다. 적합한 착색제 또는 안료의 추가 예로는 무기 안료, 예를 들어 이산화티타늄 및 카본 블랙, 프탈로시아닌 안료, 및 다른 유기 안료, 예를 들어 미국 뉴욕주 태리타운에 소재한 시바 스페셜티 케미컬스 (Ciba Specialty Chemicals)로부터 입수가능한 이르가진 (IRGAZIN) (등록상표), 크로모프탈 (CROMOPHTAL) (등록상표), 모나스탈 (MONASTRAL) (등록상표), 신쿠아시아 (CINQUASIA) (등록상표), IRGALITE (등록상표), 오르가솔 (ORASOL) (등록상표)가 포함된다. 사용되는 경우, 조성물 중의 착색제 또는 안료의 양은 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 10 중량％, 약 0.1 내지 약 5 중량％, 또는 약 0.5 내지 약 2 중량％일 수 있다. 특정 실시양태에서, 안료는 고정 (consolidated) 플라스틱으로부터의 흑색 농출물이다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 착색제 또는 안료의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 10 중량％, 약 0.1 내지 약 5 중량％, 또는 약 0.25 내지 약 2 중량％일 수 있다. 일부 착색제는 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et ah, "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 15, pages 813-882 (2001)]에 기재되어 있다.
임의로는, 본원에서 제안된 충전 중합체 조성물은 윤활제를 포함할 수 있다. 일반적으로, 윤활제는 특히 용융된 충전 중합체 조성물의 레올로지를 개질하고/하거나, 성형된 물품의 표면 마무리를 개선하고/하거나 충전제 또는 안료의 분산을 용이하게 하기 위해서 사용될 수 있다. 당업자에게 공지된 임의의 윤활제가 본원에서 개시된 충전 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 윤활제의 비제한적인 예로는 지방 알콜 및 이들의 디카르복실산 에스테르, 단쇄 알콜 (short-chain alcohol)의 지방산 에스테르, 지방산, 지방산 아미드, 금속 비누, 올리고머성 지방산 에스테르, 장쇄 알콜 (long-chain alcohol)의 지방산 에스테르, 용융 왁스, 폴리에틸렌 왁스, 폴리프로필렌 왁스, 천연 및 합성 파라핀 왁스, 불소중합체 및 이들의 조합물이 포함된다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 윤활제의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 5 중량％, 약 0.1 내지 약 4 중량％, 또는 약 0.1 내지 약 3 중량％일 수 있다. 일부 적합한 윤활제는 모두 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et al., "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 5, pages 511-552 (2001)]에 개시되어 있다.
임의로는, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 정전기 방지제를 포함할 수 있다. 일반적으로, 정전기 방지제는 충전 중합체 조성물의 전도성을 증가시켜 정전기 축적을 방지할 수 있다. 당업자에게 공지된 임의의 정전기 방지제가 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 정전기 방지제의 비제한적인 예로는 전도성 충전제 (예를 들어 카본 블랙, 금속 입자 및 기타 전도성 입자), 지방산 에스테르 (예를 들어 글리세롤 모노스테아레이트), 에톡실화 알킬아민, 디에탄올아미드, 에톡실화 알콜, 알킬술포네이트, 알킬포스페이트, 4급 암모늄 염, 알킬베타인 및 이들의 조합물이 포함된다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 정전기 방지제의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 5 중량％, 약 0.01 내지 약 3 중량％, 또는 약 0.1 내지 약 2 중량％일 수 있다. 일부 적합한 정전기 방지제는 모두 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et ah, "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 10, pages 627-646 (2001)]에 개시되어 있다.
추가의 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 충전 중합체 조성물의 가교 밀도를 증가시키기 위해서 사용될 수 있는 가교제를 임의로 포함한다. 당업자에게 공지된 임의의 가교제가 본원 충전 중합체 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 가교제의 비제한적인 예로는 유기 과산화물 (예를 들어 알킬 과산화물, 아릴 과산화물, 퍼옥시에스테르, 퍼옥시카르보네이트, 디아실퍼옥시드, 퍼옥시-케탈, 및 환형 과산화물) 및 실란 (예를 들어 비닐트리메톡시실란, 비닐-트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)실란, 비닐트리아세톡시실란, 비닐-메틸디메톡시실란, 및 3-메타크릴로일옥시프로필트리메톡시실란)이 포함된다. 사용되는 경우, 충전 중합체 조성물 중의 가교제의 양은 충전 중합체 조성물의 총 중량의 0 초과 내지 약 20 중량％, 약 0.1 내지 약 15 중량％, 또는 약 1 내지 약 10 중량％일 수 있다. 일부 적합한 가교제는 본원에 참고로 도입된 문헌 [Zweifel Hans et al., "Plastics Additives Handbook," Hanser Gardner Publications, Cincinnati, Ohio, 5th edition, Chapter 14, pages 725-812 (2001)]에 개시되어 있다.
충전 중합체 조성물의 가교는 또한 전자빔 조사, 베타 조사, 감마 조사, 코로나 조사, 및 UV 방사를 비롯한, 그러나 이로 제한되지는 않는 당업계에 공지된 임의의 방사 수단에 의해 가교 촉매와 함께 또는 가교 촉매 없이 개시될 수 있다. 미국 특허 출원 제10/086,057호 (US2002/0132923 Al으로 공개됨) 및 미국 특허 제6,803,014호에는 특정 실시양태에서 사용될 수 있는 전자 빔 조사 방법이 개시되어 있다.
조사는 높은 에너지, 이온화 전자, 자외선, X-선, 감마 선, 베타 입자 등 및 이들의 조합을 사용하여 수행할 수 있다. 바람직하게는, 전자는 70 메가래드 투입량 이하로 사용된다. 조사원은 목적하는 투입량을 공급할 수 있는 전력 출력을 갖고 약 150 KV 내지 약 6 MV 범위에서 작동하는 임의의 전자 빔 발생기일 수 있다. 전압은 예를 들어 100,000, 300,000, 1,000,000 또는 2,000,000 또는 3,000,000 또는 6,000,000 또는 그 이상 또는 그 이하일 수 있는 적절한 수준으로 조정될 수 있다. 중합체 물질을 조사하는 많은 다른 방식은 당업계에 공지되어 있다. 조사는 일반적으로 약 3 메가래드 내지 약 35 메가래드, 바람직하게는 약 8 내지 약 20 메가래드의 투입량에서 수행된다. 또한, 보다 고온 및 보다 저온 예를 들어 0℃ 내지 60℃가 또한 사용될 수 있지만 조사는 통상적으로는 실온에서 수행될 수 있다. 바람직하게는, 조사는 물품의 성형 또는 제조 후에 수행된다. 또한, 바람직한 실시양태에서, 프로-래드 (pro-rad) 첨가제와 혼입된 에틸렌 혼성중합체는 약 8 내지 약 20 메가래드에서 전자빔 방사로 조사된다.
가교는 가교 촉매로 촉진될 수 있고 이러한 기능을 제공할 임의의 촉매가 사용될 수 있다. 적합한 촉매로는 일반적으로는 유기 염기, 카르복실산, 및 유기 티타테이트 및 착물을 비롯한 유기 금속 화합물 또는 납, 코발트, 철, 니켈, 아연 및 주석의 카르복실레이트가 포함된다. 디부틸주석디라우레이트, 디옥틸주석말레에이트, 디부틸주석디아세테이트, 디부틸주석디옥토에이트, 제1 주석 아세테이트, 제1 주석 옥토에이트, 납 나프테네이트, 아연 카프릴레이트, 및 코발트 나프테네이트, 등이 포함된다. 주석 카르복실레이트, 특히 디부틸주석디라우레이트 및 디옥틸주석말레에이트가 본 발명에 특히 효과적이다. 촉매 (또는 촉매의 혼합물)는 촉매량, 전형적으로는 약 0.015 내지 약 0.035 phr로 존재한다.
대표적인 프로-래드 첨가제로는 아조 화합물, 유기 과산화물 및 다관능성 비닐 또는 알릴 화합물, 예를 들어 트리알릴 시아누레이트, 트리알릴 이소시아누레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 글루타르알데히드, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디알릴 말레에이트, 디프로파질 말레에이트, 디프로파질 모노알릴 시아누레이트, 디쿠밀 퍼옥시드, 디-tert-부틸 퍼옥시드, t-부틸 퍼벤조에이트, 벤조일 퍼옥시드, 쿠멘 히드로퍼옥시드, t-부틸 퍼옥토에이트, 메틸 에틸 케톤 퍼옥시드, 2,5-디메틸-2,5-디(t-부틸 퍼옥시)헥산, 라우릴 퍼옥시드, tert-부틸 퍼아세테이트, 아조비스이소부틸 니트리트 등 및 이들의 조합물이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 프로-래드 첨가제는 다관능성 (즉, 적어도 2개의) 잔기, 예를 들어 C=C, C=N 또는 C=O를 갖는 화합물이다.
1종 이상의 프로-래드 첨가제가 당업계에 공지된 임의의 방법에 의해서 에틸렌 혼성중합체에 혼입될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 프로-래드 첨가제(들)는 에틸렌 혼성중합체와 동일하거나 또는 상이한 기재 수지를 함유하는 마스터배치 농축물을 통해 도입된다. 바람직하게는, 마스터배치를 위한 프로-래드 첨가제 농도는 비교적 높다. 예를 들어, 약 25 중량％ (농축물의 총 중량을 기준으로 함)이다.
1종 이상의 프로-래드 첨가제는 임의의 유효량으로 에틸렌 중합체에 도입될 수 있다. 바람직하게는, 1종 이상의 프로-래드 첨가제 도입량은 (에틸렌 혼성중합체의 총 중량을 기준으로) 약 0.001 내지 약 5 중량％, 보다 바람직하게는 약 0.005 내지 약 2.5 중량％, 가장 바람직하게는 약 0.015 내지 약 1 중량％이다.
전자-빔 조사 이외에, 가교는 또한 UV 조사에 의해서 영향을 받을 수 있다. 미국 특허 제6,709,742호에는 본 발명의 실시양태에서 사용될 수 있는 UV 조사에 의한 가교 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 광가교제와 함께 또는 광가교제 없이, 섬유가 형성되지 전, 형성되는 동안 또는 형성된 후 광개시제를 중합체와 혼합한 후, 중합체를 목적하는 수준으로 가교하기에 충분한 UV 방사에 섬유와 광개시제를 노출시키는 것을 포함한다. 본 발명의 실시에 사용되는 광개시제는 방향족 케톤, 예를 들어 벤조페논 또는 1,2-디케톤의 모노아세탈이다. 모노아세탈의 일차 광반응은 아실 및 디알콕시알킬 라디칼을 생성하기 위한 α-결합의 균일 절단이다. 이 유형의 α-절단은 문헌 [W. Horspool and D. Armesto, 유기 Photochemistry: A Comprehensive Treatment. Ellis Horwood Limited, Chichester, England, 1992], [J. Kopecky, Organic Photochemistry: A Visual Approach. VCH Publishers, Inc., New York, NY 1992], 및 [N.J. Turro, et al., Ace. Chem. Res.. 1972, 5, 92], 및 [J.T. Banks, et al., J. Am. Chem. Soc. 1993, 115, 2473]에 보다 완전히 기재되어 있는 노리쉬 유형 (Norrish Type) I 반응으로 공지되어 있다. 방향족 1,2 디케톤의 모노아세탈 Ar-CO-C(OR)2-Ar'의 합성은 미국특허 제4,190,602호 및 독일 특허 제2,337,813호에 기재되어 있다. 이 부류의 바람직한 화합물은 시바-가이기로부터 이르가큐어 (Irgacure) 651로 시판되는 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논 C6H5-CO-C(OCH3)2-C6H5이다. 광개시제로서 본 발명의 실시에 유용한 다른 방향족 케톤의 예는 시바-가이기로부터 입수가능한 이르가큐어 184, 369, 819, 907 및 2959이다.
본 발명의 일 실시양태에서, 광개시제는 광가교제와 조합으로 사용된다. 자유 라디칼의 생성시에 폴리올레핀 골격과의 공유 결합의 형성을 통해 함께 2개 이상의 폴리올레핀 골격을 연결할 임의의 광가교제가 본 발명에서 사용될 수 있다. 바람직하게는 이들 광가교제는 다관능성이다. 즉, 이들은 활성화시에 공중합체의 골격 상의 자리와 공유 결합을 형성할 2개 이상의 자리를 함유한다. 대표적인 광가교제로는 다관능성 비닐 또는 알릴 화합물, 예를 들어 트리알릴 시아누레이트, 트리알릴 이소시아누레이트, 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디알릴 말레에이트, 디프로파질 말레에이트, 및 디프로파질 모노알릴 시아누레이트 등이 포함되지만, 이에 제한되지는 않는다. 본 발명에서 사용하기에 바람직한 광가교제는 다관능성 (즉, 2개 이상의) 잔기를 갖는 화합물이다. 특히 바람직한 광가교제는 트리알릴 시아누레이트 (TAC) 및 트리알릴이소시아누레이트 (TAIC)이다.
특정 화합물은 본 발명의 실시에서 광개시제 및 광가교제와 같이 거동한다. 이들 화합물은 UV 광에 노출될 시, 2개 이상의 반응성 종 (예를 들어 자유 라디칼, 카르벤, 니트렌, 등)을 생성하고, 이어서 2개의 중합체 사슬과 공유 결합하는 능력으로써 특징된다. 이들 두 기능을 수행할 수 있는 임의의 화합물이 본 발명의 실시에 사용될 수 있고, 대표적인 화합물로는 미국 특허 제6,211,302호 및 동 제6,284,842호에 기재된 술포닐 아지드가 포함된다.
본 발명의 또다른 실시양태에서, 공중합체는 이차 가교, 즉, 광가교 이외의 가교를 겪는다. 이 실시양태에서, 광개시제는 실란과 같은 비광가교제와 조합으로 사용되거나 또는 공중합체는 이차 가교 절차, 예를 들어 E-빔 방사에 노출된다. 실란 가교제의 대표적인 예는 미국 특허 제5,824,718호에 기재되어 있고, E-빔 방사에 대한 노출을 통한 가교는 미국 특허 제5,525,257호 및 동 제5,324,576호에 기재되어 있다. 이 실시양태에서의 광가교제의 사용은 임의적이다.
1종 이상의 광첨가제, 즉, 광개시제 및 임의적인 광가교제는 당업자에게 공지된 임의의 방법에 의해서 공중합체에 도입될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 광첨가제(들)은 공중합체로서 동일하거나 상이한 염기성 수지를 함유하는 마스터배치 농축물을 통해서 도입된다. 바람직하게는, 마스터배치를 위한 광첨가제 농축물은 비교적 높은 농도, 예를 들어 (농축물의 총 중량을 기준으로) 약 25 중량％이다.
1종 이상의 광첨가제가 임의의 유효량으로 공중합체에 도입된다. 바람직하게는, 1종 이상의 광첨가제 도입량은 (공중합체의 총 중량을 기준으로) 약 0.001 내지 약 5, 보다 바람직하게는 약 0.005 내지 약 2.5, 가장 바람직하게는 약 0.015 내지 약 1 중량％이다.
광개시제(들) 및 임의적인 광가교제(들)은 섬유 또는 필름 제조 공정의 상이한 단계 동안 첨가될 수 있다. 광첨가제가 압출 온도를 견딜 수 있는 경우, 폴리올레핀 수지는 압출기로 공급되기 전에 예를 들어 마스터배치 첨가를 통해 첨가제와 혼합될 수 있다. 별법으로, 첨가제는 슬롯 다이 직전에 압출기에 도입될 수 있지만, 이 경우 압출 전에 성분의 효과적인 혼합이 중요하다. 또다른 접근에서, 폴리올레핀 섬유는 광첨가제 없이 취출될 수 있고, 광개시제 및/또는 광가교제는 키스-롤, 분무, 첨가제가 있는 용액으로의 침지를 통해 또는 후처리를 위한 다른 공업적 방법을 사용하여 압출된 섬유에 적용될 수 있다. 이어서 광첨가제(들)이 있는 생성된 섬유는 전자기 방사를 통해 연속식 또는 배치식 공정으로 경화된다. 광 첨가제는 단축 및 이축 압출기를 비롯한 통상적인 컴파운딩 장비를 사용하여 폴리올레핀과 블렌딩될 수 있다.
전자기 방사의 전력 및 조사 시간은 중합체 열화 및/또는 치수 결함 없이 효과적으로 가교되도록 선택된다. 바람직한 방법은 유럽 특허 제0 490 854 Bl호에 기재되어 있다. 열 안정성이 충분한 광첨가제(들)은 폴리올레핀 수지와 예비혼합되고, 섬유로 압출되고, 직렬로 연결된 하나의 에너지원 또는 몇개의 장치를 사용하여 연속 공정으로 조사된다. 배치식 공정에 비해서 연속식 공정을 사용하여 스풀 (spool) 상에 수집된 편성물의 섬유 또는 시트를 경화시키는 것은 몇가지 이점이 존재한다.
조사는 UV-방사의 사용에 의해서 성취될 수 있다. 바람직하게는, UV-방사는 100 J/cm2 이하의 강도가 사용된다. 조사원은 목적하는 투입량을 공급할 수 있는 전력 출력을 갖는 약 50 와트 내지 약 25000 와트의 범위에서 작동하는 임의의 UV 광 발생기일 수 있다. 와트량은 예를 들어 1000 와트 또는 4800 와트 또는 6000 와트 또는 그 이상 또는 그 이하일 수 있는 적절한 수준으로 조정될 수 있다. UV-조사 중합체 물질에 대한 많은 다른 장치는 당업계에 공지되어 있다. 조사는 일반적으로는 약 3 J/cm2 내지 약 500 J/scm2, 바람직하게는 약 5 J/cm2 내지 약 100 J/cm2의 투입량에서 수행된다. 또한, 보다 높은 온도 및 보다 낮은 온도, 예를 들어 0℃ 내지 약 60℃가 사용될 수 있지만, 조사는 통상적으로는 실온에서 수행될 수 있다. 가교 공정은 온도가 높을수록 빠르다. 바람직하게는, 조사는 물품의 성형 또는 제조 후에 수행된다. 바람직한 실시양태에서, 광첨가제와 혼입되는 공중합체는 약 10 J/cm2 내지 약 50 J/cm2의 UV-방사로 조사된다.
충전 중합체 조성물의 제조
본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체, 충전제 및 임의로는 가소제 및 기타 첨가제를 포함한다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 충전제 및 첨가제의 블렌딩은 조성물 중의 성분을 실질적으로 균일하게 분포시킬 수 있는 임의의 공지된 방법으로 수행될 수 있다. 적합한 블렌딩 방법의 비제한적인 예로는 용융 블렌딩, 용매 블렌딩 등이 포함된다.
분산성 혼합 및 분포성 혼합 또는 분산성 및 분포성 혼합의 조합을 제공하는 물리적 블렌딩 장치가 균일한 블렌드를 제조하는데 유용할 수 있다. 물리적 블렌딩의 배치식 및 연속식 방법을 사용할 수 있다. 배치식 방법의 비제한적인 예로는 브라벤더 (BRABENDER) (등록상표) 혼합 장비 (예를 들어 미국 뉴저지주 사우스 해켄사크에 소재한 C. W. 브라벤데 인스트루먼츠, 인크. (Brabender Instruments, Inc.)로부터 입수가능한 브라벤데 프렙 센터 (BRABENDER PREP CENTER) (등록상표)) 또는 밴부리 (등록상표) 내부 혼합기 및 롤 분쇄기 (미국 코네니컷주 안소니아에 소재한 파렐 컴퍼니 (Farrel Company)로부터 입수가능함) 장비가 포함된다. 연속식 방법의 비제한적인 예로는 단축 압출, 이축 압출, 디스크 압출, 왕복 단축 압출, 및 핀 바렐 단축 압출이 포함된다.
시판되는 크기의 배치-유형 밴부리 또는 동등한 인텐시브 (intensive) 혼합기가 본원에서 제공된 조성물을 제조하기에 매우 적합하다. 파렐 연속식 혼합기 ("FCM")가 또한 양호한 혼합 장치이다. 다른 예에서, 건조 성분은 일상적인 방식으로 충전된다. 가장 일반적으로는 이러한 유형의 장비로 다양하게 사용되는 실시에서와 같이 가소제 성분을 혼합 챔버 내로 직접 사출하는 것이 통상적이다. 1종 이상의 가소제가 사용되는 경우, 임의의 한 가소제는 소량 (총 가소제 혼합물의 약 10 중량％ 미만)으로 존재하고, 가소제는 본 발명의 다른 성분에 첨가되기 전에 예비블렌딩되어야 한다. 이것은 최종 압축에서 각 가소제 성분의 균일한 분포를 용이하게 하여 최적의 특성이 얻어지도록 한다. 바람직할 경우, 공중합체 및 가소제(들)는 적합한 인텐시브 혼합 장치 (예를 들어 밴부리 혼합기 또는 축 압축기)에서 "마스터배치"로서 예비컴파운딩될 수 있다. 이어서 이 "마스터배치"는 충전제 및 다른 남아있는 성분과 컴파운딩되어 최종 조성물을 생성할 수 있다. 예를 들어 약 3분의 혼합 사이클이 대개는 예를 들어 325°내지 375℉의 작동 온도에서 밴부리 혼합기에 대해 일반적으로 적절하다. FCM 장치에 대한 작동 속도는 일반적으로는 미국 코네티컷주 안소니아에 소재한 파렐 컴퍼니에 의해서 제조되고 문헌에 의해서 예측된 범위 내로 떨어질 것이다. 다시, 325℉ 내지 375℉의 온도가 효과적이다. 두 가지 모두의 경우에서, 약 7％ 초과의 가소제 수준은 보다 낮은 혼합 온도에서 잘 혼합될 수 있지만 매우 낮은 가소제 수준 약 2 내지 3％는 보다 높은 온도를 요구할 수 있다. 점성 혼합물 (MI가 0.1 내지 20인 것)의 컴파운딩을 위한 다른 장치가 매우 만족스러워야 한다.
블렌드가 혼합될때, 일상적인 상업적인 실시, 예를 들어 수중 용융 커팅 및 건조 또는 시팅 (sheeting) 및 쵸핑 (chopping) 방법을 사용하여 최종 펠렛화 생성물을 제조할 수 있다.
충전 중합체 조성물의 응용
일반적으로, 소리가 최소화되거나 또는 "조절"될 수 있는 3가지 방식이 존재한다. 소리 파장이 블로킹될 수 있거나, 진동이 감소될 수 있거나, 소음이 흡수될 수 있다. 이러한 다양한 방식으로 소리를 조절하기 위해서, 특성이 상이한 물품이 요구된다.
본원에서 제공된 조성물은 경제적인 소리 조절 물품의 제조를 위한 다양한 제조 기술에 사용될 수 있다. 이들은 성분의 양 및 유형을 조정함으로써 조작되어 쉽게 성형될 수 있다. 본원에서 개시된 조성물은 통상적인 공정에 의해서 블로운 필름, 시트, 성형물, 발포 시트, 발포 플랭크, 팽창성 및 발포성 입자, 성형성 발포성 비드 및 사출 성형된 물품을 비롯한 필름으로 제조될 수 있다. 조성물은 또한 섬유, 발포체, 격자뿐만 아니라 접착제 및 실란트 제형의 제조에 사용될 수 있다.
본원에서 제공된 조성물은 당업계에 공지된 임의의 적합한 수단에 의해서 물품으로 형성되어 목적하는 특성이 유용한 임의의 분야에서 사용될 수 있다. 본원에서 개시된 조성물을 형성하기 위해서 사용가능한 수단에는 몰딩, 압출, 캘린더링 또는 주조의 실질적인 임의의 유형이 포함된다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 시트 분야, 특히 저가의 소음, 진동 및 거칠기 개선 분야에서 사용될 수 있다.
특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 운송 수단 카페트와 같은 기재 상에 쉽게 압출될 수 있거나 또는 지지되지 않은 필름 또는 시트로서 압출 또는 캘린더링될 수 있다. 사용되는 장비 및 사용되는 컴파운딩 기술에 따라서, 20 밀 미만 내지 100 밀 초과의 다양한 범위의 필름 두께로 압출하는 것이 가능하다. 이어서 이것은 필름 두께, 블렌드의 밀도, 충전제 적재량 대 결합제의 비율, 및 당업계에 널리 공지된 유사한 기술을 변형함으로써, 도달될 방음의 양을 다양화하기 위한 기회로 산업분야에 제공된다.
제조된 방음 시트는 운송 시스템, 예를 들어 운송 수단, 모터 사이클, 버스, 트랙터, 기차, 전차, 비행기 등, 운송 수단 문 및 트럭 라이너, 뒷자석 스트레이너 (strainer), 휠 웰 커버, 카페트 언더 레이먼트, 성형된 대시 절연체, 대시 매트, 구조물, 벽지/커버링, 및 종이/텍스타일 산업, 식기세척기, 냉장고, 에어컨 등의 소형 및 대형 가전, 가정용 믹서기, 가정 용품, 파워 툴 (power tool)과 같은 가정 용품, 잎 송풍기, 눈 송풍기와 같은 정원 용품, 선외 모터, 제트 스키 등과 같은 소형 엔진을 포함하지만 이에 제한되지는 않는 소음 분야에서 성형성 소음 장벽으로서 사용될 수 있다. 추가의 분야는 당업자에게는 명백하고, 드럼, 확성기 시스템, 복합 방음벽 (composite sound wall), 음향 감쇠 디스크 드라이브 시스템, 머플러, 음향 매트 조성물, 진공 청소기의 방음 장치, 수중 자동차의 드래그 및 소음을 감소시키기 위한 시스템, 소리 조절 특성이 개선된 운송 수단 헤드라이너, 방음 운송 수단 포함물, 예를 들어 오일 팬, 고온 방음 금속 중합체 적층물, 방음 기포가 있는 성형된 카페트 어셈블리, 진동 감쇠 강제층 구조물, 컨베이어 벨트 및 물질 이송 시스템, 소리 절연 성형성 카페트, 소리없는 디스크 브레이크 패드 (non-squeal disc brake pad) 등이 포함된다. 추가 분야로는 다양한 전자, 전자 통신 및 케이블 또는 와이어 코팅을 목적으로 하는 유사한 영역에서의 와이어 및 케이블을 위한 코팅이 포함된다. 시트 형태에서, 충전 중합체 조성물은 배틀, 단조용 프레스 등과 같은 공장의 소음 부분을 보호하거나 또는 둘러싸기 위한 천 또는 커튼 (hanging)으로 사용될 수 있다. (공압출된 구조물을 비롯한) 적층 시트 형태에서, 또다른 물질과 대면한 본원에서 제공된 충전 조성물은 개방형 사무실에서의 분리 판넬과 같은 장식용 및 기능성 사용을 성취하기 위해서 사용될 수 있다.
일반적으로, 압출은 중합체가 용융되고 압착되는 고온 및 고압의 영역을 통해서 축을 따라서 중합체가 연속적으로 추진되어 결국은 다이를 통해 배출되는 공정이다. 압축기는 단축 압축기, 다축 압출기, 디스크 압출기 또는 램 압출기일 수 있다. 다이는 필름 다이, 블로운 필름 다이, 시트 다이, 파이프 디이, 튜브 다이 또는 프로파일 압출 다이일 수 있다. 중합체의 압출은 모두 전체가 본원에 참고로 도입된 문헌 [C. Rauwendaal, "Polymer Extrusion", Hanser Publishers, New York, NY (1986)], 및 [MJ. Stevens, "Extruder Principals and Operation " Ellsevier Applied Science Publishers, New York, NY (1985)]에 기재되어 있다.
실시예는 본 발명의 실시양태를 예시하기 위해 제공된 것이며, 본 발명을 기재된 특정 실시양태로 제한하도록 의도되지 않는다. 달리 언급되지 않는 한, 모든 부 및 ％는 중량 기준이다. 모든 수치는 근사치이다. 수치 범위가 제공된 경우, 언급된 범위에서 벗어나는 실시양태 또한 본 발명의 범위내에 포함된다는 것을 이해하여야 한다. 각각의 실시예에 기재된 구체적 상세 사항이 본 발명의 필수적 특징으로서 의도되지 않아야 한다.
테스트 방법
하기 실시예에서는, 하기 분석 기술을 이용하였다.
샘플 1 내지 4 및 A 내지 C에 대한 GPC 방법
160℃로 설정된 가열된 니들이 장착된 자동화 액체-취급 로봇을 사용하여, 300 ppm 이오놀(Ionol)에 의해 안정화된 충분한 1,2,4-트리클로로벤젠을 각각의 건조된 중합체 샘플에 첨가하여 30 mg/mL의 최종 농도를 얻었다. 작은 유리 교반 막대를 각각의 튜브내에 배치하고, 샘플을 250 rpm으로 회전하는 가열된 회전식 진탕기에서 2시간 동안 160℃까지 가열하였다. 이어서, 자동화 액체-취급 로봇 및 160℃로 설정된 가열된 니들을 사용하여 중합체 농축액을 1 mg/ml로 희석하였다.
시믹스 래피드 GPC 시스템(Symyx Rapid GPC system)을 사용하여 각각의 샘플에 대한 분자량 데이타를 측정하였다. 2.0 ml/분의 유속으로 설정된 길슨(Gilson) 350 펌프를 사용하여, 300 ppm 이오놀에 의해 안정화된 헬륨 퍼징된 1,2-디클로로 벤젠을, 이동상으로서 직렬로 배치된 3개의 Plgel 10 마이크로미터 (㎛) 혼합-B 300 mm x 7.5 mm 컬럼을 통해 펌핑하고, 160℃까지 가열하였다. 폴리머 랩스 ELS 1000 검출기(Polymer Labs ELS 1000 Detector)를 250℃로 설정된 이베퍼레이터(Evaporator), 165℃로 설정된 네뷸라이저(Nebulizer), 및 60 내지 80 psi (400 내지 600 kPa) N2의 압력에서 1.8 SLM으로 설정된 질소 유속과 함께 사용하였다. 중합체 샘플을 160℃까지 가열하고, 액체-취급 로봇 및 가열된 니들을 사용하여 각각의 샘플을 250 ㎕의 루프에 주입하였다. 스위칭된 2개의 루프를 사용한 일련의 중합체 샘플 분석 및 중복 주입을 사용하였다. 시믹스 에포치(Symyx Epoch, 상표명) 소프트웨어를 사용하여 샘플 데이타를 수집하고 분석하였다. 피크를 수동 적분하고, 분자량 정보는 폴리스티렌 표준 보정 곡선에 대하여 보정되지 않은 상태로 기록하였다.
표준 CRYSTAF 방법
폴리머 차르 (스페인 발렌시아 소재)에서 시판되는 CRYSTAF 200 유닛을 사용하여 결정화 분석 분별 (CRYSTAF)에 의해 분지화 분포를 측정하였다. 샘플을 160℃에서 1시간 동안 1,2,4-트리클로로벤젠 중에 용해시키고 (0.66 mg/mL), 95℃에서 45분 동안 안정화시켰다. 0.2℃/분의 냉각 속도에서 샘플링 온도는 95 내지 30℃의 범위였다. 적외선 검출기를 사용하여 중합체 용액 농도를 측정하였다. 온도를 감소시키며 중합체를 결정화시킬 때 누적 가용 농도를 측정하였다. 누적 프로파일의 분석 미분치는 중합체의 단쇄 분지화 분포를 반영한다.
CRYSTAF 피크 온도 및 면적은 CRYSTAF 소프트웨어 (버젼 2001.b, 폴리머 차르 (스페인 발렌시아 소재))에 포함된 피크 분석 모듈에 의해 확인하였다. CRYSTAF 피크 확인 루틴에 의해 dW/dT 곡선에서 최대치로서의 피크 온도, 및 미분 곡선에서 확인된 피크의 각 측면 상의 최대의 양의 굴곡부 사이의 면적을 확인하였다. CRYSTAF 곡선을 계산하기 위해, 바람직한 가공 파라미터는 온도 한계를 70℃로 하여 0.1의 온도 한계 초과 및 0.3의 온도 한계 미만의 파라미터 평탄화를 수행한 것이다.
DSC 표준 방법 (샘플 1 내지 4 및 A 내지 C 제외)
시차 주사 열량 측정법의 결과는, RCS 냉각 부속품 및 오토샘플러가 장착된 TAI 모델 Q1OOO DSC를 사용하여 측정하였다. 50 ml/분의 질소 퍼징 기체 유동을 사용하였다. 샘플을 박막내에 압착시키고, 약 175℃에서 프레스내에서 용융시킨 후, 실온 (25℃)까지 공냉시켰다. 이어서, 3 내지 10 mg의 물질을 6 mm 직경의 디스크로 절단하고, 정확히 칭량하고, 경량 알루미늄 팬 (약 50 mg)에 넣은 후, 크림핑 차단하였다. 하기 온도 프로파일로 샘플의 열적 거동을 조사하였다. 샘플을 180℃까지 급속히 가열하고, 3분 동안 등온 유지하여, 이전의 임의의 열적 이력을 제거하였다. 이어서, 샘플을 10℃/분의 냉각 속도로 -40℃까지 냉각시키고, -40℃에서 3분 동안 유지하였다. 이어서, 샘플을 10℃/분의 가열 속도로 150℃까지 가열하였다. 냉각 및 제2 가열 곡선을 기록하였다.
DSC 용융 피크는, -30℃와 용융 종결점 사이에 나타낸 선형 기준선에 대하여 열 유량 (W/g)의 최대치로서 측정하였다. 용융열은, 선형 기준선을 사용하여 -30 ℃와 용융 종결점 사이의 용융 곡선 아래의 면적으로서 측정하였다.
GPC 방법 (샘플 1 내지 4 및 A 내지 C 제외)
겔 투과 크로마토그래피 시스템은, 폴리머 라보라토리즈(Polymer Laboratories) 모델 PL-210 또는 폴리머 라보라토리즈 모델 PL-220 기기로 구성되었다. 컬럼 및 카루셀(carousel) 구획을 140℃에서 작동시켰다. 3개의 중합체 라보라토리즈 10-마이크로미터 혼합-B 컬럼을 사용하였다. 용매는 1,2,4-트리클로로벤젠이었다. 샘플을, 부틸화 히드록시톨루엔 (BHT) 200 ppm을 함유하는 용매 50 밀리리터 중의 중합체 0.1 그램의 농도로 제조하였다. 160℃에서 2시간 동안 가볍게 교반함으로써 샘플을 제조하였다. 사용된 주입 부피는 100 마이크로리터였고, 유속은 1.0 ml/분이었다.
개별 분자량 사이에서 10개 이상 분리된 6종의 "칵테일(cocktail)" 혼합물 중에 배열된, 분자량이 580 내지 8,400,000의 범위인 21종의 좁은 분자량 분포의 폴리스티렌 표준물을 사용하여 GPC 컬럼 세트의 보정을 수행하였다. 표준물은 폴리머 라보라토리즈 (영국 쉬롭샤이어 소재)로부터 구입하였다. 폴리스티렌 표준물을, 분자량이 1,000,000 이상인 것에 대해서는 용매 50 밀리리터 중 0.025 그램으로, 또한 분자량이 1,000,000 미만인 것에 대해서는 용매 50 밀리리터 중 0.05 그램으로 제조하였다. 폴리스티렌 표준물을 30분 동안 온화하게 교반하면서 80℃에서 용해시켰다. 좁은 표준물 혼합물을 먼저 그리고 열화를 최소화하기 위해 최고 분자량 성분으로부터 감소시키는 순서로 진행시켰다. 수학식: M폴리에틸렌 = 0.431(M폴 리스티렌)을 이용하여 폴리스티렌 표준 피크 분자량을 폴리에틸렌 분자량으로 전환하였다 (문헌 [Williams and Ward, J. Poym. Sci., Polym. Let., 6, 621 (1968)]에 기재됨).
비스코텍 트리SEC(Viscotek TriSEC) 소프트웨어 버젼 3.0을 사용하여 폴리에틸렌 등가 분자량을 계산하였다.
압축 영구변형률
ASTM D 395에 따라 압축 영구변형률을 측정하였다. 두께가 3.2 mm, 2.0 mm 및 0.25 mm인 직경 25.4 mm의 원형 디스크를 총 두께가 12.7 mm에 도달할 때까지 적층시킴으로써 샘플을 제조하였다. 디스크를 하기 조건 하에 고온 프레스로 성형된 12.7 cm x 12.7 cm 압축 성형된 플라크로부터 절단하였다. 190℃에서 3분 동안 압력 0, 그 후 190℃에서 2분 동안 86 MPa, 그 후 86 MPa에서 냉각수를 흘려 프레스내에서 냉각시켰다.
밀도
ASTM D 1928에 따라 밀도 측정용 샘플을 제조하였다. ASTM D792, 방법 B를 사용하여 샘플 압축 1시간내에 측정하였다.
굴곡/ 시컨트 모듈러스 /저장 모듈러스
ASTM D 1928을 사용하여 샘플을 압축 성형하였다. ASTM D-790에 따라 굴곡 및 2％ 시컨트 모듈러스를 측정하였다. ASTM D 5026-01 또는 동등한 기술에 따라 저장 모듈러스를 측정하였다.
광학 특성
고온 프레스 (카르버(Carver) 모델 #4095-4PR1001R)를 사용하여 0.4 mm 두께의 필름을 압축 성형하였다. 펠렛을 폴리테트라플루오로에틸렌 시트 사이에 배치하고, 55 psi (380 kPa)에서 3분 동안, 그 후 1.3 MPa에서 3분 동안, 이어서 2.6 MPa에서 3분 동안 190℃에서 가열하였다. 이어서, 필름을 1.3 MPa에서 1분 동안 냉각수를 흘려 프레스내에서 냉각시켰다. 압축 성형된 필름을 광학 측정, 인장 거동, 회복률 및 응력 완화율에 사용하였다.
ASTM D 1746에 명시된 바와 같이 BYK 가드너 헤이즈-가드(BYK Gardner Haze-gard)를 사용하여 투명도를 측정하였다.
ASTM D-2457에 명시된 바와 같이 BYK 가드너 글로스미터 마이크로글로스(BYK Gardner Glossmeter Microgloss) 45°를 사용하여 45°광택을 측정하였다.
ASTM D 1003 절차 A를 기초로 한 BYK 가드너 헤이즈-가드를 사용하여 내부 헤이즈를 측정하였다. 필름 표면에 광유를 도포하여 표면 스크래치를 제거하였다.
기계적 특성 - 인장, 히스테리시스 ( Hysteresis ) 및 인열
ASTM D 1708 미세인장 시험편을 사용하여 단축 장력에서의 응력-변형률 거동을 측정하였다. 샘플을 21℃에서 500％/분으로 인스트론(Instron)에 의해 신장시켰다. 5개의 시험편의 평균으로부터 인장 강도 및 파단 신장률을 기록하였다.
인스트론 (상표명) 기기에 의해 ASTM D 1708 미세인장 시험편을 사용하여 100％ 및 300％ 변형률에 대한 순환 로딩으로부터 100％ 및 300％ 히스테리시스를 측정하였다. 샘플을 21℃에서 3 사이클 동안 267％/분으로 로딩 및 언로딩하였다. 환경 챔버를 사용하여 300％ 및 80℃에서의 순환 실험을 수행하였다. 80℃ 실험에서, 샘플을 테스트하기 전에 테스트 온도에서 45분 동안 평형화하였다. 21℃, 300％ 변형률 순환 실험에서, 제1 언로딩 사이클로부터 150％ 변형률에서의 수축 응력을 기록하였다. 로딩이 기준선으로 되돌아가는 변형률을 이용하여 제1 언로딩 사이클로부터 모든 실험에서의 회복률 (％)을 계산하였다. 회복률 (％)은 하기와 같이 정의된다.
Figure 112007066654929-PCT00013
식 중, εf는 순환 로딩에 대해 얻어진 변형률이고, εs는 제1 언로딩 사이클 동안 로딩이 기준선으로 되돌아가는 변형률이다.
환경 챔버가 장착된 인스트론 (상표명) 기기를 사용하여 50％ 변형률 및 37℃에서 12시간 동안 응력 완화율을 측정하였다. 게이지 기하구조는 76 mm x 25 mm x 0.4 mm였다. 환경 챔버내에서 37℃에서 45분 동안 평형화한 후, 샘플을 333％/분으로 50％ 변형률까지 신장시켰다. 응력을 12시간 동안 시간의 함수로서 기록하였다. 하기 수학식을 이용하여 12시간 후 응력 완화율 (％)을 계산하였다.
Figure 112007066654929-PCT00014
식 중, L0은 0 시간에서 50％ 변형률에서의 로딩이고, L12는 12시간 후 50％ 변형률에서의 로딩이다.
인스트론 (상표명) 기기를 사용하여 0.88 g/cc 이하의 밀도를 갖는 샘플에 대해 인장 노칭된 인열 실험을 수행하였다. 기하구조는, 시험편 길이의 절반에서 샘플내로 2 mm 노치 컷을 갖는 76 mm x 13 mm x 0.4 mm의 게이지 영역으로 구성되었다. 샘플이 파단될 때까지 샘플을 21℃에서 508 mm/분으로 신장시켰다. 인열 에너지를, 최대 로딩에서의 변형률까지의 응력-신장 곡선 아래의 면적으로서 계산하였다. 3개 이상의 시험편의 평균을 기록하였다.
TMA
5분 동안 180℃ 및 10 MPa 성형 압력에서 형성된 후 공기 켄칭된, 직경 30 mm x 두께 3.3 mm의 압축 성형된 디스크에 대해 열기계 분석 (침투 온도)을 수행하였다. 사용된 기기는 TMA 7 (퍼킨-엘머(Perkin-Elmer)로부터 입수가능한 상표)이었다. 테스트에서는, 반경 1.5 mm의 팁을 갖는 프로브 (P/N N519-0416)를 1 N의 힘으로 샘플 디스크의 표면에 적용하였다. 온도를 25℃로부터 5℃/분으로 상승시켰다. 프로브 침투 거리를 온도의 함수로서 측정하였다. 프로브가 샘플내로 1 mm 침투되었을 때 실험을 종결하였다.
DMA
180℃ 및 10 MPa 압력에서 5분 동안 고온 프레스내에서 형성되고, 이어서 프레스내에서 90℃/분으로 수냉각시킨, 압축 성형된 디스크에 대해 동적 기계적 분석 (DMA)을 수행하였다. 비틀림 테스트를 위해 이중 캔틸레버 고정물이 장착된 ARES 조절된 변형률 레오미터 (TA 기기)를 사용하여 테스트를 수행하였다.
1.5 mm 플라크를 가압하고 32 x 12 mm 치수의 막대로 잘랐다. 샘플을 10 mm 간격 (그립 간격 (ΔL))의 고정물 사이에서 양단 클램핑하고, -100℃에서 200℃까지의 후속 온도 단계 (단계 당 5℃)를 수행하였다. 각각의 온도에서, 10 rad/s의 각 주파수로 비틀림 모듈러스 (G')를 측정하였고, 토크가 충분하고 측정치가 선형 방식으로 유지되는 것을 보장하도록 변형률 진폭을 0.1％ 내지 4％로 유지하였다.
10 g의 초기 정적 힘을 유지하여 (자동 인장 모드) 열 팽창 발생시 샘플에서의 늘어짐을 방지하였다. 그 결과, 그립 간격 (ΔL)이, 특히 중합체 샘플의 용점 또는 연화점 초과의 온도에서 온도에 따라 증가하였다. 최대 온도에서, 또는 고정물 사이의 갭이 65 mm에 도달하였을 때 테스트를 중지하였다.
용융 지수
ASTM D 1238, 조건 190℃/2.16 kg에 따라 용융 지수 또는 I2를 측정하였다. 또한, ASTM D 1238, 조건 190℃/10 kg에 따라 용융 지수 또는 I10을 측정하였다.
ATREF
전체가 본원에 참고로 도입된 미국 특허 제4,798,081호 및 문헌 [Wilde, L.; Ryle, T.R.; Knobeloch, D.C.; Peat, I.R.; Determination of Branching Distributions in Polyethylene and Ethylene Copolymers, J. Polym. Sci., 20, 441-455 (1982)]에 기재된 방법에 따라, 분석용 온도 상승 용출 분별 (ATREF) 분석을 수행하였다. 분석되는 조성물을 트리클로로벤젠 중에 용해시키고, 0.1℃/분의 냉각 속도로 온도를 20℃까지 서서히 감소시킴으로써 불활성 지지체 (스테인레스 스틸 쇼트)를 함유하는 컬럼내에서 결정화시켰다. 컬럼에는 적외선 검출기가 장착 되었다. 이어서, 용출 용매 (트리클로로벤젠)의 온도를 1.5℃/분의 속도로 20℃에서 120℃까지 서서히 증가시킴으로써 결정화된 중합체 샘플을 컬럼으로부터 용출시켜 ATREF 크로마토그램 곡선을 얻었다.
13 C NMR 분석
대략 3 g의 테트라클로로에탄-d2/오르쏘디클로로벤젠의 50/50 혼합물을 10 mm NMR 튜브내 0.4 g의 샘플에 첨가함으로써 샘플을 제조하였다. 튜브 및 그의 내용물을 150℃까지 가열함으로써 샘플을 용해시키고 균질화하였다. 100.5 MHz의 13C 공명 주파수에 해당하는, JEOL 이클립스(JEOL Eclipse, 상표명) 400MHz 분광계 또는 배리언 유니티 플러스(Varian Unity Plus, 상표명) 400MHz 분광계를 사용하여, 데이타를 수집하였다. 6초 펄스 반복 지연하며 데이타 파일 당 4000 트랜지언트(transient)를 사용하여 데이타를 얻었다. 정량 분석을 위해 최소의 신호 대 잡음을 얻기 위해, 다수의 데이타 파일을 함께 추가시켰다. 32K 데이타 포인트의 최소 파일 크기에서 분광폭은 25,000 Hz였다. 샘플을 10 mm 광폭 밴드 프로브에서 130℃에서 분석하였다. 랜달(Randall)의 3원 방법(Randall's triad method) (전체가 본원에 참고로 도입된 문헌 [Randall, J.C.; JMS-Rev. Macromol. Chem. Phys., C29, 201-317 (1989)])을 이용하여 공단량체 혼입을 측정하였다.
TREF 에 의한 중합체 분별
중합체 15 내지 20 g을 160℃에서 4시간 동안 교반하여 1,2,4-트리클로로벤젠 (TCB) 2 리터 중에 용해시킴으로써 대규모 TREF 분별을 수행하였다. 중합체 용 액을, 30 내지 40 메쉬 (600 내지 425 ㎛) 구형의 공업용 품질 유리 비드 (미국 76801 텍사스주 브라운우드 HC 30 박스 20 소재의 포터스 인더스트리즈(Potters Industries)로부터 입수가능함) 및 직경 0.028" (0.7 mm)의 컷 와이어 쇼트의 스테인레스 스틸 (미국 14120 뉴욕주 노쓰 토나완다 인더스트리얼 드라이브 63 소재의 펠렛츠 인코포레이티드(Pellets, Inc.)로부터 입수가능함)의 60:40 (v:v) 혼합물로 패킹된 3 인치 x 4 피트 (7.6 cm x 12 cm) 스틸 컬럼 상에 15 psig (100 kPa)의 질소에 의해 가하였다. 컬럼을 열적으로 조절된 오일 재킷내에 침적시키고, 초기에 160℃로 설정하였다. 먼저 컬럼을 급속히 125℃까지 냉각시키고, 이어서 0.04℃/분으로 20℃까지 서서히 냉각시키고, 1시간 동안 유지시켰다. 온도를 0.167℃/분으로 증가시키며 새로운 TCB를 약 65 ml/분으로 도입하였다.
제조용 TREF 컬럼으로부터의 대략 2000 ml 부분의 용출물을 16개 구역의 가열된 분획물 수집기에서 수집하였다. 중합체를 약 50 내지 100 ml의 중합체 용액이 남아있을 때까지 회전 증발기를 사용하여 각각의 분획물내에서 농축시켰다. 농축액을 밤새 방치한 후, 과량의 메탄올을 첨가하고, 여과시키고, 헹구었다 (최종 헹굼액을 포함하여 대략 300 내지 500 ml의 메탄올). 여과 단계는, 5.0 ㎛의 폴리테트라플루오로에틸렌 코팅된 여과지 (오스모닉스 인코포레이티드(Osmonics Inc.)로부터 입수가능함, Cat# Z50WP04750)를 사용하여 3개 위치 진공 보조 여과 구역에서 수행하였다. 여과된 분획물을 60℃에서 진공 오븐에서 밤새 건조시키고, 분석용 저울에서 칭량한 후, 추가로 테스트하였다.
용융 강도
직경 2.1 mm, 입구 각도가 대략 45도인 20:1 다이가 설비된 모세관 레오미터를 사용하여 용융 강도 (MS)를 측정하였다. 샘플을 190℃에서 10분 동안 평형화한 후, 피스톤을 1 인치/분 (2.54 cm/분)의 속도로 진행시켰다. 표준 테스트 온도는 190℃였다. 샘플을 2.4 mm/초2의 가속도로 다이 아래 100 mm에 위치한 가속화 닙의 세트로 단축 연신시켰다. 필요한 인장력을 닙 롤의 권취 속도의 함수로서 기록하였다. 테스트 동안 달성된 최대 인장력이 용융 강도로서 정의된다. 중합체 용융물이 연신 공명을 나타내는 경우, 연신 공명의 개시 전의 인장력이 용융 강도로서 취해진다. 용융 강도는 센티뉴튼 ("cN")으로 기록하였다.
촉매
용어 "밤새"가 사용된 경우, 이는 대략 16 내지 18시간의 시간을 지칭하고, 용어 "실온"은 20 내지 25℃의 온도를 지칭하며, 용어 "혼합 알칸"은 엑손모빌 케미칼 컴파니로부터 상표명 이소파르(Isopar) E (등록상표)로 입수가능한 C6-9 지방족 탄화수소의 시판되는 혼합물을 지칭한다. 본원에서 화합물 명칭이 그의 구조 표시와 맞지 않는 경우, 구조 표시가 관리하게 된다. 모든 금속 착체의 합성 및 모든 스크리닝 실험의 준비는 건조 박스 기술을 이용하여 건조 질소 분위기에서 수행하였다. 사용된 모든 용매는 HPLC 등급이었고, 이들을 건조시킨 후 사용하였다.
MMAO는 액조-노블 코포레이션(Akzo-Noble Corporation)으로부터 시판되는, 개질된 메틸알루목산, 트리이소부틸알루미늄 개질된 메틸알루목산을 지칭한다.
촉매 (B1)의 제조는 하기와 같이 수행하였다.
a) (1- 메틸에틸 )(2-히드록시-3,5- 디(t-부틸)페닐 ) 메틸이민의 제조
3,5-디-t-부틸살리실알데히드 (3.00 g)를 이소프로필아민 10 mL에 첨가하였다. 용액이 급속히 밝은 황색으로 변하였다. 주변 온도에서 3시간 동안 교반한 후, 진공 하에 휘발성 물질을 제거하여 밝은 황색 결정질 고체를 수득하였다 (수율 97％).
b) 1,2- 비스 -(3,5-디-t- 부틸페닐렌 )(1-(N-(1- 메틸에틸 ) 이미노 ) 메틸 )(2- 옥소일 ) 지르코늄 디벤질의 제조
5 mL 톨루엔 중의 (1-메틸에틸)(2-히드록시-3,5-디(t-부틸)페닐)이민 (605 mg, 2.2 mmol)의 용액을 50 mL 톨루엔 중의 Zr(CH2Ph)4 (500 mg, 1.1 mmol)의 용액에 서서히 첨가하였다. 생성된 암황색 용액을 30분 동안 교반하였다. 감압 하에 용매를 제거하여 목적 생성물을 적갈색 고체로서 수득하였다.
촉매 (B2)의 제조는 하기와 같이 수행하였다.
a) (1-(2- 메틸시클로헥실 )에틸)(2- 옥소일 -3,5- 디(t-부틸)페닐 )이민의 제조
2-메틸시클로헥실아민 (8.44 mL, 64.0 mmol)을 메탄올 (90 mL) 중에 용해시키고, 디-t-부틸살리실알데히드 (10.00 g, 42.67 mmol)를 첨가하였다. 반응 혼합물을 3시간 동안 교반한 후, 12시간 동안 -25℃로 냉각시켰다. 생성된 황색 고체 침전물을 여과 수집하고, 저온 메탄올 (2 x 15 mL)로 세척한 후, 감압 하에 건조시켰다. 황색 고체 11.17 g을 수득하였다. 1H NMR은 이성질체 혼합물로서의 목적 생성물과 일치하였다.
b) 비스 -(1-(2- 메틸시클로헥실 )에틸)(2- 옥소일 -3,5- 디(t-부틸)페닐 ) 이미노 )지르코늄 디벤질의 제조
200 mL 톨루엔 중의 (1-(2-메틸시클로헥실)에틸)(2-옥소일-3,5-디(t-부틸)페닐)이민 (7.63 g, 23.2 mmol)의 용액을 600 mL 톨루엔 중의 Zr(CH2Ph)4 (5.28 g, 11.6 mmol)의 용액에 서서히 첨가하였다. 생성된 암황색 용액을 25℃에서 1시간 동안 교반하였다. 용액을 680 mL 톨루엔으로 추가로 희석하여 농도가 0.00783 M인 용액을 수득하였다.
보조촉매 1: 실질적으로 미국 특허 제5,919,983호, 실시예 2에 개시된 바와 같이, 장쇄 트리알킬아민 (아르민(Armeen, 상표명) M2HT, 액조-노벨, 인코포레이티드(Akzo-Nobel, Inc.)로부터 입수가능함), HCl 및 Li[B(C6F5)4]를 반응시켜 제조한, 테트라키스(펜타플루오로페닐)보레이트의 메틸디(C14-18 알킬)암모늄염 (이하, 아르미늄 보레이트)의 혼합물.
보조촉매 2: 미국 특허 제6,395,671호, 실시예 16에 따라 제조한, 비스(트리스(펜타플루오로페닐)-알루만)-2-운데실이미다졸리드의 혼합 C14 -18 알킬디메틸암모늄염.
이동제 : 사용된 이동제는 디에틸아연 (DEZ, SA1), 디(i-부틸)아연 (SA2), 디(n-헥실)아연 (SA3), 트리에틸알루미늄 (TEA, SA4), 트리옥틸알루미늄 (SA5), 트리에틸갈륨 (SA6), i-부틸알루미늄 비스(디메틸(t-부틸)실록산) (SA7), i-부틸알루미늄 비스(디(트리메틸실릴)아미드) (SA8), n-옥틸알루미늄 디(피리딘-2-메톡시드) (SA9), 비스(n-옥타데실)i-부틸알루미늄 (SA10), i-부틸알루미늄 비스(디(n-펜틸)아미드) (SA11), n-옥틸알루미늄 비스(2,6-디-t-부틸페녹시드) (SA12), n-옥틸알루미늄 디(에틸(1-나프틸)아미드) (SA13), 에틸알루미늄 비스(t-부틸디메틸실록시드) (SA14), 에틸알루미늄 디(비스(트리메틸실릴)아미드) (SA15), 에틸알루미늄 비스(2,3,6,7-디벤조-1-아자시클로헵탄아미드) (SA16), n-옥틸알루미늄 비스(2,3,6,7-디벤조-1-아자시클로헵탄아미드) (SA17), n-옥틸알루미늄 비스(디메틸(t-부틸)실록시드 (SA18), 에틸아연 (2,6-디페닐페녹시드) (SA19) 및 에틸아연 (t-부톡시드) (SA20)을 포함한다.
실시예 1 내지 4, 비교예 A 내지 C
일반적 고처리량 평행 중합 조건
시믹스 테크놀로지스, 인코포레이티드(Symyx Technologies, Inc.)로부터 입수가능한 고처리량 평행 중합 반응기 (PPR)를 사용하여 중합을 수행하고, 실질적으로 미국 특허 제6,248,540호, 동 제6,030,917호, 동 제6,362,309호, 동 제6,306,658호 및 동 제6,316,663호에 따라 작업하였다. 사용된 전체 촉매를 기준으로 1.2 당량의 보조촉매 1 (MMAO가 존재하는 경우 1.1 당량)를 사용하여 요구되는 에틸렌으로 130℃ 및 200 psi (1.4 MPa)에서 에틸렌 공중합을 수행하였다. 예비칭량된 유리 튜브가 설비되어 있는 6 x 8 정렬의 48개의 개별 반응기 셀이 함유된 평행 압력 반응기 (PPR)에서 일련의 중합을 수행하였다. 각각의 반응기 셀에서의 작업 부피는 6000 ㎕였다. 각각의 셀을 개별 교반 패들에 의해 교반하며 온도 및 압력 조절하였다. 단량체 기체 및 켄칭 기체를 PPR 유닛내에 직접 연관(plumbing)하 고, 자동 밸브에 의해 조절하였다. 액체 시약을 시린지에 의해 각각의 반응기 셀에 로봇으로 첨가하였고, 저장용기 용매는 혼합 알칸이었다. 첨가 순서는, 혼합 알칸 용매 (4 ml), 에틸렌, 1-옥텐 공단량체 (1 ml), 보조촉매 1 또는 보조촉매 1/MMAO 혼합물, 이동제, 및 촉매 또는 촉매 혼합물이었다. 보조촉매 1과 MMAO의 혼합물 또는 2종의 촉매의 혼합물을 사용하는 경우에는, 시약을 반응기에 첨가하기 직전에 작은 바이알에서 예비혼합하였다. 시약이 실험에서 생략되는 경우, 상기 첨가 순서는 다른 방식으로 유지하였다. 중합은, 소정의 에틸렌 소비에 도달할 때까지 대략 1 내지 2분 동안 수행하였다. CO로 켄칭한 후, 반응기를 냉각시키고, 유리 튜브를 언로딩하였다. 튜브를 원심분리/진공 건조 유닛으로 옮기고, 60℃에서 12시간 동안 건조시켰다. 건조된 중합체를 함유하는 튜브를 칭량하고, 이 중량과 용기 중량의 차이로부터 중합체의 알짜 수율을 얻었다. 결과를 표 1에 기재하였다. 표 1 및 본원의 다른 부분에서, 비교예 화합물은 별표 (*)로 표시하였다.
실시예 1 내지 4는, DEZ가 존재하는 경우, 매우 좁은 MWD, 특히 모노모달(monomodal) 공중합체, 또한 DEZ의 부재 하에서의 바이모달(bimodal)의 넓은 분자량 분포의 생성물 (별도로 제조된 중합체의 혼합물)의 형성에 의해 입증되는, 본 발명에 의한 선형 블록 공중합체의 합성을 나타낸다. 촉매 (A1)은 촉매 (B1)에 비해 보다 많은 옥텐을 도입하는 것으로 공지되어 있다는 사실로 인해, 본 발명의 실시양태에 따른 생성된 공중합체의 상이한 블록 또는 세그먼트는 분지화 또는 밀도를 기초로 하여 구별가능하다.
Figure 112007066654929-PCT00015
1 탄소 1000개 당 C6, 또는 보다 높은 사슬 함량
2 바이모달 분자량 분포
본 발명에 따라 제조된 중합체는, 이동제의 부재 하에 제조된 중합체에 비해 비교적 좁은 다분산도 (Mw/Mn) 및 보다 많은 블록-공중합체 함량 (삼량체, 사량체 또는 그 이상)을 가짐을 알 수 있다.
도면을 참조로 하여 표 1의 중합체에 대한 추가의 특성화 데이타를 측정하였다. 보다 구체적으로, DSC 및 ATREF 결과는 하기와 같이 나타났다.
실시예 1의 중합체에 대한 DSC 곡선은 158.1 J/g의 용융열과 115.7℃의 융점 (Tm)을 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 34.5℃에서의 최고 피크와 52.9％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 81.2℃였다.
실시예 2의 중합체에 대한 DSC 곡선은 214.0 J/g의 용융열과 109.7℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 46.2℃에서의 최고 피크와 57.0％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 63.5℃였다.
실시예 3의 중합체에 대한 DSC 곡선은 160.1 J/g의 용융열과 120.7℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 66.1℃에서의 최고 피크와 71.8％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 54.6℃였다.
실시예 4의 중합체에 대한 DSC 곡선은 170.7 J/g의 용융열과 104.5℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 30℃에서의 최고 피크와 18.2％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 74.5℃였다.
비교예 A에 대한 DSC 곡선은 86.7 J/g의 용융열과 90.0℃의 융점 (Tm)을 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 48.5℃에서의 최고 피크와 29.4％의 피크 면적을 나타내었다. 이들 두 값 모두 밀도가 낮은 수지와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 41.8℃였다.
비교예 B에 대한 DSC 곡선은 237.0 J/g의 용융열과 129.8℃의 융점 (Tm)을 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 82.4℃에서의 최고 피크와 83.7％의 피크 면적을 나타내었다. 이들 두 값 모두 밀도가 높은 수지와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 47.4℃였다.
비교예 C에 대한 DSC 곡선은 143.0 J/g의 용융열과 125.3℃의 융점 (Tm)을 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 81.8℃에서의 최고 피크와 34.7％의 피크 면적 뿐만 아니라 52.4℃에서의 보다 낮은 결정 피크를 나타내었다. 두 피크 사이의 간격은 고결정질 및 저결정질 중합체의 존재와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf의 차이는 43.5℃였다.
실시예 5 내지 19, 비교예 D 내지 F, 연속식 용액 중합, 촉매 A1/B2 + DEZ
내부 교반기가 장착된 컴퓨터 조절된 오토클레이브 반응기에서 연속식 용액 중합을 수행하였다. 정제된 혼합 알칸 용매 (엑손모빌 케미칼 컴파니로부터 입수가능한 이소파르 (상표명) E), 2.70 lb/시간 (1.22 kg/시간)의 에틸렌, 1-옥텐 및 수소 (사용된 경우)를 내부 열전쌍 및 온도 조절용 재킷이 장착된 3.8 L 반응기에 공급하였다. 반응기로의 용매 공급을 질량 유동 조절기에 의해 측정하였다. 가변 속도 격막 펌프로 반응기로의 용매 유속 및 압력을 조절하였다. 펌프 배출시, 측류를 취하여 촉매 및 보조촉매 1 주입 라인 및 반응기 교반기를 위한 플러쉬 유동을 제공하였다. 이들 유동을 마이크로-모션(Micro-Motion) 질량 유동계에 의해 측정하고, 조절 밸브에 의해 또는 니들 밸브의 수동 조정에 의해 조절하였다. 남아있는 용매를 1-옥텐, 에틸렌 및 수소 (사용된 경우)와 배합하여 반응기에 공급하였다. 필요한 경우 질량 유동 조절기를 사용하여 수소를 반응기로 전달하였다. 열 교환기를 사용하여 용매/단량체 용액의 온도를 조절한 후, 반응기에 도입하였다. 상기 스트림을 반응기 저부에 도입하였다. 펌프 및 질량 유동계를 사용하여 촉매 성분 용액을 계량하고, 촉매 플러쉬 용매와 배합하고, 반응기의 저부내로 도입하였다. 반응기에는 격렬한 교반과 함께 500 psig (3.45 MPa)에서 만액 (liquid-full) 가동되었다. 반응기 상부에서 출구 라인을 통해 생성물을 제거하였다. 반응기로부터의 모든 출구 라인을 증기 트레이싱하고 단열시켰다. 임의의 안정화제 또는 다른 첨가제와 함께 출구 라인내에 소량의 물을 첨가하고, 혼합물을 정적 혼합기로 통과시킴으로써 중합을 중지시켰다. 이어서, 생성물 스트림을 열 교환기로 통과시켜 가열한 후, 탈휘발화시켰다. 탈휘발화 압출기 및 수 냉각된 펠렛화기를 사용하여 압출에 의해 중합체 생성물을 회수하였다. 공정 상세 사항 및 결과를 표 2에 기재하였다. 선택된 중합체 특성을 표 3에 기재하였다.
Figure 112007066654929-PCT00016
* 비교예 (본 발명의 실시예가 아님)
1 표준 cm3/분
2 [N-(2,6-디(1-메틸에틸)페닐)아미도)(2-이소프로필페닐)(α-나프탈렌-2-디일(6-피리딘-2-디일)메탄)]하프늄 디메틸
3 비스-(1-(2-메틸시클로헥실)에틸)(2-옥소일-3,5-디(t-부틸)페닐)이미노) 지르코늄 디벤질
4 반응기내 몰비
5 중합체 생성 속도
6 반응기에서의 에틸렌 전환율 (％)
7 효율, kg 중합체/g M (여기서, g M = g Hf + g Zr)
Figure 112007066654929-PCT00017
생성된 중합체를 상기 실시예에서와 같이 DSC 및 ATREF로 테스트하였다. 결과는 하기와 같았다.
실시예 5의 중합체에 대한 DSC 곡선은 60.0 J/g의 용융열과 119.6℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 47.6℃에서의 최고 피크와 59.5％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 72.0℃였다.
실시예 6의 중합체에 대한 DSC 곡선은 60.4 J/g의 용융열과 115.2℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 44.2℃에서의 최고 피크와 62.7％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 71.0℃였다.
실시예 7의 중합체에 대한 DSC 곡선은 69.1 J/g의 용융열과 121.3℃의 융점을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 49.2℃에서의 최고 피크와 29.4％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 72.1℃였다.
실시예 8의 중합체에 대한 DSC 곡선은 67.9 J/g의 용융열과 123.5℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 80.1℃에서의 최고 피크와 12.7％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 43.4℃였다.
실시예 9의 중합체에 대한 DSC 곡선은 73.5 J/g의 용융열과 124.6℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 80.8℃에서의 최고 피크와 16.0％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 43.8℃였다.
실시예 10의 중합체에 대한 DSC 곡선은 60.7 J/g의 용융열과 115.6℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 40.9℃에서의 최고 피크와 52.4％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 74.7℃였다.
실시예 11의 중합체에 대한 DSC 곡선은 70.4 J/g의 용융열과 113.6℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 39.6℃에서의 최고 피크와 25.2％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 74.1℃였다.
실시예 12의 중합체에 대한 DSC 곡선은 48.9 J/g의 용융열과 113.2℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 30℃ 이상에서 피크를 나타내지 않았다. (따라서, 추가의 계산을 위해 Tcrystaf를 30℃로 설정하였다.) DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 83.2℃였다.
실시예 13의 중합체에 대한 DSC 곡선은 49.4 J/g의 용융열과 114.4℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 33.8℃에서의 최고 피크와 7.7％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 84.4℃였다.
실시예 14의 중합체에 대한 DSC 곡선은 127.9 J/g의 용융열과 120.8℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 72.9℃에서의 최고 피크와 92.2％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 47.9℃였다.
실시예 15의 중합체에 대한 DSC 곡선은 36.2 J/g의 용융열과 114.3℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 32.3℃에서의 최고 피크와 9.8％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 82.0℃였다.
실시예 16의 중합체에 대한 DSC 곡선은 44.9 J/g의 용융열과 116.6℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 48.0℃에서의 최고 피크와 65.0％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 68.6℃였다.
실시예 17의 중합체에 대한 DSC 곡선은 47.0 J/g의 용융열과 116.0℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 43.1℃에서의 최고 피크와 56.8％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 72.9℃였다.
실시예 18의 중합체에 대한 DSC 곡선은 141.8 J/g의 용융열과 120.5℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 70.0℃에서의 최고 피크와 94.0％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 50.5℃였다.
실시예 19의 중합체에 대한 DSC 곡선은 174.8 J/g의 용융열과 124.8℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 79.9℃에서의 최고 피크와 87.9％의 피크 면적을 나타내었다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 45.0℃였다.
비교예 D의 중합체에 대한 DSC 곡선은 31.6 J/g의 용융열과 37.3℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 30℃ 이상에서 피크를 나타내지 않았다. 이들 두 값 모두 밀도가 낮은 수지와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 7.3℃였다.
비교예 E의 중합체에 대한 DSC 곡선은 179.3 J/g의 용융열과 124.0℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 79.3℃에서의 최고 피크와 94.6％의 피크 면적을 나타내었다. 이들 두 값 모두 밀도가 높은 수지와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 44.6℃였다.
비교예 F에 대한 DSC 곡선은 90.4 J/g의 용융열과 124.8℃의 융점 (Tm)을 갖는 피크를 나타내었다. 상응하는 CRYSTAF 곡선은 77.6℃에서의 최고 피크와 19.5％의 피크 면적을 나타내었다. 두 피크 사이의 간격은 고결정질 및 저결정질 중합체 양쪽 모두의 존재와 일치하였다. DSC Tm과 Tcrystaf 사이의 델타는 47.2℃였다.
물성 테스트
중합체 샘플을, TMA 온도 테스트, 펠렛 블록화 강도, 고온 회복률, 고온 압축 영구변형률 및 저장 모듈러스 비율 (G'(25℃)/G'(100℃))에 의해 나타나는 고온 내성 등의 물성에 대해 평가하였다. 여러 시판되는 중합체가 테스트에 포함되었다. 비교예 G*는 실질적으로 선형인 에틸렌/1-옥텐 공중합체 (더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능한 어피니티 (등록상표))였고, 비교예 H*는 실질적으로 선형인 에틸렌/1-옥텐 엘라스토머 공중합체(더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능한 어피니티 (등록상표) EG8100)였고, 비교예 I는 실질적으로 선형인 에틸렌/1-옥텐 공중합체 (더 다우 케미칼 컴파니로부터 입수가능한 어피니티 (등록상표) PL1840)였고, 비교예 J는 수소화된 스티렌/부타디엔/스티렌 트리블록 공중합체 (크라톤 폴리머즈(KRATON Polymers)로부터 입수가능한 크라톤(KRATON, 상표명) G1652)였고, 비교예 K는 열가소성 가황물 (TPV, 가교된 엘라스토머가 분산되어 있는 폴리올레핀 블렌드)이었다. 결과를 표 4에 기재하였다.
Figure 112007066654929-PCT00018
표 4에서, 비교예 F (이는 촉매 A1 및 B1을 사용한 동시 중합으로부터 생성된 2종의 중합체의 물리적 블렌드임)는 약 70℃의 1 mm 침투 온도를 갖는 반면, 실시예 5 내지 9는 100℃ 이상의 1 mm 침투 온도를 가졌다. 또한, 실시예 10 내지 19는 모두 85℃ 초과의 1 mm 침투 온도를 가졌으며, 대부분 90℃ 초과 또는 100℃를 훨씬 초과하는 1 mm TMA 온도를 가졌다. 이는 신규한 중합체가 물리적 블렌드에 비해 보다 고온에서 보다 우수한 치수 안정성을 갖는다는 것을 보여준다. 비교예 J (시판되는 SEBS)는 약 107℃의 우수한 1 mm TMA 온도를 가졌으나, 약 100％의 매우 불량한 (고온 70℃) 압축 영구변형률을 가졌고, 이는 또한 고온 (80℃) 300％ 변형 회복 동안 회복에 실패하였다 (샘플 파단). 따라서, 예시된 중합체는 일부 시판되는 고성능 열가소성 엘라스토머에서도 얻을 수 없는 특이한 특성의 조합을 가졌다.
유사하게, 표 4는, 본 발명의 중합체의 경우 6 이하의 낮은 (우수한) 저장 모듈러스 비율 (G'(25℃)/G'(100℃))을 나타내는 반면, 물리적 블렌드 (비교예 F)는 저장 모듈러스 비율이 9이고, 유사한 밀도의 랜덤 에틸렌/옥텐 공중합체 (비교예 G)는 한 자리 범위만큼 큰 저장 모듈러스 비율 (89)을 가짐을 보여준다. 중합체의 저장 모듈러스 비율은 가능한 한 1에 가까운 것이 바람직하다. 이러한 중합체는 온도에 의해 비교적 영향받지 않으며, 이러한 중합체로부터 제작된 물품은 넓은 온도 범위에 걸쳐 유용하게 사용할 수 있다. 이러한 낮은 저장 모듈러스 비율 및 온도 독립성의 특징은, 감압성 접착제 배합물에서와 같은 엘라스토머 용도에서 특히 유용하다.
표 4의 데이타는 또한, 본 발명의 중합체가 향상된 펠렛 블록화 강도를 가짐을 입증한다. 특히, 실시예 5는 0 MPa의 펠렛 블록화 강도를 갖고, 이는 상당한 블록화를 나타내는 비교예 F 및 G에 비해 테스트 조건 하에 자유 유동함을 의미한다. 큰 블록화 강도를 갖는 중합체의 벌크 수송으로 인해 생성물이 저장 또는 적하시 함께 응집 또는 점착되어 불량한 취급성을 나타낼 수 있기 때문에 블록화 강도가 중요하다.
본 발명의 중합체의 고온 (70℃) 압축 영구변형률은 일반적으로 우수하고, 이는 일반적으로 약 80％ 미만, 바람직하게는 약 70％ 미만, 특히 약 60％ 미만임을 의미한다. 반면, 비교예 F, G, H 및 J는 모두 100％ (가능한 최대치로, 회복성이 없음을 나타냄)의 70℃ 압축 영구변형률을 가졌다. 우수한 고온 압축 영구변형률 (낮은 수치)는 개스킷, 윈도우 프로파일, o-링 등과 같은 용도에서 특히 필요하다.
Figure 112007066654929-PCT00019
1. 51 cm/분으로 테스트함.
2. 38℃에서 12시간 동안 측정함.
표 5에는, 새로운 중합체 뿐만 아니라 각종 비교 중합체의 주변 온도에서의 기계적 특성에 대한 결과를 나타내었다. 본 발명의 중합체는 ISO 4649에 따라 테스트시 매우 우수한 내마모성을 가지며, 이는 일반적으로 약 90 mm3 미만, 바람직하게는 약 80 mm3 미만, 특히 약 50 mm3 미만의 부피 손실을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 이 테스트에서, 높은 수치는 높은 부피 손실을, 또한 결과적으로 낮은 내마모성을 나타낸다.
표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 중합체의 인장 노치 인열 강도에 의해 측정된 인열 강도는 일반적으로 1000 mJ 이상이었다. 본 발명의 중합체의 인열 강도는 3000 mJ만큼, 심지어 5000 mJ만큼 높을 수 있다. 비교 중합체는 일반적으로 750 mJ 이하의 인열 강도를 가졌다.
표 5는 또한, 본 발명의 실시양태에 따른 중합체는 일부 비교예 샘플에 비해 150％ 변형률에서의 수축 응력이 보다 우수함 (보다 높은 수축 응력값에 의해 나타남)을 보여준다. 비교예 F, G 및 H는 150％ 변형률에서의 수축 응력값이 400 kPa 이하인 반면, 본 발명의 중합체는 150％ 변형률에서의 수축 응력값이 500 kPa (실시예 11) 내지 약 1100 kPa (실시예 17)이었다. 보다 높은 150％ 수축 응력값을 갖는 중합체는 탄성 섬유 및 직물, 특히 부직물과 같은 탄성 용도에 매우 유용할 것이다. 다른 용도는, 기저귀, 위생용품 및 의료용 가먼트 허리밴드 용품, 예컨대 탭 및 탄성 밴드를 포함한다.
표 5는 또한, 본 발명의 중합체는 예를 들어 비교예 G에 비해 (50％ 변형률에서의) 응력 완화율이 향상됨 (낮음)을 보여준다. 낮은 응력 완화율은, 중합체가 체온에서 장시간에 걸친 탄성의 유지가 요망되는 기저귀 및 기타 가먼트와 같은 용도에서 보다 우수한 효력을 가짐을 의미한다.
광학 테스트
Figure 112007066654929-PCT00020
표 6에 기록된 광학 특성은 실질적으로 배향되지 않은 압축 성형된 필름을 기초로 한 것이다. 중합체의 광학 특성은, 중합에 사용된 사슬 이동제의 양의 변화에 기인하는 미세결정 크기 변화로 인해 폭넓은 범위에 걸쳐 변할 수 있다.
멀티블록 공중합체의 추출
실시예 5, 7 및 비교예 E의 중합체에 대한 추출 연구를 수행하였다. 이 실험에서는, 중합체 샘플을 유리 프릿화 추출 골무내로 칭량 첨가하고, 구마가와(Kumagawa)형 추출기내에 배치하였다. 샘플을 갖는 추출기를 질소 퍼징하고, 50O mL 둥근 바닥 플라스크를 디에틸 에테르 350 mL로 충전시켰다. 이어서, 플라스크를 추출기에 고정시켰다. 에테르를 교반하며 가열하였다. 에테르가 골무내로 응축되기 시작하는 시간을 기록하고, 추출을 24시간 동안 질소 하에 진행시켰다. 이 때, 가열을 중지하고, 용액을 냉각시켰다. 추출기에 남아있는 임의의 에테르를 다시 플라스크로 복귀시켰다. 플라스크내의 에테르를 주변 온도에서 진공 하에 증발시키고, 생성된 고체를 질소 퍼징 건조시켰다. 임의의 잔류물을 헥산 연속 세척을 이용하여 칭량된 병으로 옮겼다. 이어서, 합쳐진 헥산 세척액을 추가의 질소 퍼징에 의해 증발시키고, 잔류물을 40℃에서 밤새 진공 하에 건조시켰다. 추출기에 남아있는 임의의 에테르를 질소 퍼징 건조시켰다.
이어서, 헥산 35O mL로 충전된 두번째 투명한 둥근 바닥 플라스크를 추출기에 연결시켰다. 헥산을 교반하며 환류로 가열하고, 헥산이 먼저 골무내로 응축되는 것이 관찰된 후 24시간 동안 환류에서 유지하였다. 이어서, 가열을 중지하고, 플라스크를 냉각시켰다. 추출기에 남아있는 임의의 헥산을 다시 플라스크로 옮겼다. 주변 온도에서 진공 하에 증발시켜 헥산을 제거하고, 플라스크에 남아있는 임의의 잔류물을 헥산 연속 세척을 이용하여 칭량된 병으로 옮겼다. 플라스크내의 헥산을 질소 퍼징에 의해 증발시키고, 잔류물을 40℃에서 밤새 진공 건조시켰다.
추출 후 골무에 남아있는 중합체 샘플을 골무로부터 칭량된 병으로 옮기고, 40℃에서 밤새 진공 건조시켰다. 결과를 표 7에 기재하였다.
Figure 112007066654929-PCT00021
추가의 중합체 실시예 19A 내지 F, 연속식 용액 중합, 촉매 A1/B2 + DEZ
컴퓨터 조절된 잘 혼합된 반응기에서 연속식 용액 중합을 수행하였다. 정제된 혼합 알칸 용매 (엑손모빌 케미칼 컴파니로부터 입수가능한 이소파르 (상표명) E), 에틸렌, 1-옥텐 및 수소 (사용된 경우)를 배합하여 27 갤런의 반응기에 공급하였다. 반응기로의 공급을 질량 유동 조절기에 의해 측정하였다. 공급물 스트림의 온도를 글리콜 냉각된 열 교환기를 사용하여 조절한 후 반응기에 도입하였다. 펌프 및 질량 유동계를 사용하여 촉매 성분 용액을 계량하였다. 반응기에서 대략 550 psig에서 액체 충전을 수행하였다. 반응기로부터 배출시키며, 물 및 첨가제를 중합체 용액내에 주입하였다. 물에 의해 촉매를 가수분해시켜 중합 반응을 종결시켰다. 이어서, 2단계 탈휘발화의 준비를 위해 후(post) 반응기 용액을 가열하였다. 탈휘발화 공정 동안 용매 및 미반응 단량체를 제거하였다. 중합체 용융물을 수 중 펠렛 절단을 위한 다이로 펌핑하였다.
공정 상세 사항 및 결과를 표 7A에 기재하였다. 선택된 중합체 특성을 표 7B 내지 7C에 기재하였다.
Figure 112007066654929-PCT00022
Figure 112007066654929-PCT00023
Figure 112007066654929-PCT00024
충전 중합체 조성물 실시예
밴부리 혼합기를 사용하여 특정 충전 중합체 조성물을 제조하였다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 가열된 챔버에 첨가하고 50 내지 75 rpm에서 2분 동안 혼합한 후 건조 성분의 1/2에 안료를 더하고 3분 동안 혼합하였다. 건조 성분의 잔류물 및 오일을 첨가하고 30 내지 50 rpm에서 추가로 8 내지 12분 동안 배치를 혼합하였다. 배치 온도를 135℃ 미만으로 유지시켰다. 화합물을 혼합기에서 분리하고 단일 통과를 통해 저온 2롤 분쇄기 상에서 얇은 시트 (대략 3mm)를 캘린더링함으로써 추가 가공하였다. 롤에서 제거할 동안 시트가 응력을 받지 않도록 분쇄된 시트를 수집하였다. 최종 시트를 판지 시트 사이에서 냉각시키고 이어서 물리적 및 기계적 특성 시험을 위해 사용하거나 또는 2분 동안 압력 없이 190℃에서 가열한 후 88.9 kN의 힘에서 2분 동안, 이어서 88.9 kN의 힘에서 4분 동안 10℃에서 냉각시킴으로써 시트로 압축 성형하였다.
별법으로, 하케 레오믹스 300 레오미터를 사용하여 충전 중합체 조성물을 제조하였다. 샘플 용기의 온도를 190℃로 설정하였고, 회전자 속도는 40 rpm이었다. 샘플 용기에 각 성분을 개별적으로 첨가하였다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 먼저 첨가하여 용융 뱅크를 성취한 후 분말 충전제가 중합체 용융 뱅크로 서서히 혼입되도록 무기 충전제를 천천히 첨가하였다. 모든 성분을 첨가한 후, 약 5분 동안 또는 안정한 토크가 성취될 때까지 혼합을 계속하였다. 추가 시험 및 평가를 위한 샘플을 44.45 kN의 힘 하에서 190℃에서 3분 동안 가버 (Garver) 자동화 압축기로 압축성형하였다. 이어서 전자 냉각 조를 사용하여 실온에서 평형화되는 압축기로 용융된 물질을 켄칭하였다.
본원에서 제공된 탄산칼슘 충전 중합체 조성물 및 비교 대조군 실시예의 충전제 함량, 경도, 내열성 및 굴곡 모듈러스를 비교하였다. 이 데이터를 하기 표 8에 나타내었다.
Figure 112007066654929-PCT00025
본원에서 제공된 충전 중합체 조성물 (표 8의 실시예 20 내지 23)은 비교적 높은 굴곡성-내열성 지수 및 연성-내열성 지수를 나타내었다. 높은 경도-평준화 온도 저항성은 매끄러운 감촉 또는 굴곡성이 요구되는 분야를 위해 바람직하다.
다양한 충전제 함량 수준에서, 본원에서 제공된 신규 충전 중합체 조성물 (표 8의 실시예 20 내지 23) 및 충전 어피니티 (등록상표) EG8200에 대한 연성-내열성 지수 비교를 도 8에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 갖는 충전 중합체 조성물은 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량에 걸쳐서 비교적 높은 연성-내열성 지수를 갖는다.
본원에서 제공된 신규 충전 중합체 조성물 및 어피니티 (등록상표) EG8200에 대한 굴곡성-내열성 지수의, 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량 수준에 걸친 비교를 도 8a에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 (실시예 #20 내지 23)을 갖는 충전 중합체 조성물은 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량에 걸쳐서 비교적 높은 굴곡성-내열성 지수를 갖는다.
본원에서 제공된 신규 충전 중합체 조성물 및 충전된 어피니티 (등록상표) EG8200에 대한 TMA (1 mm)를 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량 수준에 걸쳐서 도 8b에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 갖는 충전 중합체 조성물 (실시예 #20 내지 23)은 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량에 걸쳐서 대조군 #1 내지 4에 대한 TMA에 비해서 상대적으로 높은 TMA를 가졌다.
본원에서 제공된 신규 충전 중합체 조성물 및 충전 어피니티 (등록상표) EG8200에 대한 TMA (1 mm)를 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량 수준에 걸쳐서 도 8b에 나타내었다. 도면에 나타난 바와 같이, 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 갖는 충전 중합체 조성물 (실시예 #20 내지 23)은 다양한 범위의 CaCO3 충전제 함량에 걸쳐서 대조군 #1 내지 4에 대한 TMA에 비해서 상대적으로 높은 TMA를 가졌다.
도 8c에 일부 공지된 중합체에 대한 비교로서, 본 발명의 일부 중합체에 대한 TMA (1 mm) 대 쇼어 A 경도를 나타내었다 (표 8 실시예 #20 내지 23 대 대조군 #1 내지 4).
도 8d에 일부 공지된 중합체에 대한 비교로서, 본 발명의 일부 중합체에 대한 TMA (1 mm) 대 굴곡 모듈러스를 나타내었다 (표 8의 실시예 #20 내지 23 대 대조군 #1 내지 4).
본원에서 제공된 예시적인 충전 중합체 조성물은 표 9에 나타낸 바와 같이 개선된 내열성-굴곡성 밸런스 나타내었다. 표 9의 실시예에서, 다양한 첨가제 및 약 80 중량％ 탄산칼슘을 갖는 충전 중합체 조성물을 평가하였다. 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체 및 상응하는 비교 대조군의 압축 성형된 조성물의 조성, 경도, TMA 내열성, 온도 및 굴곡 모듈러스를 표 9에 요약하였다.
Figure 112007066654929-PCT00026
표 9에 나타난 바와 같이, 실시예 24의 충전 중합체 조성물은 상응하는 비교 대조군 5보다 높은 굴곡성-내열성 지수 (FHRI) 및 연성-내열성 지수 (SHRI)를 나타내었다. 유사하게, 실시예 25의 충전 중합체 조성물은 비교 대조군 6 및 대조군 6a보다 양호한 굴곡성-내열성 밸런스를 나타내었다.
충전 폴리(에틸렌-co-비닐 아세테이트) 공중합체 조성물은 유사한 충전제 함량 수준에서 다른 실시예 및 비교 대조군 샘플의 경도보다 더 높은 경도를 나타냄을 또한 인지된다.
예시적인 충전 중합체 조성물에 대한 특성의 측정
표 10에 중합체로서 실시예 19d 및 실시예 19h, 인게이지 (Engage) (등록상표) 8450, ENR 7467 및 엘박스 (Elvax) (등록상표) 460을 포함하는 일부 예시적인 충전 중합체 조성물 (사용되는 중합체 및 기타 성분의 양은 표 10에 제공함)을 표 10에 요약하였다. 하기 표 11에 이들의 물리적 특성, 예를 들어 레올로지, 밀도, 압축 영구변형률, 쇼어 A 경도, TMA 및 시트 인장을 나타내었다. 표 12 및 13에 본 발명의 혼성중합체 및 전형적인 중합체를 포함하는 예시적인 충전 중합체 조성물의 합성 프로토콜을 제공하였다. 표 14에 TMA 침투 온도에 대한 모듈러스 및 경도의 비율을 제공하였다.
150℃ 및 15％ 변형률에서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 레올로지를 측정하였다. 상기 방법은 25 mm 직경의 평행한 플레이트 및 2.0 mm 갭을 사용하였다. 시험을 시작하기 전에 샘플을 300초 동안 상기 온도에서 컨디셔닝하였다. 주파수 스위프 (frequency sweep)는 0.1 내지 100 rad/초의 범위였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 레올로지를 하기 표 11 및 도 9와 10에 나타내었다.
본원에 참고로 도입된 ASTM D792에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 밀도를 측정하였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 밀도를 하기 하기 표 11에 나타내었다.
상기에 기재된 바와 같이 ASTM D 395에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 압축 영구변형률을 측정하였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 압축 영구변형률을 하기 표 11 및 도 11에 나타내었다.
참고로 본원에 도입된 ASTM D 2240에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 쇼어 A 경도를 측정하였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 쇼어 A 경도 결과를 하기 표 11 및 도 12에 나타내었다.
상기에 기재된 바와 같이 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 열 기계 분석 (침투 온도)을 측정하였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 TMA 결과를 하기 표 11 및 도 13에 나타내었다.
본원에 참고로 도입된 ASTM D 412에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 인장 강도 및 신장률을 측정하였다. 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 인장 강도 및 신장률 결과를 하기 표 11 및 도 14 내지 17에 나타내었다.
본원에 참고로 도입된 ASTM D 624에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 인열 강도 및 신장률 측정하였다. 예시적인 충전 중합체 조성물의 인열 강도 및 신장률 결과를 하기 표 11 및 도 18 내지 19에 나타내었다.
본원에 참고로 도입된 ASTM D790에 따라서 일부 예시적인 충전 중합체 조성물의 굴곡 특성을 측정하였다. 예시적인 충전 중합체 조성물의 굴곡 시험 결과를 표 11 및 도 20에 나타내었다.
Figure 112007066654929-PCT00027
Figure 112007066654929-PCT00028
Figure 112007066654929-PCT00029
Figure 112007066654929-PCT00030
Figure 112007066654929-PCT00031
Figure 112007066654929-PCT00032
Figure 112007066654929-PCT00033
Figure 112007066654929-PCT00034
Figure 112007066654929-PCT00035
Figure 112007066654929-PCT00036
상기에서 입증된 바와 같이, 본원에서 제공된 에틸렌/α- 올레핀 혼성중합체를 포함하는 충전 중합체 조성물은 예를 들어 높은 내열성, 양호한 굴곡성, 및 내열성-낮은 모듈러스 밸런스에서의 개선을 나타낸다. 특정 실시양태에서, 본원에서 제공된 충전 중합체 조성물은 개선된 내열성-굴곡성-가공성-충전제 포함 수준 조합, 높은 내열성, 동등하거나 양호한 굴곡성, 및 동등하거나 양호한 충전제 포함 수준을 나타낸다. 이러한 개선된 특성은 본원에서 제공된 조성물이 소음 진동 및 거칠기 개선 및 운송 수단 바닥재 및 지붕, 케이블 및 와이어의 코팅에서의 용도에 적합하게 한다.
또한, 전형적인 공지된 공중합체에 비해, 본원에서 제공된 신규 에틸렌/α- 올레핀 혼성중합체는 높은 결정화 온도 및 이로 인해서 비교적 높은 온도에서 높은 그린 강도를 나타낸다. 이것은 성형, 캘린더링, 열성형 및 다른 유사한 유형의 작업에서 보다 높은 설정 온도, 보다 짧은 설정 시간 및 보다 빠른 제조 속도를 제공한다. 본원에서 제공된 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 랜덤 공중합체에 비해 낮은 축소율을 산출한다. 추가 이점, 분야 및 특성은 당업자에게 명백할 것이다.
본 발명을 제한된 수의 실시양태에 대해 기재하였으나, 일 실시양태의 특정한 특징을 본 발명의 다른 실시양태에 또한 적용시켜서는 안된다. 본 발명의 모든 면의 대표가 되는 단일 실시양태는 없다. 일부 실시양태에서, 조성물 또는 방법은 본원에서 언급된 많은 화합물 또는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시양태에서, 조성물 또는 방법은 본원에 열거된 임의의 화합물 또는 단계를 포함하지 않거나 실질적으로 포함하지 않는다. 기재된 실시양태로부터의 변화 및 변형이 존재한다. 수지의 제조 방법은 많은 행위 또는 단계를 포함하는 것으로 기재된다. 이들 단계 또는 행위는 달리 언급되지 않는 한 임의의 순서 또는 차례로 실행할 수 있다. 끝으로, 본원에 개시된 임의의 수치는, 그 수치를 기재하는 데 있어 용어 "약" 또는 "대략"이 사용되었는지 여부에 상관없이 근사치를 의미하는 것으로 의도되어야 한다. 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 범위내에 포함되는 모든 변형 및 변화를 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (33)

  1. (i) 중합체, 및
    (ii) 충전제를 포함하며,
    상기 중합체가 혼성중합체의 총 중량을 기준으로 50 중량％ 이상의 에틸렌 함량을 포함하는 블록 혼성중합체인 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 포함하는 것이며,
    상기 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는
    (a) Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 하나 이상의 융점 (Tm) (섭씨 온도), 및 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 상기 Tm 및 d의 수치가 하기 관계식에 상응하거나,
    Tm > -2002.9 + 4538.5(d) - 2422.2(d)2
    (b) Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 용융열 (ΔH) (J/g), 및 최고 DSC 피크와 최고 CRYSTAF 피크 사이의 온도 차이로 규정되는 델타 양 (ΔT) (섭씨 온도)을 특징으로 하며, 상기 ΔT 및 ΔH의 수치가 하기 관계식을 가지거나,
    ΔH가 0보다 크고 130 J/g 이하인 경우 ΔT > -0.1299(ΔH) + 62.81
    ΔH가 130 J/g보다 큰 경우, ΔT ≥ 48℃
    (여기서, CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 사용하여 결정하고, 누적 중합체의 5％ 미만이 식별 가능한 CRYSTAF 피크를 가질 경우, CRYSTAF 온도는 30℃임),
    (c) 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 압축 성형 필름으로 측정한 300％ 변형률 및 1 사이클에서의 탄성 회복률 (Re) (％)을 특징으로 하고, 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 실질적으로 가교상을 함유하지 않을 때 상기 Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키거나.
    Re >1481-1629(d)
    (d) TREF를 사용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 5％ 이상 높은 공단량체 몰 함량을 갖는 것 (여기서, 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 동일한 공단량체를 갖고, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도, 및 공단량체 몰 함량 (전체 중합체 기준)을 가짐)을 특징으로 하거나,
    (e) 25℃에서의 저장 모듈러스 (G' (25℃)), 및 100℃에서의 저장 모듈러스 (G' (100℃))를 가지며, G'(25℃) 대 G'(100℃)의 비율이 약 1:1 내지 약 10:1의 범위 내인 것인
    충전 중합체 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 하나 이상의 융점 (Tm) (섭씨 온도), 및 밀도 (d) (g/cm3)를 가지고, 상기 Tm 및 d의 수치가 하기 관계식에 상응하는 것인 충전 중합체 조성물.
    Tm ≥ 858.91 - 1825.3(d) + 1112.8(d)2
  3. 제1항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 Mw/Mn이 약 1.7 내지 약 3.5이고, 용융열 (ΔH) (J/g), 및 최고 DSC 피크와 최고 CRYSTAF 피크 (여기서, CRYSTAF 피크는 누적 중합체의 5％ 이상을 사용하여 결정하고, 누적 중합체의 5％ 미만이 식별 가능한 CRYSTAF 피크를 가질 경우, CRYSTAF 온도는 30℃임) 사이의 온도 차이로서 규정되는 델타 양 (ΔT) (섭씨 온도)을 특징으로 하며, 상기 ΔT 및 ΔH의 수치가 하기 관계식을 가지는 것인 충전 중합체 조성물.
    ΔH가 0보다 크고 130 J/g 이하인 경우, ΔT > -0.1299(ΔH) + 62.81
    ΔH가 130 J/g보다 큰 경우, ΔT ≥ 48℃
  4. 제1항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 압축 성형 필름으로 측정한 300％ 변형률 및 1 사이클에서의 탄성 회복률 (Re) (％)을 특징으로 하고, 밀도 (d) (g/cm3)를 가지며, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 실질적으로 가교상을 함유하지 않을 때 상기 Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키는 것인 충전 중합체 조성물.
    Re >1481-1629(d)
  5. 제1항에 있어서, Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키는 것인 충전 중합체 조성물.
    Re >1491-1629(d)
  6. 제1항에 있어서, Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키는 것인 충전 중합체 조성물.
    Re >1501-1629(d)
  7. 제1항에 있어서, Re 및 d의 수치가 하기 관계식을 만족시키는 것인 충전 중합체 조성물.
    Re >1511-1629(d)
  8. (i) 중합체 및
    (ii) 충전제를 포함하며,
    상기 중합체가 혼성중합체의 총 중량을 기준으로 50 중량％ 이상의 에틸렌 함량을 포함하는 블록 혼성중합체인 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체를 포함하는 것이며,
    상기 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는
    (a) TREF를 사용하여 분별시, 40℃ 내지 130℃에서 용출되고, 분획물의 블록지수가 0.5 이상 및 약 1 이하임을 특징으로 하는 하나 이상의 분자 분획물을 갖거나,
    (b) 평균 블록 지수가 0 초과 및 약 1.0 이하이고, 분자량 분포 (Mw/Mn)가 약 1.3 초과인 것인
    충전 중합체 조성물.
  9. 제1항 또는 제8항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 TREF를 사용하여 분별시 40℃ 내지 130℃에서 용출되는 분자 분획물을 가지며, 상기 분획물은 동일한 온도 범위에서 용출되는 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체 분획물의 공단량체 몰 함량보다 5％ 이상 높은 공단량체 몰 함량을 갖는 것 (여기서, 상기 비교용 랜덤 에틸렌 혼성중합체는 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체와 동일한 공단량체를 갖고, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체의 10％ 이내의 용융 지수, 밀도 및 공단량체 몰 함량 (총 중합체 기준)을 가짐)을 특징으로 하는 충전 중합체 조성물.
  10. 제1항 또는 제8항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 25℃에서의 저장 모듈러스 (G'(25℃)), 및 100℃에서의 저장 모듈러스 (G'(100℃))를 가지며, G'(25℃) 대 G'(100℃)의 비율이 약 1:1 내지 약 10:1인 것을 특징으로 하는 충전 중합체 조성물.
  11. 제1항 또는 제8항에 있어서, α-올레핀이 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 또는 이들의 조합물인 충전 중합체 조성물.
  12. 제1항 또는 제8항에 있어서, 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체가 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5％ 내지 약 70％의 범위로 존재하는 충전 중합체 조성물.
  13. 제1항 또는 제8항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘, 황산바륨, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 유리 섬유, 나노 점토, 활석, 카본 블랙 또는 흑연, 비산회, 시멘트 분진, 점토, 장석, 하석, 실리카 또는 유리, 퓸드 실리카, 알루미나, 산화마그네슘, 산화아연, 알루미늄 실리케이트, 칼슘 실리케이트, 이산화티타늄, 티타네이트, 유리 마이크로스피어 및 백악으로부터 선택되는 것인 충전 중합체 조성물.
  14. 제13항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘 및 황산바륨으로부터 선택되는 것인 충전 중합체 조성물.
  15. 제14항에 있어서, 충전제가 탄산칼슘인 충전 중합체 조성물.
  16. 제13항에 있어서, 충전제가 약 30％ 내지 약 95％의 범위로 존재하는 충전 중합체 조성물.
  17. 제1항 또는 제8항에 있어서, 중합체가 제2 중합체를 더 포함하는 충전 중합체 조성물.
  18. 제17항에 있어서, 제2 중합체가 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐 클로라이드, 에틸렌-프로필렌 공중합체, (에틸렌-co-비닐 아세테이트), 에틸렌, 프로필렌과 비공액 디엔의 삼원공중합체, 에틸렌과 비닐 아세테이트의 혼합 중합체, 스티렌-부타디엔 혼합 중합체 및 이들의 조합물로부터 선택되는 것인 충전 중합체 조성물.
  19. 제1항 또는 제8항에 있어서, 1종 이상의 가소제를 더 포함하는 충전 중합체 조성물.
  20. 제19항에 있어서, 가소제가 가공 오일, 에폭시화 오일, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리에테르 에스테르 또는 이들의 조합물을 포함하는 것인 충전 중합체 조성물.
  21. 제20항에 있어서, 가소제가 파라핀 가공 오일 및 스테아르산을 포함하는 것인 조성물.
  22. 제19항에 있어서, 가소제가 약 1％ 내지 약 15％의 양으로 존재하는 충전 중합체 조성물.
  23. 제1항 또는 제8항에 있어서, 충전제가 수산화알루미늄 및 수산화마그네슘으로부터 선택되는 것인 충전 중합체 조성물.
  24. 제1항 또는 제8항에 있어서, 중합체가 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 블렌드인 충전 중합체 조성물.
  25. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체 조성물을 포함하는 방음 물품.
  26. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 운송 수단 카페트.
  27. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체 조성물을 포함하는 지붕용 재료.
  28. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체 조성물을 포함하는 와이어 또는 케이블 코팅.
  29. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 마루 타일.
  30. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 마루 시트.
  31. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 프로파일.
  32. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 개스킷.
  33. 제1항 또는 제8항의 충전 중합체를 포함하는 마루 매트.
KR1020077021080A 2005-03-17 2006-03-15 에틸렌/α-올레핀의 혼성중합체로부터 제조된 충전 중합체조성물 및 이의 용도 KR20070112794A (ko)

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