KR20150021513A - 수소 첨가 블록 공중합체 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록 (A) 와, 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유하는 중합체 블록 (B) 를 포함하는 블록 공중합체로서, 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합이 50 ㏖% 이상 수소 첨가되어 있는 수소 첨가 블록 공중합체.
Description
본 발명은 파르네센 유래의 단량체 단위를 함유하는 수소 첨가 블록 공중합체 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록 및 공액 디엔 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록으로 구성되는 블록 공중합체의 수소 첨가물은, 더욱 가황하지 않고 가황 고무와 동등한 특성을 나타내고, 제진성, 유연성, 고무 탄성 및 내후성이 우수한 점에서, 일용 잡화품, 자동차용 부품, 각종 공업 용품 등으로 광범위하게 사용되고 있다.
이와 같은 블록 공중합체의 수소 첨가물은, 예를 들어 방향족 비닐 화합물, 및 이소프렌, 부타디엔 등의 공액 디엔을 순차 중합하여 얻어지는 블록 공중합체를 수소 첨가함으로써 얻어진다 (예를 들어, 특허문헌 1, 2 참조).
또한, 특허문헌 3, 4 에는 β-파르네센의 중합체가 기재되어 있지만, 실용적인 물성에 대해서는 충분히 검토되어 있지 않다.
특허문헌 1, 2 에서 개시되어 있는 블록 공중합체의 수소 첨가물은 제진성, 유연성, 고무 탄성 및 내후성이 우수하지만, 여전히 개선의 여지가 있다.
그리고, 본 발명의 목적은 상기한 각 성능이 더욱 우수한 신규 수소 첨가 블록 공중합체 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 상기의 목적은
[1] 방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록 (A) 와, 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유하는 중합체 블록 (B) 를 포함하는 블록 공중합체로서, 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합이 50 ㏖% 이상 수소 첨가되어 있는 수소 첨가 블록 공중합체, 및
[2] 상기 중합체 블록 (A) 와 상기 중합체 블록 (B) 를 갖는 블록 공중합체를 아니온 중합에 의해 얻는 중합 공정, 및 그 블록 공중합체 중의 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합을 50 ㏖% 이상 수소 첨가하는 공정을 갖는, 상기 수소 첨가 블록 공중합체의 제조 방법을 제공함으로써 달성된다.
본 발명에 의하면, 제진성, 유연성, 고무 탄성 및 내후성이 우수한 수소 첨가 블록 공중합체 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
[수소 첨가 블록 공중합체]
수소 첨가 블록 공중합체는, 방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록 (A) 와, 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유하는 중합체 블록 (B) 를 포함하는 블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (P) 라고 칭한다) 로서, 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합이 50 ㏖% 이상 수소 첨가되어 있는 수소 첨가 블록 공중합체 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 라고 칭한다) 이다.
<중합체 블록 (A)>
상기 중합체 블록 (A) 는 방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 구성된다. 이러한 방향족 비닐 화합물로는, 예를 들어 스티렌, α-메틸스티렌, 2-메틸스티렌, 3-메틸스티렌, 4-메틸스티렌, 4-프로필스티렌, 4-t-부틸스티렌, 4-시클로헥실스티렌, 4-도데실스티렌, 2,4-디메틸스티렌, 2,4-디이소프로필스티렌, 2,4,6-트리 메틸스티렌, 2-에틸-4-벤질스티렌, 4-(페닐부틸)스티렌, 1-비닐나프탈렌, 2-비닐나프탈렌, 비닐안트라센, N,N-디에틸-4-아미노에틸스티렌, 비닐피리딘, 4-메톡시스티렌, 모노클로로스티렌, 디클로로스티렌 및 디비닐벤젠 등을 들 수 있다. 이들 방향족 비닐 화합물은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 스티렌, α-메틸스티렌, 4-메틸스티렌이 보다 바람직하고, 스티렌이 더욱 바람직하다.
<중합체 블록 (B)>
상기 중합체 블록 (B) 는 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유한다.
[파르네센에서 유래하는 구조 단위 (b1)]
구조 단위 (b1) 은 α-파르네센 또는 하기 식 (I) 로 나타내는 β-파르네센 유래의 구조 단위 중 어느 것이어도 되지만, 블록 공중합체 (P) 의 제조 용이성 관점에서, β-파르네센 유래의 구조 단위인 것이 바람직하다. 또한, α-파르네센과 β-파르네센은 조합하여 사용해도 된다.
[화학식 1]
[파르네센 이외의 공액 디엔에서 유래하는 구조 단위 (b2)]
파르네센 이외의 공액 디엔에서 유래하는 구조 단위 (b2) 를 구성하는 공액 디엔으로는, 예를 들어 부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸-부타디엔, 2-페닐-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 2-메틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 1,3-옥타디엔, 1,3-시클로헥사디엔, 2-메틸-1,3-옥타디엔, 1,3,7-옥타트리엔, 미르센 및 클로로프렌 등을 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 병용해도 된다. 그 중에서도, 부타디엔, 이소프렌 및 미르센이 보다 바람직하다.
중합체 블록 (B) 는 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유한다. 파르네센에 유래하는 구조 단위 (b1) 의 함유량이 1 질량% 미만이면, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 제진성이 저하된다.
중합체 블록 (B) 중의 구조 단위 (b1) 의 함유량은, 제진성의 관점에서 30 ∼ 100 질량% 가 바람직하고, 45 ∼ 100 질량% 가 보다 바람직하고, 65 ∼ 100 질량% 가 보다 더 바람직하고, 85 ∼ 100 질량% 가 더욱 더 바람직하다.
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 는 중합체 블록 (A) 및 중합체 블록 (B) 를 각각 적어도 1 개 포함하는 블록 공중합체 (P) 의 수소 첨가물이고, 중합체 블록 (A) 를 2 개 이상, 및 중합체 블록 (B) 를 1 개 이상 포함하는 블록 공중합체 (P) 의 수소 첨가물인 것이 바람직하다.
중합체 블록 (A) 및 중합체 블록 (B) 의 결합 형태는 특별히 제한되지 않고, 직선상, 분기상, 방사상 또는 그것들의 2 개 이상의 조합이어도 된다. 그 중에서도, 각 블록이 직선상으로 결합한 형태가 바람직하고, 중합체 블록 (A) 를 A, 중합체 블록 (B) 를 B 로 나타냈을 때에, (A-B)l, A-(B-A)m, 또는 B-(A-B)n 으로 나타내는 결합 형태가 바람직하다. 또한, 상기 l, m 및 n 은 각각 독립적으로 1 이상의 정수를 나타낸다.
상기 결합 형태로는, 고무 탄성, 역학적 특성 및 취급성 등의 관점에서, A-B-A 로 나타내는 트리블록 공중합체가 바람직하다.
또, 블록 공중합체 (P) 가, 중합체 블록 (A) 를 2 개 이상 또는 중합체 블록 (B) 를 2 개 이상 갖는 경우에는, 각각의 중합체 블록은 동일한 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록이어도 되고, 상이한 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록이어도 된다. 예를 들어, [A-B-A] 로 나타내는 트리블록 공중합체에 있어서의 2 개의 중합체 블록 (A) 에 있어서, 각각의 방향족 비닐 화합물은 그 종류가 동일해도 되고 상이해도 된다.
<블록 공중합체 (P) 의 특성>
블록 공중합체 (P) 중의 중합체 블록 (A) 와 중합체 블록 (B) 의 질량비 [(A)/(B)] 는, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 기계 강도 및 제진성의 관점에서, 5/95 ∼ 80/20 이 바람직하고, 7/93 ∼ 70/30 이 보다 바람직하고, 9/91 ∼ 65/35 가 더욱 바람직하다.
<수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 특성>
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 피크 톱 분자량 (Mp) 은, 성형성의 관점에서, 4,000 ∼ 1,500,000 이 바람직하고, 9,000 ∼ 1,200,000 이 보다 바람직하고, 50,000 ∼ 1,100,000 이 보다 더 바람직하고, 90,000 ∼ 1,100,000 이 더욱 바람직하고, 120,000 ∼ 900,000 이 더욱 더 바람직하고, 150,000 ∼ 600,000 이 특히 바람직하고, 180,000 ∼ 300,000 이 특히 더 바람직하다.
또한, 본 명세서에 있어서의 피크 톱 분자량 (Mp) 은 후술하는 실시예에 기재한 방법으로 측정한 값을 의미한다.
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 분자량 분포 (Mw/Mn) 는 1 ∼ 4 가 바람직하고, 1 ∼ 3 이 보다 바람직하고, 1 ∼ 2 가 더욱 바람직하다. 분자량 분포가 상기 범위 내이면, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 점도의 편차가 작다.
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 -60 ∼ 0 ℃ 에 있어서의 동적 점탄성 측정에 의한 손실 탄젠트 (tanδ) 는 0.1 이상인 것이 바람직하다. -60 ∼ 0 ℃ 에 있어서의 손실 탄젠트 (tanδ) 는 0.15 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.2 이상인 것이 더욱 바람직하다. 손실 탄젠트가 상기 범위내임으로써, 본 발명의 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 는 제진성이 우수한 것이 된다.
[그 밖의 단량체 유래의 중합체 블록 (C)]
블록 공중합체 (P) 는, 상기 중합체 블록 (A) 와 중합체 블록 (B) 이외에, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 한, 다른 단량체로 구성되는 중합체 블록 (C) 를 함유하고 있어도 된다.
이러한 다른 단량체로는, 예를 들어 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-운데센, 1-도데센, 1-트리데센, 1-테트라데센, 1-펜타데센, 1-헥사데센, 1-헵타데센, 1-옥타데센, 1-노나데센, 1-에이코센 등의 불포화 탄화수소 화합물 ; 아크릴산, 메타크릴산, 아크릴산메틸, 메타크릴산메틸, 아크릴로니트릴, 메타크릴로니트릴, 말레산, 푸마르산, 크로톤산, 이타콘산, 2-아크릴로일에탄술폰산, 2-메타크릴로일에탄술폰산, 2-아크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, 2-메타크릴아미드-2-메틸프로판술폰산, 비닐술폰산, 아세트산비닐, 메틸비닐에테르 등의 관능기 함유 불포화 화합물 ; 등을 들 수 있다. 이들은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 병용해도 된다.
블록 공중합체 (P) 가 중합체 블록 (C) 를 갖는 경우, 그 함유량은 50 질량% 이하가 바람직하고, 40 질량% 이하가 보다 바람직하고, 30 질량% 이하가 더욱 바람직하다.
[수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 제조 방법]
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 는, 예를 들어 블록 공중합체 (P) 를 아니온 중합에 의해 얻는 중합 공정, 및 그 블록 공중합체 (P) 중의 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합을 50 ㏖% 이상 수소 첨가하는 공정에 의해 바람직하게 제조할 수 있다.
<중합 공정>
블록 공중합체 (P) 는 용액 중합법의 방법 등에 의해 제조할 수 있다. 그 중에서도 용액 중합법이 바람직하고, 예를 들어 아니온 중합이나 카티온 중합 등의 이온 중합법, 라디칼 중합법 등의 공지된 방법을 적용할 수 있다. 그 중에서도 아니온 중합법이 바람직하다. 아니온 중합법으로는, 용매, 아니온 중합 개시제, 및 필요에 따라 루이스 염기의 존재 하, 방향족 비닐 화합물, 파르네센 및/또는 파르네센 이외의 공액 디엔을 순서대로 첨가하여, 블록 공중합체 (P) 를 얻는다.
아니온 중합 개시제로는, 예를 들어 리튬, 나트륨, 칼륨 등의 알칼리 금속 ; 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨 등의 알칼리 토금속 ; 란탄, 네오디뮴 등의 란타노이드계 희토류 금속 ; 상기 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 란타노이드계 희토류 금속을 함유하는 화합물 등을 들 수 있다. 그 중에서도 알칼리 금속 및 알칼리 금속을 함유하는 화합물, 유기 알칼리 금속 화합물이 바람직하다.
이와 같은 유기 알칼리 금속 화합물로는, 예를 들어 메틸리튬, 에틸리튬, n-부틸리튬, sec-부틸리튬, t-부틸리튬, 헥실리튬, 페닐리튬, 스틸벤리튬, 디리티오 메탄, 디리티오나프탈렌, 1,4-디리티오부탄, 1,4-디리티오-2-에틸시클로헥산, 1,3,5-트리리티오벤젠 등의 유기 리튬 화합물 ; 나트륨나프탈렌, 칼륨나프탈렌 등을 들 수 있다. 그 중에서도 유기 리튬 화합물이 바람직하고, n-부틸리튬, sec-부틸리튬이 보다 바람직하고, sec-부틸리튬이 특히 바람직하다. 또한, 유기 알칼리 금속 화합물은 디이소프로필아민, 디부틸아민, 디헥실아민, 디벤질아민 등의 제 2 급 아민과 반응시켜, 유기 알칼리 금속 아미드로서 사용해도 된다.
중합에 사용하는 유기 알칼리 금속 화합물의 사용량은, 블록 공중합체 (P) 의 분자량에 따라서도 상이한데, 통상, 방향족 비닐 화합물과 파르네센 및 파르네센 이외의 공액 디엔에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상의 총량에 대해 0.01 ∼ 3 질량% 의 범위이다.
용매로는, 아니온 중합 반응에 악영향을 미치지 않으면 특별히 제한은 없고, 예를 들어, n-펜탄, 이소펜탄, n-헥산, n-헵탄, 이소옥탄 등의 포화 지방족 탄화수소 ; 시클로펜탄, 시클로헥산, 메틸시클로펜탄 등의 포화 지환식 탄화수소 ; 벤젠, 톨루엔, 자일렌 등의 방향족 탄화수소 등을 들 수 있다. 이것들은 1 종을 단독으로 또는 2 종 이상을 병용해도 된다. 용매의 사용량에는 특별히 제한은 없다.
루이스 염기는 파르네센 유래의 구조 단위 및 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위에 있어서의 마이크로 구조를 제어하는 역할이 있다. 이러한 루이스 염기로는, 예를 들어 디부틸에테르, 디에틸에테르, 테트라하이드로푸란, 디옥산, 에틸렌글리콜디에틸에테르 등의 에테르 화합물 ; 피리딘 ; N,N,N',N'-테트라메틸에틸렌디아민, 트리메틸아민 등의 3 급 아민 ; 칼륨-t-부톡시드 등의 알칼리 금속 알콕시드 ; 포스핀 화합물 등을 들 수 있다. 루이스 염기를 사용하는 경우, 그 양은, 통상, 아니온 중합 개시제 1 몰에 대해 0.01 ∼ 1000 몰 등량의 범위인 것이 바람직하다.
중합 반응의 온도는, 통상 -80 ∼ 150 ℃, 바람직하게는 0 ∼ 100 ℃, 보다 바람직하게는 10 ∼ 90 ℃ 의 범위이다. 중합 반응의 형식은 회분식이어도 되고 연속식이어도 된다. 중합 반응계 중의 방향족 비닐 화합물, 파르네센 및/또는 파르네센 이외의 공액 디엔의 존재량이 특정 범위가 되도록, 중합 반응액 중에 각 단량체를 연속적 혹은 단속적으로 공급하거나, 또 중합 반응액 중에서 각 단량체가 특정비가 되도록 순차 중합시킴으로써, 블록 공중합체 (P) 를 제조할 수 있다.
중합 반응은 메탄올, 이소프로판올 등의 알코올을 중합 정지제로서 첨가하여 정지시킬 수 있다. 얻어진 중합 반응액을 메탄올 등의 빈 용매에 부어 블록 공중합체 (P) 를 석출시키거나, 중합 반응액을 물로 세정하여 분리 후, 건조시킴으로써 블록 공중합체 (P) 를 단리시킬 수 있다.
{변성 공중합체}
본 중합 공정에서는, 상기와 같이 미변성의 블록 공중합체 (P) 를 얻어도 되지만, 이하와 같이 변성된 블록 공중합체 (P) 를 얻어도 된다.
후술하는 수소 첨가 공정 전에 상기 블록 공중합체 (P) 를 변성시켜도 된다. 도입 가능한 관능기로는, 예를 들어 아미노기, 알콕시실릴기, 수산기, 에폭시기, 카르복실기, 카르보닐기, 메르캅토기, 이소시아네이트기, 산무수물 등을 들 수 있다.
블록 공중합체의 변성 방법으로는, 예를 들어 중합 정지제를 첨가하기 전에, 중합 활성 말단과 반응할 수 있는 4 염화주석, 테트라클로로실란, 디메틸디클로로실란, 디메틸디에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라에톡시실란, 3-아미노프로필 트리에톡시실란, 테트라글리시딜-1,3-비스아미노메틸시클로헥산, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트 등의 커플링제나, 4,4'-비스(디에틸아미노)벤조페논, N-비닐피롤리돈 등의 중합 말단 변성제, 또는 일본 공개특허공보 2011-132298호에 기재된 그 밖의 변성제를 첨가하는 방법을 들 수 있다. 또, 단리 후의 공중합체에 무수 말레산 등을 그래프트화하여 사용할 수도 있다.
관능기가 도입되는 위치는 블록 공중합체 (P) 의 중합 말단이어도 되고, 측사슬이어도 된다. 또 상기 관능기는 1 종 또는 2 종 이상을 조합해도 된다. 상기 변성제는 아니온 중합 개시제에 대해, 통상 0.01 ∼ 10 몰 등량의 범위인 것이 바람직하다.
(수소 첨가 공정)
상기 방법에 의해 얻어진 블록 공중합체 (P) 를 수소 첨가하는 공정에 실시함으로써, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 를 얻을 수 있다. 수소 첨가하는 방법은 공지된 방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 수소 첨가 반응에 영향을 미치지 않는 용매에 블록 공중합체 (P) 를 용해시킨 용액에, 치글러계 촉매 ; 카본, 실리카, 규조토 등에 담지된 니켈, 백금, 팔라듐, 루테늄, 로듐 금속 촉매 ; 코발트, 니켈, 팔라듐, 로듐, 루테늄 금속을 갖는 유기 금속 착물 등을 수소 첨가 촉매로서 존재시켜 수소화 반응을 실시한다. 수소 첨가 공정에 있어서는, 상기한 블록 공중합체 (P) 의 제조 방법에 의해 얻어진 블록 공중합체 (P) 를 포함하는 중합 반응액에 수소 첨가 촉매를 첨가하여 수소 첨가 반응을 실시해도 된다. 본 발명에 있어서는 팔라듐을 카본에 담지시킨 팔라듐카본이 바람직하다.
수소 첨가 반응에 있어서, 수소 압력은 0.1 ∼ 20 ㎫ 가 바람직하고, 반응 온도는 100 ∼ 200 ℃ 가 바람직하고, 반응 시간은 1 ∼ 20 시간이 바람직하다.
블록 공중합체 (P) 중의 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합의 수소 첨가율은, 내열성, 내후성이 우수한 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 를 얻는 관점에서 50 ∼ 100 ㏖% 이고, 70 ∼ 100 ㏖% 가 바람직하고, 90 ∼ 100 ㏖% 가 보다 바람직하다. 또한, 수소 첨가율은 후술하는 실시예에 기재된 방법에 의해 산출할 수 있다.
<수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 용도>
수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 는, 점접착제, 시트, 필름, 튜브, 호스, 벨트 등의 성형품으로서 바람직하게 사용할 수 있다. 구체적으로는, 핫 멜트 접착제, 점착 테이프, 보호 필름의 점착층 등의 점접착재 ; 방진 고무, 매트, 시트, 쿠션, 댐퍼, 패드, 마운트 고무 등의 각종 방진, 제진 부재 ; 스포츠 슈즈, 패션 샌들 등의 신발 ; 텔레비전, 스테레오, 청소기, 냉장고 등의 가전 용품 부재 ; 건축물의 문, 창틀용 실링용 패킹 등의 건재 ; 범퍼 부품, 보디 패널, 웨더 스트립, 그로밋, 인스트루먼트 패널 등의 표피, 에어백 커버 등의 자동차 내장, 외장 부품 ; 가위, 드라이버, 칫솔, 스키 스톡 등의 그립 ; 식품 랩 필름 등의 식품용 포장재 ; 수액 백, 시린지, 카테터 등의 의료용구 ; 식품, 음료, 약 등을 저장하는 용기용 마개, 캡 라이너 등에 바람직하게 사용할 수 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, β-파르네센 (순도 97.6 중량% Amyris Biotechnology 사 제조) 은, 3 Å 의 몰레큘러시브에 의해 정제하고, 질소 분위기 하에서 증류함으로써, 진저베렌, 비스아볼렌, 파르네센에폭시드, 파르네솔 이성체, E,E-파르네솔, 스쿠알렌, 에르고스테롤 및 파르네센의 여러 종류의 2 량체 등의 탄화수소계 불순물을 제외하고, 이하의 중합에 사용하였다.
(1) 분자량 분포 피크 톱 분자량 (Mp) 의 측정
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체의 중량 평균 분자량 (Mw) 및 분자량 분포 (Mw/Mn) 는, GPC (겔 퍼미에이션 크로마토그래피) 에 의해 표준 폴리스티렌 환산 분자량으로 구하고, 분자량 분포의 피크 정점의 위치로부터 피크 톱 분자량 (Mp) 을 구하였다. 측정 장치 및 조건은 이하와 같다.
·장치 : 토소 주식회사 제조 GPC 장치「GPC8020」
·분리 칼럼 : 토소 주식회사 제조「TSKgelG4000HXL」
·검출기 : 토소 주식회사 제조「RI-8020」
·용리액 : 테트라하이드로푸란
·용리액 유량 : 1.0 ㎖/분
·샘플 농도: 5 mg/10 ㎖
·칼럼 온도 : 40 ℃
(2) 수소 첨가율의 측정 방법
각 실시예 및 비교예에 있어서, 블록 공중합체 (P) 및 수소 첨가 후의 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 를 각각 중클로로포름 용매에 용해하고, 니혼 전자사 제조「Lambda-500」을 시용하여 50 ℃ 에서 1H-NMR 을 측정하였다. 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 중의 중합체 블록 (B) 의 수소 첨가율은, 얻어진 스펙트럼의 4.5 ∼ 6.0 ppm 에 나타나는 탄소-탄소 이중 결합이 갖는 프로톤의 피크로부터 하기 식에 의해 산출하였다.
수소 첨가율 ={1 ― (수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 1 ㏖ 당 포함되는 탄소-탄소 이중 결합의 ㏖ 수)/(블록 공중합체 (P) 1 ㏖ 당 포함되는 탄소-탄소 이중 결합의 ㏖ 수)}× 100 (㏖%)
(3) 내후성
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체를 200 ℃, 3 분간 압축 성형함으로써, 두께 2 ㎜ 의 시트를 얻었다. 이 시트를 온도 200 ℃ 의 분위기 하에 60 분 방치 후, 니혼 전식공업사 제조「ND-300A」를 사용하여, JIS Z 8722 에 준거하여 시트의 b 치를 측정하여 내후성의 지표로 하였다. b 치가 낮을수록 내후성이 우수하다. b 치는 15.0 이하인 것이 바람직하다.
(4) tanδ 의 측정 방법
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체를 200 ℃, 3 분간 압축 성형함으로써, 두께 2 ㎜ 의 시트를 얻었다. 이 시트로부터 직경 8 ㎜, 높이 2 ㎜ 의 원주상 시험편을 타발 (打拔) 하고, Rheometric Scientific 사 제조「RDA3 점탄성 측정 장치」를 사용하여, 측정 온도 -100 ∼ 50 ℃, 주파수 1 ㎐, 변형 1 % 의 조건에서 tanδ 를 측정하였다.
(5) 경도의 측정 방법
타입 A 듀로미터의 압자를 사용하여 JIS K 6253 에 준거하여 측정하였다.
또한, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP) 의 경도가 75 이하이면 유연성이 우수하다.
(6) 인장 영구 신장
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체를 200 ℃, 3 분간 압축 성형함으로써, 두께 1 ㎜ 의 시트를 얻었다. 이 시트로부터 JIS K 6251 에 준거하여 덤벨 3 호형의 시험편을 타발하여 제작하고, 시험편의 평행 부분에 표선 간 거리 2 ㎝ 의 표선을 붙였다. 이 시험편을, 표선 간 거리가 4 ㎝ 가 되도록 신장시키고 (100 % 신장), 온도 24 ℃, 상대 습도 50 % 의 분위기 하에 10 분간 유지한 후, 신장을 개방하였다. 그 후, 온도 24 ℃, 상대 습도 50 % 의 분위기 하에 10 분 방치했을 때의 표선 간 거리 (l' : ㎝) 를 측정하여, 인장 영구 신장 (%) = 100 × (l' ― 2)/2 에 의해 구하였다.
수치가 낮을수록 고무 탄성이 우수하다.
(7) 압축 영구 변형 (24 ℃, 22 시간)
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체를 200 ℃, 3 분간 압축 성형하여, 직경 13.0 ± 0.5 ㎜, 두께 6.3 ± 0.3 ㎜ (d0) 의 원주상 시험편을 제작하였다. JIS K 6262 에 준거하여, 이 원주상 시험편을 스페이서 두께 4.8 ㎜ (d1) 를 사용하여 25 % 압축 변형하고, 24 ℃ 의 분위기 하에 22 시간 유지한 후, 압축을 개방하였다. 그 후, 24 ℃, 상대 습도 50 % 분위기 하에 30 분간 방치했을 때의, 원주상 시험편의 두께 (d2 : ㎜) 를 측정하여, 압축 영구 변형 (%) = 100 × (d0 ― d2)/(d0 ― d1) 에 의해 구하였다.
수치가 낮을수록 실온에서의 고무 탄성이 우수한 것을 나타내고, 40 % 미만인 것이 바람직하다.
(8) 압축 영구 변형 (70 ℃, 22 시간)
압축시의 온도를 70 ℃ 로 한 것 이외에는 상기 (7) 과 동일하게 하여 압축 영구 변형을 측정하였다.
수치가 낮을수록 고온에서의 고무 탄성이 우수한 것을 나타내고, 80 % 미만인 것이 바람직하다.
(9) 반발 탄성률
각 실시예 및 비교예에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체를 200 ℃, 3 분간 압축 성형하여, 직경 29.0 ± 0.5 ㎜, 두께 12.5 ± 0.5 ㎜ 의 원주상 시험편을 제작하였다. 이 원주상 시험편을 -50 ℃ 에서 1 시간 방치한 후, JIS K 6255 에 준거한 방법으로 뤼브케식 반발 탄성 시험을 실시하여, -20 ℃ 가 된 시점에서의 반발 탄성률을 측정하였다. 반발 탄성률은 제진성을 나타내는 지표이고, 50 % 미만인 것이 바람직하다.
[실시예 1]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 54.6 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온한 후, 스티렌 (1) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 β-파르네센 10.92 ㎏ 을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써, 폴리스티렌-폴리(β-파르네센)-폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (P1) 이라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 이 반응액에, 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량 : 5 질량%) 을 상기 블록 공중합체 (P1) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리(β-파르네센)-폴리스티렌 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP1) 이라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (HP1) 에 대해, 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 및 표 4 에 나타낸다.
[실시예 2 ∼ 9]
표 1 에 기재된 배합에 따른 것 이외에는, 실시예 1 과 동일하게 하여 수소 첨가 블록 공중합체 (HP2) ∼ (HP9) 를 제조하였다. 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (HP2) ∼ (HP9) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 및 표 4 에 나타낸다.
[실시예 10]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 109.2 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온한 후, 스티렌 (1) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 β-파르네센 5.46 ㎏ 과 이소프렌 5.46 ㎏ 의 혼합물을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써 폴리스티렌-폴리(β-파르네센/이소프렌) -폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (P10) 이라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 이 반응액에 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량 :5 질량%) 을 블록 공중합체 (P10) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리(β-파르네센/이소프렌) 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (HP10) 이라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (HP10) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 2 및 표 4 에 나타낸다.
[실시예 11 ∼ 14]
표 2 에 기재된 배합에 따른 것 이외에는, 실시예 10 과 동일하게 하여 수소 첨가 블록 공중합체 (HP11) ∼ (HP14) 를 제조하였다. 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (HP11) ∼ (HP14) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 2 및 표 4 에 나타낸다.
[비교예 1]
특허문헌 4 의 실시예 4 와 동일한 방법에 따라, 스티렌-(β-파르네센) 블록 공중합체를 얻었다. 얻어진 스티렌-(β-파르네센) 블록 공중합체에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 2]
실시예 1 과 동일한 방법으로 중합을 실시하고, 블록 공중합체 (P1) 을 포함하는 반응액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 블록 공중합체 (P1) 을 얻었다. 블록 공중합체 (P1) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 3]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 210.6 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온시킨 후, 스티렌 (1) 1.88 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 이소프렌 17.05 ㎏ 을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 1.88 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (R-P3) 이라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 그 반응액에 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량 : 5 질량%) 을 블록 공중합체 (R-P3) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP3) 이라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP3) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 4]
표 3 에 기재된 배합에 따른 것 이외에는, 비교예 3 과 동일하게 하여 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP4) 를 제조하였다. 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP4) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 5]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 163.1 g, 루이스 염기로서 테트라하이드로푸란 360.3 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온시킨 후, 스티렌 (1) 2.08 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 이소프렌 16.64 ㎏ 을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 2.08 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써, 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (R-P5) 라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 그 반응액에 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량:5 질량%) 을 블록 공중합체 (R-P5) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리이소프렌-폴리스티렌 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP5) 라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP5) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 6 ∼ 7]
표 3 에 기재된 배합에 따른 것 이외에는, 비교예 5 와 동일하게 하여, 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP6) ∼ (R-HP7) 을 제조하였다. 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP6) ∼ (R-HP7) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 8]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 179.4 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온시킨 후, 스티렌 (1) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 이소프렌 5.46 ㎏ 과 부타디엔 5.46 ㎏ 의 혼합물을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 2.34 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써 폴리스티렌-폴리(이소프렌/부타디엔)-폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (R-P8) 이라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 그 반응액에 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량:5 질량%) 을 블록 공중합체 (R-P8) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리(이소프렌/부타디엔)-폴리스티렌 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP8) 이라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP8) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 9]
표 3 에 기재된 배합에 따른 것 이외에는, 비교예 8 과 동일하게 하여 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP9) 를 제조하였다. 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP9) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
[비교예 10]
질소 치환하고 건조시킨 내압 용기에 용매로서 시클로헥산 62.4 ㎏, 아니온 중합 개시제로서 sec-부틸리튬 (10.5 질량% 시클로헥산 용액) 78.0 g, 루이스 염기로서 테트라하이드로푸란 373.0 g 을 주입하고, 50 ℃ 로 승온시킨 후, 스티렌 (1) 0.47 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시키고, 이어서 이소프렌 6.86 ㎏ 과 부타디엔 6.86 ㎏ 의 혼합물을 첨가하여 2 시간 중합을 실시하고, 또한 스티렌 (2) 1.41 ㎏ 을 첨가하여 1 시간 중합시킴으로써 폴리스티렌-폴리(이소프렌/부타디엔)-폴리스티렌 트리블록 공중합체 (이하, 블록 공중합체 (R-P10) 이라고 칭한다) 를 포함하는 반응액을 얻었다. 그 반응액에 수소 첨가 촉매로서 팔라듐카본 (팔라듐 담지량:5 질량%) 을 블록 공중합체 (R-P10) 에 대해 5 질량% 첨가하고, 수소 압력 2 ㎫, 150 ℃ 의 조건에서 10 시간 반응을 실시하였다. 방랭, 방압 후, 여과에 의해 팔라듐카본을 제거하고, 여과액을 농축하고, 또한 진공 건조시킴으로써, 폴리스티렌-폴리(이소프렌/부타디엔)-폴리스티렌 트리블록 공중합체의 수소 첨가물 (이하, 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP10) 이라고 칭한다) 을 얻었다. 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP10) 에 대해 상기한 평가를 실시하였다. 결과를 표 3 및 표 5 에 나타낸다.
표 1, 2 및 4 로부터, 실시예 1 ∼ 14 의 수소 첨가 블록 공중합체 (HP1) ∼ (HP14) 는 유연성, 내후성, 고무 탄성이 우수하고, 또한 -60 ∼ 0 ℃ 의 tanδ 가 0.1 이상이기 때문에 반발 탄성률이 낮고, 제진성이 우수하다는 것을 알 수 있다. 실시예 1 ∼ 8 의 수소 첨가 블록 공중합체 (HP1) ∼ (HP8) 은, 특히 경도, 인장 영구 신장, 압축 영구 변형, 반발 탄성률이 낮은 값이고, 유연성이 우수하고, 높은 고무 탄성, 제진성을 갖는다.
한편, 표 3 및 표 5 에서 비교예 1 에서 얻어진 블록 공중합체는, 수소 첨가되어 있지 않기 때문에 내후성이 떨어지고, 0 ℃ 에서의 tanδ 가 0.1 미만이기 때문에 제진성이 떨어지고, 또한 트리블록 공중합체의 함유량이 20 질량% 미만이고, 압축 영구 변형의 값이 높기 때문에, 고무 탄성도 열등하다. 또한, 인장 영구 신장, 반발 탄성률은 측정 중에 샘플이 파손되었기 때문에 평가할 수 없었다.
비교예 2 의 블록 공중합체 (P1) 은 수소 첨가되어 있지 않기 때문에 내후성이 떨어진다.
비교예 3 ∼ 8 및 비교예 10 의 수소 첨가 블록 공중합체 [(R-HP3) ∼ (R-HP8) 및 (R-HP10)] 은 중합체 블록 (B) 에 β-파르네센 유래의 구조 단위를 포함하지 않기 때문에, -60 ℃ 또는 0 ℃ 에 있어서의 tanδ 의 값이 0.1 미만이고, 제진성이 떨어진다. 또 70 ℃ 의 영구 압축 변형의 값이 높아, 고온에서의 고무 탄성이 떨어진다.
또한, 비교예 9 에서 얻어진 수소 첨가 블록 공중합체 (R-HP9) 는 유동성이 부족하고, 각종 물성을 평가하기 위한 압축 성형 시트가 얻어지지 않았다.
Claims (10)
- 방향족 비닐 화합물 유래의 구조 단위로 이루어지는 중합체 블록 (A) 와, 파르네센 유래의 구조 단위 (b1) 을 1 ∼ 100 질량% 함유하고, 파르네센 이외의 공액 디엔 유래의 구조 단위 (b2) 를 99 ∼ 0 질량% 함유하는 중합체 블록 (B) 를 포함하는 블록 공중합체로서, 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합이 50 ㏖% 이상 수소 첨가되어 있는 수소 첨가 블록 공중합체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 파르네센이 β-파르네센인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중합체 블록 (B) 중의 탄소-탄소 이중 결합의 수소 첨가율이 70 ㏖% 이상인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중합체 블록 (A) 와 중합체 블록 (B) 의 질량비[(A)/(B)]가 5/95 ∼ 80/20 인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
피크 톱 분자량 (Mp) 이 4,000 ∼ 1,500,000 인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
분자량 분포 (Mw/Mn) 가 1 ∼ 4 인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 방향족 비닐 화합물이 스티렌인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파르네센 이외의 공액 디엔이 이소프렌, 부타디엔 및 미르센으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
-60 ∼ 0 ℃ 에 있어서의 동적 점탄성 측정에 의한 손실 탄젠트 (tanδ) 가 0.1 이상인 수소 첨가 블록 공중합체. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중합체 블록 (A) 와 상기 중합체 블록 (B) 를 갖는 블록 공중합체를 아니온 중합에 의해 얻는 중합 공정 및 그 블록 공중합체 중의 중합체 블록 (B) 의 탄소-탄소 이중 결합을 50 ㏖% 이상 수소 첨가하는 공정을 갖는 수소 첨가 블록 공중합체의 제조 방법.
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