KR20240058764A - 블록 공중합체 조성물 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 트리블록, 및 디블록 구조를 가지며 디블록 함량이 최대 50 wt%인 스티렌 블록 공중합체(sbc)에 관한 것이다. sbc는 오일 첨가없이도 연성 스트레치 특성을 요구하는 필름 응용, 압력 민감성 접착제 응용, 광경화성(광중합성) 프린팅 플레이트, 등에 적합하다. 추가의 성분이 sbc에 첨가되어, 최종-용도(응용) 조성물을 형성할 수 있다.
Description
본 발명은 낮은 폴리스티렌 함량 및 맞춤형(tailored) 디블록 함량을 갖는 스티렌계 블록 공중합체 조성물, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
장갑, 기저귀 및 요실금 제품과 같은 일회용 개인 위생 용품이 널리 사용되고 있다. 탄성 필름은 개인 위생용품 및 그 일체형 구성요소에 특히 유용하다. 이들 제품은 탄성, 인장 특성, 및 부드러움을 포함하는 특정 특성들을 요구한다. 스티렌-이소프렌-스티렌 블록 공중합체(S-I-S) 및 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체(S-B-S)가 이러한 조성물에 널리 사용된다. 낮은 연신율에서 부드러움과 낮은 수축력이 요구되는 경우, S-I-S, 또는 S-B-S와 S-I-S 공중합체의 조합이 일반적으로 사용된다.
S-I-S 중합체는 낮은 모듈러스 및 낮은 핫멜트 점도를 나타내기 때문에 스티렌계 블록 공중합체(SBC) 기반의 감압성 접착제(PSA) 응용품의 제형에 바람직한 중합체이다. 이들 제품은 다양한 저분자량 성분으로 쉽게 제형화되어 광범위한 기재에 접착력을 발휘한다. 그러나, S-I-S 중합체는 가공 및 제조 과정에서 열 분해에 취약하다.
상업용 S-B-S는 점착성이 매우 높은 접착제로 제형화하기 어렵고, 노화 시 겔화되는 경향이 있다. 상업용으로 사용되는 탄성 필름이나 접착제는 일반적으로 고온에서 용융 가공된다.
탄소 발자국을 감소시키기 위한 지속가능한 제형에 사용하기 위해, 더 나은 냄새 성능과 결합된 개선된 용융 흐름, 경도 및 인장 특성을 갖는 엘라스토머 조성물에 대한 필요성이 여전히 존재한다.
요약
일 측면에서, 본 발명의 스티렌계 블록 공중합체의 총 중량을 기준으로 (i) 20 ~ 50 중량%의 디블록 구조 A-B, (ii) A-B-A, A-B-A' 중에서 선택되는 40 ~ 80 중량%의 트리블록 구조를 포함하는 스티렌계 블록 공중합체(SBC)에 관한 것이다. 각 블록 A와 A'는 동일하거나 상이하며 각각 비닐 방향족 단량체를 포함하며, 각 A와 A'의 분자량은 8 ~ 12kg/mol이다. 중합체 블록 B는 90 중량% 초과의 중합된 부타디엔 단량체를 포함하고, 중합체 블록 B는 5 ~ 20mol%의 비닐 함량을 갖는다. SBC의 비닐 방향족 함량은 17 ~ 28 중량%이다.
SBC는 ASTM D1238에 따른 200℃/5kg에서 1 ~ 35g/10분의 용융유속, 및 ASTM D2240에 따른 35 ~ 75의 쇼어 A 경도의 특성을 갖는다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 스티렌계 블록 공중합체는 (A-B)n-X 또는 (A-B)m-X-(B-A')o 및 이들의 혼합물로부터 선택된 하나 이상의 구조를 최대 15 중량%까지 추가로 포함하며, 여기서 n 및 (m+o) ≥2이고 X는 커플링제의 잔기이다.
또 다른 측면에서, 스티렌계 블록 공중합체는 디블록 및 트리블록 구조의 총량이 > 90 중량%이다.
일 측면에서, SBC로 제조된 시편은 100% 연신율에서의 모듈러스가 0.5 내지 1.8MPa이고, 파단 연신율이 > 800%, 인장 강도가 > 8MPa인 특성 중 하나 이상을 갖는 것을 특징으로 하며, 이들 모두는 ISO 37에 따른 특성이다.
본 명세서 전체에 걸쳐 하기 용어가 사용될 것이다.
"[A 및 B와 같은 그룹] 중 적어도 하나" 또는 "[A 및 B와 같은 그룹] 중 임의의"는 그룹의 단일 구성요소, 그룹의 2 이상의 구성요소, 또는 그룹 구성요소들의 조합을 의미한다. 예를 들어, A와 B 중 적어도 하나는 A만을 또는 B만을 의미할 뿐 아니라 A 및 B도 포함한다. "A", "B"로 제시된 실시예의 목록은 A만의, B만의, "A 또는 B"의 실시예를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
"공중합체"는 하나 이상의 단량체 종으로부터 유래된 중합체를 지칭한다.
"블록 공중합체"는 2종 이상의 단량체를 포함하는 공중합체를 지칭하며, 여기서 단량체는 블록으로 존재한다. 각 블록은 동일한 블록 공중합체 내의 연결된 주변 블록의 단량체 세트와는 다른 단량체 단위 세트로 형성된다. 각 블록은 동종중합체 또는 랜덤 공중합체로 형성될 수 있다.
블록 공중합체의 "폴리스티렌 함량" 또는 PSC는 모든 중합된 비닐 방향족 단위의 분자량 합을 블록 공중합체의 전체 분자량으로 나누어 계산한, 블록 공중합체 내 스티렌과 같은 중합된 비닐 방향족 단위의 중량%를 의미한다. PSC는 양성자 핵자기공명(NMR)과 같은 임의의 적합한 방법을 사용하여 결정될 수 있다.
중합체 또는 블록 공중합체의 "비닐 함량"은 공액 디엔이 1,2-메커니즘을 통해 첨가되어 중합체 주쇄에 인접한 올레핀 또는 비닐 기를 형성할 때 생성된 비닐 기의 함양을 의미한다. 비닐 함량은 핵 자기 공명 분광법(NMR)으로 측정할 수 있으며, 일반적으로 공액 디엔 부분의 몰%로 표시된다.
"분자량" 또는 Mw는 중합체 블록 또는 블록 공중합체의 폴리스티렌 등가 분자량(kg/mol)을 의미한다. Mw는, ASTM 5296-19에 따라 실행되는 것과 같이, 폴리스티렌 보정 표준을 사용하여 겔 투과 크로마토그래피(GPC)로 측정할 수 있다. GPC 검출기는 자외선 또는 굴절률 검출기 또는 이들의 조합일 수 있다. 크로마토그래피는 시판되는 폴리스티렌 분자량 표준을 사용하여 보정된다. GPC를 사용하여 측정된 중합체의 Mw는 GPC 추적의 피크에서 측정된 폴리스티렌 등가 분자량 또는 겉보기 분자량이며, 일반적으로 Mp로 지칭되는 폴리스티렌 등가 "피크 분자량"이라고 한다. 개별 GPC 블록 Mw는 고려되는 블록 중합 전후에 측정된 Mp의 차이로 계산할 수 있다. 예를 들어, 블록 B의 Mw는 종 A-B의 Mp에서 블록 A의 Mp를 뺀 값이다.
"커플링 효율"은 커플링된 중합체의 분자 중량을 커플링된 중합체의 분자 중량에 커플링되지 않은 중합체의 분자 중량을 더한 값으로 나눈 값을 의미한다. 예를 들어, 커플링 효율이 80%라면 중합체는 20 중량%의 디블록과 80 중량%의 트리블록 및 멀티암 블록을 함유할 것이다.
"탄성", "탄성중합체성"은 주어진 하중에서 파열 또는 파손 없이 50% 이상 늘어나는 물질의 능력을 나타내며, 하중이 해제되면 탄성 물질 또는 구성요소는 히스테리시스 테스트에 따른 80% 이상의 회복률(즉, 20% 미만으로 세트(set))을 나타낸다.
"필름"은 거시적으로 관찰할 수 있는 섬유질 구조 자체를 갖지 않는, 시트형, 및 피부 또는 막형 재료를 의미하며, 여기서 물질의 길이와 폭은 물질의 두께를 훨씬 초과한다(예: 10×, 50× 또는 심지어 1000× 이상). 필름은 일반적으로 압출, 슬롯 다이 코팅 등과 같은 공정을 통해 용융된 중합체 수지로부터 형성된다.
본 개시내용은 트리블록 및 디블록 구조를 포함하는 스티렌계 블록 공중합체(SBC) 조성물에 관한 것이다. 본 SBC 공중합체는 20 중량% 이상의 디블록 구조를 갖는다. 본 조성물은 오일을 첨가하지 않고도 부드러운 신축성을 요구하는 필름 용도에 적합하다. 추가 성분이 SBC 조성물에 첨가될 수 있고, 이에 따라 다양한 최종 용도, 예를 들어, 필름, 접착제, 광경화성(광중합성) 인쇄판 등을 형성할 수 있다.
스티렌계 블록 공중합체(SBC): 본 발명의 SBC는 i) A-B-A', A-B-A 및 이들의 혼합물로부터 선택되는 트리블록 구조, ii) 디블록 구조 A-B; 및 선택적으로 iii) 커플링된 블록 공중합체 구조를 갖는 블록 공중합체를 포함한다.
구현예에서, 디블록 구조 A-B의 양은 SBC의 최대 50 중량%, 또는 20 ~ 50 중량%, 또는 20 ~ 45 중량%, 또는 20 ~ 40 중량%이다.
구현예에서, 트리블록 구조는 40 ~ 80 중량%, 또는 60 ~ 80 중량%, 또는 >40 중량%, 또는 > 50 중량%, 또는 > 60 중량%, 또는 >70 중량% 또는 < 80 중량%의 양으로 존재한다.
구현예에서, SBC는 (A-B)n-X, (A-B)m-X-(B-A')o의 커플링된 블록 공중합체 구조를 추가로 포함하며, 여기서 n ≥ 2이고, (m+o) ≥ 2이며, X는 커플링제이다.
구현예에서, 스티렌계 블록 공중합체는 > 75 중량%, > 80 중량%, > 85 중량%, 또는 > 90 중량%의 양으로 디블록 및 트리블록 구조를 갖는다.
블록 A 및 A'는 유사하거나 다른 분자량을 갖는 비닐 방향족 블록이되, 혼합물 내 주요 성분은 스티렌이고 부성분은 구조적으로 관련된 비닐 방향족 단량체이며, 이는 선택적일 수 있다. 구현예에서, 구조적으로 관련된 비닐 방향족 단량체는 o-메틸스티렌, p-메틸스티렌, p-tert-부틸스티렌, 2,4-디메틸스티렌, α-메틸스티렌, 비닐나프탈렌, 비닐톨루엔, 비닐자일렌, 1,1-디페닐에틸렌, 또는 이들의 조합의 그룹으로부터 선택된다.
구현예에서, 각각의 중합체 블록 A 및 A'는 8 ~ 12 kg/mol, 또는 9 ~ 11 kg/mol, 또는 > 8 kg/mol, 또는 < 12 kg/mol의 분자량 Mw를 갖는다.
블록 B는 공액 디엔 블록이며, 임의의 적합한 공액 디엔을 포함할 수 있다. 구현예에서, 공액 디엔은 실질적으로 순수한 단량체인 1,3-부타디엔 단량체이거나, 구조적으로 관련된 공액 디엔(예: 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 파르네센, 미르센, 이소프렌, 1,3-헥사디엔))을 소량, 예를 들어, 최대 10중량%로 함유할 수 있다. 대안적으로, 실질적으로 순수한 부타디엔을 사용하여 공액 디엔 블록을 제조할 수 있다. 구현예에서, 공액 디엔 블록은 잔기 커플링제(X)를 함유한다.
구현예에서, 중합체 블록 B는 공액 디엔 단량체로부터 유래되며, 여기서 적어도 90 중량%의 중합체 블록 B는 중합된 부타디엔 단량체이다.
구현예에서, 블록 B는 전체 중합된 공액 디엔 단량체를 기준으로 5 ~ 20 mol%, 8 ~ 18 mol%, 10 ~ 15 mol%, > 5 mol%, 또는 < 20 mol%의 비닐 함량을 갖는다.
구현예에서, SBC는 SBC의 전체 중량을 기준으로 13 ~ 28중량%, 또는 17 ~ 28중량%, 또는 18 ~ 24 중량%. 또는 20 ~ 25 중량%, 또는 > 17% 또는 < 30%의 비닐 방향족 함량(폴리스티렌 함량)을 갖는다.
구현예에서, SBC는 100 ~ 200 kg/mol, 또는 115 ~ 190 kg/mol, 또는 130 ~ 180 kg/mol, 또는 < 200 kg/mol, 또는 > 100 kg/mol의 트리블록 분자량 Mw를 갖는다.
구현예에서, 단량체 및 2개 이상의 관능기를 갖는 커플링제의 사용에 의해, 큰 선형, 예를 들어, (A-B)n-X(여기서 n ≥2), 또는 (A-B)m-X-(B-A')o(여기서 (m+o) ≥2)의 구조, 또는 매우 적은 양(예: < 15 중량% 또는 < 10 중량%)으로 이의 혼합물을 갖는 SBC 조성물을 생성한다.
구현예에서, 커플링된 SBC는 50 ~ 80%, 55 ~ 75%, 또는 > 50%의 커플링 효율을 갖는다.
스티렌계 블록 공중합체(SBC)의 제조: 본 블록 공중합체는 비닐 방향족 및 공액 디엔 단량체의 순차적 음이온 중합에 의해, 또는 순차적 음이온 중합 후 커플링을 통해 제조될 수 있다.
순차적 음이온 중합의 구현예에서, 블록 공중합체는 먼저 비닐 방향족 단량체를 첨가하여 제1 A 블록을 형성하고, 디엔 단량체를 첨가하여 B 블록을 형성한 후, 추가적인 비닐 방향족 단량체 A 또는 A'를 사용하여 두 번째 비닐 방향족 블록을 형성한다. 반응은 개시제/촉매로서 유기-알칼리 금속 화합물을 사용하여, 적합한 용매에서 0~150℃, 0℃~120℃, 30~100℃ 또는 < 150℃의 온도 또는 주변 온도에서 수행된다. 음이온 중합 개시제의 예에는 일반식 (R-Li)n을 갖는 유기리튬 화합물이 포함되며, 여기서 R은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 지방족, 지환족, 방향족 또는 알킬-치환 방향족 탄화수소 라디칼이고, Li는 리튬이며, n은 1 내지 4의 값을 갖는다. 바람직한 개시제는 n-부틸 리튬 및 sec-부틸 리튬을 포함한다.
중합 반응은 알코올 종결제에 의해 종결된다. 트리블록 공중합체는 추가적인 비닐 방향족이 동일한지 다른지에 따라 A-B-A 구조 또는 A-B-A' 구조를 갖는다.
(A-B)n-X 구조를 갖는 추가적인 커플링된 블록 공중합체를 갖는 구현예에서, 블록 공중합체는 먼저 A 블록을 중합한 후 디엔 단량체를 첨가하여 B 블록을 형성함으로써 제조된다. 다음 단계에서, 생성된 디블록 "A-B-Li+"는 커플링제와 반응하여 식 (A-B)n-X(여기서 n ≥1이고 X는 커플링제임)의 커플링된 블록 공중합체를 형성한다.
(A-B)m-X-(B-A')o 구조를 갖는 추가적인 커플링된 블록 공중합체를 갖는 구현예에서, 블록 공중합체는 A를 중합한 후 B 블록을 첨가함으로써 제1 반응기에서 (A-B-Li+)를 제조하여 형성된다. 별도의 반응기에서, A'를 중합한 후 B 블록을 첨가하여 (A'-B-Li+)를 제조한다. 다음 단계에서는, 단일 반응기에서 (A-B-Li+)와 (A'-B-Li+)의 혼합물에 커플링제를 첨가한다. 생성된 생성물은 식 (A-B)m-X-(B-A')o의 커플링된 블록 공중합체이며, 여기서 (m+o) ≥ 1이고 X는 커플링제이다.
리빙 중합체 A-B-Li+의 양에 대해 사용된 커플링제의 양은 커플링 정도 및 원하는 커플링된 중합체의 특성에 크게 좌우된다. 커플링 효율과 커플링 후 디블록 함량은 두 몰 함량 사이의 비, 예를 들어, i) A-B-Li+의 몰 양에 해당하는 리빙 체인의 몰, 및 ii) 커플링제 내에서 이용가능한 반응 부위의 몰 사이의 비율에 의해 유도된다. 구현예에서, 두 몰 함량 사이의 비율은 0.08 내지 1 mol, 또는 0.08 내지 0.75 mol, 또는 0.125 내지 0.75 mol, 또는 0.25 내지 0.6 mol, 또는 > 0.125 mol 또는 < 0.75 mol 범위이다. 커플링 반응은 넓은 온도 범위에서 이루어질 수 있으며 종종 중합 온도와 동일한데, 예를 들어, 0 ~ 150℃, 30 ~ 100℃ 또는 40 ~ 80℃이다. 커플링 반응은 일반적으로 순수 또는 용액 상태의 커플링제를 리빙 중합체 용액과 혼합하여 수행된다. 반응 기간은 1 ~ 90분이다. 커플링 후, 커플링된 블록 공중합체를 분리하고 특성화한다.
구현예에서, 커플링제는 리빙 음이온성 중합체에 커플링할 수 있는 이- 및 다-관능성 분자, 예를 들어, 메톡시실란 또는 할로겐화 실란, 에폭시, 아디페이트, 벤조에이트, 디메틸디메톡시실란, 테트라메톡시실란, 디메틸디클로로실란, 메틸 트리메톡시 실란, 디-에틸-아디페이트 및 이들의 혼합물로부터 선택된다.
잠재적 적용: 많은 적용에서, SBC 조성물을 사용하면 동일한 원하는 특성을 얻기 위해 서로 다른 스티렌계 블록 공중합체를 혼합할 필요가 없어져 생산 공정이 단순화된다.
구현예에서, 필름과 같은 용도로 SBC 조성물을 사용하면 가소제 첨가의 필요성이 제거되면서도 미네랄 오일과 같은 가소제의 첨가가 필요한 조성물과 마찬가지로 원하는 특성을 제공할 수 있다. SBC 조성물을 함유하는 탄성 필름의 구현예에서, 필름은 매우 다양한 용도, 예를 들어, 액체의 이동을 제어하고/하거나 물품을 착용자가 착용할 때 편안하고 정합적인 핏을 제공하기 위해 부드러운 신축성을 요구하는 일회용 흡수 용품; 다공성 기재를 포함하는 다른 기재와 결합하기 위한 필름; 여성 생리대 구성품, 및 성인 실금용 간단 탄성 부착 또는 측면 패널, 기저귀 뒷면 시트 적층의 용도로서 사용될 수 있다. 필름은 수술용 가운, 수술용 드레이프 조립체 등과 같은 의료 응용 분야에도 사용할 수 있다.
접착제의 경우, SBC 조성물은 감압성 제품을 위한 기본 중합체로 사용될 수 있는데, 이는 S-I-S 중합체와 유사한 접착 특성을 나타내, 안정적인 핫멜트 점도, 더 낮은 중합체 함량 및 더 높은 재생 가능 함량에 대한 가능성을 나타낸다.
다른 구현예에서, SBC 조성물은 플렉소그래픽 인쇄판에 사용된다. 또 다른 구현예에서, SBC 조성물은 역청 개질, 자가접착성 루핑, 타이 층, 열가소성 수지 또는 수지용 충격 개질제, 고무 에멀젼, 신발 및 탄성 섬유에 사용된다.
최종 사용 용도, 예를 들어, 필름, 접착제, 광경화성(광중합성) 인쇄판 등에 따라, 추가 구성요소가 SBC에 추가되어 최종 사용 용도를 형성할 수 있다.
필름 적용: 구현예에서, SBC는 탄성 필름, 특히 부드러운 신축성을 갖는 필름을 제조하는 데 사용된다. 이러한 구현예에서, 필름 조성물은 최대 2 중량%의 항산화제와 같은 선택적 첨가제와 함께, 최대 98 중량%, 또는 적어도 90 중량%, 또는 적어도 85중량%의 함량으로 SBC를 포함하거나, 필수적으로 이루어지거나, 또는 이루어질 수 있다.
일부 구현예에서, 50 ~ 95 중량%, 60 ~ 85 중량%, 또는 65 ~ 75 중량% 양의 SBC에 더하여, 필름 조성물은 다른 중합체, 예를 들어, 필름 조성물에 첨가될 수 있는 다른 스티렌계 블록 공중합체를 추가로 포함한다. 예를 들어, S-B-S(스티렌-부타디엔-스티렌) 및/또는 S-I/B-S(선형 또는 커플링된 스티렌-이소프렌/부타디엔-스티렌) 블록 공중합체는 적어도 5 중량% 또는 최대 50중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
일부 구현예에서, SBC에 더하여, 필름 조성물은 메탈로센 폴리올레핀(m-POE), 에틸렌/알파-올레핀 공중합체, 프로필렌/알파-올레핀 공중합체, 폴리올레핀 플라스토머 및 엘라스토머와 같은 에틸렌/프로필렌/알파-올레핀 삼원공중합체, 폴리에틸렌 및 그 공중합체, 폴리스티렌 및 이들의 혼합물을 더 포함할 수 있다. 존재하는 경우, 폴리스티렌은 용융 유속이 200℃/5 kg에서 > 3 g/10 min, < 38 g/10 min 또는 10 ~ 30 g/10 min인 수지 중에서 선택된다.
접착제 적용: 구현예에서, SBC는 5 ~ 60 중량% 또는 10 ~ 50 중량%, 또는 적어도 15 중량%, 또는 20 ~ 40 중량%의 SBC; 최대 75 중량% 양의 점착제; 최대 30 중량% 양의 선택적 가소제; 및 선택적 첨가제를 포함하거나, 본질적으로 이루어지거나, 이루어지는 접착제 조성물에 사용하기 위한 것이다.
점착제의 예에는 지환족 탄화수소 수지, 혼합 방향족 및 지방족 변형 탄화수소 수지, 방향족 변형 지방족 탄화수소 수지, 및 방향족 변형 지방족 탄화수소 수지(부분) 수소화 버전, 변형 테르펜, 로진 에스테르 및 천연 테르펜의 공중합체 및 삼원공중합체(예를 들어, 스티렌-테르펜, 알파-메틸 스티렌-테르펜 및 비닐 톨루엔-테르펜), 페놀성 개질된 테르펜 수지 및 이들의 조합을 포함한다. 점착제의 양은 5 ~ 75 중량%, 5 ~ 60 중량% 또는 < 65 중량% 또는 < 45 중량%, 또는 > 25 중량%이다.
본 발명의 접착제 조성물은 또한 습윤 작용 및/또는 점도 조절을 제공하기 위해 가소제를 함유할 수 있다. 유용한 가소제에는 미네랄 오일, 포화 탄화수소, 나프텐계 및 파라핀계 오일, 일부 방향족 함량이 포함된 오일이 포함된다. 상기 가소제는 일반적인 가소제뿐만 아니라 저분자량 중합체, 및 식물성 및 동물성 오일과 그 유도체의 사용도 포함한다. 사용될 수 있는 석유 유래 오일은 비교적 고비점 물질이고 바람직하게는 소량의 방향족 탄화수소만을 함유한다. 올리고머는 저분자량 폴리올레핀, 폴리부틸렌, 또는 폴리(부타디엔) 중합체일 수 있다. 식물성 및 동물성 오일에는 지방산의 글리세릴 에스테르 및 이의 중합 생성물이 포함된다.
구현예에서, SBC 이외에, 접착제 조성물은 최대 30 중량%, 또는 5-25 중량%, 또는 < 20 중량% 또는 < 10중량%, 또는 < 5 중량%(조성물의 총 중량을 기준으로 함)의 양으로 방향족 수지를 추가로 함유한다. 방향족 수지의 예로는 페놀 수지, 폴리이미드, 폴리벤즈이미다졸(PBI), 방향족 폴리에스테르가 포함된다.
인쇄판 적용: 인쇄판 적용을 위한 구현예에서, 20 ~ 94.8 중량%, 또는 40 ~ 93 중량%, 또는 70 ~ 90 중량%, 또는 80 ~ 90 중량%의 양의 SBC에 더하여, 광경화성 조성물은 광개시제 0.1 ~ 10 중량% 및 가교제 2 ~ 50 중량%를 더 포함한다. 구현예에서, 광경화성 조성물은 < 40 중량% 또는 5 ~ 40 중량%, 또는 5 ~ 20 중량%의 양으로, 천연 오일 및 수지, 미네랄 오일 및 이들의 혼합물의 그룹으로부터 선택되는 가소제를 포함하는 선택적인 첨가제를 추가로 포함한다.
광개시제의 예에는 메틸벤조인, 벤조인 아세테이트, 벤조페논, 벤질 디메틸-케탈 또는 에틸 안트라퀴논/4,4-비스(디메틸 아미노)벤조-페논, 1,2-디페닐-2,2-디메톡시에타논, 또는 이들의 혼합물이 포함된다. 구현예에서, 광개시제는 광경화성 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 ~ 10 중량% 또는 0.2 ~ 8 중량%, 또는 0.5 ~ 6 중량%, 또는 1 ~ 4 중량%, 또는 < 10 중량%, 또는 > 0.1 중량%의 양으로 존재한다.
가교제의 예에는 아크릴 가교제, 예를 들어, 아크릴산, 메타크릴산, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 스티렌 메타크릴레이트 또는 알릴 메타크릴레이트로부터 얻은 에스테르 또는 아미드, 및 일관능성 또는 다관능성 알코올, 아민, 아미노알코올 및 하이드록시에테르 또는 하이드록시에스테르가 포함된다. 가교제의 양은 2 ~ 50 중량%, 또는 2 ~ 20 중량%, 또는 5 ~ 20 중량%의 범위이다.
선택적 첨가제: 용도에 따라, 예를 들어, 필름, 접착제, 플렉소그래픽 인쇄판 등에 따라, SBC를 함유한 최종 조성물은 접착 촉진제, 자외선 광 안정제, 유변학 개질제, 살생물제, 부식 억제제, 오존방지제, 열중합 억제제, 탈수제, 착색제(예: 안료 및 염료), 충전제, 계면활성제, 난연제, 항산화제, 가소제 및 이들의 조합으로부터 선택된 추가 성분을 추가로 포함한다.
항산화제의 예는 예를 들어, 펜타에리트리톨 테트라키스[3,(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2'-메틸렌 비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀); 트리스-노닐페닐-포스파이트(TNPP)와 같은 포스파이트, 비스(2,4-디-tert-부틸페닐)4,4'-디페닐렌-디포스포나이트, 디스테아릴-3,3'-티오디프로피오네이트(DSTDP), 부틸화 하이드록시톨루엔(BHT), 부틸화 하이드록시아니솔(BHA), 3차-부틸하이드로퀴논(TBHQ), (2.4-비스-(n-옥틸티오)-6-(4-하이드록시-3,5-디-3차-부틸 아닐리노)-1,3,5-트리아진), (테트라키스-에틸렌-(3,5-디-3차-부틸-4-히드록시-히드로신나메이트)메탄), (트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트) 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
존재하는 경우, 임의의 첨가제는 최종 용도를 형성하는 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 ~ 15 중량%, 또는 0.5 ~ 15 중량%, 또는 0.1 ~ 12 중량%, 또는 1 ~ 10 중량%, 또는 2 ~ 8 중량%, 또는 > 1 중량%, 또는 > 2 중량%, 또는 < 5 중량%의 양으로 존재한다.
최종 적용품의 형성 방법: 필름, 접착제 및 광중합성 조성물은 성분, 예를 들어, SBC, 적용품 성분, 선택적인 성분 및 첨가제를 당업계에 공지된 방법을 사용하여 순차적으로 또는 임의의 순서로 균질하게 혼합하여 형성되는데, 예를 들어, 용액, 반죽기, 이축 압출기 또는 내부 혼합기, Z-블레이드 혼합기에서 혼합하여 최종 조성물을 얻는다.
플렉소그래픽 인쇄 용도에 사용하기 위한 필름 또는 층을 제조하기 위해, 완성된 조성물은 이어서 용매 캐스팅 방법, 압출 캐스팅 또는 블로운 및/또는 압축 성형 방법에 의해 엘라스토머성 필름으로 캐스팅된다. 구현예에서, 필름은 500 ~ 2500 μm, 또는 550 ~ 2000 μm, 또는 600 ~ 1500 μm, 또는 750 ~ 1000 μm, 또는 > 850 μm, 또는 < 2500 μm, 또는 > 500 μm의 두께를 갖는다. 플렉소그래픽 용도의 경우 필름 층은 적절한 두께(예: 0.5 ~ 6.5mm)로 생산된다.
특성: 순수 중합체 형태에서, SBC 조성물은 다음을 포함하여 고성능 응용 분야에 사용하기에 적합한 개선된 특성을 제공한다.
쇼어 A 경도는 ASTM D 2240에 따라 측정 시 35~75, 40~68, 45~60, 50~55, > 35, > 40, < 75 또는 < 68 범위이다.
용융 유속은 ASTM D1238에 따라 측정 시 200℃에서 5kg 하중으로 1-35, 2-25, 4-20, < 35, < 25, > 1, > 3, > 5, > 7, 또는 > 10 g/10min의 범위이다.
SBC 조성물은 다음 중 하나 이상을 나타낸다:
ISO 37에 따라 측정된 5~30MPa 또는 < 25MPa, 또는 8~20MPa, > 5MPa의 인장 강도.
ISO 37에 따라 측정된 0.5 내지 1.8MPa, 또는 0.75-1.6MPa 또는 < 2MPa 또는 >0.2MPa의 100% 모듈러스.
ISO37에 따라 측정된 > 500%, < 1600%, >600%, >700%, > 800%, > 900%, < 1500% 또는 < 1400%의 파단 연신율.
SBC가 35 내지 55 중량%의 점착제를 갖는 접착제 조성물에 사용되는 경우(접착제 조성물은 22g/m2의 건조 코팅 중량으로 50μm PET 필름에 코팅됨) 다음 중 하나 이상의 특성을 나타낸다.
Finat 테스트 방법 - FTM 1(300mm/min)(HDPE 및 스테인레스 스틸 기판에 대한 것)에 따라 수행되는, 180°박리 접착 테스트 하에서 결정된 바와 같은, 25 ~0.1 N/25 mm, 또는 < 25 N/25 mm, 또는 20 ~ 1 N/25 mm, 또는 15 ~ 5 N/25 mm, 또는 > 5 N/25 mm, 또는 > 3 N/25 mm, 또는 2.2 또는 1.8 N/25 mm, 또는 0.5 N/25 mm, 또는 0.2 N/25 mm의 접착력.
스테인리스강 기판에 대해 FTM 9(300 mm/min)에 따라 수행된 루프 점착 테스트에서 결정된 바와 같은, 0.1-35N/25mm, 또는 1-30N/25mm, 또는 3-25N/25mm, 또는 15-23N/25mm, 또는 > 0.1N/25mm, 또는 < 35 N/25 mm 또는 23-15 N/25 mm의 점착성(tack).
2 kg 하중 및 ½ 인치² 접촉 면적을 갖는 실온에서 FTM 8에 따라 수행된 유ck지력 시험 하에 결정된 바와 같은, > 5, > 10, 또는 > 15 또는 > 20 MPa의 정적 전단 저항.
160℃에서 DIN 53019에 따라 측정된 15000 ~ 150000cP, 또는 > 15000cP, 또는 < 150000cP, 또는 25000 ~ 120000cP 또는 > 20000cP의 용융 점도.
1-인치² 접촉 면적, 500g 부하 및 22℃/h 온도 증가를 사용한 SAFT(전단 접착 실패 온도) 테스트에서 결정된 바와 같은, 50 ~ 150℃, 또는 60 ~ 100℃, > 55℃ 또는 > 60℃의 SAFT(온도 저항), 이 테스트는 온도가 일정한 속도로 증가하는 동안 일정한 힘이 가해질 때 감압성 접착제가 전단 접착에 실패하는 온도를 결정한다.
SBC 조성물이 플렉소그래픽 인쇄판 제조용 광중합성 조성물에 사용되는 경우, 층은 경화 단계 동안 우수한 반응성을 나타내고 경화 후 연성 및 유연성과 같은 특성을 나타낸다. 경화된 플렉소그래픽 인쇄판은 보관 및 사용 중에 적절한 화학적 및 치수 안정성을 나타낸다.
실시예: 다음의 예시적인 실시예는 비제한적인 것으로 의도된다. 다음과 같은 테스트 방법이 사용되었다.
중합체 분자량은 ASTM 5296에 따른 폴리스티렌 보정 표준을 사용하는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에 의해 결정될 수 있다.
유리 전이 온도(Tg)는 ASTM 4065에 따라 DMA(동적 기계적 분석)에 의해 측정된다. 온도 스윕 실험은 달리 지정하지 않는 한 전단 모드에서 2℃/분의 가열 램프에서 10 rad/s로 -80 내지 200℃까지 수행되었고, 여기서 저장 탄성률(G'), 손실 탄성률(G") 및 손실 계수(tan δ)는 온도의 함수로 구했다.
인장 응력 변형은 덤벨 2 유형 시편과 500mm/분의 크로스헤드 변위 속도를 사용하여 ISO 37에 따라 용매 주조 필름에서 측정된다. 동일한 테스트 방법과 속도가 폭 15mm, 길이 100mm의 스트립을 사용하여 압출 캐스트 필름의 인장 특성을 테스트하는 데에도 사용된다. 히스테리시스는 유사한 스트립에서 100%로 늘어난 후 즉시 힘 0까지 이완되어(언로드 단계) 측정된다. 두 번째 사이클은 첫 번째 사이클 직후에 시작되어 스트립을 비슷한 길이로 늘인 다음 이완된다. 총 5주기가 시행된다. 첫 번째 사이클은 사전 스트레칭으로 간주될 수 있다.
용융 유속(MFR)은 ASTM D1238에 따라 측정된다.
실시예에서는 하기 재료를 사용하였다.
1차 항산화제(AO1) - 입체 장애가 있는 페놀계 1차 항산화제.
2차 항산화제(AO2) - 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트.
탄화수소 수지 점착제: C5 수지, 예를 들어, Exxon사의 Escorez(Synthomer사의 Piccotac 95, 유사 클래스의 재료).
Kraton Chemical, LLC의 로진 에스테르 점착제 SYLVALITE™ RE100S 수지.
가소제: Nyflex 223 나프텐계 오일.
스티렌계 블록 공중합체 - 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 - SBS1, SBS2, SBS3(실시예 1-3), 스티렌-이소프렌-스티렌 공중합체 - SIS1, SIS2, SIS3(실시예 4C-6C), SIS4(실시예 8C) 및 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합체 - SBS(실시예 7C)는 모두 Kraton Corporation 제품이며, 구조 정보 및 특성은 표 1 및 2에 표시되어 있으며, SIS1, SIS2, SIS3, SIS4 및 SBS 조성물은 비교예로 사용되었다.
실시예 1(Ex 1): 스티렌에 이어 부타디엔의 음이온 중합 후 커플링 및 킬링을 통해 블록 공중합체를 제조하였다. 1217L의 시클로헥산과 68.9kg의 스티렌을 반응기에 충전하여 디블록 중합체 음이온인 A-B-Li+를 제조했다. 반응기 설정온도는 38℃였다. 약 12 중량%의 사이클로헥산 중 s-부틸리튬 용액 4.6 L를 첨가하고, 스티렌을 중합 완료하도록 두었다. 이 반응에서 생성된 폴리스티렌의 분자량은 GPC에 의해 10.2kg/mol로 측정되었다. 231kg의 부타디엔을 용액 온도가 약 70℃로 유지되는 속도로 첨가했다. 부타디엔 중합이 끝난 후 채취된 샘플의 스티렌 함량은 22 중량% 및 비닐 함량은 1H NMR 기준으로 10 중량%이었다. 부타디엔 중합 후 1,2-디에톡시프로판(DEP) 0.32kg과 디메틸디메톡시실란(DMDMS) 0.34kg을 첨가하고 67℃에서 40분간 커플링 반응을 진행시켰다. 0.049kg의 메탄올을 첨가하여 반응을 종결시켰다. 이어서, 중합체를 온수 응고를 통해 회수하였다. 최종 생성물은 디블록 A-B, 함량 21 중량%, 선형 트리블록, (A-B)2X, 함량 77 중량% 및 분지형 종, (A-B)nX (n > 2) 함량 약 2 중량%를 포함하였다. 선형 트리블록은 GPC에 의해 측정시 전체 분자량 Mw가 156kg/mol이었다.
실시예 2(Ex 2): DEP의 양이 0.06kg, DMDMS의 양이 0.29g, 메탄올의 양이 0.098kg인 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 이어서, 중합체를 온수 응고를 통해 회수하였다. 최종 생성물은 디블록 A-B, 함량 38 중량%, 선형 트리블록, (A-B)2X, 함량 57 중량% 및 분지형 종, (A-B)nX (n > 2), 함량 약 5 중량%를 포함하였다. 선형 트리블록은 GPC에 의해 측정시 전체 분자량 Mw가 157kg/mol이었다.
실시예 3(Ex 3): DEP의 양이 0.08kg, DMDMS의 양이 0.31kg 및 메탄올의 양이 0.072kg인 것을 제외하고는 실시예 1을 반복하였다. 이어서, 중합체를 온수 응고를 통해 회수하였다. 최종 생성물은 디블록 A-B, 함량 29 중량%, 선형 트리블록, (A-B)2X, 함량 67 중량% 및 분지형 종, (A-B)nX (n > 2), 함량 약 4 중량%를 포함하였다. 선형 트리블록은 GPC에 의해 측정시 전체 분자량 Mw가 153kg/mol이었다.
실시예(Ex.) 1-3 및 4C-7C(압출 주조 필름): 표 1에 기술된 중합체를 용융 주조하여 탄성중합체 필름 샘플을 제조하였다. 블록 공중합체와 0.25 중량%의 AO1 및 0.25 중량%의 AO2의 블렌드를 제조하고 텀블러에서 15분간 혼합했다. 상기 예비-블렌드를 25mm 단일 스크류 압출기 및 150mm 폭의 평면 필름 다이가 장착된 Gottfert Extrusiometer P 압출기에 공급했다. 압출 캐스트 필름 제조에는 용융 온도 200℃, 스크류 속도 25rpm, 테이크 오프 속도 0.6m/min이 사용되었다. 수득한 필름의 두께는 400~450μm였다.
표 1
표 2: 순수 중합체의 특성(용매 캐스트 필름에서 측정)
상기 표 2는 중합체/톨루엔 혼합물을 중합체가 완전히 용해될 때까지 롤러 벤치 위에 밤새 두고, 용액을 10 x 10cm 크기의 실리콘 트레이에 부어 제조된 용매 캐스트 필름의 특성을 보여준다. 톨루엔을 3일 동안 증발시켰다. 테스트하기 전, 필름을 뒤집어서 실온에서 3일 더 건조하고 40℃ 진공 오븐에서 하룻밤 동안 건조하여 모든 잔류 톨루엔을 제거했다. 용매 캐스트 필름의 두께는 1000~1500μm이었다.
아래 표 3은 400 ~ 450 μm 압출 캐스트 필름에서 측정된 인장 특성 및 히스테리시스를 포함한 필름의 특성을 보여준다. SBC 조성물을 갖는 실시예 1 내지 3은 실시예 4C ~ 6C(SIS1 ~ SIS3)에서 얻은 것과 비교하여 동일한 크기의 100% 연신율(소위 소프트 스트레치)에서 낮은 유지력을 나타내었다. 그 값은 실시예 7C(SBS)와 비교하여 상당히 낮았다. 실시예 1-3에 기초한 필름은 부드러운 연신성(낮은 모듈러스 100%로 예시됨) 외에도 우수한/합리적인 인장 강도(> 8MPa), 높은 파단 연신율 및 우수한 히스테리시스 특성을, 특히 활성화 단계(예비-연신 1사이클)가 수행되었을 때에 가졌다. 실시예 1-3에 대한 필름의 특성은 또한 낮은 연신율에서 등방성에 가깝지만, 이는 비교실시예 7C의 경우에는 해당되지 않았다.
표 3: (MD는 기계 방향, TD는 가로 방향)
표 4
제형 1-4 - 접착제 조성물: 접착제 조성물을 미니-Z 블레이드 믹서에서 핫멜트 배합한 후, 용매 코팅 전에 22 ± 2 g/m2의 건조 코팅 중량으로 톨루엔에 용해시켰다(용매 증발 후). 제형을 상기 표 4에 제시하였다. 제형 1-5의 SBS 함량이 낮은 특성은 비교 제형 6 및 7의 특성과 비슷하였다.
표 5
표 5는 HDPE 및 스테인리스강 기재에서 수행된 180°박리 접착력(180°각도), 스테인리스강 기재에서 수행된 루프 점착 및 유지력(정적 전단), 및 160℃에서의 핫멜트 점도(HMV)를 포함하여 제형 1-7에 대해 수행된 테스트 결과를 보여준다. SBS 기반 제형 1-5에 대한 HMV는 SIS 기반 제형 6-7보다 훨씬 더 안정적인 상태를 유지하였다(HMV@160℃는 제형 7의 경우 상대적으로 높은 86,300cP이고, 제형 6의 경우 24시간 후 HMV 보유율은 25%이었다).
다양한 측면을 설명하기 위해 "포함하는" 및 "함유하는"이라는 용어가 본 명세서에서 사용되었지만, "필수적으로 이루어지는" 및 "이루어지는"이라는 용어는 "포함하는" 및 "함유하는" 대신에 사용되어, 본 개시의 보다 구체적인 측면을 제공하고 또한 개시할 수 있다.
Claims (15)
- 스티렌계 블록 공중합체의 총 중량을 기준으로,
(i) A-B의 디블록 구조 20 ~ 50 중량%;
(ii) A-B-A', A-B-A 및 이들의 혼합물로부터 선택된 트리블록 구조 40 ~ 80 중량%
를 포함하는 스티렌계 블록 공중합체로서,
각 중합체 블록 A와 A'는 동일하거나 상이하고 비닐 방향족 단량체에서 유도되며, 각 블록의 분자량은 8 ~ 12 kg/mol이고,
중합체 블록 B는 90 중량% 초과의 중합된 부타디엔 단량체를 포함하고,
중합체 블록 B는 5 ~ 20mol%의 비닐 함량을 함유하며,
상기 스티렌계 블록 공중합체는 폴리스티렌 함량이 17~28 중량%이고;
상기 스티렌계 블록 공중합체는
ASTM D1238에 따라 측정된, 200℃/5kg에서 1 ~ 35g/10min의 용융 유속; 및
ASTM D 2240에 따라 측정된 35 ~ 75의 쇼어 A 경도
를 갖는 것을 특징으로 하는,
스티렌계 블록 공중합체. - 제1항에 있어서, 스티렌계 블록 공중합체가 (A-B)n-X 또는 (A-B)m-X-(B-A')o, 및 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 구조를 최대 15 중량%까지 추가로 포함하고, 여기서 n 및 (m+o) ≥ 2이고 X는 커플링제의 잔기인, 스티렌계 블록 공중합체.
- 제2항에 있어서, 스티렌계 블록 공중합체 중 디블록 및 트리블록 구조의 총 함량이 90 중량% 초과인, 스티렌계 블록 공중합체.
- 제2항에 있어서, 커플링제 X가 메톡시실란, 할로겐화 실란, 에폭시, 아디페이트, 벤조에이트, 디메틸디메톡시실란, 디메틸디클로로실란, 디-에틸-아디페이트 및 이들의 혼합물의 군으로부터 선택되는, 스티렌계 블록 공중합체.
- 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 스티렌계 블록 공중합체의 커플링 효율이 50 ~ 80%인, 스티렌계 블록 공중합체.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 스티렌계 블록 공중합체가 ISO 37에 따라 모든 특성을 측정시, 100%에서의 모듈러스 0.5 내지 1.8MPa, 파단 연신율 > 800%, 및 인장 강도 > 8 MPa 중 하나 이상의 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 스티렌계 블록 공중합체.
- 필름 조성물로서,
필름 조성물의 전체 중량을 기준으로, 50 ~ 98 중량%의 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 스티렌계 블록 공중합체;
0.1 ~ 2 중량%의 적어도 하나의 항산화제;
0 ~ 30 중량%의 선택적 성분; 및
0 ~ 30 중량%의 가소제
를 포함하고,
상기 선택적 성분은 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리스티렌 및 이들의 혼합물 중 임의의 것인, 필름 조성물. - 제7항에 있어서, 유아용 기저귀, 성인용 실금용 브리프 탄성 부착물 및 측면 패널, 수술용 가운, 드레이프 및 산업용 필터 재료 중 어느 하나에 사용하기 위한, 필름 조성물.
- 접착제 조성물로서,
접착제 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 ~ 50 중량%의 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따른 스티렌계 블록 공중합체;
5 ~ 70 중량%의 점착제;
0 ~ 30 중량%의 선택적 방향족 수지;
0 ~ 30 중량%의 선택적 성분;
0.1 ~ 2 중량%의 적어도 하나의 항산화제; 및
30 중량% 미만의 가소제
를 포함하고,
상기 가소제는 광유, 포화 탄화수소, 나프텐계 및 파라핀계 오일, 일부 방향족 함량을 갖는 오일 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는,
접착제 조성물. - 제9항에 있어서, 점착제가 수소화된 C5 탄화수소 수지, 수소화된 C9 탄화수소 수지, C5/C9 탄화수소 수지, 변형된 C5, C9 또는 C5/C9 수지, 스티렌화된 테르펜, 테르펜 페놀, 로진 에스테르, 로진 유도체 및 이들 중 2종 이상의 혼합물의 군으로부터 선택되는, 접착제 조성물.
- 제9항에 있어서, 기저귀, 냅킨 코어 안정화 또는 기저귀 백 시트 적층, 및 테이프 및 라벨과 같은 임의의 감압 접착제 조성물에 사용하기 위한, 접착제 조성물.
- 제9항에 있어서,
FTM 1에 따라 HDPE 및 스테인리스강 기판에 대한 접착력(N/25mm) 25 ~ 0.1;
FTM 9에 따른 스테인리스강 기판에 대한 점착력(tack)(N/25mm) 0.1 ~ 35; 및
55 ~ 150℃의 전단 접착 실패 온도(SAFT)
중 적어도 하나를 갖는 것을 특징으로 하는, 접착제 조성물. - 광중합성 조성물로서,
광중합성 조성물의 전체 중량을 기준으로 20 ~ 94.8 중량%의 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 스티렌계 블록 공중합체;
5 ~ 50 중량%의 가교제;
0.1 ~ 10 중량%의 광개시제;
0.1 ~ 15 중량%의 첨가제; 및
0 ~ 40 중량%의 가소제
를 포함하는, 광중합성 조성물. - 제13항에 있어서, 가교제가 아크릴산, 메타크릴산, 부틸 메타크릴레이트, 에틸 메타크릴레이트, 글리시딜 메타크릴레이트, 스티렌 메타크릴레이트 또는 알릴 메타크릴레이트, 및 단관능성 또는 다관능성 알코올, 아민, 아미노-알코올, 및 하이드록시-에테르 또는 하이드록시에스테르, 및 이들의 혼합물로부터 수득되는 에스테르 또는 아미드의 군으로부터 선택되는, 광중합성 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 역청 개질, 자가접착성 루핑, 타이 층, 열가소성 수지 및 수지의 충격 개질, 고무 에멀젼, 신발 및 탄성 섬유 제품에 사용하기 위한, 스티렌계 블록 공중합체.
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