JP2023501356A - 熱可塑性エラストマー組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)水添ブロック共重合体成分(A)は、
(i)芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有する2個以上の重合体ブロック(a)と、イソプレンに由来する構造単位および/または1,3-ブタジエンに由来する構造単位を含有する1個以上の重合体ブロック(b)とを有し、
(ii)約-45℃未満のガラス転移温度(実施例に示されるように測定される)を有し、かつ、
(iii)約-3~約15℃の結晶化ピーク温度(Tc)(実施例に示されるように測定される)を有する、水添ブロック共重合体を含み、
(2)熱可塑性エラストマー組成物は、ポリオレフィンエラストマー成分(D)を更に含み、かつ、
(3)熱可塑性エラストマー組成物は、(A)+(B)+(C)+(D)の100質量部に対して、約18~約60質量部の水添ブロック共重合体成分(A)と、約3~約24質量部の熱可塑性樹脂成分(B)と、約3~約25質量部のゴム用軟化剤成分(C)と、約5~約76質量部のポリオレフィンエラストマー成分(D)とを含む、
熱可塑性エラストマー組成物を提供する。
水添ブロック共重合体成分(A)は、(i)芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有する2個以上の重合体ブロック(a)と、イソプレンに由来する構造単位および/または1,3-ブタジエンに由来する構造単位を含有する1個以上の重合体ブロック(b)とを有するブロック共重合体を水素添加することによって形成される水添ブロック共重合体を含む。得られる水添ブロック共重合体は、約-45℃未満のガラス転移温度(Tg)、および約-3℃~約15℃の結晶化ピーク温度(Tc)を有する。
水添ブロック共重合体は、例えばアニオン重合法により製造することができる。具体的には、(1)アルキルリチウム化合物を開始剤として用いて、芳香族ビニル化合物と、イソプレンおよびブタジエンとを逐次重合させる方法;(2)アルキルリチウム化合物を開始剤として用いて、芳香族ビニル化合物と、イソプレンおよびブタジエンとを逐次重合させ、次いでカップリング剤を加えてカップリングする方法;(3)ジリチウム化合物を開始剤として用い、イソプレンおよびブタジエン、次いで芳香族ビニル化合物を逐次重合させる方法;などにより重合反応を行った後、水素添加反応を行うことによって製造することができる。
本発明の熱可塑性樹脂成分(B)において使用するのに適した熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリスチレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、アクリル樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリ酢酸ビニル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、石油樹脂、水添石油樹脂などが挙げられる。
ゴム用軟化剤成分(C)として使用するのに適したゴム用軟化剤の例としては、パラフィン系プロセスオイルおよびナフテン系プロセスオイルなどの鉱物油;落花生油およびロジンなどの植物油;燐酸エステル;低分子量ポリエチレングリコール;流動パラフィン;低分子量エチレン、エチレン-α-オレフィン共重合オリゴマー、液状ポリブテン、液状ポリイソプレンまたはその水素添加物、ならびに液状ポリブタジエンまたはその水素添加物などの合成油が挙げられる。これらは、単独で使用してもよいし、または2種以上を併用してもよい。
ポリオレフィンエラストマー成分(D)において使用するのに適したポリオレフィンエラストマーの例としては、ポリエチレンエラストマー、ポリプロピレンエラストマーなどの1種以上のα-オレフィン単量体から主に誘導される重合体が挙げられる。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、さらに水添ブロック共重合体成分(E)を含むことが異方性を低減する観点から好ましい。
水添ブロック共重合体(E)は、溶液重合法、乳化重合法、固相重合法などにより製造することができる。中でも溶液重合法が好ましく、例えば、アニオン重合もしくはカチオン重合などのイオン重合法、またはラジカル重合法などの公知の方法を適用することができる。中でも、アニオン重合法が好ましい。アニオン重合法による製造方法は、水添ブロック共重合体成分(A)の水添ブロック共重合体の製造方法の項で上記したとおりである。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物には、上記成分に加えて、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、目的に応じて他の成分を配合することができる。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、異方性を低減する観点から、ポリオレフィンエラストマー成分(D)と、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分との樹脂成分の海島構造を有することが好ましい。ここで、海島構造とは、海相中に島相が存在する相分離構造を意味する。ポリオレフィンエラストマー成分(D)が島相、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分が海相であってもよく、ポリオレフィンエラストマー成分(D)が海相、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分が島相であってもよいが、異方性を低減する観点からは、ポリオレフィンエラストマー成分(D)が海相、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分が島相であることが好ましく、引き裂き強度および応力緩和性を改善する観点からは、ポリオレフィンエラストマー成分(D)が島相、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分が海相であることが好ましい。さらに、引き裂き強度の観点から、熱可塑性エラストマー組成物において、ポリオレフィンエラストマー成分(D)と、ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分とが微分散していることが好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、弾性回復性、25℃における引き裂き強度、および応力緩和性が良好であるとともに、異方性を低減することができることから、フィルムおよびシートの用途で、衛生材料部材およびパーソナルケア材料部材、おむつなどの日用品、工業用品、家電用品、食品容器、包装材料、包帯などの医療用品、雑貨、スポーツ用品などの伸縮フィルム、シートなどに好適に用いることができる。
示差走査熱量計(DSC)を使用して、結晶化ピーク温度を下記2ndステップの降温過程において観測される発熱ピークから求め、ガラス転移温度を下記3rdステップの昇温過程において観測される吸熱ピークから求めた。
昇温速度:10℃/分
降温速度:10℃/分
窒素流量:40mL/分
温度プロファイル:
1st:30℃ → 150℃(5分保持)
2nd:150℃ → -100℃(5分保持)
3rd:-100℃ → 150℃
いずれもH-NMRの1Hスペクトルから取得した。重合体ブロック(b)における1,4-結合量は、水素添加前のブロック共重合体を用いて測定し、1,2-結合および3,4-結合のピーク面積と1,4-結合のピーク面積との合計に対する1,4-結合のピーク面積の比率を算出した。重合体ブロック(y)におけるビニル結合量は、水素添加前のブロック共重合体を用いて測定し、1,2-結合および3,4-結合のピーク面積と1,4-結合のピーク面積との合計に対する1,2-結合および3,4-結合のピーク面積の比率を算出した。さらに、イソプレンに由来する構造単位とブタジエンに由来する構造単位との質量比は、水素添加前のブロック共重合体を用いて測定した。
溶媒:重クロロホルム
測定温度:50℃
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)によって重量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)を標準ポリスチレン換算で求めた。
溶媒:テトラヒドロフラン
測定温度:40℃
流速:1mL/分
注入量:150μL、濃度:5mg/10cc(水添ブロック共重合体/THF)
実施例3、実施例5、実施例6、および実施例8で得られた熱可塑性エラストマー組成物(フィルム)について、透過電子顕微鏡(TEM)JEM-2100F(日本電子株式会社製)を用いて、該熱可塑性エラストマー組成物(フィルム)の断面画像を撮影し、得られた断面画像からフィルム断面のモルフォロジーを観察した。シート状に成形した熱可塑性エラストマー組成物を適当な大きさに切り出し、熱硬化性エポキシ樹脂で包埋した後、クライオウルトラミクロトームEM UC7/FC7(ライカマイクロシステムズ株式会社製)を用いて凍結状態で80nmの厚みにスライスし超薄切片を作製し、これを観察試料として使用した。四酸化ルテニウムを用いて室温(23℃)で気相染色処理することで、試料を電子染色処理し顕微鏡観察に供した。観察は、23℃、超高真空下、観察倍率2000倍、観察視野10.6μm×10.6μmの範囲、および観察倍率5000倍、観察視野4.25μm×4.25μmの範囲で行った。
(1)25℃における引き裂き抵抗
シート状に成形した熱可塑性エラストマー組成物(TD方向)をASTM D882に準拠して50.8mm×25.4mmの大きさにダイを用いて切断し、試験片(6個)を作製した。各試験片の厚さを測定しミル単位で記録した。次いで、各試験片の中央に印を付け、該試験片の端に2mmの切り込みを入れた。Bluehill 3ソフトウェアおよび100Nロードセルを備えたInstron 5567(Instron社)の空気圧フィルムグリップ(1インチライングリップ付き1/2インチパッド)に上記試験片を挿入し、測定温度を25℃に設定し、次いで、クロスヘッドで250mm/分で試験片を175%伸びまで伸ばし、該試験片が裂けたり破損したりしない限り1時間保持した。1時間保持後に、二つに裂けなかった試験片の個数を25℃における引き裂き抵抗の結果とする。二つに裂けなかった試験片の個数が2個以上を合格とする。
25℃における引き裂き抵抗の試験と同様にして試験片(2個)を作製した。Bluehill 3ソフトウェアおよび100Nロードセルを備えたInstron 5567(Instron社)の空気圧フィルムグリップ(1インチライングリップ付き1/2インチパッド)に上記試験片を挿入し、測定温度を32℃に設定し、次いで、クロスヘッドで250mm/分で試験片を150%伸びまで伸ばし、該試験片が裂けたり破損したりしない限り10時間保持した。10時間保持後に、上記試験片を引っ張り二つに裂けるのに要した時間を測定し、その平均値を32℃における引き裂き抵抗の結果とした。
32℃における引き裂き抵抗の試験において、測定温度を38℃に変更したこと以外は、上記(2)と同様にして、38℃における引き裂き抵抗を測定した。
ASTM D1922に準拠して下記試験を行った。
シート状に成形した熱可塑性エラストマー組成物(TD方向)をASTM D882に準拠して50.8mm×25.4mmの大きさにダイを用いて切断し、試験片を作製した。該試験片の厚さを測定しミル単位で記録した。該試験片を用いてBluehill 3ソフトウェアおよび100Nロードセルを備えたInstron 5567(Instron社)で下記手順に従って試験を行い、下記式により応力緩和性を算出した。
シート状に成形した熱可塑性エラストマー組成物(TD方向)をASTM D882に準拠して50.8mm×25.4mmの大きさにダイを用いて切断し、試験片(6個)を作製した。各試験片の中央の厚さ(インチ)を測定した。Bluehill 3ソフトウェアおよび100Nロードセルを備えたInstron 5567(Instron社)の空気圧グリップに上記試験片を挿入し、クロスヘッドで200%伸びに達するまで250mm/分で試験片を伸ばし、200%伸びで30秒間保持し、次いで、60秒間で0%伸びまで戻す操作を行い、下記式により応力緩和性を算出した。なお、100Nロードセルは、空気圧フィルムグリップと共に使用され、該グリップは片側に12.7mm×25.4mmのグリップを有し、反対側に25.4mmのライングリップを有する。
シート状に成形した熱可塑性エラストマー組成物(MD方向)をASTM D882に準拠して50.8mm×25.4mmの大きさにダイを用いて切断し、試験片(6個)を作製した。各試験片の中央の厚さ(インチ)を測定した。Bluehill 3ソフトウェアおよび100Nロードセルを備えたInstron 5567(Instron社)を用いて、上記引張試験(TD)において記載された操作に従い上記試験片を試験し、MD方向における応力緩和性を算出した。上記引張試験(TD)で算出したTD方向における応力緩和性(F1)とMD方向における応力緩和性(F2)との間の比(F2/F1)を算出し、これを異方性における応力緩和性とした。
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン3000mL、および開始剤として10.5重量%のsec-ブチルリチウム(シクロヘキサン溶液)9.2mLを仕込み、60℃に昇温した後、そこにスチレンを100mL加えて、溶液を60分間重合した。
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン50kgおよびアニオン重合開始剤としてsec-ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)147g(sec-ブチルリチウム15.4g相当)を仕込み、ルイス塩基としてテトラヒドロフラン128gを仕込んだ。50℃に昇温した後、スチレン(1)2.42kgを加えて1時間重合させ、引き続いて40℃にてブタジエン10.76kgを加えて2時間重合を行い、さらに50℃に昇温した後、スチレン(2)2.42kgを加えて1時間重合することにより、ポリスチレン-ポリブタジエン-ポリスチレントリブロック共重合体を含む反応液を得た。
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン50kgおよびアニオン重合開始剤としてsec-ブチルリチウム(10.5重量%シクロヘキサン溶液)76g(sec-ブチルリチウム8.0g相当)を仕込み、ルイス塩基としてテトラヒドロフラン310gを仕込んだ。50℃に昇温した後、スチレン(1)0.5kgを加えて1時間重合させ、引き続いて40℃にてイソプレン8.2kgおよびブタジエン6.5kgの混合液[イソプレン/ブタジエン(質量比)=55/45]を加えて2時間重合を行った後、スチレン(2)1.5kgを加えて1時間重合することにより、ポリスチレン-ポリ(イソプレン/ブタジエン)-ポリスチレントリブロック共重合体を含む反応液を得た。
温度T1℃に設定した延長混合セクションを備えた27mmのLeistritz二軸スクリュー押出機を使用し、引き続き、表2A、表2B、表2C、および表2Dに挙げられる種類および量の成分を加えて、予備混合し、次いで、温度T2℃に設定したThermo Fisher 20mm単軸スクリュー機を使用して、熱可塑性エラストマー組成物のフィルムを得た。得られた熱可塑性エラストマー組成物の物性の測定結果を表2A、表2B、表2C、および表2Dに示す。
水添ブロック共重合体(A1)(製造例1)
水添ブロック共重合体(A2)(製造例2)
炭化水素樹脂(水添石油樹脂):Regalite(商標)R1125(EASTMAN Chemical Company社)
ポリプロピレン - P4C5B-030(Flint Hills Resources社)
高分子量のポリスチレン系樹脂 - Styrolution PS3190(INEOS Styrolution America LLC社)(Mw - 250,000)
低分子量のポリスチレン系樹脂 - Kristalex(商標)5140(EASTMAN Chemical Company社)(Mw - 4,900、Mz - 9,800、Tg - 90℃)
低分子量のポリスチレン系樹脂 - Piccotex(商標)120(EASTMAN Chemical Company社)(Mw - 4,100、Mz - 7,200、Tg - 70℃)
低分子量のポリスチレン系樹脂 - Piccotex(商標)100(EASTMAN Chemical Company社)(Mw - 2,400、Mz - 4,100、Tg - 50℃)
低分子量のポリスチレン系樹脂 - Kristalex(商標)3100(EASTMAN Chemical Company社)(Mw - 1,500、Mz - 2,500、Tg - 51℃)
オイル:Krystol(商標)550(Petro-Canada Lubricants LLC社)(40℃における動粘度:105mm2/s)
オイル:Renoil 1700W(Renkert Oil社)(40℃における動粘度:307.7mm2/s)
ポリオレフィンエラストマー - Vistamaxx(商標)6102(エクソンモービル社)(エチレンに由来する構造単位:16質量%)
ポリオレフィンエラストマー - Vistamaxx(商標)3020FL(エクソンモービル社)(エチレンに由来する構造単位:11質量%)
水添ブロック共重合体(E)(製造例3)
2 ポリオレフィンエラストマー成分(D)以外の成分
Claims (11)
- 水添ブロック共重合体成分(A)、熱可塑性樹脂成分(B)、およびゴム用軟化剤成分(C)を含む熱可塑性エラストマー組成物であって、
(1)前記水添ブロック共重合体成分(A)は、
(i)芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を含有する2個以上の重合体ブロック(a)と、イソプレンに由来する構造単位および/または1,3-ブタジエンに由来する構造単位を含有する1個以上の重合体ブロック(b)とを有し、
(ii)約-45℃未満のガラス転移温度(実施例に示されるように測定される)を有し、かつ、
(iii)約-3℃~約15℃の結晶化ピーク温度(Tc)(実施例に示されるように測定される)を有する、
水添ブロック共重合体を含み、
(2)前記熱可塑性エラストマー組成物は、ポリオレフィンエラストマー成分(D)を更に含み、かつ、
(3)前記熱可塑性エラストマー組成物は、(A)+(B)+(C)+(D)の100質量部に対して、約18~約60質量部の水添ブロック共重合体成分(A)と、約3~約24質量部の熱可塑性樹脂成分(B)と、約3~約25質量部のゴム用軟化剤成分(C)と、約5~約76質量部のポリオレフィンエラストマー成分(D)とを含む、
熱可塑性エラストマー組成物。 - 海相および島相の海島構造を有し、ここで、前記海相は、(i)前記ポリオレフィンエラストマー(D)または(ii)該ポリオレフィンエラストマー(D)以外の成分の一方であり、前記島相は、(i)または(ii)のもう一方であり、かつ前記島相は、平均して約100nm以上の長軸(実施例に示されるように測定される)を有する複数の島を含む、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記島相は、平均して約5μm以下の長軸および約3以下のアスペクト比(長軸/短軸)(実施例に示されるように測定される)を有する島を含む、請求項2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記水添ブロック共重合体の前記重合体ブロック(b)は、イソプレンに由来する構造単位および1,3-ブタジエンに由来する構造単位を含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記イソプレンに由来する構造単位対前記1,3-ブタジエンに由来する構造単位の質量比は、約49.9/50.1~約40.1/59.9である、請求項4に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記水添ブロック共重合体(A)の前記重合体ブロック(b)は、1,3-ブタジエンに由来する構造単位のみを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記水添ブロック共重合体の中の前記重合体ブロック(a)の含有量は、前記水添ブロック共重合体の全質量に対して、約20質量%~約34質量%である、請求項1~6のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記熱可塑性樹脂成分(B)は、ポリスチレン系樹脂を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記熱可塑性エラストマー組成物の全質量に対して、約3~約15質量部の水添ブロック共重合体成分(E)を更に含み、ここで、水添ブロック共重合体成分(E)は、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を約70質量%超含有する重合体ブロック(x)と、共役ジエン化合物およびイソブチレンからなる群から選択される少なくとも1種に由来する構造単位を約30質量%以上含有する重合体ブロック(y)とを水素添加することによって得られる水添ブロック共重合体を含み、かつ前記水添ブロック共重合体は、約-45℃~約30℃のガラス転移温度(Tg)を有し、かつ前記水添ブロック共重合体における前記重合体ブロック(x)は、前記水添ブロック共重合体の全質量に対して、約4質量%~約30質量%の量で存在する、請求項1~8のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ポリオレフィンエラストマー(D)は、エチレンに由来する構造単位を含有するポリプロピレン系エラストマーを含み、かつ前記エチレンに由来する構造単位の含有量は、前記ポリプロピレン系エラストマーの全質量に対して、約13.0質量%~約15.9質量%である、請求項1~9のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 請求項1~10のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物のフィルムまたはシート。
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