JP2003534412A - 水素化ブロックコポリマー組成物 - Google Patents
水素化ブロックコポリマー組成物Info
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Abstract
Description
マーの組成物に関する。
号09/330,520号及び09/330,663号のような先行出願に開示
されてきた。さらに、そのような水素化ブロックコポリマー組成物から作られた
成型物品は1999年5月19日出願の出願番号09/575,063号及び0
9/575,062号に開示されてきた。しかしながら、良好な耐衝撃強度、加
工性及び表面外観の組み合わせは押し出しシートのようなこれらのポリマーの或
る用途においては達成困難である。
び表面風合に優れたバランスをもつ水素化ブロックコポリマー組成物を提供する
ことである。
ックコポリマーが水素化した重合したビニル芳香族モノマーの少なくとも2個の
異なるブロック(ここでは水素化ビニル芳香族ポリマーブロックと呼ぶ)の硬質
セグメント相量、及び水素化した重合した共役ジエンモノマーの少なくとも1個
のブロック(ここでは水素化共役ジエンポリマーブロックと呼ぶ)の軟質セグメ
ント相量からなり、且つ水素化ブロックコポリマーが更にa)ラメラモルフォロ
ジーが達成されるのに充分な軟質セグメント相量、b)35,000から65,
000の合計数平均分子量(Mnt )、及びc)各水素化ビニル芳香族ポリマ
ーブロックが90%より大きい水素化レベルをもちそして各水素化共役ジエンポ
リマーブロックが95%より大きい水素化レベルをもつような水素化レベル、を
もつことを特徴とする水素化ブロックコポリマーからなる組成物であり、耐衝撃
性、加工性及び表面風合いの優れたバランスを示す。
硬質ブロックでありBは水素化共役ジエンポリマー軟質ブロックであり、ここで
nは1−3の整数、で示される少なくとも3個のブロックをもつ交互ブロックの
水素化ブロックコポリマーからなり、例えばSB’S、及びSB’SB’S(こ
こでSは水素化ポリスチレン、B’は水素化ポリブタジエンである)のようなト
リブロック、マルチブロック、テーパードブロック、及びスターブロックコポリ
マーを含む。ブロックコポリマーは、しかしながら、いくつかの追加のブロック
を含んでいてもよく、そこではこれらのブロックはラメラモルフォロジーがなお
達成されている限りは、ブロックコポリマー骨格のどの位置に結合していてもよ
い。このように、線状ブロックとしては例えばABA、ABAB、ABABA、
及びABABABを含含する。ブロックコポリマーはまた分岐していてもよく、
そこではポリマー鎖はブロックコポリマー骨格に沿ってどの位置に結合していて
もよい。さらに、組成物に要求される性質に適合する限りは、ブロックコポリマ
ーとその対応するホモポリマーとのブレンド物と同様に前述のブロックコポリマ
ーの如何なるブレンド物もまた使用できる。換言すれば、ABAブロックコポリ
マーは、ラメラモルフォロジーがなお達成されている限りは、ABABAブロッ
クコポリマー及び/又はAホモポリマーとブレンドすることができる。
香族モノマーは、典型的には次式のモノマーである:
ニル、アルキルハロフェニル、ナフチル、ピリジニル、又はアントラセニルであ
り、ここではどのアルキル基もハロ、ニトロ、アミノ、ヒドロキシ、シアノ、カ
ルボニル及びカルボキシルのような多官能性基で単又は多置換されていてもよい
1から6個の炭素原子を含む。より好ましくは、Arはフェニルまたはアルキル
フェニルであり、フェニルが最も好ましい。典型的なビニル芳香族モノマーとし
てはスチレン、アルファメチルスチレン、ビニルトルエン特にパラビニルトルエ
ンの全ての異性体、エチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、ビニ
ルビフェニル、ビニルナフタレン、ビニルアントラセンの全ての異性体、及びこ
れらの混合物を包含する。ブロックコポリマーは1以上の特定の重合したビニル
芳香族モノマーを含むことができる。換言すれば、ブロックコポリマーはポリス
チレンブロックとポリ−アルファ−メチルスチレンブロックを含むことができる
。水素化ビニル芳香族ポリマーブロックはまた水素化ビニル芳香族の水素化コポ
リマーであってもよく、そこではビニル芳香族部分は、ラメラモルフォロジーが
なお達成されている限り、少なくともコポリマーの50重量%である。
ンモノマーは、2個の共役二重結合をもつものであれば如何なるモノマーであっ
てもよい。そのようなモノマーとしては、例えば1,3−ブタジエン、2−メチ
ル−1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ペンタジエン、イソプレン及び
類似の化合物、及びそれらの混合物を包含する。一態様においては、共役ジエン
ポリマーブロックはポリブタジエンである。ポリブタジエンは1−ブテン繰り返
し単位の等価物を与えるために水素化する1,2配置か、或いはエチレン繰り返
し単位の等価物を与えるために水素化する1,4配置を含むことができる。
からミクロ相分離を示すコポリマーの重合セグメントとして定義される。ミクロ
相分離はブロックコポリマー中での重合セグメントの不溶性によって起こる。ブ
ロックセグメントの分離は異なるガラス転移温度の存在によって検出することが
できる。ミクロ相分離とブロックコポリマーはPHYSICS TODAY、1
999年2月号、32−38頁の“Block Copolymers−des
igner Soft Materials”中で広範に議論されている。 本発明の組成物において使用されるブロックコポリマーとしては特定のモルフォ
ロジーをもつものが有利である。モルフォロジーはPHYSICS TODAY
、1999年2月号、の“Block Copolymers−designe
r Soft Materials”中でBates及びFredrickso
nによって記載されているような組成パターンを生み出す熔融状態及び固体状態
でのブロックのメソスコ−ピックな自己凝集である。本発明の組成物において使
用される特定の有利なモルフォロジーはラメラモルフォロジーであり、そこでは
ブロックの自己凝集が不連続層に存在する。モルフォロジーはSAXS(小角度
X線散乱)分析によって決定することができ、それは熟練した当業者によく知ら
れておりそしてThe Physics of Block Copolyme
rs,Ian W.Hamley,5章オックスフォード大学版、1999、N
Yに記載されている。
クセグメント層の量による。一般的に、軟質セグメント層の量はラメラモルフォ
ロジーを達成するための充分な量である。典型的には、軟質ブロックセグメント
層の量はブロックコポリマーの合計重量基準で共役ジエンの35重量%より多く
、好ましくは37より多く、より好ましくは40より多くそして最も好ましくは
45から65重量%、好ましくは60まで、より好ましくは55までそして最も
好ましくは45重量%までである。水素化共役ジエンポリマーブロック/水素化
ビニル芳香族ポリマーブロックの重量比は典型的には35:65またはそれ以上
、好ましくは40以上:60である。水素化ビニル芳香族ポリマーブロックと水
素化共役ジエンポリマーブロックの合計重量は水素化コポリマーの合計重量の典
型的には少なくとも80重量%、好ましくは少なくとも90、そしてより好まし
くは95重量%である。
典型的には35,000から、好ましくは42,000から、より好ましくは4
5,000からそして最も好ましくは47,000から80,000、典型的に
は70,000まで、そして一般的には60,000までである。本明細書で参
照されるとき、Mnはゲルパーミエーションクロマトグラフィーによって、ポリ
スチレン標準との比較で決定される。水素化ブロックコポリマーの分子量と得ら
れる物性は水素化された重合ブロックのそれぞれの分子量に依存する。
、好ましくは7,000から、より好ましくは8,000から50,000まで
、好ましくは40,000まで、より好ましくは30,000までそして最も好
ましくは25,000までである。水素化共役ジエンポリマーブロックは典型的
には3,000から、好ましくは5,000から30,000まで、好ましくは
25,000まで、そして最も好ましくは20,000までのMnb をもつ。
をもつことができる。換言すれば、例えば、水素化ブロックコポリマー中の2個
の水素化共役ジエンポリマーブロックはそれぞれ別のMnをもっていてもよい。
rder)温度(ODT)は水素化ブロックコポリマーの崩壊温度以下でなけれ
ばならずそしてまたMnによって決定される。このことは典型的な押し出し温度
で加工することを容易にする。典型的には、ODTは150℃から350℃であ
るが、一般的には350℃以下、好ましくは325、より好ましくは300以下
、そして最も好ましくは290℃以下である。
コポリマーはアニオン重合によって製造され、その例はAnionic Pol
ymerization:Principles and Practical
Applications,H.L.Hsieh and R.p.Quir
k,Marcel Dekker,New York,1996に引用されてい
る。一態様として、ブロックコポリマーはs−ブチルリチウム又はn−ブチルリ
チウムのようなカルバニオン開始剤に連続的にモノマー付加させることによって
製造される。別の態様では、コポリマーは1,2−ジブロモエタン、ジクロロジ
メチルシラン、又はフェニルベンゾエートのような2価カップリング剤でトリブ
ロック材料をカップリングさせることによって製造される。この態様では、共役
ジエンポリマーの短鎖(10モノマー繰り返し単位以下)はビニル芳香族ポリマ
ーのカップリング末端と反応しカップリング反応を促進させることができる。ビ
ニル芳香族ポリマーブロックは典型的にはカップリングし難く、それゆえ、この
技術は通常ビニル芳香族ポリマー末端のカップリングを達成するために使用され
る。ジエンポリマーの短鎖はミクロ相分離が達成されないため異なるブロックを
構成しない。カップリング剤と種々のアニオン重合のために提唱されてきた戦略
はHsieh and Quirk,12章、307−331ページで議論され
ている。別の態様では、2官能性アニオン開始剤がブロックシステムの中心から
重合を開始するために使用され、ここでは引き続くモノマー付加で成長するポリ
マー鎖の両末端に付加する。そのような2官能性開始剤の例は有機リチウム化合
物で処理した1,3−ビス(1−フェニルエチル)ベンゼンであり、米国特許4
,200,718号及び4,196,154号に記載されている。
リマーブロックとビニル芳香族ポリマーブロックセグメントの両方における不飽
和部分を取り除くために水素化される。どのような水素化方法も使用でき、その
ような方法は典型的には、硫酸バリウム担持パラジウム(米国特許5,352,
744号)及び珪藻土担持ニッケル(米国特許3,333,024号)のような
無機物質に担持した金属触媒の使用が含まれる。さらに、Die Macrom
olekulare Chemieの1972年160巻291頁に記載されて
いるように、2−エチルヘキサノン酸とアルキルリチウムの遷移金属塩の組み合
わせから調製される溶解性の均一系触媒がブロックコポリマーを完全に飽和させ
るのに使用される。
,612,422号及び米国特許5,645,253号に記載されているような
不均一系触媒を使用して達成することもできる。これらに記載されている触媒は
多孔質シリカに担持した金属結晶からなる不均一系触媒である。ポリマーの水素
化に特に使用されるシリカ担持触媒の例は、表面積が少なくとも10m2 /g
で平均孔径が3,000から6,000オングストロームの範囲を持つように合
成されたシリカである。このシリカはそれからニッケル、コバルト、ロジュウム
、ルテニュウム、パラジュウム、白金、その他の周期律表第8属の金属、それら
の合金の組み合わせのようなポリマーを接触水素化できるような金属を含浸させ
る。その他の不均一系触媒も平均孔径が500から3,000オングストローム
であれば使用できる。
化触媒の存在下で実施される。最初の成分は水素化速度を増加させるいくつかの
金属からなり、ニッケル、コバルト、ロジュウム、ルテニュウム、パラジュウム
、白金、その他の周期律表第8属の金属、及びそれらの組み合わせを含む。好ま
しくはロジュウム及び/又は白金が使用される。しかしながら、白金はニトリル
に対しては不十分な水素化触媒として知られており、それゆえ、白金はニトリル
ポリマーの水素化には好ましくない。混合水素化触媒に用いられる第二の成分は
極性物質に晒されたときの周期律表第8属の金属の不活性化を抑制する促進剤か
らなり、ここでは抗不活性化成分と呼ぶことにする。そのような成分は好ましく
はレニュウム、モリブデン、タングステン、タンタル又はニオブ又はこれらの混
合物である。
に晒されたときに周期律表第8属の金属成分の不活性化を抑制するに充分な量で
あり、ここでは不活性化抑制量と呼ぶことにする。周期律表第8属の金属の不活
性化は水素化反応速度の無視できない低下によって立証される。これは極性不純
物が存在する同一条件下で、混合水素化触媒と周期律表第8属の金属のみを含む
触媒の比較で例証され、周期律表第8属の金属のみを含む触媒は水素化反応速度
が混合水素化触媒で得られる速度の75%以下となる。
の金属成分の割合が0.5:1から10:1、より好ましくは1:1から7:1
、そして最も好ましくは1:1から5:1である。
担持する担体からなる。一態様としては、金属はシリカ、アルミナまたはカーボ
ンのような担体に担持される。よりよい実施態様としては、狭い孔径分布と10
m2/gより大きい表面積をもつシリカ担体が使用される。
D−4284−83の手順に従って測定することができる。
、この方法は60オングストローム以上の孔径を測定する場合にのみ有効である
。 それゆえ、60オングストローム以下の孔径を測定するには追加の別の方法を用
いなければならない。そのような一方法は600オングストローム以下の孔径に
適用されるASTM D−4641−87の手順に従った窒素脱着法である。そ
れゆえ、狭い孔径分布は少なくとも孔容積の98%が300オングストローム以
上の孔径を有し300オングストローム以下の窒素脱着法で測定された孔容積が
水銀ポロシメーターを用いて測定された孔容積の2%以下であることが必要条件
である。
。 表面積は典型的には10から100m2/g、好ましくは15から90最も好ま
しくは50から85m2/gの範囲である。
その分子量(Mn)に依存する。高分子量のポリマーの水素化において、要求さ
れる量の水素化を得るためには高い平均孔径を持つ担体を使用することが望まし
い。高分子量のポリマー(例えばMn>200,000)を得るためには、典型
的な要求される表面積は15から25m2/gそして要求される平均孔径は3,
000から4,000Åに変化させることができる。低分子量のポリマー(例え
ばMn<100,000)を得るためには、典型的な要求される表面積は45か
ら85m2/gそして要求される平均孔径は300から700Åに変化させるこ
とができる。
酸カリを化合させ、重合させそして米国特許4,112,032号に記載されて
いるように導くことによって製造することができる。シリカはそれからThe
Chemistry of Silica、John Wiley and S
onsの1979年539−544頁に記載されているように水熱焼成されるが
、その方法は一般にシリカを600℃から850℃の温度で2時間以上水を飽和
させたガスを流して加熱することからなる。水熱焼成は平均孔径の増加とともに
孔径分布を狭くする。選択するとすれば、担体はThe Chemistry
of Silica、John Wiley and Sonsの1979年5
10−581頁に記載されている方法によって調製される。
される。適切な金属、金属成分、金属を含む化合物又はそれらの混合物は気相蒸
着、水中又は非水溶液中での含浸によって担体上に析出させた後焼成、昇華又は
その他の通常の方法で処理される。これらの方法は、Studies in S
urface Science and Catalysis、“succes
sful Design Catalyst”1989年44巻、146から1
58頁及びApplied Heterogeneous Catalysis
(Institute Francais du Petrore Publi
cations、1987)の75−123頁に説明されている。含浸方法にお
いて、適切な金属を含む化合物は不活性化に対して耐性のある有用な水素化触媒
を製造することができる前述のような金属を含む化合物であればよい。これらの
化合物は塩、配位錯体、有機金属化合物又は共有結合錯体である。
0.1から10wt%である。好ましい量はシリカ担持触媒の合計重量基準で2
から8wt%、より好ましくは0.5から5wt%である。
常の不飽和ポリマーの水素化反応に要求される量よりもうんと少ない。一般に、
不飽和ポリマーのグラムあたり担持触媒の1グラム以下の量が使用され、0.1
グラム以下が好ましくそして0.05グラム以下がより好ましい。使用される担
持触媒の量はプロセスのタイプが連続か、半連続か又はバッチかにより、また温
度、圧力及び反応時間(典型的な反応時間は5分から5時間まで変化する)のよ
うなプロセスの条件に依る。連続操作は連続操作の進行の過程で担持触媒が何度
も再使用されるために典型的には不飽和ポリマーの200,000重量部以上に
対し1重量部の担持触媒が含まれる。典型的なバッチプロセスは不飽和ポリマー
の5,000重量部に対し1重量部の担持触媒が使用される。高温及び高圧では
担持触媒量を更に少なくすることができる。選択するとすれば、連続プロセスは
また上記の触媒の固定層を使用することもできる。
ればよい。水素化薬剤は限定はしないが、水素ガス、ヒドラジン及び水素化ボロ
ンナトリウムが含まれる。好ましい態様としては、水素化薬剤は水素ガスである
。
の95%以上でそしてビニル芳香族ポリマーブロックセグメントの90%以上で
あり、典型的には共役ジエンポリマーブロックの99%以上でそしてビニル芳香
族ポリマーブロックセグメントの95%以上であり、好ましくは共役ジエンポリ
マーブロックの99.5%以上でそしてビニル芳香族ポリマーブロックセグメン
トの97%以上であり、より好ましくは、共役ジエンポリマーブロックの99.
9%以上でそしてビニル芳香族ポリマーブロックセグメントの98.5%以上で
あり、より更に好ましくはビニル芳香族ポリマーブロックセグメントの99%以
上である。‘水素化レベル’の用語は元の不飽和結合が水素化によって飽和され
る割合を指す。水素化されたビニル芳香族ポリマーの水素化レベルはUV−VI
S分光測定法を用いて決定され、一方水素化された共役ジエンポリマーの水素化
レベルはプロトンNMRを用いて決定される。
限定するものと解釈してはならない。実施例においては、部及び%は特に指定が
なければ重量基準である。
る。
って測定された絶対分子量である。 実施例で使用されたポリマー試料は全てアタクチックステレオ構造をもつ。
ら一昼夜空気乾燥し、さらに空気乾燥器で110℃で30分乾燥する。触媒を水
素流通下150℃で1時間還元し、SiO2 中に3wt%のPtと2wt%の
Reを含む触媒を得る。スチレン−ブタジエンブロックコポリマーの水素化 表1に示されるように、撹拌オートクレーブ型反応器中で、上記の還元Pt/
Re触媒1.0gを、スチレン(S)−ブタジエン(B)ブロックコポリマーの
15wt%シクロヘキサン溶液240gに加える。反応器をシールしそして気相
を窒素でパージし純水素で満たす。それから温度を150℃に上げそして反応器
を水素で10.3MPaに加圧する。ポリマーの分析は芳香族領域の水素化が9
8%以上であることを示している。
2cm)の間の厚みの範囲であった。トリブロック及びペンタブロックにおいて
、全ての水素化ポリスチレンブロックは等価のMnを有していた。
しシート用途に特に有用である。
Claims (10)
- 【請求項1】 交互ブロックの水素化ブロックコポリマーからなる組成物で
あって、その水素化ブロックコポリマーが水素化した重合したビニル芳香族モノ
マーの少なくとも2個の異なるブロック(ここでは水素化ビニル芳香族ポリマー
ブロックと呼ぶ)の硬質セグメント相量、及び水素化した重合した共役ジエンモ
ノマーの少なくとも1個のブロック(ここでは水素化共役ジエンポリマーブロッ
クと呼ぶ)の軟質セグメント相量からなり、且つ水素化ブロックコポリマーが更
にa)ラメラモルフォロジーが達成されるのに充分な軟質セグメント相量、b)
35,000から65,000の合計数平均分子量(Mnt )、及びc)各水
素化ビニル芳香族ポリマーブロックが90%より大きい水素化レベルをもちそし
て各水素化共役ジエンポリマーブロックが95%より大きい水素化レベルをもつ
ような水素化レベル、をもつことを特徴とする交互ブロックの水素化ブロックコ
ポリマーからなる組成物。 - 【請求項2】 ビニル芳香族モノマーがスチレンからなりそして共役ジエン
モノマーがブタジエンからなる請求項1記載の組成物。 - 【請求項3】 軟質セグメント相量がブロックコポリマーの合計重量基準で
35から65重量%である請求項2記載の組成物。 - 【請求項4】 軟質セグメント相量がブロックコポリマーの合計重量基準で
40重量%よりは多く65重量%までである請求項3記載の組成物。 - 【請求項5】 ブロックコポリマーがペンタブロックコポリマーである請求
項2記載の組成物。 - 【請求項6】 ブロックコポリマーがトリブロックコポリマーである請求項
2記載の組成物。 - 【請求項7】 ブロックコポリマーが150から350℃の秩序無秩序(o
rder to disorder)転移温度をもつ請求項1記載の組成物。 - 【請求項8】 請求項1記載の組成物から作られた成型物品。
- 【請求項9】 物品が押し出しシートである請求項8記載の成型物品。
- 【請求項10】 シートが熱成形物品に成形されている請求項9記載の押し
出しシート。
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