JP2017530217A - 結晶性ブロック複合材料を含むホットメルト接着剤組成物 - Google Patents

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Abstract

ホットメルト接着剤組成物は、(A)エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーを含む20〜95重量%のポリマー成分であって、エチレン系ポリマーが、このポリマー成分の総重量に基づいて30重量%を超える量で存在する、ポリマー成分と、(B)1〜60重量%の結晶性ブロック複合材料であって、(1)結晶性エチレン系ポリマー、(2)C3−10αオレフィンのうちの少なくとも1つに由来する結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー、及び(3)90重量%以上のエチレンに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロックを含み、かつ90重量%以上のC3−10αオレフィンのうちの少なくとも1つに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性アルファ−オレフィンブロックを含む、ブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合材料と、(C)任意に、0超〜70重量%の粘着付与剤と、(D)任意に、0超〜40重量%の、ワックス及び油の群から選択される少なくとも1つと、を含む。【選択図】なし

Description

実施形態は、結晶性ブロック複合材料(CBC)相容化剤を含むホットメルト接着剤(HMA)に関する。
AFFINITY(商標)GA1900または1950などの高流量、低結晶化度のポリエチレンポリマーに基づくホットメルト接着剤(HMA)は、主に処理可能性、接着性能、及び低費用におけるそれらの優れた利点のために、過去10年にわたってかなりの成長を見せてきた。この成功にも関わらず、接着剤が包装、配送、及び保管中に温度上昇を経験する製本用途及び包装用途などの、より良好な熱応力及び粘着を顧客が必要とする、ニッチ用途がある。
HMAの凝集特性の改善への一手法は、プロピレン系ポリマーをVERSIFY(商標)4200などのポリエチレンポリマーとブレンドすることである。しかしながら、ポリエチレンポリマー及びプロピレン系ポリマーは、(例えば、ポリエチレンとポリプロピレンポリマーとの固有の不相溶性のために)特に良好に互いにブレンドせず、そのため、応力条件、例えば、温度上昇下で良好な接着特性を必要とするHMA用途に望ましくない混合物を生成する。したがって、実施形態は、エチレン系ポリマーとプロピレン系ポリマーとの間のブレンドを改善したホットメルト接着剤組成物に関する。
実施形態は、ホットメルト接着剤組成物であって、(A)エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーを含む20〜95重量%のポリマー成分であって、エチレン系ポリマーが、ポリマー成分の総重量に基づいて30重量%を超える量で存在する、ポリマー成分と、(B)1〜60重量%の結晶性ブロック複合材料であって、(1)結晶性エチレン系ポリマー、(2)C3−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来する結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー、及び(3)90重量%以上のエチレンに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロックを含み、かつ90重量%以上のC3−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性アルファ−オレフィンブロックを含む、ブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合材料と、(C)任意に、0超〜70重量%の粘着付与剤と、(D)任意に、0超〜40重量%の、ワックス及び油の群から選択される少なくとも1つと、を含む、ホットメルト接着剤組成物を提供することによって実現され得る。
いずれの結晶性ブロック複合材料相容化剤も存在しない、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドを含む比較実施例の断面の6つの走査型電子顕微鏡(SEM)画像の組である。 5重量%の結晶性ブロック複合材料相容化剤を含む、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドを有する本発明の実施例の断面の6つのSEM画像の組である。 10重量%の結晶性ブロック複合材料相容化剤を含む、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドを有する本発明の実施例の断面の6つのSEM画像の組である。 0重量%の結晶性ブロック複合材料相容化剤を含むエチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドの、3つのDSC溶融及び結晶化プロファイルの組である。 5重量%の結晶性ブロック複合材料相容化剤を含むエチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドの、3つのDSC溶融及び結晶化プロファイルの組である。 10重量%の結晶性ブロック複合材料相容化剤を含むエチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーブレンドの、3つのDSC溶融及び結晶化プロファイルの組である。
実施形態は、結晶性ブロック複合材料(CBC)と、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーのブレンドとを含むホットメルト接着剤組成物に関する。本ホットメルト接着剤組成物は、粘着付与剤を含み得る。本ホットメルト接着剤組成物は、油及びワックスの群から選択される少なくとも1つを含み得る(すなわち、油及び/またはワックスを含み得る)。例えば、実施形態は、製本用途及び/または包装用途のためのホットメルト接着剤組成物に関する。
定義
元素周期表に対する全ての参照は、CRC Press,Inc.,1990により出版され、著作権が取得された元素周期表を指す。また、族(単数または複数)に対する全ての参照は、族を番号付けするためにIUPACシステムを用いるこの元素周期表に反映された族(単数または複数)に対するものとする。反対の定めがない限り、文脈から黙示的でない限り、または当該技術分野において慣例ではない限り、全ての部及びパーセントは重量に基づき、全ての試験方法は本開示の出願日時点で最新である。米国特許慣行の目的のため、特に、合成技術、製品及び加工設計、ポリマー、触媒、定義(本開示において具体的に提供されるいかなる定義とも矛盾しない程度まで)、ならびに当該技術分野の一般知識の開示に関して、参照されるいかなる特許、特許出願、または特許公開の内容も、それらの全体が参照により組み込まれる(あるいは、その米国等価版が同様に参照により組み込まれる)ものとする。
本開示における数値範囲は近似であるため、特に指定のない限り、範囲外の値を含み得る。数値範囲は、1単位の増分で、下限値から上限値(それらを含む)までの全ての値を含むが、但し、いかなる下限値といかなる上限値との間にも少なくとも2単位の分離が存在することを条件とする。一例として、例えば、分子量、粘度、メルトインデックスなどの組成的、物理的、または他の特性が100〜1,000である場合、100、101、102などの全ての個々の値、及び100〜144、155〜170、197〜200などの下位範囲が明白に列挙されることが意図される。1未満の値を含有する範囲、または1よりも大きい分数(例えば、1.1、1.5など)を含有する範囲について、1単位は、必要に応じて0.0001、0.001、0.01、または0.1であるとみなされる。10未満の一桁の数を含有する範囲(例えば、1〜5)について、1単位は、典型的には0.1であるとみなされる。これらは、具体的に意図されるものの例にすぎず、列挙される最低値と最高値との数値の全ての可能な組み合わせが、本開示において明白に述べられるものとみなされる。数値範囲は、本開示において、他のものの中でもとりわけ組成物の成分の密度及びメルトインデックスについて提供される。
化学化合物に関して使用される場合、特に具体的に示されない限り、単数形は全ての異性体形態を含み、逆もまた同様である(例えば、「ヘキサン」は、個々または集合的にヘキサンの全ての異性体を含む)。「化合物」及び「複合体」という用語は、有機化合物、無機化合物、または有機金属化合物を指すために互換的に使用される。「原子」という用語は、イオン状態にかかわらず、すなわち、それが電荷もしくは部分電荷を帯びるか、または別の原子に結合されるかにかかわらず、元素の最小の構成物を指す。「非結晶性」という用語は、示差走査熱量計(DSC)または等価技術によって決定される結晶融点を欠くポリマーを指す。
「組成物」及び類似する用語は、2つ以上の成分の混合物またはブレンドを意味する。例えば、HMAを調製する文脈において、組成物は、ランダムまたは均質プロピレン系インターポリマーと、結晶性ブロック複合材料と(任意に、少なくとも1つの粘着付与剤ならびに/または少なくとも1つのワックス及び/もしくは油と)を含むであろう。
「ブレンド」、「ポリマーブレンド」などの用語は、2つ以上のポリマーのブレンドを意味する。そのようなブレンドは、混和性であっても、または混和性でなくてもよい。そのようなブレンドは、相分離されても、または相分離されなくてもよい。そのようなブレンドは、透過型電子分光法、光散乱、X線散乱、及び当該技術分野において既知である任意の他の方法からも決定される、1つ以上のドメイン構成を含有しても、または含有しなくてもよい。
「ポリマー」という用語は、同一または異なる種類であるかにかかわらず、モノマーを重合することによって調製される化合物を指す。したがって、ポリマーという一般名称は、以下に定義されるように、1種類のモノマーのみから調製されるポリマーを指すために通常使用されるホモポリマーという用語、及びインターポリマーという用語を包含する。それはまた、全ての形態のインターポリマー、例えば、ランダム、ブロック、均質、不均質なども包含する。
「インターポリマー」及び「コポリマー」は、少なくとも2つの異なる種類のモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。これらの一般名称は、古典的コポリマー、すなわち、2つの異なる種類のモノマーから調製されるポリマーと、3つ以上の異なる種類のモノマー(例えば、ターポリマー、テトラポリマーなど)から調製されるポリマーとの両方を含む。
「プロピレン系ポリマー」及び類似する用語は、(重合可能モノマーの総量に基づいて)過半重量パーセントの重合プロピレンモノマーを含み、かつ任意に、プロピレンとは異なる少なくとも1つの重合コモノマー(C及びC4−10αオレフィンから選択される少なくとも1つなど)を含んで、プロピレン系インターポリマーを形成する、ポリマーを意味する。例えば、プロピレン系ポリマーがコポリマーである場合、プロピレンの量は、コポリマーの総重量に基づいて50重量%を超える。「プロピレンに由来する単位」及び類似する用語は、プロピレンモノマーの重合から形成したポリマーの単位を意味する。「α−オレフィンに由来する単位」及び類似する用語は、α−オレフィンモノマー、具体的には、C3−10αオレフィンのうちの少なくとも1つの重合から形成したポリマーの単位を意味する。
「エチレン系ポリマー」及び類似する用語は、(重合可能モノマーの総重量に基づいて)過半重量パーセントの重合エチレンモノマーを含み、かつ任意に、エチレンとは異なる少なくとも1つの重合コモノマー(C3−10αオレフィンから選択される少なくとも1つなど)を含んで、エチレン系インターポリマーを形成し得る、ポリマーを意味する。例えば、エチレン系ポリマーがコポリマーであると、エチレンの量は、コポリマーの総重量に基づいて50重量%を超える。
「ブロックコポリマー」または「セグメント化コポリマー」という用語は、直線様式で接合された2つ以上の化学的に異なる領域またはセグメント(「ブロック」と呼ばれる)を含むポリマー、すなわち、ペンデント様式またはグラフト化様式ではなく、むしろ重合官能性に関して端々接合(共有結合)された、化学的に区別される単位を含むポリマーを指す。ブロックは、それらの中に組み込まれたコモノマーの量もしくは種類、密度、結晶化度の量、結晶化度の種類(例えば、ポリエチレン対ポリプロピレン)、そのような組成物のポリマーに起因し得る微結晶サイズ、立体規則性の種類もしくは程度(イソタクチックもしくはシンジオタクチック)、位置規則性もしくは位置不規則性、長鎖分岐もしくは超分岐を含む分岐の量、均質性、及び/またはいかなる他の化学的もしくは物理的特性においても異なる。ブロックコポリマーは、ポリマー多分散度(PDIまたはMw/Mn)及びブロック長分布の両方の独特な分布によって、例えば、触媒(実施例において記載されるものなど)と組み合わせたシャトリング剤(複数可)の使用の効果に基づいて、特徴付けられる。
「結晶性ブロック複合材料」(CBC)という用語は、結晶性エチレン系ポリマー(CEP)と、結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー(CAOP)と、結晶性エチレンブロック(CEB)及び結晶性アルファ−オレフィンブロック(CAOB)を有するブロックコポリマーとを含む複合材料を指し、ブロックコポリマーのCEBは、結晶性ブロック複合材料中のCEPと本質的に同一の組成物であり、ブロックコポリマーのCAOBは、結晶性ブロック複合材料のCAOPと本質的に同一の組成物である。
「結晶性」という用語は、示差走査熱量計(DSC)または等価技術によって決定される、一次転移または結晶融点(Tm)を持つポリマーまたはポリマーブロックを指す。この用語は、「半結晶性」という用語と互換的に使用され得る。
「結晶化性」という用語は、得られるポリマーが結晶性であるように重合し得るモノマーを指す。結晶性プロピレンポリマーは、0.88g/cc〜0.91g/ccの密度及び100℃〜170℃の融点を有し得るが、これらに限定されない。
「非結晶性」という用語は、示差走査熱量計(DSC)または等価技術によって決定される結晶融点を欠くポリマーを指す。
「イソタクチックな」という用語は、13C−NMR分析によって決定される、少なくとも70パーセントのイソタクチックなペンタッドを有するポリマー反復単位として定義される。「高度にイソタクチックな」とは、少なくとも90パーセントのイソタクチックなペンタッドを有するポリマーとして定義される。
エチレン系ポリマー
エチレン系ポリマー(1つ以上のエチレン系ポリマーの組み合わせを含み得る)は、ホットメルト接着剤組成物の総重量に基づいて1重量%〜99重量%の量で、ホットメルト接着剤組成物中に存在し得る。実施形態に従うと、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーの両方が、ホットメルト接着剤組成物中に存在して、ポリマー成分を形成する。ポリマー成分中のエチレン系ポリマーの量は、ポリマー成分の総重量に基づいて少なくとも30重量%である。例えば、ポリマー成分は、31重量%〜90重量%、35重量%〜85重量%、40重量%〜80重量%、45重量%〜75重量%、及び/または45重量%〜55重量%のエチレン系ポリマーを含み、残りがプロピレン系ポリマーである。実施形態において、エチレン系ポリマーは、プロピレン系ポリマーとブレンドされ得、例えば、結晶性ブロック複合材料相容化剤が組成物に追加される前に、プロピレン系ポリマーとブレンドされ得る。他の実施形態において、エチレン系ポリマー、プロピレン系ポリマー、及び結晶性ブロック複合材料は、同時に混合され得る。
実施形態において、ポリマー成分は、20重量%〜95重量%の量で存在して、ホットメルト接着剤成分を形成する。組成物が、粘着付与剤、ワックス、及び/または油に対して50重量%を超える合計総重量を含むとき、ポリマー成分の量は、ホットメルト接着剤組成物中のエチレン系成分の量がより低くなるように、その範囲の下端になるだろう。
エチレン系ポリマーの密度は、0.850g/cc〜0.900g/ccであり得る。例えば、密度は、0.850g/cc〜0.895g/cc、0.860g/cc〜0.890g/cc、0.865g/cc及び0.885g/cc、及び/または0.865g/cc〜0.875g/ccであり得る。密度は、米国材料試験協会(ASTM)手順ASTM D792−00、方法13に従って決定する。
エチレン系ポリマーのメルトインデックス(I)は、10分当たり200グラム(g/10分)〜3,000g/10分であり得る。例えば、メルトインデックスは、少なくとも500g/10分であり得る。最大メルトインデックスは、2000g/10分を超えなくてもよい(例えば、1500g/10分を超えなくてもよく、かつ/または1400g/10分を超えなくてもよい)。例示的な一実施形態において、メルトインデックスは、750g/10分〜1250g/10分及び/または900g/10分〜1100g/10分である。メルトインデックスは、ASTM D1238(条件E)(190℃/2.16kg)によって測定される。エチレン系ポリマーは、350°F/177℃で、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される、50,000センチポアズ(cP)未満及び/または20,000cP未満のブルックフィールド粘度を有し得る。例えば、ブルックフィールド粘度は、2,000cP〜15,000cP及び/または5,000cP〜10,000cPであり得る。
使用されるエチレン系ポリマーの重量平均分子量(Mw)は、モル当たり少なくとも5,000、少なくとも10,000、少なくとも15,000、少なくとも20,000、少なくとも25,000、及び/または少なくとも30,000グラム(g/モル)であり得る。エチレン系ポリマーの最大Mwは、100,000g/モル未満及び/または60,000g/モル未満であり得る。これらのポリマーの分子量分布もしくは多分散度またはMw/Mnは、5未満、1〜5、及び/または1.5〜4であり得る。重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、当該ポリマー技術分野において周知であり、既知の方法によって決定されることができる。
エチレン系ポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラム(J/g)の融解熱(Hf))〜30重量パーセント(50J/g未満のHf)の範囲内で結晶化度を有し得る。例えば、結晶化度範囲は、5%〜25%、10%〜20%、及び/または12%〜18%であり得る。
例示的なエチレン系ポリマーは、ジエンを任意に含有し得るエチレン/アルファ−オレフィンインターポリマーを含み得る。エチレン系ポリマーは、結晶性ブロック複合材料に関して以下に論じられるように、鎖シャトリング剤を使用することなく形成される。そのようなインターポリマーは、少なくとも2つの異なるモノマーから重合されるポリマーを含む。それらとしては、例えば、コポリマー、ターポリマー、及びテトラポリマーが挙げられる。例示的なインターポリマーは、エチレンを、3〜20個の炭素原子(C−C20)、4〜20個の炭素原子(C−C20)、4〜12個の炭素原子(C−C12)、4〜10個の炭素原子(C−C10)、及び/または4〜8個の炭素原子(C−C)のアルファ−オレフィン(α−オレフィン)などの少なくとも1つのコモノマーと重合することによって調製する。アルファ−オレフィンとしては、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、及び1−オクテンが挙げられるが、これらに限定されない。実施形態において、1−ブテン、1ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘプテン、及び/または1−オクテンなどのアルファ−オレフィンが使用される。アルファ−オレフィンは、C−Cアルファ−オレフィンであり得る。
例示的なインターポリマーとしては、エチレン/プロピレン(EP)、エチレン/ブテン(EB)コポリマー、エチレン/ヘキセン(EH)、エチレン/オクテン(EO)コポリマー、エチレン/プロピレン/ジエン変性(EPDM)インターポリマーなどのエチレン/アルファ−オレフィン/ジエン変性(EAODM)インターポリマー、及びエチレン/プロピレン/オクテンターポリマーが挙げられる。例示的な実施形態において、EP、EB、EH、及びEOコポリマーのうちの少なくとも1つが、ホットメルト接着剤組成物において使用される。
例示的なジエンモノマーは、共役及び非共役ジエンを含む。非共役ジオレフィンは、C−C15直鎖、分岐鎖、または環状炭化水素ジエンであってもよい。実例の非共役ジエンは、1,4−ヘキサジエン及び1,5ヘプタジエンなどの直鎖の非環状ジエン;5−メチル−1,4−ヘキサジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、6−メチル−1,5−ヘプタジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、3,7ジメチル−1,7−オクタジエン、5,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、及びジヒドロミルセンの混合異性体などの分岐鎖の非環状ジエン;1,4−シクロヘキサジエン、1,5−シクロオクタジエン、及び1,5−シクロドデカジエンなどの単環脂環式ジエン;テトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデンなどの多環脂環式縮合及び架橋環ジエン;アルケニル、アルキリデン、シクロアルケニル、ならびに5−メチレン−2−ノルボルネン(MNB)、5−エチリデン2ノルボルネン(ENB)、5−ビニル−2−ノルボルネン、5プロペニル−2−ノルボルネン、5イソプロピルデン2ノルボルネン、5−(4−シクロペンテニル)−2−ノルボルネン、及び5シクロヘキシリデン−2−ノルボルネンなどのシクロアルキリデンノルボルネンである。例示的な非共役ジエンとしては、ENB、1,4−ヘキサジエン、7メチル−1,6−オクタジエンが挙げられる。好適な共役ジエンとしては、1,3ペンタジエン、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン、4−メチル−1,3−ペンタジエン、1,3シクロペンタジエンが挙げられる。
使用されるエチレン系ポリマーは、典型的に長鎖分岐(LCB)を含むいかなるジエンモノマーも実質的に含まなくてよいか、またはエチレン系ポリマーは、そのようなジエンモノマーを含み得る(費用が許容可能である場合、処理可能性、引っ張り強度、及び伸長などの望ましいインターポリマー特性は、許容不可なレベルに低下しない)。例示的なジエンモノマーとしては、ジシクロペンタジエン、NBD、メチルノルボルナジエン、ビニル−ノルボルネン、1,6−オクタジエン、1,7−オクタジエン、及び1,9−デカジエンが挙げられるが、これらに限定されない。追加される場合、そのようなモノマーは、インターポリマー重量に基づいて0超〜3重量%及び/または0超〜2重量%の範囲内の量で追加され得る。
エチレン/アルファ−オレフィンインターポリマーは、分岐及び/または非分岐インターポリマーであり得る。エチレン/アルファ−オレフィンインターポリマーにおける分岐の存在または非存在、及び分岐が存在する場合の分岐の量は、広範に変動することができ、所望の処理条件及び所望のポリマー特性に依存し得る。インターポリマーにおける長鎖分岐(LCB)の例示的な種類としては、T型分岐及びH型分岐が挙げられる。
T型分岐は、適切な反応条件下での幾何拘束型触媒の存在下で、エチレン及び他のアルファ−オレフィンと鎖末端不飽和マクロモノマーとの共重合によって得られてもよい。T型LCBポリマーは、測定可能なゲルを伴わないが、T型LCBの非常に高いレベルを伴い、幾何拘束型触媒を用いて生成され得る。成長するポリマー鎖の中に組み込まれているマクロモノマーが、1つの反応性不飽和部位のみを有するため、得られるポリマーは、ポリマー骨格に沿って異なる間隔で、変動する長さの側鎖を含有し得る。極端に高レベルのLCBが所望される場合、T型分岐がLCBの程度に対して実際的な上限を有するため、H型分岐が好ましい方法である。T型分岐のレベルが増加するにつれて、製造プロセスの効率またはスループットは、生成が経済的に実行不可能になり得る時点に到達するまで著しく減少する。
H型分岐は、エチレンまたは他のアルファ−オレフィンと、重合プロセスにおいて非メタロセン型の触媒と反応性を有する2つの二重結合を有するジエンとの共重合によって得られてもよい。名称が暗示するように、ジエンは、ジエン架橋を通して1つのポリマー分子を別のポリマー分子に付着し、得られるポリマー分子は、長鎖分岐よりも架橋として記載され得るHに類似している。H型分岐は、極端に高レベルの分岐が所望されるときに使用され得る。過度のジエンが使用される場合、ポリマー分子は、非常に多くの分岐または架橋を形成し得、ポリマー分子は(溶液プロセスにおいて)反応溶媒においてもはや可溶性ではなく、したがって、溶液状態でなくなり、ポリマーにおけるゲル粒子の形成をもたらす。加えて、H型分岐剤の使用は、メタロセン触媒を不活性化し、触媒効率を低減し得る。したがって、H−型分岐剤が使用されるとき、使用された触媒は、典型的にメタロセン触媒ではない。米国特許第6,372,847号にH型分岐ポリマーを調製するために使用された触媒は、バナジウム型触媒である。
一実施形態において、エチレン/アルファ−オレフィンインターポリマーは、均質に分岐された直鎖状または均質に分岐された実質的に直鎖状のエチレン/アルファ−オレフィンインターポリマーである。「均質」及び「均質に分岐された」という用語は、エチレン/アルファ−オレフィンポリマー(またはインターポリマー)に関連して使用され、コモノマー(複数可)は、ある一定のポリマー分子内でランダムに分布し、実質的に全てのポリマー分子は、同一のエチレン対コモノマー(複数可)比率を有する。均質に分岐されたエチレンインターポリマーとしては、直鎖状のエチレンインターポリマー、及び実質的に直鎖状のエチレンインターポリマーが挙げられる。均質ポリマーを調製するための例示的なプロセスは、例えば、米国特許第5,206,075号及び同第5,241,031号、ならびに国際公開第93/03093号において開示される。
例示的なエチレン系ポリマーとしては、The Dow Chemical Companyから入手可能であるENGAGE(商標)、AFFINITY(商標)、及びNORDEL(商標)ポリマー、ならびにExxonMobil Chemical Companyから入手可能であるVISTALON(商標)及びEXACT(商標)ポリマー、ならびにMitsui Chemicalから入手可能であるTAFMER(商標)ポリマーが挙げられる。
プロピレン系ポリマー
プロピレン系ポリマー(1つ以上のプロピレン系ポリマーの組み合わせを含み得る)は、ホットメルト接着剤組成物の総重量に基づいて1重量%〜99重量%の量で、ホットメルト接着剤組成物中に存在し得る。実施形態において、プロピレン系ポリマーは、エチレン系ポリマーと混合されて、ホットメルト接着剤のポリマー成分を形成する。組成物が、粘着付与剤、ワックス、及び/または油に対して50重量%を超える合計総重量を含むとき、プロピレン系ポリマーの量は、範囲の下端である。
プロピレン系ポリマーは、0.910g/cc以下の密度を有し得る。例えば、プロピレン系コポリマーの密度は、0.850g/cc〜0.910g/cc、0.870g/cc〜0.910g/cc、0.870g/cc〜0.900g/cc、0.860g/cc〜0.895g/cc、0.870g/cc〜0.890g/cc、0.875g/cc〜0.885g/cc、及び/または0.875g/cc〜0.880g/ccである。密度を、米国材料試験協会(ASTM)手順ASTM D792−00、方法13に従って決定する。プロピレン系ポリマーの密度は、ホットメルト接着剤組成物においてエチレン系ポリマーの密度よりも大きく(より高く)てもよい。
プロピレン系ポリマーは、ASTM D−1238に従って(230℃/2.16Kgで)測定される、10分当たり0.1〜2000グラム(g/10分)の範囲内のメルトフローレートを有し得る。メルトフローレートは、0.1g/10分、0.2g/10分、または0.5g/10分の下限〜500g/10分、200g/10分、100g/10分、または50g/10分の上限であり得る。例示的な実施形態において、メルトフローレートは、(230℃/2.16Kgで)1g/10分〜200g/10分、1g/10分〜100g/10分、1g/10分〜75g/10分、1g/10分〜50g/10分、1g/10分〜40g/10分、1g/10分〜35g/10分、10g/10分〜30g/10分、及び/または20g/10分〜30g/10分である。
プロピレン系ポリマーは、3.5未満、または3.0未満、または1.8〜3.0の数平均分子量(M/M)で割った重量平均分子量として定義される分子量分布(MWD)を有し得る。
プロピレン系ポリマーは、少なくとも1重量パーセント(少なくとも2ジュール/グラム(J/g)の融解熱(Hf))〜30重量パーセント(50J/g未満のHf)の範囲内で結晶化度を有し得る。例えば、(プロピレン系ポリマー及びエチレン系ポリマーについての)結晶化度は、1重量パーセント(少なくとも2J/gのHf)、2.5パーセント(少なくとも4J/gのHf)、または3パーセント(少なくとも5J/gのHf)の下限〜30重量パーセント(50J/g未満のHf)、24重量パーセント(40J/g未満のHf)、15重量パーセント(24.8J/g未満のHf)、または7重量パーセント(11J/g未満のHf)の上限であり得る。例えば、結晶化度範囲は、5%〜30%、10%〜28%、15%〜25%、及び/または20%〜25%であり得る。プロピレン系ポリマーの結晶化度は、エチレン系ポリマーの結晶化度よりも高くてもよい。結晶化度は、米国特許第7,199,203号に記載される示差走査熱量計(DSC)によって測定する。プロピレン/アルファ−オレフィンコポリマーは、プロピレンに由来する単位及び1つ以上のアルファ−オレフィンコモノマーに由来するポリマー単位を含む。
例示的なプロピレン系ポリマーは、プロピレンホモポリマー、プロピレンインターポリマー、ポリプロピレンの反応器コポリマー(RCPP)を含み、約1〜約20重量パーセントのエチレン、または4〜20個の炭素原子(例えば、C及びC−C10アルファ−オレフィン)のアルファ−オレフィンコモノマーを含有し得る。プロピレン系ポリマーは、結晶性ブロック複合材料に関して以下に論じられるように、鎖シャトリング剤を使用することなく形成される。プロピレン系インターポリマーは、ランダムまたはブロックコポリマー、もしくはプロピレン系ターポリマーであり得る。プロピレンとの重合のための例示的なコモノマーとしては、エチレン、1−ブテン、1ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ユニデセン、1ドデセン、及び4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、5−メチル−1−ヘキセン、ビニルシクロヘキサン、及びスチレンが挙げられる。例示的なコモノマーとしては、エチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、及び1−オクテンが挙げられる。
例示的なプロピレン系インターポリマーとしては、プロピレン/エチレン、プロピレン/1−ブテン、プロピレン/1−ヘキセン、プロピレン/4−メチル−1−ペンテン、プロピレン/1−オクテン、プロピレン/エチレン/1−ブテン、プロピレン/エチレン/ENB、プロピレン/エチレン/1−ヘキセン、プロピレン/エチレン/1−オクテン、プロピレン/スチレン、及びプロピレン/エチレン/スチレンが挙げられる。任意に、プロピレン系ポリマーは、ジエンまたはトリエンなどの少なくとも2つの二重結合を有するモノマーを含む。
プロピレン系ポリマーは、実質的にイソタクチックなプロピレン配列を有するものとして特徴付けられる、プロピレン−アルファ−オレフィンコポリマーであり得る。「実質的にイソタクチックなプロピレン配列」は、配列が、0.85を超える、代替形態において0.90を超える、別の代替形態において0.92を超える、及び別の代替形態において0.93を超える13C NMRによって測定されるイソタクチックトライアッド(mm)を有することを意味する。イソタクチックトライアッドは、当該技術分野において既知であり、例えば、米国特許第5,504,172号及び国際公開第00/01745号に記載され、これは、13C NMRスペクトルによって決定されるコポリマー分子鎖におけるトライアッド単位の点からイソタクチックな配列を指す。
プロピレン系インターポリマーは、1〜40重量%の1つ以上のアルファ−オレフィンコモノマーを含み得る。1〜40重量%の全ての個々の値及び部分的な範囲は、本明細書において含まれ、本明細書において開示され、例えば、コモノマー含有量は、1重量%、3重量%、4重量%、5重量%、7重量%、または9重量%の下限〜40重量%、35重量%、30重量%、27重量%、20重量%、15重量%、12重量%、または9重量%の上限であり得る。例えば、プロピレン/アルファ−オレフィンコポリマーは、1〜35重量%、1〜30重量%、3〜27重量%、3〜20重量%、及び/または3〜15重量%の1つ以上のアルファ−オレフィンコモノマーを含む。
一実施形態において、プロピレン/アルファ−オレフィンポリマーは、(A)60〜100未満、80〜99、及び/またはより85〜99重量パーセントのプロピレンに由来する単位と、(B)0超〜40、1〜20、4〜16、及び/または4〜15重量パーセントのエチレン及び/またはC4−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来する単位とを含むものとしてさらに特徴付けられる。
類似してエチレン系ポリマーに関して論じられるように、プロピレン系ポリマーは、LCBを含有し得る。例えば、プロピレン系ポリマーは、平均で少なくとも0.001、平均で少なくとも0.005、及び/または平均で少なくとも0.01の長鎖分岐/1000個の総炭素を含有し得る。長鎖分岐という用語は、本明細書において使用されるように、短鎖分岐よりも多い少なくとも一個(1個)の炭素の鎖の長さを指し、短鎖分岐は、プロピレン/アルファ−オレフィンコポリマーに関して本明細書において使用されるように、コモノマー中の炭素の数よりも少ない二個(2個)の炭素の鎖の長さを指す。例えば、プロピレン/1−オクテンインターポリマーは、長さにおいて少なくとも七個(7個)の炭素の長鎖分岐を伴う骨格を有すが、これらの骨格はまた、長さにおいて六個(6個)の炭素のみの短鎖分岐を有する。
例示的なプロピレン系ポリマーは、は、商品名VERSIFY(商標)でThe Dow Chemical Companyから、または商品名VISTAMAXX(商標)でExxonMobil Chemical Companyから市販されている。
結晶性ブロック複合材料
HMA組成物中の結晶性ブロック複合材料の量は、HMA組成物の総重量に基づいて、5重量%〜60重量%、10重量%〜40重量%、15重量%〜30重量%、及び/または20重量%〜30重量%である。
結晶性ブロック複合材料(CBC)は、結晶性エチレン系ポリマー(CEP)と、結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー(CAOP)と、結晶性エチレンブロック(CEB)及び結晶性アルファ−オレフィンブロック(CAOB)を有するブロックコポリマーとを含み、CEBはCEPと本質的に同一の組成物であり、CAOBはCAOPと本質的に同一の組成物である。結晶性ブロック複合材料において、アルファオレフィンは、C3−10α−オレフィン(例えば、プロピレン及び/またはブチレンであり得る)の群から選択される少なくとも1つであり、少なくとも90重量%のCAOBを含む。例示的な実施形態において、CAOPは、プロピレン、例えば、少なくとも90重量%以上のプロピレンの単位を含み、あらゆる残りは、エチレン及び/または少なくともC4−10α−オレフィンの群から選択される少なくとも1つであり得る。さらに、CAOBがプロピレンを含む場合、CAOPもプロピレンを含む。CEPの量とCAOPの量との間の組成分割は、ブロックコポリマー中の対応するブロック間の組成分割と本質的に同一である。CEB及びCAOBは、硬質セグメント/ブロックと呼ばれ得る。
例示的な一実施形態において、CAOBは、C3−10α−オレフィンのうちの1つであるモノマーが、93重量%を超える、95重量%を超える、及び/または96重量%を超える量で存在する、重合アルファオレフィン単位の高度結晶性ブロックを指す。換言すると、CAOB中のコモノマー含有量は、7重量%未満未満、5重量%未満、及び/または4重量%未満である。プロピレン結晶化度を有するCAOBは、80℃以上、100℃以上、115℃以上、及び/または120℃以上である対応する融点を有する。いくつかの実施形態において、CAOBは、全てまたは実質的に全てのプロピレン単位を含む。CEBは、コモノマー含有量(プロピレンなど)が10重量%以下、0重量%〜10重量%、0重量%〜7重量%、及び/または0重量%〜5重量%である、重合エチレン単位のブロックを指す。そのようなCEBは、好ましくは75℃以上、90℃以上、及び/または100℃以上である対応する融点を有する。
別の方法で記載すると、CAOBは、C3−10α−オレフィンのうちの1つであるモノマーが、90モル%を超える、93モル%を超える、95モル%を超える、及び/または96モル%を超える量で存在する、重合アルファオレフィン単位の高度結晶性ブロックを指し得る。換言すると、CAOB中のコモノマー含有量は、10モル%未満、7モル%未満、5モル%未満、及び/または4モル%未満である。CEBは、コモノマー含有量(プロピレンなど)が10モル%以下、0モル%〜10モル%、0モル%〜7モル%、及び/または0モル%〜5モル%である、重合エチレン単位のブロックを指す。
結晶性ブロック複合材料は、従来のランダムコポリマー、ポリマーの物理的ブレンド、及び連続モノマー付加を介して調製されたブロックコポリマーとは区別され得る。結晶性ブロック複合材料は、結晶性ブロック複合材料指数、より良好な引っ張り強度、改善された破壊強度、より微細な形態、改善された光学、及び/またはより低温でのより大きな衝撃強度などの特徴によって、ランダムコポリマーとは、及び物理的ブレンドとは区別され得る。結晶性ブロック複合材料は、分子量分布、レオロジー、せん断減粘、レオロジー比率、及びブロック多分散度によって、連続モノマー付加によって調製されたブロックコポリマーとは区別され得る。結晶性ブロック複合材料の独特な特徴は、ブロックコポリマーの個々のブロックが結晶性であるため、それらが、キシレン分割、溶媒/非溶媒、または昇温溶出分割もしくは結晶化溶出分割などの溶媒または温度による従来の手段によって分割することができないことである。
連続プロセスにおいて生成される場合、結晶性ブロック複合材料は、望ましくは1.7〜15(例えば、1.8〜10、2.0〜5、及び/または3.0〜3.5)のPDIを持つ。そのような結晶性ブロック複合材料は、結晶性ブロック複合材料、それらを作製するためのプロセス、及びそれらの分析方法の記述に関して参考により本明細書に組み込まれる、例えば、全て2011年12月22日公開の米国特許出願公開第2011−0313106号、同第2011−0313108号において記載される。例示的な実施形態において、結晶性ブロック複合材料は、重量平均分子量を数平均分子量で割ったもの(M/M)として定義される、5.0以下、4.0以下、2.0〜4.0、3.0〜4.0、及び/または3.0〜3.5の分子量分布(MWD)を有し得る。
結晶性ブロック複合材料ポリマーのアルファ−オレフィンは、プロピレン、1−ブテン、または4−メチル−1−ペンテン、及び1つ以上のコモノマーであり得る。例えば、ブロック複合材料は、重合形態で、プロピレン及びエチレン及び/もしくは1つ以上のC4−20α−オレフィンコモノマー、ならびに/または1つ以上の追加の共重合性コモノマーを含むか、あるいは、それらは、4−メチル−1−ペンテン及びエチレン及び/または1つ以上のC4−20α−オレフィンコモノマーを含むか、あるいは、それらは、1−ブテン及びエチレン、プロピレン及び/もしくは1つ以上のC−C20α−オレフィンコモノマーならびに/または1つ以上の追加の共重合性コモノマーを含む。追加の例示的なコモノマーは、ジオレフィン、環状オレフィン、及び環状ジオレフィン、ハロゲン化ビニル化合物、ならびにビニリデン芳香族化合物から選択される。例示的な一実施形態において、モノマーはプロピレンであり、コモノマーはエチレンである。
結晶性ブロック複合材料ポリマー中のコモノマー含有量は、実施例において論じられる結晶性ブロック複合材料指数(CBCI)決定を用いて測定され得る。結晶性ブロック複合材料のCBCIは、0超〜1.0未満である。例えば、CBCIは、0.2〜0.99、0.3〜0.99、0.4〜0.99、0.5〜0.99、0.6〜0.99、0.6〜0.80、及び/または0.7〜0.70である。例えば、結晶性ブロック複合材料ポリマーは、0.5〜95重量%のCEP、0.5〜95重量%のCAOP、及び5〜99重量%のブロックコポリマーを含む。例えば、結晶性ブロック複合材料ポリマーは、0.5〜79重量%のCEP、0.5〜79重量%のCAOP、及び20〜99重量%のブロックコポリマー、ならびにより好ましくは0.5〜49重量%のCEP、0.5〜49重量%のCAOP、及び50〜99重量%のブロックコポリマーを含む。重量パーセントは、結晶性ブロック複合材料の総重量に基づく。CEP、CAOP、及びブロックコポリマーの重量パーセントの合計は、100%に等しい。
結晶性ブロック複合材料は、(例えば、第1のピーク及び第2のピークの両方について)90℃を超えるTm、(例えば、第1のピーク及び第2のピークの両方について)100℃を超えるTm、ならびに/または(例えば、第1のピーク及び第2のピークのうちの少なくとも一方について)120℃を超えるTmを有し得る。例えば、Tmは、100℃〜250℃、110℃〜220℃、及び/または115℃〜220℃の範囲内である。例示的な一実施形態に従うと、結晶性ブロック複合材料は、100℃〜130℃(例えば、100℃〜120℃、100℃〜110℃など)の範囲内の第2のピークTm、及び110℃〜150℃(例えば、110℃〜140℃、115℃〜130℃、115℃〜125℃など)の範囲内の第1のピークTmを呈し、第2のピークTmは第1のピークTm未満である。
結晶性ブロック複合材料は、10,000g/モル〜2,500,000g/モル、35000g/モル〜1,000,000g/モル、50,000g/モル〜300,000g/モル、及び/または50,000g/モル〜200,000g/モルの重量平均分子量(Mw)を有し得る。例えば、Mwは、20kg/モル〜1000kg/モル、50kg/モル〜500kg/モル、及び/または80kg/モル〜125kg/モルであり得る。
ブロック複合材料及び結晶性ブロック複合材料のMFR(メルトフローレート)は、0.1〜1000dg/分(230℃/2.16kg)、1〜500dg/分(230℃/2.16kg)、3〜30dg/分(230℃/2.16kg)、及び/または5〜10dg/分(230℃/2.16kg)であり得る。
結晶性ブロック複合材料ポリマーは、付加重合可能モノマーまたはモノマーの混合物を、付加重合条件下で、少なくとも1つの付加重合触媒、少なくとも1つの共触媒、及び鎖シャトリング剤を含む組成物と接触させることを含むプロセスによって調製され得、該プロセスは、定常状態の重合条件下で動作する2つ以上の反応器における、またはプラグ流動重合条件下で動作する1つの反応器の2つ以上の帯域における、区別されるプロセス条件下での、少なくともいくらかの成長するポリマー鎖の形成によって特徴付けられる。「シャトリング剤」という用語は、重合条件下で、少なくとも2つの活性触媒部位間のポリメリル交換を引き起こすことができる化合物または化合物の混合物を指す。すなわち、ポリマー断片の移動は、活性触媒部位のうちの1つ以上の両方向で生じる。シャトリング剤とは対照的に、「連鎖移動剤」は、ポリマー鎖成長の停止を引き起こし、成長するポリマーが触媒から移動剤へ1回限り移動することになる。好ましい一実施形態において、ブロック複合材料及び結晶性ブロック複合材料は、最も可能性の高い分布のブロック長を持つわずかなブロックポリマーを含む。
ブロック複合材料及び結晶性ブロック複合材料を生成するのに有用である好適なプロセスは、例えば、2008年10月30日公開の米国特許出願公開第2008/0269412号において見出され得る。具体的には、重合は、連続重合、好ましくは連続溶液重合として望ましく実施され、これらの重合では、触媒成分、モノマー、ならびに任意に、溶媒、アジュバント、スカベンジャー、及び重合助剤が1つ以上の反応器または帯域に連続的に供給され、ポリマー生成物がそこから連続的に除去される。この文脈において使用される「連続的」及び「連続的に」という用語の範囲内にあるのは、規則的または不規則な小間隔で断続的な反応体の添加及び生成物の除去が存在するため、経時的に、プロセス全体が実質的に連続的であるプロセスである。第1の反応器もしくは帯域を含む重合中の任意の点で、第1の反応器の出口もしくは出口の少し手前で、あるいは第1の反応器もしくは帯域と第2または任意の後続の反応器もしくは帯域との間で、鎖シャトリング剤(複数可)が添加され得る。モノマー、温度、圧力の差異、または連続して接続された少なくとも2つの反応器もしくは帯域間の重合条件の他の差異のために、コモノマー含有量、結晶化度、密度、立体規則性、位置規則性、または他の化学的もしくは物理的差異などの、同一分子内の異なる組成物のポリマーセグメントが、異なる反応器または帯域内で形成される。各セグメントまたはブロックのサイズは、連続ポリマー反応条件によって決定され、好ましくは最も可能性の高い分布のポリマーサイズである。
2つの反応器または帯域内で、結晶性エチレンブロック(CEB)及び結晶性アルファ−オレフィンブロック(CAOB)を有するブロックポリマーを生成する場合、第1の反応器もしくは帯域内でCEBを、第2の反応器もしくは帯域内でCAOBを生成すること、または第1の反応器もしくは帯域内でCAOBを、第2の反応器もしくは帯域内でCEBを生成することが可能である。新鮮な鎖シャトリング剤を添加して、第1の反応器または帯域内でCEBを生成することがより有利であり得る。CEBを生成する反応器または帯域内での増加したレベルのエチレンの存在は、CAOBを生成する帯域または反応器内でよりも、その反応器または帯域内で、一層高い分子量をもたらし得る。新鮮な鎖シャトリング剤は、CEBを生成する反応器または帯域内のポリマーのMWを低減するため、CEBセグメント長とCAOBセグメント長との間のより良好な全体的バランスをもたらす。
反応器または帯域を連続で操作する場合、一方の反応器がCEBを生成し、他方の反応器がCAOBを生成するように、多様な反応条件を維持することが必要である。第1の反応器から第2の反応器への(連続)キャリーオーバー、または溶媒及びモノマー再循環系を通して第2の反応器から第1の反応器へと戻るエチレンのキャリーオーバーは、好ましくは最小化される。このエチレンを除去するための多くの可能な単位操作が存在するが、エチレンは高級アルファオレフィンよりも揮発性であるため、1つの簡便な方法は、CEBを生成する反応器の流出物の圧力を低減し、エチレンをフラッシュオフさせることによるフラッシュステップを通して、未反応のエチレンの大半を除去することである。より好ましい手法は、追加の単位操作を回避し、高級アルファオレフィンに対してより一層大きな反応性のエチレンを利用して、CEB反応器にわたるエチレンの変換率を100%に近づけるようにすることである。反応器にわたる全体的モノマー変換は、アルファオレフィン変換率を高レベル(90〜95%)で維持することによって制御することができる。
結晶性ブロック複合材料からのための使用のための例示的な触媒及び触媒前駆体としては、WO2005/090426に開示されるものなどの金属錯体が挙げられる。他の例示的な触媒もまた、米国特許公開第2006/0199930号、米国第2007/0167578号、及び米国第2008/0311812号、米国特許第7,355,089号、及び国際公開第2009/012215号に開示される。
粘着付与剤
HMA組成物は、任意に、粘着付与剤を含む。粘着付与剤は、90℃、または93℃、または95℃、または97℃、または100℃、または105℃、または110℃〜120℃、または130℃、または140℃、または150℃の(ASTM E28に従って測定される)環球軟化温度を有し得る。粘着付与剤は、粘弾性特性(例えば、タンデルタ)、レオロジー的特性(例えば、粘度)、粘着性(例えば、くっつく能力)、感圧性、及び湿潤特性などのHMA組成物の特性を変更し得る。いくつかの実施形態において、粘着付与剤は、組成物の粘着性を改善するために使用される。他の実施形態において、粘着付与剤は、組成物の粘度を低減するために使用される。特定の実施形態において、粘着付与剤は、被着材の表面を浸潤し、かつ/または被着材の表面への接着力を改善するために使用される。
本明細書に開示される組成物に好適な粘着付与剤は、室温で固形、半固形、または液体であり得る。粘着付与剤の非限定的な例としては、(1)天然及び変性ロジン(例えば、ガムロジン、ウッドロジン、トール油ロジン、蒸留ロジン、水素化ロジン、二量化ロジン、及び重合ロジン)、(2)天然及び変性ロジンのグリセロール及びペンタエリスリトールエステル(例えば、ペールウッドロジンのグリセロールエステル、水素化ロジンのグリセロールエステル、重合ロジンのグリセロールエステル、水素化ロジンのペンタエリスリトールエステル、及びロジンのフェノール変性ペンタエリスリトールエステル)、(3)天然テルペンのコポリマー及びターポリマー(例えば、スチレン/テルペン及びアルファメチルスチレン/テルペン)、(4)ポリテルペン樹脂及び水素化ポリテルペン樹脂、(5)フェノール変性テルペン樹脂及びこれらの水素化誘導体(例えば、酸性媒体中で、二環式テルペン及びフェノールの縮合から生じる樹脂生成物)、(6)脂肪族または脂環式炭化水素樹脂及びこれらの水素化誘導体(例えば、主にオレフィン及びジオレフィンからなるモノマーの重合から生じる樹脂)、(7)芳香族炭化水素樹脂及びこれらの水素化誘導体、(8)芳香族変性脂肪族または脂環式炭化水素樹脂及びこれらの水素化誘導体、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。粘着付与剤が存在するそれらの実施形態において、HMA組成物中の粘着付与剤の量は、HMA組成物の総重量に基づいて、ゼロ超、または1重量%、または5重量%、または10重量%、または15重量%、または20重量%、または25重量%、または30重量%〜35重量%、または40重量%、または45重量%、または50重量%、または55重量%、または60重量%、または65重量%、かつ最大70重量%までであり得る。粘着付与剤の量は、0重量%〜70重量%(例えば、5重量%〜60重量%、10重量%〜50重量%、15重量%〜40重量%など)である。
一実施形態において、粘着付与剤は、脂肪族、脂環式、及び芳香族炭化水素ならびに変性炭化水素及び水素化バージョンと、テルペンならびに変性テルペン及び水素化バージョンと、ロジンならびにロジン誘導体及び水素化バージョンと、これらの粘着付与剤のうちの2つ以上の混合物とを含む。これらの粘着付与樹脂は、70℃〜150℃の環球軟化点を有し、典型的には、350°F(177℃)で、ブルックフィールド粘度計を用いて測定される、2000センチポアズ以下の粘度を有する。これらはまた、異なる水素化レベルまたは飽和レベルでも入手可能であり、これは別の一般に使用される用語である。有用な例としては、テネシー州KingsportにあるEastman Chemical Co.製のEASTOTAC(商標)H−100、H−115、及びH−130が挙げられ、これらは、それぞれ、100℃、115℃、及び130℃の軟化点を有する、部分的に水素化した脂環式の石油炭化水素樹脂である。これらは、異なるレベルの水素化を示すE等級、R等級、L等級、及びW等級で入手可能であり、Eが最も水素化されておらず、Wが最も水素化されている。E等級は15の臭素価を有し、R等級は5の臭素価を有し、L等級は3の臭素価を有し、W等級は1の臭素価を有する。Eastman Chemical Co.製のEASTOTAC(商標)H−142Rは、約140℃の軟化点を有する。他の有用な粘着付与樹脂としては、部分的に水素化した脂肪族石油炭化水素樹脂であるESCOREZ(商標)5300、5400、及び5637、ならびに部分的に水素化した芳香族変性石油炭化水素樹脂にであるESCOREZ(商標)5600(全てテキサス州HoustonにあるExxon Chemical Co.から入手可能)と、オハイオ州AkronにあるGoodyear Chemical Co.から入手可能な脂肪族、芳香族石油炭化水素樹脂であると考えられるWINGTACK(商標).Extraと、デラウェア州WilmingtonにあるHercules, Inc.から入手可能な部分的に水素化した脂環式石油炭化水素樹脂であるHERCOLITE(商標)2100と、Cray Valley製の炭化水素樹脂であるNORSOLENE(商標)と、Arakawa Europe GmbHから入手可能な無色透明の水素化炭化水素樹脂であるARKON(商標)と、が挙げられる。
一実施形態において、粘着付与剤としては、オレフィン及びジオレフィン(例えば、ExxonMobil Chemical Company(Houston,Tex.)製のESCOREZ(商標)1310LC、ESCOREZ(商標)2596、またはEastman Chemical Company(Kingsport,Tenn.)製のPICCOTAC(商標)1095、PICCOTAC(商標)9095)からなるモノマーの重合から生じる樹脂などの脂肪族炭化水素樹脂、及びこれらの水素化誘導体、脂環式石油炭化水素樹脂及びこれらの水素化誘導体(例えば、ExxonMobil Chemical Company製のESCOREZ(商標)5300及び5400シリーズ、Eastman Chemical Company製のEASTOTAC(商標)樹脂)が挙げられる。いくつかの実施形態において、粘着付与剤としては、水素化環状炭化水素樹脂(例えば、Eastman Chemical Company製のREGALREZ(商標)及びREGALITE(商標)樹脂)が挙げられる。
一実施形態において、粘着付与剤は、シラングラフト化非結晶性ポリアルファ−オレフィンまたはシラングラフト化エチレン/α−オレフィンマルチブロックコポリマーのいずれかのシラノール基が反応する基を含まない。
ワックス及び/または油
HMA組成物は、任意に、ワックス及び/または油の群から選択される少なくとも1つを含む。ワックス及び/または油は、HMA組成物の溶融粘度を低減するために使用される。油はまた可塑剤であり得る。ワックスの非限定的な例としては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス、ポリエチレンワックス、ポリプロピレンワックス、副生成物のポリエチレンワックス、フィッシャー・トロプシュワックス、酸化フィッシャー・トロプシュワックス、ならびにヒドロキシステアラミドワックス、脂肪アミドワックス、及び均質ワックスなどの官能化ワックスが挙げられる。様々な包装及び製本用途のためなど、例えば、接着剤組成物が冷却及び凝固時に比較的不粘着になるように意図されるとき、ワックスは、HMA組成物において有用に使用され得る。
油の非限定的な例としては、鉱物系油、石油系油、グリセロールトリヒドロキシオレエートなどの官能化油、野菜油、脂肪油、当該技術分野において既知である他の可塑油、及びこれらの混合物が挙げられる。例示的な油は、芳香族含有量が低く、性質がパラフィン性またはナフテン性である、炭化水素油である。
ワックス及び/または油の量は、HMA組成物の総重量に基づいて、ゼロ超から、または1重量%、または5重量%、または10重量%、または15重量%、または20重量%、または25重量%、または30重量%、かつ最大40重量%までである。HMA組成物中に存在するワックス及び/またはの量は、0重量%〜40重量%であり得る。例えば、ワックス及び/または油の量は、HMA組成物の総重量の1重量%〜30重量%、5重量%〜30重量%、15重量%〜25重量%などである。
添加剤及び充填剤
HMA組成物は、任意に、(粘着付与剤、ワックス、及び油とは異なり、別個である)1つ以上の添加剤及び/または充填剤を含み得る。添加剤の非限定的な例としては、可塑剤、熱安定剤、光安定剤(例えば、UV光安定剤及び吸収剤)、光学的増白剤、帯電防止剤、潤滑剤、酸化防止剤、触媒、レオロジー改質剤、殺生物剤、腐食防止剤、脱水剤、有機溶媒、着色剤(例えば、色素及び染料)、界面活性剤、アンチブロック剤、造核剤、難燃剤、ならびにこれらの組み合わせが挙げられる。充填剤の非限定的な例としては、ヒュームドシリカ、沈降性シリカ、タルク、炭酸カルシウム、カーボンブラック、アルミノシリケート、粘土、ゼオライト、セラミックス、雲母、二酸化チタン、及びこれらの組み合わせが挙げられる。添加剤及び/または充填剤の種類及び量は、HMA組成物の製造、保管、使用、及び/または経済性を最大化するように選択される。造核剤の非限定的な例としては、3:2,4−ジ−p−メチル−ジベンジリデンソルビトールが挙げられる。
例えば、HMA組成物は酸化防止剤を含んでもよく、ここで、酸化防止剤とは、ポリマーの加工中に生じ得る酸化を最小化するために使用され得る化学化合物の種類または分類を指す。この用語はまた、ヒドロカルビルを含む酸化防止剤の化学的誘導体も含む。この用語は、酸化防止剤の記述において後述されるように、結合剤または改変剤単独の場合と比較して、カップリング剤(改変剤)と適切に組み合わせた場合、相互作用して修正されたラマンスペクトルを呈する複合体を形成する、化学化合物をさらに含む。酸化防止剤の量は、HMA組成物の総重量に基づいて1重量%未満であり得る。
HMA組成物は、(例えば、油と同一であるか、またはそれとは異なる)可塑剤を含み得る。可塑剤は、押出性、柔軟性、加工性、及び/または伸縮性を改善するために添加され得る有機組成物であり得る。可塑剤は、周囲温度で液体または固形のいずれかであり得る。例示的な液体可塑剤としては、炭化水素油、ポリブテン、液体粘着付与樹脂、及び液体エラストマーが挙げられる。可塑剤油は主に、芳香族含有量が低く、性質がパラフィン性またはナプテン性である、炭化水素油である。可塑剤油は、揮発性が低くても、透明であっても、かつ可能な限り少ない色及び匂いを有してもよい。他の例示的な可塑剤としては、オレフィンオリゴマー、低分子量ポリマー、野菜油及びこれらの誘導体、ならびに同様の可塑液体が挙げられる。
HMA組成物
ホットメルト接着剤(HMA)組成物は、少なくともエチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーを含むポリマー成分、ならびに結晶性ブロック複合材料を含む。ポリマー成分は、HMA組成物の総重量に基づいて20重量%〜95重量%の量で存在する。結晶性ブロック成分は、HMA組成物の総重量に基づいて1重量%〜60重量%の量で存在する。例示的な実施形態において、結晶性ブロック成分と組み合わされたポリマー成分は、HMA組成物の総重量に基づいて30重量%〜80重量%、30重量%〜70重量%、30重量%〜60重量%、及び/または35重量%〜45重量%の量で存在する。
HMA組成物は、HMA組成物の総重量に基づいて0〜70重量%の少なくとも1つの粘着付与剤を含み得る。例えば、(含まれる場合)粘着付与剤の量は、HMA組成物の総重量に基づいて、5重量%〜70重量%、10重量%〜50重量%、20重量%〜40重量%、及び/または30重量%〜40重量%であり得る。例示的な一実施形態において、HMA組成物は、30重量%〜40重量%の粘着付与樹脂を含む。HMA組成物は、0〜40重量%のワックス及び/または油を含み得る(ワックス及び/または油の合計重量は、0〜40重量%である、など)。例えば、(含まれる場合)ワックス及び/または油の量は、HMA組成物の総重量に基づいて、5重量%〜40重量%、10重量%〜35重量%、15重量%〜30重量%、及び/または20重量%〜30重量%であり得る。例示的な一実施形態において、HMA組成物は、20重量%〜30重量%のワックスを含む。HMA組成物は、0重量%〜5重量%の酸化防止剤などの他の添加剤を含み得る。例えば、HMA組成物は、0.1重量%〜2重量%の酸化防止剤を含み得る。
HMAは、溶融物として接着結合される部品上に適用される接着剤であり、それらが冷却し、凝固するにつれ硬化する。HMA組成物は、非解決系接着剤であるように、ある溶媒を除外し得る。HMA組成物は、ブロック複合材料系高溶融粘度かつ高メルトフローインデックス接着剤組成物であり得る。
実施形態に従うHMA組成物は、包装及び/または製本用途において使用され得る。具体的には、実施形態に従うHMA組成物は、冷却及び凝固時に比較的不粘着であり、温度上昇でより良好な熱応力及び粘着を呈して、そのような包装及び製本用途によく適し得る。実施形態に従うHMA組成物の他の可能な用途としては、(例えば、ロールコーターによる押出または積層によって適用されるとき)クラフト紙、コート紙、高充填紙、積層紙などの群から選択される紙基材を、あらゆる他の紙基材及び/またはポリマーフィルム基材に結合することに関係するあらゆる接着剤用途が挙げられるが、これらに限定されない。
HMA組成物は、配合され、既知のHMA組成物と同一の様式で使用され得る。この組成物の配合は、当業者にとって既知である標準的手段によってもたらすことができる。配合機器の例は、BANBURY(商標)またはBOLLING(商標)混合機などの内部バッチ混合機である。あるいは、FARREL(商標)連続混合機、WERNER AND PFLEIDERER(商標)二軸スクリュー混合機、またはBUSS(商標)混練連続押出機などの連続単軸もしくは二軸スクリュー混合機が使用されてもよい。成分は、混合物を完全に均質化するのに十分な温度かつ時間で混合される。利用される混合機の種類及び混合機の動作条件は、粘度、体積抵抗率、及び押出された表面の滑らかさなどの組成物の特性に影響を与える。
本HMA組成物は、様々な基材を結合するのに有用である。一実施形態は、第1の基材と、第2の基材と、第1の基材と第2の基材との間にあり、それらと接触する接着剤層とを有する物品を含む。接着剤層は、本HMA組成物を含む。HMA組成物は、上記のような任意のHMA組成物であり得る。
第1の基材は、第2の基材と同一の材料であってもよい。あるいは、第2の基材は、とは異なる材料であってもよい。第1の基材及び第2の基材に好適な材料の非限定的な例としては、金属(鋼、アルミニウム)金属箔、木材、ガラス、ポリマー材料(ポリオレフィン、アクリロニトリルブタジエンスチレン(ABS)、熱可塑性物質、エラストマー、ポリカーボネート、ポリウレタンなど)、塩化ポリビニル、フォーム/フォーム積層体、布(織布、不織布、天然、合成)、織物、紙、ならびにこれらの任意の組み合わせが挙げられる。いくつかの実施形態において、第1の基材は強固な材料を含み、第2の基材は柔軟な材料を含む。「強固な材料」とは、印加される力に応答する変形耐性がある材料である。本明細書で使用される場合、「柔軟な材料」とは、前述の強固な材料よりも変形に対して弱い耐性を有する材料である。換言すると、柔軟な材料は、強固な材料と比較してより大きな従順性または柔軟性を呈する。
例示的一実施形態において、第1の基材は強固な材料を含み、第2の基材は強固な材料を含む。別の例示的な実施形態において、第1の基材強固な材料を含み、第2の基材は柔軟な材料を含む。別の例示的な実施形態において、第1の基材は柔軟な材料を含み、第2の基材は柔軟な材料を含む。
試験方法
密度を、ASTM D−792に従って測定する。結果は、1立方センチメートル当たりグラム(g)、またはg/ccで報告される。
メルトインデックス(I)を、ASTM D−1238(190℃、2.16kg)に従って測定する。結果は、グラム/10分で報告される。メルトフローレート(MFR)を、ASTM D−1238(230℃、2.16kg)に従って測定する。結果は、グラム/10分で報告される。
分子量分布(MWD)を、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)に従って測定する。具体的には、従来のGPC測定を使用して、ポリマーの重量平均(Mw)分子量及び数平均(Mn)分子量を決定し、(Mw/Mnとして計算される)MWDを決定する。試料を、高温GPC装置(Polymer Laboratories,Inc.モデルPL220)で分析する。この方法は、水力学的体積の概念に基づく周知の一般的較正法を採用し、較正は、140℃のシステム温度で動作する4つのMixed A20μmカラム(Agilent(以前はPolymer Laboratory Inc.)製のPLgel Mixed A)とともに、狭ポリスチレン(PS)標準物質を用いて実施される。試料を、1,2,4−トリクロロベンゼン溶媒中「2mg/mL」の濃度で調製する。流量は1.0mL/分であり、注入サイズは100マイクロリットルである。
論じられるように、分子量決定は、それらの溶出体積と組み合わせて、(Polymer Laboratories製の)狭分子量分布ポリスチレン標準物質を使用することによって推定される。等価ポリエチレン分子量は、(Journal of Polymer Science,Polymer Letters,Vol. 6,(621)1968においてWilliams and Wardによって記載される)ポリエチレン及びポリスチレンの適切なマーク・ホーウィンク係数を用いて、以下の方程式を導出することによって決定される。
Mポリエチレン=a*(Mポリスチレン)
この方程式において、(Williams and Ward,J.Polym.Sc.,Polym.Let.,6,621(1968)において記載されるように)a=0.4316であり、b=1.0である。ポリエチレン等価分子量計算は、VISCOTEK TriSECソフトウェアバージョン3.0を使用して実行される。
示差走査熱量計(DSC)を使用して、ポリマー(例えば、エチレン系(PE)ポリマー)中の結晶化度を測定する。約5〜8mgのポリマー試料を計量し、DSCパンに配置する。蓋をパン上に圧着して、密閉雰囲気を確実にする。試料パンをDSCのセル内に配置し、次いで約10℃/分の速度で、PEの場合、180℃(ポリプロピレンまたは「PP」の場合、230℃)の温度まで加熱する。試料を、この温度で3分間保つ。次いで、試料を10℃/分の速度で、PEの場合、−60℃(PPの場合、−40℃)まで冷却し、この温度で3分間等温的に保つ。次いで、試料を10℃/分の速度で、完全に溶融するまで加熱する(第2の熱)。結晶化度の割合を、第2の熱曲線から決定した融解熱(H)を、PEの場合、292J/g(PPの場合、165J/g)の理論的融解熱で除し、この数に100を乗じて算出する(例えば、結晶化度%=(H/292J/g)×100(PEの場合))。
特に指定のない限り、各ポリマーの溶融点(複数可)(T)を第2の熱曲線(ピークTm)から決定し、結晶化温度(T)を第1の冷却曲線(ピークTc)から決定する。
高温熱勾配相互作用クロマトグラフィー測定は、市販の結晶化溶出分割装置(CEF)(Polymer Char,Spain)を使用するを使用して、高温熱勾配相互作用クロマトグラフィー(HT−TGIC、またはTGIC)測定を実施する(Cong,et al.,Macromolecules,2011,44(8),3062−3072)。単一のHypercarbカラム(100×4.6mm、部品番号35005−104646、Thermo Scientific)を分離に使用する。27ミクロンのガラスビーズ(カタログ番号GL01918/20−27um、MO−SCI Specialty Products,LLC,Rolla,MO,USA)で充填された、3インチの長さを有する「1/4インチ×3/16インチのID」ステンレス鋼カラムを、CEF装置の頂部オーブン上、IR検出器の前に設置する。実験パラメータは、150℃の頂部オーブン/移動ライン/針温度、160℃の溶解温度、2の溶解撹拌設定、0.400mLの試料充填体積、15秒間のポンプ安定時間、0.500mL/mの洗浄カラムのポンプ流量、0.300mL/分のカラム充填のポンプ流量、150℃の安定温度、3.0分間の安定時間(前、カラムへの充填前)、1.0分間の安定時間(後、カラムに充填した後)、5.0分間のSF(可溶性画分)時間、3.00℃/分の150℃から30℃までの冷却速度、0.00mL/分の冷却プロセス中の流量、2.00℃/分の30℃から150℃までの加熱速度、15分間の150℃での等温時間、0.500mL/分の溶出流量、140マイクロリットルの注入ループサイズである。
冷却プロセス中の流量は、グラファイトカラムの長さに従って調節することができ、全てのポリマー画分は、冷却サイクルの終了時、カラム上にとどまらなくてはならない。
試料を、ODCB中4.0mg/mlの濃度(以下に定義)で、120分間、160℃のPolymerCharオートサンプラーによって調製する。シリカゲル40(粒径0.2〜0.5mm、カタログ番号10181−3、EMD)を、160℃の真空オーブン中で使用前に約2時間乾燥させる。2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール(1.6グラム、BHT、カタログ番号B1378−500G、Sigma−Aldrich)及びシリカゲル40(5.0グラム)を、2リットルのオルト−ジクロロベンゼン(ODCB、99%無水等級、Sigma−Aldrich)に添加する。この「BHT及びシリカゲルを含有するODCB」を、これより「ODCB」と呼ぶ。このODCBに、乾燥窒素(N)を使用前に1時間注入する。
TGICデータを、PolymerChar(Spain)「GPC One」ソフトウェアプラットフォーム上で処理する。7.0mLのODCBを充填した10mLバイアル中、約4〜6mgのEicosane、14.0mgのイソタクチックホモポリマーポリプロピレンiPP(3.6〜4.0の多分散度、及びポリエチレン当量として報告される150,000〜190,000ダルトンの分子量Mw、及び3.6〜4.0の多分散度(Mw/Mn)、及び以下に明記される方法による158〜159℃でのDSC融解温度)、ならびに14.0mgのホモポリマーポリエチレンHDPE(ゼロのコモノマー含有量、ポリエチレン当量として報告される115,000〜125,000ダルトンのMw、及び2.5〜2.8の多分散度)の混合物によって、温度較正を実施する。溶解時間は160℃で2時間である。
較正プロセス(Eicosane溶出物及びHDPE溶出物の場合30℃〜150℃)は、以下のステップからなる。
(1)加熱速度に従って、溶出中の等温ステップのそれぞれについて溶出温度を外挿する(図8に実証)。
(2)遅延体積を計算する。IR測定チャネルクロマトグラム(y軸)に対応する温度(x軸)を移動させて、Eicosaneピーク最大値(y軸)が30.0℃での溶出温度と一致するようにする。遅延体積を、温度差(30℃−Eicosaneピーク最大値の実際の溶出温度)をこの方法の加熱速度で除し、次いで溶出流量を乗じて算出する。
(3)この同一の遅延体積調節によって記録された溶出温度を調節する。
(4)加熱速度を直線スケーリングして、観察されたHDPE基準が150.0℃の溶出ピーク最大温度を有する一方で、Eicosane溶出ピーク最大温度が30.0℃にとどまるようにする。
(5)ポリプロピレンのピーク温度は119.3〜120.2℃の範囲内で観察され、これは較正法の検証である。
TGICのポリマー試料のデータ処理を、以下に記載する。
溶媒ブランク(溶媒リザーバからのODCB)を、ポリマー試料と同一の実験条件で実施する。ポリマー試料のデータ処理は、各検出器チャネルについての溶媒ブランクの減算、較正プロセスに記載される温度外挿、較正プロセスから決定される遅延体積による温度の補償、及び較正の加熱速度から計算される、30℃〜150℃範囲に対する溶出温度軸の調節を含む。
クロマトグラム(IR−4検出器の測定チャネル)は、PolymerChar「GPC One」ソフトウェアと統合される。高溶出温度で、ピークが平坦なベースライン(ブランク減算クロマトグラムがおよそゼロ値)になり、可溶性画分(SF)の高温側で検出器信号の最小または平坦な領域になる場合、可視の差異から直線ベースラインを引く。
温度積分上限は、ピークが平坦なベースライン領域(ブランク減算クロマトグラムがおよそゼロ値)になる場合、可視の差異に基づいて確立される。温度積分下限は、ベースラインと可溶性画分を含むクロマトグラムとの交差点に基づいて確立される。
可溶性画分(SF)は、34.0℃以下で溶出する材料の重量パーセンテージとして定義される。
Figure 2017530217
高温液体クロマトグラフィーは、わずかな変更をもって、公開される方法に従って行われる(Lee,D.;Miller,M.D.;Meunier,D.M.;Lyons,J.W.;Bonner,J.M.;Pell,R.J.;Shan,C.L.P.;Huang,T.J.Chromatogr.A2011,1218,7173)。2つのShimadzu(Columbia,MD,USA)LC−20ADポンプを使用して、それぞれデカン及びトリクロロベンゼン(TCB)を送る。例えば、HTLCを、2009年12月21日出願の米国特許出願公開第2010−0093964号及び米国特許出願第12/643,111号に開示される方法に従って実行し得る。試料を、以下に記載する方法によって分析する。各ポンプを、10:1の固定流動分割器(部品番号:620−PO20−HS、Analytical Scientific Instruments Inc.,CA,USA)に接続する。分割器は、製造者によると、HO中、0.1mL/分で1500psiの圧力低下を有する。両方のポンプの流量を、0.115mL/分に設定する。分割後、デカン及びTCBの両方について、収集された溶媒を30分超秤量することによって決定される微流量は、0.01mL/分である。収集された溶出液の体積を、室温での溶媒の質量及び密度によって決定する。分離のために、微流量をHTLCカラムに送る。主流動を、溶媒リザーバに送り戻す。50−μL混合機(Shimadzu)を分割器の後に接続して、Shimadzuポンプからの溶媒を混合する。次いで、混合された溶媒を注入器またはWaters(Milford,MA,USA)GPCV2000のオーブン内に送る。Hypercarb(商標)カラム(2.1×100mm、5μm粒径)を、注入器と10口VICI弁(Houston,TX,USA)との間に接続する。弁は、2つの60μLの試料ループを備える。弁を使用して、溶出液を第1の寸法(D1)HTLCカラムから第2の寸法(D2)SECカラムへと連続サンプリングする。Waters GPCV2000のポンプ及びPLgel Rapid(商標)−Mカラム(10×100mm、5μm粒径)を、D2サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)のためにVICI弁に接続する。接続には、文献(Van der Horst,A.;Schoenmakers,P.J.J.Chromatogra. A2003,1000,693)に記載される対称的な構成を使用する。濃度、組成物、及び分子量を測定するために、二重角光散乱検出器(PD2040、Agilent,Santa Clara,CA,USA)及びIR5推測吸収検出器を、SECカラムの後に接続する。
HTLCの分離
バイアルを160℃で2時間、穏やかに振盪することによって、約30mgを8mLのデカン中に溶解させる。デカンは、ラジカルスカベンジャーとして400ppmのBHT(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェノール)を含有する。次いで、試料バイアルを、注入のため、GPCV2000のオートサンプラーに移動させる。オートサンプラー、注入器、Hypercarbカラム及びPLgelカラムの両方、10口VICI弁、ならびにLS検出器及びIR5の両方の温度を、分離を通して140℃に維持する。
注入前の初期条件は、以下の通りである。HTLCカラムの流量は、0.01mL/分である。D1Hypercarbカラム内の溶媒組成は、100%デカンである。SECカラムの流量は、室温で2.51mL/分である。D2PLgelカラム内の溶媒組成は、100%TCBである。D2SECカラム内の溶媒組成は、分離を通して変化しない。
311μLのアリコート試料溶液を、HTLCカラム内に注入する。注入は、以下に記載する勾配を引き起こす。
0〜10分まで、100%デカン/0%TCB、
10〜651分まで、TCBは、0%TCBから80%TCBまで直線的に増加する。
注入はまた、15°角度(LS15)での光散乱信号、ならびにEZChrom(商標)クロマトグラフィーデータシステム(Agilent)を用いる、IR5検出器からの「尺度」信号及び「メチル」信号(IR尺度及びIRメチル)の収集も引き起こす。検出器からのアナログ信号は、SS420Xアナログ−デジタル変換器を通してデジタル信号に変換される。収集周波数は10Hzである。注入はまた、10口VICI弁の切り換えも引き起こす。弁の切り換えは、SS420X変換器からの中継信号によって制御される。弁は、3分毎に切り換えられる。クロマトグラムは、0〜651分まで収集される。各クロマトグラムは、651/3=217SECクロマトグラムからなる。
勾配分離後、0.2mLのTCB及び0.3mLのデカンを使用して、次の分離のためにHTLCカラムを洗浄し、再平衡化する。このステップの流量は0.2mL/分であり、混合機に接続されたShimadzu LC−20ABポンプによって送られる。
HTLCのデータ分析
651分間の未加工のクロマトグラムをまず展開して、217SECクロマトグラムをもたらす。各クロマトグラムは、2D溶出体積の単位で0〜7.53mLである。次いで、積分限界を設定し、SECクロマトグラムは、スパイク除去、ベースライン補正、及び平滑化を受ける。このプロセスは、従来のSECにおける複数SECクロマトグラムのバッチ分析と同様である。ピークの左側(積分上限)及び右側(積分下限)の両方がゼロとしてベースラインにあることを確実にするために、全てのSECクロマトグラムの合計を目視検査する。さもなければ、積分限界を調節して、プロセスを反復する。
1〜217の各SECクロマトグラムnはHTLCクロマトグラムにおいてX−Yペアをもたらし、nは分数である。
=溶出体積(mL)=D1流量×n×t切り換え
式中、t切り換え=3分は、10口VICI弁の切り換え時間である。
Figure 2017530217
上記の方程式は、例としてIR尺度信号を使用する。得られたHTLCクロマトグラムは、溶出体積の関数としての、別個のポリマー成分の濃度を示す。正規化IR尺度HTLCクロマトグラムを図9に示し、YはdW/dVによって表わされ、これは溶出体積に関する正規化重量分率を意味する。
データのX−Yペアもまた、IRメチル信号及びLS15信号から得られる。IRメチル/IR尺度の比率を使用して、較正後の組成を計算する。LS15/IR尺度の比率を使用して、較正後の重量平均分子量(M)を計算する。
較正は、Lee et al.(同書)の手順に従う。高密度ポリエチレン(HDPE)、イソタクチックポリプロピレン(iPP)、ならびに20.0、28.0、50.0、86.6、92.0、及び95.8重量%Pのプロピレン含有量を有するエチレン−プロピレンコポリマーを、IRメチル/IR尺度較正のための標準物質として使用する。標準物質の組成を、NMRによって決定する。標準物質を、IR5検出器を有するSECによって送液する。標準物質の得られたIRメチル/IR尺度の比率を、それらの組成の関数としてプロットし、較正曲線を得る。
HDPE基準を、ルーチンLS15較正に使用する。基準のMを、GPCによって、LS検出器及びRI(屈折率)検出器を用いて、104.2kg/モルとして事前決定する。GPCは、GPCにおける標準物質としてNBS1475を使用する。この標準物質は、NISTによる52.0kg/モルの認証値を有する。7〜10mgの標準物質を、160℃の8mLのデカン中に溶解させる。溶液を、100%TCB中HTLCカラムに注入する。ポリマーを、0.01mL/分での一定100%TCB下で溶出させる。したがって、ポリマーのピークは、HTLCカラム空隙体積で出現する。較正定数Ωを、総LS15信号(ALS15)及び総IR尺度信号(AIR、尺度)から決定する。
Figure 2017530217
次いで、実験LS15/IR尺度比率を、Ωを通してMに変換する。
例として、3つのHTLCクロマトグラムを図9に示す。黒色のクロマトグラムは、比較BCN1(すなわち、CBCN1)のものである。赤色のクロマトグラムは、iPPとTAFMER(商標)P−0280(Mitsui Chemicalsから市販されているエチレン/アルファ−オレフィンコポリマー生成物)とのブレンドのものである。青色のクロマトグラムは、VERSIFY(商標)2400(The Dow Chemical Companyから市販されているプロピレン−エチレンコポリマー)とTAFMER(商標)P−0280とのブレンドのものである。破線は、iPP、VERSIFY(商標)2400、及びTAFMER(商標)P−0280の化学組成対それらの溶出体積の直線回帰適合である。VERSIFY(商標)2400は2つのピークを有することに留意されたい。主ピークの組成物及び溶出体積を、直線適合に使用する。3つのポリマーは全て、80,000ダルトンを超えるMを有する。
溶融粘度を、使い捨てのアルミニウム試料チャンバーを備えるブルックフィールドLaboratories DVII+粘度計を使用するASTM D−3236によって決定する。概して、30〜100,000センチポアズ(cP)の範囲内の粘度を測定するのに好適なSC−31スピンドルを使用する。粘度がこの範囲外である場合、ポリマーの粘度に好適である代替のスピンドルを使用するべきである。切刃を使用して、1インチ幅、5インチ丈の試料チャンバー内に適合するのに十分小さい小片に試料を分割する。使い捨ての管を、8〜9グラムのポリマーを用いて荷電する。試料をチャンバーに配置し、順番にブルックフィールドThermoselに挿入し、曲げられたラジオ・ペンチを用いて係止する。試料チャンバーは、底面上にノッチを有し、該ノッチは、ブルックフィールドThermoselの底面に適合して、スピンドルが挿入され、回転するとき、チャンバーが回転することを可能にするということを保証する。試料を、所望の温度(177℃/350°F)まで加熱する。粘度計機器を低下し、スピンドルは、試料チャンバー内に浸水した。粘度計上のブラケットがThermosel上で調整するまで低下を継続する。粘度計を作動し、40〜70パーセントの範囲内でトルク読み出しをもたらすせん断率を設定する。読み出しを約15分間、または値が安定するまで1分毎に行い、次いで最終読み出しを記録する。結果をミリパスカル秒またはmPa−sで記録する。
引っ張り特性を、前処理、温度、湿度、及び試験機速度の画定された条件下で試験されるとき、標準的ダンベル形試験標本の形態であるプラスチックの引っ張り特性の決定を包含するASTM D−638を使用して測定する。各試料のための少なくとも5つの標本を、等方性材料の場合において試験する。Practice D618のProcedure Aに従って全ての試験標本を条件付け、条件付けのために使用された同一の温度及び湿度で試験を実行する。次いで、試料寸法を、ノギスを使用して測定する。試験機(INSTRON(商標)など)を使用して、グリップを用いて標本の長軸を調整するように注意しながら、試験機のグリップに標本を配置することによって、伸長の機能として応力を検出する。材料の弾性率を、クラスB−2またはより良好な伸縮計を使用して決定される応力・ひずみ曲線の直線部分の勾配から決定する。ほとんどのプラスチックについて、この直線部分は非常に小さく、非常に急速に生じ、自動的に記録されなければならない。引っ張り強度は、平方メートル(平方インチ)での標本のゲージ長のセグメントにおける平均原断面積によって、ニュートン(重量ポンド)で最大荷重を除して算出する。破断点伸長率を、標本破壊の点で伸張(ゲージ長における変化)を読み出すことによって算出する。原ゲージ長によってその伸長を除し、100を乗じる。
切断点引っ張りを、ASTM D−638に従って測定する。破断点伸長を、ASTM D−638に従って測定する。
ポリプロピレン等価分子量計算は、Viscotek TriSECソフトウェアバージョン3.0を使用して実行される。
せん断接着破壊温度(SAFT)を、せん断モードで500グラム重を有するASTM D−4498に従って測定する。試験を室温(25℃/77°F)で開始し、オーブン温度を、0.5℃/分の平均速度で勾配する。標本ができなかった温度を記録する。
剥離接着破壊温度(PAFT)を、剥離モードで100グラム重を有するASTM D 4498に従って試験する。試験を室温(25℃/77°F)で開始し、オーブン温度を、0.5℃/分の平均速度で増加する。
SAFT及びPAFT試験のための試料を、40ポンドのクラフト紙の2つのシートを使用して調製し、該シートのそれぞれは約6×12インチ(152×305mm)の寸法である。底面上で、長く1インチ(25mm)の間隙によって分離されたシートを、マスキングテープなどの片側感圧テープの2つの1.75または2インチ(45または51mm)幅の条片に平行に接着する。試験されるべき接着剤試料を、177℃(350°F)まで加熱し、接着剤が均一に少量ずつに、テープ条片間に形成された隙間の中部に上下の方向に、塗布される。次いで、接着剤が過度に厚くなり得る前に、2つのガラス棒をシートの長さに沿って下へ押し込み、その中の1つの棒を、直接テープ上に乗せ、同一のテープの条片により間隔の両側上にシムを装着し、その後ろに第2の棒及び(2つの棒との間の)紙の第2のシートを押し込む。これは、第1の棒が、テープ条片との間の間隔で接着剤を均一に広げ、第2の棒が、間隔の頂部にわたって、かつテープ条片の頂部で第2のシートを均一に圧縮する方法で行われる。したがって、2つのテープ条片との間で試料接着剤の単一の1インチ幅の条片は作り出され、紙シートを結合する。そのように結合されたシートを、1インチ幅及び約3インチの長さの条片に横方向に切断し、各条片は、中心に1×1インチ(25×25mm)接着剤試料結合を有する。次いで、所望される場合、SAFTまたはPAFTで条片を使用し得る。
内部がひだ状の厚紙を使用するHMAの繊維引裂率(FT)−繊維引裂通常厚紙基板率を、標準化方法に従って決定する。接着剤のビーズは、OLINGERボンドテスターを使用して厚紙クーポン(5×6cm)上に適用され、第2のクーポンは、接着剤の頂部にすぐに配置される。約3秒間の軽い指圧を適用して、所定の位置で結合を保持する。試料を、室温(23℃)及び50%の相対湿度で少なくとも4時間条件付けする。次いで、試料を、試験温度で5時間〜24時間条件付けする。試料(n=5)を、手で引き裂き、破壊モード(繊維引裂、凝集破壊、接着剤破壊)を記録する。
ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)システムは、Polymer Laboratories Model PL−210またはPolymer Laboratories Model PL−220装置のいずれかからなる。カラム及びカルーセル区画を140℃で操作する。3つのPolymer Laboratories10ミクロンMixed−Bカラムを使用する。溶媒は、1,2,4トリクロロベンゼンである。試料を、200ppmのブチル化ヒドロキシトルエン(BHT)を含有する50ミリリットルの溶媒中の0.1グラムのポリマーの濃度で調製する。試料を、160℃で2時間軽く攪拌することによって調製する。使用される注入量は、100マイクロリットルであり、フローレートは、1.0ml/分である。
GPCカラムカラムセットの較正は、個々の分子量間に少なくとも10進分離で6つの「カクテル」混合物に配置される580〜8,400,000の範囲である分子量を有する21の狭分子量分布ポリスチレン標準物質を用いて実施する。標準物質を、Polymer Laboratories(Shropshire,UK)から購入する。ポリスチレン標準物を、1,000,000以上の分子量のために50ミリリットルの溶媒中0.025グラム、及び1,000,000未満の分子量のために50ミリリットルの溶媒中0.05グラムで調製する。ポリスチレン標準物を、80℃で30分間穏やかに撹拌しながら溶解する。狭標準混合物を最初に泳動させ、最も高い分子量成分が減少する順序で、解重合を最小にする。ポリスチレン標準物ピーク分子量を、以下の等式を使用してポリエチレン分子量に変換する(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)において記載される通りである):Mポリプロピレン=0.645(Mポリスチレン)。
複合材料形成のための材料
触媒−1([[rel−2’,2’’’−[(1R,2R)−1,2−シルコヘキサンジイルビス(メチレンオキシ−κO)]ビス[3−(9H−カルバゾール−9−イル)−5−メチル[1,1’−ビフェニル]−2−オラト−κO]](2−)]ジメチル−ハフニウム)及び共触媒−1、実質的に米国特許第5,919,9883号、実施例2に開示されるように、長鎖トリアルキルアミン(Armeen(商標)M2HT、Akzo−Nobel,Inc.から入手可能)、HCl及びLi[B(C]の反応によって調製されたテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレートのメチルジ(C14−18アルキル)アンモニウム塩の混合物は、Boulder Scientificから購入し、さらに精製することなく使用する。
CSA−1(ジエチル亜鉛またはDEZ)及び共触媒−2(修飾メチルアルモキサン(MMAO))を、Akzo Nobelから購入し、さらに精製することなく使用する。
溶媒は、ExxonMobil Chemical Companyから得ることができる炭化水素混合物(ISOPAR(登録商標)E)であり、13−X分子ふるいの床を通して使用前に精製される。
結晶性ブロック複合材料1(以下の表1内CBC1)を、(溶液パイロット施設において)連続して接続された2つの連続撹拌槽反応器(CSTR)を用いてそれぞれ調製する。各反応器は、液圧的に満たされ、定常状態条件で動作するように設定されている。モノマー、溶媒、触媒−1、共触媒−1、共触媒−2、及びCSA−1は、表1に概要を述べるプロセス条件に従って、第1の反応器へと流動する。次いで、表1に記載される第1の反応器の内容物が、連続して第2の反応器へと流動する。追加の触媒−1、共触媒−1、及び共触媒−2が、第2の反応器に添加される。
Figure 2017530217
CBCに関して、結晶性ブロック複合材料指数(CBCI)は、以下の表2に示される方法に基づいて、0.634であると測定される。具体的には、ジブロック中のCEB対CAOBの比率が、結晶性ブロック複合材料全体における結晶性エチレン対結晶性アルファ−オレフィンの比率と同一であるという仮定の下、CBCIは、結晶性ブロック複合材料中のブロックコポリマーの量の推定を提供する。この仮定は、個々の触媒の動力学、及び本明細書に記載される鎖シャトリング触媒作用を介したジブロックの形成のための重合機構についての理解に基づいて、これらの統計学的オレフィンブロックコポリマーについて妥当である。このCBCI分析は、ポリマーがプロピレンホモポリマー(この例ではCAOP)とポリエチレン(この例ではCEP)との単純ブレンドである場合、単離されたPPの量は、未満であることを示す。したがって、ポリエチレン画分は、ポリマーが単純にポリプロピレンとポリエチレンとのブレンドである場合、さもなければ存在しない、認識可能な量のプロピレンを含有する。この「超過プロピレン」を説明するために、質量バランス計算を実施して、ポリプロピレン画分及びポリエチレン画分の量、ならびにHTLCによって分離された画分のそれぞれに存在するプロピレン重量%から、CBCIを推定することができる。
CBCIを以下に基づいて算出する。
Figure 2017530217
上記の表2を参照すると、結晶性ブロック複合材料指数(CBCI)は、まず(全ポリマーの)全体的プロピレン/C3重量%をもたらす以下の方程式1に従って、ポリマー中の各成分からプロピレン重量%の合計を決定することによって測定される。この質量バランス方程式を使用して、ジブロックコポリマー中に存在するiPP及びPEの量を定量化することができる。この質量バランス方程式を使用して、2成分ブレンド(または、3成分ブレンドもしくはn成分ブレンドに延長される)中のiPP及びPEの量も定量化することができる。CBCについて、iPPまたはPEの全体量は、ジブロック中に存在するブロック中、ならびに未結合のiPPポリマー及びPEポリマー中に含有される。
C3重量%全体=wpp(C3重量%PP)+wPE(C3重量%PE) 方程式1
式中、
pp=ポリマー中のPPの重量分率
PE=ポリマー中のPEの重量分率
C3重量%PP=成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
C3重量%PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
プロピレン(C3)の全体的重量%は、C13NMR、または全ポリマー中に存在するC3の総量を表すいくらかの他の組成物測定から測定されることに留意されたい。iPPブロック中のプロピレン重量%(C3重量%PP)は100に設定されるか、またはそのDSC融点、NMR測定、または他の組成物推定から別様に知られ、その値をその所定の位置に置くことができる。同様に、PEブロック中のプロピレン重量%(C3重量%PE)は100に設定されるか、またはそのDSC融点、NMR測定、または他の組成物推定から別様に知られ、その値をその所定の位置に置くことができる。
結晶性ブロック複合材料中のPP対PEの比率の計算:方程式1に基づいて、方程式2を用いて、ポリマー中に測定される総C3の質量バランスからポリマー中に存在するPPの全体的重量分率を計算することができる。あるいは、それはまた、重合中のモノマー及びコモノマー消費の質量バランスからも推定することができる。全体として、これは、それが未結合成分中に存在するか、ジブロックコポリマー中に存在するかにかかわらず、ポリマー中に存在するPP及びPEの量を表す。従来のブレンドについて、PPの重量分率及びPEの重量分率は、存在するPPポリマー及びPEポリマーの個々の量に対応する。結晶性ブロック複合材料について、PP対PEの重量分率の比率はまた、この統計学的ブロックコポリマー中に存在するPP及びPE間の平均ブロック比率に対応することが仮定される。
Figure 2017530217
式中、
PP=全ポリマー中に存在するPPの重量分率
C3重量%PP=成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
C3重量%PE=PE成分またはブロック中のプロピレンの重量パーセント
結晶性ブロック複合材料中のジブロックの量を推定するために、方程式3〜5を適用し、HTLC分析によって測定される単離されたPPの量を使用して、ジブロックコポリマー中に存在するポリプロピレンの量を決定する。HTLC分析においてまず単離または分離された量は「未結合のPP」を表し、その組成物は、ジブロックコポリマー中に存在するPP硬質ブロックを代表するものである。方程式3の左側に全ポリマーの全体的C3重量%を、方程式3の右側に(HTLCから単離された)PPの重量分率及び(HTLCにより分離された)PEの重量分率を置換することによって、方程式4及び5を用いてPE画分中のC3の重量%を計算することができる。PE画分は、未結合のPPから分離された画分として記載され、ジブロック及び未結合PEを含有する。単離されたPPの組成物は、すでに記載したiPPブロック中のプロピレン重量%と同一であることが仮定される。
C3重量%全体=w単離されたPP(C3重量%PP)+wPE−画分(C3重量%PE−画分) 方程式3
Figure 2017530217
PE−画分=1−w単離されたPP 方程式5
式中、
単離されたPP=HTLCから単離されたPPの重量分率
PE−分率=ジブロック及び未結合のPEを含有する、HTLCから分離されたPEの重量分率
C3重量%PP=PP中のプロピレンの重量%、これはまたPPブロック中及び未結合のPP中に存在するのと同一の量のプロピレンでもある
C3重量%PE−画分=HTLCによって分離されたPE−画分中のプロピレンの重量%
C3重量%全体=全ポリマー中の全体的プロピレン重量%
HTLCからのポリエチレン画分中のC3重量%の量は、「未結合のポリエチレン」中に存在する量を超えるブロックコポリマー画分中に存在するプロピレンの量を表す。ポリエチレン画分中に存在する「追加の」プロピレンを説明するために、この画分中にPPを存在させる唯一の方法は、PPポリマー鎖がPEポリマー鎖に接続されること(さもなければ、それは、HTLCによって分離されたPP画分で単離される)である。したがって、PPブロックは、PE画分が分離されるまで、PEブロックによって吸着されたままとどまる。
ジブロック中に存在するPPの量は、方程式6を用いて計算される。
Figure 2017530217
式中、
C3重量%PE−画分=HTLCによって分離されたPE−画分中のプロピレンの重量%(方程式4)
C3重量%PP=(すでに定義した)PP成分またはブロック中のプロピレンの重量%
C3重量%PE=(すでに定義した)PE成分またはブロック中のプロピレンの重量%
PP−ジブロック=HTLCによってPE画分で分離されたジブロック中のPPの重量分率
このPE画分中に存在するジブロックの量は、PPブロック対PEブロックの比率が、全ポリマー中に存在するPP対PEの全体的比率と同一であると仮定することによって推定することができる。例えば、全ポリマー中のPP対PEの全体的比率が1:1である場合、ジブロック中のPP対PEの比率も1:1であると仮定される。したがって、PE画分中に存在するジブロックの重量分率は、ジブロック中のPPの重量分率(wPP−ジブロック)に2を乗じたものである。これを計算するための別の方法は、ジブロック中のPPの重量分率(wPP−ジブロック)を、全ポリマー中のPPの重量分率で除することによるものである(方程式2)。
全ポリマー中に存在するジブロックの量をさらに推定するために、PE画分中のジブロックの推定量に、HTLCから測定されたPE画分の重量分率を乗じる。結晶性ブロック複合材料指数を推定するために、ジブロックコポリマーの量を、方程式7によって決定する。CBCIを推定するために、方程式6を用いて計算されるPE画分中のジブロックの重量分率を(方程式2において計算される)PPの全重量分率で除し、次いで、PE画分の重量分率を乗じる。CBCIの値は0〜1の範囲であり得、1は100%のジブロックに等しく、ゼロは従来のブレンドまたはランダムコポリマーなどの材料のものである。
Figure 2017530217
式中、
PP−ジブロック=HTLCによってPE−画分で分離されたジブロック中のPPの重量分率(方程式6)
PP=ポリマー中のPPの重量分率
PE−画分=ジブロック及び未結合のPEを含有する、HTLCから分離されたPEの重量分率(方程式5)
以下の表3を参照すると、得られるCBCは、以下の特性を有する。
Figure 2017530217
CBCは、結晶性EP中に10.5重量%のプロピレン、及びPPブロック中に99重量%のプロピレンを有する結晶性ポリエチレン/ポリプロピレン(EP)及び結晶性ポリプロピレン(PP)ジブロックコポリマーである。
さらにCBCIに関して、得られるCBCは、以下の特性を有する。
Figure 2017530217
ブレンド組成物
AFFINITY(商標)GA1900は、0.870g/ccの密度の典型的な特性を有するエチレン系ポリマー、8,200cPのブルックフィールド粘度(177℃)、1,000g/10分(190℃/2.16kg)のメルトインデックス、15.8%の結晶化度([J/gでの融解熱]/[292J/g])、68℃のDSC融点、−58℃のガラス転移温度、及び68℃の融解温度である(The Dow Chemical Companyから入手可能である)。
VERSIFY(商標)4200は0.876g/ccの密度の典型的な特性を有するプロピレン系ポリマー、25g/10分(230℃/2.16kg)のメルトフローレート、29%の結晶化度([J/gでの融解熱]/[292J/g])、94のショアA硬度(ASTM D−2240)、及び−26℃のガラス転移温度である(The Dow Chemical Companyから入手可能である)。
例示的なブレンドを、以下の表5に示す。実施例1〜4は、CBC、エチレン系ポリマー、及びプロピレン系ポリマーを含む(一方で、エチレン系ポリマーは、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーの総重量に基づいて30重量%を超える量で存在する)。比較実施例A〜Cは、CBC及び/またはプロピレン系ポリマーを除外する。比較実施例D及びEは、30重量%のエチレン系ポリマーを含む。
Figure 2017530217
図1、2、及び3を参照すると、CBC(5%及び10%)をブレンドの中に組み込むことによって、エチレン系AFFINITY(商標)GAとプロピレン系VERSIFY(商標)との間の相溶性が改善する。これは、CBCの存在下で、エチレン系エラストマー及びプロピレン系エラストマーのより微細な分散によって観察される。より良好な分散及び相溶性が、溶融状態処理及び固体状態特性の両方のためのより均一で安定性のある接着剤配合、及び/または適用中に一定の粘度を有する安定性のある接着剤配合、ならびに一定の接着力、引っ張り、耐熱性、及び曲げ特性をもたらし得るため、より良好な分散及び相溶性が望ましい。
破断点引っ張り応力及び破断点引っ張りひずみを、表5内実施例及び比較実施例に基づいて、ASTM D−638に従って測定する。以下の表6を参照すると、CBCが含まれ、エチレン系ポリマーの量が、エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーの混合物の総重量に基づいて30重量%超であるとき、引っ張り応力及び引っ張りひずみの両方における改善が見られる。
Figure 2017530217
表6を参照すると、CBCをブレンド中に組み込むことは、エチレン相とプロピレンエラストマー相との間の増加した相溶性の結果として、引っ張り強度において50%まで、かつ伸長において100%機械的特性をさらに改善し得る。
図4を参照すると、実施例は、CBCを含むはまた融解及び結晶化プロファイルにおける変化を実証する。具体的には、図4は、50/50重量%のAFFINITY(商標)GA1900、及び0重量%、5重量%、10重量%を有するVERSIFY(商標)4200ブレンドの示差走査熱量計(DSC)融解プロファイルを比較する。示されるように、CBCは、結晶化温度を増加させる。結晶化におけるそのような増加は、接着剤のためにより速い組立及び開放時間の短縮をもたらし得、低結晶化度ポリマー、特に結晶化するのが緩徐であるプロピレン−エチレンエラストマーにとって望ましい改善である。この改善は、ホットメルト包装において、接着剤用途のためのより良好な噴霧性及び/または繊維形成を可能にし得る。
ホットメルト接着剤組成物
ENGAGE(商標)8402は、0.902g/ccの密度を有するエチレン−オクテンコポリマー、30g/10分(190℃/2.16kg)のメルトインデックスである(The Dow Chemical Companyから入手可能である)。
使用されるポリプロピレンホモポリマー(hPP)は、0.90g/ccの密度、及び35g/10分(230℃/2.16kg)のMFRを有する(The Dow Chemical Companyら入手可能である)。
Eastotac(商標)H−115Rは、水素化炭化水素粘着付与樹脂である(Eastmanから入手可能である)。
Sasolwax H1は、ワックスである(SASOLから入手可能である)。
Irganox(登録商標)1010(AO1)は、ペンタエリスリトールテトラキス(3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート)系酸化防止剤である(BASF Chemicalから入手可能である)。
以下のホットメルト接着剤ブレンドは、(CBC、エチレン系ポリマーとしてのAFFINITY(商標)GA1900、プロピレン系ポリマーとしてのVERSIFY(商標)4200の様々な組み合わせ、及び/またはENGAGE(商標)8402、ならびに比較としてのhPPの組み合わせを含む)40重量%のポリマー部分、35重量%のEastotac(商標)H−115R粘着付与樹脂、24.5重量%のSasolwax H1ワックス、及び0.5重量%ppmのAO1の総量を含む。
Figure 2017530217
(i)実施例5は、5重量%のCBC、28重量%のAFFINITY(商標)GA1900、及び7重量%のVERSIFY(商標)4200を含む。(ii)比較Fは、[CBCの代わりに]2.5重量%のENGAGE(商標)8402コポリマー及び2.5重量%のhPP、28重量%のAFFINITY(商標)GA1900、ならびに7重量%のVERSIFY(商標)4200を含む。(iii)比較実施例Gは、28重量%のAFFINITY(商標)GA1900、及び12重量%のVERSIFY(商標)4200を含む[あらゆるCBCを除外する]。(iv)比較実施例Hは、40重量%のAFFINITY(商標)GA1900を含む。
SAFTは、試験方法下で上記の莫大な接着破壊温度試験を指す。PAFTは、試験方法下で上記の剥離接着破壊温度試験を指す。繊維引裂率は、試験方法下で上記の繊維引裂通常厚紙基板率試験を指す。繊維引裂率試験を、3つの異なる温度、−17℃、室温(約20〜23℃)、及び60℃で実施する。
表7を参照すると、実施例5におけるAFFINITY(商標)GA1900/VERSIFY(商標)4200ブレンドへの5%のCBCの追加は、比較実施例G〜Hと比較して、接着剤性能、すなわち、引っ張り、伸長、SAFT、PAFT、及び/または繊維引裂率を著しく改善する。さらに、実施例5は、たとえ60℃の高温及び−17℃の低温であっても、大きい温度範囲にわたって繊維引裂率に関して良好な性能を呈する。したがって、CBCは、ホットメルト接着剤組成物において、AFFINITY(商標)GA1900などのエチレン系ポリマーと、VERSIFY(商標)4200などのプロピレン系ポリマーとの間の相溶性を改善する。

Claims (10)

  1. ホットメルト接着剤組成物であって、
    (A)エチレン系ポリマー及びプロピレン系ポリマーを含む20〜95重量%のポリマー成分であって、前記エチレン系ポリマーが、前記ポリマー成分の総重量に基づいて30重量%を超える量で存在する、ポリマー成分と、
    (B)1〜60重量%の結晶性ブロック複合材料であって、
    (1)結晶性エチレン系ポリマー、
    (2)C3−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来する結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー、及び
    (3)90重量%以上のエチレンに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性エチレンブロックを含み、かつ90重量%以上のC3−10α−オレフィンのうちの少なくとも1つに由来する単位を含む10〜90重量%の結晶性アルファ−オレフィンブロックを含む、ブロックコポリマーを含む、結晶性ブロック複合材料と、
    (C)任意に、0超〜70重量%の粘着付与剤と、
    (D)任意に、0超〜40重量%の、ワックス及び油の群から選択される少なくとも1つと、を含む、ホットメルト接着剤組成物。
  2. 前記結晶性アルファ−オレフィン系ポリマー及び前記結晶性アルファ−オレフィンブロックが、プロピレンに由来する、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  3. 前記結晶性ブロック複合材料の結晶性ブロック複合材料指数が、0.2超〜1.0未満である、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  4. 前記結晶性ブロック複合材料が、ポリエチレン−イソタクチックポリプロピレン(PE−iPP)ジブロックポリマーである、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  5. 前記エチレン系ポリマーが、0.850g/cc〜0.900g/ccの密度及び200g/10分〜3,000g/10分のメルトインデックスを有する、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  6. プロピレン系ポリマーが、0.870g/cc〜0.910g/ccの密度及び1g/10分〜200g/10分のメルトフローレートを有し、プロピレン系ポリマーの前記密度が、前記エチレン系ポリマーの前記密度よりも高い、請求項5に記載のホットメルト接着剤組成物。
  7. 前記エチレン系ポリマーの量が、前記ポリマー成分の前記総重量に基づいて40重量%〜60重量%である、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  8. ポリマー成分及び前記結晶性ブロック複合材料の合計重量が、前記ホットメルト接着剤組成物の総重量に基づいて30重量%〜60%であり、
    前記粘着付与剤が、前記ホットメルト接着剤組成物の前記総重量に基づいて20重量%〜40重量%の量で存在し、
    ワックスが、前記ホットメルト接着剤組成物の前記総重量に基づいて15重量%〜30重量%の量で存在する、請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物。
  9. 請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物を含む、包装用接着剤。
  10. 請求項1に記載のホットメルト接着剤組成物を含む、製本用接着剤。
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