JP2007119609A - ポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体 - Google Patents

Abstract

【課題】引張強度、曲げ強度、衝撃強度に優れるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体を提供すること。
【解決手段】ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）を９９〜２０重量％、および、無機繊維または合成繊維（Ｂ）を１〜８０重量％含有するポリアルキレンカーボネート樹脂組成物（ただし、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）と無機繊維または合成繊維（Ｂ）の合計を１００重量％とする）。
【選択図】なし

Description

本発明は、引張強度、曲げ強度、衝撃強度に優れるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体に関する。

近年、環境に与える負荷が低い合成樹脂の一つとして、二酸化炭素を原料とするポリアルキレンカーボネート樹脂が注目を集めている。ポリアルキレンカーボネート樹脂を成形加工することによって、種々の成形材料として使用するためには、引張強度、曲げ強度、衝撃強度といった機械的強度を高める必要があり、種々の手段が検討されている。例えば、非特許文献１には、ポリプロピレンカーボネート樹脂に炭酸カルシウムを配合してなる樹脂組成物が記載されている。また、非特許文献２には、ポリプロピレンカーボネート樹脂にリグノセルロース繊維を配合してなる樹脂組成物が記載されている。

「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス パートＢ ポリマーフィジックス（Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics）」、Ｖｏｌ．４１、２００３年、ｐ．１８０６―１８１３ 「ジャーナル・オブ・ポリマー・サイエンス パートＢ ポリマーフィジックス（Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics）」、Ｖｏｌ．４２、２００４年、ｐ．６６６―６７５

しかしながら、非特許文献１または非特許文献２に記載された方法によって得られたポリプロピレンカーボネート樹脂組成物では、引張強度や曲げ強度において十分であるとはいえず、さらなる機械的強度の改良が求められていた。
かかる状況の下、本発明が解決しようとする課題、すなわち、本発明の目的は、引張強度、曲げ強度、衝撃強度に優れるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体を提供することにある。

すなわち、本発明は、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）を９９〜２０重量％、および、無機繊維または合成繊維（Ｂ）を１〜８０重量％含有するポリアルキレンカーボネート樹脂組成物（ただし、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）と無機繊維または合成繊維（Ｂ）の合計を１００重量％とする）に関するものである。

本発明によれば、引張強度、曲げ強度、衝撃強度に優れるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物およびその成形体が提供される。

本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）とは、アルキレン基およびカーボネート基からなるアルキレンカーボネート構造を有する重合体である。アルキレンカーボネート樹脂としては、例えば、ポリエチレンカーボネート、ポリプロピレンカーボネート、ポリ（１，２−ジメチルエチレンカーボネート）、ポリブテンカーボネート、ポリイソブテンカーボネート、ポリペンテンカーボネート、ポリヘキセンカーボネート、ポリシクロペンテンカーボネート、ポリシクロヘキセンカーボネート、ポリシクロヘプテンカーボネート、ポリシクロオクテンカーボネート、ポリリモネンカーボネート等のアルキレンカーボネート等が挙げられる。
本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）として好ましくは、下記の式（１）で表される構造単位を５０〜７０モル％、および、式（２）で表される構造単位を３０〜５０モル％を含むポリアルキレンカーボネート樹脂（ただし、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）全体を１００モル％とする）である。

（上記の式（１）において、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表す。）
本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）としてより好ましくは、式（１）で表される構造単位１００モル％のうち、Ｒ²が炭素原子数１〜２０の炭化水素基である該構造単位を３０〜１００モル％含むポリアルキレンカーボネート樹脂であり、さらに好ましくはＲ¹が水素原子であり、かつ、Ｒ²がメチル基であるポリアルキレンカーボネート樹脂、つまり、ポリプロピレンカーボネート樹脂である。
また、本発明のアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）は、その分子鎖中にアルキレンエーテル構造を有していてもよく、分子鎖中のアルキレンエーテル構造が少ないほうが好ましい。

本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）の製造方法は特に限定されないが、例えば、アルキレンオキサイドと二酸化炭素を交互共重合させることにより得られる。または、環状カーボネートの開環重合によっても得ることができる。アルキレンオキサイドとして好ましくは、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、１，２−ジメチルエチレンオキサイド、ブテンオキサイド、イソブテンオキサイド、ペンテンオキサイド、ヘキセンオキサイド、シクロペンテンオキサイド、シクロヘキセンオキサイド、シクロヘプテンオキサイド、シクロオクテンオキサイド、リモネンオキサイド等が挙げられる。アルキレンオキサイドと二酸化炭素の共重合は、亜鉛、アルミニウム、コバルト等の金属錯体の存在下で行うことができる。

本発明における無機繊維または合成繊維（Ｂ）は、本発明におけるポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）と混合しうる繊維状の無機物質または合成繊維であれば特に制限はなく、無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、バサルト繊維、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。合成繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、芳香族ポリアミド繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊維（ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、超高分子量ポリエチレン繊維）、ポリ乳酸繊維、ビニロン繊維等が挙げられる。無機繊維または合成繊維（Ｂ）として好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、バサルト繊維であり、より好ましくは、ガラス繊維、炭素繊維である。

本発明における無機繊維または合成繊維（Ｂ）は、これら繊維を収束するために用いられる収束剤を配合することも可能である。収束剤には特に限定はなく、例えば、ポリオレフィン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、澱粉、植物油等が挙げられる。さらには、酸変性ポリオレフィン樹脂、表面処理剤、パラフィンワックス等の潤滑剤を配合することも可能である。

本発明における無機繊維または合成繊維（Ｂ）は、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）との濡れ性や接着性等を良好なものとするために、予め表面処理剤で処理されたものでもよい。表面処理剤としては、例えば、シラン系、チタネート系、アルミニウム系、クロム系、ジルコニウム系、ボラン系等の各種カップリング剤等が挙げられるが、好ましくはシラン系カップリング剤およびチタネート系カップリング剤であり、特に好ましくはシラン系カップリング剤である。
シラン系カップリング剤としては、例えば、トリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−フェニル−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−クロロプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。これらの中で好ましくは、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノシラン類である。無機繊維または合成繊維（Ｂ）を上記表面処理剤で処理する方法については特に限定はなく、従来慣用されている方法、例えば、水溶液法、有機溶媒法、スプレー法等の任意の方法を用いることができる。

本発明における無機繊維または合成繊維（Ｂ）の重量平均繊維長は、本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物から得られる成形体の機械的強度を向上させる観点から、好ましくは２ｍｍ以上であり、より好ましくは３ｍｍ以上である。また、本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物の製造および成形体の製造を容易にする観点から、好ましくは５０ｍｍ以下である。なお、上記の重量平均繊維長は、該樹脂組成物（Ａ）中における長さである。

本発明における無機繊維または合成繊維（Ｂ）の含有量は、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）と無機繊維または合成繊維（Ｂ）の合計を１００重量％とするとき、１〜８０重量％であり、好ましくは５〜７０重量％であり、より好ましくは１０〜６０重量％である。無機繊維または合成繊維（Ｂ）の含有量が１重量％を下回ると、機械的強度が十分向上しない場合があり、無機繊維または合成繊維（Ｂ）の含有量が８０重量％を上回ると、ポリアルキレンカーボネート樹脂組成物の製造および成形体の製造が困難となる場合がある。

本発明におけるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物には、その目的、効果を大きく阻害しない範囲で、必要に応じて、少なくとも１種の他の熱可塑性樹脂を配合してもよい。他の熱可塑性樹脂としては、例えば、プロピレン系樹脂、エチレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂，全芳香族ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂、全芳香族ポリアミド樹脂、ＡＳ樹脂、ＡＢＳ樹脂、塩化ビニル樹脂、メタクリル樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリヒドロキシブチレート樹脂、ポリカプロラクトン樹脂、ポリアルキルサクシネート樹脂、ポリビニールアルコール樹脂、酢酸セルロース樹脂、キトサン樹脂等が挙げられる。

本発明におけるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物には、その目的、効果を大きく阻害しない範囲で造核剤や結晶化促進剤を配合することが可能である。また、目的に応じ所望の特性を付与するため、一般に熱可塑性樹脂に添加される公知の物質、例えば、酸化防止剤、耐熱安定剤、中和剤、紫外線吸収等の安定剤、気泡防止剤、難燃剤、難燃助剤、分散剤、帯電防止剤、滑剤、シリカ等のアンチブロッキング剤、染料や顔料等の着色剤、ゴム、可塑剤等をさらに配合することも可能である。また、ガラスフレーク、マイカ、ガラス粉、ガラスビーズ、タルク、クレー、アルミナ、カーボンブラック、ウォルスナイト等の板状、粉粒状の無機化合物またはウィスカー等を適当量併用してもよい。

本発明におけるポリアルキレンカーボネート樹脂組成物を製造する方法は、公知の各種方法が採用可能である。ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）、無機繊維または合成繊維（Ｂ）、必要に応じて上記各種添加剤を任意の順序で、ヘンシェルミキサー、リボンブレンダー、ブレンダー等により混合して均一な混合物とした後、該混合物を溶融混練する方法やプルトルージョン成形法を挙げることができる。溶融混練の手段としては、バンバリーミキサー、プラストミル、ブラベンダープラストグラフ、一軸または二軸押出機等の従来公知の溶融混練手段を広く採用可能である。プルトルージョン成形法は、基本的には連続した繊維束を引きながら樹脂を含浸するものであり、樹脂のエマルジョン、サスペンジョンまたは溶液を入れた含浸液の中に繊維束を通し含浸する方法、樹脂の粉末を繊維束に吹き付けるか粉末を入れた槽の中に繊維束を通し繊維に樹脂を付着させたのち樹脂を溶融して含浸する方法、クロスヘッドの中を繊維束を通しながら押出機等からクロスヘッドに樹脂を供給し含浸する方法等が知られているが、本発明においてはかかる公知の方法がいずれも利用できる。

かかるごとくして得られる本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物の形状に制約はなく、ストランド状、シート状、平板状またはストランドを適当な長さに裁断したペレット状等任意の形状が可能である。特に成形加工の容易な射出成形への適用のため、長さ２〜５０ｍｍのペレット状組成物にするのが好ましい。

本発明の成形体は、本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物から得られる成形体である。

本発明のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物から本発明の成形体を得る方法としては、例えば、射出成形法、圧縮成形法、射出圧縮成形法、ガス注入射出成形法、発泡射出成形法、インフレーション法、Tダイ法、カレンダー法、ブロー成形法、真空成形、圧空成形等が挙げられる。特に汎用的な射出成形に供した場合、成形品中において無機繊維または合成繊維（Ｂ）が重量平均繊維長２ｍｍ以上で分散した成形品とするのが好ましく、これにより高度の機械的強度を保持した成形品とすることができる。

本発明の成形体の用途としては、例えば、自動車の部品、各種電気製品の部品、各種機械の部品、構造物の部品等が挙げられる。
自動車の部品としては、例えば、フェンダー、オーバーフェンダー、グリルガード、カウルルーバー、ホイールキャップ、サイドプロテクター、サイドモール、サイドロアスカート、フロントグリル、サイドステップ、ルーフレール、リアスポイラー、バンパー、テールゲート、インパネロア、トリム、バックドア、ドアモジュール、バンパービーム、クーリングファン、ファンシュラウド、ランプハウジング、カーヒーターケース、ヒューズボックス、エアクリーナーケース、フロントエンドモジュール、ネジ等が挙げられ、各種電気製品の部品としては、例えば、電動工具、カメラ、ビデオカメラ、電子レンジ、電気釜、ポット、掃除機、パーソナルコンピューター、複写機、プリンター、ＦＤＤ、ＣＲＴの機械ハウジング等が挙げられ、各種機械の部品としてはポンプケーシング、ネジ等が挙げられ、構造物の部品としては、例えば、タンク、パイプ、建築用型枠等が挙げられる。

以下実施例により本発明を説明するが、これらは単なる例示であり、本発明を逸脱しない限りこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例］
実施例における評価用サンプルの製造方法について以下に示す。
（１）評価用サンプルの製造方法
評価用サンプルは下記条件で成形した。
評価用サンプルの射出成形は、日本製鋼所製成形機（Ｊ２８ＳＣ）を使用した。
型締力 ：２７０ｋＮ
成形は、下記の条件でサンプルを成形した。
シリンダー温度：２００℃
金型温度 ：２０℃
背圧 ：０．５ＭＰａ
次に実施例および比較例における評価方法について以下に示す。
（１）引張強度（単位：ＭＰａ）
下記条件で測定した。
測定温度 ：２３℃
サンプル形状：ＪＩＳ１号小型ダンベル（２ｍｍ厚）
引張速度 ：１０ｍｍ／分
（２）曲げ強度（単位：ＭＰａ）
下記条件にて測定した。
測定温度 ：２３℃
サンプル形状：１２．７×８０ｍｍ（４ｍｍ厚）
スパン ：６４ｍｍ
引張速度 ：２ｍｍ／分
（３）ＩＺＯＤ衝撃強度（単位：ｋＪ／ｍ²）
下記条件にて測定した。
測定温度 ：２３℃
サンプル形状：１２．７×６５ｍｍ（４ｍｍ厚）［Ｖノッチあり］
なお、実施例と比較例に用いたサンプルの組成を表１に示した。
実施例１
表１に記載した配合比で、ポリプロピレンカーボネート樹脂（商品名：ＥＭＰＯＷＥＲ社製ＱＰＡＣ４０）とガラス繊維（繊維径１３μｍ，商品名：旭ファイバーグラス社製ＦＴ１７０Ａ）均一に混合した後、二軸混練押出機（商品名：テクノベル社製ＫＺＷ１５−４５ＭＧ，同方向回転型スクリュー１５ｍｍ×４５Ｌ／Ｄ）を用いて、設定温度１８０℃、スクリュー回転数５００ｒｐｍの条件で溶融混練して、ペレットを得た。
得られたペレットを、日本製鋼所製成形機（Ｊ２８ＳＣ）で射出成形し、射出成形されたサンプルの引張強度、曲げ強度、ＩＺＯＤ衝撃強度を測定し、その評価結果を表１に示した。
比較例１
ポリプロピレンカーボネート樹脂（商品名：ＥＭＰＯＷＥＲ社製 ＱＰＡＣ４０）を、日本製鋼所製成形機（Ｊ２８ＳＣ）で射出成形し、射出成形されたサンプルの引張強度、曲げ強度、ＩＺＯＤ衝撃強度を測定し、その評価結果を表１に示した。

Ａ−１：ポリプロピレンカーボネート樹脂（商品名：ＥＭＰＯＷＥＲ社製 ＱＰＡＣ４０）
Ｂ−１：ガラス繊維（商品名：旭ファイバーグラス社製ＦＴ１７０Ａ）

Claims (5)

1. ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）を９９〜２０重量％、および、無機繊維または合成繊維（Ｂ）を１〜８０重量％含有するポリアルキレンカーボネート樹脂組成物（ただし、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）と無機繊維または合成繊維（Ｂ）の合計を１００重量％とする）。
2. ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）が、下記の式（１）で表される構造単位を５０〜７０モル％、および、式（２）で表される構造単位を３０〜５０モル％含むポリアルキレンカーボネート樹脂（ただし、ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）全体を１００モル％とする）である請求項１記載のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物。
   

   

   
   

   

   （上記の式（１）において、Ｒ¹およびＲ²はそれぞれ独立に水素原子または炭素原子数１〜２０の炭化水素基を表す。）
3. ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）が、式（１）で表される構造単位１００モル％のうち、Ｒ²が炭素原子数１〜２０の炭化水素基である該構造単位を３０〜１００モル％含むポリアルキレンカーボネート樹脂である請求項２記載のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物。
4. ポリアルキレンカーボネート樹脂（Ａ）が、Ｒ¹が水素原子であり、かつ、Ｒ²がメチル基であるポリアルキレンカーボネート樹脂である請求項２記載のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載のポリアルキレンカーボネート樹脂組成物から得られる成形体。