JP2007517128A - 充填複合材 - Google Patents

Abstract

少なくとも１種の熱可塑性オレフィン、無水マレイン酸、およびグラスバブルを含んでなる充填熱可塑性樹脂複合材。

Description

本願は２００３年１２月３０日に出願された米国仮特許出願第６０／５３３，３４８号明細書の優先権を主張するものである。

本発明は、充填熱可塑性樹脂複合材に関する。

充填材を熱可塑性樹脂組成物に組み込んで、例えばその密度を下げるなどのその得られる組成物（多くの場合「複合材」または「充填複合材」と呼ばれる）の物性を調節すること、あるいは相対的に高価な樹脂の割合をより安価な材料で下げることでコストを低減することは周知である。知られている充填材の例としては固体微粒子（例えば二酸化チタニウム、ガラスなど）が挙げられる。また、中空粒子例えば中空ガラス球を用いることも知られている。多くの場合、グラスバブルを用いることで、最終の複合材の密度を下げることに成功してきたが、ほとんどの場合、グラスバブルが複合材の操作の際に圧壊され、これによって所望の密度の低減が損ねられる。また、グラスバブルを含有している樹脂複合材は、これまでにしばしば所望の物性例えば引張強度の望ましくない喪失を示してきた。非補強性充填材をポリマーに加えると、そのポリマー組成物の機械強度（引張、衝撃など）の低下を生じることは周知である。非補強性充填材は、アスペクト比（長さ／直径）が２未満の粒子と定義することができる。機械強度の喪失は、主に、充填材がポリマー鎖の乱れを引き起こしていること、およびポリマーと充填材とが非効率的に結合していることによるものと考えられている（この場合、結合強度は、ポリマー鎖そのものの引張強度よりも低いものとする）。

充填樹脂複合材の例示的な例は、米国特許第３，７６９，１２６号明細書（コーレック（Ｋｏｌｅｋ））、同第４，２４３，５７５号明細書（マイヤーら（Ｍｙｅｒｓ ｅｔ ａｌ．））、同第４，９２３，５２０号明細書（アンザイら（Ａｎｚａｉ ｅｔ ａｌ．））、および同第５，６９５，８５１号明細書（ワタナベら（Ｗａｔａｎａｂｅ ｅｔ ａｌ．））ならびに欧州特許出願第１，１４２，６８５号明細書（アケソン（Ａｋｅｓｓｏｎ））に開示されている。

本発明は、充填熱可塑性樹脂複合材を提供するものである。本発明の複合材は、引張強度と低減重量の驚くべき組み合せを提供するものである。本発明の複合材により提供される改良物性は、充填熱可塑性樹脂複合材を他では可能でなかった製品用途に用いることを可能にする。

簡潔にまとめると、典型的な実施形態では、本発明の複合材は、無水マレイン酸およびグラスバブルを含有している熱可塑性オレフィン（例えばポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー）を含んでなる。好ましくは、グラスバブルは、複合材の中に組み込まれる前に、シランカップリング剤またはチタネート系カップリング剤（例えば、アミノシラン例えばアミノプロピルトリエトキシシラン（「ＡＰＳ」）またはＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン）の少なくともひとつで処理されている。

典型的には、グラスバブルは、多くの押し出し操作に持ちこたえるために、少なくとも３，０００ＰＳＩの圧壊強度を示すべきである。一部の実施形態では、それらは、好ましくは、押し出し操作や射出成形操作に持ちこたえるために、少なくとも１８，０００ＰＳＩの圧壊強度を示すことになる。グラスバブルの強度は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ３１０２−７２；「中空グラス微細粒子の静圧崩壊強度（Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ Ｃｏｌｌａｐｓｅ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ Ｈｏｌｌｏｗ Ｇｌａｓｓ Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ）」により測定される。

本発明には、市販されている樹脂複合材用途用のグラスバブルを用いることができる。好ましくは、グラスバブルは、強度の高い種類のもの例えばスコッチライト（Ｓｃｏｔｃｈｌｉｔｅ（登録商標））グラスバルブズ（Ｇｌａｓｓ Ｂｕｂｂｌｅｓ）Ｓ６０ＨＳ（これはソーダ石灰ホウケイ酸ガラスである）である。このバブルは、１８，０００ｐｓｉの静水圧潰強度（ｉｓｏｓｔａｔｉｃ ｃｒｕｓｈ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）、０．６０ｇ／ｃｃの密度、および約３０ミクロンの平均直径をもっている。

本発明の複合材を用いて、熱可塑性ポリマーから物品を成形するための射出成形法、押出法、およびその他の公知の方法により、物品を製造することができる。

本発明を、以下の例示的実施例（これは、非限定的なものである）により、さらに説明する。特に断らない限り、全ての量は、重量部で表されている。

特に断らない限り、以下の調製物および試験方法を使用した。

試験方法
引張弾性率
引張弾性率はＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−６３８に従って決定し、Ｍｐａ単位で報告する。

極限引張弾性率
極限引張弾性率はＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−６３８に従って決定し、Ｍｐａ単位で報告する。

曲げ弾性率
曲げ弾性率はＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−７９０に従って決定し、Ｍｐａ単位で報告する。

極限曲げ強度
最終曲げ強度はＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−７９０に従って決定し、Ｍｐａ単位で報告する。

破断伸び
破断伸びはＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−６３８に従って決定し、％として報告する。

ノッチ付アイゾット衝撃強度
ノッチ付アイゾット衝撃強度はＡＳＴＭ Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄ Ｄ−２５６に従って決定し、Ｊ／ｃｍ単位で報告する。

密度
商品名「アキュピック１３３０ピクノメータ（ＡＣＣＵＰＹＣ １３３０ ＰＹＣＮＯＭＥＴＥＲ）」のジョージア州ノークロスのマイクロメリティクス（Ｍｉｃｒｏｍｅｒｉｔｉｃｓ，Ｎｏｒｃｒｏｓｓ，Ｇｅｏｒｇｉａ））から入手した完全自動気体置換型ピクノメータを用いて、射出成形された複合材の密度を、ＡＳＴＭ Ｄ−２８４０−６９、「中空微細球の平均真粒子密度（Ａｖｅｒａｇｅ Ｔｒｕｅ Ｐａｒｔｉｃｌｅ Ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ Ｈｏｌｌｏｗ Ｍｉｃｒｏｓｐｈｅｒｅｓ）」に従って決定した。

グラスバブルのシラン処理
ロスミキサー（Ｒｏｓｓ Ｍｉｘｅｒ）（ニューヨーク州ハーパーグのチャールズロス＆サン（Ｃｈａｒｌｅｓ Ｒｏｓｓ ＆ Ｓｏｎ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈａｕｐｐａｕｇｅ，ＮＹ）から販売されている）に、Ｎ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランの溶液（１５００ｇ；０．５重量％；商品名「Ａ１１２０」でニューヨーク州アルバニーのＯｓｉスペシャルティ（Ｏｓｉ Ｓｐｅｃｉａｌｔｉｅｓ，Ａｌｂａｎｙ，ＮＹ）から販売されている）を投入した。グラスバブル（商品名「Ｓ６０ＨＳ」で３Ｍ社（ミネソタ州セントポール（Ｓｔ．Ｐａｕｌ，ＭＮ）から販売されている）を中程度の混合速度でゆっくりと加え、この混合物を１５分間混合した。このあと得られたペースト状物をアルミニウムパンの中に注ぎ、一晩８０℃の強制空気オーブン中で乾燥させた。乾燥グラスバブルを１８０ミクロンスクリーンで篩にかけて、塊を除去した。

ポリプロピレン複合材の複合化と成形
グラスバブル用サイドフィーダーおよびペレット化付属装置が装着された二軸押出機（ベルストルフ・ウルトラ・グライド（Ｂｅｒｓｔｏｒｆｆ Ｕｌｔｒａ Ｇｌｉｄｅ）；スクリュー直径２５ｍｍ；長さ対直径の比は３６：１であった；スクリュー回転数は２００〜２５０ｒｐｍ；温度設定点における温度は２００°Ｆ〜５７５°Ｆ（９３℃〜３０２℃）であったが実際の値は１４８°Ｆ〜５７５°Ｆ（６４℃〜３０２℃）であった；押出し量は１０ポンド／時（４．５Ｋｇ／時）であった）にポリプロピレン（ＡｔｏＦｉｎａ社から入手、商品名「フィナ（ＦＩＮＡ） ３８２５」；２３０℃のメルトインデックス３０ｇ／分、Ｔ_m１６５℃、密度０．９０５ｇ／ｃｍ³）および無水マレイン酸（コネチカット州ミドルベリィのクロンプトン社（Ｃｒｏｍｐｔｏｎ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｄｄｌｅｂｕｒｒｙ， ＣＴ）から入手、商品名「ポリボンド（ＰＯＬＹＢＯＮＤ） ３２００」）を投入した。試験サンプルは、スクリュー直径が３０ｍｍの射出成形機（１５０トンエンゲル射出成形機（Ｅｎｇｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ）；ＡＳＴＭ規格に準拠した４つの金型を備えた）で、射出圧を１８，０００ｐｓｉ（１２４ＭＰａ）未満に維持しながら成形した。

Claims (8)

1. 少なくとも１種の熱可塑性オレフィン、無水マレイン酸、およびグラスバブルを含んでなる充填熱可塑性樹脂複合材。
2. 前記グラスバブルがシランカップリング剤またはチタネート系カップリング剤の少なくともひとつで処理されている請求項１に記載の複合材。
3. 前記シランカップリング剤がアミノシランである、請求項２に記載の複合材。
4. 前記シランカップリング剤がアミノプロピルトリエトキシシランおよびＮ−２−（アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシランから選択される請求項３に記載の複合材。
5. 前記グラスバブルが少なくとも３，０００ＰＳＩの圧潰強度を示す、請求項１に記載の複合材。
6. 前記グラスバブルが少なくとも１８，０００ＰＳＩの圧潰強度を示す、請求項１に記載の複合材。
7. 前記熱可塑性オレフィンが、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブチレン、ポリスチレン、およびこれらのコポリマーからなる群から選択される、請求項１に記載の複合材。
8. 請求項１に記載の複合材を含んでなる物品。