JP2009007465A - 複合材料組成物及びこの成形体 - Google Patents
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Abstract
【課題】無機物の配合量を多くすることで高い剛性を確保しつつ、十分な衝撃強度も有する複合材料組成物、及び、この複合材料組成物からなる成形体を提供する。
【解決手段】炭酸カルシウム等の無機化合物の微小体（１０）５０〜９５質量％と無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる複合材料組成物である。また、この複合材料組成物を成形してなる成形体である。
【選択図】図１
【解決手段】炭酸カルシウム等の無機化合物の微小体（１０）５０〜９５質量％と無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる複合材料組成物である。また、この複合材料組成物を成形してなる成形体である。
【選択図】図１
Description
本発明は、無機化合物と樹脂とを含む複合材料組成物及びこの複合材料組成物からなる成形体に関するものである。
従来、ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂からなる成形体の剛性を向上させるため、タルク等の無機充填材を熱可塑性樹脂に添加することがある。
しかし、一般的に無機充填材はポリプロピレン等の熱可塑性樹脂との親和性が悪いため、無機充填材を添加することで、成形体の衝撃強度等の低下を招いていた。
そこで、特許文献１、２及び非特許文献１に記載のように、無機充填材と熱可塑性樹脂との親和性を向上させるため、カルボキシル基等を変性基として有するポリマー（ポリプロピレン又は弾性体）を添加することが知られている。
それでも、無機充填材をある一定の添加量を超えて添加しても、成形体の剛性をそれ以上向上させることが望めない上に衝撃強度等を低下させてしまうと一般的に考えられていたこと、及び、多量の無機充填材を少量の樹脂と均一に混合することは難しいと考えられていたことから、特許文献１、２及び非特許文献１には、無機充填材の添加量を少なくし（約１〜７０質量％、実施例では、５質量％、１５質量％、３０質量％）、樹脂の量を多くしたもののみが記載されている。
特開平７−２７８３７８号公報
特開２０００−１４３８７２号公報
「ジャーナル・オブ・アプライド・ポリマー・サイエンス（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ）」、１９９６年、巻６１、ｐ１８７７−１８８５
しかし、一般的に無機充填材はポリプロピレン等の熱可塑性樹脂との親和性が悪いため、無機充填材を添加することで、成形体の衝撃強度等の低下を招いていた。
そこで、特許文献１、２及び非特許文献１に記載のように、無機充填材と熱可塑性樹脂との親和性を向上させるため、カルボキシル基等を変性基として有するポリマー（ポリプロピレン又は弾性体）を添加することが知られている。
それでも、無機充填材をある一定の添加量を超えて添加しても、成形体の剛性をそれ以上向上させることが望めない上に衝撃強度等を低下させてしまうと一般的に考えられていたこと、及び、多量の無機充填材を少量の樹脂と均一に混合することは難しいと考えられていたことから、特許文献１、２及び非特許文献１には、無機充填材の添加量を少なくし（約１〜７０質量％、実施例では、５質量％、１５質量％、３０質量％）、樹脂の量を多くしたもののみが記載されている。
本発明は、無機化合物の配合量を多くすることで高い剛性を確保しつつ、十分な衝撃強度も有する複合材料組成物、及びこの複合材料組成物からなる成形体を提供することを目的とする。
Ａ．複合材料組成物
本発明の複合材料組成物は、無機化合物の微小体５０〜９５質量％と不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム又は無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムである変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる。
本発明の複合材料組成物は、無機化合物の微小体５０〜９５質量％と不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム又は無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムである変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる。
また、本発明の複合材料組成物は、上記原料成分が混合されたものであり、混合されることにより、前記無機化合物の微小体の周辺を前記変性エチレン−ブテン共重合体ゴムと前記ポリプロピレン樹脂との混合物が取り囲んでいるものが好ましい。
また、本発明の複合材料組成物には、脂肪環状炭化水素樹脂が含まれていてもよいし、不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂又は無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂である変性ポリプロピレン樹脂が含まれていてもよいし、前記脂肪環状炭化水素樹脂と前記変性ポリプロピレン樹脂との両方が含まれていてもよいし、これら両方が含まれていなくてもよい。
Ｂ．成形体
本発明の成形体は、上記の複合材料組成物からなる。
本発明の成形体は、上記の複合材料組成物からなる。
本発明における各要素の態様を以下に例示する。
１．無機化合物
無機化合物としては、特に限定はされないが、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ワラストナイト、シリカ、クレー等の天然鉱物等が例示でき、炭酸カルシウム、タルク、マイカ及びワラストナイトのうちの少なくとも一であることが好ましい。なお、無機化合物は、天然鉱物だけでなく、人工的に合成したものであってもよい。
無機化合物の微小体の形状としては、特に限定はされないが、球状、柱状、針状、片状等が例示でき、最長部の長さは、特に限定はされないが、９０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
無機化合物としては、特に限定はされないが、炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ワラストナイト、シリカ、クレー等の天然鉱物等が例示でき、炭酸カルシウム、タルク、マイカ及びワラストナイトのうちの少なくとも一であることが好ましい。なお、無機化合物は、天然鉱物だけでなく、人工的に合成したものであってもよい。
無機化合物の微小体の形状としては、特に限定はされないが、球状、柱状、針状、片状等が例示でき、最長部の長さは、特に限定はされないが、９０μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以下であることがより好ましい。
２．変性エチレン−ブテン共重合体ゴム
変性量としては、特に限定はされないが、０．５〜３質量％であることが好ましい。ガラス転移温度（Ｔｇ）としては、特に限定はされないが、−７０〜−５０℃であることが好ましい。
２−１．不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム
不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとしては、特に限定はされないが、マレイン酸変性、イタコン酸変性等が例示でき、マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムであることが好ましい。
２−２．無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム
無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとしては、特に限定はされないが、無水マレイン酸変性、無水イタコン酸変性等が例示でき、無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムであることが好ましい。
変性量としては、特に限定はされないが、０．５〜３質量％であることが好ましい。ガラス転移温度（Ｔｇ）としては、特に限定はされないが、−７０〜−５０℃であることが好ましい。
２−１．不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム
不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとしては、特に限定はされないが、マレイン酸変性、イタコン酸変性等が例示でき、マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムであることが好ましい。
２−２．無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム
無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとしては、特に限定はされないが、無水マレイン酸変性、無水イタコン酸変性等が例示でき、無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムであることが好ましい。
３．ポリプロピレン樹脂
メルトフローレート（ＭＦＲ：２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）における）としては、特に限定はされないが、射出成形用の複合材料組成物に用いる場合には、２０〜１５０ｇ／１０分であることが好ましく、押出成形用の複合材料組成物に用いる場合には、１〜６０ｇ／１０分であることが好ましい。
メルトフローレート（ＭＦＲ：２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）における）としては、特に限定はされないが、射出成形用の複合材料組成物に用いる場合には、２０〜１５０ｇ／１０分であることが好ましく、押出成形用の複合材料組成物に用いる場合には、１〜６０ｇ／１０分であることが好ましい。
４．脂肪環状炭化水素樹脂
複合材料組成物に含まれる場合の脂肪環状炭化水素樹脂の配合量としては、特に限定はされないが、０．１〜２０質量％であることが好ましい。また、軟化点としては、特に限定はされないが、６０〜１５０℃であることが好ましい。
複合材料組成物に含まれる場合の脂肪環状炭化水素樹脂の配合量としては、特に限定はされないが、０．１〜２０質量％であることが好ましい。また、軟化点としては、特に限定はされないが、６０〜１５０℃であることが好ましい。
５．変性ポリプロピレン樹脂
複合材料組成物に含まれる場合の配合量としては、特に限定はされないが、０．１〜１０質量％であることが好ましい。また、変性量としては、特に限定はされないが、０．５〜３質量％であることが好ましい。融点（Ｔｍ）としては、特に限定はされないが、１５０〜１７０℃であることが好ましい。メルトフローレート（ＭＦＲ：２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）における）としては、特に限定はされないが、１〜１００ｇ／１０分であることが好ましい。
５−１．不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂
不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂としては、特に限定はされないが、マレイン酸変性、イタコン酸変性等が例示でき、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
５−２．無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂
無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂としては、特に限定はされないが、無水マレイン酸変性、無水イタコン酸変性等が例示でき、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
複合材料組成物に含まれる場合の配合量としては、特に限定はされないが、０．１〜１０質量％であることが好ましい。また、変性量としては、特に限定はされないが、０．５〜３質量％であることが好ましい。融点（Ｔｍ）としては、特に限定はされないが、１５０〜１７０℃であることが好ましい。メルトフローレート（ＭＦＲ：２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）における）としては、特に限定はされないが、１〜１００ｇ／１０分であることが好ましい。
５−１．不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂
不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂としては、特に限定はされないが、マレイン酸変性、イタコン酸変性等が例示でき、マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
５−２．無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂
無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂としては、特に限定はされないが、無水マレイン酸変性、無水イタコン酸変性等が例示でき、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂であることが好ましい。
６．成形体
成形体としては、特に限定はされないが、次に示すものが例示できる。
・自動車の内装用製品である、インストルメントパネル、ピラートリム、センターコンソール等である。
・自動車の外装用製品である、バンパー、サイドモール等である。
・電子機器の筐体等である。
成形体としては、特に限定はされないが、次に示すものが例示できる。
・自動車の内装用製品である、インストルメントパネル、ピラートリム、センターコンソール等である。
・自動車の外装用製品である、バンパー、サイドモール等である。
・電子機器の筐体等である。
７．原料成分の混合方法
原料成分を混合する方法としては、特に限定はされないが、それぞれの原料成分を予め混合単位毎に計量し、それらをまとめて混合するいわゆるバッチ式で混合してもよいし、各原料成分をそれぞれ連続して計量・混合するいわゆる連続式で混合してもよい。
バッチ式の混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、バンバリーミキサ等に一バッチ分の各原料成分を投入して混合する方法等が例示できる。
連続式の混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、押出機等の成形機に各原料成分を時間毎の配合比が一定になるよう、それぞれ連続して計量供給し、成形機から放出されるまでのシリンダ内で混合する方法等が例示できる。
また、効率よく混合するために、特に限定はされないが、混合中は２００〜２３０℃に加熱することが好ましい。
原料成分を混合する方法としては、特に限定はされないが、それぞれの原料成分を予め混合単位毎に計量し、それらをまとめて混合するいわゆるバッチ式で混合してもよいし、各原料成分をそれぞれ連続して計量・混合するいわゆる連続式で混合してもよい。
バッチ式の混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、バンバリーミキサ等に一バッチ分の各原料成分を投入して混合する方法等が例示できる。
連続式の混合方法としては、特に限定はされないが、具体的には、押出機等の成形機に各原料成分を時間毎の配合比が一定になるよう、それぞれ連続して計量供給し、成形機から放出されるまでのシリンダ内で混合する方法等が例示できる。
また、効率よく混合するために、特に限定はされないが、混合中は２００〜２３０℃に加熱することが好ましい。
８．成形体の成形方法
上記複合材料組成物からなる成形体を成形する方法としては、特に限定はされないが、通常の樹脂材料等の成形に用いられる方法である、射出成形、押出成形、プレス成形、ブロー成形等が例示できる。
上記複合材料組成物からなる成形体を成形する方法としては、特に限定はされないが、通常の樹脂材料等の成形に用いられる方法である、射出成形、押出成形、プレス成形、ブロー成形等が例示できる。
９．その他の添加剤
本発明の目的を損なわない範囲で、可塑剤、老化防止剤、着色剤、分散剤、難燃剤等の添加剤を、複合材料組成物に配合することができる。
本発明の目的を損なわない範囲で、可塑剤、老化防止剤、着色剤、分散剤、難燃剤等の添加剤を、複合材料組成物に配合することができる。
本発明によれば、無機化合物の配合量を多くすることで高い剛性を確保しつつ、十分な衝撃強度も有する複合材料組成物、及びこの複合材料組成物からなる成形体を提供することができる。
無機化合物の微小体５０〜９５質量％と無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる複合材料組成物。
本発明の複合材料組成物は、無機化合物の微小体と変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂からなり、これらを混合することにより、図１〜３に示すように、無機化合物の微小体１０の周辺を変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂との混合物２０が取り囲んでいるものである。
本発明の実施例として、次の表１に示す１２種類の配合で評価用の試験片を作成し、評価を行った。また、同じく４種類の配合で比較例の評価用の試験片も作成し、併せて評価を行った。なお、表１の配合内容の欄における各原料成分の配合量の単位は、質量％である。
実施例及び比較例に使用した原料成分としては、炭酸カルシウムは、丸尾カルシウム社の商品名「重質炭酸カルシウム」を、タルクは、富士タルク工業所社の商品名「ＬＭＳ１００」を、ワラストナイトは、ＮＹＣＯ ＭＩＮＥＲＡＬ社の商品名「ＮＹＧＬＯＳ Ｍ１５」を、マイカは、山口雲母工業所社の商品名「Ｂ−８２」を用いた。
無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムは、三井化学社の商品名「タフマーＭＨ７００７」を、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂は、クラリアントジャパン社の商品名「ＰＰＭＡ６２５２」を、無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン共重合体ゴムは、三井化学社の商品名「タフマーＭＰ０６２０」を用いた。
ポリプロピレン樹脂は、日本ポリプロ社の商品名「ＢＣ０６Ｃ」（２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）におけるＭＦＲ：６０ｇ／１０分）を、脂肪環状炭化水素樹脂は、荒川化学工業社の商品名「アルコンＰ７０」を用いた。
無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムは、三井化学社の商品名「タフマーＭＨ７００７」を、無水マレイン酸変性ポリプロピレン樹脂は、クラリアントジャパン社の商品名「ＰＰＭＡ６２５２」を、無水マレイン酸変性エチレン−プロピレン共重合体ゴムは、三井化学社の商品名「タフマーＭＰ０６２０」を用いた。
ポリプロピレン樹脂は、日本ポリプロ社の商品名「ＢＣ０６Ｃ」（２３０℃、２．１６ｋｇｆ（２１．１８Ｎ）におけるＭＦＲ：６０ｇ／１０分）を、脂肪環状炭化水素樹脂は、荒川化学工業社の商品名「アルコンＰ７０」を用いた。
各評価に用いる試験片を次のように混合・成形した。
シリンダの設定温度を２３０℃にした８０ｔ射出成形機を用い、各原料成分をそれぞれシリンダ後端のホッパーから時間毎の配合比が一定になるよう、計量・投入し、シリンダ内におけるスクリューの回転により混合した後、金型温度を４０℃にした金型に射出して成形した。
シリンダの設定温度を２３０℃にした８０ｔ射出成形機を用い、各原料成分をそれぞれシリンダ後端のホッパーから時間毎の配合比が一定になるよう、計量・投入し、シリンダ内におけるスクリューの回転により混合した後、金型温度を４０℃にした金型に射出して成形した。
（１）曲げ弾性率試験
曲げ弾性率を測定するため、ＩＳＯ１７８に準拠して、試験を行った。
曲げ弾性率を測定するため、ＩＳＯ１７８に準拠して、試験を行った。
（２）ＩＺＯＤ衝撃強度試験
ＩＺＯＤ衝撃強度を測定するため、ＩＳＯ１８０に準拠して、試験を行った。
ＩＺＯＤ衝撃強度を測定するため、ＩＳＯ１８０に準拠して、試験を行った。
（３）表面外観試験
上記成形条件で、厚さ２ｍｍで一辺の長さが７０ｍｍの正方形の試験片を成形し、その試験片の表面の状態を肉眼で観察し評価した。
評価結果としては、外観良好は○、外観不良は×である。
上記成形条件で、厚さ２ｍｍで一辺の長さが７０ｍｍの正方形の試験片を成形し、その試験片の表面の状態を肉眼で観察し評価した。
評価結果としては、外観良好は○、外観不良は×である。
（４）射出成形性試験
上記条件で成形を行った場合における、成形時の各試料の滞留安定性、流動性等について評価した。
評価結果としては、滞留安定性、流動性等問題なく成形できた場合は○、流動不足、計量不良等問題があった場合は×である。
上記条件で成形を行った場合における、成形時の各試料の滞留安定性、流動性等について評価した。
評価結果としては、滞留安定性、流動性等問題なく成形できた場合は○、流動不足、計量不良等問題があった場合は×である。
以上の結果より、本実施例は、高い剛性を確保しつつ十分な衝撃強度も有している。また、問題なく射出成形を行うことができる上に成形品の外観は良好であった。これは、以下の理由による。
・剛性が高いのは、無機化合物をマトリックス（高充填）にすることによる。
・衝撃強度が高いのは、応力がかかったときに、変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂等の混合物が応力を緩和することによる。
・成形性が良好なのは、変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂等の混合物中の変性エチレン−ブテン共重合体ゴム等が無機化合物の微小体と混合物との親和性を高め、混合物中のポリプロピレン樹脂等が無機化合物の微小体を滑らすことによる。
さらに、無機化合物を多く含有することで、寸法安定性が高い（超低線膨脹）ものとなった。
・剛性が高いのは、無機化合物をマトリックス（高充填）にすることによる。
・衝撃強度が高いのは、応力がかかったときに、変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂等の混合物が応力を緩和することによる。
・成形性が良好なのは、変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂等の混合物中の変性エチレン−ブテン共重合体ゴム等が無機化合物の微小体と混合物との親和性を高め、混合物中のポリプロピレン樹脂等が無機化合物の微小体を滑らすことによる。
さらに、無機化合物を多く含有することで、寸法安定性が高い（超低線膨脹）ものとなった。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することもできる。
１０ 無機化合物の微小体
２０ 変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂との混合物
２０ 変性エチレン−ブテン共重合体ゴムとポリプロピレン樹脂との混合物
Claims (7)
- 無機化合物の微小体５０〜９５質量％と不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴム又は無水不飽和ジカルボン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムである変性エチレン−ブテン共重合体ゴム０．１〜３０質量％とポリプロピレン樹脂１〜４８質量％からなる複合材料組成物。
- 前記無機化合物が、炭酸カルシウム、タルク、マイカ及びワラストナイトのうちの少なくとも一である請求項１記載の複合材料組成物。
- 前記無機化合物の微小体の最長部の長さが、９０μｍ以下である請求項１又は２記載の複合材料組成物。
- 前記変性エチレン−ブテン共重合体ゴムが、無水マレイン酸変性エチレン−ブテン共重合体ゴムである請求項１〜３のいずれか一項に記載の複合材料組成物。
- 脂肪環状炭化水素樹脂が含まれている請求項１〜４のいずれか一項に記載の複合材料組成物。
- 不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂又は無水不飽和ジカルボン酸変性ポリプロピレン樹脂である変性ポリプロピレン樹脂が含まれている請求項１〜５のいずれか一項に記載の複合材料組成物。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載の複合材料組成物からなる成形体。
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