JP2015105317A - ブロックポリマー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ビニルポリマー部位およびポリエステル部位を有するブロックポリマーであって、前記ブロックポリマーの融点(Tm)が、50℃以上100℃以下であって、前記ポリエステル部位が、特定のユニットを有し、前記ポリエステル部位のソルビリティパラメータ(SP)値が9.40以上9.85以下であって、前記ビニルポリマー部位の重量平均分子量(Mw)が、3000以上30000以下であることを特徴とするブロックポリマー。
【選択図】なし
Description
一般的な可塑剤としてはジオクチルフタレート(DOP)のような低分子エステル化合物が広く知られているが、成形物の表面のべとつき、可とう性や柔軟性の経時劣化などの問題があった。
上記課題に対してアクリル系重合体からなる可塑剤が提案されている(特許文献1参照)。確かにこれらの方策により、上記課題が克服され、可とう性や柔軟性の経時劣化の少ない樹脂が得られるようになった。
本発明が解決しようとする課題は、樹脂組成物の成形性および成形物の耐熱性を両立した可塑効果を与えるブロックポリマーを提供することである。
前記ブロックポリマーの融点(Tm)が、50℃以上100℃以下であって、
前記ポリエステル部位が、下記式(1)で示されるユニット、および下記式(2)で示されるユニットを有し、
前記ポリエステル部位のソルビリティパラメータ(SP)値が、9.40以上9.85以下であって、
前記ビニルポリマー部位の重量平均分子量(Mw)が、3000以上30000以下であることを特徴とするブロックポリマー。
本発明は、ビニルポリマー部位およびポリエステル部位を有するブロックポリマーであって、
前記ブロックポリマーの融点(Tm)が、50℃以上100℃以下であって、
前記ポリエステル部位が、下記式(1)で示されるユニット、および下記式(2)で示されるユニットを有し、
前記ポリエステル部位のソルビリティパラメータ(SP)値が、9.40以上9.85以下であって、
前記ビニルポリマー部位の重量平均分子量(Mw)が、3000以上30000以下であることを特徴とする。
HOOC−(CH2)m−COOH 式(A)
[式中、mは、6以上14以下(好ましくは6以上10以下)の整数を示す]
HO−(CH2)n−OH 式(B)
[式中、nは、6以上16以下(好ましくは6以上12以下)の整数を示す]
ジカルボン酸は、ポリエステル部位に同じ部分骨格を生成するものであれば、カルボキシル基が(好ましくは炭素数1〜4の)アルキルエステル化した化合物または酸無水物化した化合物等を用いてもよい。
上記規定を満たすブロックポリマーは、結晶性で融点より高い温度で樹脂と相溶し樹脂組成物の軟化温度を下げるポリエステル部位と、樹脂組成物中でブロックポリマーが微小ドメイン構造を取るよう分散機能をはたすビニルポリマー部位を有しており、各々の部位が相乗的に効果を発揮することで可塑化効率が高く低温形成性に優れた可塑剤として機能する。
また、樹脂組成物中でブロックポリマーのポリエステル部位が高結晶性を維持することで、室温状態においては樹脂組成物の軟化点が下がらない。加えて、ビニルポリマー部位の重量平均分子量が上記規定の範囲を満たすことで、ブロックポリマーが樹脂組成物表面へブリードアウトすることが抑制され高い耐熱性が得られる。
なお、ブロックポリマーの定義としては、線状に連結した複数のブロックで構成されたポリマー(高分子学会 国際純正応用化学連合高分子命名法委員会による高分子科学の基本的術語の用語集)とあり、本発明もその定義に従う。
SP値は、添加するモノマーの種類と量によって制御することができる。SP値を大きくするためには、例えば、SP値の大きいモノマーを添加すればよい。一方、SP値を小さくするためには、例えば、SP値の小さいモノマーを添加すればよい。
000以下である。
ビニルポリマー部位の重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、開始剤の量、添加タイミング、反応温度などにより制御することができる。
ビニルポリマー部位を生成するビニルモノマーは、上記ビニルモノマー以外に共重合可能なビニルモノマーを含んでいてもよい。
例えば、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレート、または2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体類;
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレートまたはジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体類;などが挙げられる。
ブロックポリマーの融点は、ポリエステル部位を生成するモノマーやポリエステル部位とビニルポリマー部位の比率により制御することができる。
重量平均分子量が6000より小さい場合は、ブロックポリマーの機械的強度が劣る傾向にあるため樹脂組成物の割れや欠けが起こりやすい場合がある。60000より大きい場合は、分子の動きが緩慢となるため溶融時の可塑効果が得られにくくなる傾向にある。ブロックポリマーの重量平均分子量(Mw)は、より好ましくは、10000以上50000以下、さらに好ましくは15000以上40000以下である。
ブロックポリマーの重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)は、ビニルポリマー部位のときと同様で、1.5より小さい場合、分子量が均一になりすぎる傾向にあり、樹脂への相溶性が劣る場合がある。Mw/Mnが3.5より大きい場合は、分子量のバラツキが大きく、低分子成分によるブリードアウトが起こりやすくなる傾向にある。ブロックポリマーのMw/Mnは、より好ましくは、1.6以上3.0以下である。
重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、開始剤の量、添加タイミング、反応温度などにより制御することができる。
特に好ましい樹脂としてはスチレンアクリル樹脂である。スチレンアクリル樹脂を生成する重合性単量体としては、ラジカル重合が可能なビニル系重合性単量体を用いることが可能である。該ビニル系重合性単量体としては、単官能性重合性単量体または多官能性重合性単量体を使用することができる。
単官能性重合性単量体を単独で、あるいは二種以上組み合わせて、または、単官能性重合性単量体と多官能性重合性単量体とを組み合わせて、または、多官能性重合性単量体を単独で、あるいは、二種以上を組み合わせて使用することができる。
メチルアクリレート、エチルアクリレート、n−プロピルアクリレート、iso−プロ
ピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、iso−ブチルアクリレート、tert−ブチルアクリレート、n−アミルアクリレート、n−ヘキシルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、n−オクチルアクリレート、n−ノニルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジメチルフォスフェートエチルアクリレート、ジエチルフォスフェートエチルアクリレート、ジブチルフォスフェートエチルアクリレートおよび2−ベンゾイルオキシエチルアクリレートのようなアクリル系重合性単量体類;
メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n−プロピルメタクリレート、iso−プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート、iso−ブチルメタクリレート、tert−ブチルメタクリレート、n−アミルメタクリレート、n−ヘキシルメタクリレート、2−エチルヘキシルメタクリレート、n−オクチルメタクリレート、n−ノニルメタクリレート、ジエチルフォスフェートエチルメタクリレートおよびジブチルフォスフェートエチルメタクリレートのようなメタクリル系重合性単量体類が挙げられる。
上記範囲で使用することで、樹脂組成物からのブロックポリマーのブリードアウトが少なく、低温形成性と耐熱性に優れた樹脂組成物が得られる。
本発明に係る樹脂組成物は、本発明で提示されるブロックポリマーの他に、用途に応じて、本発明の目的を損なわない範囲で、滑剤、帯電防止剤、防曇剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、酸化防止剤、着色防止剤、充填剤、顔料、染料、分散剤、難燃剤などの他の添加剤を添加してもよい。また、本発明で提示されるブロックポリマー以外の可塑剤を併用してもよい。
<SP値の計算方法>
本発明におけるSP値は、Fedorsの式(3)を用いて求めた。ここでのΔei、およびΔviの値は著「コーティングの基礎科学」54〜57頁、1986年(槇書店)の表3〜9による原子および原子団の蒸発エネルギーとモル体積(25℃)」を参照にした。
δi=[Ev/V]^(1/2)=[Δei/Δvi]^(1/2) 式(3)
Ev: 蒸発エネルギー
V : モル体積
Δei:i成分の原子または原子団の蒸発エネルギー
Δvi:i成分の原子または原子団のモル体積
例えば、ヘキサンジオール(HO-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-OH)は、原子団(-OH)×2+(-CH2)×6から構成され、計算SPは下記式で求められる。
δi = [ Δei / Δvi ] ^(1/2) =[{(5220)×2+(1180)×6 }/ {(13)×2+(16.1)×6}]^(1/2)
SP値(δi)は11.95となる。
核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)[400MHz、CDCl3、室温(25℃)]を用いてブロックポリマーのポリエステル部位を生成するモノマーを特定した後、上記記載のFedorsの式(3)を用いて求めた。
測定装置:FT NMR装置 JNM−EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
ブロックポリマーの重量平均分子量(Mw)および数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、以下のようにして測定する。
まず、室温で、ブロックポリマーをテトラヒドロフラン(THF)に溶解する。そして、得られた溶液を、ポア径が0.2μmの耐溶剤性メンブランフィルター「マエショリディスク」(東ソー社製)で濾過してサンプル溶液を得る。なお、サンプル溶液は、THFに可溶な成分の濃度が0.8質量%となるように調整する。このサンプル溶液を用いて、以下の条件で測定する。
装置:高速GPC装置「HLC−8220GPC」[東ソー(株)製]
カラム:LF−604の2連
溶離液:THF
流速:0.6ml/min
オーブン温度:40℃
試料注入量 :0.020ml
試料の分子量の算出にあたっては、標準ポリスチレン樹脂(例えば、商品名「TSKスタンダード ポリスチレン F−850、F−450、F−288、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000、A−2500、A−1000、A−500」、東ソー社製)を用いて作成した分子量校正曲線を使
用する。
具体的な方法は、ブロックポリマー30mgにジオキサン5ml、10wt%の水酸化カリウム水溶液1mlを加え、温度70℃で6時間振とうさせてポリエステル部位を加水分解させる。その後、溶液を乾燥させて、ビニルポリマー部位の分子量の測定用試料を作成する。その後の操作は、ブロックポリマーと同様に行う。
ブロックポリマーのポリエステル部位とビニルポリマー部位の質量基準の比率(C/A比)は核磁気共鳴分光分析(1H−NMR)[400MHz、CDCl3、室温(25℃)]を用いて行った。
測定装置:FT NMR装置 JNM−EX400(日本電子社製)
測定周波数:400MHz
パルス条件:5.0μs
周波数範囲:10500Hz
積算回数:64回
得られたスペクトルの積分値からポリエステル部位とビニルポリマー部位の質量基準の比率(C/A比)を算出した。
ブロックポリマーの融点(Tm)は、示差走査熱量分析装置「Q1000」(TA Instruments社製)を用いてASTM D3418−82に準じて測定する。
装置検出部の温度補正はインジウムと亜鉛の融点を用い、熱量の補正についてはインジウムの融解熱を用いる。
具体的には、ブロックポリマー5mgを精秤し、これをアルミニウム製のパンの中に入れ、リファレンスとして空のアルミニウム製のパンを用い、測定温度範囲30〜200℃の間で、昇温速度10℃/minで測定を行う。なお、測定においては、一度200℃まで昇温させ、続いて30℃まで降温し、その後に再度昇温を行う。この2度目の昇温過程での温度30〜200℃の範囲におけるDSC曲線の最大の吸熱ピークを、本発明のブロックポリマーのDSC測定における融点(Tm)とする。
撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管および減圧装置を備えた反応容器に、セバシン酸100.0質量部および1,10−デカンジオール93.5質量部を添加して撹拌しながら温度130℃まで加熱した。エステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.7質量部を加えた後、温度160℃に昇温し5時間かけて縮重合する。その後、温度180℃に昇温し、減圧させながら所望の分子量となるまで反応させてポリエステル(1)を得た。ポリエステル(1)の重量平均分子量(Mw)は19000、融点(Tm)は83℃であった。
次いで、撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた反応容器にポリエステル(1)100.0質量部、脱水クロロホルム440.0質量部を添加して完全に溶解させた後、トリ
エチルアミン5.0質量部を加え、氷冷させながら、2−ブロモイソブチリルブロミド1
5.0質量部を徐々に加えた。その後、室温(25℃)で一昼夜撹拌した。
メタノール550.0質量部を入れた容器に、上記樹脂溶解液を徐々に滴化して樹脂分を再沈殿させた後、濾過、精製、乾燥させてポリエステル(2)を得た。
次いで、撹拌機、温度計および窒素導入管を備えた反応容器に上記で得られたポリエステル(2)100.0質量部、スチレン300.0質量部、臭化銅(I)3.5質量部およびペンタメチルジエチレントリアミン8.5質量部を添加して撹拌しながら、温度110℃で重合反応を行った。所望の分子量となったところで反応を停止して、メタノール250.0質量部で再沈殿、濾過、精製し、未反応のスチレンおよび触媒を除去した。その後、50℃に設定した真空乾燥機で乾燥してポリエステル部位とビニルポリマー部位を有するブロックポリマー1を得た。得られたブロックポリマー1の物性を表3に示す。
ブロックポリマー1を表1に示すような原料および製造条件に変更すること以外はブロックポリマー1の製造方法と同様にしてブロックポリマー2〜9、16、18および20〜22を得た。得られたブロックポリマーの物性を表3に示す。
撹拌機、温度計、窒素導入管および減圧装置を備えた反応容器に、キシレン100.0質量部を窒素置換しながら加熱し、液温140℃で還流させた。該溶液へスチレン100.0質量部、Dimethyl 2,2’−azobis(2−methylpropionate)15.9質量部を混合したものを3時間かけて滴下し、滴下終了後、溶液を3時間撹拌した。その後、160℃、1hPaにて、キシレンおよび残存スチレンを留去しビニルポリマー(1)を得た。
次いで、撹拌機、温度計、窒素導入管、脱水管および減圧装置を備えた反応容器に上記で得られたビニルポリマー(1)100.0質量部、有機溶媒としてキシレン80.0部、1,6−ヘキサンジオール36.4質量部にエステル化触媒としてチタン(IV)イソプロポキシド0.43部を加えて、窒素雰囲気下、150℃で4時間反応させた。その後、1,12−ドデカン二酸61.9質量部を加えて150℃で3時間、180℃で4時間
反応させた。その後、さらに180℃、1hPaで所望のMwとなるまで反応させてブロックポリマー10を得た。得られたブロックポリマー10の物性を表3に示す。
ブロックポリマー10の原料および製造条件を表2に示すように変更すること以外はブロックポリマー10の製造方法と同様にしてブロックポリマー11〜15、17、19、23および24を得た。得られたブロックポリマーの物性を表3に示す。
下記材料をヘンシェルミキサー(三井三池化工機(株)社製)により十分予備混合をおこなった後、二軸式押出機で溶融混練した後、冷却後、ハンマーミルを用いて粒径1から2mmに粗砕し、樹脂組成物1を得た。
スチレン−n−ブチルアクリレート共重合樹脂(Mw=30,000、Tg=60℃)]
65.0質量部
ブロックポリマー1 35.0質量部
表4に示すように材料を変更すること以外は樹脂組成物1と同様の製造方法で樹脂組成物2〜29を得た。
ホットステージ(Linkam TH−600PM)を備えた光学顕微鏡(KEYEN
CE VH−Z500)を用いて、評価用樹脂を25℃から100℃まで10℃/分で昇温させたときの溶融挙動を倍率2000倍にて観察した。昇温前25℃における樹脂粒子の粒径をL25、昇温後100℃到達時の樹脂粒子の粒径をL100、溶け広がり率=L100/L25と定義し、無作為に選んだ20個の溶け広がり率を算出し、その平均値を下記のように評価した。
A:溶け広がり率が2.20以上
B:溶け広がり率が2.00以上2.20未満
C:溶け広がり率が1.80以上2.00未満
D:溶け広がり率が1.80未満
各評価用樹脂5gを50ccポリカップに取り、温度50℃/湿度10%RHで3日間放置し、凝集塊の有無を調べ評価した。
(評価基準)
A:凝集塊発生せず
B:軽微な凝集塊が発生、軽く指で押すと崩れる
C:凝集塊が発生、軽く指で押しても崩れない
D:完全に凝集
評価用の樹脂組成物を25MPaで30分加圧して、厚さ1.5mm(縦100mm、
横50mm)の試験片を作成し、この試験片を温度45℃、湿度95RH%雰囲気下で30日放置した後、目視評価でブリードアウトの有無を調べ評価した。
(評価基準)
A:ブリードアウトなし
B:ほぼブリードアウトなし
C:軽微にブリードアウトあり
D:ブリードアウトあり
実施例1〜24では、樹脂組成物1〜24をそれぞれ用いて上記評価を行った。その評価結果を表5に示す。
比較例1〜5では、樹脂組成物25〜29をそれぞれ用いて上記評価を行った。その評価結果を表5に示す。
Claims (5)
- 前記ブロックポリマーの前記ポリエステル部位と前記ビニルポリマー部位の質量基準の比率(C/A比)が、30:70〜70:30である請求項1に記載のブロックポリマー。
- 前記ブロックポリマーの重量平均分子量(Mw)が、6000以上60000以下であり、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.5以上3.5以下である請求項1または2に記載のブロックポリマー。
- 前記ビニルポリマー部位の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が、1.5以上3.5以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のブロックポリマー。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載のブロックポリマーを含む可塑剤。
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