JP2016155961A - 熱可塑性エラストマー組成物及びその成形体 - Google Patents
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Landscapes
- Processes Of Treating Macromolecular Substances (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
(1)エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)90〜10重量部、オレフィン系樹脂(B)10〜90重量部、及び(A)と(B)の合計量100重量部に対し、下記の要件(i)〜(vi)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体(C)を3〜100重量部含む混合物を、架橋剤の存在下で動的に熱処理して得られる熱可塑性エラストマー組成物。
(i)エチレンから導かれる構造単位と、炭素数が3〜20のα−オレフィンから導かれる構造単位とを有する。
(ii)エチレンから導かれる構造単位の含有率が30〜70モル%(但し、エチレンから導かれる構造単位の含有率とα−オレフィンから導かれる構造単位の含有率との合計を100モル%とする)である。
(iii)135℃のデカリン中で測定した極限粘度[η]が0.01〜0.50dl/gである。
(iv)100℃における動粘度が10〜5,000mm2/sである。
(v)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求められる重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.0〜3.0である。
(vi)示差走査熱量測定(DSC)により求められるガラス転移温度(Tg)が−90〜−65℃である。
(2)エチレン・α−オレフィン共重合体(C)の100℃における動粘度が10〜2,500mm2/sである前記(1)に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
(3)オレフィン系樹脂(B)がホモポリプロピレン、プロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとのランダム共重合体、及びプロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとのブロック共重合体の中から選ばれる1種以上のプロピレン系重合体である前記(1)又は(2)に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
(4)前記架橋剤が有機過酸化物である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物。
(5)前記架橋剤がフェノール樹脂である前記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物。
(6)前記(1)〜(5)のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物を成形して得られる成形体。
(7)自動車内装部品である前記(6)に記載の成形体。
本発明で用いられるエチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)は、エチレンと、エチレン以外のα−オレフィン、好ましくは炭素数3〜20のα−オレフィンと、非共役ポリエン、好ましくは非共役ジエンとからなる共重合体である。
バナジウム(V)、ジルコニウム(Zr)、チタニウム(Ti)等の遷移金属化合物と、有機アルミニウム化合物(有機アルミニウムオキシ化合物)とからなる公知のチーグラー触媒;
元素の周期律表第4族から選ばれる遷移金属のメタロセン化合物と、有機アルミニウムオキシ化合物又はイオン化イオン性化合物とからなる公知のメタロセン触媒、例えば特開平9−40586号公報に記載されているメタロセン触媒;
特定の遷移金属化合物と、ホウ素化合物等の共触媒とからなる公知のメタロセン触媒、例えばWO2009/072553号パンフレットに記載されているメタロセン触媒;
特定の遷移金属化合物と、有機金属化合物、有機アルミニウムオキシ化合物又は該遷移金属化合物と反応してイオン対を形成する化合物とからなる遷移金属化合物触媒、例えば特開2011−52231号公報に記載されている遷移金属化合物触媒;
が挙げられる。特にメタロセン触媒を用いると、ジエンの分布が均一となってジエンの導入が少なくても高い架橋効率を得ることができ、また触媒活性が高いため触媒由来の塩素含量を低減できるため特に好ましい。
本発明で用いられるオレフィン系樹脂(B)は、通常、1種又は2種以上のモノオレフィンを高圧法又は低圧法により重合して得られる高分子量固体生成物からなる。これらの代表的な樹脂は商業的に入手できる。
本発明は、軟化剤(可塑剤)として、下記の要件(i)〜(vi)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体(C)を用いる。
(i)エチレンから導かれる構造単位と、炭素数が3〜20のα−オレフィンから導かれる構造単位とを有する。
(ii)エチレンから導かれる構造単位の含有率が30〜70モル%(但し、エチレンから導かれる構造単位の含有率とα−オレフィンから導かれる構造単位の含有率との合計を100モル%とする)である。
(iii)135℃のデカリン中で測定した極限粘度[η]が0.01〜0.50dl/gである。
(iv)100℃における動粘度が10〜5,000mm2/sである。
(v)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求められる重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.0〜3.0である。
(vi)示差走査熱量測定(DSC)により求められるガラス転移温度(Tg)が−90〜−65℃である。
(式中、[PE]は共重合体中のエチレンから導かれる構造単位の含有モル分率であり、[PO]は共重合体中のα−オレフィンから導かれる構造単位の含有モル分率であり、[POE]は共重合体中の全ダイアド(dyad)連鎖に対するエチレン・α−オレフィン連鎖数の割合である。)
前記B値が大きいほど、エチレン又はα−オレフィンのブロック的連鎖が短くなり、エチレン及びα−オレフィンの分布が一様であり、共重合体の組成分布が狭いことを示している。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物において、オレフィン系樹脂(B)の配合量は、エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)及びオレフィン系樹脂(B)の合計量100重量部に対して、10〜90重量部、好ましくは20〜70重量部、更に好ましくは25〜60重量部である。
前記のような架橋助剤又は多官能性ビニルモノマー等の化合物は、得られる熱可塑性エラストマーの流動性を良好なものとし、かつ、加工成形の際に熱履歴による物性の変化が生じることを防ぐ点で、前記被架橋処理物全体100重量部に対して、0.1〜2重量部、特に0.3〜1重量部の割合で用いるのが好ましい。
前記フェノール樹脂は、ゴムの本質的に完全な加硫を達成させるに充分な量で使用される。
前記の「動的に熱処理する」とは、前記のような各成分を融解状態で混練することをいう。
本発明の成形体は、本発明の熱可塑性エラストマー組成物を成形して得られるものであり、自動車内装部品として用いるのに最適である。
(1)T-ダイ付き押出成形機、カレンダー成形機等のプラスチック加工機に供給してシート状等の所望の形状に成形する。
(2)射出成形により、所望の形状に成形する。
なお、以下において各物性は下記の方法により測定又は評価した。
エチレン・α−オレフィン共重合体のエチレン含量は、下記のようにして測定された13C−NMRスペクトルから、「高分子分析ハンドブック」(朝倉書店 2008年発行 初版 P184〜211)、G.J.Ray(Macromolecules,10,773(1977))、J.C.Randall(Macro−molecules,15,353(1982))、K.Kimura(Polymer,25,4418(1984))らの報告に基づいて求めた。
B値=POE/(2PO・PE)
(式中、PE及びPOは、それぞれエチレン・α−オレフィン共重合体中に含有される、エチレン成分のモル分率及びα−オレフィン成分のモル分率であり、POEは、全ダイアド(dyad)連鎖数に対するエチレン・α−オレフィン交互連鎖数の割合である。)
PE、PO及びPOE値は、下記のようにして測定された13C−NMRスペクトルから、前述の公知の文献に基づいて求めた。
日本電子(株)製ECP500型核磁気共鳴装置を用い、溶媒としてo−ジクロロベンゼン/重ベンゼン(80/20容量%)混合溶媒,試料濃度として55mg/0.6mL、測定温度として120℃、観測核として13C(125MHz)、シーケンスとしてシングルパルスプロトンデカップリング、パルス幅として4.7μ秒(45°パルス)、繰り返し時間として5.5秒、積算回数としては1万回以上、ケミカルシフトの基準値として27.50ppmを用いて測定した。
極限粘度[η]〔dl/g〕は、離合社製の全自動極限粘度計を用いて、135℃のデカリン中で測定した。
[100℃における動粘度]
100℃における動粘度は、JIS K2283に記載の方法により測定した。
(A法):エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)における測定
分子量は、液体クロマトグラフ:Waters製ALC/GPC150−C plus型(示唆屈折計検出器一体型)を用い、カラムとして東ソー株式会社製GMH6−HT×2本及びGMH6−HTL×2本を直列接続し、移動相媒体としてo−ジクロロベンゼンを用い、流速1.0ml/分、140℃で測定した。
得られたクロマトグラムを、公知の方法によって、標準ポリスチレンサンプルを使用した検量線を用いて解析することで、Mw/Mn値を算出した。1サンプル当たりの測定時間は60分であった。
分子量分布は、東ソー株式会社HLC−8320GPCを用いて以下のようにして測定した。分離カラムとして、TSKgel SuperMultiporeHZ−M(4本)を用い、カラム温度を40℃とし、移動相にはテトラヒドロフラン(和光純薬社製)を用い、展開速度を0.35ml/分とし、試料濃度を5.5g/Lとし、試料注入量を20マイクロリットルとし、検出器として示差屈折計を用いた。標準ポリスチレンとしては、東ソー社製(PStQuick MP−M)のものを用いた。汎用校正の手順に従い、ポリスチレン分子量換算として重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)を算出し、これらの値から分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
(A法):エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)、又はオレフィン系樹脂(B)における測定
セイコーインスツルメント社X−DSC−7000を用い、簡易密閉できるアルミサンプルパンに200℃に設定した油圧式熱プレス成形機を用いてシート状に成形した約5mgのエチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)、又はオレフィン系樹脂(B)を約5mg入れてDSCセルに配置し、DSCセルを窒素雰囲気下にて室温(23℃)から200℃まで10℃/分で昇温し、次いで、200℃で5分間保持した後、10℃/分で降温し、DSCセルを−100℃まで冷却した(降温過程)。次いで、−100℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温した(昇温過程)。
セイコーインスツルメント社X−DSC−7000を用い、簡易密閉できるアルミサンプルパンに約8mgのエチレン・α−オレフィン共重合体を入れてDSCセルに配置し、DSCセルを窒素雰囲気下にて室温(23℃)から150℃まで10℃/分で昇温し、次いで、150℃で5分間保持した後、10℃/分で降温し、DSCセルを−100℃まで冷却した(降温過程)。次いで、−100℃で5分間保持した後、10℃/分で昇温した(昇温過程)。
昇温過程で得られるエンタルピー曲線が極大値を示す温度を融点(Tm)とし、融解に伴う吸熱量の総和を融解熱量(ΔH)とした。ピークが観測されないか、融解熱量(ΔH)の値が1J/g以下の場合、融点(Tm)は観測されないとみなした。また、昇温過程で得られるエンタルピー曲線の変曲点での接線の交点をガラス転移温度(Tg)とした。融点(Tm)、融解熱量(ΔH)、及びガラス転移温度(Tg)の求め方はJIS K7121に基づいて行った。
JIS K6253に準拠して、厚さ2mmのプレスシートを2枚重ねにしショアーA硬度計により測定した。
50tプレス機を用いて、熱可塑性エラストマー組成物のペレットから調製した20cm×20cm×2mmのシートサンプルを被験試料とし、JIS K6251に準拠して、JIS 3号ダンベルを用い、測定温度25℃、引張速度500mm/分の条件で引張り試験を行い、下記の引張特性を測定した。
M100:100%伸び時の応力
TB:引張強さ
EB:引張破断点伸び
下記実施例にて作成した2mmtシートを積層し、JIS K6262に準拠して圧縮永久ひずみ試験を行った。
試験条件は、厚み12mm(厚み2mm片の6枚重ね)の積層されたシートを用い、25%圧縮、各−20℃及び100℃の条件下で24時間圧縮を行い、歪み除去(圧縮)後30分経過後に測定した。
[製造例1](エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(a−1)の製造)
容積300LのSUS製攪拌機つき反応器を用いて、温度を80℃に保ち、液レベルを100Lとして、ヘキサンを26.8kg/h、エチレン(C2)を3.9kg/h、プロピレン(C3)を5.4kg/h、5−エチリデン−2−ノルボルネン(ENB)を1.1kg/hの速度で、水素を44NL/hの速度で、主触媒として[N−(1,1−ジメチルエチル)−1,1−ジメチル−1−[(1,2,3,3A,8A−η)−1,5,6,7−テトラヒドロ−2−メチル−S−インダセン−1−yl]シランアミネート(2−)−κN][(1,2,3,4−η)−1,3−ペンタジエン]−チタニウムを0.07mmol/h、共触媒として(C6H5)3CB(C6F5)4を0.28mmol/h、有機アルミニウム化合物としてTIBAを1.8mmol/hの速度で連続的に反応器へ供給し、エチレンとプロピレンと5−エチリデン−2−ノルボルネンとの三元共重合体(a−1)の重合液を得た。
重合圧力は2.1MPa(ゲージ圧)とした。
[製造例2](エチレン・プロピレン共重合体(c−1)の製造)
充分に窒素置換した容積2Lの攪拌翼付き連続重合反応器に、脱水精製したヘキサン1Lを張り、96mmol/Lに調整した、エチルアルミニウムセスキクロリド(Al(C2H5)1.5・Cl1.5)のヘキサン溶液を500ml/hの量で連続的に1時間供給した後、更に触媒として16mmol/Lに調整したVO(OC2H5)Cl2のヘキサン溶液を500ml/hの量で、ヘキサンを500ml/hの量で連続的に供給した。一方、重合器上部から、重合器内の重合液が常に1Lになるように重合液を連続的に抜き出した。次に、バブリング管を用いてエチレンガスを27L/hの量で、プロピレンガスを26L/hの量で、水素ガスを100L/hの量で供給した。共重合反応は、重合器外部に取り付けられたジャケットに冷媒を循環させることにより35℃で行った。
充分に窒素置換した内容積2Lのステンレス製オートクレーブにヘプタン910mL及びプロピレン45gを装入し、系内の温度を130℃に昇温した後、水素2.24MPa、エチレン0.09MPaを供給することにより全圧を3MPaGとした。次にトリイソブチルアルミニウム0.4mmol、[メチルフェニルメチレン(η5−シクロペンタジエニル)(η5−2,7−ジ−t−ブチルフルオレニル)]ジルコニウムジクロリド 0.0006mmol及びN,N−ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート0.006mmolを窒素で圧入し、攪拌回転数を400rpmにすることにより重合を開始した。その後、エチレンのみを連続的に供給することにより全圧を3MPaGに保ち、130℃で5分間重合を行った。少量のエタノールを系内に添加することにより重合を停止した後、未反応のエチレン、プロピレン、水素をパージした。得られたポリマー溶液を、0.2mol/lの塩酸1000mLで3回、次いで蒸留水1000mLで3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。得られたポリマーを80℃の減圧下で一晩乾燥した後、更に神鋼パンテック製2−03型薄膜蒸留装置を用いて、減圧度を400Paに保持し、設定温度180℃、流量3.1ml/minにて薄膜蒸留を行い、エチレン・プロピレン共重合体22.2gを得た。更に、このエチレン・プロピレン共重合体に対して水添操作を施した。
内容積1Lのステンレス製オートクレーブに0.5重量%Pd/アルミナ触媒のヘキサン溶液100mL及びエチレン・α−オレフィン共重合体の30重量%ヘキサン溶液500mLを加え、オートクレーブを密閉した後、窒素置換を行なった。次いで、撹拌をしながら140℃まで昇温し、系内を水素置換した後、水素で1.5MPaまで昇圧して15分間水添反応を実施した。
充分窒素置換した容量2リットルの攪拌翼付連続重合反応器に、脱水精製したヘキサン1リットルを張り、96mmol/Lに調整した、エチルアルミニウムセスキクロリド(Al(C2H5)1.5・Cl1.5)のヘキサン溶液を500ml/hの量で連続的に1時間供給した後、更に触媒として16mmol/lに調整したVO(OC2H5)Cl2のヘキサン溶液を500ml/hの量で、ヘキサンを500ml/hの量で連続的に供給した。一方重合器上部から、重合液器内の重合液が常に1リットルになるように重合液を連続的に抜き出した。次にバブリング管を用いてエチレンガスを35L/hの量で、プロピレンガスを35L/hの量で水素ガスを80L/hの量で供給した。共重合反応は、重合器外部に取り付けられたジャケットに冷媒を循環させることにより35℃で行った。
充分窒素置換した容量2リットルの攪拌翼付連続重合反応器に、脱水精製したヘキサン1リットルを張り、96mmol/Lに調整した、エチルアルミニウムセスキクロリド(Al(C2H5)1.5・Cl1.5)のヘキサン溶液を500ml/hの量で連続的に1時間供給した後、更に触媒として16mmol/lに調整したVO(OC2H5)Cl2のヘキサン溶液を500ml/hの量で、ヘキサンを500ml/hの量で連続的に供給した。一方重合器上部から、重合液器内の重合液が常に1リットルになるように重合液を連続的に抜き出した。次にバブリング管を用いてエチレンガスを36L/hの量で、プロピレンガスを36L/hの量で水素ガスを30L/hの量で供給した。共重合反応は、重合器外部に取り付けられたジャケットに冷媒を循環させることにより35℃で行った。
充分窒素置換した容量2リットルの攪拌翼付連続重合反応器に、脱水精製したヘキサン1リットルを張り、96mmol/Lに調整した、エチルアルミニウムセスキクロリド(Al(C2H5)1.5・Cl1.5)のヘキサン溶液を500ml/hの量で連続的に1時間供給した後、更に触媒として16mmol/lに調整したVO(OC2H5)Cl2のヘキサン溶液を500ml/hの量で、ヘキサンを500ml/hの量で連続的に供給した。一方重合器上部から、重合液器内の重合液が常に1リットルになるように重合液を連続的に抜き出した。次にバブリング管を用いてエチレンガスを47L/hの量で、プロピレンガスを47L/hの量で水素ガスを20L/hの量で供給した。共重合反応は、重合器外部に取り付けられたジャケットに冷媒を循環させることにより35℃で行った。
充分に窒素置換した内容積1Lのガラス製重合器にヘプタン250mLを装入し、系内の温度を50℃に昇温した後、エチレンを25L/h、プロピレンを75L/h、水素を100L/hの流量で連続的に重合器内に供給し、撹拌回転数600rpmで撹拌した。次にトリイソブチルアルミニウム0.2mmolを重合器に装入し、次いでMMAO0.688mmolと[エチレン(η5−シクロペンタジエニル)(η5−2,7−ジ−t−ブチルフルオレニル)]ジルコニウムジクロリド0.00230mmolをトルエン中で15分以上予備混合したものを重合器に装入することにより重合を開始した。その後、エチレン、プロピレン、水素の連続的供給を継続し、50℃で15分間重合を行った。少量のイソブチルアルコールを系内に添加することにより重合を停止した後、未反応のモノマーをパージした。得られたポリマー溶液を、0.2mol/lの塩酸100mLで3回、次いで蒸留水100mLで3回洗浄し、硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を減圧留去した。得られたポリマーを80℃の減圧下で一晩乾燥し、エチレン・プロピレン共重合体1.43gを得た。更に、このエチレン・プロピレン共重合体に対して製造例3と同様にして水添操作を施した。
製造例2において、エチレンガスの供給量、プロピレンガスの供給量、水素ガスの供給量を適宜調整することにより、表1に記載のエチレン・プロピレン共重合体(c−7)を得た。
得られた各エチレン・プロピレン共重合体の分析結果を表1に示す。
製造例1で得られたエチレン・プロピレン・ジエン共重合体(a−1)45gと、軟化剤としてダイアナプロセスオイル(PW−380、出光興産製)又は製造例2〜8で得られたエチレン・プロピレン共重合体(c−1)〜(c−7)27gとをラボプラストミル(75C100、東洋精機社製)を用い設定温度100℃にてスクリュー回転数60rpmにて3分間混練した。得られたコンパウンド57.6g(エチレン・プロピレン・ジエン共重合体(a−1)71重量部、軟化剤43重量部)を、ホモプロピレン(PP−1:商品名 プライムポリプロ(商標)J105G(プライムポリマー製)14.4g(29重量部)と、架橋剤として有機過酸化物(パーヘキシン25B、日本油脂(株)製)0.28g(0.5重量部)と、架橋助剤としてジビニルベンゼン0.19g(0.34重量部)を加えて、ラボプラストミル(75C100、東洋精機社製)を用い設定温度200℃、スクリュー回転数60rpmにて3分間溶融混練した。得られた熱可塑性エラストマーを、予熱190℃、6分間、加圧、4分間、冷却10℃、5分間の条件でプレス成形し、2mm厚シート状の熱可塑性エラストマーを得た。
得られた熱可塑性エラストマーについて、物性を評価した。結果を表2に示す。
Claims (7)
- エチレン・α−オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)90〜10重量部、オレフィン系樹脂(B)10〜90重量部、及び(A)と(B)の合計量100重量部に対し、下記の要件(i)〜(vi)を満たすエチレン・α−オレフィン共重合体(C)を3〜100重量部含む混合物を、架橋剤の存在下で動的に熱処理して得られる熱可塑性エラストマー組成物。
(i)エチレンから導かれる構造単位と、炭素数が3〜20のα−オレフィンから導かれる構造単位とを有する。
(ii)エチレンから導かれる構造単位の含有率が30〜70モル%(但し、エチレンから導かれる構造単位の含有率とα−オレフィンから導かれる構造単位の含有率との合計を100モル%とする)である。
(iii)135℃のデカリン中で測定した極限粘度[η]が0.01〜0.50dl/gである。
(iv)100℃における動粘度が10〜5,000mm2/sである。
(v)ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により求められる重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)の比(Mw/Mn)が1.0〜3.0である。
(vi)示差走査熱量測定(DSC)により求められるガラス転移温度(Tg)が−90〜−65℃である。 - エチレン・α−オレフィン共重合体(C)の100℃における動粘度が10〜2,500mm2/sである請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- オレフィン系樹脂(B)がホモポリプロピレン、プロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとのランダム共重合体、及びプロピレンとプロピレン以外のα−オレフィンとのブロック共重合体の中から選ばれる1種以上のプロピレン系重合体である請求項1又は2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記架橋剤が有機過酸化物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記架橋剤がフェノール樹脂である請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物を成形して得られる成形体。
- 自動車内装部品である請求項6に記載の成形体。
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