JP2019048949A - スチレン系共重合体及びその製造方法、成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、このような従来の実情に鑑みて考案されたものであり、本発明の目的は、低温加工性と機械的強度のバランスに優れたスチレン系共重合体及びその製造方法等を提供することにある。
すなわち、本発明は下記に示すとおりである。
〔1〕
少なくともスチレン系化合物を含む1種類以上のモノビニル化合物と、数平均分子量(Mn)が850〜100000である共役ジビニル化合物と、脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルとのスチレン系共重合体であって、
前記共役ジビニル化合物の含有量が、前記モノビニル化合物1モル当たり2.0×10-6〜4.0×10-4モルであり、
前記脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量が、前記スチレン系共重合体を100質量%として、5.0〜30.0質量%であり、
前記スチレン系共重合体は、重量平均分子量(Mw)が20万〜60万であり、分子量100万以上の割合が3.0〜15.0%である、
ことを特徴とする、スチレン系共重合体。
〔2〕
前記共役ジビニル化合物の数平均分子量(Mn)が1000〜30000である、〔1〕に記載のスチレン系共重合体。
〔3〕
前記共役ジビニル化合物が鎖状である、〔1〕又は〔2〕に記載のスチレン系共重合体。
〔4〕
前記共役ジビニル化合物の共役ビニル基が末端に位置する、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体。
〔5〕
最大立ち上がり比が1.1〜5.0である、〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体。
〔6〕
前記共役ジビニル化合物が、(水添)ポリブタジエンジ(メタ)アクリレートである、〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体。
〔7〕
連続溶液重合又は連続塊状重合を用いることを特徴とする、〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体の製造方法。
〔8〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体を含むことを特徴とする、シート。
〔9〕
〔1〕〜〔6〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体を含むことを特徴とする、フィルム。
〔10〕
中間層と該中間層を挟む両外層とを含む多層熱収縮性フィルムであり、
前記中間層の樹脂が、〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体(a)10〜95質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)5〜90質量%を含む混合物からなり、
前記両外層の樹脂が、〔1〕〜〔9〕のいずれかに記載のスチレン系共重合体(a)0〜10質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)90〜100質量%とを含む混合物からなる
ことを特徴とする、多層熱収縮性フィルム。
本実施形態のスチレン系共重合体は、数平均分子量(Mn)が850〜100000である共役ジビニル化合物と、少なくともスチレン系化合物を含む1種類以上のモノビニル化合物と、脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルとのスチレン系共重合体であって、上記共役ジビニル化合物の含有量が、上記モノビニル化合物1モル当たり2.0×10-6〜4.0×10-4モルであり、上記脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量が、上記スチレン系共重合体を100質量%として、5.0〜30.0質量%であり、上記スチレン系共重合体は、重量平均分子量(Mw)が20万〜60万であり、分子量100万以上の割合が3.0〜15.0%である。
具体的には、理論に限定されないが、本実施形態では、得られるスチレン系共重合体の分子鎖を、モノビニル化合物で主に構成される複数の分子鎖部分と、それらの分子鎖部分間を相互に連結する共役ジビニル化合物由来の部分とで形成しやすくすることができるとともに、その際の分子鎖部分間の間隔を所定の距離にすることができる(スチレン系共重合体の分子鎖中に「H」字状となる分岐部分を有す形状にしやすいと推測)。
そして、このようにスチレン系共重合体を形成することにより、スチレン系共重合体のそれぞれの分子鎖が相互に効果的に絡み合いしやすくすることができ(このような効果を「絡み合い効果」とも称す)、それゆえにスチレン系共重合体の低温加工性を向上させることができる。
また、同時に、本実施形態では、共役ジビニル化合物の含有量、並びに、スチレン系共重合体の分子量及び分子量分布を所定の範囲としているので、スチレン系共重合体の成形加工性を効果的に向上させつつ、スチレン系共重合体がゲル状化することを効果的に防止することができ、フィルムやシートに加工した際に機械的強度の低下を抑制することができていると推測される。
従って、本実施形態によれば、低温加工性と機械的強度のバランスに優れたスチレン系共重合体を提供することができる。
本実施形態のスチレン系共重合体は、少なくともスチレン系化合物を含む1種類以上のモノビニル化合物が(スチレン系共重合体を形成する単量体として)含まれている。
モノビニル化合物は、スチレン系化合物(モノマー)のみからなっていても、スチレン系化合物とともにスチレン系化合物と共重合可能な他のモノビニル基を有する化合物からなっていてもよい。
モノビニル化合物としては、スチレン系化合物の他、スチレン系化合物と共重合可能であれば特に限定されず、例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、セチル(メタ)アクリレート、及び(メタ)アクリロニトリル等のビニル系化合物、並びにジメチルマレエート、ジメチルフマレート、ジエチルフマレート、エチルフマレート、無水マレイン酸、マレイミド、及び核置換マレイミド等が挙げられる。また、スチレン系化合物としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、エチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられ、好ましくはスチレンである。
また、モノビニル化合物におけるスチレン系化合物の含有量としては、モノビニル化合物の含有量のうち50モル%以上が好ましく、より好ましくは70モル%以上、さらに好ましくは90モル%以上である。
本実施形態のスチレン系共重合体におけるモノビニル化合物の含有量は、スチレン系共重合体を100質量%として、低温加工性の観点から、好ましくは50〜95質量%、より好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜85質量%である。
本実施形態における共役ジビニル化合物は、数平均分子量(Mn)が850〜100000であり、分子内に共役ビニル基を少なくとも2つ有する化合物である。また、本実施形態における共役ジビニル化合物は、網目状ではなく、鎖状であることが好ましく、主鎖には側鎖を有していても有しなくてもよい。鎖状であることにより、分子鎖をよりリニアな形状にすることができ、それにより、絡み合い効果を向上させやすい傾向があるためである。なお、側鎖は、例えば、炭素数6以下が好ましく、炭素数4以下がより好ましい。
なお、共役ジビニル化合物の数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)で測定されるポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)を意味する。
本実施形態のスチレン系共重合体における共役ジビニル化合物の含有量は、モノビニル化合物1モル当たり2.0×10-6〜4.0×10-4モル、好ましくは5.0×10-6〜3.5×10-4モル、より好ましくは1.5×10-5〜3.0×10-4モル、さらにより好ましくは2.0×10-5〜2.5×10-4モルである。含有量が2.0×10-6モル未満の場合は、高分子同士の十分な絡み合いが生じにくく、ひずみ硬化が発現しない、あるいはひずみ硬化度合いが小さいために、成形品の肉厚が不均一であったり、成形時に成形品が破けることがあったりして、成形加工性が劣る。一方、含有量が4.0×10-4モルを超える場合は、ゲル状物質の発生が多く、機械的強度が低下する。
なお本開示で、モノビニル化合物1モル当たりの共役ジビニル化合物の含有量は、1H−NMR及び13C−NMRを使用して測定される値である。
本実施形態における脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルとしては、炭素数が4〜20であることが好ましく、より好ましくは4〜10である。
カルボン酸部分としては、アクリル酸、メタクリル酸等が挙げられ、アクリル酸が好ましい。
アルキルエステル部分としては、エチル、ブチルといった脂肪族炭化水素、シクロヘキシルといった脂肪族環状炭化水素等が挙げられ、ブチルが好ましい。
具体的には、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸シクロヘキシル、酢酸ビニル、アクリル酸ラウリル、アクリル酸トリデシル、アクリル酸テトラデシル、アクリル酸ペンタデシル、アクリル酸ヘキサデシル、アクリル酸パルミチン、アクリル酸ステアリル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸テトラデシル、メタクリル酸ペンタデシル、メタクリル酸ヘキサデシル、メタクリル酸パルミチン、メタクリル酸ステアリル等が挙げられる。
本実施形態のスチレン系共重合体における脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量は、スチレン系共重合体を100質量%として、低温加工性の観点から、好ましくは5〜30質量%、より好ましくは10〜25質量%、さらに好ましくは12〜20質量%である。
なお本開示で、スチレン系共重合体における脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量は、1H−NMR及び13C−NMRを使用して測定される値である。
本実施形態のスチレン系共重合体の重量平均分子量(Mw)は20万〜60万であり、好ましくは25万〜55万、より好ましくは30万〜50万である。
スチレン系共重合体のMwを20万〜60万にすることにより、スチレン系共重合体の強度を確保しつつ、ゲル状物質の発生を抑えてより成形加工性と流動性を向上させることができる。
なお、本実施形態のスチレン系共重合体において、上記の重量平均分子量(Mw)は、スチレン系単量体をラジカル重合する際に、共役ジビニル化合物の種類及び添加量、反応温度、滞留時間、重合開始剤の種類及び添加量、溶媒の種類及び量、連鎖移動剤の種類及び添加量等によって制御することができる。具体的には、上記の重量平均分子量(Mw)等の制御は、限定されるものではないが、例えば、製造方法において、重合する際の重合開始剤の添加量を増加させ、重合の反応温度を低くする方法、重合溶媒の使用量を少なくする方法、重合する際の滞留時間を長くする方法等により制御することができ、このようにすることで、得られるスチレン系共重合体において、分子鎖を所望の形状とさせつつ、高分子量成分側も適切に増加させることができる。
なお、スチレン系共重合体の重量平均分子量(Mw)、分子量100万以上の割合は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)で測定される微分分子量分布の重量割合である。
本実施形態のスチレン系共重合体において、分子量100万以上の割合は3.0〜15.0%であり、5.0〜14.0%であることが好ましく、7.0〜13.0%がより好ましい。分子量100万以上の割合を3.0〜15.0%の範囲にすることにより、低温加工性と機械的強度のバランスに優れたスチレン系共重合体を得ることができる。
なお、本実施形態のスチレン系共重合体の分子量の割合は、スチレン系単量体をラジカル重合する際に、共役ジビニル化合物の種類及び添加量、反応温度、滞留時間、重合開始剤の種類及び添加量、溶媒の種類及び量、連鎖移動剤の種類及び添加量等によって制御することができる。具体的には、上記の分子量100万以上の割合等の制御は、限定されるものではないが、例えば、製造方法において、重合する際の重合開始剤の添加量を増加させ、重合の反応温度を低くすること、または、重合溶媒の使用量を少なくする方法、重合する際の滞留時間を長くする方法等により制御することができ、このようにすることで、得られるスチレン系共重合体において、低分子量成分側を低減させて、分子量100万以上の割合を適切にしつつ高分子量成分側を増加させることができる。
本実施形態のスチレン系共重合体のメルトマスフローレート(MFR)は2.0〜10.0g/10分が好ましい。より好ましくは3.0〜8.0g/10分、さらにより好ましくは4.0〜7.0g/10分、とりわけ好ましくは4.5〜6.5g/10分である。メルトマスフローレートを2.0〜10.0g/10分の範囲にすることにより、より成形加工性と流動性のバランスに優れたスチレン系共重合体が得られる。
なお本開示で、メルトマスフローレートは、ISO1133に準拠して、200℃、荷重49Nにて測定される値である。
本実施形態のスチレン系共重合体の最大立ち上がり比は、好ましくは1.1〜5.0、より好ましくは1.1〜4.0、さらにより好ましくは1.2〜3.0である。
本願明細書において、「最大立ち上がり比」とは、(最大立ち上がりひずみの非線形領域の伸長粘度/最大立ち上がりひずみの線形領域の伸長粘度)を意味し、「最大立ち上がりひずみ」とは、伸長粘度が最大となる時のヘンキーひずみを意味する。最大立ち上がり比は、最大立ち上がりひずみにおけるひずみ硬化の度合いを表す指標となる。最大立ち上がり比が大きいほど、ひずみ硬化度合いが大きく、成形加工性に優れる。
最大立ち上がり比が1.1以上であると、高ひずみ時、つまり樹脂が成形加工時に薄く伸ばされた際に伸長粘度が高くなるため、成形品の肉厚が均一になることや、成形時に破れにくくなる傾向がある。最大立ち上がり比が5.0以下であると、成形時の伸長粘度が高くなり過ぎないため、生産性と成形性のバランスの観点から好ましい。
なお本開示で、最大立ち上がり比は、後述の[実施例]の項で説明する手順で算出される値である。
なお、ビカット軟化温度は、ISO 306に準拠して測定した。荷重は49Nとし、昇温速度は50℃/時間とした。
この流動パラフィン添加量と、共役ジビニル化合物とモノビニル化合物と脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルとの含有量の組み合わせとで、上述のビカット軟化温度を得るスチレン系共重合体の組成は、脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量が好ましくは5〜22質量%、より好ましくは6〜20質量%で、モノビニル化合物の含有量が78〜95質量%、より好ましくは80〜94質量%である。
本実施形態のスチレン系共重合体は、任意選択的に添加剤等を含んだ樹脂組成物としてもよく、例えば、必要に応じて、ゴム質を含有する成分としてHIPS樹脂、MBS樹脂等のゴム強化芳香族ビニル系樹脂やSBS等の芳香族ビニル系熱可塑性エラストマーを1〜50質量%程度含有していてもよい。また、スチレン系共重合体には、未反応モノマーの回収工程における高分子の熱分解を抑制するために、例えば2−[1−(2−ヒドロキシ−3,5−ジ−t−フェニルペンチル)エチル]−4,6−ジ−t−フェニルペンチルアクリレートのような加工安定剤が含まれていてもよい。
また、スチレン系共重合体には、ステアリン酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸マグネシウム等の高級脂肪酸及びその塩やエチレンビスステアリルアミド等の滑剤、流動パラフィン等の可塑剤、酸化防止剤が含まれていてもよい。その他、スチレン系樹脂の分野で慣用されている添加剤、例えば、核剤、難燃剤、着色剤等と本実施形態の目的を損なわない範囲で組み合わせて、スチレン系共重合体に添加してもよい。添加剤としては、特に限定されないが、例えば、タルク等の核剤、ヘキサブロモシクロドデカン等の難燃剤、酸化チタン、カーボンブラック等の着色剤等が挙げられる。
また、スチレン系重合体をペレットとする場合には、当該ペレットの外部潤滑剤として、エチレンビスステアリルアミド、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム等をペレットにまぶして使用してもよい。
酸化防止剤の添加量は、スチレン系共重合体100質量部に対して、0.01〜1質量部が好ましく、より好ましくは0.1〜0.5質量部である。
〈(重合工程))
本実施形態のスチレン系共重合体の重合方法としては、例えば、塊状重合法、溶液重合法、懸濁重合法等、公知のスチレン重合方法が挙げられる。これらの重合法は、バッチ重合法であっても連続重合法であってもよく、生産性の点から連続重合法であることが好ましい。連続塊状重合法としては、例えば、モノビニル化合物、共役ジビニル化合物、必要に応じて溶剤、重合触媒、及び連鎖移動剤等を添加及び混合して、単量体類を含む原料溶液を調製する。直列及び/又は並列に配列された1個以上の反応器と、未反応単量体等の揮発性成分を除去する脱揮工程のための脱揮装置とを備えた設備に、上記原料溶液を連続的に送入し、段階的に重合を進行させる方法が挙げられる。
脱揮装置としては、例えば、フラッシュドラム、二軸脱揮器、薄膜蒸発器、押出機等の通常の脱揮装置を用いることができ、一般的には加熱器付きの真空脱揮槽や脱揮押出機等が用いられる。脱揮装置の配列としては、例えば、加熱器付きの真空脱揮槽を1段のみ使用したもの、加熱器付きの真空脱揮槽を直列に2段接続したもの、及び加熱器付きの真空脱揮槽と脱揮押出機とを直列に接続したもの等が挙げられる。揮発成分を極力低減するためには、加熱器付きの真空脱揮槽を直列に2段接続したもの、又は加熱器付きの真空脱揮槽と脱揮押出機とを直列に接続したものが好ましい。
本実施形態のシート、フィルムは、本実施形態のスチレン系共重合体を含む。
シート、フィルムの製造方法としては、通常知られている方法を用いることができる。非発泡シート、非発泡フィルムでは、Tダイ或いはサーキュラーダイを取り付けた単軸又は二軸押出成形機で押出し、その後一軸延伸機又は二軸延伸機でシートを引き取る装置を用いる方法等を用いることができる。発泡シート、発泡フィルムの製造方法としては、Tダイ又はサーキュラーダイを備え付けた押出発泡成形機を用いる方法等を用いることができる。
また、シート、フィルムは、通常の低倍率のロール延伸のみで形成してもよく、ロールで1.3倍から7倍程度延伸した後、テンターで1.3倍から7倍程度延伸してもよい。
発泡シート、発泡フィルムを形成する場合、押出発泡時の発泡剤及び発泡核剤としては通常用いられる物質を使用できる。発泡剤としては、ブタン、ペンタン、フロン、二酸化炭素、水等を使用することができ、ブタンが好適である。また、発泡核剤としてはタルク等を使用できる。
また、発泡押出後に、シート、フィルムを加熱しながらロールで1.3倍から7倍程度延伸した後、テンターで1.3倍から7倍程度延伸してもよい。
本実施形態の多層熱収縮性フィルムは、中間層と該中間層を挟む両外層とを含む多層熱収縮性フィルムである。
ここで、上記中間層の樹脂が、本実施形態のスチレン系共重合体(a)10〜95質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)5〜90質量%とを含む混合物からなる。
また、上記両外層の樹脂が、本実施形態のスチレン系共重合体(a)0〜10質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)90〜100質量%とを含む混合物からなる。
なお、ここで、混合物とは、1種又は複数種の樹脂を溶融混練して得られる組成物をも含む。
本実施形態の多層熱収縮性フィルムの両外層に使用される樹脂(a)は、上述の本実施形態のスチレン系共重合体としてよい。
本実施形態の多層熱収縮性フィルムの中間層及び両外層に使用される樹脂(b)は、有機溶媒中、有機リチウム化合物を開始剤としてビニル芳香族炭化水素及び共役ジエンを重合することにより得るものとしてよい。
樹脂(b)に用いられるビニル芳香族炭化水素としては、スチレン、α一メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン等があるが、特に一般的なものとしてはスチレンが挙げられる。これらは1種のみならず2種以上混合して使用してもよい。
樹脂(b)に用いられる共役ジエンとしては、1対の共役二重結合を有するジオレフィンであり、例えば、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエン、1,3−ヘキサジエン等であるが、これらは1種のみならず2種以上混合使用してもよい。
特に好適には、1,3−ブタジエン、イソプレンであり、ブロック共重合体中の1,3−ブタジエンとイソプレンの質量比が97/3〜20/80、好ましくは90/10〜25/75、更に好ましくは85/15〜30/70である。この範囲することにより、フィッシュアイの少ない共重合体が得られる。
ビニル芳香族炭化水素を主体とするブロックセグメントをS、共役ジエンを主体とするブロックセグメントをDとすると、その一つのグループは、(D−S)n+1、(D−S)n−D、S−(D−S)n(但し、n=1〜10)で表される基本構造を有する線状ブロック共重合体であり、その製法は炭化水素系溶媒中で有機リチウム系等の重合開始剤を用いてブロック共重合する手段によるものである。また次のグループは、[(D−S)n]m+2−X、[(S−D)n]m+2−X、[(S−D)n−S]m+2−X、[(D−S)n−D]m+2−Xのごとき分岐型の基本構造を有する非線状ブロック共重合体等である。(但し、n=1〜10、m=1〜10)、(Xは、多官能性開始剤の残基を表す、例えば、開始剤は、SiCl4、SnCl4、多官能有機リチウム化合物、ポリエポキシド、ポリイソシアナート、ポリアルデヒド、ポリケトン、テトラアリルSn等が挙げられる。)。
樹脂(b)は、上記一般式で表される構造を有するブロック共重合体の任意の混合物でもよい。
また、上記各グループのポリマー分子構造中の少なくとも1部分に、ランダム構造、若しくは、両単量体からなる成分が両者の比率を漸減的又は漸増的に変化させた、テーパー状のランダム状又はブロック状の構造、を有する共重合体、他種の共重合し得る単量体を含む共重合体、変性重合体も使用されるものとする。
なお、数平均分子量(Mn)は、ポリスチレン換算で、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(以下、GPCと呼ぶ)で測定した値とする。
また、樹脂(b)のビニル芳香族炭化水素を主体とするブロックの分子量は、四酸化オスミウムとパーオキサイドとで酸化分解する方法により得られたビニル芳香族炭化水素重合体ブロック成分についてGPCで求めた値とする。
特に好ましい樹脂(b)は、成形加工の点から、メルトフローレート(200℃、荷重49N)が0.1〜50g/10分、好ましくは1〜20g/10分である。
なお、ビカット軟化温度は、ISO 306に準拠して測定した。荷重は49Nとし、昇温速度は50℃/時間とした。
特に、外層に用いられる樹脂(b)のビカット軟化温度は、耐ブロッキングの観点から、75℃以上が好ましい。
なお、ブロッキング防止剤、帯電防止剤、滑剤としては、例えば、脂肪酸アマイド、エチレンビスステアロアミド、ソルビタンモノステアレート、脂肪酸アルコールの飽和脂肪酸エステル、ペンタエリスリトール脂肪酸エステル等、また、紫外線吸収剤としては、p−t−ブチルフェニルサリシレート、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’−t−ブチル−5’−メチルフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2,5−ビス−[5’−t−ブチルベンゾオキサゾリル−(2)]チオフェン等、「プラスチックおよびゴム用添加剤実用便覧」(化学工業社)に記載された化合物が使用できる。
これらは、一般的に、樹脂質量部100質量部に対して、好ましくは0.01〜5質量部、より好ましくは0.05〜3質量部の範囲で用いられる。
実施例及び比較例においては、以下の材料を用いた。
〈モノビニル化合物〉
スチレン:スチレンモノマー[旭化成株式会社製]
共役ジビニル化合物1、3及び4は、下記の方法に基づいて製造した。
撹拌機、温度計及び還流冷却管を取り付けた容量5Lの反応容器内に、ポリブタジエン両末端アルコール(Mn:1900)2742g、アクリル酸メチル379g、n−ヘキサン380g、ハイドロキノンモノメチルエーテル0.8194g、及び4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル0.5533gを仕込んだ。得られた混合物を塩化カルシウム管内に通しながら、その混合物に空気を吹き込み、80〜85℃で還流脱水を行った。この混合物に含まれている水分をカールフィッシャー法により測定し、その含水量が200ppm以下であることを確認した。
その後、エステル交換触媒として、テトラn−ブチルチタネート1.3685gを上記混合物に添加し、生成したメタノールをその共沸溶媒であるn−ヘキサンの還流下で反応系外に留去しながら、攪拌下で80〜85℃の反応温度で10時間反応させた。
次に、反応容器内の温度を75〜80℃に調整し、使用したアクリル酸メチル及びn−ヘキサンの95%以上が留出するまで減圧度70〜2kPaで濃縮し、過剰のアクリル酸メチルとn−ヘキサンを回収した。
得られたポリブタジエン両末端ジアクリレート2070gに、トルエン2000g、アセトン200g、イオン交換水20g、及びエステル交換触媒としてハイドロタルサイト(組成式Mg6Al2(OH)16CO3・4H2O)〔協和化学工業(株)製、商品名:キョーワード500PL〕20gを添加し、75〜80℃で2時間処理した。
次に、反応容器内の温度を75〜80℃に調整し、減圧度90〜35kPaで濃縮することにより、トルエンとアセトンと水の混合留出液400gを回収し、得られた濃縮液を空気加圧下で濾過して触媒及び吸着剤を分離し、さらに温度60〜80℃及び減圧度30〜0.8kPaで溶媒を脱気し、共役ジビニル化合物1を得た。
高速液体クロマトグラフィー(HPLC)で、共役ジビニル化合物1のポリブタジエン両末端ジアクリレートの転化率を測定したところ99.3%であった。また、GPCで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は1900であった。
ポリブタジエン両末端アルコールの分子量をMn:25000に変更した以外は同様の条件にて製造した共役ジビニル化合物3は、ポリブタジエン両末端ジアクリレートの転化率が99.5%であった。また、GPCで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は26000であった。
ポリブタジエン両末端アルコールの分子量をMn:57000に変更した以外は同様の条件にて製造した共役ジビニル化合物4は、ポリブタジエン両末端ジアクリレートの転化率が99.2%であった。また、GPCで測定したポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)は58000であった。
共役ジビニル化合物6:(2,2’,3,3’,5,5’−ヘキサメチルビフェニル−4,4’−ジオール・2,6−ジメチルフェノール重縮合物)とクロロメチルスチレンとの反応生成物[三菱ガス化学株式会社製:OPE−2ST]Mn:1200
共役ジビニル化合物7:1,3−ブチレンジオールジメタクリレート[和光純薬工業株式会社製]分子量:226
共役ジビニル化合物8:NKエステル A−GLY−20E[新中村化学工業株式会社製]分子量:1295、共役ジビニル化合物8の1分子中の平均の共役ビニルの数は3である。
共役ジビニル化合物9:ジビニルベンゼン[和光純薬工業社製]分子量:130
共役ジビニル化合物10:ポリエチレングリコールジメタクリレート[シグマアルドリッチ社製]分子量:750
アクリル酸ブチル:和光純薬工業社製]
重合開始剤1:1,1−ジ−(ターシャリー−ブチルペルオキシ)シクロヘキサン[日油株式会社製:パーヘキサC]
エチルベンゼン:和光純薬工業社製
スチレン70.4質量部、エチルベンゼン13.8質量部、アクリル酸ブチル15.8質量部、共役ジビニル化合物1(ポリブタジエン末端アクリレート、Mn:1900)を0.079質量部(スチレン1モルに対して6.0×10-5モル)、重合開始剤1を0.015質量部添加して原料溶液を調整した。
調製した原料溶液を、125℃の温度に保持した内容積3.6Lの完全混合型第1反応器に、0.77L/hrで連続的に供給した。ついで、第1反応器からの重合溶液を230℃の温度に加熱された真空脱気槽に供給し、未反応モノマーや溶媒等の揮発性成分を取り除き、72時間の連続運転後に、評価用のスチレン系共重合体を得た。
スチレン系共重合体の製造条件と分析結果を表1に示す。
測定及び評価方法は以下のとおりである。
スチレン系共重合体における、スチレン1モルに対する共役ジビニル化合物の含有モル数は、1H−NMR及び13C−NMRを使用して測定した。測定装置としては、日本電子(株)社製のJEOL−ECA500を使用した。溶媒としてクロロホルム−d1を使用し、テトラメチルシランの共鳴線を内部標準として使用した。
スチレン系共重合体におけるアクリル酸ブチル含有量は、1H−NMR及び13C−NMRを使用して測定した。測定装置としては、日本電子(株)社製のJEOL−ECA500を使用した。溶媒としてクロロホルム−d1を使用し、テトラメチルシランの共鳴線を内部標準として使用した。
共役ジビニル化合物の数平均分子量(Mn)、スチレン系共重合体の重量平均分子量(Mw)、Z平均分子量(Mz)、分子量100万以上の割合は、ゲルパーミエイションクロマトグラフィー(GPC)を用いて以下の条件で測定した。
装置:東ソー製HLC―8220
分別カラム:東ソー製TSK gel Super HZM−H(内径4.6mm)を2本直列に接続
ガードカラム:東ソー製TSK guard column Super HZ−H
測定溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
試料調製:測定試料5mgを10mLの溶媒に溶解し、0.45μmのフィルターでろ過を行った。
注入量:10μL
測定温度:40℃
流速:0.35mL/分
検出器:示差屈折率検出器(RI−8020)
検量線の作成には東ソー製のTSK標準ポリスチレン11種類(F−850、F−450、F−128、F−80、F−40、F−20、F−10、F−4、F−2、F−1、A−5000)を用いた。1次直線の近似式を用いて検量線を作成した。
スチレン系共重合体のメルトマスフローレートは、ISO1133に準拠し、200℃、49Nの荷重条件にて測定した。
ISO 306に準拠して測定した。荷重は49Nとした。昇温速度は50℃/時間とした。
スチレン系共重合体の、立ち上がりはじめひずみ、最大立ち上がりひずみ、及び最大立ち上がり比の測定は、以下の粘弾性測定に基づいて行った。
装置名:粘弾性測定装置 ARES−G2(TA Instruments社製)
測定システム:ARES−EVFオプション
試験片寸法:長さ20mm、厚さ1.0mm、幅10mm
伸長ひずみ速度:0.01/秒
温度:130℃
測定雰囲気:窒素気流中
予熱時間:2分
予備伸長ひずみ速度:0.03/秒、
予備伸長長さ:0.295mm
予備伸長後緩和時間:2分
粘弾性測定は、試験片をローラーに取り付け、温度が測定温度で安定した後、上記の予熱時間、静置し、予熱を行った。予熱終了後、上記の条件で予備伸長を行った。予備伸長後、2分間静置し、予備伸長で生じた応力を緩和させ、測定した。
最大立ち上がりひずみは、上記の粘弾性測定において伸長粘度が最大となる時のヘンキーひずみを指す。
また、立ち上がりはじめひずみは、以下の方法で算出した。上記の粘弾性測定で得られた結果に基づき、横軸にヘンキーひずみを、縦軸に伸長粘度をプロットした両常用対数グラフを作成し、ヘンキーひずみが0.5〜0.8の範囲を線形領域として累乗近似曲線を作成した(例えば、図1の線形領域外挿線)。ひずみ硬化が起こると、この線形領域を外挿した近似曲線上の伸長粘度(この伸長粘度を「線形領域の伸長粘度」と定義する)よりも、測定された伸長粘度(この伸長粘度を「非線形領域の伸長粘度」と定義する)が高くなる。同じヘンキーひずみにおける、非線形領域の伸長粘度と線形領域の伸長粘度との差が非線形領域の伸長粘度の3%となる時のヘンキーひずみを立ち上がりはじめひずみとした。
また、最大立ち上がり比は、(最大立ち上がりひずみにおける非線形領域の伸長粘度/最大立ち上がりひずみにおける線形領域の伸長粘度)で算出した。
図1に、実施例及び比較例で得られたスチレン系共重合体について、横軸をヘンキーひずみとし縦軸を伸長粘度としてプロットした両対数グラフを示す。
外層用の樹脂としては、樹脂(b)を100質量%使用した。
このペレットを用いて、外層/中間層/外層の厚さの比率が10/80/10となるように共押出で厚さ約300μmの3層シートを作成した。次いで、このシートをバッチ式テンター(東洋精機社製EX6−S1)で、スチレン系共重合体のビカット軟化温度+15℃の温度で加熱、シート押出方向の直交方向に5倍、シート押出方向に1.2倍延伸した厚み約50μmの試験片フィルムを得た。なお、ビカット軟化温度+15℃が110℃を超える場合は、110℃を加熱温度の上限とした。
中間層及び両外層用の樹脂(b)は、特開2007−276338号公報に記載の方法で合成を行った。得られた樹脂(b)は、スチレン−ブタジエン−スチレンのブロック共重合体であり、そのブタジエン含有量は22質量%、スチレンブロックの数平均分子量は50000、共重合体全体の数平均分子量は130000、ビカット軟化温度は82℃、屈折率は1.576であった。
上記のとおり得られた評価用試験片を用いてJISK7127に準拠して、25℃で測定した。なお、引張速度は5mm/分で、試験片形状はタイプ5を用い、主延伸の直交方向
に引張試験をした。印刷後の引張破壊呼び歪の保持率(%)を次式より算出した。
引張破壊呼び歪の保持率(%)=E2/E1×100
E1:印刷前の引張破壊呼び歪、E2:印刷後の引張破壊呼び歪
上記のとおり得られた未処理のフィルムを、75℃、90℃の熱水に10秒間浸漬し、主延伸方向の両温度における収縮率(%)を次式により算出した。
収縮率(%)=(1−L2/L1)×100
(L1:浸漬前の長さ、L2:浸漬後の長さ。)
そして、75℃での収縮率に対する90℃での収縮率の割合を算出した。
厚み250μmのシートをバッチ式テンターで2軸に延伸した時の、延伸性を評価した。ビカット軟化温度+25℃で、シート押出方向の直交方向に5倍、シート押出方向に3倍延伸した5枚のフィルムについて測定し、下記評価基準に従って評価した。なお、ビカット軟化温度+25℃が110℃を超えるものについては、110℃を加熱温度の上限として延伸した。
<評価基準>
◎:破れが全くなく、延伸されたフィルムの有効部分(エッジ部を除く)の厚み斑が<±10%(±10%よりも小さい範囲)に延伸出来た。
○:破れが全くなく、やや不均一で厚み斑が±10〜±30%である。
×:破れがある、又は、厚み斑が>±30%(±30%よりも大きい範囲)である。
(11)実用収縮性の判定方法
アセプティック用PETボトルに水を入れてキャップをした後、得られた未処理のフィルムからPETボトル外周の1.06倍+のりしろ5mmの長さのフィルムを切り出し、これを封筒状にしてボトルにかぶせ、80℃の蒸気トンネルに10秒間通して装着し、下記評価基準に従って判定した。
<評価基準>
◎:非常に仕上がり外観が良い。
○:仕上がり外観が良好。
×:収縮不足(仕上がり外観が不良)。
実施例2〜7及び比較例1〜7は、表1に示すように条件を変更したこと以外は実施例1と同様にして行い、スチレン共重合体のMw、分子量100万以上の割合、及び最大立ち上がり比等を表1に示すように制御した。
分子量100万以上の成分の割合が15.4%、17.5%と多い比較例2、3では、実用収縮性が極端に悪化した。
分子量100万以上の成分の割合が2.8%と少ない比較例6では、ARES−EVFの測定においてひずみ硬化が発現せず、低温加工性と実用収縮性に劣っていた。
共役ジビニル化合物を添加していない比較例5〜7では、ARES−EVFの測定においてひずみ硬化が発現せず、低温加工性と実用収縮性に劣っていた。
Claims (10)
- 少なくともスチレン系化合物を含む1種類以上のモノビニル化合物と、数平均分子量(Mn)が850〜100000である共役ジビニル化合物と、脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルとのスチレン系共重合体であって、
前記共役ジビニル化合物の含有量が、前記モノビニル化合物1モル当たり2.0×10-6〜4.0×10-4モルであり、
前記脂肪族不飽和カルボン酸アルキルエステルの含有量が、前記スチレン系共重合体を100質量%として、5.0〜30.0質量%であり、
前記スチレン系共重合体は、重量平均分子量(Mw)が20万〜60万であり、分子量100万以上の割合が3.0〜15.0%である、
ことを特徴とする、スチレン系共重合体。 - 前記共役ジビニル化合物の数平均分子量(Mn)が1000〜30000である、請求項1に記載のスチレン系共重合体。
- 前記共役ジビニル化合物が鎖状である、請求項1又は2に記載のスチレン系共重合体。
- 前記共役ジビニル化合物の共役ビニル基が末端に位置する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体。
- 最大立ち上がり比が1.1〜5.0である、請求項1〜4のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体。
- 前記共役ジビニル化合物が、(水添)ポリブタジエンジ(メタ)アクリレートである、請求項1〜5のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体。
- 連続溶液重合又は連続塊状重合を用いることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体を含むことを特徴とする、シート。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体を含むことを特徴とする、フィルム。
- 中間層と該中間層を挟む両外層とを含む多層熱収縮性フィルムであり、
前記中間層の樹脂が、請求項1〜9のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体(a)10〜95質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)5〜90質量%を含む混合物からなり、
前記両外層の樹脂が、請求項1〜9のいずれか一項に記載のスチレン系共重合体(a)0〜10質量%と、ビニル芳香族炭化水素を主体とする重合体ブロックと共役ジエン誘導体を主体とする重合体ブロックとからなる樹脂(b)90〜100質量%とを含む混合物からなる
ことを特徴とする、多層熱収縮性フィルム。
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