JP2019137781A - グラフト共重合体、熱可塑性樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents

グラフト共重合体、熱可塑性樹脂組成物およびその成形品 Download PDF

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Abstract

【課題】耐衝撃性、耐候性、発色性および耐傷付き性に優れる熱可塑性樹脂組成物の材料として好適なグラフト共重合体を提供する。【解決手段】質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたグラフト共重合体であって、前記エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRにより測定したときに、スピン−スピン緩和時間が最も長い成分(α)とスピン−スピン緩和時間が2番目に長い成分(β)との、下記式(1)で表されるスピン−スピン緩和時間の平均値(T2ave.)が230〜270μs以下である、グラフト共重合体。1/T2ave.={AM(X)/T2(X)+AM(Y)/T2(Y)}/{AM(X)+AM(Y)} ・・・(1)【選択図】なし

Description

本発明は、グラフト共重合体、熱可塑性樹脂組成物およびその成形品に関する。
成形品の耐衝撃性を向上させることによって、成形品の用途が拡大するだけでなく、成形品の薄肉化や大型化への対応が可能になる等、工業的な有用性が非常に高くなる。そのため、成形品の耐衝撃性の向上については、これまでに様々な手法が提案されている。これらの手法のうち、ゴム質重合体と硬質樹脂とを組み合わせた樹脂材料を用いることによって成形品の耐衝撃性を高める手法は、すでに工業化されている。このような樹脂材料としては、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、アクリロニトリル−スチレン−アクリル酸エステル(ASA)樹脂、アクリロニトリル−エチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体−スチレン(AES)樹脂等が挙げられる。
また、成形品に高い意匠性が求められる場合には、上記のような樹脂材料から得られる成形品に塗装処理を行い、高い外観品質を得ている。しかし、塗装処理には、環境への負荷が大きい、工程が煩雑である、製造コストが高くなる、等の問題がある。そのため、成形品の塗装処理を省略することがある。この場合、成形品には、耐衝撃性等の機械物性以外に、例えば、下記の特性が要求される。
・直射日光にさらされても変色しにくいこと(以下、「耐候性」ともいう)。
・塗装と同等の良好な発色性を有すること(以下、「発色性」ともいう)。
・傷が付きにくい、または傷が目立ちにくいこと(以下、「耐傷付き性」ともいう)。
耐候性の良好な成形品を得ることができる樹脂材料としては、ゴム質重合体としてエチレン・プロピレン・非共役ジエン共重合体、アクリル酸エステル系ゴム、水素添加系ゴム(水素添加ブタジエン系ゴム等)、シリコーン系ゴム等を用いたものが知られている。
耐傷付き性の良好な成形品としては、ゴム質重合体の割合を低くして成形品の表面を硬くしたもの、潤滑剤(シリコーンオイル、オレフィンワックス等)を添加して成形品の表面の滑り性を良くしたもの、摺動性の高いグラフトを添加するもの等が知られている。
耐傷付き性の高い成形品を得ることができる樹脂材料としては、例えば、下記のものが提案されている。
(1)特定のゲル含有量を有する架橋オレフィン樹脂に、スチレン等の芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体を含むビニル系単量体混合物を重合したグラフト共重合体(特許文献1)。
また、耐候性と耐傷付き性の高い成形品を得ることができる樹脂材料としては、例えば、下記のものが提案されている。
(2)特定のゲル含有量を有する架橋エチレン・α−オレフィン共重合体の存在下に芳香族ビニルとシアン化ビニルとを含む単量体混合物をグラフト重合したグラフト共重合体と、ガラス転移温度が135℃以下であるメタクリル酸エステル樹脂と、メタクリル酸メチルを95質量部以上含む単量体成分を重合したメタクリル酸からなる熱可塑性樹脂組成物(特許文献2)。
特開2014−156547号公報 特開2014−80525号公報
しかしながら、特許文献1では硬質樹脂を構成する単量体としてスチレン等の芳香族ビニル系単量体を用いており、特許文献1に記載のグラフト共重合体を樹脂材料として用いた成形品は耐候性に劣るため、屋外での使用に制限がある。
また、成形品を例えば自動車の外装部品として使用した場合、洗車後のタオルによる拭き取り時の耐傷付き性が重要となることがある。
しかしながら、特許文献2に記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形品においては、タオルによる擦り傷が付きやすく、耐傷付き性に劣るため、用途に制限がある。
本発明は、耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性に優れる成形品が得られる熱可塑性樹脂組成物の材料として好適なグラフト共重合体、前記グラフト共重合体を含む熱可塑性樹脂組成物、およびその成形品を提供することを目的とする。
本発明は、以下の態様を包含する。
[1] 質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含むビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたグラフト共重合体であって、前記エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRにより30℃で測定したときに、スピン−スピン緩和時間が異なる成分が複数検出され、前記複数の成分のうち、スピン−スピン緩和時間が最も長い成分(α)とスピン−スピン緩和時間が2番目に長い成分(β)との、下記式(1)で表されるスピン−スピン緩和時間の平均値(T2ave.)が230〜270μsである、グラフト共重合体。
1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)} ・・・(1)
(式(1)中、「AM(α)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
[2]質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を架橋して得られた架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の存在下に、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含むビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたグラフト共重合体であって、
前記架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)をパルスNMRにより30℃で測定したときに、スピン−スピン緩和時間が異なる成分が複数検出され、前記複数の成分のうち、スピン−スピン緩和時間が最も長い成分(α)とスピン−スピン緩和時間が2番目に長い成分(β)との、下記式(2)で表されるスピン−スピン緩和時間の平均値(T2ave.)が230〜270μsである、グラフト共重合体。
1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)}・・・(2)
(式(2)中、「AM(α)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
[3][1]又は[2]に記載のグラフト共重合体と、硬質成分と、を含む熱可塑性樹脂組成物。
[4][3]に記載の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品。
本発明のグラフト共重合体は、耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性に優れる成形品が得られる熱可塑性樹脂組成物の材料として好適である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物によれば、耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性に優れる成形品が得られる。
本発明の成形品は、耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性に優れる。
洗車タオル摩耗による耐傷付き性試験を説明する概略図である。
以下、本発明を詳細に説明する。
なお、以下の用語の定義は、本明細書および特許請求の範囲にわたって適用される。
「成形品」とは、熱可塑性樹脂組成物を成形してなるものを意味する。
「明度(L)」とは、JIS Z 8729において採用されているL表色系における色彩値のうちの明度の値(L)を意味する。
「SCE方式」とは、JIS Z 8722に準拠した分光測色計を用い、光トラップによって正反射光を除去して色を測る方法を意味する。
「グラフト共重合体」
本発明のグラフト共重合体(以下、「グラフト共重合体(A)」ともいう。)は、質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含むビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたものである。換言すれば、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)部分と、ビニル系単量体成分(m1)の重合体であるビニル系重合体部分とからなる。
なお、グラフト共重合体(A)においては、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下にビニル系単量体成分(m1)がどのように重合しているか、特定することは困難である。例えば、ビニル系単量体成分(m1)が重合したビニル系重合体としては、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)に結合したものと、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)に結合していないものとが存在する。また、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)に結合したビニル系重合体の分子量、構成単位の割合等を特定することも困難である。すなわち、グラフト共重合体(A)をその構造または特性により直接特定することが不可能であるか、またはおよそ実際的でないという事情(不可能・非実際的事情)が存在する。したがって、本発明においては、グラフト共重合体(A)は「エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたもの」と規定することがより適切とされる。
グラフト共重合体(A)は、典型的には、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を含む水性分散体中にてビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたものである。以下、各成分について説明する。
<エチレン・α−オレフィン共重合体(a)>
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)は、エチレンと炭素数が3以上のα−オレフィンとを公知の重合方法によって共重合することによって得られた、エチレン単位とα−オレフィン単位とを含む共重合体である。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)は、非共役ジエン単位をさらに含んでもよい。
α−オレフィンとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−デセン、1−ウンデセン、1−イコセン、1−ドコセン等が挙げられる。中でも、得られる成形品の耐衝撃性が優れることから、炭素数が3〜20のα−オレフィンが好ましく、プロピレンが特に好ましい。
非共役ジエンとしては、ジシクロペンタジエン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、2−メチル−1,5−ヘキサジエン、1,4−シクロヘプタジエン、1,5−シクロオクタジエン等が挙げられる。中でも、得られる成形品の耐衝撃性や耐傷付き性が優れることから、ジシクロペンタジエンおよび5−エチリデン−2−ノルボルネンのいずれか一方または両方が、非共役ジエン単位として好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)のエチレン単位の含有率は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を構成する全ての構成単位の合計を100質量%としたときに、45〜80質量%が好ましく、50〜75質量%がより好ましい。エチレン単位の含有率が前記範囲内であれば、成形品の耐傷付き性、耐衝撃性のバランスがさらに優れる。
エチレン単位とα−オレフィン単位の合計の含有率は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を構成する全ての構成単位の合計を100質量%としたときに、90〜100質量%が好ましく、95〜99質量%がより好ましい。エチレン単位とα−オレフィン単位の合計の含有率が前記範囲内であれば、成形品の耐傷付き性、耐衝撃性のバランスがさらに優れる。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRで測定すると、時間に対して磁化が減衰する自由誘導減衰(FID)曲線(緩和曲線)が得られる。この自由誘導減衰曲線から求められる緩和時間がスピン−スピン緩和時間(T2)である。T2は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の分子運動性を反映している。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRで測定すると、T2が異なる成分が複数検出される。具体的には、T2が最も長い成分(α)と、T2が2番目に長い成分(β)と、T2が3番目に長い成分(γ)と、T2が4番目に長い成分(δ)の4成分が検出される。なお、成分(δ)はT2が最も短い成分に相当し、成分(γ)はT2が2番目に短い成分に相当する。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRにより測定して得られる自由誘導減衰曲線は、成分(α)、成分(β)、成分(γ)および成分(δ)に由来する4つの自由誘導減衰曲線が重なったものであり、これを非線形最小二乗法で解析することで4成分に由来する4つの自由誘導減衰曲線に分離することができる。
ここで、成分(α)および成分(β)のT2は、下記式(3)で表されるパルスNMRの自由誘導減衰曲線により求められる。成分(γ)および成分(δ)のT2は、下記式(4)で表されるパルスNMRの自由誘導減衰曲線により求められる。
M=Mexp(−t/T2) ・・・(3)
M=Mexp{−1/2(t/T2)} ・・・(4)
(式(3)、(4)中、「M」は磁場の強さであり、「M」はt=0時の磁場の強さであり、「t」は時間である。)
分離した各成分に由来する自由誘導減衰曲線の初期値(M)は水素原子数に比例する。よって、各成分のMより、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、各成分が有する水素原子の割合が求められる。
本実施形態においては、下記式(1)で表される、成分(α)と成分(β)とのT2の平均値(T2ave.)が230〜270μsが好ましい。T2ave.が230〜270μsであれば、成形品の耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性が向上する。成形品の耐衝撃性および耐候性のバランスに優れるため、T2ave.が230〜260μsであることがより好ましい。
1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)} ・・・(1)
(式(1)中、「AM(α)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の質量平均分子量(Mw)は、200,000〜350,000が好ましく、250,000〜330,000がより好ましい。質量平均分子量(Mw)が前記範囲内であれば、成形品の耐傷付き性、発色性、および耐衝撃性がより優れる。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の分子量分布(質量平均分子量(Mw)/数平均分子量(Mn))は、1.0〜3.0が好ましく、1.5〜2.8がより好ましく、2.0〜2.6がさらに好ましい。分子量分布(Mw/Mn)が前記範囲内であれば、成形品の耐傷付き性、および耐衝撃性がより優れる。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の質量平均分子量(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(GPC)を用いて測定し、標準ポリスチレンで換算した値である。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径は、0.10〜1.00μmの範囲内にあることが好ましく、成形品の耐衝撃性と発色性のバランスがより優れる点から、0.30〜0.60μmがより好ましく、0.33〜0.55μmがさらに好ましく、0.35〜0.50μmが特に好ましい。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の製造方法は、限定されない。エチレン・α−オレフィン共重合体(a)は、通常、メタロセン触媒またはチーグラー・ナッタ触媒を用いてエチレンとα−オレフィンとを、またはエチレンとα−オレフィンと非共役ジエンとを共重合することによって製造される。
メタロセン触媒としては、遷移金属(ジルコニウム、チタン、ハフニウム等)にシクロペンタジエニル骨格を有する有機化合物、ハロゲン原子等が配位したメタロセン錯体と、有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物等とを組み合わせた触媒が挙げられる。
チーグラー・ナッタ触媒としては、遷移金属(チタン、バナジウム、ジルコニウム、ハフニウム等)のハロゲン化物と有機アルミニウム化合物、有機ホウ素化合物等とを組み合わせた触媒が挙げられる。
重合方法としては、前記触媒の存在下に、エチレンとα−オレフィンとを、またはエチレンとα−オレフィンと非共役ジエンとを溶媒中で共重合させる方法が挙げられる。溶媒としては、炭化水素溶媒(ベンゼン、トルエン、キシレン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン等)が挙げられる。炭化水素溶媒は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。また、原料のα−オレフィンを溶媒として用いてもよい。重合の際、水素等の分子量調節剤を用いてもよい。
エチレン、α−オレフィン、非共役ジエンそれぞれの供給量、水素等の分子量調節剤の種類や量、触媒の種類や量、反応温度、圧力等の反応条件を変更することによって、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)のエチレン単位の含有率、質量平均分子量(Mw)および分子量分布(Mw/Mn)を調整することができる。
グラフト共重合体(A)の製造において、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)は、そのままの状態で用いてもよいし、水性媒体に分散させた状態で用いてもよい。
また、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)は、架橋構造を有することが好ましい。エチレン・α−オレフィン共重合体(a)が架橋構造を有することで、成形品の耐衝撃性がより向上する。また、架橋後のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)のT2ave.が230〜270μsになりやすい。
なお、本明細書において、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を水性媒体に分散させたものを「オレフィン樹脂水性分散体(x)」ともいう。また、架橋構造を有するエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を特に「架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)」ともいう。また、架橋構造を有さないエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を特に「未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)」ともいう。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を架橋して得られた架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)をパルスNMRで測定すると、上述したエチレン・α−オレフィン共重合体(a)のときと同様に時間に対して磁化が減衰する自由誘導減衰(FID)曲線(緩和曲線)が得られる。
架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)をパルスNMRで測定すると、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)のときと同様にT2が異なる前記4成分が検出される。
架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)をパルスNMRにより測定して得られる自由誘導減衰曲線は、前記成分(α)、前記成分(β)、前記成分(γ)および前記成分(δ)に由来する4つの自由誘導減衰曲線が重なったものであり、これを非線形最小二乗法で解析することで4成分に由来する4つの自由誘導減衰曲線に分離することができる。
ここで、成分(α)および成分(β)のT2は、前記式(3)で表されるパルスNMRの自由誘導減衰曲線により求められる。成分(γ)および成分(δ)のT2は、前記式(4)で表されるパルスNMRの自由誘導減衰曲線により求められる。
分離した各成分に由来する自由誘導減衰曲線の初期値(M)は水素原子数に比例する。よって、各成分のMより、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、各成分が有する水素原子の割合が求められる。
本実施形態においては、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の下記式(2)で表される、成分(α)と成分(β)とのT2の平均値(T2ave.)が230〜270μsが好ましい。T2ave.が230〜270μsであれば、成形品の耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性が向上する。成形品の耐衝撃性および耐候性のバランスに優れるため、T2ave.が230〜260μsであることがより好ましく、230〜250μsであることがさらに好ましい。
1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)} ・・・(2)
(式(2)中、「AM(α)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
(オレフィン樹脂水性分散体(x))
オレフィン樹脂水性分散体(x)は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を水性媒体に分散させたものである。
オレフィン樹脂水性分散体(x)は、その他の成分として、乳化剤、酸変性オレフィン重合体等を含有してもよい。
水性媒体としては、水、水と混和する有機溶剤(以下、「水混和性有機溶剤」ともいう)、およびこれらの混合物が挙げられる。水混和性有機溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール等のアルコール類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール等のポリアルキレングリコール類;ポリアルキレングリコールのアルキルエーテル類;N−メチル−2−ピロリドン等のラクタム類等が挙げられる。水性媒体としては、水のみを用いるか、または水と水混和性有機溶剤との混合物を用いることが好ましい。
乳化剤としては、公知のものが挙げられ、例えば、長鎖アルキルカルボン酸塩、スルホコハク酸アルキルエステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩等が挙げられる。
オレフィン樹脂水性分散体(x)中の乳化剤の含有量は、得られる熱可塑性樹脂組成物の熱着色を抑制でき、オレフィン樹脂水性分散体(x)に分散しているエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の粒子径制御が容易である点から、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)100質量部に対して1〜8質量部が好ましい。
酸変性オレフィン重合体としては、質量平均分子量が1,000〜5,000のオレフィン重合体(ポリエチレン、ポリプロピレン等)を、官能基を有する化合物(不飽和カルボン酸化合物等)で変性したものが挙げられる。不飽和カルボン酸化合物としては、例えば、アクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸、マレイン酸モノアミド等が挙げられる。
オレフィン樹脂水性分散体(x)中の酸変性オレフィン重合体の含有量は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)100質量部に対して、1〜40質量部が好ましい。酸変性オレフィン重合体の添加量が前記範囲内であれば、成形品の耐傷付き性と耐衝撃性のバランスがさらに優れる。
オレフィン樹脂水性分散体(x)の調製方法は、限定されない。調製方法としては、例えば、(M1)公知の溶融混練手段(ニーダー、バンバリーミキサー、多軸スクリュー押出機等)でエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を溶融混練し、機械的せん断力を与えて分散させ、水性媒体に添加する方法;(M2)エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を炭化水素溶媒(ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等)に溶解し、水性媒体に添加して乳化させた後、十分に撹拌し、炭化水素溶媒を留去する方法等が挙げられる。オレフィン樹脂水性分散体(x)の調製の際に、その他の成分として酸変性オレフィン重合体、乳化剤等を添加してもよい。
酸変性オレフィン重合体の添加方法は、限定されない。例えば、前記(M1)の方法において、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体とを混合し、溶融混練する方法、前記(M2)の方法において、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体とを炭化水素溶媒に溶解する方法等が挙げられる。
エチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体との混合方法は、限定されない。混合方法としては、ニーダー、バンバリーミキサー、多軸スクリュー押出機等を用いた溶融混練法等が挙げられる。この場合、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体とを混合する工程が、それらの混合物を溶融混練する工程を兼ねてもよい。
乳化剤の添加方法は、限定されない。例えば、酸変性オレフィン重合体の添加方法と同様の方法が挙げられる。また、前記(M1)または(M2)の方法において、水性媒体に乳化剤を添加する方法、前記(M2)の方法において、炭化水素溶媒に乳化剤を溶解する方法等が挙げられる。
オレフィン樹脂水性分散体(x)を構成するエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径は、成形品の耐衝撃性と発色性のバランスがより優れる点から、0.10〜1.00μmが好ましく、0.30〜0.60μmがより好ましく、0.33〜0.55μmがさらに好ましく、0.35〜0.50μmが特に好ましい。
オレフィン樹脂水性分散体(x)を構成するエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径は、後述する実施例に記載の方法によって測定することができる。
なお、オレフィン樹脂水性分散体(x)を構成するエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径が、そのままグラフト共重合体(A)および後述する熱可塑性樹脂組成物中のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径を示すことを、電子顕微鏡の画像解析によって確認している。
オレフィン樹脂水性分散体(x)に分散しているエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径を制御する方法としては、乳化剤の種類または使用量、酸変性オレフィン重合体の種類または含有量、混練時に加えるせん断力、温度条件等を調整する方法が挙げられる。
(架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’))
架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)は、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)またはこれが水性媒体に分散したオレフィン樹脂水性分散体(x)を架橋処理することにより得られる。架橋処理の方法としては、(M3)有機過酸化物と、必要に応じて多官能性化合物とを添加して架橋処理を行う方法;(M4)多官能性化合物を添加して架橋処理を行う方法;(M5)電離性放射線によって架橋処理を行う方法等が挙げられる。中でも、成形品の耐衝撃性、発色性の点から(M3)、(M4)の方法が好ましく、(M3)の方法がより好ましい。
(M3)の方法としては、具体的には、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)またはこれが水性媒体に分散したオレフィン樹脂水性分散体(x)に、有機過酸化物と、必要に応じて多官能性化合物とを添加し、加熱する方法等が挙げられる。
例えば、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)に、有機過酸化物と、必要に応じて多官能性化合物とを添加し、溶融混練し、粉砕すると、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の粉体が得られる。未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が水性媒体に分散したオレフィン樹脂水性分散体(x)に、有機過酸化物と、必要に応じて多官能性化合物とを添加して架橋処理すると、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の水性分散体が得られる。
有機過酸化物および多官能性化合物の添加量、加熱温度、加熱時間等を調整することによって、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のT2ave.を調整することができる。例えば、有機過酸化物の添加量を増やすと架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のT2ave.は小さくなる傾向にある。
加熱温度は、有機過酸化物の種類によって異なる。加熱温度は、有機過酸化物の10時間半減期温度の−5℃〜+30℃が好ましい。
加熱時間は、3〜15時間が好ましい。
有機過酸化物は、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)に架橋構造を形成させるためのものである。有機過酸化物としては、例えば、ペルオキシエステル化合物、ペルオキシケタール化合物、ジアルキルペルオキシド化合物等が挙げられる。有機過酸化物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機過酸化物としては、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のゲル含有率を調整しやすい点から、ジアルキルペルオキシド化合物が特に好ましい。
ジアルキルペルオキシド化合物の具体例としては、α,α’−ビス(t−ブチルペルオキシ)ジイソプロピルベンゼン、ジクミルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)ヘキサン、t−ブチルクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)ヘキシン−3等が挙げられる。
有機過酸化物の添加量は、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のT2ave.を230〜270μsに調整しやすいことから、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)100質量部に対して0.5質量部以下が好ましく、0.15〜0.45質量部がより好ましい。
多官能性化合物は、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のT2ave.を調整するために、単独で用いられるもの、または必要に応じて有機過酸化物と併用されるものである。
多官能性化合物としては、ジビニルベンゼン、1,7−オクタジエンメタクリル酸アリル、エチレングリコールジメタクリレート、1,3−ブチレンジメタクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート等が挙げられる。多官能性化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
多官能性化合物の添加量は、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)のT2ave.を230〜270μsに調整しやすいことから、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)100質量部に対して0.1〜5質量部が好ましい。
未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を架橋処理して架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)を得る場合、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)に酸変性オレフィン重合体が添加されてもよい。
酸変性オレフィン重合体は、オレフィン樹脂水性分散体(x)の説明で挙げたものと同様である。酸変性オレフィン重合体の添加量は、オレフィン樹脂水性分散体(x)中の酸変性オレフィン重合体の含有量と同様に、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)100質量部に対して、1〜40質量部が好ましい。
酸変性オレフィン重合体の添加方法は、限定されない。未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体とを混合した後に架橋処理をしてもよいし、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体とをそれぞれ架橋処理した後に混合してもよい。
未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)と酸変性オレフィン重合体との混合方法は、限定されない。混合方法としては、ニーダー、バンバリーミキサー、多軸スクリュー押出機等を用いた溶融混練法等が挙げられる。
なお、オレフィン樹脂水性分散体(x)を有機過酸化物によって架橋処理した架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の水性分散体中の架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径は、オレフィン樹脂水性分散体(x)中の未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径に対して変化はない。
水性分散体中の架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径は、成形品の耐衝撃性と発色性のバランスがより優れる点から、0.10〜1.00μmが好ましく、0.30〜0.60がより好ましく、0.33〜0.55μmがさらに好ましく、0.35〜0.50μmが特に好ましい。
また、グラフト共重合体(A)が架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の水性分散体を用いて得られたものである場合、この水性分散体中の架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径が、グラフト共重合体(A)および後述する熱可塑性樹脂組成物中の架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径を示すことを、電子顕微鏡の画像解析によって確認している。
<ビニル系単量体成分(m1)>
ビニル系単量体成分(m1)は、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含む。ビニル系単量体成分(m1)は、必要に応じて、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体以外のビニル系単量体(他のビニル系単量体)をさらに含んでいてもよい。
芳香族ビニル系単量体としては、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、o−,m−またはp−メチルスチレン、ビニルキシレン、p−t−ブチルスチレン、エチルスチレン等が挙げられる。中でも、熱可塑性樹脂組成物の流動性、成形品の発色性、および耐衝撃性の点から、スチレン、α−メチルスチレンが好ましい。芳香族ビニル系単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シアン化ビニル系単量体としては、例えば、アクリロニトリル、メタクリロニトリル等が挙げられる。シアン化ビニル系単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
他のビニル系単量体としては、アクリル酸エステル(アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル等)、メタクリル酸エステル(メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸プロピル、メタクリル酸ブチル等)、マレイミド系化合物(N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド等)等が挙げられる。他のビニル系単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ビニル系単量体成分(m1)は、少なくとも芳香族ビニル系単量体を含むことが好ましく、芳香族ビニル系単量体とシアン化ビニル系単量体との組み合わせ、芳香族ビニル系単量体と他のビニル系単量体との組み合わせが好ましい。芳香族ビニル系単量体と他のビニル系単量体との組み合わせの場合、芳香族ビニル系単量体とメタクリル酸エステルとの組み合わせが特に好ましい。
芳香族ビニル系単量体とシアン化ビニル系単量体との組み合わせの場合、芳香族ビニル系単量体の含有率は、ビニル系単量体成分(m1)の総質量に対して、60〜85質量%が好ましく、62〜80質量%がより好ましい。芳香族ビニル系単量体の含有率が前記範囲内であれば、成形品の発色性、耐衝撃性がさらに優れる。
一方、シアン化ビニル系単量体の含有率は、ビニル系単量体成分(m1)の総質量に対して、15〜40質量%が好ましく、20〜38質量%がより好ましい。シアン化ビニル系単量体の含有率が前記範囲内であれば、成形品の発色性、耐衝撃性がさらに優れる。
芳香族ビニル系単量体と他のビニル系単量体との組み合わせの場合、芳香族ビニル系単量体の含有率は、ビニル系単量体成分(m1)の総質量に対して、1〜10質量%が好ましく、1〜5質量%がより好ましい。芳香族ビニル系単量体の含有率が前記範囲内であれば、成形品の発色性、耐衝撃性がさらに優れる。
一方、他のビニル系単量体の含有率は、ビニル系単量体成分(m1)の総質量に対して、90〜99質量%が好ましく、95〜99質量%がより好ましい。他のビニル系単量体の含有率が前記範囲内であれば、成形品の発色性、耐衝撃性がさらに優れる。
<物性>
グラフト共重合体(A)のグラフト率は、成形品の耐衝撃性、発色性のバランスの点から、20〜100質量%が好ましい。
グラフト率は、後述する実施例に記載の方法により測定される。
<グラフト共重合体(A)の製造方法>
グラフト共重合体(A)は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)を重合して得られる。
なお、以下では、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)を用いたときのグラフト共重合体(A)の製造方法について説明するが、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)を用いたときも同様にグラフト共重合体を製造することができる。
グラフト共重合体(A)は、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)40〜80質量%の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)20〜60質量%(ただし、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)とビニル系単量体成分(m1)の合計は100質量%である)を重合して得られたものであることが好ましい。エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の含有割合が40〜80質量%であれば、成形品の耐衝撃性、発色性の物性バランスがさらに向上する。
ビニル系単量体成分(m1)の重合方法は、限定されない。重合方法としては、公知の重合方法(乳化重合法、溶液重合法、懸濁重合法、塊状重合法等)が挙げられる。
乳化重合法によるグラフト共重合体(A)の製造方法としては、例えば、ビニル系単量体成分(m1)に有機過酸化物を混合したものを、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の水性分散体に対して、連続的に添加する方法が挙げられる。
有機過酸化物と遷移金属と還元剤とを組み合わせたレドックス系開始剤を用いるのが好ましい。
重合の際に、連鎖移動剤、乳化剤等を状況に応じて用いてもよい。
レドックス系開始剤としては、重合反応条件を高温下にする必要がなく、エチレン・α−オレフィン共重合体(a)の劣化等を避け、成形品の耐衝撃性の低下を回避できる点から、有機過酸化物と硫酸第一鉄−キレート剤−還元剤を組み合わせたものが好ましい。
有機過酸化物としては、クメンヒドロペルオキシド、ジイソプロピルベンゼンヒドロペルオキシド、t−ブチルヒドロペルオキシド等が挙げられる。
レドックス系開始剤としては、t-ブチルヒドロペルオキシドと、硫酸第一鉄と、ピロリン酸ナトリウムと、デキストロースとからなるものがより好ましい。
連鎖移動剤としては、メルカプタン類(オクチルメルカプタン、n−またはt−ドデシルメルカプタン、n−ヘキサデシルメルカプタン、n−またはt−テトラデシルメルカプタン等)、アリル化合物(アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、これらのナトリウム塩等)、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられ、分子量を調整することが容易な点から、メルカプタン類が好ましい。連鎖移動剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
連鎖移動剤の添加方法は、一括、分割、連続のいずれでもよい。
連鎖移動剤の添加量は、ビニル系単量体成分(m1)100質量部に対して2.0質量部以下が好ましい。
乳化剤としては、アニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、両性界面活性剤等が挙げられる。
アニオン性界面活性剤としては、高級アルコールの硫酸エステル、アルキルベンゼンスルホン酸塩、脂肪酸スルホン酸塩、リン酸系塩、脂肪酸塩、アミノ酸誘導体塩等が挙げられる。
ノニオン性界面活性剤としては、通常のポリエチレングリコールのアルキルエステル型、アルキルエーテル型、アルキルフェニルエーテル型等が挙げられる。
両性界面活性剤としては、アニオン部にカルボン酸塩、硫酸エステル塩、スルホン酸塩、リン酸エステル塩等を有し、カチオン部にアミン塩、第4級アンモニウム塩等を有するものが挙げられる。
乳化剤の添加量は、ビニル系単量体成分(m1)100質量部に対して10質量部以下が好ましい。
乳化重合法によって得られるグラフト共重合体(A)は、水性媒体中に分散した状態である。
グラフト共重合体(A)を含む水性分散体からグラフト共重合体(A)を回収する方法としては、例えば、水性分散体に析出剤を添加し、加熱、撹拌した後、析出剤を分離し、析出したグラフト共重合体(A)を水洗、脱水、乾燥する析出法が挙げられる。
析出剤としては、例えば、硫酸、酢酸、塩化カルシウム、硫酸マグネシウム等の水溶液が挙げられる。析出剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
グラフト共重合体(A)を含む水性分散体に、必要に応じて酸化防止剤を添加してもよい。
<作用効果>
以上説明した本発明のグラフト共重合体(A)にあっては、質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であり、パルスNMRにより30℃で測定して求められる前記T2ave.が230〜270μs以下であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたものである。よって、本発明のグラフト共重合体(A)は、耐衝撃性、耐候性、発色性および耐傷付き性に優れる成形品が得られる熱可塑性樹脂組成物の材料として好適である。
「熱可塑性樹脂組成物」
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、本発明のグラフト共重合体(A)と硬質成分(B)を含む。硬質成分(B)としては特に制限されないが、スチレン系重合体、ポリカーボネート、メタクリル酸エステル樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、メタクリル酸メチル・スチレン共重合体、メタクリル酸メチル・スチレン・N−フェニルマレイミド共重合体、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアミドなどが挙げられる。これらの中でも、メタクリル酸エステル樹脂(B’)が好ましい。
これら硬質成分(B)は、1種を単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲内で、必要に応じて、他の熱可塑性樹脂や各種添加剤等の任意成分を含んでいてもよい。
以下、各成分について説明する。
<グラフト共重合体(A)>
熱可塑性樹脂組成物に含まれるグラフト共重合体(A)は、上述した本発明のグラフト共重合体(A)であるため、その説明を省略する。
グラフト共重合体(A)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<メタクリル酸エステル樹脂(B’)>
メタクリル酸エステル樹脂(B’)は、メタクリル酸エステルを含むビニル系単量体成分(m2)の重合体である。換言すれば、メタクリル酸エステルを含むビニル系単量体成分(m2)を重合して得られた重合体である。
(ビニル系単量体成分(m2))
ビニル系単量体成分(m2)は、メタクリル酸エステルを含むことが好ましい。
ビニル系単量体成分(m2)は、必要に応じて、メタクリル酸エステル以外の他のビニル系単量体をさらに含んでもよい。
メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸i−プロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸i−ブチル、メタクリル酸t−ブチル、メタクリル酸アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸ペンジル、メタクリル酸フェニル等が挙げられる。中でも、成形品の耐熱性および耐衝撃性がさらに優れる点から、メタクリル酸メチルおよびメタクリル酸エチルの少なくとも1種が好ましい。
メタクリル酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
他のビニル系単量体としては、メタクリル酸エステルと共重合可能であれば特に限定されないが、例えば、芳香族ビニル系単量体、シアン化ビニル系単量体、マレイミド系化合物、アクリル酸エステル等が挙げられる。
芳香族ビニル系単量体としては、ビニル系単量体成分(m1)の説明において先に例示した芳香族ビニル系単量体が挙げられる。中でも、成形品の耐熱性および耐衝撃性がさらに優れる点から、スチレン、α−メチルスチレンが好ましい。芳香族ビニル系単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
シアン化ビニル系単量体としては、ビニル系単量体成分(m1)の説明において先に例示したシアン化ビニル系単量体が挙げられる。シアン化ビニル系単量体は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
マレイミド系化合物としては、例えば、N−アルキルマレイミド(N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−n−プロピルマレイミド、N−i−プロピルマレイミド、N−n−ブチルマレイミド、N−i−ブチルマレイミド、N−t−ブチルマレイミドなど)、N−シクロアルキルマレイミド(N−シクロヘキシルマレイミドなど)、N−アリールマレイミド(N−フェニルマレイミド、N−アルキル置換フェニルマレイミド、N−クロロフェニルマレイミドなど)等が挙げられる。中でも、成形品の耐熱性および耐衝撃性がさらに優れる点から、N−アリールマレイミドが好ましく、N−フェニルマレイミドが特に好ましい。マレイミド系化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル等が挙げられる。中でも、成形品の耐熱性および耐衝撃性がさらに優れる点から、アクリル酸メチルが好ましい。アクリル酸エステルは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
ビニル系単量体成分(m2)において、メタクリル酸エステルの含有率は、成形品の耐候性、発色性がさらに優れる点から、ビニル系単量体成分(m2)の総質量に対して、50〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましい。換言すれば、メタクリル酸エステル樹脂(B’)中のメタクリル酸エステル由来の単位の含有率は、成形品の耐傷付き性、発色性がさらに優れる点から、メタクリル酸エステル樹脂(B’)を構成する全単位の合計質量(100質量%)に対し、50〜100質量%が好ましく、80〜100質量%がより好ましい。
(メタクリル酸エステル樹脂(B’)の製造方法)
メタクリル酸エステル樹脂(B’)は、ビニル系単量体成分(m2)を重合することによって得られる。
ビニル系単量体成分(m2)の重合方法は、限定されない。重合方法としては、公知の重合方法(乳化重合法、懸濁重合法、溶液重合法等)が挙げられる。
乳化重合法によるメタクリル酸エステル樹脂(B’)の製造方法としては、例えば、反応器内にビニル系単量体成分(m2)と乳化剤と重合開始剤と連鎖移動剤とを仕込み、加熱して重合し、メタクリル酸エステル樹脂(B’)を含む水性分散体を得て、この水性分散体から析出法によってメタクリル酸エステル樹脂(B’)を回収する方法が挙げられる。
乳化剤としては、通常の乳化重合用乳化剤(ロジン酸カリウム、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等)が挙げられる。
重合開始剤としては、有機、無機の過酸化物系開始剤が挙げられる。
連鎖移動剤としては、メルカプタン類、α−メチルスチレンダイマー、テルペン類等が挙げられる。
析出法としては、水性分散体からグラフト共重合体(A)を回収するときと同様の方法を採用できる。
懸濁重合法によるメタクリル酸エステル樹脂(B’)の製造方法としては、例えば、反応器内にビニル系単量体成分(m2)と懸濁剤と懸濁助剤と重合開始剤と連鎖移動剤とを仕込み、加熱して重合し、メタクリル酸エステル樹脂(B’)を含むスラリーを得て、このスラリーを脱水、乾燥してメタクリル酸エステル樹脂(B’)を回収する方法が挙げられる。
懸濁剤としては、トリカルシウムフォスファイト、ポリビニルアルコール等が挙げられる。
懸濁助剤としては、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム等が挙げられる。
重合開始剤としては、有機ペルオキシド類が挙げられる。
連鎖移動剤としては、メルカプタン類、α−メチルスチレンダイマー、テルペン類等が挙げられる。
メタクリル酸エステル樹脂(B’)は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<任意成分>
(他の熱可塑性樹脂)
他の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネート、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリアセタール、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリアリレート、液晶ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、フッ素樹脂、ポリアミド(ナイロン)等が挙げられる。
(各種添加剤)
各種添加剤としては、酸化防止剤、滑剤、加工助剤、顔料、染料、充填剤、シリコーンオイル、パラフィンオイル等が挙げられる。
<各成分の含有量>
グラフト共重合体(A)の含有量は、グラフト共重合体(A)と硬質成分(B)との合計質量に対して、10〜40質量%が好ましく、18〜38質量%がより好ましく、20〜35質量%がさらに好ましい。グラフト共重合体(A)の含有量が前記範囲内であれば、成形品の耐衝撃性、耐候性、発色性、耐傷付き性のバランスがさらに優れる。
硬質成分(B)の含有量は、グラフト共重合体(A)と硬質成分(B)との合計質量に対して、60〜90質量%が好ましく、62〜82質量%がより好ましく、65〜80質量%がさらに好ましい。硬質成分(B)の含有量が前記範囲内であれば、成形品の耐衝撃性、耐候性、発色性、耐傷付き性のバランスがさらに優れる。
グラフト共重合体(A)と硬質成分(B)との含有量の合計は、熱可塑性樹脂組成物の総質量に対して、50〜100質量%が好ましく、70〜100質量%がより好ましい。
<熱可塑性樹脂組成物の製造方法>
熱可塑性樹脂組成物は、グラフト共重合体(A)と硬質成分(B)、必要に応じて任意成分を混合することにより得られる。
<作用効果>
以上説明した本発明のグラフト共重合体(A)にあっては、パルスNMRにより30℃で測定して求められる前記T2ave.が230〜270μsであるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、ビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたものである。よって、本発明のグラフト共重合体(A)は、耐衝撃性、耐候性、発色性および耐傷付き性に優れる成形品が得られる熱可塑性樹脂組成物の材料として好適である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、耐傷付き性や耐候性に優れる成形品を得ることができるため、車両内外装部品での使用が可能である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品の後述する発色性評価により得られるL(ma)は、2.0〜8.0であることが好ましく、4.0〜7.0であることがより好ましく、5.0〜6.0であることがさらに好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品の後述する耐候性評価により得られるL(mc−ma)は、0.5〜4.0であることが好ましく、1.0〜3.0であることがより好ましく、1.0〜2.5であることがさらに好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品の後述する耐傷付き性の評価により得られるΔL(mb−ma)は、1.0〜4.0であることが好ましく、2.0〜3.5であることがより好ましく、3.0〜3.5であることがさらに好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品の後述する耐衝撃性の評価により得られるシャルピー衝撃強度(kJ/m)は、4.0〜8.0kJ/mであることが好ましく、4.5〜7.0kJ/mであることがより好ましく、5.0〜6.5kJ/mであることがさらに好ましい。
上述した発色性評価により得られるL(ma)、耐候性評価により得られるL(mc−ma)、耐傷付き性の評価により得られるΔL(mb−ma)、耐衝撃性の評価により得られるシャルピー衝撃強度(kJ/m)の好ましい範囲は任意に組み合わせることができる。
「成形品」
本発明の成形品は、本発明の熱可塑性樹脂組成物を公知の成形方法によって成形加工して得られる。
成形方法としては、例えば、射出成形法、プレス成形法、押出成形法、真空成形法、ブロー成形法等が挙げられる。
本発明の成形品は、耐衝撃性、耐候性、発色性、および耐傷付き性に優れる。
成形品の用途としては、車輛内装・外装部品、事務機器、家電、建材等が挙げられ、車輛内装・外装部品が好適である。
以下、具体的に実施例を示す。ただし、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
以下に記載の「%」は「質量%」を意味し、「部」は「質量部」を意味する。
以下の実施例における各種測定および評価方法は、以下の通りである。
「測定・評価」
<質量平均分子量(Mw)、分子量分布(Mw/Mn)の測定方法>
GPC(GPC:Waters社製「GPC/V2000」、カラム:昭和電工株式会社製「Shodex AT−G+AT−806MS」)を用い、o−ジクロロベンゼン(145℃)を溶媒として、ポリスチレン換算での質量平均分子量(Mw)、数平均分子量分子量(Mn)を測定し、分子量分布(Mw/Mn)を算出した。
<酸価の測定方法>
JIS K 2501に準拠して酸価を測定した。
<体積平均粒子径の測定方法>
マイクロトラック(日機装株式会社製「ナノトラック150」)を用い、測定溶媒として純水を用いて体積平均粒子径(MV)を測定した。
なお、水性媒体に分散しているエチレン・α−オレフィン共重合体(a)又は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径が、そのままグラフト共重合体(A)および熱可塑性樹脂組成物中のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)又は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の体積平均粒子径を示すことを、電子顕微鏡の画像解析によって確認した。
<スピン−スピン緩和時間(T2)の測定方法>
パルス核磁気共鳴装置(日本電子株式会社製「パルスNMR型式MU25」)にて、測定温度:30℃、核種:プロトン、共鳴周波数:25MHz、パルス系列:ソリッドエコー法、90度パルス幅:2.0μsec、パルス間隔:8.0μsec、パルスシーケンスの繰り返し時間:4.0sec、積算回数:16回、核種:プロトンとして測定を行い、自由誘導減衰(FID)曲線を得た。
得られた自由誘導減衰曲線を非線形最小二乗法で解析し、前記成分(α)、成分(β)、成分(γ)および成分(δ)に由来する4つの自由誘導減衰曲線に分離した。
成分(α)および成分(β)のT2を前記式(3)で表されるパルスNMRの自由誘導減衰曲線により求め、成分(α)と成分(β)とのT2の平均値(T2ave.)を前記式(1)及び前記式(2)より求めた。
<グラフト率の測定方法>
グラフト共重合体(A)1gを80mLのアセトンに添加し、65〜70℃にて3時間加熱還流し、得られた懸濁アセトン溶液を遠心分離機(日立工機株式会社製「CR21E」)にて14,000rpm、30分間遠心分離して、沈殿成分(アセトン不溶成分)とアセトン溶液(アセトン可溶成分)を分取した。そして、沈殿成分(アセトン不溶成分)を乾燥させてその質量(Y(g))を測定し、下記式(5)からグラフト率を算出した。なお、式(5)におけるYは、グラフト共重合体(A)のアセトン不溶成分の質量(g)、Xは、Yを求める際に用いたグラフト共重合体(A)の全質量(g)、ゴム分率は、グラフト共重合体(A)のエチレン・α−オレフィン系水性分散体(a)の固形分の含有割合である。
グラフト率(%)={(Y−X×ゴム分率)/X×ゴム分率}×100 ・・・(5)
<溶融混練>
表4に示す配合でグラフト共重合体(A)、硬質成分(B)、必要に応じて他の成分を混合し、グラフト共重合体(A)と硬質成分(B)の合計100部に対して、カーボンブラック0.8部を混合して着色し、30mmφの真空ベント付き2軸押出機(株式会社池貝製「PCM30」)で、シリンダー温度200〜260℃、93.325kPa真空にて溶融混練を行い、熱可塑性樹脂組成物を得た。また、必要に応じて溶融混練後に、ペレタイザー(創研社製「SH型ペレタイザー」)を用いてペレット化を行った。
<物性評価用成形品の作成1>
熱可塑性樹脂組成物のペレットを用いて射出成形し、縦100mm、横100mm、厚さ3mmの黒着色板(成形品(Ma1))を得た。
<物性評価用成形品の作成2>
熱可塑性樹脂組成物のペレットを用いて射出成形し、縦80mm、横10mm、厚さ4mmのシャルピー衝撃強度測定用の成形品(成形品(Ma2))を得た。
<発色性評価>
成形品(Ma1)の明度Lを、分光測色計(コニカミノルタオプティプス株式会社製「CM−3500d」)を用いてSCE方式にて測定した。こうして測定されたLを「L(ma)」とする。Lが低いほど黒色となり、発色性が良好である。
<耐候性評価>
成形品(Ma1)について、アイスーパーUVテスター(岩崎電気株式会社製「SUV−W151型」)を用い、ブラックパネル温度63℃、サイクル条件360分(照射240分、暗黒120分、切替時水シャワー有)の条件で144時間処理した。処理後の成形品(Mb)の表面の明度Lを、分光測色計を用いて、SCE方式にて測定した。こうして測定されたLをL(mb)とする。成形品(Mb)の耐候性の判定指標ΔLを下記式(6)から算出した。ΔL(mb−ma)の絶対値が大きいほど耐候性に劣る。
ΔL(mb−ma)=L(mb)−L(ma)・・・(6)
<耐傷付き性の評価>
図1に示すように、先端部11が半球形に形成された棒状の治具10を用意し、先端部11に、洗車タオル(株式会社ジョイフル製洗車用タオル3p)12を被せた。成形品(Ma1)13の表面に対して、棒状の治具10が直角になるように、洗車タオル12が被せられた先端部11を接触させ、先端部11を成形品(Ma1)13の表面において水平方向(図中矢印方向)に摺動させ、100回往復させた。その際、加える荷重は1kgとした。100回往復させた後、傷を付けた成形品(Mc)の表面の明度Lを、分光測色計を用いて、SCE方式にて測定した。こうして測定されたLを「L(mc)」とする。傷を付けた成形品(Mc)の耐傷付き性(傷の目立ちやすさ)の判定指標ΔLを下記式(7)から算出した。ΔL(mc−ma)の絶対値が大きいほど耐傷付き性に劣り、傷が目立ちやすい。
ΔL(mc−ma)=L(mc)−L(ma)・・・(7)
<耐衝撃性>
成形品(Ma2)について、ISO 179規格に準拠して、23℃の条件でシャルピー衝撃試験(ノッチ付)を行い、シャルピー衝撃強度を測定した。
「オレフィン樹脂水性分散体(x)」
<オレフィン樹脂水性分散体(x−1)の調製>
未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)として、エチレン・プロピレン共重合体(a−1)(三井化学株式会社製、「タフマー P−0775」、質量平均分子量:310,000、分子量分布:2.3)100部と、酸変性オレフィン重合体として無水マレイン酸変性ポリエチレン(三井化学株式会社製、「三井ハイワックス 2203A」、質量平均分子量:2,700、酸価:30mgKOH/g)20部と、アニオン系乳化剤としてオレイン酸カリウム5部とを混合した。
この混合物を2軸スクリュー押出機(株式会社池貝製、「PCM30」、L/D=40)のホッパーから4kg/hで供給し、前記2軸スクリュー押出機のベント部に設けた供給口より、水酸化カリウム0.5部とイオン交換水2.4部を混合した水溶液を連続的に供給しながら、220℃に加熱して溶融混練して押出した。溶融混練物を2軸スクリュー押出機の先端に取り付けた冷却装置に連続的に供給し、90℃まで冷却した。そして、2軸スクリュー押出機先端より吐出させた固体を、80℃の温水中に投入し、連続的に分散させて、固形分濃度40質量%付近まで希釈して、オレフィン樹脂水性分散体(x−1)を得た。オレフィン樹脂水性分散体(x−1)に分散している未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の体積平均粒子径とT2ave.を表1に示す。
<オレフィン樹脂水性分散体(x−2)〜(x−5)の調製>
表1に示すように、乳化する際の水酸化カリウムの添加部数、イオン交換水の添加部数を変更した以外は、オレフィン樹脂水性分散体(x−1)と同様にして、オレフィン樹脂水性分散体(x−2)〜(x−5)を得た。
各オレフィン樹脂水性分散体(x−2)〜(x−5)に分散している未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a−1)の体積平均粒子径とT2ave.を表1に示す。
<オレフィン樹脂水性分散体(x−6)の調製>
表1に示すように、未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)として、エチレン・プロピレン共重合体(a−2)(三井化学株式会社製、「タフマー TP3180」質量平均分子量:70,000、分子量分布:3.8)を使用し、乳化する際の水酸化カリウムの添加部数、イオン交換水の添加部数を変更した以外は、オレフィン樹脂水性分散体(x−1)と同様にして、オレフィン樹脂水性分散体(x−6)を得た。
オレフィン樹脂水性分散体(x−6)に分散している未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a−2)の体積平均粒子径とT2ave.を表1に示す。
Figure 2019137781
「架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)」
<架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)の調製>
オレフィン樹脂水性分散体(x−1)(未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の固形分として100部)に固形分濃度が30%になるようにイオン交換水を加え、有機過酸化物としてt−ブチルクミルペルオキシド0.2部、多官能性化合物としジビニルベンゼン1部を添加し、130℃で5時間反応させて、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)の水性分散体を調製した。架橋エチレン・α−オレフィン共重合体((a’−1)のT2ave.と体積平均粒子径を表2に示す。
<架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−2)〜(a’−8)の調製)
表2に示すようにオレフィン樹脂水性分散体(x)の種類とt−ブチルクミルペルオキシドの添加量を変更した以外は、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)と同様にして、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−2)〜(a’−8)の水性分散体を得た。架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−2)〜(a’−8)のT2ave.と体積平均粒子径を表2に示す。
なお、表2に示すオレフィン樹脂水性分散体(x)の添加量(部)は固形分量である。
Figure 2019137781
「グラフト共重合体(A)」
<グラフト共重合体(A−1)の調製>
撹拌機付きステンレス重合槽に、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)の水性分散体(架橋エチレン・プロピレン共重合体(a’−1)の固形分として70部)を入れ、これに、架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)の固形分濃度が30%になるようにイオン交換水を加え、さらに硫酸第一鉄0.006部、ピロリン酸ナトリウム0.3部およびフルクトース0.35部を仕込み、温度を80℃とした。次いで、スチレン23.4部とアクリロニトリル6.6部とクメンハイドロペルオキシド0.6部を150分間連続的に添加し、重合温度を80℃に保ち乳化重合を行い、体積平均粒子径0.31μmの架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)を含むグラフト共重合体(A−1)の水性分散体を得た。グラフト共重合体(A−1)を含む水性分散体に酸化防止剤を添加し、硫酸にて固形分の析出を行い、洗浄、脱水、乾燥の工程を経て、粉状のグラフト共重合体(A−1)を得た。グラフト共重合体(A−1)のグラフト率を測定したところ30%であった。また、グラフト共重合体(A−1)を用いて製造した熱可塑性樹脂組成物中の架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’−1)の体積平均粒子径を電子顕微鏡により確認したところ、0.31μmであった。
(グラフト共重合体(A−2)〜(A−6)、(A−8)、(A−9)の調製)
表3に示すように架橋エチレン・α−オレフィン重合体(a’)の種類を変更した以外は、グラフト共重合体(A−1)と同様にして、グラフト共重合体(A−2)〜(A−6)、(A−8)、(A−9)を得た。グラフト共重合体(A−2)〜(A−6)、(A−8)、(A−9)のグラフト率及びグラフト共重合体に含まれる架橋エチレン・α−オレフィン共重合体の体積平均粒子径を表3に示す。
(グラフト共重合体(A−7)の調製)
表3に示すように架橋エチレン・α−オレフィン重合体(a’−1)に代えてオレフィン樹脂水性分散体(x−3)を使用した以外は、グラフト共重合体(A−1)と同様にしてグラフト共重合体(A−7)を得た。グラフト共重合体(A−7)のグラフト率及びグラフト共重合体に含まれる未架橋のエチレン・α−オレフィン共重合体の体積平均粒子径を表3に示す。
Figure 2019137781
<硬質成分(B)>
硬質成分(B)として、メタクリル酸エステル樹脂(B’)(三菱ケミカル株式会社製の「アクリペットVH5」)を使用した。
なお、「アクリペットVH5」は、メタクリル酸エステルを含むビニル系単量体成分の重合体である。
[実施例1]
グラフト共重合体(A−1)15部、メタクリル酸エステル樹脂(B’−1)85部、カーボンブラック0.8部を混合し、30mmφの真空ベント付き2軸押出機(株式会社池貝製、「PCM30」)で240℃、93.325kPa真空にて溶融混練し、熱可塑性樹脂組成物を得た。
得られた熱可塑性樹脂組成物をペレット化して、各種成形品を成形し、耐衝撃性、発色性、耐傷付き性、耐候性を評価した。結果を表4に示す。
[実施例2〜11]
表4に示す配合処方に変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を調製した。
熱可塑性樹脂組成物をペレット化し、各種成形品を成形し、耐衝撃性、発色性、耐傷付き性、耐候性を評価した。結果を表4に示す。
[比較例1〜2]
表4に示す配合処方に変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性樹脂組成物を調製した。
熱可塑性樹脂組成物をペレット化し、各種成形品を成形し、耐衝撃性、発色性、耐傷付き性、耐候性を評価した。結果を表4に示す。
Figure 2019137781
実施例1〜11の熱可塑性樹脂組成物で得られた成形品は、耐衝撃性、耐傷付き性、発色性、及び耐候性が優れていた。
従って、本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いると、耐衝撃性、耐傷付き性、発色性、および耐候性に優れた成形品が得られ、車輌内外装部品、事務機器、家電、建材等の用途に適用できることがわかる。
一方、比較例1〜2の結果から、本発明以外の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品の耐衝撃性、耐候性、耐傷付き性は低い値であった。
本発明のグラフト共重合体を用いた熱可塑性樹脂組成物は、車輌内外装部品、事務機器、家電、建材等として有用である。
10 治具
11 先端部
12 洗車タオル
13 成形品(Ma1)

Claims (4)

  1. 質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)の存在下に、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含むビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたグラフト共重合体であって、
    前記エチレン・α−オレフィン共重合体(a)をパルスNMRにより30℃で測定したときに、スピン−スピン緩和時間が異なる成分が複数検出され、前記複数の成分のうち、スピン−スピン緩和時間が最も長い成分(α)とスピン−スピン緩和時間が2番目に長い成分(β)との、下記式(1)で表されるスピン−スピン緩和時間の平均値(T2ave.)が230〜270μsである、グラフト共重合体。
    1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)}・・・(1)
    (式(1)中、「AM(α)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」はエチレン・α−オレフィン共重合体(a)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
  2. 質量平均分子量(Mw)が200,000〜350,000であり且つ分子量分布(Mw/Mn)が1〜3であるエチレン・α−オレフィン共重合体(a)を架橋して得られた架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)の存在下に、芳香族ビニル系単量体およびシアン化ビニル系単量体からなる群より選ばれる1種以上の単量体を含むビニル系単量体成分(m1)を重合して得られたグラフト共重合体であって、
    前記架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)をパルスNMRにより30℃で測定したときに、スピン−スピン緩和時間が異なる成分が複数検出され、前記複数の成分のうち、スピン−スピン緩和時間が最も長い成分(α)とスピン−スピン緩和時間が2番目に長い成分(β)との、下記式(2)で表されるスピン−スピン緩和時間の平均値(T2ave.)が230〜270μsである、グラフト共重合体。
    1/T2ave.={AM(α)/T2(α)+AM(β)/T2(β)}/{AM(α)+AM(β)}・・・(2)
    (式(2)中、「AM(α)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(α)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(α)」は成分(α)のスピン−スピン緩和時間[μs]であり、「AM(β)」は架橋エチレン・α−オレフィン共重合体(a’)が有する水素原子の総数を100mol%としたときの、成分(β)が有する水素原子の割合[mol%]であり、「T2(β)」は成分(β)のスピン−スピン緩和時間[μs]である。)
  3. 請求項1又は2に記載のグラフト共重合体と、硬質成分と、を含む熱可塑性樹脂組成物。
  4. 請求項3に記載の熱可塑性樹脂組成物を用いた成形品。
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