JP2020019830A - スチレン系熱可塑性エラストマー組成物とインクカートリッジのインク供給口用シール材 - Google Patents

Abstract

【課題】柔軟化剤が表面にブリードアウトし難く、低硬度で、かつ加工性が良好な成形体が得られるスチレン系熱可塑性エラストマー組成物の提供を目的とする。【解決手段】スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とを含む主剤と、加工助剤とよりなるスチレン系熱可塑性エラストマー組成物において、柔軟化剤の含有量は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂とよりなる樹脂成分の含有重量部に対して１．２〜２倍の重量部であり、加工助剤として、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルを含み、インクカートリッジ１０のインク供給口用シール材２０などに好適なものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物とその成形体からなるインクカートリッジのインク供給口用シール材に関する。

スチレン系熱可塑性エラストマーにオイル等の柔軟化剤が配合されたスチレン系熱可塑性エラストマー組成物は、射出成形などによって成形体とされ、低硬度で柔軟性が求められる用途に幅広く使用されている（特許文献１）。

例えば、インクジェットプリンターのインクカートリッジには、インクジェットプリンターに装着されるまでの期間、インクカートリッジのインク供給口をシール材で塞ぐ構造のものがあり、前記シール材としてスチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体が使用されている。

図１に示すインクカートリッジ１０は、熱可塑性樹脂製のカートリッジ本体１３と熱可塑性樹脂製のキャップ１５とからなり、カートリッジ本体１３内にインクが収納されている。キャップ１５は、カートリッジ本体１３のインク供給口に螺合等で取り付けられており、インクカートリッジ１０をインクジェットプリンターに装着する際に取り外される。キャップ１５は、取り外し時のレバー部１６と、インク供給口に被さるシール部１８とからなる。シール部１８の中央は、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体からなるインク供給口用シール材２０で構成されている。

図２にインク供給口用シール材２０の一例を示す。インク供給口用シール材２０は、略円形の膜状からなり、予め射出成形で成形された後、キャップ１５の射出成形時にインサート射出成形でキャップ１５のシール部１８に一体にされる。なお、インク供給口用シール材２０は、成形後のキャップ１５に後工程で嵌合等により組み付けてもよい。

インク供給口用シール材２０は、カートリッジ本体１３のインク供給口と密着してインク供給口をシールできるように低硬度（柔軟性）であることが求められる。インク供給口用シール材２０の低硬度を実現するためには、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物に含まれる柔軟化剤の量を多くする必要がある。

しかし、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物に含まれる柔軟化剤の量を多くすると、柔軟化剤がインク供給口用シール材２０の表面にブリードアウトし易くなり、ブリードアウトした柔軟化剤がカートリッジ本体１３内のインクと接触してインクに悪影響を与えるおそれがある。また、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物に含まれる柔軟化剤の含有量を増加させすぎると、射出成形などの際に原料の流れが悪くなって、成形加工性に劣るようになる。
なお、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物に加工助剤として脂肪酸アマイドを添加すると、成形時の原料の流れを改善することができるが、その場合には、柔軟化剤のブリードアウトを生じるようになる。

特開２００８−６３３６５号公報

本発明は前記の点に鑑みなされたものであって、柔軟化剤が表面にブリードアウトし難く、低硬度で、かつ加工性が良好な成形体が得られるスチレン系熱可塑性エラストマー組成物と、そのスチレン系熱可塑性エラストマー組成物から成形されたインクカートリッジのインク供給口用シール材の提供を目的とする。

請求項１の発明は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とを含む主剤と、加工助剤とよりなるスチレン系熱可塑性エラストマー組成物において、前記柔軟化剤の含有量は、前記スチレン系熱可塑性エラストマーと前記ポリプロピレン樹脂とよりなる樹脂成分の含有重量部に対して１．２〜２倍の重量部であり、前記加工助剤として、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルを含むことを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１において、前記主剤１００重量部に対し、前記超高分子量ポリエチレンの含有量が１〜５重量部、前記脂肪酸エステルの含有量が０．１〜０．５重量部であることを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２において、前記超高分子量ポリエチレンは、平均分子量が１００万〜８００万、平均粒径２０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体からなるインクカートリッジのインク供給口用シール材に係る。

本発明によれば、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂とよりなる樹脂成分の含有重量部に対し、柔軟化剤の含有量が１．２〜２倍の重量部であり、加工助剤として、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルを含むことにより、低硬度で、柔軟化剤が表面にブリードアウトし難く、かつ成形加工性が良好となる。
また、本発明のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体からなるインクカートリッジのインク供給口用シール材は、柔軟化剤が表面にブリードアウトし難いため、インクカートリッジが使用開始されるまでの期間、インクと接していても、柔軟化剤による悪影響をインクに与えることがない。

インクカートリッジの一例の斜視図である。 インク供給口用シール材の一例の斜視図である。 各比較例及び各実施例の配合と物性を示す表である。

本発明について詳細に説明する。本発明のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とを含む主剤と、加工助剤とよりなり、加工助剤として、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルを含む。

スチレン系熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＳ）、スチレンーエチレンーブチレンースチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＰＳ）、スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレンブロック共重合体（ＳＥＥＰＳ）等が挙げられる。特にスチレンーエチレンーブチレンースチレンブロック共重合体（ＳＥＢＳ）は、材料強度に優れるため、好ましいものである。スチレン系熱可塑性エラストマーは、重量平均分子量が１万〜１００万が好ましい。また、スチレン系熱可塑性エラストマーは一種類に限られず、二種類以上を併用してもよい。

ポリプロピレン樹脂は、スチレン系熱可塑性エラストマーの重量部に対して１／４〜１／２の重量部となる配合量が好ましい。ポリプロピレン樹脂の配合量が少ない場合、得られる熱可塑性エラストマー組成物は表面硬さが不足し（柔らかくなり過ぎ）、それに対してポリプロピレン樹脂の配合量が多い場合、得られる熱可塑性エラストマー組成物は表面硬さが大（硬度が大）になって柔軟性が低下するようになる。

柔軟化剤は、パラフィン系オイル、オレフィン系オイル、ナフテン系オイル、芳香族系オイル等を、単独使用または２種以上併用することができる。柔軟化剤の含有量は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂とよりなる樹脂成分の含有重量部に対して１．２〜２倍の重量部が好ましく、より好ましくは１．５倍〜２倍の重量部である。柔軟化剤の含有によって、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体の硬度を下げることができるが、多くし過ぎるとブリードアウトし易くなる。一方、柔軟化剤の含有量を少なくし過ぎると、スチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体の硬度が高くなって、シール材のような低硬度（柔軟性）が求められる用途には適さなくなる。

超高分子量ポリエチレンの平均分子量（重量平均分子量）は、１００万〜８００万が好ましく、より好ましくは１００万〜４００万である。超高分子量ポリエチレンの平均粒径は、２０〜１２０μｍの粉末が好ましく、より好ましくは２０μｍ〜５０μｍの粉末である。超高分子量ポリエチレンの平均分子量が小の場合は添加効果が薄いため、より多くの材料が必要となり、一方平均分子量が大の場合は溶融混練が困難となる。また、超高分子量ポリエチレンの平均粒径が小の場合は成形性が悪くなり、一方平均粒径が大の場合は外観が悪くなる。超高分子量ポリエチレンの含有量は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とよりなる主剤１００重量部に対し、１〜５重量部が好ましく、より好ましくは２〜４重量部である。超高分子量ポリエチレンの含有量が少なくなるとフィード性が悪くなり、多くなると成形性が悪くなる。

脂肪酸エステルは、脂肪酸のカルボキシル基がアルコールとエステル結合した化合物である。脂肪酸エステルとしては、ベヘニルベヘネート、オクチルドデシルベヘネート、ステアリルステアレート、グリセリンモノパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンモノオレート、ポリグリセリンステアレート、グリセリンジステアレート、グリセリントリステアレート、ペンタエリスリトールモノパルミテート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレート等を挙げることができる。それらの中でも、ポリグリセリンステアレートが好ましい。脂肪酸エステルの含有量は、スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とよりなる主剤１００重量部に対し、０．１〜０．５重量部が好ましく、より好ましくは０．２〜０．５重量部である。脂肪酸エステルの含有量が少なくなるとフィード性が悪くなり、多くなると溶出性が悪くなる。
本発明では、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルの両方を含むことにより、柔軟化剤が表面にブリードアウトし難くなり、かつ成形加工性が良好となる。

スチレン系熱可塑性エラストマー組成物には、その他の適宜の成分を配合してもよい。適宜配合される成分として、カーボンブラック、無機充填材、難燃剤、粘着付与樹脂、金属不活性化剤、光安定剤、顔料、熱安定剤、防曇剤、帯電防止剤、分散剤、防菌剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、着色剤、架橋剤、架橋助剤等を挙げることができる。

スチレン系熱可塑性エラストマー組成物は、ヘンシェルミキサーやバンバリーミキサー等の混合装置で混合された後に押出機に投入され、押出機内で溶融混練されてストランド状に押出され、水中冷却槽に通されて冷却硬化され、ペレタイザーで切断されてペレットとされる。ペレットは射出成形機等に供給されて成形される。本発明の熱可塑性エラストマー組成物から得られる成形体は、硬度（ＪＩＳ−Ａ硬度）が４５度以下、好ましくは３８〜４２度であり、柔軟化剤のブリードアウト（溶出）がないものである。

本発明の熱可塑性エラストマー組成物から得られる成形体の一例として、図１及び図２に示したインク供給口用シール材２０を挙げる。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物から得られるインク供給口用シール材２０は、硬度が低く、柔軟性があるため、インクカートリッジ本体１３のインク供給口に密着し、インクカートリッジ１０が使用されるまでインク供給口をシールすることができる。また、本発明の熱可塑性エラストマー組成物から得られるインク供給口用シール材２０は、柔軟化剤のブリードアウト（溶出）がないため、インクカートリッジ１０が使用されるまで、インクカートリッジ本体１３内のインクと接触してもインクに悪影響を与えることがない。なお、本発明の熱可塑性エラストマー組成物から得られるインクカートリッジのインク供給口用シール材は、図１及び図２に示した構造のものに限られず、インクカートリッジに応じた形状等とされる。

以下に示す成分を用い、図３に示す各比較例及び各実施例の配合からなる熱可塑性エラストマー組成物を作製した。図３の配合における各成分の量は重量部である。
・スチレン系熱可塑性エラストマー：ＳＥＢＳ、スチレン含有量３３％、重量平均分子量２４．７万、品名；Ｇ１６５１、クレイトンポリマージャパン社製
・ポリプロピレン樹脂：品名；ＲＭＧ０２、三菱ケミカル社製
・柔軟化剤：プロセスオイル、品名；ダイアナプロセスオイルＰＷ−３８０、出光興産社製
・脂肪酸アマイド：品名；脂肪酸アマイドＥ、花王社製
・炭酸カルシウム：品名；Ｒ重炭、丸尾カルシウム社製
・脂肪酸エステル：ポリグリセリンステアレート、品名；リケマールＳ−７４、理研ビタミン社製
・超高分子ＰＥ−１：超高分子量ポリエチレン、重量平均分子量２００万、平均粒子径３０μｍ、品名；ＸＭ２２０、三井化学社製
・超高分子ＰＥ−２：超高分子量ポリエチレン、重量平均分子量２００万、平均粒子径１２０μｍ、品名；２４０ｓ、三井化学社製
・超高分子ＰＥ−３：超高分子量ポリエチレン、重量平均分子量７３０万、平均粒子径５０μｍ、品名；４０５０−３、セラニーズ社製
・超高分子ＰＥ−４：超高分子量ポリエチレン、重量平均分子量４２０万、平均粒子径３０μｍ、品名；２１２６、セラニーズ社製

各比較例及び各実施例の配合からなる各成分を押出成形機（品名：ＨＹＰＥＲＫＴＸ−３０、神戸製鋼所社製）で溶融混練し、直径３．０ｍｍのストランド状で水中冷却層に押し出し、超軟質用ペレタイザー（品名：ＴＳＺ−１００Ｓ、タナカ製）で長さ３ｍｍに切断して各実施例及び各比較例のペレットを製造した。溶融混練条件はバレルおよびダイ温度１７０℃、スクリュー回転数４００ｒｐｍ、吐出量２０ｋｇ／ｈである。

各比較例及び各実施例のペレットを射出成形機（品名：ＮＥＸ４０００−３６Ｅ、日精樹脂工業社製）に投入し、金型に射出して厚み２ｍｍ、幅１００ｍｍ、長さ２５０ｍｍの板状体を形成した。射出成形の条件は、射出温度：２００℃、金型温度：４０℃、射出時間：１．５ｓｅｃである。

各比較例及び各実施例について、ペレタイズ性、フィード性、外観、可塑化時間、溶出性、硬度の各評価項目について、次の方法により測定及び評価し、それらの結果を考慮して総合評価を行った。

ペレタイズ性は、超軟質ペレタイザーによる切断に際し、冷却が充分で問題無くペレットを作製できる場合「〇」、多少の切断不良が見られる場合「△」、柔らかすぎて切断不良を起こし、ストランド状態で残る場合「×」とした。

フィード性は、傾斜角度約６０度の金属（ＳＵＳ３０４）製のホッパーを用いて射出成形機にペレットを投入する際に、ペレットがホッパーを問題なく滑って供給できる場合「〇」、ペレットがホッパー内で多少のブロッキング（凝集）を生じる場合「△」、ペレットがホッパー内でブロッキング（凝集）を生じ、ペレットを成形機に供給できない場合「×」とした。

外観は、ペレットの表面を目視で確認し、配合した加工助剤の粒子が見えず、ザラツキ感が無い場合「〇」、配合した加工助剤の粒子が見えるが表面に現れていない場合「△」、配合した加工助剤の粒子が表面に析出し、ザラツキ感がある場合「×」とした。

可塑化時間は、射出成形機における可塑化時間が７秒以内の場合「〇」、７秒〜１０秒以内の場合「△」、１０秒を超える場合「×」とした。

溶出性は、成形品からφ２０×２ｍｍのサンプルを作製し、４０℃の温水に１週間浸浸した後、８０℃にしてサンプル表面の水分を蒸発させた後、柔軟化剤が表面に溶出（ブリードアウト）しているか否かを目視により判断し、表面に溶出していない場合「〇」、溶出している場合「×」とした。

硬度は、ＪＩＳ−Ａに基づいて測定し、測定結果が４５度以下の場合「〇」、４５度を超える場合「×」とした。

総合評価は、各評価項目の全てが「〇」の場合に総合評価を「◎」とし、各評価項目が「△」のみ、または「△」と「〇」の場合に総合評価を「〇」とし、各評価項目の一つにでも「×」がある場合に総合評価を「×」とした。

比較例１は、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）３０重量部、ポリプロピレン樹脂１０重量部、柔軟化剤４０重量部からなり、加工助剤が添加されていない例である。比較例１は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度６０度で「×」である。比較例１は、柔軟化剤の含有量が少ないため、加工助剤が添加されてなくても、ペレタイズ性、フィード性、溶出性などについては「〇」となったが、硬度が高くなって「×」であり、総合評価が「×」である。

比較例２は、柔軟化剤の量を６０重量とした以外は比較例１と同様の例である。比較例２は、柔軟化剤の量を増加させたため、硬度が４０度で「〇」になったが、フィード性が「×」となり、総合評価が「×」である。

比較例３は、加工助剤として脂肪酸アマイドを０．３重量部添加した以外は比較例２と同様の例である。比較例３は、ペレタイズ性、フィード性、硬度などについては「〇」となったが、溶出性が「×」となり、総合評価が「×」である。

比較例４は、加工助剤として炭酸カルシウムを１重量部添加した以外は比較例２と同様の例である。比較例４は、ペレタイズ性、フィード性、硬度などについては「〇」となったが、外観及び溶出性が「×」となり、総合評価が「×」である。

比較例５は、柔軟化剤の量を８０重量とした以外は比較例１と同様の例である。比較例５は、柔軟化剤の量を増加させたため、硬度は「〇」となったが、ペレタイズ性、及びフィード性が「×」となり、総合評価が「×」である。

実施例１は、スチレン系熱可塑性エラストマー（ＳＥＢＳ）３０重量部、ポリプロピレン樹脂１０重量部、柔軟化剤６０重量部、加工助剤として脂肪酸エステル０．１重量部、超高分子ＰＥ−１を１重量部添加した例である。実施例１は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「△」、外観「〇」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例１は全ての評価項目が「△」以上であって、総合評価が「〇」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例２は、脂肪酸エステルを０．３重量部とし、超高分子ＰＥ−１に代えて超高分子ＰＥ−２を３重量部添加した以外、実施例１と同様にした例である。実施例２は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「△」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例２は全ての評価項目が「△」以上であって、総合評価が「〇」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例３は、超高分子ＰＥ−２に代えて超高分子ＰＥ−３を３重量部添加した以外、実施例２と同様にした例である。実施例３は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「△」、外観「△」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例３は全ての評価項目が「△」以上であって、総合評価が「〇」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例４は、超高分子ＰＥ−３に代えて超高分子ＰＥ−４を３重量部添加した以外、実施例３と同様にした例である。実施例４は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「△」、外観「〇」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例４は全ての評価項目が「△」以上であって、総合評価が「〇」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例５は、超高分子ＰＥ−４に代えて超高分子ＰＥ−１を５重量部添加した以外、実施例４と同様にした例である。実施例５は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間１０秒で「△」、溶出性「〇」、硬度４２度で「〇」である。実施例５は全ての評価項目が「△」以上であって、総合評価が「〇」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例６は、脂肪酸エステルを０．２重量部、超高分子ＰＥ−１を２重量部添加した以外、実施例５と同様にした例である。実施例６は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間６秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例６は全ての評価項目が「〇」であって、総合評価が「◎」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例７は、脂肪酸エステルを０．３重量部、超高分子ＰＥ−１を３重量部添加した以外、実施例６と同様にした例である。実施例７は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間７秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例７は全ての評価項目が「〇」であって、総合評価が「◎」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例８は、脂肪酸エステルを０．５重量部添加した以外、実施例７と同様にした例である。実施例８は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間７秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４０度で「〇」である。実施例８は全ての評価項目が「〇」であって、総合評価が「◎」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

実施例９は、脂肪酸エステルを０．４重量部、超高分子ＰＥ−１を４重量部添加した以外、実施例８と同様にした例である。実施例９は、ペレタイズ性「〇」、フィード性「〇」、外観「〇」、可塑化時間７秒で「〇」、溶出性「〇」、硬度４１度で「〇」である。実施例９は全ての評価項目が「〇」であって、総合評価が「◎」であり、成形加工性が良好で、溶出（ブリードアウト）がなく、かつ低硬度である。

このように、本発明によれば、柔軟化剤が成形体の表面にブリードアウトし難く、低硬度で、かつ加工性が良好なスチレン系熱可塑性エラストマー組成物が得られ、インクカートリッジのインク供給口用シール材に好適である。

１０ インクカートリッジ
２０ インク供給口用シール材

Claims (4)

1. スチレン系熱可塑性エラストマーとポリプロピレン樹脂と柔軟化剤とを含む主剤と、加工助剤とよりなるスチレン系熱可塑性エラストマー組成物において、
   前記柔軟化剤の含有量は、前記スチレン系熱可塑性エラストマーと前記ポリプロピレン樹脂とよりなる樹脂成分の含有重量部に対して１．２〜２倍の重量部であり、
   前記加工助剤として、超高分子量ポリエチレンと脂肪酸エステルを含むことを特徴とするスチレン系熱可塑性エラストマー組成物。
2. 前記主剤１００重量部に対し、前記超高分子量ポリエチレンの含有量が１〜５重量部、前記脂肪酸エステルの含有量が０．１〜０．５重量部であることを特徴とする請求項１に記載のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物。
3. 前記超高分子量ポリエチレンは、平均分子量が１００万〜８００万、平均粒径２０μｍ〜１２０μｍであることを特徴とする請求項１または２に記載のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載のスチレン系熱可塑性エラストマー組成物の成形体からなるインクカートリッジのインク供給口用シール材。

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