JP2021063214A - 熱可塑性樹脂組成物及びそれを用いた成形品 - Google Patents
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Abstract
Description
(I)熱可塑性樹脂 該(I)成分と下記(II)成分の合計100質量部に対して80〜99.9質量部、及び
(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂 前記(I)成分と該(II)成分の合計100質量部に対して0.1〜20質量部
を含有する熱可塑性樹脂組成物であって
前記(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂は、コア粒子が(A)オルガノポリシロキサンであり、シェル層に(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルを有し、
該(A)オルガノポリシロキサンと(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルの質量比が(A):(B)=40:60〜90:10であること、及び、該コアシェル樹脂の外周全長(α)に対する、該外周のうち前記ポリ(メタ)アクリル酸エステル部分の長さ(β)の比率((β/α)×100)が90%以上であることを特徴とする、前記熱可塑性樹脂組成物を提供する。
さらに本発明は、該熱可塑性樹脂組成物から成る樹脂成型物、特にはフィルム又はシートを提供する。
(I)熱可塑性樹脂 該(I)成分と下記(II)成分の合計100質量部に対して80〜99.9質量部、及び
(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂 前記(I)成分と該(II)成分の合計100質量部に対して0.1〜20質量部
前記(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂は、(A)オルガノポリシロキサンから成るコア粒子に(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルがグラフトされたシェル層を有するコアシェル樹脂であり、該(A)オルガノポリシロキサンと(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルの質量比が(A):(B)=40:60〜90:10であり、該コアシェル樹脂の外周全長(α)に対する、該外周のうち前記ポリ(メタ)アクリル酸エステル部分の外周長さ(β)の比率((β/α)×100、以下、被覆率ということがある)が90%以上であることを特徴とする。
以下、各成分について、より詳細に説明する。
本発明において、上記、外周におけるアクリル樹脂の被覆率(Z)は下記式でも定義される。
被覆率(Z)=[{(1)―(2)}/(1)]×100
上記式において、(1)はTEM画像から実測されたコアシェル粒子の直径から算出される理論上の外周全体の長さであり、(2)はTEM画像のシェル部分の陰影差が無い部分の長さ(実測値)である。10箇所以上の平均値とした。上記において、TEM画像のシェル部分の陰影差が無い部分とは、外周においてアクリル樹脂が結合してない部分の長さを意味する。即ち、(1)=(外周全長(α))であり、{(1)−(2)}=外周のうちポリ(メタ)アクリル酸エステル部分の長さ(β)である。コア粒子の全体がポリ(メタ)アクリル酸エステルで覆われている場合には、(2)の値が0となり、被覆率は100%である。
尚、コアシェル粒子の模式図を図2に示す。図2において、符号(1)がコア粒子(オルガノシロキサン)、符号(2)がシェル層におけるポリ(メタ)アクリル酸エステル部分であり、符号(3)で示す点線が外周全長(α)であり、符号(4)で示す部分がアクリル樹脂が結合してない部分(上記(2))である。
[製造例1]
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和し、エマルジョンを得た。該エマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水125gを投入し、メタクリル酸メチル(MMA)232gを、過酸化物と還元剤の存在下で3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にポリメタクリル酸メチル(PMMA)シェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.2%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。得られたエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水50gを投入し、メタクリル酸メチル(MMA)95gを、過酸化物と還元剤の存在下で3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.0%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.1%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。得られたエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水442gを投入し、メタクリル酸メチル(MMA)807gを、過酸化物と還元剤の存在下で3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.3%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
オクタメチルシクロテトラシロキサン300g、ジフェニルジメチルシロキサン300g(信越化学工業社製KF−54)、50%アルキルジフェニルエーテルジスルフォン酸ナトリウム24g(ぺレックスSS−L、花王社製)を純水45gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水490gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、55℃で10〜20時間重合反応を行った後、10℃で10〜20時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gでpHを中性付近に中和した。得られたエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)47.5%を有した。エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水167gを投入し、メタクリル酸メチル(MMA)249gを、過酸化物と還元剤の存在下で3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.6%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.0%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ヘキサメチルジシロキサン(M2)1g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。このエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)が45.4%で、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水133gを投入し、ここにメタクリル酸メチル(MMA)160g、及びアクリル酸ブチル(BA)74gを、過酸化物と還元剤の存在下で3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分44.9%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。得られたエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水125gを投入し、メタクリル酸メチル(MMA)232gを全量一括投入し、1時間撹拌後、3〜5時間かけて30℃で過酸化物と還元剤を滴下しながらレドックス反応を行ったところ、シェル層が十分に形成されず、PMMAの大部分がコアに入ってしまった。即ち、エマルジョン粒子にPMMAが取りこまれた樹脂のエマルジョン(固形分45.5%)が得られた。後述する方法でシェル層(メタクリル酸エステル)の被覆率を算出したところ20%であった。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。得られたエマルジョンは、105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
上記で得たエマルジョンにイオン交換水689gを投入し、過酸化物と還元剤の存在下でメタクリル酸メチル(MMA)1256gを3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.2%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
オクタメチルシクロテトラシロキサン600g、ラウリル硫酸ナトリウム6gを純水54gに溶解したもの、及びドデシルベンゼンスルホン酸6gを純水54gに溶解したものを2Lのポリエチレン製ビーカーに仕込み、ホモミキサーで均一に乳化した後、水470gを徐々に加えて希釈し、圧力300kgf/cm2で高圧ホモジナイザーに2回通し、均一な白色エマルジョンを得た。このエマルジョンを攪拌装置、温度計、還流冷却器の付いた2Lのガラスフラスコに移し、50〜60℃で24時間重合反応を行った後、10〜20℃で24時間熟成してから10%炭酸ナトリウム水溶液12gで中性付近に中和した。得られたエマルジョンは105℃で3時間乾燥後の不揮発分(固形分)44.8%を有し、エマルジョン中のオルガノポリシロキサンは非流動性の軟ゲル状であった。該エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は下記式の通りである。該エマルジョン粒子は、外層にシェル構造を有さないシリコーン樹脂であり、軟ゲル状であるため噴霧乾燥で粉体にはできなかった。
比較製造例4は、従来のシランカップリング剤(3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、信越化学工業社製KBM−502)を更に配合し、下記式(1’)で示される、メタクリロキシプロピル基を有するf単位を有するオルガノポリシロキサンと、メタクリル酸メチルとを乳化グラフト重合させて得たエマルジョン樹脂に関する。
上記エマルジョン中のオルガノポリシロキサンの構造は、下記式の通りである。
(式中、Xのうち二つはメチル基であり、一つはヒドロキシ基であり、R1はメチル基であり、R3はメタクリロキシプロピル基であり、Zはメチル基である)
上記で得たエマルジョンにイオン交換水125gを投入し、過酸化物と還元剤の存在下でメタクリル酸メチル(MMA)232gを3〜5時間かけて滴下しながら30℃でレドックス反応を行うことで、シリコーンエマルジョン粒子表面にPMMAシェル層が形成された樹脂のエマルジョン(固形分45.1%)を得た。これを噴霧乾燥することで揮発分1.2%まで揮発させて樹脂粉体(シリコーンアクリルコアシェル樹脂)を得た。固形分の測定方法は後述の通りである。
シリコーンアクリルコアシェル樹脂の被覆率(Z)は、透過電子顕微鏡(TEM、JEM−2100TM日本電子社製)を用いて測定された画像より、下記式に当てはめて算出された。
被覆率(Z)=[{(1)―(2)}/(1)]×100
上記式において、(1)はTEM画像から実測されたコアシェル粒子の直径から算出される理論上の外周全体の長さであり、(2)はTEM画像のシェル部分の陰影差が無い部分の実測値(外周における一部の長さ)である。
コア粒子の全体がポリ(メタ)アクリル酸エステルで覆われている場合には、(2)の値が0となり、被覆率は100%である。
TEM画像における10箇所以上の粒子について測定して得た値の平均値とした。
実施例及び比較例で得た各シリコーンアクリルコアシェル樹脂(試料)約1gをアルミ箔製の皿に正確に量り取り、約105℃に保った乾燥器に入れ、1時間加熱後、乾燥器から取り出してデシケーターの中にて放冷し、試料の乾燥後の重さを量り、次式により蒸発残分を算出した。
W:乾燥前の試料を入れたアルミ箔皿の質量(g)
L:アルミ箔皿の質量(g)
T:乾燥後の試料を入れたアルミ箔皿の質量(g)
アルミ箔皿の寸法:70φ×12h(mm)
日本電子製JEM−2100TMを用いて、各シリコーンアクリルコアシェル樹脂(樹脂エマルジョン粒子)の粒子径を測定した。
日本電子製JEM−2100TMを用い、5000倍に希釈したシリコーンアクリルコアシェル樹脂(樹脂エマルジョン)をグリッド上室温乾燥した後、観察を行い、シリコーンとアクリルの陰影差を装置のスケールを用いてシェル層の厚みを測定した。シェルの厚みはシリコーンアクリルコアシェル樹脂の平均粒子径からコアにあたるポリオルガノシロキサンの平均粒子径を差し引いて1/2とした値である。TEM画像における10箇所の粒子(N=10)について測定して得た値の平均値とした。
実施例1のシリコーンアクリルコアシェル樹脂について測定画像を図1に示す。N=10のうちの一つのデータであり、シェル層の厚みは13.5nmである。N=10の平均値は15nmである。
[実施例1〜7、比較例1〜4、参考例5]
ラボプラストミル(東洋精機製作所製)にストランドダイを使用して、熱可塑性ウレタン樹脂と、上記製造例または比較製造例で得たシリコーンアクリルコアシェル樹脂粉体とを、下記表3または4記載の割合で配合し、200℃の成形温度で混合して、樹脂組成物(樹脂ペレット)を作成した。その後、該樹脂組成物(樹脂ペレット)を小型射出成型機(2cm×2cm×2mmの金型)で加熱加工し、樹脂成型物を得た。
・製品名「エラストランET−597−10」
BASF社製の熱可塑性ポリウレタン(ポリエステル系)、ショアA硬度「97」
・製品名「ミラクトランXN−2000」
東ソー社製の熱可塑性ポリウレタン(ポリカーボネート系)、ショアA硬度「85」
金型温度60℃で冷却を行い、突き出しピン(エジェクタピン)で金型から成形物を離型する作業を10回おこなった。10回中自然に離型(落下)した回数の比率を、表3または4に「%」で表した(例えば、10回中、8回が自然に離型した場合は「80%」であり、10回全てにおいて自然に離型した場合は「100%」と表示する)。
なお、突出しピンは、金型に内蔵されている。
これに対し、本発明の熱可塑性樹脂組成物から得られる成型物はいずれも離型性に優れる(実施例1〜7)。特に、本発明の熱可塑性樹脂組成物から得られる成型物は、シランカップリング剤を使用していないが、従来のシランカップリング剤を配合して調製した熱可塑性樹脂組成物から得られる成型物(参考例5)と同等に離型性に優れている。
ラボプラストミル(東洋精機製作所製)にTダイを使用して、上記熱可塑性ウレタン樹脂と、上記製造例または比較製造例で得たシリコーンアクリルコアシェル樹脂粉体とを、下記表5又は6記載の割合で配合し、約200℃で成形し、約200μmを有するの樹脂成型物(フィルム)を作成した。
熱可塑性ウレタンはエラストランET−597−10またはミラクトランXN−2000であり、上述した通りのものである。
HEIDON TYPE−R(新東科学社製)で測定し、摩擦力から摩擦係数を測定した。200gの金属圧子を塗膜に垂直に接触させ、3cm/分で移動させた時の摩擦力から摩擦係数を算出した。結果を表5又は6に示す。
ラボプラストミル(東洋精機製作所製)にTダイを使用して、重合度1300の塩化ビニル樹脂100重量部に可塑剤であるDINPを65部、安定剤などを添加して事前にコンパウンド化したペレットと、上記製造例または比較製造例で得たシリコーンアクリルコアシェル樹脂粉体を、下記表7または8記載の割合で配合し、約140℃で成形し、約200μmを有する、樹脂成型物(フィルム)を作成した。
尚、塩化ビニル樹脂(PVC)は、重合度1300を有する塩化ビニル樹脂100重量部に可塑剤であるDINPを65重量部、及び安定剤などを添加して混合してペレットにしたものである。
一方、コアシェル構造において本発明の質量比を満たさない比較製造例2のシロキサンエマルジョンを用いて調製された熱可塑性樹脂組成物から得られる成型物は、摩擦係数が大きく、耐摩耗性に劣る(比較例9、13)。また、外周におけるアクリル樹脂被覆率が少なすぎる比較製造例1のシリコーンアクリルコアシェル樹脂粉体を用いて調製された熱可塑性樹脂組成物から得られる成型物も、摩擦係数が大きく、耐摩耗性に劣る(比較例8、12)。
(2)シェル層(ポリ(メタ)アクリル酸エステル)
(3)シェル層の外周長さ((1)の値)
(4)外周においてポリ(メタ)アクリル酸エステルを有していない部分の長さ((2)の値)
Claims (6)
- (I)熱可塑性樹脂 該(I)成分と下記(II)成分の合計100質量部に対して80〜99.9質量部、及び
(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂 前記(I)成分と該(II)成分の合計100質量部に対して0.1〜20質量部
を含有する熱可塑性樹脂組成物であって
前記(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂は、コア粒子が(A)オルガノポリシロキサンであり、シェル層に(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルを有し、
該(A)オルガノポリシロキサンと(B)ポリ(メタ)アクリル酸エステルの質量比が(A):(B)=40:60〜90:10であること、及び、該コアシェル樹脂の外周全長(α)に対する、該外周のうち前記ポリ(メタ)アクリル酸エステル部分の長さ(β)の比率((β/α)×100)が90%以上であることを特徴とする、前記熱可塑性樹脂組成物。 - 前記(II)シリコーン−アクリルコアシェル樹脂において、コア粒子が(a)下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンであり、シェル層に(b)(メタ)アクリル酸エステル単量体の重合物を有し、
前記(a)成分と前記(b)成分の質量比が(a):(b)=40:60〜90:10である、請求項1記載の熱可塑性樹脂組成物。 - 前記(II)シリコーンアクリルコアシェル樹脂において、シェル層が厚み1nm〜50nmを有する、請求項1又は2記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 前記(I)熱可塑性樹脂が、ウレタン樹脂、塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、アミド系樹脂、アセタール系樹脂、及びポリカーボネート系樹脂から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれか1項記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の熱可塑性樹脂組成物を射出成型又は押出成型して成る、樹脂成型物。
- 前記樹脂成型物がフィルム又はシート状である、請求項5記載の樹脂成型物。
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