JP2021116231A - 高耐久性ポリプロピレン系樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)上記の式(1)で表される化学構造を有し、酸化防止能を有するヒンダードフェノール系官能基を含有するシランカップリング剤。
(2)上記(1)に記載のシランカップリング剤で表面修飾された無機フィラー。
(3)平均粒径が200nm以下のシリカ粒子である、上記(2)に記載の無機フィラー。
(4)上記(2)または(3)に記載の無機フィラーを含有する、ポリオレフィン系樹脂組成物。
(5)前記無機フィラーの含有量が1〜50質量部である、上記(4)に記載のポリオレフィン系樹脂組成物。
(6)前記ポリオレフィン系樹脂組成物がポリプロピレン系樹脂組成物である、上記(4)または(5)に記載のポリオレフィン系樹脂組成物。
極性基Xとしては、アミノ基(−NH2)、カルボキシル基(−COOH)、酸無水物基(−CO−O−CO−)、水酸基(−OH)、チオール基(−SH)などが挙げられるが、極性基を含有しないホモポリプロピレンを含有してもよい。
無機フィラーとしては、例えば、シリカ、アルミナ、硫酸バリウム、タルク、クレー、雲母粉、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、ホウ酸アルミニウム、各種チタン酸化合物、酸化チタン、ジルコン酸バリウム、ジルコン酸カルシウム等が挙げられ、本発明のシランカップリング剤により表面修飾されるものであればよい。
なお、シリカ粒子の平均粒径は、ポリプロピレン系樹脂組成物の樹脂シートの凍結破断面の走査型電子顕微鏡像から無作為に100個の粒子を選び、それらの粒径を測定して算出した算術平均値(相加平均値)である。200nm以下のナノサイズシリカ粒子の製造方法は、非特許文献3に詳述されている。
十分に窒素置換した500mLのガラス製反応容器内に、乾燥ヘキサン200mLおよびトリイソブチルアルミニウム100mL(297mmol)を入れた。この反応容器内を−50℃に冷却しながら、5−ヘキセン−1−オール46mL(340mmol)をゆっくりと滴下した。そして、反応容器内を撹拌しながら室温(25℃)まで自然昇温させた後、溶媒のヘキサンを減圧留去して目的のi−Bu2Al(OC4H8CH=CH2)を透明な液体として90g得た。
以下の方法で、水酸基を含有するプロピレン重合体を合成した。十分に窒素置換した1000mLのガラス製反応容器内に、トルエン260mLと、メチルアルモキサンの2.1mol/Lトルエン溶液7.5mLと、i−Bu2Al(OC4H8CH=CH2)5.9mL(21.2mmol)を入れた。この反応容器内を−20℃に冷却しながらプロピレン1.2gを加えた後、ジメチルシリレンビス(2−メチルインデニル)ジルコニウムジクロリドの0.010mol/Lトルエン溶液4mLを導入して重合を開始した。
非特許文献3に記載された以下の方法で、シリカ粒子を合成した。250mLのポリプロピレン製反応容器内に、0.1質量%L−アルギニン水溶液174mLと、テトラエチルオルトシリケート(TEOS:Si(OC2H5)4)10.4g(50mmol)を導入し、70℃で10時間撹拌した。
得られた溶液0.519gを、水41.0g、エタノール133g、およびL−アルギニン0.174gを含む溶液が入ったポリプロピレン製反応容器内に添加し、均一に撹拌した。得られた溶液にTEOS10.4gを添加し、70℃で10時間加熱して、白色のシリカ粒子の分散液(a)を得た。
十分に窒素置換した100mLのガラス製反応容器内に、乾燥テトラヒドロフラン(THF)20mL、ヒンダードフェノール系酸化防止剤である3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシトルエン(BHT)の誘導体である3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸1.4g(5mmol)、N,N−ジメチル−4−アミノピリジン61mg(0.5mmol)および3−ブテン−1−オール0.52mL(6mmol)を入れた。反応溶液を0℃に冷却したのち、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド1.13g(5.5mmol)を加えた。反応溶液をすぐさま室温へと昇温したのち、さらに12時間攪拌したところ、白色沈殿を含んだ溶液が得られた。
白色沈殿をセライトろ過により除去し、減圧下で溶媒などを留去した粗生成物を、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:酢酸エチル=50:1)によって精製し、3−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオン酸ブテニルエステルを1.56g(収率94%)で得た。
続いて、十分に窒素置換した50mLのガラス製反応容器内に、前記ブテニルエステル1.5g(4.5mmol)、トリエトキシシラン1.24mL(6.8mmol)および乾燥トルエン5mLを加えた。反応溶液を80℃に加熱したのち、Karstedt触媒(2%キシレン溶液)を50μL加えて、24時間攪拌した。反応溶液を室温に冷却後、減圧下で溶媒などを留去した粗生成物を、シリカゲルクロマトグラフィー(展開溶媒 ヘキサン:酢酸エチル=25:1)によって精製し、本発明のシランカップリング剤を1.64g(収率74%)で得た。
製造例3で得られたシリカ粒子の分散液(a)中に、作製した本発明のシランカップリング剤1mol%を添加し、70℃で10時間加熱して、透明なシリカ粒子の分散液を得た。分散液を遠心分離して得られた沈殿物を、エタノール溶媒中で超音波洗浄した後、再度遠心分離することで、シランカップリング剤で修飾したシリカ粒子の白色粉末を得た。
続いて、小型混練機(東洋精機製作所社製、ラボプラストミル・マイクロ)を用いて、混練温度180℃、混練時間5分、スクリュー回転速度60rpmの条件(以下、「条件A」ということがある)で、製造例2で得られたプロピレン重合体100質量部と、シランカップリング剤で修飾したシリカ粒子10質量部を混練して、ポリプロピレン系樹脂組成物を作製した。
[比較例1]
実施例1および比較例1で作製したシリカ粒子を、それぞれ走査型電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノロジーズ社製、S−4800)を用いて、加速電圧1kVで形態の観察を行った。
図1は、実施例1で作製したシランカップリング剤で修飾したシリカ粒子のSEM像である。均一な粒径(約100nm)を有する球状シリカが得られていることを確認した。図2は、比較例1で作製したシリカ粒子のSEM像である。図1と同様の粒径および形態を有していることがわかった。
実施例1および比較例1で作製したポリプロピレン系樹脂組成物を、温度180℃、圧力10MPaでそれぞれ10分間熱プレス成形して、厚さ0.5mmの樹脂シートを作製した。走査型電子顕微鏡(SEM、日立ハイテクノロジーズ社製、S−4800)を用いて、加速電圧1kVで試料の液体窒素で凍結破断して作製した破断面の観察を行った。
図3は、実施例1に由来する樹脂シートから作製した断面のSEM画像であり、ポリプロピレン系樹脂中にシリカ粒子が微分散していた。一方、図4は、比較例1に由来する樹脂シートから作製した断面のSEM画像であり、部分的にシリカ粒子が凝集していた。シリカ粒子の樹脂中への分散状態は、実施例の方が比較例よりも良好であり、本発明のシランカップリング剤でシリカ粒子を表面修飾する場合の均一な分散効果が確認された。
評価2で作製したそれぞれの樹脂シートから、打ち抜いて得られた8号ダンベル試験片を、110℃に設定したオーブン中で12時間および24時間静置することにより熱劣化処理を行った。
実施例1および比較例1で作製したポリプロピレン系樹脂組成物について、熱劣化前後の試験片を、小型卓上試験機(島津製作所社製、EZ−LX)を用いて、10mm/minの引張り速度で引張物性測定を行った。
この引張物性測定結果に基づいた最大引張強度を図5に示す。実施例1では、熱劣化処理24時間後においても、強度の低下は見られなかった。一方、比較例1では、熱劣化処理24時間後に強度の低下がみられた。
また、引張物性測定結果に基づいた破断伸びを図6に示す。実施例1では、比較例1と比べ、高い破断伸びを示し、機械特性が維持された。これは、実施例1における良好なフィラー分散に起因しており、比較例のようにフィラー分散性が低い構造では、求められる性能を発揮できない。
実施例1および比較例1で作製したポリプロピレン系樹脂組成物について、熱劣化前後の試験片を、ミクロトーム(大和光機工業製、リトラトームREM-710)を用いて、50μmの厚みで断面切片を作製した。得られた切片を、顕微赤外分光装置(Bruker製、HYPERION3000)を用いて、顕微赤外分光測定を行った。
実施例1の赤外吸収スペクトルを図7に示す。熱劣化により生成する酸化生成物(カルボニル基)がほとんど形成しなかった。比較例1の赤外吸収スペクトルを図8に示す。24時間熱劣化処理後において、大幅に酸化生成物(カルボニル)が形成した。
実施例1の光学顕微鏡像と、カルボニルの赤外吸収に由来するバンドの面積から作製したイメージング像を図9に示す。酸化の進行に伴うカルボニル形成は、ほとんどみられなかった。比較例1の光学顕微鏡像と、カルボニルの吸収に由来する吸収バンド面積から作製したイメージング像を図10に示す。カルボニルの量が増加していることが示された。
Claims (6)
- 請求項1に記載のシランカップリング剤で表面修飾された無機フィラー。
- 平均粒径が200nm以下のシリカ粒子である、請求項2に記載の無機フィラー。
- 請求項2または3に記載の無機フィラーを含有する、ポリオレフィン系樹脂組成物。
- 前記無機フィラーの含有量が1〜50質量部である、請求項4に記載のポリオレフィン系樹脂組成物。
- 前記ポリオレフィン系樹脂組成物がポリプロピレン系樹脂組成物である、請求項4または5に記載のポリオレフィン系樹脂組成物。
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