JP2021134333A - 熱可塑性エラストマー組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
〔成分(I)〕カルボニル含有基および/または含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖(a)を有しかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(A)、並びに、側鎖に水素結合性架橋部位及び共有結合性架橋部位が含有されておりかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(B)からなる群から選択される少なくとも1種のポリマー成分;
〔成分(II)〕共有結合性架橋部位を有しかつ水素結合性架橋部位を有さない架橋したスチレン系ブロック共重合体;
を含むことを特徴とするものである。
〔成分(I)〕カルボニル含有基および/または含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖(a)を有しかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(A)、並びに、側鎖に水素結合性架橋部位及び共有結合性架橋部位が含有されておりかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(B)からなる群から選択される少なくとも1種のポリマー成分;
〔成分(II)〕共有結合性架橋部位を有しかつ水素結合性架橋部位を有さない架橋したスチレン系ブロック共重合体;
を含むことを特徴とするものである。ここで、先ず、各成分を分けて説明する。
本発明にかかる成分(I)としてのポリマー成分は、上述のポリマー(A)〜(B)からなる群から選択される少なくとも1種のものである。
水素結合性架橋部位を含有する側鎖(a’)は、水素結合による架橋を形成し得る基(例えば、水酸基、後述の側鎖(a)に含まれる水素結合性架橋部位等)を有し、その基に基づいて水素結合を形成する側鎖であればよく、その構造は特に制限されるものではない。ここにおいて、水素結合性架橋部位は、水素結合によりポリマー同士(より好ましくはエラストマー同士)を架橋する部位である。なお、水素結合による架橋は、水素のアクセプター(孤立電子対を含む原子を含有する基等)と、水素のドナー(電気陰性度が大きな原子に共有結合した水素原子を備える基等)とがあって初めて形成されることから、ポリマー同士(より好ましくはエラストマー同士)の側鎖間において水素のアクセプターと水素のドナーの双方が存在しない場合には、水素結合による架橋が形成されない。そのため、ポリマー同士(より好ましくはエラストマー同士)の側鎖間において、水素のアクセプターと水素のドナーの双方が存在することによって初めて、水素結合性架橋部位が系中に存在することとなる。なお、本発明においては、ポリマー同士(より好ましくはエラストマー同士)の側鎖間において、水素のアクセプターとして機能し得る部分(例えばカルボニル基等)と、水素のドナーとして機能し得る部分(例えば水酸基等)の双方が存在することをもって、その側鎖の水素のアクセプターとして機能し得る部分とドナーとして機能し得る部分とを、水素結合性架橋部位と判断することができる。
カルボニル含有基および/または含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖(a)は、カルボニル含有基および/または含窒素複素環を有するものであればよく、他の構成は特に限定されない。このような水素結合性架橋部位としては、カルボニル含有基および含窒素複素環を有するものがより好ましい。
本明細書において「共有結合性架橋部位を含有する側鎖(b)」は、主鎖を形成するポリマーの分子同士を共有結合により架橋する部位(共有結合性架橋部位:例えば、無水マレイン酸基と、無水マレイン酸基と反応する化合物とを反応せしめて形成し得る、アミド、エステル、および、チオエステルからなる群より選択される少なくとも1つの結合等の化学的に安定な結合(共有結合)等によりポリマー同士を架橋する部位)を含有している側鎖であることを意味する。このように、本明細書において「共有結合性架橋部位」は、共有結合によりポリマーの分子同士を架橋する部位である。なお、側鎖(b)は共有結合性架橋部位を含有する側鎖であるが、共有結合性架橋部位を有しつつ、更に、水素結合が可能な基を有して、側鎖間において水素結合による架橋を形成するような場合には、後述の側鎖(c)として利用されることとなる(なお、前記ポリマー(より好ましくはエラストマー)の分子同士の側鎖間に水素結合を形成することが可能な、水素のドナーと、水素のアクセプターの双方が含まれていない場合、例えば、系中に単にエステル基(−COO−)が含まれている側鎖のみが存在するような場合には、エステル基(−COO−)同士では特に水素結合は形成されないため、かかる基は水素結合性架橋部位としては機能しない。他方、例えば、カルボキシ基やトリアゾール環のような、水素結合の水素のドナーとなる部位と、水素のアクセプターとなる部位の双方を有する構造をポリマー同士の側鎖にそれぞれ含む場合には、前記ポリマー同士(より好ましくはエラストマー同士)の側鎖間で水素結合が形成されるため、水素結合性架橋部位が含有されることとなる。また、例えば、前記樹脂の分子同士の側鎖間に、エステル基と水酸基とが共存して、それらの基により側鎖間で水素結合が形成される場合、その水素結合を形成する部位が水素結合性架橋部位となる。そのため、側鎖(b)が有する構造自体や、側鎖(b)が有する構造と他の側鎖が有する置換基の種類等に応じて、側鎖(c)として利用される場合がある。)。
このような側鎖(c)は、1つの側鎖中に水素結合性架橋部位及び共有結合性架橋部位の双方を含む側鎖である。このような側鎖(c)に含まれる水素結合性架橋部位は、側鎖(a’)において説明した水素結合性架橋部位と同様のものであり、側鎖(a)中の水素結合性架橋部位と同様のものが好ましい。また、側鎖(c)に含まれる共有結合性架橋部位としては、側鎖(b)中の共有結合性架橋部位と同様のものを利用できる(その好適な架橋も同様のものを利用できる。)。
側鎖(b)及び/又は(c)に関して、共有結合性架橋部位における架橋が、第三級アミノ結合(−N=)、エステル結合(−COO−)を含有している場合であって、これらの結合部位が水素結合性架橋部位としても機能する場合、得られる組成物の圧縮永久歪および機械的強度(破断伸び、破断強度)がより高度に改善されるとの理由から好ましい。このように、共有結合性架橋部位を有する側鎖中の第三級アミノ結合(−N=)やエステル結合(−COO−)が、他の側鎖との間において、水素結合を形成するような場合、かかる第三級アミノ結合(−N=)、エステル結合(−COO−)を含有している共有結合性架橋部位は、水素結合性架橋部位も備えることとなり、側鎖(c)として機能し得る。
環状酸無水物基を側鎖に有するポリマーと;
水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいトリアゾール、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいピリジン、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいチアジアゾール、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいイミダゾール、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいイソシアヌレート、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいトリアジン、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいヒダントイン、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、ペンタエリスリトール(pentaerythritol)、スルファミド、並びに、ポリエーテルポリオールのうちの少なくとも1種の化合物(以下、場合により単に「化合物(X)」と称する。)と;
の反応物からなる群から選択される少なくとも1種であることが好ましい。このように、ポリマー(A)及び(B)(より好ましくはエラストマー性ポリマー(A)及び(B))としては、前記環状酸無水物基を側鎖に有するポリマーと前記化合物(X)との反応物がより好ましい。なお、このような化合物(X)としては、共有結合性の架橋部位の生成と同時に水素結合性の架橋部位の生成も可能であるといった観点から、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいピリジン、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいチアジアゾール、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいイミダゾール、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいイソシアヌレート、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいトリアジン、水酸基、チオール基及びアミノ基のうちの少なくとも1種の置換基を有していてもよいヒダントイン、トリス(2−ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、2,4−ジアミノ−6−フェニル−1,3,5−トリアジン、ペンタエリスリトール(pentaerythritol)、スルファミド、並びに、ポリエーテルポリオールがより好ましい。
本発明にかかる成分(II)は、共有結合性架橋部位を有しかつ水素結合性架橋部位を有さない架橋したスチレン系ブロック共重合体である。なお、ここにいう「スチレン系ブロック共重合体」とは、いずれかの部位にスチレンブロック構造を有するコポリマーであればよい。また、ここにおいて「水素結合性架橋部位」の意味は成分(I)において説明したものと同義である。なお、このような成分(II)において「水素結合性架橋部位を有さない」とは、スチレン系ブロック共重合体での分子同士や、スチレン系ブロック共重合体と他の成分との間で水素結合により架橋する部位を有していないことを意味し、水素結合による架橋を形成し得るような構造部分(例えば、水素結合による架橋を形成し得るような、水酸基やカルボニル基等といった基等)を有していないことを意味する。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、上記成分(I)及び(II)を含むことを特徴とするものである。
前記環状酸無水物基を側鎖に有するポリマー(以下、場合により単に「ポリマー(P)」と称する)と;
主鎖に架橋性二重結合を有するスチレン系ブロック共重合体と;
該架橋性二重結合と反応して共有結合による架橋部位を形成するための架橋剤(A)と;
を混合して混合物を得た後、更に、前記混合物に対して、
前記環状酸無水物基と反応して水素結合性架橋部位を形成する化合物(i)、並びに、前記化合物(i)及び前記環状酸無水物基と反応して共有結合性架橋部位を形成する化合物(ii)の混合原料のうちの少なくとも1種の原料化合物
を添加し、混合することにより、上記成分(I)及び(II)を含む熱可塑性エラストマー組成物を得る方法(A)を好適に採用することができる。以下、このような方法(A)について説明する。
先ず、後述の実施例等において組成物等の製造に利用した材料(化合物等)の商品名等を分けて説明する。なお、下記実施例においては、ここに記載する略称や名称等により各材料を表現する。
(1)ポリマー成分形成用の材料について
・マレイン化PP:無水マレイン酸変性ポリプロピレン(理研ビタミン株式会社製の商品名「リケエイドMG670P」、マレイン化率:1.834質量%、重量平均分子量:153000)
・化合物(X1):トリスヒドロキシエチルイソシアヌレート(日星産業株式会社製の商品名「タナックP」)
(2)架橋したスチレン系ブロック共重合体の形成用の材料について
・SEBS:スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体(クレイトン社製の商品名「G1633」、分子の形状等:リニア状(なお、水素添加前のブタジエン部に由来して主鎖中に0.1モル%以上1.0モル%以下の架橋性二重結合を含む)、スチレン含有量:30質量%)
・SEEPS: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(株式会社クラレ製の商品名「V9461」:分子の形状等:、水素添加前のイソプレン部およびスチレン部に導入された二重結合に由来して主鎖中に架橋性二重結合を含む)、スチレン含有量:30質量%、)
・SBS−(I):スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(クレイトン社製の商品名「DX410JS」、分子の形状等:ラジアル状(なお、ブタジエン部に由来して主鎖中に架橋性二重結合を含む)、スチレン含有量:18質量%、スチレンとブタジエンのジブロックの含有量60質量%(ポリスチレンとポリブタジエン、スチレン・ブタジエン・スチレンのトリブロック等の合計量:40質量%))
・SBS−(II):スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体(クレイトン社製の商品名「D1101JO」、分子の形状等:リニア状(なお、ブタジエン部に由来して主鎖中に架橋性二重結合を含む)、スチレン含有量:31質量%、スチレンとブタジエンのジブロックの含有量16質量%(ポリスチレンとポリブタジエン、スチレン・ブタジエン・スチレンのトリブロック等の合計量:84質量%))
・架橋剤(I):2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3(日本油脂株式会社製の商品名「パーヘキシン25B−40」、分子量:286.42、1分間半減期温度:194.3℃)
・架橋剤(II):2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(日本油脂株式会社製の商品名「パーヘキサ25B−40」、分子量:290、1分間半減期温度:179.8℃)
・架橋剤(III):ジクミルパーオキシド(日本油脂株式会社製の商品名「パークミルD−40」、分子量:270、1分間半減期温度:175.2℃)
・架橋剤(IV):α,α’−ビス(t−ブチルパーオキシ)ジイソピロピルベンゼン(日本油脂株式会社製の商品名「パーブチルP−40」、分子量:338.49、1分間半減期温度:175.4℃)
・架橋助剤:トリアリルイソシアヌレート(三菱ケミカル株式会社製の商品名「TAIC WH−60」)
(3)その他の添加成分
・パラフィンオイル:JXTGエネルギー株式会社製の商品名「300HV−S(J)」
・有機化クレイ(株式会社ホージュン製の商品名「エスベンWX」)。
次に、各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物の特性を評価するための方法について説明する。なお、各実施例及び比較例ごとに、得られた結果を表1〜3に示す。
各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ用いて、以下のようにして、組成物の特性の評価に利用するためのシートを調製した。すなわち、先ず、水冷冷却機能付の加圧プレス機を用い、200℃に加熱した後、縦15cm、横15cm、厚み2mmの大きさの金型に熱可塑性エラストマー組成物43gを入れて、加圧前に200℃で5分間加熱(予熱)し、次いで、温度:200℃、使用圧力:20Mpa、加圧時間:5分の条件で加圧(熱プレス)した後、使用圧力:20MPa、加圧時間:2分の条件で水冷冷却プレスを更に行い、前記金型からプレス後の熱可塑性エラストマー組成物を取り出して、厚み2mmの測定用のシートを得た。
上述のようにして得られた測定用のシートをそれぞれ用いて、以下のようにして、各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物の圧縮永久歪(C−Set)を求めた。先ず、上記測定用のシートを直径29mmの円盤状に打ち抜いて7枚重ね合わせ、高さ(厚み)が12.5±0.5mmになるようにしてサンプルを調製した。このようにして得られたサンプルを用い、専用治具で25%圧縮し、125℃で22時間放置した後の圧縮永久歪(単位:%)をJIS K6262(2013年発行)に準拠して測定した。なお、圧縮装置としてはダンベル社製の商品名「加硫ゴム圧縮永久歪試験器 SCM−1008L」を用いた。
各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ用いて、JIS K6922−2(2010年発行)に記載のB法に準拠してメルトフローレート(MFR、単位:g/10分)を測定した。すなわち、各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ用い、メルトフローレート測定装置として東洋精機製作所製の商品名「Melt Indexer G−01」を用いて、該装置の炉体内に熱可塑性エラストマー組成物を3g添加した後、温度を230℃にして5分間保持した後、230℃に維持しつつ5kgに荷重する条件で、前記炉体の下部に接続されている直径1mm、長さ8mmの筒状のオリフィス部材の開口部(直径1mmの開口部)から、単位時間あたりに流出する質量(g)を測定(前記炉体内において温度を230℃にして5分間保持した後、荷重を開始してから流出する熱可塑性エラストマー組成物の質量の測定を開始する)し、10分間に流出する熱可塑性エラストマー組成物の質量(g)に換算することにより求めた。
上述のようにして得られた測定用のシートをそれぞれ用いて、以下のようにして、各実施例等で得られた熱可塑性エラストマー組成物のゲル分率(単位:%)を算出した。すなわち、先ず、熱可塑性エラストマー組成物の上記シートから、縦5mm、縦5mm、厚み2mmの大きさのシート片を多数切り出し、約1g分集めてゲル分率の測定用の試料とした。次に、得られた測定用の試料の質量を測定した。また、別途、80メッシュのステンレス網を準備し、その質量を測定した。その後、前記測定用の試料を前記ステンレス網で包み、これを300mlのキシレンに浸漬した後、7時間還流させた。このように7時間還流させた後に、キシレン中から前記ステンレス網を取り出し、その後、トルエンで洗浄して室温の温度条件で24時間風乾し、その後、更に、真空乾燥器にて圧力1〜10Pa、温度50℃の条件で6時間乾燥させた。このようにして乾燥させた後に、残留成分を内部に含むステンレス網の質量を測定し、次いで、その質量から予め測定したステンレス網の質量を差し引いて、残留成分の質量を算出した。そして、測定用の試料の質量(使用量)に対する前記残留成分の質量を算出することにより、ゲル分率を求めた。
前記ゲル分率の測定の際に得られた残留成分(ゲル)に対して、赤外分光分析測定装置(Thermo Scientific社製の商品名「NICOLET is10」)を用いて、ATR法にて赤外吸収スペクトル(IRスペクトル)の測定を行い、前記残留成分(ゲル)に関して1400−1450cm−1のベンゼン環に由来する吸収(ピーク)があるか否かを確認した。なお、表1〜3には、1400−1450cm−1のベンゼン環に由来するピークが確認されたものを「E」と示し、かかるピークが確認されなかったものを「N」と示す。また、かかる1400−1450cm−1の位置にピークが確認される場合には、組成物の調製に利用した材料の種類から、前記残留成分(ゲル)はスチレン系ブロック共重合体(SEBS等)に由来した成分であるものと判断することができる。また、前記残留成分(ゲル)はゲル化していることから、IRスペクトルにおいて1400−1450cm−1の位置にピークが確認される場合、そのスチレン系ブロック共重合体(SEBS等)が架橋しているものと理解できる。
14gのSEBS、14gのSBS−(I)、28gのパラフィンオイル、0.56gの架橋剤及び1.68gの架橋助剤を予め混合した混合物と、7gのマレイン化PPとを200℃に加熱した加圧ニーダーに投入し、100rpmの回転速度で3分間素練りして可塑化させた後、更に、0.007gの有機化クレイを添加し、200℃の温度条件で4分間混練して、加圧ニーダー中に混合物を得た。次いで、前記混合物に対して0.125gの化合物(X1)を更に加え、200℃の温度条件で8分間混練し、熱可塑性エラストマー組成物を調製した。
SBS−(I)の代わりにSBS−(II)を用い、かつ、SEBS、SBS−(II)、架橋剤及び架橋助剤の使用量をそれぞれ表1に記載の割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。
SEBS及びSBS−(I)の代わりにSEEPSを単独で用い、かつ、SEEPS、架橋剤及び架橋助剤の使用量をそれぞれ表1に記載の割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。
SBS−(I)を利用せず、かつ、SEBS及び架橋助剤の使用量をそれぞれ表1に記載の割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。
SEBSを利用せず、かつ、SBS−(I)及び架橋助剤の使用量をそれぞれ表1に記載の割合となるように変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。
有機化クレイを利用しなかった以外は、実施例2と同様にして熱可塑性エラストマー組成物を調製した。
架橋剤及び架橋助剤を使用しなかった以外は、実施例7と同様にして熱可塑性エラストマー組成物を調製した。
架橋剤(I)の代わりに架橋剤(II)を用い、かつ、架橋助剤の使用量を表2に記載の割合となるように変更した以外は、実施例3と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。得られた熱可塑性エラストマー組成物の特性の評価結果を表2に示す。なお、かかる組成物の調製に用いた成分の質量比(マレイン化PPの含有量を100質量部とした場合の各成分の質量割合)を表2に示す。
架橋剤(I)の代わりに、表3に記載の割合で架橋剤(III)又は架橋剤(IV)を利用した以外は、実施例3と同様にして熱可塑性エラストマー組成物をそれぞれ調製した。得られた熱可塑性エラストマー組成物の特性の評価結果を表3に示す。なお、表3には、実施例3で得られた熱可塑性エラストマー組成物の特性の評価結果も併せて示す。なお、表3には、実施例3及び10で得られた熱可塑性エラストマー組成物の特性の評価結果も併せて示す。なお、かかる組成物の調製に用いた成分の質量比(マレイン化PPの含有量を100質量部とした場合の各成分の質量割合)を表3に示す。
Claims (6)
- 下記成分(I)及び(II):
〔成分(I)〕カルボニル含有基および/または含窒素複素環を有する水素結合性架橋部位を含有する側鎖(a)を有しかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(A)、並びに、側鎖に水素結合性架橋部位及び共有結合性架橋部位が含有されておりかつガラス転移点が25℃以下であるポリマー(B)からなる群から選択される少なくとも1種のポリマー成分;
〔成分(II)〕共有結合性架橋部位を有しかつ水素結合性架橋部位を有さない架橋したスチレン系ブロック共重合体;
を含むことを特徴とする熱可塑性エラストマー組成物。 - 前記成分(II)が、主鎖に架橋性二重結合を有するスチレン系ブロック共重合体と、該架橋性二重結合と反応して共有結合による架橋部位を形成する架橋剤との反応物からなることを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記主鎖に架橋性二重結合を有するスチレン系ブロック共重合体が、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレンブロック共重合体、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、及び、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からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記成分(II)中のスチレン系ブロック共重合体の分子同士を架橋する共有結合性架橋部位が、炭素架橋、酸素架橋及び硫黄架橋からなる群から選択される少なくとも1種の架橋からなることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記成分(II)の含有量が組成物の総量の0.1〜80質量%であることを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記成分(I)において、前記ポリマー(A)及び(B)の主鎖がそれぞれ、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン−ブテン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、及び、エチレン−オクテン共重合体からなる群から選択される少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜5のうちのいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
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