JP2856687B2 - 熱可塑性プラスチックに接着した熱可塑性プラスチック/ゴムアロイ - Google Patents
熱可塑性プラスチックに接着した熱可塑性プラスチック/ゴムアロイInfo
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Description
の中に微粒子状態で分散したゴムを動的加硫(vulcanisa
tion en dynamique)して得られる熱可塑性エラストマー
(以下、TPVという)に熱可塑性プラスチック材料が
接着した複合製品、すなわち、熱可塑性プラスチックと
TPVとからなる物品に関するものである。TPVは熱
可塑性プラスチック/ゴムアロイともよばれる。
品を開発するには、できるだけ広範囲の機械特性および
物理化学特性を有する材料を組み合わせることが必要に
なってきている。本発明は接着剤を使用しないで、周知
の方法、例えば2色成形(surmoulage)、2色射出成形(i
njection bi-matiere)、共押出し法を用いて得られる複
合材料に関するものである。欧州特許第 550346 号には
接着剤を用いずに加硫ゴムとポリアミドブロックポリマ
ーとを組み合せた製品とその製造方法が記載されてい
る。すなわち、一つの物体中でゴム特有の性質(圧縮残
留変形が少ない、剛性が低い、耐摩耗性および耐熱性が
ある等)と、ポリエーテル−エステル−アミド特有の性
質(柔軟性、優れた機械特性、耐疲労性等)とを組み合
わせている。しかし、この複合材料を製造する方法はゴ
ムの業界で用いられている方法であり、サイクル時間が
長く(通常10分)、製造コストが高いという欠点があ
る。
エステルアミドと少なくとも一部が架橋した各種ゴムと
をベースとした組成物(2成分の比は1:1)が記載さ
れている。この日本国特許の実施例にはゴムを部分的に
加硫したものしか記載されていないが、加硫を進める
(50〜90%)と引張強度、耐摩耗性、強靱性および圧縮
残留変形等の特性に優れたものを得ることができる。欧
州特許第231674号にはポリアミドブロックを含むコポリ
マーと官能基を持たないニトリルゴムとからなるポリマ
ーアロイが記載されている。TPVが加硫ゴムに極めて
近い特性を保持したまま熱可塑性材料の優れた加工性を
示すということは周知である(この材料の総論に関して
は A.Coran et.al,Thermoplastic Elastomers, MacMill
an Publishing, 1987を参照)。
ゴムの部分を熱可塑性ゴム(TPV)に代えた、熱可塑
性プラスチックで用いられる方法で作ることが可能な複
数機能を有する複合材料を提供することにある。
スチック材料と、それに接着剤無しで接着した熱可塑性
プラスチック/ゴムアロイ(TPV)とからなる複合材
料において、TPVが下記 (i)と(ii)とで構成されるこ
とを特徴とする複合材料を提供する: (i) 少なくとも1種の官能基を有する加硫可能なエラ
ストマー、 (ii) ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタンお
よびポリアミドプロックとポリエーテルブロックとを有
するポリマーからなる群の中から選択される少なくとも
1種のブロックコポリマー
(coinjection) 、インサート成形(surmoulage)、共押出
し成形等の方法 (従って、実質的には接着剤を用いない
方法) で種々の熱可塑性プラスチックに接着することが
できるということを見出した。一般に、上記2つの材料
の界面の結合力は2つの材料の各々の破断強度よりも大
きくなるが、接触面全体またはその一部に接着剤を付け
ても本発明の範囲を逸脱するものではない。
ゴムであっても熱可塑性プラスチックのマトリックスを
作ることができる点にある。本発明の複合材料の重要な
点は熱可塑性プラスチックのマトリックスからなるTP
Vを有し、その中に加硫ゴムが分散されている点にあ
る。これは熱可塑性プラスチックが少量で、ゴムが大部
分を占める場合にも当てはまる。
わち加硫可能なエラストマーとブロックコポリマーとを
合わせたものに対して20〜90重量%にすることができ
る。
は、ポリエーテルまたは非晶質ポリエステルのブロック
が柔かい部分を構成し、ポリアミド、ポリエステルまた
はポリウレタンの半結晶性ブロックが剛い部分を構成す
る。TVPの例としては非晶質ポリエステルジオールと
ポリイソシアネートとを反応させて得られるポリエーテ
ルウレタンおよびポリエーテルジオールとポリイソシア
ネートとの反応で得られるポリエーテルウレタンを挙げ
ることができる。
ブロックコポリマーでは各単位の配列はランダムでも規
則的でもよい。アミド単位は単独でも、ジアミンとジア
シドとの反応またはα、ω−アミノカルボン酸との縮合
でできるオリゴマー中のグループでもよい。
ミドブロックとポリエーテルブロックとを含むものであ
る。ポリアミドブロックはラクタムまたはα、ω−アミ
ノ酸の縮合か、ジアシドとジアミンとの反応で得ること
ができる。このポリアミドブロックはジアシドの存在下
で調製することができる。末端にカルボン酸を有するポ
リアミドブロックが得られる。このポリアミドブロック
の平均分子量Mnは 600〜5000にすることができる。
250〜6000のポリエチレングリコール、ポリプロピレン
グリコールまたはポリテトラメチレングリコールにする
ことができ、ポリエーテルジオールの場合には例えばジ
アシドを用いて複数のポリエーテルを連結してもよい。
上記ポリアミドブロックとポリエーテルジオールブロッ
クとを縮合するとポリエーテルエステルアミドが得られ
る。
クを含むその他のエラストマーを使用しても本発明を逸
脱するものではない。そうした化合物はラクタムまたは
α、ω−アミノ酸、ジアシド、ポリエーテルジオールま
たはポリエーテルジアミンの反応で製造することができ
る。また、アミン末端を有するポリアミドブロックとポ
リエーテルジアシドとの縮合物、アシッド末端を有する
ポリアミドブロックとポリエーテルジアミンとの縮合物
でもよい(後者はポリエーテルアミドとよばれる)。
第 4,331,786号、第 4,115,475号、第 4,195,015号、第
4,839,441号および第 4,864,014号に記載されている。
によって架橋される。加硫系は過酸化物、硫黄、加硫促
進剤および硫黄供与体の中から選択することができる。
または天然のエラストマーは当業者に周知であり、エラ
ストマーという用語は複数のエラストマーの混合物でも
よいことを意味している。このエラストマまたはエラス
トマー混合物の、加硫化後の、100 ℃での圧縮時残留変
形(RDC)は50%以下、通常は5〜40%であり、好ま
しくは30%以下である。エラストマーは官能化すること
ができ、例えばカルボン酸、無水物、カルボン酸の塩ま
たはエステル等の各種ラジカルで官能化するか、エポキ
シまたはアミノ基またはハロゲンで官能化することがで
きる。
は、 1) 十分な量の加硫剤が配合され、必要な場合には充填
剤と可塑剤とがさらに配合された、官能基を有する加硫
可能なエラストマーと、 2) ブロックコポリマーとをブロックコポリマーを溶融
させ且つ加硫を行わせるのに十分な温度で混合し、この
混合は、溶融したブロックコポリマー中にエラストマー
が十分に分散しない前にエラストマーの官能基が消費さ
れるのを防ぐのに十分な長さの加熱時間行うことを特徴
としている。
ゴム、ポリイソプレン、スチレン/ブタジエンコポリマ
ーをベースとした重合エマルジョン、スチレン/ブタジ
エンコポリマーをベースとしたポリマー溶液、ニッケ
ル、コバルト、チタンまたはネオジミウムを触媒として
得られるシス位の二重結合の含有率の高いポリブタジエ
ン、ハロゲン化されたエチレン/プロピレン/ジエンタ
ーポリマー、ハロゲン化ブチルゴム、スチレン/ブタジ
エンブロックコポリマー、スチレン/イソプレンブロッ
クコポリマー、上記ポリマーのハロゲン化物、アクリロ
ニトリル/ブタジエンコポリマー、水素化アクリロニト
リル/ブタジエンコポリマー、アクリルエラストマー、
フッ素化エラストマー、クロロプレンおよびエピクロロ
ヒドリンゴムを挙げることができる。
のは、例えばラジカルグラフト化の公知方法で官能化す
るか、既に官能基を有するエラストマー、例えばアクリ
ルエラストマーまたはカルボキシル化されたNBR(X
−NBR)と混合して官能化することができる。
されたニトリルエラストマー、アクリルエラストマー、
カルボキシル化されたポリブタジエン、グラフト化され
たエチレン/ポリプロピレン/ジエンターポリマーまた
はこれらエラストマーでグラフト化されていないもの、
例えばニトリルゴム、ポリブタジエン、エチレン/プロ
ピレン/ジエンターポリマーの混合物等を単独または混
合して用いるのが好ましい。
を混合してもよい。この場合、官能基を有するエラスト
マーが官能基を持たないゴムとブロックコポリマーとを
相溶化させる。既に加硫したゴムを添加することもでき
る(粉砕材料の再利用)。加硫化可能なエラストマーの
官能基の含有量はエラストマーに対して0.3 〜10重量%
にするのが好ましい。
周知のもので、特定の種類の加硫系に限定されるもので
はなく、本発明で定義される加硫の反応速度論の基準を
満たす加硫系であればよい。
ン、イソプレン、ビニリデンノルボルネンなど)をベー
スとする場合には、下記4種類の加硫系が挙げられる: (1) 硫黄と通常の促進剤、例えばジチオカーバメートの
金属塩(ジメチルジチオカーバメート亜鉛、テルリウム
等)、チウラムジスルフィド(テトラメチルチウラムジ
スルフィド等)、サルファーアミドなどとを組み合わせ
て使用する硫黄系。この系はステアリン酸および酸化亜
鉛とをさらに含んでいてもよい。 (2) 架橋に用いられる硫黄の大部分が硫黄含有分子、例
えば上記の有機硫黄化合物に由来する硫黄供与系。
フェノール−ホルムアルデヒド樹脂を塩化第一錫または
酸化亜鉛等の促進剤と組み合わせたフェノール樹脂系。 (4) 硫黄供給系を用いた場合のように黄色ではなく白色
の熱安定性製品が得られる過酸化物系。任意のフリーラ
ジカル供与系(ジクミルまたはその他の過酸化物)を酸
化亜鉛やステアリン酸と組み合わせて使用することがで
きる。
ポキシ基または架橋可能なその他任意の反応性官能基を
有するポリブチルアクリレート)の場合には、ジアミン
をベースとした通常の架橋剤(オルト−トルイジルグア
ニジン、ジフェニルグアニジン等)またはブロックトジ
アミンをベースとした通常の架橋剤(ヘキサメチレンジ
アミンカーバメート等)を使用する。
ボンブラック、シリカ、カオリン、アルミナ、クレイ、
タルク、チョークなどを添加して特定の特性(機械特性
の改良など)を変えることもできる。ゴムとの混合時に
溶融状態にある熱可塑性プラスチックが部分的に加水分
解するのを防止するには、シリカよりも焼成されたカオ
リンを用いるのが好ましい。これら充填剤をシラン、ポ
リエチレングリコールまたはその他任意のカップリング
分子で表面処理することもできる。通常、充填剤の含有
量はエラストマー100 重量部に対して5〜100 重量部で
ある。
の鉱物油、フタル酸エステルまたはセバシン酸エステル
などの可塑剤、場合によってはカルボキシル化された低
分子量のポリブタジエンなどの液状ポリマー性可塑剤、
その他の当業者に公知の可塑剤を添加することもでき
る。
は、反応速度論に従ってエラストマーを完全に架橋さ
れ、本発明定義に記載の優れた分離抵抗性、優れた一般
的ゴム特性(100 ℃での圧縮残留変形、動的引張り特性
等で測定される)を与えるようなものにする。
した90%加硫時間t90が160 ℃で15分以下、好ましくは
5〜10分となるのが好ましい。
の場合には、熱可塑性プラスチックマトリックス中に分
散したゴム相の加硫は二重結合とカルボキシル基との両
方によって起こるので、熱可塑性プラスチックとの相溶
化にカルボキシル基が必要とされる時間の間に、より反
応性の高いカルボキシル基が架橋のために使い尽くされ
てしまわないようにしなければならない。従って、加硫
温度を正しく調節して加熱時間(temps de grillage) を
十分に長くして、フリーのカルボキシル基が溶融相中の
熱可塑性プラスチックと反応する時間を与える必要があ
る。
スチックとして上記に定義のものを選択した官能化ゴム
の節(nodules)を含む熱可塑性プラスチックのマトリッ
クスに関するものである。
ックを含む熱可塑性エラストマー、ポリエステルブロッ
クを含む熱可塑性エラストマー、半結晶性ポリエステ
ル、ポリウレタン(TPU)、硬質または可塑化PVC
などの中から選択される熱可塑性材料と組み合わせるこ
とができる。当業者は公知方法、例えばインサート成形
(surmoulage)、2色射出成形(coinjection) 、共押出し
成形、ラミネーション等を用いることができる。典型的
な組合せ例として以下のものを挙げることができる。
靴 耐疲労性が高く、変形ヒステリシスが低く、低温特性に
優れたポリエーテルエステルアミドのソール(靴底)の
上にTPVアロイを射出するインサート成形で耐磨耗
性、耐スキッド性、耐油性に優れた耐摩損層(crampons)
を形成する。
るプロフィル、例えば建物および自動車の継手を、上記
TPVのうちいくつかを可塑化されたPVCと組み合わ
せて使用する。
形して製造することができる。上記熱可塑性プラスチッ
ク材料、例えばポリアミドの外層を有するパイプを共押
出し成形で被覆することができる。
アミド、TPVまたはポリエステルブロックを有するコ
ポリエーテルまたはTPUの表面にゴムを接着させた外
層を有するものがある。これらのゴム層の代わりに上記
熱可塑性プラスチック材料を用いたTPVを共押出し成
形するのが好ましい。このTPVは耐磨耗性と弾性を上
げ、硬度を低下させる。一方、熱可塑性プラスチックは
曲強度、耐疲労強度および靱性を上げる。
有していなければならない高速回転する直径の小さいプ
ーリ用の動力伝達ベルト。柔軟性の極めて高い材料が要
求される。
るのに使用するTPVの製造法とその特性評価である。実施例1 a) 密閉混練機中でカルボキシル化ニトリルエラストマ
ー(XNBR)(Goodyearの登録商標 Chemigum)を温度 1
20℃以下で下記の割合(重量部)で配合した: カルボキシル化ブタジエンアクリロニトリル XNBR RCG 7343 :110 シリカ KG 300 : 20 ジイソノニルフタレート DINP : 5 ポリエチレングリコール PEG 4000 : 2 TiO2 : 5 ビニルシラン(トリメトキシ) SI 69 : 1 抗酸化剤 Wingstay 29 : 1 活性化剤 Polyvest C70 : 4 硫黄 : 1.8 ZnO : 5 ステアリン酸 : 1 ベンゾチアジルジスルフィド MBTS : 1.5 テトラメチルチウラムジスルフィド TMTD : 0.5
ポリテトラメチレングリコールブロックとPA12ブロッ
クとから成るショアーD硬度40のポリエーテルエステル
アミド(登録商標 Pebax 4033)と下記比率で混合した: エラストマー 60 % Pebax 4033 40 % 混練終了時の温度は 220℃であった。このTPVを押出
機で造立し、射出成形して各種試験片成形物を得た。各
試験片の特性測定結果は〔表1〕に示してある。測定は
表に記載の規格に従って行った。 b) ケミガム(Chemigum) NX775(カルボキシル基含有率
7%のGoodyearの登録商標) を予め粉末化したものにつ
いても類似の結果を得た。
ステルブロックポリエーテル(登録商標 Hytrel 4056)
(PBTブロックとテレフタレートPTMGブロック)
と下記比率で混練した: エラストマー 60% Hytrel 40% 混練終了時の温度は 210℃であった。この混合物の特性
は〔表1〕に示す。
ステルブロックを有するポリウレタン(登録商標 Desmo
pan 590)と下記比率で混練した: エラストマー 60% 0 Desmopan 40% 混練終了時の温度は 230℃であった。この混練物の特性
を〔表1〕に示す。
剤、可塑剤および加硫系の混合物を調製した。この混合
物の組成は以下の通り: ブタジエン−ニトリルエラストマーChemigum P90 70 カルボキシル化ブタジエン−ニトリルエラストマー Chegum RCG 7343 30 シリカ KS300 10 イソノニルフタレート DINP 20 酸化亜鉛 ZnO 5 酸化チタン TiO2 5 シラン SI69 2 ワックス PEG4000 2 ステアリン酸 0.5 Trigonox B 過酸化物 2 ジンクアクリレート 2
で、PA12とPTMGブロックとからなるショアーD硬
度 55 のポリエーテルエステルアミド(登録商標Pebax
5533)と下記比率で混合した: エラストマー 70% Pabex 5533 30% 混練終了時の温度は 210℃であった。この混合物の特性
を〔表1〕に示してある。
射出成形機(登録商標Kraus Maffei) に寸法が 100×10
0 ×5mm の金型を取付ける。射出成形によって各種ポリ
エーテルエステルアミドとPA12との板(寸法 100×10
0 ×2mm)を形成した。各板をインサートとし、厚さ5mm
の金型に入れた。実施例1の熱可塑性プラスチックゴム
TPVを下記の各種板の上にインサート成形した: 5.1 :ポリエーテルエステルアミド(登録商標 Pebax 4
033)の板 5.2 :ポリエーテルエステルアミド(登録商標 Pebax 5
533)の板 5.3 :ポリエーテルエステルアミド(登録商標 Pebax 6
333)の板 ショアーD硬度が63である以外は Pebax 4033 と同じ 5.4 :ポリアミド12(登録商標 Rilsan AESNO)の板
℃でした。実施例 5.4の場合には、射出温度は 290℃に
した。2つの材料間の剥離強度(50 mm/min で測定)は
下記の通り。
こった。
Hytrel 4056) の板に実施例5に記載の条件下で実施例
2のTPVをインサート成形した。2種類の材料間の剥
離強度は 6.2 daN/cm であった。
に記載の条件下で実施例3のTPVをインサート成形し
た。2種類の材料間の剥離強度は 5.2 daN/cm であり、
破断はTPVの内部で起こった。
Claims (8)
- 【請求項1】 熱可塑性プラスチック材料と、それに接
着剤無しで接着した熱可塑性プラスチック/ゴムアロイ
(TPV)とからなる複合材料において、 TPVが下記 (i)と(ii)とで構成されることを特徴とす
る複合材料: (i) 少なくとも1種の官能基を有する加硫可能なエラ
ストマー、 (ii) ポリエーテルウレタン、ポリエステルウレタンお
よびポリアミドプロックとポリエーテルブロックとを有
するポリマーからなる群の中から選択される少なくとも
1種のブロックコポリマー - 【請求項2】 TPVのブロックコポリマーが柔かい部
分を構成するポリエーテルまたは非晶質ポリエステルブ
ロックと、硬い部分を構成するポリアミド、ポリエステ
ルまたはポリウレタンブロックとで構成される請求項1
に記載の複合材料。 - 【請求項3】 TPVと熱可塑性プラスチック材料とを
2色射出成形、インサート成形または共押出し成形して
請求項1または2に記載の複合材料を製造する方法。 - 【請求項4】 請求項1または2の複合材料よりなる靴
底。 - 【請求項5】 請求項1または2の複合材料よりなる共
押出成形したプロフィル。 - 【請求項6】 ポリアミドの外層を有するパイプの周り
に、(i) 少なくとも1種の官能基を有する加硫可能なエ
ラストマー、(ii) ポリエーテルウレタン、ポリエステ
ルウレタンおよびポリアミドプロックとポリエーテルブ
ロックとを有するポリマーからなる群の中から選択され
る少なくとも1種のブロックコポリマーとによって構成
される熱可塑性プラスチック/ゴムアロイ(TPV)を
共押出し成形したパイプ。 - 【請求項7】 請求項1または2に記載の複合材料で作
られたコンベアベルト。 - 【請求項8】 請求項1または2に記載の複合材料で作
られた動力伝達ベルト。
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