JP3926343B2 - 塩化ビニル系樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、特定組成をもつマレイミド系共重合体とビニル共重合体を特定割合で含有してなる、耐熱性、耐衝撃性、成形加工性、色相に優れた成形品を提供しうる塩化ビニル系樹脂組成物に関する。
従来から、塩化ビニル樹脂の低い耐熱性を向上させる方法として塩化ビニル樹脂にαメチルスチレン変性された耐熱性ABS樹脂を添加する方法(例えば、参考特許文献1を参照)や塩素化塩化ビニル樹脂を添加する方法(例えば、参考特許文献2を参照)等が知られている。
しかしながら、塩化ビニル樹脂に塩素化塩化ビニル樹脂を添加させた場合、塩素化塩化ビニル樹脂の添加量を多く添加しなければ耐熱性が発現せず且つ添加量が増えると樹脂組成物の耐衝撃性、成形加工性即ち流動性及び色相が低下してしまい、十分満足しうるものではなかった。
特開平11−255991 特公昭51−2109
本発明は、塩化ビニル系樹脂が高い耐熱性を維持しつつ耐衝撃性、引張特性、成形加工性即ち流動性及び色相安定性に優れ、押出成形品、射出成形品、ブロー成形品等広範囲の用途に適した樹脂組成物を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定組成をもつマレイミド系共重合体とビニル共重合体を塩化ビニル系重合体に特定割合配合することにより耐衝撃性、引張特性、成形加工性即ち流動性及び色相を低下させることなく耐熱性が優れることを見出した。
即ち、本発明を概説すれば、平均重合度が700〜1700である(A)塩化ビニル系重合体70〜95質量%、(B)芳香族ビニル単量体15〜70質量%、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体25〜65質量%、不飽和ジカルボン酸無水物単量体0〜25質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜40質量%からなり、かつ重量平均分子量が60000〜140000であるマレイミド系共重合体1.5〜15.0質量%、(C)芳香族ビニル単量体40〜85質量%、シアン化ビニル単量体15〜40質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜40質量%からなり重量平均分子量が50000〜110000であるビニル共重合体2.5〜21.0質量%を配合してなる塩化ビニル系樹脂組成物に関する。
本発明の塩化ビニル系樹脂組成物は、特定組成をもつマレイミド系共重合体とビニル共重合体を塩化ビニル系重合体に特定割合配合することにより耐衝撃性、引張特性、成形加工性即ち流動性及び色相を低下させることなく耐熱性が優れることから、押出成形品、射出成形品、ブロー成形品等広範囲の用途に適し、極めて有用である。
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に用いられる(A)塩化ビニル系重合体は、塩化ビニル単量体単独または塩化ビニル単量体とこれと共重合可能な1種以上の単量体との混合物を重合して得られたものである。共重合可能な単量体としては、酢酸ビニルやプロピオン酸ビニル等のビニルエステル類、メチルアクリレートやブチルアクリレート等のアクリル酸エステル類、メチルメタクリレートやエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、ブチルマレートやジエチルマレート等のフマル酸エステル類、ビニルメチルエーテル、ビニルブチルエーテル及びビニルオクチルエーテル等のビニルエーテル類、アクリロニトリルやメタアクリロニトリル等のシアン化ビニル類、エチレン、プロピレン等のα−オレフィン類、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン類及びその置換体、塩化ビニリデンや臭化ビニル等の塩化ビニル以外のハロゲン化ビニリデンやハロゲン化ビニル類、ジアリルフタレート等のフタル酸エステル類が挙げられる。
上記塩化ビニル重合体の平均重合度は700〜1700であり、好ましくは1000〜1300である。平均重合度が700未満では樹脂組成物の衝撃強度低下を来たし、1700を超えると樹脂組成物の成型加工性が悪くなる。また、上記塩化ビニル重合体の樹脂組成物における配合割合は70〜95質量%である。塩化ビニル重合体が95質量%を超えると樹脂組成物の耐熱付与効果が低くなり、逆に70質量%未満であると樹脂組成物の衝撃強度低下を来たす。
上記塩化ビニル重合体の重合方法は特に限定されず、従来公知の塊状重合、溶液重合、乳化重合等が用いられる。
本発明に用いられる(B)マレイミド系共重合体は芳香族ビニル単量体15〜70質量%、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体25〜65質量%、不飽和ジカルボン酸無水物単量体0〜25質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜40質量%からなり、好ましくは、芳香族ビニル単量体35〜60質量%、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体35〜55質量%、不飽和ジカルボン酸無水物単量体1〜5質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜20質量%からなることである。芳香族ビニル単量体が15質量%未満あるいは不飽和ジカルボン酸イミド誘導体が65質量%を超えると(C)ビニル共重合体との溶融粘度差が大きくなり、塩化ビニル系重合体との溶融混合時、押出安定性が悪くなり、樹脂組成物の衝撃強度低下を来たす。また、芳香族ビニル単量体が70質量%を超えるかあるいは不飽和ジカルボン酸イミド誘導体が25質量%未満であると、樹脂組成物の耐熱付与効果が低くなる。更に、不飽和ジカルボン酸無水物単量体が25質量%を超えると、樹脂組成物の耐熱性が低くなる。また、(B)マレイミド系共重合体の樹脂組成物における配合割合は1.5〜15質量%である。(B)マレイミド系共重合体が1.5質量%未満であると樹脂組成物の耐熱付与効果が低くなり、逆に15質量%を超えると引張特性低下を来たす。
上記マレイミド系共重合体における芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン類及びその置換体が挙げられ、これらのうちスチレンが特に好ましい。
上記マレイミド系共重合体における不飽和ジカルボン酸イミド誘導体としては、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−エチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド、N−ナフチルマレイミド等のマレイミド単量体が挙げられ、これらのうちN−フェニルマレイミドが特に好ましい。
上記マレイミド系共重合体における不飽和ジカルボン酸無水物単量体としては、マレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、アコニット酸等の無水物が挙げられ、これらのうちマレイン酸無水物が特に好ましい。
上記単量体と共重合可能なビニル単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロロアクリロニトリル等のシアン化ビニル類、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアクリル酸エステル類、メチルメタクリレートやエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸、メタクリル酸等のビニルカルボン酸類等が挙げられる。
上記マレイミド系共重合体の製造方法としては、芳香族ビニル単量体、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体、及び必要に応じて用いる不飽和ジカルボン酸無水物単量体、これらと単量体と共重合可能なビニル単量体を公知の方法で直接共重合してもよいし、不飽和ジカルボン酸無水物単量体を芳香族ビニル単量体、及びこれら単量体と共重合可能なビニル単量体と共重合させた後、アンモニア及び/又は第1級アミンと反応させて不飽和ジカルボン酸イミド誘導体にしてもよい。製造方法としては後者、すなわち不飽和ジカルボン酸無水物単量体を芳香族ビニル単量体、及びこれら単量体と共重合可能なビニル単量体と共重合させた後にイミド化する方法が、共重合性及び経済性の点で好ましい。尚、イミド化反応に用いる第1級アミンとしては、メチルアミン、エチルアミン、プロビルアミン、ブチルアミン、ヘキシルアミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン、アニリン、トルイジン、ナフチルアミン、クロロフェニルアミン、ジクロロフェニルアミン、ブロモフェニルアミン、ジブロモフェニルアミン等が挙げられる。
イミド化反応は、反応器を用いて溶液状態、塊状状態あるいは懸濁状態で反応を行うことができる。また、スクリュー押出機等の溶融混練装置を用いて溶融状態で反応を行うことも可能である。イミド化における溶液反応に用いられる溶媒は任意であり、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類、テトラヒドロフラン、1,4−ジオキサン等のエーテル類、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素類、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン等が挙げられる。
イミド化の反応温度は50〜350℃の範囲が好ましく、100〜300℃の範囲が特に好ましい。イミド化反応は触媒の存在を必ずしも必要としないが、用いるならばトリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、N,N−ジメチルアニリン、N,N−ジエチルアニリン等の第3級アミンが好ましい。
上記マレイミド系重合体の重量平均分子量は60000〜140000であり、より好ましくは80000〜120000である。重量平均分子量が60000未満である場合もしくは、140000を越えると(A)塩化ビニル系重合体及び(C)ビニル共重合体との相溶性が悪くなり、衝撃強度低下を来たす。
上記マレイミド系共重合体の重量平均分子量の調整は公知の連鎖移動剤を用いて行う。連鎖移動剤としては、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類、ジペンテン、ターピノーレン等のテルペン類、クロロホルム、ブロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられ、特にα−メチルスチレンダイマーが好ましい。
上記マレイミド系共重合体は、公知の乳化重合、懸濁重合、塊状重合、溶液重合等いずれの方法を用いてもよいし、またこれら重合法を複合化したものでも構わないが、溶液重合法によるものが好ましい。また、回分法、連続法いずれの重合法によるものでも構わない。
本発明に用いられる(C)ビニル共重合体は芳香族ビニル単量体40〜85質量%、シアン化ビニル単量体15〜40質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜40質量%からなり、好ましくは芳香族ビニル単量体50〜80質量%、シアン化ビニル単量体20〜30質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜20質量%とからなることである。芳香族ビニル単量体が85質量%を超えるか、もしくは40質量%未満である場合、あるいはシアン化ビニル単量体が40質量%を超えるか、もしくは15質量%未満である場合(B)マレイミド系共重合体との相溶性が悪くなり、溶融混合時の押出安定性低下、更には(A)塩化ビニル系重合体との相溶性が悪くなり、衝撃強度低下を来たす。
また、(C)ビニル共重合体の樹脂組成物における配合割合は2.5〜21.0質量%である。(C)ビニル共重合体が2.5質量%未満であるか、もしくは21.0質量部を超えると(A)塩化ビニル系重合体及び(B)マレイミド系共重合体との相溶性が悪くなり、衝撃強度低下を来たす。
上記ビニル共重合体における芳香族ビニル単量体としては、(B)マレイミド系共重合体の例示と同様、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、クロロスチレン等のスチレン類及びその置換体が挙げられ、これらのうちスチレンが特に好ましい。
上記ビニル共重合体におけるシアン化ビニル単量体としては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、クロロアクリロニトリル等が挙げられ、これらのうちアクリロニトリルが特に好ましい。
上記芳香族ビニル単量体とシアン化ビニル単量体と共重合可能なビニル単量体としては、(B)マレイミド系共重合体の例示と同様、メチルアクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート等のアクリル酸エステル類、メチルメタクリレートやエチルメタクリレート等のメタクリル酸エステル類、アクリル酸、メタクリル酸等のビニルカルボン酸類等が挙げられる。
上記ビニル共重合体の重量平均分子量は50000〜110000であり、より好ましくは70000〜90000である。重量平均分子量が50000未満である場合もしくは、110000を越えると(A)塩化ビニル系重合体及び(B)マレイミド系共重合体との相溶性が悪くなり、物性低下を来たす。
上記ビニル共重合体の重量平均分子量の調整は公知の連鎖移動剤を用いて行う。連鎖移動剤としては、n−ドデシルメルカプタン、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン等のメルカプタン類、ジペンテン、ターピノーレン等のテルペン類、クロロホルム、ブロロホルム等のハロゲン化炭化水素類、α−メチルスチレンダイマー等が挙げられ、特にメルカプタン類が好ましい。
本発明に用いられる(C)ビニル共重合体の製造方法については特に制限はなく、例えば乳化重合、懸濁重合、塊状重合、溶液重合等の重合方法が採用できる。また、回分法、連続法いずれの重合法によるものでも構わない。
本発明の塩化ビニル樹脂組成物の配合、製造順序は(A)成分中に(B)、(C)成分を分散安定した状態で混合させるために、予め(B)、(C)成分を配合、溶融混練した後に、(A)成分を配合して溶融混練する方法が好ましい。また、溶融混練方法は特に制限がなく、例えば、単軸または二軸の押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、コニーダー等が挙げられる。
本発明の塩化ビニル系樹脂組成物には、必要に応じ、更に強化剤、加工性改良剤、熱安定剤、滑剤、可塑剤等を単独または2種類以上組み合わせて添加することもできる。強化剤としては一般に塩化ビニル系樹脂組成物の強化剤として用いられるものであれば如何なるものでも良く、例えばMBS樹脂、MES樹脂、ABS樹脂、AES樹脂、AAS樹脂、熱可塑性ポリウレタン樹脂、塩素化ポリエチレン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。加工改良剤としては一般に塩化ビニル系樹脂組成物の加工改良剤として用いられるものであれば如何なるものでも良く、例えばアクリル系樹脂等が挙げられる。熱安定剤としては一般に塩化ビニル系樹脂組成物の熱安定剤として用いられるものであれば如何なるものでも良く、ハイドロタルサイト、ゼオライト等の無機系安定剤が挙げられる。滑剤としては一般に塩化ビニル系樹脂組成物の滑剤として用いられるものであれば如何なるものでも良く、例えばステアリン酸等の脂肪酸類、脂肪酸エステル類、ポリエチレン等のオレフィンワックス類等が挙げられる。可塑剤としては一般に塩化ビニル系樹脂組成物の可塑剤として用いられるものであれば如何なるものでも良く、例えばエポキシ系可塑剤、トリメリット酸系可塑剤等が挙げられる。その他の添加剤としては、光安定剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、顔料、染料等を任意に添加することができる。
以下に実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明する。これらはいずれも例示的なものであって、本発明の内容を限定するものではない。
(使用原材料)各実施例や各比較例に使用した原材料を以下に示した。
(1)(A)成分の塩化ビニル系重合体
・塩化ビニル樹脂 TH1000(平均重合度1000)大洋塩ビ株式会社社製
・塩化ビニル−エチレン共重合体 TE650(平均重合度650)大洋塩ビ(株)社製
・塩化ビニル樹脂 TH2000(平均重合度2000)大洋塩ビ(株)社製
(2)(B)成分のマレイミド系共重合体
後述の参考例1に従い得た(b−1〜6)を使用した。
(3)(C)成分のビニル共重合体
後述の参考例2に従い得た(c−1〜5)を使用した。
(4)熱安定剤
・ハイドロタルサイト 日産化学(株)社製
・ステアリン酸カルシウム カルシウムステアレート 日本油脂(株)社製
・ステアリン酸亜鉛 ジンクステアレートGP 日本油脂(株)社製
・アデカスタブ1500(4,4‘−イソプロピリデン−ジフェノールアルキル(C12〜C15)ホスファイト)旭電化工業(株)社製
(5)滑剤
・特殊脂肪酸エステル リケスターEW−100(アジピン酸ペンタエリスリトールポリマーのステアレート) 理研ビタミン(株)社製
・ポリエチレンワックス Hiwax400 三井化学(株)社製
(6)酸化防止剤
・イルガノックス1010(テトラキス−[メチレン−3−(3‘,5’−ジ−t−ブチル−4‘−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタン) チバスペシャリティケミカル社製
参考例1
(B)マレイミド系共重合体の製造
攪拌機付きオートクレーブにスチレン10.0kg、メチルエチルケトン15.0kg、α−メチルスチレンダイマー21gを仕込み、系内を窒素ガスで置換した後温度を80℃に昇温し、無水マレイン酸を6.2kgとベンゾイルパーオキサイド40gをメチルエチルケトン9.0kgに溶解した溶液を8時間で連続的に添加した。添加後、更に3時間温度を80℃に保った。ここで得られた共重合溶液にアニリン5.8kg、トリエチルアミン0.1kgを加え温度140℃で7時間反応させた。反応液をベント付き二軸押出機に供給し、脱揮してマレイミド系共重合体(b−1)を得た。他のマレイミド系共重合体(b−2〜6)も仕込み組成を表1のように変えた他はほぼ同様の条件で作成した。最終重合体組成と重量平均分子量も表1に示す。
Figure 0003926343
参考例2
(C)ビニル共重合体の製造
攪拌機付きオートクレーブに純水50kg、過硫酸カリウム83g、第三リン酸カルシウム400g、t−ドデシルメルカプタン400g、スチレン49.6kg、アクリロニトリル16kg及びベンゾイルパーオキサイド105gを仕込み、系内を窒素ガスで置換した後温度を100℃に保ち、その後スチレン14.4kgを温度100℃で2時間、温度103℃で3時間の計5時間をかけて連続添加した。添加終了後、110℃で1時間、120℃で1時間昇温して重合を完了させ、冷却後重合液に塩酸を加え中和、脱水、乾燥してビニル共重合体(c−1)のビーズを得た。他のビニル共重合体(c−2〜5)も仕込み組成を表2のように変えた他はほぼ同様の条件で作成した。最終重合体組成と重量平均分子量も表2に示す。
Figure 0003926343
(B)成分と(C)成分の最終重合体組成測定
上記参考例1及び2における共重合体の最終組成はスチレン成分及びアクリロニトリル成分は熱分解ガスクロマトグラフィーを用いて測定した。また、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体成分はC13NMR分析を用いて測定した。
(B)成分と(C)成分の重量平均分子量測定
上記参考例1及び2における共重合体の重量平均分子量はGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)を用いて測定した。Polymer Labolatory社のPL gel MIXED−Bのカラム、装置はSYSTEM−21(Shodex)を用い、移動相:THF、流量:1.0ml/分、検出器:RI、標準ポリマー:ポリスチレンの条件下で行った。
参考例3
(B)成分と(C)成分の溶融混練
上記参考例1、2にて得られたマレイミド系共重合体(b−1〜6)及びビニル共重合体(c−1〜5)を表3に示す配合によりヘンシェルミキサー(三井鉱山(株)社製、20リットル)にて混合した後、35mmφ脱揮装置付き同方向回転二軸押出機(東芝機械(株)社製、TEM35B)を用いて、シリンダー温度280℃にて押出しペレット化した。得られたペレットを遠心式回転粉砕機(三井鉱山(株)社製、ウルトラセントリミルUCM150)にて平均粒子径100〜200μm(d50)に粉砕処理して、(B)成分と(C)成分の溶融混練樹脂(d−1〜50)を得た。
Figure 0003926343
実施例1〜42及び比較例1〜49
表4〜表10に示す配合によりヘンシェルミキサー(同上)にて混合した後、6インチロール混練機(東京実業(株)社製、TJ−TP6×15UD)を用いて、前ロール180〜200℃、後ロール170〜190℃にてシートサンプルを得た。このシートサンプルを複数枚重ねて40トンプレス成形機(東京実業(株)社製、TJ−P4030SA)を用いて、温度185℃、予圧5MPa×5分、本圧20MPa×5分にて4mm厚の樹脂組成物板サンプルを得た。尚、(A)塩化ビニル系重合体、(B)マレイミド系共重合体、(C)ビニル共重合体の3成分を一度に溶融混練した例、更には(A)成分と(B)成分及び(A)成分と(C)成分を溶融混練したの後、残りの成分を配合して上述の方法により樹脂組成物を作成した例について、表11の実施例37〜42に示す。
Figure 0003926343
Figure 0003926343
Figure 0003926343
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Figure 0003926343
Figure 0003926343
Figure 0003926343
Figure 0003926343
実施例及び比較例で得られた樹脂組成物板サンプルの各種物性評価方法は次の通りである。結果を表12〜表18に示す。
(1) 衝撃強度:上記板サンプルより試験片を切り出し、JIS K 7111に準拠し、相対湿度50%、雰囲気温度23℃でのノッチ付きシャルピー衝撃強度測定した。
(2) 耐熱性(荷重たわみ温度):上記板サンプルより試験片を切り出し、JIS K 7191に準拠し、荷重1.8MPaでの荷重たわみ温度を測定した。
(3)耐熱性(ビカット軟化温度):上記板サンプルより試験片を切り出し、JIS K 7206に準拠し、荷重50N、昇温温度50℃/hrでのビカット軟化温度を測定した。
(4)引張特性:上記板サンプルより試験片を切り出し、JIS K 7161、7162に準拠し、相対湿度50%、雰囲気温度23℃での引張降伏応力、引張破壊応力、引張破壊呼び歪みを測定した。
(5)流動性:ペレット形状の樹脂サンプルをフローテスター(島津製作所(株)社製、CFT−500)にて温度180℃、荷重10MPa、ノズル径1mm、ランド長10mmの条件にて測定した。
(6)色相:上記板サンプルより試験片を切り出し(9cm×5cm)、この試験片を160℃、3時間ギアオーブン内に放置した前後の黄色度YIを色差計(日本電色工業(株)社製、Σ−90)で測定した。
Figure 0003926343
Figure 0003926343
Figure 0003926343
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Claims (3)

  1. 平均重合度が700〜1700である(A)塩化ビニル系重合体70〜95質量%、(B)芳香族ビニル単量体15〜70質量%、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体25〜65質量%、不飽和ジカルボン酸無水物単量体0〜25質量%からなり、かつ重量平均分子量が60000〜140000であるマレイミド系共重合体1.5〜15.0質量%、(C)芳香族ビニル単量体40〜85質量%、シアン化ビニル単量体15〜40質量%及びこれらと共重合可能なビニル単量体0〜40質量%からなり、重量平均分子量が50000〜110000であるビニル共重合体2.5〜21.0質量%を配合してなる塩化ビニル系樹脂組成物。(ただし、(A)塩化ビニル系重合体と(B)マレイミド系共重合体と(C)ビニル共重合体の合計は100質量%とする)
  2. (B)マレイミド系共重合体の芳香族ビニル単量体がスチレン、不飽和ジカルボン酸イミド誘導体がN−フェニルマレイミド、不飽和ジカルボン酸無水物単量体が無水マレイン酸である請求項1記載の塩化ビニル系樹脂組成物。
  3. (C)ビニル共重合体の芳香族ビニル単量体がスチレン、シアン化ビニル単量体がアクリロニトリルである請求項1記載の塩化ビニル系樹脂組成物。
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