JP3962998B2 - 結晶性ポリエステル樹脂用改質剤、およびこれを用いた成形品の製造方法 - Google Patents
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この再生PETフレークは熱履歴等によって低分子化していること、洗浄工程によって多量の水分を含んでいること、フレーク状であるため成形機への食込みが悪いことなどから成形が難しく、再生PETフレークのみでは、品質的に不安定で脆い製品しか得られない。また、PETは通常加水分解を受けやすく、未乾燥状態で成形する場合、加水分解が促進され、溶融時に分子量低下が発生して、耐衝撃性などの機械的物性が大幅に低下するため、通常のプラスチック製品に必要とされる性能を満足しない。
しかし、この技術の場合、特に再生PETフレークに対して適用しても、透明性は維持できるが、分子量低下を抑えることが難しく、耐衝撃性を向上させることができないという問題が残る。
このため、結晶性ポリエステル樹脂、特に再生PETフレークに対して、分子量低下による物性低下を抑え、特に耐衝撃性を向上させながら、同時に透明性を維持できる改質剤が求められてきたが、まだ提案されていない。
(19)(9)〜(17)のいずれかに記載の改質剤を結晶性ポリエステル樹脂に混合して溶融成形する成形品の製造方法。
具体例としては、スチレン/メチルメタクリレート/グリシジルメタクリレート共重合体、ビスフェノールA型やクレゾールノボラック、フェノールノボラック型のエポキシ系化合物、イソシアネート系化合物等があるがこれらのいかなるものでもよく、またこれらを混合して使用することももちろん可能である。
W:サンプルの重量(g)
A:滴定に要したパークロリック酸の量(ml)
N:パークロリック酸試薬の規定度
エポキシ価(当量/106g) = (N×A×1000)/W
よのPETボトルリサイクル(株)製YPRフレークを用いた。
<ポリ乳酸>
三井化学(株)製LACIA H―400を用いた。
撹拌機、温度計、流出用冷却器を装備した反応缶内にテレフタル酸530重量部、イソフタル酸85重量部、アジピン酸203重量部、1,4−ブタンジオール928重量部、テトラブチルチタネート0.34重量部加え、170〜220℃で2時間エステル化反応を行った。エステル化反応終了後、反応系を220℃から250℃まで昇温する一方、系内をゆっくり減圧してゆき、60分かけて500Paとした。そしてさらに130Pa以下で55分間重縮合反応を行い、ポリエステル樹脂(A)を得た。
撹拌機、温度計、流出用冷却器を装備した反応缶内にテレフタル酸ジメチル960重量部、エチレングリコール527重量部、ネオペンチルグリコール156重量部、テトラブチルチタネート0.34重量部加え、170〜220℃で2時間エステル交換反応を行った。エステル交換反応終了後、反応系を220℃から270℃まで昇温する一方、系内をゆっくり減圧してゆき、60分かけて500Paとした。そしてさらに130Pa以下で55分間重縮合反応を行い、非晶性ポリエステル(D)を得た。
撹拌機、温度計、還流装置と定量滴下装置を備えた反応器にメチルエチルケトン50部を入れ70℃に昇温した後、スチレン36.4重量部、グリシジルメタクリレート37.3重量部、メチルメタクリレート 26.3重量部の混合物と、アゾビスジメチルバレロニトリル2部を 50部のメチルエチルケトンに溶解した溶液を 1.2ml/minで反応器中のメチルエチルケトンに滴下し、さらに2時間撹拌を続けた。その後、減圧することにより、メチルエチルケトンを反応器中から除去し、反応性化合物(J)を得た。
撹拌機、冷却器および加熱マントルを具備した1.5リットル丸底フラスコ中で乳化重合によって製造した。フラスコには最初に脱イオン水900部、酢酸0.2部、FeSO40.005部、エチレンジアミン四酢酸ナトリウム塩二水和物0.06部からなる溶液を仕込んだ。溶液に窒素ガスを散布して75℃に加熱した。75℃において、水75部中でドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム2.7部を用いて乳化させたスチレン182部、グリシジルメタクリレート48.4部、およびブチルメタクリレートモノマー25.8部をフラスコに加え、次に過硫酸ナトリウム0.22部を開始剤として加えた。次に反応をそのまま約2時間、または固形物含有量の調査によってモノマーの99.9%以上が置換されるまで進行させた。反応遂行後にエマルジョンを室温に冷却し次いで噴霧乾燥して白色の粉末を得た。
反応性化合物(J)と同様の方法によって合成し、NMR分析の結果、モノマー成分は、スチレン69重量%、グリシジルメタクリレート5重量%、ブチルメタクリレート26重量%の組成を有していた。また、重量平均分子量は30万であった。
結晶性ポリエステル(A)を70重量部、非晶性ポリエステル樹脂(D)25重量部、反応性化合物(J)5重量部、安定剤としてビス[S−(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)]チオテレフタレート0.3重量部、グリセリンモノステアリン酸エステル0.1重量部を混合し、該混合物を、回転数30rpm、全バレル温度200℃に設定した押出機(L/D=30、スクリュー径=20mm、フルフライト、圧縮比2.0)で混練した。
なお、得られた樹脂組成物の組成は、結晶性ポリエステル(A)を70重量部、非晶性ポリエステル樹脂(D)25重量部、反応性化合物(J)5重量部、安定剤としてビス[S−(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)]チオテレフタレート0.3重量部、グリセリンモノステアリン酸エステル0.1重量部となる。
射出成形機(東芝IS−100E:型締力100トン)にてシリンダ温度200℃、金型温度30℃、背圧20kg/cm2の条件で物性試験用の試験片を作製した。これを用いて、還元粘度測定、耐衝撃試験、透明性評価を行った。
◎:還元粘度15%以上増加
○:還元粘度増減無し
×:還元粘度低下
試験温度23℃
○:50J/m以上
△:30J/m以上50J/m未満
×:30J/m未満
○:透明
×:不透明
また、シリンダ温度を200℃に設定し、単軸押出し機(L/D=25、フルフライトスクリュー、スクリュー径65mm)に図1に示す成形品を製造するダイリップを取り付け、次に冷却水槽の先端に異形押出し製品の最終寸法を決定するサイジング金型を取り付け、水槽を経由して、引取機を装備した異形押出し成形設備により成形し、その成形品のサイジング金型加工状況、製品寸法精度、表面平滑性、製品反りの有無を評価した。
○:「サイジング金型内での樹脂の付着性もなく加工性はスムーズなものであり、ダイ〜サイジング間での成形品のエッジ形状精度が高いものであった。」、
×:「サイジング金型内での樹脂付着が生じ、サイジング工程へ移ることができなかった。または、サイジング工程で加工性が悪く、成形品のエッジ精度が低く、連続生産性を悪化させる」とした。
○:製品の寸法が設計通りである
△:製品の寸法が設計値から0.3mm未満でズレる
×:製品の寸法が設計値より0.5mm以上ズレる
○:凹凸面最大高さが100μm未満
△:凹凸面最大高さが100μm以上200μm未満
×:凹凸面最大高さが200μm以上
有:押出し成形方向に対して、上下・左右の反りの有
無:押出し成形方向に対して、上下・左右の反りの無
全バレル温度200℃に設定した押出機(L/D=30、スクリュー径=20mm、フルフライト、圧縮比2.0)、回転数30rpm、で混練した。次に混練した樹脂組成物を、Tダイ押出し成形機(単軸押出し機:L/D=25、フルフライトスクリュー、スクリュー径65mm)のシリンダ温度を200℃に設定し、幅30cm、厚さ400μmシートを製造した。その際の巻き取りロールまでの樹脂のたれを目視で観察することにより、シートの引取り性を評価した。また、その際のロールからのシート剥離性も評価した。なお、評価基準は以下の通りである。
○:ロールからの剥離性良好
△:ロールへの粘着性が強く、時折剥離困難となる為、安定して量産できない
×:ロールへの粘着性が強く、剥離が困難で、正常なシートが採取できない
◎:たれ全く生じない
○:わずかにたれが生じるが実用上差し支えない
△:ロール温度条件等の調整によりシート生産できるが、安定して量産できない
×:溶融シートが自重でたれてしまい、正常なシートが採取できない
ダイレクトブロー成型機(単軸押出し機:L/D=25、フルフライトスクリュー、スクリュー径65mm)のシリンダ温度を180〜230℃に設定し、図2に示すダイレクトブロー成型ボトルを製造した。シリンダ先端には、パリソン形成用ダイリップを取り付け、金型内でブローエアーを封入し、ボトルを連続生産した。このときの、パリソン保持状態、製品寸法精度、透明性を以下の基準により評価した。
○:ドローダウン非常に小さく、形状保持している
△:ドローダウン大きく、形状崩れ気味だがなんとかブローできる
×:ドローダウン大きく、形状が崩れブローできない。
○:バリが小さく、肉厚が均一
×:バリが大きく、肉厚ムラが生じる
○:極めて透明
×:透明性に劣る
180〜230℃の範囲に設定した2本の6インチテストロール上で混練した。時折ヘラでテストロールに付着した樹脂を剥がしながら混合し、5分混練後、ロール間隔を0.3mmに設定(シート厚み0.3mm設定)し、溶融シートをロールから30cmの距離まで引取り、その際のたれを目視で観察することにより、シートの引取り性を評価した。また、その際のロールからのシート剥離性も評価した。なお、評価基準は以下の通りである。
○:ロールからの剥離性良好
△:ロールへの粘着性が強く、時折剥離困難となる為、安定して量産できない
×:ロールへの粘着性が強く、剥離が困難で、正常なシートが採取できない
◎:たれ全く生じない
○:わずかにたれが生じるが実用上差し支えない
△:ロール温度条件等の調整によりシート生産できるが、安定して量産できない
×:溶融シートが自重でたれてしまい、正常なシートが採取できない
○:極めて透明
×:透明性に劣る
非晶性ポリエステル樹脂(G)90重量部、反応性化合物(K)10重量部を混合し、該混合物を、回転数30rpm、全バレル温度190℃に設定した押出機(L/D=30、スクリュー径=20mm、フルフライト、圧縮比2.0)で 溶融混練し、ノズルから紐状に押出し、水中でカッターによって切断してペレット化した結晶性ポリエステル樹脂用改質剤を得た。次に得られた結晶性ポリエステル樹脂用改質剤20重量部と、再生ポリエチレンテレフタレート(再生PET:YPRフレーク)80重量部をドライブレンドして、射出成形機(東芝IS−100E:型締力100トン)にてシリンダ温度275℃、金型温度30℃、背圧20kg/cm2の条件で物性試験用の試験片を作製した。これを用いて、還元粘度測定、耐衝撃試験、透明性評価を、実施例1と同様に行った。
また、その他の成型についても実施例1と同様に行い、各項目の評価を行った。
なお、得られた樹脂組成物の組成は、再生PET80重量部、非晶性ポリエステル樹脂(G)18重量部、反応性化合物(K)2重量部となる。
非晶性ポリエステル樹脂(F)75重量部、反応性化合物(K)25重量部、安定剤としてビス[S−(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)]チオテレフタレート1.2重量部、グリセリンモノステアリン酸エステル0.4重量部を混合し、該混合物を、回転数30rpm、全バレル温度190℃に設定した押出機(L/D=30、スクリュー径=20mm、フルフライト、圧縮比2.0)で 溶融混練し、ノズルから紐状に押出し、水中でカッターによって切断してペレット化した結晶性ポリエステル樹脂用改質剤を得た。次に得られた結晶性ポリエステル樹脂用改質剤40重量部と、ポリブチレンテレフタレート(PBT)60重量部をドライブレンドして、射出成形機(東芝IS−100E:型締力100トン)にてシリンダ温度275℃、金型温度30℃、背圧20kg/cm2の条件で物性試験用の試験片を作製した。これを用いて、還元粘度測定、耐衝撃試験、透明性評価を、実施例1と同様に行った。また、その他の成型についても実施例1と同様に行い、各項目の評価を行った。
表2、3に記載した原料を用いて、それぞれの表に記載した条件で成形を行った。具体的には、実施例5、9、10、11、および比較例1、4、5、8、9、10、11は、実施例1と同様に、結晶性ポリエステルと非晶性ポリエステルと反応性化合物と安定剤M、Nを、融点より20℃高い温度下で、一括溶融混練し、得られた樹脂組成物を用いて、融点より20℃高い温度下で、射出成型、異形押出し成形、Tダイ押出しシート成形、ダイレクトブロー成型、カレンダー成型して各種評価を行った。
また、実施例6、7、12、13、14、15、および比較例2、3、6、7、8、12は、実施例3と同様に、非晶性ポリエステルと反応性化合物と安定剤M、Nを、予め200〜250℃にて溶融混練し、得られた結晶性ポリエステル樹脂改質剤と結晶性ポリエステル(A)〜(C)、PET、PBT、再生PETポリ乳酸、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PBN(ポリブチレンナフタレート)をドライブレンドして、融点より20℃高い温度下で、射出成型、異形押出し成形、Tダイ押出しシート成形、ダイレクトブロー成型、カレンダー成型して各種評価を行った。
実施例4、8は実施例2と同様に、非晶性ポリエステルと反応性化合物を、予め200〜250℃にて溶融混練し、得られた結晶性ポリエステル樹脂改質剤と結晶性ポリエステル(B)、PETをドライブレンドして、融点より20℃高い温度下で、射出成型、異形押出し成形、Tダイ押出しシート成形、ダイレクトブロー成型、カレンダー成型して各種評価を行った。
M:ビス[S−(4−tert−ブチル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)]チオテレフタレート
N:グリセリンモノステアリン酸エステル
また表中の配合比については{結晶性ポリエステル樹脂+非晶性ポリエステル樹脂(I)+反応性化合物(II)}を100重量部とし、安定剤、添加剤はその100重量部に対する添加量として表した。
Claims (19)
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)と、グリシジル基および/またはイソシアネート基を1分子あたり2個以上含有し重量平均分子量200以上50万以下である反応性化合物(II)を含むことを特徴とする結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 結晶性ポリエステル樹脂が、ポリエチレンテレフタレート(PET)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)であることを特徴とする請求項1に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 結晶性ポリエステル樹脂が、再生ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項1に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 反応性化合物(II)が、(X)20〜99重量%のビニル芳香族モノマー、(Y)1〜80重量%のグリシジルアルキル(メタ)アクリレート、および(Z)0〜70重量%のアルキル(メタ)アクリレートからなる共重合体であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)が、炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸を酸成分の50モル%以上、炭素数2〜10の脂肪族または脂環族グリコールをグリコール成分の50モル%以上含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸がテレフタル酸および/またはイソフタル酸であることを特徴とする請求項5に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 炭素数2〜10の脂肪族または脂環族グリコールがエチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項5に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)が、カルボキシル基、ヒドロキシル基またはそれらのエステル形成性基を3個以上有する多官能化合物単位をポリエステルの酸成分および/またはグリコール成分の0.001〜5モル%含有することを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)とエポキシ価が800〜3000当量/106gであるグリシジル基含有化合物(III)を含むことを特徴とする結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- グリシジル基含有化合物(III)の重量平均分子量が7000〜40000であることを特徴とする請求項9に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 結晶性ポリエステル樹脂が、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリ乳酸であることを特徴とする請求項9または10に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤
- 結晶性ポリエステル樹脂が、再生ポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項9または10に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- グリシジル基含有化合物(III)が、(X)20〜99重量%のビニル芳香族モノマー、(Y)1〜80重量%のグリシジルアルキル(メタ)アクリレート、および(Z)0〜70重量%のアルキル(メタ)アクリレートからなる共重合体であることを特徴とする請求項9〜12のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)が、炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸を酸成分の50モル%以上、炭素数2〜10の脂肪族または脂環族グリコールをグリコール成分の50モル%以上含むことを特徴とする請求項9〜13のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 炭素数8〜14の芳香族ジカルボン酸がテレフタル酸および/またはイソフタル酸であることを特徴とする請求項14に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 炭素数2〜10の脂肪族または脂環族グリコールがエチレングリコール、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、1,2−プロパンジオール、1,3−プロパンジオールおよび2−メチル−1,3−プロパンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上であることを特徴とする請求項14に記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 非晶性ポリエステル樹脂(I)が、カルボキシル基、ヒドロキシル基またはそれらのエステル形成性基を3個以上有する多官能化合物単位をポリエステルの酸成分および/またはグリコール成分の0.001〜5モル%含有することを特徴とする請求項9〜16のいずれかに記載の結晶性ポリエステル樹脂用改質剤。
- 請求項1〜8のいずれかに記載の改質剤を結晶性ポリエステル樹脂に混合して溶融成形する成形品の製造方法。
- 請求項9〜17のいずれかに記載の改質剤を結晶性ポリエステル樹脂に混合して溶融成形する成形品の製造方法。
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