JP5159016B2 - 重合体組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、加工性、耐傷付き性、耐磨耗性等に優れた組成物に関する。とくには、床材、手摺、壁紙等の建築材料や自動車内外装部品、玩具、文具、雑貨などの用途に好適な、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーを主要成分とする重合体組成物に関する。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基が金属イオンで中和されてなるアイオノマーは、そのイオン架橋に起因する特徴から、他のエチレン系コポリマーと比較して耐磨耗性や透明性に優れる性能を示す。その性能を生かし、建材や自動車内外装部品の表面傷付き性を改良する用途に使用することは、すでに知られている(特許文献1参照)。この提案によれば、表面光沢、耐スクラッチ性に優れた自動車外装材料が得られることが記載されている。また建材用途の床材においても、机や椅子の移動、歩行時の摩擦などによる材料の磨耗、傷付きを防ぐために、アイオノマーを表層とした非PVC系床材が知られている(特許文献2参照)。さらにこのようなアイオノマーの特性に加えて、耐熱性、艶消し外観等の特性を付与するために、アイオノマーにエチレン・グリシジルモノマー共重合体及びポリオレフィンを配合したものが提案されている(特許文献3参照)。
このようなアイオノマーやアイオノマー組成物は確かに耐傷付き性や耐磨耗性に優れているものの、用途によっては、とくに床材用途においては、より一層の改善が求められていた。
特開昭60ー127149号公報 特開平8−254004号公報 特開2001−261906号公報
このため本発明者らは、アイオノマーや前記したようなアイオノマー組成物が有する優れた特性を生かしつつ、耐磨耗性、耐傷付き性等の一層の改善を図るべく検討を行った。その結果、後記するフッ素系樹脂粉末を特定量配合するときに所望の性能を有する組成物が得られることを見出すに至った。またこのような配合処方は、アイオノマーのベースポリマーであるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体の耐磨耗性、耐傷付き性改良にも有用であることも見出すに至った。したがって本発明の目的は、加工性、耐磨耗性、耐傷付き性等に優れた重合体組成物を提供することにある。
すなわち本発明によれば、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー60〜96.7重量部、エチレン・グリシジルモノマー共重合体0.3〜10重量部、及びオレフィン同士の共重合体、オレフィンと不飽和カルボン酸以外の他の極性モノマーとの共重合体から選ばれるポリオレフィン3〜30重量部からなる樹脂成分100重量部に対し、平均粒径が1〜400μmのフッ素系樹脂粉末を1〜5重量部の割合で配合してなる重合体組成物であって、上記フッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレンの単独重合体又はテトラフルオロエチレンに少量の他のモノマーを共重合した共重合体である、重合体組成物重合体組成物が提供される。
本発明の重合体組成物は、耐磨耗性、耐傷付き性が優れており、とくに樹脂成分がアイオノマー、ポリオレフィン及びエチレン・グリシジルモノマー共重合体の混合成分であるものは、意匠性(艶消し外観)、耐熱性にも優れている。このような特徴から本発明の重合体組成物は、一般床材、自動車用床材等の床材、木材や合板等の突き板、鋼鈑、壁紙などの建材や家具類、看板の表層シート、化粧シート、防汚シートまたは保護シート、手摺などの成形品、自動車内外装品、カバン、手帳、辞書などのレザー調表皮、カーテン、間仕切りシート、産業用シート、デスクマット、テーブルクロス、マウスパッド、マーキングフィルム、玩具、文具用品向けの成形品もしくはそれらの表皮層、あるいはカーペット表皮(材)、真空圧空成形シートの表皮(材)として好適である。
本発明において使用される上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、エチレンと不飽和カルボン酸からなる2元共重合体のみならず、他の極性モノマーを共重合成分として含む多元共重合体であってもよい。上記共重合体を構成する不飽和カルボン酸としては、アクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、イタコン酸、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、無水マレイン酸、無水イタコン酸などを例示することができる。これらの中では、とくにアクリル酸又はメタクリル酸が好ましい。
また上記他の極性モノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのようなビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸n−ブチル、マレイン酸ジエチルなどの不飽和カルボン酸エステルなどを例示することができる。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体としては、エチレンが50〜96重量%、とくに60〜95重量%、不飽和カルボン酸が2〜30重量%、とくに4〜20重量%、他の極性モノマーが30重量%以下、とくに20重量%以下の割合で共重合されたものであることが好ましい。
本発明においては、耐磨耗性、耐傷付き性などを考慮すると、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体の代わりに、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のアイオノマー又はその組成物を使用することが好ましい。アイオノマーは、上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体のカルボキシル基の一部又は全部が陽イオンで中和されたものであって、例えば中和度が90%以下、好ましくは10〜80%のものが使用できる。アイオノマーを構成する陽イオンとしては、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、亜鉛などの金属イオンを代表例として挙げることができる。金属イオンは2種以上であってもよく、また金属イオンのほかに1,3−ジメチルシクロヘキサンのようなアミノ化合物を含むものであってもよい。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーとしては、任意の分子量のものを使用することができるが、機械的強度、成形性、耐磨耗性等を考慮すると、190℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが、0.01〜500g/10分、とくに0.1〜300g/10分程度のものを使用するのが好ましい。エチレン・不飽和カルボン酸共重合体は、高温、高圧下のラジカル共重合によって製造することができる。またそのアイオノマーは、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体と金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩などとを反応させることによって得ることができる。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーは、それぞれ単独であるいは両者を混合して使用することができる。また上記共重合体又はそのアイオノマーに対し、その他の重合体、好ましくはオレフィンの単独重合体、オレフィン同士の共重合体、オレフィンと不飽和カルボン酸以外の他の極性モノマーとの共重合体から選ばれるオレフィン系重合体の1種以上を、例えば、等重量以下、好ましくは樹脂成分中40重量%以下、一層好ましくは30重量%以下となるような割合で配合した組成物として使用することもできる。
上記オレフィン系重合体を構成するオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、4−メチル−1−ペンテンなどの炭素数2〜20のα−オレフィンを例示することができる。また上記オレフィン系重合体を構成することができる他の極性モノマーとしては、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニルのようなビニルエステル、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソブチル、マレイン酸モノメチル、マレイン酸モノエチル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチルなどの不飽和カルボン酸アルキルエステル、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレートなどのグリシジルエステルやビニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、2−メチルアリルグリシジルエーテル等の不飽和グリシジルエーテルなどのグリシジルモノマー、一酸化炭素などを例示することができる。
これらオレフィン系重合体の中では、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーの耐傷付き性や耐磨耗性を実質的に損なうことなく、耐熱変形性を改良できるところから、オレフィンの単独重合体又はオレフィン同士の共重合体などの一般的にポリオレフィンと称されているものを使用するのが好ましい。ポリオレフィンとして具体的には、ポリエチレン、例えばエチレンの単独重合体やエチレンと炭素数3以上のα−オレフィンの共重合体などである中・高密度ポリエチレン、高圧法低密度ポリエチレン、直鎖低密度ポリエチレン、直鎖超低密度ポリエチレンなど;ポリプロピレン、例えばプロピレンの単独重合体やプロピレンと20モル%以下、好ましくは10モル%以下の他のα−オレフィンとのランダム共重合体やブロック共重合体;ポリ−1−ブテン、ポリ−4−メチルー1−ペンテンなどを例示することができる。またエチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーの耐傷付き性や耐磨耗性を余り損なわず、耐熱変形性を改良し、さらに艶消し状の意匠性に優れた組成物を得るために、これらポリオレフィンと共にオレフィン・グリシジルモノマー共重合体を配合することが好ましい。このようなオレフィン系重合体を配合する場合においても、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体を使用する場合より、そのアイオノマーを使用するのが好ましい。とくにイオン源として、亜鉛、マグネシウム、カルシウムのような2価金属イオンを含有するアイオノマーを使用するのが好ましい。また、成形性、機械的特性、他成分との混和性などを考慮すると、190℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが0.01〜100g/10分、とくに0.1〜50g/10分のものを使用するのが好ましい。
上記オレフィン系重合体においてとくに有用なポリオレフィンは、ポリエチレン、中でも直鎖低密度ポリエチレン、あるいはポリプロピレン、中でもプロピレン・α−オレフィン共重合体である。すなわち直鎖低密度ポリエチレンやプロピレン・α−オレフィン共重合体を使用することにより、耐熱性、耐磨耗性、耐傷付き性、防汚性、機械的強度等に優れた重合体組成物を容易に得ることができ、またオレフィン・グリシジルモノマー共重合体を共配合する場合において他成分との分散性が優れ、意匠性に優れた重合体組成物を容易に得ることができる。。とくに直鎖低密度ポリエチレンは他の樹脂成分との相溶性が優れており、折り曲げに対して白化し難い組成物を得ることができる。
上記直鎖低密度ポリエチレンは、エチレンと炭素数3以上、好ましくは3〜12のα−オレフィンの共重合体であって、密度が900〜940kg/m、好ましくは900〜930kg/mのものである。これらはシクロペンタジエニル骨格を有する配位子を有するジルコニウムの化合物からなる触媒成分と有機アルミニウムオキシ化合物触媒成分の組み合わせ触媒のようなシングルサイト触媒、あるいは高活性チタン触媒成分と有機アルミニウム化合物触媒成分の組み合わせ触媒、バナジウム化合物触媒成分と有機アルミニウム化合物触媒成分からなる触媒などの存在下に、エチレンと炭素数3以上のα−オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、4−メチル−1−ペンテンなどを共重合することによって製造することができる。直鎖低密度ポリエチレンとしては、アイオノマー等の他成分との混和性や加工性を考慮すると、190℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが0.1〜100g/10分、とくに0.2〜50g/10分のもののを使用することが好ましい。
上記エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー、とくにアイオノマーに配合するのに好適な上記プロピレン・α−オレフィン共重合体は、プロピレンを主体とするプロピレンとその他のα−オレフィンとの共重合体であって、密度は870〜930kg/m、とくに880〜920kg/mのものが好ましく、また230℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが0.1〜100g/10分、とくに0.2〜80g/10分のものが好ましい。プロピレンと共重合されるα−オレフィンとしては、炭素数2〜12、とくに炭素数2〜10のものが好ましく、具体的には、エチレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、4−メチルー1−ペンテンなどの1種又は2種以上を例示することができる。
上記プロピレン共重合体は、ランダム共重合体でもブロック共重合体であってもよい。とくに好適なランダム共重合体は、プロピレン含量が85〜99.9重量%、好ましくは90〜99.5重量%であるプロピレンとエチレンのランダム共重合体又はプロピレンとエチレンと他のα−オレフィンとからなるランダム共重合体である。これらは立体特異性触媒の存在下で共重合された結晶性の重合体である。またブロック共重合体は、プロピレンと他のα−オレフィンを順次に重合又は共重合して得られるもので、一般には(1)プロピレンの重合ののち(2)プロピレンとやや多量のα−オレフィンの共重合及び/又は(3)α−オレフィンの重合からなる重合段階を一つ以上組み合わせることによって行われる。上記(1)のプロピレンの重合においては少量のα−オレフィンを共重合させる場合があり、また(3)のα−オレフィンの重合においてプロピレンを少量共重合させる場合がある。いずれにしても上記ブロック重合体は、立体特異性触媒の存在下で上記多段階の重合によって得ることができる。好適なプロピレン・α−オレフィンブロック共重合体は、(1)のプロピレン重合体ブロックを60〜95重量%程度含有するプロピレンとエチレンのブロック共重合体である。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー、とくにアイオノマーに対して、ポリオレフィンと共に配合することが好ましいオレフィン・グリシジルモノマー共重合体は、オレフィンとグリシジルモノマーとの2元共重合体のみならず、さらに他の単量体を含有する多元共重合体であってもよい。かかる共重合体におけるオレフィンとしては、エチレン、プロピレン、1−ブテンなどを挙げることができるが、とくにエチレンの共重合体が好ましい。またグリシジルモノマーとしては、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ビニルグリシジルエーテルなどのグリシジルエステル、アリルグリシジルエーテル、2−メチルアリルグリシジルエーテル等のグリシジル不飽和エーテルを挙げることができる。さらに上記多元共重合体における他の単量体としては、例えばビニルエステルや不飽和カルボン酸アルキルエステルが好ましく、これら他の単量体の具体例としては、アイオノマーのベースポリマーであるエチレン・不飽和カルボン酸共重合体における他の単量体としてすでに例示したものを挙げることができる。
上記オレフィン・グリシジルモノマー共重合体においては、オレフィンが50〜99重量%、とくに52〜98重量%、グリシジルモノマーが0.5〜20重量%、とくに1〜18重量%、上記他の単量体が0〜49.5重量%、好ましくは0〜40重量%の範囲で共重合されているものが好ましい。このような共重合体は、ランダム共重合体であってもグラフト共重合体であってもよいが、一般にはアイオノマーとの反応の均一性からランダム共重合体を使用するのが好ましい。このようなランダム共重合体は、例えば、高温、高圧下のラジカル共重合によって得ることができる。
上記オレフィン・グリシジルモノマー共重合体としてエチレン共重合体を使用する場合には、190℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが、0.01〜1000g/10分、とくに0.1〜200g/10分のものを使用するのが好ましい。
とくに好適なアイオノマーの組成物は、樹脂成分の全量を100重量部とするときに、アイオノマーが60〜96.7重量部、好ましくは73〜95.5重量部、一層好ましくは81〜94重量部、エチレン・グリシジルモノマー共重合体が0.3〜10重量部、好ましくは0.5〜7重量部、一層好ましくは1〜4重量部、ポリオレフィンが3〜30重量部、好ましくは4〜20重量部、一層好ましくは5〜15重量部となる組成のものである。
エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーに配合することができるオレフィンと不飽和カルボン酸やグリシジルモノマー以外の極性モノマーとの共重合体の具体例として、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・不飽和カルボン酸アルキルエステル共重合体などを挙げることができる。これら共重合体としては、極性モノマー含量が30重量%以下、とくに20重量%以下のものが好適である。また加工性、機械的強度などを考慮すると、190℃、2160g荷重におけるメルトフローレートが、0.1〜100g/10分、とくに0.5〜50g/10分のものを使用するのが好ましい。一般にこのようなエチレン共重合体の配合は、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーの耐磨耗性や耐傷付き性を損なう傾向にあるので、多量の配合は好ましくない。
本発明においては、上記のようなエチレン・不飽和カルボン酸共重合体、そのアイオノマーあるいはこれらの組成物から選ばれる樹脂成分100重量部に対して、平均粒径が1〜400μm、好ましくは1〜100μmのフッ素系樹脂粉末を1〜10重量部、好ましくは1〜5重量部の割合で配合する。フッ素系樹脂としては、テトラフルオロエチレン、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロアルキルビニルエーテル、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニル及びフッ化ビニリデンから選ばれるモノマーの重合体又は共重合体、あるいはこれらモノマーとエチレンの共重合体から選ばれる樹脂が好適であり、具体的にはポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、パーフルオロアルキルビニルエーテルがパーフルオロメチルビニルエーテル、パーフルオロエチルビニルエーテル、パーフルオロプロピルビニルエーテルなどであるテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどを例示することができる。特に好適なフッ素系樹脂は、テトラフルオロエチレンの単独重合体又はテトラフルオロエチレンに少量の他のモノマー、好ましくはパーフルオロプロピルビニルエーテルを共重合した共重合体である。また高分子量のポリテトラフルオロエチレンの融点327℃より僅かに低い融点、例えば310〜326℃、とくに315〜326℃の融点を有するものが好ましい。
本発明においては、上記のようなフッ素系樹脂において、平均粒径が1〜400μm、好ましくは1〜100μmの粉末が使用される。上記フッ素系樹脂粉末としては、とくに懸濁重合によって得られるテトラフルオロエチレン単独重合体又はその共重合体粉末を微粉砕あるいは造粒して得られるモールディングパウダー、あるいは乳化重合によって得られ、テトラフルオロエチレン単独重合体又はその共重合体の微細な一次粒子が凝集して二次粒子を形成しているファインパウダーが好適に使用される。
本発明においては、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体、そのアイオノマー及びそれらの組成物から選ばれる樹脂成分100重量部に対して、上記フッ素系樹脂粉末が1〜10重量部、好ましくは1〜5重量部の割合で配合される。後記実施例及び比較例で示すように、フッ素系樹脂粉末の配合量が上記範囲より少ない場合は十分な耐磨耗性改良効果が認められない。一方、その配合量が多くなりすぎるると、エチレン・不飽和カルボン酸共重合体、そのアイオノマーあるいはそれらの組成物の破断点強度、伸びなどの性質が損なわれ、また経済的でないので好ましくない。
本発明の重合体組成物には、必要に応じ、各種添加剤を配合することができる。このような添加剤の例として、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、顔料、染料、滑剤、ブロッキング防止剤、無機充填剤、防黴剤、抗菌剤、難燃剤、難燃助剤、架橋剤、架橋助剤、発泡剤、発泡助剤、繊維強化材などを例示することができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。尚、実施例及び比較例において用いた原料及び物性評価方法は、次の通りである。
1.原料
(1)エチレン・メタクリル酸共重合体(EMAA)
メタクリル酸含量9重量%、メルトフローレート3g/10分
(2)亜鉛アイオノマー(Zn−IO)
メタクリル酸含量15重量%のエチレン・メタクリル酸共重合体の亜鉛アイオノマー(中和度59%、メルトフローレート0.9g/10分)
(3)アイオノマー組成物(IO組成物)
エチレン・グリシジルメタクリレート共重合体(グリシジルメタクリレート含量12重量%、メルトフローレート(190℃)3.0g/10分)2重量部とプロピレン・エチレンランダム共重合体(三井・住友ポリオレフィン(株)製、三井・住友ポリプロF−219DA、密度910kg/m、メルトフロレート(230℃)8.5g/10分)15重量部を予め溶融混合して得たメルトブレンド物とアイオノマー(メタクリル酸含量10重量%のエチレン・メタクリル酸共重合体の亜鉛アイオノマー、中和度80%、メルトフローレート(190℃)0.9g/10分)83重量部を溶融ブレンドしたもの
(4)ポリテトラフルオロエチレン粉末(PTFE粉末)
低分子量ポリテトラフルオロエチレンモールディングパウダー(デュポン(株)製ゾニールMP1300、見掛密度450kg/m、融点325℃、平均粒径9μm、表面積3m/g)
2.物性評価項目
(1)メルトフローレート(MFR):JIS K6760(190℃、2160g荷重)
(2)引張試験:JIS K6760準拠(引張速度200m/分)
(3)硬度(ショアD):JIS K7215準拠
(4)曲げ剛性率(オルゼン式):JIS K7106準拠
(5)テーバー摩耗:厚さ1mmのT−ダイシート又は厚さ3mmのプレスシートを用い、摩耗輪H−18,荷重1kg、回転数2000回転の条件での摩耗量を測定した。
(6)学振摩耗
東洋精機(株)製摩耗試験機により、綿帆布10号を使用し、荷重450g(1.92g/mm)、往復回数100回の条件で行なった。傷が観察されなかった面積を残存率で表示した。また耐磨耗性の序列を◎、○、△により表示した。
[実施例1〜2、比較例1〜2]
前記したエチレン・メタクリル酸共重合体(EMAA)又は亜鉛アイオノマー(Zn−IO)100重量部にポリテトラフルオロエチレン粉末(PTFE粉末)2.5重量部を添加し、溶融混練して得られた重合体組成物の物性評価を行った。また比較のため、EMAA又はZn−IOのみの物性評価を行った。結果を表1に示す。
Figure 0005159016
[実施例3〜8、比較例3]
前記したアイオノマー組成物(IO組成物)100重量部に対し、ポリテトラフルオロエチレン粉末(PTFE粉末)を表2に示す割合で配合した重合体組成物につき、同様の物性評価を行なった。結果を表2に示す。
Figure 0005159016

Claims (3)

  1. エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマー60〜96.7重量部、エチレン・グリシジルモノマー共重合体0.3〜10重量部、及びオレフィン同士の共重合体、オレフィンと不飽和カルボン酸以外の他の極性モノマーとの共重合体から選ばれるポリオレフィン3〜30重量部からなる樹脂成分100重量部に対し、平均粒径が1〜400μmのフッ素系樹脂粉末を1〜5重量部の割合で配合してなる重合体組成物であって、上記フッ素系樹脂が、テトラフルオロエチレンの単独重合体又はテトラフルオロエチレンに少量の他のモノマーを共重合した共重合体である、重合体組成物。
  2. エチレン・不飽和カルボン酸共重合体又はそのアイオノマーが、エチレン・(メタ)アクリル酸共重合体又はそのアイオノマーである請求項1記載の重合体組成物。
  3. 前記フッ素系樹脂が、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、及びテトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体から選ばれる樹脂である請求項1又は2に記載の重合体組成物。
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