JP5266854B2 - スチレン系樹脂組成物 - Google Patents
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Description
〔スチレン系樹脂(A)〕
本発明で用いるスチレン系樹脂(A)は、分岐末端に二重結合を有する多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを共重合させることにより得られる多分岐状の樹脂を必須成分として含有するスチレン系樹脂である。なお、本発明で用いるスチレン系樹脂(A)は、多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを共重合させて得られる多分岐状の樹脂と共に、共重合時に同時に生成するスチレン系モノマー(a2)の単独重合体(線状の樹脂)を含有していても良い。更に、予め別々に製造した線状の樹脂を多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを共重合させた多分岐状の樹脂に混合して用いても良い。
本発明で用いるスチレン系樹脂(A)をGPC−MALLS(MALLS:多角度光散乱検出器)により分子量を測定すると、分子量以外に分子量と慣性半径(粒子径)の関係を求めることが可能である。スチレン系樹脂(A)について、GPC−MALLSから求められる該樹脂の分子量を横軸、慣性半径を縦軸とした両対数グラフにおける分子量25万〜1000万の領域での傾きは、強度と成形加工性とを優れたバランスで発現させる点で、0.35〜0.45であることが最も好ましい。傾きが0.45よりも大きくなると、線状のポリスチレンにより近い物性となり、逆に0.35よりも小さくなると、分岐度増加に伴う分子量増大により流動性が低下し、成形加工性に影響を与えることがある。
本発明で用いるスチレン系樹脂(A)は、低温押出成形性、強度と加工性とのバランスにおいてGPC−MALLSから求められる重量平均分子量は15万〜40万が好ましく、より好ましくは18万〜30万である。重量平均分子量が15万以下では強度が低下する傾向があり、40万以上では樹脂の粘度が増加し、低温による押出成形性が困難となる傾向がある。
本発明で使用する多分岐状マクロモノマー(a1)としては、本願発明の目的とする加工性に優れたスチレン系樹脂(A)を容易に得られる点、特に多分岐状の樹脂の重量平均分子量を1000万以下に制御する観点から、複数の分岐を有し、且つその先端部に複数の重合性二重結合を有する、重量平均分子量(Mw)が、好ましくは1,000〜15,000、より好ましくは2,000〜9,000のマクロモノマーである。
本発明において使用できる多分岐状マクロモノマー(a1)としては、エステル結合、エーテル結合又はアミド結合を有する構造単位を繰り返すことによって形成する分岐構造と、分岐末端に1分子中2個以上の重合性二重結合とを有する多分岐状マクロモノマー(a1−i)を挙げることができる。
前記多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを共重合させることにより、多分岐状の樹脂と、重合条件により同時に生成する線状の樹脂(ポリスチレン)及び低分岐樹脂との混合物である樹脂混合物が得られる。この時、前述の多分岐状マクロモノマー(a1)をスチレン系モノマー(a2)に対して好ましくは50ppm〜1%、より好ましくは100ppm〜3000ppmの比率で用いることにより、多分岐状の樹脂の生成が容易であり、ゲル化の抑止をすることが簡便であると共に、本発明で用いるスチレン系樹脂(A)を効率よく得ることができる。
本発明で用いる難燃剤(B)としては、一般的に用いられるものであれば特に限定されるものではないが、前記のスチレン系樹脂(A)と容易に混錬できるものが良い。
本発明のスチレン系樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲において、必要に応じて任意のその他の添加剤を適宜配合できる。添加剤の種類は特に限定されないが、例えば、燐酸エステル系化合物やシリカ、タルク、ワラストナイト、ケイ酸カルシウム、カオリン、マイカ、クレイ、酸化亜鉛、炭酸カルシウムなどの無機物、ステアリン酸、ステアリン酸ナトリウム、ステアリン酸バリウム、ステアリン酸マグネシウム、流動パラフィン、オレフィン系ワックス、ステアリルアミド系化合物などの助剤、フェノール系抗酸化剤、燐系安定剤、耐光性安定剤、ハイドロタルサイト、帯電防止剤、顔料・染料などの着色剤などの添加も可能である。
スチレン系樹脂(A)と難燃剤(B)、さらにはその他の添加剤とのブレンド方法については、限定されるものではないが、事前にドライブレンドし、押出機を用いて溶融練り込みをしてペレット化し、そのペレットを用いて成形品を得ることが望ましい。
〔多分岐状マクロモノマーのGPC測定条件〕
多分岐状マクロモノマーのGPC測定を、高速液体クロマトグラフィー(東ソー株式会社製HLC−8220GPC)、RI検出器、TSK gel G6000H×1+G5000H×1+G4000H×1+G3000H×1+TSK guard column H×1、溶媒THF、流速1.0ml/分、温度40℃の条件にて行った。
スチレン系樹脂のGPC−MALLS測定を、Shodex HPLC、検出器Wyatt Technology DAWN EOS、Shodex RI−101、カラムShodex KF−806L×2、溶媒THF、流量1.0ml/minの条件にて行った。また、GPC−MALLSの測定の解析は、Wyatt社の解析ソフトASTRAにより行い、スチレン系樹脂(A)について重量平均分子量を求めた他、GPC−MALLSから求められる該樹脂の分子量を横軸、慣性半径を縦軸とした両対数グラフにおける分子量25万〜1000万の領域での傾きを求めた。
多分岐状マクロモノマーの二重結合性については、核磁気共鳴分光法(1H−NMR)により、重クロロホルムに溶解して、二重結合のピークから求めた。
樹脂中の難燃剤量については、核磁気共鳴分光法(1H−NMR)により、重クロロホルム:重DMSO=2:1(重量比)の混合溶媒に樹脂15mgを溶解して、ポリスチレン(6.0〜7.5ppm)と難燃剤(ヘキサブロモシクロドデカン、以下HBCD。4.6〜5.0ppm)の積分比から求めた。これら値から、難燃剤残存率(%)=熱履歴後の難燃剤量/添加難燃剤量を求めた。
JIS K7210に準拠して測定した。なお測定条件は、温度200℃、荷重49Nである。
事前にスチレン系樹脂に難燃剤をドライブレンドし、二軸押出機(池貝製作所製PCM−30)を用いて溶融混合(滞留時間5分、200℃及び190℃)し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(溶融温度210℃及び200℃ 滞留時間4分)で、評価用成形品を得た。得られた評価用成形品の外観については、目視で判断した。(外観良好○、やや不良△、不良×)
JIS K7111:96に従って測定した。
<メタクリロイル基及びアセチル基を有する多分岐状マクロモノマーの合成>
7%酸素導入管、温度計、コンデンサーを備えたディーンスタークデカンター、および攪拌機を備えた反応容器に、「Boltorn H20」10g、ジブチル錫オキシド1.25g、イソプロペニル基を有するメチルメタクリレート100g、およびヒドロキノン0.05gを加え、混合溶液中に3ml/分の速度で7%酸素を吹き込みながら、撹拌下に加熱した。デカンターへの留出液量が1時間あたり15〜20gになるように加熱量を調節し、1時間ごとにデカンター内の留出液を取り出し、これに相当する量のメチルメタクリレートを加えながら4時間反応させた。反応終了後、メチルメタクリレートを減圧下で留去し、残っているヒドロキシ基をキャッピングするために無水酢酸10g、スルファミン酸2gを加えて室温下、10時間撹拌した。濾過でスルファミン酸を除去し、減圧下で無水酢酸および酢酸を留去した後に、残留物を酢酸エチル70gに溶解し、ヒドロキノンを除去する為に5%水酸化ナトリウム水溶液20gで4回洗浄した。さらに7%硫酸水溶液20gで2回、水20gで2回洗浄した。得られた有機層にメトキノン0.0045gを加え、減圧下、7%酸素を導入しながら溶媒を留去し、イソプロペニル基およびアセチル基を有する多分岐状マクロモノマー(Mm−1)11gを得た。得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−1)の重量平均分子量は3,000、数平均分子量は2,100、二重結合導入量は2.00mmol/gであり、イソプロペニル基およびアセチル基導入率は、それぞれ55%および36%であった。
<メタクリロイル基及びアセチル基を有する多分岐状マクロモノマーの合成>
7%酸素導入管、温度計、コンデンサーを備えたディーンスタークデカンター、および攪拌機を備えた反応容器に、「Boltorn H30」10g、ジブチル錫オキシド1.75g、イソプロペニル基を有するメチルメタクリレート150g、およびヒドロキノン0.075gを加え、混合溶液中に3ml/分の速度で7%酸素を吹き込みながら、撹拌下に加熱した。デカンターへの留出液量が1時間あたり15〜20gになるように加熱量を調節し、1時間ごとにデカンター内の留出液を取り出し、これに相当する量のメチルメタクリレートを加えながら8時間反応させた。反応終了後、メチルメタクリレートを減圧下で留去し、残っているヒドロキシ基をキャッピングするために無水酢酸15g、スルファミン酸3gを加えて室温下、10時間撹拌した。濾過でスルファミン酸を除去し、減圧下で無水酢酸および酢酸を留去した後に、残留物を酢酸エチル100gに溶解し、ヒドロキノンを除去する為に5%水酸化ナトリウム水溶液20gで4回洗浄した。さらに7%硫酸水溶液20gで2回、水20gで2回洗浄した。得られた有機層にメトキノン0.007gを加え、減圧下、7%酸素を導入しながら溶媒を留去し、イソプロペニル基およびアセチル基を有する多分岐状マクロモノマー(Mm−2)11gを得た。得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−2)の重量平均分子量は5,200、数平均分子量は3,600、二重結合導入量は3.00mmol/gであり、イソプロペニル基およびアセチル基導入率は、それぞれ53%および41%であった。
<メタクリロイル基及びアセチル基を有する多分岐状マクロモノマーの合成>
7%酸素導入管、温度計、コンデンサーを備えたディーンスタークデカンター、および攪拌機を備えた反応容器に、「Boltorn H40」10g、ジブチル錫オキシド2.5g、イソプロペニル基を有するメチルメタクリレート200g、およびヒドロキノン0.1gを加え、混合溶液中に3ml/分の速度で7%酸素を吹き込みながら、撹拌下に加熱した。デカンターへの留出液量が1時間あたり15〜20gになるように加熱量を調節し、1時間ごとにデカンター内の留出液を取り出し、これに相当する量のメチルメタクリレートを加えながら10時間反応させた。反応終了後、メチルメタクリレートを減圧下で留去し、残っているヒドロキシ基をキャッピングするために無水酢酸20g、スルファミン酸4gを加えて室温下、10時間撹拌した。濾過でスルファミン酸を除去し、減圧下で無水酢酸および酢酸を留去した後に、残留物を酢酸エチル70gに溶解し、ヒドロキノンを除去する為に5%水酸化ナトリウム水溶液20gで4回洗浄した。さらに7%硫酸水溶液20gで2回、水20gで2回洗浄した。得られた有機層にメトキノン0.0045gを加え、減圧下、7%酸素を導入しながら溶媒を留去し、イソプロペニル基およびアセチル基を有する多分岐状マクロモノマー(Mm−3)11gを得た。得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−3)の重量平均分子量は7,900、数平均分子量は4,200、二重結合導入量は2.90mmol/gであり、イソプロペニル基およびアセチル基導入率は、それぞれ49%および48%であった。
スチレンモノマー90部、参考例1で得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−1)をスチレンモノマーに対し500ppm、及びトルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し300ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:132℃
循環重合ライン(I)の反応温度:150℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:150〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
実施例1の溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃にした以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例1における多分岐状マクロモノマー(Mm−1)の代わりに、多分岐状マクロモノマー(Mm−2)を用いた以外は、実施例1と同様にしてスチレン系樹脂(A−2)を得た。得られたスチレン系樹脂(A−2)100部にHBCD3部加えた後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
実施例3の溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃にした以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例1における多分岐状マクロモノマー(Mm−1)の代わりに、多分岐状マクロモノマー(Mm−3)を用いた以外は、実施例1と同様にしてスチレン系樹脂(A−3)を得た。得られたスチレン系樹脂(A−3)100部にHBCD3部を加えてドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
実施例5の溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃にした以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例1における多分岐状マクロモノマー(Mm−1)を300ppmに変更した以外は、実施例1と同様にしてスチレン系樹脂(A−4)を得た。得られたスチレン系樹脂(A−4)100部にHBCD3部を加えてドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
実施例7の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、参考例1で得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−1)をスチレンモノマーに対し1800ppm、及びトルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し300ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:132℃
循環重合ライン(I)の反応温度:150℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:160〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
実施例9の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例1のHBCDを8部に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例11の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例1のHBCDを2部に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例5で得られたスチレン系樹脂(A−3)にテトラブロモビスフェノールAを3%添加し、ドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、成形品(1回目)を得た。さらに、成形品を細砕し、射出成形機(成形温度190℃)で成形品(2回目)を得た。
実施例14の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
実施例5で得られた成形品20部(細砕物)、スチレン系樹脂(A−3)80部に、(A−3)100部に対する比率に合わせて、HBCD2.4部にし、再度、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
実施例1における多分岐状マクロモノマー(Mm−1)を100ppmに変更した以外は、実施例1と同様にしてスチレン系樹脂(A’−1)を得た。得られたスチレン系樹脂(A’−1)100部にHBCD3部を加えてドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
比較例1の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、参考例1で得られた多分岐状マクロモノマー(Mm−1)をスチレンモノマーに対し500ppm、及びトルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し300ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:132℃
循環重合ライン(I)の反応温度:138℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:150〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
比較例3の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、トルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し200ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:135℃
循環重合ライン(I)の反応温度:140℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:150〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
比較例5の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、トルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し100ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:140℃
循環重合ライン(I)の反応温度:145℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:150〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
比較例7の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、トルエン10部からなる混合溶液を調製し、更に、有機過酸化物としてスチレンモノマーに対し200ppmのt−ブチルパーオキシベンゾエートを加え、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:130℃
循環重合ライン(I)の反応温度:135℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:140〜160℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
比較例7の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレンモノマー90部、トルエン10部からなる混合溶液を調製し、図1に示す装置を用いて下記条件で連続的に塊状重合させた。
攪拌式反応器(2)の反応温度:140℃
循環重合ライン(I)の反応温度:145℃
非循環重合ライン(II)の反応温度:150〜170℃
還流比:R=F1/F2=6
ただし、F1は循環重合ライン内を還流する混合溶液の流量を、F2は非循環重合ラインへ流出する混合溶液の流量を示す。
比較例7の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
比較例5のHBCDを8部に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
比較例13の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
スチレン系樹脂(A’−5)にテトラブロモビスフェノールA(TBBPA)を3%添加し、ドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、成形品(1回目)を得た。さらに、再度成形品を細砕し、射出成形機(成形温度190℃)で成形品(2回目)を得た。
比較例15の条件で、溶融混合温度を210℃、射出成形温度を200℃に変更した以外は同様にして評価成形品を得た。
比較例5で得られた成形品20部(細砕物)、スチレン系樹脂(A’−3)80部に、(A’−3)100部に対する比率に合わせて、HBCD2.4部にし、再度、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
比較例9で得られた成形品20部(細砕物)、スチレン系樹脂(A’−5)80部に、(A’−5)100部に対する比率に合わせて、HBCD2.4部にし、再度、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
直鎖状ポリスチレン(重量平均分子量:Mw18万)50部、及び直鎖状ポリスチレン(重量平均分子量:Mw22万)50部、HBCD3部を加えてドライブレンドした後、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、成形品を得た。この成形品20部、直鎖状ポリスチレン(重量平均分子量:Mw18万)40部、及び直鎖状ポリスチレン(重量平均分子量:Mw22万)40部、HBCD2.4部として、再度、二軸押出機を用いて200℃で溶融混合し、水冷、ストランドカットをしてリペレットした。リペレットしたサンプルを用いて射出成形機(成形温度190℃)で、評価用成形品を得た。
分子量保持率(%)=成形品のMw/スチレン系樹脂のMw
(2):攪拌式反応器
(3)、(7):ギヤポンプ
(4)〜(6)、(8)〜(10):静的ミキシングエレメントを有する管状反応器
Claims (4)
- スチレン系樹脂(A)とハロゲン系難燃剤(b)である難燃剤(B)とを含有するスチレン系樹脂組成物であって、
前記スチレン系樹脂(A)が、分岐末端に二重結合を有する重量平均分子量が1,000〜15,000の多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを、多分岐状マクロモノマー(a1)をスチレン系モノマー(a2)に対して50ppm〜1%の比率で用いて共重合させた樹脂を含有し、且つ200℃でのメルトマスフローレート(MFR)が4.0〜10.0g/10minであることを特徴とするスチレン系樹脂組成物。 - 前記スチレン系樹脂(A)が、GPC−MALLS法により求められる分子量を横軸、慣性半径を縦軸とした両対数グラフにおいて、分子量25万〜1000万の領域での傾きが0.35〜0.45である請求項1記載のスチレン系樹脂組成物。
- ハロゲン系難燃剤(b)が臭素系難燃剤である請求項1又は2記載のスチレン系樹脂組成物。
- 前記スチレン系樹脂(A)が、分岐末端に二重結合を有する多分岐状マクロモノマー(a1)とスチレン系モノマー(a2)とを用いた塊状重合又は溶液重合において、重合率25%以降の温度を145℃以上にして重合して得られたものである請求項1〜3の何れか1項記載のスチレン系樹脂組成物。
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