JP5800637B2 - ウレタン系熱可塑性エラストマー組成物および外装部品 - Google Patents

Description

本発明は、パソコンなどの電子機器製品の固定を目的とするゴム足などの外装部品として利用可能なウレタン系熱可塑性エラストマー組成物およびそのウレタン系熱可塑性エラストマー組成物からなる外装部品に関する。

パソコンなどの電子機器製品の外装部品用の材料としてポリエステル系熱可塑性エラストマーが知られている。ポリエステル系熱可塑性エラストマーは、成形時の冷却時間が短くヒケが起こりにくいなど、射出成形時における実用的条件下での成形性の良さや、比較的耐摩耗性に優れた外装部材としての耐久性の良さ、などの利点を有している。

しかし、近年モバイル端末等の電子機器が高機能化、小型化していく中で、電子機器内部の電子部品の保護に対する要求基準が高まっている。具体的には、外部の振動や衝撃から電子部品を守るために、より高い防振性能および緩衝性能が求められている。
ポリエステル系熱可塑性エラストマーについて、防振性と緩衝性の観点から見てみると、材料自体が備える硬さに応じた緩衝性は備えるものの、防振性が低いという欠点があった。
ポリエステル系熱可塑性エラストマー以外の材質には、スチレン系熱可塑性エラストマーがあるが、従来から防振材料として用いられてはいるものの、耐摩耗性が低く、外装部品として耐久性が不十分であるという欠点があった。
また、ウレタン系熱可塑性エラストマーについては、粘着性や変形性に優れる粘着部材として知られており、例えば特開２００３−８６９６１号公報（特許文献１）の記載があるものの、防振性、緩衝性、成形性に優れたウレタン系熱可塑性エラストマーは知られていなかった。

特開２００３−８６９６１号公報

このように、従来の熱可塑性エラストマーでは、耐摩耗性等の耐久性、外部からの振動を減衰させる防振性、外部からの衝撃を緩和する緩衝性、短時間で所定の形状に成形し得る成形性のすべてに優れた熱可塑性エラストマーは知られていなかった。

そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、耐久性、防振性、緩衝性、成形性のすべてに優れた熱可塑性エラストマーであるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物およびそのウレタン系熱可塑性エラストマー組成物を用いた外装部品を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく本発明は以下のように構成される。
すなわち、損失正接（以下「ｔａｎδ」ともいう）のピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）と、ｔａｎδのピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）と、を含み、ＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物である。

ｔａｎδのピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）は、防振性を発揮し易いがハードセグメントの割合が少なく成形性が劣っている。また、ｔａｎδのピーク温度が高いため緩衝性が劣っている。
一方、ｔａｎδのピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）は、防振性にやや難があるものの成形性や緩衝性を改良しうる。
そして、こうしたウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）の両者を含むウレタン系熱可塑性エラストマー組成物では、防振性、緩衝性、成形性に優れており、また、ＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°以上であるため、耐久性にも優れるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物である。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さは、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さよりも硬くしている。
ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さが、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さよりも硬いため、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）との間で、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）のソフトセグメントの割合を相対的に多くし、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のハードセグメントの割合を相対的に多くすることができ、防振性、緩衝性、成形性のバランスのとれた組成物とすることができる。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）がポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーであり、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）がアジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーおよびポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーの双方または何れか一方であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物とすることができる。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）がポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーで防振性に優れた組成物を得ることができる。また、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）がアジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーおよびポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーの双方または何れか一方であるため、耐久性、緩衝性、成形性に優れた組成物を得ることができる。そしてその両者を含む混合組成物であるため、耐久性、防振性、緩衝性、成形性に優れた固化物を成形可能なウレタン系熱可塑性エラストマー組成物とすることができる。

そして、損失正接のピーク温度が−２０℃〜３０℃であり、そのピーク値が０．４５以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物である。
損失正接のピーク温度が−２０℃〜３０℃であり、そのピーク値が０．４５以上であり、実質的に１．０以下であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物としたため、耐久性、防振性、緩衝性、成形性に優れたウレタン系熱可塑性エラストマー組成物である。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）は互いに相溶するウレタン系熱可塑性エラストマーを用いることができる。
ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）を互いに相溶するウレタン系熱可塑性エラストマーとしたため、それぞれのウレタン系熱可塑性エラストマー単独の場合のｔａｎδのピーク温度、ピーク値からはシフトした新たなピーク温度、ピーク値を得ることができる。

そして、これらのウレタン系熱可塑性エラストマー組成物からなる外装部品を提供する。上記ウレタン系熱可塑性エラストマー組成物からなる外装部品としたため、耐久性、防振性、緩衝性、成形性に優れた外装部品である。

本発明のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物およびそれを用いた外装部品によれば、耐久性、防振性、緩衝性、成形性に優れた外装部品とすることができる。

各試料の組成および各種試験結果を示す表である。 衝撃緩衝試験装置を説明する概略断面図である。 図２で示す衝撃緩衝試験装置の矢示Ａで示す方向から見たアルミニウム板の説明図である。

本発明の課題を解決するウレタン系熱可塑性エラストマー組成物について具体的な実施形態に基づきさらに詳しく説明する。
ウレタン系熱可塑性エラストマーは、ｔａｎδのピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）と、ｔａｎδのピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）と、を含む熱可塑性エラストマー組成物である。以下これらの成分について説明する。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）は、ｔａｎδのピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であって、高い防振性を組成物に付与することができる。こうしたウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）には、ポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。
また、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）は、ｔａｎδのピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であって、ｔａｎδのピーク温度が低く分子内のソフトセグメントは柔軟な分子構造を持っている。また、ｔａｎδのピーク値が１．０未満であることから分子内のソフトセグメントの割合が少ない。換言すれば、ハードセグメントの量が多く成形性に優れている。こうしたウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）には、アジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーや、ポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーが挙げられる。

そして、熱可塑性エラストマー組成物のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°以上である。ＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°より小さいと、柔らかさが増すため表面に露出して用いられる外装部品となる場合には特に耐摩耗性が問題になるからである。
そして、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さは、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）のその硬さよりも硬いことが好ましい。

ここで、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のｔａｎδのピーク温度を比較すると、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のｔａｎδの方が低いピーク温度を有している。一般的に同種の組成物では、ｔａｎδのピーク温度が低い方が、分子鎖の動きの自由度が高いことから、柔軟である傾向がある。しかし、ここでは上記関係とは反対に、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）の硬さを、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）の硬さよりも硬いものとしている。このことは、相対的にウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）においてはソフトセグメントの割合が多く、一方ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）においてはハードセグメントの割合が多いことを示している。すなわち、上記硬さの関係を満たすことで、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）においてはソフトセグメントの割合を多くすることで、防振性および柔軟性を高めるとともに、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）においてはハードセグメントの割合を多くすることで結晶化速度を速めて成形性を良くすることができるのである。

ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）および（Ｂ）は、ともにウレタン系の組成物であるため、容易に相溶させることができ、両者の透明性が高い場合にはその混合組成物もまた透明性が良い組成物とすることができる。特に、ポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマー、アジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマー、およびポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーは相容性が良く、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）および（Ｂ）として、これらのウレタン系熱可塑性エラストマーを用いることが好ましい。こうした透明性が高い混合組成物は、着色して用いる場合においても発色を良くすることができるため好ましい。

一方、エーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマーはウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）の中では扱いが難しい材料である。
ポリエーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマーは、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）として有用なポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーと相容しないためである。ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）と（Ｂ）とが相容しない場合には、ｔａｎδのピーク温度を低温側にシフトさせることが困難である。したがって、二成分の混合によってｔａｎδのピーク温度を調整し難く、またｔａｎδのピーク温度を低温側にシフトさせることで緩衝性を高めることがし難いためである。

熱可塑性エラストマーには、その耐久性、防振性、緩衝性、成形性を損なわない範囲で、種々の添加剤を加えることが可能である。例えば、難燃性を高めるために、難燃剤を加えたり、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）との混和性を高めるためにそれ以外のウレタン系熱可塑性エラストマーを加えることもできる。その他、酸化防止剤や老化防止剤等々、様々な機能向上のため種々の添加剤を含めることができる。

熱可塑性エラストマー組成物の製造は、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）とを混練することで得られる。混練には例えば二軸押出し成型機を用い２００℃程度に加温して行うことができる。

試料の作製： 本発明の実施例または比較例として以下に示す試料１〜試料１３のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物を作成し、種々の評価試験を行った。

試料１〜試料１２の熱可塑性エラストマー組成物に用いたウレタン系熱可塑性エラストマーは、ｔａｎδがピーク温度３２℃で１．３４のポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマー、ｔａｎδがピーク温度−３７℃で０．５７のポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（ア）、ｔａｎδがピーク温度−１６℃で０．２６のポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（イ）、ｔａｎδがピーク温度５℃で０．３２のアジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマー、ｔａｎδがピーク温度−２．６℃で０．３１のエーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（ウ）、ｔａｎδがピーク温度−７．７℃で０．２７のエーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（エ）である。これら６種のウレタン系熱可塑性エラストマーのうちから、図１で示す所定のウレタン系熱可塑性エラストマーを所定の割合で混練して試料１〜試料１２を製造した（なお、図１において、『ポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマー』を「ポリカーボネート系ＴＰＥ」と記載している。上述の他のウレタン系熱可塑性エラストマーについても同様に“ウレタン系”の文言を省略している）。また、比較のためにｔａｎδがピーク温度２３℃で０．８０のスチレン系熱可塑性エラストマーを試料１３とした。こうした試料１〜試料１３について、耐久性、防振性、緩衝性、成形性の各種試験を行った。なお、上述のエーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（ウ）、エーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマー（エ）について、それぞれ試料１４、試料１５とした。

ｔａｎδの測定： ｔａｎδは動的粘弾性測定器（セイコーインスツル社製、ＤＭＳ６１００）を用いて温度２３℃、周波数２８Ｈｚのときの値を引張正弦波モートで測定した。試験片は１ｍｍ厚みのシートを、１０ｍｍ×４０ｍｍ×１ｍｍｔに打ち抜いたものを使用した。
試料１〜試料１２について、こうして測定したｔａｎδに関し、２３℃、２８Ｈｚの際のｔａｎδの値、ｔａｎδのピーク値、ピーク値となるときの温度をそれぞれ図１に示した。

耐久性試験： 耐摩耗性を試験するために、テーバー摩耗試験とｃｒａｗｉｎｇ試験を行った。テーバー摩耗試験とｃｒａｗｉｎｇ試験の詳細は以下のとおりである。
テーバー摩耗試験は、試験片φ１３０ｍｍ、厚み２ｍｍｔの試験片について、テーバー摩耗試験機（テスター産業株式会社製、ＡＢ−１０１）を用いて、Ｈ−２２摩耗輪、荷重１ｋｇｆ、回転速度６０ｒｐｍの条件において、５００回転させたときの摩耗量（ｇ）を測定した。
また、ｃｒａｗｉｎｇ試験は、２ｍｍｔの試験片にポリカーボネート製の人工爪を試験片に対して垂直に５００ｇｆの荷重で押し当て、試験片上を２ｃｍ擦ったときの傷の有無を目視で観察した。傷がつかなかったものを“○”とし、傷がついてしまったものを“×”とした。

防振性試験： 防振性を試験するために、加振試験と鉄球落下試験を行った。加振試験と鉄球落下試験の詳細は以下のとおりである。
加振試験は、各試料の熱可塑性エラストマー組成物を直方体形状に成形して支持脚を製造して行った。被支持体を四つの支持脚で支持するように組まれた振動試験装置に、各試料からなる支持脚を取り付け、この振動試験装置を加振テーブルに固定した。そして、一定加速度２．９４ｍ／ｓ^２（０．３Ｇ）、周波数７Ｈｚ〜２００Ｈｚの範囲で上下方向（Ｚ方向）に振動させて共振周波数ｆ_０（Ｈｚ）を求めた。伝達倍率Ｑ（ｄＢ）は、共振周波数ｆ_０（Ｈｚ）において筐体の加速度ａ１に対し、被支持体の加速度ａ２を測定し、２０Ｌｏｇ（ａ２／ａ１）の関係式で換算して求めた。伝達倍率Ｑの結果も図１に示す。

鉄球落下試験では、室温２３℃の環境で２ｍｍｔの厚みの試験片に、直径１１ｍｍで重さが５．５ｇの鉄球を２０ｃｍの高さから自由落下させて、跳ね返ったときの最大高さを測定した。そして、そのときの最大高さが１ｃｍ以下のとき“１”、１ｃｍを超え３ｃｍ以下のとき“２”、３ｃｍを超え５ｃｍ以下のとき“３”、５ｃｍを超え１０ｃｍ以下のとき“４”、１０ｃｍを超え１５ｃｍ以下のとき“５”とした。前記最大高さが低いほど防振性が高く防振性に優れることがいえる。

防振性について、伝達倍率が２以下を“◎”、２を超え３以下を“○”、３を超え４以下を“△”、４を超えたものを“×”とし、「◎」「○」「△」「×」の４段階で評価した。鉄球落下試験の結果を見ても概ねこの評価に沿った結果となっており、「○」以上であれば防振性に優れていると評価できる。

衝撃緩衝試験： 衝撃緩衝試験は、図２で示す衝撃緩衝試験装置１１を製造して試験した。２００ｍｍ四方、厚さ４ｍｍのアルミニウム板１２の先端２箇所に、２０φ、厚さ２ｍｍの試験片（試料）１３を取付けて、アルミニウム板１２の他方をヒンジ１４で固定して４５度傾けた高さから落下させた際の最大加速度（Ｇ）を測定した。その結果を図１に示す。
最大加速度２１００未満を“◎”、２１００以上２５００未満を“○”、２５００以上３０００未満を“△”、３０００以上を“×”と評価した。
衝撃緩衝性試験の結果から、最大加速度が2100未満であった試料３，４，７について緩衝性が特に優れており、最大加速度が2500未満であった試料１，２，５、８，９について緩衝性が優れていることがわかった。

成形性試験： 成形性試験の詳細は以下のとおりである。
成形性の評価は、射出成形の条件として、３０℃の金型内に、各試料の組成物を射出し、３０秒の固化時間の後に金型を開いて成形体を取り出したとき、組成物が固化しているかどうか、固化している場合には成形体の表面を観察してヒケがあるかどうかを評価した。固化していなかった場合に“×”、固化していたがヒケがあった場合に“△”、ヒケがなかった場合に“○”とした。また、前記条件において、固化時間を１５秒に短縮してもヒケがみられなかったものを“◎”とした。

相溶性： 試料１〜試料５，試料１０〜試料１２については、相溶性についても評価した。各原材料を混合しても透明性を保ち相溶性がある場合には“○”とし、混合して白濁するなど相溶性が無い場合には“×”とした。
エーテル系ウレタン系熱可塑性エラストマーを用いた試料１０〜試料１２は、ポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーと相溶せず、緩衝性も悪かった。

以上の結果から、ポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーに、ポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーまたはアジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーを混合したウレタン系熱可塑性エラストマーは、耐久性、防振性、緩衝性、成形性のすべてにおいて優れていることがわかる。

また、上記試料のｔａｎδの値から、ｔａｎδのピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）と、ｔａｎδのピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）とを混合し、ｔａｎδのピーク温度が−２０℃〜３０℃であり、そのピーク値が０．４５以上となるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物であって、ＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物が、耐久性、防振性、緩衝性、成形性の全てにおいて優れることがわかる。

なお、上記実施形態は本発明の一例であり、こうした形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に反しない任意の変更形態を含むものである。

１１ 衝撃緩衝試験装置
１２ アルミニウム板
１３ 試験片
１４ ヒンジ

Claims (5)

1. 損失正接（ｔａｎδ）のピーク温度が１０℃以上５０℃以下であり、そのピーク値が１．０以上であるポリカーボネート系ウレタン系熱可塑性エラストマーであるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）と、損失正接のピーク温度が−４０℃以上１０℃未満であり、そのピーク値が１．０未満であるアジペートエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーおよびポリカプロラクトンエステル系ウレタン系熱可塑性エラストマーの双方または何れか一方であるウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）と、を含み、ＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さがＡ７０°以上であるウレタン系熱可塑性エラストマー組成物。
2. ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さが、ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）のＪＩＳ Ｋ６２５３規定のデュロメータ硬さよりも硬い請求項１記載のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物。
3. 損失正接のピーク温度が−２０℃〜３０℃であり、そのピーク値が０．４５以上である請求項１または請求項２記載のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物。
4. ウレタン系熱可塑性エラストマー（Ａ）とウレタン系熱可塑性エラストマー（Ｂ）は互いに相溶するウレタン系熱可塑性エラストマーである請求項１〜請求項３何れか１項記載のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物。
5. 請求項１〜請求項４何れか１項記載のウレタン系熱可塑性エラストマー組成物からなる外装部品。
   
   

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