JP5881329B2 - 樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリビニルアルコール系樹脂を主体とし、これにスチレン系熱可塑性エラストマーが配合された樹脂組成物に関するものであって、さらに詳しくは、ポリビニルアルコール系樹脂が海成分、スチレン系熱可塑性エラストマーが島成分である海島構造を形成することにより、耐屈曲疲労性、およびガスバリア性に優れた成形品が得られ、成形時等の溶融粘度安定性に優れる樹脂組成物に関する。
ポリビニルアルコール(以下、PVAと略記する。)系樹脂は、ガスバリア性、強靭性、透明性などに優れているため、各種物品の包装材料として好適である。
しかしながら、PVA系樹脂は吸水、吸湿によってガスバリア性等の特性が大きく変化するため、包装材料とする際には、通常、耐湿性に優れる樹脂層間にサンドイッチされた多層構造体の一層として用いられる。
一般に、多層構造体の製造法は、製造コストの点などから、共押出し法が好適であるが、通常のPVA系樹脂は融点と分解温度が近接しているため、実質的に溶融成形は不可能である。よって、PVA系樹脂層を有する多層構造体の製造は、PVA系樹脂を水溶液とした後、これを流延・乾燥してフィルム化した後、他のフィルムと積層する方法や、他のフィルム上に塗工・乾燥して層を形成する方法を採用せざるをえず、この制約がPVA系樹脂を包装材用途に広範に展開する際の大きな障害となっていた。
なお、PVA系樹脂の主鎖にエチレンが導入されたエチレン−ビニルアルコール共重合体(EVOH)は、溶融成形が可能であることから各種包装材料として広く用いられている。しかしながら、EVOHのガスバリア性はPVAよりも若干劣るため、より高度なガスバリア性が求められる用途には不充分であり、よって、よりガスバリア性に優れ、かつ、溶融成形可能なPVA系樹脂が強く求められている。
かかる課題に対し、近年、溶融成形が可能でガスバリア性に優れるPVA系樹脂として、側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂が提案された。(例えば、特許文献1参照。)
PVA系樹脂の優れたガスバリア性は、結晶性の高さによるものであり、これはPVA系樹脂が高融点である要因でもある。特許文献1に記載のPVA系樹脂は、側鎖の立体障害が融点を低下させる一方、側鎖1,2−ジオール成分中の水酸基の強い水素結合によって分子鎖が強く拘束され、これが結晶性低下によるガスバリア性の低下を抑制しているものと推測される。
しかしながら、PVA系樹脂におけるこの分子鎖の結晶性の高さや水素結合による拘束力の強さは、PVA系樹脂が他の熱可塑性樹脂に比べて柔軟性や耐衝撃性が劣る原因になるものである。かかる特許文献1に記載された側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂も、側鎖の立体障害によって若干改善されているものの、実用的にはまだまだ不充分であった。
一方、各種樹脂の柔軟性、耐衝撃性の向上という課題に対し、これに低弾性率、かつ非相溶性である物質を配合し、これが島成分となる海島構造とすることで、ベース樹脂の特性を損なわずに改善する方法の検討が広く行われている。
PVA系樹脂に対しても、スチレン系熱可塑性エラストマーを配合することで、PVA系樹脂が海成分、スチレン系熱可塑性エラストマーが島成分である海島構造が形成され、柔軟性や耐衝撃性が改善された樹脂組成物が提案されている。(例えば、特許文献2参照。)
そこで、特許文献1に記載された側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂に対して、スチレン系熱可塑性エラストマーの配合による柔軟性、耐衝撃性の改善を検討したところ、かなりの効果は認められたが、より高度な要求に対してはまだまだ不充分であることが判明した。例えば、かかる樹脂組成物から得られたフィルムを繰り返し屈曲されるような過酷な条件下におくと、多数のピンホールが生じ、それによってガスバリア性が一気に低下する場合があった。
このような海島構造型ポリマーアロイの場合、島成分の分散状態や界面状態が特性に与える影響は大きく、上述の場合も、PVA系樹脂中にスチレン系熱可塑性エラストマーが充分に微分散されていない、あるいは海成分と島成分の親和性不足により相間が剥離しやすく、界面でのエネルギー伝播が不充分のため衝撃吸収性が不充分、などの原因が考えられる。
かかる問題点の改善には、相溶化剤の併用が効果的であることが知られている。そして、かかる相溶化剤としては、海成分と島成分のいずれに対しても良好な親和性を必要とすることから、それぞれの成分と共通する構造部分を持つものが一般的に用いられている。
例えば、海成分がポリアミド系樹脂であり、島成分がスチレン系熱可塑性エラストマーであるポリマーアロイにおいて、相溶化剤としてポリアミドがグラフトしたスチレン系熱可塑性エラストマーを用いた樹脂組成物が提案されている。(例えば、特許文献3参照。)
かかる特許文献3において相溶化剤として用いられているポリアミドグラフトブロック共重合体は、島成分とは主鎖部分が共通し、海成分とはグラフト部分が共通することから、両成分のいずれに対しても優れた親和性をもち、その結果、海島構造の界面に偏在することで島成分が安定に微分散化され、さらに、界面の良好なエネルギー伝播によって耐衝撃性が向上したものと考えられる。
特開2004−075866号公報 特開2001−114977号公報 特開平7−173390号公報
本発明は耐屈曲疲労性、およびガスバリア性に優れた成形物を得ることが可能であり、成形時等の溶融粘度安定性に優れるPVA系樹脂組成物の提供を目的とするものである。
より具体的には、特許文献1、および特許文献2に記載の技術を組み合わせ、側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂を海成分とし、スチレン系熱可塑性エラストマーを島成分とする海島構造を形成することでガスバリア性を確保した樹脂組成物において、その耐屈曲疲労性の改善を目的とするものである。
かかる課題に対し、特許文献3の技術思想に基づいた相溶化剤、すなわち海成分であるPVA系樹脂と島成分であるスチレン系熱可塑性エラストマーの両方に共通する構造部分を持つ相溶化剤の併用を検討したが、PVA構造は親水性、スチレン系熱可塑性エラストマー構造は疎水性であることから、目的とする化合物の入手、および合成は困難であることが判明した。
なお、特許文献3で用いられているポリアミドグラフトスチレン系熱可塑性エラストマーは、樹脂骨格は島成分と共通するものの、海成分と共通する構造はもたず、また、グラフト部分のポリアミドが海成分のPVA系樹脂と相溶するわけではないので、これを用いても望ましい結果は得られないものと考えるのが一般的である。
本発明者らは、上記事情に鑑み、鋭意検討した結果、下記一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位を有するPVA系重合体(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有する樹脂組成物に、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有し、ポリアミドからなるグラフト鎖を有するポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を配合し、ポリビニルアルコール系共重合体(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の合計量の含有比率(A)/[(B)+(C)]が95/5〜50/50(重量比)であり、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の含有比率(B)/(C)が、80/20〜2/98(重量比)である樹脂組成物によって、本発明の目的が達成されることを見出し、本発明を完成した。
Figure 0005881329
〔式中、R1、R2及びR3はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R4、R5及びR6はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示す。〕
本発明の樹脂組成物は、特定構造のPVA系樹脂(A)が海成分、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)が島成分である海島構造を形成し、さらに、島成分とは共通の構造を持つものの、海成分とは共通の構造をもたないばかりか、非相溶性であるポリアミド構造を側鎖に有するポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を配合することによって、予想に反して海成分と島成分の相間の親和性が向上し、良好な結果が得られることを見出したものである。
本発明の樹脂組成物を溶融成形して得られた成形品は、優れたガスバリア性と耐屈曲疲労性を併せ持っていることから、食品や医薬品など、酸化による劣化を避けたい物品を包装するためのフィルム、シート、容器、高度なガスバリア性と柔軟性が求められる水素ガス用の容器、チューブ、ホースなどに好適に用いることができる。また、本発明の樹脂組成物は溶融粘度安定性に優れるもので、成形加工時の安定性に優れたものである。
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定されるものではない。
本発明の樹脂組成物は、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位を有するPVA系重合体(A)、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)、および芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有し、ポリアミドからなるグラフト鎖を有するポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を含有する樹脂組成物である。
以下、各順に説明する。
〔PVA系樹脂(A)〕
まず、本発明で用いられるPVA系樹脂(A)について説明する。
本発明の樹脂組成物に用いられるPVA系樹脂(A)は、下記一般式(1)で示される1,2−ジオール構造単位を有するもので、一般式(1)におけるR、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R、R、及びRはそれぞれ独立して水素原子または有機基を示すものである。
Figure 0005881329
特に、一般式(1)で表わされる1,2−ジオール構造単位中のR〜R、及びR〜Rがすべて水素原子であり、Xが単結合であるものが最も好ましく、下記一般式(1’)で表わされる構造単位を有するPVA系樹脂が好適に用いられる。
Figure 0005881329
なお、かかる一般式(1)で表わされる構造単位中のR〜R、及びR〜Rは、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば有機基であってもよく、その有機基としては、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられ、かかる有機基は、必要に応じて、ハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の官能基を有していてもよい。
また、一般式(1)で表わされる1,2−ジオール構造単位中のXは熱安定性の点や高温下や酸性条件下での安定性の点で単結合であるものが最も好ましいが、本発明の効果を阻害しない範囲であれば結合鎖であってもよく、かかる結合鎖としては、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素(これらの炭化水素はフッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていても良い)の他、−O−、−(CHO)−、−(OCH−、−(CHO)CH−、−CO−、−COCO−、−CO(CHCO−、−CO(C)CO−、−S−、−CS−、−SO−、−SO−、−NR−、−CONR−、−NRCO−、−CSNR−、−NRCS−、−NRNR−、−HPO−、−Si(OR)−、−OSi(OR)−、−OSi(OR)O−、−Ti(OR)−、−OTi(OR)−、−OTi(OR)O−、−Al(OR)−、−OAl(OR)−、−OAl(OR)O−、等(Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、またはアルキル基が好ましく、またmは自然数である)が挙げられる。中でも製造時あるいは使用時の安定性の点で炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは−CHOCH−が好ましい。
本発明で用いられるPVA系樹脂の製造法としては、特に限定されないが、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法や、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示される化合物との共重合体をケン化及び脱炭酸する方法や、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される化合物との共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法が好ましく用いられる。
Figure 0005881329
Figure 0005881329
Figure 0005881329
上記一般式(2)、(3)、(4)中のR、R、R、X、R、R、Rは、いずれも一般式(1)の場合と同様である。また、R及びRはそれぞれ独立して水素原子またはR−CO−(式中、Rは炭素数1〜4のアルキル基である)である。R10及びR11はそれぞれ独立して水素原子または炭素数1〜4のアルキル基である。
(i)、(ii)、及び(iii)の方法については、例えば、特開2006−95825に説明されている方法を用いることができる。
なかでも、共重合反応性および工業的な取り扱い性に優れるという点から、(i)の方法において、一般式(2)で表わされる化合物として3,4−ジアシロキシ−1−ブテンを用いることが好ましく、特に3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。
なお、ビニルエステル系モノマーとして酢酸ビニルを用い、これと3,4−ジアセトキシ−1−ブテンを共重合させた際の各モノマーの反応性比は、r(酢酸ビニル)=0.710、r(3,4−ジアセトキシ−1−ブテン)=0.701、であり、これは(ii)の方法で用いられる一般式(3)で表される化合物の一例であるビニルエチレンカーボネートの場合の、r(酢酸ビニル)=0.85、r(ビニルエチレンカーボネート)=5.4、と比較して、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが酢酸ビニルとの共重合反応性に優れることを示すものである。
また、3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの連鎖移動定数は、Cx(3,4−ジアセトキシ−1−ブテン)=0.003(65℃)であり、これはビニルエチレンカーボネートのCx(ビニルエチレンカーボネート)=0.005(65℃)や、(iii)の方法で用いられる一般式(4)で表される化合物の一例である2,2−ジメチル−4−ビニル−1,3−ジオキソランのCx(2,2−ジメチル−4−ビニル−1,3−ジオキソラン)=0.023(65℃)と比較して、重合度が上がりにくくなったり、重合速度低下の原因となることがないことを示すものである。
また、かかる3,4−ジアセトキシ−1−ブテンは、その共重合体をケン化する際に発生する副生物が、ビニルエステル系モノマーとして多用される酢酸ビニルに由来する構造単位からケン化時に副生する化合物と同一であり、その後処理や溶剤回収系に敢えて特別な装置や工程を設ける必要がなく、従来からの設備を利用出来るという点も、工業的に大きな利点である。
なお、上記の3,4−ジアセトキシ−1−ブテンは、例えば、WO00/24702、USP5,623,086、USP6,072,079などに記載されたエポキシブテン誘導体を経由する合成方法や、1,4−ブタンジオール製造工程の中間生成物である1,4−ジアセトキシ−1−ブテンを塩化パラジウムなどの金属触媒を用いて異性化する反応によって製造することができる。
また、試薬レベルではアクロス社の製品を市場から入手することができる。
なお、(ii)や(iii)の方法によって得られたPVA系樹脂は、脱炭酸あるいは脱アセタール化が不充分であると、側鎖にカーボネート環あるいはアセタール環が残存し、そのようなPVA系樹脂を溶融成形すると、かかる環状基によってPVA系樹脂が架橋し、ゲル状物などが発生する場合がある。
よって、かかる点からも、(i)の方法によって得られたPVA系樹脂が本発明においては好適に用いられる。
上記ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられるが、経済的に酢酸ビニルが好ましく用いられる。
また上述のモノマー(ビニルエステル系モノマー、一般式(2)、(3)、(4)で示される化合物)の他に、樹脂物性に大幅な影響を及ぼさない範囲、具体的には10モル%以内であれば、共重合成分として、エチレンやプロピレン等のαーオレフィン;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール、5−ヘキセン−1,2−ジオール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類、およびそのアシル化物などの誘導体;イタコン酸、マレイン酸、アクリル酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいはモノ又はジアルキルエステル;アクリロニトリル等のニトリル類、メタクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸、AMPS等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩などの化合物、などが共重合されていてもよい。
本発明で用いられるPVA系樹脂(A)のケン化度(JIS K6726に準拠して測定)は、通常、80〜100モル%であり、特に85〜99.9モル%、さらに87〜99.5モル%のものが好ましく用いられる。かかるケン化度が低すぎると、溶融成形時に溶融粘度が不安定になり、安定した成形が困難になったり、成形中に酢酸臭が発生し、それが成形品中に残存したり、得られた成形物のガスバリア性が不充分になる場合がある。
また、PVA系樹脂(A)の平均重合度(JIS K6726に準拠して測定)は、通常、200〜1800であり、特に300〜1500、さらに300〜1000のものが好ましく用いられる。
また、PVA系樹脂(A)の210℃、荷重2160gでのメルトフローレート(MFR)は、通常、0.5〜50g/10分であり、特に3〜20g/10分、さらに5〜10g/10分のものが好ましく用いられる。かかるMFRは、東洋精機社製の「メルトインデクサーF−801」を用いて測定したものである。
また、PVA系樹脂(A)の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度(η)は、通常、100〜3000Pa・sであり、特に300〜2000Pa・s、さらに800〜1500Pa・sのものが好ましく用いられる。かかる溶融粘度は、東洋精機社製の「キャピログラフ1B」を用いて測定したものである。
かかる平均重合度が小さすぎたり、MFRが大きすぎたり、溶融粘度が小さすぎると得られた成形物の機械的強度が不足する場合があり、逆に平均重合度が大きすぎたり、MFRが小さすぎたり、溶融粘度が大きすぎると、流動性が不足して成形性が低下する場合があり、成形時せん断発熱が異常発生して樹脂が熱分解しやすくなる傾向がある。
PVA系樹脂(A)に含まれる1,2−ジオール構造単位の含有量は、通常、1〜15モル%であり、特に2〜10モル%、さらに3〜9モル%のものが好ましく用いられる。かかる含有量が低すぎると、融点が高くなり、熱分解温度に近くなるため、溶融成形時の熱分解による焦げやゲル、フィッシュアイができやすくなり、逆に高すぎると、金属密着性が向上し、溶融成形時、流れ性が悪くなり、滞留等による熱劣化が生じやすくなる。
なお、PVA系樹脂(A)中の1,2−ジオール構造単位の含有率は、PVA系樹脂を完全にケン化したもののH−NMRスペクトル(溶媒:DMSO−d6、内部標準:テトラメチルシラン)から求めることができ、具体的には1,2−ジオール単位中の水酸基プロトン、メチンプロトン、およびメチレンプロトン、主鎖のメチレンプロトン、主鎖に連結する水酸基のプロトンなどに由来するピーク面積から算出すればよい。
また、本発明で用いられるPVA系樹脂(A)は、一種類であっても、二種類以上の混合物であってもよいが、混合物を用いる場合には、重合度、ケン化度、1,2−ジオール構造単位の含有量の平均値、および混合物の溶融粘度が上述の範囲内であることが好ましい。
また、PVA系樹脂として側鎖に1,2−ジオール成分を含有しないPVA系樹脂、例えば、未変性のPVAを併用することも可能であるが、その場合には、側鎖に1,2−ジオール成分を有するPVA系樹脂(A)が主体、具体的にはPVA系樹脂の総量の50重量%以上、特に80重量%以上であることが好ましい。
〔スチレン系熱可塑性エラストマー(B)〕
次に、本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)について説明する。
本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)は、スチレンに代表される芳香族ビニル化合物の重合体ブロックをハードセグメントとし、ソフトセグメントとして共役ジエン化合物の重合体ブロックや、かかる重合体ブロックに残存する二重結合の一部、または全部が水素添加されたブロック、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するものである。
かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)中の各ブロックの構成は、ハードセグメントをXで示し、ソフトセグメントをYで示した場合に、X−Yで表されるジブロック共重合体、X−Y−XまたはY−X−Yで表されるトリブロック共重合体、さらにXとYが交互に接続したポリブロック共重合体などを挙げることができ、その構造も直鎖状、分岐状、星型などを挙げることができる。中でも、力学特性の点でX−Y−Xで表される直鎖状のトリブロック共重合体が好適である。
ハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、スチレン;α−メチルスチレン、β−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、t−ブチルスチレン、2,4−ジメチルスチレン、2,4,6−トリメチルスチレン等のアルキルスチレン;メトキシスチレン等のアルコキシスチレン;モノフルオロスチレン、ジフルオロスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン等のハロゲン化スチレン;ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、インデン、アセトナフチレンなどのベンゼン環以外の芳香環を有するビニル化合物、およびその誘導体等を挙げることができる。かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、上述のモノマーの単独重合体ブロックでも、複数のモノマーによる共重合体ブロックでもよいが、スチレンの単独重合体ブロックが好適に用いられる。
なお、かかる芳香族ビニル化合物の重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、芳香族ビニル化合物以外のモノマーが少量共重合されたものでもよく、かかるモノマーとしては、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類、ブタジエン、イソプレンなどのジエン化合物、メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。
スチレン系熱可塑性エラストマー(B)中の芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10,000〜300,000であり、特に20,000〜200,000、さらに50,000〜100,000のものが好ましく用いられる。
また、ソフトセグメントである重合体ブロックの形成に用いられるモノマーとしては、1,3−ブタジエン、イソプレン(2−メチル−1,3−ブタジエン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペンタジエンなどの共役ジエン化合物、およびイソブチレンを挙げることができ、これらを単独で用いても、複数を組合わせて用いてもよい。中でもイソプレン、ブタジエン、およびイソブチレンの単独重合ブロックや共重合ブロックが好ましく、特にブタジエン、あるいはイソブチレンの単独重合ブロックが好適に用いられる。
なお、かかる共役ジエン化合物の重合体ブロックの場合、重合によって複数の結合形式をとる場合があり、例えば、ブタジエンでは、1,2−結合によるブタジエン単位(−CH−CH(CH=CH)−)と1,4−結合によるブタジエン単位(−CH−CH=CH−CH−)が生成する。これらの生成比率は、共役ジエン化合物の種類により異なるので、一概にはいえないが、ブタジエンの場合、1,2−結合が生成する比率は、通常、20〜80モル%の範囲である。
かかる共役ジエン化合物による重合体ブロックは、残存する二重結合の一部または全部を水素添加することによって、スチレン系熱可塑性エラストマーの耐熱性や耐候性を向上させることが可能である。その際の水素添加率は、50モル%以上であることが好ましく、特に70モル%以上のものが好ましく用いられる。
なお、かかる水素添加により、例えばブタジエンの1,2−結合によるブタジエン単位は、ブチレン単位(−CH−CH(CH−CH)−)となり、1,4−結合によって生成するブタジエン単位は二つの連続したエチレン単位(−CH−CH−CH−CH−)となるが、通常は前者が優先して生成する。
なお、かかるソフトセグメントである重合体ブロックは、本発明の効果を阻害しない範囲で、上述のモノマー以外のモノマーが少量共重合されたものでもよく、かかるモノマーとしては、スチレンなどの芳香族ビニル化合物、ブテン、ペンテン、ヘキセンなどのオレフィン類、メチルビニルエーテルなどのビニルエーテル化合物やアリルエーテル化合物等を挙げることができ、その共重合比率は、通常、重合体ブロック全体の10モル%以下である。
また、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)中の共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンに由来する重合体ブロックの重量平均分子量は、通常、10,000〜300,000であり、特に20,000〜200,000、さらに50,000〜100,000のものが好ましく用いられる。
上述の通り、本発明に用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)は、ハードセグメントが芳香族ビニル化合物の重合体ブロックであり、ソフトセグメントが共役ジエン化合物の重合体ブロック、またはその残存二重結合の一部、あるいは全部が水素添加された重合体ブロック、イソブチレンの重合体ブロックなどからなるものであり、その代表例としては、スチレンとブタジエンを原料とするスチレン/ブタジエンブロック共重合体(SBS)、SBSのブタジエン構造単位における側鎖二重結合が水素添加されたスチレン/ブタジエン/ブチレンブロック共重合体(SBBS)、さらに主鎖二重結合が水素添加されたスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレンとイソプレンを原料とするスチレン/イソプレンブロック共重合体(SIPS)、スチレンとイソブチレンを原料とするスチレン/イソブチレンブロック共重合体(SIBS)などを挙げることができ、中でも熱安定性、耐候性に優れるSEBSやSIBSが好ましく用いられる。
かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)中のハードセグメントである芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとソフトセグメントである重合体ブロックの含有比率としては、重量比で、通常、10/90〜70/30であり、特に、20/80〜50/50の範囲のものが好適である。芳香族ビニル化合物の重合体ブロックの含有比率が多すぎたり、少なすぎたりすると、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の柔軟性とゴム弾性のバランスが崩れる場合があり、その結果、本発明の樹脂組成物から得られた乾燥皮膜などの特性が不充分となる場合がある。
かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)は、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体を得て、さらに必要に応じて共役ジエン化合物の重合体ブロック中の二重結合を水素添加することによって得ることができる。
まず、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと、共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンの重合体ブロックを有するブロック共重合体の製造法としては、公知の方法を用いることができるが、例えば、アルキルリチウム化合物などを開始剤とし、不活性有機溶媒中で芳香族ビニル化合物と共役ジエン化合物、あるいはイソブチレンを逐次重合させる方法などを挙げることができる。
次に、この芳香族ビニル化合物の重合体ブロックと共役ジエン化合物の重合体ブロックを有するブロック共重合体を水素添加する方法としては、公知の方法を用いることができ、例えば、水素化ホウ素化合物などの還元剤を用いる方法や、白金、パラジウム、ラネーニッケルなどの金属触媒を用いた水素還元などを挙げることができる。
本発明で用いられるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の重量平均分子量は、通常、50,000〜500,000であり、特に120,000〜450,000、さらに150,000〜400,000のものが好ましく用いられる。
また、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度(η)は、通常100〜3000Pa・sであり、特に300〜2000Pa・s、さらに800〜1500Pa・sのものが好ましく用いられる。
かかる重量平均分子量が大きすぎたり、溶融粘度が高すぎると、PVA系樹脂(A)と溶融混練する際の作業性やPVA系樹脂(A)中での分散性が低下する場合があり、逆に重量平均分子量が小さすぎたり、溶融粘度が低すぎると、本発明の樹脂組成物、およびその成形体の特性が不充分となる場合がある。
なお、かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の重量平均分子量は、GPCを用い、ポリスチレンを標準として求めた値である。
また、本発明においては、上述のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)として、一種類のものを用いてもよいが、所望の特性を得る目的で複数のものを適宜混合して用いることも可能である。その場合には、混合物の溶融粘度が上述の範囲内であることが好ましい。
かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の市販品としては、例えばSBSである旭化成社製の「タフプレン」「アサプレンT」「アサフレックス」、SBBSである旭化成社製「タフテックPシリーズ」、SEBSである旭化成社製「タフテックHシリーズ」、SIBSであるカネカ社製「シブスター」などを挙げることができる。
その他の市販品として、シェルジャパン社製の「クレイトンG」「クレイトンD」「カリフレックスTR」、クラレ社製の「セプトン」、「ハイプラー」、JSR社製の「ダイナロン」、「JSR−TR」、「JSR−SIS」、日本ゼオン社製の「クインタック」、電気化学社製の「電化STR」などを挙げることができる。
〔ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)〕
次に、本発明で用いられるポリアミドグラフトブロック共重合体(C)について説明する。
かかるポリアミドグラフトブロック共重合体(C)は、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有し、ポリアミドからなるグラフト鎖を有するものである。
まず、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の主鎖を構成する芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを含有するブロック共重合体について説明する。
かかるブロック共重合体は、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)と同様、スチレンに代表される芳香族ビニル化合物の重合体ブロックをハードセグメントとし、ソフトセグメントとして共役ジエン化合物の重合体ブロックや、かかる重合体ブロックに残存する二重結合の一部、または全部が水素添加されたブロック、あるいはイソブチレンの重合体ブロックなどのオレフィン化合物の重合体ブロックを有するものである。
かかるブロック共重合体のブロック構成、ハードセグメント、ソフトセグメント、およびこれらの含有比率等は、いずれもスチレン系熱可塑性エラストマー(B)の説明において例示したもの、および好ましい範囲から選ばれる。なお、その構造などは、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)と同様のものであっても、異なるものであってもよいが、両者の親和性の観点から、同様のものであることが好ましい。
本発明のポリアミドグラフトブロック共重合体(C)は、上述のブロック共重合体を主鎖とし、これにポリアミドからなるグラフト鎖を有するものである。ブロック共重合体の主鎖にポリアミドからなるグラフト鎖を導入する方法としては、公知のグラフト化反応を用いることができるが、中でも、カルボン酸基、またはその誘導体基を側鎖に有するブロック共重合体を用い、かかるカルボン酸(誘導体)基と、ポリアミドの末端アミノ基との反応を利用する方法が好ましく用いられる。
芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有するブロック共重合体の側鎖に、カルボン酸基、あるいはその誘導体基を導入する方法としては、共重合による方法や後反応による方法を挙げることができ、中でもブロック共重合体にα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体を後反応によって付加させる方法が好ましく用いられる。かかる付加反応は、ラジカル開始剤の存在下、あるいは非存在下、溶液中でのラジカル反応による方法や、押出機中で溶融混練する方法などを挙げることができる。
かかるカルボン酸基またはその誘導体基導入に用いられるα、β−不飽和カルボン酸またはその誘導体としては、アクリル酸、メタクリル酸等のα,β−不飽和モノカルボン酸;マレイン酸、コハク酸、イタコン酸、フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸;グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシメチルメタクリレート等のα,β−不飽和モノカルボン酸エステル;無水マレイン酸、無水コハク酸、無水イタコン酸、無水フタル酸等のα,β−不飽和ジカルボン酸無水物などを挙げることができる。
かかる方法などによってブロック共重合体中に導入されたカルボン酸基あるいはその誘導体基の含有量は、滴定法で測定した酸価が、通常、0.5〜20mgCHONa/gであり、特に1〜10mgCHONa/g、さらに2〜5mgCHONa/gのものが好ましく用いられる。かかるカルボン酸基(誘導体基)の含有量が多すぎると、ポリアミドと反応に関与せずに残存するカルボン酸基(誘導体基)の量が多くなり、溶融混練時や成形時に樹脂粘度が増加する傾向がある。また少なすぎるとポリアミドをグラフト化によって充分導入することが困難になる。
かかるカルボン酸基あるいはその誘導体基を有するブロック共重合体の市販品としては、例えばSBSのカルボキシル基変性品である旭化成社製の「タフテックMシリーズ」や、JSR社製「f−ダイナロン」、シェルジャパン社製「クレイトンFG」などを挙げることができる。
次に、本発明のポリアミドグラフトブロック共重合体(C)において、グラフト鎖を形成するポリアミドについて説明する。
かかるポリアミドは、構造単位がアミド結合によって連結されているものであって、ジアミンとジカルボン酸の重縮合、ω−アミノ酸の自己縮合、ラクタムの開環重合、あるいはジアミンとジカルボン酸とラクタムの重縮合/開環重合によって得られ、少なくとも一方の末端はアミノ基を有している。
かかるジアミンとしては、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2,2,4−又は2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、オクタメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン、フェニレンジアミン類、キシリレンジアミン類などの芳香族ジアミンを挙げることができる。
ジカルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサン−1,4又は1,3−ジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸、セバシン酸、オクタデカン二酸、スベリン酸、グルタル酸、ピメリン酸、アジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸を挙げることができる。
これらのジアミン、およびジカルボン酸は1種を用いたものでもよいし、2種以上を組合わせて用いたものでもよい。
さらにラクタムとしては、ブチルラクタム、ピバロラクタム、カプロラクタム、カプリルラクタム、エナントラクタム、ウンデカノラクタム、ドデカノラクタムなどを挙げることができ、これらのラクタムを1種、あるいは2種以上組合わせて用いたものであってもよい。
代表的なポリアミドとしては、ポリカプロラクタム(ナイロン6)、ポリヘプトラクタム(ナイロン7)、ポリカプリルラクタム(ナイロン8)、ポリノナノラクタム(ナイロン9)、ポリウンデカノラクタム(ナイロン11)、ポリラウリルラクタム(ナイロン12)、などのラクタム類の開環重合体;カプロラクタム/ラウリルラクタム共重合体(ナイロン6/12)、カプロラクタム/ノナノラクタム共重合体(ナイロン6/9)、などのラクタム類の開環共重合体;ポリエチレンジアミンアジパミド(ナイロン26)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリオクタメチレンアジパミド(ナイロン86)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン106)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン108)、エチレンジアミンアジパミド/ヘキサメチレンアジパミド共重合体(ナイロン26/66)、などのジアミンとジカルボン酸の重縮合物;、、カプロラクタム/ヘキサメチレンアジパミド共重合体(ナイロン6/66)、ラウリルラクタム/ヘキサメチレンアジパミド共重合体(ナイロン12/66)、カプロラクタム/ヘキサメチレンアジパミド/ヘキサメチレンジアンモニウムセバケート共重合体(ナイロン66/610)、エチレンアンモニウムアジペート/ヘキサメチレンアジバミド/ヘキサメチレンジアンモニウムセバケート共重合体(ナイロン6/66/610)、などのラクタム類/ジアミン/ジカルボン酸の共重合体などを挙げることができ、これらの混合物を用いることもできる。
本発明で用いられるポリアミドの重量平均分子量は、通常、8000〜35000であり、特に23000〜32000、殊に25000〜30000のものが好ましく用いられる。かかる重量平均分子量が大きすぎると、熱溶融成形時の流動性が低下する傾向があり、逆に小さすぎると本発明の効果が充分得られなくなる傾向がある。
本発明で用いられるポリアミドグラフトブロック共重合体(C)中のポリアミド量は、通常、20〜80重量%であり、特に30〜70重量%、さらに35〜50重量%であるものが好ましく用いられる。かかるポリアミドの含有量が多すぎても、少なすぎても、溶融成形による製膜状態が不良となり、耐ピンホール性が低下する傾向がある。
かかるポリアミドを、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖とし、側鎖にカルボン酸基、あるいはその誘導体基を有するブロック共重合体にグラフトさせる反応は、カルボン酸(誘導体)基と、ポリアミド末端のアミノ基との反応であり、溶液中や、無溶剤下での固相反応などによって行うことが可能である。中でも、反応後の溶剤の除去が不要であることからブロック共重合体とポリアミドをいずれも溶融状態とし、これを混練しながら反応させる方法が好ましく用いられる。
かかる溶融混練に用いられる装置としては、混練機、押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどが挙げられ、特に連続処理が可能で、混合効率に優れ、次工程での取扱い性に優れるペレット状物を容易に得ることができる点などから、押出機が好適である。
かかる溶融混練においては、用いる材料の一方を溶融状態とし、これに残る一方を添加して混練する方法や、両者をドライブレンドした後、装置に投入して溶融混練する方法などが挙げられ、用いる装置に応じて適宜選択すれば良く、中でも、押出機を用いる場合には、予めドライブレンドする方法が好ましく用いられる。
かかる押出機を用いて溶融混練し、本発明のポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を得る条件としては、用いる材料の融点などに応じて適宜調節する必要があるが、通常、190〜250℃で行われ、特に200〜230℃、さらに210〜220℃の範囲が好ましく用いられる。
また、かかる押出機での滞留時間は、押出機の容量、温度などに応じて変える必要があるが、通常、2〜10分、特に3〜5分の範囲内で実施される。
かかる方法で得られたポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度(η)は、通常500〜5000Pa・sであり、特に1000〜4000Pa・s、さらに2000〜3000Pa・sのものが好ましく用いられる。かかる溶融粘度が大きすぎると溶融成形時に剪断発熱が大きくなり、熱分解しやすくなる傾向があり、逆に小さすぎると溶融混練において分散の均一性が低下し、その結果本発明の効果が低下する傾向がある。
〔樹脂組成物〕
本発明の樹脂組成物は、上述の一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位を有するPVA系重合体(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)を含有する樹脂組成物に、芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有し、ポリアミドからなるグラフト鎖を有するポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を配合してなる樹脂組成物である。
本発明の樹脂組成物におけるPVA系重合体(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の合計量の含有比率(A)/[(B)+(C)](重量比)は、95/5〜50/50であり、特に90/10〜55/45、さらに85/15〜60/40の範囲が好ましく用いられる。かかる含有比率が大きすぎると成形品としたときの充分な耐屈曲疲労性が得られなくなる場合があり、逆に小さすぎるとガスバリア性が不充分となる傾向がある。
また、本発明の樹脂組成物におけるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の含有比率(B)/(C)(重量比)は、80/0〜2/98であり、特に75/25〜10/90、さらに65/35〜40/60の範囲が好ましく用いられる。かかる含有比率が大きすぎたり小さすぎたりすると耐屈曲疲労性が不充分となる傾向がある。
また、本発明の樹脂組成物におけるPVA系重合体(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは、通常、0.5〜3であり、特に0.6〜2、さらに0.8〜1.2の範囲が好ましく用いられる。かかる溶融粘度比が大きすぎても小さすぎても、後述するが、これらの材料を溶融混練して本発明の樹脂組成物を製造する際に、均一に混合できない場合がある。
本発明の樹脂組成物には、本発明の効果を阻害しない範囲で他の重合体を含有していてもよい。含有しうる重合体としては、例えば、上述のPVA系重合体以外の一般PVA、各種変性PVA系樹脂、エチレン−ビニルアルコール共重合体などのビニルアルコール系樹脂、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレンなどの各種熱可塑性樹脂を挙げることができる。
なお、かかるスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cは、東洋精機社製「キャピログラフ1B」を用いて得られた、220℃、せん断速度122sec-1での値である。
また、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて、補強剤、充填剤、可塑剤、顔料、染料、滑剤、酸化防止剤、帯電防止剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、光安定剤、界面活性剤、抗菌剤、帯電防止剤、乾燥剤、アンチブロッキング剤、難燃剤、架橋剤、硬化剤、発泡剤、結晶核剤、他の熱可塑性樹脂などが含有されてもよい。
本発明の樹脂組成物は、通常の高分子物質の混合に用いられる方法、装置によって調製することができ、特に溶融混練による方法が好ましく用いられる。かかる溶融混練装置としては、混練機、押出機、ミキシングロール、バンバリーミキサー、ニーダーなどが挙げられ、特に連続的に処理することが可能で、混合効率に優れる押出機を用いる方法が好適である。
かかる押出機を用いて溶融混練し、本発明の樹脂組成物を得る条件としては、用いる材料の融点などに応じて適宜調節する必要があるが、通常、190〜250℃で行われ、特に200〜230℃、さらに210〜220℃の範囲が好ましく用いられる。
また、かかる押出機での滞留時間は、押出機の容量、温度などに応じて変える必要があるが、通常、2〜10分、特に3〜5分の範囲内で実施される。
かかる混合によって得られた本発明の樹脂組成物は、成形材料として使用するために、通常はペレットや粉末などの形状とされる。中でも成形機への投入や、取扱い、微粉発生の問題が小さい点から、ペレット形状とすることが好ましい。
なお、かかるペレット形状への成形は公知の方法を用いることができるが、上述の押出機からストランド状に押出し、冷却後所定の長さに切断し、円柱状のペレットとする方法が効率的である。
〔成形品〕
本発明の樹脂組成物は、成形性、特に溶融成形性に優れていることから、成形材料として有用である。溶融成形方法としては、押出成形、インフレーション成形、射出成形、ブロー成形、真空成形、圧空成形、圧縮成形、カレンダー成形、など公知の成形法を用いることができる。
また、本発明の樹脂組成物から得られる成形品としては、フィルム、シート、パイプ、円板、リング、袋状物、ボトル状物、繊維状物など、多種多用の形状のものを挙げることができる。
さらに、本発明の樹脂組成物からなる層と他の材料による層との積層構造体とすることも可能である。
特に、本発明の樹脂組成物はPVA系樹脂を主体とするものであり、低湿度条件下では優れたガスバリア性が得られるものの、吸湿によってその特性は大きく変化する場合があるため、水蒸気バリア性が高い素材を表面に配した積層構造体としての使用が望ましい。
かかる水蒸気バリア性が高い素材としては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどの塩化ビニル系樹脂、ナイロンなどのポリアミド系樹脂に代表される熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、金属、各種金属の蒸着フィルムなどを挙げることができ、その用途、所望される特性に応じて選択すればよい。
かかる積層構造体においては、本発明の樹脂組成物からなる層と他の素材からなる層との間に、接着剤層を介在させてもよく、かかる接着剤層に用いられる接着剤としては、例えば、無水マレイン酸変性ポリエチレン、無水マレイン酸変性ポリプロピレン、無水マレイン酸変性エチレン−酢酸ビニル共重合体などのカルボキシル基を含有する変性オレフィン系重合体等を挙げることができる。
なお、かかる積層構造体を形成する方法としては、熱可塑性樹脂と積層する場合には、共押出、共射出などが可能であり、その他の方法としては押出しコーティング、あるいは各層を予め形成しておき、それらを積層する方法など、所望の形状や厚さなどに応じて、各種方法を採用することができる。
本発明の樹脂組成物からなる成形品は、各種期待に対する優れたバリア性を有し、さらに優れた柔軟性、耐屈曲疲労性を有しているので、これらの特性を要求される物品に使用することができる。かかる用途例としては、飲食品用包装材、容器、バッグインボックス用内袋、容器用パッキング、医療用輸液バッグ、有機液体用容器、有機液体輸送用パイプ、各種ガスの容器、チューブ、ホースなどが挙げられる。
また、各種電気部品、自動車部品、工業用部品、レジャー用品、スポーツ用品、日用品、玩具、医療器具などに用いることも可能である。
以下に、本発明を実施例を挙げて説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、実施例の記載に限定されるものではない。
尚、例中、「部」、「%」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。
製造例1
〔PVA系樹脂(A1)の製造〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して10.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A1)を作製した。
得られたPVA系樹脂(A1)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、98.9モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。また、MFR(210℃、荷重2160g)は5.5g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は1278Pa・sであった。
製造例2
〔PVA系樹脂(A2)の製造〕
還流冷却器、滴下漏斗、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル30.1部(総仕込量の40%)、メタノール15.8部、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン3.6部(総仕込量の40%)を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.067モル%(対総仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。
さらに、酢酸ビニル45.1部(総仕込量の60%)と、3,4−ジアセトキシ−1−ブテン5.4部(総仕込量の60%)を15時間かけて等速滴下しながら、重合を継続した。
酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し共重合体のメタノール溶液とした。
ついで、上記メタノール溶液をさらにメタノールで希釈し、濃度55%に調整してニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位および3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して3.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。ケン化が進行するとともにケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別し、メタノールでよく洗浄して熱風乾燥機中で乾燥し、目的とするPVA系樹脂(A2)を作製した。
得られたPVA系樹脂(A2)のケン化度は、残存酢酸ビニルおよび3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、88.0モル%であった。また、平均重合度は、JIS K 6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位の含有量は、H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質;テトラメチルシラン、50℃)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。また、MFR(210℃、荷重2160g)は6.0g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec−1)は1205Pa・sであった。
製造例3
〔ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の製造〕
カルボン酸基を有するスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体として「タフテックM1911」(旭化成社製、スチレン/エチレン・ブチレン=30/70(重量比)、酸価2mgCHONa/g、溶融粘度1223Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))10重量部とナイロン(6/66)(三菱化学社製、ノバミッド2420J、重量平均分子量28000)7重量部をドライブレンドし、これを二軸押出機にて下記条件で溶融混練し、ストランド状に押出してペレタイザーでカットし、円柱形ペレット状のポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)を得た。
かかるポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)のポリアミド含有量は41重量%であり、220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は2132Pa・sであった。
二軸押出機
直径(D)15mm、
L/D=60
スクリュ回転数 :200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
製造例4
〔ポリアミドグラフトブロック共重合体(C2)の製造〕
製造例2において、ナイロン(6/66)の配合量を5重量部とした以外は製造例2と同様にしてポリアミドグラフトブロック共重合体(C2)を得た。
かかるポリアミドグラフトブロック共重合体(C2)のポリアミド含有量は33重量%であり、220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は2138Pa・sであった。
製造例5
〔ポリアミドグラフトブロック共重合体(C3)の製造〕
製造例3において、ナイロン(6/66)の配合量を10量部とした以外は製造例3と同様にしてポリアミドグラフトブロック共重合体(C3)を得た。
かかるポリアミドグラフトブロック共重合体(C3)のポリアミド含有量は50重量%であり、220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は2554Pa・sであった。
製造例6
〔ポリアミドグラフトブロック共重合体(C4)の製造〕
製造例3において、カルボン酸基を有するスチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体として「タフテックM1913」(旭化成社製、スチレン/エチレン・ブチレン=30/70(重量比)、酸価10mgCHONa/g、溶融粘度1200Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))を用い、ナイロン(6/66)の配合量を35量部とした以外は製造例3と同様にしてポリアミドグラフトブロック共重合体(C4)を得た。
かかるポリアミドグラフトブロック共重合体(C4)のポリアミド含有量は78重量%であり、220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は4520Pa・sであった。
実施例1
〔樹脂組成物の作製〕
製造例1で得られたPVA系樹脂(A1)80重量部と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)として「タフテックH1041」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、スチレン/エチレン・ブチレン=30/70(重量比)、溶融粘度1372Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))10重量部、および製造例2で得られたポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)10重量部をドライブレンドした後、これを二軸押出機にて下記条件で溶融混練し、ストランド状に押出してペレタイザーでカットし、円柱形ペレットの樹脂組成物を得た。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1457Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.88であった。
二軸押出機
直径(D)15mm、
L/D=60
スクリュ回転数 :200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=90/205/210/210/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
〔成形品の作製〕
得られたペレットを、押出機にて下記条件で製膜し、厚さ約30μmの単層フィルムを作製し、下記の評価を行った。
直径(D)15mm、
L/D=60
スクリュ回転数 :200rpm
設定温度:C1/C2/C3/C4/C5/C6/D=90/205/210/210
/210/215/220/220/220℃
吐出量:1.5kg/hr
ダイ:幅300mm、コートハンガータイプ
引取速度:2.6m/min
ロール温度:50℃
エアーギャップ:1cm
(耐屈曲疲労性)
ゲルボフレックステスター(理学工業社製)を用い、23℃、50%RHの条件下で捻じり試験を行った。
25インチ水平に進んだ後に、3.5インチで440°の捻じりを100回(40サイクル/分)加えた後、該単層フィルムの中央部28cm×17cmあたりのピンホール発生数を数えた。結果を表1に示す。
実施例2
実施例1において、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)として製造例3で得られたポリアミドグラフトブロック共重合体(C2)を用いた以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C2)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1299Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.98であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例3
実施例1において、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)として製造例4で得られたポリアミドグラフトブロック共重合体(C3)を用いた以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C3)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1452Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.88であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例4
実施例1において、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)として製造例5で得られたポリアミドグラフトブロック共重合体(C4)を用いた以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C4)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は4520Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.28であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表1に示す。
比較例1
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の配合量を20重量部とし、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)を配合しなかった以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表1に示す。
〔表1〕
Figure 0005881329
かかる結果から明らかなように、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)のみを用いた比較例1に対して、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を併用した実施例1〜4の樹脂組成物からは、いずれも優れた耐屈曲疲労性を有する成形物が得られた。
実施例5
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の配合量を16重量部とし、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を4重量部とした以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1193Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは1.1であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表2に示す。
実施例6
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の配合量を14重量部とし、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を6重量部とした以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1280Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは1.0であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表2に示す。
実施例7
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の配合量を12重量部とし、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を8重量部とした以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1369Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.93であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表2に示す。
実施例8
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)の配合量を6重量部とし、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を14重量部とした以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製した。
この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1635Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.78であった。
得られた樹脂組成物ペレットを用い、実施例1と同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表2に示す。
〔表2〕
Figure 0005881329
これらは、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の配合比を変えて行ったものであり、いずれの実施例の樹脂組成物からも優れた耐屈曲疲労性を有する成形物が得られた。
実施例9
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)として「タフテックH1041」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度1372Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))7重量部、「タフテックH1141」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度157Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))3重量部、の混合物を用いた以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表3に示す。
なお、この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1263Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは1.0であった。
実施例10
実施例9において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)中の「タフテックH1041」の配合量を7.3重量部、「タフテックH1141」の配合量を2.7重量部とした以外は実施例9と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表3に示す。
なお、この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は1387Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは0.92であった。
実施例11
実施例1において、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)として「タフテックH1141」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度157Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))を用いた以外は実施例1と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表3に示す。
なお、この時のスチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の混合物の220℃、せん断速度122sec−1での溶融粘度は627Pa・sであり、PVA系樹脂(A)の溶融粘度ηと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比η/ηB+Cは2.0であった。
〔表3〕
Figure 0005881329
これらは、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)を変えることによってPVA系樹脂(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)およびポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度比を調製したもので、いずれの実施例の樹脂組成物からも優れた耐屈曲疲労性を有する成形物が得られた。
実施例12
実施例9において、PVA系樹脂(A1)の配合量を70重量部とし、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)として「タフテックH1041」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度1372Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))10.5重量部、「タフテックH1141」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度157Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))4.5重量部、の混合物を用い、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を15重量部とした以外は実施例9と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、耐屈曲疲労性とともに、下記に示す酸素透過度を評価した。結果を表4に示す。
(酸素透過度)
酸素透過度試験機(MOCON社製「Oxtran2/20」)を用い、23℃、65%RH条件下の酸素透過度を測定した。
実施例13
実施例9において、PVA系樹脂(A1)の配合量を60重量部とし、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)として「タフテックH1041」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度1372Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))14重量部、「タフテックH1141」(旭化成社製、スチレン/エチレン/ブチレンブロック共重合体(SEBS)、溶融粘度157Pa・s(220℃ せん断速度122sec−1))6重量部、の混合物を用い、ポリアミドグラフトブロック共重合体(C1)の配合量を20重量部とした以外は実施例9と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、同様に評価した。結果を表4に示す。
〔表4〕
Figure 0005881329
これらは、PVA系樹脂(A)とスチレン系熱可塑性エラストマー(B)およびポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の配合比を変えて行った例であり、PVA系樹脂(A)の配合割合を小さくすると耐屈曲疲労性は向上するが、酸素バリア性が低下することが明らかである。
実施例14
実施例9において、PVA系樹脂として製造例2で得られたPVA系樹脂(2)を用いた以外は実施例9と同様に本発明の樹脂組成物のペレットを作製し、同様に単層フィルムを得て、耐屈曲疲労性と酸素透過度を評価した。結果を表5に示す。
〔表5〕
Figure 0005881329
これらは、PVA系樹脂のケン化度の影響を検討した例であり、ケン化度が低いPVA系樹脂(A)を用いたもののほうが、耐屈曲疲労性は優れているが、ガスバリア性は劣るものであった。
本発明の樹脂組成物を溶融成形して得られた成形品は、優れたガスバリア性と耐屈曲疲労性を併せ持っていることから、食品や医薬品など、酸化による劣化を避けたい物品を包装するためのフィルム、シート、容器、高度なガスバリア性と柔軟性が求められる水素ガス用の容器、チューブ、ホースなどに好適に用いることができる。

Claims (4)

  1. 下記一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位を有するポリビニルアルコール系重合体(A)、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)、および芳香族ビニル化合物の重合体ブロックとオレフィン化合物の重合体ブロックを主鎖中に含有し、ポリアミドからなるグラフト鎖を有するポリアミドグラフトブロック共重合体(C)を含有し、ポリビニルアルコール系共重合体(A)と、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の合計量の含有比率(A)/[(B)+(C)]が95/5〜50/50(重量比)であり、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の含有比率(B)/(C)が、80/20〜2/98(重量比)であることを特徴とする樹脂組成物。
    Figure 0005881329
    〔式中、R1、R2及びR3はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示し、Xは単結合または結合鎖を示し、R4、R5及びR6はそれぞれ独立して水素原子または有機基を示す。〕
  2. ポリアミドグラフトブロック共重合体(C)中のポリアミド成分の含有量が20〜80重量%である請求項1記載の樹脂組成物。
  3. ポリビニルアルコール系共重合体(A)の溶融粘度ηAと、スチレン系熱可塑性エラストマー(B)とポリアミドグラフトブロック共重合体(C)の混合物の溶融粘度ηB+Cの比ηA/ηB+Cが0.5〜3である請求項1又は2記載の樹脂組成物。
  4. 請求項1〜いずれか記載の樹脂組成物を溶融成形してなる成形品。
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