JP5944073B2 - マスターバッチおよびその用途 - Google Patents
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Description
そこで、樹脂ペレットおよび発泡成分を、あらかじめ、樹脂ペレットの軟化温度以上で且つ発泡成分の発泡温度以下の温度で混練し、熱膨張性微小球を含有しペレット化したマスターバッチを作製する方法が行われている。
また、特許文献2には、融点が100℃以上の熱可塑性樹脂を基材成分として熱膨張性微小球を含有したマスターバッチが提案されている。加工時の温度を熱膨張性マイクロカプセルの膨張開始温度近辺まで高くしなければならず、熱膨張性マイクロカプセルが膨張してしまうことがあり問題であった。また、膨張させないように、熱可塑性樹脂の融点ぎりぎりの温度で加工すると溶融粘度が非常に高い状態になり、取扱いが困難になることがあった。
すなわち、本発明にかかるマスターバッチは、熱可塑性樹脂からなる外殻とそれに内包され且つ加熱することによって気化する発泡剤とから構成される熱膨張性微小球と、有機基材成分とを含むマスターバッチであって、前記有機基材成分の融点が前記熱膨張性微小球の膨張開始温度以下であり、かつ、前記有機基材成分のメルトフローレート(MFR、単位:g/10min)が125≦MFR≦2200を満足し、前記有機基材成分がエチレン系重合体であり、エチレン系重合体の原料に用いる単量体全体に占めるエチレンの重量割合が60重量%以上であり、前記熱可塑性樹脂がカルボキシル基含有単量体を含む重合性成分を重合してなり、前記熱膨張性微小球の重量割合が前記熱膨張性微小球および有機基材成分の合計量の30〜80重量%である。
(A)前記熱膨張性微小球の平均粒子径が1〜15μmである。
(B)前記有機基材成分の融点が45〜180℃である。
(C)前記有機基材成分の引張破壊応力が30MPa以下である。
(D)前記重合性成分がニトリル系単量体をさらに含む。
(E)前記カルボキシル基含有単量体および前記ニトリル系単量体の合計の重量割合が、単量体成分に対して50重量%以上である。
(F)前記熱膨張性微小球の膨張開始温度が60℃以上である。
本発明の成形用組成物は、上記マスターバッチおよびマトリックス成分を含む組成物である。ここで、前記マトリックス成分が熱可塑性エラストマーであると好ましい。
本発明の膨張成形体は、上記成形用組成物を成形してなる。
本発明の車両用又は建築用シール材は、上記成形用組成物を成形してなる。
本発明の成形用組成物は、上記マスターバッチを含むためにより軽量な膨張成形体を成形できる。
本発明の膨張成形体は、より軽量である。
熱膨張性微小球は、熱可塑性樹脂からなる外殻と、それに内包され且つ加熱することによって気化する発泡剤とから構成される熱膨張性微小球である。
熱膨張性微小球の平均粒子径については特に限定されないが、好ましくは1〜60μm、より好ましくは2〜40μm、さらに好ましくは3〜30μm、特に好ましくは5〜20μm、最も好ましくは6〜15μmである。平均粒子径が1μmより小さい場合、膨張性能が低くなることがある。平均粒子径が60μmより大きい場合、膨張成形体中における気泡径が大きくなり強度が低下する可能性がある。
熱膨張性微小球の膨張開始温度(Ts)については、特に限定はないが、好ましくは60〜250℃、より好ましくは70〜230℃、さらに好ましくは80〜200℃、特に好ましくは90〜180℃、最も好ましくは100〜170℃である。膨張開始温度が60℃未満であると、熱膨張性微小球の経時安定性の問題が発生し、樹脂成形へ使用した際、膨張倍率にバラつきが発生することがある。膨張開始温度が250℃超であると、耐熱性が高すぎて、十分な膨張性能が得られないことがある。
熱膨張性微小球を構成する発泡剤は、加熱することによって気化する物質であれば特に限定はない。発泡剤としては、たとえば、プロパン、(イソ)ブタン、(イソ)ペンタン、(イソ)ヘキサン、(イソ)ヘプタン、(イソ)オクタン、(イソ)ノナン、(イソ)デカン、(イソ)ウンデカン、(イソ)ドデカン、(イソ)トリデカン等の炭素数3〜13の炭化水素;(イソ)ヘキサデカン、(イソ)エイコサン等の炭素数13超で20以下の炭化水素;プソイドクメン、石油エーテル、初留点150〜260℃および/または蒸留範囲70〜360℃であるノルマルパラフィンやイソパラフィン等の石油分留物等の炭化水素;それらのハロゲン化物;ハイドロフルオロエーテル等の含弗素化合物;テトラアルキルシラン;加熱により熱分解してガスを生成する化合物等を挙げることができる。これらの発泡剤は、1種または2種以上を併用してもよい。上記発泡剤は、直鎖状、分岐状、脂環状のいずれでもよく、脂肪族であるものが好ましい。
また、発泡剤として熱可塑性樹脂の軟化点超の沸点を有する物質を内包する場合、熱可塑性樹脂の軟化点超の沸点を有する物質が発泡剤に占める割合については、特に限定はないが、好ましくは95重量%以下、より好ましくは80重量%以下、さらに好ましくは70重量%以下、特に好ましくは65重量%以下、特により好ましくは50重量%以下、最も好ましくは30重量%未満である。熱可塑性樹脂の軟化点超の沸点を有する物質の割合が、95重量%を超えると最大膨張温度は高くなり膨張倍率が低下することがあるが、95重量%を超えていてもよい。
熱可塑性樹脂は、単量体成分を含む重合性成分を重合して得られる共重合体から構成されると好ましい。
単量体成分は、一般には、ラジカル重合性単量体と呼ばれ、重合性二重結合を1個有して付加重合可能な成分を含む。
重合性成分は、ニトリル系単量体、カルボキシル基含有単量体、(メタ)アクリル酸エステル系単量体、スチレン系単量体、ビニルエステル系単量体、アクリルアミド系単量体およびハロゲン化ビニリデン系単量体から選ばれる少なくとも1種の単量体成分を含むと好ましい。
ニトリル系単量体がアクリロニトリル(AN)およびメタクリロニトリル(MAN)を含有する場合、アクリロニトリルおよびメタクリロニトリルの重量比率(AN/MAN)については特に限定はないが、好ましくは10/90〜90/10、より好ましくは20/80〜80/20、さらに好ましくは30/70〜80/20である。ANおよびMAN重量比率が10/90未満であると、ガスバリア性が低下することがある。一方、ANおよびMAN重量比率が90/10を超えると、十分な膨張倍率が得られないことがある。
重合性成分が、単量体成分としてのカルボキシル基含有単量体を必須成分として含むと、得られる熱膨張性微小球が耐熱性や耐溶剤性に優れるために好ましい。カルボキシル基含有単量体としては、アクリル酸や、メタクリル酸が入手し易く、耐熱性が向上するために好ましい。
単量体成分がニトリル系単量体およびカルボキシル基含有単量体を必須成分として含む場合、カルボキシル基含有単量体およびニトリル系単量体の合計の重量割合は単量体成分に対して、好ましくは50重量%以上であり、より好ましくは60重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上であり、特に好ましくは80重量%以上であり、最も好ましくは90重量%以上である。
重合性成分が、単量体成分としての塩化ビニリデン系単量体を含むとガスバリア性が向上する。また、重合性成分が単量体成分としての(メタ)アクリル酸エステル系単量体および/またはスチレン系単量体を含むと熱膨張特性をコントロールし易くなる。重合性成分が単量体成分としての(メタ)アクリルアミド系単量体を含むと耐熱性が向上する。
重合性成分がカルボキシル基含有単量体を含む場合、熱膨張性微小球はカルボキシ基と反応性を有する化合物で表面処理されていてもよい。カルボキシル基と反応性を有する化合物としては特に限定はないが、たとえば、金属を有する有機化合物、エポキシ樹脂、シランカップリング剤等を挙げることができる。
架橋剤としては、特に限定はないが、たとえば、ジビニルベンゼン等の芳香族ジビニル化合物;メタクリル酸アリル、トリアクリルホルマール、トリアリルイソシアネート、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,4−ブタンジオールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、1,9−ノナンジオールジ(メタ)アクリレート、1,10−デカンジオールジ(メタ)アクリレート、PEG#200ジ(メタ)アクリレート、PEG#400ジ(メタ)アクリレート、PEG#600ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#400ジ(メタ)アクリレート、ポリプロピレングリコール#700ジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、EO変性トリメチロールプロパントリメタクリレート、グリセリンジメタクリレート、ジメチロール−トリシクロデカンジアクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート、2−ブチル−2−エチル−1,3−プロパンジオールジアクリレート、トリス(2−アクリロイルオキシエチル)イソシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレート、ポリテトラメチレングリコールジメタクリレート、EO変性ビスフェノールAジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ノナンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、3−メチル−1,5ペンタンジオールジアクリレート、等のジ(メタ)アクリレート化合物を挙げることができる。これらの架橋剤は、1種または2種以上を併用してもよい。
熱膨張性微小球は、一般には、上記で説明した重合性成分および発泡剤を含有する油性混合物を分散させた水性分散媒中で、重合性成分を重合させる工程を含む製造方法によって得ることができる。重合性成分を重合開始剤の存在下で重合させることが好ましい。
有機基材成分は有機物であって、本発明のマスターバッチにおいて、熱膨張性微小球とともに混練される相手方となる基材の成分である。有機基材成分は、マスターバッチを製造する際の取扱性を良好にする成分であり、マスターバッチから得られる成形用組成物中の熱膨張性微小球の分散性を高める。また、有機基材成分は、この成形用組成物を成形して得られる膨張成形体内部において熱膨張した微小球の分散性を向上させ、より軽量な膨張成形体とする効果を発揮する成分でもある。
有機基材成分のメルトフローレート(MFR、単位:g/10min)は、通常50<MFR≦2200を満足し、さらに以下の順で満足することが好ましい。60≦MFR≦2000、75≦MFR≦1800、100≦MFR≦1600、125≦MFR≦1400、150≦MFR≦1200、400≦MFR≦1100、500≦MFR≦1100、650≦MFR≦1050。なお、本発明においてメルトフローレートとは、JIS K7210に準拠し、測定温度190℃、荷重2.16kgの条件下でキャピラリーレオメーターにより測定した値である。
有機基材成分の融点については、熱膨張性微小球の膨張開始温度以下であれば特に限定はないが、好ましくは45℃〜180℃、より好ましくは50〜160℃、さらに好ましくは55℃〜140℃、特に好ましくは60℃〜120℃、最も好ましくは65℃以上100℃未満である。有機基材成分の融点が45℃未満の場合、マスターバッチが取扱いにくく、たとえば、成形組成物等を製造するために、マスターバッチを成形機に仕込む際、成形機の原料供給口付近において、マスターバッチ同士が融着することで、マスターバッチの供給が不安定になることがある。一方、有機基材成分の融点が180℃を超える場合、マスターバッチを含む成形用組成物を用いて膨張成形体を製造する際、混練温度が180℃以上となり、熱膨張性微小球に過剰な熱履歴を与えられることで、膨張倍率が低下し、軽量ではなくなることがある。
エチレンと重合可能な単量体としては、特に限定はないが、アクリル酸、メタクリル酸、エタクリル酸、クロトン酸、ケイ皮酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、シトラコン酸、クロロマレイン酸等のカルボキシル基含有単量体;塩化ビニル等のハロゲン化ビニル系単量体;塩化ビニリデン等のハロゲン化ビニリデン系単量体;酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル等のビニルエステル系単量体;メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、n−ブチル(メタ)アクリレート、t−ブチル(メタ)アクリレート、2−エチルヘキシル(メタ)アクリレート、ステアリル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、イソボルニル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等の(メタ)アクリル酸エステル系単量体;無水マレイン酸等を挙げることができる。これらの単量体は、1種または2種以上を併用してもよい。
エチレン系重合体の原料に用いる単量体全体に占めるエチレンの重量割合(以下では、エチレン含有率ということもある)については、特に限定はないが、好ましくは50〜100重量%、より好ましくは60〜100重量%、さらに好ましくは60〜98重量%、特に好ましくは70〜90重量%である。エチレン含有率が50重量%未満の場合は、得られる膨張成形体の耐熱安定性が不足することがある。
有機基材成分の引張破壊応力については、特に限定はなく、好ましくは30MPa以下、より好ましくは20MPa以下、さらに好ましくは10MPa以下、特に好ましくは5MPa以下、最も好ましくは3MPa以下である。有機基材成分の引張破壊応力の下限は、好ましくは0.1MPaである。有機基材成分の引張破壊応力が0.1MPa未満の場合は、マスターバッチを用いて製造される膨張成形体の強度不足が生じることがある。一方、有機基材成分の引張破壊応力が30MPaを超える場合は、マスターバッチを用いて製造される膨張成形体において、膨張倍率が不安定で軽量とはならず、その比重にばらつきが生じ、外観不良が生じることがある。なお、本発明において引張破壊応力は、JIS K6924に準拠して測定した応力である。
本発明のマスターバッチは、上記で説明した熱膨張性微小球および有機基材成分を含む。
マスターバッチに含まれる熱膨張性微小球の重量割合については、特に限定はないが、熱膨張性微小球および有機基材成分の合計量に対して、好ましくは30〜80重量%、さらに好ましくは35〜75重量%、特に好ましくは40〜70重量%、特により好ましく50〜70重量%、最も好ましくは60〜70重量%である。熱膨張性微小球の重量割合が30重量%未満の場合は、マスターバッチを製造する工程でベタツキが発生し取扱性が良くなく、マスターバッチを安定に製造できないことがある。一方、熱膨張性微小球の重量割合が80重量%を超える場合は、マスターバッチを含む成形用組成物を用いて製造される膨張成形体の膨張倍率が不安定で比重にばらつきが生じ、軽量とはならず、外観不良が生じることがある。
マスターバッチの長さについても、その用途等によって適宜決められるが、好ましくは1〜10mm、さらに好ましくは1.5〜7.5mm、特に好ましくは2〜5mmである。マスターバッチの長さが1〜10mmの範囲外の場合は、熱膨張性微小球の分散不良が原因で、マスターバッチを用いて製造される膨張成形体の膨張倍率が不安定で比重にばらつきが生じ、軽量とはならず、外観不良が生じることがある。
マスターバッチの比重については、特に限定はないが、好ましくは0.60〜1.5、さらに好ましくは0.65〜1.3、特に好ましくは0.7〜1.2である。マスターバッチの比重が0.60〜1.5の範囲外の場合は、マスターバッチ中の熱膨張性微小球の一部が既に膨張している状態または熱膨張性微小球の一部が破壊されているため、マスターバッチを用いて製造される膨張成形体の膨張倍率が低下し、軽量とはならないことがある。
マスターバッチの製造方法としては、熱膨張性微小球および有機基材成分を混合する方法であればよく、これらを均一分散させる方法が好ましい。マスターバッチの製造方法としては、たとえば、下記(1)に示す予備混練工程および下記(2)に示すペレット化工程を含む製造方法を挙げることができる。
(2)次いで、得られた予備混練物を1軸押出機、2軸押出機、多軸押出機等の押出機に投入して所望の太さで溶融混合物を押出し、ホットカットペレタイザーでペレット化するペレット化工程。
本発明のマスターバッチでは、これを製造する際、膨張開始温度未満の温度で行わなければ、熱膨張性微小球が膨張してしまう。通常、熱膨張性微小球が膨張しないように、膨張開始温度よりも5℃以上低い温度でマスターバッチの製造を行うとよい。一方、マスターバッチやそれを含む成形用組成物を用いて以下で詳しく説明する膨張成形体を製造する際、熱膨張性微小球の最大膨張温度前後の温度で成形を行うことが多いので、マスターバッチ製造時の温度と、膨張成形体製造時の成形温度との差は非常に大きい。そのため、成形用組成物や膨張成形体に含まれるマトリックス成分は、マスターバッチに含まれる有機基材成分とは種類が異なることが多い。通常はマスターバッチに含まれる有機基材成分が成形用組成物や膨張成形体に含まれるマトリックス成分より軟化温度が低い。成形で得られる膨張成形体を十分に軽量とするために、成形用組成物が多量のマスターバッチを含む場合は、膨張成形体の耐熱性および強度の低下が発生することがある。成形用組成物や膨張成形体に含まれるマトリックス成分は、マスターバッチに含まれる有機基材成分とは種類が同じであっても差し支えない。
安定剤としては、たとえば、ペンタエリスリチル−テトラキス−[3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、トリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]等のフェノール系安定剤;トリス(モノノニルフェニル)フォスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)フォスファイト等のリン系安定剤、ジラウロイルジプロピオネート等の硫黄系安定剤等が挙げられる。これら安定剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
滑剤としては、たとえば、ラウリン酸、パルミチン酸、オレイン酸、ステアリン酸等の飽和または不飽和脂肪酸のナトリウム、カルシウム、マグネシウム塩が挙げられる。これらの滑剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
充填剤としては、繊維状、粒子状、粉体状、板状、針状等、種々の形状のものを用いることができる。充填剤としては、たとえば、木粉、ケナフのような植物性繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ガラス繊維(金属を被覆したものを含む)、炭素繊維(金属を被覆したものを含む)、チタン酸カリウム、アスベスト、炭化珪素、窒化珪素、セラミック繊維、金属繊維、アラミド繊維、硫酸バリウム、硫酸カルシウム、珪酸カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、三酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、タルク、カオリン、パイロフィライト、ベントナイト、セリサイト、ゼオライト、ウォラストナイト、アルミナ、クレー、フェライト、黒鉛、石膏、ガラスビーズ、ガラスバルーン、石英等が挙げられる。これらの充填剤は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの充填剤の中でも、タルク、炭酸カルシウム、水酸化マグネシウム等が好ましい。
分散性向上剤としては、たとえば、脂肪族炭化水素、パラフィンオイル等のパラフィン系プロセスオイル、アロマオイル等の芳香族プロセスオイル、流動パラフィン、ペトロタム、ギルソナイト、石油アスファルト等が挙げられる。
分散性向上剤の配合量については、特に限定はないが、熱膨張性微小球および有機基材成分の合計量に対して、好ましくは25重量%以下、さらに好ましくは20重量%以下、特に好ましくは15重量%以下である。分散性向上剤の配合量が25重量%を超えると、膨張成形に使用した場合に得られた膨張成形体からのブリードアウトが問題になることがある。
膨張成形体は、マスターバッチおよびマトリックス成分を含む成形用組成物を成形することによって得られる。
マトリックス成分としては、特に限定はないが、たとえば、ポリ塩化ビニル;ポリ塩化ビニリデン;ポリビニルアルコール;エチレン−ビニルアルコール共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−メチル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−エチル(メタ)アクリレート共重合体、エチレン−ブチル(メタ)アクリレート共重合体等のエチレン系共重合体;アイオノマー;低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリイソブチレン、ポリスチレン、ポリテルペン等のポリオレフィン系樹脂;スチレン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等のスチレン系共重合体;ポリアセタール;ポリメチルメタクリレート;酢酸セルロース;ポリカーボネート;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等のポリエステル樹脂;ナイロン6、ナイロン66等のポリアミド樹脂;熱可塑性ポリウレタン;4フッ化エチレン;エチレン系アイオノマー、ウレタン系アイオノマー、スチレン系アイオノマー、フッ素系アイオノマー等のアイオノマー樹脂;ポリアセタール;ポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂;ポリウレタン系エラストマー、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、ポリエステル系エラストマー等の熱可塑性エラストマー;ポリ乳酸(PLA)、酢酸セルロース、PBS、PHA、澱粉樹脂等のバイオプラスチック等や、それらの混合物等が挙げられる。
オレフィン系エラストマーとしては、たとえば、ハードセグメントからなる重合体とソフトセグメントからなる重合体との混合物や、ハードセグメントからなる重合体とソフトセグメントからなる重合体との共重合物等を挙げることができる。
また、オレフィン系エラストマーとしての重合体の混合物や共重合物は、不飽和ヒドロキシ単量体およびその誘導体、不飽和カルボン酸単量体およびその誘導体等でグラフト変性されたものでもよい。
スチレン系エラストマーがブロック共重合体であると、マスターバッチを利用して膨張成形体を作製する際、膨張成形体の膨張倍率が高く、安定化するために好ましい。
スチレン系エラストマーの市販品としては、たとえば、旭化成株式会社製「タフブレン」、「アサブレン」、「タフテック」、アロン化成株式会社製「エラストマーAR」、クラレ株式会社製「セプトン」、「ハイブラー」、JSR株式会社製「JSR TR」、「JSR SIS」、昭和化成工業株式会社製「マキシロン」、神興化成株式会社製「トリブレン」、「スーパトリブレン」、住友化学株式会社製「エスポレックスSBシリーズ」、リケンテクノス株式会社製「レオストマー」、「アクティマー」、「高機能アロイアクティマー」、「アクティマーG」、三菱化学株式会社製「ラバロン」等を挙げることができる。
ポリエステル系エラストマーがブロック共重合体の場合、ポリブチレンテレフタレートからなるハードセグメントと、ポリ(ポリオキシエチレン)テレフタレートであるソフトセグメントとから構成されるブロック共重合体であることが好ましい。ここで、ハードセグメントは、結晶相であり、高機械的強度や耐熱変形性、良加工性に寄与する。一方、ソフトセグメントは、非晶相であり、柔軟性や高衝撃吸収性、低温特性に寄与する。
ポリエステル系エラストマーの市販品としては、たとえば、三菱化学株式会社製「プリマロイ」、東洋紡績株式会社製「ペルプレン」、東レ・デュポン株式会社製「ハイトレル」等を挙げることができる。
成形用組成物に含まれるマトリックス成分の重量割合については、特に限定はないが、成形用組成物に対して、好ましくは40〜99.99重量%、さらに好ましくは50〜99.9重量%、特に好ましくは80〜99.5重量%、最も好ましくは90〜99重量%である。マトリックス成分の重量割合が40重量%未満の場合には、得られる膨張成形体は軽量にはなるが、機械強度が著しく低下するおそれがある。一方、マトリックス成分の重量割合が99.99重量%超の場合には、得られる膨張成形体が軽量になりにくくなるおそれがある。
安定剤の配合量は、マトリックス成分100重量部に対して、0.01〜1.0重量部であることが好ましく、0.05〜0.5重量部であることがより好ましい。安定剤の配合量が0.01重量部未満であると、安定剤の配合効果が得られないことがある。一方、安定剤の配合量が1.0重量部を超えると、得られる膨張成形体としての機能が損なわれることがある。
充填剤の配合量は、マトリックス成分100重量部に対して、0.1〜50重量部であることが好ましく、1〜50重量部であることがより好ましい。充填剤の配合量が0.1重量部未満であると、充填剤の配合効果が発現しないことがある。一方、充填剤の配合量が50重量部を超えると、得られる膨張成形体としての機能が損なわれることがある。
成形用組成物の成形によって膨張成形体が得られる際の膨張倍率(膨張成形体の膨張倍率)については、特に限定はないが、好ましくは1.1倍以上、さらに好ましくは1.2〜5倍、特に好ましくは1.4〜4倍、最も好ましくは1.5〜3倍である。膨張成形体の膨張倍率が1.1倍より小さい場合は軽量とはならないことがある。一方、膨張成形体の膨張倍率が5倍より大きい場合、軽量とはなるものの、強度が大きく損なわれることがある。
膨張成形体がシール材用途に使用される場合の中空粒子の平均気泡径については、好ましくは1〜60μm、さらに好ましくは5〜50μm、特に好ましくは10〜40μm、最も好ましくは15〜38μmである。中空粒子の平均気泡径が1〜60μmの範囲外にあると、シール材用途に使用する場合にシール性能が低下することがある。平均気泡径が1μmより小さい場合、軽量化するために多くの中空粒子が必要になり、軟質材料の物性を損ないシール性能が悪化することがある。一方、平均気泡径が60μmより大きい場合は、膨張成形体の表面に凸凹が発生し、シール性能が悪化することがある。
膨張成形体に含まれる中空粒子の重量割合については、特に限定はないが、膨張成形体に対して、好ましくは0.01〜60重量%、さらに好ましくは0.1〜50重量%、特に好ましくは0.5〜20重量%、最も好ましくは1〜10重量%である。中空粒子の重量割合が0.01重量%未満の場合には、軽量とはならなくなるおそれがある。一方、中空粒子の重量割合が60重量%超の場合には、得られる膨張成形体は軽量にはなるが、機械強度が著しく低下するおそれがある。
本発明のマスターバッチでは、成形機のシリンダー内にて、マトリックス成分が熱可塑性エラストマーのような軟質材料であって弱いせん断力しかかからない場合でも容易に熱膨張性微小球が分散する。その結果、得られる膨張成形体は比重にムラがなく、しかも軽量であり、膨張倍率が全体に均一で安定する。そして、膨張成形体は外観も良好となる。この膨張成形体はシール性に優れる。そのため、膨張成形体は、シール材として好適に使用される。具体的には、車両用シール材であるグラスランチャンネルやボディーシール等のウェザーストリップや、建築用シール材である住宅用の窓枠シール材や扉のパッキン等に好適に使用される。シール材として、本発明のマスターバッチを用いた車両用シール材の一例を図1に挙げる。図1は、本発明のマスターバッチとマトリックス成分を含む成形用組成物を用いて押出成形により成形した、ウェザーストリップ形状の車両用シール材(膨張成形体)の断面図である。
実施例に先立って、各種の熱膨張性微小球の製造例を示す。以下では、熱膨張性微小球を簡単のために「微小球」ということがある。
なお、実施例3および4は、各々、参考例3および4とし、製造例2および3は、各々、参考製造例2および3とする。
レーザー回折式粒度分布測定装置(SYMPATEC社製 HEROS&RODOS)を使用した。乾式分散ユニットの分散圧は5.0bar、真空度は5.0mbarで乾式測定法により測定し、D50値を平均粒子径とした。
測定装置として、DMA(DMA Q800型、TA instruments社製)を使用した。微小球0.5mgを直径6.0mm(内径5.65mm)、深さ4.8mmのアルミカップに入れ、微小球層の上部にアルミ蓋(直径5.6mm、厚み0.1mm)をのせて試料を準備した。その試料に上から加圧子により0.01Nの力を加えた状態でサンプル高さを測定した。加圧子により0.01Nの力を加えた状態で、20℃から350℃まで10℃/minの昇温速度で加熱し、加圧子の垂直方向における変位量を測定した。正方向への変位開始温度を膨張開始温度(Ts)とし、最大変位量を示したときの温度を最大膨張温度(Tmax)とした。
マスターバッチの比重は、以下の測定方法で測定する。まず、比重は環境温度25℃、相対湿度50%の雰囲気下においてイソプロピルアルコールを用いた液浸法(アルキメデス法)により測定する。
具体的には、容量100ccのメスフラスコを空にし、乾燥後、メスフラスコ重量(WB1)を秤量した。秤量したメスフラスコにイソプロピルアルコールをメニスカスまで正確に満たした後、イソプロピルアルコール100ccの充満されたメスフラスコの重量(WB2)を秤量する。また、容量100ccのメスフラスコを空にし、乾燥後、メスフラスコ重量(WS1)を秤量した。秤量したメスフラスコに約50ccのマスターバッチを充填し、マスターバッチの充填されたメスフラスコの重量(WS2)を秤量する。そして、マスターバッチの充填されたメスフラスコに、イソプロピルアルコールを気泡が入らないようにメニスカスまで正確に満たした後の重量(WS3)を秤量する。そして、得られたWB1、WB2、WS1、WS2およびWS3を下式に導入して、マスターバッチの比重(d)を計算する。
d={(WS2−WS1)×(WB2−WB1)/100}/{(WB2−WB1)−(WS3−WS2)}
精密比重計AX200(島津製作所社製)を用いた液侵法により、膨張成形体の比重(D1)を測定した。D1および膨張成形体のマトリックス成分の真比重(D2)から膨張倍率を下式によって算出した。
膨張倍率(倍)=D2/D1
イオン交換水600gに、塩化ナトリウム150g、コロイダルシリカ分散液(平均粒子径10nm、コロイダルシリカ有効濃度20重量%)50gおよびポリビニルピロリドン1gおよびエチレンジアミン四酢酸・4Na塩の0.5gを加えた後、得られた混合物のpHを3に調整し、水性分散媒を調製した。
これとは別に、アクリロニトリル80g、メタクリロニトリル120g、メタクリル酸100g、トリメチロールプロパントリメタクリレート1g、イソペンタン40g、イソオクタン40gおよび有効成分70%のジ−(2−エチルヘキシル)パーオキシジカーボネート含有液8gを混合して油性混合物を調製した。
製造例1の重合工程で用いた各種成分および量を、表1に示すものに変更した以外は製造例1と同様にして熱膨張性微小球をそれぞれ得た。得られたそれぞれの微小球の物性を表1に示す。
上記製造例1〜4で得られた熱膨張性微小球をそれぞれ微小球(1)〜(4)とする。
(マスターバッチ)
容量10L加圧ニーダーを用いて、有機基材成分としてのエチレン−エチルアクリレート共重合体(ダウ・ケミカル日本株式会社製、NUC−6070、メルトフローレート250g/10min、融点87℃、エチレン含有率75重量%、真比重0.94、引張破壊応力5MPa)2.4kgを溶融混練し、混練温度が95℃に到達したときに、製造例1で得られた熱膨張性微小球5.6kgを配合して均一に混合し、予備混合物とした。予備混合物の加圧ニーダーからの排出量を測定し、以下に示す評価基準に基づいて、マスターバッチ製造時の排出性(取扱性)を評価したところ、良好な排出性が確認された。結果を表2に示す。
次に、得られた予備混合物をシリンダー口径40mmの二軸押出機に供給して、押出温度90℃で押出して、熱膨張性微小球の重量割合が70重量%、比重0.95のマスターバッチを得た。
次に、ラボプラストミル(東洋精機社製の2軸押出成形機ME−25)およびTダイ(リップ幅150mm、厚み1mm)を用いて、押出成形機およびTダイの設定温度(成形温度)を210℃に設定し、スクリュー回転数を40rpmに設定した。膨張成形体のマトリックス成分として、オレフィン系エラストマー(JSR株式会社製、エクセリンク3300B、真比重0.88、硬度A29)を準備した。上記で得られたマスターバッチをオレフィン系エラストマー100重量部に対して熱膨張性微小球が3重量部の割合になるように添加し、ドライブレンドして、成形用組成物を得た。得られた成形用組成物をラボプラストミルの原料ホッパーから投入し、シート状の膨張成形体(膨張倍率1.6倍、比重0.55)を得た。
得られた膨張成形体の外観および平均気泡径について以下の方法で評価を行った。外観については、凝集物の発生もなく、良好な表面性であった。これらの結果を表2に示す。
○:加圧ニーダーからの排出量が、配合した有機基材成分および熱膨張性微小球の合計量の85%以上
×:加圧ニーダーからの排出量が、配合した有機基材成分および熱膨張性微小球の合計量の85%未満
○:採取したシート状の膨張成形体1mにおいて目視で凝集物が確認されない。
×:採取したシート状の膨張成形体1mにおいて目視で凝集物が確認された。
膨張成形体を切断して、走査型電子顕微鏡(株式会社キーエンス社製、VE−8800)を用いて、加速電圧20kV、倍率30倍の条件で撮影し、電子顕微鏡写真を得た。その電子顕微鏡写真を用いて、任意の視野(3mm×3mm)中の気泡径を測定し気泡の平均径を算出し、平均気泡径とした。
実施例1で用いた有機基材成分、熱膨張性微小球の種類と配合量、加工条件、マトリックス成分、成形温度等について、それぞれ表2に示すものに変更する以外は実施例1と同様にして、マスターバッチ、成形用組成物および膨張成形体をそれぞれ得た。それぞれの物性を表2に示す。
比較例1では、マスターバッチに含まれる熱膨張性微小球の重量割合が高い。そのために、成形で得られた膨張成形体は高い膨張倍率が得られず軽量ではなく、しかも、分散不良による凝集物の発生による外観不良が確認された。
比較例3および5では、有機基材成分のメルトフローレートが低すぎるために、成形で得られた膨張成形体は高い膨張倍率が得られず軽量ではなく、しかも、分散不良による凝集物の発生による外観不良が確認された。
比較例4では、有機基材成分のメルトフローレートが高すぎる。そのために、マスターバッチを製造する工程でベタツキが発生し取扱性が良くなく、加圧ニーダーからの排出が不能になり、マスターバッチを安定に製造できないことが確認された。
(車両用ウェザーストリップ)
押出成形機(スクリュー径50mm、L/D=30)および車両用ウェザーストリップ用押出金型を用いて、押出成形機および金型の設定温度(成形温度)を200℃に設定し、スクリュー回転数を50rpmに設定した。車両用ウェザーストリップのマトリックス成分としてオレフィン系エラストマー(エクソンモービル有限会社製、サントプレーン101−73、真比重0.97、硬度A78)を準備した。オレフィン系エラストマー100重量部に対して熱膨張性微小球が3重量部の割合になるように、実施例1で得られたマスターバッチをオレフィン系エラストマーに添加し、ドライブレンドして、成形用組成物を得た。得られた成形用組成物を押出成形機の原料ホッパーから投入し、車両用ウェザーストリップ形状の膨張成形体(膨張倍率1.6倍、比重0.61)を得た。
得られた膨張成形体の平均気泡径は34μmで、外観については、凝集物の発生もなく、良好な表面性であり、車両用ウェザーストリップとして使用できた。
また、実施例1で得られたマスターバッチを、実施例2〜7で得られたマスターバッチにそれぞれ変更して上記と同様にして膨張成形体を得た。これらの膨張成形体でも、凝集物の発生がなく、良好な表面性であり、車両用ウェザーストリップとして使用できた。
実施例8で使用したマスターバッチを比較例1で得られたマスターバッチに変更する以外は実施例8と同様にして、車両用ウェザーストリップ形状の膨張成形体(膨張倍率1.2倍、比重0.81)を得た。
得られた膨張成形体の平均気泡径は38μmであった。しかし、その外観については、凝集物が確認され、車両用ウェザーストリップとして実用に供することができるものではなかった。
2 熱可塑性エラストマー
3 中空粒子
4 水切り部
Claims (11)
- 熱可塑性樹脂からなる外殻とそれに内包され且つ加熱することによって気化する発泡剤とから構成される熱膨張性微小球と、有機基材成分とを含むマスターバッチであって、
前記有機基材成分の融点が前記熱膨張性微小球の膨張開始温度以下であり、かつ、前記有機基材成分のメルトフローレート(MFR、単位:g/10min)が125≦MFR≦2200を満足し、
前記有機基材成分がエチレン系重合体であり、エチレン系重合体の原料に用いる単量体全体に占めるエチレンの重量割合が60重量%以上であり、
前記熱可塑性樹脂がカルボキシル基含有単量体を含む重合性成分を重合してなり、
前記熱膨張性微小球の重量割合が前記熱膨張性微小球および有機基材成分の合計量の30〜80重量%である、
マスターバッチ。 - 前記熱膨張性微小球の平均粒子径が1〜15μmである、請求項1に記載のマスターバッチ。
- 前記有機基材成分の融点が45〜180℃である、請求項1または2に記載のマスターバッチ。
- 前記有機基材成分の引張破壊応力が30MPa以下である、請求項1〜3のいずれかに記載のマスターバッチ。
- 前記重合性成分がニトリル系単量体をさらに含む、請求項1〜4のいずれかに記載のマスターバッチ。
- 前記カルボキシル基含有単量体および前記ニトリル系単量体の合計の重量割合が単量体成分に対して、50重量%以上である、請求項5に記載のマスターバッチ。
- 前記熱膨張性微小球の膨張開始温度が60℃以上である、請求項1〜6のいずれかに記載のマスターバッチ。
- 請求項1〜7のいずれかに記載のマスターバッチおよびマトリックス成分を含む成形用組成物。
- 前記マトリックス成分が熱可塑性エラストマーである、請求項8に記載の成形用組成物。
- 請求項8または9に記載の成形用組成物を成形してなる、膨張成形体。
- 請求項8または9に記載の成形用組成物を成形してなる、車両用又は建築用シール材。
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