JP6436273B1 - 熱可塑性樹脂組成物、その製造方法及び成形体 - Google Patents

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Abstract

フィラーの配合を行っても剛性と耐衝撃性とのトレードオフが抑制され、耐衝撃性及び剛性が両立された熱可塑性樹脂組成物、その製造方法及び成形体を提供することを目的として、本熱可塑性樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有する。本成形体は、本熱可塑性樹脂組成物からなる。本熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物、並びに、ポリオレフィン樹脂、を溶融混練する溶融混練工程を備える。

Description

本発明は、熱可塑性樹脂組成物、その製造方法及び成形体に関する。更に詳しくは、優れた耐衝撃性と優れた剛性とを両立できる熱可塑性樹脂組成物、その製造方法及び成形体に関する。
従来、特性の異なる原料樹脂を混合し、原料樹脂を超える相乗的な特性を発揮する樹脂組成物(ポリマーブレンド、ポリマーアロイ)を得る試みがなされている。例えば、相容性に乏しいポリオレフィン樹脂とポリアミド樹脂とを原料樹脂とて選択し、これらを混合し、複相構造(連続相と分散相など)の樹脂組成物とした場合に、各原料樹脂を超える耐衝撃性を有する樹脂組成物が得られる場合があることが知られている。このような技術は、下記特許文献1〜3に開示されている。更に、下記特許文献4には、ポリプロピレンに粘土鉱物変性ポリアミドを配合する技術が開示されている。
特開2013−147647号公報 特開2013−147646号公報 特開2013−147645号公報 特開平04−183733号公報
上記特許文献1〜3には、ポリオレフィン樹脂とポリアミド樹脂と相容化剤とを配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、連続相と分散相と微分散相との三相分離構造を有する熱可塑性樹脂組成物が開示されている。そして、この三相分離構造を有する熱可塑性樹脂組成物は、優れた機械特性を発揮できることが示されている。これら特許文献1〜3では、ポリアミドとしてPA11を利用した場合にとりわけ優れた特性を実現できることが示されているが、それに比べるとPA6等、一部のポリアミド樹脂では、PA11程の特性が得られていない。
また、上記特許文献4には、ポリピロピレンに粘土鉱物変性ポリアミドを配合することで、機械特性に優れたポリプロピレン組成物が得られることが開示されているものの、上記特許文献1〜3に開示された機械特性(特に耐衝撃性)を有するものでなく、昨今ではより高い次元での特性バランスが求められている。
このように、熱可塑性樹脂組成物を得る際のポリアミド原料として利用すると、PA11を用いた場合のように安定して高い機械特性(耐衝撃性、剛性)が得られ難く、より低い機械特性に留まってしまうポリアミド原料が存在するという問題がある。そして、このようなポリアミド原料を利用した熱可塑性樹脂組成物では、無機フィラーを配合して剛性(弾性率)を向上させようとすると、耐衝撃性が低下するという、剛性と耐衝撃性とのトレードオフを生じてしまうという問題がある。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、ポリオレフィン樹脂と無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーとを配合してなる熱可塑性樹脂組成物において、フィラー配合していない熱可塑性樹脂組成物に比較して、フィラー配合した熱可塑性樹脂組成物で、剛性と耐衝撃性とのトレードオフが抑制され、耐衝撃性及び剛性が両立された熱可塑性樹脂組成物、その製造方法及び成形体を提供することを目的とする。
本発明者は、上述のように、ポリアミド原料のなかでも、特にPA11で極めて優れた耐衝撃性向上効果が得られるのに対して、PA6では、耐衝撃性向上効果が得られ難い点に着目した。そして、PA11が主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が10と多いのに対し、PA6では、この炭素数が5と少ない点に着眼した。そして、PA6のように、アミド結合間炭素数が少ない短鎖構造を有することで、ポリアミド分子に含まれるアミド結合数が多くなり、分子同士の間に働く水素結合力が強まり、連続相内における分散相の分散径を溶融混練時に小さくできないことが原因であると考えた。そして、このような場合には、ポリオレフィン樹脂の分子間の界面を少なくすること、即ち、ポリオレフィン樹脂(ポリオレフィン原料)の高分子化によって、機械特性を向上させることができるのではないかと考えるに至った。
更に、実際にこのような熱可塑性樹脂組成物を製造してみると、新たな特性を有していることが知見された。それは、高分子化していないポリオレフィン原料とPA6(ポリアミド原料)と変性エラストマーとを用いて得た熱可塑性樹脂組成物では、フィラー配合を行うと、剛性はアップされるものの、耐衝撃性は低下されるのが一般的であり、剛性と耐衝撃性とのトレードオフを生じていた。これに対して、上述のように高分子量ポリオレフィン原料を用いて得られた熱可塑性樹脂組成物では、フィラー配合を行っても剛性と耐衝撃性とのトレードオフを生じないことが分かり、本発明を完成させるに至った。
即ち、上記問題を解決するために、本発明は、以下の通りである。
請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物(以下、単に「第1組成物」ともいう)は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、
前記ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、
前記ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有することを要旨とする。
請求項2に記載の熱可塑性樹脂組成物(以下、単に「第2組成物」ともいう)は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、
前記ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、
前記ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有することを要旨とする。
請求項3に記載の熱可塑性樹脂組成物は、請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂を含んだ連続相(A)と、
前記連続相(A)中に分散された分散相であって、前記変性エラストマーを含んだ分散相(B)と、
前記連続相(A)中に分散された分散相であって、前記ポリオレフィン樹脂を含んだ分散相(B)と、
前記連続相(A)中に分散された前記無機フィラー(C)と、を有することを要旨とする。
請求項4に記載の熱可塑性樹脂組成物は、請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物において、前記無機フィラーは、層状珪酸塩であることを要旨とする。
請求項5に記載の熱可塑性樹脂組成物は、請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物において、前記ポリオレフィンは、ホモポリマーであることを要旨とする。
請求項6に記載の熱可塑性樹脂組成物は、請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物において、前記ポリアミド樹脂は、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロンM5T、ナイロンM5I、及び、これら共重合体、からなる群から選択されることを要旨とする。
請求項7に記載の熱可塑性樹脂組成物は、請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物において、前記変性エラストマーは、エチレン若しくはプロピレンと炭素数3〜8のα−オレフィンとの共重合体を骨格としたオレフィン系熱可塑性エラストマー、又は、スチレン骨格を有するスチレン系熱可塑性エラストマーであることを要旨とする。
請求項8に記載の成形体は、請求項1乃至7のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなることを要旨とする。
請求項9に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法は、請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、
前記無機フィラーを含んだポリアミド樹脂及び前記変性エラストマーの溶融混練物、並びに、前記ポリオレフィン樹脂、を溶融混練する溶融混練工程を備えることを要旨とする。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(第1組成物及び第2組成物)によれば、ポリオレフィン樹脂と無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と変性エラストマーとを含んだ熱可塑性樹脂組成物において、アミド結合間の直鎖炭素数が5以下である短鎖構造を有するポリアミド樹脂を用いた場合に、無機フィラーを配合しても、剛性と耐衝撃性とのトレードオフが抑制され、耐衝撃性及び剛性を両立した熱可塑性樹脂組成物とすることができる。
本発明の成形体によれば、ポリオレフィン樹脂と無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と変性エラストマーとを含んだ熱可塑性樹脂組成物において、アミド結合間の直鎖炭素数が5以下である短鎖構造を有するポリアミド樹脂を用いた場合に、無機フィラーが配合しても、剛性と耐衝撃性とのトレードオフが抑制され、耐衝撃性及び剛性が両立した成形体とすることができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法によれば、前述の熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。
本発明について、本発明による典型的な実施形態の非限定的な例を挙げ、言及された複数の図面を参照しつつ以下の詳細な記述にて更に説明するが、同様の参照符号は図面のいくつかの図を通して同様の部品を示す。
本熱可塑性樹脂組成物の相構造の一例を説明する模式図である。 本熱可塑性樹脂組成物の相構造の他例を説明する模式図である。
ここで示される事項は、例示的なもの及び本発明の実施形態を例示的に説明するためのものであり、本発明の原理と概念的な特徴とを最も有効に且つ難なく理解できる説明であると思われるものを提供する目的で述べたものである。この点で、本発明の根本的な理解のために必要である程度以上に本発明の構造的な詳細を示すことを意図してはおらず、図面と合わせた説明によって本発明の幾つかの形態が実際にどのように具現化されるかを当業者に明らかにするものである。
[1]熱可塑性樹脂組成物
第1組成物は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を配合してなる。このうち、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂を構成するポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有する。また、ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上である。
第2組成物は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を含有する。このうち、ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上である。また、ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有する。
尚、「第1組成物」及び「第2組成物」に共通する事項については、単に「熱可塑性樹脂組成物」として記載する。
〈1〉各成分について
(1)ポリオレフィン樹脂
ポリオレフィン樹脂は、オレフィンの単独重合体(ホモポリマー)、及び/又は、オレフィンの共重合体(コポリマー)である。
ポリオレフィン樹脂を構成するオレフィンは特に限定されないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
即ち、ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリ1−ブテン、ポリ1−ヘキセン、ポリ4−メチル−1−ペンテン等が挙げられる。これら重合体は1種のみで用いてもよく、2種以上を併用してもよい。即ち、ポリオレフィン樹脂は上記重合体の混合物であってもよい。
上記ポリエチレン樹脂としては、エチレン単独重合体、及び、エチレンと他のオレフィンとの共重合体が挙げられる。後者としては、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・1−へキセン共重合体、エチレン・1−オクテン共重合体、エチレン・4−メチル−1−ペンテン共重合体等が挙げられる(但し、全構成単位数のうちの50%以上がエチレンに由来する単位である)。
また、ポリプロピレン樹脂としては、プロピレン単独重合体、及び、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体が挙げられる。
一方、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体を構成する、他のオレフィンとしては、前述の各種オレフィン(但し、プロピレンを除く)が挙げられる。このうち、エチレン及び1−ブテン等が好ましい。即ち、プロピレン・エチレン共重合体、プロピレン・1−ブテン共重合体が好ましい。
また、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、ランダム共重合体であってもよく、ブロック共重合体であってもよい。
尚、プロピレンと他のオレフィンとの共重合体は、全構成単位数のうちの50%以上がプロピレンに由来する単位である。
本熱可塑性樹脂組成物では、ポリオレフィン樹脂は、ホモポリマーを含むことが好ましく、更には、ホモポリマーを主成分(全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)とすることが好ましい。即ち、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、3−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン、1−オクテン等のオレフィンのうちの1種をモノマーとする単独重合体、又は、その混合物であることが好ましい。これらのなかでは、特に、プロピレン単独重合体を含むことが好ましく、更には、プロピレン単独重合体を主成分(全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)とすることが好ましい。
また、ポリオレフィン樹脂がホモポリマーを主成分とする場合であって、且つ、プロピレン単独重合体を主成分とする場合、プロピレン単独重合体以外の他の単独重合体としては、エチレン単独重合体及び/又は1−ブテン単独重合体等が挙げられる。
尚、ポリオレフィン樹脂は、ポリアミド樹脂に対して親和性を有さないポリオレフィンであり、且つ、ポリアミド樹脂に対して反応し得る反応性基を有さないポリオレフィンである。この点において、変性エラストマーとは異なる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂の数平均分子量は、350,000以上である。ポリオレフィン樹脂の数平均分子量が350,000以上であることにより、ポリオレフィン分子同士の界面を少なくすることができる。これにより、分散相(例えば、図1における分散相B)の分散径が比較的大きいままであっても、耐衝撃性を顕著に向上させることができるものと考えられる。一方、この効果は、PA11等のアミド結合間の直鎖炭素数が多いポリアミド樹脂として選択した場合には発現されず、アミド結合間の直鎖炭素数が少ないポリアミド樹脂においてのみ特有に発現されるものである。
本熱可塑性樹脂組成物において、上記の数平均分子量は、350,000以上であればよい。数平均分子量の上限は特に限定されないが、例えば、700,000以下とすることができる。この数平均分子量は、370,000以上が好ましく、400,000以上がより好ましく、430,000以上が更に好ましく、450,000以上がより更に好ましく、470,000以上が特に好ましく、490,000以上がより特に好ましく、500,000以上がとりわけ好ましい。
尚、ポリオレフィン樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の数平均分子量である。また、本発明においては、ポリオレフィン樹脂としてホモポリマーを用いる場合、上述の数平均分子量の各数値範囲は、各々重量平均分子量の数値範囲へ読み換えることができる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂のMFR(メルトフローレート)は、特に限定されない。通常、ポリオレフィン樹脂の分子量(数平均分子量を含む)とMFRとは比例関係を示す。本熱可塑性樹脂組成物のポリオレフィン樹脂のMFRは、25g/10min以下であることが好ましい。MFRの下限は特に限定されないが、例えば、1g/10min以上とすることができる。このMFRは、22g/10min以下が好ましく、19g/10min以下がより好ましく、16g/10min以下が更に好ましく、13g/10min以下がより更に好ましく、10g/10min以下が特に好ましく、9g/10min以下がより特に好ましく、8g/10min以下がとりわけ好ましい。
尚、ポリオレフィン樹脂のMFRは、JIS K7210に準拠し、温度230℃且つ荷重21.18N(2.16kgf)の条件で測定される
(2)ポリアミド樹脂
本熱可塑性樹脂組成物に用いるポリアミド樹脂は、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂(即ち、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂組成物)として利用される。この無機フィラーを含んだポリアミド樹脂組成物としては、下記(1)〜(3)の形態が挙げられる。即ち、
(1)無機フィラーが予め分散含有されたポリアミド樹脂組成物(例えば、無機フィラーと、重合されてポリアミドとなるモノマー(1種のみでも2種以上でもよい)と、が共存された状態で、モノマーを重合させて得られる組成物)。
(2)上記(1)の無機フィラーが予め分散含有されたポリアミド樹脂組成物と、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂との混合物(例えば、上記(1)の無機フィラーが予め分散含有されたポリアミド樹脂組成物と、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂と、を溶融混練して得られる組成物)。
(3)無機フィラーを含まないポリアミド樹脂と、無機フィラーと、の混合物(例えば、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂と無機フィラーとを溶融混練して得られる組成物)。
これらの(1)〜(3)のポリアミド樹脂は、1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。上述のうち、本熱可塑性樹脂組成物に用いるポリアミド樹脂として、上記(1)又は上記(2)が好ましい。
尚、上記(2)の場合、本熱可塑性樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂組成物と、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂組成物を構成するポリアミド樹脂及び/又は無機フィラーを含まないポリアミド樹脂をなすポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、前記ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、前記ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有する熱可塑性樹脂組成物といえる。
ポリアミド樹脂は、アミド結合(−NH−CO−)を介して複数の単量体が重合されてなる鎖状骨格を有する重合体である。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造(本発明では、単に「短鎖構造」という)を有する。即ち、ポリアミド樹脂を構成するポリアミド分子が短鎖構造を有している。
即ち、例えば、上述の直鎖炭素数が5である構造としては下記(1)〜(6)が例示される。
(1)−NHCO−CH−CH−CH−CH−CH−NHCO−
(2)−CONH−CH−CH−CH−CH−CH−NHCO−
(3)−NHOC−CH−CH−CH−CH−CH−CONH−
(4)−NHCO−CH−CH−CH−CH(CH)−CH−NHCO−
(5)−CONH−CH−CH−CH−CH(CH)−CH−NHCO−
(6)−NHOC−CH−CH−CH−CH(CH)−CH−CONH−
また、上述の直鎖炭素数が4である構造としては下記(7)〜(12)が例示される。
(7)−NHCO−CH−CH−CH−CH−NHCO−
(8)−CONH−CH−CH−CH−CH−NHCO−
(9)−NHOC−CH−CH−CH−CH−CONH−
(10)−NHCO−CH−CH−CH(CH)−CH−NHCO−
(11)−CONH−CH−CH−CH(CH)−CH−NHCO−
(12)−NHOC−CH−CH−CH(CH)−CH−CONH−
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂には短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂を用いることができる。具体的には、ナイロン6(PA6、ポリアミド6)、ナイロン66(PA66、ポリアミド66)、ナイロン46(PA46、ポリアミド46)、及び、これら共重合体等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
また、上述の共重合体としては、ナイロン6/66(PA6/66、ナイロン6/66)等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
また、本熱可塑性樹脂組成物におけるポリアミド樹脂は、上述の短鎖構造に加えて、同時に、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基がフェニレン基又はその置換基である構造(以下、単に「フェニレン構造」という)を有してもよい。フェニレン基(−C−)は、ベンゼン(C)から水素原子2つを除いた残基でり、1,2−フェニレン基、1,3−フェニレン基、及び、1,4−フェニレン基のいずれであってもよい。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、フェニレン基の置換基(−C(R)−)は、通常、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の主鎖炭素数が6以上10以下である。即ち、置換フェニレン基としては、メチレンフェニレン基、ジメチレンフェニレン基、エチレンフェニレン基等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
即ち、本熱可塑性樹脂組成物におけるポリアミド樹脂は、短鎖構造とフェニレン構造とのみを有したポリアミド樹脂を用いることができる。
具体的には、ナイロン6T(PA6T、ポリアミド6T)、ナイロン6I(PA6I、ポリアミド6I)、ナイロンM5T(PAM5T、ポリアミドM5T)、ナイロンM5I(PAM5I、ポリアミドM5I)、及び、これら共重合体等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
また、上述の共重合体としては、ナイロン6T/66(PA6T/66、ナイロン6T/66)、ナイロン6T/6I(PA6T/6I、ポリアミド6T/6I)、ナイロン6T/6I/66(PA6T/6I/66、ポリアミド6T/6I/66)、ナイロン6T/2M−5T(PA6T/2M−5T、ポリアミド6T/2M−5T)等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、本熱可塑性樹脂組成物におけるポリアミド樹脂は、上述の短鎖構造に加えて、同時に、上述の直鎖炭素数が5を超える構造(本発明では、単に「長鎖構造」という)を含んだポリアミド樹脂を用いることができる。即ち、ポリアミド分子が、短鎖構造と長鎖構造との両方の構造にみを有するポリアミド樹脂を用いることができる。このような、短鎖構造と長鎖構造との両方の構造のみを有するポリアミド樹脂としては、ナイロン610(PA610、ポリアミド610)、ナイロン611(PA611、ポリアミド611)、ナイロン612(PA612、ポリアミド612)、ポリアミド614(PA614、ポリアミド614)、ポリアミドMXD6(PAMXD6、ポリアミドMXD6)等が挙げられる。これらのポリアミドは、1種のみを用いてもよいし2種以上を併用してもよい。
尚、本熱可塑性樹脂組成物において、短鎖構造と長鎖構造との両方の構造にみを有するポリアミド樹脂を用いる場合、このポリアミド樹脂は、短鎖構造と長鎖構造との合計中に、短鎖構造が50%を超えて(より好ましくは60%以上99%以下)含まれるものであることが好ましい。
本熱可塑性樹脂組成物におけるポリアミド樹脂の数平均分子量は特に限定されないが、例えば、5,000以上100,000以下とすることができ、7,500以上50,000以下が好ましく、10,000以上50,000以下がより好ましい。
尚、ポリアミド樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の数平均分子量である。
本発明では、分子量の大きなポリオレフィン樹脂(具体的には、数平均分子量が350,000以上)を利用することで、上述の短鎖構造を有するポリアミド樹脂を用いる場合であっても、より高い耐衝撃性を得ることができ、特に、この短鎖構造をより多く含んだポリアミド樹脂においては、耐衝撃性向上効果をより強く得ることができる。
即ち、例えば、数平均分子量200,000〜300,000のポリオレフィン樹脂(非高分子量PO)を用いた熱可塑性樹脂組成物と、数平均分子量350,000以上のポリオレフィン樹脂(高分子量PO)を用いた熱可塑性樹脂組成物と、を比較した場合に、その衝撃強度の差異がより大きく表れるのは、ポリアミド樹脂として、短鎖構造をより多く含んだポリアミド樹脂を採用した場合である。
従って、ポリアミド樹脂として、実質的に短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂を用いる場合には、本発明による効果をより強く得ることができる。即ち、極めて高い耐衝撃性向上効果を得ることができる。
また、ポリアミド樹脂として、短鎖構造とフェニレン構造との両方の構造を有するポリアミド樹脂や、短鎖構造と長鎖構造との両方の構造を有するポリアミド樹脂を用いる場合には、短鎖構造の割合が多いポリアミド樹脂を用いる場合に、本発明による効果をより強く得ることができる。
具体的には、短鎖構造(即ち、短鎖ユニットといえる)、フェニレン構造(即ち、フェニレンユニットといえる)、及び、長鎖構造(即ち、長鎖ユニットといえる)のすべての構造の合計(ユニットの合計)に対して、短鎖構造の割合(数割合)が50%を超えることが好ましく、70%以上99%以下であることがより好ましい。
本熱可塑性樹脂組成物は、後述するように、例えば、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と変性エラストマーとの溶融混練物と、ポリオレフィン樹脂とを溶融混練して得ることができる。このような熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂として、PA11を選択した場合と、PA6を選択した場合と、を比較すると、分散相(例えば、図1における分散相B)の分散径(平均分散径)は、PA11を選択した方が小さく、PA6を選択した方が大きくなる。本発明者は、この分散径に差異を生じる理由を、アミド結合同士の水素結合(1つのアミド結合を構成する水素原子と他のアミド結合を構成する酸素原子との間の引力的相互作用)の寄与の大きさの差異が相関すると考えた。即ち、短鎖構造を有するポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が全て10であるPA11に比べると、相対的に、ポリアミド分子の有するアミド結合量が多く、ポリアミド分子間にはたらく水素結合が強くなる。このため、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物をポリオレフィン樹脂と混練溶融する際に、ポリアミド分子同士を離間させ難く、連続相内に分散させる分散相の分散径を十分に小さくできないものと考えた(即ち、例えば、図1における連続相A(ポリアミド樹脂)内に分散される分散相B(ポリオレフィン樹脂)の分散径を十分に小さくできない場合)。従って、分散相の分散径を小さくできない熱可塑性樹脂組成物では、分散径を小さくできる熱可塑性樹脂組成物に比べて耐衝撃性向上効果が得られ難いものと考えられた。これに対し、短鎖構造を有するために分散相の分散径を小さくし難い熱可塑性樹脂組成物であっても、配合するポリオレフィン樹脂の数平均分子量を350,000以上に制御することにより、ポリオレフィン分子同士の界面形成を低減することができ、結果として、分散相の分散径が相対的に大きな熱可塑性樹脂組成物においても、従来に比べると、飛躍的に優れた耐衝撃性を得ることができることを見出した。
尚、本熱可塑性樹脂組成物におけるポリアミド樹脂を構成する単量体は特に限定されず、上述の短鎖構造、フェニレン構造、長鎖構造等を適宜、必要に応じて形成できる単量体を用いることができる。
具体的には、例えば、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸、ε−カプロラクタム、ウンデカンラクタム、ω−ラウリルラクタムなどのラクタムなどが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、ポリアミド樹脂は、ジアミンとジカルボン酸との共重合により得ることもできる。この場合、単量体としてのジアミンには、エチレンジアミン、1,3−ジアミノプロパン、1,4−ジアミノブタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカン、1,13−ジアミノトリデカン、1,14−ジアミノテトラデカン、1,15−ジアミノペンタデカン、1,16−ジアミノヘキサデカン、1,17−ジアミノヘプタデカン、1,18−ジアミノオクタデカン、1,19−ジアミノノナデカン、1,20−ジアミノエイコサン、2−メチル−1,5−ジアミノペンタン、2−メチル−1,8−ジアミノオクタン等の脂肪族ジアミン、シクロヘキサンジアミン、ビス−(4−アミノシクロヘキシル)メタン等の脂環式ジアミン、キシリレンジアミン(p−フェニレンジアミン及びm−フェニレンジアミンなど)等の芳香族ジアミンなどが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
更に、単量体としてのジカルボン酸には、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラシリン酸、テトラデカン二酸、ペンタデカン二酸、オクタデカン二酸のような脂肪族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸のような脂環式ジカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸のような芳香族ジカルボン酸などが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
(3)無機フィラー
無機フィラーの種類は特に限定されない。具体的には、タルク、シリカ、クレー、モンモリロナイト、カオリン等の珪酸塩(珪酸塩鉱物);炭酸カルシウム、炭酸リチウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩;水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム等の水酸化物;硫酸バリウム等の硫化物;アルミナ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物;チタン酸カリウム、チタン酸バリウム等のチタン化物;アルミニウム、鉄、銀、銅等の金属;ガラス粉末、ガラス繊維等のガラス類;木炭、竹炭等の炭化物;フラーレン、カーボンナノチューブ等のカーボン類;などが挙げられる。これらの無機フィラーは、天然物であってもよく人工物であってもよい。また、これらの無機フィラーは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上述のなかでは、珪酸塩が好ましく、特に、層状珪酸塩が好ましい。層状珪酸塩は、層状を呈した珪酸塩層の層間に交換性陽イオンが介在された構造を有する珪酸塩である。このような層状珪酸塩としては、雲母(白雲母、フッ素雲母、パラゴナイト等)、モンモリロナイト、ヘクトライト、バーミキュライト、スメクタイトなどが挙げられる。これらのなかでは、フッ素雲母及びモンモリロナイトが特に好ましい。更に、交換性陽イオンとしては、NaイオンやLiイオン等のアルカリ金属イオンが好ましい。
また、本発明の熱可塑性樹脂組成物では、珪酸塩を構成する珪酸塩層が分離された状態でポリアミド樹脂内に分散された層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂として、層状珪酸塩を用いることが好ましい。この層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂を構成するポリアミド樹脂は、前述のポリアミド樹脂を利用できる。層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂を構成するポリアミド樹脂は、短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂であってもよいが、短鎖構造と長鎖構造との両方を有するポリアミド樹脂を利用できる。即ち、PA610、PA611、PA612、PA614、PAMXD6等を利用できる。
一般に、層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂(前述した無機フィラーが予め分散含有されたポリアミド樹脂組成物の一例)を構成するポリアミド樹脂には、短鎖構造を有するポリアミド樹脂が含まれる。このため、層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂を利用して、無機フィラー強化した熱可塑性樹脂組成物を得ようとすると、前述したように、熱可塑性樹脂組成物内での分散相の分散径(平均分散径)が、安定せず、大きくなりがちとなるという特性を生じて、十分に耐衝撃性を向上させることができなってしまうという問題がある。これに対し、本熱可塑性樹脂組成物では、用いるポリオレフィン樹脂の数平均分子量が350,000以上であることにより、分散相の分散径を小さくすることができるようになる。
更に、ポリアミド樹脂(無機フィラーを含まないポリアミド樹脂)と、ポリオレフィン樹脂と、変性エラストマーと、を用いて得られた、連続相及び分散相の相構造を有した熱可塑性樹脂組成物では、無機フィラーを配合しようとすると、その配合前に比べて機械特性が寧ろ低下してしまう。この理由は定かではないものの、連続相と分散相とに跨って無機フィラーが配置されることが一つの原因と考え得る。即ち、連続相と分散相とに跨って無機フィラーが配置されることで、相分離構造による効果が機能し難くなると考えられる。
これに対し、層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂を用いることで、連続相内に無機フィラーを留めることができ、連続相と分散相とに跨って無機フィラーが配置されるのを防止できるものと考えられる。これにより、連続相及び分散相を有することによる機械特性を失うことなく、無機フィラーを配合したことによる機械特性を引き出し得るものと考えられる。即ち、無機フィラーが配合されていながら、剛性と耐衝撃性とのトレードオフが抑制され、耐衝撃性及び剛性が両立された熱可塑性樹脂組成物を得ることができる。
上述の作用は、層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂内において、層状珪酸塩とポリアミド樹脂とが親和性又は結合を有する場合に特に優れた効果を得ることができる。具体的には、親和性処理(ポリアミド樹脂との親和性を生じ得る処理)が施された層状珪酸塩を含有するポリアミド樹脂、カップリング処理(ポリアミド樹脂との結合を生じ得る処理)が施された層状珪酸塩を含有するポリアミド樹脂が挙げられる。
層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂は、どのようにして得られてもよいが、例えば、重合によりポリアミド樹脂を構成することとなるモノマーと、層状珪酸塩と、の混合物内で、上記モノマーを重合させることによって得ることができる。
本熱可塑性樹脂組成物内において、無機フィラーの平均分散径は限定されないが、特に、層状珪酸塩である場合には、1000nm未満であることが好ましい。この平均分散径は10nm以上950nm以下がより好ましく、30nm以上500nm以下が更に好ましく、50nm以上250nm以下が特に好ましい。
この無機フィラーの分散径は、分散相の場合と同様にして測定される。即ち、電子顕微鏡を用いて得られる1000倍以上の拡大画像において測定できる。具体的には、画像内の所定の領域内から無作為に選択された20個の無機フィラーの各々の最長径を測定し、得られた最長径の平均値を第1平均値とする。そして、画像内の異なる5つの領域において測定された第1平均値の更なる平均値が、無機フィラーの平均分散径(長軸平均分散径)である。
(4)変性エラストマー
変性エラストマーは、ポリアミド樹脂に対する反応性基を有したエラストマーである。この変性エラストマーは、更に、ポリアミド樹脂に対しては、上述の反応性基を利用して親和性を示すと同時、別途、ポリオレフィン樹脂に対しても親和性を示すエラストマーであることが好ましい。即ち、変性エラストマーは、ポリアミド樹脂に対する反応性基を有し、ポリオレフィン樹脂及びポリアミド樹脂の双方に対して相容性を有する相容化剤であることが好ましい。
尚、変性エラストマーは、本熱可塑性樹脂組成物内において、未反応の変性エラストマーとして含まれてもよく、ポリアミド樹脂との反応物として含まれてもよく、これらの両方の形態で含まれてもよい。
上述の反応性基としては、酸無水物基(−CO−O−OC−)、カルボキシル基(−COOH)、エポキシ基{−CO(2つの炭素原子と1つの酸素原子とからなる三員環構造)}、オキサゾリン基(−CNO)及びイソシアネート基(−NCO)等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
これらの反応性基は、変性前のエラストマー(未変性エラストマー)に対して、変性により導入することができる。具体的には、エラストマーの酸変性物、エラストマーのエポキシ変性物、及び、エラストマーのオキサゾリン変性物等が挙げられる。これらのなかでも、エラストマーの酸変性物が好ましく、更には、酸無水物又はカルボン酸によるエラストマーの変性物であることがより好ましい。
この変性エラストマーは、分子の側鎖又は末端に、酸無水物基又はカルボキシル基を有することが特に好ましい。酸変性量は特に限定されず、例えば、1分子の変性エラストマーに含まれる酸無水物基又はカルボキシル基の数は、1以上であることが好ましく、より好ましくは2以上50以下、更に好ましくは3以上30以下、特に好ましくは5以上20以下である。
上記変性エラストマーは、単独で、又は、2種以上の組合せで用いることができる。
変性前のエラストマーとしては、例えば、オレフィン系エラストマーやスチレン系エラストマー等が挙げられる。ポリレフィン樹脂に対する相容性の観点から、特に、オレフィン系エラストマーが好ましい。
上記オレフィン系エラストマーとしては、炭素数が3〜8のα−オレフィンに由来する構造単位を含むα−オレフィン系共重合体であることが好ましく、エチレン・α−オレフィン共重合体、α−オレフィン共重合体、α−オレフィン・非共役ジエン共重合体、又は、エチレン・α−オレフィン・非共役ジエン共重合体とすることができる。これらのうち、エチレン・α−オレフィン共重合体、α−オレフィン共重合体、及びエチレン・α−オレフィン・非共役ジエン共重合体が特に好ましい。
尚、非共役ジエンとしては、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、1,6−ヘキサジエン等の直鎖の非環状ジエン化合物;5−メチル−1,4−ヘキサジエン、3,7−ジメチル−1,6−オクタジエン、5,7−ジメチルオクタ−1,6−ジエン、3,7−ジメチル−1,7−オクタジエン、7−メチルオクタ−1,6−ジエン、ジヒドロミルセン等の分岐連鎖の非環状ジエン化合物;テトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、ジシクロペンタジエン、ビシクロ[2.2.1]−ヘプタ−2,5−ジエン、5−メチレン−2−ノルボルネン、5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−プロペニル−2−ノルボルネン、5−イソプロピリデン−2−ノルボルネン、5−シクロヘキシリデン−2−ノルボルネン、5−ビニル−2−ノルボルネン等の脂環式ジエン化合物等が挙げられる。
具体的なオレフィンエラストマーとしては、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体、エチレン・1−ペンテン共重合体、エチレン・1−ヘキセン共重合体、エチレン・1−オクテン共重合体、プロピレン・1−ブテン共重合体、プロピレン・1−ペンテン共重合体、プロピレン・1−ヘキセン共重合体、プロピレン・1−オクテン共重合体等が挙げられる。これらのうち、エチレン・プロピレン共重合体、エチレン・1−ブテン共重合体及びエチレン・1−オクテン共重合体が好ましい。
また、上記スチレン系エラストマーとしては、芳香族ビニル化合物と、共役ジエン化合物とのブロック共重合体及びその水素添加物が挙げられる。
上記芳香族ビニル化合物としては、スチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン等のアルキルスチレン;p−メトキシスチレン、ビニルナフタレン等が挙げられる。
また、上記共役ジエン化合物としては、ブタジエン、イソプレン、1,3−ペンタジエン、メチルペンタジエン、フェニルブタジエン、3,4−ジメチル−1,3−ヘキサジエン、4,5−ジエチル−1,3−オクタジエン等が挙げられる。
具体的なスチレン系エラストマーとしては、スチレン・ブタジエン・スチレン共重合体(SBS)、スチレン・イソプレン・スチレン共重合体(SIS)、スチレン・エチレン/ブチレン・スチレン共重合体(SEBS)、スチレン・エチレン/プロピレン・スチレン共重合体(SEPS)等が挙げられる。
また、酸変性用の酸無水物としては、無水マレイン酸、無水フタル酸、無水イタコン酸、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水アジピン酸、無水シトラコン酸、テトラヒドロ無水フタル酸、ブテニル無水コハク酸等が挙げられる。これらのうち、無水マレイン酸、無水フタル酸及び無水イタコン酸が好ましい。
また、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、フマル酸、イタコン酸、シトラコン酸等が挙げられる。
本熱可塑性樹脂組成物における変性エラストマーとしては、上述の各種変性エラストマーのなかでも、酸無水物変性されたエラストマーが好ましく、特に無水マレイン酸変性されたエラストマーが好ましく、更には、炭素数が3〜8のα−オレフィンに由来する構造単位を含むα−オレフィン系共重合体の酸変性物が好ましい。具体的には、無水マレイン酸変性エチレン・プロピレン共重合体、無水マレイン酸変性エチレン・1−ブテン共重合体、無水マレイン酸変性エチレン・1−ヘキセン共重合体及び無水マレイン酸変性エチレン・1−オクテン共重合体等の、無水マレイン酸により変性されたエラストマーが好ましい。具体的には、三井化学株式会社製のα−オレフィンコポリマー「タフマーシリーズ」(商品名)やダウケミカル社製の「AMPLIFYシリーズ」(商品名)等を用いることができる。
本熱可塑性樹脂組成物における変性エラストマーの重量平均分子量は特に限定されないが、例えば、10,000以上500,000以下とすることができ、20,000以上500,000以下が好ましく、30,000以上300,000以下がより好ましい。
尚、変性エラストマーの重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)によるポリスチレン換算の重量平均分子量である。
(5)他の成分
本熱可塑性樹脂組成物は、前述したポリオレフィン樹脂(数平均分子量350,000以上である)、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有する)及び変性エラストマー以外の熱可塑性樹脂を含まず、熱可塑性樹脂として前述した熱可塑性樹脂のみからなってもよいが、これら以外に、他の成分を含有できる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
他の成分としては、他の熱可塑性樹脂が挙げられる。具体的には、ポリエステル系樹脂(ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリ乳酸)、数平均分子量350,000未満(特に150,000以上300,000以下)のポリオレフィン樹脂等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
他の熱可塑性樹脂を含む場合、前述した数平均分子量350,000以上のポリオレフィン樹脂と短鎖構造を有するポリアミド樹脂と変性エラストマーと他の熱可塑性樹脂との合計を100質量%とした場合に、他の熱可塑性樹脂は25質量%以下(更に20質量%以下、更に15質量%以下、更に10質量%以下、更に5質量%以下、1質量%以上)であることが好ましい。尚、数平均分子量350,000未満のポリオレフィン樹脂はホモポリマー及びコポリマーのいずれであってもよく、これらの両方であってもよい。
また、配合可能な添加剤としては、酸化防止剤、熱安定剤、耐候剤、光安定剤、可塑剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、難燃剤、スリップ剤、アンチブロッキング剤、防曇剤、滑剤、顔料、染料、分散剤、銅害防止剤、中和剤、気泡防止剤、ウェルド強度改良剤、天然油、合成油、ワックス等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上記酸化防止剤としては、フェノール系化合物、有機ホスファイト系化合物、チオエーテル系化合物等が挙げられる。
上記熱安定剤としては、ヒンダードアミン系化合物等が挙げられる。
上記紫外線吸収剤としては、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾエート系化合物等が挙げられる。
上記帯電防止剤としては、ノニオン系化合物、カチオン系化合物、アニオン系化合物等が挙げられる。
上記難燃剤としては、ハロゲン系化合物、リン系化合物(窒素含有リン酸塩化合物、リン酸エステル等)、窒素系化合物(グアニジン、トリアジン、メラミン又はこれらの誘導体等)、無機化合物(金属水酸化物等)、ホウ素系化合物、シリコーン系化合物、硫黄系化合物、赤リン系化合物等が挙げられる。
その他、必要に応じて、セルロースミクロフィブリル、酢酸セルロース等のセルロース類;ガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、ナイロン繊維、ポリエチレンナフタレート繊維、アラミド繊維、ビニロン繊維、ポリアリレート繊維等の繊維状フィラー;フラーレン、カーボンナノチューブ等のカーボン類等を配合できる。
〈2〉相構造について
本熱可塑性樹脂粗成物は、ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、変性エラストマーと、を含み、ポリオレフィン樹脂の数平均分子量が350,000以上であり、且つ、ポリアミド樹脂が短鎖構造を有するものであればよく、その相構造は特に限定されない。しかしながら、前述のように、短鎖構造のポリアミド樹脂を利用することにより分散相の分散径が大きくとも、数平均分子量350,000以上のポリオレフィン樹脂を用いることで優れた耐衝撃性が得られると考えられることから、ポリアミド樹脂を含んだ連続相(A)と、連続相(A)中に分散された分散相であって、変性エラストマーを含んだ分散相(B)と、連続相(A)中に分散された無機フィラー(C)と、を有することが好ましい。
更に、本熱可塑性樹脂組成物がとる相構造は限定されないが、下記(1)又は下記(2)の相構造が好ましい。
(1)の相構造
ポリアミド樹脂を含んだ連続相(A)と、この連続相(A)中に分散された分散相であって、変性エラストマーを含んだ分散相(B)と、この連続相(A)中に分散された分散相であって、ポリオレフィン樹脂を含んだ分散相(B)と、この連続相(A)中に分散された無機フィラー(C)と、を有する相構造(図1参照)。
尚、(1)の相構造は、連続相(A)以外の連続相を有さない態様である。また、(1)の相構造において変性エラストマーは、未反応の変性エラストマーであってもよく、ポリアミド樹脂との反応物であってもよく、これらの混合物であってもよい。
本明細書では、上記「(1)の相構造」を単に「相構造(1)」ともいう。
また、相構造(1)の分散相(B)は、その内部に微分散相を有さなくてもよいが、有してもよい。微分散相を有する場合は、分散相(B)内における連続相であって、ポリオレフィン樹脂を含む連続相(B21)と、この連続相(B21)内で分散された微分散相であって、ポリアミド樹脂を含む微分散相(B22)と、を有することができる(図1参照)。この場合、相構造(1)は、分散相(B)内に更に微分散相(B22)を有する多重相構造を呈している。ポリアミド樹脂を含む微分散相(B22)は、変性エラストマーを含んでもよく、含まなくてもよい。
(2)の相構造
ポリアミド樹脂を含んだ連続相(A)と、この連続相(A)中に分散された分散相であって、変性エラストマーを含んだ分散相(BA1)と、この連続相(A)中に分散された無機フィラー(C)と、有し、更に、ポリオレフィン樹脂を含む連続相(A)と、この連続相(A)内で分散された分散相であって、ポリアミド樹脂を含む分散相(BA2)と、を有する相構造(図2参照)。
即ち、(2)の相構造は、連続相(A)と連続相(A)との2つの連続相が共存された共連続相構造を呈している。ポリアミド樹脂を含む分散相(BA2)は、変性エラストマーを含んでもよく、含まなくてもよい。
尚、(2)の相構造は、連続相(A)及び連続相(A)以外の連続相を有さない態様である。また、(2)の相構造において変性エラストマーは、未反応の変性エラストマーであってもよく、ポリアミド樹脂との反応物であってもよく、これらの混合物であってもよい。
本明細書では、上記「(2)の相構造」を単に「相構造(2)」ともいう。
また、相構造(2)の分散相(BA2)は、その内部に微分散相を有さなくてもよいが、有してもよい。微分散相を有する場合は、分散相(BA2)内における連続相であって、ポリアミド樹脂を含む連続相(BA21)と、この連続相(BA21)内で分散された微分散相であって、変性エラストマーを含んだ分散相(BA22)と、を有することができる(図示せず)。この場合、相構造(2)は、分散相(BA2)内に更に微分散相(BA22)を有する多重相構造を呈している。
また、相構造(2)において変性エラストマーは、未反応の変性エラストマーであってもよく、ポリアミド樹脂との反応物であってもよく、これらの混合物であってもよい。
尚、本熱可塑性樹脂組成物は、通常、下記(3)の相構造をとらない。
(3)の相構造
ポリオレフィン樹脂を含む連続相と、この連続相内で分散された分散相であって、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーを含む分散相と、を有しながら、ポリアミド樹脂を含む連続相と、この連続相内で分散された分散相であって、ポリオレフィン樹脂を含む分散相と、を有さない相構造。即ち、ポリオレフィン樹脂を含む連続相とポリアミド樹脂を含む分散相とを有しながら、共連続相構造ではない相構造。
上記相構造(1)(図1参照)の場合、連続相(A)は、ポリアミド樹脂を含む。ポリアミド樹脂は連続相(A)の主成分(連続相A全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。また、分散相(B)は、変性エラストマーを含む。変性エラストマーは分散相(B)分散相(B)の主成分(分散相B全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。更に、分散相(B)は、ポリオレフィン樹脂を含む。ポリオレフィン樹脂は分散相(B)の主成分(分散相B全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。また、分散相(B)は、前述のように、ポリアミド樹脂を含むことができる(分散相(B22)として含むことができる)。分散相(B)がポリアミド樹脂を含む場合、分散相B全体に対し、30質量%未満とすることができる。
上記相構造(2)の場合、連続相(A)は、ポリアミド樹脂を含む。ポリアミド樹脂は連続相(A)の主成分(連続相A全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。また、連続相(A)に対する分散相(BA1)は、変性エラストマーを含む。変性エラストマーは分散相(BA1)の主成分(分散相BA1全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。
また、連続相(A)は、ポリオレフィン樹脂を含む。ポリオレフィン樹脂は連続相(A)の主成分(連続相A全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。また、連続相(A)に対する分散相(BA2)は、ポリアミド樹脂を含む。ポリアミド樹脂は分散相(BA2)の主成分(分散相BA2全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)であることが好ましい。
尚、分散相(BA2)は、前述のように、その内部に微分散相を有することができる。この場合は、分散相(BA2)は、ポリアミド樹脂を含む連続相(分散相内連続相)と、この連続相内で分散された微分散相であって、変性エラストマーを含んだ微分散相と、を有することができる(図示せず)。この場合、相構造(2)は、分散相(BA2)内に更に微分散相を有する多重相構造を呈することになる。この多重相構造を有する場合、分散相(BA2)の主成分(分散相BA2全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)はポリアミド樹脂であることが好ましい。また、微分散相の主成分(微分散相全体に対し、通常70質量%以上であり、100質量%であってもよい)は変性エラストマーであることが好ましい。
このような相構造(1)又は相構造(2)を有する場合には、より優れた耐衝撃性を有した熱可塑性樹脂組成物とすることができる。この相構造は、後述するように、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物と、ポリオレフィン樹脂と、を溶融混練することにより、得ることができる。
尚、本熱可塑性樹脂粗成物内では、ポリアミド樹脂と変性エラストマーとは反応されていてもよい。即ち、変性エラストマーが有する反応性基がポリアミド樹脂に対して反応された反応物(ポリアミド樹脂と変性エラストマーとの反応物)であってもよい。例えば、相構造(1)では、連続相(A)と分散相(B)との界面、及び/又は、連続相(B21)と微分散相(B22)との界面、には、上述の反応物が存在し得る。同様に、相構造(2)では、連続相(A)と連続相(A)との界面、連続相(A)と分散相(BA2)との界面、等には、上述の反応物が存在し得る。
各種相構造は、酸素プラズマエッチング処理(例えば、100Wで1分間の酸素プラズマエッチング処理)した後、更に、オスミウムコート処理を施した試験片(本熱可塑性樹脂組成物からなる試験片)の処理面を電界放出形走査型電子顕微鏡(FE−SEM)で観察できる。特に、分散相及び微分散相は、この方法において1000倍以上(通常10,000倍以下)に拡大した画像で観察できる。また、各相を構成する成分は、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)を用いた観察時にエネルギー分散型X線分析(EDS)を行うことで特定できる。
本熱可塑性樹脂組成物の分散相(図1における連続相A内に分散された分散相B、図2における連続相A内に分散された分散相BA2)の大きさは特に限定されないが、その分散径(平均分散径)は、10000nm以下であることが好ましく、より好ましくは50nm以上8000nm以下、更に好ましくは100nm以上4000nm以下である。
この分散相の分散径は、電子顕微鏡を用いて得られる1000倍以上の拡大画像において測定できる。即ち、画像内の所定の領域内から無作為に選択された20個の分散相の各々の最長径を測定し、得られた最長径の平均値を第1平均値とする。そして、画像内の異なる5つの領域において測定された第1平均値の更なる平均値が、分散相の平均分散径(長軸平均分散径)である。
本熱可塑性樹脂組成物の分散相内に含まれた微分散相の大きさは特に限定されないが、その分散径(平均分散径)は、5nm以上1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは5nm以上600nm以下、更に好ましくは10nm以上400nm以下、特に好ましくは15nm以上350nm以下である。
この微分散相の分散径は、電子顕微鏡を用いて得られる1000倍以上の拡大画像において測定できる。即ち、画像内の所定の領域内から無作為に選択された20個の微分散相の各々の最長径を測定し、得られた最長径の平均値を第1平均値とする。そして、画像内の異なる5つの領域において測定された第1平均値の更なる平均値が、微分散相の平均分散径(長軸平均分散径)である。
また、本熱可塑性樹脂組成物に含まれた無機フィラー(B)は、通常、後述する無機フィラー自体の特性(大きさ及び形状等)をそのまま引き継ぐ。このため、後述する無機フィラーの特性は、そのまま本熱可塑性樹脂組成物内の無機フィラー(B)にも適用できる。
〈3〉配合について
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合に、ポリオレフィン樹脂の割合は、1質量%以上90質量%以下とすることができる。この割合は、2質量%以上80質量%以下が好ましく、更に3質量%以上70質量%以下が好ましく、更に4質量%以上60質量%以下が好ましく、更に5質量%以上50質量%以下が好ましく、更に6質量%以上40質量%以下が好ましく、更に7質量%以上35質量%以下が好ましく、更に8質量%以上30質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合に、ポリアミド樹脂及び変性エラストマー(これらの一部又は全部は互いに反応されていてもよい。以下同様。)の割合は、10質量%以上99質量%以下とすることができる。この割合は、20質量%以上99質量%以下が好ましく、更に30質量%以上98質量%以下が好ましく、更に40質量%以上97質量%以下が好ましく、更に50質量%以上96質量%以下が好ましく、更に60質量%以上95質量%以下が好ましく、更に65質量%以上94質量%以下が好ましく、更に70質量%以上93質量%以下が好ましい。
上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合に、ポリアミド樹脂の割合は、1質量%以上90質量%以下とすることができる。この割合は、15質量%以上85質量%以下が好ましく、更に20質量%以上80質量%以下が好ましく、更に22質量%以上76質量%以下が好ましく、更に25質量%以上71質量%以下が好ましく、更に27質量%以上68質量%以下が好ましく、更に29質量%以上65質量%以下が好ましく、更に33質量%以上63質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合に、無機フィラーの割合は、0.01質量%以上25質量%以下とすることができる。この割合は、0.1質量%以上20質量%以下が好ましく、更に0.1質量%以上15質量%以下が好ましく、更に0.2質量%以上14質量%以下が好ましく、更に0.4質量%以上13質量%以下が好ましく、更に0.6質量%以上12質量%以下が好ましく、更に0.8質量%以上10質量%以下が好ましく、更に1質量%以上8質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合に、変性エラストマーの割合は、1質量%以上60質量%以下とすることができる。この割合は、5質量%以上53質量%以下が好ましく、更に11質量%以上45質量%以下が好ましく、更に12質量%以上40質量%以下が好ましく、更に13質量%以上38質量%以下が好ましく、更に14質量%以上36質量%以下が好ましく、更に15質量%以上35質量%以下が好ましく、更に18質量%以上34質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
また、本熱可塑性樹脂組成物において、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)とポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)との合計を100質量%とした場合、ポリアミド樹脂の割合は、30質量%以上97質量%以下とすることができる。この割合は、35質量%以上96質量%以下が好ましく、更に37質量%以上95質量%以下が好ましく、更に40質量%以上94質量%以下が好ましく、更に43質量%以上93質量%以下が好ましく、更に45質量%以上92質量%以下が好ましく、更に47質量%以上91質量%以下が好ましく、更に53質量%以上90質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
更に、本熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と変性エラストマーとの合計を100質量%とした場合に、変性エラストマーの割合は、10質量%以上90質量%以下とすることができる。この割合は、15質量%以上70質量%以下が好ましく、更に20質量%以上65質量%以下が好ましく、更に22質量%以上60質量%以下が好ましく、更に24質量%以上55質量%以下が好ましく、更に26質量%以上50質量%以下が好ましく、更に28質量%以上45質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
また、本熱可塑性樹脂組成物において、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と無機フィラーとの合計を100質量%とした場合に、無機フィラーの割合は、0.001質量%以上35質量%以下とすることができる。この割合は、0.1質量%以上30質量%以下が好ましく、更に1質量%以上25質量%以下が好ましく、更に2質量%以上20質量%以下が好ましく、更に3質量%以上18質量%以下が好ましく、更に4質量%以上15質量%以下が好ましく、更に5質量%以上13質量%以下が好ましい。上記範囲では、耐衝撃特性に優れた熱可塑性樹脂組成物、及び、この熱可塑性樹脂組成物による成形体を得ることができる。
尚、前述したポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合のポリオレフィン樹脂の割合は、相構造(1)(図1参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の分散相(B)のうちの連続相(B21)の割合に等しい。一方、相構造(2)(図2参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の連続相(A)の割合に等しい。
ここでいう割合は、体積割合であるが、通常、この体積割合が反映される面積割合とも等しい(以下、同様である)
前述したポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合の、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの割合は、相構造(1)(図1参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の連続相(A)、分散相(B)及び微分散相(B22)の合計割合に等しい。一方、相構造(2)(図2参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の連続相(A)、分散相(BA1)及び分散相(BA2)の合計割合に等しい。
前述したポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合のポリアミド樹脂の割合は、相構造(1)(図1参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の連続相(A)及び微分散相(B22)の合計割合に等しい。一方、相構造(2)(図2参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の連続相(A)及び分散相(BA2)の合計割合に等しい。
前述したポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、ポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマーと、無機フィラーと、の合計を100質量%とした場合の変性エラストマーの割合は、相構造(1)(図1参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の分散相(B)の割合に等しい。一方、相構造(2)(図2参照)の場合には、通常、相全体を100質量%とした場合の分散相(B)の合計割合に等しい。
本熱可塑性樹脂組成物によれば、無機フィラーの配合と、短鎖構造を有するポリアミド樹脂の利用により、高い耐衝撃性と曲げ弾性率とを両立させることができる。具体的には、シャルピー衝撃強度を50kJ/m以上190kJ/m以下、曲げ弾性率を500MPa以上1500MPa以下の範囲で両立できる。このうち、シャルピー衝撃強度は、更に65kJ/m以上190kJ/m以下にでき、更に70kJ/m以上180kJ/m以下にでき、更に75kJ/m以上170kJ/m以下にでき、更に80kJ/m以上160kJ/m以下にでき、更に85kJ/m以上150kJ/m以下にできる。一方、曲げ弾性率は、更に550MPa以上1450MPa以下にでき、更に600MPa以上1400MPa以下にでき、更に650MPa以上1350MPa以下にでき、更に700MPa以上1300MPa以下にでき、更に750MPa以上1250MPa以下にできる。
[2]成形体
本発明の成形体は、本熱可塑性樹脂組成物からなる。本熱可塑性樹脂組成物については前述の通りである。本成形体は、ソリッド成形体(中実成形体)であってもよいし、発泡成形体であってもよい。本成形体はどのようにして成形してもよく、その方法は特に限定されない。例えば、射出成形、押出成形(シート押出、異形押出)、Tダイ成形、ブロー成形、射出ブロー成形、インフレーション成形、中空成形、真空成形、圧縮成形、プレス成形、スタンピングモールド成形、トランスファ成形等に供することができる。これらは1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。
また、成形体の形状、大きさ及び厚さ等の寸法も特に限定されず、その用途も特に限定されない。この成形体は、例えば、自動車、鉄道車両、船舶及び飛行機等の外装材、内装材、構造材及び衝撃吸収材等として用いることができる。これらのうち自動車用品としては、自動車用外装材、自動車用内装材、自動車用構造材、自動車用衝撃吸収材、エンジンルーム内部品等が挙げられる。具体的には、バンパー、スポイラー、カウリング、フロントグリル、ガーニッシュ、ボンネット、トランクリッド、カウルルーバー、フェンダーパネル、ロッカーモール、ドアパネル、ルーフパネル、インストルメントパネル、センタークラスター、ドアトリム、クオータートリム、ルーフライニング、ピラーガーニッシュ、デッキトリム、トノボード、パッケージトレイ、ダッシュボード、コンソールボックス、キッキングプレート、スイッチベース、シートバックボード、シートフレーム、アームレスト、サンバイザ、インテークマニホールド、エンジンヘッドカバー、エンジンアンダーカバー、オイルフィルターハウジング、車載用電子部品(ECU、TVモニター等)のハウジング、エアフィルターボックスなどが挙げられる。
更に、例えば、建築物及び家具等の内装材、外装材及び構造材等が挙げられる。即ち、ドア表装材、ドア構造材、各種家具(机、椅子、棚、箪笥等)の表装材、構造材などとすることができる。その他、包装体、収容体(トレイ等)、保護用部材及びパーティション部材等として用いることもできる。また、家電製品(薄型TV、冷蔵庫、洗濯機、掃除機、携帯電話、携帯ゲーム機、ノート型パソコン等)の筐体及び構造体などの成形体とすることもできる。
[3]熱可塑性樹脂組成物の製造方法
本製造方法は、前述した本熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、
無機フィラーを含んだポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)及び変性エラストマー(ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマー)の溶融混練物、並びに、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)、を溶融混練する溶融混練工程を備える。
尚、ポリオレフィン樹脂、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂、及び、変性エラストマーの各々特性及び配合については、前述の通りである。更には、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂を構成する無機フィラー及びポリアミド樹脂についても前述の通りである。
溶融混練工程(以下、単に「第2溶融混練工程という」)は、溶融混練物と、ポリオレフィン樹脂(数平均分子量が350,000以上であるポリオレフィン樹脂)と、を溶融混練する工程である。
この際に用いる溶融混練物は、溶融状態の組成物、又は、軟化状態の組成物であってもよいし、ペレット化等により固形化されたものであってもよい。
この第2溶融混練工程では、どのような溶融混練装置を用いてもよい。例えば、押出機(一軸スクリュー押出機、二軸混練押出機等)、ニーダー、ミキサー(高速流動式ミキサー、バドルミキサー、リボンミキサー等)等を用いることができる。これらの装置は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、2種以上を用いる場合には連続的に運転してもよく、回分的に(バッチ式で)運転してもよい。更に、各原料は一括して混合してもよいし、複数回に分けて添加投入(多段配合)して混合してもよい。
第2溶融混練工程における混練温度は特に限定されないが、190℃以上350℃以下が好ましく、200℃以上300℃以下がより好ましく、205℃以上260℃以下が更に好ましい。
また、上記溶融混練物は、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂(短鎖構造を有するポリアミド樹脂)と、変性エラストマー(ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマー)と、を予め溶融混練して得られた組成物である。以下では、この際のポリアミド樹脂と変性エラストマーとを予め溶融混練する工程を第1溶融混練工程という。
この第1溶融混練工程では、どのような手順で溶融混練を行ってもよい。具体的には、(1)無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、変性エラストマーと、のみを溶融混練して前述の溶融混練物を得ることができる。また、(2)無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂と、変性エラストマーと、を溶融混練して前述の溶融混練物を得ることができる。
これらのうちでは、上記(2)の態様が好ましい。上記(2)の態様を利用することで、前述したような、無機フィラーとポリアミド樹脂とが親和性又は結合を有した無機フィラー含有ポリアミド樹脂を利用することができる。より具体的には、層状珪酸塩とポリアミド樹脂とが親和性又は結合を有した層状珪酸塩含有ポリアミド樹脂を利用できる。これにより、連続相(A)と分散相(B)とに跨って無機フィラーが配置されることを防止し、より確実に、分散相(B)内に無機フィラーを維持できる。
上記(2)の態様を用いる場合には、その混練順序は限定されない。即ち、例えば、無機フィラー含有ポリアミド樹脂と、無機フィラー非含有ポリアミド樹脂と、変性エラストマーと、を同時に溶融混練してもよいし、無機フィラー含有ポリアミド樹脂と、無機フィラー非含有ポリアミド樹脂と、を予め溶融混練したところへ、変性エラストマーを添加して溶融混練してもよい。
無機フィラー含有ポリアミド樹脂を用いる場合、無機フィラー含有ポリアミド樹脂を構成するポリアミド樹脂と、無機フィラーを含まないポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)とは、同じポリアミド樹脂であってもよいし、異なるポリアミド樹脂であってもよい。
無機フィラー含有ポリアミド樹脂を用いる場合、結果的に、前述した(「〈3〉配合について」にて詳述)、無機フィラー配合割合となればよく、無機フィラー含有ポリアミド樹脂内に含まれる無機フィラーの量は限定されない。
また、第1溶融混練工程では、どのような溶融混練装置を用いてもよい。上記の第2溶融混練工程の説明において例示した各種の装置を利用でき、それらの装置は1種のみを用いてもよく2種以上を併用してもよい。また、第1溶融混練工程と第2溶融混練工程とでは、同じ装置を用いてもとく異なる装置を用いてもよい。
また、2種以上を用いる場合には連続的に運転してもよく、回分的に(バッチ式で)運転してもよい。更に、各原料は一括して混合してもよいし、複数回に分けて添加投入(多段配合)して混合してもよい。
更に、第1溶融混練の混練温度は、190℃以上350℃以下が好ましく、200℃以上330℃以下がより好ましく、205℃以上310℃以下が更に好ましい。
本製造方法では、予め溶融混練された溶融混練物(無機フィラー、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物)を用いることにより、ポリアミド樹脂と変性エラストマーとが反応する際に混練が行われる。従って、反応性基を有する変性エラストマーに起因して、ポリアミド樹脂の表面に反応性基が付加され、変性エラストマー反応物が表面に結合されたポリアミド樹脂粒子が形成されると考えられる。そして、更なる混練によって、表面に変性エラストマー反応物が結合されたポリアミド樹脂粒子がせん断され、未反応のポリアミド樹脂の表面が現れる。すると、この未反応表面に対して、未反応の変性エラストマーが、更に反応すると考えられる。このように変性エラストマー反応物が結合されたポリアミド樹脂粒子がせん断され、未反応のポリアミド樹脂の表面が現れ、この未反応表面に対して未反応変性エラストマーが反応することを繰り返すことで、より小さな、変性エラストマー反応物が結合されたポリアミド樹脂粒子を、高いシェアに頼らず安定して形成できると考えらえる。
そして、上述の過程で供給され得る変性エラストマー量が少ないと、変性エラストマー反応物が結合されたポリアミド樹脂粒子は小さくなり難く、供給され得る変性エラストマー量が十分に多いと、変性エラストマー反応物が結合されたポリアミド樹脂粒子は小さくなり易いと考えられる。
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
[1]熱可塑性樹脂組成物の調製及び試験片の作製
〈1〉熱可塑性樹脂組成物の調製
表1に示す配合となるように、実験例1〜7の熱可塑性樹脂組成物を調製した。
[1]実験例1(参考品)
下記ポリアミド樹脂(1)(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、二軸溶融混練押出機(Coperion社製、スクリュー径50mm、L/D=48)に投入し、混練温度210℃、押出速度150kg/時間、スクリュー回転数500回転/分の条件で溶融混練(第1溶融混練工程)を行い、ペレタイザーを介して、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。
次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(1)のペレットと、をドライブレンドした後、二軸溶融混練押出機(Coperion社製、スクリュー径50mm、L/D=48)に投入し、混練温度210℃、押出速度150kg/時間、スクリュー回転数500回転/分の条件で溶融混練(第2溶融混練工程)を行い、ペレタイザーを介して、実験例1の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
[2]実験例2〜3(発明品)
下記無機フィラー含有ポリアミド樹脂のペレットと、下記ポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、実験例1と同条件の第1溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、無機フィラー、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(1)のペレットと、をドライブレンドした後、実験例1と同条件の第2溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、実験例2〜3の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
[3]実験例4(参考品)
下記ポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、実験例1と同条件の第1溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(2)のペレットと、をドライブレンドした後、実験例1と同条件の第2溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、実験例4の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
[4]実験例5(参考品)
下記無機フィラー含有ポリアミド樹脂のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、実験例1と同条件の第1溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、無機フィラー、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(2)のペレットと、をドライブレンドした後、実験例1と同条件の第2溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、実験例5の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
[5]実験例6(参考品)
下記ポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、実験例1と同条件の第1溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(1)のペレットと、をドライブレンドした後、実験例1と同条件の第2溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、実験例6の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
[6]実験例7(参考品)
下記ポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリアミド樹脂)のペレットと、下記変性エラストマーのペレットとをドライブレンドした後、実験例1と同条件の第1溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、ポリアミド樹脂及び変性エラストマーの溶融混練物からなるペレットを得た。次いで、得られたペレットと、下記ポリオレフィン樹脂(2)のペレットと、をドライブレンドした後、実験例1と同条件の第2溶融混練工程を行い、ペレタイザーを介して、実験例7の熱可塑性樹脂組成物からなるペレットを得た。
・ポリオレフィン樹脂(1):ポリプロピレン樹脂、ホモポリマー、数平均分子量520,000、MFR3g/10min
・ポリオレフィン樹脂(2):ポリプロピレン樹脂、ホモポリマー、数平均分子量312,000、MFR21g/10min
・ポリアミド樹脂(無機フィラー非含有ポリオレフィン樹脂):ナイロン6樹脂(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)、数平均分子量18,000
・無機フィラー含有ポリオレフィン樹脂:ユニチカ株式会社製、品名「ナノコン M1030DH(N)」、ナイロン6樹脂(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)、数平均分子量20,000、無機フィラーとして層状珪酸塩を含有、無機フィラー含有量10質量%、
・変性エラストマー:無水マレイン酸変性エチレン・ブテン共重合体(変性EBR)、三井化学株式会社製、品名「タフマー MH7020」、MFR(230℃)=1.5g/10分
Figure 0006436273
尚、表1の「無機フィラー含有ポリアミド」欄に記載の「PA」は、無機フィラー含有ポリアミドに占めるポリアミド樹脂の割合を示し、同「FL」は、無機フィラー含有ポリアミドに占める無機フィラーの割合を示す。
〈2〉上記〈1〉で得られたペレットを、射出成形機(日精樹脂工業株式会社製、40トン射出成形機)に投入し、設定温度210℃、金型温度40℃の射出条件で評価用試験片(実験例1〜7)を得た。
[2]試験片の評価
〈1〉シャルピー衝撃強度の測定
上記[2]で得られた実験例1〜7の各試験片を用いて、JIS K7111−1に準拠してシャルピー衝撃強度の測定を行った。その結果を表1に示した。尚、このシャルピー衝撃強度の測定では、ノッチ(タイプA)を有する試験片を用い、温度23℃において、エッジワイズ試験法による衝撃の測定を行った。
〈2〉曲げ弾性率の測定
上記[2]で得られた実験例1〜5の各試験片を用いて、JIS K7171に準拠して曲げ弾性率の測定を行った。その結果を表1に「弾性率」として示した。尚、この曲げ弾性率は、各試験片を支点間距離(L)64mmとした2つの支点(曲率半径5mm)で支持しつつ、支点間中心に配置した作用点(曲率半径5mm)から速度2mm/分にて荷重の負荷を行い測定した。
〈3〉モルフォルジー観察
上記(1)のシャルピー衝撃強度測定に供した各試験片の破断面を100Wで1分間の酸素プラズマエッチング処理した後にオスミウムコート処理し、電界放出形走査型電子顕微鏡(日本電子株式会社製、形式「JSM−7100F TTL LV」)により観察して画像(FE−SEM像)を得る。また、各相を構成する成分は、上記FE−SEM観察時にエネルギー分散型X線分析(EDS)を行って特定する。これらの結果から、相構造を特定した。この結果、実験例2及び実験例3の相構造は、相構造(1)となる。
[3]実施例の効果
実験例6(参考品)と実験例7(参考品)との比較から、採用するポリオレフィン樹脂の数平均分子量によって耐衝撃性が大幅に変化することが分かる。即ち、実験例7に示すように、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量312,000のポリプロピレンを採用し、ポリアミド樹脂としてPA6(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)を採用すると、シャルピー衝撃強度は23kJ/mであるが、実験例6に示すように、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量520,000のポリプロピレンを採用することにより、シャルピー衝撃強度が84kJ/mへと飛躍的に向上されることが分かる。
更に、実験例4(参考品)に示すように、曲げ弾性率1000MPa前後の機械特性を得るため、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量312,000のポリプロピレンを採用し、ポリアミド樹脂としてPA6(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)を採用すると、シャルピー衝撃強度は76kJ/mとなる。
しかしながら、実験例1(参考品)に示すように、曲げ弾性率1000MPa前後の機械特性を得るため、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量520,000のポリプロピレンを採用し、ポリアミド樹脂としてPA6(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)を採用すると、シャルピー衝撃強度は121kJ/mへ向上させることができることが分かる。
即ち、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量520,000のポリプロピレンを採用した実験例1に比べて、耐衝撃強度と剛性とのバランスにおいて、実験例4は劣っていることが分かる。
そして、実験例4(参考品)に対する比較として、実験例5(参考品)に示すように、無機フィラー配合を行うと、実験例4に対して曲げ弾性率を向上させることはできても、耐衝撃強度は逆に低下してしまい、両特性のトレードオフが起きることが分かる。とりわけ、無機フィラーとして、予めポリアミド樹脂内に分散された状態のものを全量用いているにも関わらず、上述のトレードオフを生じている。
一方、実験例1(参考品)に示すように、曲げ弾性率1000MPa前後の機械特性を得るため、ポリオレフィン樹脂として数平均分子量520,000のポリプロピレンを採用し、ポリアミド樹脂としてPA6(短鎖構造のみを有するポリアミド樹脂)を採用すると、シャルピー衝撃強度121kJ/m及び曲げ弾性率901MPaの機械特性が得られる。
そして、実験例2(発明品)に示すように、実施例1におけるポリアミド樹脂の一部に、無機フィラー含有ポリアミド樹脂(このうち、ポリアミド樹脂は、短鎖構造のみを有するPA6)を採用すると、シャルピー衝撃強度117kJ/m及び曲げ弾性率937MPaの機械特性が得られることが分かる。即ち、僅かな無機フィラー配合により、耐衝撃強度をほとんど変化させることなく、曲げ弾性率を向上させられることが分かる。
更に、実験例3(発明品)に示すように、無機フィラー含有ポリアミド樹脂(このうち、ポリアミド樹脂は、短鎖構造のみを有するPA6)の配合を増加させると、シャルピー衝撃強度124kJ/m及び曲げ弾性率1088MPaの機械特性が得られ、耐衝撃性と曲げ弾性率とをトレードオフさせることなく、両立的に向上させることができることが分かる。
前述の例は単に説明を目的とするものでしかなく、本発明を限定するものと解釈されるものではない。本発明を典型的な実施形態の例を挙げて説明したが、本発明の記述及び図示において使用された文言は、限定的な文言ではなく説明的及び例示的なものであると理解される。ここで詳述したように、その形態において本発明の範囲又は精神から逸脱することなく、添付の特許請求の範囲内で変更が可能である。ここでは、本発明の詳述に特定の構造、材料及び実施例を参照したが、本発明をここに掲げる開示事項に限定することを意図するものではなく、むしろ、本発明は添付の特許請求の範囲内における、機能的に同等の構造、方法、使用の全てに及ぶものとする。
A;連続相、
;分散相、
;分散相、
21;連続相(分散相B内の連続相)、
22;微分散相(分散相B内の分散相)、
、A;連続相、
A1、BA2;分散相、
C;無機フィラー。

Claims (9)

  1. ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を配合してなる熱可塑性樹脂組成物であって、
    前記ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、
    前記ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
  2. ポリオレフィン樹脂と、無機フィラーを含んだポリアミド樹脂と、前記ポリアミド樹脂に対する反応性基を有する変性エラストマーと、を含有する熱可塑性樹脂組成物であって、
    前記ポリオレフィン樹脂は、数平均分子量が350,000以上であり、
    前記ポリアミド樹脂は、主鎖中の隣り合ったアミド結合同士に挟まれた炭化水素基の直鎖炭素数が5以下である構造を有することを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
  3. ポリアミド樹脂を含んだ連続相(A)と、
    前記連続相(A)中に分散された分散相であって、前記変性エラストマーを含んだ分散相(B)と、
    前記連続相(A)中に分散された分散相であって、前記ポリオレフィン樹脂を含んだ分散相(B)と、
    前記連続相(A)中に分散された前記無機フィラー(C)と、を有する請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  4. 前記無機フィラーは、層状珪酸塩である請求項1乃至3のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
  5. 前記ポリオレフィンは、ホモポリマーである請求項1乃至4のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
  6. 前記ポリアミド樹脂は、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロンM5T、ナイロンM5I、及び、これら共重合体、からなる群から選択される請求項1乃至5のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
  7. 前記変性エラストマーは、エチレン若しくはプロピレンと炭素数3〜8のα−オレフィンとの共重合体を骨格としたオレフィン系熱可塑性エラストマー、又は、スチレン骨格を有するスチレン系熱可塑性エラストマーである請求項1乃至6のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
  8. 請求項1乃至7のうちのいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなることを特徴とする成形体。
  9. 請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物の製造方法であって、
    前記無機フィラーを含んだポリアミド樹脂及び前記変性エラストマーの溶融混練物、並びに、前記ポリオレフィン樹脂、を溶融混練する溶融混練工程を備えることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物の製造方法。
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