JP6682044B2 - 熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
(1)熱可塑性樹脂と、下記(I)及び(II)をともに満たす微結晶セルロース繊維とを含む熱可塑性樹脂組成物。
(I)前記熱可塑性樹脂組成物からなる成形品の、任意の箇所に含まれる150個以上の前記微結晶セルロース繊維から、繊維長を基準に上位10%の粒子群を抽出し、当該粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L及び繊維径を測定し、繊維長L÷繊維径にて算出した比Aの平均値が5以上である。
(II)a及びbを定数として、前記粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L、及び繊維長L÷繊維径の比Aをもとに、式「A=a×L+b」にて前記粒子群を回帰分析して得られる換算式における定数bの値が5以上である。
(III)前記微結晶セルロース繊維を、30℃から600℃まで10℃/minで昇温した際に、105℃における重量に対し1%の重量減少が見られる温度。
以下に、本実施形態の熱可塑性樹脂組成物中の各成分について説明する。
本実施形態に係る熱可塑性樹脂は、併用する微結晶セルロース繊維の熱分解温度よりも融点が低い熱可塑性樹脂(結晶性樹脂)が用いられる。微結晶セルロース繊維の熱分解温度よりも融点が高い樹脂を用いると、加工温度が微結晶セルロースの耐熱温度を超え、微結晶セルロースが劣化、変色するといった問題が生じるからである。当該熱可塑性樹脂としては、ポリアセタール樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂(以下、「PBT樹脂」とも呼ぶ。)、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート樹脂などが挙げられる。以下に、PBT樹脂を挙げて説明するが、本実施形態においてはそれに限定されるものではない。
PBT樹脂は、少なくともテレフタル酸又はそのエステル形成性誘導体(C1−6のアルキルエステルや酸ハロゲン化物等)を含むジカルボン酸成分と、少なくとも炭素原子数4のアルキレングリコール(1,4−ブタンジオール)又はそのエステル形成性誘導体(アセチル化物等)を含むグリコール成分とを重縮合して得られる樹脂である。PBT樹脂は、ホモポリブチレンテレフタレートに限らず、ブチレンテレフタレート単位を60モル%以上(特に75モル%以上95モル%以下)含有する共重合体であってもよい。
また、固有粘度が上記範囲のPBT樹脂は、異なる固有粘度を有するPBT樹脂をブレンドして、固有粘度を調整することもできる。例えば、固有粘度0.9dL/gのPBT樹脂と固有粘度0.7dL/gのPBT樹脂とをブレンドすることにより、固有粘度0.8dL/gのPBT樹脂を調製することができる。PBT樹脂の固有粘度(IV)は、例えば、o−クロロフェノール中で温度35℃の条件で測定することができる。
本実施形態においては、熱可塑性樹脂中に溶融混練された後の熱可塑性樹脂組成物において、下記の条件(I)及び(II)をともに満たす状態となる微結晶セルロース繊維を用いる。
(I)熱可塑性樹脂組成物からなる成形品の、任意の箇所に含まれる150個以上の前記微結晶セルロース繊維から、繊維長を基準に上位10%の粒子群を抽出し、当該粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L及び繊維径を測定し、繊維長L÷繊維径にて算出した比Aの平均値が5以上である。
(II)a及びbを定数として、前記粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L、及び繊維長L÷繊維径の比Aをもとに、式「A=a×L+b」にて前記粒子群を回帰分析して得られる換算式における定数bの値が5以上である。
なお、条件(I)において、成形品に含まれる微結晶セルロース繊維を抽出する際には、成形品の任意の箇所を切削して採取した小片状の試料を加熱加圧して、例えば厚さ50μm程度の薄膜フィルムにした状態で顕微鏡を用いて観察する。そのときの温度は熱可塑性樹脂の融点+20℃の温度であり、圧力は上記の厚さに加工できるよう、熱可塑性樹脂の粘度等を考慮して適宜調節すればよい。なお、薄膜フィルムの厚さについても、50μmはあくまで目安であり、これに限定される訳ではない。すなわち、フィルムが厚すぎて微結晶セルロース繊維が重なり合い、観察が困難になってしまうような場合はより薄くすればよく、反対にフィルムが薄すぎて微結晶セルロース繊維が潰れて本来の形状が測定できないような場合はより厚くすればよい。
上述の条件(I)における繊維長L÷繊維径の比A、及び条件(II)における換算式中の定数bの値はいずれも5.2以上が好ましく、5.5以上(例えば6以上)がより好ましい。当該比A及び定数bの上限は、通常15である。このような微結晶セルロースは、パルプ原料から、セルロース結晶部を取り出して得ることができる。
また、微結晶セルロース繊維は、一般的なセルロース繊維よりも耐熱温度が高いため、比較的融点が高い(例えば220℃以上の)熱可塑性樹脂に添加して用いることができる。
なお、微結晶セルロース繊維は、熱可塑性樹脂との溶融混練などにより切断されて繊維長Lが変化するため、溶融混練前後で比Aや定数bの数値が異なるが、本実施形態における比Aや定数bは、溶融混練後、つまり切断された後における数値である。
本実施形態においては、その効果を害さない範囲で、上記各成分の他、一般に熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂に添加される公知の添加剤、即ち、バリ抑制剤、離型剤、潤滑剤、可塑剤、難燃剤、染料や顔料等の着色剤、結晶化促進剤、結晶核剤、各種酸化防止剤、熱安定剤、耐候性安定剤、腐食防止剤、耐加水分解性向上剤、流動性改良剤、靱性改良剤等を配合してもよい。
各実施例・比較例において、表1に示す比率(質量%)で、PBT樹脂と、微結晶セルロース繊維とを原料とし、32mmφの2軸押出機((株)日本製鋼所製、TEX30α)を用いて、押出しペレットを得た。具体的には、原料供給部とダイ先端部をシリンダ温度260℃、その間を200〜260℃とし、吐出量15kg/h、スクリュ回転数200rpmで上記原料を溶融混練して押出し、PBT樹脂組成物(熱可塑性樹脂組成物)からなるペレットを得た。また、比較例3ではセルロース繊維以外の微粒子状フィラーとして、タルクを添加して、同様の溶融混練によりPBT樹脂組成物からなるペレットを得た。参考例においては、PBT樹脂を単独で用いてペレットを得た。表1に示す各成分の詳細を以下に示す。なお、セルロース繊維1〜3は微結晶セルロース繊維である。
PBT樹脂:ウィンテックポリマー(株)製、固有粘度0.8dl/g、CEG=28meq/kgのポリブチレンテレフタレート樹脂
セルロース繊維1:JRS Pharma製、VIVAPUR 105
セルロース繊維2:旭化成(株)製、CEOLUS ST−100
セルロース繊維3:JRS Pharma製、HEWETEN 101
セルロース繊維4:日本製紙(株)製、KCフロック W−50GK
タルク:松村産業(株)製、クラウンタルクPP
上記のようにして得られた、各実施例・比較例のPBT樹脂組成物及び参考例のPBT樹脂を、射出成形機(東芝機械製、EC40)に投入して、シリンダ温度260℃、金型温度90℃にて、ISO3167に準拠し、厚み4mmtの1A型引張試験片を成形した。
(1)明度(L値)
得られた試験片の明度(L値)を、日本電色工業(株)製SE6000を用いて測定した。測定結果を表1に示す。一般的に明度(L値)の数値が大きいほど、熱による変色が抑えられ、特に耐熱性が高いことを示す。
(2)曲げ強さ・曲げ弾性率・曲げ破断歪
得られた試験片を切削し、ISO3167に準じた曲げ試験片(幅10mm、厚み4mmt)を作製し、ISO178に準じて曲げ強さ、曲げ弾性率及び曲げ破断歪みを測定した。測定結果を表1に示す。
(3)曲げ強さの成形品内バラつき
日本製鋼所製射出成形機(型締力40トン)のシリンダ部にガス注入機構(窒素ボンベに接続された発泡剤供給機構と導入速度調整容器とを備え、所定の圧力でガスを注入する機構)を設置した射出発泡成形機を用い、以下のようにして発泡成形品を得た。すなわち、まず、6MPaに制御した状態でシリンダの飢餓ゾーンにダイレクトに注入した窒素ガスと、飢餓供給にてホッパより適正量のペレットを供給して計量可塑化した実施例・比較例のPBT樹脂組成物とを混練した。次いで、シリンダ温度260℃、金型温度80MPa、保圧0MPaにて射出発泡成形を行い、80mm×80mm×2mmの平板状の発泡成形品(幅80mm、厚さ1.5mmのフィルムゲート)を得た。発泡成形品の重量減少率(窒素ガスを注入せず、保圧を60MPaとして通常の射出成形を行った未発泡の成形品に対する、発泡成形品の重量減少率)は、発泡成形時のV−P射出切替え位置の変更により調整し、10%となるようにした。その後、発泡成形品を、ゲート側の端辺及び反ゲート側の端辺からそれぞれ13mm幅で切断し、80mm×13mm×2mmの短冊状試験片を得た。このようにして得たゲート側の短冊状試験片と反ゲート側の短冊状試験片を用いて、オリエンテック社製万能試験機RTC−1325Aにて、上押し治具R5mm、下支持台R2mm、スパン32mm(片側16mm)、速度2mm/minの条件で曲げ強さを測定し、曲げ強さの成形品内バラつきを評価した。また、窒素ガスを注入せず、保圧を60MPaとして通常の射出成形を行った未発泡成形品でも同様に、曲げ強さの成形品内バラつきを評価した。結果を表1に示す。
各実施例・比較例において、表3に示す比率(質量%)で、PBT樹脂と、微結晶セルロース繊維及び/又はガラス繊維とを原料とし、実施例1と同様にしてペレットを得た。なお、PBT樹脂及び微結晶セルロース繊維(セルロース繊維1又は2)は、実施例1〜2で示したものと同じである。また、ガラス繊維は以下の通りである。
ガラス繊維:日本電気硝子(株)製、ECS03T−187(平均繊維径13μm、平均繊維長3mm)
実施例3〜6、比較例4及び参考例で得られたペレットを用い、IEC60112第3版に準拠して試験片を作製しつつ、0.1質量%塩化アンモニウム水溶液と白金電極を用いて、試験片にトラッキングが生じる印加電圧(V:ボルト)を測定した。なお、最大印加電圧は600Vである。測定結果を表3に示す。
一方、微結晶セルロース繊維の代わりにガラス繊維を用いた比較例4においては、耐トラッキング性が悪化している。ところが、比較例4におけるガラス繊維の添加量はそのままとし、セルロース繊維2(微結晶セルロース繊維)を添加した実施例5及び6においては耐トラッキング性が比較例4よりも改善している。
以上より、微結晶セルロース繊維を添加することにより、樹脂組成物の耐トラッキング性を向上することが可能であることが分かる。
Claims (2)
- 熱可塑性樹脂と、下記(I)及び(II)をともに満たす微結晶セルロース繊維とを含み、前記熱可塑性樹脂の融点が、下記(III)で示される前記微結晶セルロース繊維の熱分解温度よりも低い熱可塑性樹脂組成物。
(I)前記熱可塑性樹脂組成物からなる成形品の任意の箇所に含まれる、150個以上の前記微結晶セルロース繊維から、繊維長を基準に上位10%の粒子群を抽出し、当該粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L及び繊維径を測定し、繊維長L÷繊維径にて算出した比Aの平均値が5以上である。
(II)a及びbを定数として、前記粒子群中の個々の前記微結晶セルロース繊維の繊維長L、及び繊維長L÷繊維径の比Aをもとに、式「A=a×L+b」にて前記粒子群を回帰分析して得られる換算式におけるbの値が5以上である。
(III)前記微結晶セルロース繊維を30℃から600℃まで10℃/minで昇温した際に、105℃における重量に対し1%の重量減少が見られる温度。 - 前記微結晶セルロース繊維の前記(III)で示される熱分解温度が265℃以上である請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
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