JP6696928B2 - ポリカーボネート改質剤、改質されたポリカーボネート樹脂、及び改質されたポリカーボネート樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態のポリカーボネート改質剤(以下、単に「改質剤」ともいう。)は、グラフト重合体(A)及びグラフト重合体(B)を含有する。かかる改質剤は、特にポリカーボネート樹脂の摺動特性を改善する用途に用いられる。以下、各成分について説明する。
グラフト重合体(A)は、エチレン系重合体(a)から構成される主鎖及びビニル系単量体(b)由来の構造単位から構成されるグラフト鎖を有する。
log(aT)=Ea/R(1/T−1/T0)
[Rは気体定数であり、T0は基準温度(463K)である。]
アレニウス型プロットlog(aT)−(1/T)において、直線近似をした時に得られる相関係数r2が0.99以上であるときのEa値を、本発明における流動の活性化エネルギーとする。
<測定条件>
ジオメトリー:パラレルプレート
プレート直径:25mm
プレート間隔(測定スタート時点):1.5mm
ストレイン :5%
角周波数 :0.1〜100rad/秒
測定雰囲気 :窒素下
次に、測定対象となるグラフト重合体を準備して、同様にガスクロマトグラフィー分析を行い、検量線を用いて各成分の組成比を求める。
(ガスクロマトグラフィー分析)
グラフト重合体を、井元製作所製一軸混練機(IMC−19D1)を用いて、スクリュー温度を混練機の入り口から出口に向かって170℃から200℃となるように設定し、スクリュー回転数が100rpmの条件で溶融混練を行い、ペレットを得る。得られたペレットについて下記の条件でガスクロマトグラフィー分析を行う。
(条件)
アジレントテクノロジー株式会社製 型式7890A GC System/5975C VL MSD
カラム:Ultra ALLOY−5
長さ(30m)×内径(0.25mm)×膜厚(0.25μm)
オーブン温度:70→320℃(20℃/min)(10minホールド)
注入口温度:320℃
インターフェース温度:320℃
キャリアーガス:ヘリウム(流量1ml/min)
スプリット比:1/150
マスレンジ:10〜425(m/z)
溶媒待ち時間:1.7min
サンプル量:3mg
ガス発生条件:260℃で6分間ホールド、INTF温度(320℃)
グラフト重合体(B)は、ゴム状重合体にビニル系単量体をグラフト重合してなるグラフト重合体である。
本実施形態の改質剤の製造方法は、エチレン系重合体(a)30〜80質量部の存在下に、ビニル系単量体(b)70〜20質量部(ただし、(a)及び(b)の合計は100質量部)をグラフト重合してグラフト重合体(A)を合成する重合工程であって、ビニル系単量体(b)は1質量%以上35質量%以下のシアン化ビニル系単量体を含有する重合工程と、得られたグラフト重合体(A)と、ゴム状重合体にビニル系単量体をグラフト重合してなるグラフト重合体(B)とを混合する混合工程と、を有する。
本実施形態の改質剤を、ポリカーボネート樹脂に添加する量は、ポリカーボネート樹脂の用途等に合わせて適宜調整することができるが、例えばポリカーボネート樹脂100質量部に対して、0.5〜28質量部、好ましくは1〜25質量部、より好ましくは2〜20質量部とすることができる。
以下に示す方法で、グラフト重合体(A−1)〜(A−4)を製造した。なお、エチレン系重合体(住友化学(株)製、商品名「スミカセンEPGT140」)は「エチレン−1−ブテン−1−ヘキセン共重合体」であり、その物性は以下のとおりである。
流動性:0.9(g/10min)
密度:0.918(g/cm3)
数平均分子量:18000
重量平均分子量:180000
分子量分布:10
分子量が1万以下の割合:9.6(%)
数平均換算粒子径:3700μm
流動の活性化エネルギー:70(kJ/mol)
100Lの耐圧容器に脱イオン水300部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレングリコール(プルロニックF−68)0.12部、硫酸マグネシウム0.6部、及びエチレン系重合体(住友化学(株)製、商品名「スミカセンEP GT140」)60部を仕込み、攪拌しつつ槽内の窒素置換を行った。その後、スチレン28部、アクリロニトリル12部、tert−ブチルパーオキシピバレート(B(PV))1.1部、tert−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(カヤエステルO)0.1部、及び1,4−ベンゾキノン0.05部から構成される混合モノマーと脱イオン水50部を仕込み、槽内の窒素置換を行った。槽内温度を85℃まで昇温後、85℃になってから1時間反応を継続させた。反応終了後、槽内温度を40℃まで冷却し、回収・洗浄・乾燥を行うことでグラフト重合体(A−1)を得た。
エチレン系重合体、スチレン、アクリロニトリルの仕込み量を、それぞれ52.6部、35.3部、12.1部に変更した他は、(A−1)と同様にしてグラフト重合体(A−2)を得た。
スチレン、アクリロニトリルの仕込み量を、それぞれ31.5部、8.5部に変更した他は、(A−1)と同様にしてグラフト重合体(A−3)を得た。
スチレン、アクリロニトリルの仕込み量を、それぞれ25.5部、14.5部に変更した他は、(A−1)と同様にしてグラフト重合体(A−4)を得た。
得られたグラフト重合体について、以下に示す方法で評価を行った。その結果を、表1に示す。
グラフト重合体(A−1)を例として説明する。グラフト重合体(A−1)は乾燥後に92部得られた。エチレン系重合体は仕込み量の99%がグラフト重合体中に含有すると仮定することで、グラフト重合体(A−1)のエチレン系重合体含有率は下記式(1)より求めることができる。
エチレン系重合体含有率(%)=[{エチレン系重合体の仕込み量(部)×0.99}/グラフト重合体の質量(部)]×100 …(1)
=[(60×0.99)/92]×100
=64.5(%)
グラフト重合体(A−1)を例として説明する。グラフト重合体(A−1)をジクロロメタンを用いて分別作業を行うことでジクロロメタン不溶部の質量比率を求めたところ89.9%であった。エチレン系重合体はジクロロメタン不溶部に存在するので、グラフト率は下記式(2)より求めることができる。
グラフト率(%)=[{ジクロロメタン不溶部の質量比率(%)−エチレン系重合体含有率(%)}/エチレン系重合体含有率(%)]×100 …(2)
=(89.9−64.5)/64.5×100
=39.4(%)
有機微量元素(CHN)分析装置JM10(株式会社ジェイサイエンスラボ製)を使用し、検量線作成用の標準試料としてアンチピリン、フェナセチン、アセトアニリドを用いることで、グラフト重合体中の窒素原子含有率を求めた。なお、グラフト重合体は一度溶融混練をすることで組成を均一にさせた試料を用いた。
グラフト重合体中に含まれる窒素原子は全てアクリロニトリル由来であることから、窒素原子含有率とアクリロニトリル含有率は比例関係にある。窒素原子の原子量が14、アクリロニトリルの分子量が53であることから、アクリロニトリル由来の構造単位含有率は下記式(3)より求めることができる。
アクリロニトリル由来の構造単位含有率(%)=窒素原子含有率(%)×53/14 …(3)
スチレン由来の構造単位含有率は、下記式(4)より求めることができる。
スチレン由来の構造単位含有率(%)=100−エチレン系重合体含有率(%)−アクリロニトリル由来の構造単位含有率(%) …(4)
グラフト重合体を、井元製作所製一軸混練機(IMC−19D1)を用いて、スクリュー温度を混練機の入り口から出口に向かって170℃から200℃となるように設定し、スクリュー回転数が100rpmの条件で溶融混練を行い、ペレットを得た。その後、熱プレス機を用いて得られたペレットの薄膜フィルムを作成し、フーリエ変換赤外分光装置(パーキンエルマー製Spectrum One)を用いて薄膜フィルムの吸光度を測定し、スチレン由来の1602cm−1付近の吸光度(STY)に対するアクリロニトリル由来の2238cm−1付近の吸光度(ACN)の比(ACN/STY)を求めた。
ポリカーボネート樹脂(住化スタイロンポリカーボネート(株)製カリバー 200−15(商品名))100部と、表2に示す比率でグラフト重合体(A)及びグラフト重合体(B)(MBS:カネカ株式会社製、カネエースM−711(商品名))から構成される改質剤(比較例1ではグラフト重合体(A)のみ)とを混合した後、35mm二軸押出機を用いて270℃にて溶融混練してペレットを得た。
得られたペレットを用いて、以下に示す方法で、270℃に設定した射出成形機にて種々の射出成形品を成形し、摩擦試験、デラミネーション試験、色彩評価、金型汚染性評価を行った。評価結果を表2に示す。
なお、グラフト重合体(A)及び(B)を別々に添加した場合と、グラフト重合体(A)及び(B)を混合した後に、40mm単軸押出機を用いて220℃にて溶融混練してペレットを作製して、これをポリカーボネート樹脂と混合する場合の二通りの方法で実験を行ったが、結果に差は見られなかった。
以下の下面試験片及び上面試験片を用意した。
・下面試験片:得られたペレットを射出成形して得られた平板試験片(縦×横×厚み=15cm×9cm×3mm、光沢面)。
・上面試験片:超耐熱ABS樹脂(KU−630R−3(日本エイアンドエル(株)製))を射出成形して得られた平板試験片(縦×横×厚み=15cm×9cm×3mm、光沢面)を(縦×横×厚み=4cm×4cm×3mm)に切り出したもの。
各試験片を23℃、湿度50%の恒温室に24時間静置させた後に、図2に示すように上面試験片と下面試験片(図中の試験材)の2枚を重ね合わせ、上面試験片の上に1.389kgの荷重を乗せ、毎分50mmの一定速度で引っ張る時に生じる試験力をロードセルで計測し、下記式(5)より減少率を求め、3段階で評価した。
減少率(%)=[(a−b)/a]×100 …(5)
a:改質剤無添加での試験力
b:改質剤添加での試験力
(評価)
○:減少率30%以上
△:減少率10%以上30%未満
×:減少率10%未満
得られたペレットを射出成形して得られた平板試験片(縦×横×厚み=15cm×9cm×3mm、光沢面)のゲート部にカッターで切り込みを入れ、剥離するかどうかを判定した。
○:剥離なし
×:剥離あり
以下の試験片を用意した。
・得られたペレットを射出成形して得られた平板試験片(縦×横×厚み=9cm×5.5cm×2.5mm、光沢面)。
試験片を23℃、湿度50%の恒温室に24時間静置させた後に、高速分光光度計(株式会社村上色彩技術研究所製CMS−35SP JC2型)を用いてSCE方式でYIを計測し、下記のとおり評価した。なお、YIが40以上であると、目視でも黄味が強いと判断される。
(評価)
○:YI=40未満
×:YI=40以上
得られたペレットを用い、成形機J110AD−180H(株式会社日本製鋼所製電動射出成形機)を使用して、成形温度270℃、金型温度60℃、成形サイクル30秒の条件にて1ショット38gの成形品を140枚成形した後、下記の判定基準により評価した。
(評価)
○:金型表面に変化が見られない。
×:金型表面に汚れが見られる。
Claims (7)
- ポリカーボネート樹脂及びポリカーボネート改質剤を含む、改質されたポリカーボネート樹脂であって、
前記ポリカーボネート改質剤の含有量は前記ポリカーボネート樹脂100質量部に対して0.5〜28質量部であり、
前記ポリカーボネート改質剤は、エチレン系重合体(a)から構成される主鎖30〜80質量部及びビニル系単量体(b)由来の構造単位から構成されるグラフト鎖70〜20質量部を、主鎖とグラフト鎖の合計が100質量部となるように有するグラフト重合体(A)と、メタクリル酸メチル・ブタジエン系ゴム・スチレン樹脂(B)とを、質量比が(A):(B)=9〜98:91〜2となるように含有し、
前記ビニル系単量体(b)が芳香族ビニル単量体及びシアン化ビニル単量体を含み、
前記芳香族ビニル単量体由来の1602cm−1付近の波長における吸光度(α1)に対する前記シアン化ビニル単量体由来の2238cm−1付近の波長における吸光度(α2)の比(α2/α1)が0.1以上0.85以下である、改質されたポリカーボネート樹脂。 - 前記α2/α1が0.3以上0.85以下である、請求項1に記載の改質されたポリカーボネート樹脂。
- 前記エチレン系重合体(a)は、数平均分子量が1万から5万、分子量分布が5〜15、分子量が1万以下の割合が5.5%以上である、請求項1又は2に記載の改質されたポリカーボネート樹脂。
- 前記エチレン系重合体(a)は、流動の活性化エネルギーが40〜120kJ/molである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の改質されたポリカーボネート樹脂。
- エチレン系重合体(a)30〜80質量部の存在下に、ビニル系単量体(b)70〜20質量部(ただし、(a)及び(b)の合計は100質量部)をグラフト重合してグラフト重合体(A)を合成する重合工程であって、ビニル系単量体(b)は1質量%以上35質量%以下のシアン化ビニル系単量体を含有する重合工程と、
得られたグラフト重合体(A)と、メタクリル酸メチル・ブタジエン系ゴム・スチレン樹脂(B)とを混合してポリカーボネート改質剤を得る混合工程と、
ポリカーボネート改質剤をポリカーボネート樹脂に添加する添加工程であって、ポリカーボネート改質剤の添加量はポリカーボネート樹脂100質量部に対して0.5〜28質量部である添加工程と、を有する改質されたポリカーボネート樹脂の製造方法。 - 前記混合工程において、グラフト重合体(A)とメタクリル酸メチル・ブタジエン系ゴム・スチレン樹脂(B)とを溶融混練する、請求項5に記載の製造方法。
- エチレン系重合体(a)から構成される主鎖30〜80質量部及びビニル系単量体(b)由来の構造単位から構成されるグラフト鎖70〜20質量部を、主鎖とグラフト鎖の合計が100質量部となるように有するグラフト重合体(A)と、メタクリル酸メチル・ブタジエン系ゴム・スチレン樹脂(B)とを、質量比が(A):(B)=9〜98:91〜2となるように含有するポリカーボネート改質剤であって、
前記ビニル系単量体(b)が芳香族ビニル単量体及びシアン化ビニル単量体を含み、
前記芳香族ビニル単量体由来の1602cm−1付近の波長における吸光度(α1)に対する前記シアン化ビニル単量体由来の2238cm−1付近の波長における吸光度(α2)の比(α2/α1)が0.1以上0.85以下であるポリカーボネート改質剤。
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