JP6844250B2 - ポリアセタール樹脂組成物、該組成物から得られる樹脂成形体 - Google Patents

ポリアセタール樹脂組成物、該組成物から得られる樹脂成形体 Download PDF

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Description

本発明は、ポリアセタール樹脂組成物、該組成物から得られる樹脂成形体に関する。
ポリアセタール樹脂は、機械的、熱的特性、電気的特性、摺動性、成形性、成形体の寸法安定性などにおいて、優れた特性を持っており、構造材料や機構材料として自動車部品、電気機器部品、精密機械部品など幅広い分野で使用されている。
近年、特に自動車部品、電気機器分野において、機構部品の軽量化、小型化を求める傾向が高まってきており、金属からポリアセタール樹脂などの樹脂への代替が進んでいる。その結果、ポリアセタール樹脂の部品同士の摺動や、従来よりも高負荷な環境化で使用される機会も増大しており、従来のポリアセタール樹脂では耐摩耗性が不十分であり性能を満たさないケースが生じてきている。
ポリアセタール樹脂の耐摩耗性向上のための方法として、例えば、特許文献1では、ポリアセタール樹脂にポリテトラフルオロエチレンを混合したポリアセタール樹脂組成物が提案されている。
さらに、ポリアセタール樹脂の耐摩耗性を改善する方法として、特許文献2には、粘度100万cSt以上のシリコーンガムとポリテトラフルオロエチレン樹脂を組み合わせたポリアセタール樹脂組成物が開示されている。
特公昭46−30590号公報 特開平4−234450号公報
しかしながら、特許文献1で開示されたポリアセタール樹脂にポリテトラフルオロエチレンを添加したポリアセタール樹脂組成物から得られる樹脂成形体は、鋼材に対する耐摩耗性の改善に効果がみられるものの、未だ不十分であった。また、特許文献2で開示されたポリテトラフルオロエチレンとシリコーンガムの併用系のポリアセタール樹脂成形体は、鋼材に対する耐摩耗性に関しては十分な効果を発揮するが、ポリアセタール樹脂成形体同士に対する耐摩耗性の改善には不十分であった。さらに、ポリテトラフルオロエチレンやシリコーンは、ポリアセタール樹脂との相溶性に乏しく、成形体表面の剥離を生じさせたりするなどの外観低下がみられていたことから、一層の改良が求められていた。
以上のような事情に鑑み、本発明は、成形体の良好な外観と、かつ鋼材や、ポリアセタール樹脂成形体同士に対する耐摩耗性と、さらに、より高負荷な摺動条件下における耐摩耗性とを、十分に発現するポリアセタール樹脂組成物および当該樹脂組成物から得られる樹脂成形体を提供することを目的とする。
すなわち、本発明は、ポリアセタール樹脂(A)と、ポリテトラフルオロエチレン(B)と、共重合体(C)を含むポリアセタール樹脂組成物であって、前記共重合体(C)は、ポリエチレンと、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分と、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート(以下、MECとも称す)を反応して得られるグラフト共重合体であり、かつ前記ポリエチレンと前記モノマー成分の重量比(ポリエチレン/モノマー成分)が、40/60〜95/5であり、前記ポリアセタール樹脂(A)100重量部に対して、前記ポリテトラフルオロエチレン(B)および前記共重合体(C)の合計の重量が、1〜50重量部であり、前記ポリテトラフルオロエチレン(B)と前記共重合体(C)の重量比((B)/(C))が、30/70〜95/5であることを特徴とするポリアセタール樹脂組成物、に関する。
また、本発明は、前記ポリアセタール樹脂組成物から得られることを特徴とする樹脂成形体、に関する。
本発明のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂(A)に、添加剤として、ポリテトラフルオロエチレン(B)と、共重合体(C)(主に、ポリエチレンを主鎖、ポリ(スチレン−MEC)またはポリ(アクリロニトリル−スチレン−MEC)共重合体を側鎖とする特定のグラフト共重合体)を所定量含むため、当該樹脂組成物から得られる成形体は、鋼材や、当該樹脂成形体同士に対する耐摩耗性を向上させることができる。さらに、本発明のポリアセタール樹脂組成物は、より高負荷の摺動条件下にあっても、十分に耐摩耗性を発現できる。また、本発明のポリアセタール樹脂組成物は、射出成形や押出し成形などにより、所定形状に成形した場合においても、外観の良好な樹脂成形体が得られる。
本発明のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂(A)と、ポリテトラフルオロエチレン(B)と、共重合体(C)を含む。
<ポリアセタール樹脂(A)>
前記ポリアセタール樹脂(A)は、オキシメチレン基(−CHO−)を主たる構成単位とする高分子化合物である。前記ポリアセタール樹脂(A)としては、オキシメチレン基の繰り返し単位のみからなるポリアセタールホモポリマー、オキシメチレン基以外に他の構成単位(例えば、エチレンオキサイド、1,3−ジオキソラン、1,4−ブタンジオールなどのコモノマーに由来する構成単位)を含有するポリアセタールコポリマー(ターポリマーも含む)などが挙げられる。ポリアセタールコポリマーは、ランダムコポリマー、ブロックコポリマー、グラフトコポリマーなどであってもよい。また、ポリアセタール樹脂(A)は、分子が線状構造、分岐構造、あるいは架橋構造を有するものであってもよく、他の有機基(例えば、酢酸、プロピオン酸などのカルボン酸又はそれらの無水物とのエステル化など)を導入した変性のポリアセタール樹脂であってもよい。ポリアセタール樹脂(A)は、単独で用いてもよく2種類以上を併用してもよい。
<ポリテトラフルオロエチレン(B)>
前記ポリテトラフルオロエチレン(B)は、フッ素原子と炭素原子のみからなるフッ素樹脂(フッ化炭素樹脂)である。ポリテトラフルオロエチレン(B)としては、公知の各種のものを制限なく使用することができ、その市販品としては、例えば、三井デュポンフロロケミカル社製の「TLP−10F」、ダイキン工業社製の「ポリフロンM−12」、「ポリフロンF−201」、「ルブロンL−2」、「ルブロンL−5」、旭硝子社製の「フルオンG−163」、「フルオンCD−123」、「フルオンL−169J」、喜多村社製の「KTL−450」、「KTL−610」が挙げられる。
<共重合体(C)>
前記共重合体(C)は、ポリエチレンと、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分と、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート(MEC)を反応して得られる(構成単位とする)グラフト共重合体である。
前記ポリエチレンは、エチレンから誘導されるエチレンの単独重合体、またはエチレンと炭素原子数3〜10のα−オレフィンとの共重合体、またはエチレンと少なくとも1種の他のモノマーとの共重合体である。前記ポリエチレンとしては、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、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレンなどが挙げられるが、ポリアセタール樹脂組成物の成形性の観点から、低密度ポリエチレンが好ましい。ポリエチレンは、単独で用いてもよく2種類以上を併用してもよい。
前記α−オレフィンとしては、例えば、プロピレン、ブテン−1、4−メチルペンテン−1、ヘキセン−1、オクテン−1、デセン−1などが挙げられる。また、前記他のモノマーとしては、例えば、共役ジエン(例えば、ブタジエン、イソプレンなど)、非共役ジエン(例えば、1,4ペンタジエンなど)、アクリル酸、アクリル酸エステル(例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルなど)、メタクリル酸、メタクリル酸エステル(例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルなど)、酢酸ビニルなどが挙げられる。
前記共重合体(C)は、前記ポリエチレンと、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分と、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート(MEC)を反応して得られるグラフト共重合体(主に、前記ポリエチレンを主鎖とし、ポリ(スチレン−MEC)またはポリ(アクリロニトリル−スチレン−MEC)共重合体を側鎖とする構造を有する)であり、前記ポリエチレンと前記モノマー成分の重量比(ポリエチレン/モノマー成分)が、40/60〜95/5である。
前記t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネートは、下記一般式(1)で表される化合物である。
Figure 0006844250
前記ポリエチレンと前記モノマー成分の重量比(ポリエチレン/モノマー成分)は、外観が良好であり、高い耐摩耗性を有するポリアセタール樹脂成形体が得られる観点から、45/65以上であることが好ましく、50/50以上であることがより好ましく、そして、90/10以下であることが好ましく、85/15以下であることがより好ましい。
前記共重合体(C)の製造方法は、前記t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート(ラジカル重合性有機過酸化物)を用いた重合法である。
前記ラジカル重合性有機過酸化物を用いた重合法は、前記ポリエチレンを、水を主成分とする媒体に懸濁した溶液(ポリエチレン濃度:10〜30重量%)に、前記スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分と、前記t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネートと、重合開始剤を加え、前記ポリエチレン(ポリエチレン粒子)中に、前記モノマー成分と前記t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネートと前記重合開始剤を含浸させて、前記モノマー成分を重合して前駆体を得る工程と、当該前駆体を溶融して混練(溶融混練)して、グラフト共重合体(C)を製造する工程を含む方法である。なお、前記ポリエチレンを懸濁する際、必要に応じ、懸濁剤(例えば、ポリビニルアルコール)を前記ポリエチレン100重量部に対して、0.1〜1重量部程度使用してもよい。また、上記の含浸の際、前記ポリエチレン中にモノマー成分などを十分に含浸させるため、加温(例えば、60〜80℃程度)しながら、攪拌してもよい。
前記重合開始剤は、熱によりラジカルを発生するものであれば、特に限定されず、例えば、有機過酸化物、アゾ系重合開始剤などが挙げられる。重合開始剤は、単独で用いてもよく2種類以上を併用してもよい。
前記重合開始剤は、重合開始剤の急激な分解を抑制し、重合開始剤や前記モノマー成分の残存を抑制する観点から、10時間半減期温度(以下、T10とも称す)が、40℃以上であることが好ましく、50℃以上であることがより好ましく、そして、130℃以下であることが好ましく、100℃以下であることがより好ましく、80℃以下であることがさらに好ましい。なお、前記10時間半減期温度(T10)は、前記重合開始剤に含まれる過酸化結合またはアゾ結合濃度を0.1モル/リットルになるようにベンゼンに溶解させた溶液を熱分解させた際に、当該重合開始剤が10時間で半減期を迎える温度のことを意味する。
前記重合開始剤としては、例えば、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート(T10=51℃)、t−ヘキシルパーオキシピバレート(T10=53℃)、t−ブチルパーオキシピバレート(T10=55℃)、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(T10=59℃)、ジラウロイルパーオキサイド(T10=62℃)、1,1,3,3−テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(T10=65℃)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(2−エチルヘキサノイルパーオキシ)ヘキサン(T10=66℃)、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキシルヘキサノエート(T10=70℃)、ジ(4−メチルベンゾイル)パーオキサイド(T10=71℃)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート(T10=72℃)、ジベンゾイルパーオキサイド(T10=74℃)、 t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(T10=95℃)、t−ブチルパーオキシ−3,5,5−トリメチルヘキサノエート(T10=97℃)、t−ブチルパーオキシラウレート(T10=98℃)、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(T10=99℃)、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキシルモノカーボネート(T10=99℃)、t−ヘキシルパーオキシベンゾエート(T10=99℃)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン(T10=100℃)、t−ブチルパーオキシアセテート(T10=102℃)、2,2−ジ(t−ブチルパーオキシ)ブタン(T10=103℃)、t−ブチルパーオキシベンゾエート(T10=104℃)、n−ブチル−4,4−ジ(t−ブチルパーオキシ)バレレート(T10=105℃)、ジ(2−t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン(T10=119℃)、ジクミルパーオキサイド(T10=116℃)、ジ−t−ヘキシルパーオキサイド(T10=116℃)、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン(T10=118℃)、t−ブチルクミルパーオキサイド(T10=120℃)、ジ−t−ブチルパーオキサイド(T10=124℃)などの有機過酸化物;2,2−アゾビス(2,4−ジメチルバレロニトリル)(T10=51℃)、2,2−アゾビス(イソブチロニトリル)(T10=65℃)、2,2−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)(T10=67℃)などのアゾ系重合開始剤などが挙げられる。
前記前駆体を製造する工程において、重合温度は、原料(特に、前記重合開始剤の10時間半減期温度)などによって異なるので一概には決定できないが、通常、65℃以上であることが好ましく、70℃以上であることがより好ましく、そして、90℃以下であることが好ましく、85℃以下であることがより好ましい。また、重合時間は、原料や反応温度などによって異なるので一概には決定できないが、通常、目的物の収率性を高める観点から、1.5時間以上であることが好ましく、2時間以上であることがより好ましく、そして、6時間以下であることが好ましく、5時間以下であることがより好ましい。
前記前駆体を製造する工程において、前記t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネートは、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分100重量部に対し、0.1重量部以上であることが好ましく、0.5重量部以上であることがより好ましく、そして、4重量部以下であることが好ましく、2重量部以下であることがより好ましい。
前記前駆体を製造する工程において、前記重合開始剤は、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分100重量部に対し、0.01重量部以上であることが好ましく、0.05重量部以上であることがより好ましく、そして、4重量部以下であることが好ましく、2重量部以下であることがより好ましい。
前記溶融混練としては、例えば、バンバリーミキサー、ニーダー、混練押出機、二軸押出機、ロールなどの混練機を用いて、前記前駆体を溶融して混練りする方法が挙げられる。混練りする回数は、1回または複数回であってもよい。混練りする時間は、使用する混練機の大きさなどによって異なるが、通常、3〜10分程度とすればよい。また、混練機の排出温度は、150〜350℃とすることが好ましく、180〜250℃とすることがより好ましい。
以下、本発明のポリアセタール樹脂組成物の配合量について記載する。
前記ポリテトラフルオロエチレン(B)および前記共重合体(C)の合計の重量は、前記ポリアセタール樹脂(A)100重量部に対して、1〜50重量部である。前記ポリテトラフルオロエチレン(B)および前記共重合体(C)の合計の重量は、外観が良好であり、高い耐摩耗性を有するポリアセタール樹脂成形体が得られる観点から、前記ポリアセタール樹脂(A)100重量部に対して、5重量部以上であることが好ましく、10重量部以上であることがより好ましく、15重量部以上であることがさらに好ましく、そして、35重量以下であることが好ましく、25重量部以下であることがより好ましい。
また、前記ポリテトラフルオロエチレン(B)と前記共重合体(C)の重量比((B)/(C))は、30/70〜95/5である。前記ポリテトラフルオロエチレン(B)と前記共重合体(C)の重量比((B)/(C))は、外観が良好であり、高い耐摩耗性を有するポリアセタール樹脂成形体が得られる観点から、40/60以上であることが好ましく、そして、80/20以下であることが好ましく、60/40以下であることがより好ましい。
なお、本発明のポリアセタール樹脂組成物は、各種配合剤を用いることができる。配合剤としては、例えば、セラミックファイバー(CF)、ガラス繊維、アラミド繊維、チタン酸カリウム繊維、鉱物破砕繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、石コウ繊維、水酸化マグネシウム繊維、炭化ケイ素繊維、ジルコニア繊維などの繊維強化材;球状シリカ、マイカ、ウォラストナイト、炭酸カルシウム、カオリン、クレー、ベントナイト、セリサイト、ガラスビーズ、ガラスフレーク、アルミナ、硅酸カルシウム、炭酸マグネシウム、タルク、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化鉄、グラファイト、カーボンブラック、二硫化モリブデン、超高密度ポリエチレンなどの各形状の有機または無機の充填剤;酸化防止剤、紫外線防止剤、着色剤、固体潤滑剤、帯電防止剤、難燃剤、滑剤などが挙げられる。
本発明の樹脂成形体は、前記ポリアセタール樹脂組成物を所定の形状に成形することにより得られる。成形方法としては、何ら限定されるものではないが、例えば、射出成形、押出し成形などが挙げられ、成形の加熱温度、圧力、時間などは適宜設定できる。当該ポリアセタール樹脂成形体は、機械物性、および摺動性に優れるため、電気部品、電子部品、機械部品、精密機器部品、自動車部品などの広い分野で利用することができる。
以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
<実施例1>
<共重合体(C)の製造>
内容積5Lのステンレス製オートクレーブに、純水2800重量部を入れ、更に懸濁剤としてポリビニルアルコール2.5重量部を溶解させた。この中に、ポリエチレン(住友化学(株)製、商品名:スミカセンG806、標準グレード)700重量部を入れ、攪拌して分散させた。
さらに、重合開始剤として、ジ(3,5,5−トリメチルヘキサノイル)パーオキサイド(日油(株)製、商品名「パーロイル355」、10時間半減期温度=59℃)5.0重量部と、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート(MEC)9.0重量部を、スチレン(以下、Stとも称す)300重量部からなるモノマー成分に溶解させた溶液を調製し、この溶液を上記のオートクレーブ中に投入し攪拌した。
次いで、上記のオートクレーブを60〜65℃に昇温し、3時間攪拌することによって、ラジカル重合開始剤、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネート、およびモノマー成分をポリエチレン樹脂中に含浸させた。続いて、上記のオートクレーブを80〜85℃に昇温し、当該温度で7時間保持して重合させて前駆体(ポリ(St/MEC)共重合体が含浸したポリエチレン樹脂)を得た。得られた前駆体を冷却後、水洗および乾燥した。
さらに、得られた前駆体を、ラボプラストミル一軸押出機((株)東洋精機製作所製)を用い、200℃にて溶融混練して、グラフト化反応させることにより実施例1の共重合体(C)(グラフト共重合体)を製造した。
<ポリアセタール樹脂組成物の製造>
前記(A)成分として、ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、商品名「ジュラコンM90−44」、標準グレード)100重量部、前記(B)成分の(B−1)成分として、ポリテトラフルオロエチレン(ダイキン工業(株)製、商品名「ポリフロンM−12」、標準グレード)14重量部、前記(C)成分として、上記で得られた共重合体(C)6重量部を、二軸押出機(PCM−30:池貝製)を用いて、溶融混練(押出温度:180〜200℃)し、ペレット状の組成物を得た。次いで、このペレットを射出成形(バレル温度:180〜200℃、金型温度:60℃)し、所定形状の評価用試験片を作製した。
得られた試験片を用いて、耐摩耗性および成形外観を以下の方法にて評価した。結果を表1に示す。
<耐摩耗性の評価1(スラスト式摩擦摩耗試験による摺動性評価)>
上記で得られた試験片(評価材)について、スラスト式摩擦摩耗試験機(オリエンテック(株)製、摩擦摩耗試験機「EFM−III−F」)を用い、相手材((1)炭素鋼(S45C)、または(2)同材(上記の試験片と同じ材質))に対する摩耗量(mg)を、以下の条件にて測定した。
試験片(評価材)および相手材の大きさ:内径20mm、外径25.6mm、厚み5.6mmの円筒
試験条件(相手材が(1)の場合):荷重50N、線速度50cm/sec
試験条件(相手材が(2)の場合):荷重20N、線速度50cm/sec
試験時間:100分間
本発明のポリアセタール樹脂成形体は、上記耐摩耗性の評価1において、相手材が上記(1)である場合、耐摩耗量(mg)が4mg以下であることが好ましく、3mg以下であることがより好ましい。また、本発明のポリアセタール樹脂成形体は、上記耐摩耗性の評価1において、相手材が上記(2)である場合、耐摩耗量(mg)が10mg以下であることが好ましい。
<耐摩耗性の評価2(往復摺動試験による摺動性評価)>
上記の耐摩耗性の評価1よりも、高負荷な摺動条件下における耐摩耗性の評価として、上記で得られた試験片(評価材)について、往復摺動試験機((株)井元製作所製、「ラビングテスター1566−A」)を用い、相手材(ポリアセタール樹脂(ポリプラスチックス(株)製、「ジュラコンM90−44」、添加剤を含有しないポリアセタール樹脂))に対する摩耗量(mg)を、以下の条件にて測定した。
評価材:長さ80mm、幅10mm、高さ4mmの平板
相手材:直径10mm、長さ20mmの円柱材
試験条件:荷重3kgf、線速度100mm/sec、5000往復
本発明のポリアセタール樹脂成形体は、上記耐摩耗性の評価2において、耐摩耗量(mg)が10mg以下であることが好ましく、8mg以下であることがより好ましい。
<成形体外観の評価>
成形体外観に関しては、試験片(150mm×100mm×2mm)を目視により、以下の基準により評価した。
○:良好(フローマーク、ジェッティング、剥離などがない。)
×:不良(フローマーク、ジェッティング、剥離などが存在。)
なお、フローマークとは、成形体のゲート付近に円形波紋ができる外観不良である。ジェッティングとは、成形体に蛇状の樹脂の流れ模様ができる外観不良である。剥離とは、成形体外観の表面に樹脂が剥がれたようなあとができる外観不良を意味する。
<実施例2〜11、比較例1〜4>
<共重合体(C)およびポリアセタール樹脂組成物の製造>
各原料の種類とその配合量を表1に示すように変えたこと以外は、実施例1と同様の方法により、共重合体(C)およびポリアセタール樹脂組成物を製造し、実施例2〜11および比較例1〜4の評価用試験片を作製した。なお、表1の(B−2)成分は、ポリテトラフルオロエチレン((株)喜多村製「KTL−610」)であり、モノマー成分のANは、アクリロニトリルである。
上記で得られた実施例2〜11および比較例1〜4の評価用試験片について、上記の評価方法により、耐摩耗性および成形外観を評価した。結果を表1に示す。
Figure 0006844250

Claims (2)

  1. ポリアセタール樹脂(A)と、ポリテトラフルオロエチレン(B)と、共重合体(C)を含むポリアセタール樹脂組成物であって、
    前記共重合体(C)は、ポリエチレンと、スチレン、またはスチレンおよびアクリロニトリルを含むモノマー成分と、t−ブチルペルオキシメタクリロイルオキシエチルカーボネートを反応して得られるグラフト共重合体であり、かつ
    前記ポリエチレンと前記モノマー成分の重量比(ポリエチレン/モノマー成分)が、40/60〜95/5であり、
    前記ポリアセタール樹脂(A)100重量部に対して、前記ポリテトラフルオロエチレン(B)および前記共重合体(C)の合計の重量が、1〜50重量部であり、
    前記ポリテトラフルオロエチレン(B)と前記共重合体(C)の重量比((B)/(C))が、30/70〜95/5であることを特徴とするポリアセタール樹脂組成物。
  2. 請求項1記載のポリアセタール樹脂組成物から得られることを特徴とする樹脂成形体。
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