JP6881318B2 - 熱可塑性エラストマー組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、安定した製造が可能であり、かつ、耐熱性、耐圧縮永久歪み性、耐屈曲疲労性および耐寒性に優れた成形体を与えることのできる、熱可塑性エラストマー組成物の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法において、前記高飽和ニトリルゴム(A)と、前記ポリアミド系重合体(B)との配合割合が、「高飽和ニトリルゴム(A):ポリアミド系重合体(B)」の重量比率で、20:80〜80:20であることが好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法において、前記高飽和ニトリルゴム(A)100重量部に対する、前記ポリアミン架橋剤(C)の配合量が、0.1〜20重量部であることが好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法において、前記ポリアミド系重合体(B)が、ナイロン6およびナイロン66から選択される少なくとも一種であることが好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法において、前記動的架橋させる工程が、前記高飽和ニトリルゴム(A)を、ポリアミド系重合体(B)と、ポリアミン架橋剤(C)と、塩基性架橋促進剤(D)との存在下で、動的架橋させる工程であることが好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法において、前記高飽和ニトリルゴム(A)100重量部に対する、前記塩基性架橋促進剤(D)の配合量が、0.1〜20重量部であることが好ましい。
本発明で用いる高飽和ニトリルゴム(A)は、少なくともα,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位およびα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸モノエステル単量体単位を有するものである。
これらの中でも、得られる成形体の耐熱性、耐圧縮永久歪み性、および耐疲労性をより高めることができるという点より、マレイン酸モノプロピル、マレイン酸モノn−ブチル、フマル酸モノプロピル、フマル酸モノn−ブチル、シトラコン酸モノプロピル、シトラコン酸モノn−ブチル;などのα,β−エチレン性不飽和結合を形成する二つの炭素原子の各々にカルボキシル基を有するジカルボン酸のモノエステルが好ましく、α,β−エチレン性不飽和結合を形成する二つの炭素原子の各々にカルボキシル基を有するジカルボン酸のモノアルキルエステルがより好ましく、マレイン酸モノn−ブチルが特に好ましい。なお、上記α,β−エチレン性不飽和結合を形成する二つの炭素原子の各々にカルボキシル基を有するジカルボン酸のモノアルキルエステルのアルキル基の炭素数は、2〜6が好ましい。
α,β−エチレン性不飽和多価カルボン酸単量体としては、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸などが挙げられる。
α,β−エチレン性不飽和多価カルボン酸無水物単量体としては、無水マレイン酸などが挙げられる。
芳香族ビニル単量体としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルピリジンなどが挙げられる。
本発明で用いるポリアミド系重合体(B)としては、酸アミド結合(−CONH−)を有する重合体であれば限定されないが、ポリアミド樹脂として一般的に使用されているポリアミド重合体を用いるのが好ましい。
これらの中でも、汎用性および耐熱性などの観点から、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン11、ナイロン12などが好ましく、ナイロン6、ナイロン66がより好ましい。
本発明で用いるポリアミン架橋剤(C)は、2つ以上のアミノ基を有する化合物、または、架橋時に2つ以上のアミノ基を有する化合物の形態になるもの、であれば特に限定されないが、脂肪族炭化水素や芳香族炭化水素の複数の水素原子が、アミノ基またはヒドラジド構造(−CONHNH2で表される構造、COはカルボニル基を表す。)で置換された化合物が好ましい。ポリアミン架橋剤(C)は、高飽和ニトリルゴム(A)を動的架橋させる際における、架橋剤として作用する。架橋剤として、ポリアミン架橋剤(C)を用いることにより、得られる成形体を、耐熱性、耐疲労性および耐寒性を良好なものとしながら、耐圧縮永久歪み性に優れたものとすることができる。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法は、上述した高飽和ニトリルゴム(A)を、ポリアミド系重合体(B)と、ポリアミン架橋剤(C)との存在下で、動的架橋させるものである。
以上のようにして得られる本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、ポリアミド系重合体(B)が連続相に、ポリアミン架橋剤(C)の作用により動的架橋された高飽和ニトリルゴム(A)が粒子状の分散相となっている構成であることが好ましい。動的架橋された高飽和ニトリルゴム(A)の分散相の平均粒子径は好ましくは0.01〜5.00μmである。分散相の平均粒子径をこのような範囲とすることにより、耐圧縮永久ひずみ性、耐屈曲疲労性、および耐寒性をより高めることができる。連続相、分散相の確認および平均粒子径は、透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、原子間力顕微鏡により測定することができる。
すなわち、まず、高飽和ニトリルゴム(A)を素練りしておき、次いで、ポリアミド系重合体(B)を加熱溶融させつつ、素練りした高飽和ニトリルゴム(A)を、加熱溶融させたポリアミド系重合体(B)と混合し、加熱溶融させたポリアミド系重合体(B)中に分散させる。そして、高飽和ニトリルゴム(A)が、ポリアミド系重合体(B)のマトリクス中に十分に微分散した時点で、ポリアミン架橋剤(C)を添加し、混練することで、高飽和ニトリルゴム(A)を動的架橋させることが好ましい。このような順序で各成分を配合し、動的架橋させることで、高飽和ニトリルゴム(A)をポリアミド系重合体(B)のマトリクス中に好適に微分散させることができ、これにより、得られる成形体の耐屈曲疲労性をより高めることができる。
動的架橋によって製造された熱可塑性エラストマーはペレット状にしても良い。
また、本発明の効果を損なわない範囲で、高飽和ニトリルゴム(A)、ポリアミド重合体(B)以外のその他の重合体を配合してもよい。その他の重合体としてはアクリルゴム、エチレン−アクリル酸共重合体ゴム、フッ素ゴム、スチレン−ブタジエン共重合体ゴム、ポリブタジエンゴム、エチレン−プロピレン共重合体ゴム、エチレン−プロピレン−ジエン三元共重合体ゴム、エピクロロヒドリンゴム、ウレタンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、フルオロシリコーンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、天然ゴム、ポリイソプレンゴム、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリメチルメタクリレート、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリアリレート、ポリスルホン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、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、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド、ポリ−p−ベンズアミド、ポリ−p−アミドヒドラジド、ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド−3,4−ジフェニルエーテルテレフタルアミド、コポリパラフェニレン・3,4’オキシジフェニレン・テレフタラミドなどの融点が350℃を超える(加熱しても融解せずに、灰化するものも含む)芳香族ポリアミド重合体、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、ポリウレタン、などを挙げることができる。
これらの配合剤、重合体は、動的架橋時を行う際に添加しても良いし、動的架橋によって得られた熱可塑性エラストマー組成物に、別途配合して混練することで添加しても良い。
高飽和ニトリルゴムのヨウ素価は、JIS K 6235に準じて測定した。
2mm角の高飽和ニトリルゴム0.2gに、2−ブタノン100mlを加えて16時間攪拌した後、エタノール20mlおよび水10mlを加え、攪拌しながら水酸化カリウムの0.02N含水エタノール溶液を用いて、室温でチモールフタレインを指示薬とする滴定により、高飽和ニトリルゴム100gに対するカルボキシル基のモル数として求めた(単位はephr)。
マレイン酸モノn−ブチル単位およびメタクリル酸単位の含有割合は、2mm角の高飽和ニトリルゴム0.2gに、2−ブタノン100mlを加えて16時間攪拌した後、エタノール20mlおよび水10mlを加え、攪拌しながら水酸化カリウムの0.02N含水エタノール溶液を用いて、室温でチモールフタレインを指示薬とする滴定により、高飽和ニトリルゴム100gに対するカルボキシル基のモル数を求め、求めたモル数をマレイン酸モノn−ブチル単位またはメタクリル酸単位の量に換算することにより算出した。
1,3−ブタジエン単位および飽和化ブタジエン単位の含有割合は、高飽和ニトリルゴムを用いて、水素添加反応前と水素添加反応後のヨウ素価(JIS K 6235による)を測定することにより算出した。
アクリロニトリル単位の含有割合は、JIS K6384に従い、ケルダール法により、高飽和ニトリルゴム中の窒素含量を測定することにより算出した。
アクリル酸メトキシエチル単位およびアクリル酸n−ブチル単位の含有割合は、上記各単量体単位の残部として算出した。
高飽和ニトリルゴム0.2gを秤量し、メチルエチルケトンに浸漬させ、23℃で24時間放置後、325メッシュ金網を用いてろ過し、金網に捕捉された不溶解分の、溶媒除去後の重量を測定し、溶解させたゴム全重量に対する割合を計算し、これをゲル分量(重量%)とした。
高飽和ニトリルゴムのムーニー粘度(ポリマー・ムーニー)は、JIS K6300−1に従って測定した(単位は〔ML1+4、100℃〕)。
熱可塑性エラストマー組成物をあらかじめプレス温度に予熱したプレス機により、2mm厚のシートに成形し、所定の形状に打ち抜くことで、試験片を得た。なお、プレス温度は、実施例3以外は250℃とし、実施例3では290℃とした。そして、得られた試験片について、JIS K6251に従い、耐熱老化試験前の伸びを、また、温度140℃、168時間の条件でギヤーオーブンに保持することで、耐熱老化試験を行い、JIS K6251に従い、耐熱老化試験後の伸びを、それぞれ測定し、耐熱老化試験前後の伸び変化率を算出した。伸び変化率の絶対値が低いほど、耐熱性に優れると評価できる。
熱可塑性エラストマー組成物を、あらかじめプレス温度に予熱したプレス機により金型を用いてプレスすることにより、直径29mm、高さ12.5mmの円柱型の試験片を得た。なお、プレス温度は、実施例3以外は250℃とし、実施例3では290℃とした。そして、得られた試験片を用いて、JIS K6262に従い、試験片を25%圧縮させた状態で、120℃の環境下に70時間置いた後、圧縮永久歪み率を測定した。圧縮永久歪み率が小さいほど、耐圧縮永久歪み性に優れると判断できる。
上記耐熱性の評価に用いた試験片と同様のものを用いて、該試験片を50%伸長させ、次いで、0%伸張状態に戻す、という操作を300rpmで繰り返し、試験片が破断するまでの回数を測定し、これを破断時回数とした。なお、この際の試験回数は、1,000,000回を上限とした。破断時回数が多いほど、耐疲労性に優れると破断できる。
上記耐熱性の評価に用いた試験片と同様のものを用いて、JIS K6261に従い、低温衝撃ぜい化試験を行い、50%衝撃ぜい化温度を測定した。50%衝撃ぜい化温度が低いほど、耐寒性に優れると評価できる。50%衝撃ぜい化温度が−20℃以下の場合に「○」、脆化温度が−20℃より高い場合は「×」とした。
反応器に、イオン交換水180部、濃度10重量%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液25部、アクリロニトリル37部、マレイン酸モノn−ブチル6部、およびt−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.5部を、この順に仕込み、内部の気体を窒素で3回置換した後、1,3−ブタジエン57部を仕込んだ。反応器を5℃に保ち、クメンハイドロパーオキサイド(重合開始剤)0.1部、還元剤、およびキレート剤適量を仕込み、攪拌しながら重合反応を継続した。次いで、次いで、重合添加率が80%になった時点で濃度10重量%のハイドロキノン水溶液(重合停止剤)0.1部を加えて重合反応を停止した後、水温60℃のロータリーエバポレータを用いて残留単量体を除去し、マレイン酸モノn―ブチル単位を含有するニトリルゴムのラテックス(固形分濃度約30重量%)を得た。
反応器に、イオン交換水180部、濃度10重量%のドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム水溶液25部、アクリロニトリル20部、マレイン酸モノn−ブチル4.5部、アクリル酸メトキシエチル35.5部、およびt−ドデシルメルカプタン(分子量調整剤)0.5部を、この順に仕込み、内部の気体を窒素で3回置換した後、1,3−ブタジエン40部を仕込んだ。次いで、反応器を5℃に保ち、クメンハイドロパーオキサイド(重合開始剤)0.1部を仕込み、攪拌しながら重合反応を継続し、重合転化率が80%になった時点で、濃度10重量%のハイドロキノン水溶液(重合停止剤)0.1部を加えて重合反応を停止した。次いで、水温60℃で減圧にして残留単量体を除去し、マレイン酸モノn―ブチル単位を含有するニトリルゴムのラテックス(固形分濃度約30重量%)を得た。
アクリロニトリルの使用量を20部から20.4部に、マレイン酸モノn−ブチルの使用量を4.5部から5部に、それぞれ変更し、アクリル酸メトキシエチル35.5部に代えてアクリル酸n−ブチル35.2部を使用するとともに、1,3−ブタジエンの使用量を40部から39.4部に変更したこと以外は、合成例2と同様にして、高飽和ニトリルゴム(A−3)を得た。得られた高飽和ニトリルゴム(A−3)の組成は、アクリロニトリル単位21.0重量%、1,3−ブタジエン単位(飽和化されている部分を含む)44.0重量%、マレイン酸モノn―ブチル単位4.5重量%、アクリル酸n−ブチル単位30.5重量%であり、カルボキシル基含有量は0.026ephr、ヨウ素価は10、ポリマー・ムーニー粘度〔ML1+4、100℃〕は55であった。また、高飽和ニトリルゴム(A−3)のゲル分量は2.2重量%であった。
マレイン酸モノn−ブチル6部に代えて、メタクリル酸4部を使用し、1,3−ブタジエンの使用量を57部から59部に変更した以外は、合成例1と同様にして、高飽和ニトリルゴム(B−1)を得た。得られた高飽和ニトリルゴム(B−1)の組成は、アクリロニトリル単位36.0重量%、1,3−ブタジエン単位(飽和化されている部分を含む)61.0重量%、メタクリル酸単位3.0重量%であり、ヨウ素価は11、カルボキシル基含有量は3.5×10−2ephr、ポリマー・ムーニー粘度〔ML1+4、100℃〕は60であった。また、高飽和ニトリルゴム(B−1)のゲル分量は0.8重量%であった。
1,3−ブタジエンの使用量を57部から63部に変更するとともに、マレイン酸モノn−ブチルを使用しなかった以外は、合成例1と同様にして、高飽和ニトリルゴム(B−2)を得た。得られた高飽和ニトリルゴム(B−2)の組成は、アクリロニトリル単位36.2重量%、1,3−ブタジエン単位(飽和化されている部分を含む)63.8重量%であり、ヨウ素価は8、ポリマー・ムーニー粘度〔ML1+4、100℃〕は57であった。また、高飽和ニトリルゴム(B−2)のゲル分量は0.3重量%であった。
バッチ式混練機であるブラベンダー社製ブラベンダープラスチコーダ(内容量250ml)を用い、230℃に予熱したミキサーに、合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部および4,4’−ジ−(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(商品名「ノクラックCD」、大内振興化学社製、老化防止剤)0.5部を入れて1分間素練りし、次いで、このミキサーに、ナイロン6(商品名「1013B」、宇部興産社製、融点220℃、ポリアミド系重合体(B))60部を投入して5分間混合した。そして、このミキサーに、ポリアミン架橋剤(C)としてのヘキサメチレンジアミンカーバメート(商品名「Diak#1」、デュポン社製)1部をさらに投入して、230℃に保持した状態にて、さらに7分間混合することで、高飽和ニトリルゴム(A−1)を動的架橋させて、熱可塑性エラストマー組成物を得た。
そして、得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、上記方法にしたがって、耐熱性、耐圧縮永久歪み性、耐疲労性、および耐寒性の各評価を行った。結果を表1に示す。
バッチ式混練機であるブラベンダー社製ブラベンダープラスチコーダ(内容量250ml)を用い、230℃に予熱したミキサーに、合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部および4,4’−ジ−(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(商品名「ノクラックCD」、大内振興化学社製、老化防止剤)0.5部を入れて1分間素練りし、次いで、このミキサーに、ナイロン6(商品名「1013B」、宇部興産社製、融点220℃、ポリアミド系重合体(B))60部を投入して5分間混合した。そして、このミキサーに、ポリアミン架橋剤(C)としてのヘキサメチレンジアミンカーバメート(商品名「Diak#1」、デュポン社製)1部および1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DBU)(商品名「RHENOGRAN XLA−60(GE2014)」、RheinChemie社製、DBU60%(ジンクジアルキルジフォスフェイト塩になっている部分も含む)、塩基性架橋促進剤)1.6部をさらに投入して、230℃に保持した状態にて、さらに7分間混合することで、高飽和ニトリルゴム(A−1)を動的架橋させて、熱可塑性エラストマー組成物を得た。
そして、得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、上記方法にしたがって、耐熱性、耐圧縮永久歪み性、耐疲労性、および耐寒性の各評価を行った。結果を表1に示す。
バッチ式混練機であるブラベンダー社製ブラベンダープラスチコーダ(内容量250ml)を用い、275℃に予熱したミキサーに、合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部および4,4’−ジ−(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン(商品名「ノクラックCD」、大内振興化学社製、老化防止剤)0.5部を入れて1分間素練りし、次いで、このミキサーに、ナイロン66(商品名「アミランCM3006」、東レ社製、融点265℃、ポリアミド系重合体(B))60部を投入して3分間混合した。そして、このミキサーに、ポリアミン架橋剤(C)としてのヘキサメチレンジアミンカーバメート(商品名「Diak#1」、デュポン社製)1部、および1,8−ジアザビシクロ[5,4,0]ウンデセン−7(DBU)(商品名「RHENOGRAN XLA−60(GE2014)」、RheinChemie社製、DBU60%(ジンクジアルキルジフォスフェイト塩になっている部分も含む)、塩基性架橋促進剤)1.6部をさらに投入して、275℃に保持した状態にて、さらに3分間混合することで、高飽和ニトリルゴム(A−1)を動的架橋させて、熱可塑性エラストマー組成物を得た。
そして、得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、実施例1と同様にして評価を行った。結果を表1に示す。
合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部に代えて、合成例2で得られた高飽和ニトリルゴム(A−2)40部を使用したこと以外は実施例2と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部に代えて、合成例3で得られた高飽和ニトリルゴム(A−3)40部を使用したこと以外は実施例2と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部に代えて、合成例4で得られた高飽和ニトリルゴム(B−1)を使用した以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
合成例1で得られた高飽和ニトリルゴム(A−1)40部に代えて、合成例5で得られた高飽和ニトリルゴム(B−2)を使用した以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。
ポリアミン架橋剤(C)としてのヘキサメチレンジアミンカーバメート(商品名「Diak#1」、デュポン社製)を使用しなかったこと以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物を得て、同様に評価を行った。結果を表1に示す。なお、比較例3においては架橋剤を添加しないため、動的架橋が実質的に進行しないものであった。
一方、カルボキシル基含有単量体単位として、メタクリル酸単位を備える高飽和ニトリルゴムを用いた場合や、カルボキシル基含有単量体単位を有しない高飽和ニトリルゴムを用いた場合には、ポリアミド系重合体(B)と、ポリアミン架橋剤(C)との存在下で、動的架橋させた場合でも、得られる成形体は、耐熱性、耐圧縮永久歪み性、耐屈曲疲労性、および耐寒性に劣るものとなった(比較例1,2)。
また、マレイン酸モノn―ブチル単位を備える高飽和ニトリルゴム(A)を用いた場合でも、動的架橋を行わなかった場合には、得られる成形体は、耐熱性、耐圧縮永久歪み性、耐疲労性、および耐寒性に劣るものとなった(比較例3)。
Claims (8)
- α,β−エチレン性不飽和ニトリル単量体単位およびα,β−エチレン性不飽和ジカルボン酸モノエステル単量体単位を有し、ヨウ素価が120以下である高飽和ニトリルゴム(A)を、ポリアミド系重合体(B)と、ポリアミン架橋剤(C)との存在下で、前記ポリアミド系重合体(B)の融点以上の温度にて動的架橋させる工程を備える熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記動的架橋を、前記高飽和ニトリルゴム(A)と、前記ポリアミド系重合体(B)と、前記ポリアミン架橋剤(C)とを100〜400℃で混合することにより行う請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記高飽和ニトリルゴム(A)と、前記ポリアミド系重合体(B)との配合割合が、「高飽和ニトリルゴム(A):ポリアミド系重合体(B)」の重量比率で、20:80〜80:20である請求項1または2に記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記高飽和ニトリルゴム(A)100重量部に対する、前記ポリアミン架橋剤(C)の配合量が、0.1〜20重量部である請求項1〜3のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記ポリアミド系重合体(B)が、ナイロン6およびナイロン66から選択される少なくとも一種である請求項1〜4のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記動的架橋させる工程が、前記高飽和ニトリルゴム(A)を、ポリアミド系重合体(B)と、ポリアミン架橋剤(C)と、塩基性架橋促進剤(D)との存在下で、動的架橋させる工程である請求項1〜5のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 前記高飽和ニトリルゴム(A)100重量部に対する、前記塩基性架橋促進剤(D)の配合量が、0.1〜20重量部である請求項6に記載の熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により得られた熱可塑性エラストマー組成物を成形する工程を備える成形体の製造方法。
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