JP6988906B2 - ゴム含有グラフト重合体組成物、ゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物およびその成形体 - Google Patents

ゴム含有グラフト重合体組成物、ゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物およびその成形体 Download PDF

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Description

本発明は、ゴム含有グラフト重合体、ゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物およびその成形体に関する。
本願は、2017年10月4日に、日本出願された特願2017−193934号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
ゴム含有グラフト重合体は、ゴム状重合体に対してビニル単量体がグラフト重合されたものである。ゴム含有グラフト重合体は、乳化重合で製造され、所定のゴム粒子径、ゴム構造を維持したまま多種多様な樹脂に分散させることができるため、衝撃強度が求められる樹脂に好適に用いられる。
樹脂の衝撃強度を改良するには、一般的に樹脂中にゴムを均一に分散させることがよいとされる。しかしながら、ゴム自身は一般の熱可塑性樹脂に対して相容性が低く、単独では樹脂中にゴムを均一に分散することは困難である。
この樹脂中へのゴムの分散性を改良するために、ゴム状重合体に対してビニル単量体をグラフト重合することが知られており、このビニル単量体としてメチルメタクリレートが好適に用いられている。この理由として、メチルメタクリレートがポリカーボネート、スチレン系樹脂、塩ビ樹脂、ポリエステル樹脂等の幅広い熱可塑性樹脂と相容性が高いことが挙げられる。
特許文献1には、ブタジエン系ゴムにメチルメタクリレートを主成分としたビニル単量体をグラフト重合して得られるゴム含有グラフト重合体を、ポリカーボネートに配合した例が開示されている。
このゴムグラフト重合体は、鉄化合物によるレドックス重合を含む製造方法により製造されているため、グラフト鎖が短くなる。そのため、ポリカーボネート樹脂系樹脂に対する分散性は十分ではない。特にポリカーボネート(PC)樹脂は、ABS樹脂等、スチレンアクリロニトリル(SAN)系樹脂組成物をアロイして展開する用途例が多く、その場合においてはグラフト鎖の短いメチルメタクリレートではアロイ中のゴムの分散性が悪くなり、ウェルド強度が低く、成形加工依存性が高い等の課題がある。
特許文献2には、アクリル系ゴムにメチルメタクリレートを主成分としたビニル単量体をグラフト重合して得られるゴム含有グラフト重合体が開示されている。
これらは鉄化合物によるレドックス重合を含む製造方法を用いず、過硫酸塩による重合で製造しているため、グラフト鎖を長くできる可能性はあるが、粒子径が300nmより大きい例の開示である。また、ゴムが配合される樹脂はエポキシ系の熱硬化性樹脂である。実際、多くの熱可塑性樹脂において、樹脂中に分散されるゴムの粒子径は100〜300nmが好適である。
日本国特表2008−514782号公報 国際公開第2013/064756号
本発明によれば、ゴム含有グラフト重合体における、グラフト鎖の長さ、およびグラフト鎖の組成を最適化することで、アロイを含む熱可塑性樹脂に、粒子径が100〜300nmのゴムを均一に分散させることができ、ゴム含有グラフト重合体として求められる強度発現性を向上させることができる。
本発明者らは、上記課題を解決するために検討を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
本発明は、以下の態様を有する。
[1]ゴム含有グラフト重合体であって、
グラフトさせるゴムの粒子径が100〜300nmであり、
前記ゴム含有グラフト重合体(100質量%)において、有機溶剤不溶分の含有割合が92〜99.5質量%であり、
前記ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万であるゴム含有グラフト重合体。
[2]前記ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分(100質量%)において、メチルメタクリレート由来物の含有割合が84質量%以上である、[1]に記載のゴム含有グラフト重合体。
[3]ゴム含有グラフト重合体であって、
前記ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕して得られる凍結粉砕された有機溶剤不溶分から、有機溶剤抽出した有機溶剤抽出物(100質量%)において、メチルメタクリレート由来物の含有割合が43%以上であり、かつ、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である成分の含有割合が10%以上であるゴム含有グラフト重合体。
[4]アクリレート(a1)100質量部およびアリルメタクリレート(a2)0.1〜0.7質量部を含むビニル単量体を、過硫酸塩を用いて重合させることにより得られる体積平均粒子径100〜300nmのゴムラテックスに、メチルメタクリレートを95質量%以上含むグラフト用ビニル単量体を、過硫酸塩を用いて重合させることにより得られるゴム含有グラフト重合体。
[5]鉄化合物によるレドックス重合工程を含まずに得られる、[4]に記載のゴム含有グラフト重合体。
[6]アクリレート(a1)100質量部およびアリルメタクリレート(a2)0.1〜0.7質量部を含む前記ビニル単量体を重合する際に、または、メチルメタクリレートを95質量%以上含む前記グラフト用ビニル単量体を重合させる前に、前記ゴムラテックス中のアクリレート(a1)100質量部に対して芳香族ビニル単量体0.5〜3.0質量部を重合させることにより得られる、[4]または[5]に記載のゴム含有グラフト重合体。
[7][1]〜[6]のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体および熱可塑性樹脂(B)を含むゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
[8]前記熱可塑性樹脂(B)が芳香族ポリカーボネート(b1)を含む熱可塑性樹脂(B)である、[7]に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
[9]前記熱可塑性樹脂(B)がスチレン系樹脂(b2)を含む熱可塑性樹脂(B)である、[7]または[8]に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
[10]前記熱可塑性樹脂(B)がポリエステル(b3)を含む熱可塑性樹脂(B)である、[7]〜[9]のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
[11][7]〜[10]のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物を成形してなる成形体。
[12]射出成形体である、[11]に記載の成形体。
本発明のゴム含有グラフト重合体は、100nm〜300nmの粒子径において、アロイを含む熱可塑性樹脂(たとえば、PC/SAN系熱可塑性樹脂)に均一に分散させることができる。その結果、ゴム含有グラフト重合体として求められる強度発現性を向上することができる。
本発明のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物は、本発明のゴム含有グラフト重合体を含むため、ゴム含有グラフト重合体を均一に分散させることができ、本発明のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物を成形してなる本発明の成形体は、衝撃強度に優れ、機械的強度の成形加工依存性に優れる。
各実施例または各比較例の樹脂組成物のペレットからウェルド強度測定用の試験片を得る際の条件を説明する外観写真である。 各実施例または各比較例の樹脂組成物のペレットから得られる成形品のTEM観察についての観察面を示す概略図である。 実施例1および比較例3で得られた成形品のTEM観察結果を示すTEM写真である。 実施例1および比較例1で得られた成形品のTEM観察結果を示すTEM写真である。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
[ゴム含有グラフト重合体]
本発明のゴム含有グラフト重合体(以下、「ゴム含有グラフト重合体(A)」とも言う。)は、ゴム状重合体(ゴムラテックス)に対して、ビニル単量体がグラフト重合されたもの(グラフトラテックス)である。たとえば、乳化剤存在下、水媒体中で得られるゴム状重合体に対して、ビニル単量体がグラフト重合されたものである。
以下、ゴム含有グラフト重合体(A)を構成する、グラフト重合に由来する成分(ビニル単量体がグラフト重合されて形成された成分)を「グラフト成分」とも言う。
本発明に用いることができるゴム状重合体としては、ガラス転移温度が0℃以下のものを用いることができる。
ゴム状重合体のガラス転移温度が0℃以下であれば、本発明の樹脂組成物から得られる成形体のシャルピー衝撃試験の値で表される衝撃強度が改善される。
ゴム状重合体としては、具体的には以下のものが挙げられる。
シリコーンゴム、シリコーン・アクリル複合ゴム(ジメチルシロキサンを主体とする単量体から得られるゴム状重合体に、アクリレートを含むビニル単量体の1種または2種以上を重合させて得られるもの)、ポリアクリル酸ブチル等のアクリル系ゴム、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、エチレン・プロピレンゴム、スチレン・イソプレンブロック共重合ゴム等のブロック共重合体、およびそれらの水素添加物等。
寒冷地においては、より低温(−20℃以下)での成形体の衝撃強度の改良が求められるため、ガラス転移温度が−20℃以下のシリコーン・アクリル複合ゴムが好ましい。
本発明に用いることができるゴム状重合体の体積平均粒子径は、100〜300nmである。ゴム状重合体の体積平均粒子径は、150〜250nmであることがさらに好ましい。
ゴム状重合体の体積平均粒子径が前記範囲内にあれば、成形体の衝撃強度が優れる傾向にある。
ゴム状重合体の体積平均粒子径は、光散乱法を使用したナノ粒子径分布測定装置やCHDF法(Capillary HydroDynamic Fractionation)を使用したキャピラリー粒度分布計により測定することができ、光散乱法で測定することが望ましい。
ゴム状重合体の体積平均粒子径は、乳化重合によるゴム状重合体の製造において、乳化剤の量を調整することにより調整することができる。
本発明のゴム含有グラフト重合体にグラフト重合させることができるビニル単量体としては、メチルメタクリレート、またはメチルメタクリレートを主成分とするビニル単量体混合物であることが好ましい。
ビニル単量体混合物においては、ゴム状重合体にグラフト重合されるビニル単量体の総質量に対して、5質量%以内であれば、他のビニル単量体が含まれていてもよい。他のビニル単量体としては、たとえば、スチレン、α−メチルスチレン等の芳香族ビニル化合物;アクリル酸メチル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸エチル等のメタクリル酸エステル等が挙げられ、これらがメチルメタクリレートと共重合されていてもよい。
ビニル単量体を重合(単独重合もしくは2種以上を組み合わせて共重合)して得られる重合体もしくは共重合体のガラス転移温度が70℃以上となるようにビニル単量体を選択することが、その後の凝析工程から得られる粉体特性(粉体の流動性や粒子径)の点から好ましい。
ゴム状重合体に対してグラフト重合されるビニル単量体からなる重合体のガラス転移温度は80℃以上がより好ましく、90〜105℃がさらに好ましい。たとえば、メタクリル酸メチルとアクリル酸ブチルとの共重合体は、ガラス転移温度が90〜105℃の範囲となりやすく、好適に用いられる。
ゴム含有グラフト重合体(A)中のゴム状重合体の含有率は、成形体の衝撃強度の点から、50〜95質量%であることが好ましく、70〜94質量%がより好ましく、75〜93質量%がさらに好ましく、77〜92質量%が特に好ましく、80〜91質量%が最も好ましい。
ゴム含有グラフト重合体(A)は、通常、乳化剤と水の存在下でゴム状重合体をラテックス状態とし、そこにビニル単量体を添加してグラフト重合させて得ることができる。
本発明のゴム含有グラフト重合体(A)を含む粉体の体積平均粒子径は、300〜500μmであることが好ましい。
粉体の粒子径が前記下限値以上であれば、樹脂組成物を調製する際の、配合時や混合装置内への投入時に、飛散を抑制でき、粉じん爆発等の不都合を生じさせにくい。また、粉体の粒子径が前記上限値以下であれば、粉の流動特性が良好であり、製造工程での配管の詰まり等の不都合を生じさせにくい。
ゴム状重合体には、架橋し有機溶剤に不溶の成分「ゴム架橋成分」と架橋せずに重合している成分「ゴム非架橋成分」が存在する。ゴム状重合体において「ゴム架橋成分」の含有割合が多い方が好ましい。
本発明のゴム含有グラフト重合体におけるグラフト鎖は、ゴム状重合体におけるゴム架橋成分と化学結合している、ビニル単量体に由来する構成単位を有する重合体である。
グラフト重合に供されるグラフト用ビニル単量体は、実際にゴム状重合体に化学結合する「ビニル単量体mgp」と、ゴム状重合体に化学結合せずに重合して、遊離重合体を生成する「ビニル単量体mfp」と、重合反応しない「ビニル単量体mfm」に分類することができる。ゴム状重合体と化学結合するビニル単量体mgpのうち、架橋し有機溶剤に不溶の成分「ゴム架橋成分」と化学結合するビニル単量体成分を本発明のゴム含有グラフト重合体における「グラフト鎖」と定義する(後述する「Rg」におけるグラフト鎖)。ビニル単量体mgpにおいて、架橋し有機溶剤に不溶の成分「ゴム架橋成分」と化学結合するビニル単量体の含有割合が多い方が好ましい。
ゴム含有グラフト重合体(A)における、ゴム状重合体に化学結合するビニル単量体mgpにおいて、「ゴム架橋成分」と化学結合するビニル単量体の量が多いと、後述する熱可塑性樹脂(B)中に分散しやすく、また、熱可塑性樹脂(B)とゴムとの界面強度が向上する。ゴム含有グラフト重合体(A)の分散性が良好で界面強度が強いほど成形体の衝撃強度が向上するため好ましい。
重合反応しないビニル単量体mfmは、その後の回収工程(後述する凝固または噴霧回収工程と得られた粉の乾燥工程)で、ほぼすべて取り除かれる。
本発明のゴム含有グラフト重合体(A)は、次の5成分から構成される。
Rg:ゴム架橋成分と、それに化学結合しているビニル単量体に由来するグラフト鎖
R0:ゴム架橋成分でグラフトしていないもの
Ng:ゴム非架橋成分と、それに化学結合しているビニル単量体に由来するグラフト鎖
N0:ゴム非架橋架橋成分でグラフトしていないもの
「遊離重合体Pf」:ゴム状重合体とグラフトしていないビニル単量体に由来する重合物もしくは共重合物
ゴム含有グラフト重合体(A)の有機溶剤不溶分はゴム架橋成分由来の成分(Rg+R0)となる。
ゴム含有グラフト重合体(A)の有機溶剤不溶分および可溶分抽出に用いることができる有機溶剤は、ゴム含有グラフト重合体(A)を化学的に変質させないもので、かつ、ゴム含有グラフト重合体(A)を構成する非架橋の場合の各ポリマーに対する十分な溶解性があれば特に限定されない。好ましくは、アセトンおよびテトラヒドロフランを挙げることができる。
作業性の観点から、アセトンは揮発性が高く溶剤留去がしやすい点で好ましい。ただし、アセトンはスチレン主成分のポリマーに対して溶解性が低いので、ゴム含有グラフト重合体(A)にスチレン由来の構成単位が含まれる場合はテトラヒドロフランが好ましい。
(有機溶剤可溶分および有機溶剤不溶分の測定方法)
ゴム含有グラフト重合体(A)の有機溶剤不溶分は、精秤したゴム含有グラフト重合体サンプルと有機溶剤とを十分に混合し、静置した後、遠心分離して有機溶剤可溶分と有機溶剤不溶分とを分離する操作を複数回行い、合わせた有機溶剤不溶分から有機溶媒を除去することで有機溶剤不溶分を定量することができる。
ゴム含有グラフト重合体(A)の有機溶剤可溶分および有機溶剤不溶分の測定方法の具体例として、有機溶媒としてアセトンを用いた例で説明する。有機溶媒として、アセトン以外の有機溶媒を用いる場合には、下記の例に準じて、アセトンを当該溶媒に代えて測定することができる。
50mLのサンプルバイアルに、ゴム含有グラフト重合体サンプル1g(その質量を[W0](g)とする。)を精秤し、30mLのアセトンを添加し蓋を閉め、手で攪拌後、8時間静置し、遠心分離機(日立高速冷却遠心機(CR22N)、日立工機(株)製)を用いて、温度:4℃、回転数:12,000rpmで60分間遠心分離を行い、可溶分と不溶分を分離する。得られた不溶分に再度アセトン30mLを添加し分散させ、遠心分離機にて遠心分離し、可溶分と不溶分に分離する。この操作を3回繰り返した後、不溶分は遠心分離後、窒素雰囲気下のイナートオーブン(DN610I、ヤマト科学社製)にセットし一晩以上40℃で加熱してアセトンを除去する。その後、40℃で真空乾燥し、不溶分の秤量を行い(その質量を[W1](g)とする。)、その結果からアセトン不溶分の割合を下記式によって決定する。
アセトン不溶分(質量%)=([W1]/[W0])×100
ゴム含有グラフト重合体の100質量%における、有機溶剤不溶分の含有割合が92〜99.5質量%であれば、「ゴム非架橋成分」が十分に少ないと判断でき、グラフト鎖を、「遊離重合体Pf」(ゴム状重合体とグラフトしていないもの)と同じ値であるとみなすことができる。この場合、ゴム含有グラフト重合体は、前記Rgと前記「遊離重合体Pf」で構成されるとみなすことができる。
ゴム含有グラフト重合体において、前記Rgと前記「遊離重合体Pf」で構成されるとみなすことができる場合、「遊離重合体Pf」は、有機溶剤可溶分とみなすことができる。この場合、「遊離重合体Pf」の有機溶剤可溶分の重量平均分子量は25万〜70万であり、また、有機溶剤可溶分の100質量%における、メチルメタクリレート由来物の含有割合は84質量%以上であることが好ましい。
本発明の「グラフト鎖」は、ゴム状重合体の有機溶剤に不溶であるゴム架橋成分と化学結合しているビニル重合体である。
「グラフト鎖」の鎖長は、重量平均分子量換算で25万〜70万である。このような場合、「ゴム状重合体」の熱可塑性樹脂に対する分散性の効率化を促すことができる。ゴム状重合体の熱可塑性樹脂に対する分散性が良いほど、衝撃強度に代表される機械的強度が向上する。またゴムの分散性が良好であるほど、熱可塑性樹脂が射出成形等で溶融成形される条件に依存せず良好な機械的強度を発現する(成形加工依存性が低い)。
また、「グラフト鎖」の組成は、メチルメタクリレート由来物が84質量%以上含まれることが好ましい。このような場合、「ゴム状重合体」の熱可塑性樹脂に対する分散性の効率化をさらに促すことができる。
本発明のゴム含有グラフト重合体は、グラフト鎖の長さが重量平均分子量換算にて25万〜70万であり、35万〜60万がより好ましく、45万〜55万がさらに好ましい。
グラフト鎖の長さが前記範囲内にあれば、衝撃強度に代表される機械的強度の成形加工依存性が低くできる。
本発明のゴム含有グラフト重合体は、グラフト鎖の組成中にメチルメタクリレート由来物の含有割合が84質量%以上であることが好ましく、90質量%以上がより好ましく、95質量%以上がさらに好ましく、メチルメタクリレートのみ(100質量%)であることが特に好ましい。
グラフト鎖の組成中のメチルメタクリレート由来物の含有割合が前記下限値以上であれば、衝撃強度に代表される機械的強度の成形加工依存性が低くできる。
本発明のゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分の割合が高ければ、ゴム含有グラフト重合体(A)のグラフト鎖を有機溶剤可溶分と同じとみなすことができる。有機溶剤不溶分を92〜99.5質量%とすると、グラフト鎖が有機溶剤可溶分と同じになる精度が増す。ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分の割合として、94〜99.5質量%が好ましく、96〜99.5質量%がさらに好ましく、98〜99質量%であることが特に好ましい。
本発明のゴム含有グラフト重合体の一態様としては、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕して得られる凍結粉砕された有機溶剤不溶分から、有機溶剤抽出した有機溶剤抽出物の100質量%において、メチルメタクリレート由来物の含有割合が43質量%以上であり、かつ、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である成分の含有割合が10%以上である。
ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕後に有機溶剤抽出して得られる有機溶剤抽出物における、メチルメタクリレートの含有割合は43質量%以上であり、45質量%以上が好ましく、48質量%以上がより好ましい。
凍結粉砕によって、ゴム含有グラフト重合体を分解し、架橋されているグラフト鎖、および架橋されているゴムの一部を有機溶剤抽出することができる。グラフト鎖にメチルメタクリレート由来物が多く含まれることによって、衝撃強度に代表される機械的強度の成形加工依存性が低くできることから、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕後、有機溶剤抽出して得られる有機溶剤抽出物についても、メチルメタクリレートの含有割合が高い方が好ましい。
ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕後、さらに有機溶剤抽出して得られる有機溶剤抽出物における、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である成分の含有割合は10質量%以上であり、12質量%以上が好ましく、15質量%以上がより好ましい。
凍結粉砕によって、ゴム含有グラフト重合体を分解し、架橋されているグラフト鎖、および架橋されているゴムの一部を有機溶剤抽出することができる。グラフト鎖の分子量が大きいほど衝撃強度に代表される機械的強度の成形加工依存性が低くできることから、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕後、有機溶剤抽出して得られる有機溶剤抽出物についても、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である高分子量成分を多く含む方が好ましい。
また、凍結粉砕はゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分中のMMA含有率以下の割合で粉砕しなければならない。有機溶剤不溶分中のMMA含有率を超える割合で凍結粉砕を行った場合、ゴム成分が凍結粉砕される量が多くなり、架橋されているグラフト鎖、および架橋されているゴムの一部を有機溶剤抽出することができなくなるので好ましくない。
有機溶剤抽出物は、精秤したゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕後、凍結粉砕された有機溶剤不溶分に対して、有機溶剤と十分に混合し、静置した後、遠心分離して可溶分と不溶分とを分離する操作を複数回行い、合わせた可溶分から有機溶媒を除去することで有機溶剤抽出物を定量することができる。
有機溶剤抽出物の抽出方法の具体例として、有機溶剤としてアセトンを用いた例で説明する。有機溶剤として、アセトン以外の有機溶剤を用いる場合には、下記の例に準じて、アセトンを当該溶媒に代えて測定することができる。
粉砕容器として6751バイアル(ポリカーボネート管、スチールエンドプラグとスチロール型インパクター)を用い、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分0.9gを凍結粉砕(SPEX CertiPrep Ltd社製、製品名:SPEX6750 FREEZER/MILL :条件 予備冷却15分、粉砕時間2分間(20回/秒)、冷却時間2分、4サイクル)し、凍結粉砕された有機溶剤不溶分100mgを精秤し、50mLバイアルに移し、さらに30mLのアセトンを加えて攪拌後、10時間静置し、遠心分離機(日立高速冷却遠心機(CR22N)、日立工機(株)製)を用いて、温度:4℃、回転数:12,000rpmで60分間遠心分離を行い、可溶分と不溶分を分離する。得られた不溶分に再度アセトン30mLを添加し分散させ、遠心分離機にて遠心分離し、可溶分と不溶分に分離する。可溶分、不溶分それぞれイナートオーブンで窒素下、40度で10時間以上乾燥させる。
これらのうちの可溶分を乾燥させたものを、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕したものの有機溶剤可溶分(有機溶剤抽出物)とした。
(有機溶剤抽出物の組成比測定)
凍結粉砕後の有機溶剤可溶分(有機溶剤抽出物)の組成比測定は核磁気共鳴法(H−NMR)を使用して測定した。
測定装置:Varian社製、核磁気共鳴スペクトルメーター(製品名:UNITYINOVA500)
試料量:凍結粉砕後アセトン可溶分:10〜20mg
有機溶剤:重クロロホルム650μL(ケミカルシフト 7.26ppm:
重クロロホルム中のクロロホルムのピークを7.26ppmとしてNMRの解析を行った。)
測定温度:21℃
積算回数:256回
核種:
得られたH−NMRスペクトルの3.2ppm〜3.8ppmのピークをポリメチルメタクリレートのメチル基由来のピークとして、3.8〜4.4ppmのピークをポリブチルアクリレートのメチレン基由来のピークとして計算し、そのMMA/BA比率を計算した。
(有機溶剤抽出物の重量平均分子量(Mw)測定)
凍結粉砕後の有機溶剤可溶分の組成比測定はゲルパーミエーションクロマトグラフィー法(GPC)を使用して測定した。
測定装置:HLC−8320型 東ソー(株)製
試料濃度:各成分2mg/mL テトラヒドロフラン溶液
ガードカラム:TSK−guardcolumn SUPERH−H−H(東ソー(株)社製)
分離カラム:TSK−GEL SUPER HM―H(6.0mmφ×150mm、東ソー(株)社製)二本接続
検出器:示差屈折計(RI)
分離カラム温度:40℃
移動層:テトラヒドロフラン(流量0.6ml/min)
サンプル注入量:10μL
較正曲線作成方法:分子量既知のポリスチレン11種類(Mw1013〜6770000)、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−p−クレゾール)(分子量340)を用いて較正曲線(3次式)を作成し、重量平均分子量を求めた。
積分分子量分布図を作成し分子量30万以上の成分比率を算出した。
(重合開始剤)
本発明のゴム含有グラフト重合体のグラフト重合の際に使用できる重合開始剤としては、過酸化物やアゾ系開始剤等が挙げられる。グラフト鎖を長くする場合は過硫酸塩が好ましい。グラフト重合にて鉄化合物によるレドックス重合が多用されているが、この場合、グラフト鎖の重量平均分子量換算値にて10万以下となりやすく、好ましくない。
過硫酸塩としては、過硫酸アンモニウム(APS)、過硫酸ナトリウム(NPS)、過硫酸カリウム(KPS)等が挙げられる。
本発明のゴム含有グラフト重合体に用いるゴム状重合体がアクリル系ゴムの場合、グラフト交叉剤としてアリルメタクリレートやトリアリルイソシアヌレートが主に用いられる。アリルメタクリレート(a2)の方がより本発明のゴム含有グラフト重合体を製造しやすい。
一つの例としては、アクリレート(a1)100質量部およびアリルメタクリレート(a2)0.1〜0.7質量部を含むビニル単量体を、過硫酸塩と用いて重合することによって「ゴム重合体」(ゴムラテックス)を製造し、ゴムラテックスにメチルメタクリレートを95質量%以上含むグラフト用ビニル単量体を、過硫酸塩を用いて重合することによりゴム含有グラフト重合体(A)を得ることができる。このような方法で製造したゴム含有グラフト重合体においては、有機溶剤可溶分の重量平均分子量を25万〜75万とすることができる。また、有機溶剤可溶分に含まれるメチルメタクリレート由来物の含有割合を84質量%以上にすることができる。ゴムラテックスの体積平均粒子径が100〜300nmの範囲であると、ゴム状重合体の熱可塑性樹脂に対する強度発現性が優れる。
上記の製造方法に用いうるアクリレート(a1)としては、例えばアクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸n−オクチル等のアクリル酸アルキルエステル単量体および、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル等のメタクリル酸アルキルエステル単量体が挙げられる。
上記の製造方法において、アクリレート(a1)100質量部およびアリルメタクリレート(a2)0.1〜0.7質量部を含むビニル単量体を過硫酸塩と用いて重合し、ゴムラテックスを製造する際に、または、メチルメタクリレートを95質量%以上含むグラフト用ビニル単量体を重合させる前に、ゴムラテックス中のアクリレート(a1)100質量部に対して芳香族ビニル単量体0.5〜3.0質量部、好ましくは1.2〜2.8質量部を重合することが、有機溶剤不溶分を向上させる点で好ましい。
上記の製造方法で得られたゴム含有グラフト重合体(A)は、「ゴム状重合体」の熱可塑性樹脂に対する分散性が優れ、衝撃強度に代表される機械的強度が向上する。また熱可塑性樹脂が射出成形等で溶融成形される条件に依存せず良好な機械的強度を発現する(成形加工依存性が低い)。
本発明のゴム含有グラフト重合体のグラフト重合に使用される乳化剤としては、脂肪酸、スルホン酸、硫酸、リン酸等の酸のアルカリ金属塩等が挙げられる。
本発明のグラフト重合によって得られたラテックス状態のゴム含有グラフト重合体(A)は、凝析し洗浄した後に乾燥することにより、または、噴霧回収することにより、粉体として得ることができる。
[熱可塑性樹脂(B)]
本発明のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物は、芳香族ポリカーボネート、スチレン系樹脂、ポリエステルに代表される熱可塑性樹脂と、ゴム含有グラフト重合体(A)を含む組成物である。
塩化ビニル樹脂、ポリエチレン等のオレフィン樹脂等を含め、多くの熱可塑性樹脂はメチルメタクリレートを主成分とする樹脂改質剤が多用されているため、本発明のメチルメタクリレート主成分のグラフト鎖を有するゴム含有グラフト重合体(A)も好適に使用できる。
そのため、熱可塑性樹脂(B)としては、特に限定されず、たとえばエンジニアリングプラスチック、スチレン系樹脂、ポリエステル、オレフィン系樹脂、熱可塑性エラストマー、生分解性ポリマー、ハロゲン系重合体、アクリル系樹脂等、多種多用な樹脂を使用することができる。
エンジニアリングプラスチックとしては、公知の各種熱可塑性エンジニアリングプラスチックであれば特に制限はなく、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、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等のポリエステル系重合体、シンジオタクチックポリスチレン、6−ナイロン、6,6−ナイロン等のナイロン系重合体、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等を例示することができる。
また、高度に耐熱性に優れ、溶融流動性が必要とされる耐熱ABS等の特殊なスチレン系樹脂や耐熱アクリル系樹脂なども本発明におけるエンジニアリングプラスチックとして例示することができる。これらの中でも、強度発現性がより求められる芳香族ポリカーボネートやポリブチレンテレフタレートがより好ましい。上記芳香族ポリカーボネートとしては、4,4’−ジヒドロキシジフェニル−2,2−プロパン(すなわちビスフェノールA)系ポリカーボネート等の4,4’−ジオキシジアリールアルカン系ポリカーボネートが挙げられる。
オレフィン系樹脂としては、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、エチレンとその他のα−オレフィンとの共重合体;ポリプロピレン、プロピレンとその他のα−オレフィンとの共重合体;ポリブテン、ポリ−4−メチルペンテン−1などが挙げられる。
熱可塑性エラストマーとして、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・ブテン共重合体(SEB)、スチレン−エチレン・プロピレン共重合体(SEP)、スチレン−エチレン・ブテン−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)、スチレン−エチレン・エチレン・プロピレン−スチレン共重合体(SEEPS)、スチレン−ブタジエン・ブチレン−スチレン共重合体(スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体の部分水添物:SBBS)、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体の部分水添物、スチレン−イソプレン・ブタジエン−スチレン共重合体の部分水添物等のスチレン系エラストマー、高分子ジオール(ポリエステルジオール、ポリエーテルジオール、ポリエステルエーテルジオール、ポリカーボネートジオール、ポリエステルポリカーボネートジオール等)、有機ジイソシアネート(有機ジイソシアネートとしては、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、トルエンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、ナフタレンジイソシアネート、水素化4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(4,4’−ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート)、イソホロンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートなどを挙げることができ、これらの有機ジイソシアネートのうちでも4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート)および鎖伸張剤(エチレングリコール、ジエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、1,9−ノナンジオール、シクロヘキサンジオール、1,4−ビス(β−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン等)を反応させることにより製造されるウレタン系エラストマー、エチレン−プロピレンゴム、エチレン−プロピレン−ジエンゴム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ブチルゴム、ブタジエンゴム、プロピレン−ブテン共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体などのポリオレフィン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、フッ素系エラストマー、塩素化PE系エラストマー、アクリル系エラストマー等が挙げられる。
スチレン系樹脂としては、ポリスチレン、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−スチレン−α−メチルスチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート−スチレン−α−メチルスチレン共重合体、ABS樹脂、AS樹脂、MABS樹脂、MBS樹脂、AAS樹脂、AES樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン−α−メチルスチレン共重合体、アクリロニトリル−メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン−α−メチルスチレン共重合体、スチレン−無水マレイン酸共重合体、スチレン−マレイミド共重合体、スチレン−N−置換マレイミド共重合体、アクリロニトリル−スチレン−N−置換マレイミド共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン−β−イソプロペニルナフタレン共重合体、およびアクリロニトリル−メチルメタクリレート−ブタジエン−スチレン−α−メチルスチレン−マレイミド共重合体などが挙げられる。これらは、それぞれ単独で含有されてもよく、または2種以上が含有されてもよい。
ポリエステルは、多塩基酸と多価アルコールからなる重合体であって、熱可塑性を有することを条件として特に限定されない。多塩基酸としては、たとえば、テレフタル酸、ナフタルジカルボン酸、シクロヘキシルジカルボン酸またはそのエステル類等が挙げられ、多価アルコールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ハイドロキノン、ビスフェノールA、2,2−ビス(4−ヒドロキシエトキシフェニル)プロパン、1,4−ジメチロールテトラブロモベンゼン、TBA−EO等が挙げられる。ポリエステル系樹脂は単独重合体、共重合体あるいはこれら2種以上のブレンド物であってもよい。また、イーストマンケミカル製の商品名「PETG」等も好適に用いられる。
生分解性ポリマーとしては、バイオポリエステル(PHB/Vなど)、バクテリアセルロース、微生物多糖(プルラン、カードランなど)等の微生物系ポリマーや、脂肪族ポリエステル(ポリカプロラクトン、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンサクシネート、ポリグリコール酸、ポリ乳酸など)、ポリビニルアルコール、ポリアミノ酸類(PMLGなど)等の化学合成系ポリマーや、キトサン/セルロース、澱粉、酢酸セルロースなどの天然物系ポリマー等が挙げられる。
ハロゲン化重合体としては、塩化ビニルの単独重合体、塩化ビニルが80質量%以上の割合で含有される共重合体、高塩素化ポリ塩化ビニルが挙げられる。共重合体の成分としては、塩化ビニル以外に、エチレン、酢酸ビニル、メチルメタクリレート、およびブチルアクリレートなどのモノビニリデン化合物がある。共重合体中にはこれらの化合物がその合計量で20質量%以下の割合で含有されてもよい。上記単独重合体、および共重合体は、それぞれ単独で含有されてもよく、または2種以上が含有されてもよい。また、フッ素化重合体、臭素化重合体、ヨウ素化重合体等も挙げられる。
アクリル系樹脂として、メチルメタクリレートと共重合可能なビニル単量体を重合して得られる共重合体などを挙げることができる。上記の共重合可能なビニル単量体としては、メチルアクリレート、エチルアクリレート、i−プロピルアクリレート、n−ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート等のアルキルアクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタクリレート、n−ブチルメタクリレート等のアルキルメタクリレート、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物等を挙げることができる。
ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂、シンジオタクチックポリスチレン、6−ナイロンおよび6,6−ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリアリレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリアセタール等のエンジニアリングプラスチックと、上記した熱可塑性樹脂とのポリマーアロイも本発明の範囲に含まれる。
本発明の樹脂組成物は、上記の材料の他、本発明の目的を損なわない範囲で、周知の種々の添加剤、たとえば、安定剤、難燃剤、難燃助剤、加水分解抑制剤、帯電防止剤、発泡剤、染料、顔料等を含有することができる。
本発明の樹脂組成物の調製する際の各材料の配合方法としては、公知のブレンド方法が挙げられ、特に限定されない。たとえば、タンブラー、V型ブレンダー、スーパーミキサー、ナウターミキサー、バンバリーミキサー、混練ロール、押出機等で混合、混練する方法が挙げられる。
以下、製造例および実施例により本発明をさらに詳細に説明する。製造例1〜9は、ゴム状重合体およびゴム含有グラフト重合体(A)等の製造例である。なお、「部」は「質量部」を意味し、「%」は「質量%」を意味する。
<製造例1>
冷却管、温度計および撹拌装置を備えたセパラブルフラスコ内に表1に示す水、乳化剤からなる「成分1」を添加した。このセパラブルフラスコ内に窒素気流を通ずることによりフラスコ内雰囲気の窒素置換を行い、液温を80℃まで昇温した。液温が80℃になった時点で表1に示すシードモノマー「成分2」を混合し、5分撹拌した後、表1に示す重合開始剤「成分3」を添加し、重合を開始させた(重合発熱により最大値で10℃程度上昇することがある)。その後、液温が78℃を下回らないように固定したまま25分保持した。
さらに表1に示すゴム形成モノマー「成分4」を強制乳化させ、180分間かけて液温を80±2℃で制御しながらセパラブルフラスコ内に滴下した。その後液温を80℃±2℃に固定したまま60分保持した。このようにしてゴム状重合体のラテックスを得た。このときのゴム状重合体ラテックスの粒子径は光散乱法で測定した結果で200nmであった。重合率は99%であった。引き続き表1に示すグラフト成分モノマー「成分6」の液温を80±2℃で制御しながら30分間かけて滴下した。その後液温を80℃±2℃に固定したまま60分保持した。このようにしてアクリルゴム系グラフトラテックスを得た。重合率は99.5%であった。なお、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは商品名「ネオペレックス G−15、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム16%水溶液)」を、ジアルキルスルホコハク酸ナトリウムは商品名「ペレックス OT−P、KAO社製(ジアルキルスルホコハク酸ナトリウム80%のメタノール溶液)」を使用した。
Figure 0006988906
表2に示す「成分1」を配合した水溶液を温度40℃±5℃に設定し、その水溶液中に上記で得たアクリルゴム系グラフトラテックスを投入してスラリーを形成した。液温を70℃±5に昇温し5分保持することでスラリーを凝集させた。凝集物を回収し、脱イオン水1500部に浸し、脱水する工程を2度繰り返し、温度65℃±5で12時間乾燥して、ゴム含有グラフト重合体(A−1)の粉体を得た。
Figure 0006988906
<製造例2〜7>
表1に示す各成分を変更した以外は製造例1と同様にしてゴム含有グラフト重合体(A−2)〜(A−7)の粉体を得た。ゴムラテックス並びにグラフトラテックスの重合率はいずれも99%以上であった。
ただし、製造例3と7においては以下の工程を含む。
製造例3においては、「成分4」を強制乳化させ、180分間かけて液温を80±2℃で制御しながらセパラブルフラスコ内に滴下し、その後液温を80℃に固定したまま30分保持した後、「成分4’」のスチレンを投入しその後液温を80℃に固定したまま30分保持しゴム状重合体のラテックスを得た。
製造例7においては、ゴム状重合体ラテックスを得た後、レドックス系材料の「成分5」を配合した。硫酸第一鉄やエチレンジアミン酸・ニナトリウムは配合量が少ないため、成分5は10倍量配合し、その1/10量を計量し、ゴムラテックスに投入した。
<安定剤エマルション>
表3に示す「成分1」を温度80℃で溶解させた。次いで表3に示す「成分2」の水溶液を上記の溶液中に投入して強制乳化させ、安定剤のエマルションを調製した。
Figure 0006988906
<製造例8>
(1)ジエン系ゴム状重合体のラテックス(R−1)の製造
第一単量体混合液として表4に示す「成分1」を容量70Lのオートクレーブ内に仕込み、昇温して、液温が43℃になった時点で、表4に示す「成分2」のレドックス系開始剤を添加して反応を開始し、その後さらに液温を65℃まで昇温した。重合開始から3時間後に表4に示す「成分3」の重合開始剤を添加し、その1時間後から表4に示す「成分4」の第二単量体混合液、表4に示す「成分5」の乳化剤水溶液、表4に示す「成分6」の重合開始剤を8時間かけてオートクレーブ内に連続的に滴下した。重合開始から4時間反応させて、ゴム状重合体のラテックス(R−1)を得た。重合率は95%であった。このラテックス中の重合体粒子の体積平均粒子径は170nmであり、体積平均粒子径(Dv)を個数平均粒子径(Dn)で割った値は(Dv/Dn)=1.05であった。
Figure 0006988906
(2)ゴム含有グラフト重合体のグラフト重合体(A−8)の製造
ラテックス(R−1)226部(仕込みモノマー成分として80部)を、攪拌機および還流冷却管を備えた反応容器内に仕込み、表5に示す「成分1」を添加した。次いで、反応容器内の液温を55℃に昇温し、表5に示す「成分2」の水溶液を加え、引き続き、表5に示す「成分3」の混合物を60分間かけて反応容器内に滴下し、さらに60分間加熱攪拌を続けた。このようにして、ゴム状重合体に対してビニル単量体をグラフト重合させて、ゴム含有グラフト重合体のラテックスを得た。重合率は98.5%であった。なお、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウムは商品名「ペレックス SS−L、KAO社製(アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸ナトリウム50%水溶液)」を使用した。
Figure 0006988906
得られたゴム含有グラフト重合体のラテックス241.3質量部に、安定剤のエマルションを2.2質量部配合して、混合した。表2に示す「成分1」を配合した水溶液を40℃にし、その水溶液中に安定剤エマルションを配合したゴム系グラフトラテックスを投入してスラリーを形成した。液温を70℃に昇温し5分保持することでスラリーを凝集させた。凝集物を回収し、脱イオン水1500部に浸し、脱水する工程を2度繰り返し、温度70℃で12時間乾燥して、ゴム含有グラフト重合体(A−8)の粉体を得た。
<製造例9>
(1)シリコン系ゴム状重合体のラテックス(L−1)の製造
表6に示す「成分1」を混合してオルガノシロキサン混合物100部を得た。これに表6に示す「成分2」を添加し、ホモミキサーにて10000rpmで2分間攪拌した後、ホモジナイザーに20MPaの圧力で2回通し、安定な予備混合エマルションを得た。
次いで、冷却コンデンサーを備えた容量5リットルのセパラブルフラスコ内に、上記エマルションを入れた後、エマルションを温度90℃に加熱した。90℃に加熱した状態で、表6に示した「成分3」を8時間滴下して重合反応させた後、2時間保持した。その後、室温(25℃)に冷却し、得られた反応物を室温で6時間保持した。そして、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して反応液をpH7.0に中和して、ポリオルガノシロキサンラテックス(L−1)を得た。なお、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは商品名「ネオペレックス G−15、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム16%水溶液)」を、ドデシルベンゼンスルホン酸は商品名「ネオペレックス GS、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸)」を使用した。
ポリオルガノシロキサンラテックス(L−1)の固形分は17.3%であった。また、このラテックスのキャピラリー粒度分布計による重量平均粒子径(Dw)は138nm、数平均粒子径(Dn)は20nmであり、Dw/Dnは7.1であった。
Figure 0006988906
(2)ゴム含有グラフト重合体のグラフト重合体(S−1)の製造
冷却管、窒素導入管、温度計および攪拌装置を備えたセパラブルフラスコに、ポリオルガノシロキサンラテックス(L−1)3部(固形分換算)
脱イオン水161.5部を投入し、続いて表7に示す「成分1」を投入した。フラスコ内に窒素気流を通じて窒素置換を行い、攪拌しながら昇温させ、液温が55℃に達して1時間後に、表7の「成分2」の半量を添加して1段目の重合を開始した。重合発熱が確認された時点で表7の「成分2」の残りの半量を15分かけて滴下後、1時間保持した。次いで、表7の「成分3」と「成分4」を同時に、30分間かけて滴下した。滴下終了後、30分保持して、グラフト共重合体(S−1)ラテックスを得た。
Figure 0006988906
得られたゴム含有グラフト重合体のラテックス320.1質量部に、表2に示す「成分1」を配合した水溶液を55℃にし、その水溶液中にゴム系グラフトラテックスを投入してスラリーを形成した。液温を70℃に昇温し5分保持することでスラリーを凝集させた。凝集物を回収し、脱イオン水1500部に浸し、脱水する工程を2度繰り返し、温度70℃で12時間乾燥して、ゴム含有グラフト重合体(S−1)の粉体を得た。
<製造例10>
(1)シリコン系ゴム状重合体のラテックス(L−2)の製造
表8に示す「成分1」を混合してオルガノシロキサン混合物100部を得た。これに表8に示す「成分2」を添加し、ホモミキサーにて10000rpmで2分間攪拌した後、ホモジナイザーに20MPaの圧力で2回通し、安定な予備混合エマルションを得た。
次いで、冷却コンデンサーを備えた容量5リットルのセパラブルフラスコ内に、上記エマルションを入れた後、エマルションを温度80℃に加熱し、85℃に加熱した状態を6時間維持して重合反応させた後、室温(25℃)に冷却し、得られた反応物を室温で6時間保持した。その後、5%水酸化ナトリウム水溶液を添加して反応液をpH7.0に中和して、ポリオルガノシロキサンラテックス(L−2)を得た。なお、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは商品名「ネオペレックス G−15、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム16%水溶液)」を、ドデシルベンゼンスルホン酸は商品名「ネオペレックス GS、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸)」を使用した。
ポリオルガノシロキサンラテックス(L−2)の固形分は28.3%であった。また、このラテックスのキャピラリー粒度分布計による重量平均粒子径(Dw)は224nm、数平均粒子径(Dn)は86nmであり、Dw/Dnは2.60であった。
Figure 0006988906
(2)ゴム含有グラフト重合体のグラフト重合体(S−2)の製造
冷却管、窒素導入管、温度計および攪拌装置を備えたセパラブルフラスコに、ポリオルガノシロキサンラテックス(L−2)4部(固形分換算)を投入し、続いて表9の「成分1」を投入した。
フラスコ内に窒素気流を通じて窒素置換を行い、攪拌しながら昇温させ、液温が45℃に達した後に、表9の「成分2」を添加して1段目の重合を開始した。重合発熱が確認された時点から30分、65℃で保持した。
次いで、表9の「成分3」を、45分間かけて滴下して2段目の重合を行い、滴下完了時点から60分保持した。その後、表9の「成分4」を、20分間かけて滴下して3段目の重合を行い、滴下完了時点から60分保持し、グラフト共重合体(S−2)ラテックスを得た。なお、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムは商品名「ネオペレックス G−15、KAO社製(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム16%水溶液)」を使用した。
Figure 0006988906
得られたゴム含有グラフト重合体のラテックス252.4質量部に、表2に示す「成分1」を配合した水溶液を30℃にし、その水溶液中にゴム系グラフトラテックスを投入してスラリーを形成した。液温を65℃に昇温し5分保持することでスラリーを凝集させた。凝集物を回収し、脱イオン水1500部に浸し、脱水する工程を2度繰り返し、温度70℃で12時間乾燥して、ゴム含有グラフト重合体(S−2)の粉体を得た。
測定1:ゴム含有グラフト重合体中のアセトン不溶分の測定
[1]乾燥試料の調製
ゴム含有グラフト重合体1質量%、アセトン99質量%からなる溶液を調製して、以下(1)〜(4)の操作を行ない、「乾燥試料」を得る。
(1)前記溶液を、20000rpm、30分間、遠心分離操作する。
(2)上澄みを抽出し、フラスコ内に入れる。
(3)フラスコを温度56℃の恒温槽中にセットして、エバポレータによって揮発分を留去する。
(4)フラスコ内の残存物を120℃で3時間乾燥して「乾燥試料」を得る。
[2]アセトン不溶分の算出
上記「乾燥試料」がアセトン可溶分であるので、ゴム含有グラフト重合体の質量からアセトン可溶分を引いて、アセトン不溶分を算出する。
測定2:ゴム含有グラフト重合体中のアセトン可溶分の分子量測定並びに組成分析
[1]分子量の測定
(1)測定1で採取したアセトン可溶分をテトラヒドロフラン(THF)に溶解させる。(試料濃度:0.2〜0.3質量%)
(2)GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用い分子量分布(重量平均分子量:Mw、数平均分子量:Mn)を測定する。検量線に用いる標準ポリマーはポリスチレン、溶離液はTHFで実施した。
[2]組成分析
(1)測定1で採取したアセトン可溶分を熱分解GC(ガスクロマトグラフィー)または、熱分解GC−MS(ガスクロマトグラフィー質量分析計)を用い熱分解温度500℃でポリマー組成比を測定した。算出用の標準ポリマーとしてアンプル重合品を用いた。本実施例・比較例にて用いたゴム質グラフト重合体を、熱分解GC−MSにて組成分析をしたが、ブタジエン由来成分(ブタジエンダイマー等)は検出限界以下であった。
測定3:ジエン系ゴム含有グラフト重合体中のグラフト鎖の分子量測定並びに組成分析
[1]ジエン系ゴム含有グラフト試料の調製
ゴム含有グラフト重合体6質量%、THF94質量%からなる溶液を調製して、以下(1)〜(2)の操作を行ない、「ジエン系ゴム含有グラフト試料」を得た。
(1)前記溶液を遠心分離機に供して16000rpmで40分間、遠心分離する。この遠心分離操作を数回繰り返し、THF可溶分を完全に除去する。
(2)上澄みを廃棄し、THF不溶分を80℃で4時間以上乾燥して、「ジエン系ゴム含有グラフト試料」を得る。
[2]オゾン付加反応
[1]の操作で得られた「ジエン系ゴム含有グラフト試料」に対して、以下の(1)〜(9)の操作を行って、オゾン付加反応により、「グラフト鎖」を分離(単離)する。
(1)「ジエン系ゴム含有グラフト試料」を6質量%、クロロホルムと塩化メチレンとの1:1混合液94質量%を調製し分散溶液とする。
(2)前記溶液をオゾン吸収ビンに入れ、−60℃以下に調製したドライアイス−メタノール溶液に漬ける。
(3)オゾン発生装置より発生したオゾンガスを吸収ビンに吹き込みオゾン付加を行う。
(4)オゾン付加後(吸収液が青色になる)、エアーを吹き込み過剰なオゾンを取り除く。
(5)ビーカーに還元剤(水素化ほう素ナトリウム)を10質量%、メタノール90質量%溶液に調整し、マグネチックスターラーで撹拌する。溶解後、(4)吸収液を入れ3時間以上撹拌する。
(6)撹拌後、(5)の溶液に、(5)溶液の質量の1/5に相当する質量の塩酸水溶液(1:1=塩酸:水)を加えて、3時間以上撹拌する。
(7)撹拌後、分液ロートに移し2層分離させる。この下層をナスフラスコに抜液する。
(8)ナスフラスコを65℃の恒温槽中にセットして、エバポレータによって揮発分を留去する。
(9)ナスフラスコ内の残存物を65℃で8時間以上、真空乾燥して「グラフト鎖乾燥試料」を得る。
[3]グラフト鎖の分子量の測定
(1)「グラフト鎖乾燥試料」をTHF(テトラヒドロフラン)に溶解させる。(試料濃度:0.2〜0.3質量%)
(2)GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)を用い分子量分布(重量平均分子量:Mw、数平均分子量:Mn)を測定した。検量線に用いる標準ポリマーはポリスチレン、溶離液はTHF(テトラヒドロフラン)で実施した。
[4]組成分析
(1)「グラフト鎖乾燥試料」を熱分解GC(ガスクロマトグラフィー)または、熱分解GC−MS(ガスクロマトグラフィー質量分析計)を用い熱分解温度500でポリマー組成比を測定した。算出用の標準ポリマーとしてアンプル重合品を用いた。本実施例・比較例にて用いたゴム質グラフト重合体を、熱分解GC−MSにて組成分析をしたが、ブタジエン由来成分(ブタジエンダイマー等)は検出限界以下であった。
[粒子径の測定]
ナノ粒子径分布測定装置 SALD−7100(島津製作所(株)製)を使用し測定した。
[重合率の測定]
以下の手順により、グラフトラテックスの重合率を測定する。
(i)アルミニウム皿の質量(x)を0.1mgの単位まで測定する。
(ii)アルミニウム皿に重合体(X)のラテックスを約1g取り、重合体(X)のラテックスの入ったアルミニウム皿の質量(y)を0.1mgの単位まで測定する。
(iii)重合体(X)のラテックスの入ったアルミニウム皿を180℃の乾燥機に入れ、45分間加熱する。
(iv)アルミニウム皿を乾燥機から取出し、デシケーター内で室温(25℃)まで冷却し、その質量(z)を0.1mgの単位まで測定する。
(v)以下の式に基づいて、重合体(X)のラテックスの固形分濃度(%)を算出する。
固形分濃度(%)={(z−x)/(y−x)}×100
(vi)重合体(X)を製造する際に仕込む全単量体が重合した際の固形分濃度に対する(v)により算出した固形分濃度の百分率(%)を、グラフトラテックス製造終了時の重合率とする。
4種類のMBSに対して、アセトン不溶分の測定、アセトン可溶分の分子量測定並びに組成分析、グラフト鎖の分子量測定並びに組成分析を実施した結果を表10に示した。
MBS−1:Paraloid(パラロイド:登録商標)EXL2691J
MBS−2:カネエース(登録商標)M711
MBS−3:カネエース(登録商標)M732
MBS−4:METABLEN(登録商標) E−860A
Figure 0006988906
表中、Acはアセトン、MMAはメチルメタクリレート、n−BAはn−ブチルアクリレート、Stはスチレン、Mwは質量平均分子量、Mnは数平均分子量を示す。
グラフト成分にスチレンが多い、たとえば、アセトン可溶分中のスチレン量が10質量%を超えると、測定2から得られるアセトン可溶分中のメチルメタクリレート質量%の値と、測定3から得られるグラフト鎖のメチルメタクリレート質量%の値の差が開いてくる。しかし、アセトン可溶分中のメチルメタクリレートが84質量%以上である場合はその乖離が少ない。MBSを始め、ゴム含有グラフト重合体が販売される実際の販売形態としてゴム含有グラフト重合体からなるグラフトラテックスに高分子量の非架橋のビニル重合体からなるラテックスをポリマー固形分の質量比率で2質量%程度配合し、凝析、粉体化することがある。これらはゴム含有グラフト重合体からなる粉体のブロッキング性を改良することを主として実際よく用いられている手法である。よって有機溶剤可溶分の高分子量成分は、上記の高分子量の非架橋のビニル重合体由来の可能性がある。したがって、実際のゴム含有グラフト重合体を含む商品を測定する場合は、ゴムがブタジエン由来であるものでは測定3にて記載があるようにその商品の有機溶剤不溶分を取り除き、つまり、上記の高分子量の非架橋のビニル重合体由来を取り除き、グラフト鎖の定量を実施する必要がある。MBS−4は、アセトン可溶分にて重量平均分子量が75万より大きいものが検出されるが、測定3のオゾン付加反応後の組成(=「グラフト鎖」)ではその高分子量成分が検出されない。この高分子量成分は本発明のグラフト鎖ではなく、上記の高分子量の非架橋のビニル重合体由来のものとみなされる。
MBS−4はアセトン可溶分の重量平均分子量で区分すると2種類ある(128万と3万)。測定3のオゾン付加反応後の組成(=「グラフト鎖」)では重量平均分子量が3万程度である。アセトン可溶分の重量平均分子量は測定3から得られるグラフト鎖の重量平均分子量を検出することができる。特にアセトン不溶分が高い系では、上記の高分子量の非架橋のビニル重合体由来の影響が少なく、精度が高い。
<実施例1〜5、比較例1〜7>
製造例で得られたゴム含有グラフト重合体(A−1〜A−8、S−1〜S−2、MBS−1〜MBS−2)7.5質量部、芳香族ポリカーボネート(PC;「ユーピロンS−2000F」(商品名)、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、公称の芳香族ポリカーボネート樹脂のMv:22000)70.0質量部、スチレンアクリロニトリル(SAN)系樹脂(SAN;「AP−H」(商品名)、テクノUMG(株)製、公称のAN比率は26%前後、Mw11万程度)22.5質量部を表11に示す組成で配合し、混合し、混合物を得た。この混合物を、バレル温度260℃に加熱した脱揮式二軸押出機(池貝鉄工社製、PCM−30)に供給して混練し、SAN系樹脂が22.5質量%、ゴム含有グラフト重合体が7.5質量%配合された芳香族ポリカーボネートアロイである実施例1〜5および比較例1〜7の樹脂組成物のペレットを作製した。
Figure 0006988906
[シャルピー衝撃試験]
上記で得られた各実施例または各比較例の樹脂組成物のペレットを、住友射出成形機SE100DU(住友重機械工業(株)製)に供給し、シリンダー温度260℃、金型温度60℃にて、長さ80mm×幅10mm×厚さ4mmの成形体(試験片)を得た。シャルピー衝撃試験はISO−179−1に準拠し、ISO2818に準拠したTYPEAのノッチを刻んで測定した。測定結果を表12に示した。
Figure 0006988906
[ウェルド強度]
上記で得られた各実施例または各比較例の樹脂組成物のペレットを、住友射出成形機SE100DU(住友重機械工業(株)製)に供給し、シリンダー温度260℃、金型温度60℃にて、JIS−7139で定める多目的試験片(A1)を得た。
試験片を得るときに以下3つの条件で作成した。
3−a) 一点ゲートにて作成
3−b) 二点ゲートにて試験片中央にウェルドラインが来るように作成。(図1a)
3−c) 射出成形時の保持圧を低くして図1a,b、cの形状になるように調整。
引張試験はISO−527に準拠し、引張速度は20mm/minとした。本発明の評価におけるウェルド強度は引張試験の降伏強度(降伏点が現れない場合は破断強度)と定義する。
[成形品のTEM観察]
上記で得られた各実施例または各比較例の樹脂組成物のペレットを、住友射出成形機SE100DU(住友重機械工業(株)製)に供給し、シリンダー温度260℃、金型温度60℃にて、長さ100mm×幅50mm×厚さ2mmの成形体(試験片)を得た。試験片から、図2に示すように射出ゲート付近と端部付近から、長さ10mm×幅5mm×厚さ2mmの試片を切り出した。切り出した試片を、図2にて観察面と記載した断面において、中央付近が薄切面となるよう、ウルトラミクロトーム(製品名:Leica EM UC7、ライカ マイクロシステムズ(株)製)により面出しおよびトリミングした。得られた試片を0.5質量%四酸化ルテニウム水溶液(日新EM(株)製)蒸気により、25℃で12時間染色したのち、上記ウルトラミクロトームにより、薄片厚さ50nm、切削速度0.4mm/secの条件で薄片を切り出し、支持膜付き銅グリッドの上に回収した。透過型電子顕微鏡(製品名:H―7600、日立(株)製)により、加速電圧80kV条件で観察した。
比較例3で用いたゴム含有グラフト重合体(A−7)と実施例1の(A−1)の違いは主に鉄化合物のレドックス反応にてグラフト重合したか否か、ゴム状重合体にスチレンを含むか否かである。(A−1)は(A−7)に比べてアセトン可溶分の重量平均分子量が高く、またアセトン不溶分が多い。またアセトン可溶分中のメチルメタクリレート比率が88%であることと表12の知見から、ゴム含有グラフト重合体(A−1)のグラフト鎖はアセトン可溶分から得られた分子量と組成とほぼ同一と見なせる。
本発明のゴム含有グラフト重合体(A−1)は、ゴム含有グラフト重合体(A−7)と比べて、衝撃強度、ウェルド強度が高い。
さらに、(A−1)は、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕した有機溶剤不溶分から有機溶剤抽出した物質において、メチルメタクリレートの含有割合が43%以上であり、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である成分の含有割合が10%以上であった。
図3にそれぞれ実施例1、比較例3で得られた樹脂のTEM観察結果をまとめている。海が芳香族ポリカーボネートで、島がSAN系樹脂の相図となり、円状のゴムがどの相に配置しているかを示している。実施例1で得られた樹脂組成物中のゴム含有グラフト重合体(A−1)由来のゴムは芳香族ポリカーボネートアロイ中に均一に分散している。またSAN系樹脂由来の相分離も微細で均一に分散しているため衝撃強度が共に高いと考えられる。ウェルド強度が低下する要因はウェルド部のSAN系樹脂由来の相分離の不均一化やゴムの分散不良が主であり、衝撃強度を改良するには、ゴムとゴムとの間隔が狭いこと、言い換えればゴムが均一に分散すること、衝撃が加わった際にゴム内にキャビティを形成し、マトリックス樹脂のクレーズ形成を促すことの両方が求められ、粒子径が100〜300nmであることが必要とされる。
実施例4、比較例1の違いはグラフト成分のメチルメタクリレート質量%である。図4にそれぞれ実施例1、比較例1で得られた樹脂のTEM観察結果をまとめている。グラフト成分のメチルメタクリレート質量%が95質量%を下回るとゴムがSAN系樹脂由来の相分離に偏り、ゴムの均一分散が損なわれる。そのため低温時の衝撃強度が低下したと考えられる。
ブタジエン系ゴムはアクリル系ゴムに比べポアソン比が高い。そのためブタジエン系ゴムは常温でもアクリル系ゴムに比べ良好な衝撃強度を有する。アクリル系ゴムはガラス転移温度がブタジエン系に比べ高く、低温(たとえば、0℃)になると衝撃強度発現性が低下してくる。しかしながらブタジエン系ゴムであっても、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万の範囲になければ衝撃強度は十分でない。特にアロイ等2種類以上の樹脂からなるマトリックス樹脂の場合は顕著に差がでる。比較例5のMBS−1はゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万の範囲にないため、実施例1〜5のアクリル系ゴムよりも劣る結果が出ている。比較例4および6は、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万の範囲にないジエン系ゴム含有グラフト重合体からなるが、実施例1〜3のアクリル系ゴム含有グラフト重合体に衝撃強度、ウェルド強度及ばない。
シリコーンアクリル系ゴムに関して、比較例7で用いたゴム含有グラフト重合体(S−2)と実施例5のゴム含有グラフト重合体(S−1)の違いは、主に鉄化合物のレドックス反応にてグラフト重合したか否かである。ゴム含有グラフト重合体(S−1)はゴム含有グラフト重合体(S−2)に比べてアセトン可溶分の重量平均分子量が高く、またアセトン不溶分が多い。またアセトン可溶分中のメチルメタクリレート比率が84%以上であることと表12の知見から、ゴム含有グラフト重合体(S−1)のグラフト鎖はアセトン可溶分から得られた分子量と組成とほぼ同一と見なせる。ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万の範囲にあるゴム含有グラフト重合体(S−1)は、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤可溶分の重量平均分子量が25万〜70万の範囲にないゴム含有グラフト重合体(S−2)と比べて、衝撃強度、引張特性(1点ゲート)、ウェルド強度が高い。さらにゴム含有グラフト重合体(S−1)は、ゴム含有グラフト重合体の有機溶剤不溶分を凍結粉砕した有機溶剤不溶分から有機溶剤抽出した物質において、メチルメタクリレートの含有割合が43%以上であり、積分分子量分布で求めたスチレン換算分子量が30万以上である成分の含有割合が10%以上であった。
<実施例6>
製造例1で得られたゴム含有グラフト重合体(A−1)、ポリブチレンテレフタレート(PBT;「ノバデュラン5010R5」(商品名)、三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製)を表13に示す組成で配合し、混合し、混合物を得た。この混合物を、バレル温度260℃に加熱した脱揮式二軸押出機(池貝鉄工社製、PCM−30)に供給して混練し、ゴム含有グラフト重合体(A−1)が15質量%配合されたポリブチレンテレフタレートである実施例6の樹脂組成物のペレットを作製した。
<比較例8>
ゴム含有グラフト重合体(A−1)をゴム含有グラフト重合体(A−7)に代えた以外は、実施例6と同様にして、比較例8の樹脂組成物のペレットを作製した。シャルピー衝撃試験を実施した結果を表13に示す。
Figure 0006988906
比較例8で用いたゴム含有グラフト重合体(A−7)と実施例6で用いたゴム含有グラフト重合体(A−1)の違いは主に鉄化合物のレドックス反応にてグラフト重合したか否か、ゴム状重合体にスチレンを含むか否かである。ポリブチレンテレフタレートの系でも強度発現性に有意の差が見られた。

Claims (9)

  1. ゴム含有グラフト重合体を含むゴム含有グラフト重合体組成物であって、
    前記ゴム含有グラフト重合体におけるグラフトさせるゴムの粒子径が100〜300nmであり、
    下記の方法で決定された、前記ゴム含有グラフト重合体組成物(100質量%)におけるアセトン不溶分の含有割合が92〜99.5質量%であり、
    下記の方法で決定された、前記ゴム含有グラフト重合体組成物のアセトン可溶分の重量平均分子量が25万〜70万であるゴム含有グラフト重合体組成物。
    (ゴム含有グラフト重合体組成物におけるアセトン不溶分の含有割合の決定方法)
    ゴム含有グラフト重合体組成物1質量%とアセトン99質量%とからなる混合物を、20000rpmで30分間遠心分離し、得られた上澄みの揮発分を56℃の恒温槽中で留去し、残存物を120℃で3時間乾燥して得られたアセトン可溶分の重量を、使用したゴム含有グラフト重合体組成物の重量から引いて、アセトン不溶分の含有割合を決定する。
    (ゴム含有グラフト重合体組成物のアセトン可溶分の重量平均分子量の決定方法)
    前記アセトン可溶分を、試料濃度が0.2〜0.3質量%になるようにテトラヒドロフランに溶解させ、溶離液をテトラヒドロフランとし、ポリスチレンを標準ポリマーとして、ゲル浸透クロマトグラフィーを用い、アセトン可溶分の重量平均分子量を決定する。
  2. 前記ゴム含有グラフト重合体組成物が、ゴム状重合体に対して乳化剤の存在下、ビニル重合体をグラフト重合したゴム系グラフトラテックスをスラリー化することにより得られるスラリー凝集物を、水への浸漬と脱水ののち乾燥させて得られるものである、請求項1に記載のゴム含有グラフト重合体組成物。
  3. 前記ゴム含有グラフト重合体組成物の前記アセトン可溶分(100質量%)において、メチルメタクリレート由来物の含有割合が84質量%以上である、請求項1または2に記載のゴム含有グラフト重合体組成物。
  4. 請求項1〜のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体組成物および熱可塑性樹脂(B)を含むゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
  5. 前記熱可塑性樹脂(B)が芳香族ポリカーボネート(b1)を含む熱可塑性樹脂(B)である、請求項に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
  6. 前記熱可塑性樹脂(B)がスチレン系樹脂(b2)を含む熱可塑性樹脂(B)である、請求項またはに記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
  7. 前記熱可塑性樹脂(B)がポリエステル(b3)を含む熱可塑性樹脂(B)である、請求項のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物。
  8. 請求項のいずれか1項に記載のゴム含有グラフト重合体含有樹脂組成物を成形してなる成形体。
  9. 射出成形体である、請求項に記載の成形体。
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