JP7147285B2 - 熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物、熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
(1)
芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルにより形成されたハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントとが結合した熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、増粘剤(B)、及び可塑剤(C)を含有する熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物であって、
前記増粘剤(B)の含有量は、前記熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.05~4.5質量部であり、
前記可塑剤(C)の含有量は、前記熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.1~30質量部である、熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
(2)
熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)のソフトセグメントの含有量が45~95質量%である(1)に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
(3)
増粘剤(B)は、ビニル芳香族モノマー(X)20~99質量%、及びグリシジル(メタ)アクリレート(Y)1~80質量%を含むモノマー組成物から得られる、グリシジル基を1分子あたり2つ以上有する重量平均分子量4000~25000の共重合体である(1)又は(2)に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
(4)
230℃におけるメルトフローレートが10~50g/10minである(1)~(3)のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
(5)
前記組成物の融点+10℃の温度で測定した時の溶融張力が50~200mNである(1)~(4)のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
(6)
(1)~(5)のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物から得られ、密度が0.01~0.35g/cm3であり、ヒステリシスロス荷重が4~10Nであり、反発弾性率が40~70%であり、かつ硬度が10~30Cである、熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体。
(7)
前記発泡成形体は、発泡層の両面に、厚み100~800μmの非発泡スキン層を有するサンドイッチ構造を持ち、
前記発泡層は、平均セル径が10~500μmの発泡セルを有しており、
前記発泡セルは、平均直径が5~200μmの貫通孔を少なくとも1つ有しており、
前記発泡セルの平均断面積(Sa)と、前記発泡セルの断面における平均総貫通孔面積(Sb)との比(Sb/Sa)が0.1~0.4である(6)に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体。
(8)
型締めされた複数の金型で形成されるキャビティ内に、溶融状態の前記熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物を、化学発泡剤および/または超臨界状態の不活性ガスとともに射出、充填し、厚み100~800μmの非発泡スキン層が形成された段階で少なくとも一つの金型を型開き方向へ移動してキャビティの容積を拡大させることを特徴とする(6)又は(7)に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体の製造方法。
(9)
前記不活性ガスが、窒素である(8)に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体の製造方法。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)は、ハードセグメントとソフトセグメントが結合したものである。ハードセグメントは、ポリエステルにより形成される。ハードセグメントのポリエステルを構成する芳香族ジカルボン酸としては、通常の芳香族ジカルボン酸が広く用いられ、特に限定されないが、主たる芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸及び/又はナフタレンジカルボン酸(異性体の中では2,6-ナフタレンジカルボン酸が好ましい)が好ましい。これらの芳香族ジカルボン酸の含有量は、ハードセグメントのポリエステルを構成する全ジカルボン酸中、70モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましい。その他のジカルボン酸としては、例えば、ジフェニルジカルボン酸、イソフタル酸、5-ナトリウムスルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸、テトラヒドロ無水フタル酸などの脂環族ジカルボン酸;コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸などが挙げられる。これらは1種用いてもよく、2種以上を併用してもよい。また、これらは、ポリエステルエラストマーの融点を大きく低下させない範囲で用いることができ、その量は全ジカルボン酸の30モル%以下、好ましくは20モル%以下である。
増粘剤(B)は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の持つヒドロキシル基あるいはカルボキシル基と反応し得る官能基を有する反応性化合物(以下、単に反応性化合物と称することがある)である。前記官能基は、エポキシ基(グリシジル基)、酸無水物基、カルボジイミド基、及びイソシアネート基から選ばれる少なくとも一種であることが好ましく、より好ましくはエポキシ基(グリシジル基)である。前記反応性化合物は、前記官能基を1分子あたり2つ以上有することが好ましい。
可塑剤(C)は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の可塑化を促進させることにより、熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物に柔軟性と流動性を付与する化合物であれば特に限定されない。可塑剤(C)としては、例えば、ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート、ジエチルフタレート、ブチルベンジルフタレート、ジ-2-エチルヘキシルフタレート、ジイソデシルフタレート、ジウンデシルフタレート、ジイソノニルフタレートなどのフタル酸エステル系可塑剤;トリクレジルホスフェート、トリエチルホスフェート、トリブチルホスフェート、トリ-2-エチルヘキシルホスフェート、トリメチルホスフェート、トリス-ジクロロプロピルホスフェートなどのリン酸エステル系可塑剤;トリメリット酸トリオクチル、トリメリット酸トリ2-エチルヘキシルなどのトリメリット酸エステル系可塑剤;ジペンタエリスリトールエステル系可塑剤;ジオクチルアジペート、ジ-2-エチルヘキシルアジペート、ジイソブチルアジペート、ジブチルアジペート、ジイソデシルアジペート、ジブチルジグリコールアジペート、ジ-2-エチルヘキシルアゼレート、ジオクチルセバケート、メチルアセチルリシノレートなどの脂肪酸エステル系可塑剤;ピロメリット酸オクチルエステルなどのピロメリット酸エステル系可塑剤;エポキシ化大豆油、エポキシ化アマニ油、エポキシ化脂肪酸アルキルエステルなどのエポキシ化可塑剤;アジピン酸エーテルエステル、ポリエーテルエステル、ポリエーテルなどのポリエーテル系可塑剤;ジエチレングリコールジベンゾエート、ポリプロピレングリコールジベンゾエート、トリプロピレングリコールジベンゾエート、ジプロピレングリコールジベンゾエート、プロピレングリコールジベンゾエート、ジブチレングリコールジベンゾエート、ネオペンチルグリコールジベンゾエート、グリセリルトリベンゾエート、ペンタエリスリトールテトラベンゾエート、トリエチレングリコールジベンゾエート、ポリエチレングリコールジベンゾエート、トリメチロールエタントリベンゾエートなどのベンゾエート系可塑剤などが挙げられる。これらは1種用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらのうち、トリメリット酸エステル系可塑剤及び/又はピロメリット酸エステル系可塑剤が好ましい。
本発明の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体(以下、「発泡成形体」ともいう。)は、前記熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物を用いて得られるものである。本発明の発泡成形体は、表層に存在する非発泡スキン層と内層に存在する発泡層を備えている。前記発泡層は、均一で微細な発泡セルを有する構造体である。前記発泡セルは、表面に貫通孔を少なくとも1つ有している。
[熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)]
(ポリエステルエラストマーA-1)
特開平9-59491号公報に記載の方法に準じて、ジメチルテレフタレート、1,4-ブタンジオール、及び数平均分子量2000のポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールを原料として、ソフトセグメント含有量が78質量%のポリエステルエラストマーA-1を製造した。
(ポリエステルエラストマーA-2)
特開平9-59491号公報に記載の方法に準じて、ジメチルテレフタレート、1,4-ブタンジオール、及び数平均分子量2000のポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールを原料として、ソフトセグメント含有量が72質量%のポリエステルエラストマーA-2を製造した。
(ポリエステルエラストマーA―3)
特開平9-59491号公報に記載の方法に準じて、ジメチルテレフタレート、1,4-ブタンジオール、及び数平均分子量1000のポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールを原料として、ソフトセグメント含有量が59質量%のポリエステルエラストマーA-3を製造した。
(スチレン系共重合体B-1)
オイルジャケットを備えた容量1リットルの加圧式撹拌槽型反応器のオイルジャケット温度を、200℃に保った。一方、スチレン(St)89質量部、グリシジルメタクリレート(GMA)11質量部、キシレン(Xy)15質量部、及び重合開始剤としてジターシャリーブチルパーオキサイド(DTBP)0.5質量部を含む単量体混合液を原料タンクに仕込んだ。単量体混合液を一定の供給速度(48g/分、滞留時間:12分)で原料タンクから反応器に連続供給し、反応器の内容液質量が約580gで一定になるように反応液を反応器の出口から連続的に抜き出した。その時、反応器内温を約210℃に保った。反応器内部の温度が安定してから36分経過後から、抜き出した反応液を減圧度30kPa、温度250℃に保った薄膜蒸発機に導き、連続的に揮発成分を除去して、スチレン系共重合体B-1を得た。得られたスチレン系共重合体B-1は、GPC分析(装置:HLC-8320GPC(東ソー社製)、測定条件:クロロホルム溶媒、RI検出器、ポリスチレン換算値)によると、重量平均分子量8500、数平均分子量3300であった。また、下記の測定方法によれば、スチレン系共重合体B-1は、エポキシ価670当量/1×106g、エポキシ価数(1分子当りの平均エポキシ基の数)2.2であり、グリシジル基を1分子中に2つ以上有するものである。
(スチレン系共重合体B―2)
スチレン77質量部、グリシジルメタクリレート23質量部、キシレン15質量部、ジターシャリーブチルパーオキサイド0.3質量部を含む単量体混合液を用いた以外は、上記と同様の方法でスチレン系共重合体B―2を得た。得られたスチレン系共重合体B―2は、GPC分析(装置:HLC-8320GPC(東ソー社製)、測定条件:クロロホルム溶媒、RI検出器、ポリスチレン換算値)によると重量平均分子量9700、数平均分子量3300であった。また、下記の測定方法によれば、スチレン系共重合体B-2は、エポキシ価1400当量/1×106g、エポキシ価数(1分子当りの平均エポキシ基の数)4.6であり、グリシジル基を1分子中に2つ以上有するものである。
(ポリカルボジイミドB-3)
市販のポリカルボジイミド(日清紡社製、「LA-1」)を用意した。
(エポキシ化合物B-4)
市販のエポキシ化合物(日産化学社製、「TEPIC-S」)を用意した。
100mlのエチレンマイヤーフラスコにサンプルを秤量し、10~15mlのメチレンクロライドを加えて、マグネチックスターラーにて撹拌溶解した。10mlのテトラエチレンアンモニウムブロマイド試薬を加え、さらに6~8滴のクリスタルバイオレット指示薬を加え、0.1規定パークロリック酸で中和した。終点は、青から緑に変色して2分間安定な点とした。滴定に要したパークロリック酸の量(ml)をA、サンプル質量をW(g)、パーロリック酸試薬の規定度をNとして、下記式に基づきエポキシ価を算出した。
エポキシ価(当量/1×106g)=(N×A×1000)/W
C-1:トリメリット酸エステル系可塑剤(アデカサイザーC-8、ADEKA社製)
C-2:ピロメリット酸エステル系可塑剤(アデカサイザーUL-100、ADEKA社製)
離型剤:リコルブWE40(クラリアント社製)
ヒンダードフェノール系酸化防止剤:Irganox1010(BASF社製)
リン系酸化防止剤:アデカスタブPEP36(ADEKA社製)
ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤:チヌビン234(BASF社製)
ヒンダードアミン系光安定剤:キマソーブ944FD(BASF社製)
表1に記載の原料を表1に記載の配合で配合し、シリンダー温度200℃、滞留時間90秒にて溶融混練した後、ペレット化して熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物1~13を得た。
作製した熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物1~13の溶融張力は、株式会社東洋精機製作所製の「キャピログラフ1D」を使用して測定した。具体的には、直径1mm、長さ10mmのキャピラリーより、10mm/minの一定速度で押し出された前記組成物を引き取り速度0~200m/minまで増速率1minで引き取り、破断した際の最大張力を測定した。なお、測定温度は、前記組成物の融点+10℃にて実施した。
作製した熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物1~13のMFR(メルトフローレート)は、ASTM D1238に記載されている測定法に準じて、荷重2,160g、測定温度230℃にて測定した。
作製した熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物1~13の融点は、セイコー電子工業株式会社製の示差走査熱量分析計「DSC220型」を使用して測定した。具体的には、測定試料5mgをアルミパンに入れ、蓋を押さえて密封し、窒素中にて250℃で2分間溶融した後、降温速度20℃/分で50℃まで降温し、さらに50℃から250℃まで20℃/分で昇温し、サーモグラム曲線を測定した。得られたサーモグラム曲線から、融解による吸熱ピークを求め、これを融点とした。
作製した熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物1~13を用いて上述した金型拡張法にて発泡成形体を作製した。金型としては、型締めすると幅100mm、長さ100mm、厚み1.5mmのキャビティを形成することができ、型開き方向へコアバックさせると同幅、同長さで厚みが1.5mm+コアバック量(mm)であるキャビティを形成することができる固定用金型および稼働用金型からなる平板作製用金型を用いた。具体的には、金型の型締め力が1800kN、スクリュー径40mm、スクリューストローク180mmのスクリューを持つ電動射出成形機の可塑化領域に、原料と超臨界状態の窒素を0.6質量部注入し、シリンダー温度230℃、表面温度50℃に温調された金型に射出充填後、射出外圧と内部からの発泡圧力によって100~800μmの非発泡スキン層が形成された段階で、稼働用金型を型開き方向へ、コアバック量6.5mm移動させて、キャビティの容積を拡大させて、発泡成形体を作製した。
長さ100mm、幅100mmの発泡成形体(上記で得られた発泡成形体)の中央をφ20mmの加圧板により、23℃下、1mm/分の圧縮速度にて30Nの荷重を加えた後に、同じ速度で加圧板を戻し、力-たわみ曲線を作図した。たわみ時における荷重を加える際にかかる荷重と、荷重を取り除く際にかかる荷重との差のうち、最大値をヒステリシスロス荷重とした。
JIS K 6400に記載されている方法にて測定を実施した。手動計測試験機を用い、規定高さから試験片に鋼球を落下させ、跳ね返った最大高さを読み取った。1分間以内に3回の測定を行い、その中央値を求め、反発弾性率を算出した。
長さ100mm、幅100mmの発泡成形体(上記で得られた発泡成形体)の中央をJIS K 7312:1996に準拠し、C型硬度計(高分子計器(株)、アスカーゴム硬度計C型)を用いて測定した。
発泡成形体の寸法をノギスで測定し、その質量を電子天秤にて測定し、次式により算出した。
密度(g/cm3)=試験片の質量/試験片の体積
発泡成形体の発泡層の断面を日立ハイテクノロジーズ製の走査電子顕微鏡SU1510で撮影した。得られた発泡層の断面写真を画像処理し、発泡層の断面中央領域(厚み方向の中心部の領域)における任意の箇所において、100個の発泡セルの円相当径をノギスで測定し、その平均値を求めた。任意の3箇所において上記測定を行い、3箇所における各平均値をさらに平均した値を発泡セルの平均セル径とした。そして、得られた平均セル径から発泡セルの平均断面積(Sa)を求めた。
一方、上記で観察した発泡セル300個の断面に見られる全ての貫通孔の数をカウントし、発泡セル1つ当たりの断面に見られる貫通孔の平均個数を算出した。また、前記発泡セル300個の断面に見られる全ての貫通孔の円相当径をノギスで測定し、その平均値を貫通孔の平均直径とした。得られた平均直径から貫通孔の平均面積を求めた。そして、下記式により、発泡セルの断面における平均総貫通孔面積(Sb)を求めた。
平均総貫通孔面積(Sb)=(貫通孔の平均面積)×(発泡セルの断面に見られる貫通孔の平均個数)
発泡成形体の断面を日立ハイテクノロジーズ製の走査電子顕微鏡SU1510で撮影した。得られた発泡成形体の断面写真を画像処理し、表層部にみられる一体化した非発泡層の厚みを測定し、得られた測定値を非発泡スキン層の厚みとした。
2 金型(稼働用)
3 キャビティ
4 射出成形機
4a 可塑化領域
5 ガスボンベ
6 昇圧ポンプ
7 圧力制御バルブ
Claims (9)
- 芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルにより形成されたハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントとが結合した熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、増粘剤(B)、及び可塑剤(C)を含有する熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物であって、
前記増粘剤(B)は、エポキシ基、グリシジル基、酸無水物基、カルボジイミド基、及びイソシアネート基から選ばれる少なくとも一種の官能基を、1分子あたり2つ以上有する反応性化合物であり、
前記可塑剤(C)は、トリメリット酸エステル系可塑剤及び/又はピロメリット酸エステル系可塑剤であり、
前記増粘剤(B)の含有量は、前記熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.05~4.5質量部であり、
前記可塑剤(C)の含有量は、前記熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.1~30質量部である、熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。 - 熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)のソフトセグメントの含有量が45~95質量%である請求項1に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
- 増粘剤(B)は、ビニル芳香族モノマー(X)20~99質量%、及びグリシジル(メタ)アクリレート(Y)1~80質量%を含むモノマー組成物から得られる、グリシジル基を1分子あたり2つ以上有する重量平均分子量4000~25000の共重合体である請求項1又は2に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
- 230℃におけるメルトフローレートが10~50g/10minである請求項1~3のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
- 前記組成物の融点+10℃の温度で測定した時の溶融張力が50~200mNである請求項1~4のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物。
- 請求項1~5のいずれかに記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物から得られ、密度が0.01~0.35g/cm3であり、ヒステリシスロス荷重が4~10Nであり、反発弾性率が40~70%であり、かつ硬度が10~30Cである、熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体。
- 前記発泡成形体は、発泡層の両面に、厚み100~800μmの非発泡スキン層を有するサンドイッチ構造を持ち、
前記発泡層は、平均セル径が10~500μmの発泡セルを有しており、
前記発泡セルは、平均直径が5~200μmの貫通孔を少なくとも1つ有しており、
前記発泡セルの平均断面積(Sa)と、前記発泡セルの断面における平均総貫通孔面積(Sb)との比(Sb/Sa)が0.1~0.4である請求項6に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体。 - 型締めされた複数の金型で形成されるキャビティ内に、溶融状態の前記熱可塑性ポリエステルエラストマー組成物を、化学発泡剤および/または超臨界状態の不活性ガスとともに射出、充填し、厚み100~800μmの非発泡スキン層が形成された段階で少なくとも一つの金型を型開き方向へ移動してキャビティの容積を拡大させることを特徴とする請求項6又は7に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体の製造方法。
- 前記不活性ガスが、窒素である請求項8に記載の熱可塑性ポリエステルエラストマー発泡成形体の製造方法。
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