JP7278529B2 - ポリエステルエラストマーを溶着する成形体用ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物および複合成形体 - Google Patents
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Description
しかし、射出成形品の成形効率は良いが、その流動特性や金型構造の点から形状に制限があり、例えば、中空成形体などの成形が困難であった。このため、従来、製品形状の複雑な部品同士の接合においては、接着剤による接合、ボルトなどによる機械的接合などが行われてきた。しかしながら、接着剤ではその接着強度が、また、ボルトなどによる機械的接合では、費用、締結の手間、重量増が問題となっている。
[1] ポリブチレンテレフタレート樹脂(A)20~96質量%、ポリエステルエラストマー(B)4~42質量%、共重合ポリエステル樹脂(C)0~50質量%及び無機充填剤(D)0~60質量%を含有するポリブチレンテレフタレート樹脂組成物であって、ポリエステルエラストマーを溶着する成形体用であるポリブチレンテレフタレート樹脂組成物。
[2] 前記共重合ポリエステル樹脂(C)が、エチレンテレフタレート単位またはブチレンテレフタレート単位に、アルキル側鎖含有グリコール及びイソフタル酸の少なくとも一方を共重合したポリエステル樹脂である[1]に記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物。
[3] [1]または[2]に記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体とポリエステルエラストマーが溶着された複合成形体。
[4] [1]または[2]に記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体を金型内にインサート材として配し、ポリエステルエラストマーを射出成形により溶着させる複合成形体の製造方法。
[ポリブチレンテレフタレート樹脂(A)]
ポリブチレンテレフタレート樹脂(A)は、テレフタル酸またはそのエステル形成性誘導体を主たる成分とするジカルボン酸と、1、4-ブタンジオールまたはそのエステル形成性誘導体を主たる成分とするジオールとを重縮合反応させるなどの一般的な重合方法によって得ることができる重合体である。ポリブチレンテレフタレート樹脂は、ブチレンテレフタレートの繰返し単位が80モル%以上であることが好ましく、90モル%以上であることがより好ましく、95モル%以上であることがさらに好ましく、100モル%であることが特に好ましい。
本発明で使用するポリエステルエラストマー(B)とは、芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族のグリコールを構成成分とするポリエステルからなる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が結合したポリエステルエラストマーであることが好ましい。
また、脂肪族ポリエステルとしては、ポリ(ε-カプロラクトン)、ポリエナントラクトン、ポリカプリロラクトン、ポリブチレンアジペートなどが挙げられる。
本発明における共重合ポリエステル樹脂(C)は、上記したポリブチレンテレフタレート樹脂(A)やポリエステルエラストマー(B)とは異なるポリエステル樹脂である。
本発明における共重合ポリエステル樹脂(C)としては、構成する全酸成分を100モル%、構成する全グリコール成分を100モル%としたとき、エチレングリコールが40モル%以上かつ、テレフタル酸とエチレングリコールの合計が80~180モル%を占める樹脂、または1,4-ブタンジオールが40モル%以上かつ、テレフタル酸と1,4-ブタンジオールの合計が80~180モル%を占める樹脂が好ましい。共重合成分として、イソフタル酸、セバシン酸、アジピン酸、トリメリット酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロへキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、エチレングリコール及び2-メチル-1,3-プロパンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種以上が挙げられる。エチレングリコール、1,4-ブタンジオールは、主成分に含まれないポリエステル樹脂において、共重合成分となり得る。
共重合ポリエステル樹脂(C)を構成する全酸成分を100モル%としたとき、イソフタル酸の共重合割合は20~60モル%が好ましく、25~50モル%がより好ましい。
本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物には、耐熱性および剛性を向上させる目的で、本発明の効果が損なわれない範囲において、(D)無機充填剤を配合することができる。(D)無機充填剤としては、繊維状充填剤と非繊維状充填剤とがあり、本発明で用いられる繊維状充填剤としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、シリカ・アルミナ繊維、ジルコニア繊維、金属繊維等が挙げられるが、ガラス繊維が好ましい。
その他、本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物には、必要に応じて、本発明としての特性を損なわない範囲において、公知の各種添加剤を含有させることができる。公知の添加剤としては、例えば顔料等の着色剤、離型剤、耐熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、可塑剤、変性剤、帯電防止剤、難燃剤、染料等が挙げられる。
離型剤としては、長鎖脂肪酸またはそのエステルや金属塩、アマイド系化合物、ポリエチレンワックス、シリコン、ポリエチレンオキシド等が挙げられる。長鎖脂肪酸としては、特に炭素数12以上が好ましく、例えばステアリン酸、12-ヒドロキシステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸等が挙げられ、部分的もしくは全カルボン酸が、モノグリコールやポリグリコールによりエステル化されていてもよく、または金属塩を形成していても良い。アマイド系化合物としては、エチレンビステレフタルアミド、メチレンビスステアリルアミド等が挙げられる。これら離型剤は、単独であるいは混合物として用いても良い。
これら各種添加剤は、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物を100質量%とした時、合計で5質量%まで含有させることができる。つまり、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物100質量%中、前記(A)、(B)、(C)、(D)の合計は95~100質量%であることが好ましい。
本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物を製造する製造法としては、上記配合組成にて任意の配合順列で配合した後、タンブラー或いはヘンシェルミキサー等で混合し、溶融混錬される。溶融混錬方法は、当業者に周知のいずれかの方法が可能であり、単軸押出機、2軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサー、ロール等が使用できるが、なかでも2軸押出機を使用することが好ましい。また、加工時の揮発成分、分解低分子成分を除去するため、ガラス繊維投入部分のサイド口と押し出し機先端のダイヘッドとの間で真空ポンプによる吸引を行うことが望ましい。
本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物は、射出成形等の公知の成形方法により、成形体とすることができる。この成形体は、以下に説明する複合材料に供することができる。
以下、本発明のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体とポリエステルエラストマーが溶着された複合成形体について説明する。この複合成形体は、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体を金型内にインサート材として配し、ポリエステルエラストマーを射出成形により溶着させることにより得られる。インサート成形において、金型内に配置される材料(インサート材)は、一次材料と呼ばれ、本発明においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体がこれに相当する。インサート材が配置された金型に、射出される材料は、二次材料と呼ばれ、本発明においては、ポリエステルエラストマーが該当する。
0.1gのサンプルをフェノール/テトラクロロエタン(質量比6/4)の混合溶媒25mlに溶解し、ウベローデ粘度管を用いて30℃で測定した。(単位:dl/g)
(2)ポリエステルエラストマーの還元粘度
0.05gのサンプルを25mlの混合溶媒(フェノール/テトラクロロエタン=60/40(質量比))に溶かし、オストワルド粘度計を用いて30℃で測定した。(単位:dl/g)
(3)ポリエステルエラストマーの硬度(表面硬度)
JIS K7215(-1986)に準じて測定した。試験片は、シリンダー温度240℃、金型温度50℃にて作製した射出成形品(長さ100mm、幅100mm、厚み2mm)を3枚重ねたものを使用し、測定圧5000g、タイプDの圧子を用いたデュロメーターにより測定し、測定開始5秒後の値をD硬度(ショアD硬度)とした。
コンパウンドして得られたポリブチレンテレフタレート樹脂組成物ペレットを射出成形機(日本製鋼所社製J110AD-110H)で、シリンダー温度=250℃、金型温度=50℃、射出速度=50mm/sec、保圧40MPaでISO3167に準じた引張試験ダンベルの半分の形状のものを得た。
(5)インサート成形
前記で得たISOの引張試験の半ダンベルを、接合面に触れないようISO引張試験ダンベル成形金型キャビティに装着後、ポリエステルエラストマーをシリンダー温度230℃、金型温度60℃、射出速度=50mm/secで残りのダンベル部分を射出成形し、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物とポリエステルエラストマーとが中央部で接合(溶着)したISO引張試験ダンベルを得た。ポリエステルエラストマーとしては、下記に示すポリエステルエラストマー(B-2)を用いた。
(6)接合性の評価
前記で得られたポリブチレンテレフタレート樹脂組成物とポリエステルエラストマーとが中央部で接合したISO引張試験ダンベルをISO-527-1.2に準じて測定し、当該ダンベルの破断伸度(%)を求め、さらにポリエステルエラストマーの状態を評価した。
上記引張試験において、伸度30%以上の試験後試験片を確認すると、ポリブチレンテレフタレート組成物の接合部にポリエステルエラストマーが付着しており、接合の痕跡が確認された。よって、伸度30%以上の場合、応力発生部位において十分な接合強度を有していると判断した。
ISO-178に準じて測定した。
(8)シャルピー衝撃強度
JIS K7111に準じて測定した。
(9)荷重たわみ温度
JIS K7191に準じて測定した。荷重は、0.45MPaで行った。
(10)降温結晶化温度(Tc2)
示差走査型熱量計(DSC)を用い、各サンプルは水分率0.03質量%以下の乾燥状態でDSC装置に封入し、水分による変動を防止して測定した。すなわち、窒素気流下で20℃/分の昇温速度にて300℃まで昇温し、その温度で5分間保持した後、10℃/分の速度で100℃まで降温させることにより得られるサーモグラムの結晶化ピークのトップ温度を求めた。
ポリブチレンテレフタレート樹脂(A);
(A-1)ポリブチレンテレフタレート樹脂: 東洋紡社製 固有粘度0.83dl/g、酸価25eq/ton
(A-2)ポリブチレンテレフタレート樹脂: 東洋紡社製 固有粘度1.30dl/g、酸価35eq/ton
(A-3)ポリブチレンテレフタレート樹脂: 東洋紡社製 固有粘度0.68dl/g、酸価25eq/ton
(B-1)テレフタル酸(TPA)//1,4-ブタンジオール(BD)/ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG;数平均分子量1000)が100//71.8/28.2(モル%)のポリエステルエラストマー: 融点は172℃、還元粘度は2.22dl/g、酸価は35eq/ton、D硬度は38
(B-2)テレフタル酸(TPA)//1,4-ブタンジオール(BD)/ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG;数平均分子量2000)が100//75/25(モル%)のポリエステルエラストマー: 融点は180℃、還元粘度は2.50dl/g、酸価は21eq/ton、D硬度は31
(B-3)アクリル系エラストマー: 日油(株)製、モディパーA5300(エチレンエチルアクリレート(EEA)-グラフト-ブチルアクリレート/メチルメタクリレート(P(BA/MMA))
(C-1)TPA//EG(エチレングリコール)/NPG(ネオペンチルグリコール)=100//70/30(モル%)の組成比の共重合体: 東洋紡社製、バイロン(登録商標)の試作品、ガラス転移温度75℃、固有粘度 0.83dl/g
(C-2)TPA/IPA(イソフタル酸)//EG/NPG=50/50//50/50(モル%)の組成比の共重合体: 東洋紡社製、バイロン(登録商標)の試作品、ガラス転移温度67℃、固有粘度 0.53dl/g
(D-1)ガラス繊維(平均繊維長3mm、平均繊維径11μm): T-120H(日本電気硝子社製)
(D-2)タルク(平均粒子径:12.0μm): タルカンPK-C(林化成社製)
酸化防止剤1: イルガノックス1010(チバスペシャリティケミカルズ社製)
酸化防止剤2: シーノックス412S(シプロ化成社製)
離型剤: WE40(クラリアントジャパン社製)
表1に示す組成になるように各成分、並びにその他の添加剤をタンブラーにてブレンド後、二軸押出機(コペリオン社製STS35使用)で溶融混練して組成物ペレットを得た。全ての実施例、比較例には、(A)成分、(B)成分、(C)成分、(D)成分の合計100質量部に対して、酸化防止剤1を0.2質量部、酸化防止剤2を0.2質量部、離型剤0.5質量部をブレンドした。
得られた組成物ペレットを乾燥後、上記した方法によって評価した。物性評価の(7)~(10)は、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物に対して行われ、接合性評価(6)は、複合成形体に対して行われた。その結果を表1に示した。
一方、比較例1、2より、ポリエステルエラストマーが0質量%および4質量%未満では接合は認められなかったことより、ポリエステルエラストマーが所定量以上含有されていなければ、実用性に足る接着性を付与することができないことも、上記見解を支持する結果である。
実施例6~9、15、16のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物から得られる成形品では、ポリブチレンテレフタレートの特性を損なわず、無機充填剤の補強効果を保ったまま、複合成形体にした際、優れた接合強さを示した。
実施例10~14のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物から得られる成形品では、共重合ポリエステル樹脂(C)を添加することにより、ポリブチレンテレフタレート樹脂のTc2が下がるため、ポリエステルエラストマーとの接着時に海構造部であるポリブチレンテレフタレートの分子運動が活発化され、同添加量のポリエステルエラストマー(B)でも接合強さを上昇させることが可能となる。
一方、実施例15、16より、タルクを添加するとタルクの核剤効果によりTc2の上昇が起き、タルクの無い系(実施例3、11)と比較すると、接着性の低下が見られることからも、低Tc2化による接着性向上効果を支持する結果である。
実施例17~18のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物から得られる成形品では、さまざまな固有粘度のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物でも優れた接合強さを示した。
比較例3~5より、共重合ポリエステル樹脂(C)、無機充填剤(D)のみの含有では十分な接合強さは認められなかった。
Claims (5)
- ポリブチレンテレフタレート樹脂(A)20~80質量%、ポリエステルエラストマー(B)4~42質量%、共重合ポリエステル樹脂(C)5~25質量%及び無機充填剤(D)0~60質量%を含有するポリブチレンテレフタレート樹脂組成物であって、
前記共重合ポリエステル樹脂(C)が、構成する全酸成分を100モル%、構成する全グリコール成分を100モル%としたとき、エチレングリコールが40モル%以上かつ、テレフタル酸とエチレングリコールの合計が80~180モル%を占めるポリエステル樹脂、または1,4-ブタンジオールが40モル%以上かつ、テレフタル酸と1,4-ブタンジオールの合計が80~180モル%を占めるポリエステル樹脂であり、共重合成分が、イソフタル酸、セバシン酸、アジピン酸、トリメリット酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ジエチレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,4-シクロへキサンジメタノール、1,4-ブタンジオール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、エチレングリコール及び2-メチル-1,3-プロパンジオールからなる群より選ばれる少なくとも1種(エチレングリコール、1,4-ブタンジオールは、主成分に含まれないポリエステル樹脂において、共重合成分となり得る)であるポリエステル樹脂であり、
ポリエステルエラストマーを溶着する成形体用であるポリブチレンテレフタレート樹脂組成物。 - 前記共重合ポリエステル樹脂(C)が、構成する全酸成分を100モル%、構成する全グリコール成分を100モル%としたとき、エチレングリコールが40モル%以上かつ、テレフタル酸とエチレングリコールの合計が80~180モル%を占めるポリエステル樹脂であり、ネオペンチルグリコール及びイソフタル酸の少なくとも一方を共重合したポリエステル樹脂である請求項1に記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物。
- 前記共重合ポリエステル樹脂(C)が、構成する全酸成分を100モル%、構成する全グリコール成分を100モル%としたとき、エチレングリコールが40モル%以上かつ、テレフタル酸とエチレングリコールの合計が80~180モル%を占めるポリエステル樹脂であり、ネオペンチルグリコール及びイソフタル酸の少なくとも一方を共重合したポリエステル樹脂であり、ネオペンチルグリコールを共重合する場合は、ネオペンチルグリコールの共重合割合は20~60モル%であり、イソフタル酸を共重合する場合は、イソフタル酸の共重合割合は20~60モル%である請求項1に記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物。
- 請求項1~3のいずれかに記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体とポリエステルエラストマーが溶着された複合成形体。
- 請求項1~3のいずれかに記載のポリブチレンテレフタレート樹脂組成物からなる成形体を金型内にインサート材として配し、ポリエステルエラストマーを射出成形により溶着させる複合成形体の製造方法。
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