JP7289915B2 - 変性共役ジエン系重合体及び該変性共役ジエン系重合体を含む重合体組成物 - Google Patents
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Description
〔1〕親水性基を有する変性共役ジエン系重合体であって、親水性基がポリエチレングリコール構造を有し、
親水性基の変性量が未変性の共役ジエン系重合体100質量部に対し1~400質量部であり、
融点が60℃以下であるか、その融点が観測されない変性共役ジエン系重合体(α)。
〔2〕重量平均分子量が5,000以上80,000以下である〔1〕に記載の変性共役ジエン系重合体(α)。
〔3〕単量体単位として、イソプレン単位を20~100モル%含む〔1〕又は〔2〕に記載の変性共役ジエン系重合体(α)。
〔5’〕変性共役ジエン系重合体(A1)の重量平均分子量が5,000以上80,000以下である〔4〕に記載の重合体改質剤(A)。
〔6’〕変性共役ジエン系重合体(A1)に含まれる親水性基の変性量が未変性の共役ジエン系重合体100質量部に対し1~400質量部である、〔4〕又は〔5〕に記載の重合体改質剤(A)。
〔7’〕変性共役ジエン系重合体(A1)の融点が60℃以下であるか、その融点が観測されない、〔4〕~〔6〕のいずれかに記載の重合体改質剤(A)。
〔8’〕変性共役ジエン系重合体(A1)に含まれる未変性の共役ジエン系重合体(A’)に由来する重合体鎖を構成する単量体単位として、イソプレン単位を20~100モル%含む請求項〔4〕~〔7〕のいずれかに記載の重合体改質剤(A)。
〔10’〕重合体改質剤(A)と極性重合体(B)との質量比(A)/(B)が1/99~99/1である〔9〕に記載の重合体組成物。
本発明の重合体改質剤(A)は、ポリエチレングリコール構造を有する親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1)からなる。このような親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1)を重合体改質剤として用い、重合体組成物を作製した場合、親水性の向上だけでなく、柔軟性等の重合体の物性の向上、延伸加工性などの成形性の向上が期待できる。
ラジカル重合開始剤としては、例えば過硫酸アンモニウムや過硫酸カリウムのような過硫酸塩、有機過酸化物、過酸化水素等が挙げられる。
これらポリエチレングリコール構造を有する化合物(1)の分子量は例えば200、400、1000、2000、4000、6000、8000、10000である。またこれらポリエチレングリコール構造を有する化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この時に用いる好ましい老化防止剤としては、例えば、2,6-ジt-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)、2,2'-メチレンビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4'-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)、4,4'-ブチリデンビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)(AO-40)、3,9-ビス[1,1-ジメチル-2-[3-(3-t-ブチル-4-ヒドロキシ-5-メチルフェニル)プロピオニルオキシ]エチル]-2,4,8,10-テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン(AO-80)、2,4-ビス[(オクチルチオ)メチル]-6-メチルフェノール(Irganox1520L)、2,4-ビス[(ドデシルチオ)メチル]-6-メチルフェノール(Irganox1726)、2-[1-(2-ヒドロキシ-3,5-ジt-ペンチルフェニル)エチル]-4,6-ジt-ペンチルフェニルアクリレート(SumilizerGS)、2-tブチル-6-(3-t-ブチル-2-ヒドロキシ-5-メチルベンジル)-4-メチルフェニルアクリレート(SumilizerGM)、6-t-ブチル-4-[3-(2,4,8,10-テトラ-t-ブチルジベンゾ[d,f][1,3,2]ジオキサホスフェピン-6-イルオキシ)プロピル]-2-メチルフェノール(SumilizerGP)、亜りん酸トリス(2,4-ジt-ブチルフェニル)(Irgafos168)、ジオクタデシル3,3'-ジチオビスプロピオネート、ヒドロキノン、p-メトキシフェノール、N-フェニル-N'-(1,3-ジメチルブチル)-p-フェニレンジアミン(ノクラック6C)、ビス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート(LA-77Y)、N,N-ジオクタデシルヒドロキシルアミン(Irgastab FS 042)、ビス(4-t-オクチルフェニル)アミン(Irganox5057)などが挙げられる。上記老化防止剤は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
この親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1)において、官能基が導入される位置については重合末端であってもよく、重合体鎖の側鎖であってもよいが、複数の官能基を容易に導入できるという観点で、重合体鎖の側鎖であることが好ましい。また上記官能基は1種単独で含まれていてもよく2種以上含まれていてもよい。したがって、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1)は、変性化合物1種により変性されたものであってもよく、また2種以上の変性化合物で変性されていてもよい。
変性共役ジエン系重合体(A1)のMwが上記範囲内であると、製造時の工程通過性に優れ、経済性が良好となる。また、上記Mwの範囲の変性共役ジエン系重合体(A1)からなる重合体改質剤(A)を含む重合体組成物を作製した場合、重合体組成物の延伸加工性などの加工性、成形性が良好になる傾向にあり、さらに得られる重合体組成物の親水性だけでなく、柔軟性等の物性の向上がより優れる傾向にある。
変性共役ジエン系重合体(A1)の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比、分子量分布(Mw/Mn)は1.0~20.0が好ましく、1.0~15.0がより好ましく、1.0~10.0がさらに好ましい。Mw/Mnが前記範囲内であると、得られる変性共役ジエン系重合体(A1)の粘度のばらつきが小さいためより好ましい傾向にあり、重合体(A1)からなる重合体改質剤(A)を含む重合体組成物の物性向上により好ましい傾向にある。なお、本明細書における数平均分子量(Mn)とは、GPCの測定から求めた標準ポリスチレン換算の数平均分子量を意味する。
また、上記と同様の観点から、本発明の重合体改質剤(A)及び極性重合体(B)を含有する重合体組成物中の触媒残渣量が、金属換算で0~200ppmであることが好ましく、0~150ppmがより好ましく、0~100ppmがさらに好ましい。この場合の触媒残渣量は重合体組成物に含まれる、極性重合体(B)、その他任意成分の製造に用いる重合触媒に由来する触媒残渣量であってもよい。
上述した変性共役ジエン系重合体(A1)の中でも、親水性基を有し、その親水性基がポリエチレングリコール構造を有し、親水性基の変性量が未変性の共役ジエン系重合体100質量部に対し1~400質量部であり、融点が60℃以下であるか、その融点が観測されない変性共役ジエン系重合体(α)は変性共役ジエン系重合体として好ましい一態様である。かかる変性共役ジエン系重合体(α)は、例えば、その変性共役ジエン系重合体を含む重合体組成物とした場合、より確実に、親水性の向上と柔軟性との向上の両立が期待できる。
本発明の重合体組成物は、上記重合体改質剤(A)、及び極性重合体(B)を含む。極性重合体は、熱可塑性極性重合体(B1)であっても、硬化性極性重合体(B2)であってもよい。
上記ポリアミドの数平均分子量は200~30,000の範囲が好ましく、その融点は150~270℃の範囲が好ましい。加工性の優れた組成物を得る観点からは、上記数平均分子量は20,000以下であることが好ましく、上記融点は260℃以下であることが好ましい。
例えば、極性重合体(B)が硬化性極性重合体(B2)の場合、かかる添加剤としては、硬化剤、硬化促進剤、公知のゴム、熱可塑性エラストマー、コア-シェル粒子等の衝撃改質剤、充填剤(シリカ、タルク、炭酸カルシウム、水酸化アルミニウム等の無機粒子など)、難燃剤、消泡剤、顔料、染料、酸化防止剤、耐候剤、滑剤、離型剤などが挙げられる。
本実施例及び比較例において使用した各成分は以下のとおりである。
後述の製造例2~3で得られた変性共役ジエン系重合体(A1-1)、(A1-2)
<極性重合体(B)>
PVA(酢酸ビニルの単独重合体のけん化物、重合度2,400、けん化度99.5モル%)
グリセリン(可塑剤)
ポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウム(界面活性剤)
十分に乾燥した5Lオートクレーブを窒素置換し、ヘキサン1200g及びs-ブチルリチウム(10.5質量%ヘキサン溶液)112gを仕込み、50℃に昇温した。その後、撹拌条件下、重合温度を50℃となるように制御しながら、イソプレン1200gを逐次添加して、1時間重合した。その後、メタノールを添加して重合反応を停止させ、重合体溶液を得た。得られた重合体溶液に水を添加して撹拌し、水で重合体溶液を洗浄した。撹拌を終了し、重合体溶液相と水相とが分離していることを確認した後、水を排出した。洗浄終了後の重合体溶液を70℃で24時間真空乾燥することにより、共役ジエン系重合体(A'1-1)を得た。
反応容器に製造例1で得られた未変性の共役ジエン系重合体(A'1-1)250g、無水マレイン酸50gを仕込み、170℃で24時間反応させた。さらにポリエチレングリコールモノメチルエーテル400(HO(CH2CH2O)nCH3 n=7~9を主とする混合物;東京化成工業株式会社製)を204g、N,N-ジメチルベンジルアミンを0.9g仕込み、6時間反応させて親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1-1)を得た。
反応容器に製造例1で得られた未変性の共役ジエン系重合体(A'1-1)200g、無水マレイン酸40gを仕込み、170℃で24時間反応させた。さらにポリエチレングリコールモノメチルエーテル1000(HO(CH2CH2O)nCH3 n=21~23を主とする混合物;東京化成工業株式会社製)を408g、N,N-ジメチルベンジルアミンを0.7g仕込み、6時間反応させて親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1-2)を得た。
反応容器に製造例1で得られた未変性の共役ジエン系重合体(A'1-1)200g、無水マレイン酸40gを仕込み、170℃で24時間反応させた。さらに付加された無水マレイン酸基に対して1.05モル当量のメタノールを加え、90℃で10時間反応させることにより、無水マレイン酸変性液状ジエン系重合体 メチルエステル化物(A1-3)を得た。
親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1-1)250gに水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム濃度50質量%)20gを加えて50℃で60分間撹拌し、続いて撹拌しながら水443gを少しずつ添加することで、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体の水分散液(A2-1)を得た。
親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1-2)250gに水酸化ナトリウム水溶液(水酸化ナトリウム濃度50質量%)13gを加えて50℃で60分間撹拌し、続いて撹拌しながら水451gを少しずつ添加することで、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体の水分散液(A2-2)を得た。
未変性の共役ジエン系重合体(A'1-1)250gに乳化剤(東邦化学工業社の「フォスファノールRS-710」)15gを加えて20分間撹拌した。続いて撹拌しながら水177gを少しずつ添加した。所定量の水を添加後、20分間撹拌することで、共役ジエン系重合体の水分散液(A'2-1)を得た。
変性共役ジエン系重合体(A1)等の重合体のMwは、GPCにより標準ポリスチレン換算分子量で求めた。測定装置及び条件は、以下の通りである。
・装置 :東ソー株式会社製 GPC装置「HLC-8320GPC」
・分離カラム :東ソー株式会社製 カラム「TSKgelSuperHZ4000」
・溶離液 :テトラヒドロフラン
・溶離液流量 :0.7mL/min
・サンプル濃度:5mg/10mL
・カラム温度 :40℃
変性共役ジエン系重合体(A1)等のサンプルのビニル含量を、日本電子株式会社製1H-NMR(500MHz)を使用し、サンプル/重クロロホルム=50mg/1mLの濃度、積算回数1024回で測定した。得られたスペクトルのビニル化されたジエン化合物由来の二重結合のピークと、ビニル化されていないジエン化合物由来の二重結合のピークとの面積比から、ビニル含量を算出した。
変性共役ジエン系重合体(A1)等の重合体の38℃における溶融粘度をブルックフィールド型粘度計(BROOKFIELD ENGINEERING LABS. INC.製)により測定した。
変性共役ジエン系重合体(A1)等のサンプル10mgをアルミパンに採取し、示差走査熱量測定(DSC)により10℃/分の昇温速度条件においてサーモグラムを測定し、DDSCのピークトップの値をガラス転移温度Tgとした。
変性共役ジエン系重合体(A1)等のサンプル10mgをアルミパンに採取し、示差走査熱量測定(DSC)により10℃/分の昇温速度で80℃まで昇温し、80℃で5分保持後、冷却速度-10℃/分で-90℃まで冷却し、-90℃で5分保持後、-90℃~80℃の温度範囲で10℃/分の昇温速度条件においてサーモグラムを測定し、吸熱曲線のピーク温度を融点とした。
変性共役ジエン系重合体(A1)の官能基当量は、親水性基1モル当たりに結合している共役ジエン及び必要に応じて含まれる共役ジエン以外の他の単量体の質量を意味する。官能基当量は、1H-NMRを用いて親水性基由来のピークと重合体主鎖に由来するピークの面積比から算出した。
[官能基当量]=[変性共役ジエン重合体の主鎖である重合体鎖を構成する単量体モル数]/[親水性基のモル数]×[変性共役ジエン重合体の主鎖である重合体鎖を構成する単量体単位の平均分子量]
変性共役ジエン系重合体(A1)中に付加されたポリエチレングリコール構造を有する化合物(1)の変性量は、1H-NMRを用いて親水性基由来のピークから親水性基の分子量を算出し、下記式に従って算出した。
[親水性基の変性量]=[親水性基の分子量]/[変性共役ジエン系重合体の官能基当量]×100
(PVAフィルムの作製)
PVA(酢酸ビニルの単独重合体のけん化物、重合度2,400、けん化度99.5モル%)を100質量部、親水性基を有する変性共役ジエン系重合体(A1-1)を15質量部、可塑剤としてグリセリンを10質量部、界面活性剤としてポリオキシエチレンラウリルエーテル硫酸ナトリウムを0.1質量部、及び水を混合し、揮発分率85質量%の製膜原液を調製した。ここで、上記変性共役ジエン系重合体(A1-1)は、上記製造例4で得られた水分散液(A2-1)とし、これを他の成分と混合した。上記製膜原液を表面温度80℃の金属ドラムに流延し、揮発分率(含水率)が5質量%になるまで乾燥して厚み30μm、長さ1.5m、幅30cmの長尺のPVAフィルム(熱処理前のPVAフィルム)を得た。このPVAフィルムを、温度110℃で10分熱処理し、実施例1のPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムの幅方向中央部から、幅5cm×長さ5cmの範囲が一軸延伸できるように幅5cm×長さ10cmのサンプルをカットした。このサンプルを40℃の純水に120秒間浸漬しつつ1.3倍に長さ方向に一軸延伸して、膨潤処理した(一段階目の一軸延伸)。続いてDirect blue15染料 0.00002質量%、トリポリリン酸ナトリウム0.1質量%及び硫酸ナトリウム0.1質量%を含有する水溶液が入った染色処理浴(温度48℃)に300秒間浸漬しつつ全体で2.4倍に長さ方向に一軸延伸して染料を吸着させた(二段階目の一軸延伸)。さらに、ホウ酸2質量%を含有する水溶液が入った架橋処理浴(温度40℃)に60秒間浸漬しつつ全体で2.7倍に長さ方向に一軸延伸して、ホウ酸を吸着させた(三段階目の一軸延伸)。そして、ホウ酸3.9質量%を含有する水溶液が入った延伸処理浴(温度58℃)に浸漬しつつ初期のフィルムの長さから4.0倍になるように長さ方向に一軸延伸して配向させた(四段階目の一軸延伸)。延伸後すぐに、洗浄槽として水槽(温度25℃)に5秒間浸漬した。最後に70℃で3分間乾燥して実施例1の偏光フィルムを作製した。
(PVAフィルムの作製)
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(A1-1)の添加量を30質量部に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムから、実施例1と同様の方法で偏光フィルムを得た。
(PVAフィルムの作製)
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(A1-1)の添加量を45質量部に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムから、実施例1と同様の方法で偏光フィルムを得た。
(PVAフィルムの作製)
実施例3のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(A1-1)を(A1-2)に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムから、実施例1と同様の方法で偏光フィルムを得た。
(PVAフィルムの作製)
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(A1-1)を添加しなかったこと以外は同様の方法でPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムから、実施例1と同様の方法で偏光フィルムを得た。
(PVAフィルムの作製)
実施例1のPVAフィルムの作製において、変性共役ジエン系重合体(A1-1)を(A'1-1)に変えたこと以外は同様の方法でPVAフィルムを得た。
上記のようにして得られたPVAフィルムから、実施例1と同様の方法で偏光フィルムを得た。
PVAフィルムを23℃、50%RHで24時間調湿し、このPVAフィルムから長さ方向に30mm、幅方向に10mmのフィルム片を切り出した。その後、インストロン社製の引張試験装置(「シングルコラム卓上型試験機:5952」)に初期のチャック間隔が10mmとなるようにこのPVAフィルム片を取り付け、100[mm/min]の速度で引張試験を実施した。このときのチャック間隔が30mmとなったときの試験力[N]を、延伸前の原反の断面積[mm2]で除した値を引張応力[N/mm2]とした。このとき1つのサンプルにつき、同じ測定を10回繰り返し、その平均値をデータとして採用した。引張応力が50N/mm2未満の場合、延伸が容易であり、延伸加工性が良好であると判断した。
偏光フィルムを23℃、50%RHで24時間以上調湿し、この偏光フィルムから長さ方向(MD)に10mm、幅方向(TD)に30mmのフィルム片を切り出した。その後、島津製作所製の引張試験装置(「オートグラフ(AGS-H)」)に初期のチャック間隔が10mmとなるようにこの偏光フィルム片を引張方向と偏光フィルムのTDが一致するように取り付け、140℃の加熱環境下、100[mm/min](1000%/分)の速度で引張試験を実施した。このとき1つのサンプルにつき同じ測定を10回繰り返し、そのうち最もTD破断歪みが大きかったものをデータとして採用した。TD破断歪みが40%以上の場合、成形が容易であり、成形性が良好であると判断した。ここで、TD破断歪みとは、上記引張試験において偏光フィルムが初期のチャック間距離(10mm)からXmm伸びて破断した時の(X/10)×100(%)の値である。
共役ジエン系重合体を含有するPVAフィルム作製時、PVAフィルムの表面に存在する共役ジエン系重合体が金属ドラムに付着するため、その洗浄性試験を行った。具体的には、PVAフィルム製造後、水で湿らせたコットンウエスで金属ドラムを拭き取り、目視で金属ドラム表面の共役ジエン系重合体の残存の有無を確認し、残っているものをB(不良)、残っていないものをA(良好)とした。
表3に記載した配合割合(質量部)にしたがって、変性共役ジエン系重合体、エポキシ樹脂(jER828:ビスフェノールA型エポキシ樹脂、三菱ケミカル(株)製)を自転公転撹拌脱泡機(シンキー株式会社製)で4分間混合し、2分間脱泡した。この混合物に、表3に記載した配合割合(質量部)にしたがって、更に硬化剤(2E4MZ:2-エチル-4-メチルイミダゾール、四国化成工業(株)製)を添加し、平スパチュラを用いて手撹拌することでエポキシ樹脂組成物を得た。得られたエポキシ樹脂組成物の一部を、下記各評価に使用する試験片が得られるような大きさの注型枠にそれぞれ流し込んだ後、60℃で4時間、更に昇温速度30℃/時間で150℃まで昇温し、4時間硬化することでエポキシ樹脂硬化物の試験片を作製した。なお、下記引張せん断接着強さ試験では、エポキシ樹脂組成物の硬化条件は同一にして、下記のようにして試験片を作製した。下記の方法に基づき、得られたエポキシ樹脂硬化物の試験片の外観、曲げ強度、曲げ弾性率、曲げひずみ、アイゾット衝撃強さ、引張せん断強さを評価した。結果を表3に示す。
得られたエポキシ樹脂硬化物の外観を目視により透明であるか、不透明であるか確認した。
・試験片 :80mm×10mm×4mm
得られたエポキシ樹脂硬化物の曲げ強度、曲げ弾性率、曲げひずみを、インストロン社製万能材料試験機5966型及び59R5582型を用い、JIS K 7171及びJIS K 6911を参考にして測定した。測定条件は以下の通りである。なお曲げ強度、曲げ弾性率、曲げひずみが高いほど、得られたエポキシ樹脂硬化物は曲げ物性に優れる。
・試験片 :80mm×10mm×4mm
・試験速度 :2mm/分
・支点間距離:64mm
得られたエポキシ樹脂硬化物のアイゾット衝撃強さを、株式会社東洋精機製作所製デジタル衝撃試験機DG-UB型を用い、JIS K 7110に準じて測定した。測定条件は以下の通りである。なおアイゾット衝撃強さが高いほど、得られたエポキシ樹脂硬化物は耐衝撃性に優れる。
・試験片 :80mm×10mm×4mm、ノッチ無し
・測定条件 :公称振り子エネルギー;0.538N・m (ハンマ/1.0J)
鋼板(25mm×10mm×4mm:冷間圧延鋼板SPCC-SD)2枚を準備する。上述のようにして調製されたエポキシ樹脂組成物に厚み調整用として直径200μmのガラスビーズ0.1質量部加えたものを鋼板に塗布し、これにもう一枚の鋼板を重ねあわせ、上述した硬化条件でエポキシ樹脂組成物を硬化させ、鋼板同士を接着させ試験片を作製した。この試験片の引張せん断接着強さを、万能材料試験機59R5582型を用い、JIS K 6850に準じて測定した。測定条件は以下の通りである。なお引張せん断接着強さが高いほど、接着性に優れる。
・試験速度 :1mm/分
・チャック間距離:112mm
Claims (4)
- ポリエチレングリコール構造を有する親水性基を有し、
親水性基の変性量が未変性の共役ジエン系重合体100質量部に対し1~400質量部であり、
融点が60℃以下であるか、その融点が観測されない変性共役ジエン系重合体(A1)からなる重合体改質剤(A)、及び極性重合体(B)を含む重合体組成物であり、
前記極性重合体(B)が、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリビニルアルコールおよび硬化性極性重合体(B2)からなる群より選ばれる少なくとも1種である、重合体組成物。 - 変性共役ジエン系重合体(A1)の重量平均分子量が5,000以上80,000以下である請求項1に記載の重合体組成物。
- 変性共役ジエン系重合体(A1)に含まれる未変性の共役ジエン系重合体(A')に由来する重合体鎖を構成する単量体単位として、イソプレン単位を20~100モル%含む請求項1または2に記載の重合体組成物。
- 重合体改質剤(A)と極性重合体(B)との質量比(A)/(B)が1/99~99/1である請求項1~3のいずれか1項に記載の重合体組成物。
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