JP7318723B2 - 熱可塑性樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents
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Description
家電、OA等のケース、シャーシ等においては、高級感のある意匠性の観点から、艶消し性に優れた外観が求められている。
「(メタ)アクリル」とはアクリルおよび/又はメタクリルを意味する。「(メタ)アクリレート」とはアクリレートおよび/又はメタクリレートを意味する。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(以下、「本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)」と称す場合がある。)は、ビニル系グラフト重合体(A)(以下、「成分(A)」と称す場合がある。)、ビニル系非グラフト重合体(B)(以下、「成分(B)」と称す場合がある。)および艶消し剤(C)(以下、「成分(C)」と称す場合がある。)を含む熱可塑性樹脂組成物であって、熱可塑性樹脂組成物中のクロロホルム可溶分(Q)に占める重量平均分子量(Mw)が100万未満のビニル系樹脂成分(Q1)と重量平均分子量(Mw)が100万以上のビニル系樹脂成分(Q2)(以下、「超高分子量成分(Q2)」と称す場合がある。)の質量比(Q1)/(Q2)が99.5/0.5~55/45の範囲であること、即ち、クロロホルム可溶分(Q)中の超高分子量成分(Q2)の割合が0.5~45質量%であることを特徴とする。
熱可塑性樹脂組成物中のクロロホルム可溶分(Q)とは、所定量の試料をクロロホルムに投入し、25℃の温度条件下で、振とう機により2時間振とうした後、5℃の温度条件下で、遠心分離機(回転数;23,000rpm)で60分間遠心分離することで、不溶分と可溶分とを分離して得られる可溶分である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)中のクロロホルム可溶分(Q)に占める超高分子量成分(Q2)の割合の上限は、好ましくは25質量%、より好ましくは15質量%、さらに好ましくは10質量%、特に好ましくは5質量%、とりわけ好ましくは3質量%である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)中のクロロホルム可溶分(Q)に占める超高分子量成分(Q2)の割合の下限は好ましくは1質量%、より好ましくは1.5質量%、さらに好ましくは2質量%である。
ビニル系グラフト重合体(A)は、ゴム質重合体部と、1種又は2種以上のビニル化合物に由来する構造単位(以下、単に「単位」と称す場合がある。)を含む重合体部(グラフト部)とを含有し、重合体部がゴム質重合体部にグラフト結合した組成物である。重合体部がゴム質重合体部にグラフト結合していることは、後述するグラフト率の測定や、公知のオゾノリシス法、電子顕微鏡を用いたモルフォロジーの観察等により明らかにすることができる。
上記ガラス転移温度は、Tm(融点)の測定と同様に、DSC(示差走査熱量計)を用い、JISK 7121-1987に準拠して求めることができる。
グラフト率(質量%)=((S-T)/T)×100 (1)
式(1)中、Sは成分(A)の1グラムをアセトン20mlに投入し、25℃の温度条件下で、振とう機により2時間振とうした後、5℃の温度条件下で、遠心分離機(回転数;23,000rpm)で60分間遠心分離し、不溶分と可溶分とを分離して得られる不溶分の質量(g)である。Tは成分(A)1グラムに含まれるゴム質重合体の質量(g)である。このゴム質重合体の質量は、重合処方および重合転化率から算出する方法、赤外線吸収スペクトル(IR)、熱分解ガスクロマトグラフィー、CHN元素分析等により求める方法等により得ることができる。
成分(A)のアセトンもしくはクロロホルム可溶分をメチルエチルケトンに溶解させ、濃度の異なるものを5点調製する。ウベローデ粘度管を用い、30℃で各濃度の還元粘度を測定した結果から、極限粘度[η]を求める。単位は、dl/gである。
本発明で使用する艶消し剤(C)としては、粉体、粒状、不定形状、マイクロバルーン状、繊維状、ウィスカ状又は微粒子状の、無機および有機の艶消し剤が挙げられる。例えば、粉体、粒状又は不定形状のものとしては、炭酸カルシウム、タルク、ケイ酸、ケイ酸塩、アスベスト、マイカ等が挙げられる。マイクロバルーン状のものとしては、ガラスバルーン、フェノール樹脂バルーン等が挙げられる。繊維状のものとしては、ガラス繊維、カーボン繊維、金属繊維、炭素繊維等が挙げられる。ウィスカ状のものとしては、セラミックウィスカ、チタンウィスカ等が挙げられる。微粒子状のものとしては、プラスチック微粒子、例えばポリエチレンおよび/又はポリプロピレン等のポリオレフィン微粒子等が挙げられる。
成分(C2)中のゴム成分は、本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)中に10μm以下、好ましくは1~5μmの粒子として分散していることが、艶消し性および耐衝撃性の観点から望ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)のビニル系グラフト重合体(A)の含有量は、軋み音低減性の観点から、ビニル系グラフト重合体(A)、ビニル系非グラフト重合体(B)および艶消し剤(C)の合計を100質量%として、1~70質量%が好ましく、より好ましくは2~60質量%、更に好ましくは3~40質量%、特に好ましくは4~30質量%である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)は、必要に応じて、成分(C)以外の充填剤、造核剤、滑剤、熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、老化防止剤、可塑剤、抗菌剤、着色剤等の各種添加剤を、本発明の目的を損なわない範囲で含有することができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)は、ビニル系グラフト重合体(A)とビニル系非グラフト重合体(B)と艶消し剤(C)、必要に応じて配合されるその他の成分を所定の配合比で混合し、溶融混練することにより製造される。より具体的には、各成分をタンブラーミキサーやヘンシェルミキサーなどで混合した後、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ニーダー、ロール、フィーダールーダー等の混合機を用いて、適当な条件下で溶融混練して製造することができる。好ましい混練機は、二軸押出機である。
それぞれの成分を混練するに際しては、それぞれの成分を一括して混練しても、多段に分割配合して混練してもよい。
バンバリーミキサー、ニーダー等で混練した後、押出機によりペレット化することもできる。
充填材のうち繊維状のものは、混練中での切断を防止するためにサイドフィーダーにより押出機の途中から供給する方が好ましい。
溶融混練温度は、通常200~300℃、好ましくは220~280℃である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)は、軋み音低減の観点から、後述する熱可塑性樹脂組成物からなる接触用部品を用いた、ジグラ(ZIEGLER)社製のスティックスリップ試験機SSP-002による評価(評価条件は、温度23℃、湿度50%R.H.、荷重5Nおよび40N、速度1mm/秒および10mm/秒)で得られる異音リスク指数が5以下であることが好ましく、3以下であることがさらに好ましい。ドイツ自動車工業会の基準(VDA203-260)によれば、異音リスク指数が3以下であれば、実用的に合格であるとされている。かかる異音リスク値は、本発明に係る成分(A)としてエチレン・α-オレフィン系ゴム質重合体(a1)を含むものを用いた上で、成分(A)、(B)、(C)、および所望により成分(D)の配合量を適宜調整することにより、充足することができる。
例えばABS樹脂等のスチレン系樹脂は非晶性樹脂であるため、結晶性樹脂であるポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアセタールなどの樹脂と比較すると摩擦係数が高く、自動車内のインストルメントパネルのスイッチ部品や事務机のスライド部品等のように、他の部材と接触、嵌合し、擦れ合う部位に用いると、図1に示されるようなスティックスリップ現象が発生し、異音(軋み音)が発生することがある。
これをスティックスリップ現象といい、図1に示されるように、静摩擦係数μsと、ノコギリ波形下端のμlの差Δμが大きいと、軋み音が発生しやすくなるといわれている。
動摩擦係数はμsとμlの中間の値になる。よって、静摩擦係数の絶対値が小さくても、Δμが大きければ、軋み音が発生しやすくなる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物(X)で成形された成形品は、斑の無い艶消し性に優れた外観を有し、自動車内装部品や家電、OA等のケース、シャーシ等として有用である。特に、本発明の成形品のうち、熱可塑性樹脂組成物(X)の成分(A)としてエチレン・α-オレフィン系ゴム質重合体(a1)を含む成分(A)を用いたものは、軋み音防止効果に優れ、2つの部材が接触する接触用部品および該接触用部品を含む構造体として有用である。
(1) 図4に示されるように、部品10の一端が部品20に形成された相補的な凹部にぴったり嵌合した状態で接触している物品
(2) 図5に示されるように、部品20のコーナー部に形成された部品20の相補的な凹部のそれぞれに部品10の各端部がぴったり嵌合した状態で接触している物品
(3) 図6に示されるように、略平行に配置された2つの部品10のそれぞれに形成された相補的な凹部に部品20の各端部がぴったり嵌合した状態で接触している物品
(4) 図7に示されるように、部品10の内側面寸法と同寸法の外側面寸法を備える部品20を、部品10の中に入れ子状に挿入し、両者の内側面と外側面がぴったり嵌合した状態で接触している物品
図10に示されるように、部品20は対向する外側面に突起30を備える。図9A~9Cに示されるように、部品10は対向する2つの側面に部品20の突起30を収容する穴を備えている。部品10を部品20に嵌合させた時、該穴に突起30がスナップフィットすることにより両部品の嵌合が容易に外れないようにしている。
電気若しくは電子機器および光学機器の接触用部品としては、デジタルビデオカメラ、スチルカメラ等のカメラのハウジング、ハンドヘルドコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末等のハウジング等が挙げられる。
(1-1)軋み音評価(異音リスク指数)
実施例および比較例で製造した熱可塑性樹脂組成物を、東芝機械製の射出成形機「IS-170FA」(商品名)を用いて、シリンダー温度240℃、射出圧力80MPa、金型温度60℃の条件で射出成形することにより、縦150mm、横100mm、厚さ4mmの成形品を得た。この成形品から、縦60mm、横100mm、厚さ4mm、および、縦50mm、横25mm、厚さ4mmの大小2枚の試験片をディスクソーで切り出した。次に、番手#100のサンドペーパーで試験片の端部を面取りした後、細かなバリをカッターナイフで除去し、大小2枚の軋み音評価用試験片を得た。
実施例および比較例で製造した熱可塑性樹脂組成物を、東芝機械株式会社製の射出成形機「EC130SX」(型式名)を用いて、80mm×120mm×2.0mmのプレート型のシボ試験片を射出成形した。試験片は、120mmの一方の辺の2箇所に7mm×1.6mmのサイドゲートを備え、成形時の樹脂温度は260℃、金型温度は80℃、射出速度は30mm/秒であった。JISK 7105に準じて、得られた試験片のシボ面(TH-105)の表面の光沢を、デジタル光沢計(形式名「VG7000」、日本電色工業株式会社製)を用いて測定した。測定角度は60°であった。この値は4.0以下が好ましい。
実施例および比較例で製造した熱可塑性樹脂組成物を、東芝機械株式会社製の射出成形機「EC130SX」(型式名)を用いて、80mm×120mm×2.0mmのプレート型のシボ試験片を射出成形した。試験片は、120mmの一方の辺の隅1箇所に47mm×11.6mmのサイドゲートを備え、成形時の樹脂温度は260℃、金型温度は80℃、射出速度は30mm/秒又は70mm/秒であった。JISK 7105に準じて、得られた試験片のシボ面(TH-105)の表面の光沢を、デジタル光沢計(形式名「VG7000」、日本電色工業株式会社製)を用いて測定した。測定角度は60°であった。超高分子量成分を含まない場合、光沢値の差による外観不良(艶ムラ)が発生する。艶ムラ発生箇所における、光沢値の差が0.4ポイント以上である場合、成形外観を×(光沢ムラあり)、0.3ポイント以下である場合、成形外観を〇(艶ムラなし)とし、成形外観(艶ムラ)の評価を行った。
ISO179に準じて、室温におけるシャルピー衝撃強さ(EdgewiseImpact、ノッチ付き)を測定した。単位はKJ/m2である。測定条件は、以下の通りである。
試験片タイプ:Type1
ノッチタイプ:TypeA
荷重:2J
ISO1133に準じて、温度240度および荷重98Nの条件で、メルトマスフローレートを測定した。
<ビニル系グラフト重合体(A)>
エチレン・α-オレフィン系ゴム強化芳香族ビニル系樹脂(P-1-1):
リボン型撹拌機翼、助剤連続添加装置、温度計などを装備した容積20リットルのステンレス製オートクレーブに、エチレン・α-オレフィン系ゴム質重合体(a)として、エチレン・プロピレン共重合体(エチレン単位/プロピレン単位=78/22(%)、ムーニー粘度(ML1+4,100℃):20、融点(Tm):40℃、ガラス転移温度(Tg):-50℃)22部、スチレン55部、アクリロニトリル23部、t-ドデシルメルカプタン0.5部、トルエン110部を仕込み、内温を75℃に昇温して、オートクレーブ内容物を1時間撹拌して均一溶液とした。その後、t-ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート0.45部を添加し、内温を更に昇温した。100℃に達した後は、この温度を保持しながら、撹拌回転数100rpmとして重合反応を行った。重合反応開始後4時間目から、内温を120℃に昇温し、この温度を保持しながら更に2時間反応を行って重合反応を終了した。重合添加率は98%であった。その後、内温を100℃まで冷却した。
得られたエチレン・α-オレフィン系ゴム強化ビニル系樹脂(P-1-1)において、エチレン・α-オレフィン系ゴム質重合体(a)の含有量は22%(重合転化率から計算)、グラフト率は70%、クロロホルム可溶分(フリーAS)の極限粘度[η]は0.47dl/g(Mw:9万)であった。
撹拌機付き重合器に、水280部およびジエン系ゴム質重合体として、重量平均粒子径0.26μm、ゲル分率90%のポリブタジエンラテックス60部(固形分換算)、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.3部、硫酸第一鉄0.0025部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.01部を仕込み、脱酸素後、窒素気流中で撹拌しながら60℃に加熱した後、アクリロニトリル10部、スチレン30部、t-ドデシルメルカプタン0.2部、クメンハイドロパーオキサイド0.3部からなる単量体混合物を60℃で5時間かけて連続的に滴下した。滴下終了後、重合温度を65℃にし、1時間撹拌を続けた後、重合を終了させ、グラフト共重合体のラテックスを得た。重合転化率は98%であった。
得られたジエン系ゴム強化芳香族ビニル系樹脂(P-2-1)のジエン系ゴム質重合体の含有量は60%、グラフト率は40%、クロロホルム可溶分(フリーAS)の極限粘度[η]は0.38dl/g(Mw:7万9千)であった。
撹拌機付き重合器に、水280部およびジエン系ゴム質重合体として、重量平均粒子径0.26μm、ゲル分率90%のポリブタジエンラテックス60部(固形分換算)、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.3部、硫酸第一鉄0.0025部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.01部を仕込み、脱酸素後、窒素気流中で撹拌しながら60℃に加熱した後、アクリロニトリル9部、スチレン27部、グリシジルメタクリレート(GMA)4部、t-ドデシルメルカプタン0.2部、クメンハイドロパーオキサイド0.3部からなる単量体混合物を60℃で5時間かけて連続的に滴下した。滴下終了後、重合温度を65℃にし、1時間撹拌を続けた後、重合を終了させ、グラフト共重合体のラテックスを得た。重合転化率は98%であった。
得られたGMA変性ジエン系ゴム強化芳香族ビニル系樹脂(P-2-2)のジエン系ゴム質重合体の含有量は60%、グラフト率は31%、クロロホルム可溶分(フリーAS)の極限粘度[η]は0.3dl/g(Mw:4万3千)であった。
スチレン・アクリロニトリル共重合体(AS-1):
撹拌機付き重合容器に、水250部およびパルミチン酸ナトリウム1.0部を投入し、脱酸素後、窒素気流中で撹拌しながら70℃まで加熱した。さらにナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.4部、硫酸第一鉄0.0025部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.01部を仕込んだ後、α-メチルスチレン70部(単量体混合物の70%)、アクリロニトリル26部(同26%)、スチレン4部(同4%)からなる単量体混合物100部と、tert-ドデシルメルカプタン0.45部を混合して、重合温度70℃で連続的に7時間かけて滴下した。滴下終了後、重合温度を75℃にし、1時間撹拌を続けて重合を終了させラテックスを得た。
共重合体(AS-1)の重合転化率は98%、極限粘度[η](メチルエチルケトン中、30℃)は0.8dl/g(Mw:15万)、ガラス転移温度(Tg)は140℃であった。
温度計および撹拌機を備えた容量10リットルの反応容器に、イオン交換水250部を添加し、30分間窒素バブリングを行なったのち、乳化剤としてステアリン酸カリウム0.50部を添加した。次に、窒素雰囲気下で、単量体成分としてスチレン35部およびアクリロニトリル15部を添加後昇温し、55℃で重合開始剤として過硫酸カリウム0.03部を2%水溶液として添加した。65℃で2時間重合後、スチレン35部、アクリロニトリル15部、イオン交換水50部、過硫酸カリウム0.02部(2%水溶液)を一括添加し、引き続き65℃で3時間重合を行なった。重合液中の溶存酸素濃度は3.0%であった。
α-メチルスチレン70部、スチレン5部、アクリロニトリル25部およびtert-ドデシルメルカプタン0.02部を混合して、単量体混合物を調製した。
水20部に、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム0.015部、硫酸第一鉄0.005部およびナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート0.4部を溶解して、還元剤水溶液を調製した。更に、水100部に、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム4部およびp-メンタンハイドロパーオキサイド0.25部を乳化分散して、重合開始剤水溶液を調製した。
得られたAS共重合体(AS-3)の極限粘度(メチルエチルケトン中、30℃)は0.7dl/g(Mw=12万7千)であった。
R-1:
有機艶消し剤(R-1)として、ゼオン化成社製のABS樹脂用艶消し剤「レビタルマットエース AM-808」(商品名)(不定形状ジエン系ゴム変性共重合樹脂)を用いた。
AM-808を透過型電子顕微鏡で観察したところ、ジエン系ゴム変性共重合樹脂はアメーバ状の不定形粒子として存在していた。
有機艶消し剤(R-2)として、三菱レイヨン株式会社製の艶消し剤「メタブレン F-410」(商品名)((架橋)ゴム質重合体)を用いた。
F-410は、架橋したメタクリル酸メチル-アクリル酸アルキル-スチレン共重合体である。
無機艶消し剤(R-3)として、日本タルク株式会社製の微粉タルク「ミクロエース P-3」(商品名)を用いた。
レーザー回折法で測定したR-3の粒子径D50は5μmであった。
有機艶消し剤(R-4)として株式会社カネカ製のアクリルゴム系の艶消し・光拡散性改良剤「カネエース MP-90」(商品名)((架橋)ゴム質重合体)を用いた。
D-1;
三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製のポリカーボネート樹脂「ノバレックス7022 PJ-LHI」を用いた。
表1~3に記載の配合割合で、各成分を配合してヘンシェルミキサーにより混合した後、二軸押出機(日本製鋼所製「TEX44α」、バレル設定温度250℃)で溶融混練し、ペレット化した。
得られたペレットを用いて上記したように評価用の各試験片を成形し、それぞれ評価を行った。評価結果を表1~3に示した。
これに対して、表3に示すように、比較例の熱可塑性樹脂組成物は、いずれも艶消し性に劣る。
本出願は、2019年10月9日付で出願された日本特許出願2019-186135に基づいており、その全体が引用により援用される。
19 軸
29 開口部
30 突起
31 接着剤
33 ボルトナット
Claims (8)
- ゴム質重合体部と、1種又は2種以上の芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を必須成分として含む重合体部とを含有し、重合体部がゴム質重合体部にグラフト結合したビニル系グラフト重合体(A)、芳香族ビニル化合物に由来する構造単位を必須成分として含む重合体であり、ゴム質重合体を含有していないビニル系非グラフト重合体(B)および重合系艶消し剤(C1)である艶消し剤(C)を含む熱可塑性樹脂組成物であって、
該熱可塑性樹脂組成物中のクロロホルム可溶分(Q)に占める重量平均分子量が100万未満のビニル系樹脂成分(Q1)と、ビニル系非グラフト重合体(B)の芳香族ビニル化合物を含むビニル系単量体(b3)の重合体(B3)として含まれる重量平均分子量が100万以上のビニル系樹脂成分(Q2)との質量比(Q1)/(Q2)が99.5/0.5~55/45の範囲であることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。 - ビニル系グラフト重合体(A)の含有量が、ビニル系グラフト重合体(A)、ビニル系非グラフト重合体(B)および艶消し剤(C)の合計を100質量%として、1~70質量%であることを特徴とする請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 艶消し剤(C)の含有量が、ビニル系グラフト重合体(A)、ビニル系非グラフト重合体(B)および艶消し剤(C)の合計を100質量%として、1~30質量%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 重合系艶消し剤(C1)が、アクリロニトリルとスチレンおよび/又はα-メチルスチレンとの共重合体樹脂(c1)と、不飽和ニトリル-共役ジエン系共重合体ゴムを含む成分(c2)とを含有し、該不飽和ニトリル-共役ジエン系共重合体ゴムが架橋されてなる樹脂組成物(C2)であることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 更に、ポリカーボネート樹脂(D)を含有することを特徴とする請求項1ないし4のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- ポリカーボネート樹脂(D)の含有量が、ビニル系グラフト重合体(A)、ビニル系非グラフト重合体(B)および艶消し剤(C)の合計100質量%に対して、30~400質量%であることを特徴とする請求項5に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- ビニル系グラフト重合体(A)がエチレン・α-オレフィン系ゴム質重合体(a1)を含有することを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1ないし7のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物の成形品。
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