JP7375166B2 - 熱可塑性エラストマー組成物およびその成形体 - Google Patents
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Description
しかしながら、前記特許文献1や2などに記載の従来の成形体は、高温(例えば80℃以上)下での摺動性の点で改良の余地があった。
なお、本明細書では、数値範囲を示す「A~B」は、A以上B以下を示す。
結晶性ポリオレフィン(B)1~100質量部と、
25℃における粘度(ASTM D 445-46Tの測定方法に準拠)が10万cSt以下である、ポリオルガノシロキサン(C)0.1~20質量部と、
高級脂肪酸アミド(D)0.1~3質量部と
を含む熱可塑性エラストマー組成物。
[7] [6]に記載の成形体を含む、乗り物用部品。
[8] グラスランチャンネル部材である、[7]に記載の乗り物用部品。
本発明の一実施形態に係る熱可塑性エラストマー組成物(以下「本組成物」ともいう。)は、エチレン、炭素数3~20のα-オレフィンおよび非共役ポリエン由来の構成単位を含む、エチレン・α-オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)100質量部と、結晶性ポリオレフィン(B)1~100質量部と、25℃における粘度(ASTM D 445-46Tの測定方法に準拠)が10万cSt以下である、ポリオルガノシロキサン(C)0.1~20質量部と、高級脂肪酸アミド(D)0.1~3質量部とを含む。
エチレン・α-オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)(以下「成分(A)」ともいう。他の成分についても同様。)は、エチレン由来の構成単位、炭素数3~20のα-オレフィン由来の構成単位、および、非共役ポリエン由来の構成単位を含めば特に制限されず、例えば、エチレン、炭素数3~20のα-オレフィンおよび非共役ポリエンを共重合する従来公知の方法で合成することができる。
本組成物に含まれる成分(A)は、1種でもよく、2種以上でもよい。
成分(A)を構成する各構成単位の含有量は、13C-NMRによる測定で求めることができる。
前記α-オレフィンとしては、プロピレン、1-ブテンが好ましく、プロピレンがより好ましい。
鎖状非共役ジエンとしては、例えば、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、1,6-ヘキサジエン、3-メチル-1,4-ヘキサジエン、4-メチル-1,4-ヘキサジエン、5-メチル-1,4-ヘキサジエン、4,5-ジメチル-1,4-ヘキサジエン、7-メチル-1,6-オクタジエン、3,7-ジメチル-1,6-オクタジエン、5,7-ジメチル-1,7-オクタジエンが挙げられる。
環状非共役ジエンとしては、例えば、テトラヒドロインデン、メチルテトラヒドロインデン、5-エチリデン-2-ノルボルネン、5-メチレン-2-ノルボルネン、5-プロペニル-2-ノルボルネン、5-イソプロピリデン-2-ノルボルネン、5-ビニリデン-2-ノルボルネン、6-クロロメチル-5-イソプロペニル-2-ノルボルネン、5-ビニル-2-ノルボルネン、5-イソプロペニル-2-ノルボルネン、5-イソブテニル-2-ノルボルネン、5-シクロヘキシリデン-2-ノルボルネン、シクロペンタジエン、ジシクロペンタジエン、シクロオクタジエン、ノルボルナジエンが挙げられる。
トリエンとしては、2,3-ジイソプロピリデン-5-ノルボルネン、2-エチリデン-3-イソプロピリデン-5-ノルボルネン、2-プロペニル-2,2-ノルボルナジエン、4-エチリデン-1,7-ウンデカジエン、4-エチリデン-8-メチル-1,7-ノナジエンが挙げられる。
前記非共役ポリエンとしては、5-エチリデン-2-ノルボルネン、5-ビニル-2-ノルボルネン、シクロペンタジエン、4-エチリデン-8-メチル-1,7-ノナジエンが好ましい。
成分(A)自体が、前記ムーニー粘度の範囲にない場合には、必要により、従来公知の方法で、例えば、下記軟化剤(E)等の油展剤を用いて油展したものを用いてもよい。この油展の際に使用する油展剤の使用量は、油展物のムーニー粘度が前記範囲となるような量であることが好ましく、例えば、成分(A)100質量部に対し、0~150質量部である。
該ムーニー粘度はJIS K 6300に準じ、100℃で測定した値である。
成分(B)は成分(A)以外の重合体であり、オレフィンの単独重合体であってもよく、2種類以上のオレフィンの共重合体であってもよい。該オレフィンとしては、α-オレフィンが好ましい。
なお、結晶性とは、示差走査熱量測定(DSC)において、融点(Tm)が観測されることを意味する。
本組成物に含まれる成分(B)は、1種でもよく、2種以上でもよい。
前記共重合体(B1)中のコモノマー由来の構成単位の含有量は、好ましくは50質量%以下、より好ましくは40質量%以下であり、より好ましくは1質量%以上である。
また、同様にして測定した、前記共重合体(B1)のMFRは、好ましくは1g/10min以上、より好ましくは30g/10min以上であり、好ましくは100g/10min以下、より好ましくは70g/10min以下である。
さらに、同様に測定した前記単独重合体(B2)のMFRは、好ましくは0.01g/10min以上、より好ましくは10g/10min以上であり、好ましくは50g/10min以下、より好ましくは30g/10min以下である。
MFRが前記範囲にある2種類の成分(B)を用いることで、成形性と機械強度を容易に両立することができる。
同様の理由から、共重合体(B1)の含有量は、成分(A)100質量部に対して、好ましくは20質量部以上、より好ましくは30質量部以上であり、好ましくは95質量部以下、より好ましくは90質量部以下である。
成分(B)として、前記共重合体(B1)と前記単独重合体(B2)とを用いる場合、射出成形時の成形不良(ヒケ等)を抑制しやすい等の点から、単独重合体(B2)の含有量は、共重合体(B1)100質量部に対して、好ましくは30質量部以上、より好ましくは50質量部以上であり、好ましくは80質量部以下、より好ましくは70質量部以下である。
成分(C)としては、例えば、ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、フルオロポリシロキサン、テトラメチルテトラフェニルポリシロキサン、メチルハイドロジェンポリシロキサンが挙げられ、これらの中では、ジメチルポリシロキサンが好ましい。
成分(C)は、これらのシロキサン等が、エポキシ変性、アルキル変性、アミノ変性、カルボキシ変性、アルコール変性、フッ素変性、アルキルアラルキルポリエーテル変性、エポキシポリエーテル変性などされた変性ポリシロキサンであってもよいが、該変性ポリシロキサンではないことが好ましい。
本組成物に含まれる成分(C)は、1種でもよく、2種以上でもよい。
成分(D)としては特に制限されず、従来公知の化合物を用いることができる。
前記高級脂肪酸としては、例えば、炭素数が10以上、好ましくは12以上、好ましくは24以下の脂肪酸が挙げられる(但し、該炭素数は、高級脂肪酸の炭素数であり、成分(D)中の炭素数ではなく、例えば、下記ビス脂肪酸アミドの炭素数は、前記範囲の約倍となる)。
本組成物に含まれる成分(D)は、1種でもよく、2種以上でもよい。
飽和脂肪酸アミドとしては、例えば、ラウリン酸アミド、パルミチン酸アミド、ステアリン酸アミド、ベヘン酸アミドが挙げられる。
不飽和脂肪酸アミドとしては、例えば、エルカ酸アミド、オレイン酸アミド、ブラシジン酸アミド、エライジン酸アミドが挙げられる。
ビス脂肪酸アミドとしては、例えば、メチレンビスステアリン酸アミド、メチレンビスオレイン酸アミド、エチレンビスステアリン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミドが挙げられる。
これらの中ではエルカ酸アミド、オレイン酸アミド、エチレンビスオレイン酸アミドが好ましい。
成分(D)の含有量が前記範囲にあると、機械的物性と摺動性とにバランスよく優れる成形体を容易に得ることができる。一方、成分(D)の含有量が前記上限を超えると、成分(D)のブリードアウトやべたつきの問題が発生しやすい傾向にある。
本組成物は、必要に応じ、本発明の目的を損なわない範囲で、前記成分(A)~(D)に加えて、これら以外のその他の添加剤を含んでもよい。該その他の添加剤としては、例えば、軟化剤(E)、耐熱安定剤、帯電防止剤、耐候安定剤、老化防止剤、充填剤、難燃剤、着色剤、架橋剤、架橋助剤が挙げられる。
これらのその他の添加剤はそれぞれ、1種を用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
成分(E)としては、例えば、前記成分(A)を軟化させることができる化合物が挙げられ、その具体例としては、パラフィン系、ナフテン系、芳香族系等の鉱物油系炭化水素、ポリブテン系、ポリブタジエン系等の低分子量の炭化水素、グリセリンが挙げられるが、中でも、鉱物油系炭化水素が好ましく、パラフィン系化合物がより好ましい。
これらの形状としては、例えば、オイル状、ワックス状が挙げられる。
成分(A)を、部分的または完全に架橋したい場合、特に、本組成物に配合する各成分を動的に熱処理する際には、架橋剤を用いることが好ましい。
該架橋剤としては特に制限されず、従来公知の架橋剤を用いることができるが、例えば、有機過酸化物、フェノール系架橋剤、硫黄、硫黄化合物、オキシム化合物、ビスマレイミド化合物、エポキシ化合物、シラン化合物、アミノ樹脂、ポリオール架橋剤、ポリアミン、トリアジン化合物、金属石鹸が挙げられる。これらの中でも、有機過酸化物、フェノール系架橋剤が好ましい。
該架橋助剤としては特に制限されず、従来公知の架橋助剤を用いることができるが、例えば、硫黄、硫黄化合物、オキシム化合物、多官能性モノマー類(例:ポリ(メタ)アクリレート、ポリビニルモノマー)が挙げられる。これらの中でも、ジビニルベンゼンが好ましい。
充填剤としては、無機充填剤と、有機充填剤とを任意に用いることができるが、特に無機充填剤が好ましく用いられる。
該無機充填剤としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、シリカ繊維、アスベスト、金属(ステンレス、アルミニウム、チタン、銅等)繊維、カーボンブラック、グラファイト、シリカ、シラスバルーン、ガラスビーズ、珪酸塩(珪酸カルシウム、タルク、クレー、カオリン、マイカ等)、ケイソウ土、金属酸化物(酸化鉄、酸化チタン、アルミナ等)、金属の炭酸塩(炭酸カルシウム、炭酸バリウム、塩基性炭酸マグネシウム等)、金属の硫酸塩(硫酸バリウム、硫酸アルミニウム、硫酸カルシウム、塩基性硫酸マグネシウムウィスカー等)、金属の硫化物(二硫化モリブデン等)、各種金属(マグネシウム、珪素、アルミニウム、チタン、銅等)粉末、ガラスフレーク、ガラス球、チタン酸カルシウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカーが挙げられる。
本組成物は、前記成分(A)~(D)と、必要により前記その他の添加剤とを混合・混練することで製造することができる。
この混合・混練の際には、バンバリーミキサー、ミキシングロール、ヘンシェルミキサー、ニーダー、一軸または二軸押出機等の従来公知の混合・混練機を使用することが好ましい。この混合・混練の際の各成分の添加順序は特に制限されない。
前記動的熱処理における熱処理温度は、通常150℃以上、好ましくは170℃以上、通常280℃以下、好ましくは240℃以下であり、熱処理時間は、通常1分間以上、好ましくは3分間以上であり、通常20分間以下、好ましくは10分間以下である。
また、前記混合・混練の際に加えられる剪断力としては、最高剪断速度が、例えば10sec-1以上、好ましくは100sec-1以上、より好ましくは1,000sec-1以上、さらに好ましくは2,000sec-1以上であり、例えば100,000sec-1以下、好ましくは50,000sec-1以下、より好ましくは10,000sec-1以下、さらに好ましくは7,000sec-1以下となるような剪断力が挙げられる。
本発明の一実施形態に係る成形体は、前記本組成物を含めば特に制限されず、用途に応じて、任意の既知の成形法を用いて成形された成形体である。該成形法の例としては、例えば、プレス成形法、射出成形法、押出成形法、中空成形法、圧縮成形法が挙げられる。
本発明の一実施形態に係る成形体は、表皮部材としてではなく、他の成形体と接合して用いることが好ましい。
また、前記成形体の、JIS K 7125に準拠して測定した室温下での動摩擦係数は、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.4以下、さらに好ましくは0.3以下であり、下限は特に制限されないが、例えば、0.01以上である。
また、前記成形体の、JIS K 7125に準拠して測定した80℃における動摩擦係数は、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下であり、下限は特に制限されないが、例えば、0.01以上である。
80℃における静摩擦係数または動摩擦係数が前記範囲にある成形体は、高温下での摺動性に優れるといえる。
以下の実施例および比較例で使用した原材料は以下のとおりである。
なお、共重合体(A-1)の油展には、パラフィン系プロセスオイル(出光興産(株)製の「PW-100」、下記軟化剤(E-1))を用いた。
・「PP-2」:結晶性ホモポリプロピレン、(株)プライムポリマー製の「プライムポリプロ J-2000GP」(MFR(230℃、2.16kg荷重):20g/10min、Tm:165℃)
・「シリコーンマスターバッチ(C’-2)」:東レ・ダウコーニング(株)製、商品名「BY27-001」(ポリオルガノシロキサン50質量部とポリプロピレン50質量部との混合物、ポリオルガノシロキサンの粘度(25℃):500000cSt)
・「シリコーンオイル(C-3)」:信越化学工業(株)製、商品名「KF-96-100CS」、ポリオルガノシロキサンの粘度(25℃):100cSt
・「架橋助剤」:ジビニルベンゼン
・「カーボンブラック」:DIC(株)製の「PEONY BLACK F32387MM」
前記共重合体(A-1)中に含まれるエチレン・プロピレン・5-エチリデン-2-ノルボルネン共重合体を構成する各構成単位の質量分率(質量%)は、13C-NMRによる測定値により求めた。具体的には、ECX400P型核磁気共鳴装置(日本電子(株)製)を用いて、測定温度:120℃、測定溶媒:オルトジクロロベンゼン/重水素化ベンゼン=4/1(体積比)、積算回数:8000回の条件で、共重合体(A-1)の13C-NMRのスペクトルから算出した。
前記共重合体(A-1)のムーニー粘度はJIS K 6300に準じ、100℃で測定した。
前記PP-1およびPP-2の融点Tmは、JIS K 7121に準拠して示差走査型熱量計(DSC)を用いて測定した。具体的には、PP-1またはPP-2のペレットを、230℃で10分間加熱し、次いで、30℃まで10℃/分の速度で降温した後1分間保持し、その後、10℃/分の速度で昇温した。この際のDSC曲線において、吸収熱量が最大の温度を融点Tmとした。
前記PP-1およびPP-2のMFRは、ASTM D 1238-65Tに準拠して、230℃、2.16kg荷重の条件で測定した。
前記シリコーンマスターバッチ(C-1)および(C’-2)中のポリオルガノシロキサン、ならびに、シリコーンオイル(C-3)の粘度は、ASTM D 445-46Tの測定方法に準拠して25℃で測定した。
なお、前記シリコーンマスターバッチ(C-1)および(C’-2)中のポリオルガノシロキサンの粘度を求める際には、国際公開第2018/180362号などに記載されている既知の処理により、シリコーンマスターバッチに含まれるポリオルガノシロキサンをポリプロピレンから分離して得られるポリオルガノシロキサンを用いて測定できる。
共重合体(A-1)、PP-1、シリコーンマスターバッチ(C-1)、高級脂肪酸アミド(D-1)、軟化剤(E-1)およびその他の添加剤を、表1の原材料の欄に示す量となるように、へンシェルミキサーで充分に混合した。
なお、表1における、原材料の欄の数値は、質量部を示す。
また、下記表1中のシリコーンマスターバッチ(C-1)およびシリコーンマスターバッチ(C’-2)の欄の数値は、それぞれのマスターバッチとしての配合量を示す。なお、(C-1)および(C’-2)に含まれる、「PM970A」およびポリプロピレンは、いずれも結晶性ポリオレフィン(B)である。
用いる原材料の種類および量を表1に示す通りにし、軟化剤(E-1)の合計量が下記表1の量となるように、ペレットを作製する際に用いた軟化剤(E-1)の使用量を調整した以外は、実施例1と同様にして、熱可塑性エラストマー組成物のペレットを得た。
実施例または比較例で得られた熱可塑性エラストマー組成物のペレットを、熱プレス成形機にてプレス加工した(プレス温度:190℃、冷却温度:20℃、予熱時間:6分、加圧溶融時間:4分)。プレス加工の結果、各組成物について、縦12cm×横14.7cm×厚さ2mmの平板のプレスシートを作製した。
実施例または比較例で得られた熱可塑性エラストマー組成物のペレットを、以下の条件で射出成形することにより、円柱状の射出成形体および角板状の射出成形体を得た。
(1)円柱状の射出成形体の射出成形条件
70トン縦型射出成形機にて、バレル温度:180℃、射出速度:50mm/sの条件で、直径29mm、長さ12.7mmの円柱状の射出成形体を成形した。
(2)角板状の射出成形体の射出成形条件
140トン射出成形機にて、バレル温度:190℃、射出速度:70mm/sの条件で、120mm×150mm×厚さ2mmの角板状の射出成形体を成形した。
JIS K 6253に準拠して、A型測定器を用い、前記プレスシートに押針を接触した直後に目盛りを読み取ることで、ショアA硬度(瞬間値)を測定した。結果を表1に示す。
前記プレスシートから、ダンベル状3号形試験片を作製した。作製した試験片に対して、JIS K 6251に準拠して、室温下で引張試験(引張速度200mm/分)を行い、100%伸張時のモジュラス(M100)、破断時応力(TB)および破断時伸び(EB)を測定した。結果を表1に示す。
JIS K 6262に準拠して、前記円柱状の射出成形体を、70℃で22時間長さ方向に25%圧縮した後、圧縮装置から取り出して30分後の成形体の長さを測定し、圧縮永久ひずみ(CS)を計算した。結果を表1に示す。
JIS K 7125に準拠して、前記角板状の射出成形体に、室温下または80℃の温度下で、ガラス(滑り片)に1kgの荷重をかけ、100mm/minの試験速度でガラスを滑らす際の静摩擦係数および動摩擦係数の測定を行った。また、室温下および高温下での摺動性を、以下の評価基準に従って評価した。結果を表1に示す。
1:室温下における静摩擦係数と動摩擦係数のいずれもが0.5以下である。
5:室温下における静摩擦係数と動摩擦係数の少なくとも一方が0.5を超えている。
1:80℃における静摩擦係数と動摩擦係数のいずれもが0.8以下である。
5:80℃における静摩擦係数と動摩擦係数の少なくとも一方が0.8を超えている。
前記角板状の射出成形体を80℃の温度下で168時間静置した後、目視および触感によりブリードアウトおよびべたつきの有無を確認し、以下の評価基準に従って評価した。結果を表1に示す。
・ブリードアウト・べたつきの評価基準
1:ブリードアウトがなく、触った際にべたつきがない。
2:ブリードアウトがなく、触った際にわずかにべたつきがある。
3:ブリードアウトはないが、触った際にべたつきある。
4:わずかにブリードアウトが見られ、触った際にべたつきがある。
5:ブリードアウトが見られ、触った際にべたつきがある。
摩擦係数以外の物性のうち、ショアA硬度、M100、TB、EBおよびCSについては、実施例と比較例とで大きな差はなかった。従って、本組成物から得られた成形体は、従来の成形体と同等の機械的物性を有しながらも、摺動性に優れているといえる。
一方、比較例1~6では、特に高温下での摺動性の評価結果が悪く、比較例1、2、4~6では室温での摺動性の評価結果も悪かった。さらに、比較例3および4ではべたつき・ブリードアウトの評価も悪かった。
Claims (8)
- エチレン、炭素数3~20のα-オレフィンおよび非共役ポリエン由来の構成単位を含む、エチレン・α-オレフィン・非共役ポリエン共重合体(A)100質量部と、
結晶性ポリオレフィン(B)1~100質量部と、
25℃における粘度(ASTM D 445-46Tの測定方法に準拠)が13000~80000cStである、ポリオルガノシロキサン(C)0.1~20質量部と、
高級脂肪酸アミド(D)0.1~0.7質量部と
を含む熱可塑性エラストマー組成物。 - 前記結晶性ポリオレフィン(B)は、メルトフローレート(ASTM D 1238-65Tの測定方法に準拠、230℃、2.16kg荷重)が0.01~100g/10minであり、かつ、融点(JIS K 7121の測定方法に準拠)が100℃以上である、請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 軟化剤(E)をさらに含有する、請求項1または2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記結晶性ポリオレフィン(B)が、結晶性オレフィン共重合体(B1)および結晶性オレフィン単独重合体(B2)を含む、請求項1~3のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 架橋剤の存在下で動的に熱処理して得られる熱可塑性エラストマー組成物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物を含む成形体。
- 請求項6に記載の成形体を含む、乗り物用部品。
- グラスランチャンネル部材である、請求項7に記載の乗り物用部品。
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