JP7423935B2 - 熱可塑性樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Description
しかし、アクリロニトリル/スチレン共重合体やABS樹脂といった非晶性樹脂とのアロイ化により、成形品の反りやねじれは抑制できる一方で、相容性の観点から、機械強度の低下が懸念される。特に、ウエルド部を有する成形品では、ウエルド部の強度低下により、使用できる部材や用途に制限が生じる可能性がある。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
また、「成形品」とは、熱可塑性樹脂組成物を成形してなるものである。
また、数値範囲を示す「~」は、その前後に記載された数値を下限値および上限値として含むことを意味する。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)70~95質量部、芳香族ビニル単量体単位とシアン化ビニル単量体単位を構成要素として含むビニル系共重合体(B)(ただしエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を除く)1~30質量部、およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)5~15質量部を合計で100質量部となるように含み、該熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して、繊維強化材(D)を1~50質量部含むことを特徴とする。
熱可塑性ポリエステル樹脂(A)としては、ジカルボン酸(あるいは、そのエステル形成誘導体)とジオール(あるいは、そのエステル形成誘導体)とを主成分とする重縮合反応によって得られる重合体ないしは共重合体などが使用できる。
ビニル系共重合体(B)は、少なくとも芳香族ビニル単量体単位とシアン化ビニル単量体単位を構成要素として含むものである。
なお、本発明に係るビニル系共重合体(B)は、後述のエポキシ変性ビニル系共重合体(C)とは異なるものであり、従って、その他のビニル単量体からはエポキシ変性ビニル重合体(C)となりえるビニル単量体は除外される。
また、ビニル系共重合体(B)100質量部中のシアン化ビニル単量体単位の含有量は10~50質量部が好ましく、20~45質量部がより好ましく、30~60質量部がさらに好ましい。シアン化ビニル単量体単位の含有量が上記範囲内であれば、得られる成形品の反り特性が良好となる。
これらと共重合可能なその他のビニル単量体単位のビニル系共重合体(B)100質量部中の含有量は0~30質量部が好ましい。
ビニル系共重合体(B)の重量平均分子量Mwは、後掲の実施例の項に記載される方法で測定される。
本発明に係るエポキシ変性ビニル系共重合体(C)は、エポキシ基含有ビニル単量体と、芳香族ビニル単量体、シアン化ビニル単量体および必要に応じて用いられるこれらと共重合可能なその他のビニル単量体(以下、「その他のビニル単量体」と称す場合がある。)から選ばれる1種以上のビニル単量体とを共重合して得られるものである。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)は、好ましくは、少なくともエポキシ基含有ビニル単量体と芳香族ビニル単量体およびシアン化ビニル単量体を含む単量体混合物を共重合して得られる。芳香族ビニル単量体、シアン化ビニル単量体等のビニル単量体がエポキシ基を有する場合、これらは、エポキシ基含有ビニル単量体に含まれるものとする。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)を構成するエポキシ基含有ビニル単量体としては、例えば、グリシジルアクリレート、グリシジルメタクリレート、イタコン酸グリシジルエステル、アリルグリシジルエーテル、スチレン-p-グリシジルエーテル、3,4-エポキシブテン、3,4-エポキシ-3-メチル-1-ブテン、3,4-エポキシ-1-ペンテン、3,4-エポキシ-3-メチルペンテン、5,6-エポキシ-1-ヘキセン、ビニルシクロヘキセンモノオキシド、p-グリシジルスチレン、2-メチルアリルグリシジルエーテル、エポキシステアリルアクリレート、エポキシステアリルメタクレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルメタアクリレート、3,4-エポキシシクロヘキシルメチルアクリレート、2,6-キシレノール-N-メチロールアクリルアミドのグリシジルエーテル等が挙げられる。なかでもグリシジルメタクリレートが好ましい。これらのエポキシ基含有ビニル単量体は、1種を単独でまたは2種以上を混合して使用することができる。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)中のエポキシ基含有ビニル単量体単位の含有量は0.1~95質量部が好ましく、より好ましくは1~30質量部であり、特に好ましくは2~15質量部である。エポキシ変性ビニル系共重合体(C)中のエポキシ基含有ビニル単量体単位の含有量が0.1質量部以上であれば、得られる熱可塑性樹脂組成物の機械強度、特にウエルド強度が良好となる。エポキシ基含有ビニル単量体単位の含有量が95質量部を超えると、ゲル化により得られる熱可塑性樹脂組成物の流動性が損なわれることがある。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の重量平均分子量Mwは50,000~300,000が好ましく、70,000~280,000がより好ましい。重量平均分子量Mwがこの範囲にあることで、このエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を配合してなる熱可塑性樹脂組成物の反り特性と機械強度の向上効果をより有効に発現することができる。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)のエポキシ当量は150~143,000g/eq.であることが好ましく、より好ましくは500~10,000g/eq.特に好ましくは1,000~5,000g/eq.である。エポキシ当量がこの範囲にあることで、このエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を配合してなる熱可塑性樹脂組成物の反り特性と機械強度の向上効果をより有効に発現することができる。
得られる熱可塑性樹脂組成物の耐衝撃性と成形性のバランスを確保するために、エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の還元粘度は0.2~1.2dL/gであることが好ましく、0.3~1.1dL/gであることがより好ましい。エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の還元粘度が上記下限以上であると機械強度がより高くなる。エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の還元粘度が上記上限以下であると良好な成形品外観および成形性を保つことができる。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)は、示差走査熱量測定(DSC)を使用して、測定条件として、昇温速度10℃/分、Air50ml/分の雰囲気下において、測定温度90℃~120℃の間に吸熱挙動、測定温度260℃~300℃の間に発熱挙動を示すことを観測することができるものであることが好ましい。さらに、測定温度100℃~120℃の間に急激な吸熱挙動、測定温度280℃~300℃の間に急激な発熱挙動を示すものがより好ましい。
これらの温度範囲で、吸熱および発熱の挙動を示すエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を配合してなる熱可塑性樹脂組成物は、機械強度が良好で、得られる成形品の反り量がより小さいものとなる。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)を製造する際の重合方法としては、懸濁重合、塊状重合、乳化重合および溶液重合等の方法が挙げられる。これらのうち懸濁重合法が好ましい。
繊維強化材(D)としては、例えば、タルク、水酸化アルミニウム、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラス繊維、ワラステナイト、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、炭素繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維、炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、硫酸バリウムなどが挙げられる。
また、得られる成形品の機械強度をより向上させるために、これらの繊維強化材(D)はシラン系、エポキシ系、チタネート系などのカップリング剤で表面処理されていてもよい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物中の熱可塑性ポリエステル樹脂(A)の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して70~95質量部であり、65~93質量部であることが好ましく、60~90質量部であることがより好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物中のビニル系共重合体(B)の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して1~30質量部であり、2~25質量部であることが好ましく、3~20質量部であることがより好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物中のエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して0.1~15質量部であり、0.5~10質量部であることが好ましく、1~5質量部であることがより好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物中の繊維強化材(D)の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)とビニル系共重合体(B)とエポキシ変性ビニル系共重合体(C)との合計100質量部に対して1~50質量部であり、5~47質量部であることが好ましく、10~45質量部であることがより好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない程度に、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)、およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)以外の他の樹脂を配合することができる。配合し得る他の樹脂としては、具体的には、ポリカーボネート樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアセタール樹脂、変性ポリフェニレンエーテル(変性PPE)樹脂、エチレン-酢酸ビニル共重合体、ポリアリレート樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、フッ素樹脂、ポリアミド樹脂等の1種又は2種以上が挙げられる。
ただし、これらの他の樹脂を配合する場合、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を所定の割合で含むことによる本発明の効果を確実に得る観点から、他の樹脂の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して20質量部以下であることが好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、上述の熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)、エポキシ変性ビニル系共重合体(C)、繊維強化材(D)、および必要に応じて用いられるその他の成分を混合することで得ることができる。これらの成分の混合には、例えば、押出機、ロール、バンバリーミキサー、ニーダー等の公知の混練装置を用いる。
本発明の成形品は、本発明の熱可塑性樹脂組成物を用いて成形されたものである。その成形方法は、何等限定されるものではない。成形方法としては、例えば、射出成形法、押出成形法、圧縮成形法、インサート成形法、真空成形法、ブロー成形法などが挙げられる。
以下の例中の「%」および「部」は明記しない限りは質量基準である。
グリシジルメタクリレートは「GMA」、アクリロニトリルは「AN」、スチレンは「ST」、t-ドデシルメルカプタンは「TDM」とそれぞれ略記する。
以下の製造例、実施例および比較例における各種測定および評価方法は、以下の通りである。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)についてJIS K 7236:2009に従ってエポキシ当量(g/eq.)を測定した。
GPC(GPC:Waters社製「GPC/V2000」、カラム:昭和電工社製「Shodex AT-G+AT-806MS」)を用い、ポリスチレン換算での重量平均分子量Mw、および、分子量分布Mw/Mnを測定した。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の濃度が0.2dL/gとなるように調製したN,N-ジメチルホルムアミド溶液について、ウベローデ粘度計を用いて25℃での還元粘度:ηsp/C(単位:dL/g)を測定した。
示差走査熱量計DSC(Differential scanning calorimetry(株式会社Rigaku製「DSC8230」)を用いて、昇温速度10℃/分、Air50ml/分の雰囲気下で30℃~300℃の範囲で測定を実施し、この測定により得られた示差走査熱量測定チャートにおける、測定温度100℃~120℃の間の吸熱挙動の有無、さらに、測定温度280℃~300℃の間の発熱挙動の有無について観測した。
厚さ1mmの平板(サイズ:100mm×100mm)の一角を抑え、反っている部分の高さを測定し、平板の中で最も反り量が大きい値をその成形品の反り量とした。反り量の値が小さいほど、反り特性に優れる。
後掲の表2,3には、比較例1の反り量に対する割合({(比較例1の反り量-当該例の反り量)/比較例1の反り量}×100)を算出し、反り改良率とした。
ASTM D638に準拠し、23℃、引張速度5.0mm/minの条件で引張強度(MPa)を測定した。数値は高いほど優れる。
引張強度は非ウエルド部の引張強度とウエルド部の引張強度とを測定し、非ウエルド部の引張強度に対するウエルド部の引張強度の割合((ウエルド部の引張強度/非ウエルド部の引張強度)×100)を引張強度保持率として算出した。
蒸留水120部、リン酸三カルシウム0.4部、デモールP(花王社製マレイン酸塩高分子量界面活性剤)0.03部、スチレン25部、アクリロニトリル75部、2,2’-アゾビスイソブチロニトリル0.3部、t-ドデシルメルカプタン0.25部を反応釜に仕込み、撹拌して懸濁状態にした。その後、昇温し、内温が77℃になった時点で重合を開始した。重合発熱ピークを温度計にて確認した後、内温95℃の状態で120分保持した。その後、冷却し、得られたスラリー状の生成物を濾過した後、水洗、乾燥させてビーズ状のビニル系共重合体(B)を得た。このビニル系共重合体(B)の重量平均分子量Mwは110,000であった。
<エポキシ変性ビニル系共重合体(C-1)の製造>
蒸留水150部に高分子分散剤0.045部、硫酸ナトリウム0.5部を反応釜に仕込み攪拌した。これにグリシジルメタクリレート8.5部、アクリロニトリル22.9部、スチレン68.6部、t-ドデシルメルカプタン0.25部、2,2’-アゾビス(2-メチルブチロニトリル)0.18部の混合物を加え懸濁液状にした後、昇温し、内温が77℃になった時点で重合を開始した。重合発熱ピークを温度計にて確認した後、内温95℃の状態で120分保持した。その後、冷却し、得られたスラリー状の生成物を濾過した後、水洗、乾燥させてビーズ状のエポキシ変性ビニル系共重合体(C-1)を得た。
t-ドデシルメルカプタンの部数を0.80部に変えたこと以外はエポキシ基含有ビニル単量体(C-1)の製造と同様の方法でビーズ状のエポキシ変性ビニル系共重合体(C-2)を得た。
また、示差走査熱量測定(DSC)にて、エポキシ変性ビニル系共重合体(C-1)、(C-2)が測定温度90℃~120℃の間に吸熱挙動、測定温度260℃~300℃の間に発熱挙動を示すことを確認した。エポキシ変性ビニル系共重合体(C-1),(C-2)のDSCチャートを図1に示す。
熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、その他の樹脂および繊維強化材(D)としては、以下のものを用いた。
ポリプラスチック社製 ポリブチレンテレフタレート「ジュラネックス2000」
三菱ケミカル社製 エポキシ樹脂「JER1004AF」
(エポキシ樹脂(X)はビニル単量体単位を含まず、エポキシ変性ビニル系共重合体(C)とは異なる。)
日本電気硝子社製 ガラス繊維「ESC 03T-187」
<溶融混練>
熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)、エポキシ変性ビニル系共重合体(C-1)、(C-2)(比較例4ではエポキシ樹脂(X))を表2、3に示す配合で添加、混合し、二軸押出機(装置:KTX30、シリンダ温度:250℃、スクリュー回転数:250rpm)で溶融混練を行い、得られたストランドをペレタイズし、熱可塑性樹脂組成物のペレットを得た。
得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを射出成形機(東芝機械社製「IS55FP-1.5A」)によってシリンダ温度220~250℃、金型温度60℃の条件で、長さ方向の両端にゲートを設けて中心にウエルドを生じさせた引張試験片を作成した。
得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを射出成形機(日本製鋼所製「JSW」)によってシリンダ温度280℃、金型温度70℃の条件にて、厚さ1mmで100mm×100mmサイズの成形品を作成し、反り量測定用平板とした。
これに対して、ビニル系共重合体(B)および/又はエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を配合していない比較例1~3ではウエルド部の引張強度保持と反り抑制の両立を図ることはできない。
エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の代りにエポキシ樹脂(X)を用いた比較例4では、反り抑制効果が十分ではない。
Claims (3)
- 熱可塑性ポリエステル樹脂(A)70~95質量部、芳香族ビニル単量体単位とシアン化ビニル単量体単位を構成要素として含むビニル系共重合体(B)(ただしエポキシ変性ビニル系共重合体(C)を除く)1~30質量部、およびエポキシ当量が1,000~5,000g/eqであるエポキシ変性ビニル系共重合体(C)0.1~15質量部を合計で100質量部となるように含み、
熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)以外のその他の樹脂を含有する場合、該その他の樹脂の含有量は、熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して20質量部以下であり、
該熱可塑性ポリエステル樹脂(A)、ビニル系共重合体(B)およびエポキシ変性ビニル系共重合体(C)の合計100質量部に対して、繊維強化材(D)を1~50質量部含み、
前記ビニル系共重合体(B)100質量部中の芳香族ビニル単量体単位の含有量が50~90質量部、シアン化ビニル単量体単位の含有量が10~50質量部、これらと共重合可能なその他のビニル単量体単位の含有量が0~30質量部であり、
前記エポキシ変性ビニル系共重合体(C)が、エポキシ基含有ビニル単量体単位2~15質量部と、芳香族ビニル単量体単位、シアン化ビニル単量体単位およびこれらと共重合可能な他のビニル単量体単位から選ばれる1種以上のビニル単量体単位85~98質量部を含み(ただし、エポキシ基含有ビニル単量体単位と、芳香族ビニル単量体単位、シアン化ビニル単量体単位およびこれらと共重合可能な他のビニル単量体から選ばれる1種以上のビニル単量体単位との合計で100質量部)、かつ、芳香族ビニル単量体単位の含有量が60~80質量部、シアン化ビニル単量体単位の含有量が5~38質量部で、他のビニル単量体の含有量が0~20質量部である、熱可塑性樹脂組成物。 - 前記エポキシ変性ビニル系共重合体(C)の重量平均分子量Mwが50,000~300,000である、請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形品。
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