JP7439078B2 - 樹脂成型体、タイヤ、自動車用部品、及び、樹脂組成物 - Google Patents
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Description
例えば、耐衝撃性と両立した耐傷付き性を有することにより、無塗装樹脂成形材料として使用するに適したポリプロピレン系樹脂組成物を得る観点から、ポリプロピレン樹脂75~90重量%と、スチレン含有量が18~42重量%の水素添加スチレン・ブタジエン・スチレン共重合体エラストマー(A)7~15重量%と、スチレン含有量が12~15重量%の水素添加スチレン・ブタジエン・スチレン共重合体エラストマー(B)3~10重量%とを含むポリプロピレン系樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
また、高い耐衝撃性及び透明性を有する樹脂製品を得る観点から、共役ジエン単位と、非共役オレフィン単位と、芳香族ビニル単位とを含有する多元共重合体であって、芳香族ビニル単位の含有量が、多元共重合体全体の50mol%以上100mol%未満である多元共重合体を含有する樹脂組成物が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
<4> 前記共重合体は、示差走査熱量計(DSC)で測定した融点が30~130℃である<1>~<3>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<5> 前記共重合体は、ポリスチレン換算の重量平均分子量が50,000~800,000である<1>~<4>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<6> 前記共重合体は、結晶化度が0.5~50%である<1>~<5>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<8> 前記非環状の非共役オレフィン単位がエチレン単位のみからなる<7>に記載の樹脂組成物。
<9> 前記芳香族ビニル単位がスチレン単位を含む<1>~<8>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<10> 前記共役ジエン単位が1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位からなる群より選択される少なくとも1つを含む<1>~<9>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<12> 更に相溶化剤を含有する<1>~<11>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<13> 前記相溶化剤が、重合体がマレイン酸で変性された変性共重合体であり、変性される前記重合体が、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンブロック共重合体(SEBS)、及び、スチレン-エチレン/プロピレン-ブロック共重合体(SEPS)の中から選択される少なくとも1種である<12>に記載の樹脂組成物。
<14> 前記相溶化剤の含有量が、前記共重合体と前記ポリアミド系樹脂との合計100質量部に対して、0.5~20質量部である<12>又は<13>に記載の樹脂組成物。
<15> 前記老化防止剤が、分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤を含有する<11>~<14>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<17> <1>~<15>のいずれか1つに記載の樹脂組成物を用いたタイヤ。
<18> <1>~<15>のいずれか1つに記載の樹脂組成物を用いた自動車用部品。
本発明の樹脂組成物は、共役ジエン単位と、非共役オレフィン単位と、芳香族ビニル単位とを含有し、ブチレン単位の含有量が0mol%である共重合体と、ポリアミド系樹脂とを含有する。
樹脂組成物は、老化防止剤、充填剤、架橋剤、紫外線吸収剤等の成分を更に含んでいてもよい。
また、高い耐衝撃性を有する樹脂成型体であっても、低温で高い耐衝撃性を有する場合は、靭性が低くなる傾向にあり、樹脂成型体において、低温耐衝撃性と靭性とは二律背反の特性であった。
これに対し、本発明の樹脂成型体は、樹脂組成物が上記構成であることで、靭性と耐衝撃性とのバランスに優れる。更に本発明の樹脂成形体は、伸びにも優れるという特性を有する。
共重合体は、共役ジエン単位と、非共役オレフィン単位と、芳香族ビニル単位とを含有し、ブチレン単位の含有量が0mol%である(以下、「本発明の共重合体」と称することがある)。
特許文献1で用いられている水素添加スチレン・ブタジエン・スチレン共重合体エラストマーは、ブチレン単位を含む水添スチレン-エチレン・ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)が用いられている。本発明の共重合体は、ブチレン単位の含有量が0mol%であり、本発明の共重合体にはSEBSは含まれない。
本発明の共重合体は、共役ジエン単位を含み、弾性を有するため、ゴム成分として機能する。
共役ジエン単位は、単量体としての共役ジエン化合物に由来する構成単位である。
ここで、共役ジエン化合物とは、共役系のジエン化合物を指す。共役ジエン化合物は、炭素数が4~8であることが好ましい。かかる共役ジエン化合物として、具体的には、1,3-ブタジエン、イソプレン、1,3-ペンタジエン、2,3-ジメチル-1,3-ブタジエン、ミルセン等が挙げられる。共役ジエン化合物は、一種単独であってもよいし、二種以上の組み合わせであってもよい。
別の言い方をすると、共重合体における共役ジエン単位は、1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位からなる群より選択される少なくとも1つを含むことが好ましく、1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位からなる群より選択される少なくとも1つのみからなることがより好ましく、1,3-ブタジエン単位のみからなることがさらに好ましい。
共役ジエン単位の含有量が、共重合体全体の5mol%以上であると、耐衝撃性に優れる樹脂成型体が得られ、また、70mol%以下であると、靭性に優れる樹脂成型体が得られる。
樹脂成型体の靭性と耐衝撃性とのバランスを向上する観点から、共役ジエン単位の含有量は、共重合体全体の5~55mol%の範囲がより好ましく、7~50mol%の範囲が更に好ましい。
非共役オレフィン単位は、単量体としての非共役オレフィン化合物に由来する構成単位である。
ここで、非共役オレフィン化合物とは、脂肪族不飽和炭化水素で、炭素-炭素二重結合を1個以上有する化合物を指す。非共役オレフィン化合物は、炭素数が2~10であることが好ましい。かかる非共役オレフィン化合物として、具体的には、エチレン、プロピレン、1-ペンテン、1-ヘキセン、1-ヘプテン、1-オクテン等のα-オレフィン、ピバリン酸ビニル、1-フェニルチオエテン、N-ビニルピロリドン等のヘテロ原子置換アルケン化合物等が挙げられる。非共役オレフィン化合物は、一種単独であってもよいし、二種以上の組み合わせであってもよい。
別の言い方をすると、共重合体における非共役オレフィン単位は、非環状の非共役オレフィン単位であることが好ましく、また、当該非環状の非共役オレフィン単位は、α-オレフィン単位であることがより好ましく、エチレン単位を含むα-オレフィン単位であることがさらに好ましく、エチレン単位のみからなることが特に好ましい。
非共役オレフィン単位の含有量が、共重合体全体の25mol%以上であると、結果として共役ジエン単位又は芳香族ビニル単位の含有量が減少して、樹脂成型体の耐衝撃性が向上する。また、非共役オレフィン単位の含有量が95mol%以下であると、結果として共役ジエン単位又は芳香族ビニル単位の含有量が増加し、樹脂成型体の靭性が向上する。
また、非共役オレフィン単位の含有量は、共重合体全体の25~95mol%の範囲が好ましく、40~95mol%の範囲が好ましく、42~90mol%の範囲がより好ましく、45~87mol%の範囲が更に好ましい。
芳香族ビニル単位は、単量体としての芳香族ビニル化合物に由来する構成単位である。
共重合体が芳香族ビニル単位を含有することで、非共役オレフィン単位由来の過度の結晶化が抑制され、樹脂成型体の剛性を向上しつつも、弾性を損ねにくく、高い靭性を得ることができる。
ここで、芳香族ビニル化合物とは、少なくともビニル基で置換された芳香族化合物を指し、共役ジエン化合物には包含されないものとする。芳香族ビニル化合物は、炭素数が8~10であることが好ましい。かかる芳香族ビニル化合物としては、スチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、o,p-ジメチルスチレン、o-エチルスチレン、m-エチルスチレン、p-エチルスチレン等が挙げられる。芳香族ビニル化合物は、一種単独であってもよいし、二種以上の組み合わせであってもよい。
なお、芳香族ビニル単位における芳香族環は、隣接する単位と結合しない限り、共重合体の主鎖には含まれない。
別の言い方をすると、共重合体は、一種のみの共役ジエン単位、一種のみの非共役オレフィン単位、及び一種のみの芳香族ビニル単位を含有する共重合体であることが好ましく、一種のみの共役ジエン単位、一種のみの非共役オレフィン単位、及び一種のみの芳香族ビニル単位のみからなる三元共重合体であることがより好ましく、1,3-ブタジエン単位、エチレン単位、及びスチレン単位のみからなる三元共重合体であることがさらに好ましい。ここで、「一種のみの共役ジエン単位」には、異なる結合様式の共役ジエン単位が包含される。
共重合体の吸熱ピークエネルギーは、示差走査熱量計を用い、JIS K 7121-1987に準拠して、例えば、10℃/分の昇温速度で-150℃から150℃まで昇温して測定すればよい。
共重合体の融点は、示差走査熱量計を用い、JIS K 7121-1987に準拠して測定すればよい。
共重合体のガラス転移温度は、示差走査熱量計を用い、JIS K 7121-1987に準拠して測定すればよい。
共重合体の結晶化度は、100%結晶成分のポリエチレンの結晶融解エネルギーと、共重合体の融解ピークエネルギーを測定し、ポリエチレンと共重合体とのエネルギー比率から、結晶化度を算出すればよい。また、融解ピークエネルギーは、示差走査熱量計で測定することができる。
なお、共重合体の主鎖が環状構造を有するか否かの確認には、NMRが主要な測定手段として用いられる。具体的には、主鎖に存在する環状構造に由来するピーク(例えば、三員環~五員環については、10~24ppmに現れるピーク)が観測されない場合、その共重合体の主鎖は、非環状構造のみからなることを示す。
なお、本発明において、重合体の主鎖とは、それ以外のすべての分子鎖(長分子鎖または短分子鎖、あるいはその両方)が、ペンダントのように連なる線状分子鎖を意味する〔「Glossary of Basic Terms in Polymer Science IUPAC Recommendations 1996」, Pure Appl. Chem., 68, 2287-2311 (1996) のセクション1.34参照〕
また、非環状構造とは、直鎖状構造又は分岐状構造を意味する。
ここで、共重合体の製造においては、重合触媒の存在下で、共役ジエン化合物を添加せずに非共役オレフィン化合物及び芳香族ビニル化合物のみを添加し、これらをまず重合させることが好ましい。特に後述の触媒組成物を使用する場合には、非共役オレフィン化合物及び芳香族ビニル化合物より共役ジエン化合物の方が、反応性が高いことから、共役ジエン化合物の存在下で非共役オレフィン化合物及び芳香族ビニル化合物のいずれか一方または両方を重合させにくい。また、先に共役ジエン化合物を重合させ、後に非共役オレフィン化合物及び芳香族ビニル化合物を付加的に重合させることも、触媒の特性上困難となり易い。
一段階の重合工程とは、重合させる全ての種類の単量体、即ち、共役ジエン化合物、非共役オレフィン化合物、芳香族ビニル化合物、及びその他の単量体、好ましくは、共役ジエン化合物、非共役オレフィン化合物、及び芳香族ビニル化合物を一斉に反応させて重合させる工程である。
また、多段階の重合工程とは、1種類又は2種類の単量体の一部又は全部を最初に反応させて重合体を形成し(第1重合段階)、次いで、第1重合段階で添加しなかった種類の単量体、第1重合段階で添加した単量体の残部等を添加して重合させる1以上の段階(第2重合段階~最終重合段階)を行って重合させる工程である。特に、共重合体の製造では、重合工程を多段階で行うことが好ましい。
また、重合反応の反応時間も特に制限がなく、例えば、1秒~10日の範囲が好ましいが、重合触媒の種類、重合温度等の条件によって適宜選択することができる。
また、共役ジエン化合物の重合工程においては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の重合停止剤を用いて、重合を停止させてもよい。
なお、第2単量体原料が、共役ジエン化合物以外に非共役オレフィン化合物及び芳香族ビニル化合物よりなる群から選択される少なくとも1つを含む場合には、予めこれらの単量体原料を溶媒等と共に混合した後に重合混合物に導入してもよく、各単量体原料を単独の状態から導入してもよい。また、各単量体原料は、同時に添加してもよく、逐次添加してもよい。
第2工程において、重合混合物に対して第2単量体原料を導入する方法としては、特に制限はないが、各単量体原料の流量を制御して、重合混合物に対して連続的に添加すること(所謂、ミータリング)が好ましい。ここで、重合反応系の条件下で気体である単量体原料(例えば、室温、常圧の条件下における非共役オレフィン化合物としてのエチレン等)を用いる場合には、所定の圧力で重合反応系に導入することができる。
また、第2工程においては、メタノール、エタノール、イソプロパノール等の重合停止剤を用いて、重合反応を停止させてもよい。
(A)成分:希土類元素化合物又は該希土類元素化合物とルイス塩基との反応物
(B)成分:有機金属化合物
(C)成分:アルミノキサン
(D)成分:イオン性化合物
(E)成分:ハロゲン化合物
(F)成分:置換又は無置換のシクロペンタジエン(シクロペンタジエニル基を有する化合物)、置換又は無置換のインデン(インデニル基を有する化合物)、及び、置換又は無置換のフルオレン(フルオレニル基を有する化合物)から選択されるシクロペンタジエン骨格含有化合物
上記(A)~(F)成分については、例えば、国際公開第2018/092733等を参照することによって、重合工程に用いることができる。
カップリング工程において、重合反応が100%に達した際にカップリング反応を行うことが好ましい。
カップリング反応に用いるカップリング剤としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビス(マレイン酸-1-オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)等のスズ含有化合物;4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート等のイソシアネート化合物;グリシジルプロピルトリメトキシシラン等のアルコキシシラン化合物、などが挙げられる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。
これらの中でも、ビス(マレイン酸-1-オクタデシル)ジオクチルスズ(IV)が、反応効率と低ゲル生成の点で、好ましい。
なお、カップリング反応を行うことにより、多元重合体の数平均分子量(Mn)を増加することができる。
なお、洗浄に用いる媒体としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノールなどが挙げられるが、重合触媒としてルイス酸由来の触媒を使用する際は、特にこれらの溶媒に対して酸(例えば、塩酸、硫酸、硝酸等)を加えて使用することができる。添加する酸の量は溶媒に対して15mol%以下が好ましい。添加量が15mol%以下であることで、酸が共重合体中に残存しにくく、樹脂組成物の混練及び加硫時の反応に悪影響を及ぼしにくい。
この洗浄工程により、共重合体中の触媒残渣量を好適に低下させることができる。
共重合体の含有量が、本発明の共重合体とポリアミド系樹脂との合計質量中、1質量%以上であれば、共重合体による作用が十分に発揮され、樹脂成型体の耐衝撃性を十分確保することができる。また、共重合体の含有量が、本発明の共重合体とポリアミド系樹脂との合計質量中、81質量%以下であれば、樹脂成型体の靭性を十分確保することができる。
樹脂組成物は、ポリアミド系樹脂を含有する。
ポリアミド系樹脂は、主鎖にアミド結合(-NHCO-)を有する樹脂であり、熱硬化性であっても、熱可塑性であってもよい。本発明で用いられるポリアミド系樹脂は、上述の共重合体と相溶しないことが好ましい。
ポリアミド系樹脂としては、ポリカプラミド(ナイロン-6)、ポリ-ω-アミノヘプタン酸(ナイロン-7)、ポリ-ω-アミノノナン酸(ナイロン-9)、ポリウンデカンアミド(ナイロン-11)、ポリラウリルラクタム(ナイロン-12)、ポリエチレンジアミンアジパミド(ナイロン-2,6)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン-4,6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン-6,6)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン-6,10)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン-6,12)、ポリオクタメチレンアジパミド(ナイロン-8,6)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン-10,8)等の脂肪族ポリアミド、メタキシレンジアミン、パラキシレンジアミン等の芳香族ジアミンと、アジピン酸、スベリン酸、セバシン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸等のジカルボン酸又はその誘導体との重縮合反応で得られる結晶性芳香族ポリアミド等が挙げられる。
中でも、ナイロン-6、ナイロン-6,6、ナイロン-12等が好ましく、ナイロン-6(ポリアミド6ともいう)がより好ましい。
ポリアミド系樹脂のMnが5,000以上であることで、樹脂成型体の低温耐衝撃性に優れ、10,000,000以下であることで、樹脂成型体の靭性に優れる。
本発明の共重合体との相溶性の観点から、ポリアミド系樹脂は比較的粘度が高いことが好ましい。
ポリアミド系樹脂の含有量が、本発明の共重合体とポリアミド系樹脂との合計質量中、19質量%以上であれば、共重合体による作用が十分に発揮され、樹脂成型体の耐衝撃性を十分確保することができる。また、ポリアミド系樹脂の含有量が、本発明の共重合体とポリアミド系樹脂との合計質量中、99質量%以下であれば、樹脂成型体の靭性を十分確保することができる。
樹脂組成物は、樹脂成型体の耐衝撃性と靭性をより向上する観点から、老化防止剤を含有していることが好ましい。また、樹脂組成物を溶融混練等する際に、共役ジエン単位が高温でゲル化を生じることを抑制するため、樹脂組成物は老化防止剤を含有していることが望ましい。
老化防止剤としては、例えば、アミン-ケトン系化合物、イミダゾール系化合物、アミン系化合物、フェノール系化合物、硫黄系化合物及びリン系化合物等が挙げられる。
樹脂組成物は、分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤を含有することが特に好ましい。分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤を用いることにより、本発明の共重合体及びポリアミド系樹脂の分散性を良好にすることができる。また、分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤は、本発明の共重合体とポリアミド系樹脂とを高温で混合する場合に、共重合体のゲル化を抑制することもできる。
より具体的には、当該老化防止剤は、下記式(1)又は(2)で表される構造を有していることが好ましい。
直鎖アルキル基は、以上の中でも、無置換の直鎖アルキル基であることが好ましく、メチル基、エチル基、又はn-プロピル基がより好ましい。
環状アルキル基は、以上の中でも、無置換の環状アルキル基であることが好ましく、シクロヘキシル基がより好ましい。
分岐アルキル基は、以上の中でも、無置換の分岐アルキル基であることが好ましく、イソプロピル基、2-ブチル基、tert-ブチル基、又はtert-ペンチル基がより好ましく、tert-ブチル基又はtert-ペンチル基が更に好ましい。
アルキル基としては、R1~R8等で例示した直鎖アルキル基、環状アルキル基、及び分岐アルキル基が挙げられ、好ましい範囲も同様である。
アルケニル基及びアルキニル基は、炭素数2~8であることが好ましく、例えば、ビニル基等が挙げられる。
2価以上のヘテロ原子は、例えば、酸素原子、硫黄原子等が挙げられる。
連結基は、更に、ハロゲン原子、メチル基、エチル基等の置換基を有していてもよい。
中でも、R1~R4のうち少なくとも2つ;R5~R8のうち少なくとも2つ;R11~R14のうち少なくとも2つ;及び、R15~R18のうち少なくとも2つが、分岐アルキル基であることが好ましい。
R1及びR8が分岐アルキル基;R2、R4、R5及びR7が水素原子;R3及びR6が分岐アルキル基又は直鎖アルキル基;R9が不飽和炭化水素基;A1が2価の飽和炭化水素基。
式(1)は次の構造であることがより好ましい。
R1及びR8が炭素数3~6の無置換の分岐アルキル基;R2、R4、R5及びR7が水素原子;R3及びR6が炭素数4~5の無置換の分岐アルキル基又は炭素数1~3の無置換の直鎖アルキル基;R9が無置換のビニル基;A1がアルキル基で置換された、もしくは無置換のメチレン基。
R11、R13、R16、R18及びR21が分岐アルキル基;R12、R14、R15、R17、R22及びR23が水素原子;R24が直鎖アルキル基;A2が酸素原子を含む2価の飽和炭化水素基;Eが硫黄原子又はリン原子。
式(2)は次の構造であることがより好ましい。
R11、R13、R16、R18及びR21が炭素数3~5の無置換の分岐アルキル基;R12、R14、R15、R17、R22及びR23が水素原子;R24が炭素数1~3の無置換の直鎖アルキル基;A2が炭素数2~5の無置換のアルキレンオキシ基(-OR-において、Rが炭素数2~5の無置換のアルキレン);Eがリン原子。
また、式(2)で表される構造を有する化合物は、下記式(5)で表される構造を有する化合物であることが更に好ましい。
分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤は、既述の構造の化合物を、1種のみ用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
本発明の共重合体及びポリアミド系樹脂の分散性を高める観点から、樹脂組成物は、更に相溶化剤を含有することが好ましい。
相溶化剤としては、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンブロック共重合体(SEBS;ポリスチレン-水添ポリブタジエン-ポリスチレンブロック共重合体)、及び、スチレン-エチレン/プロピレン-ブロック共重合体(SEPS;ポリスチレン-水添ポリイソプレン-ポリスチレンブロック共重合体)がマレイン酸で変性された変性共重合体が挙げられる。本発明では、これら変性共重合体の中から選択される少なくとも1種であることが好ましい。
樹脂組成物は、樹脂工業界で通常使用される配合剤、例えば、エラストマー成分、ポリアミド系樹脂以外の樹脂成分、架橋剤、軟化剤、ステアリン酸、亜鉛華、架橋促進剤等を、本発明の目的を害しない範囲内で適宜選択して含有していてもよい。
エラストマー成分としては、本発明の共重合体以外のゴム成分、及び、熱可塑性エラストマーが挙げられる。
(1)ゴム成分
本発明の共重合体以外のゴム成分としては、例えば、ジエン系ゴムが挙げられる。
ジエン系ゴムとしては、天然ゴム(NR)及び合成ジエン系ゴムが挙げられる。
合成ジエン系ゴムは、具体的には、ポリイソプレンゴム(IR)、ポリブタジエンゴム(BR)、スチレン-ブタジエン共重合体ゴム(SBR)、クロロプレンゴム(CR)、ハロゲン化ブチルゴム、アクリロニリトル-ブタジエンゴム(NBR)等が挙げられる。
ジエン系ゴムは、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。また、ジエン系ゴムは変性されていてもよい。
ゴム成分は、非ジエン系ゴムを含んでいてもよい。
(2)熱可塑性エラストマー
熱可塑性エラストマーとして、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、エステル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、アミド系エラストマー、及び、硬質塩ビ系エラストマーが挙げられる。本発明では、これらのエラストマーを単独で用いてもよいし、2種以上を用いてもよい。
本発明の樹脂組成物は、ポリアミド系樹脂以外の樹脂成分を含んでいてもよい。本発明に適用できる樹脂成分としては、例えば、ポリアミド系樹脂以外の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂が挙げられる。
樹脂組成物は、充填剤を含有していてもよい。
樹脂組成物が充填剤を含有することで、樹脂成型体の耐摩耗等の特性を向上することができる。
充填剤は、特に制限されず、例えば、樹脂組成物を補強する補強性充填剤が用いられる。補強性充填剤としては、例えば、シリカ、カーボンブラック、タルク、繊維、炭酸カルシウム、酸化チタン、黒鉛、金属粉、クレー、マイカ、ガラスフレーク、チタン酸カルシウム、アルミナ、エバール、吸水用高分子ゲル等が挙げられ、これらのいずれか1つを単独で用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。中でも、シリカ、カーボンブラック、タルク、繊維、及び炭酸カルシウムがより好ましい。
カーボンブラックは、特に限定されず、目的に応じて適宜選択することができる。カーボンブラックは、例えば、FEF、SRF、HAF、ISAF、SAFグレードのものが好ましく、HAF、ISAF、SAFグレードのものがより好ましい。
シリカは特に限定されず、一般グレードのシリカ、シランカップリング剤などで表面処理を施した特殊シリカなど、用途に応じて使用することができる。シリカは、例えば、湿式シリカを用いることが好ましい。
繊維は特に限定されず、ガラス繊維、セルロース繊維、炭素繊維、金属繊維、アラミド繊維、石膏繊維を目的に応じて選択することができる。中でも、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、及びセルロース繊維がより好ましい。
架橋剤は、特に制限はなく、通常、過酸化物、硫黄、オキシム、アミン、紫外線硬化剤等が挙げられる。
本発明の共重合体は、共役ジエン単位を含むことから、硫黄により架橋(加硫)することができる。硫黄としては、例えば、粉末硫黄、沈降硫黄、コロイド硫黄、表面処理硫黄、不溶性硫黄等を挙げることができる。
樹脂組成物は、本発明の共重合体及びポリアミド系樹脂のほか、老化防止剤等の各成分を配合して、バンバリーミキサー、ロール、インターナルミキサー、単軸押出混練機、2軸押出混練機等の混練機を用いて混練することによって、製造することができる。
樹脂組成物の製造で配合する各成分は、樹脂組成物中の各成分の含有量として示した量を配合量として配合することが好ましい。
各成分の混練は、全一段階で行ってもよいし、二段階以上に分けて行ってもよい。
本発明の樹脂成型体は、本発明の樹脂組成物を用いてなる。
例えば、ペレットにした樹脂組成物を、射出成形、押出し成形等により成形することで、樹脂成型体が得られる。
また、樹脂組成物を、既述の架橋剤等を用いて架橋してもよいし、架橋剤を用いずに、電子線架橋、マイクロ波照射等をして架橋して、樹脂成型体を得てもよい。
更に、本樹脂成型体は、ジエン部を有するためABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)樹脂同様にエッチングが可能であり、メッキ加工をすることができる。メッキ加工の条件は特に限定されるものではなく、公知の方法でメッキ加工(無電解メッキ及び電気メッキ)が可能である。樹脂成型体をメッキ加工することで、導電性、電磁波遮蔽性、意匠性等の機能性を樹脂成型体に持たせることができ、種々の付加価値をつけることが可能になる。
また押出成形では、各種異形押出成形品、シート、フィルム等が得られる。シート、フィルムの成形にはインフレーション法、カレンダー法、キャスティング法等も使用することができる。
樹脂成型体は更に延伸してもよい。
その他、本発明の樹脂組成物は、コンベアベルト、クローラー、防振ゴム、ホース、樹脂配管、吸音材、寝具、事務機器用精密部品(OAローラー)、自転車用フレーム、ゴルフボール、テニスラケット、ゴルフシャフト、樹脂添加剤、フィルター、接着剤、粘着剤、インキ、医療器具(医療用チューブ、バック、マイクロニードル、ゴムスリーブ、人工臓器、キャップ、パッキン、注射器ガスケット、薬栓、義足、義肢)、化粧品(UVパウダー、パフ、容器、ワックス、シャンプー、コンディショナー)、洗剤、建築材料(フロア材、制震ゴム、免震ゴム、建築フィルム、吸音材、防水シート、断熱材、目地材、シール材)、包装材、液晶材料、有機EL材料、有機半導体材料、電子材料、電子デバイス、通信機器、航空機部品、機械部品、電子部品、農業用資材、電線、ケーブル、繊維(ウェアラブル基盤)、日用品(歯ブラシ、靴底、眼鏡、疑似餌、双眼鏡、玩具、防塵マスク、ガーデンホース)、ロボット部品、光学部品、道路資材(アスファルト、ガードレール、ポール、標識)、保護具(靴、防弾チョッキ)、電気機器外装部品、OA外装部品、ソール、シール材等に好適である。
なお、上記において、OAはoffice automation、UVはultraviolet、ELはelectro- luminescenceを意味する。
<樹脂組成物の調製>
表2の配合に従って、樹脂組成物を調製した。
表2中の成分の詳細は次のとおりである。
ポリアミド系樹脂(PA樹脂)1:ポリアミド6、宇部興産(株)製、商品名「UBE ナイロン(登録商標)射出1022B」
重合体1:下記製造方法により製造した重合体
重合体101:水添スチレン系熱可塑性エラストマー(SEBS)、旭化成(株)製、商品名「タフテック(登録商標)H1062」、結晶化度:0%
相溶化剤1:旭化成(株)製、商品名「タフテック(登録商標)M1913」
老化防止剤1:2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-tert-ブチルフェノール)、大内新興化学工業(株)製「ノクラック(登録商標)NS-5」
1.重合体1(本発明の共重合体)の合成方法
十分に乾燥した2000mL耐圧ステンレス反応器に、スチレン52gとトルエン762gを加えた。
窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器にモノ(ビス(1,3-tert-ブチルジメチルシリル)インデニル)ビス(ビス(ジメチルシリル)アミド)ガドリニウム錯体1,3-[(t-Bu)Me2Si]2C9H5Gd[N(SiHMe2)2] 0.031mmol、ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート[Me2NHPhB(C6F5)4] 0.031mmolを仕込み、トルエン 21gを加えて触媒溶液とした。その触媒溶液を前記耐圧ステンレス反応器に加え、60℃に加温した。なお、「t-Bu」はtert-ブチル基、「Me」はメチル基、「Ph」はフェニル基を意味する(重合体2、及び3の合成方法において同じ)。
次いで、エチレンを圧力1.0MPaでその耐圧ステンレス反応器に投入し、75℃で計9時間共重合を行った。1,3-ブタジエンは、連続的に0.6mL/min.の速度で1,3-ブタジエン 27gを含むトルエン溶液 108gを加えた。
次いで、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)(NS-5) 5質量%のイソプロパノール溶液1mLをその耐圧ステンレス反応器に加えて反応を停止させた。
次いで、大量のメタノールを用いて共重合体を分離し、50℃で真空乾燥し、重合体1を得た。
得られた重合体1は、表1に示す物性を有した。
これらの物性は、下記の方法で測定した。
(1)数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、ピークトップ分子量(Mp)及び分子量分布(Mw/Mn)
ゲルパーミエーションクロマトグラフィー[GPC:東ソー社製HLC-8121GPC/HT、カラム:東ソー社製GMHHR-H(S)HT×2本、検出器:示差屈折率計(RI)]で単分散ポリスチレンを基準として、共重合体のポリスチレン換算の数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、ピークトップ分子量(Mp)及び分子量分布(Mw/Mn)を求めた。なお、測定温度は40℃である。
共重合体中のエチレン単位、ブタジエン単位、スチレン単位の含有量(mol%)を、1H-NMRスペクトル(100℃、d-テトラクロロエタン標準:6ppm)の各ピークの積分比より求めた。
なお、重合体1は、エチレン単位、ブタジエン単位、及びスチレン単位の各含有量の合計が100mol%であり、ブチレン単位の含有量は0mol%であった。
示差走査熱量計(DSC、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、「DSCQ2000」)を用い、JIS K 7121-1987に準拠して、共重合体の融点を測定した。
100%結晶成分のポリエチレンの結晶融解エネルギーと、得られた共重合体の0~120℃の融解ピークエネルギーを測定し、ポリエチレンと共重合体とのエネルギー比率から、結晶化度を算出した。なお、融解ピークエネルギーは、示差走査熱量計(DSC、ティー・エイ・インスツルメント・ジャパン社製、「DSCQ2000」)で測定した。
合成した共重合体について、13C-NMRスペクトルを測定した。
表2の配合に従って、90ccラボプラストミル(東洋精機社製)を用いて、180℃、50rpm、5分間の条件でブレンドした。得られた樹脂組成物を、2mm厚みのモールドを用いて180℃で5分間プレスした後、5分間急冷して、150mm×150mm×2mmの樹脂成型体を作製した。
表2の配合に従ってそれぞれ調製した樹脂組成物を、15ton射出成形機(ファナック株式会社製、ロボショット)を用い、射出速度30mm/s、シリンダー温度200℃、金型温度40℃の条件で、寸法10mm×80mm×4mmの試験片を成形し、その後ノッチ加工機を用いてノッチを設け、シャルピー試験用試験片とした。
(1)靭性
樹脂成型体の靭性は、樹脂成型体の破断点伸度(%GL)と破断点応力(MPa)をそれぞれ求め、「(破断点伸度×破断点応力)/2」を算出した。比較例1の算出値を100として、実施例1における算出値を指数化した。得られた靭性指数を表2に示す。
測定装置は、万能試験機((株)エー・アンド・デイ製、型番「テンシロンRTC-1310A」)を用いた。
-30℃の環境下に静置した樹脂成型体と、30℃の環境下に静置した樹脂成型体について、ISO 179に従って、ノッチ付シャルピー衝撃値を測定した。比較例1の30℃の耐衝撃性の測定値を100として、30℃の実施例1の測定値、-30℃の実施例1の測定値、及び-30℃の比較例1の測定値を指数化した。得られた耐衝撃性指数を表2に示す。
実施例1及び比較例1において、靭性指数と30℃の耐衝撃性指数との合計、及び、靭性指数と-30℃の耐衝撃性指数との合計をそれぞれ算出し、表2に示した。数値が大きいほど、樹脂成型体は靭性と耐衝撃性のバランスに優れることを意味する。
一方、実施例の樹脂成型体は、靭性指数が比較例1の指数の2.5倍を超え、高い靭性を有すると共に、30℃及び-30℃における靭性と耐衝撃性とのバランスの指数も、比較例1に比べ格段に大きく、靭性と耐衝撃性のバランスに優れた。
このように高い靭性を有し、靭性と耐衝撃性のバランスに優れる樹脂成型体をタイヤ、バンパー等に適用すれば、寒冷地においても耐衝撃性に優れ、靭性も併せ持つことができるタイヤ、バンパー等を得ることができる。
<樹脂組成物の調製>
表4の配合に従って、樹脂組成物を調製した。
表4中の成分の詳細は次のとおりである。
ポリアミド系樹脂(PA樹脂)1:ポリアミド6、宇部興産(株)製、商品名「UBE ナイロン(登録商標)射出1022B」
ポリアミド系樹脂(PA樹脂)2:ポリアミド6、宇部興産(株)製、商品名「UBE ナイロン(登録商標)射出1030B」
重合体2:下記製造方法により製造した重合体
BR:ブタジエンゴム(宇部興産(株)製、商品名「UBEPOL BR150L」)
相溶化剤1:旭化成(株)製、商品名「タフテック(登録商標)M1913」
老化防止剤1:2,2’-メチレンビス(4-エチル-6-tert-ブチルフェノール)、大内新興化学工業(株)製「ノクラック(登録商標)NS-5」
十分に乾燥した2000mL耐圧ステンレス反応器に、スチレン 91g、トルエン 379gを加えた。
窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器にモノ(ビス(1,3-tert-ブチルジメチルシリル)インデニル)ビス(ビス(ジメチルシリル)アミド)ガドリニウム錯体1,3-[(t-Bu)Me2Si]2C9H5Gd[N(SiHMe2)2] 0.1mmol、ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート[Me2NHPhB(C6F5)4] 0.1mmolおよびトリイソブチルアルミニウム 0.2mmolを仕込み、トルエン 63mLを加えて触媒溶液とした。その触媒溶液を前記耐圧ステンレス反応器に加え、60℃に加温した。
次いで、エチレンを圧力1.5MPaでその耐圧ステンレス反応器に投入し、75℃で計3時間共重合を行った。1,3-ブタジエンは、連続的に1.5~1.6mL/min.の速度で1,3-ブタジエン 70gを含むトルエン溶液 280gを加えた。
次いで、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)(NS-5)5質量%のイソプロパノール溶液1mLをその耐圧ステンレス反応器に加えて反応を停止させた。
次いで、大量のメタノールを用いて共重合体を分離し、50℃で真空乾燥し、重合体2を得た。
得られた重合体2は、表3に示す物性を有した。重合体2の諸物性は、上述の「重合体の物性測定方法」に従って取得した。
表4の配合に従って、押し出し機(同方向回転二軸押し出し機 Omega30H(φ30、L/D=60、STEER社製)及びフィーダ(重量式計量単軸フィーダKS60)を用いて、供給速度9kg/h、混合温度250℃の条件でブレンドした。その後、混合物をφ3mmのストランド状に押し出した。これを冷却した後、ペレット状にカットした。得られた樹脂組成物を、2mm厚みのモールドを用いて250℃で5分間プレスした後、5分間急冷して、150mm×150mm×2mmの樹脂成型体を作製した。
実施例2~8及び比較例2の樹脂成型体の表面を、原子間力顕微鏡(AFM、((株)島津製作所製、SPM-9700HT)を用いて形状測定した。測定条件を以下に示す。
(測定条件)
位相走査範囲:20μm×20μm
走査速度:0.5Hz
画素数:512×512
使用したカンチレバー:オリンパス(株)社製OMCL-AC160TS-R3(共鳴周波数:300kHz、ばね定数26N/m)
<樹脂組成物の調製>
表6の配合に従って、樹脂組成物を調製した。
表6中の成分の詳細は次のとおりである。
ポリアミド系樹脂(PA樹脂)2:ポリアミド6、宇部興産(株)製、商品名「UBE ナイロン(登録商標)射出1030B」
重合体1:上述の製造方法により製造した重合体
重合体2:上述の製造方法により製造した重合体
重合体3:下記製造方法により製造した重合体
相溶化剤1:旭化成(株)製、商品名「タフテック(登録商標)M1913」
相溶化剤2:旭化成(株)製、商品名「タフテック(登録商標)M1943」
老化防止剤2:住友化学(株)製、「SUMILIZER(登録商標)GS(F)」
老化防止剤3:住友化学(株)製、「SUMILIZER(登録商標)GP」
十分に乾燥した2000mL耐圧ステンレス反応器に、スチレン 91gとトルエン 379gを加えた。
窒素雰囲気下のグローブボックス中で、ガラス製容器にモノ(ビス(1,3-tert-ブチルジメチルシリル)インデニル)ビス(ビス(ジメチルシリル)アミド)ガドリニウム錯体1,3-[(t-Bu)Me2Si]2C9H5Gd[N(SiHMe2)2] 0.1mmol、ジメチルアニリニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート[Me2NHPhB(C6F5)4] 0.1mmolおよびトリイソブチルアルミニウム 0.3mmolを仕込み、トルエン 63mLを加えて触媒溶液とした。その触媒溶液を前記耐圧ステンレス反応器に加え、60℃に加温した。
次いで、エチレンを圧力1~1.5MPaでその耐圧ステンレス反応器に投入し、85℃で計4時間共重合を行った。1,3-ブタジエンは、連続的に1.1~1.2mL/min.の速度で1,3-ブタジエン 70gを含むトルエン溶液 280gを加えた。
次いで、2,2’-メチレン-ビス(4-エチル-6-t-ブチルフェノール)(NS-5) 5質量%のイソプロパノール溶液1mLをその耐圧ステンレス反応器に加えて反応を停止させた。
次いで、大量のメタノールを用いて共重合体を分離し、50℃で真空乾燥し、重合体3を得た。
得られた重合体3は、表5に示す物性を有した。重合体3の諸物性は、上述の「重合体の物性測定方法」に従って取得した。
表6の配合に従って、押し出し機(同方向回転二軸押し出し機 Omega30H(φ30、L/D=60、STEER社製)及びフィーダ(重量式計量単軸フィーダKS60)を用いて、供給速度9kg/h、混合温度250℃の条件でブレンドした。その後、混合物をφ3mmのストランド状に押し出した。これを冷却した後、ペレット状にカットした。得られた樹脂組成物を、2mm厚みのモールドを用いて250℃で5分間プレスした後、5分間急冷して、150mm×150mm×2mmの樹脂成型体を作製した。
また、比較例3として、ポリアミド系樹脂2を、2mm厚みのモールドを用いて250℃で5分間プレスした後、5分間急冷して、150mm×150mm×2mmの樹脂成型体を作製した。
(1)原子間力顕微鏡(AFM)観察
実施例9~13の樹脂成型体の表面を、原子間力顕微鏡(((株)島津製作所製、SPM-9700HT)を用いて形状測定した。測定条件は上記と同じとした。
実施例9~11及び比較例3の樹脂成型体から、JIS K 6251:2017に基づき、ダンベル状3号形に成形し、試験片とした。
引張強度(Tb)は、JIS K 6251:2017に基づいて、引張試験装置(インストロン社製)を使用し、試験片を25℃で100%伸長し、試験片を破断させるのに要した最大の引張り力として測定した。
破断伸び(Eb)は、試験片を、25℃にて100mm/分の速度で引張り、試験片が破断したときの長さを測定し、引っ張る前の長さ(100%)に対する長さとして求めた。
実施例9~11及び比較例3の樹脂成型体の引張強度及び破断伸びの測定結果を表6に示す。
Claims (19)
- 共役ジエン単位と、非共役オレフィン単位と、芳香族ビニル単位とを含有し、ブチレン単位の含有量が0mol%である共重合体と、ポリアミド系樹脂とを含有し、
前記共重合体は、主鎖が非環状構造のみからなり、
前記共役ジエン単位の含有量が7~50mol%で、前記非共役オレフィン単位の含有量が40~90mol%で、且つ、前記芳香族ビニル単位の含有量が3~25mol%であり、
前記ポリアミド系樹脂の含有量が、前記共重合体と前記ポリアミド系樹脂との合計質量中、50質量%以上99質量%以下である樹脂組成物。 - 前記共重合体の含有量が、前記共重合体と前記ポリアミド系樹脂との合計質量中、1~50質量%である請求項1に記載の樹脂組成物。
- 前記ポリアミド系樹脂の含有量が、前記共重合体と前記ポリアミド系樹脂との合計質量中、70質量%以上90質量%以下である請求項1又は2に記載の樹脂組成物。
- 前記共重合体は、前記共役ジエン単位の含有量が8~29mol%で、前記非共役オレフィン単位の含有量が66~85mol%で、且つ、前記芳香族ビニル単位の含有量が5~7mol%である請求項1~3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記共重合体は、示差走査熱量計(DSC)で測定した融点が30~130℃である請求項1~4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記共重合体は、ポリスチレン換算の重量平均分子量が50,000~2,000,000である請求項1~5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記共重合体は、結晶化度が0.5~50%である請求項1~6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記非共役オレフィン単位が非環状の非共役オレフィン単位である請求項1~7のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記非環状の非共役オレフィン単位がエチレン単位のみからなる請求項8に記載の樹脂組成物。
- 前記芳香族ビニル単位がスチレン単位を含む請求項1~9のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記共役ジエン単位が1,3-ブタジエン単位及びイソプレン単位からなる群より選択される少なくとも1つを含む請求項1~10のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 更に老化防止剤を含有する請求項1~11のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記老化防止剤が、分岐アルキル基を有するフェニル基を2つ以上含む老化防止剤を含有する請求項12に記載の樹脂組成物。
- 更に相溶化剤を含有する請求項1~13のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
- 前記相溶化剤が、重合体がマレイン酸で変性された変性共重合体であり、変性される前記重合体が、スチレン-イソブチレン-スチレンブロック共重合体(SIBS)、スチレン-ブタジエン-スチレンブロック共重合体(SBS)、スチレン-エチレン/ブチレン-スチレンブロック共重合体(SEBS)、及び、スチレン-エチレン/プロピレン-ブロック共重合体(SEPS)の中から選択される少なくとも1種である請求項14に記載の樹脂組成物。
- 前記相溶化剤の含有量が、前記共重合体と前記ポリアミド系樹脂との合計100質量部に対して、0.5~20質量部である請求項14又は15に記載の樹脂組成物。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の樹脂組成物を用いた樹脂成型体。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の樹脂組成物を用いたタイヤ。
- 請求項1~16のいずれか1項に記載の樹脂組成物を用いた自動車用部品。
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