JP7447113B2 - スチレン系樹脂組成物 - Google Patents
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Description
SPSの特性に対して、強度、靭性、耐熱性、耐薬品性、成形加工性等の複数の性質のバランスを取るために他の樹脂とのブレンドが検討されている。
また、ポリアミドとポリスチレン系樹脂のブレンドについて、特許文献2には、耐熱性をはじめとする諸物性の向上を目的として、特定構造のポリアミドとポリスチレン樹脂からなるポリアミド樹脂組成物とその成形体が開示されている。
したがって、本発明は、優れた耐熱水性を有し、かつ成形時の金型汚染を抑制することができるスチレン系樹脂組成物を提供することを課題とする。
シンジオタクチック構造を有するスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド (A2)とを含む樹脂(A)及び0.05~0.75質量%の高級脂肪酸金属塩(B)を含有し、樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比[(A1)/(A2)]が25/75~55/45である、スチレン系樹脂組成物。
[2]
脂肪族ポリアミド(A2)がポリアミド66である、[1]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[3]
高級脂肪酸金属塩(B)がステアリン酸金属塩である、[1]又は[2]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[4]
高級脂肪酸金属塩(B)がステアリン酸アルミニウムである、[1]~[3]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
[5]
スチレン系樹脂(A1)と相溶性を有し、脂肪族ポリアミド(A2)と反応可能な極性基を有する相溶化剤(C)を更に含有する、[1]~[4]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
[6]
相溶化剤(C)が有するポリアミド(A2)と反応可能な極性基が、酸無水物基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸アミド基、カルボン酸塩基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホン酸塩化物基、スルホン酸アミド基、スルホン酸塩基、エポキシ基、アミノ基、イミド基、オキサゾリン基より選ばれる1種以上である、[5]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[7]
相溶化剤(C)がポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリビニルメチルエーテルより選ばれる1種以上をポリマー鎖の主鎖又はグラフト鎖として有する、[5]又は[6]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[8]
相溶化剤(C)が変性ポリフェニレンエーテル及び変性ポリスチレンより選ばれる1種以上である、[5]~[7]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
[9]
無機フィラー(D)を更に含有する、[1]~[8]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
[10]
無機フィラー(D)がシラン系カップリング剤又はチタン系カップリング剤により処理されている、[9]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[11]
無機フィラー(D)がガラスフィラーである、[9]又は[10]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[12]
前記ガラスフィラーが、ガラス繊維、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ミルドファイバー、ガラスクロス及びガラスビーズより選ばれる1種以上である、[11]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[13]
酸化防止剤(E)を更に含有する、[1]~[12]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
[14]
前記酸化防止剤(E)が、銅化合物、ヨウ素化合物、リン系化合物、フェノール系化合物及びイオウ系化合物より選ばれる1種以上である、[13]に記載のスチレン系樹脂組成物。
[15]
[1]~[14]のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物を含有する成形体。
樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比[(A1)/(A2)]が25/75~55/45である。
以下、各項目について詳細に説明する。
本発明のスチレン系樹脂組成物に含まれる樹脂(A)は、シンジオタクチック構造を有するスチレン系樹脂(SPS)(A1)と、脂肪族ポリアミド(A2)とを含み、樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比[(A1)/(A2)]は25/75~55/45である。
樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比が25/75未満になると、耐熱水性が低下するため好ましくない。樹脂(A)中のSPS(A1)の質量比が55/45を超えると、引張破断伸び等の力学物性が低下する。特に引張初期の破断伸びが低下するため好ましくない。
樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比[(A1)/(A2)]は、初期の力学物性と耐熱水性を向上させる観点から、25/75~50/50が好ましく、25/75~40/60がより好ましく、25/75~35/65が更に好ましい。一方、引張強度等の力学物性を向上させる観点から、29/71~55/45が好ましく、35/65~55/45がより好ましく、40/60~55/45が更に好ましい。
スチレン系樹脂(A1)は、高度なシンジオタクチック構造を有するSPSである。本明細書において「シンジオタクチック」とは、隣り合うスチレン単位におけるフェニル環が、重合体ブロックの主鎖によって形成される平面に対して交互に配置(以下において、シンジオタクティシティと記載する)されている割合が高いことを意味する。
タクティシティは、同位体炭素による核磁気共鳴法(13C-NMR法)により定量同定できる。13C-NMR法により、連続する複数の構成単位、例えば連続した2つのモノマーユニットをダイアッド、3つのモノマーユニットをトリアッド、5つのモノマーユニットをペンタッドとしてその存在割合を定量することができる。
スチレン系樹脂(A1)として、好適に用いられる共重合体としては、スチレンとp-メチルスチレンとの共重合体、スチレンとp-tert-ブチルスチレンとの共重合体、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体等が挙げられ、スチレンとp-メチルスチレンとの共重合体が好ましい。
本明細書において、重量平均分子量とは、特段の記載がない限り、東ソー株式会社製GPC装置(HLC-8321GPC/HT)、東ソー株式会社製GPCカラム(GMHHR-H(S)HTC/HT)を用い、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを用いて145℃でゲル浸透クロマトグラフィー測定法により測定し、標準ポリスチレンの検量線を用いて換算した値である。
本発明のスチレン系樹脂組成物を構成する脂肪族ポリアミドとしては、公知の脂肪族ポリアミドを使用することができる。
脂肪族ポリアミドは、脂肪族ジアミン成分と脂肪族ジカルボン酸成分、あるいは脂肪族アミノカルボン酸を重合して得られる重合体である。
具体的には、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド34、ポリアミド12、ポリアミド11、ポリアミド610等が挙げられ、ポリアミド6、ポリアミド66が好ましく、ポリアミド66がより好ましい。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、0.05~0.75質量%の高級脂肪酸金属塩(B)を含有する。
高級脂肪酸金属塩(B)の含有量は、スチレン系樹脂組成物中、0.05~0.75質量%であり、0.05~0.50質量%が好ましく、0.05~0.30質量%がより好ましく、0.07~0.20質量%が更に好ましく、0.08~0.15質量%がより更に好ましい。
高級脂肪酸金属塩の含有量が0.05~0.75質量%であると、成形時のモールドデポジットを効率よく抑制することができ、さらには得られた成形体の強度及び耐熱水性が優れるものとなる。
アウトガス量合計に占める高級脂肪酸塩(B)由来のガスの割合は、スチレン系樹脂組成物を加熱し、ガスクロマトグラフによってアウトガス全量と高級脂肪酸に由来するガスを定量して算出することができ、具体的には、実施例に記載の方法によって求めることができる。
金属塩の金属としては、2価又は3価の典型元素金属が好ましく、具体的には、アルミニウム、カルシウム、亜鉛、マグネシウムが挙げられ、アルミニウムが好ましい。
高級脂肪酸金属塩(B)の融点は、100~200℃が好ましい。
高級脂肪酸金属塩(B)の具体例としては、ステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸鉛等のステアリン酸金属塩が好ましく、なかでもステアリン酸アルミニウム、ステアリン酸カルシウムが好ましく、ステアリン酸アルミニウムがより好ましい。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、スチレン系樹脂(A1)と相溶性を有し、脂肪族ポリアミド(A2)と反応可能な極性基を有する相溶化剤(C)を含有することが好ましい。
相溶化剤(C)はSPS(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との相溶性を向上させ、ドメインを微分散化し、各成分間の界面強度を向上させることを目的として配合される。
たとえば、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリビニルメチルエーテル等がポリマー鎖の主鎖又はグラフト鎖として有する構造が挙げられ、ポリフェニレンエーテル構造であることが好ましい。
すなわち、相溶化剤(C)は、ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル、ポリビニルメチルエーテルより選ばれる1種以上をポリマー鎖の主鎖又はグラフト鎖として有することが好ましく、ポリフェニレンエーテルをポリマー鎖の主鎖又はグラフト鎖として有することがより好ましい。
ポリアミド(A2)と反応可能な極性基とは、ポリアミドが有する極性基と反応しうる官能基を指す。好ましい具体例としては、酸無水物基、カルボン酸基、カルボン酸エステル基、カルボン酸ハライド基、カルボン酸アミド基、カルボン酸塩基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、スルホン酸塩化物基、スルホン酸アミド基、スルホン酸塩基、エポキシ基、アミノ基、イミド基、オキサゾリン基より選ばれる1種以上が挙げられ、なかでも酸無水物基、カルボン酸基がより好ましい。
変性ポリフェニレンエーテルとしては、フマル酸変性ポリフェニレンエーテル、無水マレイン酸変性ポリフェニレンエーテル、(スチレン-無水マレイン酸)-ポリフェニレンエーテル-グラフトポリマー、グリシジルメタクリレート変性ポリフェニレンエーテル、アミン変性ポリフェニレンエーテル等が挙げられ、フマル酸変性ポリフェニレンエーテル及び無水マレイン酸変性ポリフェニレンエーテルが好ましく、フマル酸変性ポリフェニレンエーテルがより好ましい。
変性SPSとしては、極性基を有する変性SPSが好ましく、具体的には、無水マレイン酸変性SPS、フマル酸変性SPS、グリシジルメタクリレート変性SPS、アミン変性SPS等が挙げられる。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、無機フィラー(D)を含有することが好ましい。
無機フィラー(D)の形状としては、繊維状、粒状、粉状等が挙げられる。
繊維状フィラーとしては、ガラス繊維、炭素繊維、ウィスカー、セラミック繊維、金属繊維等が挙げられ、ガラス繊維が好ましい。
ウィスカーとしては、ホウ素、アルミナ、シリカ、炭化ケイ素等が挙げられる。
セラミック繊維としては、セッコウ、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。
金属繊維としては、銅、アルミニウム、鋼等が挙げられる。
無機フィラーの形状としてはクロス状、マット状、集束切断状、短繊維、フィラメント状のもの、ウィスカーが挙げられ、集束切断状の場合、長さは0.05~50mmであるものが好ましく、繊維径は5~20μmであるものが好ましい。クロス状、マット状の場合、長さは1mm以上であるものが好ましく、5mm以上であるものがより好ましい。
ガラスフィラーは、ガラス繊維、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ミルドファイバー、ガラスクロス及びガラスビーズより選ばれる1種以上であることがより好ましく、優れた機械強度が得られるため、ガラス繊維が更に好ましい。
ガラスフィラーは、Eガラス、Cガラス、Sガラス、Dガラス、ECRガラス、Aガラス、ARガラス等を挙げることができる。また、酸化ホウ素を含まないガラスも用いることができる。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、酸化防止剤(E)を含有することが好ましい。
酸化防止剤(E)は、銅化合物、ヨウ素化合物、リン系化合物、フェノール系化合物及びイオウ系化合物より選ばれる1種以上を用いることが好ましく、耐熱性の観点から、銅化合物、ヨウ素化合物、フェノール系化合物がより好ましい。
無機ハロゲン化銅は、塩化銅、臭化銅及びヨウ化銅等が挙げられる。
無機酸の銅塩は、硫酸銅、硝酸銅及びリン酸銅等が挙げられる。
有機酸の銅塩は、酢酸、サリチル酸銅、ステアリン酸銅、オレイン酸銅、安息香酸銅、ギ酸銅、プロピオン酸銅、シュウ酸銅、セバシン酸銅、乳酸銅、モンタン酸銅、アジピン酸銅、イソフタル酸銅、ピロリン酸銅及びアンモニア銅等が挙げられる。
銅錯体化合物は、無機ハロゲン化銅とキシリレンジアミン、ベンズイミダゾール、2-メルカプトベンズイミダゾール等が挙げられる。
これらの中でも、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅及び硝酸銅が好ましい。銅化合物は一種用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明のスチレン系樹脂組成物には、本発明の目的を阻害しない範囲で一般に使用される架橋剤、架橋助剤、核剤、可塑剤、離型剤、着色剤及び/または帯電防止剤等のその他成分を添加することができる。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、樹脂(A)及び高級脂肪酸金属塩(B)と、必要に応じて上記その他成分とを配合・混練して組成物を得る。配合及び混練は、通常用いられている機器、例えば、リボンブレンダー、ドラムタンブラー、ヘンシェルミキサーなどで予備混合して、バンバリーミキサー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、多軸スクリュー押出機及びコニーダ等を用いる方法で行うことができる。
上記の溶融混練した本発明のスチレン系樹脂組成物、または得られたペレットを原料として、射出成形法、射出圧縮成形法、押出成形法、ブロー成形法、プレス成形法、真空成形法及び発泡成形法等により各種成形体を製造することができる。このようにして得られた成形体は本発明のスチレン系樹脂組成物を含有する。特に、溶融混練により得られたペレットを用いて、射出成形及び射出圧縮成形による射出成形体の製造に好適に用いることができる。
本発明のスチレン系樹脂組成物は、優れた耐熱水性を有し、かつ成形時の金型汚染を抑制することができるため、本発明のスチレン系樹脂組成物を含有する成形体は、自動車用センサー、ハウジング、コネクター、大型自動車用排気ブレーキの電磁弁、発熱を伴うLEDディスプレイ部品、車載照明、信号灯、非常灯、端子台、ヒューズ部品、高電圧部品などの用途に好ましくは用いることができ、特に自動車用コネクターとして好適に用いることができる。
無機フィラー(D)以外の各成分を表1に記載する割合で配合し、ヘンシェルミキサーでドライブレンドした。続いて、37mmのシリンダ径を有する二軸スクリュー混練機(東芝機械社製:TEM35B)を用いて、スクリュー回転数200rpm、バレル温度330℃で、無機フィラー(D)を表1に記載する割合でサイドフィードしながら樹脂組成物を混練し、ペレットを作製した。得られたペレットを、熱風乾燥機を用いて80℃で5時間乾燥した。
(1)金型汚染
前記<I>で得られたペレットを用い、射出成形機[住友重機械工業社製 SH100A]を用い、成形条件として、シリンダ温度290℃、金型温度80℃、成形サイクル40秒(冷却時間18秒)を用い、80×80×2mm角板試験片中のデポジット評価入れ子を使用して、ショートショット法により500回成形した後の、金型の堆積物(モールドデポジット)を目視で確認し、以下の評価基準で評価した。
A:油状物様の堆積物は見られるが、針状結晶様の堆積物はなく、堆積量は非常に少ない
B:油状物様の堆積物は見られるが、針状結晶様の堆積物はなく、堆積量は少ない
C:針状結晶様の堆積物が見られるが、堆積量は少ない
D:針状結晶様の堆積物が見られるが、堆積量は多い
E:針状結晶様の堆積物が見られ、堆積量は非常に多い
評価がA~Bであれば、金型汚染が少なく、連続成形が可能である。
前記<I>で得られたペレットを用い、射出成形機[住友重機械工業社製 SH100A]を用い、成形条件として、シリンダ温度290℃、金型温度80℃、成形サイクル38秒(冷却時間18秒)を用い、JIS K7139:2015に準拠し、ダンベル型引張試験片(タイプA)を成形した。この試験片を引張試験機(島津製作所社製、商品名:オートグラフAG5000B)に取り付け、ISO527-1:2012(第2版)に準拠した後述の試験条件で、引張試験を行った。また、120℃のプレッシャークッカーに試験片を投入し、400時間後の試験片の引張強度を上記と同様に測定し、その強度保持率(%)を求めた。物性保持率について、下記の基準で評価を行った。
試験条件:初期チャック間距離100mm、引張速度5mm/分、室温
A:60%以上
B:57%以上60%未満
C:53%以上57%未満
D:50%以上53%未満
E:50%未満
評価がA~Cであれば、耐熱水性が優れる。
実施例の樹脂組成物(ペレット)については、前記(2)引張強度保持率を測定する際に、引張破断伸び保持率も同時に測定した。
熱水浸漬後の引張破断伸び保持率の値が大きいと、靭性に優れるため、成形体等の製品において、外力が加わった場合にも製品が壊れにくくなり好ましい。
前記<I>で得られたペレットを粉砕し、10mgを量り取り、加熱脱着装置付きガスクロマトグラフ(TDU-GC)を用いて、下記の条件により、樹脂組成物のアウトガス量を測定し、ステアリン酸アルミニウム由来のピーク面積から、アウトガス量合計に占める高級脂肪酸塩由来のガスの割合(%)を算出した。
(測定条件)
ガスクロマトグラフ(GC装置):GC7890B(アジレント・テクノロジー株式会社製)
加熱脱着装置:TDU(ゲステル株式会社製)
カラムDB-5MS(30m×0.25mm i.d. df=0.25μm)
TDU条件:50℃(0.01min)→720℃/min→310℃又は330℃(10min)、スプリットレス
CIS条件:-50℃(0.01min)→12℃/sec→350℃(5min)、スプリット
オーブン温度条件:50℃(5min)→10℃/min→330℃(10min)
キャリアガス流量:He、1mL/min
検出器(FID)温度:330℃
定量方法:ステアリン酸アルミニウム由来のピークの定量は、ステアリン酸を標準物質とした絶対検量線法によって行った。
表に示す割合(質量%)で各成分を配合し、上記成形条件に従って各種評価を行った。用いた成分は以下の通りである。
SPS(A1):[ザレック90ZC、出光興産株式会社製、重量平均分子量200,000、MFR9.0g/10分(温度300℃、荷重1.2kg)]
脂肪族ポリアミド(A2):ナイロン66[Ascend Performance Materials社製、Vydyne(登録商標)50BWFS]
高級脂肪酸金属塩(B):ステアリン酸アルミニウム[FACI社製、M-132HG]
相溶化剤(C):フマル酸変性ポリフェニレンエーテル[出光興産株式会社製、CX-1]
無機フィラー(D):ECS03T-249H[日本電気硝子株式会社製、Eガラス、繊維状(チョップドストランド長さ3mm)、繊維断面略真円形状(φ10.5μm)、シランカップリング剤処理]
酸化防止剤(E):ヨウ化銅/ヨウ化カリウム化合物:[PolyAd社製、AL-120FF]
Claims (10)
- シンジオタクチック構造を有するスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)とを含む樹脂(A)、0.05~0.75質量%の高級脂肪酸金属塩(B)及びスチレン系樹脂(A1)と相溶性を有し、脂肪族ポリアミド(A2)と反応可能な極性基を有する相溶化剤(C)を含有し、
高級脂肪酸金属塩(B)がステアリン酸金属塩であり、
相溶化剤(C)が変性ポリフェニレンエーテルであり、
樹脂(A)中のスチレン系樹脂(A1)と脂肪族ポリアミド(A2)との質量比[(A1)/(A2)]が25/75~55/45である、スチレン系樹脂組成物。 - 脂肪族ポリアミド(A2)がポリアミド66である、請求項1に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 高級脂肪酸金属塩(B)がステアリン酸アルミニウムである、請求項1又は2に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 無機フィラー(D)を更に含有する、請求項1~3のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
- 無機フィラー(D)がシラン系カップリング剤又はチタン系カップリング剤により処理されている、請求項4に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 無機フィラー(D)がガラスフィラーである、請求項4又は5に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 前記ガラスフィラーが、ガラス繊維、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ミルドファイバー、ガラスクロス及びガラスビーズより選ばれる1種以上である、請求項6に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 酸化防止剤(E)を更に含有する、請求項1~7のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物。
- 前記酸化防止剤(E)が、銅化合物、ヨウ素化合物、リン系化合物、フェノール系化合物及びイオウ系化合物より選ばれる1種以上である、請求項8に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 請求項1~9のいずれか1つに記載のスチレン系樹脂組成物を含有する成形体。
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