JPWO2018199239A1 - ポリエステルエラストマー樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

長期連続使用における金型汚染性と140℃を超える環境下においてグリースと接触することで生じるポリエステルエラストマーの物性低下などの課題を改善するポリエステルエラストマー樹脂組成物であって、芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルからなるハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントが結合されてなる熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)、芳香族カルボジイミド化合物(C)、及びポリアミド樹脂(D)を、(A)100質量部に対して(B)0.1〜2質量部、(C)0.1〜2質量部、(D)0.1〜10質量部の割合で含有するポリエステルエラストマー樹脂組成物である。

Description

本発明は、耐熱性および耐グリース性に優れるのみならず、金型汚染性が改善されたポリエステルエラストマー樹脂組成物に関する。
熱可塑性ポリエステルエラストマーは、射出成形性、押出成形性に優れ、機械的強度が高く、弾性回復性、耐衝撃性、柔軟性などのゴム的性質、耐寒性に優れる材料として、自動車部品、電気・電子部品、繊維、フィルムなどの用途に使用されている。
従来、熱可塑性ポリエステルエラストマーは、溶融粘度が低いためブロー成形用には不適であったが、ポリエポキシ化合物やポリイソシアネート化合物などで増粘する方法が採用されるようになり、近年、自動車の等速ジョイントのような自在軸継手の防塵、グリース保持を目的としたフレキシブルブーツなどのブロー成形品にも熱可塑性ポリエステルエラストマーの特徴を生かして採用されている(特許文献1参照)。
フレキシブルブーツなどの機能性部品に対する要求特性としては、耐屈曲疲労性、耐熱老化性、耐油性、耐グリース性などがあるが、年々、より高いレベルが要求されるようになってきており、対処法として酸化防止剤の組み合わせ(特許文献2参照)、酸化防止剤とエポキシ化合物との組み合わせ(特許文献3参照)、エポキシ化合物類とカルボジイミド化合物との組み合わせ(特許文献4参照)などが提案されている。
特許文献2、3の方法では、確かに耐熱老化性、耐油性、耐グリース性などの改善効果が認められるものの、特に、耐グリース性に関し、140℃を超える、より過酷な環境下では、屈曲疲労性などの点で十分ではない場合があり、さらなる改善の余地があった。また、特許文献4の方法では、多量のエポキシ化合物の配合が必要であるとともに、ブロー成形品の耐油性、耐グリース性などの特性に関しては全く考慮されていない。
出願人は、かかる従来技術の問題を解消するために、高温環境下での耐グリース性にも優れるポリエステルエラストマー樹脂組成物を提案した(特許文献5参照)。しかしながら、この特許文献5の方法は、耐グリース性の点は良く考慮されているが、長期連続成形時の金型汚染の問題が発生し、さらなる改善の余地があった。
特許第3714747号公報 特開平11−323109号公報 特開平11−323110号公報 特開2012−107155号公報 PCT/JP2017/004502
本発明は、上記従来技術の現状に鑑みなされたものであり、その目的は、高温環境下での耐熱性、耐グリース性にも優れるのみならず、金型汚染性が改善されたポリエステルエラストマー樹脂組成物を提供することにある。
本発明者は、上記目的を達成するため、耐グリース性の向上と長期連続成形時に発生する金型汚染の原因について鋭意検討した。その結果、増粘剤として脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物を配合した場合、該ポリカルボジイミド化合物の配合量が少ないと、耐グリース性の改善が見られるものの、ポリエステルエラストマー樹脂組成物の耐熱性は満足できるものでは無いと判明した。これを改善するため、該ポリカルボジイミド化合物の配合量を増やすと、長期連続成形時に、該ポリカルボジイミド化合物の分解物のイソシアネート化合物が発生し、著しく金型汚染性を悪化させることを見出した。そして、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物を特定範囲の含有量に限定し、かつ芳香族ポリカルボジイミド化合物を組み合わせることにより、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物由来のイソシアネート化合物の発生を効率的に抑制でき、さらに極めて優れた耐グリース性と耐熱性が発現することを見出し、本発明の完成に至った。
即ち、本発明は、以下の(1)〜(7)の構成を有するものである。
(1)芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルからなるハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントが結合されてなる熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)、芳香族カルボジイミド化合物(C)、及びポリアミド樹脂(D)を、(A)100質量部に対して(B)0.1〜2質量部、(C)0.1〜2質量部、(D)0.5〜10質量部の割合で含有することを特徴とするポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(2)脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)が、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の末端カルボキシ基量を1とした場合、カルボジイミド官能基量が0.3〜1.5当量となるような量で配合されている、(1)に記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(3)ポリアミド樹脂(D)がポリアミド6及び/又は2元あるいは3元以上の共重合ポリアミド樹脂からなる(1)または(2)に記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(4)芳香族アミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、及びリン系酸化防止剤から選ばれる少なくとも1種の酸化防止剤をさらに含有し、前記酸化防止剤を、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.01〜3質量部の割合で含有する、(1)〜(3)のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(5)ポリエステルエラストマー樹脂組成物の還元粘度が、2.0〜3.5dl/g、酸価が0〜5eq/tである、(1)〜(4)のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(6)ポリエステルエラストマー樹脂組成物に尿素化合物含有グリースを塗布した状態での130℃、300時間処理後の還元粘度が、2.0dl/g以上である、(1)〜(5)のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
(7)熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂(A)のソフトセグメントが、脂肪族ポリエーテルである、(1)〜(6)のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、高温環境下での耐熱性、耐グリース性に優れるだけでなく、長期連続使用において金型汚染が少なく、生産性に優れるため、耐屈曲疲労性、耐熱老化性、耐油性、耐グリース性などが高いレベルで要求される用途で、140℃を超える過酷な環境下においても好適に使用することができる。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルからなるハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントが結合されてなる熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)、芳香族カルボジイミド化合物(C)及びポリアミド樹脂(D)をそれぞれ特定の割合で含有することを特徴とするものである。以下、その内容を詳述する。
[熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)]
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)は、ハードセグメントとソフトセグメントからなる。ハードセグメントは、ポリエステルからなる。ハードセグメントのポリエステルを構成する芳香族ジカルボン酸としては、通常の芳香族ジカルボン酸が広く用いられ、特に限定されないが、主たる芳香族ジカルボン酸としてはテレフタル酸又はナフタレンジカルボン酸(異性体の中では2,6−ナフタレンジカルボン酸が好ましい)であることが望ましい。これらの芳香族ジカルボン酸の含有量は、ハードセグメントのポリエステルを構成する全ジカルボン酸中、70モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましい。その他のジカルボン酸成分としては、ジフェニルジカルボン酸、イソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、テトラヒドロ無水フタル酸などの脂環族ジカルボン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、ダイマー酸、水添ダイマー酸などの脂肪族ジカルボン酸などが挙げられる。これらは、熱可塑性ポリエステルエラストマーの融点を大きく低下させない範囲で用いられることができ、その量は全酸成分の30モル%以下、好ましくは20モル%以下である。
また、本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)において、ハードセグメントのポリエステルを構成する脂肪族又は脂環族ジオールとしては、一般の脂肪族又は脂環族ジオールが広く用いられ、特に限定されないが、主として炭素数2〜8のアルキレングリコール類であることが望ましい。具体的には、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノールなどが挙げられる。これらの中でも、耐熱性を付与する上でエチレングリコール、1,4−ブタンジオールのいずれかであることが好ましい。
上記のハードセグメントのポリエステルを構成する成分としては、ブチレンテレフタレート単位(テレフタル酸と1,4−ブタンジオールからなる単位)あるいはブチレンナフタレート単位(2,6−ナフタレンジカルボン酸と1,4−ブタンジオールからなる単位)よりなるものが、物性、成形性、コストパフォーマンスの点から好ましい。
また、本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)におけるハードセグメントを構成するポリエステルとして好適な芳香族ポリエステルを事前に製造し、その後ソフトセグメント成分と共重合させる場合、該芳香族ポリエステルは、通常のポリエステルの製造法に従って容易に得ることができる。また、かかるポリエステルは、数平均分子量10000〜40000を有しているものが望ましい。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)のソフトセグメントは、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種である。
脂肪族ポリエーテルとしては、ポリ(エチレンオキシド)グリコール、ポリ(プロピレンオキシド)グリコール、ポリ(テトラメチレンオキシド)グリコール、ポリ(ヘキサメチレンオキシド)グリコール、ポリ(トリメチレンオキシド)グリコール、エチレンオキシドとプロピレンオキシドの共重合体、ポリ(プロピレンオキシド)グリコールのエチレンオキシド付加物、エチレンオキシドとテトラヒドロフランの共重合体などが挙げられる。これらの中でも、弾性特性の点から、ポリ(テトラメチレンオキシド)グリコール、ポリ(プロピレンオキシド)グリコールのエチレンオキシド付加物が好ましい。
脂肪族ポリエステルとしては、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリエナントラクトン、ポリカプリロラクトン、ポリブチレンアジペートなどが挙げられる。これらの中でも、弾性特性の点から、ポリ(ε−カプロラクトン)、ポリブチレンアジペートが好ましい。
脂肪族ポリカーボネートは、主として炭素数2〜12の脂肪族ジオール残基からなるものであることが好ましい。これらの脂肪族ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、3−メチル−1,5−ペンタンジオール、2,4−ジエチル−1,5−ペンタンジオール、1,9−ノナンジオール、2−メチル−1,8−オクタンジオールなどが挙げられる。特に、得られる熱可塑性ポリエステルエラストマーの柔軟性や低温特性の点から、炭素数5〜12の脂肪族ジオールが好ましい。これらの成分は、以下に説明する事例に基づき、単独で用いてもよいし、必要に応じて2種以上を併用してもよい。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)のソフトセグメントを構成する、低温特性が良好な脂肪族ポリカーボネートジオールとしては、融点が低く(例えば、70℃以下)かつ、ガラス転移温度が低いものが好ましい。一般に、熱可塑性ポリエステルエラストマーのソフトセグメントを形成するのに用いられる1,6−ヘキサンジオールからなる脂肪族ポリカーボネートジオールは、ガラス転移温度が−60℃前後と低く、融点も50℃前後となるため、低温特性が良好なものとなる。その他にも、上記脂肪族ポリカーボネートジオールに、例えば、3−メチル−1,5−ペンタンジオールを適当量共重合して得られる脂肪族ポリカーボネートジオールは、元の脂肪族ポリカーボネートジオールに対してガラス転移点が若干高くなるものの、融点が低下もしくは非晶性となるため、低温特性が良好な脂肪族ポリカーボネートジオールに相当する。また、例えば、1,9−ノナンジオールと2−メチル−1,8−オクタンジオールからなる脂肪族ポリカーボネートジオールは、融点が30℃程度、ガラス転移温度が−70℃前後と十分に低いため、低温特性が良好な脂肪族ポリカーボネートジオールに相当する。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)のソフトセグメントとしては、本発明の課題を解決する観点から、脂肪族ポリエーテルが好ましい。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)は、テレフタル酸、1,4−ブタンジオール、及びポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールを主たる成分とする共重合体であることが好ましい。熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)を構成するジカルボン酸成分中、テレフタル酸が40モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、90モル%以上であることが特に好ましい。熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)を構成するグリコール成分中、1,4−ブタンジオールとポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールの合計が40モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましく、80モル%以上であることがさらに好ましく、90モル%以上であることが特に好ましい。
前記ポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールの数平均分子量は、500〜4000であることが好ましい。数平均分子量が500未満であると、エラストマー特性を発現しにくい場合がある。一方、数平均分子量が4000を超えると、ハードセグメント成分との相溶性が低下し、ブロック状に共重合することが難しくなる場合がある。ポリ(テトラメチレンオキシド)グリコールの数平均分子量は、800以上3000以下であることがより好ましく、1000以上2500以下であることがさらに好ましい。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)において、ハードセグメントとソフトセグメントの質量比は、一般に、ハードセグメント:ソフトセグメント=30:70〜95:5であることが好ましく、より好ましくは40:60〜90:10、さらに好ましくは45:55〜87:13、最も好ましくは50:50〜85:15の範囲である。
本発明で使用する熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)は、公知の方法で製造することができる。例えば、ジカルボン酸の低級アルコールジエステル、過剰量の低分子量グリコール、およびソフトセグメント成分を触媒の存在下エステル交換反応させ、得られる反応生成物を重縮合する方法、ジカルボン酸と過剰量のグリコールおよびソフトセグメント成分を触媒の存在下でエステル化反応させ、得られる反応生成物を重縮合する方法、あらかじめハードセグメントのポリエステルを作っておき、これにソフトセグメント成分を添加してエステル交換反応によりランダム化させる方法、ハードセグメントとソフトセグメントを鎖連結剤でつなぐ方法、さらにポリ(ε−カプロラクトン)をソフトセグメントに用いる場合は、ハードセグメントにε−カプロラクトンモノマーを付加反応させる方法などのいずれの方法をとってもよい。
[脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)]
本発明では、化合物中に芳香環を有していても、カルボジイミド基に直接、結合しているのが脂肪族及び/又は脂環族基である化合物は、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)とする。本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)は、増粘剤としての役割を有する。本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)は、脂環族及び/又は脂肪族の化合物から成り、1分子内にカルボジイミド基(−N=C=N−の構造)を2つ以上有するポリカルボジイミドであればよい。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)は、例えば、ジイソシアネート化合物の脱二酸化炭素反応により得ることができる。ここで使用できるジイソシアネート化合物としては、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネートなどが挙げられる。これらは1種のみを用いてもよいし、2種以上を共重合させて用いることもできる。また、分岐構造を導入したり、カルボジイミド基やイソシアネート基以外の官能基を共重合により導入したりしてもよい。さらに、末端のイソシアネートはそのままでも使用可能であるが、末端のイソシアネートを反応させることにより重合度を制御してもよいし、末端イソシアネートの一部を封鎖してもよい。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)としては、特に、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートなどに由来する脂環族ポリカルボジイミドが好ましく、特に、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートやイソホロンジイソシアネートに由来するポリカルボジイミドがよい。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)は、1分子あたり2〜50個のカルボジイミド基を含有することが、安定性と取り扱い性の点で好ましい。より好ましくは1分子あたりカルボジイミド基を5〜30個含有するのがよい。ポリカルボジイミド分子中のカルボジイミドの個数(すなわちカルボジイミド基数)は、ジイソシアネート化合物から得られたポリカルボジイミドであれば、重合度に相当する。例えば、21個のジイソシアネート化合物が鎖状につながって得られたポリカルボジイミドの重合度は20であり、分子鎖中のカルボジイミド基数は20である。通常、ポリカルボジイミド化合物は、種々の長さの分子の混合物であり、カルボジイミド基数は、平均値で表される。前記範囲のカルボジイミド基数を有し、室温付近で固形であると、粉末化できるので、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)との混合時の作業性や相溶性に優れ、均一反応性、耐ブリードアウト性の点でも好ましい。なお、カルボジイミド基数は、例えば、常法(アミンで溶解して塩酸で逆滴定を行う方法)を用いて測定できる。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)は、末端にイソシアネート基を有し、イソシアネート基含有率が0.5〜4質量%であることが、安定性と取り扱い性の点で好ましい。より好ましくは、イソシアネート基含有率は1〜3質量%である。特に、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネートやイソホロンジイソシアネートに由来するポリカルボジイミドであって、前記範囲のイソシアネート基含有率を有するものが好ましい。なお、イソシアネート基含有率は常法(アミンで溶解して塩酸で逆滴定を行う方法)を用いて測定できる。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)の含有量は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して、0.1〜2質量部であり、好ましくは0.3質量部以上、1.8質量部以下であり、より好ましくは0.5質量部以上、1.5質量部以下である。脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)の含有量が、上記範囲未満であると、耐熱性が不十分であり、上記範囲を超えると、ポリカルボジイミド化合物の塩基性により熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の加水分解が生じ機械的特性に影響を与える傾向があり、さらに長期連続成形時に、該ポリカルボジイミド化合物の分解物のイソシアネート化合物が発生し、金型汚染性を悪化させてしまう。
本発明で使用する脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)の配合割合は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の末端カルボキシ基量を1とした場合、カルボジイミド官能基量が0.3〜1.5当量となる量であることが好ましい。この脂環族/脂肪族カルボジイミド官能基量は、ポリエステルエラストマー樹脂組成物中に含まれる熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の末端カルボキシ基量を1当量とした場合の、ポリエステルエラストマー樹脂組成物中に含まれる脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)カルボジイミド官能基量が0.3〜1.5当量であることを表す。脂環族/脂肪族カルボジイミド官能基量は、より好ましくは、0.5当量以上、1.3当量以下であり、さらに好ましくは0.8当量以上、1.1当量以下である。カルボジイミド官能基量が上記範囲未満であると、目標とした熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の耐熱性が不十分であるおそれがあり、上記範囲を超えると、過剰量のポリカルボジイミドが成形時に分解して金型汚染成分となるイソシアネート化合物が多量に発生し、著しく金型汚染性を悪化させるおそれがある。
[芳香族カルボジイミド化合物(C)]
本発明では、カルボジイミド基に直接、芳香環が結合している化合物を芳香族カルボジイミド化合物(C)とする。本発明で使用する芳香族カルボジイミド化合物(C)は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の分子鎖酸末端の封鎖剤としての役割を果たす。さらに、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)と所定量ずつ含有することで、長期連続成形時の金型汚染の抑制、及び優れた耐グリース性と耐熱性を達成する役割を果たす。芳香族カルボジイミド化合物(C)の分解物である芳香族イソシアネート化合物は、失活しやすいので発生しても金型汚染の原因になりにくいためと考えられる。本発明で使用する芳香族カルボジイミド化合物(C)は、芳香族の化合物から成り、1分子内にカルボジイミド基(−N=C=N−の構造)を1つ以上有するカルボジイミドであればよい。
本発明で使用する芳香族カルボジイミド化合物(C)は、例えば、触媒として有機リン系化合物又は有機金属化合物を用い、各種有機(ジ)イソシアネートを脱炭酸縮合反応させることにより合成することができる。
芳香族カルボジイミドを製造するための原料となる有機イソシアネートとしては、例えば、2,6−ジイソプロピルフェニルイソシアネートを用いることができる。
芳香族カルボジイミドを製造するための原料となる有機ジイソシアネートとしては、1,5−ナフタレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、3,3’,5,5’−テトライソプロピルビフェニル−4,4’−ジイソシアネート、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−ジイソシアネートから選ばれる1種又は2種以上を用いることができる。
これらの中では、安定性が高く、ポリエステルエラストマー樹脂組成物に優れた耐加水分解性を付与する観点から、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−ジイソシアネートが好ましい。
本発明で使用する芳香族カルボジイミド化合物(C)の含有量は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して、0.1〜2質量部であり、好ましくは0.2質量部以上、1.5質量部以下であり、より好ましくは0.3質量部以上、1質量部以下である。芳香族カルボジイミド化合物(C)の含有量が、上記範囲未満であると、上記した役割を達成することができず、上記範囲を超えると、カルボジイミド化合物の塩基性により熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の加水分解が生じ機械的特性に影響を与える恐れや芳香族カルボジイミド特有の臭気性により、作業環境を悪化させる恐れがある。
[ポリアミド樹脂(D)]
本発明で使用するポリアミド樹脂(D)は、ポリエステルエラストマーの耐熱老化性を向上させる役割を有する。本発明で使用するポリアミド樹脂(D)とは、分子鎖中にアミド結合を有する高分子化合物であり、炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基またはその置換脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜16の芳香族炭化水素基またはその置換芳香族炭化水素基を有するジアミンと、炭素数2〜20の脂肪族炭化水素基またはその置換脂肪族炭化水素基、または炭素数6〜16の芳香族炭化水素基またはその置換芳香族炭化水素基を有するジカルボン酸から得られるポリアミド、ラクタムから得られる重合体、ω−アミノカルボン酸から得られる重合体などが挙げられる。例えば、アジピン酸、セバシン酸、リノール酸、ドデカンジオン酸などとエチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、メタキシリレンジアミンなどとの反応により得られる塩の重合体が挙げられ、これらの共重合体または2種類以上を組み合わせて使用してもよい。具体的には、ラクタム又はω−アミノカルボン酸から得られる、ポリアミド4、ポリアミド6、ポリアミド7、ポリアミド8、ポリアミド9、ポリアミド11、ポリアミド12、ジアミンとジカルボン酸から得られる、ポリアミド66、ポリアミド69、ポリアミド610、ポリアミド611、ポリアミド612、ポリアミド6T、ポリアミド6I、ポリアミドMXD6、共重合体である、ポリアミド6/66、ポリアミド6/610、ポリアミド6/6T、ポリアミド6I/6T、ポリアミド6/66/12等が挙げられる。これらのポリアミド樹脂の中でもポリアミド6及び/又は2元あるいは3元以上の共重合ポリアミド樹脂を用いた場合に、より優れた効果が発現出来る。ポリアミド樹脂(D)は、2元あるいは3元以上の共重合ポリアミド樹脂がより好ましい。
本発明で使用するポリアミド樹脂(D)は、アミン価が50〜2000eq/tであることが好ましい。アミン価50eq/t未満の場合、金型汚染成分となるポリカルボジイミド分解物のイソシアネート化合物の補足効果が弱い。アミン価2000eq/tよりも大きい場合、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の加水分解が生じ、機械的特性に影響を与えることがある。アミン価は、70〜1000eq/tであることが好ましく、100〜700eq/tであることがより好ましく、100〜550eq/tであることがさらに好ましい。
本発明で使用するポリアミド樹脂(D)の含有量は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して、0.5〜10質量部である。ポリアミド樹脂(D)が、上記範囲より多いと、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の本来の特性が損なわれるおそれがあり、上記範囲未満では、耐熱性の向上効果が少ない。ポリアミド樹脂(D)の含有量は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して、1〜7質量部が好ましく、2〜5質量部がより好ましい。
[ポリエステルエラストマー樹脂組成物]
本発明におけるポリエステルエラストマー樹脂組成物は、還元粘度が2.0〜3.5dl/gであることが好ましい。より好ましくは、2.1〜3.0dl/gであり、より好ましくは、2.2〜2.9dl/gである。還元粘度が上記範囲よりも小さい場合、樹脂組成物としての耐熱老化性が不十分であり、目的とする耐グリース性能が得られない傾向がある。還元粘度が上記範囲より大きい場合は、成形加工性、特に射出成形時のフローマークなど成形品の外観不良が生じやすい傾向がある。
本発明におけるポリエステルエラストマー樹脂組成物は、酸価が0〜5eq/tであることが好ましい。酸価が5eq/tよりも大きい場合、130℃以上の高温環境下では、グリース中の尿素化合物の作用により加水分解し、機械特性を低下させる傾向がある。
ポリエステルエラストマー樹脂組成物の酸価および還元粘度を上記の範囲とするためには、上記の増粘剤を用いる方法が簡便であるが、この方法には限定されず、例えば固相重合する方法も採用することができる。固相重合は公知の方法が採用されるが、例えば、熱可塑性ポリエステルエラストマーの融点より20〜40℃低い温度で不活性気体流通下もしくは減圧下でペレットを静置もしくは流動させつつ重縮合反応を進行させて高粘度化する方法が挙げられる。
本発明の樹脂組成物には、芳香族アミン系、ヒンダードフェノール系、リン系、硫黄系などの汎用の酸化防止剤を配合することが好ましい。これらは2種以上を併用してもよい。本発明の樹脂組成物に用いられる芳香族アミン系酸化防止剤の具体例としては、フェニルナフチルアミン、4,4’−ジメトキシジフェニルアミン、4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、および4−イソプロポキシジフェニルアミンなどが挙げられる。
ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、汎用の化合物が使用可能であるが、N,N’−ヘキサメチレン−ビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ桂皮酸アミド)、テトラキス[メチレン−3(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンのような分子量が500以上のものが、高温雰囲気下で揮散しにくいことから好ましい。
リン系酸化防止剤としては、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸誘導体、フェニルホスホン酸、ポリホスホネート、ジホスファイト系化合物などのリンを含む化合物が挙げられる。具体例としては、トリフェニルホスファイト、ジフェニルデシルホスファイト、フェニルジイソデシルホスファイト、トリ(ノニルフェニル)ホスファイト、ビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ビス(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト等が挙げられる。
硫黄系酸化防止剤としては、チオエーテル系、ジチオ酸塩系、メルカプトベンズイミダゾール系、チオカルバニリド系、チオジプロピオンエステル系などの硫黄を含む化合物が挙げられる。具体例としては、ジラウリルチオジプロピオネート、ジステアリルチオジプロピオネート、ジドデシルチオジプロピオネート、ジテトラデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート)、チオビス(N−フェニル−β−ナフチルアミン)、2−メルカプトベンゾチアゾール、2−メルカプトベンゾイミダゾール、テトラメチルチウラムモノサルファイド、テトラメチルチウラムジサルファイド、ニッケルジブチルジチオカルバメート、ニッケルイソプロピルキサンテート、トリラウリルトリチオホスファイト等が挙げられる。特に、チオエーテル構造を有するチオエーテル系酸化防止剤は、酸化された物質から酸素を受け取って還元するため、好適に使用することができる。
上記の各酸化防止剤の配合量は、いずれも熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.01〜3質量部が好ましく、より好ましくは0.05〜2質量部、さらに好ましくは0.1〜1質量部である。
本発明に用いるポリエステルエラストマー樹脂組成物の組成、及び組成比を決定する方法としては、試料を重クロロホルム等の溶剤に溶解して測定するH−NMRのプロトン積分比から算出することも可能である。
さらに本発明の樹脂組成物に耐候性を必要とする場合は、紫外線吸収剤および/またはヒンダードアミン系化合物を添加することが好ましい。例えば、ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、トリアゾール系、ニッケル系、サリチル系の光安定剤が使用可能である。添加量は、樹脂組成物の質量基準で、0.1%以上5%以下であることが好ましい。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物には、その他各種の添加剤を配合することができる。添加剤としては、上記以外の樹脂、無機フィラー、安定剤、及び老化防止剤を本発明の特徴を損なわない範囲で添加することができる。また、その他の添加剤として、着色顔料、無機、有機系の充填剤、カップリング剤、タック性向上剤、クエンチャー、金属不活性化剤等の安定剤、難燃剤等を添加することもできる。これら各種添加剤の配合量は、合計で、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して20質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましい。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)、芳香族カルボジイミド化合物(C)、及びポリアミド樹脂(D)の合計で、全体の70質量%以上を占めることが好ましく、より好ましくは全体の80質量%以上、さらに好ましくは全体の90質量%以上を占める。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、上記のように構成されているので、後記する実施例の項に記載の耐グリース性を評価する130℃、300時間熱処理後の還元粘度が、2.0dl/g以上であるという特徴を有する。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、上記のように構成されているので、後記する実施例の項に記載の耐グリース性を評価する熱老化試験において、140℃、300時間熱処理後の引張伸度が、200%以上であるという特徴を有する。この引張伸度は、実施例の項に記載の通り、JIS K6251:2010に準じて測定した切断時伸びである。
また、本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、上記のように構成されているので、後記する実施例の項に記載の耐グリース性を評価する屈曲疲労性試験において、130℃雰囲気下でのデマッチャ破断回数(破断に至るまでの回数)が、400万回以上であるという特徴を有する。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、上記のように構成されているので、後記する実施例の項に記載の耐熱性を評価する熱老化試験において、150℃、500時間熱処理後の引張伸度が、500%以上であるという特徴を有する。この引張伸度は、実施例の項に記載の通り、JIS K6251:2010に準じて測定した切断時伸びである。
本発明の効果を実証するために以下に実施例を挙げるが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。なお、実施例に記載された各測定値は、以下の方法によって測定した。
融点:
セイコー電子工業株式会社製の示差走査熱量分析計「DSC220型」を使用した。具体的には、測定試料5mgをアルミパンに入れ、蓋を押さえて密封し、窒素中で250℃で2分間溶融した後、降温速度20℃/分で50℃まで降温し、さらに50℃から250℃まで20℃/分で昇温し、サーモグラム曲線を測定した。得られたサーモグラム曲線から、融解による、吸熱ピークを求め、これを融点とした。
還元粘度(dl/g):
充分乾燥したポリエステルエラストマー樹脂組成物0.02gをフェノール/テトラクロロエタン(質量比6/4)の混合溶媒10mlに溶解し、ウベローゼ粘度計で30℃で還元粘度を測定した。
酸価(eq/t):
試料0.2gを精秤し、20mlのクロロホルムに溶解し、0.01Nの水酸化カリウム(エタノール溶液)で滴定して、酸価を求めた。指示薬にはフェノールフタレインを用いた。
アミン価(eq/t):
試料3gを秤量し、m−クレゾール80mlに溶解させて溶液を調製した。この溶液について、京都電子工業社製「AT−500N」を用い、滴定液として0.05mol/lの過塩素酸メタノール溶液を用いて電位差適定法により滴定を行ない、アミン価を求めた。
相対粘度:
ポリアミド樹脂の相対粘度の測定方法は、一般的に、溶解に使用する溶剤の種類により、メタクレゾール、96%硫酸、及び90%ギ酸の三種類の溶剤による方法があるが、本発明におけるポリアミド樹脂(C)の相対粘度は、98%硫酸溶液(ポリアミド樹脂濃度1g/dl、温度25℃)で測定した。
実施例で使用した原料は下記の通りである。
熱可塑性ポリエステルエラストマー(A):
(ポリエステルエラストマーA1)
特開平9−59491号公報に記載の方法により、テレフタル酸/1,4−ブタンジオール/ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG:数平均分子量1500)が100/88/12(モル比)の熱可塑性ポリエステルエラストマーを製造して、これをポリエステルエラストマーA1とした。
このポリエステルエラストマーA1の融点は197℃、還元粘度は1.86dl/g、酸価は38eq/tであった。
(ポリエステルエラストマーA2)
特開平9−59491号公報に記載の方法により、テレフタル酸/1,4−ブタンジオール/ポリオキシテトラメチレングリコール(PTMG:数平均分子量2000)が100/90/10(モル比)の熱可塑性ポリエステルエラストマーを製造して、これをポリエステルエラストマーA2とした。
このポリエステルエラストマーA2の融点は205℃、還元粘度は2.15dl/g、酸価は35eq/tであった。
(ポリエステルエラストマーA3)
ポリエステルエラストマーA1を真空状態で190℃、20時間処理して、これをポリエステルエラストマーA3とした。
このポリエステルエラストマーA3の融点は201℃、還元粘度は2.86dl/g、酸価は21eq/tであった。
脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B):
・脂環族ポリカルボジイミド化合物(B1):カルボジライトLA−1(日清紡社製、カルボジイミド価:4050eq/t)
・脂環族ポリカルボジイミド化合物(B2):カルボジライトHMV−15CA(日清紡社製、カルボジイミド価:3820eq/t)
芳香族カルボジイミド化合物(C):
・芳香族カルボジイミド化合物(C1):スタバクゾール1LF(ランクセス社製、数平均分子量360)
・芳香族カルボジイミド化合物(C2):スタバクゾールP(ランクセス社製、数平均分子量3500)
・芳香族カルボジイミド化合物(C3):スタバクゾールP100(ランクセス社製、数平均分子量10000)
ポリアミド樹脂(D):
・ポリアミド6/66/12(相対粘度1.3、アミン価490eq/t)
[その他の添加剤]
離型剤:
リコワックスE(クラリアント社製)
芳香族アミン系酸化防止剤:
ノンフレックスDCD(大内新興化学社製)(4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン)
ヒンダードフェノール系酸化防止剤:
Irganox1010(BASF社製)
ヒンダードフェノール系酸化防止剤:
Irganox1098(BASF社製)
硫黄系酸化防止剤:
ラスミットLG(第一工業製薬社製)(ジラウリルチオジプロピオネート)
実施例1〜7、比較例1〜5
表1に記載の配合組成に従って熱可塑性ポリエステルエラストマー100質量部に対して各種添加剤を、二軸スクリュー式押出機を用いて240℃で溶融混練した後、ペレット化して、実施例1〜7及び比較例1〜5のペレットを得た。これらのペレットを用いて、以下の評価を行った。結果を表1に示す。
<耐グリース性評価の試験方法>
増稠剤として尿素化合物を含有するグリース(レアマックスSLF)を用いて、以下の屈曲疲労試験および熱老化後の引張試験、還元粘度測定で評価した。
[屈曲疲労性試験]
デマッチャ屈曲き裂試験機BE−102(テスター産業株式会社製)を用い、以下の所定の試験片について、130℃の雰囲気下で、チャック間を75mmと19mmにする繰り返し屈曲を300回/分の速度で実施し、破断に至るまでの回数にて耐屈曲疲労性を評価した。試験片としては、シリンダー温度240℃、金型温度50℃で作製した射出成形品(幅20mm、長さ100mm、厚さ3.6mm、長さ方向の中央部の20mm幅全体に、R2.4の溝部有り)を用いた。なお、耐グリース性を確認するために、試験片のR2.4の溝部の裏面にグリース3gを均一に塗布した状態で試験を行った。
[熱老化後の引張試験]
シリンダー温度240℃、金型温度50℃で作製した射出成形品(幅100mm、長さ100mm、厚み2.0mm)の樹脂の流動方向に対し、直角方向にJIS3号ダンベル形状に打ち抜き、試験片を作製した。試験片の片面にグリース3gを均一に塗布した状態で、140℃の熱風乾燥機で300時間アニールし、その後、JIS K6251:2010に準じて引張伸度(切断時伸び)を測定した。
[熱老化後の還元粘度測定]
シリンダー温度240℃、金型温度50℃で作製した射出成形品(幅100mm、長さ100mm、厚み2.0mm)の試験片を用いた。試験片の片面にグリース10gを均一に塗布した状態で、130℃の熱風乾燥機で300時間アニールし、その後、上述したポリエステルエラストマー樹脂組成物の還元粘度測定方法により、還元粘度を測定した。
<耐熱性評価の試験方法>
シリンダー温度240℃、金型温度50℃で作製した射出成形品(幅100mm、長さ100mm、厚み2.0mm)の樹脂の流動方向に対し、直角方向にJIS3号ダンベル形状に打ち抜き、試験片を作製した。150℃の熱風乾燥機で500時間アニールし、その後、JIS K6251:2010に準じて引張伸度(切断時伸び)を測定した。
<金型汚染評価の試験方法>
電動射出成形機EC−100N(東芝成形機械製)を使用して、シリンダー温度300℃、金型温度50℃、射出8秒、冷却10秒、100×100×1mmt金型(材質STVAX)で成形し、下記の指標で判断した。
×:500shot未満で金型への貼り付きが発生。
○:500shot以上でも金型への貼り付き無し。
ここで、金型への貼り付きとは、射出成形後に成形品が固定側に貼り付き、成形品を自動に取り出すことができない状態を示す。表1でのshot数は、500shotでも貼り付き無しの場合、(500)と表し、500shot未満で貼り付きが発生した場合、そのshot数を示した。
表1から明らかなように、本発明の範囲内である実施例1〜7はいずれも、耐グリース性、耐熱性と金型汚染性の全てに優れる。これに対して、芳香族カルボジイミドを含有していない比較例1は、耐グリース性(還元粘度の低下)、耐熱性に劣る。脂環族ポリカルボジイミド化合物が多すぎる比較例2は、金型汚染性に著しく劣る。脂環族/脂肪族ポリカルボジイミド化合物を含有していない比較例3は、耐グリース性、耐熱性に劣る。ポリアミド化合物の含有量が少な過ぎる比較例4は、耐グリース性、耐熱性に劣る。芳香族カルボジイミド化合物の含有量が多すぎる比較例5は、耐グリース性、耐熱性に劣り、さらに各実施例や他の比較例では問題とならない臭気性にも、問題が生じる。
本発明のポリエステルエラストマー樹脂組成物は、高温環境下での耐グリース性にも優れるのみならず、長期連続使用において、金型汚染が少なく、生産性に優れるため、耐屈曲疲労性、耐熱老化性、耐油性、耐グリース性などが高いレベルで要求される用途で、140℃を超える過酷な環境下においても使用可能な成形品を得ることができる。

Claims (7)

  1. 芳香族ジカルボン酸と脂肪族及び/又は脂環族ジオールとを構成成分とするポリエステルからなるハードセグメントと、脂肪族ポリエーテル、脂肪族ポリエステル、及び脂肪族ポリカーボネートから選ばれる少なくとも1種のソフトセグメントが結合されてなる熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)、脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)、芳香族カルボジイミド化合物(C)、及びポリアミド樹脂(D)を、(A)100質量部に対して(B)0.1〜2質量部、(C)0.1〜2質量部、(D)0.5〜10質量部の割合で含有することを特徴とするポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  2. 脂環族ポリカルボジイミド化合物及び/又は脂肪族ポリカルボジイミド化合物(B)が、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)の末端カルボキシ基量を1とした場合、カルボジイミド官能基量が0.3〜1.5当量となるような量で配合されている、請求項1に記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  3. ポリアミド樹脂(D)がポリアミド6及び/又は2元あるいは3元以上の共重合ポリアミド樹脂からなる請求項1または2に記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  4. 芳香族アミン系酸化防止剤、ヒンダードフェノール系酸化防止剤、イオウ系酸化防止剤、及びリン系酸化防止剤から選ばれる少なくとも1種の酸化防止剤をさらに含有し、前記酸化防止剤を、熱可塑性ポリエステルエラストマー(A)100質量部に対して0.01〜3質量部の割合で含有する、請求項1〜3のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  5. ポリエステルエラストマー樹脂組成物の還元粘度が、2.0〜3.5dl/g、酸価が0〜5eq/tである、請求項1〜4のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  6. ポリエステルエラストマー樹脂組成物に尿素化合物含有グリースを塗布した状態での130℃、300時間処理後の還元粘度が、2.0dl/g以上である、請求項1〜5のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
  7. 熱可塑性ポリエステルエラストマー樹脂(A)のソフトセグメントが、脂肪族ポリエーテルである、請求項1〜6のいずれかに記載のポリエステルエラストマー樹脂組成物。
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