WO2015045930A1 - 軟質塩化ビニル系樹脂組成物、成形体、電線被覆材及び被覆された電線 - Google Patents
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Abstract
Description
一方で、塩化ビニル系樹脂は安価であるが故に製品コストへの要求は厳しく、より生産性を向上させるべくより高生産速度での生産が試みられている。
しかし、高生産速度条件での成形加工では、成形機内における樹脂の滞在混練時間が極端に短いため溶融・混練が不十分となり易く、また塩化ビニル系樹脂の許容成形条件幅の狭さから成形加工条件の変更のみでは満足な成形体を得ることは困難である。
中でも、可塑剤を添加した軟質系の成形は、可塑剤を添加しない硬質系に比べて生産速度が速く、更なる高生産速度化への要求に対して、混練状態を改善し得る新たな手法の提案が待たれている。
一般的に、塩化ビニル系樹脂の混練状態を向上させるべく、主に溶融促進・溶融粘度の付与を目的として、高分子量のアクリル系樹脂を添加する手法が種々提案されている。
例えば、特許文献1乃至3には、塩化ビニル樹脂被覆電線に加工助剤としてメタクリル酸メチルを主成分とするアクリル樹脂を配合することにより、加工性、分散性を向上し得ることが開示されている。
また、特許文献4には、軟質塩化ビニル系樹脂に改質剤としてアクリル樹脂を配合することにより、形状追随性に優れる金属被覆に適した成形体が得られることが開示されている。
しかしながら、高生産速度条件において表面平滑性等で満足できる成形体を得られず、また高ガラス転移温度成分を添加することで柔軟性が損なわれる等、従来の技術では不十分であった。
以上の状況から、高生産速度条件においても、優れた表面平滑性を有し、柔軟性に優れる成形体を得ることができる軟質塩化ビニル系樹脂組成物が求められている。
即ち、本発明は、以下の[1]~[10]に関する。
[1]下記(A)100質量部に対して、(B)を0.1~20質量部及び(C)を10~150質量部を含有する、軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
(A)塩化ビニル系樹脂、
(B)アルキルエステル部のアルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステル10~100質量%、メタクリル酸メチル0~90質量%及びその他の共重合し得る単量体0~20質量%を重合して得られるメタクリル酸アルキルエステル系共重合体を含む粉体状の軟質塩化ビニル系樹脂用加工助剤、
(C)可塑剤。
[2]塩化ビニル系樹脂(A)100質量部に対して、軟質塩化ビニル系樹脂用加工助剤(B)を0.5~20質量部を含有する、[1]記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
[3]前記炭素数3~5の分岐アルキル基が炭素数4の分岐アルキル基である[1]又は[2]記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
[4]アルキルエステル部のアルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステルがメタクリル酸-i-ブチルである、[1]~[3]のいずれか1に記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
[5]可塑剤(C)が、フタル酸系化合物、トリメリット酸系化合物、リン酸系化合物、アジピン酸系化合物、クエン酸系化合物、エーテル系化合物、ポリエステル系化合物、及び大豆油系化合物から選ばれる少なくとも1種である、[1]~[4]のいずれか1に記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
[6]塩化ビニル系樹脂(A)が、平均塩素含有量が56~75質量%である塩化ビニル重合体、塩化ビニル重合体と弾性体及び/又はエラストマーを共重合した塩化ビニル系共重合体から選ばれる少なくとも1種である、[1]~[5]のいずれか1に記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
[7][1]~[6]のいずれか1に記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物から成形された成形体。
[8]表面硬度が75以下(デュロメーターD硬度)である、[7]に記載の成形体。
[9]成形体が電線被覆材である、[7]または[8]記載の成形体。
[10][9]に記載の電線被覆材で被覆された電線。
<塩化ビニル系樹脂(A)>
本発明に用いる塩化ビニル系樹脂(A)の塩化ビニル系樹脂の種類については特に制限されるものではなく、例えば塩化ビニルの単独重合体、後塩素化塩化ビニル重合体、部分架橋塩化ビニル重合体あるいは塩化ビニルと共重合し得る他のビニル化合物を、30質量%以下の範囲で含有してなる塩化ビニルとの共重合体、及びこれらの混合物等が挙げられる。
本発明に用いる塩化ビニル系樹脂(A)の製造方法は特に制限はなく、乳化重合法、懸濁重合法、塊状重合法等の種々の重合法で製造したものを使用することができる。
本発明の加工助剤(B)は、アルキルエステル部のアルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステル(b-1)(以下単量体(b-1)という)10~100質量%、メタクリル酸メチル(b-2)(以下単量体(b-2)という)0~90質量%及びその他の共重合し得る単量体(b-3)(以下単量体(b-3)という)0~20質量%を重合して得られるメタクリル酸アルキルエステル系共重合体(以下重合体(β)という)を含む粉体状の加工助剤である。
また、分岐を有することによって加工助剤(B)に高い分子鎖の嵩高さが付与され、軟質塩化ビニル系樹脂に添加された際、加工助剤(B)が可塑剤によって生じた塩化ビニル系樹脂分子鎖間の間隙に入り込むことで塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離をさらに広げ、可塑化効率を向上させ、柔軟性を付与することができる。
これらメタクリル酸アルキルエステルは、目的に応じて1種あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。
単量体(b-3)としては、単量体(b-1)と共重合し得る単量体であれば特に限定されないが、例えばアクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸‐2‐エチルヘキシル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸フェニル等のアクリル酸エステル;メタクリル酸エチル、メタクリル酸ヘキシル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸‐2‐エチルヘキシル等の(b-1)以外のメタクリル酸アルキルエステル;メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸フェニル等のメタクリル酸芳香族エステル;スチレン、α‐メチルスチレン、ビニルトルエン等の芳香族ビニル化合物;アクリロニトリル、メタクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物;酢酸ビニル等のビニルエステル;無水マレイン酸等の酸無水物が挙げられる。これらは1種あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。
単量体(b-3)の割合を20質量%以下とすることで、本発明の目的である軟質塩化ビニル系樹脂組成物の溶融及び混練を効率よく行うことができ、成形体の高外観の達成を阻害しない。
噴霧乾燥は、噴霧乾燥装置中に本重合体のラテックスを微小液滴状に噴霧した後に熱風を当てることによる乾燥をいう。
噴霧乾燥装置の容量としては、実験室で使用するような小規模な容量から工業的に使用するような大規模な容量までのいずれであってもよい。
噴霧乾燥装置における乾燥用加熱ガスの供給部の構造、乾燥用加熱ガス及び乾燥粉末の排出部の構造は、目的に応じて適宜選択すればよい。
乾燥用加熱ガスの温度は200℃以下が好ましく、120~180℃がより好ましい。
連鎖移動剤の量は特に制限されないが、例えば、重合体(β)の全単量体100質量部に対して、0~2質量部であることが好ましく、0~1質量部であることがより好ましく、0~0.5質量部であることが更に好ましい。
可塑剤(C)とは、塩化ビニル系樹脂に添加した際に、塩化ビニル系ポリマー分子鎖同士の強固な相互作用を阻害し、塩化ビニル系ポリマー分子鎖間距離を拡張する効果により、塩化ビニル系樹脂に対して柔軟性を付与せしめるものである。
これらは、1種を単独で用いることもできるし、また、2種以上を組合せて併用することもできる。
可塑剤(C)は、塩化ビニル系樹脂と相互作用し得る高極性部位と、低極性かつ嵩高い部位から構成されており、高極性部位が塩化ビニル系樹脂と静電的に相互作用することによって、塩化ビニル系ポリマー分子鎖同士の相互作用を妨げる。また、可塑剤(C)が有する嵩高い部位が同時に塩化ビニル系ポリマー分子鎖間に入り込むため、塩化ビニル系ポリマー分子鎖間の距離が広げられ、さらに塩化ビニル系ポリマー分子鎖同士の相互作用が弱まるために運動性が向上し、柔軟性が付与される。
しかし可塑剤(C)が存在すると、可塑剤(C)が塩化ビニル系ポリマー分子鎖間に入り込むことで塩化ビニル系ポリマー分子鎖同士の相互作用を妨げ、さらに、入り込んだ可塑剤(C)の低極性部位と重合体(β)とが疎水的な相互作用を持つことにより、重合体(β)が塩化ビニル系ポリマー分子鎖間に入りこむことが可能となる。
このことで、重合体(β)の持つ嵩高さによりさらに塩化ビニル系ポリマー分子鎖間距離が広げられることで塩化ビニル系ポリマーの運動性が向上し、塩化ビニル系樹脂の柔軟性が高まる。すなわち、加工助剤(B)と可塑剤(C)を併用することで可塑化効率が向上する。
可塑剤の添加量を10質量部以上とすることで、塩化ビニル系樹脂分子鎖同士の相互作用の阻害が充分となり、塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離が充分広がることで、柔軟性を付与することができる。加えて、塩化ビニル系樹脂分子鎖同士の強固な相互作用を妨げることで、加工助剤(B)が塩化ビニル系樹脂分子鎖間に入り込めるようになり、加工助剤(B)の持つ可塑化効率向上能を発現することができる。
また、150質量部以下とすることで、機械物性・難燃性・電気特性の低下を防ぐことができる。
得られた軟質塩化ビニル系樹脂組成物は、単軸押出機、二軸押機等の混練押出機による押出成形の他、通常の公知の成形方法、例えば、射出成形、中空成形、ロール加工等にも適用して各種所望の成形体を得ることができる。
デュロメータD硬度が75以下であることで、軟質成形体としての使用に好適となる。
表面硬度は、本発明の効果を損なわない限りにおいて、可塑剤添加量、可塑剤種、塩化ビニル系樹脂の重合度、充填材添加量等の通常公知の方法により任意に調整可能である。
たとえば、塩化ビニル系樹脂組成物をロール、バンバリーミキサー、押出機等で混練し、得られたペレットコンパウンドと導体とをクロスヘッドダイを付設した従来公知の電線用押出機で電線被覆押出成形すること等により行うことができる。
なお、各実施例、比較例中「部」とあるのは「質量部」を示し、評価は下記により行った。
本発明における塩化ビニル系樹脂組成物を、25mm単軸押出機(サーモ・プラスティックス工業社製、130‐145‐160‐160℃ (C1‐C2‐C3‐D)、スクリュー回転数:80rpm)に供給し、押出・ペレタイズを行った。
得られたペレットをキャピラリーレオメーター(マルバーン社製、バレル:φ15mm、160℃、ダイ:φ1.0mm*16mm)に充填し、せん断速度10000/sで押出した。得られたストランド表面を観察し、成形体5cm当たりの表面の凹凸数を肉眼でカウントした。
上記25mm単軸押出機による押し出しにて得られたペレットを、8インチロールを用い、160℃にて3分間溶融混練し、約1mm厚の塩化ビニル系樹脂組成物シートを得た。得られた約1mm厚の塩化ビニル系樹脂組成物シートを8枚重ね、160℃・5MPaにて3分間、加熱プレスすることにより、8mm厚板の成形体を得た。
得られた成形体について、JIS K7215に基づき、タイプAデュロメータ(高分子計器社製、「デジタルゴム硬度計DD2-A型」)を用い、4秒保持後の表面硬度を測定した。タイプAデュロメータでの測定値が90を超えた場合は、タイプDデュロメータ(上島製作所社製、「HD-104N型」)を用いて同様に測定した。いずれも値が低いほど柔軟性が良好となる。
(2)で得られた1mm厚板から、JIS K6723に基づき、JIS2号ダンベルを打ち抜き200mm/minにて引張試験を行い測定した。引張弾性率が低いほど柔軟性が良好となる。
所定量の各種加工助剤の他に、所定量の各種可塑剤、塩化ビニル樹脂(TK-1300、信越化学工業社製、平均重合度1300、平均塩素含有率57質量%)100部、安定剤としてCa-Zn複合安定剤(RUP-103、ADEKA社製)4部、充填材として炭酸カルシウム(ホワイトンSSB青、白石カルシウム社製)40部、難燃剤として水酸化アルミニウム(ハイジライトH-31、昭和電工社製)30部、滑剤としてモンタン酸エステル(OP-Wax、ヘキスト社製)0.5部を、ヘンシェルミキサーに供給して均一に混合し、塩化ビニル系樹脂組成物を得た。
[製造例1]加工助剤(B-1)の製造
攪拌機及び環流冷却器つき反応容器にイオン交換水180部を仕込み、そこに無水炭酸ナトリウム0.1部、メタクリル酸‐i‐ブチル98部、アクリル酸‐n‐ブチル2部及びn‐オクチルメルカプタン1.0部を加えて、容器内を窒素で置換した。その後、ラウリル硫酸ナトリウム1.1部を加え、攪拌下で反応容器を45℃まで昇温し、過硫酸カリウム0.15部を仕込み重合反応を開始させた後、2時間加熱攪拌して重合を終了した。得られたラテックスを冷却後、入口温度150℃及び出口温度65℃条件で噴霧乾燥を行い、加工助剤(B-1)を得た。
単量体成分の組成及びn‐オクチルメルカプタンの添加量を表1に記載の通りに変更した以外は製造例1と同様にして、各加工助剤の製造を行った。
B-10~14として以下の加工助剤を用いた。
(B-10)アクリル系加工助剤 P530(三菱レイヨン社製、メタクリル酸メチル系高分子量ポリマー/(b-1)成分を含まない)
(B-11)アクリル系加工助剤 P531(三菱レイヨン社製、メタクリル酸メチル系高分子量ポリマー/(b-1)成分を含まない)
(B-12)アクリル系加工助剤 P551(三菱レイヨン社製、メタクリル酸メチル系高分子量ポリマー/(b-1)成分を含まない)
(B-13)アクリル系加工助剤 PA40(カネカ社製、メタクリル酸メチル・アクリル酸ブチル共重合体)
(B-14)アクリル系加工助剤 K125(Dow社製、メタクリル酸メチル・アクリル酸エチル・メタクリル酸-n-ブチル・メタクリル酸エチル共重合体/メタクリル酸-n-ブチル含量10質量%未満)
i-BMA:メタクリル酸-i-ブチル
MMA:メタクリル酸メチル
n-BA:アクリル酸-n-ブチル
n-BMA:メタクリル酸-n-ブチル
n-OM:n-オクチルメルカプタン
フタル酸ジイソノニル(DINP、ジェイ・プラス社製)
トリメリット酸トリス(2-エチルヘキシル)(TOTM、モノサイザーW-705、DIC社製)
リン酸トリクレジル(TCP、大八化学工業社製)
アセチルクエン酸トリブチル(ATBC、モノサイザーATBC、DIC社製)
エポキシ化大豆油(ESBO、EMBILIZER NF-3200、東京ファインケミカル社製)
ポリエステル系可塑剤(W230S、ポリサイザーW-230-S、DIC社製)
表2の結果より、(b-1)成分を本発明の範囲で含有する実施例1~6はいずれも、加工助剤なし(比較例1)及び本発明の範囲外の加工助剤添加(比較例2~9)に比べ、混練・分散が良好となり、成形外観が顕著に向上している。これは特定量の(b-1)成分の使用によるものと考えられる。
(b-1)成分を含まない加工助剤(B-7)~(B-14)を用いた比較例2~9は、外観向上効果があるとは認められなかった。これらの加工助剤では混練が充分に進まなかったとめと考えられる。また(b-1)成分を含まない比較例2~9は、(b-1)成分を含む実施例1~6及び加工助剤が無い場合(比較例1)と比べて柔軟性が失われ、可塑化効率が低下している。これは、加工助剤の分子の嵩高さが充分ではなく、可塑剤とともにポリ塩化ビニル分子鎖間へ入り込んだとしても、塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離拡張には寄与できないため(つまり可塑化効率への寄与が無いため)と考えられる。また、加工助剤が塩化ビニル系樹脂より高いガラス転移温度を有することから、加工助剤なし(比較例1)に比べても柔軟性が失われたものと考えられる。
以上の結果から、アルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステルの有無によって表面外観向上能及び可塑化効率向上能に明確な差があることがわかる。
表3の結果より、(b-1)成分を請求項の範囲で含有する実施例7及び8は、低添加部数領域においても、加工助剤なし(比較例1)及び請求項範囲外の加工助剤添加(比較例10、11)に比べ、成形外観が向上し、可塑化効率も向上している。これは特定量の(b-1)成分の使用により、混練・分散が良好となり、また塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離が充分広げられたためと考えられる。
表3の結果より、(b-1)成分を請求項の範囲で含有する実施例9及び10は可塑剤量によらず、同配合の加工助剤なし(比較例12、14)及び、同配合の請求項範囲外の加工助剤添加(比較例13、15)に比べ、成形外観が向上し、可塑化効率も向上している。これは特定量の(b-1)成分の使用により混練・分散が良好となり、また塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離が充分広げられたためと考えられる。
表3の結果より、(b-1)成分を請求項の範囲で含有する実施例11~15は可塑剤種によらず、同配合の加工助剤なし(比較例16、18、20、22、24)及び、同配合の請求項範囲外の加工助剤添加(比較例17、19、21、23、25)に比べ、成形外観が向上し、可塑化効率も向上している。これは特定量の(b-1)成分の使用により、混練・分散が良好となり、また塩化ビニル系樹脂分子鎖間の距離が充分広げられたためと考えられる。
Claims (10)
- 下記(A)100質量部に対して、(B)を0.1~20質量部及び(C)を10~150質量部を含有する、軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
(A)塩化ビニル系樹脂、
(B)アルキルエステル部のアルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステル10~100質量%、メタクリル酸メチル0~90質量%及びその他の共重合し得る単量体0~20質量%を重合して得られるメタクリル酸アルキルエステル系共重合体を含む粉体状の軟質塩化ビニル系樹脂用加工助剤、
(C)可塑剤。 - 塩化ビニル系樹脂(A)100質量部に対して、軟質塩化ビニル系樹脂用加工助剤(B)を0.5~20質量部を含有する、請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
- 前記炭素数3~5の分岐アルキル基が炭素数4の分岐アルキル基である請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
- アルキルエステル部のアルキル基が炭素数3~5の分岐アルキル基からなるメタクリル酸アルキルエステルがメタクリル酸-i-ブチルである、請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
- 可塑剤(C)が、フタル酸系化合物、トリメリット酸系化合物、リン酸系化合物、アジピン酸系化合物、クエン酸系化合物、エーテル系化合物、ポリエステル系化合物、及び大豆油系化合物から選ばれる少なくとも1種である、請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
- 塩化ビニル系樹脂(A)が、平均塩素含有量が56~75質量%である塩化ビニル重合体、塩化ビニル重合体と弾性体及び/又はエラストマーを共重合した塩化ビニル系共重合体から選ばれる少なくとも1種である、請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物。
- 請求項1記載の軟質塩化ビニル系樹脂組成物から成形された成形体。
- 表面硬度が75以下(デュロメーターD硬度)である、請求項7に記載の成形体。
- 成形体が電線被覆材である、請求項7記載の成形体。
- 請求項9に記載の電線被覆材で被覆された電線。
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