JPWO2009099105A1 - 熱可塑性エラストマー組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
中でも、ポリマー鎖中にソフトセグメントとしてジエン系重合体ブロックを含有するブロック共重合体の水添物(以下、水添ブロック共重合体)は、従来の加硫ゴムに近い弾性と感触を有しているため、これまで加硫ゴムが使用されてきた成形品素材としての応用が期待されている。
例えば、水添ブロック共重合体に炭化水素油及びオレフィン系重合体等を配合したエラストマー状組成物を、有機過酸化物等の架橋剤と架橋助剤とを用いて架橋させることで、高温下における圧縮永久歪みを改良するという技術が、提案されている(例えば、特許文献1〜3参照。)。
また、水添ブロック共重合体、官能化水添ブロック共重合体、ポリアミド樹脂、炭化水素油等を配合したエラストマー状組成物を、有機過酸化物等の架橋剤と架橋助剤とを用いて架橋させ、耐油性、高温下のゴム弾性を改良するという技術が提案されている(例えば、特許文献4参照。)。
すなわち、本発明は下記の通りである。
前記ブロック共重合体(I)が、少なくとも1個のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)、及び/又はアルキレン単位(b−1)とビニル芳香族単量体単位(b−2)とを主体とする少なくとも1個の共重合体ブロック(B)を含み、かつ、少なくとも片方の末端部に1個以上の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)を有するブロック共重合体である、熱可塑性エラストマー組成物の製造方法を提供する。
例えば、「アルキレン単位」とは、エチレン単位、プロピレン単位、ブチレン単位、へキシレン単位及びオクチレン単位等のモノオレフィン単位を示し、この中でも、エチレン単位、プロピレン単位及びブチレン単位が、経済性の点で好ましい。これらは一種又は二種以上を使用してもよい。「アルキレン単位」には、共役ジエン単量体単位を水素添加することによって得られる単量体単位も含まれる。
「ビニル芳香族単量体単位」とは、単量体であるビニル芳香族化合物を重合した結果生ずる重合体の構成単位を意味し、その構造は、置換ビニル基に由来する置換エチレン基の二つの炭素が結合部位となっている分子構造である。
「共役ジエン単量体単位」とは、単量体である共役ジエンを重合した結果生ずる重合体の構成単位を意味し、その構造は、共役ジエン単量体に由来するオレフィンの二つの炭素が結合部位となっている分子構造である。
また、本明細書中、「共重合体」とは、2種類以上の単量体単位が均一に分布していても、テーパー状、階段状、凸状、あるいは凹状に分布していてもよい。
また、重合体ブロック中に結晶部が存在していてもよく、さらには、一種以上の単量体単位の含有量が異なるセグメントが複数個存在していてもよい。
ブロック共重合体(I)は、少なくとも1個のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)及び/又はアルキレン単位(b−1)とビニル芳香族単量体単位(b−2)とを主体とする少なくとも1個の共重合体ブロック(B)を含み、かつ、少なくとも片方の末端部に、1個以上の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)を有するものとする。
ブロック共重合体(I)は、さらに2個以上のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有することが、成形加工性の点から好ましい。
ブロック共重合体(I)は、例えば下記の一般式
H−(S−H)n
で表される直鎖状ブロック共重合体、又は下記の一般式
[(H−S)k]m−X、[H−(S−H)k]m−X
で表される直鎖状ブロック共重合体、又は放射状ブロック共重合体である。
また、Sは、Aの単独ブロック、Bの単独ブロック、B−A又はA−Bのブロック共重合体を主体とするもののいずれかであり、Sは、同一でも異なっていてもよい。
例えば、ブロック共重合体(I)には、D−C−B−D−CタイプやC/D−A−B−D−Cタイプのブロック構造も包含される。
また、n及びkは、1〜5の整数であり、mは2〜6の整数である。
Xはカップリング剤の残基、又は多官能開始剤の残基を示す。
上記ブロック共重合体中に複数存在する、各重合体ブロックA、B、C、Dは、それぞれ、それらの分子量や組成等の構造は同一でも異なっていてもよい。
前記A、B、C、Dは、それぞれ、「少なくとも1個のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)」、「アルキレン単位(b−1)とビニル芳香族単量体単位(b−2)とを主体とする少なくとも1個の共重合体ブロック(B)」、「少なくとも片方の末端部に1個以上の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)」、「2個以上のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)」を意味する。
また、Hは、圧縮永久歪の点でD−C、又はC−Dの完全なブロック共重合体であることがより好ましい。
均一に分布した部分及び/又は不均一に分布した部分は、重合体ブロック(D)中に複数個共存していてもよい。
重合体ブロック(D)の含有量は、特に制限されないが、ブロック共重合体(I)の機械物性、ゴム的特性の点から、ブロック共重合体の全質量に対して、5質量%〜70質量%であることが好ましい。
ブロック共重合体(I)の柔軟性やゴム的特性、さらには最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の機械的物性、ゴム的特性、柔軟性を優れたものにするために、重合体ブロックDが70質量%以下であることが好ましい。
一方、ブロック共重合体(I)の取り扱い性(非タック性)及び生産性、加工性の点で重合体ブロック(D)が5質量%以上であることが好ましく、10質量%〜60質量%の範囲がより好ましく、12質量%〜40質量%の範囲がさらに好ましい。
重合体ブロック(C)は、最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の圧縮永久歪みを小さくする観点で、5個以上の共役ジエン単量体単位の完全なブロック共重合体であることが好ましい。
重合体ブロック(C)の含有量としては、ブロック共重合体(I)の全質量に対して、0.1質量%〜20質量%であることが好ましい。ブロック共重合体(I)、さらには最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の酸化安定性、熱安定性、生産性、及び加工性を優れたものとする観点で20質量%以下が好ましく、架橋反応性の点で、0.1質量%以上が好ましく、0.5質量%〜15質量%の範囲がより好ましく、1質量%〜10質量%の範囲がさらに好ましい。
重合体ブロック(A)は、最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の圧縮永久歪みを小さくする観点で、炭素原子数4個以上のアルキレン単位の完全なブロック共重合体であることがより好ましい。
その場合、共役ジエン中のビニル結合量は、15〜80%が好ましく、結晶化度は10%以上が好ましい。
また、オレフィン性不飽和二重結合である共役ジエン単量体単位の二重結合の水添率は、最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の酸化安定性、熱安定性、及び破断伸びを良好なものとする観点で、80%以上が好ましい。水添率は85%以上が好ましく、90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。
共重合体ブロック(B)を導入すると、ブロック共重合体(I)の制振性、耐傷付き性、耐摩耗性を改善することができるので好ましい。
重合体ブロック(B)の共重合体中に含まれるビニル芳香族単量体単位(b−2)の比率は30質量%以上が好ましく、最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の耐摩耗性を良好なものとするため、50質量%以上がより好ましい。
また、ブロック共重合体(I)における、重合体ブロック(B)の全共役ジエン中のビニル結合量は10〜50%が好ましい。
ここで、「内接」とは、外側に位置するブロックの内側に化学結合を介して連結されることを意味する。
例えば、不飽和ブロックとして重合体ブロックCを有し、D−C−A−C−Dのような構造であった場合、重合体ブロックCは、重合体ブロックDの内側に化学結合を介して連結されているので、「重合体ブロック(C)は、ブロック共重合体(I)の末端部に存在する」ことになる。
また、D/C−A−B−D/Cタイプの構造の場合も、「重合体ブロック(C)は、ブロック共重合体(I)の末端部に存在する」ことになる。
例えば、ブロック共重合体(I)が、ハードセグメントとして両末端にビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有し、内部にソフトセグメントとして炭素原子数4個以上のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)を含み、重合体ブロック(D)と(A)の間に、それぞれ、炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする重合体ブロック(C)を含むタイプのブロック共重合体(D−C−A−C−D)であるとすると、非常に明瞭なミクロ相分離構造をとることができるため、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)の凝集力がより強固になる。その結果、ブロック共重合体(I)の圧縮永久歪みを改善することができる。これにより、最終的に目的とする熱可塑性エラストマー組成物の永久圧縮歪みの改善が図られる。
従って、ブロック共重合体(I)を水添反応によって得る場合には、水添によって重合体ブロック(A)や共重合体ブロック(B)へと変換するために導入した炭素原子数4個以上の共役ジエン単量体単位よりも、重合体ブロック(C)に用いる炭素数5個以上の共役ジエン単量体単位のほうが、水添速度が遅いものを選択する必要がある。重合体ブロック(A)や共重合体ブロック(B)中のオレフィン性不飽和二重結合である共役ジエン単量体単位の二重結合の水添率は、酸化安定性、熱安定性、及び破断伸びの点で80%以上が好ましい。90%以上がより好ましく、95%以上がさらに好ましい。一方、重合体ブロック(C)中の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位の二重結合の水添率は、重合体ブロック(C)に十分な架橋反応性を付与するために、水添率60%以下が好ましい。40%以下がより好ましく、20%以下がさらに好ましい。
また、重合体ブロックHが炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位とビニル芳香族単量体単位とを主体とする共重合体ブロック(C/D)である場合には、該重合体ブロックも「不飽和ブロック」に包含される。
なお、上記ブロック共重合体(I)の分子量分布(Mw/Mn)(重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比)は、最終的に目的とする本実施形態の熱可塑性組成物の加工性や機械的強度のバランスの点で、好ましくは10以下、より好ましくは1.01〜5、さらに好ましくは1.01〜2である。
重量平均分子量は、ゲルパーミュエーションクロマトグラフィー(GPC)による測定を行い、クロマトグラムのピークの分子量を、市販の標準ポリスチレンの測定から求めた検量線(標準ポリスチレンのピーク分子量を使用して作成)を使用して求めた重量平均分子量である。
ブロック共重合体(I)の分子量分布は、同様にGPCによる測定から求めることができる。
また、重合体ブロック(A)、(B)、(C)に使用される共役ジエンの炭素数は15以下であることが好ましい。
さらに、ブロック共重合体(I)においては、上述した内容に反さない範囲であれば、その他の重合体ブロックを含有していてもよい。
ブロック共重合体(I)を、水添によって製造する場合、ブロック共重合体(I)中のビニル芳香族単量体単位含有量は、紫外分光光度計等を用いて求めることができる。
また、共役ジエン単量体単位含有量、共役ジエン単量体単位に基づくビニル結合含量、及び水添率は、核磁器共鳴装置(NMR)を用いることにより求められる。
ビニル芳香族単量体単位単独重合体ブロックの分子量は、四酸化オスミウムを触媒としてジ・ターシャリーブチルハイドロパーオキサイドにより酸化分解する方法(I.M.KOLTHOFF,et−al.,J.Polym.Sci.1,429(1946))により、水素添加前のブロック共重合体を分解して得たビニル芳香族単量体単位単独重合体ブロック成分(ただし重合度30以下の成分は除去されている)の紫外分光光度計やGPC測定を行うことにより求めことができる。また、その含有量は紫外分光光度計等を用いて求めることができる。
極性樹脂(II)とは、ポリマー鎖中に極性基を有する様々な合成樹脂であり、エンジニアリングプラスチックやスーパーエンジニアリングプラスチックを含む。
例えば、ポリアミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリケトン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリアリレート系樹脂等が挙げられる。
極性樹脂(II)を配合することにより、得られる熱可塑性エラストマー組成物に、優れた耐熱性、耐油性、耐薬品性、成形性等を付与することができる。
本実施形態の熱可塑性エラストマー組成物は、変性重合体(III)を含有する。
変性重合体(III)とは、官能基を有する重合体である。
変性重合体(III)を構成する重合体としては、ポリオレフィン(例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(エチレン/プロピレン)、ポリ(エチレン/ブチレン)、ポリ(エチレン/オクテン)等)、オレフィンと共重合可能な極性モノマーからなる共重合体(例えば、エチレン/グルシジルメタクリレート共重合体、エチレン/ビニルアルコール共重合体、エチレン/アクリル酸共重合体等)、天然ゴム、ブチルゴム、スチレン−イソブチレン−スチレン共重合体、ポリブタジエン、スチレンブタジエンゴム、スチレン−共役ジエン−スチレン共重合体、及びその水添物、若しくは部分水添物等が挙げられる。特に、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体(SEBS)が好ましい。
変性重合体(III)の有する官能基としては、例えば、水酸基、カルボキシル基、カルボニル基、チオカルボニル基、酸ハロゲン化物基、酸無水物基、チオカルボン酸基、アルデヒド基、チオアルデヒド基、カルボン酸エステル基、アミド基、スルホン酸基、スルホン酸エステル基、リン酸基、リン酸エステル基、アミノ基、イミノ基、二トリル基、ピリジル基、キノリン基、エポキシ基、チオエポキシ基、スルフィド基、イソシアネート基、イソチオシアネート基、ハロゲン化ケイ素基、アルコキシケイ素基、ハロゲン化スズ基、ボロン酸基、ホウ素含有基、ボロン酸塩基、アルコキシスズ基、フェニルスズ基等が挙げられる。特に、無水マレイン酸基、エポキシ基、1〜3級のアミノ基、カルボキシル基、水酸基から選ばれる少なくとも一つを有する重合体が好ましい。
好ましい方法としては、例えば、押出し機中でラジカル開始剤を用いて、未変性水添ブロック共重合体と不飽和カルボン酸とを反応させる方法が挙げられる。
変性重合体(III)中の官能基数は、ポリマー鎖1本あたり、1〜1000個が好ましく、2〜200個がより好ましい。
官能基数は、HPLC、NMR、GPC等を用いて算出できる。
本実施形態の熱可塑性エラストマー組成物における変性重合体(III)の配合量は、ブロック共重合体(I)100質量部に対して1〜500質量部であるものとし、10〜300質量部が好ましく、20〜100質量部がより好ましい。1質量部未満であると、分散性が低下して良好な機械物性が発現しない傾向にあるので好ましくない。添加量が500質量部を超えても、それ以下の添加量の場合と比べて改良の効果は殆んど見られない。本実施形態においては、必要に応じて、エチレン系やプロピレン系重合体のようなポリオレフィン類を併用してもよい。
架橋剤(IV)としては、従来公知の架橋剤が使用でき、例えば、有機過酸化物、硫黄系化合物、フェノール樹脂系化合物、キノイド系化合物、ビスマレイミド系化合物、イソシアネート系化合物、チウラム系化合物、モルフォリンジスルフィド、ヒドロシリコーン系化合物等が挙げられる。これらは、ステアリン酸、オレイン酸、ステアリン酸亜鉛、酸化亜鉛等の架橋助剤、共架橋剤、加硫促進剤等と併用できる。
架橋剤(IV)としては、重合体ブロック(C)の不飽和基に選択的に作用し、最終的に得られる熱可塑性エラストマー組成物において破断伸びが良好な特性となるように、フェノール樹脂系化合物、キノイド系化合物、ビスマレイミド系化合物が好ましい。
また、電子線、放射線等による物理的架橋法も使用可能である。
架橋剤の使用量は、架橋方法によってさまざまであるが、例えば、重合体ブロック(C)の不飽和基を架橋する場合であれば、ブロック共重合体(I)100質量部に対して0.01〜50質量部が好ましく、0.1〜30質量部がより好ましい。架橋剤の使用量が前記0.01質量部未満であると、重合体ブロック(C)に十分な架橋結合を形成させることができず、一方前記50質量部よりも多いと、後述するゴム用軟化剤(V)のブリードアウト、力学物性の低下等を生じる恐れがある。
本実施形態の熱可塑性エラストマー組成物には、必要に応じてゴム用軟化剤(V)を含有させてもよい。
ゴム用軟化剤(V)の種類は特に制限されず、鉱物油系及び/又は合成樹脂系のいずれもが使用できる。
鉱物油系軟化剤は、一般に芳香族系炭化水素、ナフテン系炭化水素およびパラフィン系炭化水素の混合物であって、パラフィン系炭化水素の炭素原子数が全炭素原子中の50%以上を占めるものがパラフィン系オイルと呼ばれ、一方ナフテン系炭化水素の炭素原子が30〜45%のものがナフテン系オイルと呼ばれ、また芳香族系炭化水素の炭素原子が35%以上のものが芳香族系オイルと呼ばれている。
これらの中で、好適に用いられるゴム用軟化剤はパラフィン系オイルである。
パラフィン系オイルとしては、40℃における動粘度が20〜800cst(センチストークス)、特に50〜600cstで、流動度が0〜−40℃、特に0〜−30℃、及び引火点(COC法)が200〜400℃、特に250〜350℃のものが好ましく用いられる。
また合成樹脂系軟化剤としては、ポリブテン、低分子量ポリブタジエン等が挙げられ、これらのいずれも使用できる。
水添ブロック共重合体100質量部に対してゴム用軟化剤を0〜300質量部の割合で任意に添加できる。0〜200質量部がより好ましく、0〜100質量部がさらに好ましい。
ゴム用軟化剤を加えなくても、本実施形態の熱可塑性エラストマー組成物が加工・成形に十分な流動性、柔軟性、硬度を有している場合には、ゴム用軟化剤を添加しなくてもよい。
ゴム用軟化剤の含有割合が300質量部を超えると、ゴム用軟化剤のブリードアウト、動架橋組成物およびそれからなる成形品の力学物性が低下しやすくなる。
本実施形態における熱可塑性エラストマー組成物は、上述した構成材料を、溶融条件下で動的に架橋(動架橋)することにより製造する。動架橋の方法は特に限定されるものではなく、従来公知の方法が利用できる。
「動架橋」とは、押出し機、ニーダー、ミキサー等の溶融混練装置を用いて、組成物を溶融した状態で、混練しながら架橋処理することである。
この手法によって得られる熱可塑性エラストマー組成物は、極性樹脂(II)からなるマトリックス相に、架橋剤(IV)により架橋されたブロック共重合体(I)及び/又は変性重合体(II)からなる柔軟な相(分散粒子)が微細に分散しており、非動的(静的)な架橋処理の場合には見られない、特異な分散形態を発現することから、架橋組成物の熱可塑性の発現に有利である。
製造装置としては、各成分を均一に混合し得る溶融混練装置のいずれもが使用でき、例えば単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサー等が挙げられる。特に、剪断力が大きく連続運転が可能な二軸押出機が好ましい。
「溶融混練」とは組成物の融点以上の温度下で、組成物が溶融した状態での混合を意味し、温度条件は100〜300℃が好ましく、150〜270℃がより好ましい。
無機難燃剤としては、例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物、硼酸亜鉛、硼酸バリウム等の金属酸化物、その他炭酸カルシウム、クレー、塩基性炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト等、主に含水金属化合物等が挙げられる。
本実施形態においては、上記難燃剤のうち、難燃性向上の点から水酸化マグネシウム等の金属水酸化物やリン系化合物難燃剤が好ましい。
なお、それ自身の難燃性発現効果は低いが、他の化合物と併用することで相乗的により優れた効果を発揮する難燃剤系を使用してもよく、公知の難燃剤と公知の難燃助剤とを組み合わせて使用してもよい。
また、これらの充填剤、難燃剤は、単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。併用する場合は、特に限定されるものではなく、充填剤成分同士でも難燃剤成分同士でも、あるいは充填剤と難燃剤との組み合わせでもよい。
本実施形態の熱可塑性エラストマー組成物は、各種成形体として利用できる。
成形方法としては、押出成形、射出成形、中空成形、圧空成形、真空成形、発泡成形、複層押出成形、複層射出成形、高周波融着成形、スラッシュ成形及びカレンダー成形等が適用できる。
印刷性、塗装性等を向上させる目的で表面処理を行う場合、表面処理の方法としては、特に制限は無く、物理的方法、化学的方法等を使用可能であり、例えば、コロナ放電処理、オゾン処理、プラズマ処理、火炎処理、酸・アルカリ処理等を挙げられる。
これらのうち、コロナ放電処理が実施の容易さ、コスト、連続処理が可能等の点から好ましい。
熱可塑性エラストマー組成物は、所望により各種添加剤を配合して様々な用途に用いることができる。その具体的態様としては、(i)補強性充填剤配合物、(ii)架橋物、(iii)発泡体、(iv)多層フィルム及び多層シート等の成形品、(v)建築材料、(vi)制振・防音材料、(vii)電線被覆材料、(viii)高周波融着性組成物、(ix)スラッシュ成形材料、(x)粘接着性組成物、(xi)アスファルト組成物、(xii)医療用具材料、(xiii)自動車材料等に好適に用いることができる。
成形品の用途は、例えば、シート、フィルム、チューブや、不織布や繊維状の成形品、合成皮革等が挙げられる。具体的には、食品包装材料、医療用具材料、家電製品及びその部品、電子デバイス及びその部品、自動車部品、工業部品、家庭用品、玩具等の素材、履物用素材、繊維素材、粘・接着剤用素材、アスファルト改質剤等に利用できる。
自動車部品としては、例えば、サイドモール、グロメット、ノブ、ウェザーストリップ、窓枠とそのシーリング材、アームレスト、ドアグリップ、ハンドルグリップ、コンソールボックス、ベッドレスト、インストルメントパネル、バンパー、スポイラー、エアバック装置の収納カバー等が挙げられる。
医療用具としては、例えば、血液バッグ、血小板保存バック、輸液(薬液)バック、人工透析用バック、医療用チューブ、カテーテル等が挙げられる。
その他工業用あるいは食品用ホース、掃除機ホース、電冷パッキン、電線その他の各種被覆材、グリップ用被覆材、軟質人形等、粘接着テープ・シート・フィルム基材、表面保護フィルム基材及び該フィルム用粘接着剤、カーペット用粘接着剤、ストレッチ包装用フィルム、熱収縮性フィルム、被覆鋼管用被覆材、シーラント等に用いられる。
I.水添ブロック共重合体の評価
(I−1)水添ブロック共重合体のスチレン含有量
非水添のブロック共重合体を用い、紫外分光光度計(島津製作所製、UV−2450)を用いて測定した。
(I−2)水添ブロック共重合体のポリスチレンブロック含有量
非水添のブロック共重合体を用い、I.M.Kolthoff,etal.,J.Polym.Sci.1,429(1946)に記載の四酸化オスミウム酸分解法で測定した。共重合体の分解にはオスミウム酸0.1g/125ml第3級ブタノ−ル溶液を用いた。
非水添のブロック共重合体を用い、赤外分光光度計(日本分光社製、FT/IR−230)を用いて測定した。ブロック共重合体のビニル結合量はハンプトン法により算出した。
(I−4)水添ブロック共重合体の分子量及び分子量分布
GPC〔装置:東ソー製 HLC−8220、カラム:TSKgel SuperH−RC×2本〕で測定した。
溶媒にはテトラヒドロフランを用い、測定条件は、温度35℃で行った。
重量平均分子量と数平均分子量が既知の市販の標準ポリスチレンを用いて作成した検量線を使用し、ポリスチレン換算した重量平均分子量を求めた。
また、分子量分布は、重量平均分子量(Mw)と数平均分子量(Mn)との比を計算した。
(I−5)水添ブロック共重合体における共役ジエン単量単位の二重結合の水添率及びイソプレン含有量
水添後の水添ブロック共重合体を用い、核磁気共鳴装置(装置名:DPX−400;ドイツ国、BRUKER社製)で測定した。
(II−1)引張強度、破断伸び
JIS K6251に従い、3号ダンベル、クロスヘッドスピード20mm/分で測定した。
(II−2)耐熱性
JIS K6262に準拠し、圧縮永久歪試験を行った。
測定条件は、(温度100℃、22時間)、(120℃、22時間)の2種類とした。
(II−3)耐油性
後述する実施例、比較例で作製した2mm厚プレスシートを、IRM#903オイルに、120℃で24時間浸漬し、前後の重量変化率(%)を測定した。
学振摩耗試験器(テスター産業株式会社製、AB?301型)を用い、後述する実施例、比較例で作製した成形シート表面(皮シボ加工面/シボ深さ約90μm)を、摩擦布カナキン3号綿布、荷重500gで摩擦後、シボ深さを測定し、シボ深さ残存率(下記式1で計算)によって、以下の基準で判定した。
シボ深さは東京精密社製の表面粗さ計E−35Aで測定した。
シボ深さ残存率=(摩擦後のシボ深さ)/(摩擦前のシボ深さ)×100 (式1)
◎;摩擦回数5000回後に、シボ深さ残存率が 75%以上
○;摩擦回数5000回後に、シボ深さ残存率が 75%未満50%以上
△;摩擦回数5000回後に、シボ深さ残存率が 50%未満25%以上
×;摩擦回数5000回後に、シボ深さ残存率が 25%未満
上述した(II−4)における学振摩耗試験器によって摩擦を行った後の、シート表面を指で触り粘着感(べとつき)の有無を確認し、以下の基準で判定した。
○;摩擦終了後、べとつき無し
×;摩擦終了後、べとつき有り
後述する実施例、比較例において2mm厚のプレスシートを作製し、シート表面を指で触り粘着感(べとつき)の有無を確認し、以下の基準で判定した。
○;シート表面が、べとつき無し
×;シート表面が、べとつき有り
<水添触媒の調製>
ブロック共重合体の水添反応に用いた水添触媒を下記の方法で調製した。
窒素置換した反応容器に、乾燥、精製したシクロヘキサン1リットルを仕込み、ビスシクロペンタジエニルチタニウムジクロリド100ミリモルを添加し、十分に攪拌しながらトリメチルアルミニウム200ミリモルを含むn−ヘキサン溶液を添加して、室温にて約3日間反応させた。
<ポリマー1:スチレン−イソプレン−ブタジエン−イソプレン−スチレンの水添物>
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を洗浄、乾燥、窒素置換してバッチ重合を行った。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を前記反応器に投入後、n−ブチルリチウムを、0.05質量部、テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn−ブチルリチウム1モルに対して0.55モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
次に、ブタジエン67質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
次に、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
最後にスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入して、70℃で30分間重合し、ポリマーを得た。
なお、前記「全モノマー」とは、ポリマー1の水添前の重合体を形成するためのモノマーの全量を意味する。以下の例においても同様とする。
上記工程により得られたポリマーは、スチレン含有量30質量%、ポリスチレンブロック含有量29.8質量%、イソプレン含有量3質量%、ポリブタジエンブロック部のビニル結合量35%、ポリマー全体の分子量7.7万、ポリスチレンブロックの分子量2.3万、分子量分布1.04であった。
得られた水添ブロック共重合体(ポリマー1)の水添率は、ブタジエンの水添率98%、イソプレンの水添率3%であった。
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を、洗浄、乾燥、窒素置換してバッチ重合を行った。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を反応器に投入した後、n−ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部、テトラメチルエチレンジアミン(TMEDA)をn−ブチルリチウム1モルに対して0.55モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
次に、ブタジエン67質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
次に、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
最後に、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入して、70℃で30分間重合し、ポリマーを得た。
上記工程により得られたポリマーは、スチレン含有量30質量%、ポリスチレンブロック含有量29.7質量%、イソプレン含有量3質量%、ポリブタジエンブロック部のビニル結合量35%、ポリマー全体の分子量7.8万、ポリスチレンブロックの分子量2.3万、分子量分布1.04であった。
その後、メタノールを添加し、次に安定剤としてオクタデシル−3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネートを重合体100質量部に対して0.3質量部添加した。
得られた水添ブロック共重合体(ポリマー2)の水添率は、ブタジエンの水添率98%、イソプレンの水添率4%であった。
上述した<ポリマー2>において、イソプレンに替えてシクロヘキサジエンを用いた。
その他の条件は、上記<ポリマー2>と同様にしてポリマーを作製し、水添反応を行い<ポリマー3>を得た。
水添ブロック共重合体<ポリマー3>の水添率は、ブタジエンの水添率98%、シクロヘキサジエンの水添率0%であった。
内容積が10Lの攪拌装置及びジャケット付き槽型反応器を、洗浄、乾燥、窒素置換してバッチ重合を行った。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、イソプレン1.5質量部及びスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を、投入後、n−ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部とTMEDAをn−ブチルリチウム1モルに対して0.7モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、ブタジエン67重量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
最後に、イソプレン1.5質量部及びスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入して、70℃で30分間重合し、ポリマーを得た。
得られたポリマーは、スチレン含有量30重量%、ポリスチレンブロック含有量30重量%、イソプレン含有量3重量%、ポリブタジエン単独ブロック部のビニル結合量48%、ポリマー全体の分子量7.8万、分子量分布1.10であった。
水添ブロック共重合体<ポリマー4>の水添率は、ブタジエンの水添率99%、イソプレンの水添率3%であった。
上述した<ポリマー1>と同様にしてポリマー(水添前)を作製した。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入した後、n−ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部とTMEDA(テトラメチルエチレンジアミン)を、n−ブチルリチウム1モルに対して0.55モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、ブタジエン70質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
最後に、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合し、ポリマーを得た。
得られたポリマーは、スチレン含有量30質量%、ポリスチレンブロック含有量29.5質量%、ポリブタジエンブロック部のビニル結合量36%、ポリマー全体の分子量8.0万、ポリスチレンブロックの分子量2.3万、分子量分布1.03であった。
得られた水添ブロック共重合体<ポリマー5>の水添率は、ブタジエンの水添率99%であった。
内容積が10Lの、攪拌装置及びジャケット付きの槽型反応器を、洗浄、乾燥、窒素置換してバッチ重合を行った。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入後、n−ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部とTMEDAをn−ブチルリチウム1モルに対して0.7モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
次に、ブタジエン17質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
次に、ブタジエン15質量部とスチレン35質量部とを含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
次に、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
最後に、イソプレン1.5質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入して、70℃で30分間重合し、ポリマーを得た。
得られた水添ブロック共重合体<ポリマー6>の水添率は、ブタジエンの水添率99%、イソプレンの水添率4%であった。
上述した<ポリマー1>と同様にしてポリマー(水添前)を作製した。
先ず、全モノマー100質量部を基準として、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入後、n−ブチルリチウムを全モノマー100質量部に対して0.05質量部とTMEDAをn−ブチルリチウム1モルに対して0.7モル添加し、70℃で30分間重合した。
その後、ブタジエン20質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で30分間重合した。
次に、ブタジエン15質量部とスチレン35質量部とを含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
最後に、スチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を投入して、70℃で30分間重合した。
得られた水添ブロック共重合体<ポリマー7>の水添率は、ブタジエンの水添率98%であった。
ポリアミド樹脂 商品名:アミラン(東レ社製)
<変性重合体>
無水マレイン酸変性SEBS 商品名:タフテックM1913(旭化成ケミカルズ株式会社製)
<架橋剤>
ポリメチロールフェノール樹脂 商品名:タッキロール250−1(田岡化学株式会社製)
<架橋助剤>
酸化亜鉛(和光純薬工業株式会社製)
上記<ポリマー1>、ポリアミド樹脂(アミラン)、無水マレイン酸変性SEBS(タフテックM1913)、及びポリメチロールフェノール樹脂(タッキロール250−1)、酸化亜鉛を、下記表1に記載されている質量部比で、2軸押出機[東洋精機(株)製]を用いて、シリンダー温度270℃、スクリュウ回転数250rpmの条件下で溶融混練して、熱可塑性エラストマー組成物を製造した。
得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、250℃の温度条件下で射出成形機[東洋精機(株)製]により2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー2>を用いた。その他の条件は実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー3>を用いた。その他の条件は実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー4>を用いた。その他の条件は実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー5>を用いた。その他の条件は実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
架橋剤及び架橋助剤を添加せずに、<ポリマー1>、ポリアミド樹脂(アミラン)、無水マレイン酸変性SEBS(タフテックM1913)を、下記表1に示す質量部比で、2軸押出機[東洋精機(株)製]を用い、シリンダー温度を270℃とし、スクリュウ回転数を250rpmとした条件で、溶融混練を行い、熱可塑性エラストマー組成物を製造した。
得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、250℃の温度条件下で射出成形機[東洋精機(株)製]により2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー2>を用いた。その他の条件は比較例2と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
無水マレイン酸変性SEBS(タフテックM1913)を用いずに、上記<ポリマー1>、ポリアミド樹脂(アミラン)、及びポリメチロールフェノール樹脂(タッキロール250−1)、酸化亜鉛を、下記表1に示す質量部比で、2軸押出機[東洋精機(株)製]を用い、シリンダー温度を270℃とし、スクリュウ回転数を250rpmとした条件で、溶融混練を行い、熱可塑性エラストマー組成物を製造した。
得られた熱可塑性エラストマー組成物を用いて、250℃の温度条件下で射出成形機[東洋精機(株)製]により2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー6>を用いた。その他の条件は、実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
上記<ポリマー1>に替えて上記<ポリマー7>を用いた。その他の条件は、実施例1と同様として熱可塑性エラストマー組成物を製造し、2mm厚のシートを作製し、物性測定片とした。
比較例1は、不飽和ブロックを有していないため、架橋されておらず、実用上十分な物性値が得られなかった。
比較例2、3は、架橋剤を添加しなかったため、耐熱性、耐油性において、上記実施例に比して劣ったものとなった。
比較例4は、変性重合体を用いなかったため、組成物中でゴム成分を微分散させることができなかった。このため、機械的特性、耐熱性、耐油性の全てにおいて上記実施例に比して劣ったものとなった。
一方、比較例5は、不飽和ブロックを有していないため、架橋されておらず、上記実施例5に比して劣ったものとなった。
Claims (16)
- ブロック共重合体(I)100質量部と、
極性樹脂(II)1〜1000質量部と、
変性重合体(III)1〜500質量部と、
架橋剤(IV)0.01〜50質量部と、
を、溶融条件下で動的に架橋することにより得られる熱可塑性エラストマー組成物であって、
前記ブロック共重合体(I)が、
少なくとも1個のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)、
及び/又はアルキレン単位(b−1)とビニル芳香族単量体単位(b−2)とを主体とする少なくとも1個の共重合体ブロック(B)を含み、
かつ、末端部に1個以上の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)を有するブロック共重合体である、熱可塑性エラストマー組成物。 - 前記ブロック共重合体(I)が、さらに2個以上の、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有する請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)が、少なくともどちらかの末端部に、1個以上のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有する、請求項1又は2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)が、両末端部にそれぞれ少なくとも1個以上のビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有する、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)の末端部に、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有し、
前記ビニル芳香族ブロック(D)に、少なくとも1個の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)が内接する、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。 - 前記ブロック共重合体(I)の両末端部に、ビニル芳香族単量体単位を主体とする重合体ブロック(D)を有し、
前記ビニル芳香族ブロック(D)に、炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)がそれぞれ内接する請求項1乃至5のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。 - 前記不飽和ブロック(C)の共役ジエンがイソプレンである、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)中の不飽和ブロック(C)含有量が、0.1〜20質量%である、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)が、非水添ブロック共重合体の水素添加反応によって得られる水添ブロック共重合体である、請求項1乃至8のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記非水添ブロック共重合体に含まれる全共役ジエンのビニル結合含有量が15〜80%である、請求項9に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記ブロック共重合体(I)中のビニル芳香族単量体の含有量が5〜70質量%である請求項1乃至10のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記変性重合体(III)が、無水マレイン酸基、エポキシ基、1〜3級のアミノ基、カルボキシル基、水酸基からなる群より選ばれる、少なくとも一つの官能基を有する変性重合体である請求項1乃至11のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記極性樹脂(II)が、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリオキシメチレン系樹脂からなる群より選ばれる、少なくとも一種の極性熱可塑性樹脂である請求項1乃至12のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記架橋剤(IV)が、フェノール樹脂系架橋剤又は有機過酸化物系架橋剤である請求項1乃至13のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- ゴム用軟化剤(V)を0〜300質量部含む請求項1乃至14のいずれか一項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- ブロック共重合体(I)100質量部と、
変性樹脂(II)1〜1000質量部と、
変性重合体(III)1〜500質量部と、
架橋剤(IV)0.01〜50質量部と、
を、二軸押出し機を用いて、溶融条件下で動的に架橋する工程を有する熱可塑性エラストマー組成物の製造方法であって、
前記ブロック共重合体(I)が、少なくとも1個のアルキレン単位を主体とする重合体ブロック(A)、及び/又はアルキレン単位(b−1)とビニル芳香族単量体単位(b−2)とを主体とする少なくとも1個の共重合体ブロック(B)を含み、かつ、少なくとも片方の末端部に1個以上の炭素原子数5個以上の共役ジエン単量体単位を主体とする不飽和ブロック(C)を有するブロック共重合体である、
熱可塑性エラストマー組成物の製造方法。
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