JP2000290466A

JP2000290466A - 熱可塑性樹脂組成物

Info

Publication number: JP2000290466A
Application number: JP11095712A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Nishikawa; 哲生西川; Kazuo Haruta; 和夫春田; Toshiaki Sakaki; 俊明榊; Tetsuro Mizoguchi; 哲朗溝口
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Kanebo Synthetic Fibers Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd; Kanebo Synthetic Fibers Ltd
Priority date: 1999-04-02
Filing date: 1999-04-02
Publication date: 2000-10-17
Anticipated expiration: 2019-04-02
Also published as: US7354968B2; US20030069344A1; JP3578446B2

Abstract

(57)【要約】【課題】重量感と柔軟性の双方が要求される種々の物品
の形成材料として使用することのできる、高比重で柔軟
性があり、加工性に優れた熱可塑性樹脂組成物を提供す
る。【解決手段】スチレン系熱可塑性エラストマー２．５〜
１５重量％と、平均粒子径１３μｍのタングステン粉末
８５〜９７．５重量％とを配合し、高速攪拌翼付き混合
槽（スーパーミキサー）で予備混合した後、スクリュー
径が２５ｍｍの単軸押出機で溶融混錬して得られた熱可
塑性樹脂組成物。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、高比重で、柔軟
性に優れた熱可塑性樹脂組成物に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】高分子
材料は、金属材料に比べて加工が容易で耐蝕性に優れ、
かつ軽量である上に比較的安価なこと、絶縁性が良好で
あること等の理由から、近年電気・電子部品、機械部
品、精密部品、一般工業部品などの素材や構造材料とし
て、多くの分野において幅広く用いられている。

【０００３】また、高分子材料は、切削加工や焼結工程
等を必要とする金属材料に比べて加工性に優れており、
特に、射出成形法を採用した場合には、複雑な形状の成
形品が一工程で成形できるという利点がある。

【０００４】ところで、自動車等のホイールバランスを
調整するためにホイールに装着されるバランスウエイト
は、ホイールの外観を損なわないように極力小さい方が
よく、ホイールのリム径に合わせることができるように
容易に変形することが望ましい等の理由で、従来から、
高比重で、柔軟性を備えた金属材料である鉛がバランス
ウエイトの形成材料として使用されてきた。

【０００５】しかしながら、鉛には毒性があり、しか
も、皮膚から人間の体内に侵入した鉛は骨に沈着すると
極めて排出されにくく、人間の体内に蓄積されることと
なる。そして、万一人間の体内に鉛が蓄積されると、鉛
中毒を起こす可能性も皆無ではないので、上述したよう
なホイールのバランスウエイト等についても、鉛以外の
材料によって形成することが望まれているが、鉛のよう
に高比重で適度な柔軟性を備えた材料は存在していない
のが現状である。

【０００６】そこで、この発明の課題は、高分子材料で
ある熱可塑性樹脂を使用することで、上述したバランス
ウエイト等のように、重量感と柔軟性の双方が要求され
る種々の物品の形成材料として使用することのできる、
鉛に匹敵する高比重でありながら、しかも高度の柔軟性
があり、加工性に極めて優れた熱可塑性樹脂組成物を提
供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及びその効果】上記の課題
を解決するため、この発明は、熱可塑性エラストマー
２．５〜１５重量％と、タングステン粉末８５〜９７．
５重量％とをブレンドすることにより、高比重で柔軟性
があり、加工性に優れた熱可塑性樹脂組成物を提供する
ものである。

【０００８】本発明に用いられる熱可塑性エラストマー
は、分子中に弾性を持つゴム成分（ソフトセグメント）
と、塑性変形を防止するための分子拘束成分（ハードセ
グメント）との両成分を持っており、ソフトセグメント
の分子運動が局所的にハードセグメントによって拘束さ
れているため、常温ではゴム弾性体としての挙動をとる
が、温度上昇によって塑性変形をする高分子材料のこと
である。高温で可塑化して成形が可能となり、常温下で
はその形状を保ち、かつ容易に変形することが求められ
るためである。

【０００９】具体的には、ハードセグメントがポリスチ
レン、ソフトセグメントが（水添）ポリブタジエンや
（水添）ポリイソプレンであるスチレン系熱可塑性エラ
ストマー、ハードセグメントがポリエチレンやポリプロ
ピレン、ソフトセグメントがエチレン・プロピレン・ジ
エン共重合体（ＥＰＤＭ）やブチルゴムであるオレフィ
ン系熱可塑性エラストマー、ハードセグメントがポリエ
ステル、ソフトセグメントがポリエーテルや脂肪族ポリ
エステルであるポリエステル系熱可塑性エラストマー、
ハードセグメントがウレタン構造、ソフトセグメントが
ポリエーテルやポリエステルであるウレタン系熱可塑性
エラストマー、ハードセグメントがポリアミド、ソフト
セグメントがポリエーテルやポリエステルであるポリア
ミド系熱可塑性エラストマーが挙げられる。

【００１０】また、ハードセグメントがシンジオタクチ
ック１，２−ポリブタジエン、ソフトセグメントが非結
晶ポリブタジエンである１，２−ポリブタジエン系熱可
塑性エラストマー、ハードセグメントがトランス１，４
−ポリイソプレン、ソフトセグメントが非結晶ポリイソ
プレンであるトランス１，４−ポリイソプレン系熱可塑
性エラストマー、ハードセグメントが金属カルボキシレ
ートイオンクラスター、ソフトセグメントが非結晶ポリ
エチレンであるアイオノマー、ハードセグメントが結晶
ポリエチレン、ソフトセグメントがエチレン−エチルア
クリレート共重合体またはエチレン−酢酸ビニル共重合
体であるＰＥ／ＥＥＡ,ＥＶＡ系熱可塑性エラストマ
ー、ハードセグメントがフッ素系樹脂、ソフトセグメン
トがフッ素系ゴムであるフッ素系熱可塑性エラストマー
等を使用することも可能である。

【００１１】また、使用する熱可塑性エラストマーは、
屋外での使用を考慮すると、耐候性、耐老化性に優れて
いる必要があり、例えば、１００℃程度まで上昇する自
動車のホイールに装着されるバランスウエイトとして使
用されるような場合には、１００℃程度の温度で溶融し
ないような耐熱性がさらに要求されることになる。こう
いった要求を満足するためには、使用する熱可塑性エラ
ストマーが二重結合を持たず、加水分解等を起こさない
ものであることが望ましく、具体的には、中間のソフト
セグメントを構成するポリイソプレン部分やポリブタジ
エン部分を、水素添加して飽和したスチレン系熱可塑性
エラストマーの水素添加物（ＳＥＰＳ、ＳＥＢＳ）等が
適している。なお、中間のイソプレン部分にブタジエン
のユニットを含むスチレン系熱可塑性エラストマーの水
素添加物を用いることも可能であり、ＳＥＰＳ、ＳＥＢ
Ｓ等、種類の異なる２種類以上のスチレン系熱可塑性エ
ラストマーの水素添加物を混合したものであってもよ
い。

【００１２】例えば、上述したＳＥＰＳの場合、スチレ
ンの含量、イソプレンの分子量、分子量分布等によって
物性が変化する。即ち、スチレン含量が増えるほど硬く
なり、イソプレンの分子量が大きくなるほど強度が大き
くなる。また、分子量分布がシャープになるほど成形性
が低下し、特に、イソプレンの分子量が大きく、その分
子量分布がシャープであると、成形が極めて困難とな
る。スチレンの含量については１０〜６５％程度のもの
が一般的に知られているが、本発明で使用するＳＥＰＳ
として適しているのは、スチレン含量が１３〜３０％、
好ましくは１３〜２０％程度のものである。また、ＳＥ
ＰＳ自身の成形性については、２３０℃、２．１６ｋｇ
の条件でのＭＦＲが０．０５ｇ／１０分以上、好ましく
は０．５ｇ／１０分以上、さらに好ましくは１ｇ／１０
分以上のものであるのがよい。これは、タングステン粉
末をブレンドすることにより、熱可塑性エラストマー単
独の場合に比べて成形性が低下するからである。

【００１３】こういったスチレン系熱可塑性エラストマ
ーは、アルキルリチウム等の一官能性開始剤を用いて、
スチレン−イソプレン−スチレン、スチレン−ブタジエ
ン−スチレンの順序でリビング重合してブロック共重合
体を製造（一官能性開始剤による三段階重合）し、水素
添加する方法や、同様の開始剤を用いて同様にリビング
重合した後、ジハロゲン化アルキルでカップリングし
て、ブロック共重合体を製造（二段階重合カップリング
法）し、水素添加する方法等によって製造することがで
きる。なお、本発明で使用する熱可塑性エラストマーは
ペレット状でもパウダー状でもよい。

【００１４】本発明に使用するタングステンは、熱可塑
性エラストマーと均一にブレンドする必要があることか
ら、粉末状であることが望ましく、その粒子径は好まし
くは３００μｍ以下、より好ましくは２〜１００μｍ、
さらに好ましくは３〜３０μｍ、特に好ましくは３〜２
７μｍである。タングステン粉末の粒子径が大きくなる
と、射出成形法等を採用して成形する場合に、熱可塑性
樹脂組成物が金型のゲートを通過しにくくなり、成形性
が低下するからである。また、粒子径が極端に小さくな
ると、タングステン粉末の表面積が大きくなり、所定量
の熱可塑性エラストマーによってタングステン粉末の表
面を完全に覆うことができなくなるからである。なお、
粒子径が小さいものと大きいものとを併用すると、樹脂
組成物の流動性が向上し、成形性が良好となるため好ま
しく、例えば、５μｍ以下のものと、２７μｍ以上のも
のを用いることが好ましい。

【００１５】また、本発明で使用するタングステン粉末
は、樹脂との親和性を高める場合には、カップリング処
理をして用いることが好ましい。カップリング剤として
は、チタネート系、アルミニウム系、シラン系等が用い
られるが、本発明においては、シラン系が最も親和性改
善効果が高い。

【００１６】本発明に用いる熱可塑性エラストマーの配
合量は、２．５重量％以上であることが肝要である。熱
可塑性エラストマーの配合量が２．５重量％未満であれ
ば、樹脂の形成が困難となる。また、仮に成形できると
しても成形性が悪いものとなるからである。

【００１７】なお、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、Ｊ
ＩＳＫ−７２１５（試験機タイプＤ）に規定された方
法によって測定された表面硬度が８０以下であることが
好ましく、さらに好ましくは６０以下である。

【００１８】また、本発明に用いるタングステン粉末の
配合量は、８５重量％以上であることが肝要である。タ
ングステン粉末の配合量が８５重量％未満の場合、比重
が４．５未満となって十分な比重を確保することができ
ないからである。

【００１９】従って、高比重、柔軟性及び加工性（成形
性）の全てを満足させるためには、使用する熱可塑性エ
ラストマーの配合量及びタングステン粉末の配合量は、
それぞれ２．５〜１５重量％、８５〜９７．５重量％と
なる。

【００２０】なお、ホイールのバランスウエイトやスポ
ーツ用具等として使用する場合は、比重が好ましくは８
以上、さらに好ましくは９以上、特に好ましくは１０以
上であり、この比重を確保するためのタングステン粉末
の配合量は、それぞれ９３．５重量％以上、９４．５重
量％以上、９５．５重量％以上である。一方、これらの
用途に用いる場合に要求される柔軟性（手で容易に曲げ
ることができる程度）を確保するために必要なスチレン
系熱可塑性エラストマーの配合量は、２．５重量％以
上、好ましくは３．０重量％以上、さらに好ましくは
４．０重量％以上である。従って、こういったバランス
ウエイト等の用途に使用する場合は、結局、スチレン系
熱可塑性エラストマーの配合量が２．５〜６．５重量
％、タングステン粉末の配合量が９３．５〜９７．５重
量％の範囲内にそれぞれ入るように設定しておく必要が
ある。

【００２１】なお、本発明の熱可塑性樹脂組成物には、
本発明の目的を損なわない範囲で、必要に応じてゴムや
低分子量成分の他、通常の添加剤、例えば、酸化防止
剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、結晶化促進
剤、カップリング剤、骨材、添加剤添着液、顔料、染
料、軟化剤、老化防止剤、架橋剤等を添加することがで
きる。

【００２２】前記架橋剤は、必要に応じて熱可塑性エラ
ストマーを架橋するために使用するものであり、熱可塑
性エラストマー間の結びつきを強化し、こすれや破壊に
対して未架橋のものより抵抗力を高める働きをする。架
橋剤としては、例えば、２，５−ジメチル−２，５−ｔ
−ブチルパーオキシル−ヘキシン−３、２，５−ジメチ
ル−２，５−ジ−ｔ−ブチルパーオキシヘキサン、ジ
（ｔ−ブチルパーオキシ）−ｍ−ジイソプロピルベンゼ
ン、ジ−ｔ−ブチルパーオキサイド、ジクミルパーオキ
サイド、ｔ−ブチルクミルパーオキサイド、ｔ−ブチル
パーオキシクメン等の有機過酸化物を使用することがで
きる。

【００２３】本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法
は、特に限定されるものではなく、単軸または２軸押出
機を用いて、タングステン粉末と熱可塑性エラストマー
とを溶融混錬する方法等、公知の種々の方法を採用する
ことができる。また、本発明の熱可塑性樹脂組成物の成
形方法についても、特に限定されるものではなく、例え
ば、射出成形法、圧縮成形法等、公知の種々の方法を採
用することができる。

【００２４】以上のように、本発明の熱可塑性樹脂組成
物は、成形しやすく、常温において柔軟性を有する熱可
塑性エラストマーと高比重のタングステン粉末とをブレ
ンドする構成を採用したため、鉛と同等もしくはそれ以
上の高比重でありながら、しかも適度な柔軟性が確保さ
れることになり、特に、毒性のある鉛製のバランスウエ
イトの代替物として使用することができるほか、種々の
スポーツ用具、電気・電子部品、機械部品等、様々な用
途に使用することができる。

【００２５】また、本発明の熱可塑性樹脂組成物は、熱
可塑性エラストマーを使用していることから、射出成形
法や圧縮成形法等の種々の成形法を採用することがで
き、成形性、加工性に極めて優れていると共に、使用済
みの同材料を溶融、成形することにより再生するといっ
たリサイクルが可能であるという利点がある。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明するが、
本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。な
お、実施例に先立って、タングステン粉末のシラン系カ
ップリング処理方法について説明する。

【００２７】（シラン系カップリング処理方法）シラン
系カップリング剤として、γ−（２−アミノエチル）ア
ミノプロピルトリメトキシシラン（ＳＨ６０２０、東レ
・ダウコーニング・シリコーン（株）製）を使用した。
高速攪拌翼付き混合槽（スーパーミキサー）で攪拌中の
タングステン粉末へ、シラン系カップリング剤を０．３
重量％滴下し、槽内温度が１２０℃になるまで攪拌を続
けた。その後冷却し、シラン系カップリング処理済みタ
ングステン粉末として使用した。

【００２８】（実施例１）表１に示すように、スチレン
系熱可塑性エラストマーの水素添加物（セプトン２０６
３（クラレ製）、スチレン含有量が１３重量％のＳＥＰ
Ｓ、比重：０．８９、JIS A 硬度３６、数平均分子量
は１．５６Ｅ＋５及び４．０８Ｅ＋４の２ピーク）３．
０重量％、事前にシラン系カップリング処理を行った平
均粒子径１３μｍのタングステン粉末（東京タングステ
ン製）９７重量％を配合し、高速攪拌翼付き混合槽（ス
ーパーミキサー）で予備混合した後、スクリュー径が２
５ｍｍの単軸押出機で溶融混錬してペレットを得た。こ
のペレットを減圧下で加熱（８０℃）乾燥し、射出成形
機によって、長さ１００ｍｍ、幅２５ｍｍ、厚み２．０
ｍｍの成形品を得た。なお、射出成型機の温度は２４０
℃、金型温度は６０℃とした。また、本樹脂の２３０
℃、荷重２．１６ｋｇでのメルトフローレート（ＭＦ
Ｒ）は、２．２ｇ／１０分であった。

【００２９】（実施例２）表１に示すように、スチレン
系熱可塑性エラストマーの水素添加物（セプトン４０３
３（クラレ製）、スチレン含有量が３０重量％のＳＥＰ
Ｓ、比重：０．９２、JIS A 硬度７６、数平均分子量
８．７９Ｅ＋４）４．５重量％、事前にシラン系カッ
プリング処理を行った平均粒子径１３μｍのタングステ
ン粉末（東京タングステン製）９５．５重量％を配合
し、射出成形温度を２８０℃とする他は、実施例１と同
様の方法により、同一サイズの成形品を得た。なお、本
樹脂の２３０℃、荷重２．１６ｋｇでのＭＦＲは０ｇ／
１０分であった。

【００３０】（実施例３）表１に示すように、スチレン
系熱可塑性エラストマーの水素添加物（セプトン２０６
３（クラレ製））１４．０重量％、事前にシラン系カッ
プリング処理を行った平均粒子径５μｍのタングステン
粉末（東京タングステン製）８６．０重量％を配合し、
実施例１と同様の方法により、同一サイズの成形品を得
た。

【００３１】（実施例４）表１に示すように、熱可塑性
エラストマーとしてセプトン４０３３を使用すると共に
平均粒子径が３μｍのタングステン粉末を使用し、射出
成形温度を２６０℃とする他は、実施例３と同様の方法
により、同一サイズの成形品を得た。

【００３２】（実施例５）タングステン粉末として、平
均粒子径５μｍと２７μｍのものを、６：４の割合に混
合したものを用いる他は、実施例１と同様の方法によ
り、同一サイズの成形品を得た。

【００３３】（比較例１）表１に示すように、スチレン
系熱可塑性エラストマーの水素添加物（セプトン２０６
３（クラレ製））２．０重量％、事前にシラン系カップ
リング処理を行った平均粒子径１３μｍのタングステン
粉末（東京タングステン製）９８．０重量％を配合し、
実施例１と同様に、予備混合した後に、単軸押出機で溶
融混錬しようとしたが、押出機の負荷が大きく、ペレッ
トを採取することができなかった。

【００３４】（比較例２）表１に示すように、スチレン
系熱可塑性エラストマーの水素添加物（セプトン２０６
３（クラレ製））１８．０重量％、事前にシラン系カッ
プリング処理を行った平均粒子径５μｍのタングステン
粉末（東京タングステン製）８２．０重量％を配合し、
実施例１と同様の方法により同一サイズの成形品を得
た。

【００３５】（比較例３）表１に示すように、熱可塑性
エラストマーとしてセプトン４０３３を使用し、射出成
形温度を２６０℃とする他は、比較例２と同様の方法に
より、同一サイズの成形品を得た。

【００３６】（比較例４）表１に示すように、ナイロン
６（ＭＣ１０２カネボウ合繊（株）製）５．７重量
％、事前にシラン系カップリング処理を行った平均粒子
径１３μｍのタングステン粉末（東京タングステン製）
９４．３重量％を配合し、射出成形温度を２６０℃とす
る他は、実施例１と同様の方法により同一サイズの成形
品を得た。

【００３７】

【表１】

【００３８】上述した実施例１〜４及び比較例１〜４の
各成形品について、それぞれ比重及び表面硬度を測定
し、その結果を表２に示した。なお、比重はＪＩＳＫ
−７１１２、表面硬度はＪＩＳＫ−７２１５（デュロ
メータ硬さを測定する試験機のタイプＤ）にそれぞれ
規定する方法に基づいて測定した。

【００３９】

【表２】

【００４０】表１及び表２に示すように、熱可塑性エラ
ストマーの配合量が２．５〜１５重量％、タングステン
粉末の配合量が８５〜９７．５重量％の範囲内にある実
施例１〜５は、比重が大きい（４．５以上）にも拘わら
ず十分な柔軟性（表面硬度が６０以下）を備えているの
に対して、熱可塑性エラストマーの配合量が１８．０重
量％、タングステン粉末の配合量が８２．０重量％と、
上述した範囲外にある比較例２、３については、４．５
以上の十分な比重を確保することができないことが分か
る。また、熱可塑性エラストマーの代わりにナイロン６
を使用した比較例４は、比重は十分である一方、硬度が
高すぎるという問題を有していた。

【００４１】さらに、熱可塑性エラストマーとしてセプ
トン２０６３を使用した実施例１、３では、表面硬度が
２５以下となり、優れた柔軟性が得られることが分か
る。従って、優れた柔軟性を要求される場合は、セプト
ン４０３３を使用するよりもセプトン２０６３を使用す
るほうが望ましい。即ち、元々の熱可塑性エラストマー
が柔軟なものを使用するのが望ましい。

【００４２】また、タングステン粉末として、粒子径が
小さいものと大きいものとを併用した実施例５は、物性
面において実施例１と同等であったが、樹脂の流動性が
優れているため、成形性が良いという利点を有してい
た。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者春田和夫山口県防府市鐘紡町４番１号カネボウ合繊株式会社内 (72)発明者榊俊明兵庫県加古川市尾上町養田1319番地の２ (72)発明者溝口哲朗兵庫県西宮市建石町５丁目11番地の406 Ｆターム(参考） 4J002 BP011 DA116 FB096 FD016

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性エラストマー２．５〜１５重量
％、タングステン粉末８５〜９７．５重量％を含有する
ことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
【請求項２】前記熱可塑性エラストマーが、スチレン
系熱可塑性エラストマーである請求項１に記載の熱可塑
性樹脂組成物。
【請求項３】前記熱可塑性エラストマーが、ポリスチ
レン−ポリイソプレンブロック共重合体の水素添加物ま
たはポリスチレン−ポリブタジエンブロック共重合体の
水素添加物またはポリスチレン−ポリイソプレンブロッ
ク共重合体のイソプレン部にブタジエンユニットを含む
ものの水素添加物またはこれらの混合物である請求項２
に記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項４】ＪＩＳＫ−７２１５に規定された方法
によって測定された表面硬度が８０以下である請求項
１、２または３に記載の熱可塑性樹脂組成物。
【請求項５】比重が８以上である請求項１、２、３ま
たは４に記載の熱可塑性樹脂組成物。