JP4703962B2 - 改良された熱可塑性樹脂成形体 - Google Patents
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Description
しかし、ポリアミド樹脂は、成形温度での溶融張力が小さく、フィルム、シート、ブローといった成形が難しいという欠点を有している。
このためポリアミド樹脂の特徴を維持し、成形性を改良する目的でポリオレフィン系樹脂とのアロイ化が検討されている。
ポリアミド樹脂とポリオレフィン系樹脂とのアロイの場合、ポリアミド樹脂の特徴、例えば気体/液体バリア性の機能を最大限発揮するためには、ポリアミド樹脂を連続相(海)、ポリオレフィン系樹脂を分散相(島)とすることが最も好ましい。
しかしながら、特許文献1は、単にポリアミド樹脂とポリオレフィン樹脂を特定の溶融粘度条件下で混練したものであるため、機械物性面で充分ではなかった。また、特許文献2では、特定溶融粘度のポリアミド樹脂とジカルボン酸変性ポリオレフィンからなる組成物であるため、熱安定性に劣るという問題点および組成物構成成分の全てが吸湿性の物であり、吸湿により気体/液体バリア性が悪くなるという問題点があった。
また、特許文献3、4では多量のポリアミド系樹脂が連続相であるためフィルム、シート、ブロー等の成形が難しく、且つポリアミド組成比が高いためコスト高になるといった問題点があった。
さらに、ポリアミド樹脂が連続相(海)を形成している樹脂組成物の場合、例えばシート、フィルムの表面はポリアミド樹脂であるため、他素材との接着時に高温を必要としたり、ポリオレフィン系樹脂のような極性の低い樹脂との接着性に劣る等の問題点があった。
すなわち本発明は(1)(A)オレフィンと、α、β−不飽和カルボン酸及び/又はその無水物と、の共重合体0.1〜20重量%と、(B)ポリアミド樹脂1〜50重量%と、(C)ポリエチレン系樹脂30〜98重量%と、を含む熱可塑性樹脂成形体において、前記(C)の平均円換算粒子径が10μm以下であり、前記(A)、前記(B)及び前記(C)を、T−ダイを用いて押出すことにより、前記(B)が連続相、前記(C)が分散相を形成し、かつ当該成形体の表面には前記(B)連続相と前記(C)分散相とが混在していることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体、
(3)前記(A)が、エチレン、(メタ)アクリル酸エステル及び無水マレイン酸との共重合体である上記(1)または(2)に記載の熱可塑性樹脂成形体、
(5)該熱可塑性樹脂成形体が、熱可塑性樹脂フィルムである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体、
(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体から得られる包装材料、
(7)上記(6)に記載の包装材料から得られる包装容器、
(8)前記熱可塑性樹脂成形体が、自動車天井用シートである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂成形体
である。
熱可塑性重合体への官能基(f)の導入方法には特に制限は無いが、熱可塑性重合体と官能基(f)を有する化合物をラジカル開始剤の存在下に溶融混練してグラフト変性する方法、官能基(f)を有する化合物を共重合する方法、イオン重合リビング末端に官能基(f)を有する化合物を結合させる方法等がある。
官能基含有単量体成分としては、(メタ)アクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマル酸、桂皮酸等の不飽和カルボン酸、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和カルボン酸無水物が挙げられる。好ましくは、(メタ)アクリル酸、無水マレイン酸、グリシジル(メタ)アクリレートである。これら官能基含有単量体は、単独、あるいは2種類以上を用いても構わない。
このようなオレフィンと官能基含有単量体の共重合体としては、例えばエチレン−(メタ)アクリル酸共重合体、エチレン−(メタ)アクリル酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン−無水マレイン酸−(メタ)アクリル酸(エステル)共重合体などが挙げられ、エチレン−無水マレイン酸−(メタ)アクリル酸エステル共重合体が成形性、物性の面から好ましい。これらは単独、或いは2種類以上を混合して用いても構わない。
本発明における(A)の割合は、0.1〜20重量%、好ましくは1〜20重量%、より好ましくは1〜10重量%である。(A)の割合がこの範囲にあることが、耐衝撃性、成形加工性、バリア性の点で好ましい。
本発明における(C)オレフィン系樹脂としては、大きく分けてポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂あるいはポリエチレン系樹脂とポリプロピレン系樹脂の混合物が挙げられる。
ポリエチレン系樹脂としては、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)等を挙げることができる。これらの中でも高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)及び直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)が、安価に入手できる為、特に好ましい。これらのポリエチレン系樹脂は、単独で用いても良いし、又、2種以上を組み合わせて用いても良い。
密度0.94〜0.97g/cm3のポリエチレンは、剛性、耐薬品性、バリア性の観点から、好ましく、その中でも密度が高いほど剛性、耐薬品性、バリア性の観点から更に好ましい。
ポリプロピレン系樹脂としては、ホモのポリプロピレン、プロピレンとエチレン、ブテン−1、ペンテン−1、ヘキセン−1等の他のα−オレフィンとの共重合樹脂(ブロック、ランダムを含む)等を挙げることができる。
本発明で使用する(C)オレフィン系樹脂には、上述の如くポリエチレン系樹脂および/またはポリプロピレン系樹脂があるが、ポリエチレン系樹脂がポリプロピレン系樹脂と比較して低温衝撃特性、耐候性が高く好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂成形体、特には熱可塑性樹脂シート、フィルムの少なくとも片面の表面は、(B)及び(C)が混在していなければならなく、それ以外の部分は、(B)が連続相、(C)が分散相を形成していることが好ましい。少なくとも片面の表面において、(B)及び(C)が混在していないと優れた接着性が発現できない。また、それ以外の部分において(B)が連続相、(C)が分散相を形成していることが、目標とする耐熱性、気体/液体バリア性を発現するうえで好ましい。
「連続相」とは、例えば2相の樹脂相分離構造を有する場合、他の相に完全に覆われていない相のことをいい、「分散相」とは、他の相に完全に覆われている相のことをいう。
本発明の熱可塑性シート、フィルムにおいて、表面は、(B)及び(C)が混在していること、また、それ以外の部分において(B)が連続相、(C)が分散相を形成していることは、これらの電子顕微鏡写真(例えば、TEM)等による観察により判断することができる。
なお、連続相の厚みとは、成形体の透過型電子顕微鏡写真(倍率10000倍)において、図2に例示するように、分散相の短径方向と平行に直線を引き、直線と交差する連続相部分の巾を測定し複数の直線を5μm間隔で並行に引いて、50個以上の厚みを測定して平均を出し、連続相の平均厚みとしている。連続相の厚みが薄く測定が困難な場合には、倍率50000以上の写真を使用し、2.5μm間隔で、25個以上測定することが好ましい。
「(C)の平均円換算粒径」の円換算粒径とは、電子顕微鏡写真(例えば、TEM等)の、ポリマーブレンド組成物内の分散構造確認手段によって分散相の2次元的情報のひとつである面積を求め、それと等しい面積を有する円の直径を算出し、それを分散相の円換算粒径とする。
平均円換算粒径=(Σdi4*ni)/(Σdi3*ni)
di:i番目の分散相の円換算粒径
ni:i番目の分散相の個数
本発明において、(C)よりなる分散相の平均円換算粒径を10μm以下に制御する方法は、特に限定はしないが以下の方法の単独、あるいは2つ以上の併用が可能である。
JISK7210に準拠し、(B)の融点以上の温度で、2.16Kg荷重で測定した(B)のメルトフローレート値(MFRB)と(C)のメルトフローレート値(MFRC)の比(MFRB/MFRC)は、MFR値の差が大きくなりすぎ分散相粒径を10μm以下にすることが困難になることに鑑みると4000以下であることが好ましい。
(2)(A)の導入量を制御する方法
(A)の添加量を増やすことで、分散相の粒径は小さくなる傾向にある。ただし、(A)の組成によって(A)の導入量と分散相の粒径の関係は異なる。
樹脂を溶融混練する装置として、通常、単軸、同方向2軸、異方向2軸押出機等が使用される。同タイプの押出機、例えば同方向2軸押出機にて混練する場合、混練スクリューの全長(L)とスクリュー径(D)の比(L/D)が大きいほど混練が強くなり、分散相の粒径を小さくできる。
また、同方向2軸押出機では通常2カ所の混練ゾーンを設けるが、混練ゾーンの数を多くする、その中のニーディングブロックの数を多くし混練ゾーンの全長を長くする、各混練エレメントのピッチを短くする、等の手法でも分散相の粒径を小さくすることが出来る。
また、スクリュー回転数を高回転にする等樹脂に与えるせん断速度を早くする手法でも分散相粒径を小さくすることができる。
また、ダイス部でのメッシュを細かくする、メッシュ枚数を増やす等の方法でも粒径を小さくすることが出来る。
(B)と(C)のMFR値の比(MFRB/MFRC)が50〜2000の範囲にある場合は、(A)、(B)、(C)を一括混練するまたは(BとC)を混練し、(A)を加えて混練する方法を上げることが出来る。
MFR比が2000を越える場合は(A)と(B)を予め混練後、(C)と混練する方法が有用であり、MFR比が50未満の場合は、(A)と(C)を予め混練後(B)と混練する方法が有用である。
(C)の溶融時の表面張力を下げる目的で、ステアリン酸塩のような界面活性剤、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)アルキルアミンのような帯電防止剤を加えても粒径を小さくすることが出来る。
(6)選択的に(C)の粘度を下げる可塑剤を加える方法
(C)への可塑化効果が大きくて、(B)の可塑化効果が小さいオイル等の可塑剤を加えることにより、分散相粒径を小さくすることが出来る。
(7)無機ガス充填混練方法
(C)への可塑化効果が大きくて、(B)の可塑化効果が小さい無機ガス(窒素、炭酸ガス等)を押出混練機の溶融ゾーンに加圧注入する方法によって(C)の粒径を小さくすることが出来る。
また、(A)の量(Wa重量部)と(B)の量(Wb重量部)が、3<Wb/Wa<100の場合に、(B)を連続相にし、連続相の厚みを本発明の範囲内にすることができ、好ましい。さらに好ましい範囲は、3<Wb/Wa<50であり、とりわけ好ましい範囲は、3<Wb/Wa<30である。
また、本発明の熱可塑性樹脂成形体、特には熱可塑性樹脂シート、フィルムにおいては、(B)の融点が150℃を超えることが耐熱性の観点から好ましい。好ましくは200℃以上であり、さらに好ましくは210℃以上、300℃以下である。
また、本発明の熱可塑性樹脂成形体、特には熱可塑性樹脂シート、フィルムの原料となる熱可塑性樹脂組成物100重量部に対してゴム成分を1〜100重量部まで添加されていても良い。
本発明の熱可塑性樹脂シート、フィルムの製造は、T−ダイを用いて押出す方法で行うことができる。無延伸シートの場合には、例えば、溶融した樹脂をT−ダイを用いて押出す方法が一般的である。また、延伸シートの場合には、溶融した樹脂をT−ダイから押出した後、テンター法で延伸する方法が採用できる。このうち、T−ダイより押出したシートをロール群の速度比により一方向に延伸した後、テンターで垂直方向延伸する逐次二軸法や、テンターで同時二軸延伸する方法が好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂シート、フィルムは、その優れた気体/液体バリア性、耐衝撃性、成形性、接着性を活かし、薬液および/またはガス搬送または貯蔵用容器およびその付属部品として好ましく用いることが出来る。例えば、ガソリン、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、窒素、酸素、二酸化炭素、メタン、プロパン、天然ガス等の気体/液体バリア性が優れていることより、ガソリン燃料タンク、オイル用タンク、その他シャンプー、リンス、液体石鹸等の各種薬剤用ボトル等の薬液保存容器、またはそれらタンク、ボトルに付属するバルブや継手類、ホース等の燃料チューブ接続部品、オイルチューブ接続部品、ブレーキホース接続部品等の自動車材料に有用に用いることが出来る。
さらに本発明の熱可塑性樹脂成形体、特には熱可塑性樹脂シート、フィルムは、粉砕等して成形することにより容易にリサイクル使用できる。その場合本発明の熱可塑性樹脂シート、フィルムを再形成することが可能である。
なお、本発明の熱可塑性樹脂成形体、特には熱可塑性シート、フィルムは、必要に応じて二次加工、表面処理等をすることも可能である。
また、一般的に厚いものを「シート」、薄いものを「フィルム」と定義するが、0.1mm以上のものを「シート」と定義することが多く、おおよそ100μm以下のものを「フィルム」と定義することが多い。
なお、これら実施例および比較例において、各種物性の評価に用いた試験法、原材料は以下の通りである。
1.試験法
(1)バリア性
JIS K7126Bに準拠して、シート、フィルムの酸素透過係数(単位:cm3・mm/m2・24h・atm)を測定した(23℃、65%RH)。また、JIS K7129Bに準拠して、シートの水蒸気透過係数(単位:g・mm/m2・24h・atm)を測定した(40℃、90%RH)。
フィルム、シートをエポキシ包埋後、押出し方向に平行にシートの断面を切り出し、リンタングステン酸染色/ルテニウム酸染色、或いはルテニウム酸染色した超薄切片を作成して透過型電子顕微鏡を用いて、表面、及びそれ以外の部分の観察を行った。電子顕微鏡写真において、倍率5000倍、視野範囲 横36μm*縦44μm に存在する分散相粒子のみを抽出し、その面積をソフトウエア Image Pro Plus Ver4 を使用して求めた。得られた面積と同一の面積を有する円の直径を算出し、それを分散相の円換算粒径とした。100個以上の分散相の円換算粒径を求め、下式により平均円換算粒径を求めた。
平均円換算粒径=(Σdi4×ni)/(Σdi3×ni)
di:i番目の分散相の円換算粒径
ni:i番目の分散相の個数
シート、フィルムと低密度ポリエチレンフィルム(厚み20μm)とを低密度ポリエチレンを下側にして以下のヒートシール条件で接着し、非接着部分を手で引っ張り、その接着強度を定性的に判定した。
ヒートシール条件:装置;FI−300−10(富士インパルス株式会社製),
加熱時間調節つまみ;目盛り8
接着強度:剥離する;×,剥離しない;○
(4)ガス発生量
250℃での射出成形において、パージ時に発生するガス量を目視で観察し、ガス発生量の少ないものを○、やや多いものを△、明らかに多いものを×とした。
[官能基を有する熱可塑性重合体(A)]
エチレン−アクリル酸エステル−酸無水物基含有単量体共重合体(表中ET182と略記。日本ポリオレフィン株式会社製、メタアクリル酸含有量=9%、メルトフローレート8g/10分(JIS K 7210に準拠し、230℃、2.16Kg荷重で測定))。
無水マレイン酸変性SEBS(表中M−SEBSと略記。旭化成株式会社製タフテックH1052を5000g、無水マレイン酸60g、パーヘキサ25B(日本油脂製ラジカル開始剤)、エチルベンゼン12gをヘンシェルミキサーで充分混合したあと、二軸押し出し機を用いて200℃、250rpmで溶融混練して得た無水マレイン酸付加量0.5重量%の無水マレイン酸変性水素添加スチレンブタジエンブロック共重合体)。
ポリアミド6(表中1013Bと略記。宇部興産株式会社製UBEナイロン1013B、メルトフローレート40g/10分(JIS K 7210に準拠し、230℃、2.16Kg荷重で測定))
[オレフィン系樹脂(C)]
ポリエチレン系樹脂(表中B872Aと略記。旭化成株式会社製サンテックB872A、メルトフローレート0.62g/10分、密度0.954g/cm3( JIS K 7210に準拠し、230℃、2.16Kg荷重で測定)
表1に示した比率で原料を配合し、250℃に設定された同方向回転二軸押出機(40mmφ、L/D=48 混練エレメントのピッチ長 =7ミリ ニーディング部全長=270ミリ 回転数=300rpm メッシュ=60/100/60の3枚)により溶融混練し、ペレタイズした。得られたペレットを充分乾燥後、最高温度260℃に設定された押出機に供給し、T−ダイより押出しし、ロール温度50℃で、所定の厚みのシートを得た。シートの評価結果を表1に示す。また、上記ペレットの射出成形機によるガス発生テストを実施した。結果を表1に示す。また、実施例3の表面部を含む電子顕微鏡写真(倍率10000倍)を図4に示す。
表1に示した比率で原料を配合し、250℃に設定された同方向回転二軸押出機(40mmφ、L/D=48 混練エレメントのピッチ長 =7ミリ ニーディング部全長=270ミリ 回転数=300rpm メッシュ=60/100/60の3枚)により溶融混練し、ペレタイズした。得られたペレットを充分乾燥後、最高温度260℃に設定された押出機に供給し、口径60mmφ、スリット巾2mmのリングダイより押出しし、所定の厚みのフィルムを得た。フィルムの評価結果を表1に示す。また、上記ペレットの射出成形機によるガス発生テストを実施した。結果を表1に示す。また、比較例3の表面部を含む電子顕微鏡写真(倍率10000倍)を図5に示す。
Claims (8)
- (A)オレフィンと、α、β−不飽和カルボン酸及び/又はその無水物と、の共重合体0.1〜20重量%と、
(B)ポリアミド樹脂1〜50重量%と、
(C)ポリエチレン系樹脂30〜98重量%と、
を含む熱可塑性樹脂成形体において、
前記(C)の平均円換算粒子径が10μm以下であり、
前記(A)、前記(B)及び前記(C)を、T−ダイを用いて押出すことにより、前記(B)が連続相、前記(C)が分散相を形成し、かつ当該成形体の表面には前記(B)連続相と前記(C)分散相とが混在していることを特徴とする熱可塑性樹脂成形体。 - 前記(A)、前記(B)及び前記(C)の比率が、各々1〜10重量%、10〜40重量%、及び50〜85重量%である請求項1に記載の熱可塑性樹脂成形体。
- 前記(A)が、エチレン、(メタ)アクリル酸エステル及び無水マレイン酸との共重合体である請求項1または2に記載の熱可塑性樹脂成形体。
- 該熱可塑性樹脂成形体が、熱可塑性樹脂シートである請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂成形体。
- 該熱可塑性樹脂成形体が、熱可塑性樹脂フィルムである請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂成形体。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂成形体から得られる包装材料。
- 請求項6に記載の包装材料から得られる包装容器。
- 前記熱可塑性樹脂成形体が、自動車天井用シートである請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂成形体。
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