JP6853050B2 - 熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物 - Google Patents
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Description
しかし、特許文献1に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー組成物は、伸び性や引張強度を必ずしも満足するものではなかった。また、特許文献1に記載のオレフィン系熱可塑性エラストマー組成物は、ある程度の摺動性を有するものの、高い摺動性が求められる用途(例えば通信ケーブルの被覆用)には不向きであった。
しかし、熱可塑性ポリウレタンエラストマーは表面にベタツキがあり、熱可塑性ポリウレタンエラストマーにアクリル変性オルガノポリシロキサンを単に配合しただけでは、充分な摺動性は得られなかった。そのため、高い摺動性が求められる用途や人の肌に触れるような用途には不向きであった。さらに、熱可塑性ポリウレタンエラストマーにアクリル変性オルガノポリシロキサンを配合すると、硬度が高くなり、柔軟性が必要とされる用途には不向きであった。
〔1〕熱可塑性ポリウレタンエラストマーと、スチレン系エラストマーと、アクリル変性オルガノポリシロキサンとを含有し、
前記熱可塑性ポリウレタンエラストマー/前記スチレン系エラストマーの質量比が40/60〜90/10であり、
前記アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が、前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーと前記スチレン系エラストマーとの合計100質量部に対して、10〜100質量部である、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物。
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物は、熱可塑性ポリウレタンエラストマーと、スチレン系エラストマーと、アクリル変性オルガノポリシロキサンとを含有する。以下、各成分について説明する。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー(以下、「TPU」ともいう。)としては、ハードセグメントブロックとソフトセグメントブロックとを繰り返し単位とするブロック共重合体が好ましい。
ジイソシアネートとしては、例えば1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、1,5−ナフチレンジイソシアネート(NDI)、イソホロンジイソシアネート(IPDI)、キシレンジイソシアネート(XDI)、水素添加XDI、トリレンジイソシアネート(TDI)、トリイソシアネート、テトラメチルキシレンジイソシアネート(TMXDI)、1,3,6−ヘキサメチレントリイソシアネート等が挙げられる。
ジイソシアネートとしては、ハードセグメントブロックの説明において先に例示したジイソシアネート等が挙げられる。
ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリカーボネートポリオール等が挙げられる。
ジオール類としては、ハードセグメントブロックの説明において先に例示したジオール類等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、例えばコハク酸、アジピン酸、セバシン酸、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸等が挙げられる。
ジカルボン酸としては、ポリエステルポリオールの説明において先に例示したジカルボン酸等が挙げられる。
グリコールとしては、ジエチレングリコール、プロピレンオキサイド付加物等が挙げられる。
ジオール類としては、ハードセグメントブロックの説明において先に例示したジオール類等が挙げられる。
カーボネート類としては、例えばジエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート等が挙げられる。
本発明において、「硬度」は、JIS K 6253−3:2012に準拠して測定されるショアA硬度である。測定時間は、特に記載のない場合は、1秒以内である。
TPUの硬度は、TPUの分子量、ハードセグメントブロックの量等によって調整できる。
スチレン系エラストマーは、熱可塑性エラストマーの一種であり、軟質スチレン樹脂とも称される。スチレン系エラストマーは、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物の低硬度化に寄与する。
スチレン系エラストマーとしては、スチレン−共役ジエンブロック共重合体およびその水素添加物、スチレン−共役ジエンランダム共重合体およびその水素添加物等が挙げられる。
共役ジエン単量体としては、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエン(イソプレン)、2,3−ジメチル−1,3−ブタジエン、1,3−ペタンジエン、1,3−ヘキサジエン等が挙げられる。これら共役ジエン単量体は1種を単独で使用してもよいし、2種以上を併用してもよい。前記共役ジエン単量体のなかでも、1,3−ブタジエン、2−メチル−1,3−ブタジエンが好ましい。
スチレン系エラストマーとしては、上記の中でも、スチレン−共役ジエンブロック共重合体が好ましく、SEBS、SEPS、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体がより好ましい。
スチレン系エラストマーの硬度は、A41以下が好ましい。スチレン系エラストマーの硬度が低いほど、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物の硬度も低くなる。
アクリル変性オルガノポリシロキサンとしては、下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンに、アクリル酸エステルを乳化グラフト共重合させてなるもの、下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサンに、アクリル酸エステルとこれと共重合可能な単量体との混合物を乳化グラフト共重合させてなるものが好ましい。
炭素数1〜20の炭化水素基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等の、アルキル置換または無置換のアリール基等が挙げられる。
炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基としては、例えば前記炭化水素基の炭素原子に結合した水素原子の少なくとも1つがハロゲン原子で置換された基が挙げられる。ハロゲン原子としては、例えばフッ素原子、塩素原子等が挙げられる。
ラジカル反応性基としては、例えばビニル基、アリル基、γ−アクリロキシプロピル基、γ−メタクリロキシプロピル基、γ−メルカプトプロピル基等が挙げられる。
低級アルキル基としては、例えばメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が挙げられる。
トリオルガノシリル基は、下記一般式(2)で表される。
これら、炭素数1〜20の炭化水素基、炭素数1〜20のハロゲン化炭化水素基、ラジカル反応性基、SH基またはその両方をもつ有機基は、上記R1、R2、R3およびY1の説明において先に例示したものと同じものを挙げることができる。
nは1以上の整数であり、好ましくは1〜500の範囲の整数である。
また、(b)として、アクリル酸エステルとこれと共重合可能な単量体との混合物を用いる場合、混合物の総質量に対し、アクリル酸エステルと共重合可能な単量体の含有量は、30質量%未満であることが好ましい。
ここで、「主成分」とは、コア部またはシェル部の総質量に対する割合が50質量%以上であることを意味する。
アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が1質量部以上であれば、摺動性の向上効果が充分に得られる。摺動性の向上効果は、アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が多くなるに連れて高まる傾向にある。しかし、含有量が多くなりすぎるとアクリル変性オルガノポリシロキサンがTPU中で凝集しやすくなる。アクリル変性オルガノポリシロキサンが凝集すると、凝集部分を基点にクラックが生じることがある。また、伸び性や引張強度、耐摩耗性も低下しやすくなる。そのため、アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が多くなりすぎると、本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を加圧成形する際や離型時の応力に耐えられず、破壊などが生じで成形品が得られにくくなる。アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が100質量部以下であれば、TPU中でアクリル変性オルガノポリシロキサンが凝集するのを抑制できるので、クラックが発生しにくい。また、TPUの伸び性、引張強度、耐摩耗性も良好に維持できる。加えて、加圧成形や離型時の応力への耐性が高まるため、破壊などが生じにくく、成形品を容易に製造できる。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物は、必要に応じて、TPU、スチレン系エラストマーおよびアクリル変性オルガノポリシロキサン以外の成分(任意成分)を含んでいてもよい。
任意成分としては、プロセスオイル等の軟化剤、タルク、カーボンブラック、炭酸カルシウム等の充填剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤、加工安定剤、着色剤等の各種添加剤が挙げられる。
熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物の硬度は、TPUの硬度、TPU/スチレン系エラストマーの質量比等によって調整できる。
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物は、TPUと特定量のアクリル変性オルガノポリシロキサンとの組み合わせにおいて、特定量のスチレン系エラストマーを併有する。スチレン系エラストマーの作用によって柔軟性が付与される。
よって、本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物は低硬度であり、また、本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を成形品とした際、あるいは通信ケーブルや電線を被覆した際に、TPUの特性である伸び性や引張強度、耐摩耗性を充分に維持しつつ、優れた摺動性が発現する。
スチレン系エラストマーは、TPU以外の熱可塑性エラストマーのなかでもTPUとの親和性が良好であるため、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物や成形品の製造において混練を行った際にTPUと良好に混和される。そのため、低硬度化の効果が充分に発揮される。
成形品としては、特に限定されず、例えば自動車部品、パーソナルコンピュータ、コピー機等の電子・電気機器部品(例えばキーボード、トナーシール材、クリーニングブレード等)、レインコート等のフィルム材、放水ホース材、時計用バンド、フィギュア(人間やキャラクター等の立体的な模型)、工具グリップ(ドライバーのハンドル等)等が挙げられる。
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物の成形品は、低硬度であり、また、伸び性や引張強度、耐摩耗性、表面の摺動性等に優れる。そのため、本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物が適用される成形品としては、それらの特性の1以上が求められる成形品が好適であり、例えば時計用バンド、フィギュア、キーボード、工具グリップ等が好適である。
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物で表面が被覆された通信ケーブルの構成としては、最外層(シース層)が本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物で形成されていれば特に制限されず、例えば導体線の外周が絶縁体で被覆された心線の外周が、本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物で被覆された構成などが挙げられる。
本発明の熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物で表面が被覆された通信ケーブルは、ロボットアーム、自動組立機械、ゲーム機のクレーン等の装置に用いられる通信ケーブルとして好適である。かかる装置においては、装置の動作に追従して通信ケーブルが動く。その際、通信ケーブルが摺動性に優れれば、通信ケーブルの動きがスムーズである。また、動いた際に表面が摩耗しにくい。また、通信ケーブルが伸び性および引張強度に優れれば、装置の動作に追従して通信ケーブルが引っ張られても切断されにくい。
TPU(DICコベストロポリマー社製、「T−8185N」)90.0質量部と、スチレン系エラストマー(株式会社クラレ製、「HYBRAR 7311」、硬度A41)10.0質量部と、アクリル変性オルガノポリシロキサン(日信化学工業株式会社製、「シャリーヌR−170S」、(a)/(b)=7/3)45.0質量部とを混練し、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を得た。
得られた熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を、3.5インチテストロール(2本)を用いて170℃で7分間混練してロールシート成形物を得た。これを鏡面板で狭持して170℃で4分間予熱した後、150kg/cm2の圧力で4分間加圧して、厚さ1.0mmのシート状の試験片(120mm×120mm)を作製した。
得られた試験片について、以下に示す方法で各種測定・評価を行った。結果を表1に示す。
(硬度の測定)
JIS K 6253−3:2012に準拠し、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物のショアA硬度を測定した。
予め、試験片をJIS K 6251のダンベル5号型で打ち抜き、25mmの標線を記入した。
ショッパ式引張試験機を用い、引張速度200mm/分、温度23℃で試験片を引張り、100%モジュラスを測定した。また、試験片が破断するのに要した最大荷重を引張強度(破断強度)とした。また、試験片が破断した際の標線間距離を測定し、伸び率を求めた。
摩擦試験機(新東科学株式会社製、「ヘイドン 14D−ANL」)を用い、直径10mmのSUS鋼球、荷重50g、引張速度100mm/分の条件で試験片の動摩擦係数を測定した。動摩擦係数が低いほど、摺動性に優れることを意味する。
表1〜2に示す配合組成に変更した以外は、実施例1と同様にして熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を調製し、試験片を作製し、各種測定・評価を行った。結果を表1〜2に示す。
一方、アクリル変性オルガノポリシロキサンおよびスチレン系エラストマーを用いなかった比較例1の場合、摺動性に劣っていた。
スチレン系エラストマーを用いなかった比較例2、スチレン系エラストマーを5.0質量部用いた比較例3の場合、硬度が高かった。
アクリル変性オルガノポリシロキサンを用いなかった比較例4、アクリル変性オルガノポリシロキサンを5質量部用いた比較例5の場合、摺動性に劣っていた。
アクリル変性オルガノポリシロキサンを150質量部用いた比較例6の場合、成形品を作製することができなかった。
スチレン系エラストマーの代わりにオレフィン系エラストマー(東洋紡株式会社製、Sarlink 4155)を用いた以外は、実施例3と同様にして熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物を調製し、試験片を作製しようとしたところ、成形品を作製することができなかった。
Claims (1)
- 熱可塑性ポリウレタンエラストマーと、スチレン系エラストマーと、下記一般式(1)で表されるオルガノポリシロキサン(a)に、アクリル酸エステルまたはアクリル酸エステルとこれと共重合可能な単量体との混合物(b)を乳化グラフト共重合させてなるアクリル変性オルガノポリシロキサンとを含有し、
前記熱可塑性ポリウレタンエラストマー/前記スチレン系エラストマーの質量比が40/60〜90/10であり、
前記アクリル変性オルガノポリシロキサンの含有量が、前記熱可塑性ポリウレタンエラストマーと前記スチレン系エラストマーとの合計100質量部に対して、40〜100質量部である、熱可塑性ポリウレタンエラストマー組成物。
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