JP7062931B2 - グラフト共重合体、熱可塑性樹脂組成物およびその成形品 - Google Patents
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Description
しかしながら、ASA樹脂は、硬質樹脂成分であるアクリロニトリル-スチレン(AS)樹脂と、アクリルゴム間の屈折率差が大きいため、低射出速度での成形時の成形外観が悪い。また、高射出速度での成形時にはさらに成形外観が悪化するといった問題があった。
この方法であれば、ポリブタジエンを複合することでゴム成分とAS樹脂の屈折率差が小さくなり、成形外観が良好となる。しかし、ポリブタジエンを複合するため耐候性が低下するといった問題がある。
しかし、特許文献4に記載された方法では、耐衝撃性が著しく低下してしまう。また、低射出速度での成形時の成形外観は良好となるが、高射出速度での成形時の成形外観は悪化する、すなわち成形外観の射出速度依存性が大きい問題がある。生産性の観点から、高射出速度での成形外観は重要であるが、成形外観の射出速度依存性が小さいことも実用上極めて重要である。即ち、例えば、車輛部品等の成形品においては、部品箇所により射出速度が異なるものとなるため、射出速度依存性の大きい樹脂では、成形時に部品の箇所によって外観不良が起こり、製品価値を損なう結果となる。
即ち、本発明は以下を要旨とする。
なお、本発明において、「(メタ)アクリル酸」とは、「アクリル酸」と「メタクリル酸」の一方又は双方を意味するものであり、「(メタ)アクリレート」についても同様である。
また、「単位」とは、重合体中に含まれる、重合前の化合物(単量体、即ちモノマー)に由来する構造部分を意味し、例えば、「(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)単位」とは「(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)に由来して共重合体(A)中に含まれる構造部分」を意味する。重合体の各単量体単位の含有割合は、当該重合体の製造に用いた単量体混合物中の該単量体の含有割合に該当する。
本発明のグラフト共重合体(B)は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)との共重合体(A)(以下、「本発明の共重合体(A)」と称す場合がある。)の存在下に、ビニル系単量体混合物(m1)をグラフト重合して得られるものである。
本発明の共重合体(A)は、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)との共重合体である。
架橋剤としては、ジメタクリレート系化合物、具体例には、エチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート、1,4-ブチレングリコールジメタクリレート等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
ラジカル開始剤と、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)と、架橋剤および/又はグラフト交叉剤の添加方法は、一括、分割、連続のいずれでもよい。
共重合体(A)の平均粒子径を制御する方法として、特に制限されないが、乳化剤の種類または使用量を調整する方法が挙げられる。
なお、ここで共重合体(A)の平均粒子径とは、後述の実施例の項に記載される方法で測定される体積平均粒子径である。
なお、共重合体(A)の膨潤度は、後述の実施例の項に記載される方法で測定される。
本発明のグラフト共重合体(B)は、共重合体(A)の存在下に、ビニル系単量体混合物(m1)をグラフト重合して得られる。
ビニル系単量体混合物(m1)中の共重合可能な他のビニル系単量体の含有量としては20質量%以下、特に10質量%以下が好ましい。
他のビニル系単量体としては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸i-プロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸i-ブチル、メタクリル酸t-ブチル、メタクリル酸アミル、メタクリル酸イソアミル、メタクリル酸オクチル、メタクリル酸-2-エチルヘキシル、メタクリル酸デシル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸シクロヘキシル、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エステルや、N-メチルマレイミド、N-エチルマレイミド、N-n-プロピルマレイミド、N-i-プロピルマレイミド、N-n-ブチルマレイミド、N-i-ブチルマレイミド、N-tert-ブチルマレイミド、N-シクロヘキシルマレイミド等のN-シクロアルキルマレイミド、N-フェニルマレイミド、N-アルキル置換フェニルマレイミド、N-クロロフェニルマレイミド等のN-アリールマレイミド、N-アラルキルマレイミド等のマレイミド系化合物や、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル等のアクリル酸エステル等が挙げられる。これらは1種のみを用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
得られるグラフト共重合体(B)を配合してなる熱可塑性樹脂組成物の耐衝撃性や成形外観が優れ、特に成形外観の射出速度依存性を小さくできることから、グラフト共重合体(B)の製造に用いる共重合体(A)及びビニル系単量体混合物(m1)は、グラフト共重合体(B)100質量%中、共重合体(A)が50~80質量%、ビニル系単量体混合物(m1)が20~50質量%であることが好ましい。
乳化剤、ラジカル開始剤の種類や添加量については特に制限されない。また、乳化剤、ラジカル開始剤としては、共重合体(A)の説明において先に例示した乳化剤、ラジカル開始剤が挙げられる。
共重合体(C)は、ビニル系単量体混合物(m2)を重合して得られる。
ビニル系単量体混合物(m2)中の共重合可能な他のビニル系単量体の含有量としては20質量%以下、特に10質量%以下が好ましい。
他のビニル系単量体としては、ビニル系単量体混合物(m1)が含んでいてもよい他のビニル系単量体として例示したものが挙げられ、これらの他のビニル系単量体は、1種を単独でまたは2種以上を組み合わせて使用することができる。
なお、共重合体(C)の質量平均分子量は、後述の実施例の項に記載の方法で測定される。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、前述の本発明のグラフト共重合体(B)を含むものであり、好ましくは、本発明のグラフト共重合体(B)と上述の共重合体(C)とを含む。
本発明の成形品は、本発明の熱可塑性樹脂組成物が成形されたものである。成形方法としては、例えば、射出成形法、射出圧縮成形機法、押出法、ブロー成形法、真空成形法、圧空成形法、カレンダー成形法およびインフレーション成形法等が挙げられる。これらのなかでも、量産性に優れ、高い寸法精度の成形品を得ることができるため、射出成形法、射出圧縮成形法が好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物及びその成形品の用途については特に制限はないが、本発明の熱可塑性樹脂組成物及びその成形品は、耐衝撃性に優れ、成形外観、流動性にも優れ、成形外観の射出速度依存性が小さいことから、OA・家電分野、車両・船舶分野、家具・建材などの住宅関連分野、サニタリー分野、雑貨、文具・玩具・スポーツ用品分野などの幅広い分野に有用である。
なお、以下において、「部」は「質量部」、「%」は「質量%」を意味する。
マイクロトラック(日機装社製「ナノトラック150」)を用い、測定溶媒としてイオン交換水を用いて、水性分散体に分散している共重合体(A)の体積平均粒子径を測定した。
共重合体(A)を80℃で24時間乾燥させ、その後80℃で24時間真空乾燥させることでフィルム状の共重合体(A)の乾燥物を作成した。得られた乾燥物の重量をW1とする。この乾燥物を常温でアセトン中に12時間浸漬し、次いで、200メッシュ金網にて濾過し、残渣を秤量した。残差の重量をW2とする。その後、残差を常温で24時間真空乾燥した。真空乾燥後の残差乾燥物の重量をW3とする。共重合体(A)の膨潤度は、下記式(1)で算出される。
膨潤度(%)=(W2/W3)×100 …(1)
グラフト共重合体(B)1gを80mLのアセトンに添加し、65~70℃にて3時間加熱還流し、得られた懸濁アセトン溶液を遠心分離機(日立工機社製「CR21E」)にて14,000rpm、30分間遠心分離して、沈殿成分(アセトン不溶成分)とアセトン溶液(アセトン可溶成分)を分取した。そして、沈殿成分(アセトン不溶成分)を乾燥させてその質量(Y(g))を測定し、下記式(2)によりグラフト率を算出した。なお、式(2)におけるYは、グラフト共重合体(B)のアセトン不溶成分の質量(g)、XはYを求める際に使用したグラフト共重合体(B)の全質量(g)、ゴム分率はグラフト共重合体(B)の製造に用いた共重合体(A)の水性分散体における固形分濃度である。
グラフト率(質量%)={(Y-X×ゴム分率)/X×ゴム分率}
×100 …(2)
共重合体(C)の質量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィ(GPC)を用い、テトラヒドロフラン(THF)に溶解して測定したものを標準ポリスチレン(PS)換算で求めた。
<共重合体(A-1)の製造>
以下の配合で共重合体(A-1)を製造した。
〔配合〕
アクリル酸n-ブチル 54部
アクリル酸2-フェノキシエチル 6部
メタクリル酸アリル 0.24部
1,3-ブチレングリコールジメタクリレート 0.12部
流動パラフィン(LP) 0.6部
アルケニルコハク酸ジカリウム(ASK) 0.20部
ジラウロイルペルオキシド 0.6部
イオン交換水 406部
プレエマルションを60℃に加熱し、ラジカル重合を開始した。重合により、液温は78℃まで上昇した。30分間75℃で維持し、重合を完結させ、体積平均粒子径が300nmである、水性分散体に分散している共重合体(A-1)を得た。
アクリル酸n-ブチル、アクリル酸2-フェノキシエチル、アルケニルコハク酸ジカリウムの量を表1Aに示す通り変更したこと以外は、共重合体(A-1)と同様にして、水性分散体に分散している共重合体(A-2)~(A-7)を得た。
アクリル酸2-フェノキシエチルの代りにアクリル酸ベンジルを用いたこと以外は、共重合体(A-1)と同様にして、水性分散体に分散している共重合体(A-8)を得た。
アルケニルコハク酸ジカリウム0.27部、イオン交換水175部、アクリル酸n-ブチル48部、アクリル酸2-フェノキシエチル12部、メタクリル酸アリル0.24部、1,3-ブチレングリコールジメタクリレート0.12部、およびt-ブチルヒドロペルオキシド0.1部の混合物を反応器に投入した。反応器に窒素気流を通じることによって、反応器内を窒素置換し、60℃まで昇温した。内温が50℃となった時点で、硫酸第一鉄0.00015部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩0.00045部、ロンガリット0.24部、およびイオン交換水5部からなる水溶液を添加して重合を開始させ、内温を75℃に上昇させた。さらにこの状態を1時間維持し、体積平均粒子径0.30μmである、水性分散体に分散しているゴム状重合体(A-9)を得た。
アクリル酸2-フェノキシエチルを用いず、アクリル酸n-ブチル及びアルケニルコハク酸ジカリウムの量を表1Bに示す通りとしたこと以外は、共重合体(A-1)と同様にして、水性分散体に分散している共重合体(A-10)~(A-12)を得た。
アクリル酸2-フェノキシエチルの代りにスチレンを用いたこと以外は、共重合体(A-1)と同様にして、水性分散体に分散している共重合体(A-13)を得た。
ステンレススチール製のオートクレーブ(以下、SUS製オートクレーブと略記)中に、イオン交換水(以下、単に水と略記)145部、ロジン酸カリウム1.0部、オレイン酸カリウム1.0部、水酸化ナトリウム0.06部、硫酸ナトリウム0.4部、t-ドデシルメルカプタン0.3部を仕込み、窒素置換した後、1,3-ブタジエン125部を仕込み、60℃に昇温した。
次いで、過硫酸カリウム0.3部を水5部に溶解した水溶液を圧入して重合を開始した。重合中は重合温度を65℃に調節し、12時間後内圧が4.5kg/cm2(ゲージ圧)となった時点で未反応の1,3-ブタジエンを回収した。その後、内温を80℃にして1時間保持し、体積平均粒子径250nmで、固形分が41%であるブタジエンゴムラテックスを得た。
<グラフト共重合体(B-1)の製造>
共重合体(A-1)を製造後、反応器の内温を75℃に保ったまま、共重合体(A-1)60部(固形分として)に対して、硫酸第一鉄0.001部、エチレンジアミン四酢酸二ナトリウム塩0.003部、ロンガリット0.3部、およびイオン交換水5部からなる水溶液を添加し、ついで、アルケニルコハク酸ジカリウム0.65部、およびイオン交換水10部からなる水溶液を添加した。その後、ビニル系単量体混合物(m1)としてアクリロニトリル13.6部及びスチレン26.4部と、t-ブチルヒドロペルオキシド0.18部とからなる混合液を1時間30分にわたって滴下し、グラフト重合させた。
滴下終了後、内温を75℃に10分間保持した後、冷却し、内温が60℃となった時点で、酸化防止剤(吉富製薬工業社製、アンテージW500)0.2部およびアルケニルコハク酸ジカリウム0.2部をイオン交換水5部に溶解した水溶液を添加した。次いで、反応生成物の水性分散体を硫酸水溶液で凝固、水洗した後、乾燥してグラフト共重合体(B-1)を得た。グラフト共重合体(B-1)のグラフト率は40%であった。
用いた共重合体(A)の種類を表2に示す通り変更したこと以外は、グラフト共重合体(B-1)と同様にして、グラフト共重合体(B-2)~(B-14)を得た。
<共重合体(C-1)の製造>
耐圧反応容器にイオン交換水150部と、ビニル系単量体混合物(m2)としてアクリロニトリル34部及びスチレン66部の混合物と、2,2’-アゾビス(イソブチロニトリル)0.2部、n-オクチルメルカプタン0.45部、カルシウムハイドロオキシアパタイト0.47部、アルケニルコハク酸カリウム0.003部を仕込み、内温を75℃まで昇温し、3時間反応を行った。その後、90℃まで昇温し、60分間保持することで反応を完結させた。内容物を遠心脱水機で洗浄、脱水を繰り返し、乾燥させて質量平均分子量100,000の共重合体(C-1)を得た。
表3に示す組成(質量部)で各成分を混合し、さらにそこにカーボンブラック0.8部を混合し、30mmφの真空ベント付き2軸押し出し機(池貝社製「PCM30」)を用いて240℃で溶融混練し、ペレット状の熱可塑性樹脂組成物を得た。得られた熱可塑性樹脂組成物についてメルトボリュームレートを以下の方法により評価した。また、得られた熱可塑性樹脂組成物を射出成形した成形品について、成形外観、耐衝撃性を以下の方法により評価した。
評価結果を表3に示す。
<メルトボリュームレート(MVR)の測定>
熱可塑性樹脂組成物について、ISO 1133規格に従い、220℃の条件で測定した。なお、MVRは熱可塑性樹脂組成物の流動性の目安となる。
溶融混練して得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを射出成形機(東芝機械社製「IS55FP-1.5A」)によりシリンダー温度200~270℃、金型温度60℃、射出率25g/秒の条件で、縦80mm、横10mm、厚さ4mmの成形品を成形し、シャルピー衝撃試験用成形品(成形品(Ma1))として用いた。
溶融混練して得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを射出成形機(東芝機械社製「IS55FP-1.5A」)によりシリンダー温度200~270℃、金型温度60℃、射出率7g/秒の条件で、縦100mm、横100mm、厚さ3mmの成形品を成形し、外観評価用成形品(成形品(Ma2))として用いた。
溶融混練して得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを射出成形機(東芝機械社製「IS55FP-1.5A」)によりシリンダー温度200~270℃、金型温度60℃、射出率128g/秒の条件で、縦100mm、横100mm、厚さ3mmの成形品を成形し、外観評価用高速射出成形品(高速射出成形品(Ma3))として用いた。
成形品(Ma2)について、分光測色計(コニカミノルタオプティプス社製「CM-3500d」)を用いて明度L*を、SCE方式にて測定した。測定されたL*を「L*(ma)」とする。L*が低いほど黒色となり、外観が良好である。
高速射出成形品(Ma3)について、分光測色計(コニカミノルタオプティプス社製「CM-3500d」)を用いて明度L*を、SCE方式にて測定した。測定されたL*を「L*(mb)」とする。L*が低いほど黒色となり、外観が良好である。
射出速度が速い条件で成形した際に、樹脂中のゴム成分が配向することで、白化やブロンズ現象が生じ、L*が大きくなる。そのため、射出速度が速い条件での成形外観が重要となる。
ΔL*=(L*(mb)―L*(ma))2の式よりΔL*を算出した。ΔL*が小さいほど、外観の射出速度依存性が小さい。一般に、車輛部品等の成形品においては、部品箇所により射出速度が異なる。そのため、射出速度依存性の大きい樹脂では、成形時に部品表面に色むらが生じる、といった外観不良が起こる。
成形品(Ma1)について、ISO 179規格に従い、23℃の条件でシャルピー衝撃試験(ノッチ付)を行い、シャルピー衝撃強度を測定した。
一方、比較例1~7で得られた熱可塑性樹脂組成物および成形品は、耐衝撃性、流動性、外観のいずれかが著しく劣るものであり、成形外観の射出速度依存性も大きかった。
Claims (12)
- (メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)との共重合体(A)に、ビニル系単量体混合物(m1)をグラフト重合してなるグラフト共重合体(B)であって、
該共重合体(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)単位と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)単位と、架橋剤に由来する単位および/又はグラフト交叉剤に由来する単位を含み、
該ビニル系単量体混合物(m1)が、芳香族ビニル系単量体とシアン化ビニル系単量体とを含むグラフト共重合体(B)。 - 共重合体(A)中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)単位と芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)単位との合計100質量%中の(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)単位の含有量が30~95質量%で、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)単位の含有量が5~70質量%である、請求項1に記載のグラフト共重合体(B)。
- 共重合体(A)中の架橋剤および/又はグラフト交叉剤に由来する単位の割合が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)単位と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)単位と、架橋剤に由来する単位および/又はグラフト交叉剤に由来する単位との合計100質量%中、0.1~3質量%である、請求項1又は2に記載のグラフト共重合体(B)。
- 共重合体(A)が、(メタ)アクリル酸アルキルエステル(Aa)と、芳香族炭化水素基を有する(メタ)アクリル酸エステル(Ab)と、架橋剤および/又はグラフト交叉剤と、疎水性物質と、開始剤との混合物のミニエマルション重合物である、請求項1ないし3のいずれか1項に記載のグラフト共重合体(B)。
- 共重合体(A)の体積平均粒子径が50~800nmで、膨潤度が2~15倍である、請求項1ないし4のいずれか1項に記載のグラフト共重合体(B)。
- ビニル系単量体混合物(m1)に含まれる芳香族ビニル系単量体の含有率が40~90質量%で、シアン化ビニル系単量体の含有率が10~60質量%である、請求項1ないし5のいずれか1項に記載のグラフト共重合体(B)。
- 共重合体(A)とビニル系単量体混合物(m1)との合計100質量%に対する共重合体(A)の割合が50~80質量%で、ビニル系単量体混合物(m1)の割合が20~50質量%で、グラフト率が25~100%である、請求項1ないし6のいずれか1項に記載のグラフト共重合体(B)。
- 請求項1ないし7のいずれか1項に記載のグラフト共重合体(B)を含む熱可塑性樹脂組成物。
- グラフト共重合体(B)と、ビニル系単量体混合物(m2)の重合反応物である共重合体(C)とを含む、請求項8に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- ビニル系単量体混合物(m1)が芳香族ビニル系単量体とシアン化ビニル系単量体を含み、ビニル系単量体混合物(m2)がビニル系単量体混合物(m1)に含まれる芳香族ビニル系単量体と同じ構造の芳香族ビニル系単量体と、ビニル系単量体混合物(m1)に含まれるシアン化ビニル系単量体と同じ構造のシアン化ビニル系単量体を含む、請求項9に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- グラフト共重合体(B)と共重合体(C)との合計100質量%中にグラフト共重合体(B)を10~40質量%、共重合体(C)を60~90質量%含む、請求項9又は10に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項8ないし11のいずれか1項に記載の熱可塑性樹脂組成物を成形してなる成形品。
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