JP4698135B2 - オレフィン系樹脂組成物 - Google Patents
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Description
1.成分(1)オレフィン系重合体100重量部、成分(2)共役ジエンからなる共役ジエン系重合体又はその水添物、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるランダム共重合体又はその水添物、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるブロック共重合体又はその水添物から選ばれる少なくとも1種の重合体に官能基含有原子団が少なくとも1個結合している変性重合体3〜100重量部および成分(3)無機充填剤1〜60重量部からなる樹脂組成物において、成分(3)の全量もしくはその一部が成分(2)中に存在し、しかも成分(2)中における成分(3)の体積分率が1〜40%であることを特徴とするオレフィン系樹脂組成物。
3.成分(2)が、成分(4)を成分(2)に結合している官能基1当量あたり0.3〜10モル反応させた二次変性重合体であることを特徴とする上記1に記載のオレフィン系樹脂組成物。
4.成分(2)と成分(3)を予め溶融混練した組成物を、さらに成分(1)と溶融混練して得た上記1または3に記載のオレフィン系樹脂組成物。
6.成分(2)の官能基含有原子団が、水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、アルコキシシラン基から選ばれる官能基を少なくとも1個有する原子団であることを特徴とする上記1〜5のいずれかに記載のオレフィン系樹脂組成物。
7.成分(4)が、カルボキシル基、酸無水物基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基、アルコキシシラン基から選ばれる官能基を有する化合物であることを特徴とする上記2または3に記載のオレフィン系樹脂組成物。
8.変性重合体である成分(2)が、下記式(1)〜(14)から選ばれる原子団が少なくとも1個結合している変性重合体である上記1〜6のいずれかに記載のオレフィン系樹脂組成物。
10.成分(2)、成分(3)及び成分(4)を、予め溶融混練した組成物を、さらに成分(1)と溶融混練して得ることを特徴とする上記2に記載のオレフィン系樹脂組成物の製造方法。
本発明のオレフィン系樹脂組成物を構成する成分(1)であるオレフィン系樹脂の種類は特に限定されないが、エチレン、プロピレン、1−ブテン、3−メチル−1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、1−ヘキセン等で代表されるα−オレフィンの単独重合体、或いは、これらα−オレフィンの相互共重合体、或いは該オレフィン系樹脂へのグラフト重合体を挙げることができる。該重合体のメルトフローレート(MFR)については特に制限されないが、ASTM−D238に準拠して測定した値が通常0.001〜200g/10分、好ましくは0.01〜100g/10分の範囲内であるのが最適である。
ブロック共重合体の製造方法としては、例えば特公昭36−19286号公報、特公昭43−17979号公報、特公昭46−32415号公報、特公昭49−36957号公報、特公昭48−2423号公報、特公昭48−4106号公報、特公昭56−28925号公報、特公昭51−49567号公報、特開昭59−166518号公報、特開昭60−186577号公報などに記載された方法が挙げられる。
(A−B)n−X、 A−(B−A)n−X、
B−(A−B)n−X、 X−(A−B)n、
X−(A−B)n−X、 X−A−(B−A)n−X、
X−B−(A−B)n−X、 [(B−A)n]m−X、
[(A−B)n]m−X、 [(B−A)n−B]m−X、
[(A−B)n−A]m−X
共重合体ブロック中のビニル芳香族炭化水素は均一に分布していても、又テーパー状に分布していてもよい。又、該共重合体部分には、ビニル芳香族炭化水素が均一に分布している部分及び/又はテーパー状に分布している部分がそれぞれ複数個共存していてもよい。本発明で使用するブロック共重合体は、上記一般式で表されるブロック共重合体の任意の混合物でもよい。
又、ビニル芳香族炭化水素としては、スチレン、o−メチルスチレン、p−メチルスチレン、p−tert−ブチルスチレン、1,3−ジメチルスチレン、α−メチルスチレン、ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、などがあるが、特に一般的なものとしてはスチレンが挙げられる。これらは重合体の製造において一種のみならず二種以上を使用してもよい。
ビニル芳香族炭化水素のブロック率(wt%)
=(ブロック共重合体中のビニル芳香族炭化水素重合体ブロックの質量
/ブロック共重合体中の全ビニル芳香族炭化水素の質量)×100
本発明において、重合体の製造時の重合速度の調整、重合した共役ジエン部分のミクロ構造の変更、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素との反応性比の調整などの目的で極性化合物やランダム化剤を使用することができる。極性化合物やランダム化剤としては、エーテル類、アミン類、チオエーテル類、ホスホルアミド、アルキルベンゼンスルホン酸のカリウム塩又はナトリウム塩、カリウムまたはナトリウムのアルコキシドなどが挙げられる。
本発明において、重合体を製造する際の重合温度は、好ましくは−10〜150℃、より好ましくは30〜120℃である。重合に要する時間は条件によって異なるが、好ましくは48時間以内であり、特に好適には0.5〜10時間である。又、重合系の雰囲気は窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気にすることが好ましい。重合圧力は、上記重合温度範囲でモノマー及び溶媒を液相に維持するに充分な圧力の範囲で行えばよく、特に限定されるものではない。更に、重合系内は触媒及びリビングポリマーを不活性化させるような不純物、例えば水、酸素、炭酸ガスなどが混入しないようにすることが好ましい。
他の方法としては、重合体に有機リチウム化合物等の有機アルカリ金属化合物を反応(メタレーション反応)させ、重合体に有機アルカリ金属が付加した重合体に上記の変性剤を付加反応させる方法が上げられる。後者の場合、重合体の水添物を得た後にメタレーション反応させ、上記の変性剤を反応させてもよい。変性剤の種類により、変性剤を反応させた段階で一般に水酸基やアミノ基等は有機金属塩となっていることもあるが、その場合には水やアルコール等活性水素を有する化合物で処理することにより、水酸基やアミノ基等にすることができる。
本発明のオレフィン系樹脂組成物においては、変性重合体又はその水添物に結合している原子団は前記の官能基から選ばれる官能基を少なくとも1個有するため、無機充填剤との親和性が高く、無機充填剤表面に在る官能基間の化学的な結合や相互の官能基間での水素結合等の物理的な親和力により相互作用が効果的に発現され、また、本発明で規定する成分(4)との間に化学的な結合や物理的な親和力を生じて本発明が目的とする特性に優れたオレフィン系樹脂組成物を得ることができる。
本発明において、水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、アルコキシシラン基から選ばれる官能基を少なくとも1個有する原子団として好ましい原子団は、下記式(1)〜(14)のような一般式で示されるものから選ばれる原子団が上げられる。
例えば、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン、テトラグリシジル−p−フェニレンジアミン、テトラグリシジルジアミノジフェニルメタン、ジグリシジルアニリン、ジグリシジルオルソトルイジンである。
上記の変性剤を反応させることにより、水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、アルコキシシラン基から選ばれる官能基を少なくとも1個有する原子団が結合している変性剤の残基が結合している変性重合体が得られる。ブロック共重合体のリビング末端に官能基含有変性剤を付加反応させる場合、ブロック共重合体のリビング末端は重合体ブロックAでも重合体ブロックBのいずれでも良いが、機械強度と耐衝撃性のバランスに優れた組成物を得るためには重合体ブロックAの末端に結合していることが好ましい。
本発明に使用される変性重合体の水添物において、共役ジエン化合物に基づく不飽和二重結合のトータル水素添加率は目的に合わせて任意に選択でき、特に限定されない。重合体中の共役ジエン化合物に基づく不飽和二重結合の70%以上、好ましくは80%以上、更に好ましくは90%以上が水添されていても良いし、一部のみが水添されていても良い。一部のみを水添する場合には、水添率が10%以上70%未満、或いは15%以上65%未満、所望によっては20%以上60%未満にすることが好ましい。
なお、ランダム共重合体やブロック共重合体中のビニル芳香族炭化水素に基づく芳香族二重結合の水添率については特に制限はないが、好ましくは50%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは20%以下が推奨される。水添率は、核磁気共鳴装置(NMR)により知ることができる。
本発明において、変性重合体中の共役ジエン化合物に基づくビニル結合量は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて知ることができる。また水添率も、同装置を用いて知ることができる。変性重合体の重量平均分子量は、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)を使用して求めることができる。
尚、本発明で使用する変性重合体又はその水添物には、各種フェノール系安定剤、リン系安定剤、イオウ系安定剤、アミン系安定剤等の安定剤を添加することができる。
本発明の成分(3)として用いられる無機充填材としては、無機系フィラーのいずれも使用することができ、その形状は、板状、球状、繊維状のもの、或いは不定形のものでも良い。具体的には、天然シリカ、湿式法又は乾式法で製造した合成シリカ、カオリン、マイカ、タルク、クレイ、ウォラストナイト、モンモリロナイト、ゼオライト、天然珪酸塩、珪酸カルシウム、珪酸アルミニウム等の合成珪酸塩、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、水酸化バリウム等の金属水酸化物、アルミナ、酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化亜鉛等の金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムなどの金属炭酸化物、特開2002−80631号公報に記載されている炭酸カルシウムとタルクの複合フィラー、塩基性炭酸マグネシウム、ハイドロタルサイト、水和珪酸アルミニウム、水和珪酸マグネシウム等の無機金属化合物の水和物、アルミニウム、ブロンズ等の金属粉、カーボンブラック等が挙げられる。これらの中で好ましいものとしては、炭酸カルシウム、炭酸カルシウム/タルク複合フィラーである。
本発明のオレフィン系樹脂組成物において成分(3)の無機充填材の配合量は、該樹脂組成物の剛性と耐衝撃性のバランスの点で、成分(1)のオレフィン系重合体100重量部に対して1〜60重量部、好ましくは3〜50重量部、更に好ましくは5〜40重量部である。
成分(4)の化合物として具体的なものは、カルボキシル基を有する化合物としては、マレイン酸、シュウ酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジカルボン酸、カルバリル酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロペンタンジカルボン酸等の脂肪族カルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、オルトフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ビフェニルジカルボン酸、トリメシン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族カルボン酸等が挙げられる。
イソシアネート基を有する化合物としてはトルイレンジイソシアナート、ジフェニルメタンジイソシアナート、多官能芳香族イソシアナートなどである。アルコキシシランを有する化合物としてはビス−(3−トリエトキシシリルプロピル)−テトラスルファン、エトキシシロキサンオリゴマーである。
特に好ましい成分(4)は、カルボキシル基を2個以上有するカルボン酸又はその酸無水物、或いは酸無水物基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基、アルコキシシラン基を2個以上有する化合物であり、例えば無水マレイン酸、無水マレイン酸−スチレンオリゴマー、無水ピロメリット酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、トルイレンジイソシアナート、テトラグリジジル−1,3−ビスアミノメチルシクロヘキサン等である。
このようにして得られた二次変性重合体を成分(1)と配合してオレフィン系樹脂組成物とする場合、二次変性重合体と成分(1)の合計量100質量部に対して、更に成分(2)を0.01〜20質量部配合することができる。
また本発明のオレフィン系樹脂組成物を製造するにあたり、各成分の添加順序には制限が無く、全成分を一度に混合する方法、任意の成分を予備混合した後、残りの成分を添加する等の配合方法が採用できる。特に好ましい方法は成分(2)と成分(3)を溶融混練してマスターバッチを作製した後、成分(1)とマスターバッチを溶融混練する方法、成分(2)と成分(3)と成分(4)を溶融混練してマスターバッチを作製した後、成分(1)とマスターバッチを溶融混練する方法である。
また、溶融混練時間(或いは溶融混練工程の平均滞留時間)は、混練度合い(分散性)や生産性、及び成分(2)の変性ブロック共重合体またはその水添物やオレフィン系樹脂等の劣化等の点から、一般に0.2〜60分が好ましく、より好ましくは0.5〜30分、更に好ましくは1〜20分である。
尚、以下の実施例において、重合体及びその水添物の特性の測定は、次のようにして行った。
(1)スチレン含有量
紫外線分光光度計(日立UV200)を用いて、262nmの吸収強度より算出した。
(2)ビニル結合量及び水添率
核磁気共鳴装置(BRUKER社製、DPX−400)を用いて測定した。
GPC(装置:島津製作所社製LC10、カラム:島津製作所社製Shimpac GPC805+GPC804+GPC804+GPC803)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。分子量は、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。
シリカ系ゲルを充填剤としたGPCカラムに変性した成分が吸着する特性を応用し、変性重合体と低分子量内部標準ポリスチレンを含む試料溶液について、上記(3)で測定したクロマトグラム中の標準ポリスチレンに対する変性重合体の割合と、シリカ系カラムGPC〔装置はデュポン社製:Zorbax〕で測定したクロマトグラム中の標準ポリスチレンに対する変性重合体の割合を比較し、それらの差分よりシリカカラムへの吸着量を測定した。未変性重合体の割合は、シリカカラムへ吸着しなかったものの割合である。
(1)曲げ弾性率(MPa)
JIS−K−7113に準拠して測定した。
(2)ノッチ付きIzod衝撃強度
JIS−K−7110に準拠して測定した。
(3)体積分率の測定
走査型電子顕微鏡(S4700、日立製)により得られたサンプル表面の写真を用い、エラストマー中に存在するフィラーの数と大きさを画像解析ソフト(イメージプロプラス、プラネトロン社製)により解析することで体積分率を求めた。
水添触媒I
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(η5−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。
また、以下の実施例には、各成分として次のようなものを用いた。
(1)プロピレン樹脂(PPと略することもある)
ホモポリプロピレン:PM600A(サンアロマー)
ブロックポリプロピレン:K7014(チッソ)
(2)無機充填剤
炭酸カルシウム(カルシーズ:神島化学工業)(比重:2.8)
複合フィラー(炭酸カルシウム/タルク=75/25重量%)
攪拌機及びジャケット付きのオ−トクレ−ブを洗浄、乾燥、窒素置換し、予め精製したスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液(濃度20wt%)を投入した。次いでn−ブチルリチウムとテトラメチルエチレンジアミンを添加し、70℃で1時間重合した後、予め精製したブタジエン80質量部を含むシクロヘキサン溶液(濃度20wt%)を加えて70℃で1時間重合し、さらにスチレン15質量部を含むシクロヘキサン溶液を加えて70℃で1時間重合した。
二次変性ブロック共重合体−1を75質量部、炭酸カルシウムを25質量部をドライブレンドし二軸押出機(TEX30)にて混練してブロック共重合体/炭酸カルシウムのマスターバッチを作製した。次にブロックPPを70wt%、上記マスターバッチを30wt%を二軸押出機(TEX30)にて混練して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の射出成形を行い、ノッチ付きアイゾット衝撃強度と曲げ強度を測定した。得られた組成物の物性を表1に示した。
二次変性ブロック共重合体−1を75質量部、炭酸カルシウムを25質量部、ドライブレンドし二軸押出機(TEX30)にて混練してブロック共重合体/炭酸カルシウムのマスターバッチを作製した。次にホモPPを80wt%、上記マスターバッチを20wt%、二軸押出機(TEX30)にて混練して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の射出成形を行い、ノッチ付きアイゾット衝撃強度と曲げ強度を測定した。得られた組成物の物性を表1に示した。
二次変性ブロック共重合体−1を75質量部、複合フィラー25質量部をドライブレンドし二軸押出機(TEX30)にて混練してブロック共重合体/複合フィラーのマスターバッチを作製した。次にホモPPを70wt%、上記マスターバッチ30wt%を二軸押出機(TEX30)にて混練して樹脂組成物を得た。得られた樹脂組成物の射出成形を行い、ノッチ付きアイゾット衝撃強度と曲げ強度を測定した。得られた組成物の物性を表1に示した。
複合フィラーの作製は、炭酸カルシウム(平均粒子径1.4μm(三共精粉製#2300))とタルク(粒子径3.2μm(勝光山鉱業所製SK−2))を用いた。 フィラーの混合(混合重量比:炭酸カルシウム/タルク= 3/1)はヘンシェルミキサーを用い、表面改質剤としてステアリン酸を使用して混合フィラーを作製した。
二次変性ブロック共重合体−1の代わりにEPDM(X3012P:三井化学)を用いた以外は実施例1と同様の方法で樹脂組成物を得た。得られた組成物の物性を表1に示した。
[比較例2]
二次変性ブロック共重合体−1の代わりに、変性剤を反応させない以外は実施例1と同様の方法で得た変性されていないブロック共重合体の水添物(ブロック共重合体−2)を用いた以外は実施例2と同様の方法で樹脂組成物を得た。得られた組成物の物性を表1に示した。
実施例1〜3及び比較例1〜2の結果から、本発明のオレフィン系樹脂組成物は、曲げ弾性率と耐衝撃性のバランスに優れることがわかる。
Claims (2)
- 成分(1)オレフィン系重合体100重量部、
成分(2)共役ジエンからなる共役ジエン系重体又はその水添物、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるランダム共重合体又はその水添物及び共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるブロック共重合体又はその水添物から選ばれる少なくとも1種の重合体に水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、アルコキシシラン基、から選ばれる官能基を少なくとも1個有する原子団が少なくとも1個結合している変性重合体3〜100重量部並びに
成分(3)無機充填剤1〜60重量部からなる樹脂組成物の製造方法において、
成分(2)及び成分(3)を予め溶融混練してマスターバッチを作製し、さらに成分(1)と溶融混練するオレフィン系樹脂組成物の製造方法。 - 成分(1)オレフィン系重合体100重量部、
成分(2)共役ジエンからなる共役ジエン系重体又はその水添物、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるランダム共重合体又はその水添物及び共役ジエンとビニル芳香族炭化水素からなるブロック共重合体又はその水添物から選ばれる少なくとも1種の重合体に水酸基、エポキシ基、アミノ基、シラノール基、アルコキシシラン基、から選ばれる官能基を少なくとも1個有する原子団が少なくとも1個結合している変性重合体3〜100重量部、
成分(3)無機充填剤1〜60重量部並びに
成分(4)カルボキシル基、酸無水物基、イソシアネート基、エポキシ基、シラノール基及びアルコキシシラン基から選ばれる官能基を有する化合物0.01〜20重量部からなる樹脂組成物の製造方法において、
成分(2)、成分(3)及び成分(4)を予め溶融混練してマスターバッチを作製し、さらに成分(1)と溶融混練するオレフィン系樹脂組成物の製造方法。
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