JP6990345B1 - 熱可塑性エラストマー組成物、成形品、積層構造体及び該積層構造体の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、スチレン系熱可塑性エラストマーは極性が低い材料であるため、極性の高い材料、例えば、極性樹脂、セラミックス、金属等に対する接着力が十分でないという問題点を有する。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、柔軟性、引張特性、透明性に優れ、極性の高い材料に対しても、優れた接着力を有する熱可塑性エラストマー組成物、成形品、積層構造体及び該積層構造体の製造方法を提供することを目的とする。
[1] 水添ブロック共重合体(A)100質量部、アクリル系ブロック共重合体(B)20~180質量部、芳香族系重合体(C)5~45質量部、及び軟化剤(D)70~250質量部を含有する熱可塑性エラストマー組成物であり、
前記水添ブロック共重合体(A)が、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a1)を2個以上、及び共役ジエン由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a2)を1個以上有し、前記重合体ブロック(a1)の含有量が3~45質量%の範囲であるブロック共重合体(P)の水素添加物であり、
前記アクリル系ブロック共重合体(B)は、アクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b1)を1個以上、及びメタクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b2)を1個以上有し、
前記アクリル系ブロック共重合体(B)のピークトップ分子量が50,000以上180,000以下の範囲である、熱可塑性エラストマー組成物。
[3] 芳香族系重合体(C)が、スチレン、α-メチルスチレン、及び4-メチルスチレンからなる群から選ばれる少なくとも1種を含む単量体の重合体である前記[1]又は[2]に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
[4] アクリル系ブロック共重合体(B)の分子量分布が1.0~1.4の範囲である前記[1]~[3]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物。
[5] アクリル系ブロック共重合体(B)が、重合体ブロック(b1)の両端に重合体ブロック(b2)が2個結合したトリブロック共重合体である前記[1]~[4]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物。
[6] 前記重合体ブロック(b2)のアクリル系ブロック共重合体(B)における含有量が10~55質量%の範囲である前記[1]~[5]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物。
[7] 前記[1]~[6]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物からなる成形品。
[8] 前記[1]~[6]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物で形成された層、及び該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料で形成された層を有する、積層構造体。
[9] 前記[1]~[6]のいずれかに記載の熱可塑性エラストマー組成物を、該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料からなる構造体に対して溶融積層成形する、積層構造体の製造方法。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、水添ブロック共重合体(A)100質量部、アクリル系ブロック共重合体(B)20~180質量部、芳香族系重合体(C)5~45質量部、及び軟化剤(D)70~250質量部を含有する熱可塑性エラストマー組成物であり、
前記水添ブロック共重合体(A)が、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a1)を2個以上、及び共役ジエン由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a2)を1個以上有し、前記重合体ブロック(a1)の含有量が3~45質量%の範囲であるブロック共重合体(P)の水素添加物であり、前記アクリル系ブロック共重合体(B)は、アクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b1)を1個以上、及びメタクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b2)を1個以上有し、前記アクリル系ブロック共重合体(B)のピークトップ分子量が50,000以上180,000以下の範囲である、熱可塑性エラストマー組成物である。
前記水添ブロック共重合体(A)(以下、単に「水添ブロック共重合体(A)」ともいう)は、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a1)を2個以上、及び共役ジエン由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a2)を1個以上有し、前記重合体ブロック(a1)の含有量が3~45質量%の範囲であるブロック共重合体(P)の水素添加物である。
重合体ブロック(a1)は、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を含有する。かかる芳香族ビニル化合物としては、例えばスチレン、α-メチルスチレン、2-メチルスチレン、3-メチルスチレン、4-メチルスチレン、4-プロピルスチレン、4-t-ブチルスチレン、4-シクロヘキシルスチレン、4-ドデシルスチレン、2,4-ジメチルスチレン、2,4-ジイソプロピルスチレン、2,4,6-トリメチルスチレン、2-エチル-4-ベンジルスチレン、4-(フェニルブチル)スチレン、1-ビニルナフタレン、2-ビニルナフタレン、ビニルアントラセン、N,N-ジエチル-4-アミノエチルスチレン、ビニルピリジン、4-メトキシスチレン、モノクロロスチレン、ジクロロスチレン及びジビニルベンゼン等が挙げられる。これらの芳香族ビニル化合物は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、スチレン、α-メチルスチレン、4-メチルスチレンが好ましく、スチレンがより好ましい。
重合体ブロック(a2)は、共役ジエン由来の構造単位を含有する。かかる共役ジエンとしては、例えば、ブタジエン、イソプレン、2,3-ジメチル-ブタジエン、2-フェニル-ブタジエン、1,3-ペンタジエン、2-メチル-1,3-ペンタジエン、1,3-ヘキサジエン、1,3-オクタジエン、1,3-シクロヘキサジエン、2-メチル-1,3-オクタジエン、1,3,7-オクタトリエン、ミルセン、ファルネセン、及びクロロプレン等が挙げられる。これら共役ジエンは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ブタジエン、イソプレン、及びファルネセンが好ましい。
重合体ブロック(a1)及び重合体ブロック(a2)の結合形態は特に制限されず、直鎖状、分岐状、放射状又はそれらの2つ以上の組み合わせであってもよい。これらの中でも、各ブロックが直鎖状に結合した形態が好ましく、重合体ブロック(a1)をa1、重合体ブロック(a2)をa2で表したときに、(a1-a2)l、a1-(a2-a1)m又はa1-(a1-a2)nで表される結合形態が好ましい。なお、前記l及びnはそれぞれ独立して2以上の整数を表し、前記mは1以上の整数を表す。
なお、水素添加率は、ブロック共重合体(P)及び水素添加後の水添ブロック共重合体(A)の1H-NMRを測定することにより算出できる。
なお、水添ブロック共重合体(A)に関するピークトップ分子量(Mp)、重量平均分子量(Mw)、及び数平均分子量(Mn)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより標準ポリスチレン換算で求めた値であり、分子量分布(Mw/Mn)は上記Mw及びMnの値から算出された値である。
かかる他の単量体としては、例えばプロピレン、1-ブテン、1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、1-ヘキセン、1-オクテン、1-デセン、1-ウンデセン、1-ドデセン、1-トリデセン、1-テトラデセン、1-ペンタデセン、1-ヘキサデセン、1-ヘプタデセン、1-オクタデセン、1-ノナデセン、1-エイコセン等の不飽和炭化水素化合物;アクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸メチル、メタクリル酸メチル、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸、2-アクリロイルエタンスルホン酸、2-メタクリロイルエタンスルホン酸、2-アクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、2-メタクリルアミド-2-メチルプロパンスルホン酸、ビニルスルホン酸、酢酸ビニル、メチルビニルエーテル等の官能基含有不飽和化合物;等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
ブロック共重合体(P)が他の重合体ブロックを有する場合、その含有量は20質量%以下が好ましく、10質量%以下が更に好ましく、5質量%がより更に好ましい。
水添ブロック共重合体(A)は、例えば、ブロック共重合体(P)をアニオン重合により得る重合工程、及び該ブロック共重合体(P)中の重合体ブロック(a2)中の、炭素-炭素二重結合を水素添加する工程により好適に製造できる。
ブロック共重合体(P)は、溶液重合法又は特表2012-502135号公報、特表2012-502136号公報に記載の方法等により製造することができる。これらの中でも溶液重合法が好ましく、例えば、アニオン重合やカチオン重合等のイオン重合法、ラジカル重合法等の公知の方法を適用できる。これらの中でもアニオン重合法が好ましい。アニオン重合法としては、炭化水素に代表される溶媒中、必要に応じて、エーテル化合物又は3級アミンに代表されるルイス塩基の存在下、有機アルカリ金属に代表されるアニオン重合開始剤により、芳香族ビニル化合物、共役ジエン等の単量体を逐次添加して、ブロック共重合体(P)を得る方法が好ましい。
前記方法により得られたブロック共重合体(P)又は変性されたブロック共重合体(P)を水素添加する工程に付すことにより、水添ブロック共重合体(A)を得ることができる。水素添加する方法は公知の方法を用いることができる。例えば、水素添加反応に影響を及ぼさない溶媒にブロック共重合体(P)を溶解させた溶液に、チーグラー触媒又はパラジウムカーボンに代表される水素添加触媒を添加して、適切な水素圧及び反応温度で水素添加反応させて得ることができる。
前記アクリル系ブロック共重合体(B)は、アクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b1)を1個以上、及びメタクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b2)を1個以上有するブロック共重合体である。かかるアクリル系ブロック共重合体(B)が含まれることにより、柔軟性、接着力に優れる熱可塑性エラストマー組成物が得られる。
重合体ブロック(b1)は、アクリル酸エステル由来の構造単位を含有する。かかるアクリル酸エステルは、一般式CH2=CH-COOR1(X)(式(X)中、R1は炭素数4~6の有機基を表す)で示されるアクリル酸エステル(以下、アクリル酸エステル(b1-1)と称する)、一般式CH2=CH-COOR2(Y)(式(Y)中、R2は炭素数7~12の有機基を表す)で示されるアクリル酸エステル(以下、アクリル酸エステル(b1-2)と称する)、これら以外のアクリル酸エステルに大別される。
重合体ブロック(b2)は、メタクリル酸エステル由来の構造単位を含有する。かかるメタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n-プロピル、メタクリル酸n-ブチル、メタクリル酸イソブチル、メタクリル酸sec-ブチル、メタクリル酸tert-ブチル、メタクリル酸n-ヘキシル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸2-エチルヘキシル、メタクリル酸n-オクチル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸トリデシル、メタクリル酸ステアリル、メタクリル酸イソボルニル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジルなどの官能基を有さないメタクリル酸エステル;メタクリル酸メトキシエチル、メタクリル酸エトキシエチル、メタクリル酸ジエチルアミノエチル、メタクリル酸2-ヒドロキシエチル、メタクリル酸2-アミノエチル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸テトラヒドロフルフリル等の官能基を有するメタクリル酸エステルなどが挙げられる。
(b2-b1)n
(b2-b1)n-b2
b1-(b2-b1)n
(b2-b1)n-b1'
(b2-b1)n-Z
(b1-b2)n-Z
(式中、nは1~30の整数、Zはカップリング部位(カップリング剤が重合体末端と反応して化学結合を形成した後のカップリング部位、-は各重合体ブロックの結合手を示す。)を表す。なお、式中複数のb1、b2が含まれる場合には、それらは同一構造の重合体ブロックであってもよいし、異なる構造の重合体ブロックであってもよい。)で表されるものであることが好ましい。ここで、「異なる構造」とは、重合体ブロックを構成するモノマー単位、分子量、分子量分布、立体規則性、および複数のモノマー単位を有する場合には各モノマー単位の比率および共重合の形態(ランダム、グラジェント、ブロック)のうち少なくとも1つが異なる構造を意味する。また上記nの値は、1~15であることが好ましく、1~8であることがより好ましく、1~4であることが更に好ましい。上記の構造の中でも、熱可塑性エラストマー組成物の耐久性に優れる観点から、(b2-b1)n、(b2-b1)n-b2、b1-(b2-b1)n、(b2-b1)n-b1'で表される直鎖状のブロック共重合体が好ましく、b2-b1で表されるジブロック共重合体、式:b2-b1-b1'で表されるトリブロック共重合体、および重合体ブロック(b2)、前記重合体ブロック(b1)、前記重合体ブロック(b2)の順にブロックを有する(重合体ブロック(b1)の両端に重合体ブロック(b2)が2個結合した)式:b2-b1-b2で表されるトリブロック共重合体がより好ましく、式:b2-b1-b2で表されるトリブロック共重合体が更に好ましい。
なお、アクリル系ブロック共重合体(B)に関するピークトップ分子量(Mp)、数平均分子量(Mn)、及び重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィーにより標準ポリスチレン換算で求めた値であり、分子量分布(Mw/Mn)は上記Mw及びMnの値から算出された値である。
上記アクリル系ブロック共重合体(B)の製造方法は、上述した条件を満足する重合体が得られる限りにおいて特に限定されることなく、公知の手法に準じた方法を採用することができる。一般に、分子量分布の狭いブロック共重合体を得る方法としては、構成単位となる単量体をリビング重合する方法が取られる。このようなリビング重合の手法としては、例えば、有機希土類金属錯体を重合開始剤としてリビング重合する方法(特開平06-93060号公報参照)、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としアルカリ金属またはアルカリ土類金属の塩などの鉱酸塩の存在下でリビングアニオン重合する方法(特表平05-507737号公報参照)、有機アルミニウム化合物の存在下で、有機アルカリ金属化合物を重合開始剤としリビングアニオン重合する方法(特開平11-335432号公報参照)、原子移動ラジカル重合法(ATRP)(Macromolecular Chemistry and Physics、2000年、201巻、p.1108~1114参照)などが挙げられる。
前記芳香族系重合体(C)は、芳香族ビニル化合物単位を少なくとも1種含有する重合体である(ただし、水添ブロック共重合体(A)、アクリル系重合体(B)及び軟化剤(D)を除く)。
ハイマーST-95(ポリスチレン、軟化点95℃、Mw4000;三洋化成工業製)、YSレジンSX-100(ポリスチレン、軟化点100℃、Mw2500;ヤスハラケミカル社製)、のFMR-0150(スチレン/芳香族炭化水素共重合体、軟化点145℃、Mw2040;三井化学社製)、FTR-6100(スチレン/脂肪族炭化水素系共重合体、軟化点95℃、Mw1210;三井化学社製)、FTR-6110(スチレン/脂肪族炭化水素系共重合体、軟化点110℃、Mw1570;三井化学社製)、FTR-6125(スチレン/脂肪族炭化水素系共重合体、軟化点125℃、Mw1950;三井化学社製)、FTR-7100(スチレン/α-メチルスチレン/脂肪族炭化水素系共重合体、軟化点100℃、Mw1440;三井化学社製)、FTR-0100(ポリα-メチルスチレン、軟化点100℃、Mw1960;三井化学社製)、FTR-2120(スチレン/α-メチルスチレン共重合体、軟化点120℃、Mw2630;三井化学社製)、FTR-2140(スチレン/α-メチルスチレン共重合体、軟化点137℃、Mw3230;三井化学社製)などが挙げられる。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、さらに軟化剤(D)を含有する。軟化剤を含ませることにより、より透明性と柔軟性に優れた熱可塑性エラストマー組成物が得られる。軟化剤(D)としては、例えばパラフィン系、ナフテン系、芳香族系のプロセスオイル;ジオクチルフタレート、ジブチルフタレート等のフタル酸誘導体;ホワイトオイル;ミネラルオイル;エチレンとα-オレフィンとの液状コオリゴマー;流動パラフィン;ポリブテン;低分子量ポリイソブチレン;液状ポリブタジエン、液状ポリイソプレン、液状ポリイソプレン-ブタジエン共重合体、液状スチレン-ブタジエン共重合体、液状スチレン-イソプレン共重合体等の液状ポリジエン及びその水素添加物等が挙げられる。これらの中でも、水添ブロック共重合体(A)との相容性の観点から、パラフィン系プロセスオイル;エチレンとα-オレフィンとの液状コオリゴマー;流動パラフィン;低分子量ポリイソブチレン及びその水素添加物が好ましく、パラフィン系プロセスオイルの水素添加物がより好ましい。
軟化剤(D)は、植物由来の原材料を高い比率で使用したものを使用してもよく、軟化剤(D)中の植物由来成分の含有量(バイオ比率)は70質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上が更に好ましい。
本発明の熱可塑性エラストマー組成物は、本発明の効果を阻害しない範囲で、必要に応じて、無機充填材(E)、酸化防止剤(F)、他の熱可塑性重合体、粘着付与樹脂、滑剤、光安定剤、加工助剤、顔料や色素等の着色剤、難燃剤、帯電防止剤、艶消し剤、シリコンオイル、ブロッキング防止剤、紫外線吸収剤、離型剤、発泡剤、抗菌剤、防カビ剤、香料などを含有してもよい。
前記無機充填材(E)は、本発明の熱可塑性エラストマー組成物の耐候性等の物性の改良、硬度調整、増量剤としての経済性の改善などを目的として含有させることができる。無機充填材(E)としては、例えば、炭酸カルシウム、タルク、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、マイカ、クレー、天然ケイ酸、合成ケイ酸、酸化チタン、カーボンブラック、硫酸バリウム、ガラスバルーン、ガラス繊維等が挙げられる。前記無機充填材は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
無機充填材(E)を含有させる場合、その含有量は、熱可塑性エラストマー組成物の柔軟性、透明性が損なわれない範囲であることが好ましく、水添ブロック共重合体(A)100質量部に対して、好ましくは200質量部以下、より好ましくは150質量部以下、更に好ましくは100質量部以下、特に好ましくは50質量部以下である。
前記酸化防止剤(F)としては、例えばヒンダードフェノール系、リン系、ラクトン系、ヒドロキシル系の酸化防止剤等が挙げられる。これらの中でも、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。酸化防止剤(F)を含有させる場合、その含有量は、熱可塑性エラストマー組成物を溶融混練する際に着色しない範囲であることが好ましく、水添ブロック共重合体(A)100質量部に対して、好ましくは0.1~5質量部である。
前記他の熱可塑性重合体を含有させる場合、その含有量は、水添ブロック共重合体(A)100質量部に対して、好ましくは100質量部以下、より好ましくは50質量部以下、より好ましくは20質量部以下、更に好ましくは10質量部以下である。
前記粘着付与樹脂の軟化点は、成形加工性の観点から、85~160℃が好ましく、100~150℃がより好ましく、105~145℃が更に好ましい。
前記粘着付与樹脂を含有させる場合、その含有量は、熱可塑性エラストマー組成物の力学特性が損なわれない範囲であることが好ましく、水添ブロック共重合体(A)100質量部に対して、好ましくは100質量部以下、より好ましくは70質量部以下、更に好ましくは30質量部以下、特に好ましくは10質量部以下である。
本発明の積層体は、本発明の熱可塑性エラストマー組成物で形成された層、及び該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料で形成された層を有する。本発明の積層構造体は、前記熱可塑性エラストマー組成物で形成された層と、該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料で形成された層を2種以上組み合わせて接着させた積層構造体であってもよい。
積層構造体の形状は特に限定されず、フィルム状、シート状、チューブ状等の形状が挙げられ、これらの中でもフィルム状の積層構造体が好ましい。
本発明の積層構造体に用いる合成樹脂としては、例えば、ポリウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリアクリレート樹脂、ポリメタクリレート樹脂、ポリエーテル樹脂、(メタ)アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン樹脂、(メタ)アクリロニトリル-スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-ブタジエン-スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル-スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸メチル-ブタジエン-スチレン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ポリイミド樹脂、メラミン樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリスチレン樹脂、ゴム強化ポリスチレン樹脂、シンジオタクティックポリスチレン樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
なお、本明細書において「(メタ)アクリロニトリル」とは、「アクリロニトリル又はメタクリロニトリル」を意味する。
本発明の積層構造体に用いる金属は、例えば、鉄、銅、アルミニウム、マグネシウム、ニッケル、クロム、亜鉛、及びそれらを成分とする合金が挙げられる。また、金属で形成された層として、銅メッキ、ニッケルメッキ、クロムメッキ、錫メッキ、亜鉛メッキ、白金メッキ、金メッキ、銀メッキ等のメッキによって形成された表面を有する層を用いてもよい。
熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料としては、優れた接着力という本発明の効果をより発揮させる観点から、合成樹脂、金属が好ましい。
射出インサート成形法における射出成形温度は特に制限されないが、十分な接着性を得る観点から、150℃以上が好ましく、200℃以上がより好ましく、250℃以上が更に好ましい。
<水添ブロック共重合体(A)>
後述の製造例1及び2の水添ブロック共重合体(A-1)、(A-2)
<アクリル系ブロック共重合体(B)>
後述の製造例3~7のアクリル系ブロック共重合体(B-1)~(B-5)
<芳香族系重合体(C)>
芳香族系重合体(C-1):ポリα-メチルスチレン/スチレン共重合体(商品名:EASTMAN社製、クリスタレックス5140)
芳香族系重合体(C-2):ポリα-メチルスチレン重合体(商品名:EASTMAN社製、エンデックス155
<軟化剤(D)>
水添パラフィン系オイル(出光興産株式会社製「ダイアナプロセスオイルPW-90」
(1)ピークトップ分子量(Mp)及び分子量分布(Mw/Mn)等の測定
水添ブロック共重合体(A)及びアクリル系ブロック共重合体(B)のピークトップ分子量(Mp)及び分子量分布(Mw/Mn)は、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー)により標準ポリスチレン換算分子量で求め、分子量分布のピークの頂点の位置からピークトップ分子量(Mp)を求めた。測定装置及び条件は、以下のとおりである。
・装置 :東ソー株式会社製GPC装置「GPC8020」
・分離カラム :東ソー株式会社製「TSKgel GMHXL」、「G4000HXL」及び「G5000HXL」を直列に連結
・検出器 :東ソー株式会社製「RI-8020」
・溶離液 :テトラヒドロフラン
・溶離液流量 :1.0ml/分
・サンプル濃度:5mg/10ml
・カラム温度 :40℃
以下の製造例において、ブロック共重合体(P)及び水素添加後の水添ブロック共重合体(A)をそれぞれ重クロロホルム溶媒に溶解し、日本電子株式会社製「Lambda-500」を用いて50℃で1H-NMRを測定した。水添ブロック共重合体(A)の重合体ブロック(a2)中の炭素-炭素二重結合の水素添加率は、得られたスペクトルの4.5~6.0ppmに現れる炭素-炭素二重結合が有するプロトンのピークから、下記式により算出した。
水素添加率(モル%)={1-(水添ブロック共重合体(A)1モルあたりに含まれる炭素-炭素二重結合のモル数)/(ブロック共重合体(P)1モルあたりに含まれる炭素-炭素二重結合のモル数)}×100
また、以下の製造例において、アクリル系ブロック共重合体(B)における各重合体ブロックの含有量は、1H-NMR測定によって求めた。1H-NMR測定で用いた測定装置及び条件は次のとおりである。
・装置:日本電子株式会社製核磁気共鳴装置「JNM-ECX400」
・重溶媒:重水素化クロロホルム
1H-NMRスペクトルにおいて、3.6ppm、3.7ppm付近のシグナルは、それぞれ、メタクリル酸メチル単位のエステル基(-O-CH3)、アクリル酸メチル単位のエステル基(-O-CH3)に帰属され、4.0ppm付近のシグナルは、アクリル酸n-ブチル単位のエステル基(-O-CH2-CH2-CH2-CH3)又はアクリル酸2-エチルヘキシル単位のエステル基(-O-CH2-CH(-CH2-CH3)-CH2-CH2-CH2-CH3)に帰属され、これらの積分値の比から各単量体由来の構造単位のモル比を求め、これを単量体由来の構造単位の分子量をもとに質量比に換算することによって各重合体ブロックの含有量を求めた。
≪製造例1≫
窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、溶媒としてシクロヘキサン50.0kg、アニオン重合開始剤としてsec-ブチルリチウム(10.5質量%シクロヘキサン溶液)101gを仕込み、50℃に昇温した後、スチレン(1)1.40kgを加えて1時間重合させ、引き続いてブタジエン2.90kg及びイソプレン3.66kgを加えて2時間重合を行い、更にスチレン(2)1.40kgを加えて1時間重合させることにより、スチレン重合体ブロック-イソプレン/ブタジエン重合体ブロック-スチレン重合体ブロックのトリブロック共重合体を含む反応液を得た。この反応液に、水素添加触媒としてパラジウムカーボン(パラジウム担持量:5質量%)を前記ブロック共重合体に対して5質量%添加し、水素圧力2MPa、150℃の条件で10時間反応を行った。放冷、放圧後、濾過によりパラジウムカーボンを除去し、濾液を濃縮し、更に真空乾燥することにより、スチレン重合体ブロック-イソプレン重合体ブロック-スチレン重合体ブロックのトリブロック共重合体の水素添加物(以下、水添ブロック共重合体(A-1と称する))を得た。水添ブロック共重合体(A-1)について上記した評価を行った。結果を表1に示す。
表1に記載の配合にしたがったこと、ルイス塩基としてテトラヒドロフラン57.0gを加えた以外は、製造例1と同様にして水添ブロック共重合体(A-2)を製造した。得られた水添ブロック共重合体(A-2)について、上記した評価を行った。結果を表1に示す。
(*1):(a1)/(a2)は、重合体ブロック(a1)の含有量と重合体ブロック(a2)の含有量との質量比を示す。
(*2):St-(Ip/Bd)-Stは、スチレン重合体ブロック-(イソプレン/ブタジエン)共重合体ブロック-スチレン重合体ブロックのトリブロック共重合体を示す。St-Bd-Stは、スチレン重合体ブロック-ブタジエン重合体ブロック-スチレン重合体ブロックのトリブロック共重合体を示す。
(*3):水素添加率は、重合体ブロック(a2)中の炭素-炭素二重結合の水素添加率を示す。
≪製造例3≫
(1)窒素置換し、乾燥させた耐圧容器に、室温で撹拌しながら、トルエン50.0kgと1,2-ジメトキシエタン0.0998kgを加え、続いて、イソブチルビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノキシ)アルミニウム412mmolを含有するトルエン溶液0.820kgを加え、さらにsec-ブチルリチウム206mmolを含有するsec-ブチルリチウムのシクロヘキサン溶液0.121kgを加えた。
(2)続いて、これにメタクリル酸メチル1.47kgを撹拌下、室温で加え、さらに60分間撹拌をつづけた。反応液は当初、黄色に着色していたが、60分間撹拌後には無色となった。
(3)その後、重合液の内部温度を-30℃に冷却し、撹拌下アクリル酸n-ブチル6.33kgを4時間かけて滴下し、滴下終了後-30℃でさらに5分間撹拌を続けた。
(4)その後、これにメタクリル酸メチル1.20kgを加え、一晩室温にて撹拌した。
(5)メタノール0.370kgを添加して重合反応を停止した後、得られた反応液を撹拌下のメタノール中に注ぎ、白色沈殿物を析出させた。得られた白色沈殿物を回収し、乾燥させることにより、アクリル系ブロック共重合体(B-1)を得た。得られたアクリル系ブロック共重合体(B-1)のピークトップ分子量(Mp)及び分子量分布(Mw/Mn)を上述のGPC測定により求めた。また、上述した1H-NMR測定により、アクリル系ブロック共重合体(B-1)中のPMMA(メタクリル酸メチル単位100質量%からなる重合体ブロック)合計含有量(b2)と、重合体ブロック(b1)の含有量を測定し、(b2)/(b1)を求めた。結果を表2に示す。
工程(1)の1,2-ジメトキシエタン、イソブチルビス(2,6-ジ-t-ブチル-4-メチルフェノキシ)アルミニウム、及びsec-ブチルリチウムの添加量、工程(2)及び(4)における単量体の添加量、工程(3)における単量体の種類及び添加量を表1に示す通りに変更した以外は、製造例3と同様に、アクリル系ブロック共重合体(B-2)~(B-5)をそれぞれ製造した。得られたアクリル系ブロック共重合体(B-2)~(B-5)について、上記した評価を行った。結果を表2に示す。
MMA:メタクリル酸メチル
nBA:アクリル酸n-ブチル
2EHA:アクリル酸2-エチルヘキシル
(*4):(b2)/(b1)は、重合体ブロック(b2)の含有量と重合体ブロック(b1)の含有量との質量比を示す。
(*5):(b1-1)/(b1)は、重合体ブロック(b1)中の炭素数4~6の有機基を有するアクリル酸エステル(b1-1)由来の構造単位の含有量を示す。
(*6):MMA-nBA-MMAは、メタクリル酸メチル重合体ブロック-アクリル酸n-ブチル重合体ブロック-メタクリル酸メチル重合体ブロックのトリブロック共重合体を示す。MMA-(nBA/2EHA)-MMAは、メタクリル酸メチル重合体ブロック-(アクリル酸n-ブチル/アクリル酸2-エチルヘキシル)共重合体ブロック-メタクリル酸メチル重合体ブロックのトリブロック共重合体を示す。
<熱可塑性エラストマー組成物の作製>
表3及び表4に記載の各成分を表3及び表4に示す割合にて予備混合した組成物を二軸押出機(Coperion社製「ZSK25」)を用いて200℃及びスクリュー回転数200rpmの条件下で溶融混練し、熱可塑性エラストマー組成物を得た。得られた熱可塑性エラストマー組成物について、下記の物性を測定した。結果を表3及び表4に示す。
下記の被着体(長さ100mm×幅45mm×厚さ1mm)をインサート部品として、射出インサート成形法により積層構造体を作製した。各インサート部品を金型内に固定し、金型温度40℃、シリンダー温度240℃の条件にて、得られた熱可塑性エラストマー組成物を金型内に充填し、被着体の表面温度を40℃まで冷却することによって積層構造体を得た。得られた積層構造体からの熱可塑性エラストマー組成物の層の剥離挙動を目視で確認した。
・ポリカーボネート(PC)板:商品名「ユーピロン(登録商標)S-3000」、三菱エンジニアリングプラスチックス株式会社製
(1-1)熱可塑性エラストマー組成物のシートの作製
各実施例及び比較例で得られた熱可塑性エラストマー組成物を、射出成形機(住友重機械工業株式会社製「SE18DU」)を使用して、シリンダー温度200℃及び金型温度40℃の条件下で射出成形し、縦50mm、横50mm、厚み2mmのシートを作製した。
(1-2)硬度の測定
上記で得られた熱可塑性エラストマー組成物のシートを3枚重ねて厚み6mmの硬度をタイプAデュロメータの圧子を用い、JISK6253-3:2012に準拠して測定した。
各実施例及び比較例で得られた熱可塑性エラストマー組成物を、射出成形機(住友重機械工業株式会社製「SE18DU」)を使用して、シリンダー温度200℃及び金型温度40℃の条件下で射出成形し、JISK6251:2010に準拠したダンベル5号形試験片を得た。上記で得たダンベル5号形試験片をJISK6251:2010に準じて、引張破断強度及び引張破断ひずみを測定した。引張破断強度及び引張破断ひずみの数値が高いほど引張特性に優れる。引張破断強度は2.0MPa以上が好ましく、3.5MPa以上がより好ましい。また、引張破断ひずみは100%以上が好ましく、150%以上がより好ましい。
上記で得られた熱可塑性エラストマー組成物の縦50mm、横50mm、厚み2mmのシートをJISK7361-1:1997に準じて、全光線透過率測定およびヘイズを測定した。
全光線透過率:90.5%以上を〇、90%以上90.5未満を△、90%未満を×とした。
ヘイズ :8%以下を〇、8%より大きく10%以下を△、10%より大きい場合を×とした。
上記で作製した積層構造体について、インストロン社製「インストロン5566」を使用して、JISK6854-2:1999に準じて、剥離角度180°、引張速度100mm/minの条件で、積層構造体中の熱可塑性エラストマー組成物の層の剥離接着強さ試験を合計4回実施した。
剥離接着強さ試験後の積層構造体を目視観察し、凝集破壊及び界面剥離のいずれの破壊形態であるかを評価した。破壊形態が凝集破壊であるものを〇で表し、界面剥離であるものを×で表した。
芳香族系重合体(C)を含まない比較例2に比べ、実施例1~11は、透明性が高く、接着性も良好であった。
芳香族系重合体(C)の含有量が本発明の範囲より多い比較例4は、透明性が低下し、硬度が高くなり、硬くなった。
アクリル系ブロック共重合体(B)の分子量が本発明の範囲を超える比較例7に比べ、実施例1~5は、透明性が良好であった。
水添ブロック共重合体(A)に対して、アクリル系ブロック共重合体(B)の含有量を多くしたが、芳香族系重合体(C)を含んでおらず、比較例3は透明性が低いものであった。
軟化剤(D)の含有量が本発明の範囲より少ない比較例5、6は透明性が低いものであった。また、比較例1では、軟化剤(D)の含有量が本発明の範囲より少なく、芳香族系重合体(C)を含んでおらず、透明性が低いものであった。
Claims (8)
- 水添ブロック共重合体(A)100質量部、アクリル系ブロック共重合体(B)20~180質量部、芳香族系重合体(C)5~45質量部、及び軟化剤(D)70~250質量部を含有する熱可塑性エラストマー組成物であり、
前記水添ブロック共重合体(A)が、芳香族ビニル化合物由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a1)を2個以上、及び共役ジエン由来の構造単位を含有する重合体ブロック(a2)を1個以上有し、前記重合体ブロック(a1)の含有量が3~45質量%の範囲であるブロック共重合体(P)の水素添加物であり、
前記アクリル系ブロック共重合体(B)は、アクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b1)を1個以上、及びメタクリル酸エステル由来の構造単位を含有する重合体ブロック(b2)を1個以上有し、
前記アクリル系ブロック共重合体(B)のピークトップ分子量が50,000以上180,000以下の範囲であり、
前記芳香族系重合体(C)が、ポリスチレン、ポリα-メチルスチレン、ポリ4-メチルスチレン、スチレン/α-メチルスチレン共重合体、スチレン/4-メチルスチレン共重合体、α-メチルスチレン/4-メチルスチレン共重合体、及びスチレン/α-メチルスチレン/4-メチルスチレン共重合体からなる群より選ばれる少なくとも1つである、
熱可塑性エラストマー組成物。 - 水添ブロック共重合体(A)のピークトップ分子量が20,000以上500,000以下である請求項1に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- アクリル系ブロック共重合体(B)の分子量分布が1.0~1.4の範囲である請求項1又は2に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- アクリル系ブロック共重合体(B)が、重合体ブロック(b1)の両端に重合体ブロック(b2)が2個結合したトリブロック共重合体である請求項1~3のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 前記重合体ブロック(b2)のアクリル系ブロック共重合体(B)における含有量が10~55質量%の範囲である請求項1~4のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物からなる成形品。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物で形成された層、及び該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料で形成された層を有する、積層構造体。
- 請求項1~5のいずれか1項に記載の熱可塑性エラストマー組成物を、該熱可塑性エラストマー組成物以外の他の材料からなる構造体に対して溶融積層成形する、積層構造体の製造方法。
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