JP2022021746A - ゴム変性ポリスチレン系樹脂、スチレン系樹脂組成物、及び成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
すなわち、本発明は下記に示すとおりである。
前記ゴム状重合体粒子には前記スチレン系共重合体が内包されていることを特徴とする、ゴム変性ポリスチレン系樹脂である。
[2]本実施形態において、前記ゴム状重合体粒子の表面は、前記スチレン系共重合体によりグラフトされることが好ましい。
本実施形態のゴム変性ポリスチレン系樹脂は、(メタ)アクリル酸エステル単量体単位及びスチレン系単量体単位を有するスチレン系共重合体を含むマトリックス樹脂相と、当該マトリックス樹脂相に分散されたゴム状重合体粒子と、を含有し、前記ゴム状重合体粒子は、前記スチレン系共重合体を内包する構成である。
以下、ゴム変性ポリスチレン系樹脂の必須成分であるスチレン系共重合体及びゴム状重合体粒子を説明する。
本実施形態のスチレン系共重合体は、ゴム状重合体粒子の内部と外部とに存在しており、外部のスチレン系共重合体をマトリックス樹脂相と称している。また、ゴム状重合体粒子の内部にスチレン系共重合体が存在する場合は、後述のサラミ型構造又はコアシェル型構造を形成する。換言すれば、ゴム状重合体(粒子)の存在下でスチレン系単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体単位を重合させて得られるゴム変性スチレン系樹脂とすることもできる。
本実施形態において、スチレン系共重合体を構成するスチレン系単量体としては、特に限定されないが、例えば、スチレン、α-メチルスチレン、パラメチルスチレン、エチルスチレン、プロピルスチレン、ブチルスチレン、クロロスチレン、ブロモスチレン等が挙げられる。特に工業的観点からスチレンが好ましい。スチレン系単量体としては、これらを単独又は混合して使用できる。
本実施形態において、(メタ)アクリル酸エステル単量体は、炭素原子数4~15のアルキル鎖をエステル置換基として有する(メタ)アクリル酸エステル単量体が好ましい。この際、当該炭素原子数4~15のアルキル鎖は、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基を含む。(メタ)アクリル酸エステル単量体の具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸t-ブチル等が挙げられる。これらの中でも工業的の観点から、(メタ)アクリル酸エステル単量体は、(メタ)アクリル酸n-ブチル、(メタ)アクリル酸s-ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、及び(メタ)アクリル酸t-ブチルであることが好ましい。
本実施形態におけるスチレン系共重合体は、必要により、スチレン系単量体と共重合可能な他の単量体単位を含有してもよい。本実施形態におけるスチレン系共重合体の任意成分である他の単量体単位としては、(メタ)アクリル酸単量体単位などが挙げられる。当該(メタ)アクリル酸単量体としては、メタクリル酸、アクリル酸、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸等が挙げられる。
また、本実施形態において、スチレン系共重合体は、ゴム状重合体粒子の表面にグラフトされていてもよい。
本実施形態におけるゴム状重合体粒子は、粒子状に形成されたゴム状重合体をいい、ゴム状重合体を含有する粒子体であれば特に制限されることはない。上記ゴム状重合体を含有する粒子体とは、ゴム状重合体粒子全体の5質量%以上をゴム状重合体が占めていることが好ましい。
本実施形態において好ましい内包粒子の形態としては、以下の(1)~(2)の構造が挙げられる。
(1)スチレン共重合体を含む相をコアとし、ゴム状重合体をシェルとするコアシェル型構造体、
(2)スチレン共重合体を含む相をコアがゴム状重合体内に複数内包したサラミ型構造体
四酸化オスミウムで染色したゴム変性スチレン系樹脂から厚さ75nmの超薄切片を作製し、電子顕微鏡を用いて倍率10000倍の写真を撮影する。写真中、黒く染色された粒子がゴム状重合体であり、白領域がスチレン系共重合体を含むマトリックス樹脂相である。本測定は、写真を200dpiの解像度でスキャナーに取り込み、画像解析装置IP-1000(旭化成社製)の粒子解析ソフトを用いて測定する。
尚、本明細書において、ゴム状重合体粒子の含有量の算出方法は、以下のクロロホルム不溶分の測定方法を用いている。
沈殿管にゴム状重合体粒子を含むゴム変性ポリスチレン系樹脂1gを精秤した。当該精秤したゴム状重合体粒子を含む樹脂の質量をW1とする。そして、トルエン20ミリリットルを加え23℃で2時間振とう後、遠心分離機((株)佐久間製作所製SS-2050A(ローター:6B-N6L))にて4℃以下、20000rpm(遠心加速度45100G)で60分間遠心分離する。沈殿管を約45度にゆっくり傾け、上澄み液をデカンテーションして取り除く。その後、トルエンを含んだ不溶分を160℃、3kPa以下の条件で1時間真空乾燥し、デシケータ内で室温まで冷却後、トルエン不溶分の質量を精秤し、当該室温まで冷却後のトルエン不溶分の質量をW2とする。そして、下記数式(1)により、トルエン不溶分を求める。
トルエン不溶分(%)=(W2/W1)×100 数式(1)
本明細書において、以上により算出したトルエン不溶分を、ゴム変性ポリスチレン系樹脂中のゴム状重合体粒子の含有量としている。
本実施形態におけるマトリックス樹脂相は、スチレン系共重合体を必須成分として含む連続相である。本実施形態のゴム変性スチレン系樹脂は、換言すると、マトリックス樹脂相の海相と、ゴム状重合体粒子の島相とを備える海島構造である。
マトリックス樹脂相の10%以下を副成分が占めることが好ましく、より好ましくは5%以下である。
本実施形態の樹脂組成物に用いることができるゴム変性スチレン系樹脂の製造方法の例を示す。
典型的な態様において、ゴム変性スチレン系樹脂は、スチレン系単量体及び(メタ)アクリル酸エステル単量体を、ゴム状重合体の存在下で重合させて、スチレン系重合体中にゴム状重合体が分散している海島構造を形成することを含む方法によって製造できる。スチレン系単量体の重合方法に関しては特に制約はなく、スチレン系単量体にゴムを溶かした溶液を用いて、通常の塊状重合、溶液重合、懸濁重合等を行うことができる。また、メルトフローレート調整のために、溶媒や連鎖移動剤を適宜選択して使用することが好ましい。溶媒としてはトルエン、エチルベンゼン、キシレン等を使用できる。溶媒の使用量は特に限定されるものではないが、重合原料液の全量100質量%に対して、0~50質量%の範囲が好ましい。連鎖移動剤としては、n-ドデシルメルカプタン、t-ドデシルメルカプタン、α-メチルスチレンダイマー等が用いられ、α-メチルスチレンダイマーが好ましい。連鎖移動剤の使用量は、重合原料液の全量100質量%に対して好ましくは0.01~2質量%、より好ましくは0.03~1質量%、さらに好ましくは0.05~0.2質量%の範囲である。重合反応温度は好ましくは80~200℃、さらに好ましくは90~180℃の範囲である。反応温度が80℃以上であれば生産性が良好で、工業的に適当であり、一方200℃以下であれば、低分子量重合体が多量に生成することを回避でき好ましい。スチレン系重合体の目標分子量が重合温度のみで調整できない場合は、開始剤量、溶媒量、連鎖移動剤量等で制御すればよい。反応時間は一般に0.5~20時間、好ましくは2~10時間である。反応時間が0.5時間以上であれば反応が良好に進行し、一方、20時間以下であれば、生産性が良好で工業的に適当である。
重合溶媒としては、エチルベンゼン、トルエン、キシレン等を用いることが可能である。
本発明に係るスチレン系樹脂組成物は、上記のゴム変性スチレン系樹脂と、流動パラフィン及び/又はエステル系ラジカル捕捉剤とを含有することが好ましい。
本実施形態に係るスチレン系樹脂組成物は、ゴム変性スチレン系樹脂中に含まれる(メタ)アクリル酸エステル単量体単位と同様の化学構造を備えたエステル系ラジカル捕捉剤を含有する。これにより、スチレン系樹脂組成物中にエステル系ラジカル捕捉剤が均一に分散して、金型汚れを低減できると考えられる。特に、流動パラフィンと併用することにより、優れた流動性及び耐衝撃性を維持しつつ、金型汚れを低減することができる。
本実施形態におけるエステル系ラジカル捕捉剤は、ヒドロキシフェニル環を有する化合物であることが好ましく、より詳細には、以下の一般式(1)で表されることがより好ましい。
上記置換基Rを有するフェニル基としては、以下の一般式(1-1)又は一般式(1-2)で表される基が好ましい。
(上記一般式(1-2)中、R1及びR4はそれぞれ独立して、水素原子、水酸基、又は炭素原子数1~8の直鎖状又は分岐状のアルキル基を表し、L3は炭素原子数1~4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基を表す。)
なお、炭素原子数1~8の直鎖状又は分岐状のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、t-ブチル基、s-ブチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、1-メチルヘキシル基、又は1-メチルヘプチル基などが挙げられる。また、炭素原子数1~4の直鎖状又は分岐状のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、イソプロピレン基、n-ブチレン基、t-ブチル基、又はs-ブチル基などが挙げられる。
上記一般式(1)中、L2は、単結合又は炭素原子数10~21個のアルキレン基を表し、当該アルキル基中の1以上のメチレン基は、互いに隣接しないよう-CH=CH-に置換されてもよい。
上記一般式(1)中、X2は、水素原子、メチル基又は置換基Rを有するフェニル基が好ましく、置換されたヒドロキシフェニル基を表すことがより好ましい。当該置換基Rを有するフェニル基としては、上述の一般式(1-1)又は(1-2)で表される基が好ましい。
本実施形態のスチレン系樹脂組成物は、流動性を向上させる観点で、流動パラフィンを含有することが好ましい。当該流動パラフィンの含有量は、ゴム状重合体粒子の合計質量100質量%に対して、0.1質量以上2.0質量%以下であることが好ましく、0.3質量以上1.8質量%以下であることがより好ましく、0.5質量以上1.5質量%以下であることがさらに好ましい。
(試料調製)
スチレン系樹脂組成物2gを精秤し、メチルエチルケトン40mLを加えて23℃で40分間振とうし、メタノール200mL中に滴下し、60℃で10分間加温した後、23℃に冷却し、穴径0.45μmのメンブランフィルターで濾過した。濾別した濾液を減圧蒸留濃縮し、80℃で30分間乾燥した後、23℃に冷却し、ノルマルヘキサンに溶解させ、10mLの試料を得た。
(測定条件)
機器:島津製作所製高速液体クロマトグラフィー LC-10A
カラム:平均粒子径5μmの全多孔性シリカゲル、内径4.6mm、長さ250mm
溶媒:ノルマルヘキサン
温度:23℃
溶媒流量:2g/min
注入量:200μm
また、流動パラフィンの同定については、熱分解GC-MS、1H-NMR又は13C-NMRなどの各種分析装置によって行うことができる。
本実施形態のスチレン系樹脂組成物には、本発明の要旨を超えない範囲で一般的な各種添加剤を、公知の作用効果を達成するために添加することもできる。例えば、離型剤、滑剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤、染料、顔料、帯電防止剤、防曇剤、各種充填剤等を、目的に合った効果を達成するために添加することができる。
尚、上記スチレン系樹脂組成物中の上記各種添加剤は、スチレン系樹脂組成物の総量100質量%に対して1質量%以下であることが好ましく、0.8質量%以下であることがより好ましく、さらに好ましくは0.5質量%以下である。
本実施形態の成形体は、上記実施形態のスチレン系樹脂組成物を成形して得ることができる。本実施形態の成形体は、上記の実施形態のスチレン系樹脂組成物を成形して得たものであれば特に限定されないが、当該成形体が厚さ1mm以下の部分を有することが好ましい。厚さ1mm以下の部分を有する成形体において、上記のスチレン系樹脂組成物を好適に用いることができる。
本実施形態において、スチレン系樹脂組成物から成形体を得る製造方法は、特に限定されず、公知の成形方法、例えば押出成形加工や射出成形加工により製造することができる。具体的には押出成形加工としては、例えば、押出成形、カレンダ成形、中空成形、押出発泡成形、異形押出成形、ラミネート成形、インフレーション成形、Tダイフィルム成形、シート成形、真空成形、圧空成形、ダイレクトブロー成形などが挙げられる。また、射出成形加工としては、例えば、射出成形、RIM成形、射出発泡成形、インジェクションブロー成形、射出延伸ブロー成形などが挙げられる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記例に限定されることは無く、適宜変更を加えることができる。
成形機EC-60N(東芝機械社製)で、金型温度を45℃、シリンダー温度220℃の条件にて、40mm×120mm×1~2.5mm厚みの3段試験片を作成した。試験はデュポン式ダート試験機(東洋精機社製)を用い、撃心受け台直径9.4mm、撃心突端の直径6.2mm、荷重200gの条件で、1mm厚みの試験片中央部に対してミサイルを落下させ、試験片が50%破壊を示す荷重により、破壊エネルギーを求め、これを面衝撃強度とした。測定した結果を下記の基準で評価した。
○:0.3kg・cm以上
×:0.3kg・cm未満
住友重機械工業(株)製のインジェクションブロー成型機SG-125NPを用いて1サイクル7秒の連続成形を1000ショット実施後、金型表面をガーゼで強く拭い、ガーゼへの油状物質の付着状況で評価した。評価基準を以下に示す。
◎:油状物質の付着が全く認められない。
〇:油状物質の付着がわずかに認められる。
×:油状物質の付着がかなり認められる。
30μm径のアパーチャーチューブを装着したベックマン・コールター株式会社製COULTER MULTISIZER III (商品名)にて、ゴム変性ポリスチレン系樹脂0.05gをジメチルホルムアミド約5ml中に入れ約2~5分間放置した。次にジメチルホルムアミド溶解分を適度の粒子濃度として測定し、体積基準のメジアン径を求めた。
(4)MFRの測定
ゴム変性スチレン系樹脂のマトリックス樹脂のMFR(メルトマスフローレイト)は、JIS K 7210-1に従って、200℃、5kg荷重で測定した値である。
(5)還元粘度の測定
ゴム変性スチレン系樹脂の還元粘度は、トルエン溶液中で30℃、濃度0.5g/dLの条件で測定される値である。
(6)スチレン系共重合体中の(メタ)アクリル酸エステル単量体比
各単量体単位は次のようにプロトン核磁気共鳴(1H-NMR)測定機で測定したスペクトルの積分比から、スチレン系共重合体の組成を定量した。
・試料調製:樹脂ペレット30mgをd6-DMSO 0.75mLに60℃で4~6時間加熱溶解した。
・測定機器:日本電子(株)製 JNM ECA-500
・測定条件:測定温度25℃、観測核1H、積算回数64回、繰り返し時間11秒。
続いて、実施例、比較例で用いた樹脂及び原料成分を説明する。
スチレン系単量体としてスチレン85.6質量%、ゴム状重合体としてポリブタジエンゴム(旭化成株式会社製ジエン55AE)3.2質量%、溶剤としてエチルベンゼン8.0質量%、可塑剤として流動パラフィン(出光興産社製CP-68N)1.2質量%、重合開始剤として1,1-ビス(t-ブチルパーオキシ)シクロヘキサン0.002質量%、連鎖移動剤としてα-メチルスチレンダイマー0.08質量%を混合溶解した重合液を準備した。そして、攪拌機を備えた、3ゾーンで温度コントロール可能な6.2リットルの層流型反応器-1に、当該重合液を2.7リットル/Hrで連続的に仕込み、前記反応器内の温度を125℃/130℃/135℃に調整した。攪拌機の回転数は毎分60回転とした。反応器出口の反応率は25%であった。
表1に示す原料比を用いて上記実施例1と同様の方法により、実施例2~3及び6のスチレン系樹脂組成物(HIPS-2,3及びHIPS-6)を製造した。そして、得られたペレット状のスチレン系樹脂組成物(HIPS-2,3及びHIPS-6)に対して、上述した(1)面衝撃強度、及び(2)金型汚れの評価の欄に記載の評価方法を用いて測定した。その結果を、以下の表1及び表2に示す。
重合液に、ラジカル捕捉剤としてオクタデシル-3-(3,5-ジーt-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネートを所定量添加した以外は、表1に示す原料比を用いて上記実施例1と同様の方法により、実施例4及び5のスチレン系樹脂組成物(HIPS-4)~(HIPS-5)を製造した。
流動パラフィンを添加しない点以外は上記実施例1と同様の方法により、表1に示す原料比を用いて実施例7のゴム変性スチレン系樹脂(HIPS-10)を製造した。そして、得られたペレット状のゴム変性スチレン系樹脂(HIPS-10)に対して、上述した(1)面衝撃強度、及び(2)金型汚れの評価の欄に記載の評価方法を用いて測定した。その結果を、以下の表1及び表2に示す。
表1に示す原料比を用いて上記実施例1と同様の方法により、比較例1~3のスチレン系樹脂組成物(HIPS-7)~(HIPS-9)を製造した。そして、得られたペレット状のスチレン系樹脂組成物(HIPS-7)~(HIPS-9)に対して、上述した(1)面衝撃強度、及び(2)金型汚れの評価の欄に記載の評価方法を用いて測定した。その結果を、以下の表1及び表2に示す。
以下の表2の実験結果に示す通り、実施例のゴム変性ポリスチレン系樹脂(HIPS-10)を用いることにより、金型汚れを低減できることが確認される。また、ラジカル捕捉剤及び流動パラフィンをさらに添加すると、より優れた、耐衝撃性及び流動性と、金型汚れの低減とを両立することができる。
Claims (7)
- (メタ)アクリル酸エステル単量体単位及びスチレン系単量体単位を有するスチレン系共重合体と、前記スチレン系共重合体を含むマトリックス樹脂相に分散されたゴム状重合体粒子を含有するゴム変性スチレン系樹脂と、を有し、前記ゴム状重合体粒子には前記スチレン系共重合体が内包されていることを特徴とする、ゴム変性ポリスチレン系樹脂。
- 前記ゴム状重合体粒子の表面は、前記スチレン系共重合体によりグラフトされた、請求項1に記載のゴム変性ポリスチレン系樹脂。
- 前記ゴム状重合体粒子は、前記スチレン系共重合体100質量部に対して、10~30質量部含有する、請求項1又は2に記載のゴム変性ポリスチレン系樹脂。
- 請求項1~3のいずれか1項に記載のゴム変性ポリスチレン系樹脂と、
流動パラフィンと、を含有する、スチレン系樹脂組成物。 - エステル系ラジカル捕捉剤をさらに有する、請求項4に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 前記流動パラフィンは、前記スチレン系共重合体100質量部に対して、0.1~2.0質量部含有する、請求項4又は5のいずれか1項に記載のスチレン系樹脂組成物。
- 請求項4~6のいずれか1項に記載のスチレン系樹脂組成物を成形してなる、成形体。
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