JP3464004B2 - 水素添加ブロック共重合体及びそれを含有したポリプロピレン系樹脂組成物 - Google Patents
水素添加ブロック共重合体及びそれを含有したポリプロピレン系樹脂組成物Info
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Description
関する。更に詳しくはポリプロピレン系樹脂に優れた耐
衝撃性、脆化温度、引っ張り破断伸びと耐熱変形性、剛
性のバランスを付与する事ができることを特徴とする水
素添加ブロック共重合体及びそのポリプロピレン系樹脂
組成物に関する。
械的特性に優れているため、機械部品、自動車部品など
広範に使用されている。最近、各種製品の機能性の追
求、経済性の追求から製品の大型化、薄肉化が進み、耐
衝撃性、脆化温度、剛性、耐熱変形性、引っ張り破断伸
びに優れたポリプロピレン系樹脂組成物が要望されてお
り、引っ張り破断伸びは、自動車材料として用いた場合
に衝撃破壊時に破片が飛び散らないようにするため、あ
るいは変形によって衝撃を吸収するため、あるいはクリ
ープ変形時に破断をおこさないため等の理由で要求度の
高い物性の一つである。また、耐熱変形性も、自動車外
装材をオンライン塗装するときの高温雰囲気下において
成形材料が変形しないために要求度の高い物性の一つで
ある。これら、脆化温度、引っ張り破断伸び、耐衝撃性
と剛性、耐熱変形性は一方を改良すると、他方が悪化す
るというように相反する性質であり、全体の物性バラン
スを向上させる発明が待たれていた。
らなる重合体ブロックと水素添加されたイソプレン−ブ
タジエンブロックからなる、結晶融解熱が8cal/g以下で
あるブロック共重合体が開示されている。しかしこの発
明は1,2結合量が35%以下であることを必須としてお
り、組成物にした場合に特に引っ張り破断伸びが悪くな
る。また、結晶融解熱と組成物にした場合の脆化温度と
の関係について記載も示唆もなく、秩序−無秩序転移温
度と組成物にした場合の耐熱変形性に関する記載も示唆
もない。よって開示されている技術では本発明の目的を
達成できない。
ンと水素添加ポリブタジエンよりなる水素添加ブロック
共重合体が記載されており、1,2結合量が50モル%、ス
チレン量が20重量%、結晶融解熱量が5.1J/g、1,2結合
量が40モル%、スチレン量が20重量%、結晶融解熱量が
12.3J/gの例が記載されている。この論文中ではこれら
の水素添加ブロック共重合体の機械的性質は記載されて
いるが、組成物に用いた場合の効果に関していっさい記
載されていない。また記載されている水素添加ブロック
共重合体の結晶融解熱量は、重合が冷却による反応熱の
除熱をしない昇温下で行われているため本発明の範囲に
なく、記載されている水素添加ブロック共重合体では本
発明の目的を達成できないことは明らかである。
撃性、成形性に優れる樹脂組成物として、結晶性プロピ
レン、2種類の水添ブロック共重合体(スチレン−エチ
レン/ブチレン−スチレン共重合体、スチレン−エチレ
ン/プロピレン共重合体)、エチレン−αオレフィン共
重合ゴム、タルクよりなる樹脂組成物が開示されてい
る。しかしながら、これらにおいては水添ブロック共重
合体の結晶融解熱量と脆化温度の関係、秩序−無秩序転
移温度と耐熱変形性の関係に関する記載も示唆もなく、
これらの物性にまだ満足のいくものではない。
断伸びと耐熱変形性、剛性のバランスを付与することが
できる水素添加ブロック共重合体、及びそれらの物性バ
ランスに優れるポリプロピレン系樹脂組成物は未だ得ら
れていなのが現状であった。
伸び、剛性、耐熱変形性のバランスに優れ、経済性にも
優れたポリプロピレン系樹脂組成物の供給を可能にする
水素添加ブロック共重合体を提供することにある。
リプロピレン系樹脂組成物を提供することにある。
明者らはある特定の水素添加ブロック共重合体が上記課
題を効果的に解決することを見いだし本発明を完成する
に至った。すなわち、ある特定の水素添加ブロック共重
合体が、耐衝撃性、脆化温度、剛性、耐熱変形性、引っ
張り破断伸びのバランスに優れる組成物の供給を可能に
することを発見した事による。
芳香族炭化水素化合物単量体単位を主体とする重合体ブ
ロックAと、1個の水素添加されたブタジエン単量体単
位を主体とする重合体ブロックBから構成され、水素添
加される前のブタジエン単量体単位を主体とする重合体
ブロック中のオレフィン性不飽和二重結合のうち90%以
上が水素添加された水素添加ブロック共重合体におい
て、水素添加ブロック共重合体中のビニル芳香族炭化水
素化合物の結合量が13重量%を越え25重量%未満であ
り、水素添加前のブタンジエン単量体単位を主体とする
重合体ブロックにおける1、2結合量が40モル%を越え
60モル%未満であり、結晶融解熱量(ΔH)が0.05J/g
未満であり、秩序−無秩序転移温度が200℃以上であ
り、JIS K7210に準拠し温度230℃、荷重2.16Kgの条件
で求めたメルトフローレート値(MFR)が0.1g/10分以上
30g/10分未満である水素添加ブロック共重合体である。
前のブタジエン単量体単位を主体とする重合体ブロック
における1、2結合量が60モル%以上になると消失する
ことが知られている(G.Holden,Thermoplastic Elastom
ers 2nd Edition P301)。本発明者らは水素添加ブロッ
ク共重合体の結晶を消失させれば、エラストマーとして
の性能が向上し、組成物において優れた物性バランスを
発現することを期待して検討を行ったが、結晶が消失す
る60モル%以上では得られる組成物の脆化温度が悪化す
るため低温性能を必要とする用途に用いることができな
いことが判明した。本発明者らは新たに、水素添加前の
ブタジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックにお
ける1、2結合量が60モル%未満で、しかもさらに結晶
をなくした水素添加ブロック共重合体を用いた組成物
は、機械的物性のバランスが大幅に改良されるとの新し
い考えにたちさらなる検討を行った。その結果、驚くべ
き事に本来結晶を持つ40〜60モル%の1、2結合量領域
において、結晶成分を持たないか、結晶融解熱量がある
特定値未満の水素添加ブロック共重合体は組成物の物性
バランスを著しく向上させることを本発明者らは発見
し、完成されたものである。
(1)99〜60重量部のポィプロピレン系樹脂、及び
(2)1〜40重量部の上記水素添加ブロック共重合体よ
りなる。
は、2個のビニル芳香族炭化水素化合物単量体単位を主
体とする重合体ブロックAと、1個の水素添加されたブ
タジエン単量体単位を主体とする重合体ブロックBから
構成される。ビニル芳香族化合物単量体単位としては、
例えばスチレン、α−メチルスチレン、p−メチルスチ
レン、p−ターシャルブチルスチレン等のアルキルスチ
レン、p−メトキシスチレン、ビニルナフタレン等のう
ちから1種、または2種以上が選ばれ、中でもスチレン
が好ましい。上記ブロック共重合体におけるビニル芳香
族化合物単量体単位の含量は13重量%を越え25重量%未
満であり、剛性、脆化温度の点から15重量%以上23重量
%未満であることが好ましく、15重量%以上20重量%未
満であることがとりわけ好ましい。13重量%以下である
と剛性が悪化し、25重量%以上であると脆化温度が高く
なる。ビニル芳香族化合物単量体単位の含量は核磁気共
鳴装置(NMR)、紫外分光光度計(UV)などにより測定
できる。本発明における「主体とする」という言葉は例
えば「ビニル芳香族化合物単量体単位を主体とする」の
場合、ビニル芳香族単量体の1種または2種以上からな
る場合、もしくはこれらとリビングアニオン重合する他
の単量体が共重合されている場合も含まれる。これら共
重合可能な他の単量体としては、共役ジエン化合物単量
体、メチルメタクリレート、ブチルメタクリレート等の
メタクリル酸エステル、シクロヘキサジエン、カプロラ
クトン等をあげることができる。共重合の形態として
は、ランダム、交互、テーパー等いかなる形態でも良
く、2個ある重合体ブロックAはそれぞれその組成、分
子量などが異なっても構わない。
る重合体ブロックは、そのブロックにおけるミクロ構造
を任意に選ぶことができ、1、2結合量が40モル%を越
え60モル%未満であり、41モル%以上55モル%以下であ
ることが好ましく、46モル%以上54モル%以下がさらに
好ましい。40モル%以下の場合、分散不良をまねき伸び
が劣り、60モル%以上の場合、脆化温度、耐熱変形性が
悪化する。また1,2結合はポリマー鎖中にできるかぎり
均一(局所的に1,2結合が集まらないように)に存在す
ることが望ましい。ミクロ構造は核磁気共鳴装置(NM
R)により測定できる。「ブタジエン単量体単位を主体
とする」という言葉には、ブタジエン単量体とリビング
アニオン重合する他の単量体が共重合されている場合も
含まれる。これら共重合可能な他の単量体としては、イ
ソプレン等の他の共役ジエン化合物単量体、ビニル芳香
族化合物単量体、メチルメタクリレート、ブチルメタク
リレート等のメタクリル酸エステル、シクロヘキサジエ
ン、カプロラクトン等をあげることができる。共重合の
形態としては、ランダム、交互、テーパー等いかなる形
態でも良い。
言葉は該当単量体単位が重合体ブロックにおいて、少な
くとも50モル%を越え、望ましくは70モル%以上、さら
に望ましくは80%以上、とりわけ望ましくは90%以上を
占めることを意味する。
る前の重合体ブロックB中のオレフィン性不飽和二重結
合のうち90%以上が水素添加されたものである。90%未
満であるとポリプロピレン界面での接着性が低下し、耐
衝撃性、伸びが低下し、熱、光などにより劣化をおこし
熱可塑性が低下する。また、ブロックA中のビニル芳香
族化合物のベンゼン環の不飽和二重結合は、ビニル芳香
族化合物全体において20%までは水素添加されていても
良い。水素添加率は核磁気共鳴装置(NMR)によって測
定できる。
年版)に準拠し温度230℃、荷重2.16Kgの条件で求めた
メルトフローレート値(MFR)は0.1g/10分以上30g/10分
未満の範囲になければならない。好ましい範囲としては
0.1g/10分以上15g/10分未満、さらに好ましい範囲とし
ては1.0g/10分以上10g/10分未満、とりわけ好ましい範
囲としては3.0g/10分以上8g/10分未満である。0.1g/10
分未満であると耐衝撃性が悪化し、30g/10分以上である
と伸びがでない。
秩序転移温度は200℃以上である。水素添加ブロック共
重合体の秩序−無秩序転移温度は200℃未満であると本
発明で得られる組成物の耐熱変形性が悪化する。耐熱変
形性は射出成形した組成物の熱変形温度を測定すること
により判断できる。秩序−無秩序転移温度とは室温付近
ではゴム相と拘束相の二相に相分離している水素添加ブ
ロック共重合体の相分離状態が消失する温度をいい、小
角X線散乱、レオロジー測定により決定することができ
る。レオロジー測定で秩序−無秩序転移温度を決定する
場合、十分なせん断速度範囲において種々の温度で動的
な貯蔵弾性率(G')、損失弾性率(G")を測定し、G'を
G"に対してプロットした直線の傾き、切片が同じになり
始める温度より決定できる。または、十分低い周波数、
たとえば0.1Hz以下の周波数でG'の温度依存性を高温側
から測定し、もっとも高温側に現れる変曲点からも決定
できる。
号公報、特公昭43−14979号公報、特公昭49−36957号公
報などに記載された方法で、ある炭化水素溶剤中でアニ
オン重合開始剤として有機リチウム化合物等を用い、1,
2結合量調節剤としてジエチルエーテル、テトラヒドロ
フラン等のエーテル化合物、トリエチルアミン、N,N,
N',N'−テトラメチルエチレンジアミン等の第3級アミ
ンを用いて逐次重合するか、もしくは必要に応じカップ
リング剤としてジメチルジクロロシラン、安息香酸エチ
ル、安息香酸フェニル等の二官能性化合物を用い、2個
のビニル芳香族単量体を主体とする重合ブロックと1個
のブタジエン単量体を主体とする重合体ブロックをブロ
ック共重合し、このブロック共重合体を、公知の方法、
例えば、特公昭42−87045号公報に記載の方法で水素添
加することにより、本発明の範囲となるように製造する
ことで得られる。
とする重合体ブロックを重合する際には反応器内温のピ
ーク温度が85℃以下であり、重合中の反応器内の最高温
度と最低温度の差である温度幅(ΔT)が15℃以下であ
ると最終的に得られる水素添加ブロック共重合体の結晶
融解熱量(ΔH)が低下する。反応器内温のピーク温度
を85℃以下、温度幅(ΔT)を15℃以下にするために
は、反応熱を冷却により取り除く必要がある。ピーク温
度が85℃を越える、あるいは温度幅(ΔT)が15℃を越
えると結晶融解熱量(ΔH)が増加してしまい、最終的
に得られる組成物の脆化温度が悪化するため好ましくな
い。さらに好ましい範囲としては反応器内温のピーク温
度が80℃以下であり、温度幅(ΔT)が10℃以下であ
る。本発明においては水素添加ブロック共重合体の結晶
融解熱量(ΔH)は0.05J/g未満である。0.05J/g以上で
あると得られる組成物の脆化温度が高くなる。結晶融解
熱量(ΔH)は通常DSC法によって求めることができ
る。
ン酸またはその誘導体との付加反応により変性させ、官
能基を導入しても良い。
体 よりなる組成物である。
と耐衝撃性、脆化温度、伸びに劣り、40重量部を越える
と剛性に劣る。また、必要に応じて本発明の水素添加ブ
ロック共重合体とは種類の異なる、共役ジエン重合体ブ
ロックを水素添加した水素添加ブロック共重合体を併用
する事ができる。
ン系樹脂とはプロピレンを主体とし、必要に応じエチレ
ン、炭素数4〜12のα−オレフィン、例えば、1−ブテ
ン、1−オクテン、イソブチレン、4−メチル−1−ペ
ンテン等から1種以上選ばれる単量体と重合して得られ
る樹脂であり、なかでも、プロピレンの単独重合体、プ
ロピレンブロック共重合体、プロピレンランダム共重合
体、またはこれらの混合物があげられ、分子量、組成の
異なる物を混ぜた物であっても良い。特に好ましいのは
プロピレンブロック共重合体である。プロピレンのブロ
ック、ランダム共重合体のコモノマーとしてはプロピレ
ン以外のα−オレフィン類、エチレンが用いられるが、
なかでもエチレンが望ましく、これら共重合体中のプロ
ピレン含量は55モル%以上が望ましい。エチレンもしく
はα−オレフィンをコモノマーに用いたプロピレンブロ
ック共重合体にあっては、ホモプロピレンブロックを連
続相としてエチレン/α−オレフィンブロックが分散相
を形成しているが、この分散相成分の含量はプロピレン
ブロック共重合体の5〜30重量%が望ましい。この分散
相中にはポリエチレンが含まれていても良い。また、本
発明におけるポリプロピレン系樹脂のメルトフローレー
ト(JIS K7210(1976年版)L条件に準拠)は0.1〜200
g/10分の範囲にあることが望ましく、50g/10分以上であ
ることが剛性、成形性の点で好ましい。
る場合は、少なくとも1つのポリプロピレン系樹脂のメ
ルトフローレートが50g/10分以上であることが剛性、成
形性の点で好ましい。
いずれでもよく、遷移重合、ラジカル重合、イオン重合
等があげられる。
体、及び (3)1〜40重量部のエチレン−α−オレフィン共重合
ゴム よりなるものである。
未満であると耐衝撃性、脆化温度、伸びに劣る傾向があ
り、40重量部を越えると剛性に劣る。エチレン−α−オ
レフィン共重合ゴムとはエチレンと炭素数3〜12のα−
オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、イソブチ
レン、オクテンなどを共重合したものであればいずれで
も良いが、脆化温度、剛性の点からエチレン−オクテン
共重合体が好ましい。α−オレフィンの量は15wt%以上
であることが好ましく、特にオクテン含量が15wt%以上
であるエチレン−オクテン共重合体は脆化温度、剛性に
優れるので好ましい。また、エチレン−α−オレフィン
共重合体の比重は0.880g/cc以下であることが脆化温
度、剛性に優れるので好ましい。
合方法は問わないが、比重が小さいこと等から、活性点
が均一のメタロセン触媒で重合した物が好ましい。重合
系としては溶液均一系、スラリー系いずれでもかまわな
い。
は、 (1)99〜60重量部のポリプロピレン系樹脂、 (2)1〜40重量部の本発明の水素添加ブロック共重合
体、 (3)1〜40重量部のエチレン−α−オレフィン共重合
ゴム、及び (4)1〜30重量部の無機充填材 よりなるものである。
向があり、30重量部を越えると耐衝撃性に劣る。無機充
填剤としては、例えば炭酸カルシウム、タルク、水酸化
マグネシウム、マイカ、硫酸バリウム、けい酸(ホワイ
トカーボン)、酸化チタン、カーボンブラック等が挙げ
られる。
色剤、シリコンオイル、難燃剤等を添加する事が出来
る。安定剤としてはヒンダードフェノール系酸化防止
剤、りん系熱安定剤、ヒンダードアミン系光安定剤、ベ
ンゾトリアゾール系UV吸収剤等が挙げられる。滑剤とし
てはステアリン酸、ステアリン酸エステル、ステアリン
酸の金属塩、アモルファスシリカ、タルク、マイカ等が
挙げられる。
の組成比に応じて通常の高分子物質の混合に供される装
置によって調整できる。それら混合装置としては、例え
ばバンバリーミキサー、ラボプラストミル、単軸押出
機、2軸押出機、等の混練装置があげられ、押出機によ
る溶融混合法が生産性、良混練性の点から好ましい。
明はこれらの例のみによって何ら制限されるものではな
い。
で測定した。
拠した。
レフィン株式会社製MK755H MFR 63g/10分)、PP2(日
本ポリオレフィン株式会社製MK711H MFR 43g/10分)
を用いた。
媒中で、テトラヒドロフランを1,2結合量調節剤とし
て、スチレンとブタジエンをスチレン、ブタジエン、ス
チレンの順にアニオンブロック共重合することにより、
スチレン−ブタジエン系ブロック共重合体を重合した。
ブタジエンの重合時には反応熱を取り除くため冷却を行
い、また反応器内温のピーク温度とブタジエンの重合中
の反応器内の最高温度と最低温度の差である温度幅(Δ
T)を記録した。ピーク温度を下げる場合、また温度幅
(ΔT)を狭くする場合には、冷却とともにブタジエン
単量体の反応系における濃度の低下、ブタジエン単量体
の供給速度を減らすなどの手法をとった。
体を、ビス(η5−シクロペンタジエニル)チタニウム
ジクロリドとn−ブチルリチウムを水素添加触媒とし
て、水素圧5kg/cm2、温度50℃で水素添加を行った。ポ
リマー構造は、モノマーの仕込量、順序、MFRは主に触
媒量、1,2結合量は1,2結合量調節剤量、重合温度及び温
度幅(ΔT)、秩序−無秩序転移温度(TODT)はスチレ
ン量、MFR、1,2結合量を調節し、また水素添加率は水素
添加時間を変化させることによりコントロールした。
Thermal Analysis Systemを用い10℃/minの昇温速度で
DSCカーブを測定しピーク面積を求めることにより得
た。DSCカーブ測定用の水素添加ブロック共重合体のサ
ンプルは、溶融成形後、十分に結晶化を促進させたもの
を用いた。また、スチレン含有量は、紫外分光光度計
(UV)を、1,2結合量、水素添加率は、核磁気共鳴装置
(NMR)を用いて測定した。秩序−無秩序転移温度(T
ODT)は、レオメトリックス社製RMS800メカニカルスペ
クトルメータを用い、25mmパラレルプレート、0.1rad/s
ec〜100rad/secの条件で230℃、200℃の順に各温度にお
いてG'、G"の測定を行い、G'をG"に対してプロットした
直線の傾きが緩やかになる温度とした。200℃における
測定で傾きが急である場合、TODTは200℃未満であると
判断した。また、200℃で傾きが緩やかであり230℃で傾
きが急である場合、TODTは200℃以上230℃未満であると
判断した。200、230℃で傾きが緩やかである場合、TODT
は230℃以上であると判断した。MFRが高い場合は測定中
にパラレルプレートから流れ出してしまい観測不可能で
あった。またスチレン量が低い場合は感度の問題で明確
にTODTが観測されず観測不可能であった。
ンプルの構造及び分析値を表1に示した。
868g/ccのENGAGE EG8150(エチレン−オクテン共重合
体)、日本合成ゴム社製プロピレン含量27wt%、比重0.
860g/ccのEP07P(エチレン−プロピレン共重合体)を用
いた。
た。
を表2に示した割合でドライブレンドし、得られた混合
物を230℃に設定された同方向二軸押出機(スクリュー
径30mm)により溶融混練してペレット化した。次に、こ
のペレットを230℃に設定された射出成型機を用いて射
出成形を行い、測定用の試験片を作成した。得られた試
験片の物性測定結果を表2に示した。本発明の樹脂組成
物が優れていることは表2により明らかである。
場合の耐衝撃性、脆化温度、引っ張り破断伸び、剛性、
耐熱変形性のバランス発現能力に優れる。これらの効果
により、自動車内装材料、自動車外装材料、チューブ、
各種容器、シート等として好適に用いることができる。
Claims (9)
- 【請求項1】2個のビニル芳香族炭化水素化合物単量体
単位を主体とする重合体ブロックAと、1個の水素添加
されたブタジエン単量体単位を主体とする重合体ブロッ
クBから構成され、水素添加される前のブタジエン単量
体単位を主体とする重合体ブロック中のオレフィン性不
飽和二重結合のうち90%以上が水素添加された水素添加
ブロック共重合体において、水素添加ブロック共重合体
中のビニル芳香族炭化水素化合物の結合量が13重量%を
越え25重量%未満であり、水素添加前のブタジエン単量
体単位を主体とする重合体ブロックにおける1、2結合
量が40モル%を越え60モル%未満であり、結晶融解熱量
(ΔH)が0.05J/g未満であり、秩序−無秩序転移温度
が200℃以上であり、JIS K7210に準拠し温度230℃、荷
重2.16Kgの条件で求めたメルトフローレート値(MFR)
が0.1g/10分以上30g/10分未満である水素添加ブロック
共重合体。 - 【請求項2】(1)99〜60重量部のポリプロピレン系樹
脂及び(2)1〜40重量部の請求の範囲第1項記載の水
素添加ブロック共重合体よりなるポリプロピレン系樹脂
組成物。 - 【請求項3】さらに(3)1〜40重量部のエチレン−α
−オレフィン共重合ゴムを含む請求の範囲第2項記載の
ポリプロピレン系樹脂組成物。 - 【請求項4】さらに(4)1〜30重量部の無機充填材を
含む請求の範囲第3項記載のポリプロピレン系樹脂組成
物。 - 【請求項5】JIS K7210に準拠し温度230℃、荷重2.16K
gの条件で求めたメルトフローレート値(MFR)が0.1g/1
0分以上15g/10分未満である請求の範囲第1項記載の水
素添加ブロック共重合体。 - 【請求項6】水素添加される前のブタジエン単量体単位
を主体とする重合体ブロックを重合する際の反応器内温
のピーク温度が85℃以下であり、温度幅(ΔT)が15℃
以下である事を特徴とする請求の範囲第1項記載の水素
添加ブロック共重合体。 - 【請求項7】該ポリプロピレン系樹脂がJIS K7210に準
拠し温度230℃、荷重2.16Kgの条件で求めたメルトフロ
ーレート値(MFR)が50g/10分以上のプロピレンブロッ
ク共重合体からなる請求の範囲第2項記載のポリプロピ
レン系樹脂組成物。 - 【請求項8】該エチレン−α−オレフィン共重合ゴムが
エチレン−オクテン共重合体である請求の範囲第3項記
載のポリプロピレン系樹脂組成物。 - 【請求項9】該エチレン−α−オレフィン共重合ゴムが
エチレン−オクテン共重合体であり、エチレン−オクテ
ン共重合体中のオクテン含量が15重量%以上である請求
の範囲第3項記載のポリプロピレン系樹脂組成物。
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