JP6754666B2 - ペレット及びその製造方法 - Google Patents
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Description
ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)60〜99質量%と、
ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックPと、1,2−ビニル結合量と3,4−ビニル結合量との合計量が5%以上50%未満である共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックQと、を含むブロック共重合体(II)1〜40質量%と、
を含んだ混合物を二軸押出機で溶融混練して製造するペレットの製造方法であって、
前記二軸押出機が第1混練ゾーンと第2混練ゾーンを有し、
前記第1混練ゾーンより下流に、少なくとも2個のベントを有し、前記ベントのうち少なくとも1つが、ガス抜き用大気解放ベントであり、
前記第1混練ゾーンのスクリューが、昇圧スクリューエレメントを含まず、かつ少なくとも1個の直交スクリューエレメントを含み、
前記第1混錬ゾーンが全バレル数に対し、9/13以降のバレルにある場合には、第1混錬ゾーンと第2混錬ゾーンの間に2バレル以上を有し、
前記二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流に位置する原料供給ホッパー内部の酸素濃度が3体積%未満であることを特徴とする、ペレットの製造方法。
前記第2混練ゾーンのスクリューが、少なくとも1個の昇圧スクリューエレメントを含む、[1]に記載のペレットの製造方法。
前記ガス抜き用大気解放ベント部分を、不活性ガスで充満する、[1]又は[2]に記載のペレットの製造方法。
前記二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流のバレルから、前記ガス抜き用大気解放ベントが設けられたバレルまでのバレル設定温度が300℃以上である、[1]〜[3]のいずれかに記載のペレットの製造方法。
また、本発明の製造方法によれば、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂の耐熱クリープ性向上の改質効果に優れ、外観にも優れるペレットを効率よく製造することができる。
本実施形態のペレットは、ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)60〜99質量%と、ブロック共重合体(II)1〜40質量%とを含み、更に成分(I)及び成分(II)以外の熱可塑性樹脂(III)、成分(I)〜成分(III)以外の添加剤(IV)を含んでいてもよい。
なお、本明細書において、ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)を成分(I)と称する場合がある。また、ブロック共重合体(II)を成分(II)と称する場合がある。
以下、本実施形態のペレットの成分について記載する。
本実施形態で用いられるポリフェニレンエーテル系樹脂(I)としては、特に限定されることなく、例えば、ポリフェニレンエーテル、変性ポリフェニレンエーテル、及びこれらの混合物等が挙げられる。成分(I)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
なお、還元粘度(ηred)は、ウデローデ型粘度計を用いて、温度30℃で、0.5g/dLに調整したクロロホルム溶液を測定し、比粘度ηspを濃度c(g/dL)で割って下記式により求めることができる。
ηred=ηsp/c
なお、架橋度は、以下の方法で測定することができる。
質量約200mgのポリフェニレンエーテル系樹脂(I)の質量A(mg)を秤量する。次に、この試験片をクロロホルム20mL中に浸漬して6時間超音波振動を与えた後、可溶分と不溶分とを吸引濾過によって分離させる。得られた残渣(不溶分)を100℃で2時間真空乾燥させた後、不溶解成分の質量B(mg)を秤量する。得られた質量A及び質量Bに基づいて、下記式により、架橋度(単位:質量%)を算出する。
架橋度(質量%)=100×(B/A)
ポリフェニレンエーテルとしては、特に限定されることなく、例えば、下記式(1)で表される繰り返し単位からなる単独重合体、下記式(1)で表される繰り返し単位を有する共重合体等が挙げられる。
変性ポリフェニレンエーテルとしては、特に限定されることなく、例えば、上記のポリフェニレンエーテルに、スチレン系重合体又はその誘導体をグラフト化又は付加させたもの等が挙げられる。グラフト化又は付加による質量増加の割合は、特に限定されることなく、変性ポリフェニレンエーテル100質量%に対して、0.01質量%以上であることが好ましく、また、10質量%以下であることが好ましく、7質量%以下であることが更に好ましく、5質量%以下であることが特に好ましい。
本実施形態で用いられるブロック共重合体(II)としては、特に限定されることなく、例えば、未変性ブロック共重合体、変性ブロック共重合体、及びこれらの混合物等が挙げられる。成分(II)は、1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて併用してもよい。
成分(II)は、上記成分(I)と、ポリエチレン等の他の樹脂との相溶化剤として作用する。
−−ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックP−−
ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックPとしては、特に限定されることなく、例えば、ビニル芳香族化合物の単独重合体ブロック、ビニル芳香族化合物と共役ジエン化合物との共重合体ブロック等が挙げられる。
なお、重合体ブロックPにおいて「ビニル芳香族化合物を主体とする」とは、重合体ブロックP中のビニル芳香族化合物に由来する構成単位の含有量が、50質量%超であることを指し、該含有量は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、また、100質量%以下としてよい。
なお、本明細書において、数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)は、GPC(移動層:クロロホルム、標準物質:ポリスチレン)を用いて、従来公知の方法により求めることができる。
共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックQとしては、特に限定されることなく、例えば、共役ジエン化合物の単独重合体ブロック、共役ジエン化合物とビニル芳香族化合物との共重合体ブロック等が挙げられる。
なお、重合体ブロックQにおいて「共役ジエン化合物を主体とする」とは、重合体ブロックQ中の共役ジエン化合物に由来する構成単位の含有量が、50質量%超であることを指し、ペレットの流動性を高める観点から、該含有量は、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、また、100質量%以下としてよい。
また、重合体ブロックQの一部又は全部が水素添加されていてもよい。
なお、「1,2−ビニル結合量と3,4−ビニル結合量との合計量」とは、1,2−ビニル結合量と、3,4−ビニル結合量と、1,4−共役結合量との総量に対する、1,2−ビニル結合量と3,4−ビニル結合量との合計量の割合をいう。ビニル結合量は、赤外分光光度計を用いて測定し、Analytical Chemistry,Volume21,No.8,August 1949に記載の方法に準じて算出することができる。
重合体ブロックPと重合体ブロックQとを含むブロック共重合体の分子構造としては、特に限定されることなく、例えば、直鎖状、分岐状、放射状、又はこれらの組み合わせが挙げられる。
なお、ビニル芳香族化合物に由来する単位の含有量は、紫外線分光光度計を用いて測定することができる。
なお、上記に示した数平均分子量は、水素添加ブロック共重合体を使用する場合には、水素添加前の数平均分子量のことをいう。
なお、上記に示した分子量分布は、水素添加ブロック共重合体を使用する場合には、水素添加前の分子量分布のことをいう。
ブロック共重合体(II)の製造方法としては、公知の方法を適用でき、以下に限定されるものではないが、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49−36975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、特開昭59−166518号公報、特開昭60−186577号公報等に記載された方法が挙げられる。上記方法により、上記構造のブロック共重合体が合成可能である。
変性ブロック共重合体は、上記未変性ブロック共重合体に、α,β−不飽和カルボン酸又はその誘導体(例えば、酸無水物、エステル等)をグラフト化又は付加させたものである。
本実施形態で任意選択的に用いられる、成分(I)及び成分(II)以外の熱可塑性樹脂(III)としては、特に限定されることなく、例えば、ポリスチレン、シンジオタクチックポリスチレン、ハイインパクトポリスチレン等が挙げられる。
本実施形態で任意選択的に用いられる、成分(I)〜成分(III)以外の添加剤(IV)としては、特に限定されることなく、例えば、ビニル芳香族化合物−共役ジエン化合物のブロック共重合体;オレフィン系エラストマー;フッ素系ポリマー;低分子量ポリエチレン、エポキシ化大豆油、ポリエチレングリコール、脂肪酸エステル類等の可塑剤;アルキル金属ホスフィン酸化合物、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、リン酸エステル化合物、ポリリン酸アンモニウム系化合物、水酸化マグネシウム、芳香族ハロゲン系難燃剤、シリコーン系難燃剤、ホウ酸亜鉛等の難燃剤;三酸化アンチモン等の難燃助剤;無機又は有機の充填剤;カーボンブラック、酸化チタン、炭酸カルシウム、マイカ、カオリン、ガラス繊維、ガラスフレーク、導電性カーボンブラック、タルク、ワラストナイト等の無機又は有機の強化剤;酸化防止剤;金属不活性化剤;熱安定剤;耐候(光)性改良剤;ポリオレフィン用造核剤;スリップ剤;着色剤;離型剤;等が挙げられる。
本実施形態のペレットにおける、成分(I)の含有量は、改質性能を高める観点から、ペレット全体に対して、60質量%以上であり、70質量%以上であることが好ましく、80質量%以上であることが更に好ましく、また、外観が良好となる観点から、99質量%以下であり、98質量%以下であることが好ましく、97質量%以下であることが更に好ましい。
本実施形態のペレットを90.0mm×50.0mm×2.0mmのサイズに成形した4枚の平板の表裏表面(合計8表面、合計の面積36000mm2)に、長径が0.7mmを超える黒点異物が観察されない。
当該異物の個数は、下記の製造方法等により制御することができる。
本実施形態のペレットの製造方法としては、例えば、ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)60〜99質量%と、ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックPと、1,2−ビニル結合量と3,4−ビニル結合量との合計量が5%以上50%未満である共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックQと、を含むブロック共重合体(II)1〜40質量%と、を含んだ混合物を、二軸押出機で溶融混練して製造する方法等が挙げられる。上記の製造方法において、上記二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流に位置する原料供給ホッパー内部の酸素濃度が3体積%未満であることが好ましい。
(a)二軸押出機最上流の粉体原料供給集合ホッパー内部の酸素濃度を3体積%未満とする。
(b)L/D(スクリュー軸方向長さ/スクリュー直径)=4.5〜20である1条フライトスクリューゾーンを有する。
(c)上記1条フライトスクリューゾーンの下流側に、L/D=4〜20の2条フライトスクリューゾーンを有する。
(d)上記2条フライトスクリューゾーン(例えば、複数の2条フライトスクリューゾーンがある場合は、混合物の流れ方向について、最上流の2条フライトスクリューゾーン)の下流側に、昇圧スクリューエレメントを含まず、かつ2個の直交スクリューエレメントを含む、第1混練ゾーンを有し、そのL/D=3〜8である。
(e)上記第1混練ゾーンの下流側に、大気ガスベント又は真空ベントを有する。
(f)上記大気ガスベント又は真空ベントの下流側に少なくとも1個の昇圧スクリューエレメントを含む第2混練ゾーンを有し、そのL/D=3〜12である。
(g)上記大気ガスベント部分を、不活性ガスで充満する。
(h)上記第2混練ゾーンの下流側に真空ベントを有する。
なお、固体搬送ゾーン、第1混練ゾーン、第2混練ゾーン、1条フライトスクリューゾーン、2条フライトスクリューゾーンはバレル単位で定めてよい。
(i)上記第1混練ゾーンが下流側(例えば、13バレルの場合はバレル9以降)にある場合には、第1混練ゾーンと第2混練ゾーンの間に2バレル以上を有する。
また、ガス抜き用大気解放ベントを設ける場合は、安定生産性の確保の観点から、二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流のバレルから、上記ガス抜き用大気解放ベントが設けられたバレルまでのバレル設定温度を300℃以上とすることが好ましい。
また、上記二軸押出機としては、生産性向上、及び黒点異物低減の観点から、上記第1混練ゾーンのスクリューが、昇圧スクリューエレメントを含まず、かつ少なくとも1個の直交スクリューエレメントを含む二軸押出機が好ましい。
また、上記二軸押出機としては、混練効率向上の観点から、上記第2混練ゾーンのスクリューが、少なくとも1個の昇圧スクリューエレメントを含む二軸押出機が好ましい。
押出機の種類や規格等は、特に限定されることなく、公知のものとしてよい。
本実施形態の樹脂改質剤は、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂に、耐クリープ性の付与、耐熱性の付与等をして、樹脂の性質を改質することができる。
なお、実施例12、14は、参考例として記載するものである。
−ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)−
(I−i):2,6−キシレノールを酸化重合して得た、還元粘度(ηsp/c:0.50g/dLのクロロホルム溶液)0.33dL/gのポリフェニレンエーテル(商品名「XYRON S201A」、旭化成株式会社製)。
(I−ii):2,6−キシレノールを酸化重合して得た、還元粘度(ηsp/c:0.50g/dLのクロロホルム溶液)0.42dL/gのポリフェニレンエーテル(商品名「XYRON S202A」、旭化成株式会社製)。
なお、還元粘度は、ηsp/c:0.5g/dLのクロロホルム溶液を用いて、温度30℃の条件下測定した。
重合体ブロックPとしてのポリスチレン(単独重合体)、重合体ブロックQとしてのポリブタジエン(単独重合体)を用いて、ブロック共重合体を合成した。重合体の変性は行わなかった。得られた未変性ブロック共重合体の物性を下記に示す。
(II−i)P−Q−P−Q型(水素添加型)
水素添加前のポリスチレンブロックの数平均分子量(Mn):46,800、
水素添加前のポリブタジエンブロックの数平均分子量(Mn):38,000、
水素添加前のブロック共重合体中のポリスチレンの含有量:60質量%、
水素添加前のブロック共重合体の数平均分子量(Mn):84,800、
ブロック共重合体の分子量分布(Mw/Mn):1.20、
ポリブタジエンブロックにおける全ビニル結合量(1,2−ビニル結合量):36%、
ポリブタジエンブロックを構成するポリブタジエン部分に対する水素添加率:99.9%
(II−ii)P−Q−P−Q型(非水素添加型)
ポリスチレンブロックの数平均分子量(Mn):42,000、
ポリブタジエンブロックの数平均分子量(Mn):58,000、
ブロック共重合体中のポリスチレンの含有量:42質量%、
ブロック共重合体の数平均分子量(Mn):100,000、
ブロック共重合体の分子量分布(Mw/Mn):1.18、
ポリブタジエンブロックにおける全ビニル結合量(1,2−ビニル結合量):8%、
(II−x−i)Q−P−Q−P型(水素添加型)
ポリスチレンブロックの数平均分子量(Mn):41,800、
ポリブタジエンブロックの数平均分子量(Mn):53,200、
水素添加前のブロック共重合体中のポリスチレンの含有量:44質量%、
水素添加前のブロック共重合体の数平均分子量(Mn):95,000、
水素添加前のブロック共重合体の分子量分布(Mw/Mn):1.06、
水素添加前のポリブタジエンブロックにおける全ビニル結合量(1,2−ビニル結合量):75%、
ポリブタジエンブロックを構成するポリブタジエン部分に対する水素添加率:99.9%
なお、ポリスチレンの含有量は、紫外線分光光度計を用いて測定した。数平均分子量(Mn)は、GPC(移動層:クロロホルム、標準物質:ポリスチレン)を用いて、従来公知の方法により求めた。分子量分布(Mw/Mn)は、GPC(移動層:クロロホルム、標準物質:ポリスチレン)を用いて、従来公知の方法により求めた重量平均分子量(Mw)を、数平均分子量(Mn)で除することによって算出した。全ビニル結合量は、赤外分光光度計を用いて測定し、Analytical Chemistry,Volume21,No.8,August 1949に記載の方法に準じて算出した。水素添加率は、核磁気共鳴装置(NMR)を用いて測定した。
(II−x−ii)
水素芳香族変性テルペン樹脂(商品名「クリアロンM115」、ヤスハラケミカル(株)製)
得られたペレットを、シリンダー温度320℃に設定した小型射出成形機(商品名:IS−100GN、東芝機械社製)に供給し、金型温度90℃、射出圧力60MPaの条件で成形し、90.0mm×50.0mm×2.0mmの平板の試験片を得た。この平板4枚について、各試験片の表裏合計8面を目視で観察し、スケールを用いて、黒点異物の長径と個数を測定した。
また、以下の基準で試験片の外観を評価した。
◎(優れる):長径0.7mm超の黒点異物はなく、長径0.5mm超0.7mm以下の黒点異物が5個以下であり、長径0.3mm超0.5mm以下の黒点異物の数が10個以下であった。
○(良好):長径0.7mm超の黒点異物はなく、長径0.5mm超0.7mm以下の黒点異物が5個以下であったが、長径0.3mm超0.5mm以下の黒点異物の数が10個超であった。
×(不良):長径0.7mm超の黒点異物があった。
製法(イ):得られたペレットと、190℃、2.16kg荷重条件下で測定したMFRが20g/10分のホモポリエチレンとを溶融混練し、ポリフェニレンエーテル系樹脂の含有量が10質量%の、改質されたポリエチレン(改質PE)を得た。
製法(ロ):本実施形態のペレットを用いずに、ポリフェニレンエーテル系樹脂パウダーとブロック共重合体とを別々に添加して、製法(イ)と全く同じ組成の、改質されたポリエチレン(改質PE)を得た。
製法(イ)、製法(ロ)で得られた改質ポリエチレンのペレットを、シリンダー温度245℃に設定した東洋機械金属製Ti−50G2成形機に供給し、金型温度60℃、射出圧力65MPaの条件で成形し、クリープ測定用テストピースを得た。なお、クリープ測定用テストピースとしては、図1に示す形状のダンベル成形品(厚さ1mm)を用いた。テストピースの幅L1は65mm、幅L2は40mm、幅L3は22mm、高さHは10mmとした。
得られたクリープ測定用テストピースを、クリープ試験機(安田精機製作所社製、「145−B−PC型」)を用いて、チャック間距離を40mm、試験荷重を応力4.0MPa相当、試験温度を50℃、試験時間を100時間の条件でクリープ測定(耐熱クリープ性試験)を行った。耐熱クリープ性(クリープ特性)は、以下の式で求めた歪[%]により評価した。この歪の数値が小さいほど、クリープ特性に優れる。
歪[%]=(165時間後のテストピースの変位)/(チャック間距離)×100
ペレットを製造する際の、押出機から吐出される単位時間あたりの吐出量(kg/h)を記録し、この値を生産効率の指標とした。この値が大きいほど、生産効率に優れる。
また、ペレットの製造中に、大気解放ベントから吹き出す溶融した樹脂組成物の有無(ベントアップの有無)を確認した。ベントアップがない場合に、製造時の安全性、生産効率に優れると評価した。
各実施例及び各比較例のペレットの製造に用いる溶融混練機として、二軸押出機(東芝機械(株)製、TEM−58SS)を用いた。押出機のL/Dは、54とした。
二軸押出機は、13のバレルを有するものとし、スクリュー構成は、表1に示す通りとした。なお、表1中のスクリュー構成を示す記号の意味は、以下の通りである。
・1条フライト:ピッチL/D=1.3
・2条フライト:ピッチL/D=1.3
・R1:ニーディングディスクライト(L/D=1.0)
・R2:ニーディングディスクライト(L/D=0.5)
・L(昇圧型):ニーディングディスクレフト(L/D=0.5)
・N(直交型):ニーディングディスクニュートラル(L/D=1.0)
各実施例及び各比較例について、表2及び表3に示す組成、製造条件にてペレットを得た。得られたペレットを、上述の方法にて物性の測定を行い、結果を表2及び表3に示した。
Claims (4)
- ポリフェニレンエーテル系樹脂(I)60〜99質量%と、
ビニル芳香族化合物を主体とする重合体ブロックPと、1,2−ビニル結合量と3,4−ビニル結合量との合計量が5%以上50%未満である共役ジエン化合物を主体とする重合体ブロックQと、を含むブロック共重合体(II)1〜40質量%と、
を含んだ混合物を二軸押出機で溶融混練して製造するペレットの製造方法であって、
前記二軸押出機が第1混練ゾーンと第2混練ゾーンを有し、
前記第1混練ゾーンより下流に、少なくとも2個のベントを有し、前記ベントのうち少なくとも1つが、ガス抜き用大気解放ベントであり、
前記第1混練ゾーンのスクリューが、昇圧スクリューエレメントを含まず、かつ少なくとも1個の直交スクリューエレメントを含み、
前記第1混錬ゾーンが全バレル数に対し、9/13以降のバレルにある場合には、第1混錬ゾーンと第2混錬ゾーンの間に2バレル以上を有し、
前記二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流に位置する原料供給ホッパー内部の酸素濃度が3体積%未満であることを特徴とする、ペレットの製造方法。 - 前記第2混練ゾーンのスクリューが、少なくとも1個の昇圧スクリューエレメントを含む、請求項1に記載のペレットの製造方法。
- 前記ガス抜き用大気解放ベント部分を、不活性ガスで充満する、請求項1又は2に記載のペレットの製造方法。
- 前記二軸押出機の混合物の流れ方向について、最上流のバレルから、前記ガス抜き用大気解放ベントが設けられたバレルまでのバレル設定温度が300℃以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のペレットの製造方法。
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