(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【背景技術】
【0002】
従来、安全性及び環境保護の観点から、ガソリン等の燃料用部品には、強度、柔軟性等の機械的特性と高い耐透過性とが要求されている。例えば、自動車の燃料供給口と燃料タンクとを接続するチューブ中をガソリンが高速に流れる場合、ガソリンとチューブ内壁との摩擦によって静電荷が生じ、それが蓄積し、その放電時の火花が燃料に引火し、火災が発生するという危険がある。これを防止するため、チューブの内壁に導電性を付与することが行なわれている。
【0003】
導電性を付与するためには、カーボンブラック、カーボンファイバー等の導体を添加して部品材料の表面抵抗率を低くすることが知られている。
【0004】
例えば、特許文献1には、内側から外側へ向かって層(1)表面抵抗率を10
6Ω以下にする導電性カーボンブラックを分散させたポリアミド又はポリアミドをマトリクスとするポリアミド/ポリオレフィン混合物から成る内層、(2)導電性カーボンブラックを含まないか、導電上有意な量のカーボンブラックを含まないポリアミド又はポリアミドをマトリクスとするポリアミド/ポリオレフィン混合物から成る中間層、(3)結合層及び(4)ポリアミドの外層を有するポリアミドベースの多層チューブが開示されている。
【0005】
また、特許文献2には、熱可塑性樹脂、及び平均繊維径が50〜130nmの気相法炭素繊維を含有し、体積抵抗値が1×10
8Ωcm以下であり、かつ引張破断伸びが熱可塑性樹脂単体の引張破断伸びの80%以上であることを特徴とする燃料チューブ用導電性熱可塑性樹脂組成物が開示されている。
【0006】
特許文献3には、車両部品に使用することができる、(A)ポリアミド、(B)ポリフェニレンエーテル、(C)ゴム状重合体、(D)導電フィラー、及び(E)固め見掛け密度が0.50〜0.80g/cm
3で、固め見掛け密度/ゆるめ見掛け密度の比が2.50〜3.50のワラストナイトを含むことを特徴とする熱可塑性樹脂組成物が開示されている。
【0007】
特許文献4には、導電性フィルムに使用することができる、(イ)ポリオレフィン系樹脂を1〜99質量部、(ロ)水添系熱可塑性エラストマーを99〜1質量部(但し、(イ)+(ロ)=100質量部)、及び、(ハ)導電性フィラーを1〜100質量部含み、かつ、体積固有抵抗値が10
3Ω・cm以下であることを特徴とする導電性組成物が開示されている。
【0008】
一方、熱可塑性樹脂に導電性を付与する技術として、多くの技術が開示されている。例えば、特許文献5には、高密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン及びポリプロピレンから選択される一種若しくは二種以上のポリオレフィン樹脂に導電性カーボンブラックを配合せしめて成る導電性樹脂組成物において、前記組成物に更に直鎖低密度ポリエチレン又はブチルゴムを配合し、スウェリング比が特定値以上となるようにしたブロー成形用導電性樹脂組成物が開示されている。
【0009】
また、特許文献6及び特許文献7には、(a)メルトフローレート(MFR)が10g/10min以上のポリオレフィン系熱可塑性樹脂と(b)導電性カーボンブラックを必須構成成分とし、該導電性カーボンブラックのDBP吸油量が特定量であり、かつ導電性カーボンブラックの含有量が、成分(a)と(b)の合計量100重量部に対して特定量である導電性ポリオレフィンマスターバッチが開示されている。
【0010】
特許文献8には、カーボンブラック、グラファイト、金属粉、金属フレーク及び金属酸化物よりなる群より選ばれる少なくとも1種以上の導電性フィラーを熱可塑性樹脂(A)中に分散せしめてなる導電性樹脂組成物(1)を、前記熱可塑性樹脂(A)とは異なる熱可塑性樹脂(B)中に分散せしめたことを特徴とする、製品間及び製品内の抵抗値のばらつきの少ない、ある程度高抵抗の導電性樹脂組成物(2)を安定して得ることが開示されている。
【0011】
特許文献9には、樹脂及びナノスケールカーボンチューブを含有する樹脂組成物、導電性ないし制電性の樹脂成形体、樹脂皮膜等であって、(A)該ナノスケールカーボンチューブの最外面を構成する炭素網面の長さが500nm以下であり、(B)樹脂組成物、樹脂成形体、樹脂皮膜等が、ナノスケールカーボンチューブの凝集物を実質的に含有しておらず、ナノスケールカーボンチューブが系全体に亘って均一に分散しており、好ましくは、(C)均一に分散しているナノスケールカーボンチューブが相互に接触又は接近した状態で存在している樹脂組成物、導電性ないし制電性の樹脂成形体、樹脂被膜等が開示されている。
【0012】
特許文献10には、単壁炭素ナノチューブ(SWNT)又は多壁炭素ナノチューブ(MWNT)で補強されていて溶融状態における混合で調製された補強重合体材料であって、前記炭素ナノチューブが支持体粒子も触媒粒子も含有せず、この補強された重合体材料が向上した電気特性と機械的特性を同時に示すことを特徴とする補強重合体材料が開示されている。
【0013】
特許文献11には、カーボンナノチューブを低添加で配合していても高い導電性を発現し、成形方法によらずに安定した導電性を発現することができる樹脂組成物ならびに成形体を提供することを目的として、ポリオレフィン樹脂70〜99.89重量%、多層カーボンナノチューブ0.1〜25重量%、結晶増核剤0.01〜5重量%からなり、前記結晶増核剤はポリオレフィン樹脂の結晶化を促進させることで結晶性が高いところに入り込めない特徴をもつカーボンナノチューブを非結晶部分に高濃度に偏在させることで導電のネットワークを形成し安定した導電性を発現する樹脂組成物が開示されている。
【0014】
しかしながら、ポリオレフィン系材料の場合、比表面積が大きく表面エネルギーが高いカーボンブラック等の導電性フィラーとの相溶性が悪いため、凝集体を生成しやすく、樹脂中での導電性フィラーの分散性が悪くなってしまう。その結果として、樹脂中に多量にカーボンブラック等の導電性フィラーを配合する必要があった。そのために大幅な粘度の上昇による押出成形性及びブロー成形性の悪化や機械的強度、耐久性の低下という問題点を有している。それらの問題点は必ずしも充分に解決されているわけではなく、さらなる改良が必要になっている。
【発明を実施するための形態】
【0025】
本発明は、ポリエチレン(A)92〜96重量%及び導電性フィラー(B)8〜4重量%とからなり、特定の要件を満足することを特徴とする押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物並びにその成形体に関する。
以下、本発明に用いられる各成分及び材料組成物等について、詳細に説明する。また、以下、本発明の押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物は、単に「組成物」ともいう。
【0026】
1.押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物
(1)組成物の密度
本発明の組成物は、JIS K6922−1及び2(1997)に準拠して測定される密度が0.950〜1.010g/cm
3であることが必要であり、好ましくは0.970〜1.000g/cm
3、更に好ましくは0.980〜0.990g/cm
3である。組成物の密度が0.950g/cm
3未満であると、成形品の剛性不足の顕在化及び60℃燃料浸漬試験前後での寸法・外観変化が著しくなるおそれがある。一方、1.010g/cm
3を超えると、長期性能、特に、長期耐久性が不足する傾向がある。
組成物の密度は、組成物を構成するポリエチレン(A)の密度を大きくするか、導電性フィラー(B)の含有割合を大きくすることによって行なうことができる。
【0027】
(2)組成物のHLMFR
本発明の組成物は、JIS K6922−2(1997)に準拠した温度190℃、荷重21.6kgにおけるメルトフローレート(HLMFR)が1.0〜15g/10分であることが必要であり、好ましくは3.0〜10g/10分である。
なお、本明細書において、HLMFRは、JIS K6922−2(1997)に準拠した温度190℃、荷重21.6kgにおけるメルトフローレートである。
HLMFRが1.0g/10分未満であると、押出成形及びブロー成形時の流動加工特性が低下し、逆に15g/10分を超えると成形時にドローダウンし、成形が困難となるおそれがある。また成形できた場合でも部品の耐衝撃性等の機械特性が低下したものとなるおそれがある。
組成物のHLMFRは、組成物を構成するポリエチレン(A)のHLMFRを変化させるか、導電性フィラー(B)の含有割合を変化させることによって行なうことができる。
【0028】
(3)組成物の引張破壊呼びひずみ
本発明の組成物は、引張試験による引張破壊呼びひずみが100%以上であることが必要であり、好ましくは200%以上であり、さらに好ましくは400%以上である。100%より小さいと、成形品が破損するおそれがあり好ましくない。
本明細書において、引張試験による引張破壊呼びひずみは、JIS K7113(1995)に準じて測定された値である。具体的には、例えば、以下のように測定される。すなわち、試験対象のペレットを、寸法:150mm×150mm、厚さ2mmの加熱プレス用モールドに入れ、表面温度190℃の熱プレス機中で5分間予熱後、加圧と減圧を繰り返すことで樹脂を溶融すると共に溶融樹脂中の残留気体を脱気し、更に4.9MPaで加圧し、5分間保持する。その後、4.9MPaの圧力をかけた状態で、10℃/分の速度で徐々に冷却し、温度が室温付近まで低下したところでモールドから成形板を取り出す。得られた成形板を温度23±2℃、湿度50±5℃の環境下で48時間以上、状態調節する。状態調節後のプレス板からJIS K7113(1995)に記載の2号試験片の形状に打ち抜き、引張試験サンプルとする。上記試験片を用い、JIS K7113(1995)に準じて、引張降伏強さ・引張破壊伸びを測定する。引張試験機としては、例えば、株式会社エーアンドディー社製のテンシロン(型式:RTG−1250)を用いることができる。引張速度は50mm/分で実施する。
本発明の組成物の引張破壊呼びひずみは、導電性フィラー(B)の含有割合を小さくすることによって大きくすることができる。
【0029】
(4)組成物の−40℃のシャルピー衝撃強度
本発明の組成物は、−40℃のシャルピー衝撃強度が4.0kJ/m
2以上であることが必要であり、好ましくは5.0kJ/m
2以上であり、さらに好ましくは6.0kJ/m
2以上である。4.0kJ/m
2より小さいと、成形品の衝撃強度の不足が顕在化するおそれがあり好ましくない。
本明細書において、−40℃のシャルピー衝撃強度は、JIS K6922−2(1997)「プラスチック−ポリエチレン(PE)成形用及び押出用材料−第2部:試験片の作り方及び諸性質の求め方」に準拠して試験片を作成し、JIS K7111(1996)「プラスチック−シャルピー衝撃強さの試験方法」に準じて測定された値である。
−40℃のシャルピー衝撃強度は、ポリエチレン(A)におけるエチレン系重合体の分子量を上げるか、分子量分布を狭くすることにより、大きくすることができる。
【0030】
(5)組成物のフルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間
本発明の組成物は、フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間が50時間以上であることが必要であり、好ましくは80時間以上、さらに好ましくは100時間以上である。フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間が50時間未満では、成形品の耐久性が不足するおそれがある。
本明細書において、フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間は、JIS K6774(1995)「ガス用ポリエチレン管」の付属書1の全周ノッチ式引張クリープ試験に準拠し、80℃、6MPaで測定を行なう。試験片は、JIS K6922−2(1997)「プラスチック−ポリエチレン(PE)成形用及び押出用材料−第2部:試験片の作り方及び諸性質の求め方」の表2の条件で作成した厚さ6mmで圧縮成形シートから切出し、全周にノッチを入れたもの(試験片厚み6mm、ノッチ深さ1mm、全周)を使用する。
フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間は、組成物を構成するポリエチレン(A)の密度を小さくすることにより、長くすることができる。また導電性フィラー(B)の含有割合を減らすことで長くすることができる。
【0031】
(6)組成物の体積固有抵抗率及び表面固有抵抗率
本発明の組成物の体積固有抵抗率は1Ω・cm以上1×10
7Ω・cm以下、表面固有抵抗率は1Ω/□以上1×10
7Ω/□以下であるであることが必要であり、好ましくは体積固有抵抗率が1Ω・cm以上1×10
6Ω・cm以下、表面固有抵抗率が1Ω/□以上1×10
6Ω/□以下である。体積固有抵抗率及び表面固有抵抗率が上記範囲より大きいと、成形体において導電性の効果が得られないおそれがあるため、好ましくない。
一般的に、体積固有抵抗率及び表面固有抵抗率は、導電性フィラー(B)の含有量に比例して低下する。
本発明において、体積固有抵抗率及び表面固有抵抗率は、厚み2mmの平板シート(100mm×100mm)を圧縮成形し、JIS K6911(1995)に準拠して、円電極法で印加電圧1Vの条件で、体積及び表面固有抵抗率を測定した値である。測定には、例えば、エーデーシー社製高抵抗率計8340A及びチャンバー12702Aを用いることができる。
なお、体積固有抵抗率は、「a×10
bΩ・cm」を以下「aE+bΩ・cm」と表記することがある。また、表面固有抵抗率は、「a×10
bΩ/□」を以下「aE+bΩ/□」と表記することがある。
【0032】
本発明によれば、ポリエチレン(A)と導電性フィラー(B)とをそれぞれ特定の割合で含有し、上記したとおりの特定性状をすべて満足する組成物により、導電性獲得に必要な量の導電性付与材を含有しても、成形加工時での樹脂の流れが良好で、樹脂押出し時の樹脂圧力アップが起こりにくく、押出成形及びブロー成形が容易で導電性、機械特性、耐久性等が良好な導電性ポリエチレン組成物とすることができる。
【0033】
2.ポリエチレン(A)
(1)ポリエチレン(A)の特性
本発明に用いられるポリエチレン(A)としては、本発明の目的を損なわない限り、特に限定されないが、本発明の組成物を好適に得られることから、好ましくは、下記(a)〜(c)の要件を満足するものである。
(a)密度が0.920〜0.960g/cm
3の範囲にある。
(b)HLMFRが5.0〜20g/10分である。
(c)フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間が100時間以上である。
こういったポリエチレンとしては、好ましくは、エチレンの単独重合、又はエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンであり、例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、1−オクテン等との共重合により得られる。また、改質を目的とする場合、ジエンとの共重合も可能である。このとき使用されるジエン化合物の例としては、ブタジエン、1,4−ヘキサジエン、エチリデンノルボルネン、ジシクロペンタジエン等を挙げることができる。
なお、重合の際のコモノマー含有率は、任意に選択することができるが、例えば、エチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合の場合には、エチレン・α−オレフィン共重合体中のα−オレフィン含有量は0〜40モル%、好ましくは0〜30モル%である。
【0034】
(a)ポリエチレン(A)の密度
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、密度が0.920〜0.960g/cm
3の範囲である。密度が0.920g/cm
3未満であると、成形品の剛性不足が顕在化しまた60℃における燃料浸漬試験前後での寸法・外観変化が著しくなるおそれがある。一方、0.960g/cm
3を超えると、長期性能が不足するおそれがある。
ポリエチレン(A)の密度は、例えば、エチレンと共重合させるα−オレフィンの量を変化させることによって行なうことができ、α−オレフィンの量を増加させると小さくすることができる。
【0035】
(b)ポリエチレン(A)のHLMFR
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、HLMFRが5〜20g/10分である。HLMFRが5g/10分未満であると、成形時に流動性が不足するおそれがあり、成形不安定な状態となり実用的では無い。HLMFRの上限値は、本発明の場合20g/10分である。
HLMFRは、エチレン重合中に共存させる連鎖移動剤(水素等)の量を変化させるか、重合温度を変化させることによって、調整することができ、水素の量を増加させる又は重合温度を高くすることにより、大きくすることができる。
即ち、エチレンとα−オレフィンとの重合温度を上げることにより分子量を下げて、結果としてHLMFRを大きくすることができ、重合温度を下げることにより分子量を上げて、結果としてHLMFRを小さくすることができる。また、エチレンとα−オレフィンとの共重合反応において共存させる水素量(連鎖移動剤量)を増加させることにより分子量を下げて、結果としてHLMFRを大きくすることができ、共存させる水素量(連鎖移動剤量)を減少させることにより分子量を上げて、結果としてHLMFRを小さくすることができる。
【0036】
(c)ポリエチレン(A)のフルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間が100時間以上、好ましくは200時間以上、さらに好ましくは300時間以上である。フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間が100時間未満では、成形品の耐久性が不足するおそれがある。
本明細書において、フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間は、JIS K6774(1995)「ガス用ポリエチレン管」の付属書1の全周ノッチ式引張クリープ試験に準拠し、80℃、6MPaで測定を行う。試験片は、JIS K6922−2(1997)「プラスチック−ポリエチレン(PE)成形用及び押出用材料−第2部:試験片の作り方及び諸性質の求め方」の表2の条件で作成した厚さ6mmで圧縮成形シートから切出し、全周にノッチを入れたもの(試験片厚み6mm、ノッチ深さ1mm、全周)を使用する。
フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間は、ポリエチレン(A)の密度を小さくすることにより、長くすることができる。
【0037】
(d)ポリエチレン(A)の引張破壊呼びひずみ
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、好ましくは、引張試験による引張破壊呼びひずみが500%であり、さらに好ましくは600%以上であり、特に好ましくは700%以上である。500%より小さいと、成形品が破損するおそれがあり好ましくない。
本明細書において、引張試験による引張破壊呼びひずみは、JIS K7113(1995)に準じて測定された値である。具体的には、例えば、以下のように測定される。すなわち、試験対象のペレットを、寸法:150mm×150mm、厚さ2mmの加熱プレス用モールドに入れ、表面温度190℃の熱プレス機中で5分間予熱後、加圧と減圧を繰り返すことで樹脂を溶融すると共に溶融樹脂中の残留気体を脱気し、更に4.9MPaで加圧し、5分間保持する。その後、4.9MPaの圧力をかけた状態で、10℃/分の速度で徐々に冷却し、温度が室温付近まで低下したところでモールドから成形板を取り出す。得られた成形板を温度23±2℃、湿度50±5℃の環境下で48時間以上、状態調節する。状態調節後のプレス板からJIS K7113(1995)に記載の2号試験片の形状に打ち抜き、引張試験サンプルとする。上記試験片を用い、JIS K7113(1995)に準じて、引張降伏強さ・引張破壊伸びを測定する。引張試験機としては、例えば、株式会社エーアンドディー社製のテンシロン(型式:RTG−1250)を用いることができる。引張速度は50mm/分で実施する。
本発明のポリエチレン(A)の引張破壊呼びひずみは、エチレン系重合体の分子量を大きくするか、密度を小さくすることによって大きくすることができる。
【0038】
(e)ポリエチレン(A)の−40℃のシャルピー衝撃強度
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、好ましくは、−40℃のシャルピー衝撃強度が5.0KJ/m
2以上であり、さらに好ましくは6.0KJ/m
2以上であり、特に好ましくは7.0KJ/m
2以上である。−40℃のシャルピー衝撃強度が5KJ/m
2未満では、成形品の衝撃強度の不足が顕在化するおそれがある。
ここで、−40℃のシャルピー衝撃強度は、JIS K6922−2(1997)「プラスチック−ポリエチレン(PE)成形用及び押出用材料−第2部:試験片の作り方及び諸性質の求め方」に準拠して試験片を作成し、JIS K7111(1996)「プラスチック−シャルピー衝撃強さの試験方法」に準じて測定されるものである。
−40℃のシャルピー衝撃強度は、エチレン系重合体の分子量を上げるか、分子量分布を狭くすることにより、大きくすることができる。
【0039】
(2)ポリエチレン(A)の製造方法
本発明に使用されるポリエチレン(A)の重合触媒は、本発明の目的を損なわない限り、特に限定されないが、固体触媒である。固体触媒としては、チーグラー触媒、フィリップス触媒、メタロセン触媒等の各種触媒が挙げられるが、上記固体触媒成分としては、遷移金属化合物を含有するオレフィン重合用の固体触媒として用いられるものであれば特に制限はない。遷移金属化合物としては、周期表第4族〜第10族、好ましくは第4族〜第6族の元素の化合物を使用することができ、具体例としては、Ti、Zr、Hf、V、Cr、Mo等の化合物が挙げられる。
【0040】
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、気相重合法、溶液重合法、スラリー重合法などの製造プロセスにより製造することができる。エチレン系重合体の重合条件のうち重合温度としては、0〜300℃の範囲から選択することができる。重合圧力は、大気圧〜約100kg/cm
2の範囲から選択することができる。実質的に酸素、水等を断った状態で、エチレン及びα−オレフィンの重合を行なうことにより製造することができる。
【0041】
本発明において、好ましく用いられるポリエチレン(A)としては、ドローダウン耐性等の成形性を重視するとクロム触媒を用いて製造されたもの、耐久性と耐衝撃性を重視すると、チーグラー触媒もしくはメタロセン触媒を用いて製造されたものが好ましいポリエチレンとして挙げられる。
【0042】
本発明に用いられるポリエチレン(A)は、基本的には前述の要件を満たす重合体単独でもよいが、他の態様として、好ましくは、以下の2種以上のポリエチレン系重合体から構成されるものでもよい。2種以上のポリエチレン系重合体から構成されるポリエチレン(A)は、高分子量ポリエチレン成分(B)と低分子量ポリエチレン成分(C)を多段重合させたもの、あるいはブレンドした組成物である。
【0043】
高分子量ポリエチレン成分(B)は、(b1)密度0.900〜0.940g/cm
3、(b2)HLMFRが0.01〜0.4g/10分であるポリエチレン系重合体が好ましく、低分子量ポリエチレン成分(C)は、(c1)密度0.940〜0.975g/cm
3、(c2)温度190℃で荷重2.16kgにおいて測定されるメルトフローレート(MFR)が0.4〜50g/10分であるポリエチレン系重合体が好ましい。
【0044】
高分子量ポリエチレン成分(B)の配合割合は、5〜30重量%、好ましくは10〜30重量%であり、低分子量ポリエチレン成分(C)の配合割合は、95〜70重量%、好ましくは90〜70重量%である。
上記成分(B)が5重量%未満、成分(C)が95重量%を超える場合には、長期耐久性が低下するおそれがあり、成分(B)が30重量%を超え、成分(C)が70重量%未満の場合ではスウェル比が低下するおそれがある。
前記のような2種以上のポリエチレン系重合体から構成されるポリエチレン(A)は、例えば、特開2006−193671号公報や特開2007−002235号公報に記載された製造方法と同様の方法で製造することができる。
【0045】
上記の方法により得られるエチレン系重合体には、常法に従い、他のオレフィン系重合体やゴム等のほか、酸化防止剤(フェノール系、リン系、イオウ系)、紫外線吸収剤、光安定剤、滑剤、帯電防止剤、防曇剤、ブロッキング防止剤、加工助剤、着色顔料、パール顔料、光輝材、偏光パール顔料、架橋剤、発泡剤、中和剤、熱安定剤、結晶核剤、無機又は有機充填剤、難燃剤等の公知の添加剤を1種又は2種以上、適宜配合することができる。着色方法としてはベース樹脂に必要量添加したコンパウンドでも、高濃度添加したマスターバッチを後ブレンドしてもよい。
【0046】
3.導電性フィラー(B)
本発明に用いられる導電性フィラー(B)は、押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物に対して8重量%未満4重量%以上含有されることが必要である。本発明の組成物は、導電性フィラー(B)が特定量、とりわけ一般に使用される量よりも少量含まれることにより、優れた機械物性、耐久性、成形性を発揮することができる。好ましくは特定のポリエチレンと特定の導電性フィラーとをそれぞれ特定量組み合わせることにより、本発明の効果をより顕著に発揮することができる。
本発明に用いられる導電性フィラー(B)の組成割合は、組成物全体に対して8重量%未満4重量%以上、好ましくは7〜5重量%である。導電性フィラー(B)の含有量が4重量%未満では、充分な導電性を発揮することができないおそれがあり、一方、導電性フィラー(B)の含有量が8重量%以上では、部品の成形が難しくなるか、部品自体の物性が低下する傾向にある。
【0047】
(1)導電性フィラー(B)の種類
本発明の導電性組成物に用いられる導電性フィラー(B)は、カーボンナノチューブ、炭素繊維、金属粉末、金属酸化物粉末等が挙げられるが、好ましくは導電性カーボンナノチューブからなる群より選択されるものであり、更に好ましくは、気相成長炭素繊維である。
カーボンナノチューブの具体例としては、特表2005−520889号公報、特開2006−225648号公報等に記載のものが挙げられる。
本発明の導電性フィラー(B)は、特に限定されるものではないが、気相成長炭素繊維で、その繊維径が5nm〜200nmであり、繊維長が1μm〜20μm、アスペクト比が5〜4000のものが好適である。
【0048】
(2)導電性フィラー(B)の特徴
繊維状で繊維径が細くアスペクト比が高い気相成長炭素繊維は、同添加重量のカーボンブラックと比較して、樹脂中での導電性ネットワークを形成しやすくなる。よって繊維径が細くアスペクト比が高い気相成長炭素繊維は、少量の添加で所望の導電性を獲得可能となる。
【0049】
本発明において、導電性フィラー(B)は、特に比表面積が10〜50m
2/g、平均繊維径が50〜200nm、平均アスペクト比が65〜500であるものが好ましい。
比表面積はBET法で測定されるもので、比表面積が50m
2/gより大きくなると、気相法炭素繊維の表面エネルギーや凝集エネルギーが大きくなり、繊維同士の付着・凝集力が強くなるためポリエチレンへの分散性が低下し、導電性低下のみならず機械的強度の低下を招くおそれがある。
【0050】
導電性フィラー(B)の平均繊維径は、電子顕微鏡観察により測定することができ、平均繊維径が50nmより小さくなると表面エネルギーが指数関数的に大きくなり、繊維同士の凝集力が急激に増大し、単純な混練ではポリエチレン中に十分に分散させることができず、樹脂中に凝集物が点在し、効率的に導電ネットワークを形成することができないおそれがある。また、このように分散不良により残留した凝集体は衝撃や荷重がかかったときに応力集中の場となり、樹脂組成物の破壊源となるおそれがある。
また、平均繊維径が200nmを超えると、所望の導電性を得るためにより多くの気相法炭素繊維を配合することが必要となり、機械的強度や他の物性に悪影響を及ぼすおそれがある。
【0051】
導電性フィラー(B)の平均アスペクト比は、繊維の直径に対する繊維の長さの割合であり、アスペクト比が500より大きくなると繊維同士の絡まり合いが一層強くなり、繊維の破断が起きない範囲の剪断力では繊維を一本、一本を十分解すことが困難になり、ポリエチレン中に残存する凝集粒子の割合が次第に大きくなり、効率的な導電のネットワークを形成することができなくなる傾向がある。また、アスペクト比が65より小さくなると、ポリエチレンへの分散性という観点においては良好であるが、逆に繊維が拡散しすぎて繊維同士の接触を保持することが難しくなるおそれがある。
本発明の導電性フィラー(B)としては、市販品を使用することもでき、例えば、昭和電工社製の導電性フィラーである「VGCF−X」を用いることもできる。
【0052】
4.任意成分
本発明の組成物には、任意の成分として、無機充填材を添加してもよい。無機充填材の具体例としては、タルク、炭酸カルシウム、アルミナ、ガラス繊維、大理石粉、セメント粉、粘土、長石、シリカもしくはガラス、フュームド(fumed)シリカ、三水化アルミナ、酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム、酸化アンチモン、酸化亜鉛、硫酸バリウム、ケイ酸アルミニウム、ケイ酸カルシウム、二酸化チタン、チタネート類、ガラス微細球、チョーク、金属粉(アルミニウム、銅、鉄、鉛など)、珪石、珪藻土、石膏、マイカ、クレー、アスベスト、酸化チタン等が挙げられる。
【0053】
5.成形
上記の押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物は、常法に従い、必要に応じ各種添加剤を配合し、混練押出機、バンバリーミキサー等にて混練し、成形用材料とすることができる。また、ペレタイザーやホモジナイザー等による機械的な溶融混合によりペレット化した後、各種成形機により成形を行なって所望の成形品とすることもできる。本発明の組成物は、特定のポリエチレン材料と特定の導電性フィラーとをそれぞれ特定の割合で含有することより、特に、押出成形及びブロー成形により好適に成形品を製造することができる。
【0054】
6.成形品
本発明の組成物は、各種の燃料用部品に成形することができる。例えば、自動車燃料系部品としては、フィラーチューブ、ブリーザーチューブ、燃料供給口、キャップ等が挙げられる。
【0055】
本発明の燃料部品用導電性ポリエチレン組成物は、大型容器のみならず、大型容器に取り付ける小部品、例えば工業薬品缶、ドラム缶においては蓋(キャップ)、内溶液供給口、又は取り出し口等の部品、燃料タンクにおいては、燃料タンク本体に溶着された燃料供給口、バルブ又は燃料ポンプ固定用蓋(キャップ)等の樹脂としても、好適に使用できる。この小部品とは、大型容器に溶着、ウェルドすることによって、大型容器に一体に取り付ける、取っ手、内溶液供給口、又は取り出し口等の役割を果たす中空パイプ状小部品、大型容器の開口部の補強部品、インレット、開口部ライナーのような各種部品を挙げることができる。
また、大型容器の蓋(キャップ)のような、大型容器のネジ山に取り付ける為の内面にネジ山を設けたキャップ、大型容器の口への単なるはめ込み式のキャップなど、いわゆる大型容器とは別体で取り扱われる多くの所定の形状に設計変更された小部品を、対象とすることができる。
特に、本発明の成形品は、導電性に加え、導電性と物性とのバランスに優れ、特に押出成形性及びブロー成形性、耐久性、耐衝撃性のバランスに優れた成形品であり、耐燃料性及び低温での強度にも優れるため、燃料輸送チューブとして好適である。
更に、本発明の成形品は、シャルピー衝撃強度が大きいので、耐衝撃性が求められる用途に有用である。
【実施例】
【0056】
以下に実施例を挙げて、本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に制約されるものではない。なお、実施例で用いた測定及び評価方法は以下の通りである。
【0057】
1.測定・評価方法
(1)密度:JIS K6922−1及び2(1997)に準じて測定した。
(2)温度190℃、荷重2.16kgにおけるメルトフローレート(MFR):JIS K6922−2:1997に準拠して測定した。また、温度190℃、荷重21.6kgにおけるメルトフローレート(HLMFR)は、JIS K6922−2(1997)に準拠して測定した。
【0058】
(3)引張破壊呼びひずみ:JIS K7113(1995)に準じて、引張降伏強さ・引張破壊伸びを測定した。引張試験機として株式会社エーアンドディー社製のテンシロン(型式:RTG−1250)を用いた。引張速度は50mm/分で測定した。
(4)フルノッチクリープ試験(80℃、6MPaで測定)における破断時間:JIS K6774(1995)付属書1の全周ノッチ式引張クリープ試験に準拠し、80℃、6MPaで測定を行なった。試験片は、JIS K6922−2(1997)表2の条件で作成した厚さ6mmで圧縮成形シートから切出し、全周にノッチを入れたもの(試験片厚み6mm、ノッチ深さ1mm、全周)を使用した。
【0059】
(5)体積固有抵抗率:厚み2mmの平板シート(100mm×100mm)を圧縮成形し、JIS K6911(1995)に準拠して、円電極法で印加電圧1Vの条件で、体積及び表面固有抵抗率を測定した。エーデーシー社製高抵抗率計8340A及びチャンバー12702Aを用いた。
(6)表面固有抵抗率:厚み2mmの平板シート(100mm×100mm)を圧縮成形し、JIS K6911(1995)に準拠して、円電極法で印加電圧1Vの条件で、体積及び表面固有抵抗率を測定した。エーデーシー社製高抵抗率計8340A及びチャンバー12702Aを用いた。
【0060】
(7)−40℃のシャルピー衝撃強度:JIS K6922−2(1997)に準拠して試験片を作成し、JIS K7111(1996)に準じて測定した。
(8)ガソリン浸漬試験:シャルピーの測定に使用する試験片(シャルピー用ノッチなし角柱)と同じ試験を使用し、ガソリン中に60℃、200時間放置後の外観変化を観察した。外観に変化がないものを「○」、変化があるものを「×」とした。
【0061】
(9)押出成形性及びブロー成形性:220℃にて通常のコルゲート押出成形法により、外径20mm、内径16mmの単層コルゲートチューブの成形体を製造した。
また、日本製鋼社製JB105を用い、温度220℃、外径22mm、コア径20mmのダイスでリップ幅、及びスクリュー回転数で溶融パリソン長さを調整しながら、約550ccの円筒状金型に25℃の冷却水を通水して10秒間冷却し、重量44gの円筒ボトルを成形した。
上記の成形において、成形性に問題がなかったものを「○」、何らかの不都合が生じたものを「△」、大きな問題が生じたものを「×」とした。
【0062】
2.使用した樹脂材料
(1)ポリエチレン
下記に示した所定の物性を有するポリエチレンを使用した。
PE−1:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HJ221(密度=0.949g/cm
3、HLMFR=13g/10分)を使用した。
PE−2:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HB111R(密度=0.945g/cm
3、HLMFR=6g/10分)を使用した。
PE−3:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HB315R(密度=0.953g/cm
3、HLMFR=3g/10分)を使用した。
PE−4:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HJ360(密度=0.951g/cm
3、HLMFR=160g/10分)を使用した。
PE−5:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるカーネル KF270(密度=0.907g/cm
3、HLMFR=50g/10分)を使用した。
PE−6:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HB530RN(密度=0.961g/cm
3、HLMFR=70g/10分)を使用した。
PE−7:日本ポリエチレン社製ポリエチレンであるノバテックHD HB212R(密度=0.949g/cm
3、HLMFR=5.1g/10分)を使用した。
【0063】
(2)導電性フィラー
導電性フィラーとして、以下のものを使用した。
CNT−1:昭和電工社製VGCF、繊維径150nm、繊維長10〜20μm、アスペクト比200、比表面積13m
2/g
CB−1:ケッチェンブラックインターナショナル社製ケッチェンブラックEC300J、DBP吸着量=360ml/100g、比表面積800m
2/g
CB−2:電気化学社製アセチレンブラックHS−100、DBP吸着量=140ml/100g、比表面積39m
2/g
CB−3:Cabot社製バルカンブラックXC−72、DBP吸着量=174ml/100g、比表面積254m
2/g
【0064】
3.組成物の評価
(実施例1)
ポリエチレン(PE−1)95重量部、導電性フィラー(CNT−1)5重量部を2軸押出機で混練、210℃で押出してペレット化し、樹脂組成物を得た。得られた組成物は、前記測定・評価方法に記載した方法により、それぞれの性能評価を行なった。得られた結果を表1に示した。
【0065】
(実施例2〜4)
表1に記載された成分を用いて、実施例1の方法と同様に樹脂組成物を得た。得られた組成物は、前記測定・評価方法に記載した方法により、それぞれの性能評価を行なった。得られた結果を表1に示した。
【0066】
(比較例1〜15)
表1に記載された成分を用いて、実施例1の方法と同様に樹脂組成物を得た。得られた組成物は、前記測定・評価方法に記載した方法により、それぞれの性能評価を行なった。得られた結果を表2に示した。
【0067】
(実施例5)
実施例1の組成物を用いて、燃料系部品としての評価を行なった。すなわち、単軸押出機がセットされたチューブ押出機を使用し、実施例1と同じ組成物(温度220℃)を用いて、押出成形することにより、外径20mm、内径16mm、厚さ2mm、長さ30cmのチューブを作製した。これを10本用意し、−40℃の冷却装置中で4時間放置した後。冷却装置から取り出し、0.454kgの錘を304.8mmの高さからチューブ上へ落下させた。その結果、破壊された本数は0本であり、耐衝撃性が良好であった。
【0068】
(比較例16)
比較例2の組成物を用いて、燃料系部品としての評価を行なった。すなわち、実施例5と同様に、比較例2と同じ組成物を用い、実施例5と同様に低温時の強度を評価した結果、10本中8本が破壊された。
【0069】
【表1】
【0070】
【表2】
【0071】
4.総合評価
以上のとおり、表1及び2に示す結果から、実施例1〜4と比較例1〜15とを対比すると、本発明の押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物の特定要件を満たさない組成物は、導電性、成形性、耐久性のバランスが実施例1〜4のポリエチレンに対して見劣りしており、耐燃料性に劣るものもあった。
また、実施例5と比較例16から、本発明の押出成形用及びブロー成形用導電性ポリエチレン組成物の特定要件を満たさない組成物による成形体は、低温での耐衝撃性に劣るものであった。
これらの比較例に比べて、本発明の組成物によるものは、実施例1〜5に示すとおり、導電性、成形性、耐久性のバランスが良好であるうえに、耐燃料性及び低温での耐衝撃性にも優れ、燃料系部品に特に好適であることが確認された。