JP2011219567A - 高ガスバリア性組成物及び送液部材 - Google Patents

Abstract

【課題】優れたガスバリア性を有しているとともに、柔軟性、耐キンク性、成形性及び熱融着性にも優れた組成物及び送液部材を提供すること。
【解決手段】スチレン系共重合体１００重量部に対し、ポリオレフィン系高分子材料１６〜２００重量部と、部分架橋ブチルゴム５〜１００重量部とが配合された組成物。上記スチレン系共重合体が、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体であることを特徴とする組成物。上記組成物からなる送液部材、チューブ。上記チューブについて、少なくとも２本以上が並行に連設された多連チューブ。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液体の移送に好適に使用される高ガスバリア性組成物と、この組成物からなる送液部材、特にインクジェットプリンタのインク供給用インクチューブとして好適に使用されるチューブに係り、特に、優れたガスバリア性を有しているとともに、柔軟性、耐キンク性、成形性及び熱融着性にも優れたものに関する。

インクジェットプリンタにおいては、インクタンクからインクチューブを用いてインクジェットヘッドへインクを供給している。ここで、インクチューブ内には、印刷を停止しているときにもインクが残留し、この残留したインクから溶媒や水分が蒸発すると、インク濃度が濃くなり、粘性が高くなるためインクの詰まりを生ずることがある。そのため、インクチューブには、チューブ材質を透過して溶媒や水分が揮発しにくいガスバリア性が要求される。

このような特性を満足する材料として、例えば、特許文献１，２には、オレフィン系熱可塑性樹脂中にブチルゴムを含むゴム成分が動的架橋により微分散された熱可塑性エラストマーが記載されている。また、特許文献３には、ブチルゴムポリマー、有機過酸化物架橋ゴムポリマー及び有機化酸化物からなるゴムが記載されている。そして、これらの材料は、インクジェットプリンタ用インクチューブとして使用されることが記載されている。また、本発明に関連する技術として、例えば、特許文献４〜８がある。

特許第４１６０３６０号公報：住友ゴム工業 特開２００９−９５９９９公報：住友ゴム工業 特開２００７−４５０１５公報：ブラザー工業 特開２００７−３０７８７５公報：クレハプラスチックス 特願２００８−２４１１６８公報：クラベ 特願２００９−１８２８７４明細書：クラベ 特開２００５−３０７０５４公報：ブリヂストン 国際公開ＷＯ０３／０２１３０９号公報：ブリヂストン

インクジェットプリンタにおいて、インクタンクは固定された部品であるのに対し、インクヘッドは印刷時に作動する部品である。そのため、それらを繋ぐインクチューブは、インクヘッドの作動を妨げないよう、柔軟で且つキンクしにくいものである必要がある。ここで、上記特許文献１，２によるチューブでは、ブチルゴムが動的架橋されており、これは即ち、オレフィン系熱可塑性樹脂とブチルゴムを配合した状態でブチルゴムを架橋しているものである。また、特許文献３によるチューブも同様に、未架橋のブチルゴムと他のゴムポリマーを配合した後、架橋しているものである。このとき、オレフィン系熱可塑性樹脂の種類によっては架橋することによって性能に影響が出ることがある。具体的には、チューブの柔軟性の低下や、チューブを熱融着により連結させる場合におけるチューブ間の接着強度の低下を引き起こすことになってしまう。

本発明はこのような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、特に、優れたガスバリア性を有しているとともに、柔軟性、耐キンク性、成形性及び熱融着性にも優れた組成物及び送液部材を提供することにある。

上記目的を達成するべく、本発明の請求項１による組成物は、スチレン系共重合体１００重量部に対し、ポリオレフィン系高分子材料１６〜２００重量部と、部分架橋ブチルゴム５〜１００重量部とが配合されたものである。
又、請求項２記載の組成物は、上記スチレン系共重合体が、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体であることを特徴とするものである。
又、請求項３記載の送液部材は、上記の組成物からなるものである。
又、請求項４記載のチューブは、上記の組成物からなるものである。
又、請求項５記載の多連チューブは、上記のチューブについて、少なくとも２本以上が並行に連設されたものである。
又、請求項６記載の多連チューブの製造方法は、スチレン系共重合体１００重量部に対し、ポリオレフィン系高分子材料１６〜２００重量部と、部分架橋ブチルゴム５〜１００重量部とが配合された組成物を押出成型してチューブとし、該チューブを少なくとも２本以上並行に並べ、該チューブ同士を熱融着するものである。

本発明においては、スチレン系熱可塑性エラストマーの優れたガスバリア性と柔軟性を維持したまま、ブチルゴムの優れたガスバリア性、耐キンク性、ポリオレフィン系高分子材料の優れた成形性を兼ね備えた組成物及びこの組成物からなる送液部材とすることができる。
また、未架橋のブチルゴムはゴム弾性を有していないため架橋することが必要であるが、本発明では上記のように、予め部分架橋されたブチルゴムを使用している。そのため、オレフィン系高分子材料を配合した後に架橋する必要はないことから、オレフィン系高分子材料が架橋されることがないため、性能に影響を与えることがなく、優れた柔軟性を保持することができる。
また、例えば、カラーインクジェットプリンタでは、各色でインクタンクとインクチューブとインクジェットヘッドとを備えている。このとき、複数のインクチューブがそれぞれ独立した動作をすると、インクチューブ同士が擦れて磨耗したり、絡んでしまったりする可能性がある。そのため、複数のインクチューブを一体化した多連チューブとするよう要求されている。本願発明においては、ポリオレフィン系高分子材料が架橋していないため、チューブ同士を熱融着して容易に多連チューブとすることができる。

本発明による多連チューブの構成を示す斜視図である。 最小曲げ半径測定を説明するための概略図である。 本発明の他の形態による多連チューブの構成を示す端面図である。 本発明の他の形態による多連チューブの構成を示す端面図である。 本発明の他の形態による多連チューブの構成を示す端面図である。

本発明の組成物は、スチレン系共重合体とポリオレフィン系高分子材料と部分架橋ブチルゴムとが配合されたものである。

スチレン系共重合体としては、例えば、スチレン−エチレン−ブチレン−スチレン共重合体（ＳＥＢＳ）、スチレン−エチレン−プロピレン−スチレン共重合体（ＳＥＰＳ）、スチレン−エチレン−エチレン−プロピレン−スチレン共重合体（ＳＥＥＰＳ）、スチレン−イソブチレン−スチレン共重合体（ＳＩＢＳ）、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体（ＳＢＳ）、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体（ＳＩＳ）などが挙げられる。これらはブロック共重合体の構造をしていることが考えられる。これらの中でも、特にガスバリア性に優れるスチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体（ＳＩＢＳ）が好ましい。

このスチレン系熱可塑性エラストマーにポリオレフィン系高分子材料を配合することにより、成形性を向上させることができ、また、熱融着性を付与することができる。ポリオレフィン系高分子材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリブテン樹脂、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸エチル共重合体、エチレン−（メタ）アクリル酸メチル共重合体、エチレン−プロピレン共重合体などといったオレフィン系樹脂、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体などといったオレフィン系ゴム、ポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂中にゴム成分を分散させたオレフィン系熱可塑性エラストマーなどが使用できる。また、オレフィン系樹脂に、マレイン酸、無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸等を有する重合体モノマーをグラフト又は共重合させた樹脂を用いても良い。また、これらは一種を単独で使用しても良いし、二種以上を混合して使用しても良い。ポリオレフィン系高分子材料の配合量は、スチレン系共重合体１００重量部に対し、１６〜２００重量部であることが好ましい。１６重量部未満だと、成形性が悪く、２００重量部を超えると、柔軟性が低下することになる。

ポリオレフィン系高分子材料としては、結晶性部分を含んでいることが好ましい。これにより、熱融着性が更に向上する。「結晶性部分を含む」とは、結晶性樹脂を配合している場合、又は、結晶性単量体成分からなるブロックを有したブロック共重合体を含んでいる場合のことを示す。具体的には、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート等の結晶性樹脂を配合しているもの、ポリエチレンブロックやポリプロピレンブロックを有するブロック共重合体を含んでいるものなどが挙げられる。例えば、上記したポリプロピレン樹脂中にゴム成分を分散させたオレフィン系熱可塑性エラストマーも、結晶性部分を含んだポリオレフィン系高分子材料に該当する。また、これらは一種が単独で含まれても良いし、二種以上が含まれても良い。

また、部分架橋ブチルゴムを配合することで、ガスバリア性を高レベルに維持したまま、耐キンク性を向上させることができる。ブチルゴムは、イソブチレン基とイソプレン基とからなる共重合体で、通常ＩＩＲと略されている。ブチルゴムは、ガスバリア性が高く、耐薬品性、耐酸化性に優れる材料であり、これを部分架橋したものが、本発明で使用される部分架橋ブチルゴムである。部分架橋ブチルゴムの１２７℃におけるムーニー粘度は３０〜９０が好ましく、３０未満だとオレフィン系高分子材料を配合したとしても永久伸び特性が十分とならない可能性があるとともに、耐薬品性が低下する傾向にあり、１００を超えると成形性が悪くなる。部分架橋ブチルゴムの配合量は、スチレン系共重合体１００重量部に対し、５〜１００重量部であることが好ましい。５重量部未満だと、耐キンク性の向上効果が十分なものとならず、１００重量部を超えると、成形性が低下して設計で意図した形状への成形が困難となるおそれがある。

また、本発明の目的を阻害しない範囲内で、一般的に使用されている各種の添加剤を配合しても良い。このような添加剤としては、例えば、酸化防止剤、増量剤、難燃剤、老化防止剤、架橋剤、架橋助剤、軟化剤、分散剤、着色剤などが挙げられる。

上記の各構成材料を適宜に配合したものを、ロール、ニーダー、バンバリー、一軸混練機、二軸混練機などの公知の混練機を使用して充分に混練りすることによって本発明の組成物を得ることができる。この組成物を、例えば押出成型などの行為の成型方法により、例えばチューブ形状などに成型することで、本発明の送液部材を得ることができる。

また、上記の組成物をチューブ形状に成形し、このチューブについて、少なくとも２本以上を並行に連設して、図１に示すような多連チューブとすることも考えられる。例えば、カラーインクジェットプリンタでは、各色でインクタンクとインクチューブとインクジェットヘッドとを備えている。このとき、複数のインクチューブがそれぞれ独立した動作をすると、インクチューブ同士が擦れて磨耗したり、絡んでしまったりする可能性がある。そのため、複数のチューブ１を一体化した多連チューブ１０とすることが好ましい。並列に連設する方法としては、例えば、チューブ１を構成する組成物の軟化点温度以上に設定した加熱炉中に並行に配したチューブ１を通過させ、チューブ１同士を熱融着する方法、チューブ１を並行に配してこれらチューブ１同士が接触する箇所に熱風を吹き付けて、チューブ１同士を熱融着する方法などが考えられる。また、最初から多連チューブ１０の形状になるように押出成形等をすることも考えられる。

また、多連チューブの形態としては、図１に示すようなものに限定されず、複数列を積層したような形態も考えられる。一例として、図３（ａ）に、４本のチューブ１を並行に連接し、これが２列積層された、計８本のチューブ１からなる多連チューブ１０を示す（以降、図３における左右方向を「行」、上下方向を「列」として示す）。このような多連チューブ１０の製造方法としては、例えば、８本のチューブ１を最初から４行×２列の形態で配置してチューブ１同士を熱融着する方法、予めチューブ１を熱融着して４行に連接しておき、これを２列重ねて更に熱融着する方法、予め２列のチューブ１を熱融着して並行に連接しておき、これを４行並べて更に熱融着する方法、などが考えられる。これらの内でも、図３（ｂ）で示すような、予め２列のチューブ１を熱融着して並行に連接しておき、これを４行並べて更に熱融着する方法は、熱融着の際の熱を均一に加えられるため好ましい。例えば、８本のチューブ１を最初から４行×２列の形態で配置してチューブ１同士を熱融着する方法や、予め４本のチューブ１を熱融着して４行に連接しておき、これを２列重ねて更に熱融着する方法の場合、（２行，１列）のチューブと（２行，２列）のチューブとの熱融着、及び、（３行，１列）のチューブと（３行，２列）のチューブとの熱融着に際し、接触する箇所がチューブに囲まれてしまうことになるため、熱が効率的に加えられなくなるおそれがある。勿論、製造上の困難性は伴うものの、最初から多連チューブ１０の形状になるように押出成形等をすることも考えられる。また、図３に示すような４行×２列の多連チューブ１０に限定されることはなく、例えば、行数や列数がそれ以上になっても構わないし、図４や図５に示すような他の配置の多連チューブ１０であっても構わない。これらのような場合でも、熱融着する際には、チューブ同士が接触する箇所が外周に表れているように、熱融着をする順序を構成することが好ましい。

以下に、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。本実施の形態は、本発明の組成物を成形し、送液部材の一例として多連チューブとした例であり、図１は本発明の多連チューブを示す斜視図である。

まず、表２に示す配合材料を表１に示す配合部数によりニーダーで十分に混練し、得られた組成物を押出機に供給して、内径２ｍｍφ、外径４ｍｍφのチューブ１を製造した。このチューブ１をサンプルとして、ガスバリア性（水蒸気透過試験）、柔軟性（ヤング率測定）及び耐キンク性（最小曲げ半径測定）の試験を行った。
（ガスバリア性：水蒸気透過試験）
サンプルの中空部に純水を注入し、両末端を封止する。これを温度４０℃、湿度３２％ＲＨの雰囲気下に一定時間放置し、放置前後の重さを測定する。放置前後の重さの差により揮発量を算出し、以下の式から透過係数を求める。
透過係数(g・cm／cm²・24h)＝［揮発量(g)×チューブ肉厚(cm)×24］／［チューブ有効表面積(cm²)×放置時間(h)］
チューブ有効表面積(cm²)＝(チューブ内径＋チューブ肉厚)×π×チューブ長さ
（柔軟性：ヤング率）
温度２３±５℃の雰囲気下、定速度引張試験機によって標線距離４０ｍｍのサンプルを１００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引張り、その時の応力を測定する。ヤング率は応力−ひずみ曲線の初期勾配に比例し、以下の式で表される。式中、σは応力、Ｌ_０はサンプルの原長、Ｌは応力が加えられたときのサンプル長さを示す。
ヤング率（ＭＰａ）＝σ／［（Ｌ−Ｌ_０）／Ｌ_０］
インクヘッドを駆動する際のモータ負荷を考慮し、ヤング率が４０以下のものを合格にした。
（耐キンク性：最小曲げ半径測定）
図２に示すようにチューブ１を丸め、円を形成する。形成した円が真円を保つようにチューブの両端を引っ張って、徐々に円の直径を小さくし、チューブが座屈（キンク）したときの直径を測定する。最小曲げ半径は以下の式より表される。式中、Ｄは座屈したときの直径を示す。
最小曲げ半径（ｍｍ）＝Ｄ／２
標準的なサイズであるＡ４サイズのインクジェットプリンタにおいて、インクヘッドの往復運動により、チューブは曲げ半径約１５mmにまで曲げられる。そのため、最小曲げ半径が１５mm以下のものを合格にした。
（成形性）
押出成形により、良好な表面状態で目的の形状に成形できたものを○、目的の形状に成形できたが表面に凹凸が生じていたものを△、目的の形状に成形できず形が崩れたものを×とする。

（熱融着性：接着強度測定）
また、上記のようにして得られたチューブ１を３００ｍｍ取り、５本並行に配した状態で、チューブ１同士が接触する部分に熱風を吹き付け、それぞれのチューブ１における外表面部分を熱融着し、５本のチューブ１が並行に接続された多連チューブ１０とした。この多連チューブ１０をサンプルとして、各チューブ１間の接着強度を測定した。接着強度は、多連チューブ１０の隣接するチューブ１をそれぞれ把持し、接着面と垂直方向に引き離し、剥離したときの力を測定した。接着面は各サンプル４ヶ所ずつあるため、値は４ヶ所の平均値とした。強度が低いとチューブが往復運動の際にチューブ同士が剥がれてしまうために、０．４Ｎ以上を合格にした。結果は表１に併せて示す。

上記の通り、本発明によるチューブは、ガスバリア性、柔軟性、耐キンク性及び成形性の何れについても、優れた値であった。また、熱融着性にも優れ、各チューブ１が十分な接着強度で接着して多連チューブ１０を構成していた。これに対し、ポリオレフィン系高分子材料が１６部未満であった比較例１は、成形性が十分ではなく、さらにチューブ１同士の熱融着についても不十分な強度であった。また、ポリオレフィン系高分子材料が２００部を超えていた比較例２は、柔軟性が低下していることが確認された。また、部分架橋ブチルゴムが５部未満であった比較例３は、耐キンク性の値が充分なものではなく、部分架橋ブチルゴムが１００部を越えていた比較例４は、押出成形によって成形することができなかった。

以上説明したとおり、本発明による組成物は、特に、優れたガスバリア性を有しているとともに、柔軟性及び耐キンク性にも優れたものである。従って、特に、インクジェットプリンタのインク供給用インクチューブとして好適に使用することができる。また、その他にも、例えば、自動車分野、医薬・医療分野、食品分野、土木・建築分野などの導水・導液・導気管として幅広い用途で好適に使用することができる。また、チューブやホースなどの管に限定されることなく、エルボ、ニップル、チーズなどの継手及びその構成部材、ポンプの構成部材、弁、パッキン、グロメット、など種々の送液部材として使用することができる。

１ チューブ
１０ 多連チューブ

Claims (6)

1. スチレン系共重合体１００重量部に対し、ポリオレフィン系高分子材料１６〜２００重量部と、部分架橋ブチルゴム５〜１００重量部とが配合された組成物。
2. 上記スチレン系共重合体が、スチレン−イソブチレン−スチレンブロック共重合体であることを特徴とする請求項１記載の組成物。
3. 請求項１〜請求項２記載の組成物からなる送液部材。
4. 請求項１〜請求項２記載の組成物からなるチューブ。
5. 請求項４記載のチューブについて、少なくとも２本以上が並行に連設された多連チューブ。
6. スチレン系共重合体１００重量部に対し、ポリオレフィン系高分子材料１６〜２００重量部と、部分架橋ブチルゴム５〜１００重量部とが配合された組成物を押出成型してチューブとし、該チューブを少なくとも２本以上並行に並べ、該チューブ同士を熱融着する多連チューブの製造方法。

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