ポリ塩化ビニル/フタル酸ジオクチルの内部構造が力学物性に及ぼす影響
Hierarchical structure and mechanical properties of PVC/DOP（山形大）○（学）松本直樹，（正）Sathish K. Sukumaran,（正）杉本昌隆（アキレス(株)）（正）設楽雄作
Polyvinyl chloride (PVC) particles have a complex hierarchical structure whose size spans the micron tonanoscales. Upon application of heat and shear, the hierarchical structure, especially at the micron to submicronscales, disintegrates and modifies the tensile strength and breaking strain. While similar behaviour is expectedalso in plasticizer added PVC, the relationship is poorly understood. Therefore, we investigated the effect of heatand shear on the properties of PVC/dioctyl phthalate (DOP). Upon increasing the sample preparation
temperature, we found that both the tensile strength and the breaking strain increased. For the sample prepared at
140 °C, dynamic viscoelasticity data indicated that two different activation energies were needed to describe thetemperature dependence of the frequency dependent moduli, one each for the low and high temperature regions.
We believe this is related to the progressive disappearance of the interface at the micron to submicron scales athigher temperatures.
Keywords: polyvinyl chloride, hierarchical structure, mechanical properties, activation energy.
1. 緒言

係性が知られている。しかし可塑剤を添加したポリ塩化ビニル（PVC）は可塑剤を添加するこ時に可塑剤が階層構造や力学物性にどのようにとで硬質から軟質に変化することから幅広い分影響を与えるのか、どのように入り込むのかは野で使用されている。PVC は Fig.1 に示すように十分に分かっておらず本研究では PVC/可塑剤系複雑な階層構造をしており、これらの構造は成において加工条件による力学物性と構造を活性形加工時に加わる熱・せん断によって崩壊・融化エネルギーや構造解析の観点から調べること着が起きるとされている。可塑剤無添加のときを目的とした。

階層構造内の一次粒子が崩壊することがモロフ
ォロジー観察や活性化エネルギーから予測され2. 実験方法ている[1-3]。

2.1 試料作製
サンプルとしてパウダー状の PVC と可塑剤であるフタル酸ジオクチル（DOP）を二本ロールで混練とシーティングを行い、加工温度（Ttr/℃）
は 140~190℃で行った。また、内部構造を均一化させた試料の作製のためにパウダー状の[1]Fig.1 Hierarchical structure of PVC(redrawn)

PVC/DOP サンプルを THF に溶解させ（約 2 週間）、その後、THF を室温で揮発させた（約 2 週間）。

加えて引張強度や破断ひずみが向上することが2.2 力学物性知られており、可塑剤無添加系では強度との関

力学物性評価は 7 号ダンベル試験片を用いて*Naoki Matsumoto, Sathish K. Sukumaran,
Masataka Sugimoto, Yusaku Shidara
Graduate School of Organic Materials Science,
Yamagata University*4-3-16 Jonan, Yonezawa, Yamagata, 992-8510, Japan
Tel: 0238-26-3058, Fax: 0238-26-3411
Email: sugimoto@yz.yamagata-u.ac.jp

一 軸 引 張 試 験 （ 室 温 24~25 ℃ 、 試 験 速 度10mm/min）を行った。
2.3 動的粘弾性測定
回転型レオメータでパラレルプレート用いて測定を行った。通常の状態では治具とステージの間に滑りが起きる可能性があるためサンドペ察を行う予定である。

ー パ ー #40 を 使 用 し て 滑 り を 軽 減 さ せ た 。
Ttr=140 ℃ の サ ン プ ル を 使 用 し 測 定 温 度 はT=140~180℃で測定を行った。
3. 実験結果および考察
Fig.2 に加工温度が引張強度と伸びに及ぼす影響を示す。加工温度の上昇とともに引張破断強度、破断ひずみともに向上し、Ttr=170℃程度でほぼ一定の値になった。溶媒キャストサンプル
では熱をかけなかったにもかかわらず Ttr=170℃サンプルと同等の高い強度と伸びを示した。
構造変化 を考察するため Fig.3 に示す通り

Fig.2 Effect of sample preparation temperature ontensile strength (●, left axis) and breaking strain (■,right axis). The dashed lines correspond to thesolvent cast sample.

Ttr=140℃サンプルを用いて動的粘弾性測定を140~180℃で行った。140~160℃と 170~180℃のそれぞれの温度範囲で合成曲線が描けることが分かった。この合成曲線から活性化エネルギーEaを求めると高温側での流動の Ea が高くなることが分かった。低温側では Fig.1 に示した一次粒子の凝集体構造が保持されており粒子同士の相互作用は弱く粒子界面での滑りにより Ea は低くなったと考えられる。しかし、高温ではいくつか

Fig.3 Master curves of storage moduli for theの結晶が融解し、粒子界面での絡み合いなどのTtr=140℃ sample.

相互作用が生じたものと考えられる。一旦、高温印加サンプルを冷却固化させると再結晶や分子鎖の絡み合いによって Fig.4 に示すように高温での加工で高い破壊エネルギーになったと考えられ、溶媒キャストのように構造を崩壊させ均一化させることが可能になるといえる。
数 nm～数十 nm のモロフォロジー変化を観察するため小角 X 線散乱（SAXS）や広角 X 線回折（WAXD）を行ったが加工温度による違いはFig.4 Effect of sample preparation temperature on

みられなかった。

fracture energy. The dashed line corresponds to thesolvent cast sample.

4. 結言
加工温度の上昇とともに引張破断強度や破断ひずみが向上した。さらに Ttr=170℃以上のサン

参考文献
1) 井上秀樹, 松井俊満, 石松博史 : 成形加工,6, 721 (1994)

プルで高い活性化エネルギーを示した。これはこの臨界温度以上または溶媒への全溶解により

2) E. A. Collins, A. P. Metzger : Polymer
Engineering and Science, 10, 57 (1970)

内部構造が崩壊したことによると考えられる。
しかし、粒子崩壊に関して小角 X 線散乱や広角X 線回折では加工温度による違いがなかったのでさらに大きなスケールの静的光散乱や TEM 観

3)James W. Summers : Journal of Vinyl
Technology, 3, 107 (1981)