JP5280669B2 - 難燃性ポリカーボネート樹脂組成物 - Google Patents
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Description
しかしながら、いずれも液晶ポリマーと繊維状無機強化材の使用が開示されておらず、かかる技術的課題の十分な解決方法を開示しているとは言えない。
(A成分:芳香族ポリカーボネート系樹脂)
本発明でA成分として使用される芳香族ポリカーボネート系樹脂は、二価フェノールとカーボネート前駆体とを反応させて得られるものである。反応方法の一例として界面重合法、溶融エステル交換法、カーボネートプレポリマーの固相エステル交換法、および環状カーボネート化合物の開環重合法などを挙げることができる。
(1)該ポリカーボネートを構成する2価フェノール成分100モル%中、BPMが20〜80モル%(より好適には40〜75モル%、さらに好適には45〜65モル%)であり、かつBCFが20〜80モル%(より好適には25〜60モル%、さらに好適には35〜55モル%)である共重合ポリカーボネート。
(2)該ポリカーボネートを構成する2価フェノール成分100モル%中、BPAが10〜95モル%(より好適には50〜90モル%、さらに好適には60〜85モル%)であり、かつBCFが5〜90モル%(より好適には10〜50モル%、さらに好適には15〜40モル%)である共重合ポリカーボネート。
(3)該ポリカーボネートを構成する2価フェノール成分100モル%中、BPMが20〜80モル%(より好適には40〜75モル%、さらに好適には45〜65モル%)であり、かつBis−TMCが20〜80モル%(より好適には25〜60モル%、さらに好適には35〜55モル%)である共重合ポリカーボネート。
(i)吸水率が0.05〜0.15%、好ましくは0.06〜0.13%であり、かつTgが120〜180℃であるポリカーボネート、あるいは
(ii)Tgが160〜250℃、好ましくは170〜230℃であり、かつ吸水率が0.10〜0.30%、好ましくは0.13〜0.30%、より好ましくは0.14〜0.27%であるポリカーボネート。
さらにポリオルガノシロキサン単位を共重合した、ポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体の使用も可能である。
比粘度(ηSP)=(t−t0)/t0
[t0は塩化メチレンの落下秒数、tは試料溶液の落下秒数]
求められた比粘度(ηSP)から次の数式により粘度平均分子量Mを算出する。
ηSP/c=[η]+0.45×[η]2c(但し[η]は極限粘度)
[η]=1.23×10−4M0.83
c=0.7
本発明に用いられるB成分の液晶ポリエステル樹脂とは、サーモトロピック液晶ポリエステル樹脂であり、溶融状態でポリマー分子鎖が一定方向に配列する性質を有している。かかる配列状態の形態はネマチック型、スメチック型、コレステリック型、およびディスコチック型のいずれの形態であってもよく、また2種以上の形態を呈するものであってもよい。更に液晶ポリエステル樹脂の構造としては主鎖型、側鎖型、および剛直主鎖屈曲側鎖型などのいずれの構造であってもよいが、好ましいのは主鎖型液晶ポリエステル樹脂である。
1)主として芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物から合成される液晶ポリエステル樹脂、
2)主としてa)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、b)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、並びにc)芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオール及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、から合成される液晶ポリエステル樹脂、
3)主としてa)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、b)芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミン及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、並びにc)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、から合成される液晶ポリエステルアミド樹脂、
4)主としてa)芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、b)芳香族ヒドロキシアミン、芳香族ジアミン及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、c)芳香族ジカルボン酸、脂環族ジカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、並びにd) 芳香族ジオール、脂環族ジオール、脂肪族ジオール及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上の化合物、から合成される液晶ポリエステルアミド樹脂
が挙げられるが、1)主として芳香族ヒドロキシカルボン酸及びその誘導体からなる群より選ばれる1種又は2種以上から合成される液晶ポリエステル樹脂が好ましい。
更に上記の構成成分に必要に応じ分子量調整剤を併用しても良い。
本発明のポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)は、ポリテトラフルオロエチレンの外部に有機系重合体、好ましくはスチレン系単量体由来単位及び/又はアクリル系単量体由来単位を含む重合体からなるコーティング層を有する。前記コーティング層は、ポリテトラフルオロエチレンの表面上に形成される。また、前記コーティング層はスチレン系単量体及びアクリル系単量体の共重合体を含むことが好ましい。ポリテトラフルオロエチレンは粒子状であり、0.1〜0.6μm、好ましくは0.3〜0.5μm、より好ましくは0.3〜0.4μmの粒子径を有する。0.1μmより粒子径が小さい場合には成形品の表面外観に優れるが、0.1μmより小さい粒子径を有するポリテトラフルオロエチレンを商業的に入手することは難しい。また0.6μmより粒子径が大きい場合には成形品の表面外観が悪くなる。本発明に使用されるポリテトラフルオロエチレンの数平均分子量は1×106〜1×107が好ましく、より好ましくは2×106〜9×106であり、一般的に高い分子量のポリテトラフルオロエチレンが安定性の側面においてより好ましい。粉末又は分散液の形態いずれも使用され得る。また本発明のポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)には、難燃補助剤として使用され得る変形したポリテトラフルオロエチレンも含まれる。ポリテトラフルオロエチレンは、分子量によって粉末又は分散液の形態で多様に市販されている。具体的に本発明のポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)に使用され得るポリテトラフルオロエチレン粉末は、テフロン(登録商標)6J(Mistui−Dupont fluoro chemicals Co.,Ltd)、ポリフロンMPA500又はF−201L(Daikin Industries,Ltd)を含むが、これに制限されない。具体的に本発明のB成分のポリテトラフルオロエチレン系混合体に使用され得るポリテトラフルオロエチレン分散液はフロンAD−1及びAD−936(Asahi−ICI Fluoropolymers Co.,Ltd)、ポリフロンD−1又はD−2(Daikin Industries,Ltd)、テフロン(登録商標)30J(Mistui−Dupont fluoro chemicals Co.,Ltd)、FR302(3F Co.)又はJF4DC(Juseng fluoro chemicals Co.,Ltd)を含むがこれに制限されない。前記ポリテトラフルオロエチレン粉末又は分散液は単独で又は2以上の種類を混合して使用することができる。ポリテトラフルオロエチレンの含有量は、ポリテトラフルオロエチレン系混合体の総重量100重量部に対して、20〜60重量部、好ましくは40〜55重量部、より好ましくは47〜53重量部であり、さらに好ましくは48〜52重量部、最も好ましくは49〜51重量部である。ポリテトラフルオロエチレンの割合がかかる範囲にある場合は、ポリテトラフルオロエチレンの良好な分散性を達成することができる。
D成分の難燃剤は、難燃性ポリカーボネート樹脂の難燃剤として知られる各種の化合物が配合されてよい。かかる化合物の配合は難燃性の向上をもたらすが、それ以外にも各化合物の性質に基づき、例えば帯電防止性、流動性、剛性、および熱安定性の向上などがもたらされる。かかる難燃剤としては、(i)有機リン系難燃剤(例えば、モノホスフェート化合物、ホスフェートオリゴマー化合物、ホスホネートオリゴマー化合物、ホスホニトリルオリゴマー化合物、およびホスホン酸アミド化合物など)、(ii)有機金属塩系難燃剤(例えば有機スルホン酸アルカリ(土類)金属塩、ホウ酸金属塩系難燃剤、および錫酸金属塩系難燃剤など)、(iii)シリコーン化合物からなるシリコーン系難燃剤(iv)スルホン酸アルカリ(土類)金属塩以外の有機金属塩等が挙げられ、その中でも有機リン系難燃剤が好ましい。
本発明の有機リン系難燃剤としては、ホスフェート化合物、特にアリールホスフェート化合物が好適である。かかるホスフェート化合物は概して色相に優れるためである。またホスフェート化合物は可塑化効果があるため本発明の樹脂組成物の成形加工性を高められる点で有利である。なお、ここでいう有機リン系難燃剤としてのホスフェート化合物は分子量300以上のホスフェート化合物である。分子量が300未満であると、ホスフェート化合物の沸点と樹脂組成物の燃焼温度との差異が大きくなり、燃焼時にホスフェート化合物の揮発が多くなるため、難燃剤としての効果が低下するので好ましくない。かかるホスフェート化合物は、従来難燃剤として公知の各種ホスフェート化合物が使用できるが、より好適には特に下記一般式(1)で表される1種または2種以上のホスフェート化合物を挙げることができる。
本発明における有機金属塩化合物は炭素原子数1〜50、好ましくは1〜40の有機スルホン酸アルカリ(土類)金属塩であることが好ましい。この有機スルホン酸アルカリ(土類)金属塩には、炭素原子数1〜10、好ましくは2〜8のパーフルオロアルキルスルホン酸とアルカリ金属またはアルカリ土類金属との金属塩の如きフッ素置換アルキルスルホン酸の金属塩、並びに炭素原子数7〜50、好ましくは7〜40の芳香族スルホン酸とアルカリ金属またはアルカリ土類金属塩との金属塩が含まれる。
本発明のシリコーン系難燃剤として使用されるシリコーン化合物は、燃焼時の化学反応によって難燃性を向上させるものである。該化合物としては従来芳香族ポリカーボート樹脂の難燃剤として提案された各種の化合物を使用することができる。シリコーン化合物はその燃焼時にそれ自体が結合してまたは樹脂に由来する成分と結合してストラクチャーを形成することにより、または該ストラクチャー形成時の還元反応により、ポリカーボネート樹脂に難燃効果を付与するものと考えられている。したがってかかる反応における活性の高い基を含んでいることが好ましく、より具体的にはアルコキシ基およびハイドロジェン(即ちSi−H基)から選択された少なくとも1種の基を所定量含んでいることが好ましい。かかる基(アルコキシ基、Si−H基)の含有割合としては、0.1〜1.2mol/100gの範囲が好ましく、0.12〜1mol/100gの範囲がより好ましく、0.15〜0.6mol/100gの範囲が更に好ましい。かかる割合はアルカリ分解法より、シリコーン化合物の単位重量当たりに発生した水素またはアルコールの量を測定することにより求められる。尚、アルコキシ基は炭素数1〜4のアルコキシ基が好ましく、特にメトキシ基が好適である。
M単位:(CH3)3SiO1/2、H(CH3)2SiO1/2、H2(CH3)SiO1/2、(CH3)2(CH2=CH)SiO1/2、(CH3)2(C6H5)SiO1/2、(CH3)(C6H5)(CH2=CH)SiO1/2等の1官能性シロキサン単位、
D単位:(CH3)2SiO、H(CH3)SiO、H2SiO、H(C6H5)SiO、(CH3)(CH2=CH)SiO、(C6H5)2SiO等の2官能性シロキサン単位、
T単位:(CH3)SiO3/2、(C3H7)SiO3/2、HSiO3/2、(CH2=CH)SiO3/2、(C6H5)SiO3/2等の3官能性シロキサン単位、
Q単位:SiO2で示される4官能性シロキサン単位である。
E成分の繊維状無機強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、アスベスト、ロックウール、セラミック繊維、スラグ繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ボロンウィスカー、硼酸アルミニウムウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、酸化チタンウィスカー、並びにこれらの強化剤に対して金属等の異種材料を表面被覆した繊維等が挙げられ、またこれらの二種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の場合、射出成形時にB成分の液晶ポリエステル樹脂の繊維化による機械特性向上効果をより有効に発揮させるためには、予めマトリックス相中で液晶性ポリエステル樹脂がミクロ分散していると効率的である。そのため、液晶性ポリエステル樹脂がマトリックス相中でミクロ分散するための分散助剤として、F成分としてリン系安定剤、好ましくは燐酸、亜燐酸、及びそれらのエステルまたは金属塩からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物を配合することが好ましい。
なお、実施例中の各種特性の測定は、以下の方法によった。原料は以下の原料を用いた。
ポリテトラフルオロエチレン系混合体を約0.1g石英製容器に量りとり硝酸5mlを入れて密閉し、マイクロ波照射(Anton Paar製MULTIWAVE型)による分解を行った(ポリテトラフルオロエチレンは分解されなかった)。分解後、ポリテトラフルオロエチレンを取り出して超純水で水洗し、水洗した液に分解液を加え、超純水にて50mlに定溶した。定溶した溶液を適宜希釈して検液とした。誘導結合プラズマ質量分析法(ICP−MS法)(横河アナリティシステムズ製 Agilent7500cs型)により検液中のナトリウム金属イオン、カリウム金属イオンについて定量分析を行い、試料重量当たりの濃度に換算した。
得られたペレットを80℃で6時間熱風乾燥機により乾燥した後、射出成形機(住友重機械工業(株)SG−150U)を用いてシリンダー温度300℃、金型温度80℃で厚さ2mmの成形板(長さ40mm×幅50mm)を作成した。評価はパージ直後から10ショット目までを廃棄し、11ショット目の成形品を耐加水分解性評価用に使用した。耐加水分解性は、プレッシャークッカー(平山製作所プレッシャークッカーpc−305III/V)を用いて、特定処理条件下(処理温度:120℃、処理湿度:100%、処理時間:10時間)で試験を行い、処理後の成形品の粘度平均分子量を本文記載の方法により測定した。一方、処理前の成形品の粘度平均分子量も同様に測定した。かかる処理前の分子量から処理後の分子量を差し引いた値をΔMvとして評価した。かかるΔMvが少ないほど耐加水分解性が良好といえる。
ビスフェノールAとホスゲンから界面縮重合法により製造されたポリカーボネート樹脂パウダーに、表1記載の各種添加剤を各配合量で配合し、ブレンダーにて混合した後、ベント式二軸押出機((株)日本製鋼所製:TEX30α(完全かみ合い、同方向回転、2条ネジスクリュー))を用いて溶融混練しペレットを得た。添加剤はそれぞれ配合量の10倍の濃度で予めポリカーボネート樹脂パウダーとの予備混合物をヘンシェルミキサーを用いて作成した後、ブレンダーによる全体の混合を行った。押出条件は吐出量20kg/h、スクリュー回転数150rpm、ベントの真空度3kPaであり、また押出温度は第1供給口からダイス部分まで290℃とした。
(A成分)
PC−1:ビスフェノールAおよび末端停止剤としてp−tert−ブチルフェノール、並びにホスゲンから界面重縮合法で合成した直鎖状芳香族ポリカーボネート樹脂パウダー(帝人化成(株)製:パンライトL−1225WP(商品名)、粘度平均分子量22,400)
PC−2:ビスフェノールAおよび末端停止剤としてp−tert−ブチルフェノール、並びにホスゲンから界面重縮合法で合成した直鎖状芳香族ポリカーボネート樹脂パウダー(帝人化成(株)製:CM−1000(商品名)、粘度平均分子量16,000)
(B成分)
LCP:ベクトラ A−950(商品名)(ポリプラスチックス(株)製 液晶ポリエステル)
(C成分)
C−1:POLY TS AD001(商品名)(PIC社製、該ポリテトラフルオロエチレン系混合体は、ポリテトラフルオロエチレン粒子とスチレン−アクリロニトリル共重合体粒子からなる混合物(ポリテトラフルオロエチレン含有量50重量%))(ナトリウム金属イオン:3.5ppm、カリウム金属イオン:2.6ppm)
(C成分の比較用)
C−2:Blendex449(商品名)(Cronpton製、該ポリテトラフルオロエチレン系混合体は、ポリテトラフルオロエチレン粒子とスチレン−アクリロニトリル共重合体粒子からなる混合物(ポリテトラフルオロエチレン含有量50重量%))(ナトリウム金属イオン:19ppm、カリウム金属イオン:31ppm)
C−3:ポリフロンMPA FA500(商品名)(ダイキン工業(株)製、ポリテトラフルオロエチレン)(ナトリウム金属イオン:0.1ppm以下、カリウム金属イオン:0.1ppm以下)
(D成分)
D−1:PX−200(商品名)(大八化学工業(株)製 レゾルノール[ジ(2,6−ジメチルフェニル)ホスフェート]を主成分とするリン酸エステル)
D−2:メガファックF−114P(商品名)(大日本インキ化学(株)製 パーフルオロブタンスルホン酸カリウム塩)
(E成分)
E−1:べスファイト HTA−C6−U(商品名)(東邦テナックス(株)製 炭素繊維 直径7.5μm、カット長6mm)
E−2:ECS―03T−511(商品名)(日本電気硝子(株)製 ガラスファイバー、直径13μm、カット長3mm)
(F成分)
PEP:アデカスタブ PEP−8(商品名)(旭電化工業(株)製 ジステアリルペンタエリスリトールジホスファイト)
TMP:TMP(商品名)(大八化学工業(株)製リン系安定剤)
(その他)
SL:リケマールSL900(商品名)(理研ビタミン(株)製飽和脂肪酸エステル系離型剤)
Claims (14)
- 芳香族ポリカーボネート系樹脂(A成分)および液晶ポリエステル樹脂(B成分)からなる樹脂成分40〜99重量%、ポリテトラフルオロエチレン粒子と有機系重合体からなり、かつポリテトラフルオロエチレン粒子の含有量が50重量%であるポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)0.01〜5重量%、難燃剤(D成分)0.01〜20重量%、繊維状無機強化材(E成分)1〜50重量%並びに、リン系安定剤(F成分)をA成分〜E成分の合計100重量部に対し0.01〜3重量部含有し、A成分とB成分の重量比が(A)/(B)=98/2〜40/60である難燃性ポリカーボネート樹脂組成物であり、ポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)に含まれるナトリウム金属イオン(ただし、ポリテトラフルオロエチレン中のナトリウム金属イオンは除く)が10ppm以下であることを特徴とする難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- ポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)に含まれるカリウム金属イオン(ただし、ポリテトラフルオロエチレン中のカリウム金属イオンは除く)が15ppm以下であることを特徴とする請求項1に記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- ポリテトラフルオロエチレン系混合体(C成分)に含まれるポリテトラフルオロエチレンの粒子径が0.1〜0.6μm、数平均分子量1×106〜1×107であることを特徴とする請求項1または2に記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- C成分中の有機系重合体がスチレン系単量体由来単位及び/又はアクリル系単量体由来単位を含む重合体である請求項1〜3のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- C成分中の有機系重合体がスチレン−アクリル系重合体である請求項4に記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- スチレン−アクリル系重合体が、炭素数が1〜6のアルキル基、炭素数が1〜6のアルコキシ基およびハロゲンからなる群より選ばれた1つ以上の基により置換されてもよいスチレン系単量体および炭素数が1〜20のアルキル基、炭素数が3〜8のシクロアルキル基、アリール基及びグリシジル基からなる群より選ばれた1つ以上の基により置換されてもよい(メタ)アクリレート誘導体を含むアクリル系単量体からなる重合体である請求項5記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- D成分が、有機リン系難燃剤および有機金属塩系難燃剤からなる群より選ばれた1種以上の難燃剤である請求項1〜6のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- D成分が下記式(1)で示される有機リン系難燃剤である請求項7に記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- D成分が、含フッ素有機金属塩系難燃剤である請求項1〜6のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- 含フッ素有機金属塩系難燃剤がパーフルオロアルカン酸金属塩である請求項9記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- E成分が、ガラス繊維である請求項1〜10のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- E成分が、炭素繊維である請求項1〜10のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- B成分がp−ヒドロキシ安息香酸から誘導される繰返し単位と6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から誘導される繰返し単位を含有する液晶ポリエステル樹脂である請求項1〜12のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
- F成分が、燐酸、亜燐酸、並びにそれらのエステルおよび金属塩からなる群より選ばれた少なくとも1種の化合物である請求項1〜13のいずれかに記載の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
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