CN104995262A - 高介电常数材料用树脂组合物、含有其的成型品和着色用母料 - Google Patents
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Abstract
本发明的高介电常数材料用树脂组合物含有(A)树脂材料40~80质量%和(B)炭黑20~60质量%,上述(B)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g)并且碘吸附量为5~40(mg/g),上述高介电常数材料用树脂组合物的介电常数为4以上,电介质损耗角正切为0.05以下。
Description
技术领域
本发明涉及适于需要高介电常数的材料的高介电常数材料用树脂组合物、含有其的成型品和着色用母料。
背景技术
<背景技术1>
以往,作为便携电话等移动通信机器等中所使用的、在表面配置电极的表面安装天线用材料,提出了由含陶瓷的树脂组合物形成的材料。例如,公开有在树脂材料中以相对于组合物的比例为40vol%~70vol%(体积%)混合球状的电介质陶瓷粉末而得到的树脂组合物(例如专利文献1)等。
然而,对于含有陶瓷粉末和树脂的树脂组合物而言,不增加陶瓷粉末的添加量就得不到高介电常数,结果存在比重增高而无法对应天线的轻质化这样的问题。另外,将这样的树脂组合物成型时,所得到的成型品脆,在耐冲击性上存在问题。在应用于以便携电话为代表的通信机器时,强烈要求仅耐受落下冲击的耐冲击性。
出于使树脂材料具有导电性的目的,通常而言混合石墨、炭黑等碳材料系颗粒。但特别是对于炭黑,在少于渗透阈值的配合量时,能够以保持绝缘性的状态高介电常数化,对于介电常数的频率依赖性及其温度依赖性也进行了研究(例如非专利文献1)。
但是,由于炭黑极难炼入,因此,为了高介电常数化而增加添加量时,存在炭黑的分散不良引起的树脂组合物的熔融困难、在成型品的外观发生波纹痕等问题。另外,将这样的树脂组合物作为天线用材料使用时,需要用于发送接收电波的金属,因此,要求镀特性良好。然而,为了高介电常数化而增加炭黑的添加量时,因分散不良而在成型品表面浮出炭黑,存在有镀膜的剥离强度不充分的问题。
另一方面,已知有几种提高树脂组合物成型品的耐冲击性的方法。作为其中之一,已知在树脂中配合烯烃系共聚物的方法(例如参照专利文献2)。然而,要求高介电常数的树脂组合物中的通常的原料树脂为聚苯硫醚(PPS)树脂或液晶聚合物,得不到充分的耐冲击性改善效果。另外,即使作为原料树脂采用耐冲击性优异的聚碳酸酯树脂,由于作为代表性的高介电常数陶瓷的氧化钛、钛酸碱土金属盐作为水解聚碳酸酯树脂的催化剂发挥作用,因而无法采用。这是由于在挤出成型等的需要施加高热的加工工序中会发生树脂粘度大幅降低的问题。
作为其它的提高耐冲击性的方法,已知有复合原料树脂和耐冲击性高的树脂,形成为二色成型品的方法(例如参照专利文献3)。然而,复合PPS或液晶聚合物与耐冲击性高的聚碳酸酯树脂而得到的二色成型品中,界面的粘接弱,得不到充分的耐冲击性。这样,对介电常数高的树脂组合物的成型品赋予充分的耐冲击性的尝试没有成功。
<背景技术2>
以往,将热塑性树脂着色为黑色时,广泛使用在树脂或者树脂组合物的粉末、粒料或者粒料和粉末的混合物中,配合粉末或者粒状的炭黑,将其用挤出机熔融混炼并挤出,切断而形成为粒料状的方法。然而,在这样的方法中,将炭黑的粉末直接在树脂或树脂组合物中配合时,存在由微粉引起的作业环境的污染、操作上的问题、以及由分级或者聚集等引起的炭黑的颗粒的发生、后续批次的残色、混色等问题。
因此,已知有首先制造在树脂中高浓度地分散有炭黑的母料,使用其对树脂进行着色的方法。这样的着色方法不发生炭黑的飞散,操作性优异,因此,目前是树脂的着色方法的主流。
然而,上述这样的方法中,炭黑颗粒的分散也不充分,难以大量配合。另外,在通过母料着色的树脂组合物得到的成型品的表面,观察到作为炭黑颗粒的聚集物的“颗粒”,外观不良好(例如参照专利文献4)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:专利第3930814号公报
专利文献2:日本特开2012-177015号公报
专利文献3:日本特开2009-026646号公报
专利文献4:日本特开昭61-236854号公报
非专利文献
非专利文献1:中村,《パーコレーション閾値以下のカーボンブラック·ポリエチレン複合体の誘電特性の解釈》,电气学会论文志A,电气学会,平成11年,第119卷,11号,p.1355~1361
发明内容
发明所要解决的课题
本发明的课题在于提供一种介电常数、电介质损耗角正切、外观等优异的高介电常数材料用树脂组合物和含有其的成型品。另外,本发明的目的在于提供一种容易量产、不易在着色树脂成型品中发生外观不良的着色用母料。
用于解决课题的方法
本发明的发明人研究的结果发现,通过在树脂材料中以特定量配合特定的炭黑,可以得到介电常数高、电介质损耗角正切低的树脂组合物。
本发明的一个方式为含有(A)树脂材料和(B)炭黑的树脂组合物,其特征在于(B)炭黑的特性为特定的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收量、并且特定的碘吸附量。由此,能够容易地得到适于高介电常数材料的用途、特别是天线部件用途的树脂组合物。
本发明例如如下所述。
[1]一种高介电常数材料用树脂组合物,含有(A)树脂材料40~80质量%和(B)炭黑20~60质量%,
上述(B)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g)并且碘吸附量为5~40(mg/g),
上述高介电常数材料用树脂组合物的介电常数为4以上,电介质损耗角正切为0.05以下。
[2]如[1]所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,含有上述(A)树脂材料50~60质量%和上述(B)炭黑40~50质量%,上述(B)炭黑的DBP吸收量为25~35(mL/100g)并且碘吸附量为10~30(mg/g)。
[3]如[1]或[2]所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,上述(B)炭黑的氮吸附比表面积为5~40m2/g。
[4]如[1]~[3]中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,上述(B)炭黑的氮吸附比表面积与碘吸附量的比低于1.3。
[5]如[1]~[4]中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,上述(A)树脂材料为聚碳酸酯树脂、改性聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂或聚碳酸酯/ABS合金。
[6]如[5]所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,上述(A)树脂材料为聚碳酸酯树脂。
[6-1]如[1]~[6]中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物,其中,上述(B)炭黑的表面pH为3~8。
[7]含有[1]~[6-1]中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物的成型品。
另外,本发明的发明人研究的结果发现,通过在聚碳酸酯树脂中以特定量配合特定的炭黑,可以得到介电常数高、电介质损耗角正切低、具有热稳定性的高介电常数材料用树脂组合物,将其与聚碳酸酯树脂进行二色成型而得到的成型品可解决上述课题,从而完成了本发明。
本发明例如如下所述。
[8]将高介电常数材料用树脂组合物(C)和聚碳酸酯树脂(D)进行二色成型得到的成型品,其中,上述高介电常数材料用树脂组合物(C)含有聚碳酸酯树脂(a)和DBP吸收量为10~50(mL/100g)并且碘吸附量为5~40(mg/g)的炭黑(b),上述聚碳酸酯树脂(a)的含量为40~80质量%,上述炭黑(b)的含量为20~60质量%。
[8-1]如[8]所述的成型品,其中,上述高介电常数材料用树脂组合物(C)中的上述聚碳酸酯树脂(a)的含量为50~60质量%,上述炭黑(b)的含量为40~50质量%,上述炭黑(b)的DBP吸收量为25~35(mL/100g)并且碘吸附量为10~30(mg/g)。
[8-2]如[8]或[8-1]所述的成型品,其中,上述高介电常数材料用树脂组合物(C)的介电常数为4以上,电介质损耗角正切为0.05以下。
[8-3]将上述[6]所述的高介电常数材料用树脂组合物(C)和聚碳酸酯树脂(D)进行二色成型得到的成型品。
[8-4]如[8]~[8-3]中任一项所述的成型品,其中,上述炭黑(b)的氮吸附比表面积为5~40m2/g。
[8-5]如[8]~[8-4]中任一项所述的成型品,其中,上述炭黑(b)的氮吸附比表面积与碘吸附量的比低于1.3。
[8-6]如[8]~[8-5]中任一项所述的成型品,其中,上述聚碳酸酯树脂(a)的粘度平均分子量为15,000~25,000。
[9]如[8]~[8-6]中任一项所述的成型品,其中,上述成型品包括上述高介电常数材料用树脂组合物(C)层和上述聚碳酸酯树脂(D)层,该聚碳酸酯树脂(D)层的厚度为0.1mm~5mm。
[10]如[8]~[9]中任一项所述的成型品,其中,上述高介电常数材料用树脂组合物(C)和/或上述聚碳酸酯树脂(D)含有无机填料。
另外,本发明的发明人研究的结果发现,通过使用特定的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收量的炭黑,可以得到解决了上述课题的着色用母料,从而完成了本发明。
本发明例如如下所述。
[11]一种含有(E)炭黑和(F)树脂材料的着色用母料,其中,上述(E)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g),上述(E)炭黑的碘吸附量为10~30(mg/g)。
[12]如[11]所述的着色用母料,其中,上述DBP吸收量为25~35(mL/100g)。
[13]如[11]或[12]所述的着色用母料,其中,上述(E)炭黑的含有比例为10~90质量%,上述(F)树脂材料的含有比例为10~90质量%。
[14]如[13]所述的着色用母料,其中,上述(E)炭黑的含有比例为40~90质量%,上述(F)树脂材料的含有比例为10~60质量%。
[15]如[11]~[14]中任一项所述的着色用母料,其中,上述(F)树脂材料为选自聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚缩醛系树脂中的一种以上。
[16]如[15]所述的着色用母料,其中,上述树脂材料为聚碳酸酯树脂。
[16-1]如[11]~[16]中任一项所述的着色用母料,其中,上述(E)炭黑的表面pH为3~8。
[17]如[11]~[16-1]中任一项所述的着色用母料,其中,还含有热稳定剂。
[18]含有[11]~[17]中任一项所述的着色用母料和被着色树脂的成型材料。
发明的效果
根据本发明,能够提供介电常数、电介质损耗角正切、外观等优异的高介电常数材料用树脂组合物和含有其的成型品。另外,也能够提供容易量产、不易在着色树脂成型品中发生外观不良的着色用母料。
具体实施方式
<第一方式>
本发明的第一方式的高介电常数材料用脂组合物含有(A)树脂材料和具有特定的物性的(B)炭黑。(B)炭黑的特征在于,DBP吸收量低、碘吸附量小。
(A)树脂材料
作为形成高介电常数材料用树脂组合物的基材的树脂材料,优选电介质损耗角正切低的树脂。树脂可以是热塑性树脂或热固性树脂的任一种,优选能够注射成型的热塑性树脂。例如,可以列举低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、超超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS树脂)等聚烯烃系树脂、聚苯醚树脂和聚苯乙烯系树脂的合金、聚苯醚树脂和聚酰胺系树脂的合金、聚苯醚树脂和聚烯烃系树脂的合金等改性聚苯醚树脂、聚碳酸酯树脂等。此外,也可以列举以聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂等为代表的聚酯树脂、以聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺MXD6等为代表的聚酰胺树脂、聚缩醛树脂等工程塑料、含有这些的合金。另外,根据希望,也能够使用液晶高分子、聚苯硫醚树脂、聚酰亚胺树脂这样的高耐热性的超级工程塑料、含有这些的合金。
其中优选的可列举聚碳酸酯树脂、改性聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂或聚碳酸酯/ABS合金,从成型加工性和耐热特性优异的方面出发,特别优选将聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂与聚苯乙烯系树脂合金化得到的改性聚苯醚。
(B)炭黑
本发明中使用的炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g),并且碘吸附量为5~40(mg/g)。优选DBP吸收量为25~35(mL/100g),并且碘吸附量为10~30(mg/g)。对于DBP吸收量而言,在JIS K6217-4:2001中记载了测定方法,以每100g吸收的DBP的容积(mL/100g)表示。另外,对于碘吸附量而言,在JIS K6217-1:2008中记载了测定方法,以炭黑的每单位重量吸附的碘量(mg/g)表示。并且常用作炭黑特性的指标。
一般而言,炭黑以颗粒彼此熔接的称为聚集体(aggregate)的状态存在,可以示意列举葡萄串为例子。将该聚集体的发达程度称为组织(structure),作为表示组织发达程度的指标使用DBP吸收量。碘吸附量是测定炭黑颗粒的包括细孔的总比表面积最有代表性的指标。
碘吸附量小时,可以说炭黑颗粒的比表面积小,树脂组合物中的颗粒彼此接触的可能性低。DBP吸收量小则意味着组织的发达程度低,颗粒彼此由熔接而获得的连接不发达。即具有这些特征的炭黑即使在树脂中大量添加,颗粒间也容易被树脂绝缘,另外,认为可能还会给树脂组合物带来因渗透阈值高而保持绝缘性、高介电常数和低电介质损耗角正切这样的介电特性。
炭黑的DBP吸收量超过50(mL/100g)时或碘吸附量超过40(mg/g)时,树脂组合物中的炭黑颗粒彼此接触而电连接的频率上升,电介质损耗角正切增大。与此同时,意味着树脂组合物中炭黑颗粒容易变得分散不良,因此,在熔融混炼时变得分散不良,分离的炭黑容易附着在压模附近。其结果,变得难以制造稳定的粒料,在注射成型品中发生波纹痕等外观不良,难以得到外观优异的成型品。
组织发达的炭黑则容易得到介电常数高的树脂组合物,但存在由聚集体的方向性引起的介电常数的异向性的问题、由于发生渗透而引起的电介质损耗角正切的增大的问题,特别是不适于作为天线部件。
DBP吸收量低于10(mL/100g)的炭黑,在炭黑的生产时对炭黑颗粒的制造装置的附着性增大,难以连续操作(日本特开2011-98995)。因此难以稳定地得到这样的炭黑。另外,碘吸附量低于5(mg/g)这样的炭黑在国内外均没有销售,难以稳定地购入。
作为本发明所使用的(B)炭黑,只要是具备特定的DBP吸收量和碘吸附量即可,对种类没有限制,能够根据目的适当选择。例如,可以列举通过油炉法将原料油不完全燃烧制造的油炉黑、通过特殊炉法制造的科琴黑、将乙炔气体作为原料制造的乙炔黑、在封闭空间中将原料直接燃烧制造的灯黑、通过天然气体的热分解制造的热裂法炭黑、使扩散火焰与槽钢的底面接触而补充的槽法炭黑等。作为市售品,有炉黑法的“旭#8”、“Asahi Thermal”(Asahi Carbon Co.,Ltd)。
另外,炭黑的表面pH有时显示稍碱性,有时候显示中性~酸性,但作为(A)树脂材料使用聚碳酸酯、聚酯时,这些树脂存在由于碱而水解的趋势。因此,作为(B)炭黑,中性~酸性的炭黑是合适的,表面pH优选为3~8。
在一个实施方式中,(B)炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)优选为5~40m2/g,更优选为10~30m2/g。氮吸附比表面积与碘吸附量同样,是表示炭黑的总比表面积的值,作为炭黑的特性的指标有用。氮吸附比表面积能够根据JIS K6217-2测定。炭黑的氮吸附比表面积处于上述范围的优点与碘吸附量同样,在介电常数、电介质损耗角正切等方面优选。
另外,氮吸附比表面积与碘吸附量的比(N2SA/IA)优选低于1.3,更优选低于1.1。通过将N2SA/IA处于上述范围的炭黑以后述的量添加,能够得到具有更优异的介电常数、电介质损耗角正切的树脂组合物。这样的树脂组合物能够表现稳定的介电性能。
高介电常数材料用树脂组合物中,(A)树脂材料和(B)炭黑分别以(A)40~80质量%和(B)20~60质量%的量含有。优选含有(A)树脂材料50~60质量%和(B)炭黑40~50质量%。只要是具备上述的特定的DBP吸收量和碘吸附量的炭黑,则在该范围内炭黑颗粒不发生渗透,可得到高介电常数且低电介质损耗角正切的树脂组合物。此外,介电特性、渗透阈值等特性在理论上依赖于体积分率。(B)炭黑以20~60质量%的量含有时,以体积分率计,大约相当于15~55体积%。
在高介电常数材料用树脂组合物中,为了提高树脂组合物的制造和成型工序的熔融混炼时、制品使用时的高温气氛气中的热稳定性,优选配合热稳定剂。作为热稳定剂,优选受阻酚系化合物、亚磷酸酯系化合物或膦酸酯系化合物和氧化锌等。
高介电常数材料用树脂组合物中,能够根据需要进一步添加其它的成分。作为这样的添加剂,可以列举填充剂、补强材料、耐侯性改良剂、发泡剂、润滑剂、流动性改良剂、耐冲击性改良剂、染料、颜料、分散剂等。
例如,作为填充剂、补强剂,可以使用有机、无机中的任一种,通常优选使用玻璃纤维、云母(白云母、黑云母、金云母等)、氧化铝、滑石、硅灰石、钛酸钾、碳酸钙、二氧化硅等无机物。这些相对于(A)树脂材料和特定的(B)炭黑的合计100质量份优选配合1~100质量份,更优选配合5~80质量份,更加优选配合5~60质量份。配合这些时,一般能够提高刚性、耐热性、尺寸精度等。这些之中,特别是白云母、氧化铝具有降低电介质损耗角正切的效果,故而更加优选。白云母、氧化铝的配合量优选相对于(A)树脂材料和特定的(B)炭黑的合计100质量份为5~100质量份,更优选为10~50质量份。
例如作为耐冲击改良剂,一般而言,只要在树脂组合物中配合而能够改善其耐冲击性的即可,没有特别限定,具体而言,可以列举含有SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、SEBS(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)等苯乙烯-丁二烯系嵌段聚合物及其加氢物、SIS(苯乙烯-异丙烯-苯乙烯)、SEPS(苯乙烯-乙烯-丙烯-苯乙烯)等苯乙烯-异丙烯系嵌段聚合物及其加氢物、烯烃系弹性体、聚酯系弹性体、有机硅系橡胶、丙烯酸酯系橡胶、烷基(甲基)丙烯酸酯系聚合物的多层结构聚合物、包含有机硅系橡胶和丙烯酸酯系橡胶成分的复合橡胶中接枝共聚乙烯系单体而成的复合橡胶系接枝共聚物等。这些的配合量相对于(A)树脂材料和特定的(B)炭黑的合计100质量份优选为3~20质量份,更优选为5~10质量份。
本发明的高介电常数材料用树脂组合物含有(A)树脂材料和特定的(B)炭黑,例如经过将(A)树脂材料和特定的(B)炭黑熔融混炼的工序制造。另外,也能够通过使树脂材料在溶解其的溶剂中均匀分散而得到的清漆中除去溶剂的方法得到。
本申请中使用的(B)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g)、并且碘吸附量为5~40(mg/g),与超过这些数值范围的上限的通常的炭黑相比,在熔融树脂中的分散性良好。因此,本发明的高介电常数材料用树脂组合物适于通过利用挤出机的熔融混炼制造。
熔融混炼例如能够如下进行:在(A)树脂材料中配合(B)炭黑,进一步根据需要配合如上所述的热稳定剂、添加剂,利用亨舍尔混合机、带状混合机、V型混合机等均匀混合之后,用单螺杆或多螺杆混炼挤出机、辊、班伯利混合机、Labo Plasto Mill(Brabender)等加热,以熔融状态进行混炼。此外,也能够代替一起混合和混炼全部成分,预先混合几个成分或不预先混合而在混炼途中供给。
混炼温度和混炼时间根据目的高介电常数材料用树脂组合物、混炼机的种类等而不同,通常,混炼温度为200~350℃,优选为220~320℃,混炼时间优选为20分钟以下。超过350℃或20分钟时,树脂材料的热劣化形成问题,有时发生成型品的物性的降低、外观不良。这样操作得到的高介电常数材料用树脂组合物粒料能够使用热塑性树脂中一般使用的成型法,例如注射成型法、挤出成型法、中空成型法、热成型法、压制成型法等形成为成型品。其中,从生产率、制品性能的观点出发,优选注射成型法。
本发明的高介电常数材料用树脂组合物能够容易地制造。另外,注射成型品的外观也没有波纹痕等而良好,因此适于天线部件。为了使天线部件小型化,树脂组合物的介电常数优选为4以上,更优选为6以上,更加优选为8以上,特别优选为9以上。这是由于如果介电常数小则无法使天线部件充分小的缘故。从小型化的观点出发,介电常数的上限没有特别限定,但是如果介电常数过大则天线尺寸过小,因此在实用上优选为30以下,更优选为14以下,更加优选为12以下,特别优选为11以下。电介质损耗角正切越小则从天线放出电波的效率越高,电池耐用,因此优选为0.05以下,更优选为0.03以下,特别优选为0.01以下。
将使用树脂组合物的成型品制成天线部件时,在成型品表面形成导体的天线图案,在使用上述高介电常数材料用树脂组合物时,能够通过标准的ABS用的无电解镀铜处理等容易地形成图案。无电解镀铜处理通常包括前处理、化学蚀刻、催化剂添加、活化、化学镀的工序,化学蚀刻工序中的表面粗化引起的细微的凹凸形状的形成对镀金属和树脂的粘附性的影响很大。由于上述的特定的DBP吸收量的炭黑在树脂中的分散性良好,所以即使配合量多也不渗出,即使表面粗化,炭黑颗粒也不易在成型品表面游离。因此,无电解铜镀对树脂组合物的粘附性良好。
〔实施例A〕
通过实施例更详细地说明上述第一方式,但本发明不受这些实施例的限定。其中,在以下的实施例中,作为各成分使用如下所示的物质。
(A)树脂材料
(a1)聚碳酸酯树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:S-3000FN”
(a2)聚苯醚树脂
聚(2,6-二甲基-1,4-亚苯基)醚(以下简记为“PPE”);三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:PX100L”,氯仿中测得的30℃的特性粘度0.47dl/g。
(a3)高冲力聚苯乙烯树脂(以下简记为“HIPS”)
日本聚苯乙烯株式会社制,“商品名:HT478”,重均分子量200,000,MFR 3.0g/10分(其中,以200℃×5kg的条件测定)。
(B)炭黑
(b1)Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:旭#8”
(b2)Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:Asahi Thermal”
(b3)Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:旭#15”
(b4)Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:旭#35”
(b5)Tokai Carbon Co.,Ltd制,“商品名:Seast TA”
(b6)Tokai Carbon Co.,Ltd制,“商品名:Seast S”
(b7)Tokai Carbon Co.,Ltd制,“商品名:Toka Black#7270SB”
(b8)Tokai Carbon Co.,Ltd制,“商品名:Toka Black#7100F”
在下述表A中总结所使用的炭黑的物性。
[表A]
(C)热稳定剂
(c1)四(2,4-二叔丁基苯基)[1,1-联苯基]-4,4’-二基双膦酸酯;CibaSpecialty Chemicals公司制,“商品名:IRGAFAS P-EPQ”
(c2)三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯;Adeka Argus株式会社制,“商品名:ADK STAB 2112”
实施例A1~A10和比较例A1~A7
以表1和表2所示的比例,配合聚碳酸酯树脂、聚苯醚树脂、聚苯乙烯系树脂、炭黑和热稳定剂,用转鼓混合机均匀混合。将其投入双螺杆挤出机(日本制钢所制,“TEX30α”,螺杆径30mm,L/D=63)的上游部分,以料筒温度265℃、螺杆转速400rpm进行熔融混炼,制造树脂组合物的粒料。使所得到的粒料进行100℃×4小时的干燥后,进行下面的(1)和(2)的评价。将评价结果示于表1和表2。
(评价方法)
(1)介电特性
使用以上述方法得到的树脂组合物粒料,用注射成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件制造100mm×100mm×厚度3mm的板状成型品,使用材料分析仪(Agilent公司制,4291A)在室温以1GHz测定介电常数和电介质损耗角正切。
此外,将不含炭黑的聚碳酸酯单独的介电特性和改性聚苯醚单独的介电特性作为参考例A1、A2示于表2。
(2)外观
使用以上述方法得到的树脂组合物粒料,用注射成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件制造100mm×100mm×厚度3mm的板状成型品。通过目视对所得到的成型品中产生的波纹痕进行外观评价。目视评价以5分满分的分数(5分:极其良好,4分:良好,3分:稍良好,2分:稍差,1分:差)进行。
(3)镀特性
使用实施例A4和比较例A4的外观评价中使用的板状成型品,通过标准ABS用无电解铜镀条件中的前处理、化学蚀刻、催化剂添加、活化和化学镀的工序,制作形成有厚度2μm的铜覆膜的镀被覆体。镀覆膜的粘附性的评价通过JIS-H8504-15(剥离试验)进行。在上述镀被覆体中,在镀覆膜上以2mm间隔在纵横方向切入切痕直至被镀体,形成25个格子状棋盘格。此后,在该格子状棋盘格贴附满足JIS Z1522的规定的Nichiban Co.,Ltd.制Cellotape CT-18,势头良好地剥离。通过计算在镀覆膜表面残存的上述棋盘格的个数,评价胶带剥离的覆膜残存率。
实施例A4中使用的板状成型品没有发现镀膜的剥离,覆膜的残存率为100%。另一方面,比较例A4中使用的成型品的覆膜残存率为0%。另外,比较例A4中使用的成型品中在剥离的镀覆膜上附着有炭黑。这认为是由于比较例A4的树脂组合物含有DBP吸收量大(110mL/100g)的#7100F,从而成型品表面遍布存在炭黑的缘故。
[表1]
[表2]
从表可知,实施例A1~A10的高介电常数用树脂成型品不仅作为电介质的特性优异,而且制造容易且成型品外观优异。另一方面,可知含有本发明中没有规定的炭黑的比较例A2~A7的成型品作为电介质的特性差,特别是电介质损耗角正切增大。另外,可知成型品的外观差。另外,可知即使使用本发明规定的炭黑,如果含量少,则介电常数的提高也不充分。
上述第一方式的树脂组合物作为电介质的特性优异,特别是适合作为要求高介电常数和低电介质损耗角正切的天线部件中所使用的高介电常数材料。另外,机械强度优异,能够容易地量产,成型品的外观、镀粘附性也良好。炭黑的比重与陶瓷粉末相比较小,因此能够实现天线的小型化和轻质化。因此,上述第一方式的树脂组合物适合便携电话等的天线部件用的材料。
<第二方式>
本发明的第二方式的成型品是含有聚碳酸酯树脂(a)和特征在于DBP吸收量低、碘吸附量小的炭黑(b)的高介电常数材料用树脂组合物(C)和聚碳酸酯树脂(D)的二色成型品。
(1)聚碳酸酯树脂
本发明的成型品中,有作为高介电常数材料用树脂组合物(C)的原料树脂的聚碳酸酯树脂(a)和作为二色成型时复合的对象材料的聚碳酸酯树脂(D)。均能够没有特别限制地采用公知的聚碳酸酯树脂。作为公知的聚碳酸酯树脂,可以列举热塑性的芳香族聚碳酸酯树脂、脂肪族聚碳酸酯树脂、芳香族-脂肪族聚碳酸酯树脂,其中,优选芳香族聚碳酸酯树脂。该芳香族聚碳酸酯树脂一般通过使芳香族二羟基化合物与碳酰氯或碳酸的二酯反应得到。
作为该芳香族二羟基化合物,可以列举2,2-双(4-羟基苯基)丙烷(=双酚A)、四甲基双酚A、双(4-羟基苯基)-P-二异丙基苯、氢醌、间苯二酚、4,4-二羟基联苯等,优选列举双酚A。另外,为了进一步提高阻燃性,能够使用在上述的芳香族二羟基化合物中结合1个以上磺酸四烷基磷的化合物、具有硅氧烷结构、在两末端含有酚性OH基的聚合物或者寡聚物。
作为本发明中所使用的芳香族聚碳酸酯树脂,优选列举从2,2-双(4-羟基苯基)丙烷衍生的聚碳酸酯树脂、或2,2-双(4-羟基苯基)丙烷与其它芳香族二羟基化合物衍生的聚碳酸酯共聚物。另外,也可以并用2种以上的聚碳酸酯树脂。
高介电常数材料用树脂组合物(C)以20~60质量%大量含有炭黑,也要求薄壁的成型性。因此,作为原料树脂的聚碳酸酯树脂(a)优选为比较低粘度的聚碳酸酯树脂。具体而言,作为溶剂使用二氯甲烷,以温度25℃测得的溶液粘度换算得到的粘度平均分子量为15,000~25,000是合适的。与高介电常数材料用树脂组合物(C)复合的对象材料的聚碳酸酯树脂(D)只要具有能够发挥聚碳酸酯树脂本来的耐冲击性的分子量即可,能够没有特别限制地使用,优选上述的粘度平均分子量为20,000~30,000。从机械强度和成型性的观点出发,优选使用具有上述范围的粘度平均分子量的聚碳酸酯。
(2)炭黑(b)
本发明中使用的炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g),并且碘吸附量为5~40(mg/g)。优选DBP吸收量为25~35(mL/100g),并且碘吸附量为10~30(mg/g)。对于DBP吸收量而言,在JIS K6217-4:2001中记载了测定方法,以每100g吸收的DBP的容积(mL/100g)表示。另外,对于碘吸附量而言,在JIS K6217-1:2008中记载了测定方法,以炭黑的每单位重量吸附的碘量(mg/g)表示。并且常用作炭黑特性的指标。
一般而言,炭黑以颗粒彼此熔接的称为聚集体(aggregate)的状态存在,可以示意列举葡萄串为例子。将该聚集体的发达程度称为组织(structure),作为表示组织发达程度的指标使用DBP吸收量。碘吸附量是测定炭黑颗粒的包括细孔的总比表面积最有代表性的指标。
碘吸附量小时,可以说炭黑颗粒的比表面积小,树脂组合物中的颗粒彼此接触的可能性低。DBP吸收量小则意味着组织的发达程度低,颗粒彼此由熔接而获得的连接不发达。即具有这些特征的炭黑即使在树脂中大量添加,颗粒间也容易被树脂绝缘,另外,认为可能还会给树脂组合物带来因渗透阈值高而保持绝缘性、高介电常数和低电介质损耗角正切这样的介电特性。
炭黑的DBP吸收量超过50(mL/100g)时或碘吸附量超过40(mg/g)时,树脂组合物中的炭黑颗粒彼此接触而电连接的频率上升,电介质损耗角正切增大。与此同时,意味着树脂组合物中炭黑颗粒容易变得分散不良,因此,在熔融混炼时变得分散不良,分离的炭黑容易附着在压模附近。其结果,变得难以制造稳定的粒料,在注射成型品中发生波纹痕等外观不良,难以得到外观优异的成型品。
组织发达的炭黑则容易得到介电常数高的树脂组合物,但存在由聚集体的方向性引起的介电常数的异向性的问题、由于发生渗透而引起的电介质损耗角正切的增大的问题,特别是不适于作为天线部件。
DBP吸收量低于10(mL/100g)的炭黑,在炭黑的生产时对炭黑颗粒的制造装置的附着性增大,难以连续操作(日本特开2011-98995)。因此难以稳定地得到这样的炭黑。另外,碘吸附量低于5(mg/g)这样的炭黑在国内外均没有销售,难以稳定地购入。
作为本发明所使用的(b)炭黑,只要是具备特定的DBP吸收量和碘吸附量即可,对种类没有限制,能够根据目的适当选择。例如,可以列举通过油炉法将原料油不完全燃烧制造的油炉黑、通过特殊炉法制造的科琴黑、将乙炔气体作为原料制造的乙炔黑、在封闭空间中将原料直接燃烧制造的灯黑、通过天然气体的热分解制造的热裂法炭黑、使扩散火焰与槽钢的底面接触而补充的槽法炭黑等。作为市售品,有炉黑法的“旭#8”、“Asahi Thermal”(Asahi Carbon Co.,Ltd)。
在一个实施方式中,(b)炭黑的氮吸附比表面积(N2SA)优选为5~40m2/g,更优选为10~30m2/g。氮吸附比表面积与碘吸附量同样,是表示炭黑的总比表面积的值,作为炭黑的特性的指标有用。氮吸附比表面积能够根据JIS K6217-2测定。炭黑的氮吸附比表面积处于上述范围的优点与碘吸附量同样,在介电常数、电介质损耗角正切等的方面优选。
另外,氮吸附比表面积与碘吸附量的比(N2SA/IA)优选低于1.3,更优选低于1.1。通过将N2SA/IA处于上述范围的炭黑以后述的量添加,能够得到具有更优异的介电常数、电介质损耗角正切的树脂组合物。这样的树脂组合物能够表现稳定的介电性能。
构成本发明的成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)含有聚碳酸酯树脂(a)40~80质量%和炭黑(b)20~60质量%。优选含有聚碳酸酯树脂(a)50~60质量%和炭黑(b)40~50质量%。只要是具备上述的特定的DBP吸收量和碘吸附量的炭黑,则在该范围内炭黑颗粒不发生渗透,可得到高介电常数且低电介质损耗角正切的树脂组合物。此外,介电特性、渗透阈值等特性在理论上依赖于体积分率。(b)炭黑以20~60质量%的量含有时,以体积分率计,大约相当于15~55体积%。
在构成本发明的成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)中,为了提高树脂组合物的制造和成型工序的熔融混炼时、制品使用时的高温气氛气中的热稳定性,优选配合热稳定剂。作为热稳定剂,优选受阻酚系化合物、亚磷酸酯系化合物或膦酸酯系化合物和氧化锌等。
构成本发明的成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)中,能够根据需要进一步添加其它的成分。作为这样的添加剂,可以列举填充剂、补强材料、耐侯性改良剂、发泡剂、润滑剂、流动性改良剂、耐冲击性改良剂、染料、颜料、分散剂等。例如,作为填充剂、补强剂,可以使用有机、无机中的任一种,通常优选使用玻璃纤维、云母(白云母、黑云母、金云母等)、氧化铝、滑石、硅灰石、钛酸钾、碳酸钙、二氧化硅等无机物。这些相对于碳酸酯树脂(a)和特定的炭黑(b)的合计100质量份优选配合1~100质量份,更优选配合5~80质量份,更加优选配合5~60质量份。配合这些时,一般能够提高刚性、耐热性、尺寸精度等。这些之中,特别是白云母、氧化铝具有降低电介质损耗角正切的效果,故而更加优选。白云母、氧化铝的配合量优选为5~100质量份,更优选为10~50质量份。
与高介电常数材料用树脂组合物(C)复合的对象材料的聚碳酸酯树脂(D),为了提高冲击强度,能够含有弹性体作为耐冲击性改良剂。作为该弹性体没有特别限定,优选多层结构聚合物。作为多层结构聚合物,例如,可以列举含有烷基(甲基)丙烯酸酯系聚合物的物质。这些多层结构聚合物,例如,为通过以后一阶段的聚合物依次包覆前一阶段的聚合物的方式连续进行多阶段种子重合而制造的聚合物。作为基本的聚合物结构,为具有作为玻璃化转变温度低的交联成分的内核层、和改善组合物与基质的粘接性的由高分子化合物构成的最外核层的聚合物。作为形成这些多层结构聚合物的最内核层的成分,能够选择玻璃化转变温度为0℃以下的橡胶成分。作为这些橡胶成分,可以列举丁二烯等橡胶成分、苯乙烯/丁二烯等橡胶成分、烷基(甲基)丙烯酸酯系聚合物的橡胶成分、聚有机硅氧烷系聚合物和烷基(甲基)丙烯酸酯系聚合物络合而成的橡胶成分、或者并用这些的橡胶成分。另外,作为形成最外核层的成分,可以列举芳香族乙烯基单体或者非芳香族系单体或者这些的2种以上的共聚物。作为芳香族乙烯基单体,能够列举苯乙烯、乙烯基甲苯、α-甲基苯乙烯、单氯苯乙烯、二氯苯乙烯、溴苯乙烯等。这些之中,特别优选使用苯乙烯。作为非芳香族系单体,能够列举(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯等烷基(甲基)丙烯酸酯、丙烯腈、甲基丙烯腈等氰化乙烯、氰化亚乙烯等。
高介电常数材料用树脂组合物(C)由于大量含有炭黑,对象材料的收缩率的不同,因此,二色成型品有时候发生翘曲。为了减少收缩率之差,能够在对象材料的聚碳酸酯树脂(D)配合无机填充材料。
构成本发明的成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)含有聚碳酸酯树脂(a)和特定的炭黑(b),例如,通过将聚碳酸酯树脂(a)和特定的炭黑(b)熔融混炼的工序制造。另外,也能够通过从使聚碳酸酯树脂(a)在溶解其的溶剂中均匀分散而得到的清漆中除去溶剂的方法得到。
本发明中所使用的炭黑(b)的DBP吸收量为10~50(mL/100g),并且碘吸附量为5~40(mg/g),与超过这些数值范围的上限的通常的炭黑相比,在熔融树脂中的分散性良好。因此,适于通过利用挤出机的熔融混炼制造。由于炭黑没有作为聚碳酸酯树脂的水解催化剂的功能,因此,即使在熔融时的高温下聚碳酸酯树脂也不分解,热稳定性良好。
熔融混炼例如能够如下进行:在聚碳酸酯树脂(a)中配合炭黑(b),进一步根据需要配合如上所述的热稳定剂、添加剂,利用亨舍尔混合机、带状混合机、V型混合机等均匀混合之后,用单螺杆或多螺杆混炼挤出机、辊、班伯利混合机、Labo Plasto Mill(Brabender)等加热,以熔融状态进行混炼。此外,也能够代替一起混合和混炼全部成分,预先混合几个成分或不预先混合而在混炼途中供给。
混炼温度和混炼时间根据目的高介电常数材料用树脂组合物(C)、混炼机的种类等而不同,通常,混炼温度为200~350℃,优选为220~320℃,混炼时间优选为20分钟以下。超过350℃或20分钟时,树脂材料的热劣化形成问题,有时发生成型品的物性的降低、外观不良。这样操作可得到高介电常数材料用树脂组合物(C)的粒料。
本发明的成型品是将上述高介电常数材料用树脂组合物(C)和聚碳酸酯树脂(D)进行二色成型得到的。二色成型是在由高介电常数材料用树脂组合物(C)或聚碳酸酯树脂(D)的一种所构成一次材的成型品的表层,将另一种材料作为二次材进行注射成型来进行。例如,使用腔室长度100mm、宽度100mm、厚度1.5mmt的模具,作为一次材将高介电常数材料用树脂组合物(C)进行注射成型。接着,使用腔室长度100mm、宽度100mm、厚度3mmt的模具,将通过上述方法得到的成型体插入模具之后,作为2次材将聚碳酸酯树脂(D)进行注射成型。也可以作为一次材使用聚碳酸酯树脂(D),作为二次材使用高介电常数材料用树脂组合物(C)。另外,一次材也可以是挤出成型得到的,还可以是再将其进行热成型而赋形得到的。这些的成型条件只要是树脂不劣化的条件即可,没有特别限定。
二色成型品形成为包括高介电常数材料用树脂组合物(C)的层和聚碳酸酯树脂(D)的层的叠层体。聚碳酸酯树脂(D)的层由于发挥耐冲击性的作用,优选在成型品中具有0.1mm以上的层厚度。另外,在过厚时有时夏氏冲击值降低。因此,层的厚度优选为0.1~5mm。
本发明的成型品能够容易地制造。注射成型品的外观也没有波纹痕等而良好的,因此适于天线部件。天线回路形成于二色成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)侧。作为天线用途而对树脂材料要求的介电特性,可以仅在天线回路附近的部分即可,因此,即使在高介电常数材料用树脂组合物(C)层的相反侧为介电常数不高的聚碳酸酯树脂(C)层时,对天线的性能也没有影响。
为了使天线部件小型化,高介电常数材料用树脂组合物(C)的介电常数优选为4以上,更优选为6以上,更加优选为8以上,特别优选为9以上。这是由于如果介电常数小则无法使天线部件充分小的缘故。从小型化的观点出发,介电常数的上限没有特别限定,但是如果介电常数过大则天线尺寸过小,因此在实用上优选为30以下,更优选为14以下,更加优选为12以下,特别优选为11以下。电介质损耗角正切越小则从天线放出电波的效率越高,电池耐用,因此优选为0.05以下,更优选为0.03以下,特别优选为0.01以下。
〔实施例B〕
通过实施例更详细说明上述第二方式,但本发明不受这些实施例的限定。其中,在以下的实施例中,作为各成分使用如下所示的物质。
聚碳酸酯树脂:三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:S-3000FN,粘度平均分子量22,000”
炭黑:Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:旭#8”,DBP吸收量30(mL/100g),碘吸附量(AI)12(mg/g),氮吸附比表面积(N2SA)12(m2/g),N2SA/AI 1.0
热稳定剂:三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯;Adeka Argus株式会社制,“商品名:ADK STAB 2112”
[高介电常数材料用树脂组合物(C)的制造]
配合聚碳酸酯树脂(S-3000FN)6kg、炭黑(旭#8)4kg和热稳定剂(ADK STAB 2112)3g,用转鼓混合机均匀混合。将其投入双螺杆挤出机(日本制钢所制,“TEX30α”,螺杆径30mm,L/D=63)的上游部分,以料筒温度265℃、螺杆转速400rpm进行熔融混炼,制造高介电常数材料用树脂组合物(C)的粒料。在原料供给口中,稳定于材料不发生交联等,并稳定于运转条件和树脂压力也没有变动。挤出的树脂束可以不使用特别的网眼带等的设备,而利用通常的水冷槽进行造粒。使用所得到的粒料进行以下的评价。
(1)介电特性
将高介电常数材料用树脂组合物(C)的粒料投入注射成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件制造100mm×100mm×厚度3mm的板状成型品,使用材料分析仪(Agilent公司制,4291A)在室温以1GHz测定介电常数和电介质损耗角正切。介电常数为9.4,电介质损耗角正切为0.0081。
(2)外观
将高介电常数材料用树脂组合物(C)的粒料投入注射成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件制造100mm×100mm×厚度3mm的板状成型品。通过目视对所得到的成型品中产生的波纹痕进行外观评价。评价以5分满分的分数(5分:极其良好,4分:良好,3分:稍良好,2分:稍差,1分:差)进行,为5分。
实施例B1~B4和比较例B1
作为一次材使用聚碳酸酯树脂(S3000-FN),通过注射成型制造厚度1mmt、1.5mmt和2mmt的方板(100×100mm)。使用相同的聚碳酸酯树脂,通过挤出成型制造厚度1mmt的片材,切割为100×100mm的大小。将这些4种厚度的一次材插入腔室长度100mm、宽度100mm、厚度3mmt的模具中。作为二次材使用上述高介电常数材料用树脂组合物(C),通过注射成型得到厚度3mmt的二色成型品(实施例B1~B4)。另外,在相同的模具中不插入一次材地将高介电常数材料用树脂组合物(C)进行注射成型,得到厚度3mmt的成型品(比较例B1)。对各成型品进行下述的落球冲击试验评价。
(3)落球冲击试验
基于JIS K7211进行。将二色成型品的高介电常数材料用树脂组合物(C)侧的面作为铁球碰撞的面实施试验,使用阶梯法的计算,计算50%冲击破坏能E50,评价二色成型品的冲击特性。结果示于表3。
[表3]
表3
从表可知,实施例B1~B4的高介电常数材料用树脂成型品不仅作为电介质的特性优异,而且制造容易且成型品的外观优异,为耐冲击性优异的成型品。另一方面,不进行二色成型的比较例B1的介电特性优异,但冲击特性非常低,在便携电话机器等的用途中不能说具有充分的特性。
上述第二方式的成型品作为电介质的特性优异,特别是作为用于要求高介电常数和低电介质损耗角正切的天线部件的高介电常数材料是合适的。另外,由于能够与冲击特性优异的聚碳酸酯进行二色成型,因此能够形成为改善了单一的高介电常数材料用树脂组合物中作为问题的冲击特性的成型品。
<第三方式>
本发明的第三方式的着色用母料含有具有特定的物性的(E)炭黑和(F)树脂材料。(E)炭黑的特征在于DBP吸收量低。
(E)炭黑
本发明所使用的炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g),优选DBP吸收量为25~35(mL/100g)。对于DBP吸收量而言,在JISK6217-4:2001中记载了测定方法,以每100g吸收的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)的容积(mL/100g)表示,用作炭黑特性的指标。
一般而言,炭黑以颗粒彼此熔接的称为聚集体(aggregate)的状态存在,可以示意列举葡萄串为例子。将该聚集体的发达程度称为组织(structure),作为表示组织发达程度的指标使用DBP吸收量。炭黑的DBP吸收量超过50(mL/100g)时,难以使炭黑颗粒以高浓度分散。另外,DBP吸收量低于10(mL/100g)的炭黑,在炭黑的生产时对炭黑颗粒的制造装置的附着性增大,难以连续操作(日本特开2011-98995)。
作为本发明使用的(E)炭黑,只要具备特定的DBP吸收量即可,对种类没有限制,能够根据目的适当选择。例如,可以列举通过油炉法将原料油不完全燃烧制造的油炉黑、通过特殊炉法制造的科琴黑、将乙炔气体作为原料制造的乙炔黑、在封闭空间中将原料直接燃烧制造的灯黑、通过天然气体的热分解制造的热裂法炭黑、使扩散火焰与槽钢的底面接触而补充的槽法炭黑等。作为市售品,有炉黑法的“旭#8”、“Asahi Thermal”(Asahi Carbon Co.,Ltd)。
作为炭黑的形状的另一个指标,为碘吸附量。其测定方法记载于JIS K6217-1:2008中,以每单位重量当吸附的碘量(mg/g)表示。碘吸附量是表示包括炭黑颗粒的细孔的总比表面积最有代表性的指标,与DBP吸收量具有某种程度的相关。本发明中使用的(E)炭黑优选碘吸附量为10~30(mg/g)。
通常,对于以赋予树脂组合物导电性的目的而通用的炭黑而言,DBP吸收量、碘吸附量越大越合适,相对于此,本发明所使用的炭黑的特征在于将DBP吸收量限定于低的范围。
另外,炭黑的表面pH有时显示稍碱性,有时候显示中性~酸性,但作为(F)树脂材料使用聚碳酸酯、聚酯时,这些树脂存在由于碱而水解的趋势。因此,作为(E)炭黑,中性~酸性的炭黑是合适的,表面pH优选为3~8。
(F)树脂材料
本发明的树脂材料优选为热塑性树脂。例如,可以列举低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、超超低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、低分子量聚乙烯、超高分子量聚乙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚丙烯等聚烯烃系树脂、聚苯乙烯、耐冲击性聚苯乙烯、丙烯腈/苯乙烯共聚物(AS树脂)、丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物(ABS树脂)等苯乙烯系树脂、聚苯醚树脂和聚苯乙烯系树脂的合金、聚苯醚树脂和聚酰胺系树脂的合金、聚苯醚树脂和聚烯烃系树脂的合金等改性聚苯醚树脂、聚碳酸酯树脂等。此外,也可以列举聚对苯二甲酸丁二醇酯树脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂等为代表的聚酯树脂、以聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺MXD6等为代表的聚酰胺树脂、聚缩醛树脂等工程塑料、含有这些的合金。另外,根据希望,也能够使用液晶高分子、聚苯硫醚树脂、聚酰亚胺树脂这样的高耐热性的超级工程塑料、含有这些的合金。
通常,作为母料用原料树脂的树脂材料,如后所述,只能使用聚苯乙烯、AS树脂这样的树脂。另一方面,本发明的着色用母料中,通过组合特定的(E)炭黑,树脂材料能够实质上没有限制地使用。上述之中,优选聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚缩醛系树脂。从能够添加更高浓度的炭黑的方面出发,特别优选聚碳酸酯树脂。
炭黑的聚集性高,聚集体彼此容易通过Van Der Waals力、简单集合、附着、络合等形成2次聚集体(聚集块)。在树脂中配合时也维持聚集结构,因此,认为这是形成成型品的“颗粒”的原因。由于含有高浓度的(E)炭黑的母料与作为原料的(F)树脂材料相比,粘度大幅上升,因此,难以进行破坏其聚集结构的强力混炼,至今为止,作为(F)树脂材料使用聚苯乙烯、AS树脂、低聚物等低粘度材料。但是,利用这样的母料将工程塑料着色时,由于(F)树脂材料为低粘度或者与被着色树脂不同种类,因此,有时使混合后的树脂组合物的机械物性等降低。因此,(F)树脂材料期望为与被着色树脂同一种类且为同程度的分子量。
另外,本发明中使用的(F)树脂材料的熔融粘度没有特别限定。优选为100~2000Pa·s(280℃、100/sec)。
本发明的着色用母料中,(E)炭黑和(F)树脂材料的含有比例没有特别限定,通常(E)炭黑为10~90质量%,(F)树脂材料为10~90质量%。着色用炭母料中,要求能够以高浓度含有炭黑,炭黑颗粒能够不聚集而以分散的状态存在。
根据JIS K6217-4:2008,炭黑的最小构成单元为微颗粒熔着得到的1次聚集体(aggregate)。每一个聚集体的微颗粒的个数越多,可以说其组织越发达。由于聚集体分支而构成为复杂的结构,因此具有空隙部分,组织越发达的炭黑其容积越大。DBP油被摄入聚集体所存在的空隙中,因此,炭黑的DBP吸收量为填满聚集体的空隙所需要的DBP量。因此,说明了DBP吸收量为评价炭黑的组织的发达程度的方法。即,在炭黑中混合了DBP吸收量以下的DBP油时,由于添加的DBP油全部被空隙吸收,所以形成为干巴巴的状态而不一致。即,颗粒彼此聚集,分散状态不良好。另外,添加DBP吸收量以上的DBP油时,DBP油充满空隙,过剩的DBP油存在于聚集体间,因此,能够形成为良好的分散状态。能够认为在树脂中分散时也是同样的,越低DBP吸收量的炭黑,分散状态越良好,并且能够大量添加。期望高浓度的母料这样的,能够降低母料中所含的(F)树脂材料的比例,不对被着色树脂所具有的特性产生影响。
本发明的着色用母料中使用的特定的DBP吸收量的(E)炭黑能够以高浓度在树脂中配合。因此,本发明的着色用母料中(E)炭黑的含有比例优选为40~90质量%,更优选为60~90质量%。此时,着色用母料中的(F)树脂材料的含有比例优选为10~60质量%,更优选为10~40质量%。
本发明的着色用母料中,为了提高树脂组合物的制造和成型工序中的熔融混炼时、制品使用时的高温气氛气中的热稳定性,能够配合热稳定剂。作为热稳定剂,优选受阻酚系化合物、亚磷酸酯系化合物或膦酸酯系化合物和氧化锌等。
另外,也能够根据需要配合可在树脂组合物中添加的公知的紫外线吸收剂、其它的染颜料、抗静电剂、阻燃剂、脱模剂、冲击改良用弹性体等。
本发明的着色用母料含有特定的(E)炭黑和(F)树脂材料,例如能够经过将特定的(E)炭黑和(F)树脂材料熔融混炼的工序制造。
本申请中使用的(E)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g)与超过这些数值范围的上限的通常的炭黑相比,在熔融树脂中的分散性良好。因此,适于通过利用挤出机的熔融混炼制造。
熔融混炼例如能够如下进行:配合(E)炭黑(F)树脂材料,进一步根据需要配合上述的热稳定剂、添加剂,利用亨舍尔混合机、带状混合机、V型混合机等均匀混合之后,用单螺杆或多螺杆混炼挤出机、辊、班伯利混合机、Labo Plasto Mill(Brabender)、加压型捏合机等加热,以熔融状态进行混炼。此外,也能够代替一起混合和混炼全部成分,预先混合几个成分或不预先混合而在混炼途中供给。
对于混炼温度和混炼时间而言,通常,混炼温度为200~350℃,优选为220~320℃,混炼时间优选为20分钟以下。超过350℃或20分钟时,树脂材料的热劣化形成问题,有时发生成型品的物性的降低、外观不良。
所得到的粒料状的母料可以直接与被着色树脂熔融混炼,制造着色的成型材料,也可以根据被着色树脂的性状用粉碎机等粗颗粒化之后使用。利用班伯利混合机、加压捏合机得到的块状的母料也能够根据被着色树脂的性状用粉碎机等粗颗粒化为适当的尺寸之后使用。
作为使用上述母料着色的对象的被着色树脂,能够使用与作为母料的原料树脂在上述(F)树脂材料中说明的树脂同样的树脂。如上所述,被着色树脂优选与母料中的树脂材料相同。
根据本发明的一个实施方式,可以提供含有上述着色用母料和被着色树脂的成型材料。使用该成型材料,能够根据用途制造成型品。〔实施例C〕
通过实施例更详细地说明上述第三方式,但本发明不受这些实施例的限定。其中,在以下的实施例、比较例中,作为各成分使用如下所示的物质。
(E)炭黑
(e1)Asahi Carbon Co.,Ltd制,“商品名:旭#8”,DBP吸收量30(mL/100g),PH=7.5,碘吸附量12(mg/g)
(e2)三菱化学株式会社制,“商品名:MA600”,DBP吸收量115(mL/100g),PH=7,碘吸附量40(mg/g)
(F)树脂材料
(f1)聚碳酸酯树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:H-4000FN”
粘度平均分子量16000,熔融粘度250Pa·s(280℃,100/sec)
(f2)聚碳酸酯树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:S-3000FN”
粘度平均分子量22000,熔融粘度850Pa·s(280℃,100/sec)
(f3)芳香族聚酰胺树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:Reny 6001”
粘度平均分子量17000,熔融粘度100Pa·s(280℃,100/sec)
(G)热稳定剂
(g1)亚磷酸酯系抗氧化剂:Adeka Argus株式会社制,“商品名:ADKSTAB 2112”
(g2)受阻酚系抗氧化剂:BASF Japan株式会社,“商品名:IRGANOX1098”
(H)被着色树脂
(h1)聚碳酸酯树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:S-3000FN”
粘度平均分子量22000
(h2)玻璃纤维强化芳香族聚酰胺树脂
三菱工程塑料株式会社制品,“商品名:Reny 1002H”
(在Reny 6001中配合30%玻璃纤维得到的树脂)
实施例C1~C7和比较例C1~C3
以表4所示的比例,配合炭黑、聚碳酸酯树脂、聚酰胺树脂和热稳定剂,用转鼓混合机均匀混合。将其投入双螺杆挤出机(日本制钢所制,“TEX30α”,螺杆径30mm,L/D=63)的最上游部分,通过熔融混炼制造着色用母料。挤出混炼条件如下所述。
(实施例C1~C6):料筒温度265℃,螺杆转速400rpm,排出量20Kg/h。
(实施例C7):料筒温度270℃,螺杆转速300rpm,排出量20Kg/h。
(比较例C2):排出不稳定,因此变更为料筒温度260℃,螺杆转速300rpm,排出量2Kg/h来制造。
(比较例C1、C3):从真空管喷出碳,因此不能制造母料。
着色用母料的评价以挤出混炼时的制造容易性进行。
(1)母料制造容易性
混合(E)炭黑和(F)树脂材料,根据用双螺杆挤出机熔融混炼时的挤出机的状况,按照以下基准评价母料制造容易性。结果示于表4。
(容易)电机电流为定值,排出量也没有变动,束也没有被切断。从真空管有若干挥发,但是基本没有产生排出口的堆积物,束也没有被切断。为基本不需要维护、能够稳定制造的状态。
(困难)排出不稳定,束被频繁切断,难以连续制造的状况。或者在排出口大量积蓄堆积物,为需要频繁维护的状况。为能够断续地制造或者使排出降低而能够少量制造的状态。
(不可能)在挤出机内部无法进行(E)炭黑和(F)树脂材料的熔融混炼,从真空管排出炭黑。为即使是少量也无法制造的状态。
[表4]
实施例C1~C7:(容易)挤出特性良好,能够以排出20Kg/h稳定地进行母料的制造。
比较例C2:(困难)排出20Kg/h时炭黑和树脂的混炼不稳定,树脂束频繁切断。因此,将排出降低至2Kg/h制造母料。
比较例C1、C3:(不可能)从挤出机的真空管排出炭黑。即使调整挤出条件也无法连续地排出束。
实施例C8~C14和比较例C4
将实施例C1~C7中得到的母料M1~M7和比较例C2中得到的M8和被着色树脂用挤出机熔融混炼,以使炭黑配合量为1.0质量%的方式制造成型材料。使用双螺杆挤出机(日本制钢所制,“TEX30α”,螺杆径30mm,L/D=63),以料筒温度265℃、螺杆转速400rpm、排出量20Kg/h,作为着色粒料得到成型材料。将所得到的着色粒料进行注射成型,进行(2)成型品外观的评价。结果示于表5。另外,对被着色树脂为聚碳酸酯S-3000FN时的实施例C8~C13和比较例C4,进行(3)以夏氏冲击强度的耐冲击性评价。结果示于表5。
(2)成型品外观
将着色粒料干燥100℃×4小时。此后,用挤出成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件制造100mm×100mm×厚度3mm的板状成型品。通过目视观察对所得到的成型品产生的“颗粒”进行外观评价。
外观评价通过在成型品的表面倾斜地照射光,对炭黑聚集颗粒的明显程度进行判定。目视评价以5分满分的分数(5分:极其良好,4分:良好,3分:稍良好,2分:稍差,1分:差)进行。
(3)耐冲击性(夏氏冲击强度)
根据ISO179-1和179-2进行。将以上述方法得到的着色粒料干燥100℃×4小时。此后,用注射成型机(东芝机械株式会社制,IS100F,合模力100t),以料筒温度290℃~310℃、模具温度100℃的条件成型10mm×80mm×厚度4mm的试验片。对试验片加工槽口,在23℃的温度测定夏氏冲击强度(kJ/m2)。
[表5]
表5
h1:炭黑S3000FN
h2:Reny 1002H
(关于成型品外观)
实施例C8~C14:观察成型品的表面状态,结果没有看到颗粒。
比较例C4:在成型品的表面大量观察到作为聚集的炭黑颗粒的颗粒。
(关于冲击强度)
在夏氏冲击强度试验后的成型品中,存在延性破坏(试验后的样品不分离,以一部分连接的状况被破坏)的成型品和脆性破坏(试验后的样品完全分裂破坏)的成型品。实施例C8~C10、C13在试验后5个全部没有延性破坏,但是实施例C11~C12、比较例C4在试验后5个中有1个脆性破坏。
上述第三方式的着色用母料容易量产,能够大量配合炭黑。并且,在混合该着色用母料和被着色树脂而得到的成型材料中,能够使炭黑均匀分散。因此,由这样的成型材料得到的成型品中,不易产生“颗粒”等外观不良。并且,将上述着色用母料在被着色树脂中混合而得到的成型品的冲击强度也良好。
Claims (18)
1.一种高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
含有(A)树脂材料40~80质量%和(B)炭黑20~60质量%,
所述(B)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g)并且碘吸附量为5~40(mg/g),
所述高介电常数材料用树脂组合物的介电常数为4以上,电介质损耗角正切为0.05以下。
2.如权利要求1所述的高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
含有所述(A)树脂材料50~60质量%和所述(B)炭黑40~50质量%,所述(B)炭黑的DBP吸收量为25~35(mL/100g)并且碘吸附量为10~30(mg/g)。
3.如权利要求1或2所述的高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
所述(B)炭黑的氮吸附比表面积为5~40m2/g。
4.如权利要求1~3中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
所述(B)炭黑的氮吸附比表面积与碘吸附量的比低于1.3。
5.如权利要求1~4中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
所述(A)树脂材料为聚碳酸酯树脂、改性聚苯醚树脂、聚苯硫醚树脂或聚碳酸酯/ABS合金。
6.如权利要求5所述的高介电常数材料用树脂组合物,其特征在于:
所述(A)树脂材料为聚碳酸酯树脂。
7.含有权利要求1~6中任一项所述的高介电常数材料用树脂组合物的成型品。
8.将权利要求6所述的高介电常数材料用树脂组合物(C)和聚碳酸酯树脂(D)进行二色成型得到的成型品。
9.如权利要求8所述的成型品,其特征在于:
所述成型品包括所述高介电常数材料用树脂组合物(C)层和所述聚碳酸酯树脂(D)层,该聚碳酸酯树脂(D)层的厚度为0.1mm~5mm。
10.如权利要求8或9所述的成型品,其特征在于:
所述高介电常数材料用树脂组合物(C)和/或所述聚碳酸酯树脂(D)含有无机填料。
11.一种着色用母料,其特征在于:
含有(E)炭黑和(F)树脂材料,所述(E)炭黑的DBP吸收量为10~50(mL/100g),所述(E)炭黑的碘吸附量为10~30(mg/g)。
12.如权利要求11中所述的着色用母料,其特征在于:
所述DBP吸收量为25~35(mL/100g)。
13.如权利要求11或12所述的着色用母料,其特征在于:
所述(E)炭黑的含有比例为10~90质量%,所述(F)树脂材料的含有比例为10~90质量%。
14.如权利要求13所述的着色用母料,其特征在于:
所述(E)炭黑的含有比例为40~90质量%,所述(F)树脂材料的含有比例为10~60质量%。
15.如权利要求11~14中任一项所述的着色用母料,其特征在于:
所述(F)树脂材料为选自聚碳酸酯树脂、聚苯乙烯系树脂、聚酰胺系树脂、聚酯系树脂、聚缩醛系树脂中的一种以上。
16.如权利要求15所述的着色用母料,其特征在于:
所述树脂材料为聚碳酸酯树脂。
17.如权利要求11~16中任一项所述的着色用母料,其特征在于:
还含有热稳定剂。
18.含有权利要求11~17中任一项所述的着色用母料和被着色树脂的成型材料。
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