CN115843303A - 耐火化聚苯醚成型体和耐火化聚苯醚成型体的制造方法 - Google Patents
耐火化聚苯醚成型体和耐火化聚苯醚成型体的制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的目的在于,提供:赋予了耐火性、耐热性、更高度的阻燃性的耐火化聚苯醚成型体、和耐火化聚苯醚成型体的制造方法。本发明涉及一种耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,基于红外光谱法的测定中,来自C=O伸缩振动的波数1732cm‑1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm‑1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上,且所述耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上。
Description
技术领域
本发明涉及能用红外光谱法检测的具有特定化学结构的耐火化了的聚苯醚成型体和其制造方法。
背景技术
聚苯醚(以下,也有时记作PPE)由于耐热性、阻燃性、强度、耐化学药品性等优异,因此,由聚苯醚形成的成型体在广泛领域中被利用,例如,已知有多种包含聚苯醚的纤维(例如参照专利文献1~3)。然而,聚苯醚纤维、由聚苯醚纤维形成的无纺布等聚苯醚成型体虽然阻燃性优异,但是例如用于保护覆盖物免受火焰的耐火片等时并不充分。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2004-190156号公报
专利文献2:日本特表2017-502179号公报
专利文献3:日本特开2008-138294号公报
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1~3中,关于聚苯醚纤维的耐火化,未进行任何研究。因此,聚苯醚纤维、由聚苯醚纤维形成的无纺布等聚苯醚成型体中,尚没有赋予充分的耐火性、耐热性、更高度的阻燃性至能用于耐火片等的程度是现状。
因此,本发明的目的在于,提供:赋予了耐火性、耐热性、更高度的阻燃性的耐火化聚苯醚成型体、和耐火化聚苯醚成型体的制造方法。
用于解决问题的方案
本发明人等进行了深入研究,结果发现:通过形成能用红外光谱法检测的具有特定的化学结构的耐火化聚苯醚成型体,从而可以解决上述课题,至此完成了本发明。
即,本发明涉及一种耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,基于红外光谱法的测定中、来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上,且所述耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上。
前述耐火化聚苯醚成型体优选的是,相对于20℃下的初始重量,150℃下的失重率(%)与400℃下的失重率(%)之差为5.0%以下。
优选前述耐火化聚苯醚成型体的LOI值为35以上。
优选前述耐火化聚苯醚成型体在400℃下的强力保持率为40%以上。
优选前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚纤维。
优选前述耐火化聚苯醚纤维的纤度为100dtex以下。
优选前述耐火化聚苯醚纤维为耐火化聚苯醚短纤维。
优选前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚无纺布。
优选形成前述耐火化聚苯醚无纺布的聚苯醚纤维的纤度为100dtex以下。
优选前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚布帛。
优选前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚薄膜。
另外,本发明涉及一种耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,将聚苯醚成型体在空气中以120~240℃进行1~30小时热处理而进行不熔化,进一步在空气中以260~400℃进行0.1~10小时热处理而进行耐火化。
优选前述聚苯醚成型体的自由基量为100g-1以上。
优选前述聚苯醚成型体为聚苯醚纤维。
优选前述聚苯醚成型体为聚苯醚无纺布。
优选前述聚苯醚成型体为聚苯醚布帛。
优选前述聚苯醚成型体为聚苯醚薄膜。
发明的效果
本发明的耐火化聚苯醚成型体的基于红外光谱法的测定中,来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上,具有特定量的C=O结构,且所述耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上。这种本发明的耐火化聚苯醚成型体的比重高,体现高度的阻燃性、耐火性、耐热性等,可以适合用于要求高度的阻燃性的耐火片等。另外,根据本发明的制造方法,进行2个阶段的热处理(不熔化处理、耐火化处理),从而可以制造具有高度的阻燃性、耐火性、耐热性等耐火化聚苯醚成型体。
附图说明
图1为示意性示出本发明中使用的聚苯醚熔融纺丝纤维的制造方法的一实施方式的剖视图。
具体实施方式
1.耐火化聚苯醚成型体
本发明的耐火化聚苯醚成型体的特征在于,基于红外光谱法的测定中,来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上,且所述耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上。
前述来自C=O伸缩振动的波长1732cm-1的峰通过对聚苯醚成型体进行耐火化处理而形成。通过形成具有特定量的这种C=O结构的聚苯醚成型体,从而可以赋予高度的阻燃性、耐火性、耐热性等。需要说明的是,本发明中,来自C=O伸缩振动的峰、来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的峰考虑基于红外光谱法的测定误差,分别设为波长1732±10cm-1、1600±10cm-1的范围的峰。
前述来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上、优选0.45以上、更优选0.50以上。吸光度高度比通过处于前述范围,从而可以赋予非常高的阻燃性,具体而言,LOI值(极限氧指数)可以超过30。另外,也可以赋予耐火性、耐热性等。因此,本发明的耐火化聚苯醚成型体可以适合作为要求非常高的阻燃性、耐火性、耐热性等的耐火片等使用。另外,前述吸光度高度比的上限值没有特别限定,优选1.5以下、更优选1.0以下。
对于本发明的耐火化聚苯醚成型体,150℃下的失重率(%)与400℃下的失重率(%)之差相对于20℃下的初始重量优选为5.0%以下、更优选4.0%以下、进一步优选3.5%以下。通过使失重率之差处于前述范围,从而聚合物的劣化被抑制,可以改善耐久性,故优选。另外,失重率之差期望为0%,但通常有0.1%以上左右的重量减少,也有时为0.15%以上左右。
本发明的耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上、优选1.28以上、更优选1.3以上、进一步优选1.35以上、进一步优选1.38以上、特别优选1.40以上。通过使比重处于前述范围,从而聚苯醚成型体的耐火化充分进行,耐火性改善。另外,比重的上限值没有特别限定,优选2.0以下、更优选1.8以下。
本发明的耐火化聚苯醚成型体的LOI值优选30以上、更优选超过30、进一步优选32以上、特别优选35以上。通过使LOI值处于前述范围,从而得到的耐火化聚苯醚成型体的阻燃性优异,故优选。此处,LOI值是指极限氧指数,LOI值越大,阻燃性越优异。因此,LOI值越大越优选,其上限值没有特别限定。
本发明的耐火化聚苯醚成型体的拉伸伸长率优选5%以上、更优选7%以上、进一步优选10%以上。拉伸伸长率通过处于前述范围,从而可以改善加工性,故优选。另外,拉伸伸长率的上限值没有特别限定,优选100%以下、更优选80%以下。
本发明的耐火化聚苯醚成型体在400℃下的强力保持率优选40%以上、更优选50%以上、进一步优选60%以上。通过使400℃下的强力保持率处于前述范围,从而高温下使用时的耐久性高,故优选。另外,400℃下的强力保持率的上限值没有特别限定,优选100%以下、更优选99%以下。此处,400℃下的强力保持率是指:在400℃下进行10分钟的热处理后的强度的保持率。
本发明的耐火化聚苯醚成型体在400℃下的伸长率保持率优选40%以上、更优选50%以上、进一步优选55%以上。通过使400℃下的伸长率保持率处于前述范围,从而高温下使用时的耐久性高,故优选。另外,400℃下的伸长率保持率的上限值没有特别限定,优选100%以下、更优选99%以下。此处,400℃下的伸长率保持率是指:在400℃下进行10分钟的热处理后的伸长率的保持率。
作为前述耐火化聚苯醚成型体,代表性地可以举出耐火化聚苯醚纤维、耐火化聚苯醚无纺布、耐火化聚苯醚布帛、或耐火化聚苯醚薄膜。前述耐火化聚苯醚纤维可以为长纤维,也可以为短纤维。
前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚纤维的情况下,其纤度没有特别限定,可以根据使用纤维的目的而适宜确定,例如优选100dtex以下、更优选95dtex以下、进一步优选90dtex以下。通过使纤度处于前述范围,从而可以加工成机织物、针织物、短纤维无纺布、布帛等各种形状,故优选。另外,纤度的下限值没有特别限定,优选0.1dtex以上、更优选0.2dtex以上。
前述耐火化聚苯醚纤维的拉伸强度优选0.8cN/dtex以上、更优选0.85cN/dtex以上、进一步优选0.90cN/dtex以上。通过使拉伸强度处于前述范围,从而作为纤维的操作性变得良好,故优选。另外,拉伸强度的上限值没有特别限定,优选50cN/dtex以下、更优选40cN/dtex以下。
前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚短纤维的情况下,其长度没有特别限制,可以根据用途而适宜调整,通常为1~200mm、优选2~180mm、更优选5~150mm。
前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚无纺布的情况下,其单元面积重量没有特别限定,可以根据使用无纺布的目的而适宜确定,例如优选3g/m2以上、更优选5g/m2以上。另外,优选1000g/m2以下、更优选800g/m2以下。
前述耐火化聚苯醚无纺布的厚度没有特别限定,可以根据使用无纺布的目的而适宜确定,例如优选0.01~100mm左右,更优选0.05~80mm左右。
前述耐火化聚苯醚无纺布的拉伸强度优选0.5cN/25mm以上、更优选0.7cN/25mm以上、进一步优选1.0cN/25mm以上。通过使拉伸强度处于前述范围,从而作为无纺布的操作性变得良好,故优选。另外,拉伸强度的上限值没有特别限定,优选50cN/25mm以下、更优选40cN/25mm以下。
形成前述耐火化聚苯醚无纺布的聚苯醚纤维的纤度没有特别限定,可以根据使用无纺布的目的而适宜确定,例如优选100dtex以下、更优选90dtex以下、进一步优选80dtex以下。通过使纤度处于前述范围,从而作为无纺布柔韧且变得容易处理,故优选。另外,纤度的下限值没有特别限定,优选0.1dtex以上、更优选0.3dtex以上。
前述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚布帛的情况下,其单元面积重量没有特别限定,可以根据使用布帛的目的而适宜确定,例如优选5g/m2以上、更优选10g/m2以上。另外,优选2000g/m2以下、更优选1500g/m2以下。
前述耐火化聚苯醚布帛的厚度没有特别限定,可以根据使用布帛的目的而适宜确定,例如优选0.1~20mm、更优选0.2~18mm。
前述耐火化聚苯醚布帛的拉伸强度优选1cN/25mm以上、更优选2cN/25mm以上、进一步优选3cN/25mm以上。通过使拉伸强度处于前述范围,从而作为布帛的操作性变得良好,故优选。另外,拉伸强度的上限值没有特别限定,优选5000cN/25mm以下、更优选4000cN/25mm以下。
形成前述耐火化聚苯醚布帛的聚苯醚纤维的纤度没有特别限定,可以根据使用布帛的目的而适宜确定,例如优选100dtex以下、更优选90dtex以下、进一步优选80dtex以下。通过使纤度处于前述范围,从而作为布帛柔韧且变得容易处理,故优选。另外,纤度的下限值没有特别限定,优选0.1dtex以上、更优选0.3dtex以上。
本发明的耐火化聚苯醚成型体是对聚苯醚成型体实施耐火化处理而得到的。以下,对实施耐火化处理的聚苯醚成型体进行说明。
<聚苯醚成型体>
本发明中使用的前述聚苯醚成型体包含聚苯醚成分。
作为前述聚苯醚成分,没有特别限定,可以举出本领域中通常使用者。具体而言,可以举出具有下述通式(1):
(式(1)中,R1、R2各自独立地为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~10的烃基,R3各自独立地表示任选具有取代基的碳数1~10的烃基)
所示的重复单元的均聚物、或含有不同的2种以上的通式(1)的重复单元的共聚物、具有前述通式(1)的重复单元与通式(1)以外的重复单元的共聚物。
作为前述通式(1)中的R1、R2,例如还可以举出氢原子、甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、辛基、癸基等碳数1~10的烷基、苯基、4-甲基苯基、1-萘基、2-萘基等碳数6~10的芳基、苄基、2-苯基乙基、1-苯基乙基等碳数7~10芳烷基等。
前述烃基具有取代基的情况下,作为该取代基,可以举出氟原子等卤素原子、甲氧基等烷氧基等。作为具有取代基的烃基的具体例,例如可以举出三氟甲基等。
其中,作为R1、R2,优选氢原子、甲基,更优选氢原子。
作为前述通式(1)中的R3,例如还可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基、环戊基、己基、环己基、辛基、癸基等碳数1~10的烷基、苯基、4-甲基苯基、1-萘基、2-萘基等碳数6~10的芳基、苄基、2-苯基乙基、1-苯基乙基等碳数7~10的芳烷基等。
前述烃基具有取代基的情况下,作为其取代基,可以举出氟原子等卤素原子、甲氧基等烷氧基。作为具有取代基的烃基的具体例,例如可以举出三氟甲基等。
其中,作为R3,优选甲基。
作为前述通式(1)的重复单元,具体而言,可以举出衍生自2,6-二甲基-1,4-苯醚、2,6-二乙基-1,4-苯醚、2-甲基-6-乙基-1,4-苯醚、2,6-二丙基-1,4-苯醚的重复单元。其中,优选衍生自2,6-二甲基-1,4-苯醚的重复单元。
另外,前述聚苯醚在不有损本发明的效果的范围内可以包含前述通式(1)以外的重复单元。这种通式(1)以外的重复单元的含量只要为不有损本发明的效果的范围就没有特别限定,例如在前述共聚物中优选为5摩尔%以下左右,更优选不含。
前述聚苯醚的分子量没有特别限定,重均分子量(Mw)优选40000~100000、更优选50000~80000。另外,数均分子量(Mn)优选7000~30000、更优选8000~20000。另外,分子量分散(Mw/Mn)优选3.5~8.0、更优选4.0~6.0。
聚苯醚通常具有高熔融粘度,以高含有包含聚苯醚的情况、其单独的情况下认为难以熔融成型。因此,得到聚苯醚成型体时需要使聚苯醚熔融的工序的情况下(例如熔融纺丝等),优选利用如下方法:使用包含具有位错结构的聚苯醚成分的聚苯醚的方法、将具有高玻璃化转变点温度的聚苯醚成分与具有低玻璃化转变点温度的聚苯醚成分混合的方法等。通过这些方法,可以降低聚苯醚的熔融粘度,因此,聚苯醚的熔融成为可能,可以形成熔融纺丝纤维、无纺布和薄膜等成型体。
<<具有位错结构的聚苯醚>>
作为前述具有位错结构的聚苯醚,例如优选形成包含具有下述通式(2):
(式(2)中,R1、R2各自独立地为氢原子、或任选具有取代基的碳数1~10的烃基,R3各自独立地为任选具有取代基的碳数1~10的烃基,R3’为从前述R3中去掉了1个氢原子而得到的2价基团)
所示的位错结构的聚苯醚成分的聚苯醚。通过具有这种位错结构,从而流动性改善至能进行熔融成型的程度,可以形成熔融纺丝纤维、无纺布和薄膜等。
作为前述通式(2)中的R1~R3,可以示例与前述通式(1)者同样的物质。前述通式(2)中的“~”表示其前的结构没有特别限定。“~”的部分可以由以对位键连接的苯醚单元形成,另外,其中可以具有部分地以邻位键合的部分。
前述R3’表示从前述R3中去掉1个氢原子而得到的2价基团,优选亚甲基。
前述具有位错结构的聚苯醚成分优选在具有前述通式(1)的重复单元的均聚物、含有不同的2种以上的通式(1)的重复单元的共聚物、或包含前述通式(1)的重复单元与通式(1)以外的重复单元的共聚物中具有前述通式(2)所示的位错结构。
前述具有位错结构的聚苯醚成分中的位错结构量没有特别限定,相对于前述聚苯醚成分中的全部聚苯醚结构单元,优选0.1摩尔%以上、更优选0.12摩尔%以上、进一步优选0.15摩尔%以上、特别优选0.2摩尔%以上。为了进一步稳定地排出,优选0.3摩尔%以上。另外,位错结构量的上限值没有特别限定,优选10摩尔%以下、更优选9摩尔%以下。通过使具有位错结构的聚苯醚成分中的位错结构量处于前述范围,从而有流动性改善至能进行熔融成型的程度,可以形成熔融挤出成型体的倾向,故优选。
前述具有位错结构的聚苯醚优选在聚合物中具有自由基。另外,前述聚苯醚所具有的自由基量优选100g-1以上、更优选120g-1以上、进一步优选150g-1以上。通过使前述聚苯醚所具有的自由基量为100g-1以上,从而变得容易制造比重为1.25以上的耐火化聚苯醚成型体。另外,前述聚苯醚所具有的自由基量的上限值没有特别限定,从氧化劣化的观点出发,优选10000g-1以下、更优选9000g-1以下、进一步优选8000g-1以下。
前述具有位错结构的聚苯醚成分的形成方法如后述。
关于前述将具有高玻璃化转变点温度的聚苯醚成分与具有低玻璃化转变点温度的聚苯醚成分混合、降低熔融粘度的方法,以聚苯醚成型体的制造方法进行说明。
<聚苯醚成分以外的成分>
本发明中使用的聚苯醚成型体中,可以包含前述聚苯醚成分以外的树脂成分。作为聚苯醚以外的树脂成分,可以举出苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺4、聚酰胺6、聚酰胺10、聚酰胺11、聚酰胺66、聚酰胺6T、聚酰胺6T/11等聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯、聚碳酸酯等。其中,其含量优选5质量%以下、更优选2质量%以下、进一步优选不含(0质量%)。
另外,前述聚苯醚成型体中,在不有损本发明的效果的范围内,还可以添加润滑剂、增塑剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、凝胶剂、抗静电剂等添加剂。
<聚苯醚的含量>
另外,本发明中使用的聚苯醚成型体中,聚苯醚的含量在形成成型体的全部成分中优选95质量%以上、更优选98质量%以上、进一步优选实质上仅由聚苯醚(100质量%)构成。通过使聚苯醚成型体中的前述聚苯醚的含量处于前述范围,从而不仅得到的成型体的机械强度优异,而且耐热性、耐化学药品性、阻燃性等优异,优选。
<聚苯醚成型体的制造方法>
<<聚苯醚纤维>>
聚苯醚成型体为聚苯醚纤维的情况下,作为该聚苯醚纤维的制造方法,可以通过熔融纺丝、干式纺丝、湿式纺丝等各种制造方法而制造。其中,从可以提高生产率等出发,优选熔融纺丝。
用图1对制造聚苯醚熔融纺丝纤维时的一例进行说明。将作为原料的聚苯醚从图1的料斗1投入至具备机筒和螺杆的挤出机2,熔融的聚苯醚由齿轮泵3计量排出速度,通过由微细的砂等构成的滤材4,从纺丝喷嘴5排出,可以得到熔融纺丝纤维。另外,优选在滤材4上设置由金属无纺布等构成的过滤器6。通过设置过滤器6,从而可以预先去除异物,可以防止前述滤材4的堵塞等,故优选。
另外,从抑制氧化性交联所导致的喷嘴阻塞的观点出发,优选在纺丝喷嘴5的正下方设置保温空间7,在该区域导入氮气等非活性气体8并纺丝,更优选利用加热烧炬9,导入加热后的非活性气体。加热后的非活性气体的温度优选100~500℃、更优选200~400℃。
纺丝速度没有特别限定,可以根据要求的纤度等而适宜设定,为了稳定地得到细纤度的纤维,优选100~400m/分钟左右、更优选100~200m/分钟左右。
前述纺丝喷嘴的单孔排出量优选0.4g/分钟以下、更优选0.3g/分钟以下、进一步优选0.2g/分钟以下。另外,单孔排出量的下限没有特别限定,优选0.05g/分钟以上、更优选0.1g/分钟以上、进一步优选0.12g/分钟以上。通过使单孔排出量为前述范围,从而可以得到细纤度的聚苯醚纤维,故优选。
作为属于原料的聚苯醚,可以举出具有前述通式(1)的重复单元的均聚物、或含有不同的2种以上的通式(1)的重复单元的共聚物、具有前述通式(1)的重复单元与通式(1)以外的重复单元的共聚物。作为前述共聚物中的通式(1)以外的重复单元的含量,可以举出前述者。其中,优选具有前述通式(1)的重复单元的均聚物。
作为具有前述通式(1)的重复单元的均聚物,具体而言,可以举出聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)、聚(2,6-二乙基-1,4-苯醚)、聚(2-甲基-6-乙基-1,4-苯醚)、聚(2,6-二丙基-1,4-苯醚)等,其中,优选聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)。
作为前述聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚),也可以适合使用市售品,具体地例如可以举出SABIC Innovative Plastic制的PPO640、PPO646、PPOSA120、Asahi Kasei ChemicalsCorporation制的ZYLON S201A、ZYLON S202A等。
另外,使作为原料的聚苯醚熔融时,通过将具有高玻璃化转变点温度的聚苯醚成分与具有低玻璃化转变点温度的聚苯醚成分混合,从而可以降低熔融粘度。
具有高玻璃化转变点温度的聚苯醚成分的玻璃化转变点温度优选170℃以上、更优选200℃以上、进一步优选210℃以上。另外,玻璃化转变点温度的上限值优选230℃以下。通过使具有高玻璃化转变点温度的聚苯醚成分的玻璃化转变点温度处于前述范围,从而可以得到具有高的耐热性的聚苯醚成型体,故优选。
具有低玻璃化转变点温度的聚苯醚成分的玻璃化转变点温度优选低于170℃。通过加入玻璃化转变点温度低于170℃的聚苯醚成分,从而熔融粘度降低,流动性改善。
玻璃化转变点温度为170℃以上的聚苯醚成分的含量在作为原料的聚苯醚中、优选70质量%以上、更优选80质量%以上、进一步优选90质量%以上。另外,玻璃化转变点温度为170℃以上的聚苯醚成分的含量的上限值没有特别限定,优选100质量%以下。本发明中,以前述范围包含玻璃化转变点温度高(即,高分子量)的聚苯醚成分时,得到的聚苯醚熔融挤出成型体的机械强度、耐热性、耐化学药品性、阻燃性等优异,故优选。
另外,可以同时包含作为原料的聚苯醚、以及聚苯醚成分以外的树脂成分、添加剂。作为聚苯醚成分以外的树脂成分、添加剂,如前述。另外,聚苯醚成分以外的树脂成分的含量在原料中、优选5质量%以下、更优选2质量%以下、进一步优选不含(0质量%)。
作为前述具备机筒和螺杆的挤出机,可以使用本领域中通常可以使用的单螺杆挤出机、双螺杆挤出机。本发明中,优选使用双螺杆挤出机。
对于螺杆的圆周速度,没有特别限定,可以设为本领域中通常使用的范围。但使用具有位错结构的聚苯醚形成成型体的情况下,前述螺杆的圆周速度需要引起作为原料的聚苯醚的位错反应的螺杆的圆周速度。另外,从使具有位错结构的聚苯醚所具有的自由基量为100g-1以上的观点出发,螺杆的圆周速度优选3.6m/分钟以上、更优选3.7m/分钟以上、进一步优选3.8m/分钟以上。另外,螺杆的圆周速度的上限值没有特别限定,优选94.2m/分钟以下。本发明中,通过提高螺杆转速,使螺杆的圆周速度为3.6m/分钟以上,从而可以对机筒内的原料聚苯醚赋予高剪切力,由此,可以切断聚苯醚的分子链,产生自由基。其结果,可以得到自由基量为100g-1以上、具有位错结构的聚苯醚。通过形成前述具有位错结构的聚苯醚,从而可以将聚苯醚进行熔融挤出成型。
机筒内的温度如果过低,则树脂的流动性差,如果过高,则流动性改善,但是产生树脂的热分解所导致的发泡现象,因此,需要选择取其均衡性的加工温度。作为机筒内的温度,例如优选250~350℃、更优选280~330℃。
<<聚苯醚短纤维>>
聚苯醚短纤维例如可以通过切割将前述聚苯醚纤维合丝形成短麻屑状的纤维而得到。
<<聚苯醚无纺布>>
作为聚苯醚无纺布的制造方法,没有特别限定,可以适宜采用本领域中通常使用的方法。作为无纺布的制造方法,例如可以举出纺粘法、熔喷法、水刺法、针刺法、热粘合法、化学粘合法等。其中,优选纺粘法。
对于聚苯醚无纺布的形成中使用的原料等,可以使用与聚苯醚纤维中记载的物质同样的物质。
<<聚苯醚布帛>>
聚苯醚布帛由前述聚苯醚纤维形成。前述布帛可以还包含:选自由全芳香族聚酯纤维、聚苯并噁唑(PBO)纤维、聚苯并咪唑(PBI)纤维、聚苯并噻唑(PBTZ)纤维、聚酰亚胺(PI)纤维、聚砜酰胺(PSA)纤维、聚醚醚酮(PEEK)纤维、聚醚酰亚胺(PEI)纤维、聚芳酯(PAr)纤维、三聚氰胺纤维、酚醛纤维、氟系纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维、纤维素纤维、聚烯烃纤维、亚克力纤维、人造丝纤维、棉纤维、兽毛纤维、聚氨酯纤维、聚氯乙烯纤维、聚偏二氯乙烯纤维、乙酸酯纤维、和聚碳酸酯纤维组成的组中的一种以上的纤维。
聚苯醚布帛中所含的前述聚苯醚纤维的比率从机械强度、阻燃性、耐热性、高温稳定性、耐化学药品性等的观点出发,例如为50~100质量%、优选55~98质量%、更优选60~95质量%、进一步优选65~90质量%。
聚苯醚布帛可以以通常的方法制造,例如可以举出如下方法:将上述纤维的短纤维纱混棉得到短纤维纱后,以单丝或双丝用剑杆织机等织制成斜纹、平纹等组织。
<<其他成型体>>
如前述,作为本发明的耐火化聚苯醚成型体,代表性地可以举出耐火化聚苯醚纤维、耐火化聚苯醚无纺布、或耐火化聚苯醚布帛,但例如还可以举出耐火化聚苯醚薄膜等。作为它们的制造方法,可以通过本领域中通常使用的方法而制造。需要说明的是,实施例中记载的各测定方法记载关于耐火化PPE纤维和耐火化PPE薄膜的测定方法,但在耐火化PPE无纺布和耐火化PPE布帛等成型体中也可以应用实施例中记载的测定方法而测定。
2.耐火化聚苯醚成型体的制造方法
本发明的耐火化聚苯醚成型体的制造方法的特征在于,将聚苯醚成型体在空气中以120~240℃进行1~30小时热处理不熔化(不熔化处理),进一步在空气中以260~400℃进行0.1~10小时热处理而进行耐火化(耐火化处理)。
作为聚苯醚成型体,可以适宜使用前述者。
前述不熔化处理中,将聚苯醚成型体在空气中以120~220℃进行1~30小时处理。此处,空气中是指未经特别调整的环境。另外,处理温度为120~240℃、优选140~230℃、更优选160~220℃。另外,处理时间为1~30小时、优选1.5~25小时、更优选2~20小时。通过设为前述处理时间和处理温度,从而接下来进行的耐火化处理中,聚苯醚成型体不会熔融,可以实施适当的耐火化处理。
前述不熔化处理后,作为耐火化处理,在空气中以260~400℃进行0.1~10小时处理。空气中是指未经特别调整的环境。另外,处理温度为260~400℃、优选270~380℃、更优选280~360℃。另外,处理时间为0.1~10小时、优选0.3~8小时、更优选0.5~6小时。通过设为前述处理时间和处理温度,从而聚苯醚成型体中形成C=O键结构,可以形成示出非常高的阻燃性、耐火性、耐热性等的耐火化了的成型体。
<用途>
前述耐火化聚苯醚短纤维例如可以用于耐热粘结剂、C/C复合物、产业用刷子、和制动材料等。
前述耐火化聚苯醚无纺布例如可以用于汽车用吸音材料、汽车内饰材料、隔热材料、家庭用消火布、防火罩、管道用表面材料、塑料防火材料、防延烧材料、防粉尘飞散用表面材料、水泥加固材料、摩擦材料、压盖填料、密封材料、消防服、焊接火花防护片等。
前述耐火化聚苯醚布帛例如可以用于隔热材料、工作服(消防用、竞技用、飞行员用)、耐热手套、防灾头巾、输送设备的内饰材料、耐热性衣料、和电磁波屏蔽材料等。
实施例
以下,示出实施例和比较例,对本发明更具体地进行说明,但本发明不受以下的实施例的限定。需要说明的是,以下的实施例中的物性等评价方法如以下所述。
(1)成型体中的位错结构量
以共振频率600MHz的1H-NMR测定进行。测定装置使用BRUKER公司制的NMR装置(装置名:AVANCE-NEO600),测定如以下进行。
使实施例和比较例中得到的成型体(试样)10mg溶解于氘代氯仿后,将该溶液在1小时以内、填充至NMR管中进行测定。封闭溶剂中使用氘代氯仿,将等待时间设为1秒、数据收集时间设为4秒、累积次数设为64次。
位错结构量的解析如以下实施。
将来自聚苯醚的3、5位的R1、R2基的质子的峰与来自位错结构中的R3’所示的2价基团(亚甲基等)的质子的峰的各峰积分值设为A、B,根据以下式子求出位错结构量。
位错结构量(mol%)={B/(A+B)}×100
(2)自由基量
使用电子自旋共振装置(ESR、日本电子株式会社制、JES-FA100),在以下条件下测定聚苯醚中的自由基量。以体积密度成为0.1~0.2g/cm3的方式填充0.1g的样品。但是,根据样品形状,在不落入0.1~0.2g/cm3的范围的情况下,也可以成为0.2g/cm3以上。自由基量根据下述式求出。
样品的标准化强度=样品的信号强度/锰强度
空白的标准化强度=空白的信号强度/锰强度
自由基量=(样品的标准化强度-空白的标准化强度)/样品重量
(测定条件)
样品管:EPW-005J(Sigemi制)
锰强度:320~322mT的范围的2次积分值
样品、空白的信号强度:322.1~329.3mT的范围的2次积分值
磁场:325.8±7.5mT
微波功率:0.1mW
扫描时间:4分钟
调制宽度:0.12mT
振幅:1000
时间常数:0.3秒
Mn标记:800
Scans:2
(3)比重
使用干式自动密度计(制品名:AccuPyc II1340、株式会社岛津制作所制),在10cm3的比色皿中填充样品使其成为8成左右,在氦气中进行测定。
(4)纤度
以JIS L-1095 9.4.1中记载的方法测定。
(5)拉伸强度、拉伸伸长率
依据JIS L1013 8.5.1进行测定。纤维的情况下,以单纤维进行评价,在卡盘间距为10mm、拉伸速度为10mm/分钟下进行测定。无纺布的情况下,以宽度25mm、长度100mm取样,在卡盘间距为50mm、拉伸速度为100mm/分钟下进行测定。拉伸伸长率设为强度成为最大时的伸长率。
(6)吸光度高度比(A/B)
将实施例1~7、比较例1~7中得到的纤维用乳钵形成粉末,与KBr混合形成片剂,作为测定试样。另外,实施例8~11中得到的薄膜直接作为测定试样。
使用红外分光光度计(FTIR)(制品名:3100FT-IR/600UMA、Varian公司制),对于得到的试样,根据显微透射法在以下的条件下测定吸光度。
(测定条件)
视野:80mm×80mm
测定波长范围:400cm-1至4000cm-1
累积次数:128次
分辨率:4cm-1
画出得到的光谱的、连接波长1550~1480cm-1的最小值和1900~1800cm-1的最小值的基准线,以距离该基准线的峰高度(峰吸光度高度)实施评价。
将1742~1722cm-1的峰高度设为吸光度高度A、1610~1590cm-1的峰高度设为吸光度高度B,以A/B的值限定。
(7)失重率之差
使用热重装置(制品名:TGA Q50、TA INSTRUMENTS制),将样品10mg填充至铝盘,以20℃/分钟从20℃升温至480℃,测定150℃下的重量和400℃下的重量。然后,根据下述式,求出相对于20℃下的初始重量、150℃下的失重率(%)与400℃下的失重率(%),算出它们的差。
150℃下的失重率(%)={(20℃下的初始重量-150℃下的重量)/20℃下的初始重量}×100
400℃下的失重率(%)={(20℃下的初始重量-400℃下的重量)/20℃下的初始重量}×100
(8)400℃强力保持率
以前述“(3)拉伸强度、拉伸伸长率”中记载的方法测定将各样品放入400℃的烘箱中进行10分钟处理后的样品的强度,根据以下式子,求出400℃强力保持率。
400℃强力保持率(%)=(处理后的样品强度/处理前的样品强度)×100
(9)400℃伸长率保持率
以前述“(3)拉伸强度、拉伸伸长率”中记载的方法测定将样品放入400℃的烘箱中进行10分钟处理后的样品的伸长率,根据以下式子求出400℃伸长率保持率。
400℃伸长率保持率(%)=(处理后的样品伸长率/处理前的样品伸长率)×100
(10)LOI值(阻燃性)
依据JIS L 1091E法而测定。氧指数的确定在持续燃烧50mm以上时,点火器的热源使用丙烷气体。纤维制成约5mm左右的短纤维,分散于水并抄纸,在220℃下进行热压延机加工。以尺寸为直径25mm的圆形、单元面积重量成为140g/m2的方式制作。无纺布不经加工直接进行评价。
(11)火焰接触试验
(11-1)自熄性
在燃烧器中与样品火焰接触10秒,使火焰离开后,评价火焰是否消失。气体使用甲烷气体。将10秒以内火焰消失的情况评价为有自熄性(〇)、10秒以内火焰不消失的情况评价为无自熄性(×)。
(11-2)收缩/变形
在燃烧器中与样品火焰接触10秒,使火焰离开后,评价样品是否收缩/变形。气体使用甲烷气体。将样品未收缩/变形的情况评价为〇、样品发生了收缩/变形的情况评价为×。
(12)350℃收缩率
将各耐火化聚苯醚纤维的样品放入350℃的烘箱,用游标卡尺测定1小时后的样品的尺寸,根据下述式求出350℃收缩率。
350℃收缩率(%)=100-{(热处理后的样品的尺寸/热处理前的样品的尺寸)×100}
<耐火化聚苯醚纤维>
实施例1
使用Technovel Corporation制双螺杆挤出机(制品名:KZW15TW-30MG)将聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PPO640、玻璃化转变点温度(Tg):221℃、SABIC Innovative Plastic制)挤出。前述双螺杆挤出机如下:机筒具有4区,从料斗侧将机筒分别设为机筒1、2、3、4,机筒1~3设定为280℃,机筒4和机筒头部设定为300℃,螺杆转速设定为700rpm,将螺杆的圆周速度设为33.0m/分钟。
在挤出机的下游设置齿轮泵,计量聚合物的排出速度,借助金属无纺布过滤器(制品名:NF-07、日本精线株式会社制),向喷嘴(喷嘴孔直径:0.45mm、喷嘴孔焊盘长度:1.35mm、喷嘴孔数:48个)挤出(总排出量:10.15g/分钟、单孔排出量:0.211g/分钟)。在喷嘴正下配置面加热器,以喷嘴温度成为316℃的方式进行设定。在喷嘴正下设置60mm的保温空间,在该区域中连续地导入加热至400℃的氮气。将从喷嘴排出的聚合物以纺丝速度95m/分钟卷取。得到的纤维具有位错结构(位错结构量:相对于全部PPE单元为2.7mol%),残留于纤维中的自由基量为410g-1。
将如此得到的纤维分纤,以各自不熔接的方式在空气中进行200℃×2小时热处理(不熔化处理)后,以1℃/分钟升温至280℃,在空气中进行280℃×2小时热处理(耐火化处理)而进行耐火化。得到的耐火化聚苯醚纤维的比重为1.42、纤度为26.1dtex。
用红外光谱法测定得到的耐火化聚苯醚纤维时,在1732cm-1观测到来自C=O伸缩振动的峰。另外,来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.65。各评价结果示于表1和2。
实施例2~6、比较例1
如表1所示变更所使用的原料PPE的种类、耐火化处理的条件,除此之外,根据与实施例1同样的方法,制造耐火化聚苯醚纤维。各评价结果示于表1和2。
实施例7
使用EBC300(NMV Corporation),在加速电压200kV、和电子束量100kGy的条件下,对以与实施例1同样的方法进行纺丝而得到的纤维照射电子束20次。在照射气氛为氮气气氛下进行。之后,进行180℃×16小时热处理(不熔化处理)后,以1℃/分钟升温至280℃,在空气中进行280℃×2小时热处理(耐火化处理)而进行耐火化,制造耐火化聚苯醚纤维。各评价结果示于表1。所制造的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.53,耐火化充分进行。
比较例2
使用实施例1中得到的聚苯醚熔融纺丝纤维(无耐火化处理)进行各种评价。各评价结果示于表1。
比较例3
使用对位芳族聚酰胺纤维(制品名:Kevlar、DUPONT-TORAY制)(无耐火化处理)进行各种评价。各评价结果示于表1。
比较例4
使用丙烯腈(PAN)系耐火化无纺布(制品名:NEW LASTAN TOP5150Z、旭化成株式会社制)的单纤维进行各种评价。各评价结果示于表1。
比较例5
使用Novoloid纤维(制品名:Kynol、群荣化学工业株式会社制)进行各种评价。各评价结果示于表1。
比较例6
不进行耐火化处理(280℃、2小时的热处理),仅进行不熔化处理(180℃、16小时的热处理),除此之外,根据与实施例1同样的方法进行处理,制造聚苯醚纤维。各评价结果示于表1。
比较例7
不进行不熔化处理(200℃、2小时的热处理),仅进行耐火化处理(280℃、2小时的热处理),除此之外,根据与实施例1同样的方法进行处理,但耐火化处理时聚苯醚纤维会熔融,得不到耐火化纤维。
[表1]
[表2]
<耐火化聚苯醚薄膜>
实施例8
用Technovel Corporation制双螺杆挤出机(制品名:KZW15TW-45MG)将聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PPO640、玻璃化转变点温度(Tg):221℃、SABIC Innovative Plastic制)挤出。前述双螺杆挤出机如下:设定为320℃,将螺杆转速设定为150rpm,将螺杆的圆周速度设为7.1m/分钟。
在挤出机的下游设置齿轮泵,计量聚合物的排出速度,以5.0g/分钟的排出量向Technovel Corporation制T模头(TDS/150-SGI)挤出。将自T模头挤出的聚合物以牵引速度3.3m/分钟用Technovel Corporation制辊(FPU-200-SGI)卷取,制作熔融聚苯醚薄膜。残留于得到的薄膜中的自由基量为1600g-1。之后,对得到的薄膜在空气中进行200℃×2小时热处理(不熔化处理)后,以1℃/分钟升温至280℃,在空气中进行280℃×2小时热处理(耐火化处理),制造耐火化聚苯醚薄膜。各评价结果示于表3。制造好的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.27,耐火化充分进行。
实施例9和10
变更为表3中记载的制造条件,除此之外,根据与实施例8同样的方法制造耐火化聚苯醚薄膜。各评价结果示于表3。实施例9的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.25,实施例10的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.29,耐火化充分进行。
实施例11
使用EBC300(NMV Corporation),在加速电压200kV、和电子束量100kGy的条件下,对以与实施例10同样的方法制膜的薄膜照射电子束20次。在照射气氛为氮气气氛下进行。之后,以与实施例8同样的方法进行耐火化处理,制造耐火化聚苯醚薄膜。各评价结果示于表3。制造好的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.35,耐火化充分进行。
[表3]
需要说明的是,表1、3中的“PPO640”是指聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PPO640、玻璃化转变点温度(Tg):221℃、SABIC Innovative Plastic制),“SA120”是指聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(PPOSA120、玻璃化转变点温度(Tg):159℃、SABIC Innovative Plastic制),“对位芳族聚酰胺”是指对位芳族聚酰胺纤维(制品名:Kevlar、DUPONT-TORAY制),“耐火化PAN”是指丙烯腈系耐火化无纺布(制品名:NEW LASTAN TOP5150Z、旭化成株式会社制)的单纤维,“Novoloid”是指Novoloid纤维(制品名:Kynol、群荣化学工业株式会社制)。
如表1所示,本发明的耐火化聚苯醚纤维具有非常高的LOI值,火焰接触试验中也非常优异。另外,150℃与400℃的失重率差也小,400℃的强力保持率、伸长率保持率也非常高。另外,本发明的耐火化聚苯醚纤维的比重为1.37以上,耐火化充分进行。另一方面,比重为1.19的比较例1的耐火化聚苯醚纤维在火焰接触试验中自熄性优异,但引起收缩/变形,不充分。比较例2的未经耐火化的聚苯醚纤维的失重率差小,但是在400℃的强力保持率、伸长率保持率、LOI值、火焰接触试验中差,不充分。比较例3的未处理的对位芳族聚酰胺纤维中,在各种评价中也不充分。另外,比较例4的经耐火化的丙烯腈(PAN)系纤维中,在火焰接触试验中优异,但失重率差大,400℃下的伸长率保持率差,不充分。比较例5的固化Novoloid纤维中,火焰接触化试验中优异,但在其他评价中全部差。另外,比较例6的使PPE纤维不熔化了的纤维中,在火焰接触试验中,自熄性优异,但引起收缩/变形,不充分。另外,比较例7中,在耐火化处理前未进行不熔化处理,因此,耐火化处理时,聚苯醚纤维会熔融,无法进行评价。
如表3所示,本发明的耐火化聚苯醚薄膜的比重为1.25以上,耐火化充分进行,在火焰接触试验中也非常优异。
附图标记说明
1 料斗
2 挤出机
3 齿轮泵
4 过滤器
5 纺丝喷嘴
6 滤材
7 保温空间
8 非活性气体的导入
9 加热烧炬
Claims (17)
1.一种耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,基于红外光谱法的测定中,来自C=O伸缩振动的波数1732cm-1的吸光度高度A与来自基于苯环的碳与碳之间的伸缩的骨架振动的波长1600cm-1的吸光度高度B的吸光度高度比(A/B)为0.42以上,且所述耐火化聚苯醚成型体的比重为1.25以上。
2.根据权利要求1所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,相对于20℃下的初始重量,150℃下的失重率(%)与400℃下的失重率(%)之差为5.0%以下。
3.根据权利要求1或2所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,LOI值为35以上。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,400℃下的强力保持率为40%以上。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,所述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚纤维。
6.根据权利要求5所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,纤度为100dtex以下。
7.根据权利要求5或6所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,所述耐火化聚苯醚纤维为耐火化聚苯醚短纤维。
8.根据权利要求1~4中任一项所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,所述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚无纺布。
9.根据权利要求8所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,形成耐火化聚苯醚无纺布的聚苯醚纤维的纤度为100dtex以下。
10.根据权利要求1~4中任一项所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,所述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚布帛。
11.根据权利要求1~4中任一项所述的耐火化聚苯醚成型体,其特征在于,所述耐火化聚苯醚成型体为耐火化聚苯醚薄膜。
12.一种耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,将聚苯醚成型体在空气中以120~240℃进行1~30小时热处理而进行不熔化,进一步在空气中以260~400℃进行0.1~10小时热处理而进行耐火化。
13.根据权利要求12所述的耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,所述聚苯醚成型体的自由基量为100g-1以上。
14.根据权利要求12或13所述的耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,所述聚苯醚成型体为聚苯醚纤维。
15.根据权利要求12或13所述的耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,所述聚苯醚成型体为聚苯醚无纺布。
16.根据权利要求12或13所述的耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,所述聚苯醚成型体为聚苯醚布帛。
17.根据权利要求12或13所述的耐火化聚苯醚成型体的制造方法,其特征在于,所述聚苯醚成型体为聚苯醚薄膜。
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