JP2004529232A - ポリエステル樹脂成形用組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
本発明は造核ポリエステル樹脂及びそのブレンドに関する。
【背景技術】
【0002】
ポリエステルの全体的結晶速度は、無機物質、塩、顔料などの様々な造核添加剤によって高めることができる。しかし、かかる異質な造核剤は機械的特性及び/又はポリエステル安定性に悪影響を与えかねない。Wambach他の米国特許第3833535号第7欄37〜52行には、ポリエステルへの造核剤の添加が記載されている。Kavilipalayam他の米国特許第5344892号には、ポリフェニレンエーテルのアルカリ金属塩を造核剤として添加することが記載されている。
【0003】
好ましい特性を保持したまま、脂環式樹脂組成物の加工性及び結晶性を改善すべく特性を向上させることが望ましい。混合物、ブレンド及び樹脂ブレンドへの添加剤を考慮すると、他の望ましい特性を損なわずにある特性だけを改善するのは困難である。
【特許文献1】
米国特許第3833535号
【特許文献2】
米国特許第5344892号
【特許文献3】
米国特許第6040370号
【特許文献4】
米国特許第5804654号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明は、望ましい耐衝撃性と良好な加工性を有する熱可塑性脂環式ポリエステル樹脂とそのブレンドをベースとする成形用組成物に関する。公知の脂環式ポリエステル組成物と比較して、結晶性及び結晶速度が望ましく改善される。
【0005】
本発明のポリエステル成形用組成物は、脂環式ポリエステル成分と、フルオロポリマー含有熱可塑性樹脂からなる造核剤とを含んでなる。フルオロポリマー含有熱可塑性樹脂は望ましくは自由流動性粉末の形態である。一実施形態では、脂環式ポリエステル成分を含有する樹脂ブレンドの結晶化を促進する方法は、樹脂成分とフルオロポリマー熱可塑性造核剤との混合物を調製することを含んでなる。また、フルオロポリマー熱可塑性造核剤を含有する加熱可塑化ブレンドを賦形し、賦形した可塑化ブレンドを冷却して凝固賦形品を形成することによって、賦形品が製造される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
造核剤はフルオロポリマー含有熱可塑性樹脂組成物であり、Wozne他の米国特許第6040370号及びLo他の米国特許第5804654号に記載の方法にしたがってフルオロポリマーと熱可塑性樹脂とを結合することによって製造される。
【0007】
米国特許第5804654号に記載されている通り、テトラフルオロエチレン重合物は、乳化重合可能な単量体又は単量体の混合物の特にラジカル法による重合によって得られるポリマー又はコポリマーで完全に又は部分的にカプセル封入した粒子からなる。上記米国特許第3欄1〜45行の記載内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。得られたフルオロポリマー粒子は造核剤として有用である。
【0008】
米国特許第6040370号に記載されている通り、フルオロポリマー含有添加剤は、第二ポリマーを含有する安定化水性フルオロポリマー分散物の形態のフルオロポリマーを脂肪酸塩と混合することによって製造される。フルオロポリマーと第二ポリマーとが結合したものが析出する。得られた析出物を乾燥してフルオロポリマー添加剤を形成する。上記米国特許第2欄55行〜第8欄53行の記載内容は援用によって本明細書の内容の一部をなす。得られた添加剤は本発明の造核剤として有用である。
【0009】
適当なフルオロポリマーには、1種以上のフッ素化α−オレフィン単量体から誘導された繰返し単位を含むホモポリマー及びコポリマーがある。「フッ素化α−オレフィン単量体」という用語は、1以上のフッ素原子で置換されたα−オレフィン単量体を意味する。適当なフッ素化α−オレフィンホモポリマーとしては、例えばポリ(テトラフルオロエチレン)、ポリ(ヘキサフルオロエチレン)などが挙げられる。
【0010】
第二ポリマーは、好ましくはスチレン及びアクリロニトリルから誘導された繰返し単位を有する。さらに好ましくは、第二ポリマーは、スチレンから誘導された繰返し単位60〜90重量%とアクリロニトリルから誘導された繰返し単位10〜40重量%とを有する。
【0011】
好ましい実施形態では、重合フルオロポリマー造核剤の粒度は20〜1000μmの範囲内、さらに好ましくは50〜800μmの範囲内にある。
【0012】
脂環式ポリエステル樹脂は次式Iの繰返し単位を有するポリエステルを包含する。
【0013】
【化1】
【0014】
式中、R又はR1の少なくとも一方はシクロアルキル含有基である。
【0015】
ポリエステルは縮合生成物であり、Rは炭素原子数6〜20のアリール、アルカンもしくはシクロアルカン含有ジオール又はその化学的等価物の残基であり、R1は炭素原子数6〜20のアリール、脂肪族もしくはシクロアルカン含有二酸又はその化学的等価物から誘導される脱カルボキシル残基であるが、R又はR1の少なくとも一方が脂環式基であることを条件とする。本発明の好ましいポリエステルはR及びR1共に脂環式基である。
【0016】
この脂環式ポリエステルは、脂肪族二酸又はその化学的等価物と脂肪族ジオール又はその化学的等価物との縮合生成物である。この脂環式ポリエステルは脂肪族二酸と脂肪族ジオールの混合物から合成し得るが、50モル%以上の環状二酸及び/又は環状ジオール成分を含んでいなければならず、その残部があるとすれば線状脂肪族二酸及び/又はジオールである。環状成分はポリエステルに良好な剛性を付与するのに必要である。
【0017】
ポリエステル樹脂は通例ジオール又はジオール等価成分と二酸又は二酸等価成分との縮合又はエステル交換重合によって得られる。
【0018】
R及びR1は好ましくは以下の式のものから独立に選択されるシクロアルキル基である。
【0019】
【化2】
【0020】
好ましい脂環式基R1は1,4−シクロヘキシル二酸から誘導され、最も好ましくはその70モル%超がトランス異性体である。好ましい脂環式基Rは1,4−シクロヘキシルジメタノールのような1,4−シクロヘキシル第一ジオールから誘導され、最も好ましくはその70モル%超がトランス異性体である。
【0021】
本発明のポリエステル樹脂の製造に有用なその他のジオールは直鎖、枝分れ又は脂環式アルカンジオールであり、その炭素原子数は2〜12とし得る。かかるジオールの具体例には、エチレングリコール、プロピレングリコール(すなわち1,2−プロピレングリコール及び1,3−プロピレングリコール)、2,2−ジメチル−1,3−プロパンジオール、2−エチル,2−メチル,1,3−プロパンジオール、1,3−ペンタンジオール及び1,5−ペンタンジオール、ジプロピレングリコール、2−メチル−1,5−ペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、ジメタノールデカリン、ジメタノールビシクロオクタン、1,4−シクロヘキサンジメタノール(特にそのシス異性体及びトランス異性体)、トリエチレングリコール、1,10−デカンジオール、並びにこれらいずれかの混合物があるが、これらに限定されない。好ましくは、脂環式ジオール又はその化学的等価物、特に1,4−シクロヘキサンジメタノール又はその化学的等価物がジオール成分として用いられる。
【0022】
ジオールの化学的等価物には、ジアルキルエステルやジアリールエステルなどのエステルがある。
【0023】
本発明の脂肪族ポリエステル樹脂の製造に有用な二酸は、好ましくは脂環式二酸である。これは各々飽和炭素に結合した2つのカルボキシル基を有するカルボン酸を包含して意味する。好ましい二酸はシクロ又はビシクロ脂肪族酸、例えばデカヒドロナフタレンジカルボン酸、ノルボルネンジカルボン酸、ビシクロオクタンジカルボン酸、1,4−シクロへキサンジカルボン酸又はその化学的等価物であり、最も好ましいのはトランス−1,4−シクロへキサンジカルボン酸又はその化学的等価物である。アジピン酸、アゼライン酸、ジカルボキシルドデカン酸及びコハク酸などの線状ジカルボン酸も有用である。
【0024】
シクロへキサンジカルボン酸及びその化学的等価物は、例えば、適当な触媒(ロジウムを炭素やアルミナのような担体に担持したものなど)を用いて、水や酢酸のような適当な溶媒中で、イソフタル酸、テレフタル酸、ナフタレン酸のような環状芳香族二酸及びその誘導体を水添することによって製造できる。Friefelder他,Journal of Organic Chemistry,31,3438(1966);米国特許第2675390号及び同第4754064号を参照されたい。また、反応条件下でフタル酸が少なくとも部分的に可溶性であるような不活性液体媒質と、炭素やシリカに担持したパラジウム又はルテニウム触媒とを用いて製造することもできる。米国特許第2888484号及び同第3444237号を参照されたい。
【0025】
水添では、通例、カルボン酸基がシス位又はトランス位にある2種類の異性体が得られる。シス異性体とトランス異性体は結晶化又は蒸留で分離することができ、結晶化に際してはn−へプタンのような溶媒を使用してもよいし、使用しなくてもよい。シス異性体の方がブレンドし易いが、トランス異性体の方が高い溶融温度及び結晶化温度を有しているので好ましい。シス/トランス異性体混合物も本発明において有用である。
【0026】
異性体混合物又は2種類以上の二酸もしくはジオールを使用すると、コポリエステル又は2種類のポリエステルの混合物を本発明の脂環式ポリエステル樹脂として使用することができる。
【0027】
これらの二酸の化学的等価物には、エステル、ジアルキルエステルのようなアルキルエステル、ジアリールエステル、無水物、塩、酸クロライド、酸ブロマイドなどがある。好ましい化学的等価物には、脂環式二酸のジアルキルエステルがあり、最も好ましい化学的等価物には、酸のジメチルエステル、特に1,4−シクロへキサン−ジカルボン酸ジメチルがある。
【0028】
好ましい脂環式ポリエステルは、ポリ(1,4−シクロへキサン−ジメタノール−1,4−ジカルボキシレート)(PCCD)とも呼ばれるポリ(シクロへキサン−1,4−ジメチレンシクロへキサン−1,4−ジカルボキシレート)であり、次の式IIの繰返し単位を有する。
【0029】
【化3】
【0030】
前述の一般式を参照すると、PCCDでは、Rは1,4−シクロへキサンジメタノールから誘導され、R1はシクロへキサンジカルボキシレート又はその化学的等価物から誘導されるシクロへキサン環である。好ましいPCCDはシス/トランス式を有する。
【0031】
ポリエステル重合反応は、一般に、適量(通例、最終生成物を基準にしてチタン約50〜200ppm)のテトラキス(2−エチルへキシル)チタネートのような適当な触媒の存在下、溶融状態で実施される。
【0032】
本発明の成形用組成物に用いられる好ましい脂肪族ポリエステルは、50℃を上回るガラス転移温度(Tg)を有し、さらに好ましくは60℃を上回るTg、最も好ましくは約70℃を超えるTgを有する。
【0033】
その他本発明で考えられるものには、上記のポリエステルで、高分子脂肪族酸及び/又は高分子脂肪族ポリオールから誘導される単位を約1〜約50重量%有していてコポリエステルを形成しているものがある。脂肪族ポリオールにはポリ(エチレングリコール)やポリ(ブチレングリコール)のようなグリコール類がある。かかるポリエステルは、例えば米国特許第2465319号及び同第3047539号の教示に従って製造できる。
【0034】
安定剤は通例0.001〜10重量%、好ましくは0.005〜2重量%のレベルで使用される。好ましい安定剤には、有効量の酸性リン酸塩;1以上の酸性水素を有する酸性、アルキル、アリール又は混成ホスファイト;第IB族又は第IIB族金属リン酸塩;リンのオキソ酸、酸性ピロリン酸金属塩又はこれらの混合物がある。個々の化合物が安定剤として用いるのに適しているか、また安定剤としてどの程度の量で用いるべきかは、ポリエステル樹脂成分とポリカーボネートの混合物を調製して、溶融粘度、ガス発生、色安定性又はインターポリマーの形成に対する影響を調べることで容易に簡単に決定し得る。酸性リン酸塩としては、リン酸二水素ナトリウム、リン酸一亜鉛、リン酸水素カリウム、リン酸二水素カルシウムなどがある。ホスファイトは次の式Vで表される。
【0035】
【化4】
【0036】
式中、R1、R2及びR3は各々独立に水素、アルキル及びアリールからなる群から選択されるが、R1、R2及びR3のうち少なくとも1つが水素であることを条件とする。
【0037】
第IB族又は第IIB族金属のリン酸塩には、リン酸亜鉛などがある。リンのオキソ酸には、亜リン酸、リン酸、ポリリン酸、次亜リン酸がある。
【0038】
ポリ酸性ピロリン酸は次の式VIで表される。
【0039】
MzxHyPnO3n+1
式中、Mは金属であり、xは1〜12の数であり、yは1〜12の数であり、nは2〜10の数であり、zは1〜5の数であり、xz+yの合計はn+2に等しい。好ましいMはアルカリ金属又はアルカリ土類金属である。
【0040】
最も好ましい奪活剤はリンのオキソ酸又は酸性有機リン化合物である。無機酸性リン化合物も奪活剤として使用し得るが、曇りや透明度の低下を招くおそれがある。最も好ましい奪活剤はリン酸、亜リン酸又はこれらの部分エステルである。
【0041】
離型剤には、ペンタエリトリトールテトラエステル、特にステアリン酸エステルがある。グリセロールのような他のポリオールのカルボン酸エステル、例えばモノステアリン酸グリセロールも好ましい。
【0042】
PCCD組成物、つまり脂環式ポリエステル単独又は脂環式ポリエステルブレンドに光安定剤を配合すると、耐候性が一段と向上する。
【0043】
UV吸収剤に加えて、ヒンダードアミン系光安定剤(HALS)も構造体の耐候性向上に貢献する。
【0044】
紫外線吸収性化合物の具体例には、2−(ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−(1,1,3,3−テトラメチルブチル)フェノール、2−(ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−メチルフェノール、2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、エチル−2,2−ジフェニル−1−シアノアクリレート、2′−エチルへキシル−2,2−ジフェニル−1−シアノアクリレート、2−(2′−ヒドロキシ−4′−オクチルオキシ)ビス−4,6−(2′、4′−ジメチルフェニル)トリアジン、2−エチル−2′−エトキシオキサルアニド、ビス[2−ヒドロキシ−5−メチル−3−(ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル]−メタン、ビス[2−ヒドロキシ−5−t−オクチル−3−(ベンゾトリアゾール−2−イル)フェニル]−メタン、2,2′−(1,4−フェニレン)ビス[4H−3,1−ベンズオキサジン−4−オン]及び2−(2′−ヒドロキシ−4−ヘキシルオキシ)−4,6−ジフェニルトリアジンがある。光安定剤はPCCDのような脂環式ポリエステル樹脂に約0.05〜約10重量%の量で配合される。
【0045】
脂環式ポリエステル組成物は、アクリルポリマー又はコポリマーブレンド、ポリアルキレンフタレート又はナフタノエート、ポリブチレンテレフタレート重合体(PBT)、ポリエチレンテレフタレート重合体(PET)、ポリプロピレンテレフタレート重合体(PPT)、ポリエチレンナフタノエート重合体(PEN)、ポリシクロヘキサンジメタノールテレフタレート及びスチレン−アクリロニトリル共重合体(好ましくはアクリロニトリル含有量25〜35%)のような追加のポリマー材料をブレンド中に50重量%以下、好ましくは40重量%未満、さらに好ましくは30重量%未満含んでいてもよい。
【0046】
さらに、いわゆる耐候性の耐衝撃性改良剤を配合することも考えられる。かかる耐衝撃性改良剤の具体例例としては、以下に挙げる材料又はそれらの2種類以上のブレンドがある:(1)Paraloid EXL3300(これはブチルアクリレート−メタクリレートコア/シェルゴムである。)、(2)ASA−HRG(これはアクリロニトリル−スチレン−ブチルアクリレート共重合体である。)、(3)AES(これはアクリロニトリル−スチレン−EPDM共重合体である。ただし、EPDMとは、エチレン−プロピレン−非共役ジエンエラストマーをいう。)、(4)Lotader AX8900(これはエチレン−メタクリレート−グリシジルメタクリレート共重合体(メタクリレート含有量約25%、グリシジルメタクリレート含有量約8%)である。)。耐衝撃性改良剤の含有量は好ましくは40重量%未満、さらに好ましくは30重量%未満、最も好ましくは20重量%未満である。
【0047】
本発明の組成物のブレンド法は慣用技術で実施できる。一つの簡便な方法では、ポリエステル、アクリル、耐衝撃性改良剤及び他の成分を粉末又は粒状で溶融ブレンドし、ブレンドを押出し、ペレット又は他の適当な形状に細断する。これらの成分は、通常の態様で、例えばドライ混合した後押出機で溶融状態で混合することによって混合する。
【0048】
さらに、添加剤、例えば離型剤、酸化防止剤、滑剤、タルクなどの造核剤、ベンゾトリアゾールなどのUV安定剤を始めとする他の安定剤、補助的補強充填材など、難燃剤、顔料又はこれらの組み合わせを本発明の組成物に添加してもよい。
【0049】
以下の実施例に示す特性は下記の方法で測定する。
【0050】
ノッチ付アイゾッド衝撃強さ(NI):この試験法はISO 180法に基づくものである。試験結果は、試験片の単位幅当たりの吸収エネルギーとして記載し、キロジュール毎平方メートル(kJ/m2)で表す。通例、最終試験結果は5枚の試験片の試験結果の平均として計算する。
【0051】
メルトフロー(MVR):この試験法はISO 1133法に基づくものである。用いる装置は自動タイマーを備えた押出プラストメーターである。この装置の代表例はZwick 4105又はGottfert MP−Eである。試験に先立って、試料を100℃で2時間乾燥する。試験条件は溶融温度250℃、合計荷重2160g、滞留時間4分である。試験結果は立方センチメーター毎10分(cc/10′)単位で表す。
【0052】
曲げ特性:剛性を測定するためのこの試験法はISO 527法に基づくものである。代表的な試験片の寸法は4mm×10mm×170mmである。最終試験結果は5枚の試験片の試験結果の平均として計算する。試験には、単純支持梁に中心で荷重をかける3点荷重系を用いる。Instron及びZwickがこの種の試験を行うために設計された機器の代表的な製造業者である。曲げ弾性率は、弾性限度内での応力と歪との比であり、メガパスカル(MPa)で表される。最大応力は試料が破壊する際の応力であり、メガパスカル(MPa)で表される。
【0053】
ビカットB120軟化温度は、ISO 306法に準拠して試験し、プラスチック試料が急速に軟化し始める温度を指す。ビカットB120軟化温度は、特定の荷重付加下、鋼球圧子でプラスチック試料への押込みが1mmに達する温度である。試料をシリコーン油浴に沈め、油浴を120℃/時で加熱する。試験は引張試験片(の一部)に行う。最終試験結果を2つの試験片の試験結果の平均として計算し、摂氏度(℃)で表示する。
【0054】
示差走査熱量測定(DSC):2通りの異なる試験手順を用いて材料の結晶化挙動を明らかにする。
【0055】
(1)昇温(T−ramp)法。この方法では、材料を以下の温度プロファイルに付す。40℃から毎分20℃で260℃まで加熱した後、260℃で2分間の保持期間。次いで、260℃から毎分20℃で40℃まで冷却するが、これを「第1回冷却」という。続いて40℃で2分間の保持期間。最後に、40℃から毎分20℃で260℃まで加熱するが、これを「第2回加熱」という。試験結果は、観察される場合には第1回冷却時の結晶化温度Tc(摂氏温度(℃)で表す。)及び観察される場合には第2回加熱時の溶融温度Tm(摂氏温度(℃)で表す。)である。
【0056】
(2)等温法。この方法では、材料を以下の温度プロファイルに付す。40℃から毎分200℃で260℃まで加熱した後、260℃で5分間の保持期間。次いで、260℃から毎分200℃で所定の等温保持温度よりも5℃高い温度まで冷却する。続いて等温保持温度よりも5℃高い温度から実際の等温保持温度まで毎分10℃で冷却する。次いで、実際の等温保持温度で30分間の保持期間。最後に材料を40℃まで毎分20℃で冷却する。試験結果は、所定の等温保持温度(摂氏温度(℃)で表す。)と併せて、所定温度での50%結晶化時間(分単位の時間で表す。)である。
【実施例】
【0057】
以下の実施例は好ましい実施形態についてさらに詳しく説明するとともに、本発明の原理及び実施を当業者に一段と明瞭に示すためのものである。これらの実施例は本発明の技術的範囲を限定するものではない。組成データは特記しない限りすべて重量%である。
【0058】
表1に、一連の材料の機械的特性及び熱的特性を示す。組成から明らかな通り、幾つかの評価は重複して行ったが、これはこれらの材料についてブレンディング、混練、射出成形及び試験の全過程を繰り返したことを意味する。本発明の実施例(実施例1〜3)を対照材料(対照例1、2)及び比較例(比較例1〜4)と比較すると、ビカット軟化点、3点曲げ弾性率及び3点曲げ最大応力が格段に向上していることが分かる。
【0059】
DSCの結果を示す表2及び表3から、本発明の実施例(実施例1〜4)は、対照材料(対照例1〜4)及び比較例(比較例1〜6)よりも結晶化挙動が格段に優れていることが分かる(同一TmでTcが高く、所定の等温保持温度での50%結晶化時間が短い。)。
【0060】
各実施例は本発明の様々な態様を示すものであるが、以上の教示に照らしてその他様々な変更を加えることも可能である。以上説明してきた本発明の特定の実施形態に様々な変更を加えることができ、これらも特許請求の範囲に規定する本発明の技術的範囲に属する。
【0061】
【表1】
【0062】
【表2】
【0063】
【表3】
Claims (13)
- 脂環式ポリエステル成分と、フルオロポリマーを含有する熱可塑性樹脂からなる造核剤とを含んでなるポリエステル成形用組成物。
- 前記フルオロポリマー含有熱可塑性樹脂が粒度20〜1000μmの範囲内の自由流動性粉末である、請求項1記載の成形用組成物。
- 前記フルオロポリマー含有熱可塑性樹脂が粒度50〜800μmの範囲内の自由流動性粉末である、請求項1記載の成形用組成物。
- 前記樹脂成分と前記フルオロポリマー熱可塑性添加剤からなる造核剤とをブレンドして樹脂を賦形することによって成形を促進する、請求項1記載の成形用組成物。
- ポリカーボネート樹脂成分と脂環式ポリエステル成分とフルオロポリマー熱可塑性添加剤からなる造核剤との加熱可塑化ブレンドを賦形し、賦形した可塑化ブレンドを冷却して凝固賦形品を形成することによって賦形品を形成すべく加工される、請求項1記載の成形用組成物。
- 前記フルオロポリマーが、1種以上のフッ素化α−オレフィン単量体から誘導された繰返し単位を含むホモポリマー及びコポリマーを包含する、請求項1記載の成形用組成物。
- 前記フッ素化α−オレフィンホモポリマーがポリ(テトラフルオロエチレン)又はポリ(ヘキサフルオロエチレン)を包含する、請求項5記載の成形用組成物。
- 前記第二ポリマーがスチレン及びアクリロニトリルから誘導された繰返し単位を含む、請求項1記載の成形用組成物。
- 前記第二ポリマーがスチレンから誘導された繰返し単位60〜90重量%及びアクリロニトリルから誘導された繰返し単位10〜40重量%を含む、請求項7記載の成形用組成物。
- 前記重合フルオロポリマー造核剤がフルオロポリマー30〜70重量%及び第二ポリマー30〜70重量%を含む、請求項8記載の成形用組成物。
- 前記ポリエステルが縮合生成物であって、Rが炭素原子数6〜20のアリール、アルカンもしくはシクロアルカン含有ジオール又はその化学的等価物の残基であり、R1が炭素原子数6〜20のアリール、脂肪族もしくはシクロアルカン含有二酸又はその化学的等価物から誘導された脱カルボキシル残基であり、R又はR1の少なくとも一方が脂環式基である、請求項10記載の成形用組成物。
- R及びR1が共に脂環式基である、請求項11記載の成形用組成物。
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