JP2005179419A - ポリカーボネート樹脂組成物及び成形体 - Google Patents

ポリカーボネート樹脂組成物及び成形体 Download PDF

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博 中野
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Abstract

【課題】 良好な色相、透明性を有するポリカーボネート樹脂組成物及びその成形体を提供する。
【解決手段】 主たる繰り返し単位が下記式(A)で表され、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトルのδ=7.96〜8.02ppmに検出されるシグナル(a)及びδ=8.11〜8.17ppmに検出されるシグナル(b)の各々の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pa)及び(Pb)が、下記式(1)及び式(2)を満たし、かつ、粘度平均分子量が15,000〜40,000であるポリカーボネート100重量部に、金属塩系化合物及びケイ素含有化合物から選ばれる少なくとも1種の難燃剤を0.001〜30重量部と、リン系熱安定剤0.001〜1重量部とを、少なくとも配合してなるポリカーボネート樹脂組成物。
式(A)
【化1】
Figure 2005179419

式(1) 4 <{(Pa)+(Pb)}<26
式(2) 0.5 < (Pa)/(Pb) < 3
(但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
【選択図】 なし

Description

本発明は、ポリカーボネート樹脂組成物に関し、詳しくは、色相が良好でポリカーボネート本来の透明性を有し、かつ、難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物及び成形体に関する。
ポリカーボネートは、優れた機械的性質を有しており、自動車分野、OA機器分野、電気・電子分野等の原材料として、工業的に広く利用されている。一方、OA機器、家電製品等の用途を中心に、使用する合成樹脂材料の難燃化の要望が強く、これらの要望に応えるために多数の難燃剤が開発・検討されている。
通常、ポリカーボネートの難燃化には、主にハロゲン系化合物等が使用されている。該ハロゲン系化合物は、難燃化には効果があるが、成形加工時の熱安定性が悪く、成形加工時の熱履歴で、色相変化、成形品外観の悪化等の不具合を起こしやすい。このようなハロゲン系化合物の不具合を改良する目的で、近年は、ハロゲン系化合物の減量を目的として、リン酸エステル系難燃剤を使用した組成物やポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体を使用した組成物が開示されている(特許文献1,2)。しかしながら、優れた燃焼性を得るためにはこの様な難燃剤を比較的多量に添加する必要があり、そのためポリカーボネート本来の色相や透明性が損なわれる等の欠点があった。
また、難燃性について、高い評価を得るためには、難燃剤とともに、滴下防止用ポリテトラフルオロエチレン等を併用する方法が知られている。しかしながら、当該方法では透明性に悪影響を与えるという問題があった。
これらの問題を解決するために、特許文献3及び4では、溶融法で製造されたポリカーボネートを使用する試みがなされている。さらに、特許文献3及び4では、透明性や耐熱性について改良を検討した組成物が開示されているものの、色相の悪化の改善や透明性の十分な改善という観点からは、更なる改良が望まれる。
特開昭59−202240号公報 特開平8−81620号公報 特開2000−336260号公報 特開2003−49061号公報
本発明の目的は、色相が良好で、ポリカーボネート本来の透明性を有し、かつ、難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物及び成形体を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、驚くべきことに、1H−NMRで特定シグナルを有するポリカーボネートに、金属塩系化合物及びケイ素含有化合物から選ばれる少なくとも1種の難燃剤とリン系熱安定剤とを配合することで、色相、透明性、難燃性に優れたポリカーボネート成形体が得られることを見出した。特に、上記手段を採用することにより、色相及び透明性を良好に保ちつつ、かつ、UL規格94でV−0レベルの高い難燃性を実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明の要旨は、主たる繰り返し単位が下記式(A)で表され、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトルのδ=7.96〜8.02ppmに検出されるシグナル(a)及びδ=8.11〜8.17ppmに検出されるシグナル(b)の各々の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pa)及び(Pb)が、下記式(1)及び式(2)を満たし、かつ、粘度平均分子量が15,000〜40,000であるポリカーボネート100重量部に対し、金属塩系化合物及びケイ素含有化合物から選ばれる少なくとも1種の難燃剤を0.001〜30重量部と、リン系熱安定剤0.001〜1重量部とを少なくとも配合することを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物に関するものである。
式(A)
Figure 2005179419
式(1) 4 <{(Pa)+(Pb)}<26
式(2) 0.5 < (Pa)/(Pb) < 3
(但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
本発明の好ましい態様として、前記ポリカーボネートが、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトル中のδ=10.35〜10.50ppmに検出されるシグナル(c)の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pc)と前記(Pa)との比(Pc)/(Pa)が下記式(3)を満たし、かつ前記(Pb)及び前記(Pc)が下記式(4)を満たすポリカーボネート樹脂組成物が挙げられる。
式(3) 0 ≦ (Pc)/(Pa) < 0.5
式(4) 0.700 < (Pb)/{(Pb)+(Pc)} < 0.960
(但し、(Pb)及び(Pc)の単位はμモル/gである。)
また、本発明の他の好ましい態様としては、前記ポリカーボネートが、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステル化合物とをエステル交換させて得られるポリカーボネートであり、かつ、末端OH基含有量が100〜1500重量ppmであるポリカーボネートを含有することを特徴とする態様;前記ポリカーボネート100重量部に対し、離型剤を、0.01〜5重量部含む態様;前記ポリカーボネート100重量部に対し、脂肪族カルボン酸とアルコールとの部分エステル化合物及び数平均分子量200〜15,000の脂肪族炭化水素化合物から選ばれた少なくとも1種を0.01〜5重量部含むことを特徴とする態様;当該ポリカーボネート樹脂組成物を、3mm厚のシート状の成形体とした場合のヘイズが20%以下であることを特徴とする態様である。
さらに、上記いずれかのポリカーボネート樹脂組成物を成形してなる成形体、当該成形体が、異型押出成形品又はシート状であることを特徴とする成形体が挙げられる。
本発明によれば、色相、透明性及び難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物及びその成形体を提供することができる。特に色相及び透明性を良好に保ちつつ、極めて高い難燃性を実現できる。
以下、本発明について具体的に説明する。本発明において、「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。本発明で使用されるポリカーボネートは、主たる繰り返し単位が下記式(A)で表される。ここで、「主たる繰り返し単位」とは、ポリカーボネートを構成する構造単位のうち、最も多い構造単位が下記式(A)で表される構造単位であることを意味し、全構造単位の好ましくは50%以上、より好ましくは80%以上が下記式(A)の構造単位であるものが好ましい。また、特定のポリカーボネートを、「少なくとも配合」するとは、該ポリカーボネートを主たる成分として配合することをいい、主たる成分とは、好ましくは80重量%以上、より好ましくは90重量%以上がポリカーボネートであることを意味する。特に好ましくは、後述する各種添加剤以外、実質的にすべてが、本発明のポリカーボネートのみの場合である。
本発明で使用されるポリカーボネートについて説明する。本発明で採用するポリカーボネートは、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトルのδ=7.96〜8.02ppmに検出されるシグナル(a)の積分値の合計から計算されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pa)と、δ=8.11〜8.17ppmのシグナル(b)の積分値の合計から計算されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pb)が、下記式(1)及び式(2)で示される範囲である。
4 < {(Pa)+(Pb)}<26 (1)
0.5 < (Pa)/(Pb) < 3 (2)
(但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
さらに、上記式(1)について好ましくは下記式(5)がで示される範囲であり、さらに好ましくは下記式(6)で示される範囲である。
6 < {(Pa)+(Pb)} < 24 (5)
(但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
7< {(Pa)+(Pb)} <22 (6)
(但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
さらに、当該ポリカーボネートは、粘度平均分子量が15,000〜40,000であり、好ましくは19,000〜30,000、さらに好ましくは20,000〜28,000である。(Pa)+(Pb)が4以上であると、十分な難燃性が得られなくなる傾向にあると共に、異型押出、シート成形等の成形時に溶融張力不足となり成形性が劣る傾向にある。一方、(Pa)+(Pb)が26以上であると、機械強度の低下や色相が悪化する傾向にある。
(Pa)/(Pb)は、0.5より大きく、3未満の範囲である。前記比(Pa)/(Pb)が0.5以上では{(Pa)+(Pb)}が前記式(1)を満足していてもポリカーボネート樹脂組成物の難燃性が得られなくなる傾向にあり、前記比(Pa)/(Pb)が3以上であるとポリカーボネート樹脂組成物の着色が著しくなる傾向にある。また、粘度平均分子量が15,000未満では、異型押出やシート成形性、機械強度、難燃性の不足が起こりやすく、40,000を越えると、溶融粘度が高くなり過ぎ、成形性に問題が起こりやすい。
さらに、本発明の主たる成分であるポリカーボネートは、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトル中のδ=10.35〜10.50ppmに検出されるシグナル(c)の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pc)と前記(Pa)との比(Pc)/(Pa)が下記式(3)を満たし、かつ前記(Pb)及び前記(Pc)が下記式(4)を満たすのが好ましい。
0 ≦ (Pc)/(Pa) < 0.5 (3)
0.700 < (Pb)/{(Pb)+(Pc)} < 0.960 (4)
(但し、(Pa)、(Pb)及び(Pc)の単位はμモル/gである。)
(Pc)/(Pa)を0.5未満とすることにより、より効果的に難燃性を保持することができ、異型押出やシートによる成形性もより良好なものとなる。また、式(4)の上限を0.960未満とすることにより、ポリカーボネート樹脂組成物の色相をより良好なものとし、また、下限0.700より大きくすることにより、難燃性や成形性をより効果的に良好なものとすることができる。
ここで、前記シグナル(b)及び(c)については、Polymer,42(2001)7653に、それぞれサリチル酸フェニル構造の分岐骨格とサリチル酸フェニル構造の未分岐骨格由来のシグナルであるとされている。従来の考え方どおり、難燃性の改善が、前記シグナル(b)が帰属するサリチル酸フェニル構造の分岐骨格のみに依存するとすると、ポリカーボネート中のシグナル(b)の強度が高いほど、ポリカーボネートの分岐度が高くなり、難燃性は改善されることになる。しかしながら、本発明者が検討を行ったところによると、驚くべきことに、シグナル(b)の強度が高いだけでは難燃性を改善することが困難であることを見出した。
さらに、Polymer,42(2001)7653に記載されている様に、エステル交換反応法によって製造されたポリカーボネートには、前記シグナル(b)が帰属する分岐構造以外の分岐構造の存在が知られている。そこで、本発明者は、当該シグナル(b)以外の分岐構造について詳細に検討を行ったところ、驚くべきことに、前記シグナル(a)の強度と、ポリカーボネートの難燃性とには相関関係があることを見出した。さらに驚くべきことには、前記シグナル(a)及び(b)の積分値の和{(Pa)+(Pb)}が特定範囲にあることが、ポリカーボネートの難燃性改良に極めて重要であることが今回の発明者の鋭意努力により明らかとなった。
ここで、前記シグナル(a)は、主として、本発明の組成物の難燃性に寄与し、前記シグナル(b)は、主として、色相に寄与する。そして、本発明者は、(Pa)と(Pb)とのバランスによって、色相が良好であり、かつ、難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物が得られる。この様な観点から、シグナル(a)とシグナル(b)はいずれも0より大きいすなわち、シグナル(a)、(b)ともに存在するのが好ましい。さらに、発明者が検討したところ、(Pa)/(Pb)は、0.5より大きく、3未満の範囲で、色相及び難燃性に優れたものが得られることを見出した。前記比(Pa)/(Pb)が0.5以下であると{(Pa)+(Pb)}が前記式(1)を満足していてもポリカーボネート樹脂組成物の難燃性の改善効果が不充分の場合がある。また、前記比(Pa)/(Pb)が3以上であるとポリカーボネート樹脂組成物が着色しやすい傾向にある。
一方、Polymer,42(2001)7653には、シグナル(a)には未分岐のサリチル酸フェニル構造由来の構造と、未知構造が含まれていることが示されている。そこで、シグナル(a)についてさらに検討を行ったところ、該シグナル(a)中の未分岐のサリチル酸フェニル構造の割合は、少ない方が本発明の効果は、より効果的であることを見出した。そして、発明者がさらに検討を行った結果、シグナル(a)中の未分岐のサリチル酸フェニル構造の割合を精度よく分離する方法として、シグナル(c)との関係、すなわち、(Pc)/(Pa)の値が特定にある場合が、さらに良好なポリカーボネート樹脂組成物が得られることを見出した。具体的には、(Pc)/(Pa)を0以上0.5未満の範囲とすることにより、より効果的であることを見出した。
さらに、上記Polymer,42(2001)7653の開示内容から検討すると、シグナル(b)は、主として、サリチル酸フェニル構造の分岐骨格由来のシグナルを示し、シグナル(c)は、主として、サリチル酸フェニル構造の未分岐骨格由来のシグナルを示すことが思料される。これらを踏まえて発明者が検討した結果、シグナル(c)分岐構造を増やす(シグナル(b)の強度を高くする)ために未分岐構造を減らし過ぎる(シグナル(c)の強度を低下させ過ぎる)と、ポリカーボネートは着色してしまう傾向があることを見出した。すなわち、発明者が鋭意検討を行った結果、上記(4)を満たす場合に、より良好なポリカーボネート樹脂組成物が得られることを見出した。
以上より、本発明のポリカーボネート樹脂組成物に使用するポリカーボネートは、前記シグナル(a)及び(b)が、上記式(1)及び(2)を満足する態様であり、好ましくは、前記シグナル(a)、(b)及び(c)が、上記式(1)、(2)、(3)及び(4)を満足する範囲で、バランス良く存在する態様である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物に使用するポリカーボネートに適用した1H−NMRスペクトルの測定は、高感度で行うのが極めて好ましい。例えば、操作周波数が400MHz程度以上のNMR分光器で、ポリカーボネート溶液濃度10〜20重量%として6000回以上積算することで、定量するに充分なシグナル/ノイズ比(S/N比)を得ることができる。また、定量方法に関しては、通常基準シグナルとして使用される、ポリカーボネート繰り返し構造単位中のメチル基等では充分な定量性は得られないので、ポリカーボネートのシグナルが無い部分にシグナルを有する、テトラフェニルメタン(TPM)等の基準物質を少量添加することで定量を行う。
本発明で使用する上記定義のポリカーボネートは、例えば、芳香族ジヒドロキシ化合物及び炭酸ジエステルを原料とし、エステル交換反応により製造することができる。
芳香族ジヒドロキシ化合物:
前記エステル交換反応法において、原料の一つとして用いられる芳香族ジヒドロキシ化合物としては、下記式(A−1)で表される化合物が好ましい。
式(A−1)
Figure 2005179419
式(A−1)中、Aは単結合、置換されていてもよい炭素数1〜10の直鎖状、炭素数4〜10の分岐状又は炭素数3〜10の環状の2価の炭化水素基、或は、−O−、−S−、−CO−若しくは−SO2−で示される2価の基又はこれらの組み合わせからなる基であり、X及びYは、それぞれ、ハロゲン原子又は置換されていてもよい炭素数1〜6の炭化水素基であり、p及びqは、それぞれ、0又は1の整数である。
代表的な芳香族ジヒドロキシ化合物としては、例えば、ビス(4−ヒドロキシジフェニル)メタン、ビスフェノールA(2,2−ビス(4−ヒドロキシジフェニル)プロパン)、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−t−ブチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)プロパン、4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン等が挙げられる。これらの芳香族ジヒドロキシ化合物の中では、ビスフェノールAが特に好ましい。これらの芳香族ジヒドロキシ化合物は、単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。
さらに、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、分岐化剤を併用することができる。例えば、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン(THPE)、1,3,5−トリス(4−ヒドロキシフェニル)ベンゼン等の分子中に3個以上のヒドロキシ基を有する多価フェノール等が挙げられる。もちろん、例えば、上記エステル交換法で行う場合等、分岐化剤を使用しなくとも十分に分岐化が可能な場合等には、分岐化剤を全く使用しなくてもよいのは言うまでも無い。
上記芳香族ジヒドロキシ化合物中の微量成分には、上記1H−NMRシグナル(a)、(b)又は(c)を含むものを採用してもよいが、(a)、(b)及び(c)いずれのシグナルも実質的に存在しない方が好ましい。ここで実質的にとは、芳香族ジヒドロキシ化合物1gあたり、シグナルの積分値の合計から計算されたプロトンモル数(Pa)、(Pb)及び(Pc)がそれぞれ好ましくは1μモル未満、さらに好ましくは0.1μモル未満をいう。
炭酸ジエステル:
前記他の原料である炭酸ジエステルは、下記式(B)で示される化合物が好ましい。
式(B)
Figure 2005179419
上記式(B)中、A1及びA2は、それぞれ、置換されていてもよい炭素数1〜10の直鎖状、炭素数4〜10の分岐状又は炭素数3〜10の環状の1価の炭化水素基である。
代表的な炭酸ジエステルとしては、例えば、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート等に代表される置換ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−t−ブチルカーボネート等に代表されるジアルキルカーボネートが挙げられる。これらの炭酸ジエステルは、単独で、又は2種以上を混合して用いることができる。これらの中でも、ジフェニルカーボネート(以下、「DPC」と略記することもある。)、置換ジフェニルカーボネートが好ましい。
また、上記の炭酸ジエステルは、好ましくはその50モル%以下、さらに好ましくは30モル%以下の量を、ジカルボン酸又はジカルボン酸エステルで置換してもよい。代表的なジカルボン酸又はジカルボン酸エステルとしては、テレフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸ジフェニル、イソフタル酸ジフェニル等が挙げられる。このようなジカルボン酸又はジカルボン酸エステルで置換した場合には、ポリエステルカーボネートが得られる。
これら炭酸ジエステル(上記の置換したジカルボン酸又はジカルボン酸のエステルを含む。以下同じ)は、芳香族ジヒドロキシ化合物1に対し、好ましくは1.001〜1.3、より好ましくは1.01〜1.2の範囲内のモル比で用いる。モル比を1.001以上とすることにより、製造されたポリカーボネートの末端OH基の増加を抑止し、より熱安定性、耐加水分解性が良好なものとすることができる。また、モル比を1.3以下とすることにより、エステル交換反応の速度が必要以上に低下するのを効果的に防止し、より効果的に所望の分子量のポリカーボネートを製造できる。本発明においては、末端OH基含有量を、好ましくは50〜1500ppm、より好ましくは100〜1000ppm、さらに好ましくは200〜800ppmの範囲内に調整するとよい。
原料混合槽への原料の供給方法としては、液体状態の方が計量精度を高く維持し易いため、芳香族ジヒドロキシ化合物及び炭酸ジエステルのうち、一方又は両方を、溶融させて液体状態で供給することが好ましい。液体状態で原料を供給する場合には、計量装置としては、オーバル流量計、マイクロモーション式流量計等を用いることができる。
一方、固体状態で原料を供給する場合には、容量を計量するスクリュー式フィーダーであっても、重量を計量するベルト式、ロスインウェイト式等の重量フィーダーであってもよいが、好ましくは、重量フィーダーであり、さらに好ましくは、ロスインウェイト方式である。
エステル交換触媒:
エステル交換法によりポリカーボネートを製造する際には、エステル交換触媒を使用することができる。本発明のポリカーボネート製造方法において、触媒の種類は、特に定めることなく広く採用することができる。好ましくは、アルカリ金属化合物、アルカリ土類金属化合物、塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物又はアミン系化合物等の塩基性化合物である。この中で、アルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物が特に好ましい。これらは、1種類のみを使用してもよく、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。
アルカリ金属化合物としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムの水酸化物、炭酸塩、炭酸水素化合物等の無機アルカリ金属化合物、アルコラート、フェノラート、有機カルボン酸塩等の有機アルカリ金属化合物等が挙げられる。これらのアルカリ金属化合物の中でも、セシウム化合物が特に好ましく、具体的にはセシウム化合物炭酸セシウム、炭酸水素セシウム、水酸化セシウムが挙げられる。
また、アルカリ土類金属化合物としては、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウムの水酸化物、炭酸塩等の無機アルカリ土類金属化合物、アルコラート、フェノラート、有機カルボン酸塩等の有機アルカリ土類金属化合物等がある。
上記触媒のうち、アルカリ金属化合物を採用すると、より有利に1H−NMRのシグナルを得ることができる。
本発明において、上記エステル交換で採用する触媒は、溶媒に溶解した触媒溶液の形態で用いるのが好ましい。溶媒としては、例えば、水、アセトン、アルコール、トルエン、フェノールの他、原料芳香族ジヒドロキシ化合物や炭酸ジエステル等を溶解する溶媒が挙げられる。これらの溶媒の中では、水が好ましく、特にアルカリ金属化合物を触媒とする場合には、水溶液とすることが好適である。
触媒の使用量は、適宜設定することができるが、例えば、アルカリ金属触媒の場合には、芳香族ジヒドロキシ化合物1モルに対し、好ましくは4×10-7〜1×10-5モル、より好ましくは1×10-6〜6×10-6モルの範囲内で用いる。触媒の使用量を4×10-7モル以上とすることにより、重合時の滞留時間を長くすることなく、又は温度を高温にすることなく、十分な活性が得られ、より有利に所望の分子量のポリカーボネートであって、色相が良好なポリカーボネートが得られる。一方、触媒量を1×10-5モル以下とすることにより、色相や耐加水分解性をより良好保ち、さらに機械的強度や透明性が低下してしまうのを、より効果的に防止することができる。
ポリカーボネートの製造方法:
本発明において、ポリカーボネートの製造方法は、例えば、界面重合反応やエステル交換反応によって行うことができ、好ましくはエステル交換反応で行うとよい。また、本発明の趣旨を逸脱しない限り、公知の溶融法ポリカーボネート製造設備を広く採用することができる。さらに、触媒種、触媒量、モノマー仕込み比、重合温度、滞留時間、減圧度等の重合条件は、適宜、定めることができる。ポリカーボネートの重合反応(エステル交換反応)は、例えば、一般的には2以上の重合槽での反応、すなわち2段階以上、通常3〜7段の多段工程で連続的に実施することができる。具体的な反応条件としては、温度:150〜320℃、圧力:常圧〜2.0Pa、平均滞留時間:5〜150分の範囲とすることができる。
さらに、各重合槽においては、反応の進行とともに副生するフェノールの排出をより効果的なものとするために、上記反応条件内で段階的に、より高温、より高真空に設定するとよい。また、得られるポリカーボネートの1H−NMRシグナル(a)及び(b)の値を大きくしたい場合は、使用するアルカリ金属触媒の量を多くすると良い。具体的には、1×10-6〜6×10-6モルを用いるのが好ましい。一方、(Pa)/(Pb)の値や、(Pb)/{(Pb)+(Pc)}の値を大きくしたい場合は、滞留時間を長くするとよい。好ましい滞留時間は30〜180分である。
1H−NMRシグナル(a)、(b)および(c)の値は、触媒の種種、触媒量、重合温度、滞留時間により変化する。触媒量、重合温度、滞留時間については、これらの値が上昇すると、概ね、シグナル(a)の値は上昇し、シグナル(b)の値は一旦上昇した後下降し、シグナル(c)の値も、少し上昇した後は減少する傾向がある。値の上昇・下降の様子は、触媒の種類の影響も受ける。これらの条件を適宜調節し、各シグナル値のバランスをとって、前記式(1)〜(4)を満たすよう、ポリマーを調製する。
なお、多段工程で重合槽を複数用いる場合の実際の触媒量の自動制御は、触媒の供給量を連続的に自動制御することが好ましく、その場合には、第1重合槽の滞留時間の1/3以内に測定および制御が完了していることが極めて好ましい。
本発明の製造方法で得られるポリカーボネートの分子量分布は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によりポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)と数平均分子量の比(Mw/Mn)で、2.2以上のものが多く得られ、さらには2.75〜4.5のものが多く得られる。
上記エステル交換反応において使用する装置は、竪型、管型又は塔型、横型のいずれの形式であってもよい。例えば、タービン翼、パドル翼、アンカー翼、フルゾーン翼(神鋼パンテック(株)製)、サンメラー翼(三菱重工業(株)製)、マックスブレンド翼(住友重機械工業(株)製)、ヘリカルリボン翼、ねじり格子翼((株)日立製作所製)等を具備した1以上の竪型重合槽を用いた後、円盤型、かご型等の横型一軸タイプの重合槽やHVR、SCR、N−SCR(三菱重工業(株)製)、バイボラック(住友重機械工業(株)製)、メガネ翼、格子翼((株)日立製作所製)、又はメガネ翼とポリマーの送り機能を持たせた、例えば、ねじりやひねり等の入った翼及び/又は傾斜がついている翼等を組み合わせたもの等を具備した、横型二軸タイプの重合槽を用いることができる。
上記方法で製造したポリカーボネート中には、1ppm以下程度の原料モノマー、触媒、エステル交換反応で副生する芳香族モノヒドロキシ化合物、ポリカーボネートオリゴマー等の低分子量化合物が残存している場合がある。そこで、必要に応じ、前記化合物を除去する工程を採用してもよい。特に、原料モノマーや芳香族モノヒドロキシ化合物を除去することにより、耐熱老化性、耐加水分解性等の品質に悪影響を与える要因をより効果的に除去できる。ここで、芳香族モノヒドロキシ化合物の残存量は、好ましくは200重量ppm以下、より好ましくは100重量ppm以下、芳香族ジヒドロキシ化合物の残存量は、好ましくは100重量ppm以下、より好ましくは50重量ppm以下、炭酸ジエステル化合物残存量は、好ましくは200重量ppm以下、より好ましくは150重量ppm以下、さらに好ましくは100重量ppm以下とするとよい。
上記化合物を除去する方法は、特に定めるものではなく公知の技術を広く採用することができる。例えば、ベント式の押出機により連続的に脱輝(揮発成分を除去)することが挙げられる。すなわち、樹脂中に残留している塩基性エステル交換触媒に、あらかじめ酸性化合物又はその前駆体を添加して失活させておくことにより、脱輝中の副反応を抑え、効率よく原料モノマー及び芳香族ヒドロキシ化合物を除去することができる。
添加する酸性化合物又はその前駆体については特に制限はなく、重縮合反応に使用する塩基性エステル交換触媒を中和する効果のあるものであれば、いずれも使用できる。具体的には、塩酸、硝酸、ホウ酸、硫酸、亜硫酸、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸、ポリリン酸、アジピン酸、アスコルビン酸、アスパラギン酸、アゼライン酸、アデノシンリン酸、安息香酸、ギ酸、吉草酸、クエン酸、グリコール酸、グルタミン酸、グルタル酸、ケイ皮酸、コハク酸、酢酸、酒石酸、シュウ酸、p−トルエンスルフィン酸、p−トルエンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸、ニコチン酸、ピクリン酸、ピコリン酸、フタル酸、テレフタル酸、プロピオン酸、ベンゼンスルフィン酸、ベンゼンスルホン酸、マロン酸、マレイン酸等のブレンステッド酸及びそのエステル類が挙げられる。これらは、単独で使用しても、また、2種以上を組み合わせて使用してもよい。これらの酸性化合物又はその前駆体のうち、スルホン酸化合物又はそのエステル化合物、例えば、p−トルエンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸メチル、p−トルエンスルホン酸ブチル等が特に好ましい。
これらの酸性化合物又はその前駆体の添加量は、重縮合反応に使用した塩基性エステル交換触媒の中和量に対して、好ましくは0.1〜50倍モル、より好ましくは0.5〜30倍モルの範囲で添加する。酸性化合物又はその前駆体を添加する時期としては、重縮合反応後であれば、特に定めるものではない。添加方法も、公知の技術を広く採用できる。例えば、酸性化合物又はその前駆体の性状や所望の条件に応じて、直接添加する方法、適当な溶媒に溶解して添加する方法、ペレットやフレーク状のマスターバッチを使用する方法等を採用することができる。
脱輝に用いられる押出機は、特に定めるものではない。具体的には、単軸でも二軸でもよい。例えば、噛み合い型二軸押出機であって、同方向回転又は異方向回転を採用することができる。また、酸性化合物添加部の後にベント部を有するものが好ましい。ベント数に制限はないが、好ましくは、2段〜10段の多段ベントを用いる。さらにまた、上記押出機を採用するにあたり、必要に応じて、安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色剤等の添加剤を添加し、樹脂と混練してもよい。
難燃剤:
本発明組成物においては、金属塩系難燃剤及びケイ素含有化合物系難燃剤からなる群より選ばれた少なくとも1種の難燃剤を必須成分とする。これらの難燃剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対し、0.001〜30重量部であり、該範囲内であれば、難燃剤の種類や目的の難燃性の程度に応じて適当な量を使用することができるが、好ましくは0.01〜25重量部の範囲である。
(金属塩系難燃剤)
本発明における金属塩系難燃剤は、好ましくは、スルホン酸金属塩系難燃剤であり、例えば、脂肪族スルホン酸金属塩、芳香族スルホン酸金属塩等が挙げられる。これら金属塩の金属としては、好ましくはアルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられ、具体的には、ナトリウム、リチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムが挙げられる。スルホン酸金属塩は、単独で用いてもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。
さらに、該スルホン酸金属塩としては、難燃性と熱安定性の点から、好ましくは、芳香族スルホンスルホン酸金属塩、パーフルオロアルカン−スルホン酸金属塩等が選択される。芳香族スルホンスルホン酸金属塩としては、好ましくは、芳香族スルホンスルホン酸アルカリ金属塩、芳香族スルホンスルホン酸アルカリ土類金属塩等が挙げられ、さらにこれらは重合体であってもよい。
芳香族スルホンスルホン酸金属塩の具体例としては、ジフェニルスルホン−3−スルホン酸のナトリウム塩、ジフェニルスルホン−3−スルホン酸のカリウム塩、4,4'−ジブロモジフェニル−スルホン−3−スルホン酸のナトリウム塩、4,4'−ジブロモジフェニル−スルホン−3−スルホンのカリウム塩、4−クロロー4'−ニトロジフェニルスルホン−3−スルホン酸のカルシウム塩、ジフェニルスルホン−3,3'−ジスルホン酸のジナトリウム塩、ジフェニルスルホン−3,3'−ジスルホン酸のジカリウム塩等が挙げられる。
パーフルオロアルカン−スルホン酸金属塩としては、好ましくは、パーフルオロアルカン−スルホン酸のアルカリ金属塩、パーフルオロアルカン−スルホン酸のアルカリ土類金属塩等が挙げられ、より好ましくは、炭素数4〜8のパーフルオロアルカン基を有するスルホン酸アルカリ金属塩、炭素数4〜8のパーフルオロアルカン基を有するスルホン酸アルカリ土類金属塩等が挙げられる。パーフルオロアルカン−スルホン酸金属塩の具体例としては、パーフルオロブタン−スルホン酸ナトリウム、パーフルオロブタン−スルホン酸カリウム、パーフルオロメチルブタン−スルホン酸ナトリウム、パーフルオロメチルブタン−スルホン酸カリウム、パーフルオロオクタン−スルホン酸ナトリウム、パーフルオロオクタン−スルホン酸カリウム、パーフルオロブタン−スルホン酸のテトラエチルアンモニウム塩等が挙げられる。
スルホン酸金属塩系難燃剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対し、好ましくは0.001〜5重量部である。スルホン酸金属塩系難燃剤の配合量を0.001重量部以上とすることにより、より効果的な難燃性が得られ、5重量部以下とすることにより、より効果的に熱安定性を保つことができる。
(ケイ素含有化合物系難燃剤)
本発明におけるケイ素含有化合物系難燃剤は、Si−O−Si結合を主鎖構造として有するポリオルガノシロキサン構造であれば特に制限はなく、分岐構造を有していても良い。ケイ素原子に結合する側鎖としては、芳香族炭化水素基、アルコキシ基や脂肪族炭化水素基等が挙げられ、これらの炭素数は1〜12が好ましく、さらに、置換基を有していてもよい。これらの中でも、シリコーンワニス、ケイ素原子と結合する置換基が芳香族炭化水素基と炭素数2以上の脂肪族炭化水素基を有する基であるシリコーン樹脂、主鎖が分岐構造であり、かつ、含有する有機官能基中に芳香族基を有するシリコーン化合物、シリカ粉末に官能基を有していてもよいポリオルガノシロキサン重合体を担持させたシリコーン粉末、芳香族炭化水素基とアルコキシ基を有するシリコーン化合物、芳香族基と水素を有するシリコーン化合物、オルガノポリシロキサン−ポリカーボネート共重合体等が好ましく、シリコーンワニス、芳香族基とアルコキシ基を有するシリコーン化合物がさらに好ましく使用される。
本発明で使用されるシリコーンワニスは、主として、2官能型単位[R0 2SiO]と3官能型単位[R0SiO1.5]からなり、1官能型単位[R0 3SiO0.5]及び/又は4官能型単位[SiO2]を含むことができるものが好ましい。このようなシリコーンワニスは、一般的に、比較的分子量が低く溶液状のシリコーン樹脂である。ここで、R0は、置換又は無置換の炭素数1〜12の炭化水素基であり、置換基としては、例えば、エポキシ基、アミノ基、ヒドロキシル基及びビニル基等が挙げられる。さらに、R0の種類は、マトリックス樹脂との相溶性の改善を考慮して適宜決定すると良い。シリコーンワニスとしては、無溶剤のシリコーンワニスや溶剤を含むシリコーンワニス等が挙げられ、溶剤を含まないシリコーンワニスが好ましい。
シリコーンワニスは、アルキルアルコキシシランの加水分解により製造することができ、例えば、アルキルトリアルコキシシラン、ジアルキルジアルコキシシラン、トリアルキルアルコキシシラン又はテトラアルコキシシラン等を加水分解することにより製造することができる。これらの原料のモル比、加水分解速度は、適宜定めることができる。当該条件を調整することにより、所望の分子の構造(架橋度)及び分子量を有するものが得られる。また、アルコキシシランを採用する場合、耐加水分解性の低下をより効果的に防止するためには、アルコキシシランの残存量を少なくする、または残存しないよう当該条件を設定するとよい。シリコーンワニスの粘度は、300センチストークス以下である。300センチストークス以下とすることにより、より効果的な難燃性が得られる。シリコーンワニスの粘度は、より好ましくは250センチストークス以下であり、さらに好ましくは200センチストークス以下である。
ケイ素含有化合物系難燃剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対し、好ましくは0.1〜10重量部である。ケイ素含有化合物系難燃剤の配合量が0.1重量部以上とすることにより、より効果的な難燃性が得られ、10重量部以下とすることにより、より効果的に耐熱性を保持することができる。
リン系熱安定剤:
本発明組成物を構成するリン系熱安定剤は、好ましくは3価のリン化合物であり、特に亜リン酸エステル中の少なくとも1つのエステルがフェノール及び/又は炭素数1〜25のアルキル基を少なくとも1つ有するフェノールでエステル化された亜リン酸エステル、及びテトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)−4,4’−ビフェニレン−ジホスホナイトから選ばれる少なくとも1種であることが好ましい。亜リン酸エステルの具体例としては、4,4’−ブチリデン−ビス(3−メチル−6−t−ブチルフェニル−ジトリデシル)ホスファイト、1,1,3−トリス(2−メチル−4−ジトリデシルホスファイト−5−t−ブチルフェニル)ブタン、トリスノニルフェニルホスファイト、ジノニルフェニルペンタエリスリトールジホスファイト、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、ビス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、ジ(2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、2,2’−エチリデン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)フッ化ホスファイト、2,2’−メチレン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)オクチルホスファイト、ビス(2,4−ジクミルフェニル)ペンタエリスリトールジホスファイト、モノノニルフェノール及びジノニルフェノールからなる亜リン酸エステル等が挙げられる。
本発明においては、リン系熱安定剤として、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチル
フェニル)−4,4’−ビフェニレン−ジホスホナイト、又はトリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、2,2’−メチレン−ビス(4,6−ジ−t−ブチルフェニル)オクチルホスファイトが好ましい。
リン系熱安定剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対して、0.001〜1重量部であり、好ましくは0.01〜0.5重量部である。0.001重量部より少ないとでは色相改良効果が十分でなく、1重量部より多いと耐加水分解性が悪化する等の問題がある。また、上記リン系安定剤は2種以上を併用してもよい。
本発明においては、色相改良のための熱安定剤として、リン系熱安定剤に加え、ヒンダードフェノール化合物、イオウ化合物等の安定剤を併用することもできる。特にヒンダードフェノール系安定剤とリン系安定剤を併用すると、色相改善効果が高まり好ましい。
ヒンダードフェノール化合物としては、下記式(C)で表される化合物が好ましい。
式(C)
Figure 2005179419
式(C)中、R1及びR2は、それぞれ、炭素数1〜10の炭化水素基を表し、Y1は、エステル基、エーテル基若しくはアミド基から選ばれた官能基及び/又はリン原子を含有してもよい炭素数1〜20の炭化水素基であり、Z1は、酸素原子及び/又は窒素原子を含有してもよい炭素数1〜6の炭化水素基、イオウ原子或は単結合であり、gは、1〜4の整数を示す。R1、R2、Y1及びZ1は、それぞれ、置換基を有していてもよい。
具体的には、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、ペンタエリスリチル−テトラキス〔3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、3,9−ビス〔1,1−ジメチル−2−{β−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル〕−2,4,8,10−テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカン、トリエチレングリコール−ビス〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジルフォスフォネート−ジエチルエステル、1,3,5−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン、2,2−チオ−ジエチレンビス〔3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、トリス−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−イソシアヌレート、N,N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナマイド)等が挙げられる。これらの中で、n−オクタデシル−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート、1,6−ヘキサンジオール−ビス〔3−(3’,5’−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート〕、3,9−ビス〔1,1−ジメチル−2−{β−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ}エチル〕−2,4,8,10−テトラオキサスピロ〔5,5〕ウンデカンが好ましい。
本発明においては、離型剤を用いても良い。この離型剤は、その種類等特に定めるものではないが、好ましくは、脂肪族カルボン酸、脂肪族アルコール、脂肪族カルボン酸エステル、数平均分子量200〜15,000の脂肪族炭化水素化合物及び/又はポリオルガノシロキサンが挙げられる。
ポリオルガノシロキサン化合物は、好ましくは、25℃における粘度が1〜2000cSt、例えばオイル状のものであり、さらに好ましくは、これに有機成分としてフェニル基を含有しているとよい。フェニル基は少なくとも該ポリシロキサンの側鎖に存在し、かつ分岐シロキサン構造を有するものであることがさらにこのましい。該ポリシロキサンは、単一の化合物であっても、混合物であっても良く、混合物の場合は、側鎖にフェニル基を有するポリオルガノシロキサンと、少なくとも分岐シロキサン構造を有するポリオルガノシロキサンとを併用したものが好ましい。
また、本発明で使用されるポリオルガノシロキサンの25℃における粘度は、好ましくは1〜2000cStであり、より好ましくは5〜500cSt、更に好ましくは10〜100cStである。粘度を1cSt以上とすることにより、成形時のガス発生量をより効果的に抑制することができ、ガスによる成形不良、例えば、未充填、ガスやけ、転写不良等をより効果的に防止することができる。一方、粘度を2000cSt以下とすることにより、芳香族ポリカーボネート樹脂組成物の色相及び透過率をより良好なものとすることができる。本発明で採用するポリオルガノシロキサンは、市販品を採用しても良いし、公知の有機反応によって製造してもよい。例えば、東レダウコーニングシリコーン社製SH556等を採用することができる。
数平均分子量200〜15,000の脂肪族炭化水素化合物としては、例えば、ポリオレフィンワックス、石油ワックス、フィッシャートロプシュワックス等が挙げられる。さらに、ポリオレフィンワックスとしては、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリブテン、ポリエキセン、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−ブテン共重合体等が挙げられる。さらに、これらを、酸化等変性したものも使用できる。石油ワックスとしては、パラフィンワックス、マイクロクリスタリンワックス等が挙げられる。これらの中でも、石油ワックス系が特に好ましい。
本発明に用いられる脂肪族炭化水素化合物の数平均分子量は、好ましくは200〜8,000、さらに好ましくは250〜1,500である。数平均分子量を8,000以下とすることにより、樹脂組成物のヘイズの値をより適切な値に保つことが可能となり、さらに、透明性をより良好に保つことができる。一方、数平均分子量を200以上とすることにより、樹脂組成物の混練時や成形時の揮散がより少なくなるので、ベントの閉塞やモールドデポジット等の発生をより効果的に防止することができる。
脂肪族カルボン酸としては、飽和又は不飽和の脂肪族モノカルボン酸、ジカルボン酸又はトリカルボン酸を挙げることができる。ここで脂肪族カルボン酸は、脂環式カルボン酸も包含する趣旨である。脂肪族カルボン酸は、炭素数6〜36のモノ又はジカルボン酸が好ましく、炭素数6〜36の脂肪族飽和モノカルボン酸がさらに好ましい。このような脂肪族カルボン酸の具体例としては、パルミチン酸、ステアリン酸、吉草酸、カプロン酸、カプリン酸、ラウリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、メリシン酸、テトラリアコンタン酸、モンタン酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸等を挙げることができる
脂肪族カルボン酸と脂肪族アルコールとのエステル化合物としては、前記脂肪族カルボン酸と脂肪族アルコールのエステルである。脂肪族カルボン酸エステルを構成するアルコール成分としては、飽和又は不飽和の1価アルコール、飽和又は不飽和の多価アルコール等を挙げることができる。これらのアルコールは、フッ素原子、アリール基等の置換基を有していてもよい。これらのアルコールのうち、炭素数30以下の1価又は多価の飽和アルコールが好ましく、さらに炭素数30以下の脂肪族飽和1価アルコール又は多価アルコールが好ましい。ここで脂肪族アルコールは、脂環式アルコールも包含する。これらのアルコールの具体例として、オクタノール、デカノール、ドデカノール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、2,2−ジヒドロキシペルフルオロプロパノール、ネオペンチレングリコール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等を挙げることができる。これらの脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステル化合物は不純物として脂肪族カルボン酸及び/又はアルコールを含有していても良く、複数の化合物の混合物であっても良い。また、フルエステル化合物の他、部分エステル化合物も挙げられる。
脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステル化合物の具体例としては、蜜ロウ(ミリシルパルミテートを主成分とする混合物)、ステアリン酸ステアリル、ベヘニン酸ベヘニル、ベヘニン酸オクチルドデシル、グリセリンモノパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、グリセリントリステアレート、ペンタエリスリトールモノパルミテート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレートを挙げることができ、これらの中で、グリセリンモノステアレート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレートが好ましい。
また、離型剤として使用可能な脂肪族アルコール系化合物としては、例えば、上記脂肪族アルコールをあげることができる。
従来、離型剤は、射出成形時の離型抵抗低減、押出成形時のダイやロールとの離型性を改善するために添加されていた。しかしながら、本発明の組成物においては、離型剤のうち、例えば、脂肪族カルボン酸とアルコールの部分エステル、数平均分子量200〜15000の脂肪族炭化水素化合物から選ばれた少なくとも1種を使用すると、離型性改良のみならず、成形品の色相、透明性も改良できる。特に、脂肪族カルボン酸エステルが最も好ましく用いられる。
該離型剤の配合量は、ポリカーボネート100重量部に対して、好ましくは0.01〜5重量部であり、より好ましくは0.01〜1重量部、さらに好ましくは0.05〜0.5重量部である。5重量部以下とすることにより、耐加水分解性の低下をより効果的に抑止し、成形時のガス発生によるベント閉塞をより効果的に抑止する。その結果、より良好な外観表面を持つ成形品が得られる。また、配合量を0.01重量部以上とすることにより、より良好な離型効果が得られ、さらに、離型剤が脂肪族カルボン酸とアルコールの部分エステル又は数平均分子量200〜15000の脂肪族炭化水素化合物である場合には、より良好な色相が得られる。上記離型剤は1種のみを使用してもよいし、複数種を併用してもよい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物には、必要に応じて、紫外線吸収剤、着色剤、可塑剤、帯電防止剤、有機及び/又は無機充填剤、拡散剤、発泡剤、衝撃改良材、他樹脂、エポキシ化合物、などから選ばれた少なくとも1種の添加剤を配合することができる。これら添加剤は、その種類や添加量等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に制限はなく、例えば、従来のポリカーボネート樹脂組成物に使用されている公知のものを広く採用することができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、他のポリカーボネートを混合使用することができる。例えば、エステル交換法又は界面重合法により製造された直鎖状又は分岐状ポリカーボネートであって、その分子量、分岐度等の異なる複数のポリカーボネートを混合使用することができる。
紫外線吸収剤としては、例えば、酸化チタン、酸化セリウム、酸化亜鉛等の無機紫外線吸収剤の他、ベンゾトリアゾール化合物、ベンゾフェノン化合物、トリアジン化合物、シアノアクリレート化合物等の有機紫外線吸収剤が採用できる。本発明では、有機紫外線吸収剤が好ましく、特にベンゾトリアゾール化合物、2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、2−[4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン−2−イル]−5−(オクチロキシ)フェノール、2,2’−(1,4−フェニレン)ビス[4H−3,1−ベンゾキサジン−4−オン]、[(4−メトキシフェニル)−メチレン]−プロパンジオイックアシッド−ジメチルエステルから選ばれた少なくとも1種であることが好ましい。
ベンゾトリアゾール化合物としては、例えば、下記式(6)で示される化合物と、メチル−3−〔3−t−ブチル−5−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシフェニル〕プロピオネート−ポリエチレングリコールとの縮合物を挙げることができる。
式(6)
Figure 2005179419
式(6)中、R3〜R6は、それぞれ、水素原子、ハロゲン原子又は炭素数1〜12の炭化水素基を表し、Y2及びY3は、それぞれ、水素原子、炭素数1〜40の窒素原子及び/又は酸素原子を含有してもよい炭化水素基を示す。Y2及びY3は、それぞれ、いずれの位置に位置してもよく、R3〜R6、Y2及びY3は、置換基を有していてもよい。
式(6)のベンゾトリアゾール化合物の具体例としては、2−ビス(5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3,5−ジ−t−ブチル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3’,5’−ジ−t−ブチル−2’−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(3−t−ブチル−5−メチル−2−ヒドロキシフェニル)−5−クロロベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−5’−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(3,5−ジ−t−アミル−2−ヒドロキシフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、[メチル−3−〔3−t−ブチル−5−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−ヒドロキシフェニル〕プロピオネート−ポリエチレングリコール]縮合物、さらには下記式(7)に示す化合物等を挙げることができる。
式(7)
Figure 2005179419
これらの中で、特に好ましいものは、2−(2’−ヒドロキシ−5’−t−オクチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−[2−ヒドロキシ−3,5−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]−2H−ベンゾトリアゾール、2,2’−メチレンビス−[4−(1,1,3,3,−テトラメチルブチル)−6−(2N−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール]、2−(2H−ベンゾトリアゾール−2−イル)−4−メチル−6−(3,4,5,6−テトラヒドロフタルイミジルメチル)フェノール、2−(4,6−ジフェニル−1,3,5−トリアジン−2−イル)−5−[(ヘキシル)オキシ]−フェノール、2−[4,6−ビス(2,4−ジメチルフェニル)−1,3,5−トリアジン−2−イル]−5−(オクチロキシ)フェノールである。
紫外線吸収剤は、ポリカーボネート100重量部に対し、好ましくは20重量部以下となるように配合することができる。20重量部以下とすることにより、成形時の金型汚染等をより効果的に防止することができる。紫外線吸収剤は、1種のみを使用しても、複数種類を併用してもよい。
着色剤は、例えば、有機染料、有機顔料、無機顔料を用いることができる。有機染料および/または有機顔料としては、アンスラキノン骨格を有する化合物やフタロシアニン骨格を有する化合物等が好ましい。無機顔料としては、酸化チタン、カーボンブラック、群青、コバルトブルー等が好ましい。無機顔料は、さらに、ケイ素化合物等で表面処理されていてもよい。これらの中で、酸化チタン、アンスラキノン骨格を有する化合物が、耐熱性等の観点から、より好ましく用いられる。
着色剤の具体例としては、フタロシアニンブルー、MACROLEX Blue RR、MACROLEX Violet 3R、MACROREX Violet B(バイエル社製)、Sumiplast Violet RR、Sumiplast Violet B、Sumiplast Blue OR(いずれも商品名、住友化学工業(株)製品)、Diaresin Violet D、Diaresin Blue G、Diaresin Blue N(いずれも商品名、三菱化学(株)製品)等が挙げられる。
着色剤は、ポリカーボネート100重量部に対し、好ましくは20重量部以下、より好ましくは3重量部以下、さらに好ましくは0.00001〜0.05重量部の範囲で配合する。着色剤は、1種類のみを使用しても良いし、複数種類を使用してもよい。酸化チタンを配合する場合、酸化チタンはアルミナやシリカ・アルミナ等の無機物で表面処理を行ってもよい。さらに、Si−H構造を有するシリコン系化合物、シランカップリング剤等で表面処理を行ったものでもよい。
本発明では、必要に応じて熱可塑性エラストマーを使用することもできる。熱可塑性エラストマーとしては、一般的にポリカーボネート樹脂組成物に配合されて、その機械的性質を改良しうるものであれば特に限定されないが、具体的には、スチレン−ブタジエン系トリブロック重合体(SBS)とその水添物(SEBS)、スチレン−イソプレン系トリブロック重合体(SIS)とその水添物(SEPS)、オレフィン系エラストマー(TPO)、ポリエステル系エラストマー、シリコーン系ゴム、アクリレート系ゴム、シリコーン系ゴム成分とアクリレート系ゴム成分とからなる複合ゴムにビニル系単量体がグラフト重合されてなる複合ゴム系グラフト共重合体等が挙げられる。アクリル系ゴムとしては、さらに、コアとして架橋ジエン系ゴムを有するコア−シェル型重合体が挙げられる。これらの中で、複合ゴム系グラフト共重合体、コア−シェル型重合体を採用すると、熱安定性、燃焼性、衝撃強度改良等についてより効果的であり好ましい。
複合ゴム系グラフト共重合体は、詳しくはポリオルガノシロキサンゴム成分10〜90重量%とポリアルキル(メタ)アクリレートゴム成分90〜10重量%(両ゴム成分の合計量は100重量%)から構成され、両ゴム成分が相互に絡み合い事実上分離できない構造を有し、かつその平均径が0.08〜0.6μmである複合ゴムに、(メタ)アクリル酸エステル化合物、芳香族アルケニル化合物、シアン化ビニル化合物等のビニル系単量体がグラフト重合されてなる複合ゴム系グラフト共重合体である。この複合ゴム系グラフト共重合体の製造においては、特開平1−230664号公報等に記載の方法を用いることができる。このような複合ゴム系グラフト共重合体は、例えば三菱レイヨン(株)より、メタブレンS−2001、メタブレンSRK−200(いずれも商品名)として商業的に入手可能である。
熱可塑性エラストマーの配合量は、ポリカーボネート100重量部に対し、好ましくは10重量部以下であり、さらに好ましくは0.1〜6重量部である。熱可塑性エラストマーの配合量を10重量部以下とすることにより、強度及び耐熱性についてより優れたものとすることができる。
その他の添加剤としては、例えば、フィラーとして、ガラス繊維、ガラスフレーク、ミルドファイバー、カーボン繊維、タルク、シリカ、アルミナ、マイカ、炭酸カルシウム、ワラストナイト、モンモリロナイト、カオリン等の板状、粉末状又は繊維状の無機化合物を挙げることができる。これらは、シランカップリング剤、チタネート系カップリング剤、Si−H結合を有するシリコン系化合物等で表面処理されていても良い。さらに、ポリカーボネート以外の樹脂を混合してもよく、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリメチルメタクリレート、AS樹脂、ABS樹脂等が挙げられる。
安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色剤、気泡調整剤等の添加剤の添加時期、添加方法については、特に定めるものではなく、適宜設定することができる。具体的な添加時期としては、(1)ポリカーボネートの重合反応の途中、(2)ポリカーボネートの重合反応終了時、(3)ポリカーボネートの重合に使用した触媒を触媒失活剤で失活させた後ペレット化する前、(4)混練途中等のポリカーボネート樹脂組成物が溶融した状態、(5)ペレットまたは粉末等の固体状態のポリカーボネート樹脂組成物とブレンド後、が挙げられる。添加剤の分解を抑制し、着色抑制をより効果的に行うためには、上記(1)、(2)または(3)のいずれかの段階で添加するとよい。
安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、着色剤等の添加剤は、直接ポリカーボネートに混合または混練する形で添加してもよいし、適当な溶媒で溶解してまたは少量のポリカーボネート樹脂若しくは他の樹脂等で作製した高濃度のマスターバッチとして添加してもよい。また、複数の添加剤を採用する場合は、これらを別々に添加しても、同時に添加してもよい。
本発明においては、ポリカーボネート樹脂組成物が、3mm厚のシートとした際、ヘイズが20%以下、より好ましくは10%以下、更に好ましくは5%以下となるような組成物であるのが好ましい。
本発明の成形体の成形方法は、本発明の趣旨を逸脱しない限り特に制限はなく、射出成形、押出成形等の公知のポリカーボネートの各種成形方法を適用して成形することができる。この中でも、特に、押出成形による、シート又は異型押出成形体が好ましい。異型押出成形体としては、サイジングダイ等を用いた押出成形体を一般的に意味するものであり、丸棒、角棒、パイプ、レール、ICマガジン用成形体等を挙げることができる。ポリカーボネートシートは、公知の方法により製造することができ、特に、溶融押出法が工業的な観点から有利である。すなわち、樹脂組成物を一軸又は二軸押出機に供給し、スクリュー、シリンダー、Tダイを通過して、板状に押出される。この溶融した板状樹脂組成物は2本以上のロールによって成形、冷却され、シートに加工される。
本発明の成形体は、ツインウォール、又は3層以上のウォールを有するマルチウォール成形体にも有効であり、これらを作製する際の押出成形の諸条件についても本発明の趣旨を逸脱しない限り制限はない。例えば、樹脂組成物をシリンダー設定温度240〜320℃の単軸又は二軸押出機に、本発明の樹脂組成物のペレットを供給し、スクリュー剪断下で溶融・混練する。この溶融樹脂を、ダイヘッドを通して一定形状で押出し、その後、所定の形状を有し、20〜110℃に温度設定されたフォーマー又はサイジング等で冷却し、形状固定して成形体を得る。
本発明の成形体には、例えば耐候性及び/又は耐擦傷性改善フィルムをポリカーボネートシートの両面もしくは片面に熱ラミネート又は共押出してもよいし、ポリカーボネートシートの接着性、塗装性、印刷性改善のための各種加工処理を施してもよいし、シート表面のしぼ加工や半透明及び不透明加工等の処理を施してもよい。
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(1)1H−NMR測定
ポリカーボネートをクロロホルムに溶解後、ノルマルヘキサン:メタノール(=4:1)の混合溶媒に滴下し、ポリカーボネートを再沈殿させ、濾過・乾燥し、さらに、添加剤成分を除去したポリカーボネートを試料に用いた。前記処理後のポリカーボネート0.18gと内部標準物質としてトリフェニルメタン(TPM)3mgをテトラメチルシラン(TMS)0.05重量%含有する重クロロホルム1gに溶解し、試料を調製した。この試料を、日本電子(株)製「JMN−AL400」を用いて、50℃、積算回数8000回で1H−NMR測定を行った。測定後、δ=7.96〜8.02ppm、δ=8.11〜8.17ppm、δ=10.35〜10.50ppmに検出されるシグナルの積分強度を測定し、5.5〜5.6ppmに現れるTPMのシグナルの積分強度から、次式によってポリカーボネート1gあたりのプロトン量を算出した。
Figure 2005179419
(2)粘度平均分子量(Mv)
ウベローデ粘度計を用いて、塩化メチレン中20℃の極限粘度[η]を測定し、以下の式より粘度平均分子量(Mv)を求めた。
[η] = 1.23×10-4×(Mv)0.83
(3)末端OH基含有量
四塩化チタン/酢酸法(Makromol.Chem.88,215(1965)に記載の方法)により比色定量を行った。測定値は、ポリカーボネート重量に対する末端OH基の重量をppm単位で表示した。
(4)残存モノマーの定量
カラムにWaters社製μ−Bondersphereを使用し、溶媒としてアセトニトリル/酢酸水を使用し、UV検出器を備えた高速液体クロマトグラフにて芳香族モノヒドロキシ化合物としてフェノール、芳香族ジヒドロキシ化合物としてビスフェノールA(BPA)、炭酸ジフェニル化合物としてジフェニルカーボネート(DPC)量を測定し、ポリカーボネートに対する重量ppmで表示した。
(5)射出成形
120℃で5時間乾燥したポリカーボネートのペレット(試料)から、シリンダー設定温度290℃の射出成形機J50((株)日本鋼業製)により1.6mm厚の燃焼試験片及び3mm厚アイゾット衝撃試験片を成形した。
(6)押出成形
ポリカーボネートを260〜295℃の温度に設定したスクリュー径65mmのベント付押出機で溶融混練し、260〜280℃に設定した幅600mmのTダイを通し、表面温度が130℃に設定された2本のポリッシングロールで挟圧しながら冷却し、厚さ3mmのシート状のポリカーボネートを成形し、色相、ヘイズ測定を行った。
(7)燃焼性:1.6mm厚みのUL規格94の試験片により垂直燃焼試験を行い、評価した。
(8)アイゾッド衝撃強度: ASTM D256に従って射出成形した3.2mm厚試験片のノッチありアイゾッド衝撃強度を測定した。
(9)色相(YI値)測定:押出成形した3mm厚シートを日本電色工業(株)製 分光式色彩計 SE2000でYI値を測定した。このYI値が大きいほど着色していること
を示す。
(10)ヘイズ:押出成形した3mm厚のシートを試料とし、日本電色工業(株)製 ヘイズメーター NDH2000を使用して測定を行った。ヘイズの値は、%で示した。
[実施例1]
窒素ガス雰囲気下、ジフェニルカーボネートとビスフェノールAとを混合調製した溶融液を、220℃、1.33×104Paに制御した第一竪型撹拌重合槽内に連続供給し、平均滞留時間が60分になるように槽底部のポリマー排出ラインに設けられたバルブ開度を制御しつつ、液面レベルを一定に保った。また、上記混合物の供給を開始すると同時に、触媒として、炭酸セシウム水溶液を、ビスフェノールA 1モルに対し、6.0×10-7モルの割合で連続供給した。
槽底より排出された重合液は、引き続き、第2及び第3の竪型攪拌重合槽、並びに第4の横型重合槽に逐次連続供給され、第4重合槽底部のポリマー排出口から抜き出された。各反応槽の条件は、反応の進行とともに高温、高真空、低攪拌速度に条件設定し、第4槽では290℃、66〜330Pa、平均滞留時間は60〜120分に制御し、同時に副生するフェノールの留去も行った。
重合終了後、得られたポリカーボネートを溶融状態のままで二軸押出機に送入し、p−トルエンスルホン酸ブチル(触媒として使用した炭酸セシウムに対して4倍モル量)を添加し、脱輝後さらに、その下流にリン系熱安定剤1としてトリス(2,4−ジ−t―ブチルフェニル)ホスファイト(旭電化製 商品名:アデカスタブ2112)をポリカーボネート100重量部に対して0.02重量部、金属塩系難燃剤1としてパーフルオロブタンスルホン酸カリウム塩(大日本インキ化学工業(株)製、メガファックF114)を0.1重量部、離型剤1としてステアリン酸モノグリセリド(理研ビタミン製 商品名:S−100A)0.1重量部添加しながら混練し、その脱輝後、ダイを通してストランド状として、カッターで切断してペレットを得た。 この分析結果及び成形品評価結果を表1及び表2に示した。
[実施例2]
実施例1において、p−トルエンスルホン酸ブチルを添加後、他の添加剤(熱安定剤、難燃剤及び離型剤)を添加せずにペレット化したエステル交換法ポリカーボネートと、界面重合法により製造された粘度平均分子量が21,000の直鎖状ポリ−4,4’−イソプロピリデンジフェニルカーボネート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、商品名:ユーピロンS−3000)を、それぞれ、60重量%及び40重量%の割合となるように調整して、ポリカーボネートとした。当該ポリカーボネートの100重量部に、表2に示すとおり添加剤(熱安定剤、難燃剤、離型剤及び紫外線吸収剤)を添加し、TEX30押出機、バレル温度290℃で混練を行い、さらに、ペレット化した。この成形品評価結果を表2に示した。
[実施例3、比較例1]
実施例1において、触媒量を表1に記載のとおりに変更し、末端OH量が表1に記載のとおり変化するようにジフェニルカーボネートとビスフェノールAの仕込み比を変えた以外は実施例1と同様に重合を行った。さらに、実施例1において、p−トルエンスルホン酸ブチルを添加後、他の添加剤(熱安定剤、難燃剤及び離型剤)を添加せずにペレット化した。このエステル交換法ポリカーボネート100重量部に、添加剤を表2示すとおり添加し、TEX30押出機、バレル温度290℃で混練を行い、ペレット化した。この分析結果及び成形品評価結果を表1及び表2に示した。
[比較例2]
界面重合法により製造された粘度平均分子量が21,000の直鎖状ポリ−4,4’−イソプロピリデンジフェニルカーボネート樹脂(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)製、商品名:ユーピロンS−3000F)100重量部に、表2に示した添加剤をそれぞれ添加し、TEX30押出機、バレル温度290℃で混練を行い、ペレット化した。この分析結果及び成形品評価結果を表1及び表2に示した。
[実施例4]
実施例1において、ステアリン酸モノグリセリドを添加しない以外は、実施例1と同様にポリカーボネートを重合し、押出形成を行った。評価結果を表2に示す。

Figure 2005179419
Figure 2005179419
表2において、採用した添加剤は、下記のとおりである。
熱安定剤1:トリス(2,4−ジ−t―ブチルフェニル)ホスファイト(旭電化製 商品名:アデカスタブ2112)
金属塩系難燃剤1:パーフルオロブタンスルホン酸カリウム塩(大日本インキ化学工業(株)製、メガファックF114)
シリコーン系難燃剤1:(信越化学(株)製 X40−9244)
離型剤1:ステアリン酸モノグリセリド(理研ビタミン製 商品名:S−100A)
離型剤2:ペンタエリスリトールテトラステアレート(日本油脂製 ユニスターH476)
離型剤3:パラフィンワックス(日本精鑞株製パラフィンワックス155)
紫外線吸収剤1:2,2’−メチレンビス−[4−(1,1,3,3,−テトラメチルブチル)−6−(2N−ベンゾトリアゾール−2−イル)フェノール](旭電化製 LA31)
表2において、難燃性は、UL規格94に従って示している。
表2に示すとおり、本発明のポリカーボネート樹脂組成物から得られる成形体は、色相が良好であり、かつ、難燃性にも優れたものが得られた。特に、本発明では、難燃性について、V−0の評価を得つつ、色相についても良好なものが得られた。UL規格94のV−2をV−0グレードとするには、非常に困難であり、本発明の効果が顕著であることが認められる。

Claims (8)

  1. 主たる繰り返し単位が下記式(A)で表され、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトルのδ=7.96〜8.02ppmに検出されるシグナル(a)及びδ=8.11〜8.17ppmに検出されるシグナル(b)の各々の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pa)及び(Pb)が、下記式(1)及び式(2)を満たし、かつ、粘度平均分子量が15,000〜40,000であるポリカーボネート100重量部に、金属塩系化合物及びケイ素含有化合物から選ばれる少なくとも1種の難燃剤を0.001〜30重量部と、リン系熱安定剤0.001〜1重量部とを、少なくとも配合してなるポリカーボネート樹脂組成物。
    式(A)
    Figure 2005179419
    式(1) 4 <{(Pa)+(Pb)}<26
    式(2) 0.5 < (Pa)/(Pb) < 3
    (但し、(Pa)及び(Pb)の単位はμモル/gである。)
  2. 前記ポリカーボネートが、重クロロホルムを溶媒として測定される1H−NMRスペクトル中のδ=10.35〜10.50ppmに検出されるシグナル(c)の積分値から算出されるポリカーボネート1g中のプロトンモル数(Pc)と前記(Pa)との比(Pc)/(Pa)が下記式(3)を満たし、かつ、前記(Pb)及び前記(Pc)が下記式(4)を満たす請求項1に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
    式(3) 0 ≦ (Pc)/(Pa) < 0.5
    式(4) 0.700 < (Pb)/{(Pb)+(Pc)} < 0.960
    (但し、(Pb)及び(Pc)の単位はμモル/gである。)
  3. 前記ポリカーボネートが、芳香族ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステル化合物をエステル交換させてなるポリカーボネートであり、かつ、末端OH基含有量が100〜1500重量ppmであるポリカーボネートを含有することを特徴とする請求項1又は2に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  4. 前記ポリカーボネート100重量部に対し、離型剤を、0.01〜5重量部含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  5. 前記ポリカーボネート100重量部に対し、脂肪族カルボン酸とアルコールとの部分エステル化合物及び数平均分子量200〜15,000の脂肪族炭化水素化合物から選ばれた少なくとも1種を0.01〜5重量部含むことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  6. 請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物であって、当該ポリカーボネート樹脂組成物を3mm厚のシート状の成形体とした場合のヘイズが20%以下であるポリカーボネート樹脂組成物。
  7. 請求項1〜6のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物を成形してなる成形体。
  8. 異型押出成形品又はシート状であることを特徴とする請求項7に記載の成形体。
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