JP2005298669A - ポリアリーレンサルファイド樹脂組成物及びその成形品 - Google Patents

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克平 大西
Hirohito Kawama
博仁 河間
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Abstract

【課題】 成形時のモールドディポジットの発生が著しく低減され、熱安定性が向上したポリアリーレンサルファイド樹脂組成物を提供する。
【解決手段】 (A) 窒素元素の含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であるポリアリーレンサルファイド樹脂100重量部に対し、(B) 無機充填材5〜400重量部を配合する。
【選択図】 なし

Description

本発明は、成形時のモールドディポジットの発生が著しく抑制され、熱安定性が向上したポリアリーレンサルファイド樹脂組成物に関する。
ポリフェニレンサルファイド(以下PPSと略す)樹脂に代表されるポリアリーレンサルファイド(以下PASと略す)樹脂は、高い耐熱性、機械的物性、耐化学薬品性、寸法安定性、難燃性を有していることから、電気・電子機器部品材料、自動車機器部品材料、化学機器部品材料等に広く使用されている。しかしながら、PAS樹脂は、射出成形時のガス発生が多いため、モールドディポジットが多く、金型のメンテナンス頻度が高くなるという根本的な欠点がある。
この問題を解決する従来の方法としては、重合ポリマーを特定の有機溶剤で濾別・洗浄する方法が知られている(例えば、特許文献1)。しかし、本発明者らの検討によれば、この方法によればオリゴマー量の低下は達成されるものの、必ずしも発生ガスを抑制できず、市場の要求を十分満足させるだけのモールドディポジット低減効果を発揮していない。
また、従来より樹脂に各種の安定剤を添加する方法も提案されている。例えば、PAS樹脂に炭酸カリウムまたは軟質炭酸マグネシウムを添加する方法が知られている(特許文献2)が、本発明者らの検討によれば、十分なモールドディポジット抑制効果は得られておらず、また機械的強度の低下等の別の問題を派生したりして実用上十分な解決策とはなっていない。
特開平2−163125号公報(特許請求の範囲等) 特開平3−199261号公報(特許請求の範囲等)
本発明は、上記従来技術の課題を解決し、成形時のモールドディポジットの発生が著しく低減され、熱安定性が向上したPAS樹脂組成物の提供を目的とするものである。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、窒素含有量を低減した特定のPAS樹脂を用いることにより、成形時のモールドディポジットの発生が著しく低減され、熱安定性が向上したPAS樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに到った。
即ち本発明は、
(A) 窒素元素の含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であるポリアリーレンサルファイド樹脂100重量部に対し、
(B) 無機充填材5〜400重量部
を配合してなるポリアリーレンサルファイド樹脂組成物である。
上記のような窒素元素の含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であるポリアリーレンサルファイド樹脂は、例えば、下記(1) 、(2) を特徴とする製造法によって得られる。
(1) 反応槽内に、有機アミド溶媒、アルカリ金属水硫化物を含む硫黄源、及び必要に応じてアルカリ金属水酸化物の全仕込み量の一部を仕込み、これらを含有する混合物を加熱して、該混合物を含有する系内から水を含む留出物の少なくとも一部を系外に排出する脱水工程、並びに
(2) 脱水工程後の系内に残存する混合物とジハロ芳香族化合物とを混合し、これらを含む重合反応混合物を加熱して、硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合反応させると共に、重合反応混合物中にアルカリ金属水酸化物を連続的に又は分割して添加し、重合反応の開始から終了に至るまでの間、重合反応混合物のpHを7〜12.5の範囲内に制御する重合工程を含む
ことを特徴とするポリアリーレンサルファイド樹脂組成物の製造法
以下本発明の構成成分について詳細に説明する。PAS樹脂は、主たる繰返し単位として-(Ar-S)-(但しArはアリーレン基)で構成された高分子化合物であり、本発明の(A) 成分としては、一般的に知られている分子構造のPAS樹脂を使用することができるが、窒素元素の含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であることが必須である。
上記アリーレン基としては、例えば、p−フェニレン基、m−フェニレン基、o−フェニレン基、置換フェニレン基、p,p'−ジフェニレンスルフォン基、p,p'−ビフェニレン基、p,p'−ジフェニレンエーテル基、p,p'−ジフェニレンカルボニル基、ナフタレン基等が挙げられる。
本発明に使用するPAS樹脂は、上記繰返し単位のみからなるホモポリマーでも良いし、下記の異種繰返し単位を含んだコポリマーが加工性等の点から好ましい場合もある。
ホモポリマーとしては、アリーレン基としてp−フェニレン基を用いた、p−フェニレンサルファイド基を繰返し単位とするもの(PPS)が特に好ましく用いられる。又、コポリマーとしては、前記のアリーレン基からなるアリーレンサルファイド基の中で、相異なる2種以上の組み合わせが使用できるが、中でもp−フェニレンサルファイド基とm−フェニレンサルファイド基を含む組み合わせが特に好ましく用いられる。この中で、p−フェニレンサルファイド基を70モル%以上、好ましくは80モル%以上含むものが、耐熱性、成形性、機械的特性等の物性上の点から適当である。又、m−フェニレンサルファイド基は、5〜30モル%、特に10〜20モル%を含むものが共重合体としては好ましい。この場合、成分の繰返し単位がランダム状のものより、ブロック状に含まれているもの(例えば、特開昭61−14228号公報に記載のもの)が、加工性に優れ、且つ耐熱性、機械的物性も優れており、好ましく使用できる。又、これらのPAS樹脂の中で、2官能性ハロゲン芳香族化合物を主体とするモノマーから縮重合によって得られる実質的に直鎖状構造の高分子量ポリマーが、特に好ましく使用できる。
かかる実質的に分岐を有しない直鎖状のPAS樹脂は、流動性や機械的物性が優れるという面で本発明の目的から好適な対象樹脂である。
尚、直鎖状構造のPAS樹脂以外にも、縮重合させるときに、3個以上のハロゲン置換基を有するポリハロ芳香族化合物等のモノマーを少量用いて、部分的に分岐構造または架橋構造を形成させたポリマーも使用できるし、低分子量の直鎖状構造ポリマーを酸素等の存在下、高温で加熱して、酸化架橋又は熱架橋により溶融粘度を上昇させ、成形加工性を改良したポリマー、あるいはこれらの混合物も使用可能である。
本発明に使用する基体樹脂としてのPAS樹脂の溶融粘度(310℃、ズリ速度1200sec-1)は、上記混合系の場合も含め、10〜500Pa・sが好ましく、中でも20〜300Pa・sの範囲にあるものは、機械的物性と流動性のバランスが優れており、特に好ましい。溶融粘度が過小の場合は機械的強度が十分でないため好ましくない。又、溶融粘度が500Pa・sを超える時は、射出成形時に樹脂組成物の流動性が悪く、成形作業が困難になるため好ましくない。
PAS樹脂中の窒素元素の含有量は、樹脂1kg当たり0.55g以下であり、好ましくは0.4g以下である。窒素含有量が過大であることは、PAS樹脂中に残存するNMP(N−メチル−2−ピロリドン)、メチルアミノブタン酸ナトリウム、クロロフェニルメチルアミノブタン酸、あるいはPAS末端のメチルアミノブタン酸基等の存在量が多いことを意味し、これら物質の熱分解に起因すると考えられる、成形時のモールドディポジットの発生が多くなり金型メンテナンスが頻発になる、あるいは得られるPAS樹脂組成物の熱安定性が低下するといった問題を生じる。
尚、PAS樹脂中の窒素元素の含有量は、微量窒素硫黄分析計等の市販の装置を用いて、通常の手法により測定できる。
このような本発明に使用するPAS樹脂は、窒素含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であればその製造法にはよらないが、下記(1) 、(2) を特徴とする製造法によって得られる。
(1) 反応槽内に、有機アミド溶媒、アルカリ金属水硫化物を含む硫黄源、及び必要に応じてアルカリ金属水酸化物の全仕込み量の一部を仕込み、これらを含有する混合物を加熱して、該混合物を含有する系内から水を含む留出物の少なくとも一部を系外に排出する脱水工程、並びに
(2) 脱水工程後の系内に残存する混合物とジハロ芳香族化合物とを混合し、これらを含む重合反応混合物を加熱して、硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合反応させると共に、重合反応混合物中にアルカリ金属水酸化物を連続的に又は分割して添加し、重合反応の開始から終了に至るまでの間、重合反応混合物のpHを7〜12.5の範囲内に制御する重合工程を含む
また、本発明に使用するPAS樹脂は、窒素含有量が上記範囲にあれば良く、この条件を満足すれば、窒素含有量が多いものと少ないもののブレンドであつてもよい。
次に、本発明に使用する(B) 無機充填材は、特に種類を限定されないが、十分な機械的強度を得るために重要である。粉粒状、板状、中空状の無機充填材としては、軽質炭酸カルシウム、重質ないし微粉化炭酸カルシウム、特殊カルシウム系充填材等の炭酸カルシウム;霞石、閃長石微粉末、モンモリロナイト、ベントナイト等の焼成クレー、シラン改質クレー等のクレー(珪酸アルミニウム粉末);タルク;溶融シリカ、結晶シリカ等のシリカ(二酸化珪素)粉末;珪藻土、珪砂等の珪酸含有化合物;軽石粉、軽石バルーン、スレート粉、雲母粉等の天然鉱物の粉砕品;アルミナ、アルミナコロイド(アルミナゾル)、アルミナ・ホワイト、硫酸アルミニウム等のアルミナ含有化合物;硫酸バリウム、リトポン、硫酸カルシウム、二硫化モリブデン、グラファイト(黒鉛)等の鉱物;ガラスビーズ、ガラスフレーク、発泡ガラスビーズ等のガラス系フィラー;フライアッシュ球、火山ガラス中空体、合成無機中空体、単結晶チタン酸カリウム、カーボンナノチューブ、炭素中空球、炭素64フラーレン、無煙炭粉末、人造氷晶石(クリオライト)、酸化チタン、酸化マグネシウム、塩基性マグネシウム、ドロマイト、チタン酸カリウム、亜硫酸カルシウム、マイカ、アスベスト、珪酸カルシウム、アルモニウム粉、硫化モリブデン等が挙げられる。
繊維状無機充填材としては、例えば、ガラス繊維、アスベスト繊維、炭素繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、チタン酸カリウム繊維、ボロン繊維、カーボン繊維、炭化珪素繊維等が挙げられる。
(B) 成分の配合量は、(A) 成分のPAS樹脂100重量部に対し、5〜400重量部であり、好ましくは10〜250重量部である。(B) 成分の配合量が過少であると十分な機械的強度が得られず、また過大であると成形性、熱安定性、機械的強度が低下し、好ましくない。
更に、本発明のPAS樹脂組成物には、その特性を損なわない範囲で、必要に応じて他の熱可塑性樹脂、有機充填材、各種配合剤を添加することができる。
他の熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアセタール等の他、液晶性ポリマー、芳香族ポリエステル、ポリアリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のエステル系樹脂;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−4−メチルペンテン−1等のオレフィン系樹脂;ナイロン6、ナイロン66、芳香族ナイロン等のアミド系樹脂;ポリメチル(メタ)アクリレート、ポリアクリロニトリルスチレン(AS樹脂)、ポリスチレン、ノルボルネン樹脂等の環状オレフィン樹脂などが上げられる。
他の熱可塑性樹脂として用いられるオレフィン系樹脂としては、反応性官能基を有するポリオレフィンあるいはオレフィン系共重合体等も使用することができる。これらのポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、各種のエチレン/プロピレン基等が挙げられ、反応性官能基としては、酸無水物基、グリシジル基、カルボキシル基等が挙げられ、α−オレフィンとα,β−不飽和酸のグリシジルエステルからなる共重合体が好ましい。該α−オレフィンとしては、エチレンが好ましく、α,β−不飽和酸のグリシジルエステルとしては、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、エタクリル酸グリシジル等が挙げられ、好ましくはメタクリル酸グリシジルである。該ポリオレフィンとしては、他の不飽和モノマー、例えばビニルエーテル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、(メタ)アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリロニトリル、スチレン等を含有率40重量%以下で共重合したものでもよい。
有機充填材としては、例えば、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、フッ素繊維、ポリアラミド繊維、エボナイト粉末、熱硬化性樹脂中空球、熱硬化性樹脂フィラー、エポキシ樹脂フィラー、シリコーン系フィラー、サラン中空球、セラック、木粉、コルク粉末、ポリビニルアルコール繊維、セルロースパウダー、木材パルプ等が挙げられる。
その他の配合剤としては、熱可塑性樹脂材料で通常用いられているものであれば格別な制限はなく、例えば、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤、近紫外線吸収剤、染料や顔料等の着色剤、滑剤、可塑剤、帯電防止剤、蛍光増白剤、難燃剤等が挙げられる。
又、本発明の効果を損なわない範囲で、バリ等を改良する目的としてシラン化合物を配合することができる。シラン化合物としては、ビニルシラン、メタクリロキシシラン、エポキシシラン、アミノシラン、メルカプトシラン等の各種タイプが含まれ、例えば、ビニルトリクロルシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が例示されるが、これらに限定されるものではない。
本発明の樹脂組成物は、上記成分を必要に応じて混合して調製される。混合方法はこれらの成分が十分に分散する方法であれば特に限定されない。例えば、ミキサーや二軸混練機、ロール、ブラベンダー、一軸もしくは二軸押出機等で溶融状態で混練する方法等がある。特に押出機を用いて溶融状態で混練したのち押出し、これを適当な長さに切ってペレットとするのが、生産性が高く、好適である。溶融混練時の温度は、樹脂成分が溶融する温度より5℃ないし100℃高い温度であり、特に好ましくは樹脂の融点より10℃ないし60℃高い温度である。
本発明のPAS樹脂組成物は、射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、ブロー成形等により成形することができる。本発明の上記成形品の用途としては、電気・電子機器部品材料、自動車機器部品材料、化学機器部品材料、水廻り関連部品材料等が挙げられる。
次に実施例、比較例で本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例および比較例に用いた各(A) 、(B) の具体的物質は以下の通りである。
(A) PAS樹脂
(A-1)
20LのオートクレーブにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)5700gを仕込み、窒素ガスで置換後、約1時間かけて、攪拌機の回転数250rpmで撹拌しながら、100℃まで昇温した。100℃に到達後、濃度74.7重量%のNaOH水溶液1170g、硫黄源水溶液1990g(NaSH=21.8モル及びNaS=0.50モルを含む)、及びNMP1000gを加え、約2時間かけて、徐々に200℃まで昇温し、水945g、NMP1590g、及び0.31モルの硫化水素を系外に排出した。
上記脱水工程の後、170℃まで冷却し、p−ジクロロベンゼン3283g、NMP2800g、水133g、及び濃度97重量%のNaOHを23g加えたところ、缶内温度は130℃、pHは13.2になった。引き続き、攪拌機の回転数250rpmで撹拌しながら、180℃まで30分間かけて昇温し、更に180℃から220℃の間は60分間かけて昇温した。その温度で60分間反応させた後、230℃まで30分間かけて昇温し、230℃で90分間反応を行い、前段重合を行った。
前段重合終了後、直ちに攪拌機の回転数を400rpmに上げ、水340gを圧入した。水圧入後、260℃まで1時間かけて昇温し、その温度で5時間反応させ、後段重合を行った。後段重合終了時点での系のpHは10.1であった。
後段重合終了後、反応混合物を室温付近まで冷却してから、内容物を100メッシュのスクリーンにかけ、粒状ポリマーを濾別し、次いで、アセトン洗いを3回、水洗を3回、0.3%酢酸洗を行い、その後、水洗を4回行い、洗浄した粒状ポリマーを得た。粒状ポリマーは、105℃で13時間乾燥した。こりようにして得られた粒状ポリマーは、溶融粘度(310℃、ズリ速度1200sec-1)が140Pa・sであった。この操作を5回繰返し、必要量のポリマーを得た。
(A-2)
20LのオートクレーブにNMP(N−メチル−2−ピロリドン)5700gを仕込み、窒素ガスで置換後、約1時間かけて、攪拌機の回転数250rpmで撹拌しながら、100℃まで昇温した。100℃に到達後、硫黄源水溶液1990g(NaSH=21.9モル及びNaS=0.4モルを含む)、及びNMP1000gを加え、約2時間かけて、徐々に200℃まで昇温し、水729g、NMP1370g、及び0.70モルの硫化水素を系外に排出した。
上記脱水工程の後、170℃まで冷却し、p−ジクロロベンゼン3236g、及びNMP2800gを加えたところ、缶内温度は130℃になった。180℃まで30分間かけて昇温した後、水酸化ナトリウム(NaOH)の添加を開始し、重合反応系のpHを11.5〜12.0に制御した。引き続き、攪拌機の回転数250rpmで撹拌しつつ、180℃まで30分間かけて昇温し、更に180℃から220℃の間は60分間かけて昇温した。その温度で60分間反応させた後、230℃まで30分間かけて昇温し、230℃で90分間反応を行い、前段重合を行った。
前段重合工程を通して、重合反応系のpHを11.5〜12.0の範囲に維持するように、ポンプを用いて濃度73.7重量%のNaOH水溶液1180gを連続的に添加した。
前段重合終了後、直ちに攪拌機の回転数を400rpmに上げ、水340gを圧入した。水圧入後、260℃まで1時間かけて昇温し、その温度で4時間反応させ、後段重合を行った。後段重合終了時点での系のpHは10.0であった。
後段重合終了後、反応混合物を室温付近まで冷却してから、内容物を100メッシュのスクリーンにかけ、粒状ポリマーを濾別し、次いで、アセトン洗いを3回、水洗を3回、0.3%酢酸洗を行い、その後、水洗を4回行い、洗浄した粒状ポリマーを得た。粒状ポリマーは、105℃で13時間乾燥した。こりようにして得られた粒状ポリマーは、溶融粘度(310℃、ズリ速度1200sec-1)が151Pa・sであった。この操作を5回繰返し、必要量のポリマーを得た。
(B) 無機充填材
(B-1)
ガラス繊維 13μmφチョップドストランド(日本電気ガラス製、ECS03T−717)
(B-2)
ガラスビーズ(東芝バロディーニ製、EGB053Z−A)
(B-3)
炭酸カルシウム(東洋ファインケミカル製、ホワイトンP−30)
また、実施例および比較例での評価方法は以下の通りである。
[窒素量の分析法]
微量窒素硫黄分析計(ANTEK社製、ANTEK7000)を用いてPAS樹脂中の窒素含有量を測定した(窒素量の検量線はトリフェニルアミンのエチルベンゼン溶液を用いて作成した)。
その結果、前述の如くして製造したPAS樹脂(A-1) の窒素含有量は850ppm(樹脂1kg当たり0.850g)、PAS樹脂(A-2) の窒素含有量は320ppm(樹脂1kg当たり0.320g)であった。
[モールドディポジットの評価]
射出成形機にて、下記条件で図1に示す特定形状の成形品を連続成形し、金型付着物の量を評価した。具体的には、試験片を500ショット成形し、ガスベント部(稼動側のみ)に付着するモールドディポジットを採取し、重量(μg)を測定した。
(成形条件)
射出成形機;東芝IS30FPA(東芝機械製)
シリンダー温度;315−320−305−290℃
射出圧力;74MPa
射出速度;1m/min
射出時間;2sec
冷却時間;5sec
成形サイクル;12sec
金型温度;60℃
[熱安定性の評価]
ISO3167に準じた試験片(幅10mm、厚み4mm)を成形し、ISO527−1,2に準じて引張強度を測定した(初期値)。一方、同様に成形した試験片を200℃のオーブンに500h放置し、同様に引張強度を測定した(500h処理値)。
引張強度(500h処理値)を引張強度(初期値)で除した値(百分率)を200℃、500h処理後の引張強度保持率とし、熱安定性の指標とした。引張強度保持率が大きいほど、熱安定性が優れていることを示す。
実施例1〜6、比較例1〜3
表1に示す(A) 成分をヘンシェルミキサーで5分間予備混合した(1種の場合は省略)。更に(B) 成分を表1に示す量加えて、2分間混合し、これをシリンダー温度320℃の二軸押出機に投入し、ポリフェニレンサルファイド樹脂組成物のペレットを作った。得られたペレットについて、上述の方法にてモールドディポジット及び熱安定性についての評価を行った。
結果を表1に示す。
Figure 2005298669
実施例で行ったモールドディポジットの評価用の成形品と評価状況を示す模式図である。

Claims (3)

  1. (A) 窒素元素の含有量が樹脂1kg当たり0.55g以下であるポリアリーレンサルファイド樹脂100重量部に対し、
    (B) 無機充填材5〜400重量部
    を配合してなるポリアリーレンサルファイド樹脂組成物。
  2. ポリアリーレンサルファイド樹脂(A) 、またはその一部が、下記(1) 、(2) を特徴とする製造法によって得られたポリアリーレンサルファイド樹脂である請求項1記載のポリアリーレンサルファイド樹脂組成物。
    (1) 反応槽内に、有機アミド溶媒、アルカリ金属水硫化物を含む硫黄源、及び必要に応じてアルカリ金属水酸化物の全仕込み量の一部を仕込み、これらを含有する混合物を加熱して、該混合物を含有する系内から水を含む留出物の少なくとも一部を系外に排出する脱水工程、並びに
    (2) 脱水工程後の系内に残存する混合物とジハロ芳香族化合物とを混合し、これらを含む重合反応混合物を加熱して、硫黄源とジハロ芳香族化合物とを重合反応させると共に、重合反応混合物中にアルカリ金属水酸化物を連続的に又は分割して添加し、重合反応の開始から終了に至るまでの間、重合反応混合物のpHを7〜12.5の範囲内に制御する重合工程を含む
    ことを特徴とするポリアリーレンサルファイド樹脂組成物の製造法
  3. 請求項1又は2記載のポリアリーレンサルファイド樹脂組成物を成形してなる成形品。
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