JP2006160919A - 熱可塑性樹脂組成物及び成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 (A)(a−1)ポリカーボネート樹脂45〜97質量%及び(a−2)脂肪酸ポリエステル55〜3質量%からなる樹脂混合物と、その100質量部当り、(B)ゴム状弾性体0.5〜20質量部を含み、該(B)成分が(a−1)成分に分散している熱可塑性樹脂組成物である。
【選択図】 なし
Description
更に、この熱可塑性樹脂組成物は、OA機器、情報・通信機器、家庭電化機器などの電気・電子機器や、自動車分野、建築分野などに利用可能である。
また、ポリ乳酸はその構造上、ポリカーボネートとアロイ化し燃焼させても有毒ガスの発生が少ないことが考えられ、OA機器や家電などの難燃規格が必要な分野でもその活用が期待できる樹脂である。
従来のPC/ポリエステルアロイは、耐熱性、耐薬品性に優れているものの、流動性に乏しく、PCの高流動化には一般的にスチレン系樹脂とのアロイ化や可塑剤の添加などが行なわれている(例えば、特許文献1参照)。しかしながら、PC/ポリエステルアロイは、その流動性を向上させようとすると、樹脂間のエステル交換反応により、耐衝撃性、難燃性が低下してしまうという問題がある。PC/ポリ乳酸アロイも同様に耐衝撃性が低く、改良の必要性がある。
一般に、ポリマーアロイの耐衝撃性向上には、ゴム状弾性体の添加が有効であることが知られている。例えば、PC/ポリ乳酸アロイにアクリル骨格を有するゴム状弾性体を添加すると、ポリ乳酸とアクリルの親和性から、ゴム状弾性体がポリ乳酸に分散し、高い衝撃特性と高流動性を有する樹脂組成物が得られる。しかしながら、この樹脂組成物は、低温での耐衝撃性が十分ではなく、低温において高い耐衝撃性を有する樹脂組成物が求められている。
更に、PC/ポリ乳酸アロイはPCとポリ乳酸の屈折率の差により、真珠光沢の外観不良現象が生じる。この外観不良は真珠光沢の光沢度合いを制御することが難しく、さらには、成形品の後処理工程、例えば塗装やめっき工程で工程数が増えるなどコスト面からも好ましくない。
すなわち、本発明は、以下の熱可塑性樹脂組成物及び成形体を提供するものである。
1. (A)(a−1)ポリカーボネート樹脂45〜97質量%及び(a−2)脂肪酸ポリエステル55〜3質量%からなる樹脂混合物と、その100質量部当り、(B)ゴム状弾性体0.5〜20質量部を含み、該(B)成分が(a−1)成分に分散していることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
2. (a−1)成分のポリカーボネート樹脂が、ポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体であるか又はポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体を含むポリカーボネート樹脂である上記1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
3. (a−2)成分の脂肪酸ポリエステルが、ポリ乳酸及び/又は乳酸類と他のヒドロキシカルボン酸との共重合体である上記1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
4. (B)成分のゴム状弾性体が、アクリロニトリル−スチレン系共重合体、ポリアミド構造を有するコア・シェルゴム及びポリエーテル構造を有するコア・シェルゴムから選ばれる一種以上を含むゴム状弾性体である上記1〜3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
5. OA機器、情報・通信機器、自動車部品又は家庭電化機器用である上記1〜4のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
6. 上記1〜5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形体。
更に、ポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体を用いることにより、耐衝撃性が向上すると共に、難燃性も向上する。
上記一般式(1)において、R1及びR2は、それぞれハロゲン原子(例えば、塩素、フッ素、臭素、ヨウ素)又は炭素数1〜8のアルキル基(例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、各種ブチル基(n−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基)、各種ペンチル基、各種ヘキシル基、各種ヘプチル基、各種オクチル基)である。
m及びnは、それぞれ0〜4の整数であって、mが2〜4の場合はR1は互いに同一であっても異なっていてもよいし、nが2〜4の場合はR2は互いに同一であっても異なっていてもよい。
Zは、炭素数1〜8のアルキレン基又は炭素数2〜8のアルキリデン基(例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基、ヘキシレン基、エチリデン基、イソプロピリデン基など)、炭素数5〜15のシクロアルキレン基又は炭素数5〜15のシクロアルキリデン基(例えば、シクロペンチレン基、シクロヘキシレン基、シクロペンチリデン基、シクロヘキシリデン基など)、あるいは単結合、−SO2−、−SO−、−S−、−O−、−CO−結合、もしくは次の式(2)あるいは式(2')
上記重合体は、通常、一般式(3)
すなわち、例えば、塩化メチレン等の溶媒中において、公知の酸受容体や分子量調節剤の存在下、二価フェノールとホスゲンのようなカーボネート前駆体との反応により製造することができる。また、二価フェノールと炭酸エステル化合物のようなカーボネート前駆体とのエステル交換反応などによっても製造することができる。
上記一般式(3)で表される二価フェノールとしては様々なものを挙げることができる。
特に、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン[通称、ビスフェノールA]が好ましい。
ビスフェノールA以外の二価フェノールとしては、例えば、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン;1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン;1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタンなどのビス(4−ヒドロキシフェニル)アルカン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン;1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロデカンなどのビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロアルカン、4,4’−ジヒドロキシジフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)オキシド、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)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトンなどが挙げられる。
この他、二価フェノールとしては、ハイドロキノンなどが挙げられる。
これらの二価フェノールは、それぞれ単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。
炭酸エステル化合物としては、例えば、ジフェニルカーボネート等のジアリールカーボネート、ジメチルカーボネート,ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネートなどを挙げることができる。
更に、多官能性芳香族化合物を上記二価フェノールと併用して得られる熱可塑性ランダム分岐ポリカーボネート樹脂であってもよい。
その多官能性芳香族化合物は、一般に分岐剤と称され、具体的には、1,1,1−トリス(4−ヒドキシフェニル)エタン、α,α’,α"−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、1−[α−メチル−α−(4’−ヒドロキシフェニル)エチル]−4−[α’,α’−ビス(4"−ヒドロキシフェニル)エチル]ベンゼン、フロログルシン、トリメリット酸、イサチンビス(o−クレゾール)などが挙げられる。
PC−POS共重合体には様々なものがあるが、好ましくは、下記一般式(1)
ここで、ポリカーボネート部の重合度は、3〜100が好ましく、又、ポリオルガノシロキサン部の重合度は、2〜500が好ましい。
このようなPC−POS共重合体は、例えば、予め製造されたポリカーボネート部を構成するポリカーボネートオリゴマー(以下、PCオリゴマーと略称する。)と、ポリオルガノシロキサン部を構成する末端に反応性基を有するポリオルガノシロキサン(例えば、ポリジメチルシロキサン(PDMS)、ポリジエチルシロキサンなどのポリジアルキルシロキサンあるいはポリメチルフェニルシロキサンなど)とを、塩化メチレン、クロロベンゼン、クロロホルムなどの溶媒に溶解させ、ビスフェノールの水酸化ナトリウム水溶液を加え、触媒として、トリエチルアミンやトリメチルベンジルアンモニウムクロライドなどを用い、界面重縮合反応することにより製造することができる。
また、特公昭44−30105号公報に記載された方法や特公昭45−20510号公報に記載された方法によって製造されたPC−POS共重合体を用いることもできる。
例えば、塩化メチレンなどの溶媒中において、公知の酸受容体や分子量調節剤の存在下、二価フェノールとホスゲンのようなカーボネート前駆体との反応により、あるいは二価フェノールと炭酸エステル化合物のようなカーボネート前駆体とのエステル交換反応などによって製造することができる。
炭酸エステル化合物としては、上記と同様のものを使用することができ、分子量調節剤としては、後記と同様のものを使用することができる。
更に、多官能性芳香族化合物を上記二価フェノールと併用して得られる熱可塑性ランダム分岐ポリカーボネート樹脂であってもよい。
更に、本発明に用いるポリカーボネート樹脂としては、下記一般式(5)
また、結合の位置は、p位、m位、o位のいずれでもよいがp位が好ましい。
この一般式(5)で表される末端基を有するポリカーボネート樹脂は、二価フェノールとホスゲン又は炭酸エステル化合物とを反応させることにより容易に製造することができる。
ここで、二価フェノールとしては、上記の一般式(3)で表される化合物と同じものでもよく、又異なるものでもよい。
また、上記の二価フェノール一種を用いたホモポリマーでも、二種以上用いたコポリマーであってもよい。
更に、多官能性芳香族化合物を上記二価フェノールと併用して得られる熱可塑性ランダム分岐ポリカーボネート樹脂であってもよい。
末端停止剤としては、上記一般式(5)で表される末端基が形成されるフェノール化合物を使用すればよい。すなわち、下記一般式(6)で表されるフェノール化合物である。
また、これらのアルキルフェノールは、効果を損ねない範囲で他のフェノール化合物等を併用しても差し支えない。
なお上記の方法によって製造されるポリカーボネート樹脂は、実質的に分子の片末端又は両末端に一般式(5)で表される末端基を有するものである。
このポリカーボネート樹脂の粘度平均分子量は、好ましくは14,000〜25,000であり、機械的物性などのバランスの点から、より好ましくは17,000〜22,000である。
なお、粘度平均分子量(Mv)は、ウベローデ型粘度計を用いて、20℃における塩化メチレン溶液の粘度を測定し、これより極限粘度[η]を求め、[η]=1.23×10-5Mv0.83の式により算出した値である。
ポリ乳酸は、通常ラクタイドと呼ばれる乳酸の環状二量体から開環重合により合成され、その製造方法は、米国特許第1,995,970号明細書、米国特許第2,362,511号明細書、米国特許第2,683,136号明細書等に開示されている。
また、乳酸とその他のヒドロキシカルボン酸の共重合体は、通常ラクタイドとヒドロキシカルボン酸の環状エステル中間体から開環重合により合成され、その製造方法は、米国特許第3,635,956号明細書、米国特許第3,797,499号明細書等に開示されている。
開環重合によらず、直接脱水重縮合により乳酸系樹脂を製造する場合には、乳酸類と必要に応じて、他のヒドロキシカルボン酸を、好ましくは有機溶媒、特に、フェニルエーテル系溶媒の存在下で共沸脱水縮合し、特に好ましくは、共沸により留出した溶媒から水を除き、実質的に無水の状態にした溶媒を反応系に戻す方法によって重合することにより、本発明に適した重合度の乳酸系樹脂が得られる。
また、乳酸類と併用できる他のヒドロキシカルボン酸類としては、グリコール酸、3−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ酪酸、4−ヒドロキシ吉草酸、5−ヒドロキシ吉草酸、6−ヒドロキシカプロン酸などがあり、更にヒドロキシカルボン酸の環状エステル中間体、例えば、グリコール酸の二量体であるグリコライドや6−ヒドロキシカプロン酸の環状エステルであるε−カプロラクトンを使用することもできる。
乳酸系樹脂の製造に際し、適当な分子量調節剤、分岐剤、その他の改質剤などを配合することもできる。
また、乳酸類及び共重合体成分としてのヒドロキシカルボン酸類は、いずれも単独又は二種以上を使用することができ、更に得られた乳酸系樹脂を二種以上混合し使用してもよい。
また、脂肪酸ポリエステルとしては、耐久性、剛性及び生物的分解性の面から、ポリ乳酸が好ましい。
本発明における(A)成分の樹脂混合物において、(a−1)成分のポリカーボネート樹脂と(a−2)成分の脂肪酸ポリエステルとの含有割合は、質量比で45:55〜97:3の範囲、好ましくは60:40〜90:10の範囲である。
(a−1)成分と(a−2)成分との含有割合が上記範囲内であると、本発明の熱可塑性樹脂組成物は機械的強度、熱安定性及び成形安定性が良好である。また、(a−1)成分へのゴム状弾性体の分散が良好となる。
このゴム状弾性体は、PC樹脂中に選択的に分散させるために、PC樹脂との親和性の高いアクリロニトリル−スチレン系共重合体や、ポリアミド構造、ポリエーテル構造などをシェルに有するコア・シェルタイプのものが好ましく、耐熱性、ゴム状弾性体の形状安定性の面から、アクリロニトリル−スチレン系共重合体が特に好ましい。
ポリアミド構造を有するゴム状弾性体としては、ハードセグメントとしてポリアミド、例えばポリアミド6、ポリアミド66、ポリアミド12などを使用し、ソフトセグメントとしてポリエーテル、例えばPEG、PPG、PMEGなどを使用したものが挙げられる。
コア・シェルタイプのゴム状弾性体は、コア(芯)と、シェル(殻)から構成される2層構造を有している。このコア部分は軟質なゴム状態であって、その表面のシェル部分は硬質な樹脂状態であり、ゴム状弾性体自体が粉末状(粒子状態)であるグラフトゴム状弾性体が好適に用いられる。
この(B)成分のゴム状弾性体は、PC樹脂及び脂肪酸ポリエステルからなる樹脂混合物と溶融ブレンドした後も、その粒子状態は、大部分が元の形態を保ち、PC樹脂中に均一に分散し、このPC樹脂中に分散したゴム状弾性体により光が拡散するため、真珠光沢の発生などの外観不良がなくなる。
(B)成分のゴム状弾性体の配合量は、(A)成分の樹脂混合物100質量部に対して、0.5〜20質量部であり、好ましくは1〜15質量部、より好ましくは3〜10質量部である。配合量が上記範囲内であると、ポリ乳酸の流動性向上効果に影響を与えず、耐衝撃性が向上する。
この配合、混錬は、通常用いられている方法、例えば、リボンブレンダー、ヘンシェルミキサー、バンバリーミキサー、ドラムタンブラー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、コニーダ、多軸スクリュー押出機等を用いる方法により行うことができる。
なお、溶融混錬に際しての加熱温度は、通常220〜260℃の範囲で選ばれる。
本発明は、上記熱可塑性樹脂組成物からなる成形体をも提供する。本発明の熱可塑性樹脂組成物の成形温度も、通常220〜260℃の範囲で選ばれる。
製造例1[PC−2;PC−PDMS(ポリジメチルシロキサン)共重合体の製造]
(1)PCオリゴマーの製造
400Lの5質量%水酸化ナトリウム水溶液に、60kgのビスフェノールAを溶解し、ビスフェノールAの水酸化ナトリウム水溶液を調製した。
次いで、室温に保持したこのビスフェノールAの水酸化ナトリウム水溶液を138L/時間の流量で、又、塩化メチレンを69L/時間の流量で、内径10mm、管長10mの管型反応器にオリフィス板を通して導入し、これにホスゲンを並流して10.7kg/時間の流量で吹き込み、3時間連続的に反応させた。
ここで用いた管型反応器は二重管となっており、ジャケット部分には冷却水を通して反応液の排出温度を25℃に保った。
また、排出液のpHは10〜11となるように調整した。
このようにして得られた反応液を静置することにより、水相を分離、除去し、塩化メチレン相(220リットル)を採取して、PCオリゴマー(濃度317g/リットル)を得た。
得られたPCオリゴマーの重合度は2〜4であり、クロロホーメイト基の濃度は0.7モル/Lであった。
(2)反応性PDMSの製造
1,483gのオクタメチルシクロテトラシロキサン、96gの1,1,3,3−テトラメチルジシロキサン及び35gの86質量%硫酸を混合し、室温で17時間攪拌した。
その後、オイル相を分離し、25gの炭酸水素ナトリウムを加え1時間攪拌した。
濾過した後、150℃、3torr(400Pa)で真空蒸留し、低沸点物を除きオイルを得た。
60gの2−アリルフェノールと0.0014gの塩化白金−アルコラート錯体としてのプラチナとの混合物に、上記で得られたオイル294gを90℃の温度で添加した。
この混合物を90〜115℃の温度に保ちながら3時間攪拌した。
生成物を塩化メチレンで抽出し、80質量%の水性メタノールで3回洗浄し、過剰の2−アリルフェノールを除いた。
その生成物を無水硫酸ナトリウムで乾燥し、真空中で115℃の温度まで溶剤を留去した。
得られた末端フェノールの反応性PDMSは、NMRの測定により、ジメチルシラノオキシ単位の繰り返し数は30であった。
(3)PC−PDMS共重合体の製造
上記(2)で得られた反応性PDMS138gを塩化メチレン2Lに溶解させ、上記(1)で得られたPCオリゴマー10Lを混合した。
そこへ、水酸化ナトリウム26gを水1Lに溶解させたものと、トリエチルアミン5.7mlを加え、500rpmで室温にて1時間攪拌、反応させた。
反応終了後、上記反応系に、5.2質量%の水酸化ナトリウム水溶液5LにビスフェノールA600gを溶解させたもの、塩化メチレン8L及びp−tert−ブチルフェノ−ル96gを加え、500rpmで室温にて2時間攪拌、反応させた。
反応後、塩化メチレン5リットルを加え、更に、水5Lで水洗、0.03モル/L水酸化ナトリウム水溶液5Lでアルカリ洗浄、0.2モル/L塩酸5Lで酸洗浄、及び水5Lで水洗2回を順次行い、最後に塩化メチレンを除去し、フレーク状のPC−PDMS共重合体を得た。
得られたPC−PDMS共重合体を120℃で24時間真空乾燥した。粘度平均分子量は17,000であり、PDMS含有率は4.0質量%であった。なお、PDMS含有率は下記の方法により求めた。
1H−NMRで1.7ppmに見られるビスフェノールAのイソプロピルのメチル基のピークと、0.2ppmに見られるジメチルシロキサンのメチル基のピークとの強度比を基に求めた。
表1に示す割合で各成分を配合し、ベント式二軸押出成形機〔機種名:TEM35、東芝機械(株)製〕に供給し、240℃で溶融混錬し、ペレット化した。なお、すべての実施例及び比較例において、安定剤としてリン系酸化防止剤〔旭電化工業(株)製、商品名:アデカスタブPEP36〕及びフェノール系酸化防止剤〔チバ・スペシャルティ・ケミカルズ(株)製、商品名:イルガノックス1076〕をそれぞれ0.1質量部配合した。
得られたペレットを100℃で10時間乾燥した後、成形温度240℃、金型温度40℃で射出成形して試験片を得た。得られた試験片を用いて、性能を下記各種評価試験によって評価した。結果を表1に示す。
[配合成分]
(a−1)成分:
(PC−1):ポリカーボネート樹脂;FN1700A[出光興産(株)製、ビスフェノールAポリカーボネート樹脂、粘度平均分子量=17,500、分子末端はp−tert−ブチルフェノール残基]
(PC−2):ポリカーボネート−ポリジメチルシロキサンビスフェノールAポリカーボネート樹脂(PC−PDMS)(製造例1参照)
(a−2)成分:
(PLA):ポリ乳酸;H100[三井化学(株)製]
(B)成分:
ゴム状弾性体−1:アクリロニトリル−スチレン/シリコーンエラストマー;SRK−200[三菱レイヨン(株)製]
ゴム状弾性体−2:アクリル/ブチルアクリレートエラストマー;W450A[三菱レイヨン(株)製]
(1)曲げ弾性率
ASTM D−790に準拠し、試験片として肉厚4mmのものを用い、23℃において測定した。単位:MPa
(2)流動性(SFL):成形温度260℃、金型温度40℃、肉厚2mm、幅10mm、射出圧力7.85MPaで測定した。単位:cm
(3)酸素指数(LOI)
ASTM D2863に準拠し測定した。単位:%
(4)成形品外観:100×100×2mm角板を成形し、目視観察した。
流動ムラが少ないものを○、流動ムラがないものを◎とした。
(5)IZOD(アイゾット衝撃強度):
ASTM D256に準拠し、試験片として肉厚3.18mmのものを用い、23℃及び−30℃において測定した。単位:kJ/m2
(1)実施例1〜4
PC樹脂/ポリ乳酸からなる樹脂混合物おけるPC樹脂にゴム状弾性体を分散させることにより、PC樹脂/ポリ乳酸からなる樹脂混合物の流動性が向上し、この樹脂混合物の剛性低下を抑制することができた。また、アクリル構造のゴム状弾性体では達成できなかった低温での耐衝撃性が向上するほか、PC樹脂中に分散したゴム状弾性体により光の拡散が起こり、真珠光沢の外観不良を改善することができた。また、PC樹脂としてポリカーボネート−シリコーン共重合体を用いることにより、難燃性も向上させることができた。
また、実施例1の樹脂組成物について、透過型顕微鏡写真を撮影したところ、ポリ乳酸中にはゴム状弾性体が分散していないことが確認された。これは、ゴム状弾性体−1がPC樹脂に分散していることを意味する。
(2)比較例1
ゴム状弾性体を添加しないと低温での耐衝撃性が低く、真珠光沢の外観不良が生じてしまう。また、流動性も低い。
(3)比較例2
アクリル構造のゴム状弾性体はポリ乳酸に分散してしまうため、実施例4と比較すると、流動性、剛性が低下し、低温での耐衝撃性も低い。
(4)比較例3
(a−1)成分と(a−2)成分との樹脂混合物におけるPC樹脂の配合量が50質量%より少ないと、ゴム状弾性体を配合したことによる耐衝撃性向上効果が低い。
(5)比較例4
ゴム状弾性体の配合量が20質量部よりも多いと、分散不良から成形品に剥離が生じ、剛性も著しく低下する。
Claims (6)
- (A)(a−1)ポリカーボネート樹脂45〜97質量%及び(a−2)脂肪酸ポリエステル55〜3質量%からなる樹脂混合物と、その100質量部当り、(B)ゴム状弾性体0.5〜20質量部を含み、該(B)成分が(a−1)成分に分散していることを特徴とする熱可塑性樹脂組成物。
- (a−1)成分のポリカーボネート樹脂が、ポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体であるか又はポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体を含むポリカーボネート樹脂である請求項1に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- (a−2)成分の脂肪酸ポリエステルが、ポリ乳酸及び/又は乳酸類と他のヒドロキシカルボン酸との共重合体である請求項1又は2に記載の熱可塑性樹脂組成物。
- (B)成分のゴム状弾性体が、アクリロニトリル−スチレン系共重合体、ポリアミド構造を有するコア・シェルゴム及びポリエーテル構造を有するコア・シェルゴムから選ばれる一種以上を含むゴム状弾性体である請求項1〜3のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- OA機器、情報・通信機器、自動車部品又は家庭電化機器用である請求項1〜4のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形体。
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