JP2009155490A - 樹状ポリエステル、その製造方法および熱可塑性樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱可塑性樹脂に配合することにより熱可塑性樹脂の耐衝撃性や成型加工性が向上でき、かつ耐熱性や分散性に優れる樹状ポリエステルを提供することを課題とする。
【解決手段】芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および、芳香族ジカルボニル単位(R)から選ばれる少なくとも1種の構造単位と3官能以上の有機残基(B)とを含み、分子末端構造に不飽和二重結合、エポキシ基、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上の長鎖アルキル基、ハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する樹状ポリエステル。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐熱性および分散性に優れた樹状ポリエステルであり、熱可塑性樹脂に配合することにより熱可塑性樹脂の靱性向上や振動溶着性が向上するなどの効果を付与することができる樹状ポリエステルに関するものである。
熱可塑性樹脂、特に機械的特性、熱的性質に優れるエンジニアリングプラスチックはその優れた特性を活かして様々な用途において使用されている。エンジニアリングプラスチックの一種であるポリアミド樹脂は機械特性と靱性のバランスに優れることから射出成形用を中心として各種電気・電子部品、機械部品および自動車部品などの用途に使用され、ポリブチレンテレフタレート(以下PBTと称する)は、成形性、耐熱性、機械的性質および耐薬品性を活かして自動車や電気・電子機器のコネクター、リレー、スイッチなどの工業用成形品の材料として広く使用されている。特に、分子鎖の平行な配列を特徴とする光学異方性の液晶性ポリエステルなどの液晶性ポリマーが優れた成形性と機械的性質を有する点で注目され、電気・電子部品用途を中心とした射出成形品用途で需要が拡大している。しかし、液晶性ポリマーはその異方性の大きさがしばしば問題となり、単独で使用する場合にも、他の熱可塑性樹脂と配合して使用する場合にも、その非常に大きな異方性が成形品の使用や設計の限界を与えてしまい、使用が制限されることがあった。
そこで、異方性の低減を目指して、液晶性ポリエステルに3官能や4官能の化合物を共重合や混練により配合して、分岐を導入することが検討されている。(特許文献1)。また、ウェルド強度や成形加工性のバランスを目指して同様の分岐構造を導入することが検討されている(特許文献2)。
一方で、このようなエンジニアリングプラスチックの高機能化を図るべく、各種添加剤との配合や他のポリマーとのアロイ化等の様々な手法が開発されてきている。中でも、デンドリマーやハイパーブランチポリマーといった、分子鎖が高度に枝分かれした樹状ポリマーに関する応用開発が進んでいる(非特許文献1)。一般的に、デンドリマーは分岐点となる多官能化合物と、分岐点を連結する単一または複数の2官能性化合物とを段階的に反応せしめ、規則正しく分岐構造を導入していく工程によって合成される。一方、ハイパーブランチポリマーは単一の多官能化合物、または多官能化合物と単一または複数の2官能性化合物とを一段階で反応せしめることにより、不規則な分岐構造を有している。いずれの樹状ポリマーでも、分岐構造を導入することにより分子末端数は増加し、分子末端の形態は樹状ポリマーの機能に多大な影響を与えるため、分子末端の改質に関する研究開発が進んでいる。例えば、特許文献3には樹状ポリエステルの末端構造に不飽和結合、ヘテロ原子、シリコーン、アルキル基、アリール基を導入することが開示されているが、樹脂添加時に樹脂組成物の物性が低下しており、機能向上効果が十分でない。また特許文献4、5には樹状ポリマーの分子末端に重合性不飽和二重結合を導入する方法が開示されているが、樹脂添加時に得られる効果は明らかでない。
特許文献6、7では、樹状ポリマーの分子末端に加水分解重縮合性シリル基、エステル結合、ウレタン結合を導入することが開示されているが、いずれも用途および効果は限定的であり、より汎用性が高く、耐熱性の高い末端修飾ハイパーブランチポリマーの開発が望まれていた。
特開平3−275715号公報(請求項) 特開平5−93051号公報(請求項) 特開2005−513186号公報(請求項) 特開2004−190019号公報(請求項) 特開2006−16534号公報(請求項) 特開2005−336375号公報(請求項) 特開2005−290347号公報(請求項) 分岐ポリマーのナノテクノロジー(アイピーシー)、石津浩二 編著
本発明は、熱可塑性樹脂に配合することにより熱可塑性樹脂の靱性や成型加工性が向上でき、かつ耐熱性や分散性に優れる樹状ポリエステルを提供することを課題とする。
本発明の樹状ポリエステルは、耐熱性に優れ、熱可塑性樹脂に配合することで、熱可塑性樹脂の靱性を向上することができる。
本発明の樹状ポリエステルを配合した熱可塑性樹脂組成物は、通常の射出成形、押出成形、プレス成形、ブロー成形などの成形方法によって、優れた表面外観(色調、透明性)および機械的性質、耐熱性、難燃性を有する成形品、シート、パイプ、フィルム、繊維などに加工することが可能である。なかでも、中空成形や押出ブロー成形により成形加工される成形品などに有用である。
本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、多分岐ポリエステルの末端構造を精密に制御する事により、熱可塑性樹脂配合時の顕著な物性向上効果と成形加工性とを具備したこれまでにない樹状ポリエステルが得られることを見いだし、本発明に到達したものである。
すなわち、本発明は、
(1)芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および、芳香族ジカルボニル単位(R)から選ばれる少なくとも1種の構造単位と3官能以上の有機残基(B)とを含み、分子末端構造に不飽和二重結合、エポキシ基、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上の長鎖アルキル基、およびハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する樹状ポリエステル、
(2)上記P、Q、R、およびBの含有量の合計に対してBの含有量が7.5〜50モル%の範囲にあることを特徴とする(1)に記載の樹状ポリエステル、
(3)芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および芳香族ジカルボニル単位(R)が、それぞれ下式(1)で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位である(1)または(2)に記載の樹状ポリエステル。
Figure 2009155490
(ここで、R1、R2およびR3は、それぞれ下式で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位である。)
Figure 2009155490
(ただし、式中Yは、水素原子、ハロゲン原子およびアルキル基から選ばれる少なくとも1種である。式中nは2〜8の整数である。)
(4)式(2)で示される基本骨格を有する(1)〜(3)のいずれかに記載の樹状ポリエステル、
Figure 2009155490
(ここで、Bは3官能化合物の残基であり、B−B間は上式(1)で表される構造単位を介して、もしくはエステル結合および/またはアミド結合により直接、結合している。)
(5)式(3)で示される基本骨格を有する(1)〜(3)のいずれかに記載の樹状ポリエステル、
Figure 2009155490
(ここで、Bは4官能化合物の残基であり、B−B間は上式(1)で表される構造単位を介して、もしくはエステル結合および/またはアミド結合により直接、結合している。)
(6)前記有機残基Bが芳香族化合物の残基である(1)〜(5)のいずれかに記載の樹状ポリエステル、
(7)(1)〜(6)のいずれかに記載の樹状ポリエステルを熱可塑性樹脂に配合してなる熱可塑性樹脂組成物、
(8)熱可塑性樹脂100重量部に対して樹状ポリエステル0.01〜99重量部を配合してなる(7)に記載の熱可塑性樹脂組成物、
(9)(7)または(8)のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形品、
(10)下式R1で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、下式R2で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、下式R3で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、および3官能以上の多官能単量体を反応させた後、末端に不飽和二重結合、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、およびハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を含む化合物を反応させる樹状ポリエステルの製造方法を提供するものである。
Figure 2009155490
(ただし、式中Yは、水素原子、ハロゲン原子およびアルキル基から選ばれる少なくとも1種である。式中nは2〜8の整数である。)
本発明の樹状ポリエステルは、芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および、芳香族ジカルボニル単位(R)から選ばれる少なくとも1種の構造単位と3官能以上の有機残基(B)とを含むことを特徴とする。
ここで、芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および、芳香族ジカルボニル単位(R)は、それぞれ下式(4)で表される構造単位であることが好ましい。
Figure 2009155490
ここで、R1およびR3は、それぞれ芳香族残基である。R2は、芳香族残基または脂肪族残基である。R1、R2、およびR3は、それぞれ複数の構造単位を含んでも良い。
上記の芳香族残基としては、置換または非置換のフェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基などが挙げられ、脂肪族残基としてはエチレン、プロピレン、ブチレンなどが挙げられる。R1、R2およびR3は、好ましくは、それぞれ下式で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種以上の構造単位である。
Figure 2009155490
ただし、式中Yは、水素原子、ハロゲン原子およびアルキル基から選ばれる少なくとも1種である。式中nは2〜8の整数である。ここで好ましいアルキル基としては、炭素数1〜4が好ましい。
本発明の樹状ポリエステルは、3官能以上の有機残基(B)が、互いにエステル結合および/またはアミド結合により直接、あるいは、枝構造部分P、QまたはRを介して結合した、3分岐以上の分岐構造を基本骨格としている。分岐構造は、3分岐など単一の基本骨格で形成されていてもよいし、3分岐と4分岐、3分岐と5分岐など複数の基本骨格が共存していてもよい。ポリマーの全てが該基本骨格からなる必要はなく、例えば末端構造を修飾するため、末端に他の構造が含まれていてもよい。また、樹状ポリエステル中には、Bが有する官能基が全て反応している構造と部分的に反応している構造とが混在していてもよい。好ましくはBの有する官能基が全て反応した構造が、B全体に対して10モル%以上であることが好ましく、より好ましくは15モル%以上であり、さらに好ましくは20モル%以上である。好ましくは、Bは3官能または4官能化合物の有機残基であり、上記3分岐の基本骨格を模式的に示すと、下式(5)で示される。
Figure 2009155490
同様に、上記4分岐の基本骨格を模式的に示すと、下式(6)で示される。
Figure 2009155490
3官能の有機残基Bとしては、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基を含有する化合物の残基であることが好ましく、例えば、例えばグリセロール、1,2,3−トリカルボキシプロパン、ジアミノプロパノール、ジアミノプロピオン酸などの脂肪族化合物や、トリメシン酸、トリメリット酸、4−ヒドロキシ−1,2−ベンゼンジカルボン酸、フロログルシノール、レゾルシン酸、トリカルボキシナフタレン、ジヒドロキシナフトエ酸、アミノフタル酸、5−アミノイソフタル酸、アミノテレフタル酸、ジアミノ安息香酸、メラミンなどの芳香族化合物の残基が好ましく用いられる。さらに好ましくは、トリメシン酸、α−レゾルシル酸の残基であり、最も好ましくはトリメシン酸の残基である。
4官能以上の有機残基Bとしては、カルボキシル基、ヒドロキシル基、アミノ基を含有する化合物の残基であることが好ましく、例えば、エリスリトール、ペンタエリスリトール、スレイトール、キシリトール、グルシトール、マンニトール、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラオール、1,2,3,4,5−シクロヘキサンペンタンオール、1,2,3,4,5,6−シクロヘキサンヘキサンオール、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸、1,2,3,4,5−シクロヘキサンペンタカルボン酸、1,2,3,4,5,6−シクロヘキサンヘキサカルボン酸、クエン酸、酒石酸、1,2,3,4−テトラアミノブタン、1,2,4,5−テトラアミノシクロヘキサンなどの脂肪族化合物の残基や1,2,4,5−ベンゼンテトラオ−ル、1,2,3,4−ベンゼンテトラオ−ル、1,2,3,5−ベンゼンテトラオ−ル、1,2,3,4,5−ベンゼンペンタンオ−ル、1,2,3,4,5,6−ベンゼンヘキサンオ−ル、2,2’,3,3’−テトラヒドロキシビフェニル、2,2’,4,4’−テトラヒドロキシビフェニル、3,3’,4,4’−テトラヒドロキシビフェニル、3,3’,5,5’−テトラヒドロキシビフェニル、2,3,6,7−ナフタレンテトラオール、1,4,5,8−ナフタレンテトラオール、ピロメリット酸、メロファン酸、プレーニト酸、メリット酸、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,5,5’−ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7−ナフタレンテトラオール、1,4,5,8−ナフタレンテトラオール、1,2,4,5,6,8−ナフタレンヘキサオール、1,2,4,5,6,8−ナフタレンヘキサカルボン酸、没食子酸、1,2,4,5−テトラアミノベンゼン、1,2,3,4−テトラアミノベンゼン、1,3,4,5―テトラアミノベンゼン、3,4,5−トリアミノフェノール、2,3,5−トリアミノフェノール、3,4,5−トリアミノ安息香酸、などの芳香族化合物の残基が挙げられる。 この中でも、1,2,4,5−ベンゼンテトラオ−ル、1,2,3,4−ベンゼンテトラオ−ル、1,2,3,5−ベンゼンテトラオ−ル、ピロメリット酸、メロファン酸、プレーニト酸、没食子酸などの残基が好ましく、没食子酸の残基が特に好ましい。
本発明の樹状ポリエステルは、分子末端構造として不飽和二重結合、エポキシ基、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、ハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する樹状ポリエステルである。末端構造としてこれらの官能基を導入した樹状ポリエステルは、熱可塑性樹脂と配合した際、熱可塑性樹脂が有する官能基と相互作用することにより、熱可塑性樹脂間の相互作用を増大させ、機械物性の向上と溶融粘度の上昇を発現させる。
樹状ポリエステルの末端に上記の官能基を導入する方法としては、樹状ポリエステルの末端と反応し、共有結合を形成しうる官能基と上記官能基うち少なくとも1つを有する化合物を反応させる方法が好ましく用いられる。樹状ポリエステルの末端と反応し、共有結合を形成しうる官能基とは、例えば、樹状ポリエステルの末端がカルボン酸である場合、エポキシ基、イソシアネート基、アセトキシ基、オキサゾリン基、ヒドロキシル基などが挙げられる。
このような化合物としては、例えば、酢酸ビニル、酢酸アリル、アリルイソシアネート、アリルアルコール、グリシジルビニルエーテル、グリシジルアリルエーテル、2−アリル−2−オキサゾリン、グリシジルメタクリレート、グリシジルアルコール、4−ニトロフェニルアセテート、2−(4−ニトロフェニル)−2−オキサゾリン、4−ニトロフェニルグリシジルエステル、p−ヒドロキシベンゼンスルホン酸ナトリウム、p−アセトキシベンゼンスルホン酸ナトリウム、γ―グリシド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エトキシシラン、オクチルグリシジルエーテル、2−エチルオクチルグリシジルエーテル、ノニルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ネオデシルグリシジルエーテル、ドデシルグリシジルエーテル、ヘキサデシルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテル、オクタン酸グリシジルエステル、2−エチルオクタン酸グリシジルエステル、ノナン酸グリシジルエステル、デカン酸グリシジルエステル、ネオデカン酸グリシジルエステル、ドデカン酸グリシジルエステル、ヘキサデカン酸グリシジルエステル、ステアリン酸グリシジルエステル、エピクロロヒドリン、4−クロロフェニルアセテートなどが挙げられる。この中でも、取り扱いおよび入手の簡便さの観点から、グリシジルアリルエーテル、グリシジルメタクリレート、4−ニトロフェニルアセテート、p−アセトキシベンゼンスルホン酸ナトリウム、γ―グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ネオデカン酸グリシジルエステル、ステアリン酸グリシジルエステル、4−クロロフェニルアセテートが好ましく用いることができる。
上記官能基は適切な保護基によって不活性化され、その後樹状ポリエステルの末端に導入された後、脱保護することによって末端に導入されてもよいし、保護することなく導入されてもよい。また、導入した官能基をさらに化学反応させ、他の官能基に変換することも可能である。例えば、不飽和二重結合を末端に導入した樹状ポリエステルを、過酸化物と反応させることにより不飽和二重結合を酸化し、エポキシ基を導入することができる。また白金触媒の存在下でトリメトキシシランと反応させることにより、不飽和二重結合末端をシリル基末端に変換することができる。
樹状ポリエステルに導入された末端構造および導入量は、核磁気共鳴(NMR)測定やフーリエ変換赤外分光(FT−IR)測定により決定することができる。例えば、不飽和二重結合を末端に導入した樹状ポリエステルを重水素化ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解させ、プロトン核のNMR測定分析を行い、得られたスペクトルから不飽和二重結合由来の化学シフトピークを同定し、そのピーク積分強度を求める。得られた末端構造由来のピーク積分強度と、樹状ポリエステルの枝構造由来のピーク積分強度との関係により導入量を決定することができる。
3官能以上の有機残基(B)の含有量は、上記P、Q、R、およびBの含有量の合計に対して7.5〜50モル%の範囲である。7.5モル%より少ない場合、得られたポリエステルの末端官能基数が減少し、樹状構造に起因する効果を十分に得られず、熱可塑性樹脂に配合した際の物性向上効果や成形加工性向上効果が十分に得たれないため好ましくない。熱可塑性樹脂組成物中での樹状ポリエステル分散径も大きくなるため好ましくない。Bの含有量が50モル%より多い場合には、ゲル化反応の抑制が困難となるなど製造上好ましくない。
Bの含有量は、好ましくは10〜40モル%であり、さらに好ましくは15〜35モル%である。このとき熱可塑性樹脂に配合した際の高い物性向上効果が得られ、熱可塑性樹脂組成物中の樹状ポリエステルの分散径が小さくなるため好ましい。
ここで、Bの含有量は樹状ポリエステルの枝構造および分岐構造を構成する構造単位に対しての値であり、末端構造を構成する残基は含まない。ここで、枝構造とは、樹状ポリエステル中でのP、Q、Rのいずれかを含有してなる直鎖ポリエステル構造を意味しており、分岐構造とは、B由来の構造を意味している。
樹状ポリエステルの芳香族ヒドロキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、芳香族ジカルボニル単位(R)は、樹状ポリエステルの分岐間の枝構造部分を構成する単位である。p、qおよびrはそれぞれ構造単位P、QおよびRの平均含有量(モル比)であり、このp、qおよびrの値は、例えば、樹状ポリエステルをペンタフルオロフェノール50重量%:重クロロホルム50重量%の混合溶媒に溶解し、40℃でプロトン核のNMR測定分析を行い、それぞれの構造単位に由来するピーク強度比から求めることができる。各構造単位のピーク面積強度比から、平均含有率を算出し、小数点3桁は四捨五入する。
pとqの比率およびpとrの比率(p/q、p/r)は、いずれも5/95〜95/5の範囲が好ましく、より好ましくは10/90〜90/10であり、さらに好ましくは20/80〜80/20である。この範囲であれば、液晶性が発現しやすく好ましい。p/qおよびp/rの比率を95/5以下とすることで、樹状ポリエステルの融点を適当な範囲とすることができるため好ましい。また、p/qおよびp/rを5/95以上とすることで樹状ポリエステルの溶融液晶性を発現することができるため好ましい。
前記一般式(4)において、R1は芳香族オキシカルボニル単位由来の構造単位であり、具体例としては、p−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸から生成した構造単位などが挙げられる。好ましくはp−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位であり、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸由来の構造単位部併用することも可能である。また本発明の効果を損なわない範囲でグリコール酸、乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸などの脂肪族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位を含有しても良い。
R2は芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位由来の構造単位であり、例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、3,3’,5,5’−テトラメチル−4,4’−ジヒドロキシビフェニル、t−ブチルハイドロキノン、フェニルハイドロキノン、メチルハイドロキノン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンおよび4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、エチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,4−ブタンジオールなど由来の構造単位が挙げられる。好ましくは、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、およびエチレングリコール由来の構造単位であり、4,4’−ジヒドロキシビフェニルとハイドロキノンもしくは4,4’−ジヒドロキシビフェニルとエチレングリコール由来の構造単位が含まれることが液晶性の制御の点から好ましい。
R3は芳香族ジカルボニル単位由来の構造単位であり、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニルジカルボン酸、1,2−ビス(フェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボン酸、1,2−ビス(2−クロロフェノキシ)エタン−4,4’−ジカルボン酸および4,4’−ジフェニルエーテルジカルボン酸など由来の構造単位が挙げられる。好ましくはテレフタル酸またはイソフタル酸由来の構造単位であり、特に両者を併用した場合に融点調節がしやすく好ましい。セバシン酸やアジピン酸などの脂肪族ジカルボン酸由来の構造単位が一部含まれていてもよい。
本発明の樹状ポリエステルの枝構造部分は、主としてポリエステル骨格からなることが好ましいが、カーボネート構造やアミド構造、ウレタン構造などを、特性に大きな影響を与えない程度に導入することも可能である。中でもアミド構造を導入することが好ましい。このような別の結合を導入することで、多種多様な熱可塑性樹脂に対する相溶性を調整することが可能であり、好ましい。アミド結合の導入の方法としては、p−アミノ安息香酸、m−アミノ安息香酸、p−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、テトラメチレンジアミンペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4−/2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレンジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン、アミノエチルピペラジンなどの脂肪族、脂環族、あるいは芳香族のアミン化合物などを共重合することが好ましい。中でもp−アミノフェノールまたはp−アミノ安息香酸の共重合が好ましい。
樹状ポリエステルの枝構造部分の具体例としては、p−ヒドロキシ安息香酸および6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位およびテレフタル酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位およびイソフタル酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位およびイソフタル酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、エチレングリコール由来の構造単位およびテレフタル酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、エチレングリコール由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位およびテレフタル酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位および2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなるもの、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位およびテレフタル酸由来の構造単位からなるものなどが挙げられる。
特に好ましいのは、枝構造部分が、下記構造単位(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)から構成されること、もしくは、下記構造単位(I)、(II)、(VI)および(IV)から構成されることである。
Figure 2009155490
Figure 2009155490
枝構造部分が、上記構造単位(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)から構成される場合には、構造単位(I)の含有量pは、各構造単位の合計p+q+rに対して30〜70モル%が好ましく、より好ましくは45〜60モル%である。
また、構造単位(II)の含有量q(II)は、構造単位(II)および(III)の合計含有量qに対して60〜75モル%が好ましく、より好ましくは65〜73モル%である。また、構造単位(IV)の含有量r(IV)は、構造単位(IV)および(V)の合計含有量rに対して60〜92モル%が好ましく、より好ましくは60〜70モル%、さらに好ましくは62〜68モル%である。
このような場合には、本発明の効果である、熱可塑性樹脂への添加効果が顕著に発現するため好ましい。
前記のように、構造単位(II)および(III)の合計含有量qと(IV)および(V)の合計含有量rは実質的に等モルであることが好ましいが、いずれかの成分を過剰に加えてもよい。
枝構造部分が、上記構造単位(I)、(II)、(VI)および(IV)から構成される場合には、上記構造単位(I)の含有量pは、p+q+rに対して30〜90モル%が好ましく、40〜80モル%がより好ましい。また、構造単位(VI)の含有量q(VI)は、(II)と(VI)の合計含有量qに対して70〜5モル%が好ましく、60〜8モル%がより好ましい。
また、有機残基Bの含有量は、樹状ポリエステルを構成する全単量体の含有量に対して7.5モル%以上であり、10モル%以上がより好ましく、さらに好ましくは20モル%以上である。このような場合に、枝構造部分の連鎖長が、樹状ポリエステルが樹状の形態をとるのに適した長さとなるため好ましい。有機残基Bの含有量の上限としては、50モル%以下であり、45モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。
また本発明の樹状ポリエステルは特性に影響が出ない範囲で、部分的に架橋構造を有していてもよい。
本発明において、樹状ポリエステルの製造方法は、特に制限されず、公知のポリエステルの重縮合法に準じて製造できる。前記R1で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、前記R2で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、前記R3で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、および3官能以上の多官能単量体を反応させた後、末端に不飽和二重結合、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、ハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を含む化合物を反応させてなる樹状ポリエステルの製造方法が好ましい。
また、上記反応に際して、R1、R2およびR3で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体をアシル化した後、3官能以上の多官能単量体を反応させる態様も好ましい。また、R1、R2およびR3で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、および、3官能以上の多官能単量体をアシル化した後、重合反応させる態様も好ましい。
前記構造単位(I)、(II)、(III)、(IV)および(V)とトリメシン酸残基から構成される樹状ポリエステルを製造する場合を例に挙げて、好ましい製造方法を説明する。
(1)p−アセトキシ安息香酸、4,4’−ジアセトキシビフェニル、ジアセトキシベンゼン、テレフタル酸およびイソフタル酸から脱酢酸縮重合反応によって液晶性ポリエステルオリゴマーを合成した後、トリメシン酸を加えて脱酢酸重合反応させて製造する方法。
(2)p−アセトキシ安息香酸、4,4’−ジアセトキシビフェニル、ジアセトキシベンゼン、テレフタル酸、イソフタル酸およびトリメシン酸から脱酢酸縮重合反応によって製造する方法。
(3)p−ヒドロキシ安息香酸、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノンとテレフタル酸およびイソフタル酸に無水酢酸を反応させて、フェノール性水酸基をアシル化した後、脱酢酸重縮合反応によって液晶性ポリエステルオリゴマーを合成し、さらにトリメシン酸を加えて脱酢酸重合反応させて製造する方法。
(4)p−ヒドロキシ安息香酸、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノンとテレフタル酸、イソフタル酸およびトリメシン酸に無水酢酸を反応させて、フェノール性水酸基をアシル化した後、脱酢酸重縮合反応によって製造する方法。
(5)p−ヒドロキシ安息香酸のフェニルエステル、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、テレフタル酸ジフェニルエステルおよびイソフタル酸ジフェニルエステルから脱フェノール重縮合反応により液晶性ポリエステルオリゴマーを合成した後、トリメシン酸を加えて脱フェノール重縮合反応によって製造する方法。
(6)p−ヒドロキシ安息香酸のフェニルエステル、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、テレフタル酸ジフェニルエステル、イソフタル酸ジフェニルエステルおよびトリメシン酸のフェニルエステルから脱フェノール重縮合反応によって製造する方法。
(7)p−ヒドロキシ安息香酸、テレフタル酸、イソフタル酸、トリメシン酸にジフェニルカーボネートを反応させて、それぞれフェニルエステルとした後、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノンを加え、脱フェノール重縮合反応によって製造する方法。
なかでも(1)〜(5)の製造方法が好ましく、(3)および(4)の方法がより好ましく、鎖長制御と立体規制の点から(4)の製造方法が最も好ましい。
(4)の製造方法において、無水酢酸の使用量は、鎖長制御の点からフェノール性水酸基の合計の0.90当量以上1.2当量以下であることが好ましく、1.00当量以上1.15当量以下であることがより好ましく、最も好ましくは1.02当量以上1.10当量以下である。無水酢酸量を制御すること、ジヒドロキシモノマーおよびジカルボン酸モノマーのいずれかを過剰に添加すること等により、末端基を制御することが可能である。
分子量を上げるためには、トリメシン酸のカルボン酸量に相当する分だけ、ハイドロキノンや4,4’−ジヒドロキシビフェニルなどのジヒドロキシモノマーを、ジカルボン酸モノマーに対して過剰に加え、全単量体におけるカルボン酸と水酸基当量を合わせることが好ましい。
脱酢酸重縮合反応を行う場合には、樹状ポリエステルが溶融する温度で、場合によっては減圧下で反応させ、所定量の酢酸を留出させ、重縮合反応を完了させる溶融重合法が好ましい。例えば、所定量のp−ヒドロキシ安息香酸、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、テレフタル酸、イソフタル酸、トリメシン酸および無水酢酸を、攪拌翼および留出管を備え、下部に吐出口を備えた反応容器中に仕込む。混合物を、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら加熱して、水酸基をアセチル化させた後、200〜350℃まで昇温して脱酢酸重縮合反応を行い、酢酸を留出させる。理論留出量の91%まで酢酸を留出させ、反応を完了させる。
アセチル化させる条件としては、反応温度は、130〜170℃の範囲が好ましく、より好ましくは135〜155℃の範囲である。反応時間は、0.5〜6時間が好ましく、より好ましくは1〜2時間である。
重縮合させる温度は、樹状ポリエステルが溶融する温度であり、好ましくは樹状ポリエステルの融点+10℃以上の温度である。具体的には、例えば、200〜350℃の範囲であり、240〜300℃が好ましい。重縮合させるときの雰囲気は、常圧窒素下でも問題ないが、減圧すると反応が早く進み、系内の残留酢酸が少なくなるため好ましい。減圧度は、0.1mmHg(13.3Pa)〜200mmHg(26600Pa)が好ましく、より好ましくは10mmHg(1330Pa)〜100mmHg(13300Pa)である。なお、アセチル化と重縮合は同一の反応容器で連続して行っても良いし、アセチル化と重縮合を異なる反応容器で行っても良い。
重縮合反応が完了した後、反応容器内を樹状ポリエステルが溶融する温度に保ち、例えば、0.01〜1.0kg/cm(0.001〜0.1MPa)に加圧し、反応容器下部に設けられた吐出口より、樹状ポリエステルをストランド状に吐出する。吐出口には断続的に開閉する機構を設け、液滴状に吐出することも可能である。吐出した樹状ポリエステルは、空気中もしくは水中を通過して冷却された後、必要に応じて、カッティングもしくは粉砕される。
得られたペレット状、粒状または粉状の樹状ポリエステルは、さらに必要に応じて、熱乾燥や真空乾燥により水、酢酸などを除く。また、重合度の微調整、あるいは、さらに重合度を上げるために、固相重合をすることも可能である。固相重合は、例えば、上記により得られた樹状ポリエステルを、窒素気流下、または、減圧下、樹状ポリエステルの融点−5℃〜融点−50℃(例えば、150〜250℃)の温度範囲で1〜50時間加熱する方法が挙げられる。
樹状ポリエステルの重縮合反応は無触媒でも進行するが、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸カリウムおよび酢酸ナトリウム、三酸化アンチモン、金属マグネシウムなどの金属化合物を使用することもできる。
本発明の樹状ポリエステルは、数平均分子量は1,000〜40,000であることが好ましく、より好ましくは1,000〜20,000、さらに好ましくは1,000〜10,000であり、最も好ましくは1,000〜5,000の範囲である。なお、この数平均分子量は、樹状ポリエステルが可溶な溶媒、例えばペンタフルオロフェノール/クロロホルム(体積混合比75/25)混合溶媒を溶離液として用いたGPC−LS(ゲル浸透クロマトグラフ−光散乱)法により絶対分子量として測定した値である。
本発明では、分子量を制御するために単官能カルボン酸を重合系中に添加することができる。単官能カルボン酸を添加することにより、過剰な重合反応を抑制し、ゲル化などの副反応の発生を抑制することができる。単官能カルボン酸は、特に限定されないが、反応性、耐熱性やハンドリング性の観点から、安息香酸またはその誘導体であることが好ましい。具体的には、安息香酸、4−tert−ブチル安息香酸、3−tert−ブチル安息香酸、4−クロロ安息香酸、3−クロロ安息香酸、4−メチル安息香酸、3−メチル安息香酸、2−メチル安息香酸、3,5−ジメチル安息香酸、3,4−ジメチル安息香酸、2,3−ジメチル安息香酸、2,4−ジメチル安息香酸、2,5−ジメチル安息香酸、2,6−ジメチル安息香酸、4−エチル安息香酸などを添加することが可能である。添加方法は、樹状ポリエステルの重合反応開始前に添加する方法、重合反応途中に添加する方法のいずれを用いてもよい。
樹状ポリエステルの末端と不飽和二重結合、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、ハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種を含む官能基を有する化合物との反応様態としては、樹状ポリエステルの重合反応途中に前記官能基を有する化合物を添加する方法、樹状ポリエステルの重合反応後に、再溶融または溶媒中に溶解せしめた樹状ポリエステルと前記官能基から選ばれる少なくとも1種を有する化合物とを反応させる方法のどちらを用いても良いが、樹状ポリエステルとの反応性の制御や安全性の観点から、樹状ポリエステルの重合反応後に、溶融または溶媒中に溶解せしめた樹状ポリエステルと前記官能基から選ばれる少なくとも1種を有する化合物とを反応させる方法を用いることが好ましい。前記官能基が保護基によって不活性化されていた場合、樹状ポリエステルの末端に導入された後、適切な脱保護剤と反応せしめることにより脱保護を行うことが望ましい。
こうして得られた樹状ポリエステルは、熱可塑性樹脂に配合することにより、熱可塑性樹脂の機械物性を改良し、成形加工性が改善されるなどの効果を付与することができ、単独でも樹脂材料、コーティング剤などに用いられる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物に使用する熱可塑性樹脂とは、熱可塑性を示す樹脂であれば特に限定されず、例えば、スチレン系樹脂、フッ素樹脂、ポリオキシメチレン、ポリアミドポリエステルポリイミド、ポリアミドイミド、塩化ビニル、オレフィン系樹脂、熱可塑性エラストマー、ポリアクリレート、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィドなどのポリアリーレンスルフィド、セルロースアセテート、セルロースアセテートブチレート、エチルセルロース等のセルロース誘導体、液晶性樹脂等、およびこれらの変性材あるいは1種または2種以上のブレンド物等が挙げられる。
スチレン系樹脂としては、PS(ポリスチレン)、HIPS(高衝撃ポリスチレン)、AS(アクリロニトリル/スチレン共重合体)、AES(アクリロニトリル/エチレン・プロピレン・非共役ジエンゴム/スチレン共重合体)、ABS(アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体)、MBS(メタクリル酸メチル/ブタジエン/スチレン共重合体)などが挙げられる。
オレフィン系樹脂としては、ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン/プロピレン共重合体、エチレン/1−ブテン共重合体、エチレン/プロピレン/非共役ジエン共重合体、エチレン/アクリル酸エチル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/酢酸ビニル/メタクリル酸グリシジル共重合体およびエチレン/プロピレン−g−無水マレイン酸共重合体、メタクリル酸/メタクリル酸メチル/グルタル酸無水物共重合体などが挙げられる。
熱可塑性エラストマーとしては、ポリエステルポリエーテルエラストマー、ポリエステルポリエステルエラストマー、熱可塑性ポリウレタンエラストマー、熱可塑性スチレンブタジエンエラストマー、熱可塑性オレフィンエラストマー、熱可塑性ポリアミドエラストマーなどが挙げられる。
ポリアミドとしては、ナイロン6(ポリカプロアミド)、ナイロン66(ポリヘキサメチレンアジパミド)、ナイロン12(ポリドデカンアミド)、ナイロン610(ポリヘキサメチレンセバカミド)、ナイロン6/66コポリマー(ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー)などが挙げられる。また、ナイロン6T/66コポリマー(ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー)、ナイロン6T/6Iコポリマー(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー)、ナイロン6T/M5Tコポリマー(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタルアミドコポリマー)、ナイロン6T/12コポリマー(ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリドデカンアミドコポリマー)、ナイロン66/6T/6Iコポリマー(ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー)およびナイロン6T/6コポリマー(ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー)などのヘキサメチレンテレフタルアミド単位を有する共重合体も好ましい。さらにこれらのポリアミド樹脂の複数を、耐衝撃性、成形加工性などの必要特性に応じて混合物として用いることも実用上好適である。
これらポリアミド樹脂の重合度には特に制限がないが、サンプル濃度0.01g/mlの98%濃硫酸溶液中、25℃で測定した相対粘度として、1.5〜7.0の範囲のものが好ましく、特に2.0〜6.0の範囲のナイロンが好ましい。
ポリアミド樹脂が、ヘキサメチレンテレフタルアミド単位を有する共重合体の場合、耐熱性が高いので好ましい。この場合、融点は、耐熱性の観点から200℃以上であることが好ましく、より好ましくは250℃以上、特に好ましくは280℃以上である。また融点が340℃を越える場合には、溶融加工時に分解を生じやすくなるため、融点は340℃以下であることが好ましく、より好ましくは330℃以下、特に好ましい融点は320℃以下である。またこの場合、ジカルボン酸成分はテレフタル酸成分単位40〜100モル%、テレフタル酸以外の芳香族ジカルボン酸成分および/または脂肪族ジカルボン酸単位0〜60%からなることが好ましい。
ポリアミド樹脂には、長期耐熱性を向上させる添加物として、銅化合物が好ましく用いられる。なかでも1価の銅化合物とりわけ1価のハロゲン化銅化合物が好ましく、酢酸第1銅、ヨウ化第1銅などを特に好適な銅化合物として例示できる。銅化合物の添加量は、ナイロン100重量部に対して0.01〜2重量部であることが好ましく、さらに0.015〜1重量部の範囲であることが好ましい。添加量が多すぎると溶融成形時に金属銅の遊離が起こり、着色により製品の価値を減ずることになる。銅化合物と併用する形でハロゲン化アルカリを添加することも可能である。このハロゲン化アルカリ化合物の例としては、ヨウ化カリウムおよびヨウ化ナトリウムが特に好ましい。
ポリエステルとしては、ジカルボン酸またはそのエステル形成性誘導体とジオールまたはそのエステル形成性誘導体を主構造単位とする重合体または共重合体が好ましい。中でも、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、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリエチレンイソフタレート/テレフタレート、ポリプロピレンイソフタレート/テレフタレート、ポリブチレンイソフタレート/テレフタレート、ポリエチレンテレフタレート/ナフタレート、ポリプロピレンテレフタレート/ナフタレート、ポリブチレンテレフタレート/ナフタレートなどの芳香族ポリエステル樹脂が特に好ましく、ポリブチレンテレフタレートが最も好ましい。これらの重合体においては、全ジカルボン酸に対するテレフタル酸ユニットの割合が30モル%以上であることが好ましく、40モル%以上であることがさらに好ましい。
また、ポリエステルは、ヒドロキシカルボン酸あるいはそのエステル形成性誘導体およびラクトンから選択された一種以上を含有していてもよい。ヒドロキシカルボン酸としては、グリコール酸、乳酸、ヒドロキシプロピオン酸、ヒドロキシ酪酸、ヒドロキシ吉草酸、ヒドロキシカプロン酸、ヒドロキシ安息香酸、p−ヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸などが挙げられる。また、ラクトンとしてはカプロラクトン、バレロラクトン、プロピオラクトン、ウンデカラクトン、1,5−オキセパン−2−オンなどが挙げられる。これらを構造単位とする重合体または共重合体としては、ポリグリコール酸、ポリ乳酸、ポリグリコール酸/乳酸、ポリヒドロキシ酪酸/β−ヒドロキシ酪酸/β−ヒドロキシ吉草酸などの脂肪族ポリエステル樹脂が挙げられる。
ポリエステルの融点は、特に限定されないが、耐熱性の点で、120℃以上であることが好ましく、180℃以上であることがより好ましく、200℃以上であることがさらに好ましく、220℃以上であることが特に好ましい。上限は、特に限定されないが、300℃以下であることが好ましく、280℃以下であることがより好ましい。なお、上記ポリエステルの融点は、示差走査熱量計(DSC)により昇温速度20℃/分で測定した値である。
ポリエステルのカルボキシル末端基量は、特に限定されないが、流動性、耐加水分解性および耐熱性の点で、50eq/t以下であることが好ましく、30eq/t以下であることがより好ましく、20eq/t以下であることがさらに好ましく、10eq/t以下であることが特に好ましい。下限は0eq/tである。なお、本発明において、(A)ポリエステル樹脂のカルボキシル末端基量は、o−クレゾール/クロロホルム溶媒に溶解させた後、エタノール性水酸化カリウムで滴定し測定した値である。
ポリエステルの粘度は、溶融混練が可能であれば特に限定されないが、成形性の点で、o−クロロフェノール溶液を25℃で測定したときの固有粘度が0.36〜1.60dl/gの範囲であることが好ましく、0.50〜1.25dl/gの範囲であることがより好ましい。
ポリエステル樹脂の分子量は、特に限定されないが、耐熱性の点で、重量平均分子量(Mw)5万〜50万の範囲であることが好ましく、10万〜30万の範囲であることがより好ましく、15万〜25万の範囲であることがさらに好ましい。なお、本発明において、上記ポリエステルの分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した値である。
上記ポリエステルの製造方法は、特に限定されるものではなく、公知の重縮合法や開環重合法などにより製造することができる。バッチ重合および連続重合のいずれでもよく、また、エステル交換反応および直接重合による反応のいずれでも適用することができる。
これらの樹脂のうち、エンジニアリングプラスチックに分類されるものが好ましく、具体的には、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、およびポリアリーレンスルフィドなどが好ましい。特にナイロン6、ナイロン66、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、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイドなどが好ましい。
ポリアミド、およびポリエステルから選ばれた樹脂が、樹状ポリエステルの末端官能基との反応性を有するので、良好な効果が発揮されるため好ましい。
熱可塑性樹脂の溶融粘度については、限定されるものではないが、10〜300Pa・sが好ましく、15〜200Pa・sがより好ましく、さらには20〜100Pa・sが特に好ましい。熱可塑性樹脂の溶融粘度が低すぎると、分散した樹状ポリエステルの体積変化を引き起こすのに充分なせん断力を起こしにくく、効果が発現しにくい。また、熱可塑性樹脂の溶融粘度が高すぎると、樹脂中での分散が不全になり効果が発現しにくい。なお、この溶融粘度は、熱可塑性樹脂の融点+10℃の条件で、ずり速度1,000/sの条件下で高化式フローテスターによって測定した値である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物における、熱可塑性樹脂100重量部に対する樹状ポリエステルの配合量は、0.01〜99重量部が好ましく、より好ましくは、0.1〜50重量部、さらに好ましくは0.5〜20重量部である。配合量が上記範囲において、本発明の効果が顕著に得られるために好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、さらに耐衝撃改良材を含んでも良い。耐衝撃改良材は、熱可塑性樹脂と溶融混練することで耐衝撃性を向上するものであれば限定されず、オレフィン系樹脂、アクリル系ゴム、シリコーン系ゴム、フッ素系ゴム、ウレタン系ゴム、ポリアミドエラストマー、ポリエステルエラストマー、および、これらゴム質成分からなる少なくとも1つの層とそれとは異種の重合体からなる1つ以上の層からなる、いわゆるコアシェル型と呼ばれる多層構造体などを挙げることができる。多層構造体を構成する層の数は、2層以上であればよく、3層以上または4層以上であってもよいが、内部に1層以上のゴム層(コア層)を有する多層構造体であることが好ましい。多層構造体のゴム層以外の層の成分は、熱可塑性を有する重合体成分から構成されるものであれば特に限定されるものではないが、ゴム層よりもガラス転移温度が高い重合体成分からなることが好ましい。このような重合体としては、不飽和カルボン酸アルキルエステル単位、不飽和カルボン酸単位、不飽和グリシジル基含有単位、不飽和ジカルボン酸無水物単位、脂肪族ビニル単位、芳香族ビニル単位、シアン化ビニル単位、マレイミド単位、不飽和ジカルボン酸単位を含有する重合体が挙げられる。
耐衝撃改良材としては、これらの中でもオレフィン系樹脂が好ましく用いられる。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ1−ブテン、ポリ1−ペンテン、ポリメチルペンテンなどの単独重合体および共重合体、エチレン/α−オレフィン共重合体、エチレン/α,β−不飽和カルボン酸エステル共重合体、エチレンとビニルアルコールエステルとの共重合体の加水分解物、エチレンおよび/またはプロピレンと不飽和カルボン酸および/または不飽和カルボン酸エステルとの共重合体、共役ジエンとビニル芳香族炭化水素とのブロック共重合体、および、そのブロック共重合体の水素化物などが挙げられる。中でも好ましくはエチレン/α−オレフィン共重合体、エチレン/α,β−不飽和カルボン酸エステル共重合体である。
本発明でいうエチレン/α−オレフィン共重合体は、エチレンと炭素原子数3〜20のα−オレフィンの少なくとも1種とを含む共重合体であり、炭素数3〜12のα−オレフィンを用いた共重合体が機械強度の向上の点から好ましい。特に好ましくは後述するように相溶性が一層向上し、耐衝撃性に極めて優れるという観点から、不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれる少なくとも1種類の化合物で変性されたエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合体である。エチレン/α−オレフィン系共重合体中のα−オレフィン含量は、好ましくは1〜30モル%、より好ましくは2〜25モル%、さらに好ましくは3〜20モル%である。さらに1,4−ヘキサジエン、ジシクロペンタジエン、2,5−ノルボルナジエン、5−エチリデンノルボルネン、5−エチル−2,5−ノルボルナジエン、5−(1’−プロペニル)−2−ノルボルネンなどの非共役ジエンの少なくとも1種が共重合されていてもよい。
また、本発明でいうエチレン/α,β−不飽和カルボン酸エステル共重合体とは、エチレンとα,β−不飽和カルボン酸エステルを共重合して得られる重合体である。α,β−不飽和カルボン酸エステルとしては、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸グリシジルなどのα,β−不飽和カルボン酸のエステルを挙げることができる。エチレン/α,β−不飽和カルボン酸エステル共重合体の具体例としては、エチレン/アクリル酸メチル共重合体、エチレン/アクリル酸エチル共重合体、エチレン/アクリル酸ブチル共重合体、エチレン/メタクリル酸メチル共重合体、エチレン/メタクリル酸エチル共重合体、エチレン/メタクリル酸ブチル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/アクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/アクリル酸メチル/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/メタクリル酸メチル/メタクリル酸グリシジル共重合体が挙げられる。中でも、エチレン/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/アクリル酸メチル/メタクリル酸グリシジル共重合体、エチレン/メタクリル酸メチル/メタクリル酸グリシジル共重合体が好ましく用いられる。
また、本発明において、オレフィン系樹脂は、不飽和カルボン酸またはその誘導体から選ばれる少なくとも1種類の化合物で変性をして用いることもできる。このように変性したポリオレフィン系樹脂を用いることにより、相溶性が一層向上し、耐衝撃性に極めて優れるという特徴を有する。変性剤としては、不飽和ジカルボン酸およびその誘導体である酸無水物が好適であり、特にマレイン酸または無水マレイン酸、もしくはそれらの無水物が好適である。これらの変性剤をオレフィン系樹脂に導入する方法は、特に制限なく、オレフィン単量体と変性剤を共重合せしめたり、ポリオレフィン系樹脂に変性剤をラジカル開始剤を用いてグラフト重合するなどの方法を用いることができる。変性剤の導入量はオレフィン系樹脂のオレフィン単量体全体に対して、好ましくは0.001〜40モル%、より好ましくは0.01〜35モル%の範囲内であることが適当である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物における耐衝撃改良材の添加量は、熱可塑性樹脂100重量部に対して、1〜100重量部が好ましい。添加量が1重量部よりも少ない場合には、十分な耐衝撃性向上効果が無い。添加量が100重量部を越える場合には増粘を生じて成形加工性が低下するため好ましくない。より好ましい添加量は、5〜80重量部であり、特に好ましくは10〜70重量部である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物においては、機械強度その他の特性を付与するために、さらに無機充填材を配合することが可能である。繊維状、板状、粉末状、粒状などのいずれの無機充填材も使用することができる。無機充填材としては、繊維状充填材および非繊維状充填材のいずれも用いることができる。繊維状充填材としては、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、炭酸カルシウムウィスカ、ワラステナイトウィスカ、硼酸アルミウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維などが挙げられる。非繊維状充填材としては、タルク、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、マイカ、カオリン、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、アルミナシリケートなどの珪酸塩、酸化珪素、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属化合物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、ガラスビーズ、セラミックビ−ズ、窒化ホウ素、炭化珪素、燐酸カルシウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ガラスフレーク、ガラス粉、カーボンブラックおよびシリカ、黒鉛などが挙げられる。また、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイトなどのスメクタイト系粘土鉱物やバーミキュライト、ハロイサイト、カネマイト、ケニヤイト、燐酸ジルコニウム、燐酸チタニウムなどの各種粘土鉱物、Li型フッ素テニオライト、Na型フッ素テニオライト、Na型四珪素フッ素雲母、Li型四珪素フッ素雲母等の膨潤性雲母に代表される層状珪酸塩も用いられる。
これら無機充填材の中で好ましくはガラス繊維、タルク、ワラステナイト、モンモリロナイトおよび合成雲母などである。機械強度向上効果の大きいガラス繊維が特に好ましく用いられる。また、無機充填材は2種以上を併用して使用することもできる。
ガラス繊維の種類は、一般に樹脂の強化用に用いるものなら特に限定はなく、例えば長繊維タイプや短繊維タイプのチョップドストランド、ミルドファイバーなどから選択して用いることができる。また、ガラス繊維は弱アルカリ性のものが機械的強度の点で優れており、好ましく使用できる。ガラス繊維はエチレン/酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂、エポキシ系、ウレタン系、アクリル系などの被覆あるいは収束剤で処理されていることが好ましく、エポキシ系収束剤で処理されていることが特に好ましい。また、ガラス繊維は、シラン系、チタネート系などのカップリング剤、その他表面処理剤で処理されていることが好ましく、エポキシシラン系またはアミノシラン系のカップリング剤が特に好ましい。
なお、層間に存在する交換性陽イオンが有機オニウムイオンで交換された層状珪酸塩も好ましく用いることができる。ここで、有機オニウムイオンとしては、アンモニウムイオン、ホスホニウムイオン、スルホニウムイオンなどが挙げられる。これらのなかではアンモニウムイオンとホスホニウムイオンが好ましく、特にアンモニウムイオンが好んで用いられる。アンモニウムイオンは、1級アンモニウム、2級アンモニウム、3級アンモニウム、4級アンモニウムのいずれでも良い。1級アンモニウムイオンとしてはデシルアンモニウム、ドデシルアンモニウム、オクタデシルアンモニウム、オレイルアンモニウム、ベンジルアンモニウムなどが挙げられる。2級アンモニウムイオンとしてはメチルドデシルアンモニウム、メチルオクタデシルアンモニウムなどが挙げられる。3級アンモニウムイオンとしてはジメチルドデシルアンモニウム、ジメチルオクタデシルアンモニウムなどが挙げられる。4級アンモニウムイオンとしてはベンジルトリメチルアンモニウム、ベンジルトリエチルアンモニウム、ベンジルトリブチルアンモニウム、ベンジルジメチルドデシルアンモニウム、ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウムなどのベンジルトリアルキルアンモニウムイオン、トリオクチルメチルアンモニウム、トリメチルオクチルアンモニウム、トリメチルドデシルアンモニウム、トリメチルオクタデシルアンモニウムなどのアルキルトリメチルアンモニウムイオン、ジメチルジオクチルアンモニウム、ジメチルジドデシルアンモニウム、ジメチルジオクタデシルアンモニウムなどのジメチルジアルキルアンモニウムイオンなどが挙げられる。また、これらの他にもアニリン、p−フェニレンジアミン、α−ナフチルアミン、p−アミノジメチルアニリン、ベンジジン、ピリジン、ピペリジン、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸などから誘導されるアンモニウムイオンなども挙げられる。これらのアンモニウムイオンの中でも、トリオクチルメチルアンモニウム、トリメチルオクタデシルアンモニウム、ベンジルジメチルオクタデシルアンモニウム、12−アミノドデカン酸から誘導されるアンモニウムイオンなどが好ましい。
層間に存在する交換性陽イオンが有機オニウムイオンで交換された層状珪酸塩は、交換性の陽イオンを層間に有する層状珪酸塩と有機オニウムイオンを公知の方法で反応させることにより製造することができる。具体的には、水、メタノール、エタノールなどの極性溶媒中でのイオン交換反応による方法か、層状珪酸塩に液状あるいは溶融させたアンモニウム塩を直接反応させることによる方法などが挙げられる。
無機充填材が膨潤性層状珪酸塩である場合、マトリックスである熱可塑性樹脂中に層状珪酸塩が単層のレベルで均一に分散していることが好ましい。単層のレベルで均一に分散している状態とは、層状珪酸塩が単層〜10層程度の状態で、二次凝集することなくマトリックス樹脂全体に分散していることを言う。この状態は熱可塑性樹脂組成物から切片を切削しこれを電子顕微鏡で観察することによって確認できる。膨潤性層状珪酸塩は、剛性の向上効果が大きいため好ましく用いられる。
無機充填材の配合量は、熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01〜200重量部が好ましく、より好ましくは0.05〜150重量部、特に好ましくは0.1〜100重量部である。無機充填材が膨潤性層状珪酸塩である場合、好ましい含有量は熱可塑性樹脂100重量部に対して、無機灰分量として0.01〜30重量部、より好ましくは0.05〜15重量部、特に好ましくは0.1〜10重量部となる範囲である。含有量が少なすぎると耐熱性および剛性の改良効果が低下し、多すぎると靱性が低下する場合がある。
膨潤性層状珪酸塩の無機灰分量は、膨潤性層状珪酸塩を約2g量り取り、るつぼに入れ600℃に設定した電気炉で2時間焼成して灰化させ、焼成後の残留物の重量より無機灰分量を求める方法で決めることができる。また、熱可塑性樹脂組成物中の無機灰分量は、熱可塑性樹脂組成物を約2g量り取り、るつぼに入れ600℃に設定した電気炉で3時間焼成して灰化させ、焼成後の残留物の重量より求めることができる。
さらに、熱可塑性樹脂組成物中に、熱安定性を保持するために、フェノール系およびリン系化合物の中から選ばれた1種以上の耐熱剤を含有せしめることもできる。かかる耐熱剤の配合量は、耐熱改良効果の点から、熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.01重量部以上が好ましく、特に0.02重量部以上であることが好ましい。成形時に発生するガス成分の観点からは、配合量は、5重量部以下が好ましく、特に1重量部以下であることが好ましい。
フェノール系化合物としては、ヒンダードフェノール系化合物が好ましく用いられ、中でも、N、N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナミド)、テトラキス[メチレン−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]メタンなどが好ましく用いられる。
リン系化合物としては、ビス(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、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、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、トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)−4,4’−ビスフェニレンホスファイト、ジ−ステアリルペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト、トリフェニルホスファイト、3,5−ジーブチル−4−ヒドロキシベンジルホスフォネートジエチルエステルなどが挙げられる。中でも、熱可塑性樹脂組成物の製造工程において耐熱剤が揮発や分解することを少なくするために、融点が高いものが好ましく用いられる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、難燃剤をさらに配合することができる。用いられる難燃剤は、本発明の熱可塑性組成物に難燃性を付与できる物であれば特に限定はされない。具体的には、リン系難燃剤、窒素系難燃剤、水酸化マグネシウム、シリコーン系難燃剤などのハロゲン原子を含まない非ハロゲン系難燃剤、臭素系難燃剤に代表されるハロゲン系難燃剤を挙げることができる。これらの難燃剤は単独で使用しても良いし、複数を併用して用いても良い。
本発明における難燃剤の添加量は1〜150重量部が好ましく、より好ましくは3〜100重量部、より好ましくは5〜70重量部、さらに好ましくは5〜50重量部である。添加量が1重量部に満たない場合は難燃性に劣る傾向にある。また150重量部を越える場合には、難燃性がかえって悪化する場合がある。
リン系難燃剤としては、リン元素を含有する化合物であり、具体的には、赤リン、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸メラミンなどのポリリン酸系化合物、芳香族ホスフェート系化合物、芳香族ビスホスフェート系化合物などが挙げられる。
窒素系難燃剤としては、トリアジン系化合物とシアヌール酸またはイソシアヌール酸との塩が挙げられる。特に好ましい例としては、メラミン、ベンゾグアナミンおよびアセトグアナミンとシアヌール酸またはイソシアヌール酸との塩が挙げられる。
水酸化マグネシウムは、市販されているものを用いることができ、粒子径、比表面積、形状など特に限定されるものではないが、好ましくは粒子径が0.1〜20μm、比表面積が3〜75m2 /g、形状は球状、針状または小板状のものがよい。水酸化マグネシウムの表面処理については施されていてもいなくてもよい。表面処理法の例としては、シランカップリング剤、アニオン界面活性剤、多価官能性有機酸、エポキシ樹脂など熱硬化性樹脂による被覆形成などの処理法が挙げられる。
本発明で使用される臭素系難燃剤としては、化学構造中に臭素を含有する化合物であれば特に制限はなく、通常公知の難燃剤を使用することができる。例えば、エチレンビス(テトラブロモフタルイミド)、臭素化エポキシポリマー、臭素化ポリスチレン、架橋臭素化ポリスチレン、臭素化ポリフェニレンエーテルおよび臭素化ポリカーボネートが好ましく、臭素化ポリスチレン、架橋臭素化ポリスチレン、臭素化ポリフェニレンエーテルおよび臭素化ポリカーボネートが最も好ましく使用できる。また、上記の臭素系難燃剤と併用することによって、相乗的に難燃性を向上させるために使用される難燃助剤を添加することも好ましく、例えば三酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどが好ましい。難燃助剤の配合量は、難燃性改良効果の点から、熱可塑性樹脂100重量部に対して、0.2〜30重量部が好ましい。
本発明の熱可塑性樹脂組成物には、さらに紫外線吸収剤(たとえばレゾルシノール、サリシレート)、着色防止剤(亜リン酸塩、次亜リン酸塩など)、滑剤および離型剤(ステアリン酸、モンタン酸およびその金属塩など)、着色剤、導電剤あるいは着色剤としてのカーボンブラック、結晶核剤、可塑剤および帯電防止剤などの通常の添加剤、もしくは、熱可塑性樹脂以外の重合体を配合することができる。
本発明の熱可塑性樹脂組成物の製造方法としては、溶融混練によることが好ましい。溶融混練には公知の方法を用いることができる。たとえば、バンバリーミキサー、ゴムロール機、ニーダー、単軸もしくは二軸押出機などを用い、熱可塑性樹脂の溶融温度以上で溶融混練して樹脂組成物を得ることができる。中でも、二軸押出機を用いる方法が好ましい。
混練方法としては、1)熱可塑性樹脂、樹状ポリエステル、任意成分である無機充填材およびその他の添加剤を一括混練する方法、2)まず熱可塑性樹脂にその他の添加剤を高濃度に含む熱可塑性樹脂組成物(マスターペレット)を作成し、次いで規定の濃度になるように液熱可塑性樹脂、樹状ポリエステル、任意成分である無機充填材および残りの添加剤を添加する方法(マスターペレット法)、3)熱可塑性樹脂と樹状ポリエステルおよびその他の添加剤の一部を一度混練し、ついで残りの熱可塑性樹脂、樹状ポリエステル、任意成分である無機充填材および残りの添加剤を添加する分割添加法など、どの方法を用いてもかまわない。
かくして得られる本発明の熱可塑性樹脂組成物は、熱可塑性樹脂と樹状ポリエステルとの分子間で強固に相互作用しており、靱性など特性が熱可塑性樹脂に付与されている。
本発明の熱可塑性樹脂組成物は、通常公知の射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、押出成形、ブロー成形、プレス成形、紡糸などの任意の方法で成形することができ、各種成形品に加工し利用することができる。成形品としては、射出成形品、押出成形品、ブロー成形品、フィルム、シート、繊維などとして利用でき、フィルムとしては、未延伸、一軸延伸、二軸延伸などの各種フィルムとして、繊維としては、未延伸糸、延伸糸、超延伸糸など各種繊維として利用することができる。
本発明において、上記各種成形品は、自動車部品、電気・電子部品、建築部材、各種容器、日用品、生活雑貨および衛生用品など各種用途に利用することができる。具体的な用途としては、エアフローメーター、エアポンプ、サーモスタットハウジング、エンジンマウント、イグニッションホビン、イグニッションケース、クラッチボビン、センサーハウジング、アイドルスピードコントロールバルブ、バキュームスイッチングバルブ、ECUハウジング、バキュームポンプケース、インヒビタースイッチ、回転センサー、加速度センサー、ディストリビューターキャップ、コイルベース、ABS用アクチュエーターケース、ラジエータタンクのトップ及びボトム、クーリングファン、ファンシュラウド、エンジンカバー、シリンダーヘッドカバー、オイルキャップ、オイルパン、オイルフィルター、フューエルキャップ、フューエルストレーナー、ディストリビューターキャップ、ベーパーキャニスターハウジング、エアクリーナーハウジング、タイミングベルトカバー、ブレーキブースター部品、各種ケース、各種チューブ、各種タンク、各種ホース、各種クリップ、各種バルブ、各種パイプなどの自動車用アンダーフード部品、トルクコントロールレバー、安全ベルト部品、レジスターブレード、ウオッシャーレバー、ウインドレギュレーターハンドル、ウインドレギュレーターハンドルのノブ、パッシングライトレバー、サンバイザーブラケット、各種モーターハウジングなどの自動車用内装部品、ルーフレール、フェンダー、ガーニッシュ、バンパー、ドアミラーステー、スポイラー、フードルーバー、ホイールカバー、ホイールキャップ、グリルエプロンカバーフレーム、ランプリフレクター、ランプベゼル、ドアハンドルなどの自動車用外装部品、ワイヤーハーネスコネクター、SMJコネクター、PCBコネクター、ドアグロメットコネクターなど各種自動車用コネクター、リレーケース、コイルボビン、光ピックアップシャーシ、モーターケース、ノートパソコンハウジングおよび内部部品、CRTディスプレーハウジングおよび内部部品、プリンターハウジングおよび内部部品、携帯電話、モバイルパソコン、ハンドヘルド型モバイルなどの携帯端末ハウジングおよび内部部品、記録媒体(CD、DVD、PD、FDDなど)ドライブのハウジングおよび内部部品、コピー機のハウジングおよび内部部品、ファクシミリのハウジングおよび内部部品、パラボラアンテナなどに代表される電気・電子部品を挙げることができる。更に、VTR部品、テレビ部品、アイロン、ヘアードライヤー、炊飯器部品、電子レンジ部品、音響部品、ビデオカメラ、プロジェクターなどの映像機器部品、レーザーディスク(登録商標)、コンパクトディスク(CD)、CD−ROM、CD−R、CD−RW、DVD−ROM、DVD−R、DVD−RW、DVD−RAM、ブルーレイディスクなどの光記録媒体の基板、照明部品、冷蔵庫部品、エアコン部品、タイプライター部品、ワードプロセッサー部品、などに代表される家庭・事務電気製品部品を挙げることができる。また電子楽器、家庭用ゲーム機、携帯型ゲーム機などのハウジングや内部部品、各種ギヤー、各種ケース、センサー、LEPランプ、コネクター、ソケット、抵抗器、リレーケース、スイッチ、コイルボビン、コンデンサー、バリコンケース、光ピックアップ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント配線板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドホン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、半導体、液晶、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダー、トランス部材、コイルボビンなどの電気・電子部品、サッシ戸車、ブラインドカーテンパーツ、配管ジョイント、カーテンライナー、ブラインド部品、ガスメーター部品、水道メーター部品、湯沸かし器部品、ルーフパネル、断熱壁、アジャスター、プラ束、天井釣り具、階段、ドアー、床などの建築部材、釣り糸、漁網、海藻養殖網、釣り餌袋などの水産関連部材、植生ネット、植生マット、防草袋、防草ネット、養生シート、法面保護シート、飛灰押さえシート、ドレーンシート、保水シート、汚泥・ヘドロ脱水袋、コンクリート型枠などの土木関連部材、歯車、ねじ、バネ、軸受、レバー、キーステム、カム、ラチェット、ローラー、給水部品、玩具部品、結束バンド、クリップ、ファン、テグス、パイプ、洗浄用治具、モーター部品、顕微鏡、双眼鏡、カメラ、時計などの機械部品、マルチフィルム、トンネル用フィルム、防鳥シート、植生保護用不織布、育苗用ポット、植生杭、種紐テープ、発芽シート、ハウス内張シート、農ビの止め具、緩効性肥料、防根シート、園芸ネット、防虫ネット、幼齢木ネット、プリントラミネート、肥料袋、試料袋、土嚢、獣害防止ネット、誘因紐、防風網などの農業部材、紙おむつ、生理用品包材、綿棒、おしぼり、便座ふきなどの衛生用品、医療用不織布(縫合部補強材、癒着防止膜、人工器官補修材)、創傷被服材、キズテープ包帯、貼符材基布、手術用縫合糸、骨折補強材、医療用フィルムなどの医療用品、カレンダー、文具、衣料、食品等の包装用フィルム、トレイ、ブリスター、ナイフ、フォーク、スプーン、チューブ、プラスチック缶、パウチ、コンテナー、タンク、カゴなどの容器・食器類、ホットフィル容器類、電子レンジ調理用容器類化粧品容器、ラップ、発泡緩衝剤、紙ラミ、シャンプーボトル、飲料用ボトル、カップ、キャンディ包装、シュリンクラベル、蓋材料、窓付き封筒、果物かご、手切れテープ、イージーピール包装、卵パック、HDD用包装、コンポスト袋、記録メディア包装、ショッピングバック、電気・電子部品等のラッピングフィルムなどの容器・包装、天然繊維複合、ポロシャツ、Tシャツ、インナー、ユニホーム、セーター、靴下、ネクタイなどの各種衣料、カーテン、イス貼り地、カーペット、テーブルクロス、布団地、壁紙、ふろしきなどのインテリア用品、キャリアーテープ、プリントラミ、感熱孔版印刷用フィルム、離型フィルム、多孔性フィルム、コンテナバッグ、クレジットカード、キャッシュカード、IDカード、ICカード、紙、皮革、不織布等のホットメルトバインダー、磁性体、硫化亜鉛、電極材料等粉体のバインダー、光学素子、導電性エンボステープ、ICトレイ、ゴルフティー、ゴミ袋、レジ袋、各種ネット、歯ブラシ、文房具、水切りネット、ボディタオル、ハンドタオル、お茶パック、排水溝フィルター、クリアファイル、コート剤、接着剤、カバン、イス、テーブル、クーラーボックス、クマデ、ホースリール、プランター、ホースノズル、食卓、机の表面、家具パネル、台所キャビネット、ペンキャップ、ガスライターなどとして有用であり、自動車用内装部品、自動車用外装部品、自動車用コネクターとして特に有用である。
本発明の熱可塑性樹脂組成物およびそれからなる成形品は、リサイクルすることが可能である。例えば、樹脂組成物およびそれからなる成形品を粉砕し、好ましくは粉末状とした後、必要に応じて添加剤を配合して得られる樹脂組成物は、本発明の樹脂組成物と同じように使用でき、成形品とすることも可能である。
以下、実施例により本発明をさらに詳述するが、本発明の骨子は以下の実施例のみに限定されるものではない。
実施例1
攪拌翼および留出管を備えた500mLの反応容器にp−ヒドロキシ安息香酸36.0g(0.26モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル23.2g(0.12モル)、テレフタル酸4.06g(0.024モル)、固有粘度が約0.6dl/gのポリエチレンテレフタレ−ト7.82g(0.041モル)、トリメシン酸31.5g(0.15モル)、安息香酸11.0g(0.09モル)および無水酢酸57.2g(フェノール性水酸基合計の1.1当量)を仕込み、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら145℃で1.5時間反応させた。その後、3時間で290℃まで昇温し、さらに1時間撹拌した。理論留出量の100%の酢酸が留出したところで加熱および攪拌を停止し、内容物を冷水中に吐出した。
得られた樹状ポリエステルを、乾燥機を用いて110℃で5時間乾燥した後、ブレンダーを用いて粉砕し、得られた樹状ポリエステル粉末を、真空加熱乾燥機を用いて100℃で16時間加熱真空乾燥した。
乾燥後の樹状ポリエステル粉末70gと、アリルグリシジルエーテル18.4gを、撹拌翼および留出管を備えた500mLの反応容器に仕込み、200℃に昇温した。200℃で30分撹拌した後、内容物を冷水中に吐出した。
得られた樹状ポリエステル(A−1)は、ブレンダーを用いて粉砕した後、エタノールを用いて濾過洗浄し、真空加熱乾燥機を用いて80℃で16時間加熱真空乾燥した。
得られた樹状ポリエステル(A−1)について、核磁気共鳴スペクトル分析を行った結果、分岐度0.42、末端官能基導入率は95%であった。
核磁気共鳴スペクトルは、サンプルを重ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解し、40℃でプロトン核の核磁気共鳴スペクトル分析を行った。p−オキシベンゾエート単位由来の7.44ppmおよび8.16ppmのピーク、4,4’−ジオキシビフェニル単位由来の7.04ppm、7.70ppmのピーク、テレフタレート単位由来の8.31ppmのピーク、エチレンオキシド単位由来の4.75ppmのピーク、トリメシン酸由来の9.25ppmのピーク、末端不飽和二重結合由来の5.21ppm、5.35ppm、6.08ppmのピーク、アリル位由来の4.28ppmのピーク、グリシジルエーテル由来の4.38ppm、4.15ppm、3.98ppmのピークが検出された。各ピークの面積強度比から、各構造単位の含有比率を算出し、小数点3桁は四捨五入した。また、トリメシン酸の3つのプロトン由来のピークの化学シフトからカルボン酸の反応の有無を判定し、分岐度を算出して小数点3桁を四捨五入した。分岐度は、トリメシン酸の3つのカルボン酸のうち1つだけ反応した構造単位、2つが反応した構造単位および3つが反応した構造単位に由来するピークの面積強度の和に対する、トリメシン酸の3つのカルボン酸のうち、1つだけ反応した構造単位および3つが反応した構造単位に由来するピークの面積強度の和の割合により算出しし、小数点3桁は四捨五入した。
得られた樹状ポリエステル(A−1)の融点Tmは145℃、液晶開始温度は111℃で、数平均分子量2600であった。
なお、融点(Tm)は、樹状ポリエステルを、示差熱量測定において、室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、Tm1+20℃の温度で5分間保持し、20℃/分の降温条件で室温まで一旦冷却し、再度20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm)とした。
液晶開始温度は、剪断応力加熱装置(CSS−450)により、剪断速度1.0(1/秒)、昇温速度5.0℃/分、対物レンズ60倍において測定し、視野全体が流動開始する温度とした。
また、分子量は樹状ポリエステルが可溶な溶媒であるヘキサフルオロイソプロパノール溶媒を使用して、GPC−LS(ゲル浸透クロマトグラフ−光散乱)法により測定し、数平均分子量を求めた。
末端官能基導入率は、GPC−LS測定から算出された数平均分子量と、プロトン核NMRから得られた組成比とから樹状ポリエステル1分子あたりの理論末端基量を算出し、この理論末端基量に対する、プロトン核NMR測定における導入末端官能基由来のピーク面積強度から算出される官能基化末端数の割合を百分率で求め、小数点以下を四捨五入した。
実施例2
実施例1で得られた樹状ポリエステル(A−1)50gを1Lナスフラスコに入れ、クロロホルム500mLに溶解し、磁気撹拌子で撹拌しながら室温でm−クロロ過安息香酸49.7gを加えた。24時間反応させた後、反応液に飽和チオ硫酸ナトリウム水溶液100mLおよび飽和炭酸水素ナトリウム水溶液100mLを加え、反応を停止させた後クロロホルム500mLで抽出した。得られたクロロホルム層を飽和食塩水および水で数回洗浄した後、クロロホルム層を減圧濃縮し、樹状ポリエステル(A−2)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−2)は、ブレンダーを用いて粉砕した後、真空加熱乾燥機を用いて50℃で16時間加熱真空乾燥した。
得られた樹状ポリエステル(A−2)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例3
アリルグリシジルエーテル18.4gを、p−ニトロフェニルアセテート29.2gとし、反応温度を250℃、撹拌時間を1時間とした以外は実施例1と同様にして、樹状ポリエステル(A−3)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−3)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例4
アリルグリシジルエーテル18.4gを、p−アセトキシベンゼンスルホン酸ナトリウム38.4gとし、反応温度を250℃とし、撹拌時間を1時間とした以外は実施例1と同様にして、樹状ポリエステル(A−4)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−4)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例5
アリルグリシジルエーテル18.4gを、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン38.1gとした以外は実施例1と同様にして、樹状ポリエステル(A−5)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−5)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例6
アリルグリシジルエーテル18.4gを、ネオデカン酸グリシジルエステル38.7gとした以外は実施例1と同様にして、樹状ポリエステル(A−6)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−6)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
実施例7
アリルグリシジルエーテル18.4gを、p−クロロフェニルアセテート27.5gとし、反応温度を250℃、撹拌時間を1時間とした以外は実施例1と同様にして、樹状ポリエステル(A−7)を得た。
得られた樹状ポリエステル(A−7)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
比較例1
攪拌翼および留出管を備えた500mLの反応容器にp−ヒドロキシ安息香酸61.7g(0.45モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル7.79g(0.042モル)、テレフタル酸6.95g(0.042モル)、固有粘度が約0.6dl/gのポリエチレンテレフタレ−ト13.4g(0.07モル)および無水酢酸59.5g(フェノール性水酸基合計の1.1当量)を仕込み、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら145℃で1.5時間反応させた。その後、3時間で290℃まで昇温し、理論留出量の91%の酢酸が留出したところで安息香酸6.82g(0.056モル)を加えさらに1時間撹拌した。理論留出量の100%の酢酸が留出したところで加熱および攪拌を停止し、内容物を冷水中に吐出した。
得られたポリエステルを、乾燥機を用いて110℃で5時間乾燥した後、ブレンダーを用いて粉砕し、得られたポリエステル粉末を、真空加熱乾燥機を用いて100℃で16時間加熱真空乾燥した。
乾燥後の樹状ポリエステル粉末70gと、ネオデカン酸グリシジルエステル8.84gを、撹拌翼および留出管を備えた500mLの反応容器に仕込み、230℃に昇温した。200℃で30分撹拌した後、内容物を冷水中に吐出した。
得られた樹状ポリエステル(B−1)は、ブレンダーを用いて粉砕した後、エタノールを用いて濾過洗浄し、真空加熱乾燥機を用いて80℃で16時間加熱真空乾燥した。
得られたポリエステル(B−1)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す。
比較例2
攪拌翼および留出管を備えた500mLの反応容器にp−ヒドロキシ安息香酸56.5g(0.41モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル10.9g(0.058モル)、テレフタル酸6.38g(0.038モル)、固有粘度が約0.6dl/gのポリエチレンテレフタレ−ト12.3g(0.064モル)、トリメシン酸6.30g(0.03モル)、安息香酸2.20g(0.018モル)を加えておよび無水酢酸59.1g(フェノール性水酸基合計の1.1当量)を仕込み、窒素ガス雰囲気下で攪拌しながら145℃で1.5時間反応させた。その後、3時間で290℃まで昇温し、さらに1時間撹拌した理論留出量の100%の酢酸が留出したところで加熱および攪拌を停止し、内容物を冷水中に吐出した。
得られた樹状ポリエステルを、乾燥機を用いて110℃で5時間乾燥した後、ブレンダーを用いて粉砕し、得られた樹状ポリエステル粉末を、真空加熱乾燥機を用いて100℃で16時間加熱真空乾燥した。
得られた樹状ポリエステル(B−2)を実施例1と同様に評価した。結果を表1に示す
比較例3
Perstorp社製の樹状ポリエステルBolton H30(数平均分子量2800、分岐度0.35)50gを1Lナスフラスコに入れ、窒素気流下でクロロホルム300mLに溶解し、氷浴下で磁気撹拌子を用いて撹拌しながらピリジン53.0gを加えた。次いでネオデカン酸クロリド85.1gをクロロホルム200mLに溶解し、樹状ポリエステルのクロロホルム溶液中に氷浴中1時間かけて滴下した。滴下終了後3時間氷浴中で撹拌し、その後室温で24時間撹拌した。その後、反応溶液を濃度1モル/Lの塩酸で1回洗浄し、さらに飽和食塩水、蒸留水で洗浄した。得られたクロロホルム溶液を減圧濃縮し、樹状ポリエステル(B−3)を得た。
得られた樹状ポリエステル(B−3)の分岐度および数平均分子量を炭素13核(13C)NMR測定およびGPC−LS測定により評価した。13CNMR測定は、サンプルを重クロロホルムに溶解し40℃で行い、得られたスペクトルから分岐度を算出した。分岐度は、樹状ポリエステルBolton H30の構成単量体である2,2−ジ(ヒドロキシメチル)プロピオン酸の有する3つの官能基うち1つだけ反応した構造単位、2つが反応した構造単位および3つが反応した構造単位における、2位の炭素原子に由来するそれぞれのピークの面積強度の和に対する、2,2−ジ(ヒドロキシメチル)プロピオン酸の有する3つの官能基うち、1つだけ反応した構造単位および3つが反応した構造単位に由来する前述のピークの面積強度の和の割合により算出し、小数点3桁は四捨五入した。
また、分子量は樹状ポリエステルが可溶な溶媒であるクロロホルム溶媒を使用して、GPC−LS(ゲル浸透クロマトグラフ−光散乱)法により測定し、数平均分子量を求めた。
末端官能基導入率は、GPC−LS測定から算出された数平均分子量から樹状ポリエステル1分子あたりの理論末端基量を算出し、この理論末端基量に対する、プロトン核NMR測定における導入末端官能基由来のピーク面積強度から算出される官能基化末端数の割合を百分率で求め、小数点以下を四捨五入した。
Figure 2009155490
実施例8〜16、比較例4〜7
日本製鋼所社製TEX30型2軸押出機を用い、各成分を表2に記載の各割合でドライブレンドした後、メインフィーダーより供給した。シリンダー設定温度250℃、スクリュー回転数200rpmに設定して溶融混練を行い、ダイから吐出されたガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットを130℃で12時間加熱乾燥した後、射出成形(住友重機社製SG75H−MIV、シリンダー温度280℃、金型温度80℃)により各試験片を調製し、下記(1)〜(3)の評価を行った。結果を表2に示す。
(1)溶融粘度
東洋精機製キャピログラフを用い、所定の測定温度(C−1:250℃、C−2〜C−11:表3参照)において、直径1mm、長さ10mmのキャピラリーを用いて測定した、せん断速度120/sの値である。
(2)耐衝撃性
ASTM D256に準じて、3mm厚ノッチ付き試験片のアイゾット衝撃強度を、室温23℃、湿度50%の恒温室内にて測定した。
(3)耐ドローダウン性
東洋精機製キャピログラフを用い、直径1mm、長さ10mmのキャピラリーを取り付け、所定の測定温度(溶融粘度測定と同様の温度)において、押出速度20mm/minで樹脂を押出し、ストランドが60mm伸長するのに必要な時間に対する300mm伸長するのに必要な時間の比を求め、これを耐ドローダウン性の指標とした。値が大きいほど耐ドローダウン性に優れていることを意味しており、最大値は5、最小値は1である。
Figure 2009155490
表2から明らかなように、本発明の樹状ポリエステルを配合した熱可塑性樹脂は、耐衝撃性が向上しており、靱性に優れた成型品を得ることが可能である。また、耐ドローダウン性が向上しているため、ブロー成形時にパリソンが安定して成形することができ、特に大型の成型品において、肉厚分布のバラツキを抑制することができる。
一方、比較例5および6に示すように、直鎖状の液晶ポリエステルや分岐点B含有量の少ない樹状ポリエステルを配合した場合は、熱可塑性樹脂への分散性が低下し、樹状ポリエステル末端と熱可塑性樹脂が均一に反応できないため、耐衝撃性や耐ドローダウン性の向上効果を十分に得ることはできない。また、比較例7に示すように、樹状ポリエステルの構成単位が脂肪族である場合、芳香族である場合と比較して耐熱性に劣るため、熱可塑性樹脂への混練時における剪断発熱などの要因により熱分解し、前記のような効果が十分に得ることはできない。
実施例17〜28、比較例8〜17
日本製鋼所社製TEX30型2軸押出機を用い、熱可塑性樹脂(C−2〜C−11)と樹状ポリエステル(A−2またはA−6)とを表3または4に記載の各割合でドライブレンドした後、メインフィーダーより供給した。シリンダー温度を熱可塑性樹脂の融点+20℃(C−8は300℃、C−9は220℃、C−10は200℃、C−11は300℃)、スクリュー回転数を200rpmに設定して溶融混練し、ダイから吐出されたガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットのうち、実施例17〜20および29、比較例8、9および17は80℃で12時間減圧乾燥し、実施例21〜26、比較例10〜14は110℃で12時間加熱乾燥し、実施例27および実施例28、比較例15および16は80℃で12時間熱風乾燥した後、住友重機社製SG75H−MIVに供し、前記(1)〜(4)のとおり、各試験片を成形し、熱可塑性樹脂組成物の評価を行った。結果を表3および表4に示す。
Figure 2009155490
Figure 2009155490
表3および表4から明らかなように、本発明の樹状ポリエステルを添加した熱可塑性樹脂組成物は、添加しない場合と比較して、耐衝撃性および耐ドローダウン性が向上し、物性と成形加工性を備えていることが分かる。また、樹状ポリエステルを添加したナイロン6(実施例17)は、樹状ポリエステルを添加しない高粘度のナイロン6(比較例17)より低粘度であるにも関わらず、より高い耐ドローダウン性が得られる。このことから、本発明の樹状ポリエステルが熱可塑性樹脂間の相互作用を高め、特異的に耐ドローダウン性を向上させていることが分かる。
参考例
本実施例および比較例に用いた熱可塑性樹脂は以下の通りである。
C−1 ナイロン6(N6) 東レ製アミラン(商標)CM1010(融点225℃)
C−2 ナイロン66(N66) 東レ製アミラン(商標)CM3001−N(融点262℃)
C−3 ナイロン610(N610) 東レアミラン(商標)CM2001(融点225℃)
C−4 ポリエチレンテレフタレート(PET) 東レ製T−704(固有粘度1.20dl/g、融点260℃)
C−5 ポリブチレンテレフタレート(PBT) 東レ製トレコン(商標)1100S(固有粘度0.89dl/g、融点223℃)
C−6 ポリ乳酸(PLA)三井化学社製レイシア(商標) H−100(融点168℃)
C−7 ポリフェニレンサルファイド(PPS) 東レ製トレリナ(商標)M2100(融点283℃)
C−8 ポリカーボネート樹脂(PC) 出光石油化学社製タフロン(商標)A1900(加工温度300℃)
C−9 アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体(ABS) 東レ製トヨラック(商標)T−100(加工温度220℃)
C−10 高密度ポリエチレン(PE) プライムポリマー社製 Hi−ZEX(商標)2200J(加工温度190℃)
C−11 ナイロン6(N6) 東レ製アミラン(商標)CM1061(融点225℃)
本発明の樹状ポリエステルは、耐熱性に優れ、多数の反応性官能基を有しているため、種々の熱可塑性樹脂との反応性および相溶性に富む。そのため、本発明の樹状ポリエステルを熱可塑性樹脂に配合することで、耐衝撃性や耐ドローダウン性を著しく向上することができる。
本発明の樹状ポリエステルを配合した熱可塑性樹脂組成物は、通常の射出成形、押出成形、プレス成形などの成形方法によって、優れた表面外観(色調)および機械的性質、耐熱性および難燃性を有する成形品、シート、パイプ、フィルム、繊維などに加工することが可能である。なかでも、中空成形やブロー成形により加工される自動車部品等の成形品に有用である。

Claims (10)

  1. 芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および、芳香族ジカルボニル単位(R)から選ばれる少なくとも1種の構造単位と3官能以上の有機残基(B)とを含み、分子末端構造に不飽和二重結合、エポキシ基、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、およびハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を有する樹状ポリエステル。
  2. 上記P、Q、R、およびBの含有量の合計に対してBの含有量が7.5〜50モル%の範囲にあることを特徴とする請求項1に記載の樹状ポリエステル。
  3. 芳香族オキシカルボニル単位(P)、芳香族および/または脂肪族ジオキシ単位(Q)、および芳香族ジカルボニル単位(R)が、それぞれ下式(1)で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位である請求項1または2に記載の樹状ポリエステル。
    Figure 2009155490
    (ここで、R1、R2およびR3は、それぞれ下式で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位である。)
    Figure 2009155490
    (ただし、式中Yは、水素原子、ハロゲン原子およびアルキル基から選ばれる少なくとも1種である。式中nは2〜8の整数である。)
  4. 式(2)で示される基本骨格を有する請求項1〜3のいずれかに記載の樹状ポリエステル。
    Figure 2009155490
    (ここで、Bは3官能化合物の残基であり、B−B間は上式(1)で表される構造単位を介して、もしくはエステル結合および/またはアミド結合により直接、結合している。)
  5. 式(3)で示される基本骨格を有する請求項1〜3のいずれかに記載の樹状ポリエステル。
    Figure 2009155490
    (ここで、Bは4官能化合物の残基であり、B−B間は上式(1)で表される構造単位を介して、もしくはエステル結合および/またはアミド結合により直接、結合している。)
  6. 前記有機残基Bが芳香族化合物の残基である請求項1〜5のいずれかに記載の樹状ポリエステル。
  7. 請求項1〜6のいずれかに記載の樹状ポリエステルを熱可塑性樹脂に配合してなる熱可塑性樹脂組成物。
  8. 熱可塑性樹脂100重量部に対して樹状ポリエステル0.01〜99重量部を配合してなる請求項7に記載の熱可塑性樹脂組成物。
  9. 請求項7または8のいずれかに記載の熱可塑性樹脂組成物からなる成形品。
  10. 下式R1で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、下式R2で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、下式R3で表される構造単位から選ばれる少なくとも1種の構造単位を含む単量体、および3官能以上の多官能単量体を反応させた後、末端に不飽和二重結合、ニトロ基、スルホン酸基、シリル基、炭素数8以上のアルキル基、およびハロゲン原子から選ばれる少なくとも1種の官能基を含む化合物を反応させる樹状ポリエステルの製造方法。
    Figure 2009155490
    (ただし、式中Yは、水素原子、ハロゲン原子およびアルキル基から選ばれる少なくとも1種である。式中nは2〜8の整数である。)
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