JP2010506019A - 熱伝導性ポリエステル成形材 - Google Patents

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Abstract

熱可塑成形材であって、A)10〜69質量%の熱可塑性ポリエステル、B)30〜79質量%の酸化アルミニウム、C)0.01〜10質量%の有機もしくは無機酸、またはその混合物、D)0〜10質量%のD1)1〜600mg KOH/gのOH数のポリカーボネートを有する(DIN53240、第2部に基づく)、少なくとも1つの高分岐もしくは超分岐ポリカーボネート、またはD2)少なくとも1つの高分岐もしくは超分岐AxByタイプのポリエステル[式中、xは、少なくとも1.1であり、yは、少なくとも2.1である]、もしくはその混合物、E)0〜50質量%の追加の添加物を含み、成分A)〜E)の質量パーセントの合計が100%になる、熱可塑成形材。

Description

本発明は、熱可塑成形材であって、
A)10〜69質量%の熱可塑性ポリエステル、
B)30〜79質量%の酸化アルミニウム、
C)0.01〜10質量%の有機もしくは無機酸、またはこれらの混合物、
D)0〜10質量%の
D1)1〜600mg KOH/gのOH数のポリカーボネートを有する(DIN53240、第2部に基づく)、少なくとも1つの高分岐もしくは超分岐ポリカーボネート、または
D2)少なくとも1つの高分岐もしくは超分岐Axyタイプのポリエステル[式中、xは、少なくとも1.1であり、yは、少なくとも2.1である]、もしくはこれらの混合物、
E)0〜50質量%のその他の添加物、
を含み、
成分A)〜E)の質量パーセントの合計が100%になる、熱可塑成形材に関する。
さらに本発明は、いずれかの種類の成形体を生成するための本発明の成形材料、および結果として生じる成形体の使用に関する。
ポリエステルの熱伝導率は、一般的に、酸化アルミニウムの添加によって増加する(ドイツ特許公開第102 600 98号を参照)。
非常に高い充填物含有量が存在すると、プロセス中にポリマーマトリクスが分解し、機械的特性に重大な障害が生じる。
このような成形材料の流動性は、一例として、ワックス、脂肪酸エステル、または脂肪アミドを用いて、改善することができる(例えば、Hochgefuellte Kunststoffe,第8章,G.W.Ehrenstein編,D.Drummer VDI出版 デュッセルドルフ 2002年)。
国際特許公開第2005/75563号、同第75565号、および国際特許公開第2006/008055号明細書では、ポリエステルの流動性向上剤として、新規の超分岐ポリマーが開示されている。
したがって、本発明の目的は、ポリエステルを主成分とし、十分な流動性を有し、分子量の分解がほとんど起こらず、十分なレベルの機械的特性を有すると同時に、技術的目的のために適切な熱伝導率を有する熱可塑成形材を提供することであった。
したがって、導入部で定義される成形材料が発明された。好ましい実施態様は、サブクレームにて記載される。
驚くことに、ポリエステル/AI酸化物成形材料に酸を添加することによって、プロセス中のポリエステルマトリックスが安定した。
本発明の成形材料は、成分(A)として、10〜69質量%、好ましくは10〜49.8質量%、特に20〜44.4質量%の熱可塑性ポリエステルを含む。
一般的に、芳香族ジカルボン酸、および脂肪族または芳香族ジヒドロキシ化合物を主成分とするポリエステルA)を使用する。
好ましいポリエステルの第一群は、ポリアルキレンテレフタレート群、特にアルコール部分に2〜10個の炭素原子を有する群である。
これらのポリアルキレンテレフタレートは、それ自体公知であり、文献に記載されている。これらの主鎖は、芳香族ジカルボン酸由来の芳香環を含む。この芳香環はまた、例えば、塩素および臭素などのハロゲン、またはメチル、エチル、イソプロピル、n−プロピル、n−ブチル、イソブチルもしくはtert−ブチル基などのC1−C4アルキル基と置換することができる。
これらのポリアルキレンテレフタレートは、それ自体公知の方法で、芳香族ジカルボン酸、これらのエステル、またはその他のエステル形成誘導体と、脂肪族ジヒドロキシ化合物との反応により製造してもよい。
好ましいジカルボン酸は、ナフタレン−2,6−ジカルボン酸、テレフタル酸、およびイソフタル酸、またはこれらの混合物である。最高30mol%、好ましくは10mol%以下の芳香族ジカルボン酸は、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、およびシクロヘキサンジカルボン酸などの脂肪族または脂環式ジカルボン酸で置換してもよい。
脂肪族ジヒドロキシ化合物の中で、2〜6個の炭素原子を有するジオール、特に1,2−エタンジオール、1,3−プロパンジオール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,4−ヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、およびネオペンチルグリコール、ならびにこれらの混合物が好ましい。
特に好ましいポリエステル(A)は、2〜6個の炭素原子を有する、アルカンジオール由来のポリアルキレンテレフタレートである。これらの中で、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およびポリブチレンテレフタレート、ならびにこれらの混合物が特に好ましい。また、その他のモノマー単位として、最高1質量%、好ましくは最高0.75質量%の1,6−ヘキサンジオールおよび/または2−メチル−1,5−ペンタンジオールを含む、PETおよび/またはPBTも好ましい。
ポリエステル(A)の粘度数は、一般的に、ISO1628に基づいて、0.5質量パーセント濃度のフェノールとo−ジクロロベンゼンの混合溶液25℃(質量比1:1)で測定される、50〜220、好ましくは80〜160である。
カルボキシ末端基含有量が、最高100ミリ当量/kgのポリエステル、好ましくは最高50ミリ当量/kgのポリエステル、特に最高40ミリ当量/kgのポリエステルである、ポリエステルが特に好ましい。これらのポリエステルは、一例として、ドイツ特許公開第44 01 055号の方法によって製造してもよい。カルボキシ末端基含有量は、通常、滴定法(例えば、電位差測定法)で測定される。
特に好ましい成形材料は、成分A)として、PBTとは異なるポリエステルからなる混合物を含み、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)である。一例として、ポリエチレンテレフタレートの含有量は、100質量%のA)に対して、好ましくは混合物中で最高50質量%、特に10〜35質量%である。
また、適切な場合、PBTなどのポリアルキレンテレフタレートと混合された、再生PET材(スクラップPETとも呼ばれる)を使用することも有利である。
再生材は、一般的に、:
1)工場発生再生材として公知の再生材:これらは、重縮合またはプロセス時の生産廃棄物(例えば、射出成形から得られる湯口、射出成形または押し出しから得られる出発材料,または押し出されたシートまたはシートから得られるエッジトリム)
2)市場回収再生材:これらは、最終消費者の使用後に回収、処理されたプラスチック製品である。ミネラルウォーター、ソフトドリンク、およびジュース用にブロー成型されたPETボトルは、数量について大いに有力な製品である。
粉砕材、またはペレット形態のいずれかで、両方の種類の再生材を使用してもよい。後者の場合、粗再生材は分離および精製された後、溶解され、押出機を使用してペレット化される。これは、通常、操作および自由流れを促進し、プロセスでのさらなる工程の測定を促進する。
使用される再生材は、ペレット化されるか、またはリグラインドの形態のいずれかであってもよい。エッジ長は、10mmより長くあるべきではなく、好ましくは8mm未満である。
ポリエステルは、(微量水分により)プロセス中に加水分解されるため、再生材を事前乾燥させることが望ましい。乾燥後の残存水分量は、好ましくは0.2%未満、特に0.05%未満である。
言及される可能性のある別の基は、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジヒドロキシ化合物由来の全芳香族ポリエステル基である。
適切な芳香族ジカルボン酸は、先にポリアルキレンテレフタレートと言及された化合物である。5〜100mol%のイソフタル酸および0〜95mol%のテレフタル酸、特に、約50〜約80%のテレフタル酸および20〜約50%のイソフタル酸からなる混合物の使用が好ましい。
芳香族ジヒドロキシ化合物は、好ましくは一般式
Figure 2010506019
[式中、Zは、最高8個の炭素原子を有する、アルキレンもしくはシクロアルキレン基、最高12個の炭素原子を有するアリーレン基、カルボニル基、スルホニル基、酸素もしくは硫黄原子、または化学結合であり、mは、0〜2である]を有する。この化合物のフェニレン基はまた、C1−C6−アルキルまたは−アルコキシ基、およびフッ素、塩素または臭素で置換されてもよい。
これらの化合物の親化合物の例は、
ジヒドロキシビフェニル、
ジ(ヒドロキシフェニル)アルカン、
ジ(ヒドロキシフェニル)シクロアルカン、
ジ(ヒドロキシフェニル)硫化物、
ジ(ヒドロキシフェニル)エーテル、
ジ(ヒドロキシフェニル)ケトン、
ジ(ヒドロキシフェニル)スルホキシド、
α,α’−ジ(ヒドロキシフェニル)ジアルキルベンゼン、
ジ(ヒドロキシフェニル)スルホン、ジ(ヒドロキシベンゾイル)ベンゼン、
レゾルシノール、および
ヒドロキノン、
さらに、これらの環アルキル化および環ハロゲン化誘導体である。
これらの中で、
4,4’−ジヒドロキシビフェニル、
2,4−ジ(4’−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、
α,α’−ジ(4−ヒドロキシフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン、
2,2−ジ(3’−メチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、および
2,2−ジ(3’−クロロ−4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、
特に、
2,2−ジ(4’−ヒドロキシフェニル)プロパン
2,2−ジ(3’,5−ジクロロジヒドロキシフェニル)プロパン、
1,1−ジ(4’−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、
3,4’−ジヒドロキシベンゾフェノン、
4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン
および2,2−ジ(3’,5’−ジメチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロパン、ならびにこれらの混合物が好ましい。
また、ポリアルキレンテレフタレートと全芳香族ポリエステルの混合物を使用することも当然可能である。これらは、一般的に、20〜98質量%のポリアルキレンテレフタレートおよび2〜80質量%の全芳香族ポリエステルを含む。
また、コポリエーテル−エステルなどのポリエステルブロックコポリマーを使用することも当然可能である。この種類の製品は、それ自体公知であり、例えば、米国特許第3 651 014号などの文献に記載されている。類似製品、例えば、Hytrel(登録商標)(DuPont)も市販されている。
本発明によれば、ポリエステルには、ハロゲンフリーポリカーボネートが含まれる。適切なハロゲンフリーポリカーボネートの例は、一般式
Figure 2010506019
[式中、Qは、単結合、C1−C8アルキレン、C2−C3アルキリデン、C3−C6シクロアルキリデン、C6−C12アリーレン基、または−O−、−S−もしくは−SO2−であり、mは、0〜2の整数である]のジフェノールに基づくものである。
ジフェノールのフェニレン基は、C1−C6アルキルまたはC1−C6アルコキシ基などの置換基を有してもよい。
この式の好ましいジフェノールの例は、ヒドロキノン、レゾルシノール、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチル−ブタン、および1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサンである。2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、および1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、さらに1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンが特に好ましい。
ホモポリカーボネートまたはコポリカーボネートのいずれかが、成分Aとして適切であり、ビスフェノールAホモポリマーと同様に、ビスフェノールAのコポリカーボネートが好ましい。
適切なポリカーボネートは、公知の方法によって、特に好ましくは、使用されるジフェノールの合計に対して、0.05〜2.0mol%の少なくとも3官能性化合物(例えば、3個以上のフェノール系OH基を有する3官能性化合物)を組み込むことによって、分岐させてもよい。
特に適切であることが分かったポリカーボネートは、1.10〜1.50、特に1.25〜1.40の相対粘度ηrelを有する。これは、10000〜200000g/mol、好ましくは20000〜80000g/molの平均モル質量Mw(質量平均)に相当する。
この一般式のジフェノールは、それ自体公知であり、公知の方法によって製造できる。
例えば、ポリカーボネートは、ジフェノールと、界面プロセスでホスゲンとを反応させることによって、または均質相プロセス(ピリジンプロセスとして公知である)でホスゲンとを反応させることによって製造してもよく、それぞれの場合に、所望の分子量を、適切な量の既知の連鎖停止剤の使用によって公知の方法で達成してもよい(ポリジオルガノシロキサン含有ポリカーボネートに関連して、例えば、ドイツ特許公開第33 34 782号を参照)。
適切な連鎖停止剤の例は、フェノール、p−tert−ブチルフェノール、あるいはドイツ特許公開第28 42 005号に見られるような4−(1,3−テトラメチルブチル)フェノールなどの長鎖アルキルフェノール、モノアルキルフェノール、またはドイツ特許公開第35 06 472号に見られるようなp−ノニルフェノール、3,5−ジ−tert−ブチルフェノール、p−tert−オクチルフェノール、p−ドデシルフェノール、2−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノール、および4−(3,5−ジメチルヘプチル)フェノールなどのアルキル置換基中に合計8〜20個の炭素原子を有するジアルキルフェノールである。
本発明の目的のために、ハロゲンフリーポリカーボネートは、ハロゲンフリージフェノール、ハロゲンフリー連鎖停止剤、およびこれが使用される場合、ハロゲンフリー分岐剤からなるポリカーボネートであり、ppmレベルの加水分解可能な塩素の下位量の内容物は、例えば、ポリカーボネートの界面プロセスでのホスゲンとの製造から生じるものであり、本発明の目的のハロゲン含有という用語に値するとは見なされない。ppmレベルの加水分解可能な塩素の内容物を有するこの種類のポリカーボネートが、本発明の目的のハロゲンフリーポリカーボネートである。
言及されてもよいその他の適切な成分A)は、非晶質ポリエステルカーボネートであり、製造方法中にホスゲンがイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸単位、および/またはテレフタル酸単位によって置換される。この点で、さらなる詳細に関しては欧州特許第711 810号を参照してもよい。
欧州特許第365 916号には、モノマー単位としてシクロアルキル基を有する、その他の適切なコポリカーボネートが記載されている。
また、ビスフェノールAがビスフェノールTMCによって置換されることが可能である。この種類のポリカーボネートは、Bayerから商標APEOHT(登録商標)として入手できる。
本発明の成形材料は、成分B)として、30〜79質量%、好ましくは50〜70質量%、特に55〜65質量%の酸化アルミニウムを含む。成分B)の平均粒径(d50値)は、好ましくは0.2〜20μm、好ましくは0.3〜15μm、特に0.35〜10μmである。
50値は、一般的に、粒子の50%の粒径より大きく、50%の粒径より小さい粒径値であると当業者に理解される。
10値は、好ましくは10μmより小さく、特に5μmより小さく、非常に特に好ましくは2.2μmよりも小さい。
好ましいd90値は、50μmより小さく、特に30μmより小さく、および非常に特に好ましくは25μmより小さい。
酸化アルミニウム(アルミナ)、Al23、分子量101.96。酸化物は、種々の形態で生じ、六方晶系α−オキシドは、熱力学的安定性を有する唯一の形態である。立方面心形態であるγ−Al23は、十分に特徴化されている。これは、その他の形態と同様に400〜800℃に加熱することによって、水酸化アルミニウムから生成され、1100℃より高い温度に加熱することによってα−Al23に変換することができる。β−Al23は、結晶格子が少量の外来イオンを含む酸化物群である。その他の形態は、比較的ほとんど重要ではなく、このことは、水酸化アルミニウムとこれらの2つの間の多数の移行型にも当てはまる。水、酸および塩基中で不溶性ある、α−Al23、密度3.98、硬度9、融点2053℃が好ましい。α−Al23は、Bayer法によってボーキサイトから工業的に得られる。これは、たいていの場合、アルミニウムの電解製造に使用される。酸化物は、アルミニウム上の薄い保護層として発見され、この酸化被膜は、化学酸化または陽極酸化によって強化することができる。
α−Al23は、融点2050℃のコランダムとして天然で生じる。コランダムは、たいていの場合、不純物により、さらにしばしば有色であるために不透明である。近年、コランダムは、工業的にエレクトロコランダムの形態で得られ、本明細書において、ボーキサイト由来のAl23は、電気炉内で2000℃よりも高い温度で融解する。これによって、約99%のα−Al23を有する、非常に硬い生成物が得られる。
活性酸化物として公知の材料は、アルミニウム食塩水からの沈殿プロセスを介して、−例えば、熱で後処理された水酸化アルミニウムゲルを通して、もしくは低温でのα−水酸化アルミニウムからの焼成によって、またはフラッシュ加熱によって製造される。
成分のB)のBET比表面積(DIN60 132またはASTMD 3037に基づく)は、好ましくは12m2/g未満、好ましくは少なくとも0.1m2/g、好ましくは少なくとも0.3m2/gである。
好ましい密度は、2.5〜4.5g/cm3、特に3.9〜4.0g/cm3である。
酸化ナトリウム含有量は、B)100質量%に対して、好ましくは0.4質量%未満、特に0.01〜0.35質量%である。
DIN52612に基づく熱伝導率は、好ましくは少なくとも20W/mK、特に少なくとも25W/mKである。
本発明の成形材料は、成分C)として、0.01〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、特に0.5〜3質量%の無機もしくは有機酸、またはこれらの混合物を含む。
好ましい適切な無機酸は、式(HO)2X[式中、X=Cl、SOy、NOy、およびPOyである(式中、ZまたはYは、互いに独立して、1〜3の整数である)]の無機酸であり、これらの酸の誘導体も使用できる。
沸点が50℃より高く、好ましくは100℃より高く、特に150℃より高い不揮発性酸の使用が好ましい。この融点は、好ましくは20℃より高く、特に40℃より高く、特に好ましくは60℃より高い。
使用される本発明の有機酸の例は、いずれかの種類のカルボン酸である。いくつかの好ましい種類が、以下に言及される。1〜40個、好ましくは1〜22個の炭素原子を有する、飽和または不飽和カルボン酸が好ましく、これらはヘテロ原子、好ましくはハロゲンを有することができる。
カルボン酸は1、2−または3塩基性であることができる。言及されてもよい例は、ペラルゴン酸、マルガリン酸、ドデカン二酸、ベヘン酸、モンタン酸(30〜40個の炭素原子を有する脂肪酸の混合物)、および
Figure 2010506019
ならびに以下などの不飽和カルボン酸である:
Figure 2010506019
ハロゲン化脂肪族カルボン酸の場合には、フッ素化および塩素化酸が好ましく、本明細書ではトリフルオロ酢酸およびトリクロロ酢酸が好ましい。
本発明によれば、成分C)は、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、p−トルエンスルホン酸などのスルホン酸、フマル酸、クエン酸、マンデル酸、または酒石酸の群から選択される酸である。酸という用語はまた、これらの酸に典型的な関連物質を当然網羅している。さらに、酸性水酸化物も含まれる。
クエン酸もしくはp−トルエンスルホン酸、またはこれらの混合物の使用が特に好ましい。一例として、この材料中のクエン酸の質量割合は、1〜99%、好ましくは10〜90%であることができ、この材料中のp−トルエンスルホン酸の割合は、同様に1〜99%、好ましくは10〜90%であることができる。
本発明の成形材料は、以下で説明される通り、成分D)として、0〜10質量%、好ましくは0.1〜5質量%、特に0.1〜3質量%のD1)1〜600mg KOH/g、好ましくは10〜550mg KOH/g、特に50〜550mg KOH/gのOH数のポリカーボネートを有する(DIN53240、第2部に基づく)、少なくとも1つの高分岐もしくは超分岐ポリカーボネート、または成分D2)として少なくとも1つの超分岐ポリエステル、もしくはこれらの混合物を含む。
本発明の目的のために、超分岐ポリカーボネートD1)は、ヒドロキシ基およびカーボネート基を有する非架橋高分子であり、これらは、構造的および分子的不均一性の両方を有する。第一に、これらの構造は、デンドリマーと同じであるが、不均一な鎖長の分岐を用いる方法で、中心的分子に基づいてもよい。第二に、これらは、側位の官能基を有する線状構造を有してもよいし、あるいはこれらは、線状分子または分岐分子部分を有する、2つの極端な例を組み合わせてもよい。樹状および超分岐ポリマーの定義に関しては、P.J.Flory,J.Am.Chem.Soc.1952,74,2718,and H.Frey et al.,Chem.Eur.J.2000,6,no.14,2499を参照されたい。
本発明の文脈における「超分岐」とは、分岐度(DB)、すなわち、樹枝状結合の平均数プラス1分子当たりの末端基の平均数が、10〜99.9%、好ましくは20〜99%、特に好ましくは20〜95%であることを意味する。
本発明の文脈における「樹状」とは、分岐度が99.9〜100%であることを意味する。「分岐度」の定義に関しては、H.Frey他著,Acta Polym.1997,48,30を参照されたい。
成分D1)は、好ましくは、100〜15000g/mol、好ましくは200〜12 000g/mol、特に500〜10000g/mol(GPC、PMMA標準)の数平均モル質量Mnを有する。
ガラス転移温度Tgが、特に−80〜+140℃、好ましくは−60〜120℃(DSC,DIN53765に基づく)である。
特に、23℃での粘度(mPas)(DIN53019に基づく)は、50〜200000、特に100〜150000、非常に特に好ましくは200〜100000である。
成分D1)は、好ましくは少なくとも以下の
a)1つ以上の縮合物(K)を得るためのアルコールROHの脱離による、少なくとも1つの一般式RO[(CO)]nORの有機カーボネート(A)と、少なくとも3個のOH基を有する、少なくとも1つの脂肪族、脂肪族/芳香族または芳香族アルコール(B)との反応、(式中、互いに独立したRはそれぞれ、1〜20個の炭素原子を有する、直鎖もしくは分岐脂肪族、芳香族/脂肪族基もしくは芳香族炭化水素基であり、かつ基Rは、互いに結合して、環を形成し、nは、1〜5の整数である)、または
ab)塩化水素の離脱による、ホスゲン、ジホスゲン、またはトリホスゲンと、上述のアルコール(B)との反応、および
b)高官能性高分岐、または高官能性超分岐ポリカーボネートを得るための縮合物(K)の分子間反応
を含む方法によって入手でき、反応混合物中のOH基とカーボネートの定量的割合は、縮合物(K)が、1つのカーボネート基および1個より多くのOH基、または1つのOH基および1個より多くのカーボネート基のいずれかの平均を有するような方法で選択される。
ホスゲン、ジホスゲンまたはトリホスゲンを出発原料として使用してもよいが、有機カーボネートが好ましい。
出発原料として使用され、一般式RO(CO)nORを有する、有機カーボネート(A)の基Rはそれぞれ、互いに独立しており、1〜20個の炭素原子を有する、直鎖または分岐脂肪族、芳香族/脂肪族もしくは芳香族炭化水素基である。これらの2つの基Rはまた、互いに結合して、環を形成してもよい。この基は、好ましくは脂肪族炭化水素基、特に好ましくは1〜5個の炭素原子を有する直鎖または分岐アルキル基、または置換もしくは非置換フェニル基である。
特に、式RO(CO)nOR(式中、nは、好ましくは1〜3、特に1である)の単純なカーボネートを使用する。
一例として、ジアルキルまたはジアリールカーボネートが、脂肪族、芳香族脂肪族、または芳香族アルコール、好ましくはモノアルコールと、ホスゲンとの反応から製造されてもよい。また、これらは、貴金属、酸素、またはNOxの存在下で、アルコールまたはフェノールのCOによる酸化的カルボニル化によって製造されてもよい。ジアリールまたはジアルキルカーボネートの製造方法に関してはまた、"Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry",6th edition, 2000 Electronic Release,Verlag Wiley−VCHも参照されたい。
適切なカーボネートの例には、エチレンカーボネート、プロピレン1,2−もしくは1,3−カーボネート、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート、ジキシリルカーボネート、ジナフチルカーボネート、エチルフェニルカーボネート、ジベンジルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジイソブチルカーボネート、ジペンチルカーボネート、ジヘキシルカーボネート、ジシクロヘキシルカーボネート、ジヘプチルカーボネート、ジオクチルカーボネート、ジデシルカーボネート、またはジドデシルカーボネートなどの脂肪族、芳香族/脂肪族、もしくは芳香族カーボネートが含まれる。
nが1より大きいカーボネートの例には、ジ(tert−ブチル)ジカーボネートなどのジアルキルジカーボネート、またはジ(tert−ブチル)トリカーボネートなどのジアルキルトリカーボネートが含まれる。
脂肪族カーボネート、特に基が、1〜5個の炭素原子を含むカーボネート(例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジブチルカーボネート、またはジイソブチルカーボネート)の使用が好ましい。
有機カーボネートは、少なくとも3個のOH基を有する、少なくとも1つの脂肪族アルコール(B)、または2つ以上の異なるアルコールの混合物と反応する。
少なくとも3個のOH基を有する化合物の例には、グリセロール、トリメチロールメタン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,2,4−ブタントリオール、トリス(ヒドロキシメチル)アミン、トリス(ヒドロキシエチル)アミン、トリス(ヒドロキシプロピル)アミン、ペンタエリスリトール、ジグリセロール、トリグリセロール、ポリグリセロール、トリス(ヒドロキシメチル)イソシアヌレート、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート、フロログルシノール,トリヒドロキシトルエン、トリヒドロキシジメチルベンゼン、フロログルシド、ヘキサヒドロキシベンゼン、1,3,5−ベンゼントリメタノール、1,1,1−トリス(4’−ヒドロキシフェニル)メタン、1,1,1−トリス(4’−ヒドロキシフェニル)エタン、ビス(トリメチロールプロパン)、もしくは例えば、グルコースなどの糖、3価より多くの多価アルコールおよびエチレンオキシド、プロピレンオキシド、もしくはブチレンオキシドを主成分とする、3価より多くの多価ポリエテロール、またはポリエステロールが含まれる。グリセロール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、1,2,4−ブタントリオール、ペンタエリスリトール、さらにエチレンオキシドまたはプロピレンオキシドを主成分とするこれらのポリエテロールが本明細書で特に好ましい。
使用されるすべてのアルコールの平均合計OH官能基が2より大きいという条件で、これらの多価アルコールも、2価アルコール(B’)との混合物中で使用してもよい。2個のOH基を有する適切な化合物の例には、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−および1,3−プロパンジオール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,2−,1,3−,および1,4−ブタンジオール、1,2−,1,3−.および1,5−ペンタンジオール、ヘキサンジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)メタン、ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)エタン、2,2−ビス(4−ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン、1,1’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、レゾルシノール、ヒドロキノン、4,4’−ジヒドロキシフェニル、ビス(4−ビス(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(ヒドロキシメチル)ベンゼン、ビス(ヒドロキシメチル)トルエン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(p−ヒドロキシフェニル)エタン、2,2−ビス(p−ヒドロキシフェニル)プロパン、1,1−ビス(p−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ジヒドロキシベンゾフェノン、エチレンオキシド、プロピレンオキシド、ブチレンオキシド、またはこれらの混合物を主成分とする2価ポリエーテルポリオール、ポリテトラヒドロフラン、ポリカプロラクトン、もしくはジオールおよびジカルボン酸を主成分とするポリエステロールが含まれる。
ジオールは、ポリカーボネートの特性の微調整に役立つ。2価アルコールが使用される場合、2価アルコールB’)と、少なくとも3価のアルコール(B)の比は、当業者によって設定され、ポリカーボネートの所望の特性によって異なる。アルコール(B’)の量は、一般的に、混合されるアルコール(B)および(B’)合計量に対して、0〜39.9mol%である。この量は、好ましくは0〜35mol%、特に好ましくは0〜25mol%、非常に特に好ましくは0〜10mol%である。
ホスゲン、ジホスゲンまたはトリホスゲンと、アルコールまたはアルコール混合物との反応は、一般的に、塩化水素の離脱により生じ、本発明の高官能性高分岐ポリカーボネートを得るための、カーボネートと、アルコールまたはアルコール混合物との反応によって、カーボネート分子から単官能性アルコールまたはフェノールが離脱することによって生じる。
本発明の方法によって形成される、高官能性高分岐ポリカーボネートは、反応後に、ヒドロキシ基および/またはカーボネート基による末端を有する、すなわち、これ以上の修飾は行われない。これらは、種々の溶媒、例えば、水、メタノール、エタノール、ブタノール、アルコール/水混合物、アセトン、2−ブタノン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸メトキシプロピル、酢酸メトキシエチル、テトラヒドロフラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、エチレンカーボネート、またはプロピレンカーボネートなどのアルコール中で、十分な可溶性を有する。
本発明の目的のために、高官能性ポリカーボネートは、ポリマー骨格を形成するカーボネート基に加えて、さらに少なくとも3個、好ましくは少なくとも6個、より好ましくは少なくとも10個の末端または側位の官能基を有する生成物である。この官能基は、カーボネート基および/またはOH基である。原則として、末端または側位の官能基の数に関する上限はないが、非常に多数の官能基を有する生成物は、高粘度または難溶性などの望ましくない特性を有する可能性がある。本発明の高官能性ポリカーボネートは、たいていの場合、500個以下の末端または側位の官能基、好ましくは100個以下の末端または側位の官能基を有する。
高官能性ポリカーボネートD1)を製造する場合、結果として生じた最も単純な縮合物(以後、縮合物(K)と呼ばれる)が、1つのカーボネート基またはカルバモイル基および1つより多いOH基、または1つのOH基および1つより多いカーボネート基またはカルバモイル基のいずれかの平均を含むような方法で、OH基を含む化合物と、ホスゲンまたはカーボネートとの比を調整することが必要である。本明細書で、カーボネート(A)、および2価−または多価アルコール(B)からなる、縮合物(K)の最も単純な構造は、配列XYnまたはYnX[式中、Xは、カーボネート基であり、Yは、ヒドロキシ基であり、nは、一般的に、1〜6、好ましくは1〜4、特に好ましくは1〜3までの数である]となる。本明細書で単一の結果として生じた基である反応基は、一般的に、以下で「フォーカル基」と呼ばれる。
一例として、カーボネートおよび2価アルコール由来の最も単純な縮合物(K)の製造時に、反応比率が1:1である場合、平均結果は、一般式1によって示される、XYタイプの分子である。
Figure 2010506019
反応比率1:1のカーボネートおよび3価アルコール由来の縮合物(K)の製造時に、平均結果は、一般式2によって示される、XY2タイプの分子である。ここで、カーボネート基はフォーカル基である。
Figure 2010506019
同様に反応比率1:1のカーボネートおよび4価アルコール由来の縮合物(K)の製造時に、平均結果は、一般式3によって示される、XY3タイプの分子である。ここで、カーボネート基はフォーカル基である。
Figure 2010506019
式1〜3中のRは、冒頭で提示した定義を有し、R1は、脂肪族または芳香族基である。
この縮合物(K)は、一例として、一般式4によって示される、カーボネートおよび3価アルコールから製造されてもよく、モル反応比率は2:1である。ここで平均結果は、X2Yタイプの分子であり、ここでOH基はフォーカル基である。式4中、RおよびR1は、式1〜3中で定義した通りである。
Figure 2010506019
二官能性化合物、例えば、ジカーボネートまたはジオールが、さらに成分に添加され、これが、一例として、一般式5に示されるように鎖を延長する。平均結果は、再びXY2タイプの分子であり、カーボネート基はフォーカル基である。
Figure 2010506019
式5中、R2は、有機、好ましくは脂肪族基であり、RおよびR1は、上に定義した通りである。
さらに、合成に2つ以上の縮合物(K)を使用することも可能である。ここでまず、2つ以上のアルコール、または2つ以上のカーボネートを使用してもよい。さらに、種々の異なる構造の縮合物の混合物が、使用されるアルコールと、カーボネートまたはホスゲンとの比率の選択によって得られる。これは、カーボネートと3価アルコールとの反応例を例に挙げて示されてもよい。(II)で示されるように、出発生成物を1:1の比率で反応させる場合、その結果はXY2分子である。(IV)で示されるように、出発生成物を2:1の比率で反応させる場合、この結果はX2Y分子である。この比率が1:1〜2:1である場合、その結果はXY2とX2Y分子の混合物である。
本発明によれば、一例として、式1〜5中で記載される単純な縮合物(K)は、優先的に分子間で反応して、高官能性重縮合物(以後、重縮合物(P)と呼ばれる)を形成する。縮合物(K)、および重縮合物(P)を得るための反応は、通常、バルクまたは溶液中で0〜250℃、好ましくは60〜160℃の温度で起こる。本明細書では、一般的に、それぞれの出発原料に対して不活性である、いずれの溶媒を使用してもよい。有機溶媒(例えば、デカン、ドデカン、ベンゼン、トルエン、クロロベンゼン、キシレン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、またはソルベントナフサ)の使用が好ましい。
1つの好ましい実施形態において、縮合反応はバルク中で行われる。反応を加速させるために、反応中に遊離したフェノールまたは1価アルコールROHは、適切な場合、減圧で、蒸留によって反応平衡から除去することができる。
蒸留による除去が意図される場合、一般的に、反応時に140℃より低い沸点で、アルコールROHを遊離させるカーボネートを使用することが望ましい。
反応を加速させるために、触媒または触媒混合物をさらに添加してもよい。適切な触媒は、エステル化またはエステル交換反応を触媒する化合物、例えば、好ましくは、ナトリウム、カリウム、またはセシウムの、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属カーボネート、アルカリ金属炭酸水素、第3級アミン、グアニジン、アンモニウム化合物、ホスホニウム化合物、オルガノアルミニウム、有機スズ、有機亜鉛、有機チタン、有機ジルコニウム、または有機ビスマス化合物、あるいは二重金属シアン化物(DMC)触媒として公知の化合物(例えば、ドイツ特許第10138216号または同第10147712号に記載されている)である。
水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、ジアザビシクロオクタン(DABCO)、ジアザビシクロノネン(DBN)、ジアザビシクロウンデセン(DBU)、イミダゾール(イミダゾール、1−メチルイミダゾール、または1,2−ジメチルイミダゾールなど)、チタンテトラブトキシド、チタンテトライソプロポキシド、ジブチルスズオキシド、ジブチルスズジラウレート、第一スズオクトエート、ジルコニウムアセチルアセトネート、またはその混合物の使用が好ましい。
一般的に添加される触媒の量は、使用されるアルコール混合物またはアルコールの量に対して、50〜10000質量ppm、好ましくは100〜5000質量ppmである。
さらに、適切な触媒の添加あるいは適温の選択によって、分子間の重縮合反応を制御することが可能である。ポリマー(P)の平均分子量は、出発成分の組成物、および滞留時間によって、さらに調節されてもよい。
高温で製造される縮合物(K)および重縮合物(P)は、通常、室温で比較的長い期間安定する。
縮合物(K)の性質によって、異なる構造を有する重縮合物(P)が縮合反応から生じることができ、これらは、分岐を有しているが、架橋を有していない。さらに、理想的な場合に、この重縮合物(P)は、フォーカル基として1個のカーボネート基および2個より多いOH基、あるいはフォーカル基として1個のOH基および2個より多いカーボネート基のいずれかを有する。本明細書の反応基の数は、使用される縮合物(K)の性質および重縮合の程度の結果である。
一例として、一般式2に記載の縮合物(K)は、分子間での3重縮合によって反応し、一般式6および7に表される、2つの異なる重縮合物(P)を得ることができる。
Figure 2010506019
式6および7中、RおよびR1は、上に定義する通りである。
分子間での重縮合反応を終止させる種々の方法がある。一例として、この反応が停止し、縮合物(K)または重縮合物(P)の保存が安定する範囲に、温度を低下させてもよい。
さらに、例えば、塩基性触媒の場合には、ルイス酸またはプロトン酸の添加によって、触媒を不活性化することが可能である。
別の実施形態において、縮合物(K)の分子間反応によって、所望の程度の重縮合を有する重縮合物(P)を生成するとすぐに、(P)のフォーカル基と反応する基を有する生成物を生成物(P)に添加し、反応を終止させてもよい。カーボネート基をフォーカル基とする場合には、一例として、モノ、ジ−、またはポリアミンを添加してもよい。ヒドロキシ基をフォーカル基とする場合には、一例として、モノ、ジ、またはポリイソシアネート、またはエポキシ基もしくはOH基と反応する酸性誘導体を含む化合物を重縮合物(P)に添加することができる。
本発明の高官能性ポリカーボネートは、ほとんどの場合に、バッチ式、半連続式、または連続式に作動する反応器または反応カスケード内で、0.1mbar〜20bar、好ましくは1mbar〜5barの圧力で製造される。
本発明の生成物はまた、上述の反応条件の調整によって、および、適切な場合、適切な溶媒の選択によって、これらの製造後にさらに精製することなくさらに加工できる。
別の好ましい実施形態において、生成物が剥離、すなわち、低分子量の揮発性化合物から除去される。このため、所望の程度の変換が達成されたら、触媒は、場合により非活性化されてもよく、低分子量の揮発性成分(例えば、モノアルコール、フェノール、カーボネート、塩化水素、または揮発性オリゴマーもしくは環式化合物)は、適切な場合、ガス、好ましくは窒素、二酸化炭素、または空気の導入により、適切な場合、減圧で、蒸留によって除去することができる。
別の好ましい実施形態において、本発明のポリカーボネートは、反応によってこの段階で存在する官能基に加えて、その他の官能基を含んでもよい。分子量を増加させるプロセス時、あるいは、プロセス後に、すなわち、実際の重縮合の終了後に、官能化を発生させてもよい。
分子量を増加させるプロセス前、またはプロセス時に、ヒドロキシまたはカーボネート基以外の、その他の官能基または官能要素を有する成分が添加される場合、結果は、カーボネートまたはヒドロキシ基以外のランダムに分布した官能性を有する、ポリカーボネートポリマーである。
この種類の効果は、一例として、重縮合時のその他の官能基または官能要素を有する化合物(メルカプト基、第1級、第2級、第3級アミノ基、エーテル基、カルボン酸の誘導体、スルホン酸の誘導体、ホスホン酸の誘導体、シラン基、シロキサン基、アリール基、もしくはヒドロキシ基、カーボネート基、またはカルバモイル基以外の長鎖アルキル基など)の添加によって達成することができる。カルバメート基での修飾に使用されてもよい化合物の例は、エタノールアミン、プロパノールアミン、イソプロパノールアミン、2−(ブチルアミノ)エタノール、2−(シクロヘキシルアミノ)エタノール、2−アミノ−1−ブタノール、2−(2’−アミノエトキシ)エタノールまたはアンモニアの高アルコキシル化生成物、4−ヒドロキシピペリジン、1−ヒドロキシエチルピペラジン、ジエタノールアミン、ジプロパノールアミン、ジイソプロパノールアミン、トリス(ヒドロキシメチル)アミノメタン、トリス(ヒドロキシエチル)アミノメタン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミンまたはイソホロンジアミンである。
メルカプト基による修飾に使用することができる化合物の例は、メルカプトエタノールである。一例として、N−メチルジエタノールアミン、N−メチルジプロパノールアミン、またはN,N−ジメチルエタノールアミンの組み込みによって、第3級アミノ基を生成することができる。一例として、エーテル基が、2価以上の多価ポリエテロールの共縮合によって、生成されてもよい。長鎖アルキル基は、長鎖アルカンジオールとの反応によって導入することができ、アルキルまたはアリールジイソシアネートとの反応により、アルキル、アリール、およびウレタン基、またはウレア基を有するポリカーボネートが生成される。
エステル基は、ジカルボン酸、トリカルボン酸、または、例えば、ジメチルテレフタレート、もしくはトリカルボン酸エステルの添加によって生成することができる。
その後の官能化を、結果として生じた高官能性高分岐または高官能性超分岐ポリカーボネートと、OHおよび/またはポリカーボネートのカーボネート基またはカルバモイル基と反応することができる、適切な官能化試薬とを反応させるプロセス(手順c)の追加手順を使用することによって達成することができる。
一例として、ヒドロキシ基を含む、高官能性高分岐、または高官能性超分岐ポリカーボネートを、酸性基またはイソシアネート基を含む分子の添加によって修飾することができる。一例として、酸性基を含むポリカーボネートを、無水物基を含む化合物との反応によって得ることができる。
ヒドロキシ基を含む高官能性ポリカーボネートはまた、アルキレンオキシド(例えば、エチレンオキシド、プロピレンオキシドまたはブチレンオキシド)との反応によって、さらに高官能性ポリカーボネートポリエーテルポリオールに変換されてもよい。
このプロセスの大きな利点は、その費用効果である。縮合物(K)または重縮合物(P)を得るための反応、およびその他の官能基または要素を有するポリカーボネートを得るための(K)または(P)の反応の両方が、1つの反応器内で生じることができ、これは技術的および費用効果の点から有利である。
本発明の成形材料は、成分D2)として、少なくとも1つのAxyタイプ[式中、Xは、少なくとも1.1、好ましくは少なくとも1.3、特に少なくとも2であり、yは、少なくとも2.1、好ましくは少なくとも2.5、特に少なくとも3である]の超分岐ポリエステルを含んでもよい。
さらに、単位Aおよび/またはBとして、当然、混合物を使用してもよい。
xyタイプのポリエステルは、x−官能分子Aおよびy−官能分子Bからなる縮合物である。一例として、分子A(x=2)としてアジピン酸、および分子B(y=3)としてグリセロールからなるポリエステルが言及されてもよい。
本発明の目的のために、超分岐ポリエステルD2)は、ヒドロキシ基およびカルボキシ基を有する非架橋高分子であり、これらは、構造的および分子的不均一性の両方を有する。第一に、これらの構造は、デンドリマーと同じであるが、不均一な分岐の鎖長を有する方法で、中心的分子に基づいてもよい。第二に、これらはまた、側位の官能基を有する線状構造を有してもよいし、線状分子および分岐分子部分を有する、2つの極端な例を組み合わせてもよい。樹状および高分岐ポリマーの定義に関しては、さらにP.J.Flory,J.Am.Chem.Soc.1952,74,2718,及びH.Frey他著,Chem.Eur.J.2000,6,no.14,2499を参照されたい。
本発明の文脈における「超分岐」とは、分岐度(DB)、すなわち、樹枝状結合の平均数プラス1分子当たりの末端基の平均数が、10〜99.9%、好ましくは20〜99%、特に好ましくは20〜95%であることを意味する。本発明の文脈における「樹状」とは、分岐度が、99.9〜100%であることを意味する。「分岐度」の定義に関しては、H.Frey他著,Acta Polym.1997,48,30を参照されたい。
成分D2)は、好ましくは、GPC、PMMA標準、ジメチルアセトアミド溶離剤によって測定される、300〜30000g/mol、特に400〜25000g/mol、非常に特に500〜20000g/molのMnを有する。
D2)は、好ましくは、DIN53240に基づいて、0〜600mg KOH/gのOH数のポリエステル、好ましくは1〜500mg KOH/gのポリエステル、特に20〜500mg KOH/gのポリエステル、および好ましくは、0〜600mg KOH/gのCOOH数のポリエステル、好ましくは1〜500mg KOH/gのポリエステル、特に2〜500mg KOH/gのポリエステルを有する。
Tgは、好ましくは−50℃〜140℃、特に−50〜100℃である(DIN53765に基づくDSCによる)。
少なくとも1つのOHまたはCOOH数が、0より多く、好ましくは0.1より多く、特に0.5より多い成分D2)が特に好ましい。
特に、本発明の成分D2)は、溶媒の存在下で、場合により、無機、有機金属もしくは低分子量の有機触媒、または酵素の存在下で、以下に記載されるプロセス、特に
(a)1つ以上の少なくとも3価のアルコールを有する、1つ以上のジカルボン酸または1つ以上のその誘導体
または
(b)1つ以上のジオールを有する、1つ以上のトリカルボン酸または高ポリカルボン酸、もしくは1つ以上のその誘導体
を反応させることによって得られる。溶媒中での反応が、好ましい製造方法である。
本発明の目的のために、高官能性超分岐ポリエステルD2)は、分子的および構造的不均一性を有する。これらの分子の不均一性は、これらとデンドリマーを区別し、したがって、これらを極めてより低いコストで製造することができる。
別形(a)に基づいて反応することができるジカルボン酸の中には、一例として、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン−α,ω−ジカルボン酸、ドデカン−α,ω−ジカルボン酸、シスおよびトランス−シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸、シスおよびトランス−シクロヘキサン−1,3−ジカルボン酸、シスおよびトランス−シクロヘキサン−1,4−ジカルボン酸、シスおよびトランス−シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸、ならびにシスおよびトランス−シクロペンタン−1,3−ジカルボン酸があり、
上述のジカルボン酸は、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、およびn−デシルなどのC1−C10アルキル基、
シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、シクロウンデシル、およびシクロドデシルなどのC3−C12シクロアルキル基
から選択される1つ以上の基によって置換されてもよく、
シクロペンチル、シクロヘキシルおよびシクロヘプチル;
メチレンもしくはエチリデンなどのアルキレン基、または
フェニル、1−ナフチル、2−ナフチル、1−アントリル、2−アントリル、9−アントリルおよび1−フェナントリル、2−フェナントリル、3−フェナントリル、4−フェナントリル、および9−フェナントリル、好ましくはフェニル、1−ナフチルおよび2−ナフチル、特に好ましくはフェニルなどのC6−C14アリール基、が好ましい。
置換ジカルボン酸の代表として言及されてもよい例は、2−メチルマロン酸、2−エチルマロン酸、2−フェニルマロン酸、2−メチルコハク酸、2−エチルコハク酸、2−フェニルコハク酸、イタコン酸、3,3−ジメチルグルタル酸である。
別形(a)に基づいて反応させることができるジカルボン酸の中には、マレイン酸およびフマル酸などのエチレン性不飽和酸、およびフタル酸、イソフタル酸、またはテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸もある。
さらに、2つ以上の上述の代表的化合物の混合物を使用することが可能である。
ジカルボン酸を、現状のまま、または誘導体の形態で使用してもよい。
誘導体は、好ましくは
−モノマーあるいはポリマー形態の適切な無水物
−モノ−またはジアルキルエステル、好ましくはモノ−もしくはジメチルエステル、または相当するモノ−もしくはジエチルエステル、あるいはn−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、tert−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノールなどの高級アルコール由来のモノ−およびジアルキルエステル、
−さらにモノ−およびジビニルエステル、ならびに
−混合エステル、好ましくはメチルエチルエステルである。
好ましい製造方法において、ジカルボン酸および1つ以上その誘導体からなる混合物を使用することが可能である。同様に、1つ以上のジカルボン酸の2つ以上の異なる誘導体の混合物を使用することが可能である。
コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、またはそのモノ−もしくはジメチルエステルを使用することが特に好ましい。アジピン酸を使用することが非常に特に好ましい。
反応させてもよい少なくとも3価のアルコールの例は、グリセロール、ブタン−1,2,4−トリオール、n−ペンタン−1,2,5−トリオール、n−ペンタン−1,3,5−トリオール、n−ヘキサン−1,2,6−トリオール、n−ヘキサン−1,2,5−トリオール、n−ヘキサン−1,3,6−トリオール、トリメチロールブタン、トリメチロールプロパン、ジトリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ペンタエリスリトールまたはジペンタエリスリトール;メソエリトリトール、トレイトール、ソルビトール、マンニトール、または上述の少なくとも3価のアルコールの混合物などの糖アルコールである。グリセロール、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、およびペンタエリスリトールの使用が好ましい。
別形(b)に基づいて反応させることができる、トリカルボン酸またはポリカルボン酸の例は、ベンゼン−1,2,4−トリカルボン酸、ベンゼン−1,3,5−トリカルボン酸、ベンゼン−1,2,4,5−テトラカルボン酸、およびメリット酸である。
本発明の反応において、現状のまま、あるいは誘導体の形態のいずれかで、トリカルボン酸またはポリカルボン酸が使用されてもよい。
誘導体は、好ましくは
−モノマー、あるいはポリマー形態の適切な無水物
−モノ、ジ、もしくはトリアルキルエステル、好ましくはモノ、ジ、もしくはトリメチルエステル、または相当するモノ、ジ、もしくはトリエチルエステル、あるいはn−プロパノール、イソプロパノール、n−ブタノール、イソブタノール、ter−ブタノール、n−ペンタノール、n−ヘキサノール、あるいはモノ、ジ、もしくはトリビニルエステルなどの高級アルコール由来のモノ、ジ、およびトリエステル、
−ならびに混合メチルエチルエステルである。
本発明の目的のために、トリ−またはポリカルボン酸および1つ以上のその誘導体からなる混合物を使用することも可能である。本発明の目的ために、1つ以上のトリ−またはポリカルボン酸の2つ以上の異なる誘導体の混合物を、成分D2)を得るために使用することが同様に可能である。
本発明の別形(b)に使用されるジオールの例は、エチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,2−ジオール、ブタン−1,3−ジオール、ブタン−1,4−ジオール、ブタン−2,3−ジオール、ペンタン−1,2−ジオール、ペンタン−1,3−ジオール、ペンタン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ペンタン−2,3−ジオール、ペンタン−2,4−ジオール、ヘキサン−1,2−ジオール、ヘキサン−1,3−ジオール、ヘキサン−1,4−ジオール、ヘキサン−1,5−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、ヘキサン−2,5−ジオール、ヘプタン−1,2−ジオール、1,7−ヘプタンジオール、1,8−オクタンジオール、1,2−オクタンジオール、1,9−ノナンジオール、1,10−デカンジオール、1,2−デカンジオール、1,12−ドデカンジオール、1,2−ドデカンジオール、1,5−ヘキサジエン−3,4−ジオール、シクロペンタンジオール、シクロヘキサンジオール、イノシトールおよび誘導体、(2)−メチルペンタン−2,4−ジオール、2,4−ジメチル−ペンタン−2,4−ジオール、2−エチルヘキサン−1,3−ジオール、2、5−ジメチルヘキサン−2,5−ジオール、2,2,4−トリメチルペンタン−1,3−ジオール、ピナコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、ポリエチレングリコールHO(CH2CH2O)n−HもしくはポリプロピレングリコールHO(CH[CH3]CH2O)n−H、または2つ以上の上記の化合物の代表的化合物の混合物[式中、nが整数、かつn=4〜25である]である。上述のジオールにおいて、本明細書のヒドロキシ基の1つ、あるいは両方がさらに、SH基によって置換されてもよい。エチレングリコール、プロパン−1,2−ジオール、ならびにジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、およびトリプロピレングリコールが好ましい。
別形(a)および(b)におけるAxyポリエステル中の分子Aと分子Bのモル比は、4:1〜1:4、特に2:1〜1:2である。
プロセスの別形(a)に基づいて反応する少なくとも3価のアルコールは、そのすべてが同一の反応性を有するヒドロキシ基を有してもよい。本明細書において、OH基が最初に同一の反応性を有するが、少なくとも1つの酸性基との反応が、立体または電子効果の結果として、残存するOH基の反応性の減少を引き起こす可能性がある、少なくとも3価のアルコールも好ましい。一例として、これは、トリメチロールプロパンまたはペンタエリスリトールが使用される場合にあてはまる。
しかし、別形(a)に基づいて反応する少なくとも3価のアルコールは、さらに少なくとも2つの異なる化学反応性を有するヒドロキシ基も有してもよい。
本明細書において、官能基の異なる反応性は、化学的根拠(例えば、第1級/第2級/第3級OH基)、または立体的根拠のいずれかに由来してもよい。
一例として、トリオールは、第1級および第2級ヒドロキシ基を有するトリオールを含んでもよく、好ましい例は、グリセロールである。
本発明の反応は、別形(a)に基づいて行われる場合、ジオールおよび1価アルコールの非存在下で行うことが好ましい。
本発明の反応は、別形(b)に基づいて行われる場合、モノ−またはジカルボン酸の非存在下で行うことが好ましい。
本発明の方法は、溶媒の存在下で行われる。一例として、パラフィンまたは芳香族化合物などの炭化水素が適切である。特に適切なパラフィンは、n−ヘプタンおよびシクロヘキサンである。特に適切な芳香族化合物は、トルエン、オルト−キシレン、メタ−キシレン、パラ−キシレン、異性体混合物形態のキシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼン、ならびにオルト−およびメタ−ジクロロベンゼンである。酸性触媒の非存在下で特に非常に適切なその他の溶媒は、ジオキサンまたはテトラヒドロフランなどのエーテル、ならびにメチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンなどのケトンである。
本発明によれば、添加する溶媒の量は、使用および反応させる出発原料の質量に対して、少なくとも0.1質量%、好ましくは少なくとも1質量%、特に好ましくは少なくとも10質量%である。さらに、使用および反応させる出発原料の質量に基づいて、過剰な溶媒を使用することも可能である(例えば、使用および反応させる量の1.01〜10倍)。著しく低い濃度の反応物での反応速度が著しく減少し、非経済的に長い反応時間をもたらすことから、使用および反応させる出発原料の質量の100倍を超える溶媒の量は有利ではない。
本発明に好ましい方法を行うために、反応の最初に添加される添加物としての脱水剤の存在下で操作を行ってもよい。適切な例は、分子篩、特に4Å分子篩、MgSO4およびNa2SO4である。反応時に、脱水剤を添加すること、または脱水剤を新品の脱水剤で置換することも可能である。反応時に、蒸留によって形成される水またはアルコールを除去すること、例えば、ウォータートラップを使用することも可能である。
酸性触媒の非存在下で反応を行ってもよい。酸性無機、有機金属、もしくは有機触媒、または2つ以上の酸性無機、有機金属、もしくは有機触媒からなる混合物の存在下で実行することが好ましい。
本発明の目的ための酸性無機触媒の例は、硫酸、リン酸、ホスホン酸、次亜リン酸、硫酸アルミニウム水酸化物、ミョウバン、酸性シリカゲル(pH6、特に=5)、および酸性酸化アルミニウムである。酸性無機触媒として使用することができるその他の化合物の例は、一般式Al(OR)3アルミニウム化合物、および一般式Ti(OR)4のチタン酸塩[式中、基Rはそれぞれ、同一または異なっており、
メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、イソブチル、sec−ブチル、tert−ブチル、n−ペンチル、イソペンチル、sec−ペンチル、ネオペンチル、1,2−ジメチルプロピル、イソアミル、n−ヘキシル、イソヘキシル、sec−ヘキシル、n−ヘプチル、イソヘプチル、n−オクチル、2−エチルヘキシル、n−ノニル、およびn−デシルなどのC1−C10アルキル基、
シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロノニル、シクロデシル、シクロウンデシル、およびシクロドデシルなどのC3−C12シクロアルキル基から、その他の基と独立して選択され;
シクロペンチル、シクロヘキシル、およびシクロヘプチルが好ましい]である。
Al(OR)3またはTi(OR)4中の基Rはそれぞれ、好ましくは同一であり、イソプロピルまたは2−エチルヘキシルから選択される。
好ましい酸性有機金属触媒の例は、ジアルキルスズオキシドR2SnO[式中、Rは、上述の通りに定義される]から選択される。酸性有機金属触媒の特に好ましい代表的化合物は、いわゆるオキソスズ、またはジ−n−ブチルスズジラウレートとして市販されている、ジ−n−ブチルスズオキシドである。
好ましい酸性有機触媒は、一例として、リン酸基、スルホン酸基、硫酸塩基、またはホスホン酸基を有する酸性有機化合物である。パラ−トルエンスルホン酸などのスルホン酸が特に好ましい。酸性イオン交換体(例えば、スルホン酸基を含むポリスチレン樹脂)もまた、酸性有機触媒として使用してもよく、約2mol%のジビニルベンゼンで架橋してもよい。
さらに、2つ以上の上述の触媒の組み合わせを使用することも可能である。さらに、個別分子の形態をとる、固定化型のこれらの有機または有機金属、あるいは無機触媒を使用することも可能である。
本発明に基づいて、酸性無機、有機金属、または有機触媒の使用を意図する場合、使用される量は、0.1〜10質量%、好ましくは0.2〜2質量%の触媒である。
本発明の方法が、不活性ガス(例えば、二酸化炭素、窒素、または希ガス)下で行われ、これらの中で、アルゴンが特に言及されてもよい。
本発明の方法が、60〜200℃の温度で行われる。130〜180℃、特に最高150℃以下の温度で実行することが好ましい。最高145℃の最高温度が特に好ましく、最高135℃の温度が非常に特に好ましい。
本発明の方法のための圧力条件は、それ自体重大ではない。著しく減少した圧力、例えば、10〜500mbarで実行することが可能である。さらに本発明の方法は、500mbarを超える圧力で行われてもよい。便宜上の理由で、大気圧での反応が好ましいが、わずかに増加した圧力、例えば、最高1200mbarでの実行も可能である。さらに、著しく増加した圧力、例えば、最高10barの圧力で実行することも可能である。大気圧での反応が好ましい。
本発明の方法の反応時間は、通常、10分〜25時間、好ましくは30分〜10時間、特に好ましくは1〜8時間である。
この反応が終了すると、この高官能性超分岐ポリエステルは、例えば、ろ過による触媒の除去、および混合物の濃縮によって、容易に分離することができ、本明細書の濃縮プロセスは、通常、減圧で実行される。十分な適応性を有するその他のワークアップ法は、水を添加し、洗浄および乾燥させた後の沈殿である。
成分D2)は、酵素または酵素の分解生成物の存在下でも製造することができる(ドイツ特許公開第101 63163号に基づく)。本発明の目的のために、酸性有機触媒という用語は、本発明に基づいて反応させるジカルボン酸を含んでいない。
リパーゼまたはエステラーゼの使用が好ましい。十分な適応性を有するリパーゼおよびエステラーゼは、カンジダシリンドラセア(Candida cylindracea)、カンジダリポリティカ(Candida lipolytica)、カンジダルゴサ(Candida rugosa)、カンジダアンタークティカ(Candida antarctica)、カンジダユーティリス(Candida utilis)、クロモバクテリウムビスカサム(Chromobacterium viscosum)、ゲオトリカムビスカサム(Geotrichum viscosum)、ゲオトリカムカンジダム(Geotrichum candidum)、ムコールジャバニカス(Mucor javanicus)、ムコールミヘイ(Mucor mihei)、ブタ膵臓(pig pancreas)、シュードモナス属菌(pseudomonas spp.)、シュードモナスフルオレセンス(pseudomonas fluorescens)、シュードモナスセパシア(Pseudomonas cepacia)、リゾプスアリツス(Rhizopus arrhizus)、リゾプスデレマー(Rhizopus delemar)、リゾプスニベウス(Rhizopus niveus)、リゾプスオリゼ(Rhizopus oryzae)、アスペルギルスニガー(Aspergillus niger)、ペニシリウムロックフォルティ(Penicillium roquefortii)、ペニシリウムカマンベルティ(Penicillium camembertii)、またはバチルス属菌(Bacillus spp.)からのエステラーゼおよびバチルスサーモグルコシデシウス(Bacillus thermoglucosidasius)である。カンジダアンタークティカ(Candida antarctica)リパーゼBが特に好ましい。列挙された酵素は、例えば、デンマーク、Novozymes Biotech Inc.から市販されている。
この酵素は、好ましくは、例えば、シリカゲルまたはLewatit(登録商標)などの固定化型で使用される。酵素を固定化するプロセスは、例えば、Kurt Faber,"Biotransformations in organic chemistry",第三版 1997,Springer出版,3.2章"Immobilization"345−356頁により、それ自体公知である。固定化酵素は、例えば、デンマーク、Novozymes Biotech Inc.から市販されている。
使用される固定化酵素の量は、使用および反応させる出発原料の全質量に対して、0.1〜20質量%、特に10〜15質量%である。
本発明の方法は、60℃より高い温度で行われる。100℃以下の温度で実行することが好ましい。最高80℃の温度が好ましく、非常に特に62〜75℃の温度が好ましく、よりさらに65〜75℃の温度が好ましい。
本発明の方法が、溶媒の存在下で行われる。適切な化合物の例は、パラフィンまたは芳香族化合物などの炭化水素である。特に適切なパラフィンは、n−ヘプタンおよびシクロヘキサンである。特に適切な芳香族化合物は、トルエン、オルト−キシレン、メタ−キシレン、パラ−キシレン、異性体混合物形態のキシレン、エチルベンゼン、クロロベンゼンならびにオルト−およびメタ−ジクロロベンゼンである。その他の非常に特に適切な溶媒は、ジオキサンまたはテトラヒドロフランなどのエーテル、ならびにメチルエチルケトンおよびメチルイソブチルケトンなどのケトンである。
添加される溶媒の量は、使用および反応させる出発原料の質量に対して、少なくとも5質量部、好ましくは少なくとも50質量部、特に好ましくは少なくとも100質量部である。著しくより低い濃度で、反応速度が著しく減少し、非経済的な長い反応時間をもたらすことから、10000質量部を超える量の溶媒は望ましくない。
本発明の方法が、500mbarを超える圧力で行われる。大気圧またはわずかに増加した圧力、例えば、最高1200mbarでの反応が好ましい。さらに、著しく増加した圧力下、例えば、最高10barの圧力で行うことが可能である。大気圧での反応が好ましい。
本発明の方法の反応時間は、通常、4時間〜6日、好ましくは5時間〜5日、特に好ましくは8時間〜4日である。
この反応が終了すると、例えば、ろ過による酵素の除去、および混合物の濃縮によって、高官能性超分岐ポリエステルを分離することができ、この濃縮プロセスは、通常、減圧で実行される。十分な適応性を有するその他のワークアップ法は、水を添加し、洗浄および乾燥させた後の沈殿である。
本発明の方法によって得られる高官能性超分岐ポリエステルは、特に低含有量の変色および樹脂化された材料を特徴とする。さらに、高分岐ポリマーの定義に関しては、P.J.Flory,J.Am.Chem.Soc.1952,74,2718,及びA.Sunder他著,Chem.Eur.J.2000,6,no.1,1−8を参照されたい。しかし、本発明の文脈において、「高官能性超分岐」とは、分岐度、すなわち、樹枝状結合の平均数プラス1分子当たりの末端基の平均数が、10〜99.9%、好ましくは20〜99%、特に好ましくは30〜90%であることを意味する(これに関連して、H.Frey他著のActa Polym.1997,48,30を参照)。
本発明のポリエステルは、500〜50000g/mol、好ましくは1000〜20000g/mol、特に好ましくは1000〜19000g/molのモル質量Mwを有する。多分散性は、1.2〜50、好ましくは1.4〜40、特に好ましくは1.5〜30、非常に特に好ましくは1.5〜10である。これらは、通常、非常に可溶性であり、すなわち、肉眼で検出できるゲル粒子が存在しない、テトラヒドロフラン(THF)、酢酸n−ブチル、エタノール、および多数のその他の溶媒中で、最高50質量%、いくつかの場合には、最高80質量%もの本発明のポリエステルを使用して、透明な溶液を製造することができる。
本発明の高官能性超分岐ポリエステルは、カルボキシ末端、カルボキシ−およびヒドロキシ末端、好ましくはヒドロキシ末端である。
これらの混合物を使用する場合、成分D1:D2)の比率は、好ましくは1:20〜20:1、特に1:15〜15:1、非常に特に1:5〜5:1である。
使用される超分岐ポリカーボネートD1)/ポリエステルD2)は、サイズが20〜500nmである粒子である。ポリマーブレンド中で、これらのナノ粒子は、微粒子の形態をとっており、複合体中での粒子サイズは、20〜500nm、好ましくは50〜300nmである。
この種類の複合体は、例えば、Ultradur(登録商標)high speedの形態で市販されている。
本発明の成形材料は、成分E)として、0〜50質量%、特に最高20質量%の、B)および/またはC)、および/またはD)とは異なる、その他の添加物および加工助剤を含む。
通常の添加物E)の例は、最高40質量%、好ましくは最高15質量%の量のエラストマー性ポリマー(しばしば、耐衝撃改質剤、エラストマー、またはゴムとも呼ばれる)である。
これらは、非常に一般的に、好ましくは少なくとも以下の2つのモノマー:アルコール成分中に1〜18個の炭素原子を有する、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソブテン、イソプレン、クロロプレン、酢酸ビニル、スチレン、アクリロニトリル、ならびにアクリレートおよび/またはメタクリレートからなるコポリマーである。
この種類のコポリマーは、例えば、Houben−Weyl,Methoden der organischen Chemie,14/1巻(Georg−Thieme出版、シュトゥットガルト,ドイツ,1961),392−406頁,及びC.B.Bucknallによるモノグラフ,"Toughened Plastics"(Applied Science Publishers,London,UK,1977)に記載される。
いくつかの好ましいこのようなエラストマーの種類は、以下に記載される。
このようなエラストマーの好ましい種類は、エチレンプロピレン(EPM)およびエチレンプロピレンジエン(EPDM)ゴムとして知られているエラストマーである。
一般的に、EPMゴムは、実際に残留二重結合を有していないのに対して、EPDMゴムは、炭素原子100個当たり1〜20個の二重結合を有する場合がある。
EPDMゴム用のジエンモノマーを言及する可能性のある例は、イソプレンおよびブタジエンなどの共役ジエン、1,4−ペンタジエン、1,4−ヘキサジエン、1,5−ヘキサジエン、2,5−ジメチル−1,5−ヘキサジエン、および1,4−オクタジエンなどの5〜25個の炭素原子を有する非共役ジエン、シクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエンおよびジシクロペンタジエンなどの環状ジエン、さらに5−エチリデン−2−ノルボルネン、5−ブチリデン−2−ノルボルネン、2−メタリル−5−ノルボルネン、および2−イソプロペニル−5−ノルボルネンなどのアルケニルノルボルネン、ならびに3−メチルトリシクロ[5.2.1.02,6]−3,8−デカジエン、ならびにこれらの混合物などのトリシクロジエンである。1,5−ヘキサジエン、5−エチリデンノルボルネン、およびジシクロペンタジエンが好ましい。EPDMゴムのジエン含有量は、ゴムの全質量に対して、好ましくは0.5〜50質量%、特に1〜8質量%である。
EPMおよびEPDMゴムは、好ましくは反応性カルボン酸またはこれらの誘導体でグラフト化されてもよい。言及される可能性のあるこれらの例は、アクリル酸、メタクリル酸およびその誘導体、例えば、グリシジル(メタ)アクリレート、およびさらに無水マレイン酸である。
アクリル酸および/もしくはメタクリル酸、ならびに/またはこれらの酸のエステルを有するエチレンのコポリマーは、別の群の好ましいゴムである。このゴムには、マレイン酸およびフマル酸、またはこれらの酸の誘導体などのジカルボン酸(例えば、エステルおよび無水物、ならびに/またはエポキシ基を含むモノマー)が含まれてもよい。ジカルボン酸誘導体を含むか、またはエポキシ基を含むこれらのモノマーは、ジカルボン酸基および/またはエポキシ基を含むモノマー混合モノマーに添加することによって、好ましくはゴムに組み込まれ、一般式I、II、IIIまたはIVを有する。
Figure 2010506019
[式中、R1〜R9は、1〜6個の炭素原子を有する、水素またはアルキル基であり、mは、0〜20までの整数であり、gは、0〜10までの整数であり、pは、0〜5までの整数である]。
1〜R9は、好ましくは水素であり、mが0または1、およびgが1である。相当する化合物は、マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸、アリルグリシジルエーテル、およびビニルグリシジルエーテルである。
式I、IIおよびIVの好ましい化合物は、グリシジルアクリレートおよびグリシジルメタクリレート、ならびにtert−ブチルアクリレートなどの第3級アルコールを有するエステルなどのエポキシ基を含む、マレイン酸、無水マレイン酸、および(メタ)アクリレートである。後者は、フリーカルボキシ基を有さないが、これらの性質は遊離酸の性質に近く、したがって、これらは、潜在化カルボキシ基を有するモノマーと呼ばれる。
コポリマーは、有利に、50〜98質量%のエチレン、0.1〜20質量%のエポキシ基および/またはメタクリル酸を含むモノマー、および/または無水物基を含むモノマーからなり、残存量は、(メタ)アクリレートである。
50〜98質量%、特に55〜95質量%のエチレン、
1〜40質量%、特に0.3〜20質量%のグリシジルアクリレート、および/またはグリシジルメタクリレート、(メタ)アクリル酸および/または無水マレイン酸、ならびに
1〜45質量%、特に10〜40質量%のn−ブチルアクリレートおよび/または2−エチルヘキシルアクリレートからなるコポリマーが特に好ましい。
その他の好ましい(メタ)アクリレートは、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、およびtert−ブチルエステルである。
これらに加えて、使用される可能性のあるコモノマーは、ビニルエステルおよびビニルエーテルである。
この上述のエチレンコポリマーは、それ自体公知の方法によって、好ましくは高圧および高温でのランダム共重合によって製造されてもよい。適切な方法は周知である。
その他の好ましいエラストマーは、乳化ポリマーであり、その製造が、例えば、Blackleyのモノグラフ「乳化重合」に記載されている。使用することができる乳剤および触媒は、それ自体公知である。
原則として、均質構造のエラストマー、あるいはシェル構造を有するエラストマーを使用することが可能である。シェル型構造が、個々のモノマーの連続添加によって決定され、ポリマーの形態もこの連続添加による影響を受ける。
エラストマーのゴム分の製造用に、本明細書で単に代表として言及される可能性のあるモノマーは、n−ブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートなどのアクリレート、相当するメタクリレート、ブタジエンおよびイソプレン、ならびにさらにこれらの混合物である。これらのモノマーは、スチレン、アクリロニトリル、ビニルエーテルなどのその他のモノマー、およびメチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート、またはプロピルアクリレートなどのその他のアクリレートもしくはメタクリレートと共重合化されてもよい。
エラストマーの軟質相またはゴム相(0℃未満のガラス転移温度を有する)は、コア、外部シェル、または中間シェルであってもよい(構造が2つ以上のシェルを有するエラストマーの場合)。1つ以上のシェルを有するエラストマーは、ゴム相からなる2つ以上のシェルも有してもよい。
エラストマー構造中に、ゴム相に加えて、1つ以上の硬成分(20℃を超えるガラス転移温度を有する)が含まる場合、これらは、一般的に、重合によって製造され、主なモノマーとして、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α−メチルスチレン、p−メチルスチレン、またはメチルアクリレート、エチルアクリレートもしくはメチルメタクリレートなどのアクリレートもしくはメタクリレートがある。これらに加えて、比較的少ない割合のその他のコモノマーを使用することも可能である。
いくつかの場合に、表面に反応基を有する乳化ポリマーを使用することが有利であることが分かった。この種類の基の例は、一般式のモノマーの併用によって導入される可能性のある、エポキシ、カルボキシ、潜在化カルボキシ、アミノおよびアミド基、ならびにさらに以下の一般式
Figure 2010506019
[式中、
10は、水素またはC1−C4−アルキル基であり、
11は、水素またはC1−C8−アルキル基またはアリール基、特にフェニル基であり、
12は、水素、C1−C10−アルキル基、C6−C12−アリール基、または−OR13であり、
13は、場合によりO−またはN−含有基によって置換される、C1−C8−アルキル基、またはC6−C12−アリール基であり、
Xは、化学結合、C1−C10−アルキレン基もしくはC6−C12−アリーレン基、または
Figure 2010506019
Yは、O−Z、またはNH−Zであり、
Zは、C1−C10−アルキレンまたはC6−C12−アリーレン基である]
のモノマーの併用によって導入されてもよい官能基である。
欧州特許公開第208 187号に記載されるグラフトモノマーはまた、その表面で反応基を導入するのに適している。
言及される可能性のあるその他の例は、(N−tert−ブチルアミノ)エチルメタクリレート、(N,N−ジメチルアミノ)エチルアクリレート、(N,N−ジメチルアミノ)メチルアクリレートおよび(N,N−ジエチルアミノ)エチルアクリレートなどの、アクリルアミド、メタクリルアミドおよび置換アクリレートまたはメタクリレートである。
また、ゴム相の粒子は架橋された可能性がある。架橋モノマーの例は、1,3−ブタジエン、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレートおよびジヒドロジシクロペンタジエニルアクリレート、さらに欧州特許公開第50 265号に記載される化合物である。
グラフト結合モノマーとして公知のモノマー、すなわち重合時に異なる速度で反応する、2つ以上の重合可能な二重結合を有するモノマーを使用することも可能である。少なくとも1つの反応基が、その他のモノマーとほぼ同じ速度で重合するのに対して、例えば、その他の反応基(または反応基)が、極めてゆっくりと重合する種類の化合物の使用が好ましい。異なる重合速度により、このゴム中で特定の割合の二重結合不飽和が発生する。その後、別の相が、この種類のゴムにグラフト化される場合、ゴム中に存在する少なくともいくつかの二重結合は、グラフトモノマーと反応して、化学結合を形成する、すなわち、グラフト化された相は、グラフト基剤に対して少なくともいくつかのある程度の化学結合を有する。
この種類のグラフト結合モノマーの例は、アリル基、特にエチレン性不飽和カルボン酸のアリルエステル(例えば、アリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレートおよびジアリルイタコネート、ならびにこれらのジカルボン酸の相当するモノアリル化合物)を含むモノマーである。これらに加えて、種々のその他の適切なグラフト結合モノマーがある。さらなる詳細に関しては、例えば、米国特許第4 148 846号が参照される。
耐衝撃性改質ポリマーにおけるこれらの架橋モノマーの割合は、一般的に、耐衝撃性改質ポリマーに対して、最高5質量%、好ましくは3質量%以下である。
いくつかの好ましい乳化ポリマーは、以下に記載されている。コアおよび少なくとも1つの外部シェルを有し、以下の構造を有する、グラフトポリマーを最初に本明細書で言及してもよい:
Figure 2010506019
これらのグラフトポリマー、特にABSポリマーおよび/またはASAポリマーは、適切な場合、最高40質量%のポリエチレンテレフタレートとの混合物においてPBTの耐衝撃性改質のために最高40質量%の量で好ましくは使用される。この種類のブレンド製品は、商標Ultradur(登録商標)Sとして入手できる(BASF AG製、以前はUltrablend(登録商標)S)。
構造が1つ以上のシェルを有するグラフトポリマーの代わりに、また、均質の、すなわち、1,3−ブタジエン、イソプレンおよびn−ブチルアクリレート、またはこれらのコポリマーからなる単一シェル、エラストマーを使用することも可能である。これらの製品もまた、架橋モノマーまたは反応基を有するモノマーの併用によって製造されてもよい。
好ましい乳化ポリマーの例は、n−ブチルアクリレート−(メタ)アクリル酸コポリマー、n−ブチル−アクリレート−グリシジルアクリレート、またはn−ブチル−アクリレート−グリシジルメタクリレートコポリマー、n−ブチルアクリレートからなるか、またはブタジエンを主成分とする内部コア、および上述のコポリマーからなる外部シェルを有するグラフトポリマー、ならびに反応基を提供するコモノマーを有するエチレンのコポリマーである。
記載されるエラストマーはまた、その他の従来の方法、例えば、懸濁重合によって製造されてもよい。
ドイツ特許公開第37 25 576号、欧州特許公開第235 690号、ドイツ特許公開第38 00 603号、および欧州特許公開第319 290号に記載されるシリコーンゴムも好ましい。
上述の種類のゴムの混合物を使用することも当然可能である。
言及されてもよい繊維状または微粒子充填剤E)は、最高20質量%、特に最高10質量%の量で使用される、炭素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、非晶質シリカ、アスベスト、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリン、チョーク、粉末状石英、雲母、硫酸バリウム、および長石である。
好ましい成分B)との混合比は、40〜70質量%の成分B)、および65〜25質量%の充填剤E)であり、B)とE)の好ましい混合比は、100:1〜2:1である。
言及されてもよい好ましい繊維充填材は、炭素繊維、アラミド繊維、およびチタン酸カリウム繊維であり、Eガラスの形態のガラス繊維が特に好ましい。これらは、ロービングとして使用してもよいし、または市販される形態の粉砕ガラスとして使用してもよい。
1:100〜1:2、好ましくは1:10〜1:3の比率のガラス繊維E)と成分B)の混合物が、特に好ましい。
この繊維充填材は、熱可塑性プラスチックとの適合性を改善するために、シラン化合物で表面前処理された可能性がある。
適切なシラン化合物は、一般式:
(X−(CH2nk−Si−(O−Cm2m+14-k
[式中、Xは、NH2−、
Figure 2010506019
、HO−であり、
nは、2〜10、好ましくは3〜4の整数であり、
mは、1〜5、好ましくは1〜2の整数であり、
kは、1〜3、好ましくは1の整数である]
を有する。
好ましいシラン化合物は、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノブチルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、およびアミノブチルトリエトキシシラン、さらに置換基Xとしてグリシジル基を含む相当するシランである。
一般的に、表面のコーティングに使用される、シラン化合物の量は、0.05〜5質量%、好ましくは0.5〜1.5質量%、特に0.8〜1質量%である(Eに基づく)。
針状無機充填剤も適切である。
本発明の目的に関して、針状無機充填剤は、強く発達した針状性質を有する無機充填剤である。例は、針状珪灰石である。この無機物は、好ましくは8:1〜35:1、好ましくは8:1〜11:1のL/D(長さ:直径)比率を有する。無機充填剤は、適切な場合、上述のシラン化合物で前処理された可能性があるが、この前処理は必須ではない。
言及されてもよいその他の充填剤は、カオリン、焼成カオリン、珪灰石、滑石、およびチョークである。
本発明の熱可塑性成形材料は、成分E)として、通常の加工助剤を含んでもよく、例は、安定剤、酸化抑制剤、熱による分解および紫外線による分解を妨げる薬剤、潤滑剤および離型剤、染料および顔料などの着色剤、核剤、可塑剤などである。
酸化抑制剤および熱安定剤の言及されてもよい例は、立体障害フェノールおよび/または亜リン酸塩、ヒドロキノン、ジフェニルアミンなどの芳香族第2級アミン、これらの基の種々の置換された一員、ならびに熱可塑成形材の質量に対して最高1質量%濃度のこれらの混合物である。
言及されてもよく、一般的に、成形材料に対して最高2質量%の量で使用されるUV安定剤は、種々の置換されたレゾルシノール、サリチル酸塩、ベンゾトリアゾール、およびベンゾフェノンである。
添加してもよい着色剤は、二酸化チタン、群青、酸化鉄、およびカーボンブラックなどの無機顔料、さらにフタロシアニン、キナクリドン、およびペリレンなどの有機顔料、さらにニグロシンおよびアントラキノンなどの染料である。
使用してもよい核剤は、フェニルホスフィン酸ナトリウム、アルミナ、シリカ、好ましくは滑石である。
2〜40個、好ましくは2〜6個の炭素原子を含む、飽和脂肪族アルコールまたはアミンを有する、10〜40個、好ましくは16〜22個の炭素原子を有する、飽和または不飽和脂肪族カルボン酸のエステルまたはアミドがさらに好ましい。
このカルボン酸は、一塩基性でもよいし、または二塩基性でもよい。言及されてもよい例は、ペラルゴン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、マルガリン酸、ドデカン二酸、ベヘン酸、特に好ましくはステアリン酸、カプリン酸、さらにモンタン酸(30〜40個の炭素原子を有する脂肪酸の混合物)である。
脂肪族アルコールは、1価〜4価であってもよい。アルコールの例は、n−ブタノール、n−オクタノール、ステアリルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトールであり、グリセロールおよびペンタエリスリトールが好ましい。
脂肪族アミンは、モノ−、ジ−またはトリアミンであってもよい。これらの例は、ステアリルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジ(6−アミノヘキシル)アミンであり、エチレンジアミンおよびヘキサメチレンジアミンが特に好ましい。同様に、好ましいエステルまたはアミドは、ジステアリン酸グリセリル、トリステアリン酸グリセリル、ジステアリン酸エチレンジアミン、モノパルミチン酸グリセリル、トリラウリン酸グリセリル、モノベヘン酸グリセリル、およびテトラステアリン酸ペンタエリトリチルである。
種々のエステルもしくはアミド、またはアミドと組み合わされたエステルの混合物を使用することも可能であり、本明細書でのこの混合比は、所望の通りである。
C)とは異なる、通常使用される潤滑剤および離型剤の量は、最高1質量%である。長鎖脂肪酸(例えば、ステアリン酸またはベヘン酸)、これらの塩(例えば、ステアリン酸Caまたはステアリン酸Zn)、またはモンタンワックス(鎖長28〜32の炭素原子を有する直鎖飽和カルボン酸からなる混合物)、あるいはモンタン酸Caまたはモンタン酸Na、あるいは低分子量ポリエチレンワックスまたは低分子量ポリプロピレンワックスの使用が好ましい。
言及されてもよい可塑剤の例は、ジオクチルフタレート、ジベンジルフタレート、ブチルベンジルフタレート、炭化水素油、およびN−(n−ブチル)ベンゼンスルホンアミドである。
本発明の成形材料は、0〜2質量%のフッ素含有エチレンポリマーを含むことができる。これらは、フッ素含有量が55〜76質量%、好ましくは70〜76質量%であるエチレンポリマーである。
これらの例は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフロオルエチレン−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、または比較的小ない割合(一般的に、最高50質量%)の共重合可能なエチレン性不飽和モノマーを有する、テトラフロオルエチレンコポリマーである。これらは、一例として、Schildknechtによって"Vinyl and Related Polymers",Wiley Verlag,1952,pages 484−494 and by Wall in"Fluoropolymers"(Wiley Interscience,1972)に記載されている。
フッ素含有エチレンポリマーは、成形材料中で均一に分布し、これらの粒径d50(数平均)は、好ましくは0.05〜10μm、特に0.1〜5μmである。これらの小粒子のサイズは、フッ素含有エチレンポリマーの水性分散液の使用、およびポリエステル溶解物へのこれらの組み込みによって、特に好ましくは達成することができる。
本発明の熱可塑性成形材料は、それ自体公知の方法によって、押出機、Brabenderミキサー、またはBanburyミキサーなどの従来の混合装置内で出発成分を混合した後に、これらを押し出すことによって、製造することができる。押出物は、冷却および粉砕することができる。個々の成分を事前に混合した後で、残りの出発原料を、個々におよび/または同様に混合して添加することが可能である。混合温度は、通常、230〜290℃である。
さらなる好ましい手順によれば、成分B)、C)および/またはD)は、ポリエステルプレポリマーと混合、調合、およびペレット化することができる。次いで、所望の粘度が得られるまで、結果として生じたペレットが、不活性ガス下で、連続式またはバッチ式にA)の融点より低い温度で固相濃縮される。
本発明の熱可塑性成形材料は、十分な熱伝導性および電気絶縁性を特徴とする。
特に、個々の成分は、高充填剤含有量にもかかわらず、容易に(凝集または固化することなく)加工することができる(流動性を参照)。
ポリマーマトリクスは、プロセス中に実質的に分解しないため、機械的性質が保持される。
記載される成形材料は、熱源からの熱放散の改善に適している。
放散熱は、電気的モジュールから損失された電力、あるいは発熱体を介して意図的に生成された熱であることができる。電力損を有する電気的モジュールには、例えば、CPU、抵抗、IC、バッテリー、アキュムレータ、モーター、コイル、リレー、ダイオード、コンダクタートラックなどが含まれる。
熱を放散するために、熱源と成形材料の間での接触の最大有効性がもたらされなければならないため、熱が、成形材料を通して、ソースから環境(ガス、液体、固体)に伝達されることが可能になる。接触の質を改善するために、熱伝導性ペーストとして公知のものを使用することも可能である。熱源周辺に成形材料が注入される場合に、最大の熱除去機能が得られる。
成形材料は、熱交換器の製造にも適している。通常、熱交換器を通過する、比較的熱い液体(ガスまたは液体)が存在し、したがって障壁を介して、比較的冷たい液体(再び、通常、ガスまたは液体)に熱を放出する。これらの装置の例は、家庭でのヒーター、または自動車でのラジエーターである。熱交換器の製造のために記載される成形材料の適合性に関して、熱が輸送される方向は重要視されず、熱い、かつ/または冷たい液体が活発に循環するか、または自由対流に供されるどうかは重要ではない。しかし、関係する液体間での熱交換は、通常、使用する壁材に関係なく、活発な循環によって改善される。
この材料は、いずれかの種類の成形体、繊維、ならびにシートの製造、特に、冷却体または熱発体としての適用に適している。これらの適用は、特に、いずれかの種類のヒートシンク、半導体チップ用取付板、パワーチップ用ヒートシンク、電子制御装置用ハウジングであり、これらには低電圧および高電圧分野において、熱を発する成分およびハロゲンランプ用のソケットが含まれる。
好ましい熱伝導率は、少なくとも0.8W/mK、特に1W/mKである。
実施例
成分A/1:
100質量%のA)に対して、0.65質量%のテトラステアリン酸ペンタエリスリトール(成分C)を含む、130mL/gの粘度数および34ミリ当量/kgのカルボキシ末端基含有量を有するポリブチレンテレフタレート(BASF AG製、Ultradur(登録商標)B 4520)(0.5%濃度のフェノール/o−ジクロロベンゼン、1:1混合物からなる溶液25℃で測定される粘度数)。
成分A/2:
105mL/gの粘度数、および33ミリ当量/kgのカルボキシ末端基含有量を有するポリブチレンテレフタレート(両方が成分A/1に記載される通りに測定される)。市販される製品、BASF製、Ultradur(登録商標)B 2550を使用した。
成分B/1:
α・Al23
密度:3.98g/cm3
BET比表面積:0.6m2/g
Na2O含有量:0.2〜0.32質量%
50値:5.6μm
K値:30W/mK
Na2O含有量:0.06%
成分B/2:
α・Al23
密度:3.98g/cm3
BET比表面積:0.6m2/g
50値:6.0μm
Na2O含有量:0.07%
K値:30W/mK
成分C:
クエン酸
成分D:
一般的な操作仕様:
第1表に示す通り、撹拌器、環流冷却器、および内部温度計を備えた、3つ口フラスコ内で、等モル量の多価アルコールおよび炭酸ジエチルを混合し、250ppmの触媒(アルコール量に基づく)を添加した。次いで、この混合物を攪拌により100℃に加熱し、実験では最高140℃と示され、この温度で2時間撹拌した。反応が進むにつれて、遊離した1価アルコールによる蒸発冷却により、本明細書の反応混合物の温度が低下した。ここで、この環流冷却器を、傾斜させた凝縮器で置換し、エタノールを蒸留によって除去し、反応混合物の温度を徐々に160℃に上昇させた。
蒸留によって除去したエタノールを、冷却した丸底フラスコ内で回収し、計量し、理論上可能な全転化率に基づくパーセンテージとして、変換を測定した(第1表を参照)。
次いで、ゲル透過クロマトグラフィーによって反応生成物を分析し、溶離剤はジメチルアセトアミドであり、標準は、ポリメチルメタクリレート(PMMA)である。
Figure 2010506019
成分D/V(比較用)
Cognis Deutschland GmbHから市販される製品、Loxiol VP 6861:ペンタエリスリトールの長鎖エステル。
成形材料の製造
成分A)〜D)を、二軸押出機内で250〜260℃でブレンドし、水浴へ押し出した。ペレット化および乾燥後に、試験片を、射出成形および試験した。
MVRを、ISO11 33に基づいて測定し、熱伝導率を、Netzsch laser flash apparatus(NETZSCH−LFA 447 Nano Flash(登録商標))を使用し、φ12mmおよび2mm厚の円板で測定した。
粘度数は、ISO1628−1,5に基づいて測定した。
耐衝撃性は、23℃で、ISO179/1 eUに基づいて測定した。
引張特性は、ISO527−2に基づいて測定した。
測定結果および成形材料の構造を第2表に示す。
Figure 2010506019

Claims (11)

  1. 熱可塑性成形材料であって、
    A)10〜69質量%の熱可塑性ポリエステル
    B)30〜79質量%の酸化アルミニウム
    C)0.01〜10質量%の有機もしくは無機酸またはこれらの混合物
    D)0〜10質量%の
    D1)1〜600mg KOH/gポリカーボネートのOH数(DIN53240、第2部に基づく)を有する、少なくとも1つの高分岐または超分岐ポリカーボネート、もしくは
    D2)少なくとも1つのAxyタイプ[式中、xは、少なくとも1.1、yは、少なくとも2.1である]の高分岐もしくは超分岐ポリエステル、または
    これらの混合物
    E)0〜50質量%のその他の添加剤
    を含み、
    成分A)〜E)の質量パーセントの合計が100%になる、熱可塑性成形材料。
  2. 成分B)として、少なくとも1つのα−酸化アルミニウムを含む、請求項1に記載の熱可塑性成形材料。
  3. 成分B)の平均粒径d50が0.2〜20μmである、請求項1または2に記載の熱可塑性成形材料。
  4. 成分B)の密度が2.5〜4.5gm/cm3である、請求項1から3までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料。
  5. 成分B)のBET比表面積(DIN66132)が12m2/g未満である、請求項1から4までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料。
  6. 成分B)の酸化ナトリウム含有量が0.4質量%未満である、請求項1から5までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料。
  7. 成分C)が、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸、イソフタル酸、テレフタル酸、トリメリット酸、p−トルエンスルホン酸などのスルホン酸、フマル酸、クエン酸、マンデル酸、もしくは酒石酸、またはこれらの混合物の群から構成される、請求項1から6までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料。
  8. いずれかの種類の成形体、繊維、ならびにシートを製造するための、請求項1から7までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料の使用。
  9. 請求項1から7までのいずれか1項に記載の熱可塑性成形材料から得られる成形体。
  10. DIN52612に基づく熱伝導率Kが少なくとも0.8W/mKである、請求項9に記載の成形体。
  11. 冷却体または発熱体である、請求項9または10に記載の導電性および絶縁性成形体。
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