JP2014201638A - ポリカーボネート樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、ポリカーボネート樹脂との溶融混練によるマスターバッチ化は、熱履歴をたくさん受けるため結果として、マスターバッチを使用したポリカーボネート樹脂組成物の着色を招くという課題も有していた。
本発明は、以下のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法を提供する。
前記押出機は少なくとも2つ以上の供給口を有しており、ポリカーボネート樹脂(A)は最も上流側に位置する供給口から、顆粒状ホスファゼン化合物(C)は単独もしくはポリカーボネート樹脂(A)と混合した状態で最も上流側に位置する供給口から供給し、
強化充填材(B)は、その一部を最も上流側に位置する供給口から供給し残りは下流側にある供給口より供給するか、もしくは、その全量を下流側にある供給口から供給することを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物の製造方法。
[3]強化充填材が、繊維状強化材および/または板状強化材であることを特徴とする上記[1]または[2]に記載の製造方法。
[4]繊維状強化材が、ガラス繊維および/または炭素繊維であることを特徴とする上記[3]に記載の製造方法。
[5]板状強化材が、ガラスフレークであることを特徴とする上記[3]に記載の製造方法。
[6]ポリカーボネート樹脂組成物は、さらに、熱安定剤、酸化防止剤、離型剤、流動改質剤、衝撃改良剤、染顔料よりなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする上記[1]〜[5]の何れかに記載の製造方法。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法は、(A)〜(C)の合計100質量部基準で、ポリカーボネート樹脂(A)20〜62質量部、強化充填材(B)35〜60質量部、嵩密度が0.4〜1.5g/ml、目開き400μmの篩上の割合が55質量%以上である顆粒状ホスファゼン化合物(C)3〜20質量部を含有するポリカーボネート樹脂組成物を、押出機を用いて溶融混練してポリカーボネート樹脂組成物を製造する方法であって、
前記押出機は少なくとも2つ以上の供給口を有しており、ポリカーボネート樹脂(A)は最も上流側に位置する供給口から、顆粒状ホスファゼン化合物(C)は単独もしくはポリカーボネート樹脂(A)と混合した状態で最も上流側に位置する供給口から供給し、
強化充填材(B)は、その一部を最も上流側に位置する供給口から供給し残りは下流側にある供給口より供給するか、もしくは、その全量を下流側にある供給口から供給することを特徴とする。
本発明において、ホスファゼン化合物は、嵩密度が0.4〜1.5g/mlであり、その粒度が、目開き400μmの篩上の割合が55質量%以上である顆粒状ホスファゼン化合物(C)を使用することを特徴とする。
ホスファゼン化合物は、常温で微粉状であるが、圧縮やせん断に対して固化する性質を有しており、このままではポリカーボネート樹脂と共に押出機にて溶融混練する際、押出機スクリュウへホスファゼン化合物が固着する等の不具合を生じやすいが、このような嵩密度および粒度とすることにより、顆粒状ホスファゼン化合物(C)は、押出機スクリュウへの固着等の不具合を起こしにくくなり、さらに押出機への各成分の供給方法を上記した方法を採用することによって、剛性と難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物を、安定して生産性良く製造することが可能となるとなる。
なお、目開き篩上の割合は、JIS Z8801に準じて、目開き400μmの金網(関西金網株式会社製)に顆粒状ホスファゼン化合物サンプルを100g載せ、篩振とう機(Retsch社製、AS200)にて、5分間振とうさせ、篩い分けた後の金網状に残った割合(質量%)として算出される。
ここで、嵩密度は、JIS K7365に準じ、セイシン企業社製マルチテスターMT−1001を用いて測定した静嵩密度の値として算出される。
R5は、−N=P(OR3)3基、−N=P(OR4)3基、−N=P(O)OR3基、−N=P(O)OR4基から選ばれる少なくとも1種を示し、R6は、−P(OR3)4基、−P(OR4)4基、−P(O)(OR3)2基、−P(O)(OR4)2基から選ばれる少なくとも1種を示す。
アルキニル基としては、例えば、エチニル基、プロピニル基等の炭素数2〜8のアルキニル基やエチニルベンゼン基等のアリール等も挙げられる。
また、なかでも、a=3のものが50質量%以上、a=4のものが10〜40質量%、a=5以上のものが合わせて30質量%以下である化合物の混合物が好ましい。
また、架橋フェノキシホスファゼン化合物中のフェニレン基の含有量は、一般式(1)で表される環状ホスファゼン化合物及び/又は一般式(2)で表される鎖状フェノキシホスファゼン化合物中の全フェニル基及びフェニレン基数を基準として、通常50〜99.9%、好ましくは70〜90%である。また、該架橋フェノキシホスファゼン化合物は、その分子内にフリーの水酸基を有しない化合物であることが特に好ましい。
使用するポリカーボネート樹脂の種類に制限はなく、ポリカーボネート樹脂は、1種類を用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び任意の比率で併用してもよい。
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
1,1−ビス(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
α,α’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、
1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキシルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)(4−プロペニルフェニル)メタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ナフチルメタン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−ナフチルエタン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ノナン、
10−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ドデカン、
等のビス(ヒドロキシアリール)アルカン類;
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、
4−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)−3,3−ジメチルシクロヘキサン、
1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,4−ジメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,5−ジメチルシクロヘキサン、
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、
1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−プロピル−5−メチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−tert−ブチル−シクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−tert−ブチル−シクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−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)−4−フェニルシクロヘキサン、
等のビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン類;
9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン等のカルド構造含有ビスフェノール類;
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルスルフィド等のジヒドロキシジアリールスルフィド類;
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルスルホン等のジヒドロキシジアリールスルホン類;
等が挙げられる。
なお、芳香族ジヒドロキシ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
エタン−1,2−ジオール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール、2−メチル−2−プロピルプロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、デカン−1,10−ジオール等のアルカンジオール類;
等が挙げられる。
ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、任意の方法を採用できる。その例を挙げると、界面重合法、溶融エステル交換法、ピリジン法、環状カーボネート化合物の開環重合法、プレポリマーの固相エステル交換法などを挙げることができる。
以下、これらの方法のうち、特に好適なものについて具体的に説明する。
まず、ポリカーボネート樹脂を界面重合法で製造する場合について説明する。界面重合法では、反応に不活性な有機溶媒及びアルカリ水溶液の存在下で、通常pHを9以上に保ち、ジヒドロキシ化合物とカーボネート前駆体(好ましくは、ホスゲン)とを反応させた後、重合触媒の存在下で界面重合を行うことによってポリカーボネート樹脂を得る。なお、反応系には、必要に応じて分子量調整剤(末端停止剤)を存在させるようにしてもよく、ジヒドロキシ化合物の酸化防止のために酸化防止剤を存在させるようにしてもよい。
なお、反応温度は通常0〜40℃であり、反応時間は通常は数分(例えば、10分)〜数時間(例えば、6時間)である。
次に、ポリカーボネート樹脂を溶融エステル交換法で製造する場合について説明する。溶融エステル交換法では、例えば、炭酸ジエステルとジヒドロキシ化合物とのエステル交換反応を行う。
一方、炭酸ジエステルとしては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−tert−ブチルカーボネート等の炭酸ジアルキル化合物;ジフェニルカーボネート;ジトリルカーボネート等の置換ジフェニルカーボネートなどが挙げられる。中でも、ジフェニルカーボネート及び置換ジフェニルカーボネートが好ましく、特にジフェニルカーボネートがより好ましい。なお、炭酸ジエステルは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、より積極的な調整方法としては、反応時に別途、末端停止剤を混合する方法が挙げられる。この際の末端停止剤としては、例えば、一価フェノール類、一価カルボン酸類、炭酸ジエステル類などが挙げられる。なお、末端停止剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
ポリカーボネート樹脂の分子量は任意であり、適宜選択して決定すればよいが、溶液粘度から換算した粘度平均分子量[Mv]は、通常10000以上、好ましくは16000以上、より好ましくは17000以上であり、また、通常40000以下、好ましくは30000以下、より好ましくは24000以下である。粘度平均分子量を前記範囲の下限値以上とすることにより、樹脂組成物の機械的強度をより向上させることができ、機械的強度の要求の高い用途に用いる場合により好ましいものとなる。一方、粘度平均分子量を前記範囲の上限値以下とすることにより、樹脂組成物の流動性低下を抑制して改善でき、成形加工性を高めて成形加工を容易に行えるようになる。
なお、粘度平均分子量の異なる2種類以上のポリカーボネート樹脂を混合して用いてもよく、この場合には、粘度平均分子量が上記の好適な範囲外であるポリカーボネート樹脂を混合してもよい。
ただし、再生されたポリカーボネート樹脂は、ポリカーボネート樹脂のうち、80質量%以下であることが好ましく、中でも50質量%以下であることがより好ましい。再生されたポリカーボネート樹脂は、熱劣化や経年劣化等の劣化を受けている可能性が高いため、このようなポリカーボネート樹脂を前記の範囲よりも多く用いた場合、色相や機械的物性を低下させる可能性があるためである。
本発明において使用する強化充填材(B)としては、繊維状強化材や板状強化材あるいは粉粒状強化材等が挙げられる。
ガラス繊維の数平均繊維長は1mm以上10mm以下であることが好ましく、1.5〜6mmであることがより好ましく、2〜5mmであることさらに好ましい。
数平均繊維長が10mmを超えると成形品表面からのガラス繊維の脱落が発生しやすく、生産性が低下しやすい。数平均繊維長が1mm未満では、ガラス繊維のアスペクト比が小さいため、機械的強度の改良が不十分となりやすい。
また、炭素繊維の直径が5μm未満の場合も同様に機械的強度の改良が不十分で、20μmを越えると外観が低下しやすい。炭素繊維の直径は、より好ましくは6〜15μmである。
ガラスフレークは、好ましくは平均厚さが0.2〜10μm、より好ましくは0.3〜7μm、さらに好ましくは0.5〜6μmのガラスフレークが好ましい。平均厚みが上記範囲の上限を超える場合は、ポリカーボネート樹脂組成物の耐衝撃性や難燃性が低下しやすいため好ましくない。また平均厚みが上記範囲の下限を下回る場合は、ガラスフレークが極端に割れやすくなり、剛性や低ソリ性が低下する傾向にあるためやはり好ましくない。
本発明において、上記各成分の配合量は、(A)〜(C)の合計100質量部基準で、ポリカーボネート樹脂(A)20〜62質量部、強化充填材(B)35〜60質量部、顆粒状ホスファゼン化合物(C)3〜20質量部である。
強化充填材(B)の含有量は、35〜60質量部であり、38〜55質量部がより好ましく、40〜50質量部がさらに好ましい。
顆粒状ホスファゼン(C)および強化充填材(B)の量をこのような範囲とすることにより、剛性、耐熱性、耐衝撃性、難燃性を良好に保つことができる。
ポリカーボネート樹脂組成物は、所望の諸物性を著しく損なわない限り、必要に応じて、上基(A)〜(C)成分以外にその他の成分を含有していてもよい。その他の成分の例を挙げると、ポリカーボネート樹脂以外の樹脂、各種樹脂添加剤などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
その他の樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性ポリエステル樹脂;
ポリスチレン樹脂、高衝撃ポリスチレン樹脂(HIPS)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;ポリエーテルイミド樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリメタクリレート樹脂等が挙げられる。
なお、その他の樹脂は、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
樹脂添加剤としては、例えば、安定剤、酸化防止剤、離形剤、滑材、充填材、他の難燃剤、難燃助剤、滴下防止剤、紫外線吸収剤、染顔料、帯電防止剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、流動性改良剤、可塑剤、分散剤、抗菌剤などが挙げられる。なお、樹脂添加剤は1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法は、少なくとも2つ以上の供給口を有する押出機を用いて溶融混練して樹脂組成物(ペレット)を製造する際、各成分の供給方法として、
1)ポリカーボネート樹脂(A)は、最も上流側に位置する供給口から供給し、
2)顆粒状ホスファゼン化合物(C)は、単独もしくはポリカーボネート樹脂(A)と混合した状態で最も上流側に位置する供給口から供給し、
3)強化充填材(B)は、その一部を最も上流側に位置する供給口から供給し残りは下流側にある供給口より供給するか、もしくは、その全量を下流側にある供給口から供給することを特徴とする。
前述したように、ホスファゼン化合物を、嵩密度が0.4〜1.5g/ml、目開き400μmの篩上の割合が55質量%以上である顆粒状ホスファゼン化合物(C)として用いることで、押出機スクリュウへの固着等の不具合を起こしにくくなるが、さらに押出機への各成分の供給方法を上記とすることによって、剛性と難燃性に優れたポリカーボネート樹脂組成物を、生産性、品質安定性及び作業性よく、安定して製造することが可能となる。
なかでも、強化充填材(B)は、全量を下流側の供給口から供給する方が、得られるポリカーボネート樹脂組成物の強度を高く発現しやすいため好ましい。
押出機における設定温度と時間は、任意に選ぶことができるが、通常混練温度は、200〜350℃、好ましくは220〜320℃、混練時間は、3分以下が好ましい。
そして、最後に吐出ダイスから押出される。樹脂組成物の成形体がペレットの場合には、溶融樹脂はストランド状に押し出される。吐出ダイスの前方には、通常は冷却水槽が設けられており、冷却処理後、ペレタイザー等の切断手段により切断されて、平均粒径1〜5mm程度の樹脂組成物成形品(ペレット)とされる。
その他、水冷槽を用いない方法として、メッシュコンベアーや、ミストカット、アンダーウォーターカット等により、ペレット化することもできる。
(顆粒ホスファゼン1の製造)
原料として、フェノキシホスファゼン化合物粉末(伏見製薬所社製、商品名「ラビトルFP−110」、平均粒径:325μm、嵩密度:0.62g/ml、目開き400μm篩上の割合:21.5%。以下、「粉末ホスファゼン」という。)を使用した。
上記粉末ホスファゼンを、高圧縮ロール式造粒器(ホソカワミクロン社製コンパクティングマシンMS)を用いて、板状の造粒物を得た後、粉砕機にて粉砕し、次いでスクリーンにて分級し、顆粒状ホスファゼン化合物(以下、「顆粒ホスファゼン1」という)を得た。
顆粒ホスファゼン1の嵩密度は、0.63g/ml、目開き400μm篩上の割合は94.7%であった。
また、嵩密度は、JIS K7365に準じ、セイシン企業社製マルチテスターMT−1001を用いて静嵩密度の値を測定した。
上記粉末ホスファゼンを、乾式圧縮造粒器(セイシン企業社製、ロールプレスDP)にて造粒し、顆粒状ホスファゼン化合物(以下、「顆粒ホスファゼン2」という)を得た。顆粒ホスファゼン化合物2の嵩密度は、0.35g/ml、目開き400μm篩上の割合は88.1%であった。
上記粉末ホスファゼンを、流動転動造粒器(セイシン企業社製、ニューグラマシン)にて、水をバインダーとして造粒した後に60℃で乾燥し、顆粒状ホスファゼン化合物(以下、「顆粒ホスファゼン3」という)を得た。顆粒ホスファゼン化合物3の嵩密度は、0.70g/ml、目開き400μm篩上の割合は62.2%であった。
ポリカーボネート樹脂(A)として、以下のものを使用した。
・芳香族ポリカーボネート樹脂
三菱エンジニアリングプラスチックス社製
商品名「ユーピロン(登録商標)S−3000F」
粘度平均分子量(Mv):21000
以下。「PC」という。
強化充填材(B)として、以下のものを使用した。
・ガラス繊維(チョップドガラス繊維):
日本電子硝子社製、商品名「ECS03T−571」
直径13μm、カット長3mm
以下、「GF」という。
・ガラス繊維(扁平チョップドガラス繊維):
日東紡社製、商品名「CSG 3PA−83−0」
長径28μm、短径7μm、カット長3mm
以下「FF」という。
・ガラスフレーク:
日本電子硝子社製、商品名「フレカREFG101」
平均厚み5μm、平均粒径600μm
以下、「GFL」という。
・炭素繊維:
三菱レイヨン社製、商品名「パイロフィルTR−066A」
カット長6mmのチョップド炭素繊維
以下、「CF」という。
二軸押出機として、最上流部のC1と、その下流のC8に供給口を有し、C7にオープンベント、C11にバキュームベントを備えた、全12バレル構成(上流より、C1〜C12バレルと称す。)の日本製鋼所社製二軸押出機(TEX30α)を使用した。C1バレルの供給口には、フィーダー1とフィーダー2の2つのフィーダーを有する。
60分間供給を続け、運転終了後に押出機スクリュウへの固着は認められるかを、確認した。
結果を表1に示す。
これに対し、粉末状ホスファゼンを使用して同様に生産をした比較例1では、押出機供給口周り、及びスクリュウに固着物が発生し、ブリッジが発生し、供給が安定しないため、ストランド切れが発生し、安定生産することができなかった。
これに対し、ガラス繊維もC1より供給した比較例2では、固着は認められないものの、物性が低下する傾向であった。
これに対し、粉末状ホスファゼンを使用した比較例3では、固着が認められ、生産中に固着により適正な配合比となっていないためか物性が大きく振れる結果となった。
Claims (6)
- 下記(A)〜(C)の合計100質量部基準で、ポリカーボネート樹脂(A)20〜62質量部、強化充填材(B)35〜60質量部、嵩密度が0.4〜1.5g/ml、目開き400μmの篩上の割合が55質量%以上である顆粒状ホスファゼン化合物(C)3〜20質量部を含有するポリカーボネート樹脂組成物を、押出機を用いて溶融混練してポリカーボネート樹脂組成物を製造する方法であって、
前記押出機は少なくとも2つ以上の供給口を有しており、ポリカーボネート樹脂(A)は最も上流側に位置する供給口から、顆粒状ホスファゼン化合物(C)は単独もしくはポリカーボネート樹脂(A)と混合した状態で最も上流側に位置する供給口から供給し、
強化充填材(B)は、その一部を最も上流側に位置する供給口から供給し残りは下流側にある供給口より供給するか、もしくは、その全量を下流側にある供給口から供給することを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物の製造方法。 - ホスファゼン化合物が、芳香族ホスファゼン化合物であることを特徴とする請求項1に記載の製造方法。
- 強化充填材が、繊維状強化材および/または板状強化材であることを特徴とする請求項1または2に記載の製造方法。
- 繊維状強化材が、ガラス繊維および/または炭素繊維であることを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- 板状強化材が、ガラスフレークであることを特徴とする請求項3に記載の製造方法。
- ポリカーボネート樹脂組成物は、さらに、熱安定剤、酸化防止剤、離型剤、流動改質剤、衝撃改良剤、染顔料よりなる群より選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の製造方法。
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