JP2014214180A - 延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
<A成分:芳香族ポリエステル系樹脂>
本発明においてA成分として使用される芳香族ポリエステル系樹脂は、(A)ポリエチレンナフタレート系樹脂(A1成分)およびポリエチレンテレフタレート系樹脂(A2成分)を50重量%以上含有し、かつA1成分とA2成分の比(A1/A2)が重量比で100/0〜80/20の範囲である芳香族ポリエステル系樹脂である。(A)ポリエチレンナフタレート系樹脂(A1成分)およびポリエチレンテレフタレート系樹脂(A2成分)の含有率は好ましくは70重量部%、特に好ましくは100重量%である。含有率が50重量%未満の場合、ポリエステル樹脂組成物の延伸性が失われる場合があるので好ましくない。
本発明の有機リン系難燃剤は、下記一般式(1)で表される有機リン系難燃剤であり、該有機リン系難燃剤は、一般的な有機リン系難燃剤よりも融点が高いため、高温雰囲気下においても、ブリードアウトが少なく、芳香族ポリエステル樹脂に対して極めて優れた難燃効果を発現する。
有機リン系難燃剤は例えばペンタエリスリトールに三塩化リンを反応させ、続いて酸化させた反応物を、ナトリウムメトキシド等のアルカリ金属化合物により処理し、次いでアラルキルハライドを反応させることにより得られる。また、ペンタエリスリトールにアラルキルホスホン酸ジクロリドを反応させる方法や、ペンタエリスリトールに三塩化リンを反応させることによって得られた化合物にアラルキルアルコールを反応させ、次いで高温でArbuzov転移を行う方法により得ることもできる。後者の反応は、例えば米国特許第3,141,032号明細書、特開昭54−157156号公報、特開昭53−39698号公報に開示されている。
ペンタエリスリトールに三塩化リンを反応させ、次いでターシャリーブタノールにより酸化させた反応物を、ナトリウムメトキシドにより処理し、ベンジルブロマイドを反応させることにより得ることができる。
(ii)前記(B−b)の有機リン化合物;
ペンタエリスリトールに三塩化リンを反応させ、続いてターシャリーブタノールにより酸化させた反応物を、ナトリウムメトキシドにより処理し、1−ブロモエチルベンゼンを反応させることにより得ることができる。
(iii)前記(B−c)の有機リン化合物;
ペンタエリスリトールに三塩化リンを反応させ、続いてターシャリーブタノールにより酸化させた反応物を、ナトリウムメトキシドにより処理し、2−ブロモエチルベンゼンを反応させることにより得ることができる。
(iv)前記(B−d)の有機リン化合物;
ペンタエリスリトールとジフェニルメチルホスホン酸ジクロリドを反応させることにより得ることができる。
本発明の鎖延長剤は粘度を増加させ、歪硬化度を高くする効果を持つ物質である。
本発明に用いる鎖延長剤としては、PENの末端官能基と鎖延長を伴う反応性を有する官能基、例えばエポキシ基、カルボジイミド基等を有する化合物が挙げられる。
鎖延長剤としては、日清紡績(株)製のカルボジライトHMV−8CAやカルボジライトLA−1、BASF製のADR−4368CS等が挙げられる。
本発明の熱可塑性エラストマーは、柔軟性および導電性向上の効果を持つ物質であり、本発明に使用されるPENおよびPETとの相溶性が高いものが好ましい。
熱可塑性エラストマーとしては特に制限はないが、例えばポリスチレン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、フッ素ポリマー系エラストマーなどが挙げられる。市販品としては、富士化成工業(株)製のTPAE−10HP−10、旭化成ケミカルズ(株)製のタフテックM1913などが挙げられる。
本発明の導電剤とは、導電性の効果を持つ物質である。導電剤としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、黒鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛、酸化スズ被覆酸化チタン、酸化スズ、酸化スズ被覆硫酸バリウム、チタン酸カリウム、アルミニウム金属粉末、ニッケル金属粉末、テトラアルキルアンモニウム塩、トリアルキルベンジン、アンモニウム塩、アルキルスルホン酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルサルフェート、グルセリン脂肪酸エステル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルアミン、ポリオキシエチレン脂肪アルコールエステル、アルキルベタイン、過塩素酸リチウム等が挙げられ、その中でもケッチェンブラックが好ましい。ケッチェンブラック市販品としてはライオン(株)製のケッチェンブラックEC−600JDが挙げられる。E成分の含有量は、A成分100重量部に対し、1〜30重量部が好ましく、より好ましくは3〜20重量部、さらに好ましくは5〜15重量部である。含有量が1重量部未満の場合、導電性向上の効果が十分でなく、30重量部を超えるとPENやPETの特徴であるブロー延伸性による分子配向による特徴が乏しくなり、強度不足となる場合がある。
本発明の相溶化剤は、PENとPET、有機リン系難燃剤、鎖延長剤、熱可塑性エラストマーおよび導電剤との密着性を高める効果を持つ物質である。相溶化剤としては、スチレン、ポリオレフィン、ポリエチレン、アクリル、ポリスチレン等が挙げられ、その中でもアクリル系のものが好ましい。アクリル系相溶化剤の市販品としては東亜合成(株)製のレゼダGP−301が挙げられる。F成分の含有量は、A成分100重量部に対して、0.1〜10重量部が好ましく、より好ましくは0.5〜7重量部、さらに好ましくは1〜5重量部である。含有量が0.1重量部未満の場合、密着性の向上効果が十分でなく、10重量部を超えるとブロー延伸性に悪影響を与える。
本発明の離型剤は、ブロー延伸体を取り出すための離型性を高める効果を持つ物質である。離型剤としては、飽和脂肪酸エステル、不飽和脂肪酸エステル、パラフィンワックス、フッ素樹脂粒子、シリコーン粒子などが挙げられ、その中でもシリコーン粒子が好ましい。シリコーン粒子の市販品としては、東レダウコーニング(株)製DC4−7081が挙げられる。G成分の含有量は、A成分100重量部に対して、0.05〜5重量部が好ましく、より好ましくは0.3〜3重量部、さらに好ましくは0.5〜2重量部である。含有量が0.05重量部未満の場合、離型性向上の効果が十分でなく、5重量部を超えるとブリードアウト性に悪影響を与える場合がある。
本発明の鉱物は、分解物を捕捉としてブリードアウトを抑制する効果を持つ物質である。鉱物としては、天然物あるいは合成品である、マグネシウム、カルシウム、亜鉛、アルミニウム、ビスマス等の含水塩基性炭酸塩または結晶水を含まない塩基性炭酸塩が挙げられ、その中でもアルミニウムとマグネシウムを含有する炭酸塩が好ましい。その市販品としては協和化学工業(株)製DHT−4Cが挙げられる。H成分の含有量は、A成分100重量部に対して、0.1〜5重量部が好ましく、より好ましくは0.3〜3重量部、さらに好ましくは0.5〜2重量部である。含有量が0.1重量部未満の場合、ブリードアウトの抑制効果が少なく、5重量部を超えるとブロー延伸性に悪影響を与える場合がある。
本発明の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、芳香族ポリエステル系樹脂以外の熱可塑性樹脂(ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、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、シリコーン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル/スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル/ブタジエン/スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリスチレン樹脂、高衝撃ポリスチレン樹脂、シンジオタクチックポリスチレン樹脂、ポリメタクリレート樹脂、並びにフェノキシまたはエポキシ樹脂など)、無機充填剤(ガラス繊維、ガラスフレーク、炭素繊維、炭素フレーク、タルク、ワラストナイトなど)、有機充填剤(アラミド繊維、ケナフ繊維など)、衝撃改質剤(コアシェル型アクリルゴム、コアシェル型ブタジエンゴムなど)、紫外線吸収剤(ベンゾトリアゾール系、トリアジン系、ベンゾフェノン系など)、酸化防止剤(ホスファイト系化合物、ホスホナイト系化合物、ヒンダードフェノール系化合物)、安定剤(HALSなど)、流動改質剤(ポリカプロラクトンなど)、着色剤(二酸化チタン、各種の有機染料、メタリック顔料など)、末端封鎖剤、帯電防止剤(ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウムなどの第4級アンモニウム塩系など)、無機および有機の抗菌剤、光触媒系防汚剤(微粒子酸化チタン、微粒子酸化亜鉛など)、赤外線吸収剤、並びにフォトクロミック剤紫外線吸収剤などを配合してもよい。これら各種の添加剤は、周知の配合量で利用することができる。
本発明の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物の調製は、芳香族ポリエステル系樹脂(A成分)、有機リン系難燃剤(B成分)、鎖延長剤(C成分)および必要に応じてその他成分を、V型ブレンダー、スーパーミキサー、スーパーフローター、ヘンシェルミキサーなどの混合機を用いて予備混合し、かかる予備混合物を混練機に供給し、溶融混合する方法が好ましく採用される。混練機としては、種々の溶融混合機、例えばニーダー、単軸または二軸押出機などが使用でき、なかでも二軸押出機を用いて樹脂組成物を260〜310℃、好ましくは280〜290℃の温度で溶融して、押出しペレタイザーによりペレット化する方法が好ましく使用される。得られたペレットを成形する方法としては、チューブ押出し、インフレーション、回転成形方法、ブロー成形方法、射出成形方法などがある。これらの中で、ブロー成形、特に延伸ブロー成形方法はブロー成形の特徴である延伸によって、分子配向が起こり、強度が向上することと、繰り返しの再現性が高く、均質な品質の製品が安定して製造されるためより好ましい。
さらに、本発明の樹脂組成物の歪開始温度は100〜160℃であり、110〜150℃であることが好ましく、120〜150℃であることがより好ましい。歪開始温度が100℃未満の場合、ブロー加工時において高いブロー圧力が必要となるため、通常の延伸ブロー機では製造不可能である。160℃を超える場合、ブロー延伸の温度が高いため、ブロー延伸による分子配向の延伸斑が起こしやすく、ボトルの肉厚が不均一となる。なお歪開始温度は引張試験で得られるS−Sカーブより算出した。
得られた組成物ペレットを140℃で5時間、熱風循環式乾燥機で乾燥した後、射出成形機(日精樹脂工業(株)製:NEX−50−5E)を使用して、難燃性評価用の試験片を成形した。試験片は、厚さ1/16インチ(1.6mm)を用い、難燃性の評価尺度として、米国UL規格のUL−94に規定されている垂直燃焼試験に準じた評価を使用した。どの試験片も炎を取り去った後の燃焼が10秒以内で消火し、且つ、滴下物が綿着火をおこさないものがV−0、燃焼が30秒以内で消火し、且つ、滴下物が綿着火をおこすものがV−2であり、この評価基準以下のものをnotVとした。
上記の難燃性評価用の試験片を、恒温恒湿槽を使用して80℃、90%RHで48時間熱処理を行った後、表面の目視観察を実施した。難燃剤の染み出し(べたつき)が一切認められないものを「○」、難燃剤の染み出しが多く、べたつきが大きいものを「×」と評価した。
組成物ペレットを140℃で5時間乾燥し、温度300℃、荷重2.16kgfの条件下でISO 1133に準拠した方法でMVR(メルトボリュームレイト)測定を行った。測定は東洋精機(株)製セミオートメルトインデクサー2A型により実施した。
組成物ペレットを熱風循環式乾燥機で140℃で5時間乾燥し、射出成形機(三菱重工業(株)製:80MSP−5)を使用して、シリンダー温度280℃、金型温度50℃にてISO527−1、ISO527−2に準拠して試験片を作成した。次に、成形品を予め小型の恒温槽を用いて引張試験を実施する温度で10分間予備加熱してから、恒温槽付の引張試験機(島津製作所(製)AG−10KNX)に取り付けた。取り付けた成形品は、チャック間距離110mm、試験速度100mm/minの条件で、温度が設定温度に到達してから6分後に試験を開始させ、引張試験のS−Sカーブを得た。得られたS−Sカーブは、初期の引張降伏での立ち上がる領域と、中間として実質立ち上がり、立ち下り部分がない安定した領域と、最後の引張強度の立ち上がり領域とに分けることができ、最後の引張強度の立ち上がり部分で近似曲線を用いて近似曲線数式を導き出した。その近似曲線数式のR−2乗値が0.9以上の時の傾きを歪硬化度とし、その時の傾きが0.01以上である最低温度を歪硬化度開始温度とし、傾きが0.01以下で歪硬化がないものについては記載を無しとした。この歪硬化開始温度が特定の範囲に存在すると実施のブロー成形をした場合に延伸斑がなく、かつボトル強度が良好な延伸体を得ることができる。
組成物ペレットを熱風循環式乾燥機で140℃で5時間乾燥し、射出成形機(日精樹脂工業(株)製:FN2000)を使用して、シリンダー温度280℃、金型温度10℃にて、1.5Lボトルのプリフォームを作成した。作成したプリフォームを延伸ブロー機(フロンティア(株)製:FDB−1D)を使用して、延伸ロッド速度600mm/sec、ブロー圧力4MPaの条件で1.5L容器を作成した。得られたボトルの胴部部分の肉厚が0.2mm〜0.35mmの範囲にあるものを○として、ブロー時に割れるもしくは肉厚が0.2mm未満または0.35mmより大きい部分があるものは×とした。
<A成分:芳香族ポリエステル樹脂>
PEN:帝人化成(株)製テオネックス TN8065S(直接エステル法の後、固相重合法で製造、IV=0.68dl/g、末端カルボキシル基濃度=15eq/106g、300℃、2,16kg荷重で測定したMVR=8cm3/10min)
PET:帝人化成(株)製PET TRN−8550FF(直接エステル法の後、固相重合法)で製造、IV=0.77dl/g、末端カルボキシル基濃度=9eq/106g、280℃、2,16kg荷重で測定したMVR=25)
<B成分>有機リン系難燃剤
FR:2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5,5]ウンデカン,3,9−ジベンジル−3,9−ジオキサイド(前記一般式(1)において、X1およびX2が同一であり、且つALがメチレン基、Arがフェニル基であり、nが1である有機リン系難燃剤)、(融点:257℃)
[FRの調製方法]
攪拌機、温度計、コンデンサーを有する反応容器に、3,9−ジベンジロキシ−2,4,8,10−テトラオキサ−3,9−ジホスファスピロ[5,5]ウンデカン408.3g(1.0mol)およびベンジルブロマイド342.1g(2.0mol)を充填し、室温下攪拌しながら、乾燥窒素をフローさせた。次いでオイルバスで加熱を開始し、オイルバス温度150℃で10分保持した。その後オイルバスを取り除き室温まで冷却した。得られた白色固体状の反応物にメタノール2000mlを加えて攪拌洗浄後、グラスフィルターを用いて白色粉末を濾別した。次いで濾別した白色粉末を50wt%のメタノール水溶液2000mlで洗浄し、得られた白色粉末を100Pa、120℃で8時間乾燥させて、ビスベンジルペンタエリスリトールジホスホネート334.6gを得た。生成物は質量スペクトル分析、1H、31P核磁気共鳴スペクトル分析および元素分析でビスベンジルペンタエリスリトールジホスホネートであることを確認した。(収率82%、HPLC純度99.2%)
PX200(比較用):大八化学工業(株)製リン酸エステル系難燃剤 PX−200[レゾルシノールビス(ジ−2,6−キシリルホスフェート)、融点:92℃]
<C成分>鎖延長剤
C−1:日清紡績(株)製 カルボジイミド基含有化合物、商品名:HMV−8CA
C−2:日清紡績(株)製 カルボジイミド基含有化合物、商品名:LA−1
C−3:BASF社製 エポキシ基含有化合物、商品名:ADR4368CS
<D成分>熱可塑性エラストマー
D−1:富士化成工業(株)製 ポリアミド系エラストマー、商品名:TPAE−10HP−10
D−2:旭化成ケミカルズ(株)製 スチレン系エラストマー、商品名:タフテックM1913
<E成分>導電剤
E−1:ライオン(株)製 ケッチェンブラック、商品名:EC−600JD
<F成分>相溶化剤
F−1:東亜合成(株)製 アクリル系グラフトポリマー 商品名:レゼダGP−301
<G成分>離型剤
G−1:東レダウコーニング(株)製 シリコーン粒子 商品名:DC4−7081
<H成分>鉱物
H−1:協和化学工業(株)製 ハイドロタルサイト化合物 商品名:DHT−4C
表1および表2記載の各成分を表1および表2記載の量でタンブラーにて配合し、径30mmФ、L/D=33.2、混練ゾーン2箇所のスクリューで装備したベント付き二軸押出機(神戸製鋼所(株)製):KTX30)を用い、シリンダー温度290℃にて溶融混練し、押出し、ストランドカットすることで、各組成物のペレットを得た。各評価結果を表1および表2に示した。
Claims (9)
- (A)ポリエチレンナフタレート系樹脂(A1成分)およびポリエチレンテレフタレート系樹脂(A2成分)を50重量%以上含有し、かつA1成分とA2成分の比(A1/A2)が重量比で100/0〜80/20の範囲である芳香族ポリエステル系樹脂(A成分)100重量部に対し、(B)下記一般式(1)で表される有機リン系難燃剤(B成分)1〜100重量部、および(C)鎖延長剤(C成分)0.1〜5重量部を含有する延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物であって、MVR(300℃、2.16kgf)が5〜39cm3/10minであり、かつ本文中に定める引張試験による歪開始温度が100〜160℃の範囲である延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- C成分がカルボジイミド基含有化合物およびエポキシ基含有化合物からなる群より選ばれる少なくとも1種の鎖延長剤であることを特徴とする請求項1記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、(D)熱可塑性エラストマー(D成分)を1〜40重量部含有することを特徴とする請求項1または2記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、(E)導電剤(E成分)を1〜30重量部含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、(F)相溶化剤(F成分)を0.1〜10重量部含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、(G)離型剤(G成分)を0.05〜5重量部含有することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- A成分100重量部に対し、(H)鉱物(H成分)を0.1〜5重量部含有することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の延伸用難燃ポリエステル樹脂組成物からなる成形品。
- 成形品が延伸されていることを特徴とする請求項8記載の成形品。
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