JP2015199938A - ポリアミド樹脂組成物及び成形品 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
特に、自動車エンジン周辺の部材には、高温環境下での耐久性が要求されることから、その材料として、種々の耐熱エージング性に優れるポリアミド樹脂組成物が提案されている(例えば、特許文献1、2参照。)。
なお、本明細書中において、前記「耐熱エージング性」とは、成形品の形状を維持したまま融点以下での高温条件下で、大気雰囲気下中に長時間放置した際、実用上十分な機械的特性を保持できる特性、すなわち熱酸化に対する耐性のことをいう。
また、その他にも、燃費向上のため、過給機によるエンジンの高出力化が行われており、これに伴い、エンジンルーム内の環境温度は増々高くなる傾向がある。
従って、従来よりも高温度条件下での、長期に亘る耐熱エージング性がポリアミド樹脂組成物に求められている。
また、同様に、ポリアミド樹脂の耐熱エージング性を向上させる技術として、融点の異なる2種類のポリアミド樹脂に銅化合物及び酸化鉄を配合する技術(例えば、特許文献3参照。)、ポリアミド樹脂に微粒元素鉄を配合する技術(例えば、特許文献4参照。)、及びポリアミド樹脂に微細分散化金属粉末を配合する技術(例えば、特許文献5参照。)が開示されている。
また、ポリアミド樹脂に、ポリエチレンイミンポリマーを添加した熱可塑性成形材料に関する技術についての開示もなされている(例えば、特許文献9参照。)。
すなわち、成形品の形状を維持したまま高温条件下で長時間放置した際、実用上十分な機械的特性を保持できる、いわゆる熱酸化に対する耐性に優れたポリアミド樹脂組成物については未だ得られていない。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、
(A)ポリアミド樹脂と、
(B)アルミン酸金属塩と、
(C)ポリエチレンイミンポリマーと、
を、含有し、
Mw/Mnが2.0以上であり、
120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnが3.0以上である、
ポリアミド樹脂組成物が、優れた耐熱エージング性、すなわち融点以下での熱酸化に対する耐性に優れていることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は下記の通りである。
(A)ポリアミド樹脂と、
(B)アルミン酸金属塩と、
(C)ポリエチレンイミンポリマーと、
を、含有し、
Mw/Mnが2.0以上であり、
120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnが3.0以上である、
ポリアミド樹脂組成物。
〔2〕
前記(B)アルミン酸金属塩の含有量が、前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して0.1質量部以上である、前記〔1〕に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔3〕
前記(B)アルミン酸金属塩は、前記(A)ポリアミド樹脂に対して溶融混練により添加されたものである、前記〔1〕又は〔2〕に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔4〕
前記(B)アルミン酸金属塩がアルミン酸ナトリウムである、前記〔1〕乃至〔3〕のいずれか一に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔5〕
還元性リン化合物をさらに含有し、
前記(A)ポリアミド樹脂に対する前記還元性リン化合物の含有量が、リン元素に換算して1mmol/kg以下である、前記〔1〕乃至〔4〕のいずれか一に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔6〕
前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーを、さらに含有する、前記〔1〕乃至〔5〕のいずれか一に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔7〕
前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーがガラス繊維である、前記〔6〕に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔8〕
前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーが、
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体と前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体を、表面の少なくとも一部に有するガラス繊維である、前記〔6〕又は〔7〕に記載のポリアミド樹脂組成物。
〔9〕
前記〔1〕乃至〔8〕のいずれか一に記載のポリアミド樹脂組成物を含む、成形品。
〔10〕
前記〔1〕乃至〔8〕のいずれか一に記載のポリアミド樹脂組成物を含む、自動車部品用成形品。
以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。本発明は、その要旨の範囲内で適宜変形して実施することができる。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、
(A)ポリアミド樹脂と、
(B)アルミン酸金属塩と、
(C)ポリエチレンイミンポリマーと、
を、含有し、
Mw/Mnが2.0以上であり、
120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnが3.0以上であるものとする。
((A)ポリアミド樹脂)
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂(以下、ポリアミド樹脂、ポリアミド、(A)成分、(A)と記載する場合がある。)を含有する。
「ポリアミド樹脂」とは、主鎖に−CO−NH−(アミド)結合を有する高分子化合物を意味する。
(A)ポリアミド樹脂としては、例えば、(a)ラクタムの開環重合で得られるポリアミド、(b)ω−アミノカルボン酸の自己縮合で得られるポリアミド、(c)ジアミン及びジカルボン酸を縮合することで得られるポリアミド、並びにこれらの共重合物が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
また、(A)ポリアミド樹脂としては、上記ポリアミドの1種のみを単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
また、前記ジカルボン酸(単量体)としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アジピン酸、ピメリン酸、セバシン酸、及びドデカン二酸等の脂肪族ジカルボン酸;テレフタル酸やイソフタル酸等の芳香族ジカルボン酸;シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸が挙げられる。
これらのポリアミド樹脂を用いることにより、本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、より優れた耐熱エージング性を発揮する傾向にある。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、上記範囲で(A)ポリアミド樹脂を含有することにより、強度、耐熱性、耐薬品性、比重などに優れる傾向がある。
アミノ末端基とは、アミノ基(−NH2基)が結合したポリマー末端であり、原料のジアミンに由来する。
カルボキシル末端基とは、カルボキシル基(−COOH基)が結合したポリマー末端であり、原料のジカルボン酸に由来する。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物において、(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基濃度とカルボキシル末端基濃度との比(アミノ末端基濃度(μmol/g)/カルボキシル末端基濃度(μmol/g))は、0.2以上1.8以下であることが好ましく、0.3以上1.6以下であることが好ましく、0.4以上1.4以下であることがさらに好ましい。
前記アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度が0.2以上である場合、高い引張強度が発現する傾向にある。また、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度が1.8以下である場合、より熱滞留に安定、すなわち熱分解を防止可能なポリアミド樹脂組成物が得られる傾向にある。
なお、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は、重合時にアミンモノマー又はカルボン酸モノマーの添加量を調整することにより制御することができる。
また、末端基の濃度は、例えば、重硫酸溶媒を用いて、60℃での1H−NMR測定を行うことにより求めることができる。すなわち当該NMR測定で得られるアミノ末端基、カルボキシル末端基にそれぞれ対応するピ−クの積分値を求めることにより算出することができる。具体的には、後述する実施例に記載する方法により求めることができる。
上記硫酸相対粘度が1.8以上であることで、より機械物性に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる傾向にある。また、上記硫酸相対粘度が3.0以下であることで、より流動性・外観に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる傾向にある。
上記硫酸相対粘度は、(A)ポリアミド樹脂の重合時の圧力を調整することにより制御することができる。なお、上記硫酸相対粘度は、JIS K 6920に従う方法により測定することができる。具体的には、後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(B)アルミン酸金属塩(以下、(B)成分、(B)と記載する場合がある。)を含有する。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物において、良好な耐熱エージング性、初期強度を得る観点から、(B)アルミン酸金属塩の含有量は、上述した(A)成分100質量部に対し、0.1質量部以上が好ましく、0.3質量部以上5質量部以下がより好ましく、0.5質量部以上5質量部以下がさらに好ましく、1.0質量部以上5質量部以下がさらにより好ましく、1.3質量部以上5質量部以下がよりさらに好ましい。
(B)アルミン酸金属塩としては、以下に限定されるものではないが、例えば、アルミン酸リチウム、アルミン酸ナトリウム、アルミン酸カリウム、アルミン酸ベリリウム、アルミン酸マグネシウム、アルミン酸カルシウム、アルミン酸ストロンチウムが挙げられる。
(B)アルミン酸金属塩は、上記した中の1種のみを単独で用いてもよく、2種以上の混合物として用いてもよい。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物の生産時の安定性の観点から、アルミン酸アルカリ金属塩が好ましく、アルミン酸ナトリウムがより好ましい。
粒子径が1μm以上のアルミン酸金属塩の粒子の含有量が、全(B)成分中、20質量%以下であることにより、本実施形態のポリアミド樹脂組成物において優れた耐熱エージング性が得られる。
ここで、「アルミン酸金属塩の粒子径」とは、本実施形態のポリアミド樹脂組成物中に存在する(B)アルミン酸金属塩の粒子径である。
ポリアミド樹脂組成物中における(B)アルミン酸金属塩の粒子径は、例えば、ポリアミド樹脂組成物をギ酸に溶解させ、レーザー回折式粒度分布装置を用いることにより測定することができる。
先ず、ポリアミド樹脂組成物10gを、10mLのギ酸(和光純薬製)に溶解させる。
その溶液を、島津製作所(株)製レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD−7000)を用いて測定する。
屈折率は金属化合物に最適な値を選択する。
例えば、(B)アルミン酸金属塩がアルミン酸ナトリウムの場合、1.60−1.00iとする。
粒子径は、装置に付帯したソフトを用いて、粒子径分布を体積換算で測定して求めることができる。
(B)アルミン酸金属塩中の、粒子径1μm以上の粒子の含有量(%)は、[粒子径1μm以上の粒子の相対粒子量の積算値(%)×100/系全体の相対粒子量の積算値(%)]のようにして算出する。
一方、(A)ポリアミド樹脂の縮合重合工程で(B)アルミン酸金属塩を含有させると、(B)アルミン酸金属塩が大径化するおそれがある。
すなわち(A)ポリアミド樹脂の重合工程が完了し、(A)ポリアミド樹脂を取り出し、ポリアミド樹脂組成物の製造工程である溶融混練の段階で、(A)成分と(B)成分とを混合することが好ましい。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(C)ポリエチレンイミンポリマー(以下、(C)成分、(C)と記載する場合がある。)を含有する。
これらは一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
また、ポリエチレンイミンポリマーの作用により、アルミン酸金属塩の耐熱エージング効果が向上する、との知見を得た。
アルミン酸金属塩がポリアミドの耐熱エージング性を高めることはこれまで公知ではなく、また、ポリエチレンイミンポリマーがアルミン酸金属塩の耐熱エージング性をより向上させる作用も公知ではなかった。すなわち、アルミン酸金属塩の耐熱エージング性を高めるためにポリエチレンイミンポリマーを併用することは、当業者にとって容易ではなく、驚くべき発明であると言える。
(C)成分の含有量を0.1質量部以上とすることにより、より耐熱エージング性の向上効果が得られ、5質量部以下とすることにより、より高い生産安定性が得られる。
このような方法により得られるエチレンイミンのホモポリマーは、一般的に、第一級、第二級、第三級アミノ基を、第一級アミノ基:第二級アミノ基:第三級アミノ基=約30%:40%:30%のモル比で含有する分岐ポリマーである。アミノ基の分布は13C−NMR分光法を用いて測定することができる。
当該コモノマーとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、アルキレン基中に2〜10個のC原子を有するアルキレンジアミンが挙げられる。特に、エチレンジアミン及びプロピレンジアミンが好ましい。
前記コモノマーとしては、上記の他にさらに、例えば、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジプロピレントリアミン、トリプロピレンテトラミン、ジヘキサメチレントリアミン、アミノプロピルエチレンジアミン、及びビスアミノプロピルエチレンジアミンが挙げられる。
(C)ポリエチレンイミンポリマーの重量平均分子量は、光散乱法により測定することができる。
(C)ポリエチレンイミンポリマーの重量平均分子量は、熱安定性の観点から100以上であることが好ましく、生産安定性の観点から3000000以下であることが好ましい。
例えば、ポリアルキレングリコールと、エチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド単位2〜100とのエピクロロヒドロリン;ビスクロロヒドリンエーテル、DE−A19931720及びUS4144123中に記載されている化合物等が挙げられる。
架橋性ポリエチレンイミンの製造方法としては、上記の文献や、EP−A895521、及びEP−A25515に記載されている方法を適用できる。
グラフト剤としては、ポリエチレンイミンのアミノ基又はイミノ基と反応し得る全ての化合物が使用できる。
グラフト剤及びグラフト化ポリエチレンイミンの製造方法としては、例えばEP−A675914に記載されている方法を適用できる。
ポリエチレンイミン鎖中のアミド化窒素原子の割合に応じて、アミド化ポリマーは、所定の架橋剤により後から架橋されうる。この際、前記引き続く架橋反応のために、なお十分に第一級及び/又は第二級窒素原子を供給できるように、アミノ官能基の30%までがアミド化される。すなわち、アミド化ポリマー中において、十分な量の第一級及び/又は第二級窒素原子が存在している状態を確保するために、アミド化ポリマー中のアミノ官能基は、30%以下の割合でアミド化されていることが好ましい。
なお、カルボン酸類はアミド化により全て消費され、アミド化ポリマーにカルボン酸末端基は無く、有機酸とは明確に区別できる。
このようなポリエチレンイミンポリマーの製造方法は、本発明の技術分野の当業者に公知である。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラー(以下、(D)無機フィラー、(D)成分、(D)と記載する場合がある。)を含有することが好ましい。
(D)成分の含有量は、(A)ポリアミド樹脂100質量部に対し、5質量部以上200質量部以下とすることが好ましく、5質量部以上150質量部以下とすることがより好ましく、15質量部以上100質量部以下とすることがさらに好ましい。
上記範囲内とすることにより、本実施形態のポリアミド樹脂組成物の流動性及び外観特性が共に一層優れたものとなる傾向にある。
これらの中でも、本実施形態のポリアミド樹脂組成物の強度及び剛性を増大させる観点から、円形及び非円形断面を有するガラス繊維、フレーク状ガラス、タルク(珪酸マグネシウム)、マイカ、カオリン、ワラストナイト、酸化チタン、リン酸カルシウム、炭酸カルシウム、フッ化カルシウムが好ましい。
また、より好ましくは、ガラス繊維、ワラストナイト、タルク、マイカ、カオリンである。
さらに好ましくは、ガラス繊維である。
上述した(D)成分は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
前記ガラス繊維や炭素繊維のうち、優れた機械的特性をポリアミド樹脂組成物に付与できるという観点から、数平均繊維径が3〜30μmであって、かつ重量平均繊維長が100〜750μmであり、重量平均繊維長と数平均繊維径とのアスペクト比(重量平均繊維長を数平均繊維径で除した値)が10〜100であるものがさらに好ましい。
さらに、前記タルク、マイカ、カオリンのうち、優れた機械的特性を本実施形態のポリアミド樹脂組成物に付与できるという観点から、数平均繊維径が0.1〜3μmであるものが好ましい。
すなわち、ポリアミド樹脂組成物を電気炉に入れて、含まれる有機物を焼却処理し、残渣分から、例えば100本以上の(D)無機フィラーを任意に選択し、SEMで観察して、これらの繊維径を測定し、平均値を算出することにより数平均繊維径を求めることができる。
また、倍率1000倍のSEM写真を用いて繊維長を計測し、所定の計算式(N本の繊維長を測定した場合、重量平均繊維長=Σ(i=1→N)(N番目の繊維の繊維長)2/Σ(i=1→N)(N番目の繊維の繊維長))により重量平均繊維長を求めることができる。
前記シランカップリング剤としては、以下に限定されるものではないが、例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルメチルジメトキシシラン等のアミノシラン類;γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリエトキシシラン等のメルカプトシラン類;エポキシシラン類;ビニルシラン類が挙げられる。
シランカップリング剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。前記シランカップリング剤の中でも、樹脂との親和性の観点から、アミノシラン類がより好ましい。
集束剤とは、ガラス繊維の表面に塗布する成分であり、(D)無機フィラーは、その表面の少なくとも一部に集束剤を有していることが好ましい。
集束剤としては、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体と前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体、エポキシ化合物、ポリカルボジイミド化合物、ポリウレタン樹脂、アクリル酸のホモポリマー、アクリル酸とその他の共重合性モノマーとのコポリマー、並びにこれらの第1級、第2級及び第3級アミンとの塩等が挙げられる。
これらの集束剤は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、本実施形態のポリアミド樹脂組成物の機械的強度の観点から、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体と前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体、エポキシ化合物、ポリカルボジイミド化合物及びポリウレタン樹脂、並びにこれらの組み合わせが好ましく、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体と前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体がより好ましい。
一方、前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とは、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体とは異なる不飽和ビニル単量体をいう。
前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体としては、以下に限定されるものではないが、例えば、スチレン、α−メチルスチレン、エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソプレン、クロロプレン、2,3−ジクロロブタジエン、1,3−ペンタジエン、シクロオクタジエン、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、エチルメタクリレートが挙げられる。中でもスチレンやブタジエンが好ましい。
これらの組み合わせの中でも、無水マレイン酸とブタジエンとの共重合体、無水マレイン酸とエチレンとの共重合体、及び無水マレイン酸とスチレンとの共重合体、並びにこれらの混合物よりなる群から選択される1種以上であることがより好ましい。
前記ポリカルボジイミド化合物は、縮合度が1〜20であることが好ましく、1〜10であることがより好ましい。縮合度が1〜20の範囲内にある場合、良好な水溶液または水分散液が得られる。さらに、縮合度が1〜10の範囲内にある場合、一層良好な水溶液または水分散液が得られる。
また、前記ポリカルボジイミド化合物は、部分的にポリオールセグメントを持つポリカルボジイミド化合物であることが好ましい。部分的にポリオールセグメントを持つことにより、ポリカルボジイミド化合物は水溶化し易くなり、ガラス繊維や炭素繊維の集束剤として一層好適に使用可能となる。
イソシアネート化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、1,5−ナフタレンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4'−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネートと2,6−トリレンジイソシアネートとの混合物、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4'−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,6−ジイソプロピルフェニルイソシアネート及び1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−ジイソシアネート等が挙げられる。
そして、これらのジイソシアネート化合物をカルボジイミド化することによって、末端に2つのイソシアネート基を有するカルボジイミド化合物が得られる。これらのうち、反応性向上の観点からジシクロヘキシルメタンカルボジイミドが好適に使用可能である。
モノイソシアネート化合物としては、以下に限定されるものではないが、例えば、ヘキシルイソシアネート、フェニルイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート等が挙げられる。
上記したポリアルキレングリコールモノアルキルエーテルとしては、以下に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレングリコールモノメチルエーテル、ポリエチレングリコールモノエチルエーテル等が挙げられる。
なお、上記したモノマーのうちエステル系モノマーを1種以上有することが好ましい。
アクリル酸のポリマーの塩としては、以下に限定されるものではないが、第一級、第二級又は第三級のアミンが挙げられる。
具体的には、トリエチルアミン、トリエタノールアミンやグリシンが挙げられる。
中和度は、他の併用薬剤(シランカップリング剤など)との混合溶液の安定性向上や、アミン臭低減の観点から、20〜90%とすることが好ましく、40〜60%とすることがより好ましい。
塩を形成するアクリル酸のポリマーの重量平均分子量は、特に限定されるものではないが、3,000〜50,000の範囲であることが好ましい。ガラス繊維や炭素繊維の集束性向上の観点から、3,000以上が好ましく、本実施形態のポリアミド樹脂組成物における機械的特性向上の観点から、50,000以下が好ましい。
前記繊維ストランドをロービングとしてそのまま使用してもよく、さらに切断工程を得て、チョップドガラスストランドとして使用してもよい。
集束剤は、ガラス繊維又は炭素繊維100質量%に対し、固形分率として0.2〜3質量%相当を付与(添加)することが好ましく、より好ましくは0.3〜2質量%付与(添加)する。ガラス繊維や炭素繊維の集束を維持する観点から、集束剤の添加量が、ガラス繊維又は炭素繊維100質量%に対し、固形分率として0.2質量%以上であることが好ましい。一方、本実施形態のポリアミド樹脂組成物の熱安定性向上の観点から、集束剤の添加量は3質量%以下であることが好ましい。
また、前記ストランドの乾燥は、切断工程後に行ってもよく、またはストランドを乾燥した後に切断工程を実施してもよい。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、上述した(A)成分〜(D)成分の他、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて、さらにその他の成分を含有してもよい。
当該その他の成分としては、以下に限定されるものではないが、例えば、紫外線吸収剤、熱安定剤、光劣化防止剤、可塑剤、滑剤、離型剤、核剤、難燃剤、着色剤、染色剤や顔料、及び他の熱可塑性樹脂が挙げられる。ここで、上記したその他の成分は、それぞれ性質が大きく異なるため、各成分についての、本実施形態の効果をほとんど損なわない好適な含有率は様々である。そして、当業者であれば、上記した他の成分ごとの好適な含有率は容易に設定可能である。
なお、本実施形態のポリアミド樹脂組成物においては、(A)ポリアミド樹脂に対する還元性リン化合物の含有量は、リン元素の含有量に換算して1mmol/kg以下であることが好ましい。
(A)ポリアミド樹脂に対する還元性リン化合物の含有量が、リン元素の含有量に換算して1mmol/kg以下であることにより、(B)アルミン酸金属塩の変性が抑制されるため、より優れた耐熱エージング性を有するポリアミド樹脂組成物が得られる。
同様の観点から、(A)ポリアミド樹脂に対する還元性リン化合物の含有量は、リン元素の含有量に換算して0.3mmol/kg以下であることがより好ましく、0.1mmol/kg以下であることがさらに好ましい。
<(1)リン元素の濃度>
試料(ポリアミド樹脂組成物)を、(A)ポリアミド樹脂含有分が0.5gとなるように秤量し、濃硫酸を20mL加え、ヒーター上で湿式分解する。
冷却後、過酸化水素5mLを加え、ヒーター上で加熱し、全量が2〜3mLになるまで濃縮する。
再び冷却し、純水で500mLとする。
装置はThermo Jarrell Ash製IRIS/IPを用いて、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析により、波長213.618(Nm)にて定量する。
リン元素の濃度は、この定量値を用いて、ポリアミド樹脂106gに対するリン元素の濃度CP(モル)で表す。
<(2)還元性リン化合物(次亜リン酸イオン、亜リン酸イオン、リン酸イオン)の濃度>
試料(ポリアミド樹脂組成物)を、ポリアミド樹脂(A)含有分が50gとなるように秤量し、そこに100mLの水を加え、室温で15分間の超音波処理後ろ別し、ろ液を得た後、ヒューレットパッカード社製キャピラリー電気泳動装置(HP3D)を用いて、次亜リン酸イオン、亜リン酸イオン及びリン酸イオンの濃度(モル)比率を測定する。
濃度比率の算出は、濃度が既知の次亜リン酸イオン標準液、亜リン酸イオン標準液、リン酸イオン標準液を同様に測定してキャリブレーションカーブを作成して行う。
還元性リン化合物のリン元素に換算した濃度X=CP×(CP1+CP2)/(CP1+CP2+CP3)
CP:(1)で求めたポリアミド樹脂組成物中の(A)ポリアミド樹脂含有分106gに対するリン元素の濃度(モル)
CP1:(2)で求めた次亜リン酸イオンの濃度(モル)比率
CP2:(2)で求めた亜リン酸イオンの濃度(モル)比率
CP3:(2)で求めたリン酸イオンの濃度(モル)比率
なお、下記表3中に、後述する実施例で製造したポリアミド樹脂組成物中の(A)ポリアミド樹脂含有分106gに対するリン元素のモル濃度[mmol/kg]を示した。
なお、次亜リン酸ナトリウムはリン元素を一つ含む化合物であるため、当該次亜リン酸ナトリウムの還元性リン化合物のモル濃度は、リン元素モル濃度と同視できるものとした。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、Mw/Mnが2.0以上であり、120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnが3.0以上である。
上記熱エージング前のMw/Mnは、2.2以上であることが好ましく、2.4以上であることがより好ましい。
また、120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnは、3.2以上であることが好ましく、3.4以上であることがより好ましい。
熱エージング前及び熱エージング後のMw/Mnを上記範囲とすることにより、耐熱エージング性に優れたポリアミド樹脂組成物が得られる。
ポリアミド樹脂組成物のMw及びMnは、GPCにより測定することができ、具体的には後述する実施例に記載する方法により測定することができる。
なお、ポリアミド樹脂組成物の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)は、実質的には、(A)ポリアミド樹脂の重量平均分子量(Mw)、数平均分子量(Mn)として得られる。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物において、Mw/Mnを2.0以上にするためには、(C)ポリエチレンイミンポリマーを添加することが有効である。
また、(C)ポリエチレンイミンポリマーを添加することは、120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnを3.0以上とするために好適な方法である。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂、(B)アルミン酸金属塩、(C)ポリエチレンイミンポリマー、必要に応じて(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラー、その他の成分を混合することにより製造できる。
本実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂、(B)アルミン酸金属塩、(C)ポリエチレンイミンポリマー、必要に応じて(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラー、及びその他の成分を混合することにより製造できる。
ポリアミド樹脂組成物の製造においては、単軸又は多軸の押出機によって(A)ポリアミド樹脂を溶融させた状態で、(B)アルミン酸金属塩を混練する方法を好ましく用いることができる。
また、あらかじめ(B)アルミン酸金属塩の水溶液と(A)ポリアミド樹脂ペレットをよく撹拌して混合し、その後に水分を乾燥させる手法で調整したポリアミド樹脂ペレットとアルミン酸金属塩の混合物を、押出機の供給口から供給して溶融混練する方法を用いることができる。
(B)アルミン酸金属塩の分散性の観点から、(B)アルミン酸金属塩の添加は、単軸又は多軸の押出機によって、(A)ポリアミド樹脂を溶融させた状態で、(B)アルミン酸金属塩を混練する方法が好ましい。
また、(B)アルミン酸金属塩の分散性、生産性の観点から、(B)アルミン酸金属塩は、水溶液ではなく、固体状態で、溶融させた(A)ポリアミド樹脂に混練する方法が好ましい。
本実施形態の成形品は、上記の実施形態に係るポリアミド樹脂組成物を含む。
本実施形態の成形品は、特に限定されるものではないが、例えば、ポリアミド樹脂組成物を射出成形することにより得られる。
本実施形態における上記成形品は、以下に限定されるものではないが、例えば、自動車部品用、機械工業用、電気・電子用、産業資材用、工業材料用、日用・家庭品用等の各種部品に適用することができる。
本実施形態の成形品は、上記各種部品に優れた耐熱エージング性を有する。
なお、実施例及び比較例に係る試料を評価するための測定法は以下のとおりである。
(98%硫酸相対粘度(ηr))
後述する実施例及び比較例(以下、単に「各例」ともいう)における、(A)ポリアミド樹脂の98%硫酸相対粘度(ηr)は、JISK6920に従って測定した。
後述する実施例及び比較例における、(A)ポリアミド樹脂の末端基濃度(アミノ末端基濃度、カルボキシル末端基濃度)を、重硫酸溶媒を用いて、60℃での1H−NMR測定により求めた。
測定装置としては、日本電子(株)製のECA500を用い、(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基、カルボキシル末端基の対応ピークの積分値から末端基濃度を算出し、(アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度)を得た。
(A)ポリアミド樹脂に対する還元性リン化合物のリン元素濃度(mоl/106g)を、下記の(1)、(2)に記載する手順に従った方法により測定した。
<(1)リン元素の濃度>
試料(ポリアミド樹脂組成物)を、(A)ポリアミド樹脂の含有分が0.5gとなるように秤量し、濃硫酸を20mL加え、ヒーター上で湿式分解した。
冷却後、過酸化水素5mLを加え、ヒーター上で加熱し、全量が2〜3mLになるまで濃縮した。
再び冷却し、純水で500mLとした。
装置はThermo Jarrell Ash製IRIS/IPを用いて、高周波誘導結合プラズマ(ICP)発光分析により、波長213.618(Nm)にて定量した。
リン元素の濃度は、この定量値を用いて、(A)ポリアミド樹脂106gに対するリン元素の濃度CP(モル)で表した。
<(2)還元性リン化合物(次亜リン酸イオン、亜リン酸イオン、リン酸イオン)の濃度>
試料(ポリアミド樹脂組成物)を、(A)ポリアミド樹脂の含有分が50gとなるように秤量し、そこに100mLの水を加え、室温で15分間の超音波処理後ろ別し、ろ液を得た後、ヒューレットパッカード社製キャピラリー電気泳動装置(HP3D)を用いて、次亜リン酸イオン、亜リン酸イオン及びリン酸イオンの濃度(モル)比率を測定した。
濃度比率の算出は、濃度が既知の次亜リン酸イオン標準液、亜リン酸イオン標準液、リン酸イオン標準液を同様に測定してキャリブレーションカーブを作成して行った。
還元性リン化合物のリン元素の濃度Xは、以下の式を用いて、ポリアミド樹脂組成物中の(A)ポリアミド樹脂含有分106gに対するリン元素の濃度(モル)に換算して求めた。
CP:(1)で求めたポリアミド樹脂組成物中の(A)ポリアミド樹脂含有分106gに対するリン元素の濃度(モル)
CP1:(2)で求めた次亜リン酸イオンの濃度(モル)比率
CP2:(2)で求めた亜リン酸イオンの濃度(モル)比率
CP3:(2)で求めたリン酸イオンの濃度(モル)比率
下記表3中に、後述する実施例で製造したポリアミド樹脂組成物中の(A)ポリアミド樹脂含有分106gに対する還元性リン化合物のリン元素のモル濃度=[mmol/kg]を示した。
なお、次亜リン酸ナトリウムはリン元素を一つ含む化合物であるため、当該次亜リン酸ナトリウムの還元性リン化合物のリン元素に換算したモル濃度は、リン元素モル濃度と同視できるものとした。
後述する実施例及び比較例で製造したポリアミド樹脂組成物のペレットにより、射出成形機(PS−40E:日精樹脂株式会社製)を用いて、ISO 3167に準拠しつつ、多目的試験片(A型)の成形片を成形した。
その際、射出及び保圧の時間25秒、冷却時間15秒に設定した。
また、金型温度とシリンダー温度は、それぞれ、後述する(A)ポリアミド樹脂の製造例に記載した温度に設定した。
得られた多目的試験片(A型)を用いて、ISO 527に準拠しつつ引張速度5mm/分で引張試験を行い、引張強度(MPa)を測定した。
後述する実施例及び比較例で製造したポリアミド樹脂組成物のペレットにより、射出成形機(PS−40E:日精樹脂株式会社製)を用いて、ISO 3167に準拠しつつ、多目的試験片(A型)の成形片を成形した。
その際、射出及び保圧の時間25秒、冷却時間15秒に設定した。
また、金型温度とシリンダー温度は、それぞれ、後述する(A)ポリアミド樹脂の製造例に記載した温度に設定した。
上記により成形した多目的試験片(A型)を、熱風循環式オーブン内で、それぞれ120℃、200℃、230℃で熱老化させた。
所定の時間後、オーブンから取り出し、23℃で24時間以上冷却した後、ISO 527に準拠しつつ引張速度5mm/分で引張試験を行い、各引張強度(MPa)を測定した。
この手法により、120℃で引張強度が初期引張強度の80%となる時間(h:hour)と、200℃、230℃において引張強度が半減する時間(h:hour)を求めた。
上記により成形した多目的試験片(A型)を用い、GPC(ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー)により、Mn及びMwを測定し、Mw/Mnを算出した。
溶媒はヘキサフルオロイソプロパノールを用い、PMMA換算の値を求めた。
また、上記により成形した多目的試験片(A型)を、熱風循環式オーブン内で、120℃で熱老化させた試験片を用い、GPC(ゲルパーミエーション・クロマトグラフィー)により、Mn及びMwを測定し、Mw/Mnを算出した。
溶媒はヘキサフルオロイソプロパノールを用い、PMMA換算の値を求めた。
上記の多目的試験片(A型)を切削して、長さ80mm×幅10mm×厚さ4mmの試験片を得た。当該試験片を用いて、ISO 179に準拠しつつ、ノッチ付きシャルピー衝撃強度(kJ/m2)を測定した。
実施例及び比較例に対応する、上記記載の方法で成形した多目的試験片(A型)のb値を、日本電色社製色差計ZE−2000を用いて反射法により測定した。
実施例及び比較例に用いた原料は以下の通りである。
((A)ポリアミド樹脂)
<ポリアミド樹脂A−1(PA66)>
50質量%のヘキサメチレンジアミンとアジピン酸との等モル塩の水溶液を30kg調製し、十分撹拌した。
当該ポリアミド66の原料の水溶液(以下、単に、原料の水溶液と記載する場合がある。)を、撹拌装置を有し、かつ、下部に抜出しノズルを有する70Lのオートクレーブ中に仕込んだ。
その後、50℃の温度下で十分攪拌した。
次いで、窒素で雰囲気置換した後、撹拌しながら温度を50℃から約270℃まで昇温した。この際、オートクレーブ内の圧力を、約1.77MPaに保持するよう、水を系外に除去しながら加熱を約1時間続けた。
その後、約1時間をかけ、圧力を大気圧まで降圧し、さらに約270℃、大気圧で約1時間保持した後、撹拌を停止した。
下部ノズルからストランド状にポリマーを排出し、水冷・カッティングを行い、ペレットを得た。
<ポリアミド樹脂A−1>の98%硫酸相対粘度は2.8であった。
また、アミノ末端基濃度は46μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は72μmol/gであった。
すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.64であった。
なお、<ポリアミド樹脂A−1>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
前記原料の水溶液にアジピン酸を900g追加で添加した。その他の条件は、前記<ポリアミド樹脂A−1>と同様の製造方法により<ポリアミド樹脂A−2>を製造した。
<ポリアミド樹脂A−2>の98%硫酸相対粘度は2.2であった。また、アミノ末端基濃度は33μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は107μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.3であった。なお、<ポリアミド樹脂A−2>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
前記原料の水溶液にヘキサメチレンジアミンを900g追加で添加した。その他の条件は、前記<ポリアミド樹脂A−1>と同様の製造方法により<ポリアミド樹脂A−3>を製造した。
<ポリアミド樹脂A−3>の98%硫酸相対粘度は2.4であった。また、アミノ末端基濃度は78μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は52μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は1.5であった。なお、<ポリアミド樹脂A−3>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
特表2013−501094号公報の製造例に従い、<ポリアミド樹脂A−4(PA66/6T)>を製造した。
<ポリアミド樹脂A−4>の98%硫酸相対粘度は2.9であった。
また、アミノ末端基濃度は42μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は65μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.6であった。
なお、<ポリアミド樹脂A−4>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を290℃に設定した。
特開2011−148997号公報の製造例に従い、<ポリアミド樹脂A−5(PA610)>を製造した。
<ポリアミド樹脂A−5>の98%硫酸相対粘度は2.3であった。
また、アミノ末端基濃度は58μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は79μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.7であった。
なお、<ポリアミド樹脂A−5>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を80℃、シリンダー温度を260℃に設定した。
特開2013−40346号公報の製造例に従い、<ポリアミド樹脂A−6(PA9T)>を製造した。
<ポリアミド樹脂A−6>の98%硫酸相対粘度は2.9であった。
また、アミノ末端基濃度は42μmol/gであり、カルボキシル末端基濃度は52μmol/gであった。すなわち、アミノ末端基濃度/カルボキシル末端基濃度は0.8であった。
なお、<ポリアミド樹脂A−6>を用いたポリアミド樹脂組成物の成形においては、金型温度を120℃、シリンダー温度を330℃に設定した。
<アルミン酸ナトリウムB−1>
和光純薬工業社製のアルミン酸ナトリウムを使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−1>
和光純薬製のポリエチレンイミン(重量平均分子量 約600)を使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−2>
和光純薬製のポリエチレンイミン(重量平均分子量 約1800)を使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−3>
和光純薬製のポリエチレンイミン(重量平均分子量 約10000)を使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−4>
BASF社製のLupasol(登録商標)G20を使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−5>
BASF社製のLupasol(登録商標)G100を使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−6>
BASF社製のLupasol(登録商標)WFを使用した。
<ポリエチレンイミンポリマー C−7>
BASF社製のLupasol(登録商標)SKを使用した。
<ガラス繊維D−1>
固形分換算で、ポリウレタン樹脂を2質量%(商品名:ボンディック(登録商標)1050、大日本インキ株式会社製))、エチレン−無水マレイン酸共重合体(和光純薬工業株式会社製)を8質量%、γ−アミノプロピルトリエトキシシランを0.6質量%(商品名:KBE−903、(信越化学工業株式会社製))、潤滑剤0.1質量%(商品名:カルナウバワックス(株式会社加藤洋行製))となるように水で希釈し、全質量を100質量%に調整し、ガラス繊維集束剤を得た。
上記のガラス繊維集束剤を、溶融防糸された数平均繊維径10μmのガラス繊維に対して付着させた。
すなわち、回転ドラムに巻き取られる途中のガラス繊維に対し、所定位置に設置されたアプリケーターを用いて、上記ガラス繊維集束剤を塗布した。次いで、これを乾燥し、上記ガラス繊維集束剤で表面処理されたガラス繊維束のロービング(ガラスロービング)を得た。その際、ガラス繊維は1,000本の束となるようにした。
ガラス繊維集束剤の付着量は、0.6質量%であった。これを3mmの長さに切断して、ガラスチョップドストランドを得た。このチョップドストランドを、<ガラス繊維D−1>として使用した。
エチレン−無水マレイン酸共重合体を使用しなかった。その他の条件は、前記ガラス繊維(D−1)と同様の手法で作製したガラス繊維を、ガラス繊維(D−2)として使用した。
<次亜リン酸ナトリウム>
太平化学産業株式会社製の次亜リン酸ナトリウムを使用した。
押出機として、二軸押出機(ZSK−26MC:コペリオン社製(ドイツ))を用いた。
この二軸押出機は、上流側から1番目のバレルに上流側供給口を有し、かつ、9番目のバレルに下流側供給口を有するものである。そして、L/D(押出機のシリンダーの長さ/押出機のシリンダー径)=48(バレル数:12)となっている。
この二軸押出機において、上流側供給口からダイまでの温度を、上述の((A)ポリアミド樹脂)の項目に記載したシリンダー温度にそれぞれ設定した。
また、スクリュー回転数を300rpmに、吐出量を25kg/時間に、それぞれ設定した。
かかる条件下で、下記表1の上部に記載された割合となるように、上流側供給口より(A)ポリアミド樹脂と、(B)アルミン酸金属塩と、(C)ポリエチレンイミンポリマーと、を供給し、下流側供給口より(D)ガラス繊維を供給し、溶融混練し、ポリアミド樹脂組成物のペレットを製造した。
得られたポリアミド樹脂組成物を成形し、その成形片を用いて、Mw/Mn、120℃1000時間熱エージング後のMw/Mn、耐熱エージング性を測定した。
これらの測定結果等を下記表1に示す。
表1〜表4に記載の組成に従い、その他の条件は実施例1と同様の方法で、ポリアミド樹脂組成物を製造し、成形し、その成形片を用いて、Mw/Mn、120℃1000時間熱エージング後のMw/Mn、耐熱エージング性、ノッチ付きシャルピー衝撃強度、色調を測定した。これらの測定結果等を下記表1〜4に示す。
なお、次亜リン酸ナトリウムは押出機上流側供給口より供給した。
Claims (10)
- (A)ポリアミド樹脂と、
(B)アルミン酸金属塩と、
(C)ポリエチレンイミンポリマーと、
を、含有し、
Mw/Mnが2.0以上であり、
120℃で1000時間熱エージングした後のMw/Mnが3.0以上である、
ポリアミド樹脂組成物。 - 前記(B)アルミン酸金属塩の含有量が、前記(A)ポリアミド樹脂100質量部に対して0.1質量部以上である、請求項1に記載のポリアミド樹脂組成物。
- 前記(B)アルミン酸金属塩は、前記(A)ポリアミド樹脂に対して溶融混練により添加されたものである、請求項1又は2に記載のポリアミド樹脂組成物。
- 前記(B)アルミン酸金属塩がアルミン酸ナトリウムである、請求項1乃至3のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
- 還元性リン化合物をさらに含有し、
前記(A)ポリアミド樹脂に対する前記還元性リン化合物の含有量が、リン元素に換算して1mmol/kg以下である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。 - 前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーを、さらに含有する、請求項1乃至5のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物。
- 前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーがガラス繊維である、請求項6に記載のポリアミド樹脂組成物。
- 前記(D)アルミン酸金属塩を除く無機フィラーが、
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体と前記カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体を除く不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体を、表面の少なくとも一部に有するガラス繊維である、請求項6又は7に記載のポリアミド樹脂組成物。 - 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物を含む、成形品。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のポリアミド樹脂組成物を含む、自動車部品用成形品。
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