JP2016210988A - 熱可塑性成形材料 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱可塑性成形材料を提供する。
【解決手段】本発明は、クエン酸の少なくとも1種の塩およびジペンタエリスリトールをベースとする、熱安定化されたポリアミドベースの組成物、それらから製造することが可能な成形材料、さらにはそれらから製造することが可能な射出成形製品、ブロー成形製品、または押出し成形製品に関する。
【選択図】なし

Description

本発明は、クエン酸の少なくとも1種の塩およびジペンタエリスリトールをベースとする、熱安定化されたポリアミドベースの組成物、それらから製造することが可能な成形材料、さらにはそれらから製造することが可能な射出成形製品、ブロー成形製品、または押出し成形製品に関する。
ポリアミド、特に部分結晶性ポリアミドは、その製品寿命の間に、長期間にわたって高温に曝露される成形品のための構成原料として使用されることが多い。極めて多くの用途において、特に自動車におけるエンジンルーム用途においては、その構成原料が、付随する熱酸化的損傷に対して十分に安定であることが必要である。
ガラス繊維−強化ポリアミド66コンパウンド物が、高いレベルの熱応力にさらされる製品を製造するための自動車用構造材料として定着しており、ここで「高いレベルの熱応力」とは、180℃〜240℃の範囲の温度、特にその製品が、ターボチャージエアパイプ、吸気管、シリンダーヘッドカバー、チャージエアクーラー、またはエンジンカバーなどである場合には、今日の内燃エンジンを有する自動車のエンジンルーム内で容易に起こりうる温度を意味していると理解されたい。
近年にいたって実現された自動車エンジン性能の向上が理由で、メーカーは、それらの製品を製造するのに使用される材料に対して、より高い要求を常に課している。
ポリアミドは一般的に、長期間にわたって高温に曝露された場合、それらの機械的性質における劣化を示す。それらの現象は主として、高温におけるポリアミドへの酸化的な損傷(熱酸化的損傷)に由来している。本発明に関連して「長期間」とは100時間を超えることを意味しており、また本発明に関連して「高温」とは、80℃より高い温度を意味している。
熱可塑性成形材料およびそれらから製造される製品の熱酸化的損傷に対する安定性は、典型的には、所定の時間経過後の、ISO 527に従った引張試験における機械的物性、特に耐衝撃性、破壊応力および破断時伸びの比較、ならびに所定の温度での弾性率の比較によって評価される。
熱可塑性プラスチックであるポリアミドをベースとする成形組成物の長期間高温での熱酸化的分解は、一般的には、安定剤系を用いても防止することはできず、単に遅らせるだけのことである。高温用途においてポリアミドベースの成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に課せられた要求は、従来技術の熱安定化系では、いまだ十分には達成されていない。したがって、たとえば、従来技術の製品では、180℃〜200℃の範囲の温度での長期間の1000時間の保存の後では、耐衝撃性または破壊応力における通常初期値の50%未満への顕著な低下が経験される。
(特許文献1)にはすでに、良好な熱安定性を有する、特にクエン酸塩含有のポリアミドベースの成形材料およびそれらから製造することが可能な製品が記載されている。しかしながら、(特許文献1)に従って製造された製品の熱安定性は、常に満足なものではなかった。
国際公開第2015/011001A1号
この従来技術に鑑み、本発明が扱おうとした課題は、ポリアミドおよびそれらから製造される製品の、熱酸化的損傷に対する、および光酸化的損傷に対する安定性を改良することであった。
その課題に対する解決策および本発明の主題は、以下のものを含む組成物である:
A)少なくとも1種のポリアミドまたはコポリアミド、
B)クエン酸の少なくとも1種の塩、
C)ジペンタエリスリトール、および
D)少なくとも1種の充填剤または強化剤。
疑念を避けるために付言すれば、本発明の範囲には、一般的な項目または好ましい範囲として以下において記載されるすべての定義およびパラメーターが任意の所望の組合せで包含される。本出願に関連して、クエン酸の塩はクエン酸塩とも呼ばれ、その「塩」という用語には、一水和物および多水和物もまた包含される。標準の引用は、本明細書の出願時に有効である版を指している。
本発明における組成物は、プラスチック産業においては一般的に成形材料とも呼ばれ、成分A)〜D)、ならびに任意選択的にE)、F)およびG)を、好ましくは、ペレット化された原料として、押出し物の形態で、または粉体として加工することによって得られる。調製は、少なくとも1種の混合装置、好ましくはコンパウンダー、特に好ましくは共回転二軸スクリューエクストルーダー中で本発明の組成物を混合することによって実施される。粉体、ペレット化された原料、または押出し物の形態の本発明の組成物を製造するために、成分A)〜D)および任意選択的に少なくとも1種のさらなる成分E)、F)またはG)を混合することは、プラスチック産業においては、コンパウンディングと呼ばれることも多い。これによって、中間体の、本発明の組成物をベースとする成形材料が得られる。それらの成形材料(熱可塑性成形材料とも呼ばれる)は、成分A)、B)、C)、およびD)のみからなっていてもよく、またはそうでなければ、成分A)、B)、C)、およびD)に加えて、さらなる成分、好ましくは、以後において定義される成分E)〜G)の少なくとも1種を含んでいてもよい。
本発明はさらに、本発明の組成物とする成形材料および製品も提供し、それには、成分A)が15〜94.85重量%の範囲、成分B)が0.05〜10重量%の範囲、成分C)が0.1〜5重量%の範囲、および成分D)が5〜70重量%の範囲の量で含まれ、すべての重量パーセントの合計が常に100である。
成形材料の場合においては、成分A)、B)、C)、およびD)は、特定された範囲の量において変化させてもよく、すべての重量パーセントの合計が常に100であるようにする。成形材料およびそれらから製造することが可能な製品の場合においては、その中の成分A)、B)、C)、およびD)の比率が、40〜100重量%の範囲であるのが好ましく、残り構成成分は、その製品の後の用途に従って当業者によって選択される、好ましくは以下において定義される成分E)〜G)の少なくとも1種からの添加物質である。その成形材料に、成分A)、B)、C)、およびD)に加えて、さらなる成分、特に以下に列記される成分E)、F)および/またはG)の少なくとも1種が含まれている場合には、成分A)、B)、C)、およびD)の少なくとも1種の比率を下げて、その成形材料中のすべての重量パーセントの合計が常に100になるようにする。
好ましい実施形態においては、その組成物、さらにはその成形材料およびそれらから製造することが可能な製品には、成分B)とは異なる少なくとも1種のさらなる熱安定剤E)が、好ましくは0.03〜0.5重量%の範囲の量で含まれ、ここでその成形材料中では、成分A)、B)、C)、およびD)のうちの少なくとも1種の比率を変化させて、すべての重量パーセントの合計が100になるようにし、その熱安定剤が、ハロゲン化銅の群から選択される少なくとも1種のものである。
好ましい実施形態においては、その組成物ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品にはさらに、成分A)〜E)に加えて、少なくとも1種のアルカリ金属ハロゲン化物F)が、好ましくは0.01〜0.5重量%の範囲の量で含まれ、ここでその成形材料においては、成分A)〜E)のうちの少なくとも1種の比率を変化させて、すべての重量パーセントの合計が100になるようにする。好ましい実施形態においては、成分E)とF)は、常に同時に採用される。
好ましい実施形態においては、その組成物ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品にはさらに、成分A)〜F)に加えて、または成分E)および/またはF)に代えて、少なくとも1種のさらなる添加剤G)が、好ましくは0.05〜5重量%の範囲の量で含まれ、ここでその成形材料においては、成分A)〜F)のうちの少なくとも1種の比率を変化させて、すべての重量パーセントの合計が100になるようにする。
成分A)
成分A)として使用するためのポリアミドは、非晶性ポリアミドまたは部分結晶性ポリアミドであるのが好ましい。成分B)およびC)からなる本発明の安定剤系は、特に好ましくは高温用途で使用されるポリアミドのため、極めて特に好ましくは少なくとも180℃の融点を有する部分結晶性ポリアミドのため、または少なくとも150℃のガラス転移温度を有する非晶性ポリアミドのために採用される。
本出願に関連して使用されるポリアミドの命名法は、国際的な標準に準じたものであり、最初の数が出発ジアミン中の炭素原子の数を表し、最後の数がジカルボン酸中の炭素原子の数を表している。たとえばPA6の場合のように、数字が1つしか表記されていないのなら、このことは、その出発原料がα,ω−アミノカルボン酸か、またはそれから誘導されるラクタム、すなわち、PA6の場合であればε−カプロラクタムであったことを意味している。さらなる情報については、次の文献を参照されたい:H.Domininghaus,Die Kunststoffe und ihre Eigenschaften[Polymers and Their Properties],pages 272 ff.,VDI−Verlag,1976、およびDIN EN ISO 1874−1:2011−03。
少なくとも部分的に結晶性のポリアミド、特に好ましくは少なくともポリアミド6(PA6)[CAS No.25038−54−4]またはポリアミド66(PA66)[CAS No.32131−17−2]、特にポリアミド66が、成分A)として使用されるのが好ましい。
成分A)として使用するのに好ましいPA6およびPA66は、部分結晶性ポリアミドである。独国特許出願公開第10 2011 084 519A1号明細書によれば、部分結晶性ポリアミドは、ISO 11357に従うDSC方法で、第二加熱および溶融ピークの積分によって測定して、4〜25J/gの範囲の融解エンタルピーを有している。それとは対照的に、非晶性ポリアミドは、ISO 11357に従うDSC方法で、第二加熱および溶融ピークの積分によって測定して、4J/g未満の融解エンタルピーを有している。
1つの実施形態においては、各種のポリアミドのブレンド物もまた、成分A)として使用される。
m−クレゾール中で2.0〜4.0の範囲の相対溶液粘度を有するポリアミド6またはポリアミド66を成分A)として使用するのが、とりわけ特に好ましい。m−クレゾール中で2.6〜3.2の範囲の相対溶液粘度を有するポリアミド66を使用すれば、とりわけ極めて特に好ましい。
相対溶液粘度を測定する方法には、Ubbelohde粘度計において、溶解させたポリマーの流動時間を順々に測定することが含まれていて、ポリマーの溶液とその溶媒(この場合では、m−クレゾール(1%溶液))との間の粘度の差を求める。適用することが可能な標準は、DIN 51562;DIN ISO 1628、またはそれらに相当する標準である。本発明に関連して、その粘度測定は、DIN 51 562 part 1に従い、Ubbelohde粘度計を用い、硫酸中、25℃(±0.02℃)、キャピラリーIIを用いて実施する。
成分A)として使用するためのポリアミドは、各種の方法で製造することが可能であり、複数のモノマーから合成することもできる。ポリアミドは既存の多様な手順で得ることが可能であり、それには、所望する最終製品に応じて、各種異なったモノマー成分、目標とする分子量を達成するための各種の連鎖移動剤、さらには、後に意図している後処理のための反応性基を有するモノマーを使用することが含まれている。
本発明において好適に採用される、工業的にも適切なポリアミド製造方法は、通常、溶融状態での重縮合で進行する。本発明に関連して、重縮合には、ラクタムの加水分解的重合も包含される。
本発明において好適なポリアミドは、ジアミンとジカルボン酸とから、および/または少なくとも5個の環メンバーを有するラクタムもしくはそれに相当するアミノ酸から製造することが可能な部分結晶性ポリアミドである。考えられる反応剤は、好ましくは脂肪族および/または芳香族ジカルボン酸、特に好ましくはアジピン酸、2,2,4−トリメチルアジピン酸、2,4,4−トリメチルアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、脂肪族および/または芳香族ジアミン、特に好ましくはテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、ノナン−1,9−ジアミン、2,2,4−および2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、異性体のジアミノジシクロヘキシルメタン、ジアミノジシクロヘキシルプロパン、ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、フェニレンジアミン、キシリレンジアミン、アミノカルボン酸、特にアミノカプロン酸、またはそれに相当するラクタムである。複数の上述のモノマーからのコポリアミドも含まれる。
本発明において特に好ましいポリアミドは、カプロラクタム、極めて特に好ましくはε−カプロラクタムから(PA6の場合)、またはヘキサメチレンジアミン(HMD)とアジピン酸とから(PA66の場合)製造される。
極めて特に好ましいのはさらに、PA6、PA66をベースとするほとんどのコンパウンド物、およびポリマー鎖中でポリアミド基あたり3〜11個のメチレン基が存在している脂肪族または/および芳香族のポリアミド/コポリアミドをベースとするその他のコンパウンド物である。
成分B)
成分B)としては、少なくとも1種のアルカリ金属のクエン酸塩またはクエン酸鉄を使用するのが好ましい。好ましいアルカリ金属のクエン酸塩は、クエン酸ナトリウムもしくはクエン酸三ナトリウム[CAS No.68−04−2]、またはクエン酸カリウム[CAS No.6100−05−6]であり、特に好ましくはクエン酸三ナトリウムである。クエン酸ナトリウムの場合においては、これを、一塩基性のクエン酸ナトリウム=クエン酸二水素ナトリウム[CAS No.18996−35−5]または三塩基性のクエン酸ナトリウム二水化物[CAS No.6132−04−3]の形態で使用するのが好ましい。本出願に関連して、使用されるクエン酸鉄が、クエン酸鉄(III)アンモニウム[CAS No.1185−57−5]、またはクエン酸鉄(III)[CAS No.3522−50−7]であるのが好ましい。
成分C)
成分C)としては、ジペンタエリスリトール[CAS Nr.126−58−9]が使用される。ジペンタエリスリトールは、たとえばPerstorpから入手可能である(Dipenta 93)。
成分D)
成分D)としては、繊維状、針状、または粒状の充填剤および強化剤を使用するのが好ましい。好ましいのは以下のものである:炭素繊維、ガラスビーズ、摩砕ガラス、無定形シリカ、ケイ酸カルシウム[CAS No.1344−95−2]、メタケイ酸カルシウム[CAS No.10101−39−0]、炭酸マグネシウム[CAS No.546−93−0]、カオリン[CAS No.1332−58−7]、焼成カオリン[CAS No.92704−41−1]、チョーク[CAS No.1317−65−3]、粉体化もしくは摩砕石英[CAS No.14808−60−7]、雲母[CAS No.1318−94−1]、金雲母[CAS No.12251−00−2]、硫酸バリウム[CAS No.7727−43−7]、長石[CAS No.68476−25−5]、ウォラストナイト[CAS No.13983−17−0]、モンモリロナイト[CAS No.67479−91−8]、またはガラス繊維[CAS No.65997−17−3]。特に好ましいのはガラス繊維、特別に好ましくはEガラスのガラス繊維の使用である。好ましい実施形態においては、その繊維状または粒状の充填剤および強化剤が、成分A)との相溶性を良好とするための、適切な表面変性、特にシラン化学物質を含む表面変性を備えている。成分D)として使用するのに特に好ましいのは、円形の断面と6〜11μmの範囲のフィラメント直径とを有するガラス繊維、または非円形の断面のフラットなガラス繊維であって、その主断面軸が6〜40μmの範囲の幅を有し、かつその副断面軸が3〜20μmの範囲の幅を有する、非円形の断面のフラットなガラス繊維であり、ガラス繊維製品がこの寸法範囲に入っているかどうかは、そのガラス繊維メーカーの技術的データシートを使用して決めるべきである。たとえば、Lanxess Deutschland GmbH製のガラス繊維のCS7928(円形の断面、平均直径11μm)は、特に好適に使用することができる。本発明に関連して、断面積/フィラメント直径は、DIN 65571に従った少なくとも1種の光学的方法の手段によって求められる。光学的方法は、a)光学顕微鏡および接眼マイクロメーター(円筒の直径の距離測定)、b)光学顕微鏡およびデジタルカメラとその後の面積測定(断面測定)、c)レーザー干渉分析法、ならびにd)投影法である。
成分E)
成分E)としては、成分B)に加えて、ハロゲン化銅の群から選択される少なくとも1種の熱安定剤が使用される。少なくとも1種のハロゲン化銅(I)を使用するのが好ましく、少なくともヨウ化銅(I)[CAS No.7681−65−4]を使用するのが特に好ましい。
成分F)
成分F)としては、少なくとも1種のアルカリ金属ハロゲン化物が使用される。好ましいアルカリ金属ハロゲン化物としては以下のものが挙げられる:アルカリ金属塩化物、アルカリ金属臭化物、またはアルカリ金属ヨウ化物、特に好ましくは金属のナトリウムまたはカリウムのアルカリ金属ハロゲン化物、極めて特に好ましくは塩化ナトリウム、臭化カリウム、またはヨウ化カリウム、特別に好ましくはヨウ化カリウム[CAS No.7681−11−0]、または臭化カリウム[CAS No.7758−02−3]、特に極めて特に好ましくは臭化カリウム。
成分E)の少なくとも1種のものを、成分F)の1種のものと共に使用するのが好ましい。本発明においては、ヨウ化銅(I)を臭化カリウムと共に使用するのが好ましい。また別の実施形態においては、ヨウ化銅(I)をヨウ化カリウムと共に使用するのが好ましい。
成分G)
成分G)のさらなる添加剤としては、以下の群からの少なくとも1種の物質を使用するのが好ましい:成分B)およびE)とは別の熱安定剤、UV安定剤、ガンマ線安定剤、加水分解安定剤、帯電防止剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、加工助剤、耐衝撃性改良剤、潤滑剤、離型剤、染料、および顔料。これら、およびさらなる好適な添加剤は従来技術であり、当業者ならば、たとえば、Plastics Additives Handbook,5th Edition,Hanser−Verlag,Munich,2001,pages 80−84,546−547,688,872−874,938,966において見いだすことができる。成分(G)として使用するための添加剤は、単独で使用してもよく、または混合物/マスターバッチの形態で使用してもよい。
本発明において添加剤として使用するための、成分B)およびE)とは別の追加の熱安定剤としては、以下のものが挙げられる:好ましくは、金属ハロゲン化物または成分F)とは異なるアルカリ土類金属ハロゲン化物、好ましくは塩化カルシウムまたは塩化マンガン、立体障害フェノール、および/または亜リン酸塩、リン酸塩、好ましくはリン酸二水素二ナトリウム、ヒドロキノン、芳香族二級アミン、特にジフェニルアミン、置換されたレソルシノール、サリチレート、ベンゾトリアゾール、またはベンゾフェノン、ならびにそれらの群の各種の置換物、および/またはそれらの混合物。
本発明において添加剤として使用するためのUV−安定剤は、好ましくは、置換されたレソルシノール、サリチレート、ベンゾトリアゾール、またはベンゾフェノンである。
添加剤として使用するための耐衝撃性改良剤またはエラストマー変性剤は、コポリマーであるのが好ましく、それらが、以下のモノマー群の少なくとも2種から構成されているのが好ましい: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、そのアルコール成分中に1〜18個の炭素原子を有するアクリル系エステルまたはメタクリル系エステル。それらのコポリマーには、可溶化基、好ましくは無水マレイン酸またはエポキシドを含んでいてもよい。
本発明において添加剤として使用するための染料または顔料、硫化亜鉛は、以下のものである:好ましくは無機顔料、特に好ましくは二酸化チタン、ウルトラマリンブルー、酸化鉄、硫化亜鉛、またはカーボンブラック、およびさらには有機顔料、特に好ましくはフタロシアニン、キナクリドン、ペリレン、ならびに染料、特に好ましくはニグロシンまたは着色剤としてのアントラキノン、ならびにさらにはその他の着色剤。
本発明において添加剤として使用するための成核剤は、好ましくはフェニルホスフィン酸ナトリウムもしくはフェニルホスフィン酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、またはタルクである。成核剤としてタルク[CAS No.14807−96−6]、特に微結晶性タルクを使用するのが、特に好ましい。タルクは、化学組成Mg[Si10(OH)]を有する層状のケイ酸塩であり、それは、その変性に従って、タルク−1Aとして三斜晶形で結晶するか,またはタルク−2Mとして単斜晶系で結晶する(http://de.wikipedia.org/wiki/Talkum)。本発明において使用するためのタルクは、たとえば、Imerys Talc Group(Toulouse,France)(Rio Tinto Group)から、Mistron(登録商標)R10の名称で市販されている。
本発明において添加剤として使用するための潤滑剤および/または離型剤としては、以下のものが挙げられる:好ましくは長鎖脂肪酸、特にステアリン酸、その塩、特にステアリン酸カルシウムまたはステアリン酸亜鉛、ならびにそれらのエステル誘導体またはアミド誘導体、特にエチレンビスステアリルアミド、グリセリルトリステアレート、ステアリルステアレート、モンタンエステルワックス、特にモンタン酸とエチレングリコールとのエステル、ならびに酸化状態または非酸化状態の低分子量ポリエチレン/ポリプロピレンワックス。本発明において特に好ましい潤滑剤および/または脱型剤は、8〜40個の炭素原子を有する飽和もしくは不飽和の脂肪族カルボン酸と、2〜40個の炭素原子を有する飽和脂肪族アルコールまたはアミンとのエステルまたはアミドの群に属する。さらなる好ましい実施形態においては、本発明の組成物/成形材料には、上述の潤滑剤および/または脱型剤の混合物が含まれる。離型剤として使用するのに好適なモンタンエステルワックスは、短縮して、モンタンワックス[CAS No.8002−53−7]とも呼ばれ、28〜32個の炭素原子の範囲の鎖長を有する、直鎖で飽和のカルボン酸の混合物である。そのようなモンタンエステルワックスは、Clariant International Ltd.から、Licowax(登録商標)の名称で市販されている。本発明において特に好適に使用されるのは、ClariantからのLicowax(登録商標)E[製品ID:105199]、またはワックスの混合物、好ましくは欧州特許出願公開第2607419A1号明細書に記載されているエステルワックス、アミドワックスおよび/または鹸化ワックスの混合物である(その特許の内容はすべて参照により本発明に組み込まれるものとする)。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウムを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウムを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウム、G)モンタンエステルワックス、好ましくはLicowax Eを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA66、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウム、G)モンタンエステルワックス、好ましくはLicowax Eを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)を含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウムを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウムを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸鉄(III)、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウム、G)モンタンエステルワックス、好ましくはLicowax Eを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
本発明は、好ましくは、A)PA6、B)クエン酸ナトリウム、C)ジペンタエリスリトール、D)ガラス繊維、E)ヨウ化銅(I)、F)臭化カリウム、G)モンタンエステルワックス、好ましくはLicowax Eを含む組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品に関する。
方法
本発明はさらに、成分A)〜D)および任意選択的に成分E)、F)およびG)の少なくとも1種のものを、少なくとも1種の混合装置で適切な重量比で混合することによる、成形材料の形態の本発明の組成物およびそれらから製造することが可能な製品を製造する方法も提供する。それらの成分の混合は、220℃〜400℃の範囲の温度で、コンジョイント混和法、ブレンド法、混練加工法、押出し加工法、またはロール加工法によって実施するのが好ましい。好適な混合装置は、コンパウンダー、共回転二軸スクリューエクストルーダー、およびBussニーダーから選択される。個々の成分を予備混合しておくのも好都合である。「コンパウンド物」という用語は、追加の充填剤、強化剤、またはその他の添加剤がすでに混ぜ込まれている、原料物質の混合物を意味している。これによって、個々の原料物質が相互に溶解することにはならない。したがって、コンパウンディングでは、少なくとも2種の物質が相互に組み合わされて、均質な混合物が得られる。コンパウンディングは、原料物質の性質を用途に適合するように変化させることを目的としている。1つの特定の目標は、時間の経過にともなって起こりうる、コンパウンド物の分離を回避することである。コンパウンド物を製造するための工程が、コンパウンディングと呼ばれている。
好ましい実施形態においては、本発明による成形材料が二段プロセスで製造される。その第一工程において、成分B)を成分A)とブレンドして、予備混合物を得る。この第一工程において、その他の成分を、成分B)および成分A)と共にブレンドしてもよい。この第一の工程を、共回転二軸スクリューエクストルーダー、Bussニーダー、またはプラネタリ−ギアエクストルーダー中で実施するのが好ましい。それらの混合機は、成分B)が反応する際に発生するガス成分を排出するための、脱気機能を有しているのが好ましい。
好ましい実施形態においては、第一の工程における予備混合物に、2種の成分A)およびB)と共に、少なくとも1種の加工安定剤がさらに含まれている。好適に採用される加工安定剤としては、以下のものが挙げられる:立体障害フェノールおよび/または亜リン酸塩、リン酸塩、ヒドロキノン、芳香族二級アミン、特にジフェニルアミン、置換されたレソルシノール、サリチレート、ベンゾトリアゾール、またはベンゾフェノン、およびこれらの群の各種の置換されたもの、および/またはそれらの混合物。
第一の工程から得ることが可能な予備混合物中での成分B)の比率は、好ましくは1〜60重量%の範囲、特に好ましくは1〜30重量%の範囲、極めて特に好ましくは2〜20重量%の範囲である。
別の方法として、二軸スクリューエクストルーダー、Bussニーダー、またはその混合物を成分B)の反応温度よりも高い温度に加熱するのに適したその他の混合装置において、成分B)を適切な成分G)の物質と反応させてもよい。第一の工程において、好ましくは撹拌オートクレーブ中でバッチ法を採用することもまた可能である。
1つのまた別の好ましい実施形態においては、成分B)を、成分B)の反応速度を上昇させる1種または複数の化学物質と組み合わせて使用する。これによって、より低い温度で成分B)を反応させることが可能となる。活性剤とも呼ばれるそのような化学物質は、たとえば、米国特許第4438223号明細書に記載されている(その特許の内容はすべて参照により本発明に組み込まれるものとする)。この場合、活性化剤としては、以下の一連の群からの少なくとも1種の化学物質を採用するのが好ましい:炭酸水素ナトリウムもしくは炭酸水素カリウム、酢酸ナトリウムもしくは酢酸カリウム、炭酸ナトリウムもしくは炭酸カリウム、塩化ナトリウムもしくは塩化カリウム、臭化ナトリウムもしくは臭化カリウム、ヨウ化ナトリウムもしくはヨウ化カリウム、ロダン化ナトリウムもしくはロダン化カリウム、または安息香酸ナトリウムもしくは安息香酸カリウム。
第二の工程においては、上述の方法に従って、第一の工程からの予備混合物を残りの成分とブレンドする。
混合させた後に、次いで、成形材料の形態の組成物を、好ましくは押出し成形し、ペレット化が可能となるまで冷却し、ペレット化させる。1つの実施形態においては、本発明の組成物を含むそのペレット化された原料を、真空乾燥キャビネット中または乾燥空気ドライヤー中で、好ましくは110℃〜130℃の範囲、特に好ましくは約120℃の温度で、好ましくは2時間までの範囲の時間をかけて乾燥させてから、マトリックス材料として、射出成形操作、ブロー成形操作、または押出しプロセスにかけて、本発明の製品を製造する。
したがって本発明はさらに、製品を製造するための方法にも関し、そこでは、本発明の組成物を、ブレンドし、押出し成形して成形材料を形成させ、ペレット化が可能となるまで冷却し、ペレット化させ、およびマトリックス材料として、射出成形、ブロー成形、または押出し成形の操作、好ましくは射出成形の操作にかける。
室温で、好ましくは0℃〜40℃の範囲の温度で製造した、予備混合した成分および/または個々の成分の物理的混合物、いわゆるドライブレンド物から、いわゆる半製品を直接的に製造するのが有利となることもあり得る。本発明に関連して、半製品とは、あらかじめ作成された品目であり、製作される物品の製造プロセスにおける第一の工程で形成される。本発明に関連して、「半製品」は、バルク商品、ペレット化された原料または粉体を意味しておらず、その理由は、それらは、半製品とは違って、幾何学的に規定された固体の対象物ではなく、そのため、製作の最終物品の「半製品化」には至っていないからである。http://de.wikipedia.org/wiki/Halbzeugを参照されたい。
熱可塑性成形材料の射出成形プロセス、ブロー成形プロセス、および押出し成形プロセスは、当業者には公知である。
押出し成形または射出成形によってポリアミドベースの製品を製造するための本発明における方法は、240℃〜330℃の範囲、好ましくは260℃〜310℃の範囲、特に好ましくは270℃〜300℃の範囲の溶融温度で、任意選択的にさらに、2500bar以下の圧力、好ましくは2000bar以下の圧力、特に好ましくは1500bar以下の圧力、極めて特に好ましくは750bar以下の圧力で、実施される。
逐次共押出し法では、2種の異なった材料を連続的に、交互の順で押出し加工することが含まれる。このようにすると、押出される方向に交互に異なった材料組成物を有するプリフォームが形成される。たとえば、軟質の末端および硬質の中央部分、または一体化された軟質のゲートル領域を有する物品のように、適切な材料を選択することによって、物品の特定の部分に特に必要とされる性質を与えることができる(Thielen,Hartwig,Gust,“Blasformen von Kunststoffhohlkoerpern”,Carl Hanser Verlag,Munich 2006,pages 127−129)。
射出成形のプロセスにおいては、本発明の組成物を、好ましくはペレットの形態で含む成形材料を、加熱した円筒キャビティ内で溶融させ(すなわち,可塑化させ)、加圧下に加熱したキャビティ内に射出成形材料として射出する。その材料を冷却(固化)させてから、射出成形物を脱型する。
下記の操作に区別される。
1.可塑化/溶融
2.射出相(充填操作)
3.圧力保持相(結晶化の際の熱収縮のため)
4.脱型
これに関しては、http://de.wikipedia.org/wiki/Spritzgie%C3%9Fenを参照されたい。射出成形機には、型締めユニット、射出ユニット、駆動系および制御系が含まれる。型締めユニットには、金型のための固定および移動熱盤および端盤、さらにはタイバーおよび移動型熱盤のための駆動系(トグリング機構または油圧型締めユニット)が含まれる。
射出ユニットには、電気加熱可能なバレル、スクリューのための駆動装置(モーター、伝送)、およびスクリューおよび射出ユニットを移動させるための油圧系が含まれる。射出ユニットは、粉体/ペレット化された原料についての、溶融、計量、射出、および圧力保持(収縮のため)の機能を果たす。スクリュー内部での溶融物の逆流(漏れ流れ)の問題は、逆止め弁によって解決される。
射出成形においては、流入してくる溶融物を次いで分離および冷却することにより、作成するべき製造物品を作成する。したがって、いずれの場合においても2つ割りの金型が必要となる。射出成形においては、次のような機能系に区別される。
− ランナー系
− 成形インサート系
− ベント系
− マシンマウントおよび力吸収系
− 脱型系および移動伝送系
− 加熱系
射出成形とは対照的に、押出し成形においては、エクストルーダー中における、本発明の成形材料の、エンドレスなプラスチックス押出し物が採用され、そのエクストルーダーは、成形された熱可塑性プラスチック成形品を製造するための機械である。これについては、http://de.wikipedia.org/wiki/Extrusionsblasformenを参照されたい。一軸スクリューエクストルーダーと二軸スクリューエクストルーダーとの間、さらにそれらそれぞれの細分類の、通常の一軸スクリューエクストルーダー、輸送一軸スクリューエクストルーダー、逆方向回転二軸スクリューエクストルーダー、同方向回転二軸スクリューエクストルーダーの間には区別がある。
押出し成形設備には、エクストルーダー、金型、下流の装置、押出しブロー金型の要素が含まれる。異形材を製造するための押出し成形設備には、以下の要素が含まれる:エクストルーダー、異形材金型、検量ユニット、冷却ゾーン、キャタピラー引取りおよびローラー引取り、分離装置、および傾斜シュート。
ブロー成形(http://de.wikipedia.org/wiki/Blasformenを参照されたい)は、熱可塑性プラスチックから中空の物品を製造する方法であり、特殊な射出成形法に数えられる。ブロー成形では、上流側の操作で通常の射出成形法によって製造される、いわゆるプリフォームを必要とする。実際のブロー成形プロセスの第一の工程には、このプリフォームを加熱することが含まれる。これには、特に赤外線ランプが使用され、その理由は、それらが自動化に適しているだけではなく、高い生産性を有し、大量の熱エネルギーをその半製品中に導入できるからである。加熱をした後で、プリフォームを金型内に導入するか、または別の方法として(機械設備の構成に依存する)、金型からヒーターを外す。金型を閉めると、ボトルネックのところで長手方向の延伸が起こり、それによって、プリフォームが軸方向に保持され、それがメディアタイトな方式で固定される。次いでガスをそのプリフォーム中に導入すると、それに圧力がかかって膨張し、それによってその金型の形状が複製される。コスト的および環境的な理由から、そこで採用されガスは、多くの場合圧縮空気である。膨張させた後で、製造された中空物品をその金型内で、排出させるのに十分な剛性が得られるまで冷却させる。
本発明において、その成形材料から製造することが可能な製品は、加熱エージングに対する高い安定性が必要とされる用途で好適に採用することができ、そのような分野としては、好ましくは以下の分野が挙げられる:自動車、電気、電子、電気通信、ソーラー、情報技術、およびコンピューター産業、家電製品中、スポーツ用品中、医薬品中、またはレジャー産業中。そのような用途の中でも好ましいのは、車両中、特に好ましくは自動車中、特に自動車のエンジンルーム中の製品の使用である。したがって本発明はさらに、熱酸化的損傷および/または光酸化的損傷に対して高い安定性を有する製品、好ましくは自動車のための製品、特別に好ましくは自動車のエンジンルームのための製品を製造するための、上述の組成物を含む熱可塑性成形材料の使用にも関する。本発明による成形材料はさらに、熱酸化的安定性に加えて、光酸化的損傷に対する安定性もまた必要とされる用途/成形品または物品、好ましくはソーラー設備にも好適である。
好ましい実施形態においては、本発明によって製造することが可能な製品が、エンドレス繊維をベースとする熱安定化された複合材料(オルガノパネルとして知られている)、またはカプセル化もしくはオーバーモールド複合材料構造物の形態の半製品である。本発明の組成物/本発明の熱安定剤系は、複合材料構造物の熱可塑性プラスチックマトリックス中か、成形される成形材料中かのいずれか、またはそれら両方の構成成分中で使用することもでき、またはそれらの中に存在させることもできる。熱安定化された複合材料は、たとえば、国際公開第2011/014754A1号パンフレットに開示されており、オーバーモールド複合材料構造物は、たとえば、国際公開第2011/014751A1号パンフレットに記載されている。
本発明はさらに、繊維、フィルムまたは成形品の形態、好ましくは複合材料構造物およびオーバーモールド複合材料構造物の形態の本発明の製品を製造するための、本発明の組成物の使用にも関する。繊維、フィルム、成形品、複合材料構造物、またはオーバーモールド複合材料構造物の形態の製品は次いで、自動車、電気、電子、電気通信、情報技術、ソーラーおよびコンピューター産業のため、家電製品のため、スポーツ用品のため、医薬用途のため、またはレジャー産業のための物品における、特に好ましくは自動車のための物品における、極めて特に好ましくは自動車のエンジンルームのための物品における、半製品としての用途を見出している。
本発明はさらに、任意のタイプの繊維、フィルムまたは成形品の形態の製品を製造するための成形材料として、好ましくは、複合材料構造物およびオーバーモールド複合材料構造物を製造するためのマトリックス原料としての本発明の組成物の使用に関する。
本発明はなおさらに、クエン酸の少なくとも1種の塩およびジペンタエリスリトールからなる安定剤系、好ましくはクエン酸の少なくとも1種の塩、ジペンタエリスリトール、ヨウ化銅(I)および臭化カリウムからなる安定剤系、または好ましくはクエン酸の少なくとも1種の塩、ジペンタエリスリトール、ヨウ化銅(I)および臭化カリウムまたはヨウ化カリウムからなる安定剤系を使用することによる、ポリアミド、ならびにそれらから製造することが可能な繊維、フィルムまたは成形品、好ましくは複合材料構造物およびオーバーモールド複合材料構造物の形態の製品を熱安定化させるための方法にも関する。
本発明はなおさらに、安定剤系として、クエン酸の少なくとも1種の塩およびジペンタエリスリトール、好ましくはクエン酸の少なくとも1種の塩、ジペンタエリスリトール、ヨウ化銅(I)およびヨウ化カリウムからなる安定剤系、または、好ましくはクエン酸の少なくとも1種の塩、ジペンタエリスリトール、ヨウ化銅(I)および臭化カリウムまたはヨウ化カリウムからなる安定剤系を使用することによる、ポリアミド、ならびに、それらから製造することが可能なフィルム、繊維、または成形品、好ましくは複合材料構造物およびオーバーモールド複合材料構造物の形態の製品に対する、光酸化的損傷および/または熱酸化的損傷を低減させる方法にも関する。
本発明の組成物およびそれらから製造することが可能な成形材料の利点を、最初に10%クエン酸鉄(III)の予備混合物を製造し、次いでポリアミド成形材料を製造することにより実証した。[%]で表したすべてのデータは、重量パーセントである。
ポリアミド成形材料の製造
表1に記載した個々の成分を、Coperion Werner&Pfleiderer(Stuttgart,Germany)製のZSK 26 Compounder二軸スクリューエクストルーダー中で、約290℃の温度で混合し、水浴中に排出し、ペレット化が可能となるまで冷却し、ペレット化させた。そのペレット化した原料を、真空乾燥キャビネット中70℃で2日間かけて乾燥させた。
実施例7の手順には、最初にPA66とクエン酸鉄(III)との予備混合物を製造し、次いで成形材料を製造することが含まれていた。
10%クエン酸鉄(III)を含む予備混合物の製造
Coperion Werner&Pfleiderer(Stuttgart,Germany)製のZSK 26 Compounder二軸スクリューエクストルーダー中、約290℃の温度で、10重量%のクエン酸鉄(III)を90重量%のポリアミドPA66と混合し、水浴中に押出し、ペレット化が可能となるまで冷却し、ペレット化させる。そのペレット化した原料を、真空乾燥キャビネット中80℃で2日間かけて乾燥させた。
射出成形:
そのようにして得られたペレット化された原料を、次いで、Arburg 520 C 2000−350射出成形機を用い、材料温度290℃、金型温度80℃で成形して、試験片(ISO 528に従った180mm×10mm×4mmのダンベル形試験片、および80mm×10mm×4mmのフラットな試験片)を得た。
エージングおよび試験:
得られた試験片の一部を、23℃で、ISO 527による引張試験およびISO 180−1Uによる衝撃試験にかけた。それぞれの試験片のさらなる一部を、循環空気乾燥キャビネット内に210℃および220℃で、それぞれの場合において504時間および1008時間の両方の時間保存した。このようにしてエージングさせた試験片を、次いで冷却して再び23℃とし、上述の標準に合わせて同様に試験した。
Figure 2016210988
Figure 2016210988
使用原料:
PA66:ポリアミド66、たとえば、Vydyne(登録商標)50 BWFS(Ascend Performance Materials LLC製)
モンタンエステルワックス、たとえば、Licowax(登録商標)E(Clariant GmbH製)
ガラス繊維、たとえば、CS7928(Lanxess Deutschland GmbH製)
臭化カリウム、d99<70μm
ヨウ化銅(I)、d99<70μm
クエン酸鉄(III)[CAS No.3522−50−7]、たとえばSigma−Aldrich製
クエン酸モノナトリウム[CAS No.18996−35−5]、たとえばSigma−Aldrich製
ジペンタエリスリトール[CAS No.126−58−9]、DiPenta93(Perstorp Service GmbH製)

Claims (15)

  1. A)少なくとも1種のポリアミドまたはコポリアミド、
    B)クエン酸の少なくとも1種の塩、
    C)ジペンタエリスリトール、および
    D)少なくとも1種の充填剤または強化剤
    を含む組成物。
  2. 前記成分A)〜D)に加えて、少なくとも1種のさらなる熱安定剤E)を含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記成分A)〜E)に加えて、少なくとも1種のアルカリ金属ハロゲン化物F)を含むことを特徴とする、請求項2に記載の組成物。
  4. 前記成分A)〜F)に加えて、または成分前記E)および/またはF)に代えて、少なくとも1種のさらなる添加剤G)を含むことを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一項に記載の組成物。
  5. 熱安定剤E)として、少なくとも1種のハロゲン化銅(I)、好ましくは少なくともヨウ化銅(I)が使用されることを特徴とする、請求項2〜4のいずれか一項に記載の組成物。
  6. アルカリ金属ハロゲン化物F)として、アルカリ金属塩化物、アルカリ金属臭化物、またはアルカリ金属ヨウ化物が使用されることを特徴とする、請求項3〜5のいずれか一項に記載の組成物。
  7. 前記アルカリ金属が、ナトリウムまたはカリウムであることを特徴とする、請求項6に記載の組成物。
  8. 塩化ナトリウム、臭化カリウム、またはヨウ化カリウム、好ましくはヨウ化カリウムまたは臭化カリウム、特には臭化カリウムが使用されることを特徴とする、請求項6または7に記載の組成物。
  9. 前記成分G)のさらなる添加剤として、成分B)およびE)とは別の熱安定剤、UV安定剤、ガンマ線安定剤、加水分解安定剤、帯電防止剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、加工助剤、耐衝撃性改良剤、潤滑剤、離型剤、染料、および顔料の群からの少なくとも1種の物質が採用されることを特徴とする、請求項4〜8のいずれか一項に記載の組成物。
  10. 前記充填剤および強化剤が、繊維状、針状、または粒状の充填剤および強化剤、好ましくは炭素繊維、ガラスビーズ、摩砕ガラス、無定形シリカ、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、焼成カオリン、チョーク、粉体化もしくは摩砕石英、雲母、金雲母、硫酸バリウム、長石、ウォラストナイト、モンモリロナイト、またはガラス繊維であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の組成物。
  11. 円形の断面と6〜11μmの範囲のフィラメント直径とを有するガラス繊維、または非円形の断面のフラットなガラス繊維であって、その主断面軸が6〜40μmの範囲の幅を有し、かつその副断面軸が3〜20μmの範囲の幅を有する、非円形の断面のフラットなガラス繊維が採用され、断面積/フィラメント直径が、DIN 65571に類似の少なくとも1種の光学的方法によって求められることを特徴とする、請求項10に記載の組成物。
  12. 成分A)を15〜94.85重量%の範囲、成分B)を0.05〜10重量%の範囲、成分C)を0.1〜5重量%の範囲、および成分D)を5〜70重量%の範囲の量で含み、すべての重量パーセントの合計が常に100であることを特徴とする、請求項1に記載の組成物、ならびに成形材料およびそれらから製造することが可能な製品。
  13. 請求項1〜12のいずれか一項に記載の組成物の前記成分を適切な重量比で混合することを含むことを特徴とする、成形材料の形態の組成物およびそれらから製造することが可能な製品を製造する方法。
  14. 任意のタイプの繊維、フィルムまたは成形品の形態の製品を製造するため、好ましくは複合材料構造物およびオーバーモールド複合材料構造物を製造するための成形材料としての、請求項1〜12のいずれか一項に記載の組成物の使用。
  15. ポリアミド、およびそれらから製造することが可能な繊維、フィルムまたは成形品の形態の製品を熱安定化させる方法であって、クエン酸の少なくとも1種の塩およびジペンタエリスリトールからなる安定剤系、好ましくはクエン酸の少なくとも1種の塩、ジペンタエリスリトールおよびヨウ化銅(I)からなる安定剤系を使用することを含むことを特徴とする、方法。
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