JP2016524021A - 導電性ポリアミド組成物および物品 - Google Patents

導電性ポリアミド組成物および物品 Download PDF

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Abstract

導電性ポリアミド組成物は、特定量のポリアミド−6、ポリ(フェニレンエーテル)、タルク、水素化ブロックコポリマー、カーボンナノチューブ並びにポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を含有する。前記組成物は、ポリアミド−6,6をほとんど含まないか、または全く含まない。前記組成物は、自動車外装サイドシルパネルおよび自動車外装ドアパネルを含めた加工物品に有用である。【選択図】図2

Description

ポリアミド−6,6とポリ(フェニレンエーテル)の無充填の導電性ブレンドが、オンライン塗装能、より優れた燃費のための質量減少(スチールに対して)、耐デント性、耐衝撃性を含めた利点のために、フェンダー、ミラーシェル、燃料フィラードアなどの自動車外装部品用に長く使用されてきた。これまで、ポリアミド−6,6とポリ(フェニレンエーテル)のブレンドは、耐熱性、剛性、電気伝導率および熱膨張率に対する要求を同時に満たすブレンドを処方することが困難であることから、サイドシルパネルおよびドアパネルなどの他の自動車外装構成部品に適したものではなかった。
熱膨張率は、ガラス繊維、タルク、マイカなどの充填剤を添加することによって低減することができる。しかしながら、これらの材料を添加することで、耐衝撃性が低くなる傾向がある。導電性カーボンブラック(CCB)、単層ナノチューブ(SWNT)または多層ナノチューブ(MWNT)などの導電性炭素剤を添加することで電気伝導率を改善することができるが、その添加によって、コストが増加し、耐衝撃性が減少し、メルトフローが減少する傾向がある。Koevoetsらの欧州特許出願公開第2192156A1号には、特定量のポリフェニレンエーテル、ポリアミド、充填剤および多層ナノチューブ(「炭素繊維」)を含む組成物が記載されている。Koevoetsの出願において例示されている組成物は多くの用途に適切に機能するが、サイドシルパネルおよびドアパネルを含めた特定の自動車用途のためには、耐熱性および熱膨張率を実質的に維持しつつ、電気伝導率、剛性およびメルトフローを増加させた組成物が必要である。
1つの実施の形態は、成分を溶融混合した生成物を含む組成物であって、該成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、ポリアミド−6を40〜50質量%と、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、タルクを15〜20質量%と、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含むことを特徴とする組成物である。
別の実施の形態は、成分を溶融混合した生成物を含む組成物を含む物品であって、該成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、ポリアミド−6を40〜50質量%と、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、タルクを15〜20質量%と、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含むことを特徴とする物品である。
これらの実施の形態および他の実施の形態を、以下に詳細に説明する。
ポリ(フェニレンエーテル)含量、ポリアミドの種類およびタルク含量の関数としての曲げ弾性率のプロットである。所与のポリ(フェニレンエーテル)含量およびタルク含量において、ポリアミド−6を有する組成物は、ポリアミド−6,6を有する組成物よりも高い曲げ弾性率を有する。 ポリ(フェニレンエーテル)含量、ポリアミドの種類およびタルク含量の関数としての体積固有抵抗率のプロットである。所与のポリ(フェニレンエーテル)含量およびタルク含量において、ポリアミド−6を有する組成物は、ポリアミド−6,6を有する組成物よりも低い体積抵抗率(高い伝導率)を有する。 ポリ(フェニレンエーテル)含量、ポリアミドの種類およびタルク含量の関数としてのメルトボリュームフローレートのプロットである。所与のポリ(フェニレンエーテル)含量およびタルク含量において、ポリアミド−6を有する組成物は、ポリアミド−6,6を有する組成物よりも高いメルトフローを有する。
本発明者は、例示したKoevoetsの組成物の耐熱性および熱膨張率を実質的に維持しつつ、電気伝導率、剛性およびメルトフローが増加したプラスチック組成物を特定した。本組成物は、外装サイドシルパネルおよび外装ドアパネルを含めた成形自動車構成部品に有用である。
1つの実施の形態は、成分を溶融混合した生成物を含む組成物であって、該成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、ポリアミド−6を40〜50質量%と、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、タルクを15〜20質量%と、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含むことを特徴とする組成物である。
前記組成物は、ISO 75−2004に準拠して決定した180〜190℃の加熱撓み温度、ISO 178−2010に準拠して23℃で決定した3200〜4300MPaの曲げ弾性率、下記の実施例にて説明される通りに決定した1×10〜5×10Ω−cmの体積固有抵抗率および50〜70μm/m−℃の熱膨張率を示し得る。ある実施の形態において、前記組成物は、さらに、ISO 180−2006に準拠して23℃で決定した4〜10kJ/m、特に5〜8kJ/mのノッチ付きアイゾッド衝撃強度およびISO 1133−2011手順Bに準拠して280℃の試験温度および5kgの印加荷重を用いて決定した12〜25cm/10分、特に15〜22cm/10分のメルトボリュームフローレートを示す。
溶融混合した成分はポリアミド−6を含む。ポリアミド−6は、ナイロン−6、ポリカプロラクタムおよびCAS登録番号25038−54−4としても既知であり、広く商業上利用可能なポリマーである。ポリアミド−6は、塩酸を用いる滴定によって決定した、50〜80マイクロ当量/gのアミン末端基含量を有する。そのようなアミン末端基含量は、ポリ(フェニレンエーテル)との相溶化を促進させる。ポリアミド−6は、90%ギ酸で測定した30〜50の相対粘度も有する。そのような比較的低い粘度の値は、前記組成物のメルトフローを増加させる。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量(前記組成物の総質量と等しい)を基準として、40〜50質量%の量でポリアミド−6を含む。この範囲内で、ポリアミド−6の量は42〜47質量%となり得る。
前記組成物は、任意選択的に、最大8質量%までのポリアミド−6,6(すなわち0〜8質量%のポリアミド−6,6)を含み得る。ポリアミド−6,6は、ナイロン−6,6、ポリ(ヘキサメチレンアジパミド)およびCAS登録番号32131−17−1としても既知であり、ポリアミド−6と構造上類似しているが、下記実施例で示されているように、ポリアミド−6をベースとする本組成物の望ましい特性のバランスをもたらすものではない。ある実施の形態において、ポリアミド−6,6の量は3〜8質量%である。他の実施の形態において、ポリアミド−6,6の量は0〜1質量%である。ある実施の形態において、前記組成物はポリアミド−6,6を含まない。ある実施の形態において、前記組成物は、ポリアミド−6以外のすべてのポリアミドを合計0〜8質量%、具体的には0〜6質量%、より具体的には0〜4質量%、さらに具体的には0〜1質量%の量で含む。ある実施の形態において、前記組成物は、ポリアミド−6以外のポリアミドすべてを含まない。
ポリアミド−6に加えて、溶融混合した成分はポリ(フェニレンエーテル)を含む。適したポリ(フェニレンエーテル)としては、下式の繰り返し構造単位を含むものが挙げられる:
Figure 2016524021
式中、Zは、それぞれ独立してハロゲン、C−C12ヒドロカルビルチオ、C−C12ヒドロカルビルオキシ、少なくとも2個の炭素原子がハロゲン原子および酸素原子を隔てているC−C12ハロヒドロカルビルオキシ、または非置換もしくは置換されたC−C12ヒドロカルビルであり、但し、ヒドロカルビル基は第三級ヒドロカルビルではなく;Zは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、C−C12ヒドロカルビルチオ、C−C12ヒドロカルビルオキシ、少なくとも2個の炭素原子がハロゲン原子および酸素原子を隔てているC−C12ハロヒドロカルビルオキシ、または非置換もしくは置換されたC−C12ヒドロカルビルであり、但し、ヒドロカルビル基は第三級ヒドロカルビルではない。本明細書で使用される「ヒドロカルビル」という用語は、それ自体で用いられる場合も、接頭辞、接尾辞、又は別の用語のフラグメントとして用いられる場合も、炭素および水素のみを含有する残基を指す。該残基は、脂肪族または芳香族、直鎖、環状、二環式、分岐状、飽和または不飽和であり得る。また、該残基は、脂肪族、芳香族、直鎖、環状、二環式、分岐状、飽和および不飽和の炭化水素部分の組み合わせを含有し得る。しかしながら、該ヒドロカルビル残基が置換されたと記載されている場合、該残基は、任意選択的に、置換残基の炭素員と水素員上にヘテロ原子を含有してもよい。したがって、置換されたと具体的に記載されている場合、該ヒドロカルビル残基は、1個または複数個のカルボニル基、アミノ基、水酸基なども含有し得るか、あるいはヒドロカルビル残基の骨格内にヘテロ原子を含有し得る。一例として、Zは、末端の3、5−ジメチル−1、4−フェニル基と酸化重合触媒のジ−n−ブチルアミン成分との反応で形成されたジ−n−ブチルアミノメチル基であり得る。
ある実施の形態において、ポリ(フェニレンエーテル)は、25℃のクロロホルム中でUbbelohde粘度計で測定した、0.33〜0.46dL/gの固有粘度を有する。
ある実施の形態において、ポリ(フェニレンエーテル)は、組み込まれたジフェノキノン残基を本質的に含まない。この文脈において、「本質的に含まない」とは、ジフェノキノンの残基を含むポリ(フェニレンエーテル)分子が1質量%未満であることを意味する。Hayによる米国特許第3,306,874号に記載されているように、一価フェノールの酸化重合によるポリ(フェニレンエーテル)の合成では、所望のポリ(フェニレンエーテル)だけでなく、副生成物としてジフェノキノンも生成される。例えば、一価フェノールが2,6−ジメチルフェノールである場合、3,3’,5,5’−テトラメチルジフェノキノンが生成される。典型的には、ジフェノキノンは、重合反応混合物を加熱して末端または内部のジフェノキノン残基を含むポリ(フェニレンエーテル)を生成することによって、ポリ(フェニレンエーテル)内に「再平衡される」(すなわち、ジフェノキノンがポリ(フェニレンエーテル)の構造内に取り込まれる)。例えば、ポリ(フェニレンエーテル)を2,6−ジメチルフェノールの酸化重合で調製して、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)と3,3’,5,5’−テトラメチルジフェノキノンを生成する際、反応混合物の再平衡によって、取り込まれたジフェノキノンの末端残基および内部残基を有するポリ(フェニレンエーテル)が生成され得る。しかしながら、こうした再平衡は、ポリ(フェニレンエーテル)の分子量を低減する。したがって、より高分子量のポリ(フェニレンエーテル)が望ましい場合、ジフェノキノンをポリ(フェニレンエーテル)鎖へ再平衡させずに、ポリ(フェニレンエーテル)から分離することが望ましいものであり得る。こうした分離は、例えば、ポリ(フェニレンエーテル)は不溶だがジフェノキノンは可溶である溶媒または溶媒混合物に、ポリ(フェニレンエーテル)を沈殿させることによって実現される。例えば、トルエン中の2,6−ジメチルフェノールの酸化重合によってポリ(フェニレンエーテル)を調製して、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)と3,3’,5,5’−テトラメチルジフェノキノンを含むトルエン溶液を生成する場合、ジフェノキノンを本質的に含まないポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)が、該トルエン溶液1容積とメタノールまたはメタノール/水混合物1〜4容積を混合することによって得られる。あるいは、酸化重合中に生成されるジフェノキノン副生成物の量を(例えば、10質量%未満の一価フェノールの存在下で酸化重合を開始し、少なくとも50分の間に少なくとも95質量%の一価フェノールを添加することによって)最小化でき、かつ/または、ポリ(フェニレンエーテル)鎖へのジフェノキノンの再平衡化を(例えば、酸化重合終了後200分以内にポリ(フェニレンエーテル)を単離することによって)最小化できる。これらの方法は、Delsmanらによる米国特許第8,025,158号に記載されている。トルエン中のジフェノキノンの温度依存性溶解度を利用する代替方法では、ジフェノキノンとポリ(フェニレンエーテル)を含有するトルエン溶液の温度を、ジフェノキノンはほとんど不溶であるが、ポリ(フェニレンエーテル)は可溶である25℃の温度に調整し、不溶のジフェノキノンを固液分離(例えばろ過)によって除去できる。
ポリ(フェニレンエーテル)は、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含む。ある実施の形態において、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)は、25℃のクロロホルムで測定した、0.33〜0.46dL/gの固有粘度を有する。
ポリ(フェニレンエーテル)は、典型的にはヒドロキシ基に対してオルト位に位置するアミノアルキル含有末端基を有する分子を含み得る。また、テトラメチルジフェノキノン(TMDQ)末端基が存在することも多く、該末端基は、テトラメチルジフェノキノン副生成物が存在する2,6−ジメチルフェノール含有反応混合物から典型的に得られるものである。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量を基準として19〜27質量%の量でポリ(フェニレンエーテル)を含む。この範囲内で、ポリ(フェニレンエーテル)の量は、20〜26質量%、具体的には21〜25質量%であり得る。
ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)に加えて、溶融混合した成分はタルクを含む。タルクは含水ケイ酸マグネシウムである。ある実施の形態において、タルクは2〜5μmのメジアン粒径を有する。ある実施の形態において、タルクは接着促進剤によって表面処理されていない。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量を基準として、15〜20質量%の量でタルクを含む。この範囲内で、タルクの量は、15〜18質量%であり得る。下記実施例で実証されているように、前記組成物の調製のために、タルクを、ポリアミド−6中のマスターバッチの形態で提供することができる。
ポリアミド−6、ポリ(フェニレンエーテル)およびタルクに加えて、溶融混合した成分は、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーを含み、ここで、該水素化ブロックコポリマーは、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する。
市販の水素化ブロックコポリマーの例としては、Kraton Performance Polymers Inc.からKRATON(商標)G1701(約37質量%のポリスチレンを有する)およびKRATON(商標)G1702(約28質量%のポリスチレンを有する)として入手できるポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー;並びにKraton Performance Polymers Inc.から、KRATON(商標)G1650(約30質量%のポリスチレンを有する)およびKRATON(商標)G1651(約33質量%のポリスチレンを有する)として入手できるポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーが挙げられる。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量を基準として、7〜12質量%の量で水素化ブロックコポリマーを含む。この範囲内で、水素化ブロックコポリマーの量は、7〜11質量%、具体的に7〜10質量%であり得る。
ポリアミド−6、ポリ(フェニレンエーテル)、タルクおよび水素化ブロックコポリマーに加えて、溶融混合した成分はカーボンナノチューブを含む。カーボンナノチューブは、単層カーボンナノチューブ(SWNT)、多層カーボンナノチューブ(MWNT)またはそれらの組み合わせであり得る。カーボンナノチューブは、グラファイトのレーザー蒸着法、化学気相蒸着法、炭素アーク合成法または高圧一酸化炭素転換法(HIPCO)によって製造できる。
ある実施の形態において、カーボンナノチューブは、外径が2〜20nmのグラフェンシートを含む多層を有するMWNTを含む。MWNTは、内部の中空のコアの少なくとも一部のまわりに巻かれた少なくとも2層のグラフェン層を有する。ある実施の形態において、MWNTは2層だけのグラフェン層を有する一方で、他の実施の形態においては、MWNTは3層だけのグラフェン層を有する。2層だけのグラフェン層を有するMWNTは2層カーボンナノチューブと称され、3層だけのグラフェン層を有するMWNTは3層カーボンナノチューブと称される。一般的に、半球状のキャップがMWNTの両端を閉じているが、1個のみの半球状のキャップを有するMWNT、または両方の半球状のキャップがないMWNTを使用することが望ましいこともあり得る。
ある実施の形態において、カーボンナノチューブは、外径が0.7〜2.4nmの単一のグラフェンシートを有するSWNTを含む。SWNTが、少なくとも2000ワット毎メートル−ケルビン(W/m−K)の固有熱伝導と10ジーメンス/cm(S/cm)の電気伝導率を有することが一般的に望ましい。また、SWNTが、少なくとも80ギガパスカル(GPa)の引張り強さと、少なくとも0.5テラパスカル(TPa)の剛性を有することも一般的に望ましい。
ある実施の形態において、SWNTは、金属ナノチューブおよび半導電性ナノチューブの混合物を含む。金属ナノチューブは金属と類似した電気特性を示すものである一方で、半導電性ナノチューブは電気的に半導性である。一般的に、グラフェンシートの巻き上げ方法によって、種々のヘリカル構造のナノチューブが製造される。ジグザグナノチューブとアームチェアナノチューブが、確認された2つの可能性のある構造である。組成物に利用されるSWNTの量を最小限にするためには、組成物に使用されるSWNTの全量の大部分を金属ナノチューブで構成することが一般的に望ましい。組成物に使用されるSWNTが、SWNTの総質量の1質量%以上の量で金属ナノチューブを含むことが一般的に望ましい。ある実施の形態においては、SWNTの総質量の20質量%以上の量で金属ナノチューブを有することが望ましいが、他の実施の形態では、SWNTの総質量の30質量%以上の量で金属ナノチューブを有することが望ましい。さらなる他の実施の形態では、SWNTの総質量の50質量%以上の量で金属ナノチューブを有することが望ましい。
アスペクト比が5以上のカーボンナノチューブが一般的に使用される。ある実施の形態ではアスペクト比が100以上である一方で、他の実施の形態ではアスペクト比が1,000以上である。カーボンナノチューブは、一般的に中空の中心部を含むが、非晶質炭素で充填できる。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量を基準として、1.1〜1.7質量%の量でカーボンナノチューブを含む。この範囲内で、カーボンナノチューブの量は、1.1〜1.5質量%、具体的には1.2〜1.4質量%であり得る。
ポリアミド−6、ポリ(フェニレンエーテル)、タルク、水素化ブロックコポリマーおよびカーボンナノチューブに加えて、溶融混合した成分は、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を含む。本明細書において用いられる「相溶化剤」という用語は、ポリ(フェニレンエーテル)、ポリアミド−6またはこれらの両方と相互作用する多官能性化合物を指す。この相互作用は、化学的(例えばグラフト化)、および/または物理的(例えば分散相の表面特性に影響を及ぼす)であり得る。いずれの例においても、生じるポリアミド−6/ポリ(フェニレンエーテル)ブレンドが、特に、衝撃強さ、成型品のニットライン強度および/または引張伸びの向上によって明示される相溶性の向上を示す。本明細書において用いられる「相溶化したブレンド」という表現は、相溶化剤によって物理的および/または化学的に相溶化した組成物のみならず、例えば、相溶化が、ポリ(フェニレンエーテル)上の相溶化を促進するジブチルアミノメチル置換基に由来する場合のように、相溶化剤を用いずに相溶化されるポリ(フェニレンエーテル)とポリアミド−6のブレンドも指す。
使用できる相溶化剤の例としては、液状ジエンポリマー、エポキシ化合物、酸化ポリオレフィンワックス、キノン、有機シラン化合物、多官能性化合物、官能化(フェニレンエーテル)およびそれらの組み合わせが挙げられる。相溶化剤は、Gallucciによる米国特許第5,132,365号並びにKoevoetsらによる米国特許第6,593,411号および米国特許第7,226,963号にさらに記載されている。
ある実施の形態において、相溶化剤は多官能性化合物を含む。相溶化剤として使用できる多官能性化合物は、典型的には3つのタイプがある。第一のタイプの多官能性化合物は、分子内に、(a)炭素−炭素二重結合または炭素−炭素三重結合と、(b)少なくとも1つのカルボン酸基、無水物基、アミド基、エステル基、イミド基、アミノ基、エポキシ基、オルトエステル基またはヒドロキシ基の双方を有する。このような多官能性化合物の例としては、マレイン酸;無水マレイン酸;フマル酸;アクリル酸グリシジル;イタコン酸;アコニット酸;マレイミド;マレイン酸ヒドラジド;ジアミンと、無水マレイン酸、マレイン酸、フマル酸等とから得られる反応生成物;ジクロロマレイン酸無水物;マレイン酸アミド;不飽和ジカルボン酸(例えば、アクリル酸、ブテン酸、メタクリル酸、エチルアクリル酸、ペンテン酸、デセン酸、ウンデセン酸、ドデセン酸、リノール酸など);これら不飽和カルボン酸のエステル、酸アミドまたは無水物;不飽和アルコール(例えば、アルカノール、クロチルアルコール、メチルビニルカルビノール、4−ペンテン−1−オール、1,4−ヘキサジエン−3−オール、3−ブテン−1,4−ジオール、2,5−ジメチル−3−ヘキセン−2,5−ジオール、並びに式C2n−5OH、C2n−7OHおよびC2n−9OHのアルコール(式中、nは10〜30の正の整数である);上記の不飽和アルコールの−OH基を−NH基で置換して得られる不飽和アミン;官能化されたジエンポリマーおよびコポリマー;並びにこれらの1以上を含む組み合わせを含む。ある実施の形態において、相溶化剤は、無水マレイン酸および/またはフマル酸を含む。
多官能性相溶化剤の第二のタイプは、(a)式(OR)で表される基(式中、Rは水素、アルキル基、アリール基、アシル基またはカルボニルジオキシ基である)と(b)カルボン酸、酸ハロゲン化物、無水物、酸ハロゲン化物無水物、エステル、オルトエステル、アミド、イミド、アミノおよびこれらの各種の塩から選択される少なくとも2個の基(それぞれ同一でも異なるものでもよい)との双方を有する。このグループの相溶化剤の典型例は、次式で表される脂肪族ポリカルボン酸、酸エステルおよび酸アミドである。
Figure 2016524021
ここで、R’は、2〜20個またはより具体的には2〜10個の炭素原子を有する直鎖または分岐鎖の飽和脂肪族炭化水素であり;Rは、水素、または1〜10個、より具体的には1〜6個、さらに具体的には1〜4個の炭素原子を有するアルキル基、アリール基、アシル基もしくはカルボニルジオキシ基であり;各RIIは、独立して、水素、または1〜20個、より具体的には1〜10個の炭素原子を有するアルキル基もしくはアリール基であり;RIIIおよびRIVのそれぞれは、独立して、水素、または1〜10個、より具体的には1〜6個、さらに具体的には1〜4個の炭素原子を有するアルキル基もしくはアリール基であり;mは1に等しく、(n+s)は2以上、より具体的には2または3に等しく、nおよびsはそれぞれ0以上であり、(OR)は、カルボニル基に対してαまたはβであり、少なくとも2個のカルボニル基は、2〜6個の炭素原子によって隔てられている。当然ながら、R、RII、RIIIおよびRIVは、各置換基が6個未満の炭素原子を有する場合、アリールとはなり得ない。
適したポリカルボン酸としては、例えば、酸無水物及び酸水和物などの各種の市販形態のものを含むクエン酸、リンゴ酸、アガリシン酸および上記の1種以上の組み合わせが挙げられる。ある実施の形態において、相溶化剤はクエン酸を含む。本明細書において有用なエステルの例としては、例えば、クエン酸アセチル、クエン酸モノステアリルおよび/またはクエン酸ジステアリルなどが挙げられる。本明細書において有用な好適なアミドとしては、例えば、N,N’−ジエチルクエン酸アミド;N−フェニルクエン酸アミド;N−ドデシルクエン酸アミド;N,N’−ジドデシルクエン酸アミド;N−ドデシルリンゴ酸が挙げられる。誘導体は、アミンとの塩、並びにアルカリおよびアルカリ金属塩を含む、これらの塩である。適した塩の例としては、リンゴ酸カルシウム、クエン酸カルシウム、リンゴ酸カリウム、及びクエン酸カリウムが挙げられる。
多官能性相溶化剤の第三のタイプは、分子内に、(a)酸ハロゲン化物基と、(b)少なくとも1つのカルボン酸基、無水物基、エステル基、エポキシ基、オルトエステル基またはアミド基、好ましくはカルボン酸基または無水物基の双方を有する。このグループ内の相溶化剤の例としては、無水トリメリット酸クロリド、クロロホルミルコハク酸無水物、クロロホルミルコハク酸、クロロホルミルグルタル酸無水物、クロロホルミルグルタル酸、クロロアセチルコハク酸無水物、クロロアセチルコハク酸、トリメリット酸クロリド、及びクロロアセチルグルタル酸が挙げられる。ある実施の形態において、相溶化剤は無水トリメリット酸クロリドを含む。
上記の相溶化剤は、溶融ブレンドに直接添加することができるか、またはポリ(フェニレンエーテル)およびポリアミドのいずれかもしくは両方と予め反応させることができるのに加えて、相溶化したポリアミド−ポリ(フェニレンエーテル)ブレンドの調製に使用されるいずれの他の樹脂材料とも予め反応させることができる。上記の相溶化剤の多くによって、特に多官能性化合物によって、少なくとも一部の相溶化剤を溶融物中または適した溶媒の溶液中のいずれかにおいてポリ(フェニレンエーテル)のすべてまたは一部と予め反応させた場合に、さらに大きい相溶性の向上が見られる。このように予備反応させることで、相溶化剤をポリ(フェニレンエーテル)と反応させ、その結果、官能化させるであろうと考えられる。例えば、ポリ(フェニレンエーテル)を無水マレイン酸と予め反応させて、官能化されていないポリ(フェニレンエーテル)と比較してポリアミドとの相溶性が向上した無水物−官能化ポリ(フェニレンエーテル)を形成することができる。
ある実施の形態において、相溶化剤は、マレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、フマル酸またはそれらの組み合わせを含む。
溶融混合した成分は、溶融混合した成分の総質量を基準として0.2〜1質量%の量で相溶化剤を含む。この範囲内で、相溶化剤の量は、0.2〜0.8質量%、具体的には0.3〜0.8質量%であり得る。
溶融混合した成分は、任意選択的に、鉱油をさらに含む。存在する場合には、鉱油の量は、溶融混合した成分の総質量を基準として0.5〜1.5質量%、具体的には0.7〜1.3質量%である。
溶融混合した成分は、任意選択的に、熱可塑性物質分野において既知である1以上の添加剤をさらに含む。例えば、前記組成物は、任意選択的に、安定剤、離型剤、滑剤、加工助剤、ドリップ防止剤、核剤、紫外線ブロッカー、染料、顔料、抗酸化剤、帯電防止剤、膨張剤、金属不活性剤、アンチブロッキング剤およびそれらの組み合わせから選択される添加剤をさらに含む。存在する場合、このような添加剤は、典型的には、溶融混合した成分の総質量を基準として、5質量%以下、具体的には2質量%以下、より具体的には1質量%以下の総量で使用される。
前記組成物は、任意選択的に、本明細書において必要または任意であると記載されていない成分を含まない。例えば、前記組成物は、1以上のポリエステル;ポリオレフィン;ホモポリスチレン;ゴム修飾ポリスチレン;アルケニル芳香族化合物(スチレン等)および共役ジエン(ブタジエンおよびイソプレン等)の水素化されていないブロックコポリマー;ポリスチレン含量が28質量%未満であるか、または37質量%を超える水素化ブロックコポリマー;カルボン酸、無水物、エポキシ、オキサゾリンおよびオルトエステルから選択される1以上の部分を含み、かつ5質量%未満のアルケニル芳香族繰り返し単位を含む耐衝撃性改良剤;カーボンナノチューブ以外の導電剤;並びにタルク以外の充填剤(ガラス繊維等)を含まなくてもよい。
前記組成物は、特定された成分を溶融混合することによって形成される。溶融混合または溶融混練は、リボンブレンダー、HENSCHEL(商標)ミキサー、BANBURY(商標)ミキサー、ドラムタンブラー、単軸スクリュー押出機、二軸スクリュー押出機、多軸スクリュー押出機、コニーダーなどの通常の機器を用いて行うことができる。例えば、本組成物は、二軸押出機内で、250〜320℃、具体的には260〜310℃の温度で成分を溶融混合することによって調製することができる。
1つの実施の形態は、前記組成物を含む物品である。このような物品を形成する適した方法としては、単層および多層のシート押出、射出成形、ブロー成形、フィルム押出、異形押出、引き抜き成形、圧縮成形、熱成形、圧力成形、ハイドロフォーミングおよび真空成形が挙げられる。上述した物品成形方法の組み合わせを使用できる。ある実施の形態において、物品の成形は射出成形を含む。
前記組成物は、自動車外装サイドシルパネルおよび自動車外装ドアパネルを含めた成形自動車構成部品に特に適している。
前記組成物という面において上述したバリエーションのすべてが前記組成物を含む物品にも同様に適用される。
本明細書において開示されるすべての範囲は端点を含み、端点はそれぞれ独立して組み合わせ可能である。本明細書において開示されるそれぞれの範囲は、開示された範囲内にある任意の点又はサブ範囲の開示を構成する。
本発明は少なくとも以下の実施の形態を含む。
実施の形態1:成分を溶融混合した生成物を含む組成物であって、前記成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、
40〜50質量%のポリアミド−6と、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、タルクを15〜20質量%と、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含む成分を溶融混合した生成物を含むことを特徴とする組成物。
実施の形態2:前記ポリアミド−6が、50〜80マイクロ当量/gのアミン末端基含量と、90%ギ酸で測定された30〜50の相対粘度を有する実施の形態1の組成物。
実施の形態3:溶融混合した成分が0〜8質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態1または2の組成物。
実施の形態4:溶融混合した成分が3〜8質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態3の組成物。
実施の形態5:溶融混合した成分が0〜1質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態3の組成物。
実施の形態6:前記ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)が、25℃のクロロホルム中で測定した0.33〜0.46dL/gの固有粘度を有する実施の形態1〜5のいずれかの組成物。
実施の形態7:前記タルクが2〜5μmのメジアン粒径を有する実施の形態1〜6のいずれかの組成物。
実施の形態8:前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含む実施の形態1〜7のいずれかの組成物。
実施の形態9:前記カーボンナノチューブが2〜20nmの直径を有する多層カーボンナノチューブを含む実施の形態1〜8のいずれかの組成物。
実施の形態10:溶融混合した成分が、さらに、0.5〜1.5質量%の鉱油を含む実施の形態1〜9のいずれかの組成物。
実施の形態11:溶融混合した成分が、ポリアミド−6を42〜47質量%と、ポリ(フェニレンエーテル)を20〜26質量%と、タルクを15〜18質量%と、水素化ブロックコポリマーを7〜11質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.5質量%と、相溶化剤を0.2〜0.8質量%とを含み、前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含み、前記相溶化剤がマレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、フマル酸またはそれらの組み合わせを含む実施の形態1の組成物。
実施の形態12:成分を溶融混合した生成物を含む物品であって、前記成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、ポリアミド−6を40〜50質量%と、ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、タルクを15〜20質量%と、ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含むことを特徴とする物品。
実施の形態13:溶融混合した成分が0〜8質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態12の物品。
実施の形態14:溶融混合した成分が3〜8質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態13の物品。
実施の形態15:溶融混合した成分が0〜1質量%のポリアミド−6,6を含む実施の形態13の物品。
実施の形態16:前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含む実施の形態12〜16のいずれかの物品。
実施の形態17:溶融混合した成分が、ポリアミド−6を42〜47質量%と、ポリ(フェニレンエーテル)を20〜26質量%と、タルクを15〜18質量%と、水素化ブロックコポリマーを7〜11質量%と、カーボンナノチューブを1.1〜1.5質量%と、相溶化剤を0.2〜0.8質量%とを含み、前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含み、前記相溶化剤がマレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、フマル酸またはそれらの組み合わせを含む実施の形態12の物品。
実施の形態18:前記物品が自動車外装サイドシルパネルである実施の形態12〜17のいずれかの物品。
実施の形態19:前記物品が自動車外装ドアパネルである実施の形態12〜17のいずれかの物品。
本発明を、さらに、以下の限定的でない実施例により説明する。
[実施例1〜7、比較例1〜3]
これらの例は、ポリアミド−6をベースとした導電性組成物におけるタルクの特性効果を例証する。組成物を調製するために用いた成分を表1に要約する。
Figure 2016524021
本発明の組成物の実施例(実施例1〜7)すべてと比較組成物の例(比較例1〜7)を、それらのPPE、タルク−PA6、CNT−PA66、HF−PA6およびHF−PA66の各含有物の質量パーセンテージに関して表2に要約する。すべての組成物には、表2にリストされた成分に加えて、0.5質量%のCA、1.0質量%の鉱油および8.0質量%のSEBSも含まれていた。すべての材料を、3つの混練セクションを備えるWerner−Pfleiderer 28mm二軸長形押出機によって配合した。PPEをクエン酸、SEBSおよび鉱油のためのキャリアとして用いた。これらの成分を、まず、Henschel(商標)ミキサー内で乾燥混合し、次いで、押出機へ上流に供給した。HF−PA6またはHF−PA66と、タルク−PA6と、CNT−PA66を押出機へ下流に供給した。詳細な配合条件は次の通りである。押出機を、300rpm、11.3kg/時間(25ポンド/時間)のスループット、区域温度は区域1〜4では310℃(590°F)、区域5では299℃(570°F)、区域6〜13では266℃(510°F)、ダイでは299℃(570°F)で運転した。物理的特性を試験するための試験物品を、バレル温度302℃(575°F)、成形温度88℃(190°F)のVan Dorn 85T射出成形機で射出成形した。
特性を表2に要約する。摂氏温度で表される加熱撓み温度の値は、ISO 75−2004に準拠し、80×10×4mmの寸法の棒、試験方向フラットワイズ方向、支持スパン64mm、荷重0.45MPa、加熱速度120℃/時間、示度での撓み0.34mm、1組成物当たり3本の試験片を用いて決定した。kJ/mの単位で表されるノッチ付きアイゾッド衝撃強度の値は、ISO 180−2006に準拠し、横断面寸法が10×4mmの棒、半径タイプAノッチ、ノッチ角度45°、ノッチ下の材料深さ8mm、比較例1〜3について振り子エネルギー5.5J、実施例1〜7について振り子エネルギー1.0J、1組成物当たり10本の試験片を用いて、23℃で決定した。Jの単位で表される最大荷重におけるDynatupエネルギー値は、ASTM D3763−10に準拠し、23℃で、試験速度3.3メートル/秒、試験片の厚さ3.2mm、クランプ穴径76mm、ダーツ径12.7mm、1組成物当たり5本の試験片を用いて決定した。MPaの単位で表される引張弾性率、MPaの単位で表される引張破断応力および%の単位で表される引張破断歪の値は、ISO 527−1、ISO 527−2に準拠し、23℃で、寸法80×10×4mmの棒、ゲージ長50mm、グリップ間距離115mm、試験速度は弾性率では1mm/分、破断応力および破断歪では5mm/分、1組成物当たり5本の試験片を用いて測定した。それぞれMPaの単位で表される曲げ弾性率および曲げ強度の値は、ISO 178−2010に準拠し、23℃で、寸法80×10×4mmの棒、支持スパン64mm、試験速度2mm/分、5mmの荷重ノーズ半径および荷重サポート半径、1組成物当たり5本の試験片を用いて決定した。比重の値(単位なし)は、ASTM D792−08方法Aに準拠し、1組成物当たり1本の試験片で決定した。
Ω−cmの単位で表される体積固有抵抗率(SVR)の値は、下記の通り、23℃で決定した。引張棒をISO 3167−2002に準拠して成形した。該棒の中央の狭い部分の各末端近くに鋭く浅い切り込みを入れた。該棒を各切り込みで脆性的に破砕して該中央の狭い部分を分離し、破砕した末端部の横断面寸法を10mm×4mmとした。脆性的に破砕するために、引張棒を、例えば、ドライアイスで、−40℃のフリーザー内で、または液体窒素で冷却した。破砕した末端部間の棒の長さを測定した。試料の破砕末端部を導電性の銀ペンキで塗布して乾燥させた。マルチメータを用いて、塗布した表面のそれぞれに電極を取り付け、印加電圧500mV〜1000mVの時の抵抗を測定した。測定した抵抗値に該棒の一方の破砕面積を乗じ、さらに棒の長さで除して、体積固有抵抗率の値を得た。
Figure 2016524021
式中、rは体積固有抵抗率(Ω−cm)、Rは測定された抵抗(Ω)、Aは破砕面積(cm)、Lは試料長さ(cm)である。合計5本の試料について手順を繰り返し、5本の試料での結果を平均して、報告される体積固有抵抗率値を得た。
cm/10分の単位で表されるメルトボリュームフローレート値は、ISO 1133−2011手順Bに準拠して、試験温度280℃、印加荷重5kg、キャピラリー径2.0955mm、キャピラリー長8mm、ペレット状の試験片、110℃で16時間のコンディショニング、予熱(滞留)時間5分、1組成物当たり1回の実行で5回読み取りを行って決定した。μm/(m−℃)の単位で表される熱膨張率の値は、熱機械分析(TMA)によって、0〜60℃の間の加熱速度10℃/分、組成物当たり1個の試料を用いて決定した。
表2の結果は、本発明の実施例1〜7では、比較例1〜3と比較して、曲げ弾性率の増加、抵抗率の減少(伝導率の増加)、メルトフローの増加が見られることを示す。これらの効果を、さらに図1、図2および図3に図示し、図1は、ポリアミド−6,6に対するポリアミド−6と関連した曲げ弾性率の平均を示し、図2は抵抗率の平均を示し、図3はメルトフローの平均を示す。
Figure 2016524021
Figure 2016524021
[比較例4−7]
これらの比較例は、ポリアミド−6,6を相当な量含有する導電性組成物におけるタルクの特性効果を例証する。すべての組成物は、表2にリストされた成分に加えて、0.5質量%のCA、1.0質量%の鉱油および8.0質量%のSEBSも含む。注目すべきは、比較例4は比較例2に対応し、すべてのポリアミド−6がポリアミド−6,6に置き換えられている。また、比較例5は実施例3に対応し、タルクマスターバッチに伴うものを除くすべてのポリアミド−6に代わってポリアミド−6,6が用いられている。さらに、比較例6および7は、同様に、実施例6および7に対応し、それぞれ、タルクマスターバッチに伴うものを除くすべてのポリアミド−6に代わってポリアミド−6,6が用いられている。比較例4〜7は、すべて、対応する比較例2、実施例3、6および7よりも実質的に高い抵抗率(低い伝導率)が見られる。また、比較例4では、曲げ弾性率値が低い。
Figure 2016524021

Claims (19)

  1. 成分を溶融混合した生成物を含む組成物であって、前記成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、
    ポリアミド−6を40〜50質量%と、
    ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、
    タルクを15〜20質量%と、
    ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、
    カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と
    ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含む
    ことを特徴とする組成物。
  2. 前記ポリアミド−6が50〜80マイクロ当量/gのアミン末端基含量と、90%ギ酸で測定した30〜50の相対粘度を有する請求項1に記載の組成物。
  3. 溶融混合した成分が0〜8質量%のポリアミド−6,6を含む請求項1に記載の組成物。
  4. 溶融混合した成分が3〜8質量%のポリアミド−6,6を含む請求項3に記載の組成物。
  5. 溶融混合した成分が0〜1質量%のポリアミド−6,6を含む請求項3に記載の組成物。
  6. 前記ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)が、25℃のクロロホルム中で測定した0.33〜0.46dL/gの固有粘度を有する請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  7. 前記タルクが2〜5μmのメジアン粒径を有する請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  8. 前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含む請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  9. 前記カーボンナノチューブが直径2〜20nmの多層カーボンナノチューブを含む請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  10. 溶融混合した成分が、さらに、0.5〜1.5質量%の鉱油を含む請求項1〜5のいずれかに記載の組成物。
  11. 溶融混合した成分が、
    ポリアミド−6を42〜47質量%と、
    ポリ(フェニレンエーテル)を20〜26質量%と、
    タルクを15〜18質量%と、
    水素化ブロックコポリマーを7〜11質量%と、
    カーボンナノチューブを1.1〜1.5質量%と、
    相溶化剤を0.2〜0.8質量%と
    を含み、
    前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含み、
    前記相溶化剤は、マレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、フマル酸またはそれらの組み合わせを含む
    請求項1に記載の組成物。
  12. 成分を溶融混合した生成物を含む組成物を含む物品であって、前記成分が、溶融混合した成分の総質量を基準として、
    ポリアミド−6を40〜50質量%と、
    ポリ(2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル)を含むポリ(フェニレンエーテル)を19〜27質量%と、
    タルクを15〜20質量%と、
    ポリスチレン−ポリ(エチレン−プロピレン)ジブロックコポリマー、ポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーまたはそれらの組み合わせを含む水素化ブロックコポリマーであって、28〜37質量%のポリスチレン含量を有する水素化ブロックコポリマーを7〜12質量%と、
    カーボンナノチューブを1.1〜1.7質量%と、
    ポリアミド−6およびポリ(フェニレンエーテル)のための相溶化剤を0.2〜1質量%とを含む
    ことを特徴とする、物品。
  13. 溶融混合した成分が0〜8質量%のポリアミド−6,6を含む請求項12に記載の物品。
  14. 溶融混合した成分が3〜8質量%のポリアミド−6,6を含む請求項12に記載の物品。
  15. 溶融混合した成分が0〜1質量%のポリアミド−6,6を含む請求項12に記載の物品。
  16. 前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含む請求項12に記載の物品。
  17. 溶融混合した成分が、
    ポリアミド−6を42〜47質量%と、
    ポリ(フェニレンエーテル)を20〜26質量%と、
    タルクを15〜18質量%と、
    水素化ブロックコポリマーを7〜11質量%と、
    カーボンナノチューブを1.1〜1.5質量%と、
    相溶化剤を0.2〜0.8質量%とを含み、
    前記水素化ブロックコポリマーがポリスチレン−ポリ(エチレン−ブチレン)−ポリスチレントリブロックコポリマーを含み
    前記相溶化剤がマレイン酸、無水マレイン酸、クエン酸、フマル酸またはそれらの組み合わせを含む
    請求項12に記載の物品。
  18. 前記物品が自動車外装サイドシルパネルである請求項12〜17のいずれかに記載の物品。
  19. 前記物品が自動車外装ドアパネルである請求項12〜17のいずれかに記載の物品。
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