JP2017061648A - ポリアセタール樹脂組成物及びその成形体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】(A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が15を超えて100mmol/kg以下であり、かつ、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含む、ポリアセタール樹脂組成物。
【選択図】なし
Description
特に、耐久性が要求される自動車用部品には、無機充填剤で強化されたポリアセタール樹脂組成物が用いられる。耐久性とは、例えば、一定応力下での破断寿命が長いことを意味し、耐クリープ性ともいう。
特許文献1には、優れた機械的強度を達成する目的で、ポリアセタール樹脂と、ガラス系無機充填材とを含むポリアセタール樹脂組成物が開示されているほか、ポリアセタール樹脂の分子中に50〜2000mmol/kgの水酸基を有する変性ポリアセタール樹脂を配合することが開示されている。
特許文献2には、優れた機械的特性を有し、低ホルムアルデヒド排出を達成する目的で、15mmol/kgを超える末端OH基を有する、少なくとも1種のポリオキシメチレンと、少なくとも1種のカップリング剤、少なくとも1種の強化繊維、任意に少なくとも1種のホルムアルデヒド補足剤を含む組成が開示されている。
高性能化としては、具体的には、機械的強度、耐久性の向上及び摺動性の保持が挙げられる。また、耐久性としては、より高負荷の条件下での性能が求められている。取扱いの容易化としては、具体的には、成形流動性が挙げられる。
しかし、単純にポリアセタール樹脂の末端水酸基を増加させても、短期的な評価である機械的強度は得られるものの、長期的な評価である耐久性の飛躍的な向上は得られにくい。
特許文献1、2に開示されるような、従来のポリアセタール樹脂組成物では、高負荷下での耐久性を満足することは出来なかった。
本発明が解決しようとする課題は、高性能化(機械的強度、高負荷下での耐久性、摺動性)及び取扱いの容易化を両立することが可能な樹脂組成物を提供することである。
[1]
(A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が15を超えて100mmol/kg以下であり、かつ、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含むポリアセタール樹脂組成物。
[2]
前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤の酸成分がカルボン酸である、[1]記載のポリアセタール樹脂組成物。
[3]
前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤の酸成分がアクリル酸である、[1]または[2]に記載のポリアセタール樹脂組成物。
[4]
前記(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、さらに(C)ホルムアルデヒド捕捉剤を0.01〜5質量部含む、[1]〜[3]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。
[5]
前記(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、さらに(D)耐候剤を0.01〜5質量部含む、[1]〜[4]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。
[6]
前記(A)ポリアセタール樹脂がブロック成分を含む、[1]〜[5]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。
[7]
前記ブロック成分が水素添加ポリブタジエン成分である、[6]に記載のポリアセタール樹脂組成物。
[8]
[1]〜[7]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物を含む成形体。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が15を超えて100mmol/kg以下であり、かつ、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含む、ポリアセタール樹脂組成物である。
また、該濃度が100以下であることで、成形時の分解を抑えることができ、ガスの発生抑制による作業環境保持や、成形体の外観向上が可能となる。
下限値は、好ましくは15.2、より好ましくは15.4mmol/kgである。上限値は、好ましくは60、より好ましくは50、さらに好ましくは40、もっとも好ましくは30mmol/kgである。
該含有量が10質量部以上であることにより、機械的強度や耐久性が向上する。
また、該含有量が100質量部以下であることにより、成形時においてガラス系充填材同士の接触によるガラス系充填材の破壊を抑制することができる。このため、機械的強度や耐クリープ性が向上する。さらに、該含有量が100質量部以下であることにより、安定した成形を行うことができ、成形体の外観不良を抑制することができる。
該含有量の下限値は、好ましくは12質量部であり、より好ましくは15質量部であり、さらに好ましくは20質量部であり、よりさらに好ましくは25質量部である。
該含有量の上限値は、好ましくは90質量部であり、より好ましくは80質量部であり、さらに好ましくは75質量部であり、よりさらに好ましくは70質量部である。
所望の末端OH基濃度を有する(A)ポリアセタール樹脂と、サイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含むガラス系充填材、との組み合わせにより、従来ではなしえなかった飛躍的な機械的強度、耐久性の向上と、成形性の両立を達成することができる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において使用することができる(A)ポリアセタール樹脂(以下、(A)成分と記載することがある。)について、以下、詳細に説明する。
本実施形態において使用可能な(A)ポリアセタール樹脂としては、ポリアセタールホモポリマー、ポリアセタールコポリマー、架橋構造を有するポリアセタールコポリマー、ブロック成分を有するホモポリマーベースのブロックコポリマー、及びブロック成分を有するコポリマーベースのブロックコポリマーが挙げられる。
(A)ポリアセタール樹脂は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(A)ポリアセタール樹脂として、例えば、分子量の異なる組み合わせや、コモノマー量の異なるポリアセタールコポリマーの組み合わせ等も適宜使用可能である。
本実施形態においては、(A)ポリアセタール樹脂として、ブロックコポリマーを含むことが好ましい。
水酸基を含有する物質として、特に限定するものではないが、水、アルコール、多価アルコール、ジオール、トリオール等が挙げられる。アルコール、多価アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ペプタノール、オクタノール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、オレイルアルコール、リノリルアルコール等が挙げられる。また、ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、その他ポリジオール等が挙げられる。
ポリアセタールコポリマーとして、ホルムアルデヒドの単量体及び/又はホルムアルデヒドの環状オリゴマーと、単官能グリシジルエーテルとを、共重合させて得られる分岐を有するポリアセタールコポリマー、並びに、多官能グリシジルエーテルとを共重合させて得られる架橋構造を有するポリアセタールコポリマーを用いることもできる。
ポリアセタールコポリマーは、ポリアセタールの繰り返し構造単位とは異なる異種のブロックを有するブロックコポリマーであってもよい。
R3は、アルキル基、置換アルキル基、アリール基及び置換アリール基からなる群より選ばれる1種を示す。
mは1〜6の整数を示し、1〜4の整数が好ましい。
nは1〜10000の整数を示し、10〜2500の整数が好ましい。
上記式(1)で表されるブロック成分は、アルコールのアルキレンオキシド付加物から水素原子を脱離した残基であり、上記式(2)で表されるブロック成分は、カルボン酸のアルキレンオキシド付加物から水素原子を脱離した残基である。
式(1)又は(2)で表されるブロック成分を有するポリアセタールホモポリマーは、例えば、特開昭57−31918号公報に記載の方法で調製できる。
pは2〜6の整数を示し、2つのpは各々同一であっても異なっていてもよい。
q及びrはそれぞれ正の数を示し、qとrとの合計を100モル%とする場合に、qは2〜100モル%、rは0〜98モル%であり、−(CH(CH2CH3)CH2)−単位及び−(CH2CH2CH2CH2)−単位はそれぞれランダム又はブロックで存在する。
ブロックコポリマー中における式(1)、(2)又は(3)で表されるブロック成分の挿入量は特に限定されないが、ブロックコポリマーを100質量%としたとき、例えば、0.001質量%以上30質量%以下である。
成形体の曲げ弾性率を低下させない観点から、該ブロック成分の挿入量は30質量%以下とすることが好ましく、成形体の引張強度の観点から該ブロック成分の挿入量は0.001質量%以上であることが好ましい。
該ブロック成分の挿入量の下限値は、より好ましくは0.01質量%であり、さらに好ましくは0.1質量%であり、よりさらに好ましくは1質量%である。
該ブロック成分の挿入量の上限値は、より好ましくは15質量%であり、さらに好ましくは10質量%であり、よりさらに好ましくは8質量%である。
該ブロック成分の分子量の下限値は特に限定されないが、100以上であることが、安定した摺動性を維持し続ける観点から好ましい。
ABA型ブロックコポリマーとは、式(3)で表されるブロック成分を有するブロックコポリマーであり、具体的には、ポリアセタールセグメントA(以下、Aと記す。)と、両末端がヒドロキシアルキル化された水素添加ポリブタジエンセグメントB(以下、Bと記す。)を、A−B−Aの順で構成させたブロックコポリマーのことを意味する。
式(1)、式(2)又は式(3)で表されるブロック成分を有するポリアセタールコポリマーは、例えば、国際公開第2001/09213号に開示されたポリアセタールブロックコポリマーが挙げられ、該公報に記載の方法により調製できる。
ブロックコポリマーとしてABA型ブロックコポリマーを用いることで、(B)ガラス系充填材の表面との接着性が向上する傾向にある。その結果、成形体の引張破壊応力及び曲げ弾性率を増大させることが可能となる傾向にある。
該ブロックコポリマーの比率の下限値は、より好ましくは10質量%であり、さらに好ましくは20質量%であり、よりさらに好ましくは、25質量%である。
該ブロックコポリマーの比率の上限値は、より好ましくは90質量%であり、さらに好ましくは80質量%であり、よりさらに好ましくは75質量%である。
本実施形態の樹脂組成物における、当該ブロックコポリマーの比率は、1H−NMRや13C−NMR等により測定することができる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において使用することができる(B)ガラス系充填材(以下、(B)成分と記載することがある。)としては、特に限定されないが、ガラス繊維、ガラスビーズ、及びガラスフレーク等が挙げられる。
ガラス繊維としては、例えば、チョップドストランドガラス繊維、ミルドガラス繊維、ガラス繊維ロービング等が挙げられる。中でも、チョップドストランドガラス繊維が、取扱い性及び成形体の機械的強度の観点から好ましい。
(B)ガラス系充填材は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
チョップドストランドガラス繊維の場合、平均繊維径は、例えば、7μm以上15μm以下である。
該平均繊維径が上記範囲内にあることで、成形体の表面が平滑となり、摺動性の低下を抑制することができる。また、成形体の耐クリープ性を高めることができるとともに、成形時の金型表面の削れ等を防止することができる。
該平均繊維径の下限値は、好ましくは8μmであり、より好ましくは9μmである。
該平均繊維径の上限値は、好ましくは14μmであり、より好ましくは12μmである。
ガラス繊維は、繊維径の異なるガラス繊維を2種以上ブレンドして用いてもよい。
サイジング剤としては、具体的には、少なくとも1種の酸成分を有するサイジング剤を含む。
酸成分としては、例えば、カルボン酸含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸含有不飽和ビニル単量体以外の不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体以外の不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体等が挙げられる。中でも、カルボン酸含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸含有不飽和ビニル単量体以外の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用いることがより好ましい。
サイジング剤は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、ウレタン樹脂やエポキシ樹脂等の一般的なサイジング剤と併用してもよい。
特にカルボン酸含有不飽和ビニル単量体として、アクリル酸を用いることで、機械的強度、耐久性をより向上させることができる。
カルボン酸含有不飽和ビニル単量体は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体として、具体的には、マレイン酸又はイタコン酸の無水物等が挙げられる。
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体は、1種を単独でも用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、本実施形態において「(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含む」とは、(B)ガラス系充填材の表面が少なくとも1種の酸成分によって変性されていることを意味する。
なお、(A)ポリアセタール樹脂と、(B)ガラス系充填材の混練押出後のペレットを用いても同様に、酸成分を検出することができる。
カップリング剤は特に限定されず、公知のものを用いることができる。
カップリング剤としては、具体的には、有機シラン化合物、有機チタネート化合物、有機アルミネート化合物等が挙げられる。
カップリング剤は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
中でも、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピルメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、及びγ−グリシドキシプロピルメトキシシランが好ましい。ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシシラン及びγ−アミノプロピルトリエトキシシランが、経済性と樹脂組成物の熱安定性の観点より好ましい。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(C)ホルムアルデヒド捕捉剤を含むことが好ましい。(C)ホルムアルデヒド捕捉剤としては、具体的には、メラミン、ポリアミド系樹脂等のホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、無機酸塩、カルボン酸塩、ヒドラジド化合物等が挙げられる。
より具体的には、前記ホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体は、ホルムアルデヒドと反応可能な窒素原子を分子内に有する重合体又は化合物(単量体)である。
また、ホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体としては、アクリルアミド及びその誘導体、アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとの共重合体が挙げられる。例えば、アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとを金属アルコラートの存在下で重合して得られたポリ−β−アラニン共重合体が挙げられる。
さらに、ホルムアルデヒド反応性窒素を有する重合体又は化合物としては、アミド化合物、アミノ置換トリアジン化合物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの付加物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、尿素、尿素誘導体、イミダゾール化合物、イミド化合物も挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物の具体例としては、2,4−ジアミノ−sym−トリアジン、2,4,6−トリアミノ−sym−トリアジン、N−ブチルメラミン、N−フェニルメラミン、N,N−ジフェニルメラミン、N,N−ジアリルメラミン、ベンゾグアナミン(2,4−ジアミノ−6−フェニル−sym−トリアジン)、アセトグアナミン(2,4−ジアミノ−6−メチル−sym−トリアジン)、2,4−ジアミノ−6−ブチル−sym−トリアジンが挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの付加物の具体例としては、N−メチロールメラミン、N,N'−ジメチロールメラミン、N,N',N"−トリメチロールメラミンが挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの縮合物の具体例としては、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物が挙げられる。
前記N−置換尿素の具体例としては、アルキル基等の置換基が置換したメチル尿素、アルキレンビス尿素、アリール置換尿素が挙げられる。
前記尿素縮合体の具体例としては、尿素とホルムアルデヒドとの縮合体が挙げられる。
前記ヒダントイン化合物の具体例としては、ヒダントイン、5,5−ジメチルヒダントイン、5,5−ジフェニルヒダントインが挙げられる。
前記ウレイド化合物の具体例としては、アラントインが挙げられる。
前記イミド化合物の具体例としては、スクシンイミド、グルタルイミド、フタルイミドが挙げられる。
これらのホルムアルデヒド反応性窒素を有する重合体又は化合物は、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。
ヒドラジド化合物としては、窒素原子間の単結合を有するヒドラジン構造(N−N)を有するものであれば、特に限定されず、公知のものを使用できる。
例えば、ヒドラジン;ヒドラジン水和物;コハク酸モノヒドラジド、グルタル酸モノヒドラジド、アジピン酸モノヒドラジド、ピメリン酸モノヒドラジド、スペリン酸モノヒドラジド、アゼライン酸モノヒドラジド、セバシン酸モノヒドラジド等のカルボン酸モノヒドラジド;蓚酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スペリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド等の飽和脂肪族カルボン酸ジヒドラジド;
マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジド等のモノオレフィン性不飽和ジカルボン酸のジヒドラジド;イソフタル酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、2,6−ナフタレンジカルボジヒドラジド等の芳香族カルボン酸ジヒドラジド;ピロメリット酸のジヒドラジド;トリマー酸トリヒドラジド、シクロヘキサントリカルボン酸トリヒドラジド、ベンゼントリカルボン酸トリヒドラジド、ニトリロトリ酢酸トリヒドラジド、クエン酸トリヒドラジド等のトリヒドラジド;
ピロメリット酸テトラヒドラジド、ナフトエ酸テトラヒドラジド、エチレンジアミンテトラ酢酸テトラヒドラジド、1,4,5,8−ナフトエ酸テトラヒドラジド等のテトラヒドラジド;カルボン酸低級アルキルエステル基を有する低重合体をヒドラジン又はヒドラジン水化物(ヒドラジンヒドラート)と反応させることにより得られるポリヒドラジド等のポリヒドラジド;
炭酸ジヒドラジド;ビスセミカルバジド;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のジイソシアネート及びそれらから誘導されるポリイソシアネート化合物にN,N−ジメチルヒドラジン等のN,N−置換ヒドラジン及び/又は上記例示のヒドラジドを過剰に反応させて得られる多官能セミカルバジド;
上記ポリイソシアネート化合物とポリエーテルポリオール類又はポリエチレングリコールモノアルキルエーテル類等の親水性基を含む活性水素化合物との反応物中のイソシアネート基に、上記のいずれかのジヒドラジドを過剰に反応させて得られる水系多官能セミカルバジド;上記多官能セミカルバジドと上記水系多官能セミカルバジドとの混合物;ビスアセチルジヒドラゾン等が挙げられる。
飽和脂肪族カルボン酸ヒドラジドとしては、例えば、コハク酸モノヒドラジド、グルタル酸モノヒドラジド、アジピン酸モノヒドラジド、ピメリン酸モノヒドラジド、スペリン酸モノヒドラジド、アゼライン酸モノヒドラジド、セバシン酸モノヒドラジド等のカルボン酸モノヒドラジド;コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スペリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド等のカルボン酸ジヒドラジドが挙げられる。
0.01質量部未満であると、ホルムアルデヒドの放出量が増加する傾向にあり、5質量部よりも多いと、自動車用部品の製造において、金型でのモールドデポジットの生成やしやすくなる傾向にある。
上記ポリアセタール樹脂100質量部に対して、上記ヒドラジド化合物は、0.015〜0.3質量部であることが好ましく、0.02〜0.2質量部であることがより好ましく、0.02〜0.1質量部であることがさらに好ましい。
なお、得られるポリアセタール樹脂組成物中には、カルボン酸ジヒドラジドからの反応生成物が含まれてもよい。そのような反応生成物としては、たとえば、カルボン酸ジヒドラジドとホルムアルデヒドとの反応生成物が挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(D)耐候剤を含むことが好ましい。(D)耐候剤としては、具体的には、ヒンダードアミン系安定剤や紫外線吸収剤等が挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、ヒンダードアミン系安定剤0.01〜5質量部および/または紫外線吸収剤0.01〜5質量部、を更に含むことが好ましい。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、0.01〜5質量部のヒンダードアミン系安定剤を含有することが好ましい。ヒンダードアミン系安定剤としては、特に限定されないが、例えば、立体障害性基を有するピペリジン誘導体が挙げられる。立体障害性基を有するピペリジン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、エステル基含有ピペリジン誘導体、エーテル基含有ピペリジン誘導体及びアミド基含有ピペリジン誘導体が挙げられる。本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、特定量のヒンダードアミン系安定剤を含むことにより、特に、流動性、成形体の耐衝撃性などの機械的特性、及び耐候性(光安定性)に優れたものとなる。
脂肪族アシルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−アセトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ステアロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのC2-20脂肪族アシルオキシ−テトラメチルピペリジンが挙げられる。
芳香族アシルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのC7-11芳香族アシルオキシテトラメチルピペリジンが挙げられる。
なお、本明細書において「Ca-b」は炭素数がa〜b(a、bは整数を示す。)であることを意味し、例えば「C2-20」は炭素数が2〜20であることを意味する。
C5-8シクロアルキルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。C6-10アリールオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−フェノキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。C6-10アリール−C1-4アルキルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−ベンジルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。
アルキレンジオキシビスピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、1,2−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルオキシ)エタンなどのC1-10アルキレンジオキシビスピペリジンが挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、0.01〜5質量部の紫外線吸収剤を含有することが好ましい。上記特定量の紫外線吸収剤を含有することにより、そのポリアセタール樹脂組成物から得られる成形品(例えば、自動車部品)は、耐候性(光安定性)が向上する。紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シュウ酸アニリド系化合物、及びヒドロキシフェニル−1,3,5−トリアジン系化合物が挙げられる。
2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]ベンゾトリアゾールなどのヒドロキシル基とアラルキル基又はアリール基置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類;2−(2’−ヒドロキシ−4’−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾールなどのヒドロキシル基とアルコキシ基(好ましくはC1-12アルコキシ基)置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、上記の中でも、ヒドロキシル基とC3-6アルキル基置換C6-10アリール基(特にフェニル基)とを有するベンゾトリアゾール類、並びに、ヒドロキシル基とC6-10アリール−C1-6アルキル基(特にフェニルC1-4アルキル基)置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類が好ましい。
また、ヒドロキシル基とアルコキシ基とを有するベンゾフェノン類の具体例としては、特に限定されないが、例えば、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノンが挙げられる。
シュウ酸アニリド系化合物としては、特に限定されないが、例えば、N−(2−エチルフェニル)−N’−(2−エトキシ−5−t−ブチルフェニル)シュウ酸ジアミド、N−(2−エチルフェニル)−N’−(2−エトキシ−フェニル)シュウ酸ジアミドが挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、通常ポリアセタール樹脂組成物に使用されている各種安定剤を含んでもよい。
安定剤としては特に限定されないが、具体的には、酸化防止剤、ギ酸の捕捉剤等が挙げられる。
安定剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸化防止剤としては、成形体の熱安定性向上の観点から、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものが適宜使用可能である。
酸化防止剤の添加量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して0.1質量部以上2質量部以下が好ましい。
より具体的には、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、硼酸カルシウム、脂肪酸カルシウム塩(ステアリン酸カルシウム、ミリスチン酸カルシウム等)等が挙げられる。これらの脂肪酸は、ヒドロキシル基で置換されていてもよい。
ギ酸の捕捉剤の添加量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、ホルムアルデヒド、ギ酸の捕捉剤であるホルムアルデヒド反応性窒素を含む重合体が0.1質量部以上3質量部以下、アルカリ土類金属の脂肪酸塩が0.1質量部以上1質量部以下の範囲であると好ましい。
本実施形態のポリアセタール樹脂の成形体は、本発明の目的を損なわない範囲で、従来ポリアセタール樹脂組成物に使用されている公知の、ガラス系充填材以外の充填材(タルク、ウォラストナイト、マイカ、炭酸カルシウム等)、導電性付与剤(カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ等)、着色剤(酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化アルミニウム、有機染料等)、摺動付与剤(各種エステル系化合物、有機酸の金属塩等)、紫外線吸収剤、光安定剤、滑材等の各種安定剤も含有することができる。
その他の成分の添加量は、ガラス繊維以外の充填材、導電性付与剤、着色剤については、ポリアセタール樹脂を100質量%とした場合に、好ましくは30質量%以下であり、摺動付与剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑材については、ポリアセタール樹脂100質量%に対して、好ましくは5質量%以下である。
その他の成分は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
本実施形態の成形体は、公知の方法による製造することができる。具体的には、一軸又は多軸混練押出機、ロール、バンバリーミキサー等により、以下のように原料成分を混合及び溶融混練し、成形することにより製造することができる。中でも、減圧装置・サイドフィーダー設備を装備した2軸押出機が好ましく使用できる。
原料成分を混合及び溶融混練する方法としては、特に限定されず、当業者が周知の方法を利用できる。具体的には、(A)成分及び(B)成分を、予めスーパーミキサー、タンブラー、V字型ブレンダー等で混合し、二軸押出機で一括溶融混練する方法、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法等が挙げられる。これらはいずれも利用できるが、本実施形態の成形体の機械的物性を高めるためには、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法が好ましい。最適な条件は、押出機の大きさによって変動するため、当業者の調整可能な範囲で適宜調整することが好ましい。より好ましくは、押出機のスクリューデザインに関しても、当業者に調整可能な範囲で種々調整する。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、機械的強度及び耐久性が要求される成形体の原料として使用することができる。
本実施形態の成形体は自動車用部品として好適に使用でき、特に他の部材と接触するギアやプーリーとしての役割を担う部品に好適に使用できる。
これら以外にも、ポリアセタール樹脂の用途として公知の用途に適用できる。具体的には、カム、スライダー、レバー、アーム、クラッチ、フェルトクラッチ、アイドラギアー、ローラー、コロ、キーステム、キートップ、シャッター、リール、シャフト、関節、軸、軸受け、戸車、ガイド等に代表される機構部品;アウトサート成形の樹脂部品、インサート成形の樹脂部品、シャーシ、トレー、側板、自動車部品として、ドアロック、ドアハンドル、ウインドウレギュレータ、ウインドウレギュレータワイヤードラム、スピーカーグリル、ガラスホルダー等に代表されるドア廻り部品;シートベルト用スリップリング、プレスボタン等に代表されるシートベルト周辺部品;コンビスイッチ部品、スイッチ類、クリップ類等の部品ガソリンタンク、フュエルポンプモジュール、バルブ類、ガソリンタンクフランジ等に代表される燃料廻り部品、プリンター、及び複写機に代表されるオフィスオートメーション機器用部品;デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の映像機器用部品;CD、DVD、Blu−ray(登録商標) Disc、その他光デイスクのドライブ;ナビゲーションシステム及びモバイルパーソナルコンピュータに代表される音楽、映像又は情報機器、携帯電話及びファクシミリに代表される通信機器用部品;電気機器用部品;電子機器用部品等に適用できる。また、その他用品として筆記具のペン先、芯を出し入れする機構部品;洗面台、排水口、排水栓開閉機構部品;衣料用のコードストッパー、アジャスター、ボタン;散水用のノズル、散水ホース接続ジョイント;階段手すり部、及び床材の支持具である建築用品;玩具、ファスナー、チェーン、コンベア、バックル、スポーツ用品、自動販売機(開閉部ロック機構、商品排出機構部品)、家具、楽器、住宅設備機器部品等が挙げられる。
実施例及び比較例で用いたポリアセタール樹脂組成物及び成形体の製造条件と評価項目は以下のとおりである。
スクリュー径Dに対するスクリュー長さLの比(L/D)=48(バレル数12)であり、第6バレルと第8バレルにサイドフィーダーを有し、第11バレルに真空ベントを備えた同方向回転二軸押出機(東芝機械(株)製TEM−48SS押出機)を用いた。第1バレルを水冷し、第2〜5バレルを210℃、第6〜12バレルを180℃に設定した。
押出に用いたスクリューは以下のデザインとした。第1〜4バレルの位置にフライトスクリュー(以下、FSと略す。)を配し、第5バレルの位置に送り能力を有するニーディングディスク(以下、RKDと略す。)2枚、送り能力のないニーディングディスク(以下、NKDと略す。)2枚、及び逆方向への送り能力を有するニーディングディスク(以下、LKDと略す。)1枚をこの順に配した。第6〜第8バレルの位置にFSを配し、第9バレルの位置にRKDとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配した。
ガラス系充填材を第6バレルのサイドフィーダーより供給し、スクリュー回転数150rpmとし、総押出量を70kg/hとして押出を行った。
射出成形機(EC−75NII、東芝機械(株)製)を用いて、シリンダー温度設定を205℃に設定し、射出時間35秒、冷却時間15秒の射出条件で成形することにより、ISO294−2に準拠した小型引張試験片形状の成形体を得た。金型温度は90℃とした。ISO294−2に準拠した小型引張試験片形状の成形体を下記(3)(8)の各測定において用いた。
下記(4)クリープ破断時間の測定に用いる耐クリープ試験用試験片としては、JIS K7139−5Aに準拠した小型引張試験片形状の成形体を得た。金型温度は90℃とした。また、縦60mm×横60mm×厚み5mmの平板を同様に成形し、下記(8)の測定において用いた。
上記(2)で得られた成形体を用い、ISO527−1に準拠して、引張速度5mm/minで引張試験を行い、引張破壊応力を測定した。
上記(2)で得られた耐クリープ試験用試験片である成形体を用いて、クリープ試験機(東洋精機製作所(株)製)を用いて、80℃環境下で、30MPaの荷重をかけクリープ試験を行い、破断するまでの時間を測定した。測定を3回行い、その平均をクリープ破断時間とした。数値が大きい方が耐クリープ性に優れる。
射出成形機(ファナック(株)製 ROBOSHOT α−50iA)を用いて、シリンダー温度設定を200℃、金型温度80℃とし、2mm厚のSFD金型を用いて射出圧力80MPaの各組成のSFDを評価した。SFDの値が長いほど、流動性に優れる。
射出成形機(EC5P、東芝機械(株)製)を用い、下記の条件にて射出成形機に滞留させ、シルバーストリークが発生した時間を測定し、熱安定性の評価を行った。
(a) 成形条件
シリンダー設定温度:230℃
金型温度 :80℃
成形サイクル :射出/冷却=30秒/15秒
試験片 :127mm×12.7mm×3mm
(b)熱安定性測定及び評価方法
上記成形条件に設定した射出成形機に、ポリアセタール樹脂組成物を可塑化溶融させ、射出成形機内に溶融樹脂を滞留させた。
その後、一定時間毎に射出成形機内に滞留させた溶融樹脂を射出成形し、得られた成形品の表面状態を目視観察し、シルバーストリークスの発生、あるいは変色した滞留時間をもって熱安定性の評価を行った。
上記滞留時間が30分以上であれば、熱安定性に優れているものと判断した。
射出成形機(IS−100GN、東芝機械(株)製)を用いて、シリンダー温度:条件1=200℃、条件2=220℃、射出圧力70MPa、射出時間:15秒、冷却時間:20秒、金型温度:80℃の条件で、後述する実施例及び比較例で得られたポリアセタール樹脂組成物から規定された寸法の試験片(縦100mm×横40mm×厚み3mm)を成形した。
得られた試験片から放出されるホルムアルデヒド量を下記VDA275法に準じて測定し、成形品から放出されるホルムアルデヒド量を求めた。
VDA275法においては、まず、ポリエチレン容器に蒸留水50mLと上記試験片とを収容して密閉した。次いで、60℃で3時間容器を加熱後、蒸留水中のホルムアルデヒドをアンモニウムイオン存在下においてアセチルアセトンと反応させ、その反応物を対象としてUV分光計にて波長412nmの吸収ピークを測定し、成形品から放出されるホルムアルデヒド量(mg/kg)を求めた。
上記(2)で得られた成形体を用い、サンシャイン・スーパーロングライフ・ウェザーメーター、スガ試験機(株)製により、耐候性の促進試験を行った。促進試験は、63℃の環境下において、成形品に紫外線を照射することにより行った。また、照射時間の20%に相当する時間では、成形品に対して水を噴射した。成形品を58日後ウェザーメーターより取り出し、紫外線を照射した側の表面を観察した。クラック発生数をカウントした。クラック数が少ないほど耐候性は良好と判定した。
ポリアセタール樹脂ペレット10mgを、ペキサフルオロイソプロピルアルコール(HFIP)0.5mLとクロロホルム0.5mLの混合溶媒に入れ、一晩放置した。続いて、溶液を40℃で4時間加熱し、N,O−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド(BSTFA)0.2mL添加し、2.5時間加熱した。その後、溶媒を一晩風乾させ、80℃の真空乾燥で完全に溶媒を除去させた。
このサンプルを、重水素化ヘキサフルオロイソプロピルアルコール(HFIP−d1)0.4mL、重水素化クロロホルム(CDCl3)0.4mL、に溶解させ、55℃に加熱した。これに、重水素化ピリジン20μmを添加し、1H−NMR測定用のサンプルとした。JEOL製ECA500を用い、1H−NMR測定を行った。
末端OH基の濃度は、ポリアセタール樹脂の主鎖のメトキシ由来である4.95ppmの積分値を基準に、ヘミホルマール末端(0.228ppm)、エチレングリコール末端(0.172ppm)、その他連鎖移動剤由来末端OH(実施例のA7の場合、0.203ppm)の積分値から算出した。求めたものを、主鎖メトキシの30g/molで除することで、末端OH基濃度(mmol/kg)とした。
(A1)
熱媒を通すことができるジャッケット付きの2軸セルフクリーニングタイプの重合機(L/D=8(L:重合機の原料供給口から排出口までの距離(m)、D:重合機の内径(m)。以下、同じ。))を80℃に調整した。前記重合機に、トリオキサンを4kg/時間、コモノマーとして1,3−ジオキソランを128.3g/時間(トリオキサン1molに対して、3.9mol%)、連鎖移動剤としてエチレングリコールをトリオキサン1モルに対し、1×10-3モルとした。
さらに、前記重合機に、重合触媒として三フッ化硼素ジ−n−ブチルエーテラートをトリオキサン1molに対して1.5×10-5molで連続的に添加し重合を行った。
重合機より排出されたポリアセタールコポリマーをトリエチルアミン0.1%水溶液中に投入し重合触媒の失活を行った。
重合触媒の失活を行ったポリアセタールコポリマーを、遠心分離機でろ過し、ポリアセタールコポリマー100質量部に対して、第4級アンモニウム化合物として水酸化コリン蟻酸塩(トリエチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムフォルメート)を含有した水溶液1質量部を添加して、均一に混合した後、120℃で乾燥した。ここで、水酸化コリン蟻酸塩の添加量は、窒素量に換算して20質量ppmとした。なお、水酸化コリン蟻酸塩の添加量の調整は、添加する水酸化コリン蟻酸塩を含有した水溶液中の水酸化コリン蟻酸塩の濃度を調整することにより行った。
不安定末端部分が分解されたポリアセタールコポリマーに、酸化防止剤としてトリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]0.3質量部を添加し、ベント付き押出機で真空度20Torrの条件下で脱揮しながら、押出機ダイス部よりストランドとして押出し、ペレタイズした。
このようにしてポリアセタール樹脂(A1)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A1)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは10g/10分であり、末端OH基の濃度は、4.3mmol/kgであった。
(A1)の方法で、連鎖移動剤のエチレングリコールを、トリオキサン1モルに対し、3×10-3モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A2)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A2)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは35g/10分であり、末端OH基の濃度は、14.5mmol/kgであった。
(A1)の方法で、連鎖移動剤のエチレングリコールを、トリオキサン1モルに対し、3.5×10-3モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A3)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A3)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは40g/10分であり、末端OH基の濃度は、15.5mmol/kgであった。
(A1)の方法で、連鎖移動剤のエチレングリコールを、トリオキサン1モルに対し、1.0×10-2モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A4)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A4)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは60g/10分であり、末端OH基の濃度は、60.0mmol/kgであった。
(A1)の方法で、連鎖移動剤としてエチレングリコールを用い、トリオキサン1モルに対し、2.0×10-2モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A5)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A5)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは100g/10分であり、末端OH基の濃度は、120.0mmol/kgであった。
ポリアセタールブロックコポリマーは、次のようにして調製した。熱媒を通すことのできるジャケット付きの2軸パドル型連続重合機を80℃に調整した。トリオキサンを40モル/時間、環状ホルマールとして1,3−ジオキソランを2モル/時間、重合触媒としてシクロヘキサンに溶解させた三フッ化ホウ素ジ−n−ブチルエーテラートをトリオキサン1モルに対し5×10-5モルとなる量、連鎖移動剤として下記式(5)で表される両末端ヒドロキシル基水素添加ポリブタジエン(数平均分子量Mn=2,330)をトリオキサン1モルに対し3.5×10-3モルになる量で、上記重合機に連続的に供給し重合を行った。
得られた粗ポリアセタールブロックコポリマー100質量部に対して、第4級アンモニウム化合物(日本国特許第3087912号公報に記載)を含有した水溶液1質量部を添加して、均一に混合した。第4級アンモニウム化合物の添加量は、窒素量に換算して20質量ppmとした。これをベント付き2軸スクリュー式押出機に供給し、押出機中の溶融しているポリアセタールブロックコポリマー100質量部に対して水を0.5質量部添加した。押出機設定温度200℃、押出機における滞留時間7分で、ポリアセタールブロックコポリマーの不安定末端部分の分解除去を行った。
このようにして得られたポリアセタールブロックコポリマーを、(A3)ポリアセタールブロックコポリマーとした。このブロックコポリマーは、ABA型ブロックコポリマーであり、JIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは45g/10分であり、末端OH基の濃度は、15.9mmol/kgであった。
(B1)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載のサイジング剤(アクリル酸とアクリル酸メチルの共重合体を含有する)等で処理したガラス繊維。
(B2)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の方法を用い、サイジング剤としてポリアクリル酸メチル単独で処理したガラス繊維。
(B3)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の方法を用い、サイジング剤としてポリマレイン酸単独で処理したガラス繊維。
(B4)日本国特開2009−7179号公報の試料No.1記載のサイジング剤(酸を含有しない)で処理したガラス繊維。
(C1)(株)日本ファインケム製 SDH(セバシン酸ジヒドラジド)
(C2)日産化学工業(株)製 メラミン
(D)耐候剤
(D1)三共ライフテック(株)製 サノールLS770
(E)その他
(E1)メチレンジフェニル−4,4’−ジイソシアナート(MDI)
各成分がそれぞれ表1又は表2に記載の割合となるよう押出を行って樹脂組成物を製造した。得られた樹脂組成物を用い、上記条件にて成形を行って成形体を製造した。各物性を評価した結果を表1、表2に示す。
実施例1〜4と比較例1〜3とを対比すると、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度は高いほど、引張破壊応力は高くなるものの、引張クリープは末端OH基濃度の最適な領域があることがわかった。また、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が低いと成形時の流動性が悪く、一方で、末端OH基濃度が高いと成形時の滞留で、シルバーストリークスの発生や、変色が起きやすくなることがわかった。
実施例1、9と比較例4、5とを対比すると、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として、酸成分であるポリアクリル酸やポリマレイン酸を含有することで、引張破壊応力や引張クリープ性を向上できることがわかった。特に、ポリアクリル酸を含むものを用いた場合に、最も効果が得られた。
実施例1、5を対比すると、ポリアセタール樹脂の末端OH基がほぼ同程度の濃度であっても、ポリアセタール樹脂中に特定のブロック成分を入れることで、引張クリープ性の向上や、成形流動性の向上、成形機滞留時間の延長といった効果も得られた。
比較例6の成形機滞留時間の評価では、10分ほどで変色がはじまり、15分で褐色となったため、試験を中止した。
Claims (8)
- (A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、
(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が15を超えて100mmol/kg以下であり、かつ、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含む
ポリアセタール樹脂組成物。 - 前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤の酸成分がカルボン酸である、請求項1記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤の酸成分がアクリル酸である、請求項1または2に記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 前記(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、さらに(C)ホルムアルデヒド捕捉剤を0.01〜5質量部含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 前記(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、さらに(D)耐候剤を0.01〜5質量部含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 前記(A)ポリアセタール樹脂がブロック成分を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 前記ブロック成分が水素添加ポリブタジエン成分である、請求項6に記載のポリアセタール樹脂組成物。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のポリアセタール樹脂組成物を含む成形体。
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