JP2020186346A - 液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法 - Google Patents

液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】成形体のブリスターの発生が少ない液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法の提供。【解決手段】液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットであって、前記ペレット中に、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包しており、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、40%以上90%以下であることを特徴とするペレット。【選択図】なし

Description

本発明は、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法に関する。
液晶ポリエステルは、一般に溶融液晶型(サーモトロピック液晶)ポリマーと呼ばれている。
液晶ポリエステルは、溶融流動性に極めて優れる、分子構造によっては300℃以上の耐熱変形性を有するといった特異的な挙動を有する。
液晶ポリエステルは、高流動性、高耐熱性を生かして、電子部品をはじめ、自動車部品、OA部品、耐熱食器等の用途での成形体に用いられている。
近年では、電子機器の小型化、薄肉化が進んでいる。なかでもコネクター等の電子部品において、小型化、薄肉化の傾向が顕著であり、液晶ポリエステルの採用が拡大している。
電子部品用途では、ハンダの鉛フリー化により、リフロー温度が高温化している。そうしたなか、液晶ポリエステルの成形体を高温でリフロー処理することにより成形体表面の膨れ(以下、ブリスターと呼ぶことがある)が発生する。ブリスターは外観不良や製品の寸法不良の原因となる。
ブリスターの発生の要因としては、樹脂に内包される分解ガスや、成形機内で溶融可塑化時に巻き込んだ空気や水分が原因であると考えられている。
液晶ポリエステルの成形体のブリスターの問題を解消する方法については、多数の方法が提案されている。
具体的には、液晶ポリエステル樹脂と無機充填材を溶融混練する場合のスクリュー噛合率を調整する方法(特許文献1参照)や、シリンダーの長さや径、スクリュー径を調整する方法(特許文献2参照)がある。
特開2003−211443号公報 特開2012−072370号公報
上記特許文献に記載の方法はブリスターの発生を抑制する点で、改良の余地があった。
本発明の目的は、成形時や高温のリフロー工程時において、成形体のブリスターの発生が少ない液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法を提供することにある。
本発明者らは、鋭意検討の結果、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットにおいて、特定の球相当径を有する空隙を特定量内包させることにより、得られる機械的強度などの物性を維持しつつ、成形体の耐ブリスター性が著しく改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は下記[1]〜[7]の発明を包含する。
[1]液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットであって、前記ペレット中に、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包しており、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、40%以上90%以下であることを特徴とするペレット。
[2]長さが1mm以上5mm以下、最大径が1mm以上3mm以下の大きさのペレット1個当たりが有する前記空隙の平均個数が、4個以上9個以下である、[1]に記載のペレット。
[3]前記ペレット中の前記空隙の球相当径のD50が、200μm以上500μm以下である、[1]又は[2]に記載のペレット。
[4]1ペレット中の1空隙の平均体積比率が、0.040%以上0.12%以下である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載のペレット。
[5]前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、70%以上90%以下である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載のペレット。
[6]前記無機充填材(B)が、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維、タルクおよびマイカからなる群から選ばれる少なくとも一種である、[1]〜[5]のいずれか1つに記載のペレット。
[7]液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法であって、押出機を用いて、前記液晶ポリエステル樹脂(A)と前記無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有し、前記押出機は、押出方向下流に向かって、メインフィード口と、下流側隣接部と、第1サイドフィード口とをこの順で備え、前記メインフィード口から前記液晶ポリエステル樹脂(A)を供給し、前記第1サイドフィード口から前記無機充填材(B)を供給し、前記下流側隣接部および前記第1サイドフィード口はそれぞれヒーターを備え、前記下流側隣接部の備えるヒーターの設定温度よりも、前記第1サイドフィード口の備えるヒーターの設定温度を50℃以上100℃以下高く設定することを特徴とする、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法。
本発明によれば、機械的強度などの物性を維持しつつ、成形体のブリスターの発生が少ない液晶ポリエステル樹脂組成物のペレット及び液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法を提供することができる。
液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法で用いる押出機の一例を示す概略断面図である。
<ペレット>
本実施形態は、液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットである。本実施形態のペレットは、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包している。本実施形態のペレットは、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が40%以上90%以下であることを特徴とする。
本実施形態のペレットに内包される空隙の球相当径、球相当径の存在率、ペレット1個当たりが有する空隙の平均個数、および球相当径のD10、D50、D90は、X線コンピュータートモグラフィー(以下、X線CTと呼ぶことがある)によって測定もしくは規定される数値である。
本実施形態において、ペレット中に内包される空隙とは、ペレット内部に完全に閉じ込められ、ペレットを構成する樹脂成分以外で占められた空間を指す。
ここで、「ペレットを構成する樹脂成分」とは、液晶ポリエステル樹脂組成物由来の成分を意味する。この空間は、空気やガスが存在する。また、その空間は、ペレットの外部とは連通していない独立した空間である。ここで、ペレットの外部と連通する細孔は、本明細書における空隙には含まないものとする。
本実施形態のペレットの長さ及び形状は、特に限定されず、目的に応じて任意に選択できる。例えば、押出機等から混練物をストランド状に押し出して、回転刃を有するカッターでペレット化することにより得られる。
好ましいペレットの長さは、1〜5mmであるものが好ましく、2〜4mmであるものがより好ましい。ペレットの長さは、回転刃の速度で調節できる。
好ましいペレットの形状としては、球状、短冊状、回転楕円体状、正確な回転楕円体から多少変形したもの、円柱状等が挙げられ、なかでも、断面が略楕円形状で、円柱状のペレットであることが好ましい。
本実施形態のペレットの最大径は、ペレットの正面の投影像に対して外接する長方形の短径として示される長さである。
本実施形態のペレットの最大径は、発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、1mm以上5mm以下が好ましく、1mm以上4mm以下がより好ましく、1mm以上3mm以下がさらに好ましく、2mm以上3mm以下が特に好ましい。
本実施形態のペレットの短径は、ペレットの断面において、前記最大径に対し垂直であり、ペレット断面外周の最も離れた2点を結ぶ直線で示される長さである。
本実施形態のペレットの短径は、本実施形態の効果を損なわない限り特に限定されないが、最大径と短径との比(最大径/短径)が0.3〜4であることが好ましい。
切断面が円形でないペレットの場合には、断面中央部分の最大幅が最大径に相当し、最小幅が短径に相当する。
本実施形態のペレットの最大径及び短径は、例えば押出機等のノズルの径を調整することにより、ストランドの径を変更することで調整できる。
例えば、ペレットの長さが1mm以上5mm以下であり、最大径が1mm以上3mm以下の大きさのペレットの場合、前記ペレット1個当たりの体積は、7.5×10μm以上4.0×1010μm以下が好ましいが、これに限定されない。
本実施形態において、「ペレットの体積」とは、ペレットを構成する樹脂成分の体積と、ペレット中に内包される空隙の体積との合計量を意味する。
本実施形態のペレットにおける、1ペレット中の1空隙の平均体積比率は、機械的強度および成形体の耐ブリスター性の点から、0.040%以上0.12%以下であることが好ましく、0.040%以上0.11%以下がより好ましく、0.040%以上0.080%以下がさらに好ましい。
1ペレット中の1空隙の平均体積比率(%)は、測定された全てのペレットの総空隙体積を、同じく測定された全てのペレットの総体積で除した値(ペレット体積に対する空隙体積比率(%))に対する、ペレット1個当たりが有する平均空隙個数[測定された全てのペレットの総空隙個数を、測定された全てのペレットの総数(測定ペレット総数)で除した値(個/1ペレット)]の比率により得られる。
また、本実施形態のペレットにおける、空隙1個当たりの平均体積は、機械的強度および成形体の耐ブリスター性の点から、4.0×10〜1.0×10(μm/1空隙)であることが好ましく、4.0×10〜9.5×10(μm/1空隙)であることがより好ましく、4.1×10〜6.0×10(μm/1空隙)であることがさらに好ましい。
・空隙の球相当径の算出方法
空隙の球相当径は、ある空隙の体積(V)を完全な球に換算した時の球の直径(Φ)を指し、以下の計算式で求められる。
球相当径(Φ) = 2 × √((3/4×V/π))
・空隙の球相当径の存在率の算出方法
空隙の球相当径の存在率は、ある空隙の体積、または一定範囲の球相当径を有する各空隙の体積の和を全空隙の体積の和で除したものを指す。
・空隙の平均個数の算出方法
1ペレット当たりが有する前記空隙の平均個数(平均空隙個数)は、総空隙個数を測定ペレット総数で除したものを指す。
本実施形態において空隙のD10とは、空隙の体積を、小さい球相当径から順次積算して得られる体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小さい球相当径側から累積体積が10%となるときの球相当径をD10(単位:μm)とする。
本実施形態において空隙のD50とは、空隙の体積を、小さい球相当径から順次積算して得られる体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小さい球相当径側から累積体積が50%となるときの球相当径をD50(単位:μm)とする。
本実施形態において空隙のD90とは、空隙の体積を、小さい球相当径から順次積算して得られる体積基準の累積粒度分布曲線において、全体を100%としたときに、小さい球相当径側から累積体積が90%となるときの球相当径をD90(単位:μm)とする。
ペレット中に内包される空隙は、公知のX線CT装置を用いて非破壊で測定することができる。
本実施形態のペレットは、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包している。
前記球相当径D50は、200μm以上500μm以下であることが好ましく、250μm以上450μm以下がより好ましい。
前記球相当径D10は、150μm以上240μm以下であることが好ましく、160μm以上239μm以下がより好ましく、165μm以上238μm以下が特に好ましい。
また、前記球相当径D90は、420μm以上600μm以下であることが好ましく、425μm以上590μm以下がより好ましく、430μm以上580μm以下が特に好ましい。
本実施形態においては、ペレット中の全空隙のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が40%以上90%以下であり、好ましくは60%以上90%以下であり、特に好ましくは70%以上90%以下である。
球相当径が400μm未満の空隙の存在率は、体積基準の累積粒度分布曲線において球相当径が400μm未満の空隙の累積体積(%)として求めることができる。
本実施形態においては、好ましいペレットの長さが1mm以上5mm以下、より好ましくは長さが2mm以上4mm以下であり、好ましいペレットの最大径が1mm以上4mm以下、より好ましくは最大径が2mm以上3mm以下の大きさのペレット1個当たりが有する前記空隙の平均個数が、4個以上9個以下であることが好ましく、5個以上9個以下であることがより好ましい。
本実施形態のペレットは、空隙の球相当径、球相当径が400μm未満の空隙の存在率、および空隙の平均個数が上記の範囲であることにより、射出成形機を用いて可塑化(溶融)させる際に、空気を巻き込みにくくなり、ブリスターの発生を低減できる。
これは、空隙が存在しても、空隙の大きさが小さいため、溶融時の加熱により膨張する空気が少ないまたは微量であることにより、成形体に空気を巻き込みにくくブリスターが発生しにくいためと推察される。さらに、射出成形機の可塑化時の背圧により、脱泡されやすくなると推察される。
また、成形体中に空隙が存在しても、空隙が小さいため、空隙が成形体中に微分散することにより、ブリスターの発生が抑制されると推察される。
本実施形態においては、200個以上のペレットについて、X線CTを用いて取得した画像を3D画像解析することにより、空隙個数、ペレット体積、空隙体積を測定できる。
前記ペレットを充填する容器は、種々の容器が使用できるが、X線が十分透過できる程度のものが好ましい。本実施形態では、ポリプロピレン製バイアル瓶(外寸20〜25mm、厚さ約1mm)を使用し、1回のX線CT測定で200個以上のペレットを測定する。
下記の測定条件にてX線CT測定を行う。
X線CT装置:株式会社ブルカー製「skyscan1272」
管電圧:90kV
管電流:111μA
フィルター:Al0.5mm+Cu0.038mm
積算回数:2回
ローテーションステップ:0.4degree
回転:180 degree scanning
積算回数画素数:1344x896pixel
視野サイズ:約2680mm(横幅)約1790mmh(高さ)
解像度:20μm/pixel
[ペレットが有する空隙等の測定方法]
本実施形態においては、得られたペレットを200個以上、ポリプロピレン容器に充填し、X線CTスキャナーを用いて取得した画像を3D画像解析することにより、空隙個数、ペレット体積、空隙体積を測定できる。
・3D画像解析方法
得られたX線CT像はskyscan1272付属のソフト「NRecon.exe;Version1.6.10.1」にて画像の中心調整、輝度の調整を行い、再構成を行う。
実際の手順はマニュアルに従う。以下に一例を記載する。
まず、X線CTスキャナーを用いて取得した3次元再構成画像を、TIF形式で作成して保存する。
上記TIFファイルを定量解析ソフト「TRI/3D−BON−FCS:R10.01.10.29−H−64(ラトックシステムエンジニアリング製)」にて3次元解析を行う。
上記定量解析ソフトの具体的操作は解析ソフトのマニュアルに従い、解析する。本操作は、ペレットの総体積、空隙の個数および各体積を算出するものである。
ペレット長さ、ペレット最大径は、以下の手順により求められる。
ペレット100個以上を、それぞれのペレットの断面方向が平板に対して垂直方向になるように並べる。ペレットの断面が楕円に近い場合は、その断面の長径が平板に対して水平方向となるようにペレットを静置する。
これらの並べられたペレットについて、株式会社キーエンス製の「VR−3200ワンショット3D形状測定機」を使用し、ペレットを静置した平板に対して垂直方向で、且つ、静置したペレットの上方よりペレットの投影像(正面の投影像)を撮影する。
撮影されたペレットの正面の投影像を用いて、付属の解析ソフトにより、ペレット1個毎に解析を実施し、ペレットの水平フェレ径(正面の投影像に外接する長方形の長辺)および垂直フェレ径(正面の投影像に外接する長方形の長辺)を測定する。それぞれのペレットのこの水平フェレ径の平均値をペレット長さとし、垂直フェレ径の平均値をペレット最大径とする。さらに、ペレットの断面の短径は、ペレットの断面の最大高さの平均値として測定できる。
≪液晶ポリエステル樹脂(A)≫
本実施形態に用いる液晶ポリエステル樹脂(A)は、溶融状態で液晶性を示す液晶ポリエステルであり、450℃以下の温度で溶融するものであることが好ましい。なお、液晶ポリエステル樹脂(A)は、液晶ポリエステルアミドであってもよいし、液晶ポリエステルエーテルであってもよいし、液晶ポリエステルカーボネートであってもよいし、液晶ポリエステルイミドであってもよい。液晶ポリエステル樹脂(A)は、原料モノマーとして芳香族化合物のみを用いてなる全芳香族液晶ポリエステルであることが好ましい。
液晶ポリエステル樹脂(A)の典型的な例としては、芳香族ヒドロキシカルボン酸と芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物との重合体;複数種の芳香族ヒドロキシカルボン酸との重合体;芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミンからなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物との重合体;及びポリエチレンテレフタレート等のポリエステルと芳香族ヒドロキシカルボン酸との重合体が挙げられる。
ここで、製造が容易である点で芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミン等のモノマーは、それぞれ独立に、モノマーの一部又は全部に代えて、モノマーが重合可能な誘導体が用いられてもよい。
芳香族ヒドロキシカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸のような、カルボキシル基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、カルボキシル基をアルコキシカルボニル基又はアリールオキシカルボニル基に変換したもの(エステル)、カルボキシル基をハロホルミル基に変換したもの(酸ハロゲン化物)、及びカルボキシル基をアシルオキシカルボニル基に変換したもの(酸無水物)が挙げられる。
芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジオール及び芳香族ヒドロキシアミンのようなヒドロキシル基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、ヒドロキシル基をアシル化してアシルオキシル基に変換したもの(アシル化物)が挙げられる。
芳香族ヒドロキシアミン及び芳香族ジアミンのようなアミノ基を有する化合物の重合可能な誘導体の例としては、アミノ基をアシル化してアシルアミノ基に変換したもの(アシル化物)が挙げられる。
例示した重合可能な誘導体の中でも、液晶ポリエステルの原料モノマーとしては、フェノール性水酸基が低級カルボン酸類とエステルを形成している重合可能な誘導体、すなわち、芳香族ヒドロキシカルボン酸及び芳香族ジオールをアシル化して得られるアシル化物が好ましい。
液晶ポリエステル樹脂(A)は、下記式(1)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(1)」ということがある。)を有することが好ましく、繰返し単位(1)と、下記式(2)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(2)」ということがある。)と、下記式(3)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(3)」ということがある。)と、を有することがより好ましい。
(1)−O−Ar−CO−
(2)−CO−Ar−CO−
(3)−X−Ar−Y−
(式(1)〜式(3)中、Arは、フェニレン基、ナフチレン基又はビフェニリレン基を表す。Ar及びArは、それぞれ独立に、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基又は下記式(4)で表される基を表す。X及びYは、それぞれ独立に、酸素原子又はイミノ基(−NH−)を表す。Ar、Ar又はArで表される前記基にある水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。)
(4)−Ar−Z−Ar
(Ar及びArは、それぞれ独立に、フェニレン基又はナフチレン基を表す。Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基を表す。Ar又はArで表される前記基に含まれる水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数1〜10のアルキル基又は炭素数6〜20のアリール基で置換されていてもよい。)
水素原子と置換可能な前記ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
水素原子と置換可能な前記炭素数1〜10のアルキル基の例としては、メチル基、エチル基、1−プロピル基、イソプロピル基、1−ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基、1−ヘキシル基、2−エチルヘキシル基、1−オクチル基及び1−デシル基が挙げられる。
水素原子と置換可能な前記炭素数6〜20のアリール基の例としては、フェニル基、オルトトリル基、メタトリル基、パラトリル基等のような単環式芳香族基や、1−ナフチル基及び2−ナフチル基等のような縮環式芳香族基が挙げられる。
Ar、Ar、Ar、Ar又はArで表される前記基中の1個以上の水素原子が前記ハロゲン原子、前記炭素数1〜10のアルキル基又は前記炭素数6〜20のアリール基で置換されている場合、前基水素原子を置換する基の数は、Ar、Ar、Ar、Ar又はArで表される基毎に、互いに独立に、好ましくは1個又は2個であり、より好ましくは1個である。
前記アルキリデン基の例としては、メチレン基、エチリデン基、イソプロピリデン基、1−ブチリデン基及び2−エチルヘキシリデン基が挙げられ、その炭素数は通常1〜10である。
繰返し単位(1)は、所定の芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰返し単位である。
前記芳香族ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、4−ヒドロキシ安息香酸、メタヒドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−5−ナフトエ酸、4−ヒドロキシ−4’−カルボキシジフェニルエーテルや、これらの芳香族ヒドロキシカルボン酸の芳香環にある。水素原子の一部が、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基で置換されてなる芳香族ヒドロキシカルボン酸が挙げられる。前記芳香族ヒドロキシカルボン酸は、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(1)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(4−ヒドロキシ安息香酸に由来する繰返し単位)、及びArが2,6−ナフチレン基であるもの(6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
繰返し単位(2)は、所定の芳香族ジカルボン酸に由来する繰返し単位である。
前記芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ビフェニル−4,4’−ジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルチオエーテル−4,4’−ジカルボン酸や、これらの芳香族ジカルボン酸の芳香環にある水素原子の一部が、アルキル基、アリール基及びハロゲン原子からなる群より選ばれる置換基で置換されてなる芳香族ジカルボン酸が挙げられる。
前記芳香族ジカルボン酸は、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(2)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(例えば、テレフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが1,3−フェニレン基であるもの(例えば、イソフタル酸に由来する繰返し単位)、Arが2,6−ナフチレン基であるもの(例えば、2,6−ナフタレンジカルボン酸に由来する繰返し単位)、及びArがジフェニルエーテル−4,4’−ジイル基であるもの(例えば、ジフェニルエーテル−4,4’−ジカルボン酸に由来する繰返し単位)が好ましい。
繰返し単位(3)は、所定の芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族ジアミンに由来する繰返し単位である。
芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族ジアミンとしては、としては、例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルケトン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、1,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、4,4’−ジヒドロキシジフェニルチオエーテル、2,6−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、4−アミノフェノール、1,4−フェニレンジアミン、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニル、4,4’−ジアミノビフェニルが挙げられる。
前記芳香族ジオール、芳香族ヒドロキシアミン又は芳香族ジアミンは、液晶ポリエステルの製造において、単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
繰返し単位(3)としては、Arが1,4−フェニレン基であるもの(例えば、ヒドロキノン、4−アミノフェノール又は1,4−フェニレンジアミンに由来する繰返し単位)、及びArが4,4’−ビフェニリレン基であるもの(例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニル又は4,4’−ジアミノビフェニルに由来する繰返し単位)が好ましい。
本明細書において「由来」とは、原料モノマーが重合するために化学構造が変化し、その他の構造変化を生じないことを意味する。
次に、上述した構造単位を誘導するモノマーの好適な組み合わせについて説明する。
本実施形態では、上述した液晶ポリエステル樹脂(A)の構造単位を、下記[a]〜[p]のいずれかに示した組み合わせで使用することが好ましい。
[a]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/イソフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[b]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[c]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸の組み合わせ。
[d]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/イソフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニル/ハイドロキノンの組み合わせ。
[e]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノン/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[f]:4−ヒドロキシ安息香酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[g]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[h]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/イソフタル酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[i]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4−アミノフェノール/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[j]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[k]:4−ヒドロキシ安息香酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/テレフタル酸/ハイドロキノン/4,4'−ジヒドロキシビフェニルの組み合わせ。
[l]:4−ヒドロキシ安息香酸/2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[m]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/4−アミノフェノールの組み合わせ。
[n]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/4,4'−ジヒドロキシビフェニル/ハイドロキノンの組み合わせ。
[o]:4−ヒドロキシ安息香酸2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
[p]:2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸/テレフタル酸/イソフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/ハイドロキノンの組み合わせ。
前記組み合わせ[a]〜[p]の中でも、組み合わせ[a]である、4−ヒドロキシ安息香酸に対する4,4’−ジヒドロキシビフェニルのモル比率(モル比率4,4’−ジヒドロキシビフェニル/4−ヒドロキシ安息香酸)が0.2〜1.0であり、4,4’−ジヒドロキシビフェニルに対するテレフタル酸とイソフタル酸との合計量のモル比率(モル比率(テレフタル酸+イソフタル酸)/4,4’−ジヒドロキシビフェニル)が0.9〜1.1であり、テレフタル酸に対するイソフタル酸のモル比率(モル比率イソフタル酸/テレフタル酸)が0より大きく1以下であるものが好ましい。このような構造単位の組み合わせ及びそのモル比率を満たすことで、液晶ポリエステル樹脂組成物の溶融流動性をより良好とすることに加え、得られる成形体の耐衝撃性を良好にすることができる。
繰返し単位(1)の含有量は、全繰返し単位の合計量(液晶ポリエステルを構成する各繰返し単位の質量をその各繰返し単位の式量で割ることにより、各繰返し単位の物質量相当量(モル)を求め、それらを合計した値)に対して、通常30モル%以上、好ましくは30〜80モル%、より好ましくは35〜70モル%、更に好ましくは35〜65モル%である。
繰返し単位(2)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、通常35モル%以下、好ましくは10〜35モル%、より好ましくは15〜30モル%、更に好ましくは17.5〜27.5モル%である。
繰返し単位(3)の含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、通常35モル%以下、好ましくは10〜35モル%、より好ましくは15〜30モル%、更に好ましくは17.5〜27.5モル%である。
繰返し単位(2)の含有量と繰返し単位(3)の含有量との割合は、[繰返し単位(2)の含有量]/[繰返し単位(3)の含有量](モル/モル)で表して、通常0.9/1〜1/0.9、好ましくは0.95/1〜1/0.95、より好ましくは0.98/1〜1/0.98である。
なお、液晶ポリエステル樹脂(A)は、繰返し単位(1)〜(3)を、それぞれ独立に、2種以上有してもよい。また、液晶ポリエステルは、繰返し単位(1)〜(3)以外の繰返し単位を有してもよいが、その含有量は、全繰返し単位の合計量に対して、通常10モル%以下、好ましくは5モル%以下である。
液晶ポリエステル樹脂(A)は、繰返し単位(3)として、X及びYがそれぞれ酸素原子であるものを有すること、すなわち、所定の芳香族ジオールに由来する繰返し単位を有することが、溶融粘度が低くなり易いので、好ましく、繰返し単位(3)として、X及びYがそれぞれ酸素原子であるもののみを有することが、より好ましい。
液晶ポリエステル樹脂(A)は、それを構成する繰返し単位に対応する原料モノマーを溶融重合させ、得られた重合物(以下、「プレポリマー」ということがある。)を固相重合させることにより、製造することが好ましい。これにより、耐熱性や強度・剛性が高い高分子量の液晶ポリエステルを操作性良く製造することができる。
溶融重合は、触媒の存在下に行ってもよく、この触媒の例としては、酢酸マグネシウム、酢酸第1錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモン等の金属化合物や、4−(ジメチルアミノ)ピリジン、1−メチルイミダゾール等の含窒素複素環式化合物が挙げられ、1−メチルイミダゾールが好ましい。
液晶ポリエステル樹脂(A)の流動開始温度は、270℃〜400℃であることが好ましく、280℃〜380℃であることがさらに好ましい。流動開始温度がこのような範囲にある場合、液晶ポリエステル樹脂組成物の流動性が良好になるとともに、耐熱性が良好となりやすい。更に、流動開始温度が上述の範囲である場合、液晶ポリエステルから成形体を得るための溶融成形を行う際に、熱劣化が生じ難くなる。
なお、流動開始温度は、フロー温度又は流動温度とも呼ばれ、毛細管レオメーターを用いて、9.8MPaの荷重下、4℃/分の速度で昇温しながら、液晶ポリエステルを溶融させ、内径1mm及び長さ10mmのノズルから押し出すときに、4800Pa・sの粘度を示す温度であり、液晶ポリエステルの分子量の目安となるものである(小出直之編、「液晶ポリマー−合成・成形・応用−」、株式会社シーエムシー、1987年6月5日、p.95参照)。
液晶ポリエステルは一種を単独で使用してもよいし、二種以上を併用してもよい。二種以上を併用する場合、その組合せ及び比率は、任意に設定できる。
≪無機充填材(B)≫
本実施形態に用いる無機充填材(B)は、繊維状充填材であってもよいし、板状充填材であってもよいし、繊維状及び板状以外で、球状その他の粒状充填材であってもよい。
繊維状無機充填材の例としては、ガラス繊維;パン系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等の炭素繊維;シリカ繊維、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等のセラミック繊維;及びステンレス繊維等の金属繊維が挙げられる。また、チタン酸カリウムウイスカ、チタン酸バリウムウイスカ、ウォラストナイトウイスカ、ホウ酸アルミニウムウイスカ、窒化ケイ素ウイスカ、炭化ケイ素ウイスカ等のウイスカも挙げられる。なかでも、ガラス繊維が好ましい。
板状無機充填材の例としては、タルク、マイカ、グラファイト、ウォラストナイト、ガラスフレーク、硫酸バリウム及び炭酸カルシウムが挙げられる。なかでも、タルクまたはマイカが好ましい。
粒状無機充填材の例としては、シリカ、アルミナ、酸化チタン、ガラスビーズ、ガラスバルーン、窒化ホウ素、炭化ケイ素及び炭酸カルシウムが挙げられる。
本実施形態で使用する前記無機充填材(B)は、ガラス繊維、タルク、マイカが好ましい。これらの中でも、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維、タルクおよびマイカからなる群から選ばれる少なくとも一種が好ましい。
前記無機充填材(B)の含有量は、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、20質量部以上がさらに好ましい。また、前記無機充填材(B)の含有量は、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、70質量部以下がさらに好ましい。
上記の上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。
・ガラス繊維
前記ガラス繊維の例としては、長繊維タイプのチョップドガラス繊維、短繊維タイプのミルドガラス繊維等、種々の方法で製造されたものが挙げられ、これらのうち2種以上を併用して使用することもできる。
前記ガラス繊維の種類としては、E−ガラス、A−ガラス、C−ガラス、D−ガラス、AR−ガラス、R−ガラス、S−ガラス等や、これらの混合物が挙げられ、中でもE−ガラスが強度や入手性の観点から好ましい。
前記ガラス繊維としては、弱アルカリ性のものが機械的強度の点で優れており、好ましく使用できる。特に酸化ケイ素含有量が50〜80重量%のガラス繊維が好ましく用いられ、より好ましくは65〜77重量%のガラス繊維である。
前記ガラス繊維は、必要に応じてシラン系カップリング剤、又はチタン系カップリング剤等のカップリング剤で処理されたものでもよい。
前記ガラス繊維は、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレン/酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂で被覆もしくは収束剤で処理されていてもよい。
溶融混練に供する原料であるガラス繊維の平均繊維長は、50μmから3500μmであることが好ましい。ガラス繊維の平均繊維長が50μm以上である場合、平均繊維長が50μm未満である場合よりも、ガラス繊維を含有する前記樹脂組成物から得られた成形体における強化材としての効果がより向上する。ガラス繊維の平均繊維長は、60μm以上がより好ましく、70μmが更に好ましい。
また、ガラス繊維の平均繊維長が3500μm以下である場合、平均繊維長が3500μmを超える場合よりも、前記樹脂組成物中の数平均繊維長の調整が容易になり、薄肉流動性がより向上する。ガラス繊維の平均繊維長は、3000μm以下がより好ましい。
溶融混練に供する原料であるガラス繊維の繊維径(単繊維径)は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。ガラス繊維の繊維径が5μm以上である場合、繊維径が5μm未満である場合よりも、成形品への補強効果を高めることができる。ガラス繊維の繊維径は、6μm以上がさらに好ましい。また、ガラス繊維の繊維径が20μm以下である場合、繊維径が20μmを超える場合よりも、前記樹脂組成物の流動性が向上し、成形体の強化材としてのガラス繊維の効果がより向上する。ガラス繊維の繊維径は、17μm以下がより好ましく、15μm以下がより好ましい。
なお、ガラス繊維径については、溶融混練後も実質的に変化しない。
なお、本明細書において「原料であるガラス繊維の平均繊維長」とは、特に断りのない限り、JIS R3420「7.8 チョップドストランドの長さ」に記載の方法で測定された値を意味する。
また、「原料であるガラス繊維の繊維径」とは、特に断りのない限り、JIS R3420「7.6 単繊維直径」に記載の方法のうち、「A法」で測定された値を意味する。
前記ガラス繊維の含有量は、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対し、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、15質量部以上が特に好ましい。また、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対し、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、60質量部以下が特に好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本発明の実施形態のペレット中のガラス繊維の数平均繊維長は、30μm以上が好ましく、50μm以上がより好ましく、60μm以上が特に好ましい。一方、液晶ポリエステル樹脂組成物の流動性の観点から、300μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、150μm以下が特に好ましい。
ここで、ペレット中のガラス繊維の数平均繊維長は、以下の方法により測定することができる。ガラス繊維を含有する組成物からなるペレット5gをマッフル炉の空気中において600℃で8時間加熱して樹脂を除去し、マイクロスコープ(株式会社キーエンス製「VHX−1000」)を用いて残存したガラス繊維の無作為の500個以上の繊維長を倍率100倍にて測定した。ここで、数平均繊維長Lnは、次式により計算することができる。
Ln=Σ(Ni×Li)/Σ(Ni)
Liは、ガラス繊維の繊維長の測定値である。Niは、(繊維長がLiに含まれるガラス繊維の本数)/(測定したガラス繊維の全本数)で算出される。
・タルク
本実施形態で使用するタルクは、水酸化マグネシウムとケイ酸塩鉱物からなる鉱物の粉砕物である。4原子のケイ素(Si)酸化物が形成する4個の四面体構造間に、3個のマグネシウム(Mg)酸化・水酸化物が構成する八面体構造を挟み込んだ構造を形成したものである。
前記タルクの製造方法としては、例えば、ローラーミル、レイモンドミル等による摩砕式粉砕法、アドマイザー、ハンマーミル、ミクロンミル等による衝撃式粉砕法、ジェットミル、ボールミル等による衝突式粉砕法等の乾式粉砕法が挙げられる。
また、粉砕されたタルク粉末を水と接触させ、流動可能な粘度のスラリー状として状態で、ボールミル、ビーズミル、湿式ジェットミル、ディスコプレックス等により粉砕を行う湿式粉砕を用いてもよい。前記製造方法の中でも、乾式粉砕法が経済性や入手性の観点から好ましい。
前記タルクは、タルクと樹脂との濡れ性を向上させる目的でタルクの表面カップリング剤などで処理してもよい。また、不純物の除去、タルクの硬質化を目的として熱処理加工をしたタルクを用いてもよい。また、ハンドリング性の向上を目的として圧縮したタルクを用いてもよい。
前記タルクは、45μm篩残分は1.0質量%以下であることが好ましい。1.0質量%以下であると、成形時の薄肉部でのつまりを抑制して、成形性を向上させ、薄肉強度を向上することができる。前記45μm篩残分は、タルク全量に対して0.8質量%以下が好ましく、0.6質量%以下がより好ましい。
前記タルクは、強熱減量(Ig.Loss)が、7%以下であることが好ましく、6%以下がよりに好ましく、5%以下が特に好ましい。Ig.Lossが低いほど、液晶ポリエステルの分解が抑制され、耐ハンダ性が良好になる。なお、本発明においてIg.Lossは、JIS M8853に準拠し測定する値とする。
本実施形態においては、タルクの体積平均粒径が5.0μm以上であることが好ましく、5.5μm以上であることがより好ましく、6.0μm以上であることが特に好ましい。
また、体積平均粒径が25μm以下であることが好ましく、24.5μm以下であることがより好ましく、24μm以下であることが特に好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態において、タルクの体積平均粒径はレーザー回折法により測定方法することができる。測定装置として、散乱式粒径分布測定装置(株式会社堀場製作所製「LA−950V2」)を用い、タルクを水に分散させた状態で、以下の測定条件にて、体積平均粒子径を算出することができる。
[測定条件]
粒子屈折率:1.59−0.1i
分散媒:水
分散媒屈折率:1.33
本発明において、タルクの含有量は、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対し、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、30質量部以上が特に好ましい。また、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対し、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、60質量部以下が特に好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
・マイカ
マイカとは、アルミニウム、カリウム、マグネシウム、ナトリウム、鉄等を含んだケイ酸塩鉱物の粉砕物である。3原子のケイ素(Si)と1原子のアルミニウム(Al)の酸化物が形成する4個の四面体構造間に、2個もしくは3個の金属酸化・水酸化物が構成する八面体構造を挟み込んだ構造を形成した鉱物である。
本実施形態で使用するマイカは、白雲母、金雲母、フッ素金雲母、四ケイ素雲母及び人工的に製造される合成マイカのいずれもよい。これらを2種類以上含んでもよい。
本実施形態で使用するマイカは、実質的に白雲母のみからなることが好ましい。
マイカの製造方法としては、例えば、水流式ジェット粉砕、湿式粉砕、乾式ボールミル粉砕、加圧ローラーミル粉砕、気流式ジェットミル粉砕、アトマイザー等の衝撃粉砕機による乾式粉砕などがあげられる。マイカを薄く細かく粉砕することができるため、湿式粉砕法より製造されたマイカを使用するのが好ましい。
湿式粉砕を行う場合には、粉砕物を水に分散させることが必要となるため、粉砕物の分散効率を高めるため、ポリ塩化アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、硫酸第1鉄、硫酸第2鉄、塩化コッパラス、ポリ硫酸鉄、ポリ塩化第2鉄、鉄−シリカ無機高分子凝集剤、塩化第2鉄−シリカ無機高分子凝集剤、消石灰(Ca(OH))、苛性ソーダ(NaOH)、ソーダ灰(NaCO)等の凝集沈降剤・沈降助剤を加えることが一般的であるが、液晶ポリエステルの分解を引き起こす場合があるため、本発明で使用するマイカは、湿式粉砕する際に凝集沈降剤・沈降助剤を使用していないものが好ましい。
本実施形態においては、マイカの体積平均粒径が20μm以上であることが好ましく、21μm以上であることがより好ましく、22μm以上であることが特に好ましい。また、体積平均粒径が45μm以下であることが好ましく、44μm以下がより好ましく、43μm以下が特に好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
本実施形態において、マイカの体積平均粒径はレーザー回折法により測定方法することができる。測定装置として、散乱式粒径分布測定装置株式会社堀場製作所製「LA−950V2」)を用い、マイカを水に分散させた状態で、以下の測定条件にて、体積平均粒子径を算出することができる。
[測定条件]
粒子屈折率:1.57−0.1i
分散媒:水
分散媒屈折率:1.33
このような体積平均粒径を有するマイカは、液晶ポリエステルとの混和性が良好になって、本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物の流動性を更に良好にすることができる。
前記マイカの含有量は、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましく、30質量部以上が特に好ましい。また、前記液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、100質量部以下が好ましく、80質量部以下がより好ましく、60質量部以下がより好ましい。
上記上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。
また、前記液晶ポリエステル樹脂(A)に対する前記マイカの含有量がこのような範囲である液晶ポリエステル樹脂組成物は、成形体の耐熱性が高くなり、ブリスターの発生を抑制できる。
液晶ポリエステル樹脂組成物は、液晶ポリエステル樹脂(A)及び無機充填材(B)以外に、他の成分(添加剤成分)を1種以上含んでもよい。
≪添加剤成分≫
本実施形態に用いる液晶ポリエステル樹脂組成物に含まれうる添加剤成分としては、例えば、液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂や、当技術分野で周知の添加剤が挙げられる。
当技術分野で周知の添加剤としては、例えば、高級脂肪酸エステル、金属石鹸類等の離型改良剤、染料や顔料等の着色剤、酸化防止剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、界面活性剤、難燃剤及び可塑剤が挙げられる。また、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸金属塩、フルオロカーボン系界面活性剤等の外部滑剤効果を有する添加剤も挙げられる。これらの添加剤は、本発明の液晶ポリエステル樹脂組成物の優れた耐ブリスター性を極端に損なわないようにして、その種類及び使用量が決定される。
これらの添加剤の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常0.01〜5質量部である。
・カーボンブラック
本実施形態では、上記添加剤成分として記載した着色剤として、カーボンブラックを使用することが好ましい。
本実施形態に用いられるカーボンブラックとしては、例えば、チャネルブラック系、ファーネスブラック系、ランプブラック系、サーマルブラック系、ケッチェンブラック系、ナフタレンブラック系などが挙げられ、これらを2種以上含有してもよい。これらのうち、特にファーネスブラック系、ランプブラック系のものが好ましく使用できるが、前記に示した所望の特性を有するカーボンブラックであれば、一般に市販されている着色用カーボンブラックを使用することができる。カーボンブラックの含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常、0.1〜2.5質量部であり、より好ましくは0.2〜2.0質量部である。
・離型剤
本実施形態では、上記添加剤成分として、さらに離型剤を添加することで、成形加工性を向上させることが可能である。離型剤として、例えば、テトラフルオロエチレン、モンタン酸およびその塩、そのエステル、そのハーフエステル、ステアリルアルコール、ステアラミドおよびポリエチレンワックスなどが挙げられ、好ましくは、テトラフルオロエチレンまたは、ペンタエリスリトールの脂肪酸エステルが挙げられる。離型剤の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常、0.1〜1.0質量部であり、より好ましくは0.2〜0.7質量部である。離型剤の含有量が前記の範囲にあると、金型汚染や成形品のブリスターなどが起こりにくい傾向があり、また離型効果が得られる。
・液晶ポリエステル樹脂(A)以外に含んでいてもよい樹脂
液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂の例としては、ポリプロピレン、ポリアミド、液晶ポリエステル以外のポリエステル、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリフェニレンエーテル、ポリエーテルイミド等の液晶ポリエステル以外の熱可塑性樹脂;及びフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。
液晶ポリエステル樹脂(A)以外の樹脂の含有量は、液晶ポリエステル樹脂(A)100質量部に対して、通常0.1〜20質量部である。
<液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法>
本実施形態の、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法は、押出機を用いて、液晶ポリエステル樹脂(A)と無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有する。
前記液晶ポリエステル樹脂組成物は、液晶ポリエステル樹脂(A)、無機充填材(B)及び必要に応じて用いられる他の成分(以下、これらをまとめて原料成分と呼ぶことがある)を押出機に供給し、溶融混練して混練物を押し出して、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットとすることが好ましい。
前記押出機は、シリンダーと、シリンダー内に配置された1本以上のスクリューと、を有し、前記シリンダーの2箇所以上にフィード(供給)口が設けられたものが好ましく、さらにシリンダーの1箇所以上にベント部が設けられたものがより好ましい。そして、前記シリンダーは、メインフィード口と、このメインフィード口よりも押出方向下流側にサイドフィード口と、が設けられたものが好ましい。
[溶融混練]
図1は、本実施形態の溶融混練する工程で用いる押出機の一例を示す概略断面図である。以下、図1に示す押出機を用いて液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットを製造する場合について説明する。
本実施形態の液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法では、図1に示す押出機を用いて、液晶ポリエステル樹脂(A)と無機充填材(B)と原料成分とを溶融混練して液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットを製造することとして説明する。
図1に示す押出機10は、モーターボックス1aに収容されたモーター1と、モーターボックス1aに隣接して設けられたシリンダー2と、シリンダー2内に挿入され、モーター1と接続されたスクリュー3と、を有している。図1に示す押出機10は、シリンダー2内に2本のスクリュー3が挿入された二軸押出機である。
図1では、シリンダー2には、その内部に液晶ポリエステル樹脂(A)、無機充填材(B)及び原料成分を供給するためのメインフィード口5と、メインフィード口5よりも押出方向下流側(後方)で、シリンダー2の内部に必要に応じて前記原料成分の一部を供給するための第1サイドフィード口7と、シリンダー2の内部に必要に応じて前記原料成分の一部を供給するための第2サイドフィード口8と、シリンダー2内で生じた揮発成分(分解ガス等)を排出するための第1ベント部4及び第2ベント部6と、溶融混練して得られた混練物を成形する吐出ダイ9と、が設けられている。また、吐出ダイ9はノズル穴9aを備えている。
シリンダー2において、ベント部を減圧にすることにより、シリンダー2内を減圧脱気することができる。また、ベント部は、単にシリンダー2内の分解ガスを大気中に開放する目的で用いてもよい。
図1では、シリンダー2内で生じた揮発成分(分解ガス等)を排出するための第1ベント部4及び第2ベント部6により、脱気を十分に行うことができる。第1ベント部4及び第2ベント部6は、大気に開放されたオープンベント方式であってもよいし、水封式ポンプ、ロータリーポンプ、油拡散ポンプ、ターボポンプ等に接続して真空に保持する真空ベント方式であってもよい。
ベント部の開口長さは、スクリュー3の径の0.5〜5倍であることが好ましく、ベント部の開口幅は、スクリュー3の径の0.3〜1.5倍であることが好ましい。ベント部の開口長さ、開口幅がこの範囲であると、脱気効果を十分に確保しながら、ベント部からの異物混入やベントアップ(溶融樹脂がベント部より上昇すること)を防止することができる。
メインフィード口5、第1サイドフィード口7及び第2サイドフィード口8は、シリンダー2の内部に接続されたホッパーと、前記原料成分を定質量又は定容量で供給する供給装置と、を有する。供給装置の供給方式の例としては、ベルト式、スクリュー式、振動式、テーブル式が挙げられる。
スクリュー3は、液晶ポリエステル樹脂組成物を搬送するための搬送部を備えている。また、スクリュー3は、メインフィード口5と第1サイドフィード口7との間に前記液晶ポリエステル樹脂組成物の可塑化およびニーディングを行う第1混練部11を備えている。
また、スクリュー3は、第1サイドフィード口7と第1ベント部4との間に、前記液晶ポリエステル樹脂組成物の可塑化およびニーディングを行う第2混練部12を備えている。
さらに、スクリュー3は、第1ベント部4と第2ベント部6との間に、前記液晶ポリエステル樹脂組成物の混練を行う第3混練部13を備えている。
なお、第1ベント部4と第2ベント部6との間に、さらに第4混練部、第5混練部を備えていてもよい。この際、せん断発熱によるシリンダー温度の上昇に対して充分な温度制御を行うことが好ましい。
本実施形態においては、メインフィード口5の下流側に隣接する下流側隣接部14、並びに、第1サイドフィード口7および第2サイドフィード口8にそれぞれヒーターを備え、各フィード部分で加熱温度を制御することが好ましい。
具体的には、下流側隣接部14が備えるヒーターの設定温度よりも、第1サイドフィード口7が備えるヒーターの設定温度を、50℃以上100℃以下高く設定することが好ましい。さらには、下流側隣接部14が備えるヒーターの設定温度よりも、第1サイドフィード口7が備えるヒーターの設定温度を、50℃以上90℃以下高く設定することがより好ましく、60℃以上80℃以下高く設定することが特に好ましい。
サイドフィード口から室温の無機充填材(B)等を供給すると、サイドフィード口上流部よりも、溶融した樹脂の温度が下がる傾向にある。温度が低下すると、樹脂の溶融粘度が高くなり、空気をかみ込みやすくなると考えられる。本実施形態においては、サイドフィード口の設定温度を特定の温度に設定することにより、無機充填材(B)の供給に伴うシリンダーの温度の低下を防止できる。これにより、空気のかみ込みを抑え、ペレットの空隙の球相当径、空隙の存在率、及び空隙の個数を上記の本実施形態の範囲内に制御できる。
また、第1サイドフィード口7が備えるヒーターの設定温度よりも、第2サイドフィード口8が備えるヒーターの設定温度は、10℃以上30℃以下低く設定することが好ましい。これにより、吐出ダイ9のノズル穴9aから押し出される組成物のストランドが安定化され、ペレット加工時の作業性が向上する。
スクリュー3は、スクリューエレメントを適宜組み合わせて構成される。搬送部は順フライト(フルフライト)のスクリューエレメント、混練部11、12、13は、フルフライト、逆フライト、シールリング、順ニーディングディスク、ニュートラルニーディングディスク、逆ニーディングディスク等のスクリューエレメントが組み合わされて構成されるのが一般的である。
スクリュー3の径は、60mm以下であることが好ましく、58mm以下であることがより好ましい。また、シリンダー2の全幅(D)に対する全長(L)の割合(L/D)は、50以上であることが好ましく、60以上であることがより好ましい。スクリュー3の径が前記所定値以上であり、また、L/Dが前記所定値以上であることにより、混練を十分に行うことができる。
吐出ダイ9のノズル穴9aから押し出された組成物のストランドは、切断されて、ペレットに加工される。例えば、ストランドの切断にあたっては、予めストランドを空冷又は水冷により固化させてもよい。切断に用いるカッターとしては、一般に、回転刃と固定刃とを組み合わせてなるカッターが用いられる。
前記液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットは、各種成形体を製造するのに好適である。前記液晶ポリエステル樹脂組成物の成形方法は、溶融成形法が好ましく、その例としては、射出成形法;Tダイ法、インフレーション法等の押出成形法;圧縮成形法;ブロー成形法;真空成形法;プレス成形法等が挙げられ、射出成形法が特に好ましい。
液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの成形体である製品・部品の例としては、光ピックアップボビン、トランスボビン等のボビン;リレーケース、リレーベース、リレースプルー、リレーアーマチャー等のリレー部品;RIMM、DDR、CPUソケット、S/O、DIMM、Board to Boardコネクター、FPCコネクター、カードコネクター等のコネクター;ランプリフレクター、LEDリフレクター等のリフレクター;ランプホルダー、ヒーターホルダー等のホルダー;スピーカー振動板等の振動板;コピー機用分離爪、プリンター用分離爪等の分離爪;カメラモジュール部品;スイッチ部品;モーター部品;センサー部品;ハードディスクドライブ部品;オーブンウェア等の食器;車両部品;航空機部品;及び半導体素子用封止部材、コイル用封止部材等の封止部材が挙げられる。
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
<液晶ポリエステル樹脂(A)の製造>
[製造例1(液晶ポリエステル樹脂(A−1))]
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、4−ヒドロキシ安息香酸994.5g(7.2モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル446.9g(2.4モル)、テレフタル酸299.0g(1.8モル)、イソフタル酸99.7g(0.6モル)および無水酢酸1347.6g(13.2モル)を仕込み、触媒として1−メチルイミダゾール0.2gを添加し、反応器内を十分に窒素ガスで置換した。
その後、窒素ガス気流下で撹拌しながら、室温から150℃まで30分かけて昇温し、同温度を保持して30分間還流させた。
次いで、1−メチルイミダゾール2.4gを加えた。その後、副生酢酸と未反応の無水酢酸を留去しながら、150℃から320℃まで2時間50分かけて昇温し、320℃で30分保持した。保持後、内容物を取り出し、室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、250℃から296℃まで5時間かけて昇温し、296℃で3時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステル樹脂(A−1)を得た。得られた液晶ポリエステル樹脂(A−1)の流動開始温度は328℃であった。
[製造例2(液晶ポリエステル樹脂(A−2))]
撹拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、4−ヒドロキシ安息香酸994.5g(7.2モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル446.9g(2.4モル)、テレフタル酸239.2g(1.44モル)、イソフタル酸159.5g(0.96モル)および無水酢酸1347.6g(13.2モル)を仕込み、触媒として1−メチルイミダゾール0.2gを添加し、反応器内を十分に窒素ガスで置換した。
その後、窒素ガス気流下で撹拌しながら、室温から150℃まで30分かけて昇温し、同温度を保持して1時間還流させた。
次いで、1−メチルイミダゾール0.9gを加え、副生酢酸と未反応の無水酢酸を留去しながら、150℃から320℃まで2時間50分かけて昇温し、320℃で30分保持した。保持後、内容物を取り出し、これを室温まで冷却した。
得られた固形物を、粉砕機で粒径0.1〜1mmに粉砕後、窒素雰囲気下、室温から220℃まで1時間かけて昇温し、220℃から241℃まで0.5時間かけて昇温し、241℃で10時間保持することにより、固相重合を行った。固相重合後、冷却して、粉末状の液晶ポリエステル樹脂(A−2)を得た。得られた液晶ポリエステル樹脂(A−2)の流動開始温度は292℃であった。
[無機充填材(B)]
以下の実施例においては、無機充填材として下記の市販品を用いた。ただし、下記の数平均繊維長は、メーカー公称値である。なお、ガラス繊維で記載されている形状は、ガラス繊維の径方向における断面の形状を表す。
ガラス繊維(B−1):PF70E−001(日東紡績株式会社製、略円形状、直径10μm、数平均繊維長70μm)
ガラス繊維(B−2):EFH50−01S(セントラル硝子株式会社製、略円形状、直径10μm、数平均繊維長70μm)
タルク(C−1):X−50(日本タルク株式会社製、体積平均粒径22μm、Ig.Loss5.0%)
タルク(C−2):GH50(林化成株式会社製、体積平均粒径22μm、Ig.Loss5.5%)
[その他の成分(D)]
離型剤(D−1):ロキシオールVPG861(エメリーオレオケミカルズジャパン株式会社製、ペンタエリスリトールとステアリン酸とのフルエステル(テトラステアレート)および部分エステルの混合物、5%重量減少温度310℃)
離型剤(D−2):セフラルルーブI(セントラル硝子株式会社製、低分子量テトラフルオロエチレン樹脂)
着色剤(D−3):CB#960B(三菱ケミカル株式会社製、カーボンブラック)
以下の実施例においては、二軸押出機として下記の装置を用いた。
東芝機械株式会社製「TEM48SS」:スクリュー径48mm、13バレル(シリンダー温度制御ゾーン数13個と、アダプターおよびノズル温度制御ゾーン2個)
株式会社ステアジャパン製「MEGA58」:スクリュー径58mm、13バレル(シリンダー温度制御ゾーン数13個と、アダプターおよびノズル温度制御ゾーン2個)
<液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造>
[実施例1〜4、比較例1〜4]
表1および表2に示す原料成分の配分及び製造条件で、二軸押出機(東芝機械株式会社製「TEM−48SS」または、株式会社ステアジャパン製「MEGA58」)を用いて溶融混練し、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットを得た。
ここで、二軸押出機に液晶ポリエステル樹脂を供給する供給口から、溶融押出しされる出口までの区間であるシリンダー温度制御ゾーンを、図1に示すように、C1ゾーンからC13ゾーンまで区分けした。
C1ゾーンの設定温度は80℃に設定し、常に水冷とした。C1ゾーンからC13ゾーンまでのシリンダー温度の設定値を表2に示した。
図1および表2中のADおよびDは、それぞれダイスのアダプターおよびダイスを示し、アダプターとノズル温度制御ゾーン2個とし、表2に記載する各温度を設定値とした。
表2に、各ゾーンのそれぞれの温度を記載した。
図1に示すメインフィード口5から液晶ポリエステル樹脂(A−1またはA−2)とその他の成分(D)を供給し、第1サイドフィード口7からタルク(C−1またはC−2)を供給した。第1ベント部4は、オープンベント位置であり、第2サイドフィード口8からガラス繊維(B−1またはB−2)を供給し、第2ベント部6から真空減圧を行った。
メインフィード口5の下流側に隣接する下流側隣接部14、及び第1サイドフィード口7の設定温度は、表2中のC2、C5の温度がそれぞれ該当する。
Figure 2020186346
Figure 2020186346
<ペレット長さ、ペレット最大径の測定>
ペレット100個を、それぞれのペレットの断面方向が平板に対して垂直方向になるように並べた。ペレットの断面が楕円に近い場合は、その断面の長径が平板に対して水平方向となるようにペレットを両面テープにて固定した。これらの並べられたペレットについて、株式会社キーエンス製のVR−3200ワンショット3D形状測定機を使用して、ペレットを静置した平板に対して垂直方向で、且つ、静置したペレットの上方よりペレットの投影像(正面の投影像)を撮影した。
撮影されたペレットの正面の投影像を用いて、付属の解析ソフトにより垂直フェレ径および水平フェレ径を測定した。それぞれのペレットの水平フェレ径の平均値を算出し、ペレット長さ(mm)とした。また、垂直フェレ径の平均値を算出し、ペレット最大径(mm)とした。これらの結果を表3に示した。
<ペレットが有する空隙の測定方法>
得られたペレット約200個から約750個を、ポリプロピレン容器(高さ20mm、直径24mm、厚み1mmの円筒形ポリプロピレン容器)に充填し、X線CTスキャナーを用いて取得した画像を3D画像解析することにより、測定に用いた全ペレット数の合計(測定ペレット総数当たり)のペレット体積(μm)、空隙個数(個)および空隙体積(μm)をそれぞれ測定した。これらの測定結果を、測定に用いた全ペレット数(測定ペレット総数/個)とともに表3に示した。
また、これらの測定結果より、ペレット体積に対する空隙体積比率(%)、平均空隙個数(個/1ペレット)、1ペレット中の1空隙の平均体積比率(%)および空隙1個当たりの平均体積(μm/1空隙)をそれぞれ以下のようにして算出し、表3に示した。
ペレット体積に対する空隙体積比率(%)=(測定ペレット総数当たりの空隙体積)/(測定ペレット総数当たりのペレット体積)×100
平均空隙個数(個/1ペレット)=測定ペレット総数当たりの空隙個数/測定ペレット総数
1ペレット中の1空隙の平均体積比率(%)=[(測定ペレット総数当たりの空隙体積)/(測定ペレット総数当たりのペレット体積)]/[(測定ペレット総数当たりの空隙個数)/(測定ペレット総数)]×100
空隙1個当たりの平均体積(μm/1空隙)=(測定ペレット総数当たりの空隙体積)/(測定ペレット総数当たりの空隙個数)
以下に、前記の3D画像解析条件及び手順を示した。
測定機器:Bruker製、Skyscan1272
画素数 :1344×896
測定条件:20μm/pixec
フィルター:アルミニウムフィルター(フィルター径0.5mm)、
銅フィルター(フィルター径0.03mm)
加速電圧:90kV
電流値 :111μA
積算回数:2
回転 :ハーフスキャン
測定時間:約60分間
画像解析:Skyscan1272付属ソフト
この操作では、まず空間補正(20um/pixel)を行い、次にメディアンフィルターでノイズ除去し、最後にペレット樹脂部と空隙部とを識別する。さらに、Auto−LWで画像の2階調化を実施する。このとき、隣り合うペレット間の空間と各ペレット1個に内包される空隙を画像演算機能用いて識別し、各ペレット1個の中の空隙を抽出する。
実際の手順の一例は下記の通りである。
まず、解析ソフト(Skyscan1272付属ソフト)にて、得られた3次元観察像を読み込み、空間補正(20um/pixel)を行い、次にメディアンフィルターでノイズ除去し、最後にペレット樹脂部と空隙部とを識別した。さらに、Auto−LWで画像の2階調化を実施した。このとき、隣り合うペレット間の空間と各ペレット1個に内包される空隙を画像演算機能用いて識別し、各ペレット1個の中の空隙を抽出した。
さらに、上記の3D画像解析により得られた、体積基準の累積粒度分布曲線から、空隙の球相当径D50を算出した。空隙の球相当径D10、D90についても、空隙の球相当径D50と同様にして算出した。これらの結果を表3に示した。
球相当径が400μm未満の空隙の存在率は、体積基準の累積粒度分布曲線において球相当径が400μmの時の累積体積(%)として求めた。この結果を表3に示した。
Figure 2020186346
[耐ハンダ試験]
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度90mm/秒の成形条件にて厚さ1.2mm、JIS K7161(1/2)号ダンベル試験片を射出成形した。
得られた試験片を、熱循環式オーブン(ヤマト科学株式会社製「DN63H」)に3分間入れ、試験片にブリスターが生じない温度を測定した。具体的には、温度一定のオーブンに、試験片10本を入れ、3分間保持した後に取り出し、試験片をマイクロスコープ(株式会社キーエンス社製「VHX−1000」)にて観察した。試験片中に0.1mm以上の大きさのブリスターが1本もない最大温度を、耐ハンダ温度(℃)とした。この結果を表4に示した。耐ハンダ温度は高いほど、耐ブリスター性が高いと判断できる。
[荷重たわみ温度]
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度75mm/秒の成形条件にて作製した、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ6.4mmの試験片を使用し、ASTM D648に準拠した方法により、1.82MPaの荷重下、昇温速度2℃/分で、荷重たわみ温度(℃)を測定した。この測定結果を表4に示した。
[引張強度]
射出成形機(日精樹脂工業株式会社製「PNX40−5A」)を用い、成形温度350℃、金型温度130℃、射出速度75mm/秒の成形条件にて作製した、ASTM4号試験片を使用し、ASTM D638に準拠した方法により、引張強度(MPa)を測定した。この結果を表4に示した。
Figure 2020186346
上記の表4に示す結果の通り、本発明を適用した実施例1〜4は、耐ハンダ温度が比較例よりも高く、ブリスターの発生が抑制されていた。
加えて、本発明を適用した実施例1〜4は、荷重たわみ温度および引張強度について比較例よりも高く、機械的強度も良好な結果であった。
1…モーター、1a…モーターボックス、2…シリンダー、3…スクリュー、4…第1ベント部、5…メインフィード口、6…第2ベント部、7…第1サイドフィード口、8…第2サイドフィード口、9…吐出ダイ、9a…ノズル穴、10…押出機、11…第1混練部、12…第2混練部、13…第3混練部、14…下流側隣接部

Claims (7)

  1. 液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットであって、
    前記ペレット中に、球相当径が10μm以上1000μm以下の空隙を内包しており、前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、40%以上90%以下であるペレット。
  2. 長さが1mm以上5mm以下、最大径が1mm以上3mm以下の大きさのペレット1個当たりが有する前記空隙の平均個数が、4個以上9個以下である、請求項1に記載のペレット。
  3. 前記ペレット中の前記空隙の球相当径のD50が、200μm以上500μm以下である、請求項1又は2に記載のペレット。
  4. 1ペレット中の1空隙の平均体積比率が、0.040%以上0.12%以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のペレット。
  5. 前記空隙の合計量のうち、球相当径が400μm未満の空隙の存在率が、70%以上90%以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載のペレット。
  6. 前記無機充填材(B)が、チョップドガラス繊維、ミルドガラス繊維、タルクおよびマイカからなる群から選ばれる少なくとも一種である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のペレット。
  7. 液晶ポリエステル樹脂(A)と、無機充填材(B)と、を含む液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法であって、
    押出機を用いて、前記液晶ポリエステル樹脂(A)と前記無機充填材(B)とを溶融混練する工程を有し、
    前記押出機は、押出方向下流に向かって、メインフィード口と、下流側隣接部と、第1サイドフィード口とをこの順で備え、
    前記メインフィード口から前記液晶ポリエステル樹脂(A)を供給し、前記第1サイドフィード口から前記無機充填材(B)を供給し、
    前記下流側隣接部および前記第1サイドフィード口はそれぞれヒーターを備え、
    前記下流側隣接部の備えるヒーターの設定温度よりも、前記第1サイドフィード口の備えるヒーターの設定温度を50℃以上100℃以下高く設定する、液晶ポリエステル樹脂組成物のペレットの製造方法。
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