JP2022546070A - ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料、その製造方法及び使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料、その製造方法及び使用を開示し、前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料は、成分Ａ：ポリカーボネート４０部～９０部と、成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体１．５部～５０部と、成分Ｃ：ガラス繊維５部～６０部と、成分Ｄ：リン含有化合物０．１部～３０部と、成分Ｅ：ポリオレフィン化合物０．０１部～３０部とを含む。本発明は、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の処方にポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物及びポリオレフィン化合物を特定含有量で添加することにより、最終的に製造された複合材料中の特定のシロキサン含有量及び特定のリン元素とケイ素元素の重量比を確保し、製造された複合材料に優れた高弾性率・高靭性と優れた加工性能とを併せ持ち、従来の強化変性手段と比較して、この複合材料は、剛性と靭性を併せ持ち、特に自動車、電子・電気、通信産業、建築産業などの分野に適している。
Description
本発明は、エンジニアリングプラスチックの技術分野に関し、特にガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料、その製造方法及び使用に関する。
ポリカーボネート樹脂ＰＣは、総合的性能に優れた熱可塑性エンジニアリングプラスチックである。近年、その高い透明度、良好な難燃性、耐熱性、電気絶縁性や寸法安定性、低い吸水率などの特徴から、自動車、電子・電気、通信産業、建築産業などの分野に広く応用されている。その応用分野の発展に伴い、ポリカーボネートの衝撃強度、曲げ弾性率、引張強度、流動性、誘電損失などの性能についてはいずれも要求が高まり、単純なポリカーボネート又は普通のポリカーボネート材料は要求を満たすことができないので、ポリカーボネート材料に対して変性処理を行う必要がある。材料の性能とグレードを向上させ、最終部品や顧客のニーズを満たすために、一般的にはガラス繊維強化による加工性改善と変性を必要とする。
しかし、従来のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料には、高剛性と低靭性という矛盾があり、一方、通常の強靭化方法は強靭化剤を直接添加することであり、これも複合材料の流動性を大幅に低下させ、しかも複合材料の剛性と強靭性の向上も非常に限られているため、自動車、電子・電気、通信産業、建築産業などの分野における応用が厳重に制限されている。
従来技術の欠点と欠陥を解決するために、本発明の目的は、剛性と靭性を兼ね備え、かつ高い流動性を有するガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料を提供することである。
本発明の別の目的は、上記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の製造方法を提供することである。
本発明のさらに別の目的は、上記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の使用を提供することである。
本発明は、以下の技術案によって達成される。
ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料であって、
成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体１．５重量部～５０重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物０．１重量部～３０重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物０．０１重量部～３０重量部と、
を含む。
成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体１．５重量部～５０重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物０．１重量部～３０重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物０．０１重量部～３０重量部と、
を含む。
好ましくは、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料は、
成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体３．５重量部～４５重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物８重量部～１２重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物６重量部～１０重量部と、
を含む。
成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体３．５重量部～４５重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物８重量部～１２重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物６重量部～１０重量部と、
を含む。
前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料中、組成物の全重量に占めるシロキサン含有量の百分率が０．６ｗｔ％～１７ｗｔ％、好ましくは２．８ｗｔ％～１２ｗｔ％である。
前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料中、リン元素とケイ素元素の重量比が（１：０．１～３．２）、好ましくは（１：０．６～２．５）である。
前記ポリカーボネートは、芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート、芳香族‐脂肪族ポリカーボネート、分岐ポリカーボネートから選択される１種又は数種であり、好ましくは芳香族ポリカーボネートであり、
好ましくは、前記芳香族ポリカーボネートは粘度平均分子量１３０００～４００００の芳香族ポリカーボネートであり、好ましくは、粘度平均分子量１８０００～２８０００の芳香族ポリカーボネートである。粘度平均分子量が上記範囲であれば、機械的強度が良好であり、優れた成形性を維持することができる。粘度平均分子量は、溶媒として塩化メチレンを用いてテスト温度が２５℃である溶液粘度から計算したものである。
好ましくは、前記芳香族ポリカーボネートは粘度平均分子量１３０００～４００００の芳香族ポリカーボネートであり、好ましくは、粘度平均分子量１８０００～２８０００の芳香族ポリカーボネートである。粘度平均分子量が上記範囲であれば、機械的強度が良好であり、優れた成形性を維持することができる。粘度平均分子量は、溶媒として塩化メチレンを用いてテスト温度が２５℃である溶液粘度から計算したものである。
上記ポリカーボネートの製造方法としては、界面重合法及びエステル交換法により製造することができ、過程中の末端水酸基の含有量を制御することができる。
前記ポリシロキサンブロック共重合体はポリジメチルシロキサンブロックとビスフェノールＡのポリカーボネートブロックを含み、シロキサン含有量がＢ成分の重量に対して０．６ｗｔ％～３６ｗｔ％である。シロキサンブロック共重合体を添加した後、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料のシロキサン含有量を近赤外線分析法によりテストすることができ、テスト方法は、一定重量のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料ペレットを秤量して、メタンで均一に溶解してシート状にした後に検出するものである。
前記リン含有化合物は、酸素含有リン酸、リン酸塩類及びその誘導体から選択され、前記酸素含有リン酸は、リン酸及び／又は次亜リン酸から選択され、前記リン酸塩類及びその誘導体は、リン酸ナトリウム及び／又は次亜リン酸亜鉛から選択される。
前記ポリオレフィン化合物は、飽和直鎖型のポリオレフィン、不飽和結合を含有するポリオレフィン、部分分岐鎖を含有するポリオレフィン、変性ポリオレフィンから選択される１種又は数種であり、前記飽和直鎖型のポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンから選択される１種又は数種であり、前記不飽和結合を含有するポリオレフィンは、ポリブタジエン及びその誘導体から選択され、前記部分分岐鎖を含有するポリオレフィンは、ポリＸ‐オレフィンから選択され、前記変性ポリオレフィンは、エポキシ変性ポリオレフィン、無水マレイン酸変性ポリオレフィンから選択される１種又は数種である。
本発明の前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料は、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の重量に対して、成分Ｆ：その他の助剤０～１０重量部をさらに含んでもよく、前記その他の助剤は、安定剤、難燃剤、防滴剤、潤滑剤、離型剤、可塑剤、充填剤、帯電防止剤、抗菌剤、着色剤から選択される１種又は数種である。
適切な安定剤は、有機亜リン酸エステル、例えば、亜リン酸トリフェニル、亜リン酸トリス‐（２,６‐ジメチルフェニル）、亜リン酸トリノニルフェニル、フェニルホスホン酸ジメチル、リン酸トリメチルなど、有機亜リン酸エステル、アルキル化された一価フェノール又は多価フェノール、多価フェノールとジエンのアルキル化反応生成物、ｐ‐クレゾール又はジシクロペンタジエンのブチル化反応生成物、アルキル化されたハイドロキノン類、ヒドロキシル化されたチオジフェニルエーテル類、アルキレン‐ビスフェノール、ベンジル化合物、ポリオールエステル類、ベンゾトリアゾール類、ベンゾフェノン類の１種又は数種の組み合わせを含んでもよい。
適切な難燃剤は、リン酸エステル系難燃剤又はスルホン酸塩系難燃剤を含んでもよい。好適なリン酸エステル難燃剤としては、ビスフェノールＡジリン酸テトラフェニル、リン酸トリフェニル、リン酸トリトリル、リン酸トリルジフェニル、ビスフェノールＡジリン酸テトラトリル、レゾルシノールテトラキス（２,６‐ジメチルフェニル）及びテトラメチルベンジルピペリジンアミドを含んでもよく、難燃剤としては、Ｒｉｍａｒ塩ペルフルオロブチルスルホン酸カリウム、ＫＳＳジフェニルスルホンスルホン酸カリウム、ベンゼンスルホン酸ナトリウムなどのスルホン酸塩としてもよい。
上記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の製造方法は、
ポリカーボネート、ポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物、ポリオレフィン化合物、その他の助剤を配合比で秤量し、高速混合機で１～３ｍｉｎ撹拌してブレンドし、プレミックスを得るステップ１）と、
得られたプレミックスを二軸押出機の主供給口に入れ、サイド供給口にガラス繊維を加えて溶融押出し、造粒乾燥すると完成するステップ２）と
を含む。
ポリカーボネート、ポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物、ポリオレフィン化合物、その他の助剤を配合比で秤量し、高速混合機で１～３ｍｉｎ撹拌してブレンドし、プレミックスを得るステップ１）と、
得られたプレミックスを二軸押出機の主供給口に入れ、サイド供給口にガラス繊維を加えて溶融押出し、造粒乾燥すると完成するステップ２）と
を含む。
前記二軸押出機のアスペクト比は４６：１～５０：１であり、前記二軸押出機の温度は、供給部からヘッド部に向かって順に、ゾーン１の温度は１２０℃～１６０℃、ゾーン２の温度は２００℃～２３０℃、ゾーン３の温度は２００℃～２３０℃、ゾーン４の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン５の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン６の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン７の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン８の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン９の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン１０の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン１１の温度は２００℃～２２０℃であり、ヘッドの温度は２２０℃～２４０℃であり、本体の回転速度は３５０回転／分～５００回転／分である。
上記の製造方法により得られたガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の自動車、電子・電気、通信産業、建築産業における使用が提供される。
本発明は、従来技術と比較して、以下の有益な効果を有する。
本発明は、ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の処方に特定含有量のポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物及びポリオレフィン化合物を添加することにより、製造された複合材料中の特定のシロキサン含有量及び特定のリン元素とケイ素元素の重量比を確保し、製造された複合材料に優れた高弾性率・高靭性と優れた流動性と加工性能とを併せ持ち、従来の強化変性手段と比較して、この複合材料は、剛性と靭性を併せ持ち、特に自動車、電子・電気、通信産業、建築産業などの分野に適している。
以下、本発明を具体的な実施形態によりさらに説明するが、以下の実施形態は本発明の好適な実施形態であるが、本発明の実施形態は以下の実施形態に限定されるものではない。
各性能のテスト基準又は方法：
Ｉｚｏｄノッチなし衝撃強度のテスト方法：ＡＳＴＭ Ｄ２５６－２０１０標准に準じる。
引張強度のテスト方式：ＡＳＴＭ Ｄ６３８－２０１４標准に準じて、引張速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ。
曲げ弾性率のテスト方式：ＡＳＴＭ Ｄ７９０－２０１０標准に準じて、曲げ速度は２ｍｍ／ｍｉｎ。
流動性のテスト方法：ＡＳＴＭ Ｄ１２３８－２０１３標準に準じて、溶融温度は３００℃。
本発明で使用されるポリカーボネート：
成分Ａ‐１：粘度平均分子量１８０００の芳香族ポリカーボネート、日本出光社製、
成分Ａ‐２：粘度平均分子量２７０００の芳香族ポリカーボネート、日本出光社製、
本発明で使用されるポリシロキサンブロック共重合体：
成分Ｂ‐１：シロキサン含有量８ｗｔ％のポリシロキサンブロック共重合体、日本出光社製
成分Ｂ‐２：シロキサン含有量３４ｗｔ％のポリシロキサンブロック共重合体、日本出光社製
本発明で使用されるガラス繊維：
成分Ｃ‐１：日本東洋紡社製
本発明で使用するリン含有化合物：
成分Ｄ‐１：次亜リン酸、アラジン社製
成分Ｄ‐２：リン酸ナトリウム、博徳化工社製
本発明で使用されるポリオレフィン化合物：
成分Ｅ‐１：ポリエチレン、シノペック社製
成分Ｅ‐２：ポリＸ－オレフィン、創新化工社製
本発明で使用されるその他の助剤：
成分Ｆ‐１：安定剤：２１１２、アデカ社製
成分Ｆ‐２：潤滑剤：ＰＥＴＳ、ロンザ社製
Ｉｚｏｄノッチなし衝撃強度のテスト方法：ＡＳＴＭ Ｄ２５６－２０１０標准に準じる。
引張強度のテスト方式：ＡＳＴＭ Ｄ６３８－２０１４標准に準じて、引張速度は１０ｍｍ／ｍｉｎ。
曲げ弾性率のテスト方式：ＡＳＴＭ Ｄ７９０－２０１０標准に準じて、曲げ速度は２ｍｍ／ｍｉｎ。
流動性のテスト方法：ＡＳＴＭ Ｄ１２３８－２０１３標準に準じて、溶融温度は３００℃。
本発明で使用されるポリカーボネート：
成分Ａ‐１：粘度平均分子量１８０００の芳香族ポリカーボネート、日本出光社製、
成分Ａ‐２：粘度平均分子量２７０００の芳香族ポリカーボネート、日本出光社製、
本発明で使用されるポリシロキサンブロック共重合体：
成分Ｂ‐１：シロキサン含有量８ｗｔ％のポリシロキサンブロック共重合体、日本出光社製
成分Ｂ‐２：シロキサン含有量３４ｗｔ％のポリシロキサンブロック共重合体、日本出光社製
本発明で使用されるガラス繊維：
成分Ｃ‐１：日本東洋紡社製
本発明で使用するリン含有化合物：
成分Ｄ‐１：次亜リン酸、アラジン社製
成分Ｄ‐２：リン酸ナトリウム、博徳化工社製
本発明で使用されるポリオレフィン化合物：
成分Ｅ‐１：ポリエチレン、シノペック社製
成分Ｅ‐２：ポリＸ－オレフィン、創新化工社製
本発明で使用されるその他の助剤：
成分Ｆ‐１：安定剤：２１１２、アデカ社製
成分Ｆ‐２：潤滑剤：ＰＥＴＳ、ロンザ社製
実施例１～８及び比較例１～６：ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の製造
ポリカーボネート、ポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物、ポリオレフィン化合物、その他の助剤を配合比で秤量し、高速混合機で１～３ｍｉｎ撹拌してブレンドしし、プレミックスを得た。得られたプレミックスを二軸押出機の主供給口に入れ、サイド供給口にガラス繊維を加えて溶融押出し、造粒乾燥してガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料を得た。上記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料について、Ｉｚｏｄノッチ衝撃強度、Ｉｚｏｄノッチなし衝撃強度、引張強度、曲げ弾性率、流動性をテストし、得られたデータを表１に示す。
ポリカーボネート、ポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物、ポリオレフィン化合物、その他の助剤を配合比で秤量し、高速混合機で１～３ｍｉｎ撹拌してブレンドしし、プレミックスを得た。得られたプレミックスを二軸押出機の主供給口に入れ、サイド供給口にガラス繊維を加えて溶融押出し、造粒乾燥してガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料を得た。上記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料について、Ｉｚｏｄノッチ衝撃強度、Ｉｚｏｄノッチなし衝撃強度、引張強度、曲げ弾性率、流動性をテストし、得られたデータを表１に示す。
表１ 実施例１～８及び比較例１～６の具体的な配合（重量部）とそのテスト結果
表１に続く
表１に続く
Claims (12)
- ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料であって、
成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体１．５重量部～５０重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物０．１重量部～３０重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物０．０１重量部～３０重量部と
を含む、複合材料。 - 成分Ａ：ポリカーボネート４０重量部～９０重量部と、
成分Ｂ：ポリシロキサンブロック共重合体３．５重量部～４５重量部と、
成分Ｃ：ガラス繊維５重量部～６０重量部と、
成分Ｄ：リン含有化合物８重量部～１２重量部と、
成分Ｅ：ポリオレフィン化合物６重量部～１０重量部と
を含む、請求項１に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。 - 前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料中、組成物全重量に占めるシロキサン含有量の百分率が０．６ｗｔ％～１７ｗｔ％、好ましくは２．８ｗｔ％～１２ｗｔ％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- 前記ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料中、リン元素とケイ素元素の重量比が１：０．１～３．２、好ましくは１：０．６～２．５である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- 前記ポリカーボネートは、芳香族ポリカーボネート、脂肪族ポリカーボネート、芳香族‐脂肪族ポリカーボネート、分岐ポリカーボネートから選択される１種又は数種であり、好ましくは芳香族ポリカーボネートであり、前記芳香族ポリカーボネートは、粘度平均分子量１３０００～４００００の芳香族ポリカーボネートであり、好ましくは、粘度平均分子量１８０００～２８０００の芳香族ポリカーボネートである、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- 前記ポリシロキサンブロック共重合体は、ポリジメチルシロキサンブロックとビスフェノールＡのポリカーボネートブロックを含み、シロキサン含有量が成分Ｂの重量に対して０．６ｗｔ％～３６ｗｔ％である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- 前記リン含有化合物は、酸素含有リン酸、リン酸塩類及びその誘導体から選択され、前記酸素含有リン酸は、リン酸及び／又は次亜リン酸から選択され、前記リン酸塩類及びその誘導体は、リン酸ナトリウム及び／又は次亜リン酸亜鉛から選択される、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- 前記ポリオレフィン化合物は、飽和直鎖型のポリオレフィン、不飽和結合を含有するポリオレフィン、部分分岐鎖を含有するポリオレフィン、変性ポリオレフィンから選択される１種又は数種であり、前記飽和直鎖型のポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテンから選択される１種又は数種であり、前記不飽和結合を含有するポリオレフィンは、ポリブタジエン及びその誘導体から選択され、前記部分分岐鎖を含有するポリオレフィンは、ポリＸ‐オレフィンから選択され、前記変性ポリオレフィンは、エポキシ変性ポリオレフィン、無水マレイン酸変性ポリオレフィンから選択される１種又は数種である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- ガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の重量に対して、成分Ｆ：その他の助剤０～１０重量部をさらに含み、前記その他の助剤は、安定剤、難燃剤、防滴剤、潤滑剤、離型剤、可塑剤、充填剤、帯電防止剤、抗菌剤、着色剤から選択される１種又は数種である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料。
- ポリカーボネート、ポリシロキサンブロック共重合体、リン含有化合物、ポリオレフィン化合物、その他の助剤を配合比で秤量し、高速混合機で１～３ｍｉｎ撹拌してブレンドし、プレミックスを得るステップ１）と、
得られたプレミックスを二軸押出機の主供給口に入れ、サイド供給口にガラス繊維を加えて溶融押出し、造粒乾燥すると完成するステップ２）と
を含む、ことを特徴とする請求項１～９のいずれかに記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の製造方法。 - 前記二軸押出機のアスペクト比は４６：１～５０：１であり、前記二軸押出機の温度は、供給部からヘッド部に向かって順に、ゾーン１の温度は１２０℃～１６０℃、ゾーン２の温度は２００℃～２３０℃、ゾーン３の温度は２００℃～２３０℃、ゾーン４の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン５の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン６の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン７の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン８の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン９の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン１０の温度は２００℃～２２０℃、ゾーン１１の温度は２００℃～２２０℃であり、ヘッドの温度は２２０℃～２４０℃であり、本体の回転速度は３５０回転／分～５００回転／分である、ことを特徴とする請求項１０に記載のガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の製造方法。
- 請求項１０に記載の製造方法により得られるガラス繊維強化ポリカーボネート複合材料の自動車、電子・電気、通信産業、建築産業における使用。
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