JP2023511901A - Pbtベースの組成物 - Google Patents
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Abstract
本発明は、a)PBTと、b)ポリプロピレン(PP)、及び/又は液晶ポリエステル(LCP)、低融点ポリエステルを含むポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリ(ブチレンナフタレート)(PBN)、ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)からなる群から選択される少なくとも1つポリエステルからなる群からの他の熱可塑性ポリマーと、を含むポリ(ブチレンテレフタレート)(PBT)ベースの組成物に関し、本発明はPBTベースの組成物の調製方法に関し、本発明は特に電池用途、とりわけリチウムイオン電池における耐電解液性の増大のための、PBTベースの組成物の使用方法に関し、ならびに本発明は本発明によるPBTベースの組成物から得られる物品に関する。
Description
本発明は、電池部品としての物品、ポリ(ブチレンテレフタレート)(PBT)ベースの組成物、PBTベースの組成物の調製方法、耐電解液性(electrolyte resistance)の増大のためのPBTベースの組成物の使用方法に関する。
新型電気自動車(NEV)の急速な発展に伴い、Liイオン電池には、より高いエネルギー密度、軽量化、及びより長い寿命が求められている。電池の軽量化、電解質の低透過化、高いシール強度特性、コスト競争力などを考慮すると、アルミ合金ベースの角型電池缶/蓋又はパウチ電池用の多層積層体フィルム(例えばアルミベース及びポリプロピレンベース)が、既存の電池設計で電解質溶液に直接接触するパッケージ材料として最も広く使用されている。
CN101159320(A)は、保護層、アルミニウム層、接着剤層及び内部層を含む電池パッケージ材料用積層体を開示している。アルミニウム層は、金属リン酸塩、又は非金属リン酸塩と水性合成樹脂の混合物によって表面処理され、接着剤層との結合を向上させている。内部層は、不飽和カルボン酸グラフトポリオレフィン樹脂を共押出することによって作られる。これらの層は、電池パッケージの中に組み込まれる。しかし、多層積層体の製造工程はあまりにも複雑である。
CN102431239(A)は、良好なバリア特性と耐電解液性を有する電池セルパッケージを開示している。電池セルパッケージは、アウターバリア、バリア層及びハイバリア積層体、又はそれらの共押出層からなる共押出多層フィルムを含み、前記アウターバリアはPET、BOPA及びPENから選択される少なくとも1つであり;前記バリア層はFeを0.9質量%~1.5質量%含むアルミホイルであり;ハイバリア積層体はベース層、機能層及びヒートシール層を含む。パッケージの耐電解液性は、材料の積層構造に依存する。
CN106505170(A)は、フェニルスルフィド基を含むポリマー(例:ポリフェニレンスルフィド)、ポリフェニルエーテル、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリイミド、ポリ芳香族エステル、ポリスチレン(例:シンジオタクティックポリスチレン)、ポリエステル(例:PET、PBT、PCT)、ポリアミド(例:芳香族ポリアミド)、ポリオレフィン又はそのコポリマー(例:ポリプロピレン、ポリエチレン、エチレン/α-オレフィンコポリマー(例:エチレン-オクテンコポリマー)、プロピレン/α-オレフィンコポリマー(例:エチレン-エチレンコポリマー))、エポキシビニルエステル樹脂、フェノールエポキシビニルエステル樹脂、塩素化不飽和ポリエステル樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどの1つ以上のブレンドから選択されるポリマー材料で作られたリチウムイオンパワーのための電池セル及びエネルギー貯蔵電池を開示している。電池セルのセルハウジング及び上部カバーは前記ポリマー材料から調製されるため、リチウムイオン電池の電解質の電池セルへの腐食作用を効果的に防止することができる。しかし、PPS、PPS/PP、SPS、塩素化ポリエステルが室温で電解質溶液に240時間耐えられることが実証されただけで、試験時間は電池の寿命よりはるかに短い。
PBTは、最も人気のあるエンジニアリングプラスチックの1つとして、高い剛性と強度、優れた寸法安定性、低吸水性、及び多くの化学物質に対する高い耐性を有しているため、過去数十年間、電気及び電子、輸送などの異なる産業における様々な用途向けに開発されてきた。
しかし、PBT自体は、PBTを85℃以下の使用温度で240時間電解質溶液に浸漬した後の引張強度の保持が不十分であることが判明したように、カーボネートベースの溶媒及びLiPF6などの他の添加剤からなる電解質溶液には耐えられない。
そのため、高い使用温度で電解質溶液に浸漬した後の引張強度(好ましくは80%超)及び/又は弾性率などの機械的特性の保持を改善する新規材料を見つける必要性が依然として存在する。
本発明は、a)ポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)他の熱可塑性ポリマーを含む、PBTベースの組成物から得られる電池部品としての物品を提供する。物品又は電池部品は、好ましくは、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール、及び電池パックからなる群から選択される。電池は、好ましくはリチウムイオン電池である。
本発明は、PBTベースの組成物を電池部品、好ましくはLiイオン電池の部品に適用することを含む、耐電解液性を向上させる方法を提供する。
本発明は、特に電池部品における耐電解液性の増大のための、本発明によるPBTベースの組成物の使用方法を提供する。電池部品は、好ましくは、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール、及び電池パックのからなる群から選択される。電池は、好ましくは、Liイオン電池である。
本発明は、a)PBTと、b)他の熱可塑性ポリマーを含む、PBTベースの組成物を提供する。
本発明は、本発明によるPBTベースの組成物を調製するための方法を提供する。
本発明は、電池セルのパッケージ又はハウジングを調製する方法を提供し、該方法は:(1)壁と1つの底部を有するパッケージ又はハウジングの本体、及びキャップ又はカバーをそれぞれ射出成形すること、(2)レーザー溶接によって本体とキャップ又はカバーを結合すること、を含む。本体は、立方体のパッケージ又はハウジングの場合は4つの壁、円柱のパッケージ又はハウジングの場合は1つの壁を有することができる。壁と底部は射出成形で一体成形されることができ、又は別々に射出成形され、レーザー溶接によって一体化されることができる。
本明細書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、別段の定義がない限り、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されるものと同じ意味を有する。
「a」、「an」、「the」という表現は、用語を定義するために用いられる場合、その用語の複数形及び単数形の両方を含む。
「グリコール」という用語は、異なる炭素原子に結合した2つのヒドロキシル基(-OH基)を含む脂肪族ジオールである。
「パッケージ」及び「ハウジング」は、電池セルのシェル、電池モジュール及び電池パックを意味する。本発明において、パッケージ又はハウジングは、シェルの本体と、シェルのキャップ又はカバーとを含む。本体は、通常、少なくとも1つの壁及び底部を含む(例えば、立方体電池セルの場合は4つの壁及び1つの底部、円柱電池セルの場合は1つの壁及び1つの底部を含む)。本発明におけるパッケージ又はハウジングは、壁(単数又は複数)、カバー又はキャップ、及び底部を含む一体型シェルであってよい。
明確にするために、本発明の範囲は、任意の所望の組み合わせで、一般的な用語で以下に言及され、又は好ましい分野内で指定されるすべての定義及びパラメータを包含することに留意されたい。さらに、明確にするために、PBTベースの組成物は、好ましい実施形態において、成分a)、及びb)の混合物であってもよく、また、これらの混合物から加工操作によって、好ましくは少なくとも1つの混合装置又は混練装置によって生成することができるブレンドだけでなく、特に押出成形又は射出成形によってこれらから順に製造することができる製品であってよいことに留意されたい。
一態様において、本発明は、a)ポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)他の熱可塑性ポリマーを含むPBTベースの組成物から得られる、電池部品としての物品を提供する。物品は、好ましくは、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール、及び電池パックからなる群から選択される。電池は、好ましくは、Liイオン電池である。物品は、好ましくは、電池の電解質と直接又は間接的に接触する。
本発明の一実施形態では、電池部品は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、a)45質量%~85質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)15質量%~55質量%の他の熱可塑性ポリマーを含む、PBTベースの組成物から得られる。
成分a):
本発明によるPBTベースの組成物は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、成分a)として、好ましくは50%~80%、より好ましくは55%~75%、特に55%~65%のポリ(ブチレンテレフタレート)を含む。
本発明によるPBTベースの組成物は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、成分a)として、好ましくは50%~80%、より好ましくは55%~75%、特に55%~65%のポリ(ブチレンテレフタレート)を含む。
成分a)として、ポリ(ブチレンテレフタレート)は、例えば、少なくともテレフタル酸及び/又はそのエステルを含む第1のジカルボン酸成分、例えばジメチルテレフタレートと、少なくとも炭素数4を有するアルキレングリコール(すなわち1,4-ブタンジオール)及び/又はそのエステル誘導体を含む第1のグリコール成分と、の重縮合によって製造されることができる。
ポリ(ブチレンテレフタレート)は、ブチレンテレフタレートホモポリマーであってもよく、又はテレフタル酸以外の1つ以上の第1のジカルボン酸及び/又は1,4-ブタンジオール以外の1つ以上の第1のグリコールを20mol%まで修飾されるポリマーであってもよい。可能な第1のジカルボン酸の例は、20個までの炭素原子の脂肪族及び脂環式ジカルボン酸、又は1個もしくは2個の芳香環を有する芳香族ジカルボン酸、例えばアジピン酸、セバシン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、イソフタル酸又はナフタレンジカルボン酸である。可能な第1のグリコールの例は、2~10個の炭素原子の脂肪族及び脂環式グリコール、例えばエチレングリコール、プロピレングリコール、1,6-ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール及び1,4-ビスヒドロキシメチルシクロヘキサン、ならびにビスフェノール、置換ビスフェノール又はそれらとアルキレンオキシドとの反応生成物である。
また、トリメチロールプロパン又はトリメシン酸などの少量(例えば5質量%以下)の三官能性及び多官能性の架橋物質がポリ(ブチレンテレフタレート)に共縮合単位として存在する場合、特性の改善にも役立ち得る。
成分a)の粘度数は、一般に、ISO307,1157,1628に従って、60/40(質量比)のフェノール/1,1,2,2-テトラクロロエタン溶液で測定して、80cm3/g~160cm3/g、好ましくは85cm3/g~150cm3/g、特に90cm3/g~140cm3/g、とりわけ120cm3/g~135cm3/gの範囲である。
成分a)の数平均モル質量分子量(Mn)は、GPC、PMMA標準、ヘキサフルオロイソプロパノール及び0.05%トリフルオロ酢酸カリウム塩を溶離液として測定して、一般に2,000~30,000g/mol、好ましくは5,000~28,000g/mol、特に15,000~26,000g/mol、とりわけ21,000~24,000g/molの範囲である。
成分b):
本発明によるPBTベースの組成物は、成分b)として、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、好ましくは20%~50%、より好ましくは25%~45%、特に35%~45%の他の熱可塑性ポリマーを含む。
本発明によるPBTベースの組成物は、成分b)として、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、好ましくは20%~50%、より好ましくは25%~45%、特に35%~45%の他の熱可塑性ポリマーを含む。
本発明の一実施形態において、成分b)としての熱可塑性ポリマーは、ポリプロピレン(PP)、及び/又は45℃以上のガラス転移温度(Tg)(DSCによって測定)を有する少なくとも1つのポリエステル、好ましくは、45℃以上のガラス転移温度(Tg)(DSCにより測定)及び220℃以上の溶融温度(Tm)(DSCにより測定)を有するポリエステルであり得、より好ましくは、ポリエステルは、液晶ポリエステル(LCP)、低融点PETを含むポリ(エチレンテレフタレート)(PET)、ポリ(ブチレンナフタレート)(PBN)及びポリ(エチレンナフタレート)(PEN)などからなる群から選択される。
本発明の一実施形態では、PBTベースの組成物は、55質量%~65質量%の成分a)と、35質量%~45質量%のポリエステルとを含み、ポリエステルは、PEN、LCP、PBN及びPETからなる群から選択される。
ポリプロピレン(PP):
1つの好ましい実施形態において、PBTベースの組成物は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、a)45質量%~85質量%、好ましくは50質量%~75質量%、特に55質量%~65質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb1)10質量%~40質量%、好ましくは20質量%~40質量%、特に26質量%~34質量%のグラフトされていないポリプロピレンホモポリマー、コポリマー又はブレンド、及びb2)5質量%~20質量%、好ましくは7質量%~13質量%、特に9質量%~11質量%の、エチレン性不飽和カルボン酸及び/又はその誘導体でグラフトされたポリプロピレンコポリマーを含む。
1つの好ましい実施形態において、PBTベースの組成物は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、a)45質量%~85質量%、好ましくは50質量%~75質量%、特に55質量%~65質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb1)10質量%~40質量%、好ましくは20質量%~40質量%、特に26質量%~34質量%のグラフトされていないポリプロピレンホモポリマー、コポリマー又はブレンド、及びb2)5質量%~20質量%、好ましくは7質量%~13質量%、特に9質量%~11質量%の、エチレン性不飽和カルボン酸及び/又はその誘導体でグラフトされたポリプロピレンコポリマーを含む。
本発明におけるポリプロピレンb1)は、結晶化特性、ポリプロピレンの末端基の種類又は量、固有粘度、分子量、直鎖又は分岐の構造、重合触媒の種類又は量、及び重合方法で限定されない。
ポリプロピレンb1)として、従来のポリプロピレンを使用することが可能である。ポリプロピレンは、例えば、Roempp Chemie Lexikon,第9版,第3570頁以降,Georg Thieme Verlag,Stuttgartに記載されている。
適切なポリプロピレンb1)は、市販されている。例えば、高結晶性PPコポリマー、高衝撃性PPホモポリマー、ランダムコポリマー、これらのブレンド、ならびに強化製品及び充填製品も使用できる。ポリプロピレンb1)として使用するのに好ましいのは、BASELL社のMoplen、Adstif、及びHiFaxグレード、Sinopec PPグレード、及び/又はBP Chemicals PPグレードである。
ポリプロピレンブレンドb1)は、ポリプロピレンと他の熱可塑性プラスチック、例えば他のポリオレフィン(例えばポリエチレン)を含む。好ましくは、ブレンド中のポリプロピレン含有量は、少なくとも50質量%、より好ましくは少なくとも90質量%、特に好ましくは100質量%である。したがって、特に好ましいのは「純粋な」ポリプロピレンであり:すなわち、ポリプロピレンは、より好ましくは、他のポリマーとのブレンドで使用されない。
ポリプロピレンコポリマーb2)は、炭素原子15個以下の、好ましくは炭素原子8個以下のエチレン性不飽和カルボン酸、及び/又はその誘導体でグラフトされたポリプロピレンであることが好ましい。エチレン性不飽和カルボン酸の誘導体は、そのエステル及び/又は酸無水物である。エチレン性不飽和カルボン酸及び/又はその誘導体は、好ましくは、グリシジルメタクリレート(GMA)、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート及び無水マレイン酸を含む群から選択され、より好ましくは、グリシジルメタクリレートである。エチレン性不飽和カルボン酸は、ポリプロピレンコポリマーの総質量に対して、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%~3質量%の量である。
ポリプロピレンb1)及びポリプロピレンコポリマーb2)の数平均モル質量分子量(Mn)は、GPCにより測定して、一般に5,000~600,000g/mol、好ましくは10,000~300,000g/mol、特に15,000~100,000g/mol、とりわけ30,000~50,000g/mの範囲である。
液晶ポリエステル(LCP):
本発明のさらに好ましい一実施形態において、成分b)としての液晶ポリエステル(LCP)は、溶融時に異方性の融解相(液晶性)を形成することができるポリエステルを意味する。この特性は、例えば、液晶ポリエステルのサンプルをホットステージ上に置き、窒素雰囲気中で加熱した場合に、偏光下でサンプルを透過する光を観察することにより認識することができる。
本発明のさらに好ましい一実施形態において、成分b)としての液晶ポリエステル(LCP)は、溶融時に異方性の融解相(液晶性)を形成することができるポリエステルを意味する。この特性は、例えば、液晶ポリエステルのサンプルをホットステージ上に置き、窒素雰囲気中で加熱した場合に、偏光下でサンプルを透過する光を観察することにより認識することができる。
液晶ポリエステルは:
i) 芳香族オキシカルボン酸成分のポリマー;
ii) 芳香族ジカルボン酸成分、芳香族ジオール成分及び/又は脂肪族ジオール成分のポリマー;ならびに
iii) i)とii)のコポリマー、
であり得る。
i) 芳香族オキシカルボン酸成分のポリマー;
ii) 芳香族ジカルボン酸成分、芳香族ジオール成分及び/又は脂肪族ジオール成分のポリマー;ならびに
iii) i)とii)のコポリマー、
であり得る。
液晶ポリエステルは、高強度、高弾性率、高耐熱性を達成するために、脂肪族ジオール成分を含まない全芳香族ポリエステルであることが好ましい。芳香族オキシカルボン酸成分は、ヒドロキシ安息香酸及びヒドロキシナフトエ酸などの芳香族オキシカルボン酸であってもよく、又は芳香族オキシカルボン酸のアルキル、アルコキシ又はハロゲン置換生成物であってもよい。芳香族ジカルボン酸成分は、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェノキシエタンジカルボン酸及びジフェニルエタンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸であってもよく、及び芳香族ジカルボン酸のアルキル、アルコキシ又はハロゲン置換生成物であってもよい。芳香族ジオール成分は、ハイドロキノン、レゾルシノール、ジオキシジフェニル及びナフタレンジオールなどの芳香族ジオール成分であってもよく、又は芳香族ジオールのアルキル、アルコキシ又はハロゲン置換体であってもよい。脂肪族ジオール成分は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール及びネオペンチルグリコールなどの脂肪族ジオールであってもよい。
液晶ポリエステルは、優れた紡糸性、高強度、高弾性率、及び固相重合後の高温熱処理による耐磨耗性を達成するために、p-ヒドロキシ安息香酸成分、4,4’-ジヒドロキシビフェニル成分、ハイドロキノン成分、テレフタル酸成分及び/又はイソフタル酸成分のホモポリマー又はコポリマーであり、p-ヒドロキシ安息香酸成分及び6-ヒドロキシ2-ナフトエ酸成分のホモポリマー又はコポリマーであり、p-ヒドロキシ安息香酸成分、6-ヒドロキシ2-ナフトエ酸成分、ハイドロキノン成分及びテレフタル酸成分などのホモポリマー又はコポリマーなどであることが好ましい。
液晶ポリエステルの数平均モル質量分子量(Mn)は、GPCにより測定して、一般に6,000~100,000g/mol、好ましくは10,000~60,000g/molの範囲である。
ポリエチレンテレフタレート(PET):
本発明のさらに好ましい一実施形態では、成分b)としてのポリ(エチレンテレフタレート)(PET)は、エチレングリコールを含む第2のグリコール成分及びテレフタル酸を含む第2のジカルボン酸成分に由来する。
ポリエチレンテレフタレート(PET):
本発明のさらに好ましい一実施形態では、成分b)としてのポリ(エチレンテレフタレート)(PET)は、エチレングリコールを含む第2のグリコール成分及びテレフタル酸を含む第2のジカルボン酸成分に由来する。
ポリエチレンテレフタレートの数平均モル質量分子量(Mn)は、GPCにより測定して、一般に3,000~80,000g/mol、好ましくは10,000~30,000g/molの範囲にある。
PETポリマーは、ポリ(エチレンテレフタレート)を構成する第2のジカルボン酸成分及び/又は第2のグリコール成分の一部を共重合可能なモノマーで置換することにより得られることができ、第2のジカルボン酸成分は少なくともテレフタル酸又はそのエステル誘導体を含み、第2のグリコール成分は少なくとも炭素数2のアルキレングリコール又はそのエステル誘導体を含む。
共重合可能なモノマーは、テレフタル酸以外の第2のジカルボン酸及び/又はエチレングリコール及び1,4-ブタンジオール以外の第2のグリコールから選ばれる1種以上を含む。
第2のジカルボン酸は、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸、テレフタル酸以外の芳香族ジカルボン酸及びそれらの反応性誘導体からなる群から選択される少なくとも1つであり得る。
第2のジカルボン酸としての脂肪族ジカルボン酸は、好ましくは4~40個の炭素原子、より好ましくは4~24個の炭素原子、4~14個の炭素原子、又は4~10個の炭素原子を含むジカルボン酸である。例えば、脂肪族ジカルボン酸は、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、及びヘキサデカンジカルボン酸であり得る。
第2のジカルボン酸としての脂環式ジカルボン酸は、好ましくはシクロヘキサン、シクロペンタン、シクロヘキシルメタン、ジシクロヘキシルメタン、ビス(メチルシクロヘキシル)からなる群から選択される少なくとも1つの炭素骨格を有する脂環式ジカルボン酸であり、より好ましくは、シス-及びトランス-シクロペンタン-1,3-ジカルボン酸、シス-及びトランス-シクロペンタン-1,4-ジカルボン酸、シス-及びトランス-シクロヘキサン-1,2-ジカルボン酸、シス-及びトランス-シクロヘキサン-1,3-ジカルボン酸、シス-及びトランス-シクロヘキサン-1,4-ジカルボン酸からなる群から選択される。
第2のジカルボン酸として好適な芳香族ジカルボン酸は、好ましくは、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸及びジフェニルジカルボン酸からなる群から選択される少なくとも1つである。
第2のグリコールは、エチレングリコール又は1,4-ブタンジオールを除く脂肪族アルカンジオール、ポリオキシアルキレングリコール、及び芳香族ジオールからなる群から選択される少なくとも1つであり得る。
本明細書に開示される脂肪族アルカンジオール、好ましくは、脂肪族アルカンジオールは、2~12個、より好ましくは2~6個の炭素原子を含み、例えば、トリメチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ヘキサンジオール、オクタンジオール及び/又はデカンジオールである。
本明細書に開示されるポリオキシアルキレングリコールは、好ましくは、炭素原子数が2~4である複数のオキシアルキレン単位を含み、より好ましくは、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、ジテトラメチレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、及びポリテトラメチレングリコールからなる群から選択される少なくとも1つである。
本明細書に開示される芳香族ジオールは、好ましくは6~14個の炭素原子を含み、より好ましくは、キシリレングリコール、ハイドロキノン、レゾルシノール、ナフタレンジオール、ビフェノール、ビスフェノール及びキシリレングリコールからなる群から選択される少なくとも1つである。
本発明の好ましい実施形態において、第2のグリコールは、トリメチレングリコール、プロピレングリコール及び/又はヘキサンジオールなどの2~6個の炭素原子を有する脂肪族アルカンジオール、及び/又はジエチレングリコールなどの約2~4の繰り返し数でオキシアルキレン単位を有するポリオキシアルキレングリコールである。
好ましくは、ポリ(エチレンテレフタレート)中のテレフタル酸は、第2のジカルボン酸によって置換されてもよく、第2のジカルボン酸(例えばイソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸)は、テレフタル酸及び第2のジカルボン酸の総モル数に基づいて、10mol%以下の量である。ポリ(エチレンテレフタレート)中のエチレングリコールは、第2のグリコールによって置換されてよく、第2のグリコール(例えば1,6-ヘキサンジオール及び/又は5-メチル-1,5-ペンタンジオール)は、ポリ(エチレンテレフタレート)の総質量に基づいて、好ましくは0.75質量%以下の量である。
ポリ(ブチレンナフタレート)(PBN):
本発明のさらに好ましい一実施形態において、成分b)としてのポリ(ブチレンナフタレート)(PBN)は、その主な繰り返し単位が、1,4-ブタンジオールとナフタレンジカルボン酸(例えば、2,6-ナフタレンジカルボン酸)から形成されるブチレンナフタレートを含有する限り、特定のものに特に制限されない。PBNは、ポリ(ブチレンナフタレート)ホモポリマー(PBNホモポリマー)であってもよく、又はブチレンナフタレート成分と第3成分とのコポリマーであるポリ(ブチレンナフタレート)コポリマー(PBNコポリマー)であってよい。第3成分(共重合可能な成分)は、ジカルボン酸成分、グリコール成分、及び芳香族ジオール成分のいずれか1つであってよい。なお、上記「主」単位は、全繰り返し単位に対して70mol%以上を占める。
本発明のさらに好ましい一実施形態において、成分b)としてのポリ(ブチレンナフタレート)(PBN)は、その主な繰り返し単位が、1,4-ブタンジオールとナフタレンジカルボン酸(例えば、2,6-ナフタレンジカルボン酸)から形成されるブチレンナフタレートを含有する限り、特定のものに特に制限されない。PBNは、ポリ(ブチレンナフタレート)ホモポリマー(PBNホモポリマー)であってもよく、又はブチレンナフタレート成分と第3成分とのコポリマーであるポリ(ブチレンナフタレート)コポリマー(PBNコポリマー)であってよい。第3成分(共重合可能な成分)は、ジカルボン酸成分、グリコール成分、及び芳香族ジオール成分のいずれか1つであってよい。なお、上記「主」単位は、全繰り返し単位に対して70mol%以上を占める。
例えば、第3成分としての酸成分(ジカルボン酸成分)は、イソフタル酸、フタル酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェニルケトンジカルボン酸、スルホイソフタル酸ナトリウム又はジブロモテレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸又はデカンジカルボン酸などの脂肪族ジカルボン酸、及びシクロヘキサンジカルボン酸、デカリンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸などの脂環式ジカルボン酸を含み得る。これらの酸成分は、エステル結合形成性誘導体(ester-bond-formable derivative)(又はエステル結合形成誘導体(ester-bond-forming derivative))であってよい。「エステル結合形成性誘導体」又は「エステル結合形成誘導体」という用語は、化学反応により容易にエステル結合を形成する化合物を意味する。このような誘導体の具体例としては、酸ハロゲン化物、低級アルキルエステル、又は低級芳香族エステルなどが挙げられる。これらのジカルボン酸成分は、単独で、又は組み合わせて使用することができる。
第3成分としてのグリコール成分は、脂肪族ジオール成分(例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、トリメチレングリコール、又はヘキサメチレングリコールなどのアルキレングリコール、及び、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、ポリエチレングリコール、又はポリ(テトラメチレングリコール)などの(ポリ)オキシアルキレングリコール、脂環式ジオール成分(例えば、シクロヘキサンジオール、シクロヘキサンジメタノール)、芳香族ジオール成分(例えば、2,2-ビス(4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル)プロパン)などのビスフェノール化合物のアルキレンオキシド付加物)などを含み得る。
さらに、第3成分は、脂肪族ヒドロキシカルボン酸成分(例えば、グリコール酸、ヒドロアクリル酸及び3-オキシプロピオン酸)、脂環式ヒドロキシカルボン酸成分(例えば、アジア酸、キノバティック酸)、及び芳香族ヒドロキシカルボン酸成分(例えば、サリチル酸、m-ヒドロキシ安息香酸、p-ヒドロキシ安息香酸、マンデル酸、アトロ乳酸)を含み得る。これらの成分は、単独で、又は組み合わせて使用されることができる。さらに、芳香族ジオール成分は、例えば、ハイドロキノン、カテコール、ナフタレンジオール、レゾルシン、4,4’-ジヒドロキシジフェニルスルホン、ビスフェノールA(2,2’-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン)、テトラブロモビスフェノールAを含み得る。これらの成分は、単独で、又は組み合わせて使用されることができる。
PBN(PBNホモポリマー又はPBNコポリマー)は、従来公知のポリ(ブチレンナフタレート)の製造方法により製造することができる。例えば、PBNは、ナフタレンジカルボン酸(例えば、2,6-ナフタレンジカルボン酸)、1,4-ブタンジオール及び任意の第3成分のエステル化、又はナフタレンジカルボン酸の低級アルキルエステル(例えば、ジメチルエステル)、1,4-ブタンジオール及び任意の第3成分のエステル交換により製造することができる。
ポリ(ブチレンナフタレート)(PBN)の数平均モル質量分子量(Mn)は、GPCにより測定して、一般に5,000~50,000g/mol、好ましくは8,000~20,000g/molの範囲である。
ポリ(エチレンナフタレート)(PEN):
本発明のさらに好ましい一実施形態では、ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)は、2,6-ナフタレンジカルボン酸ジメチル(NDC)又は2,6-ナフタレンジカルボン酸(2,6-NDA)をエチレングリコールと反応させた場合に生成されるポリエステルである。PENポリマーは、エチレン2,6-ナフタレートの繰り返し単位を含む。PENポリマーは、任意に、ジカルボン酸、グリコール、シクロヘキサン、キシレン、及びポリエステル形成に適切な塩基などの様々な材料で修飾されてよい。このような修飾材料は、典型的には、PENと予め配合される。したがって、本明細書で使用される場合、PENは、このような修飾ポリマーを含むことを意味する。
本発明のさらに好ましい一実施形態では、ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)は、2,6-ナフタレンジカルボン酸ジメチル(NDC)又は2,6-ナフタレンジカルボン酸(2,6-NDA)をエチレングリコールと反応させた場合に生成されるポリエステルである。PENポリマーは、エチレン2,6-ナフタレートの繰り返し単位を含む。PENポリマーは、任意に、ジカルボン酸、グリコール、シクロヘキサン、キシレン、及びポリエステル形成に適切な塩基などの様々な材料で修飾されてよい。このような修飾材料は、典型的には、PENと予め配合される。したがって、本明細書で使用される場合、PENは、このような修飾ポリマーを含むことを意味する。
ジカルボン酸が修飾材料として使用される場合、PENは、ナフタレンジカルボン酸異性体(単数又は複数)以外の2~36個の炭素原子を含有する1種以上のジカルボン酸、及び/又はエチレングリコールとは異なる2~12個の炭素原子を含有する1種以上のグリコールを、最大15mol%、好ましくは最大10mol%含むことができる。
PEN修飾のための典型的なジカルボン酸は、テレフタル酸、イソフタル酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸、セバシン酸、フマル酸、スチルベンジカルボン酸などを含む。PEN修飾のためのグリコールの典型的な例は、1,4-ブタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどを含む。PENポリマーは、好ましくは2,6-ナフタレンジカルボン酸に由来するが、2,6-ナフタレンジカルボン酸に由来してもよく、また、任意に、約25mol%以下(好ましくは15mol%以下、より好ましくは10mol%以下)の、1,2-、1,3-、1,4-、1,5-、1,6-、1,7-、1,8-、2,3-、2,4-、2,5-、2,7-又は2,8-異性体のような異なるナフタレンジカルボン酸異性体の1つ以上の残基も含有している。1,4-、1,5-又は2,7-ナフタレンジカルボン酸で主に修飾されたPENポリマーも有用である。
PENの修飾に使用される典型的なグリコールは、プロピレングリコール、ブチレングリコール、ペンチレングリコール、1,6-ヘキサンジオール及び2,2-ジメチル-1,3-プロパンジオールなどのアルキレングリコールを含むが、これらに限定されない。
ポリ(エチレンナフタレート)(PEN)の数平均モル質量分子量(Mn)は、GPCにより測定して、一般に5,000~50,000g/mol、好ましくは8,000~30,000g/molの範囲である。
追加成分:
本発明によるPBTベースの組成物は、追加成分として、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、好ましくは0.1~1.5質量%、特に0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含んでいる。
本発明によるPBTベースの組成物は、追加成分として、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、好ましくは0.1~1.5質量%、特に0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含んでいる。
好ましい一実施形態では、PBTベースの組成物は、a)PBT、b)LCP、PEN及びPBNから選択されたポリエステル、ならびに0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含んでいる。
別の好ましい実施形態では、PBTベース組成物は、55~65質量%のPBT、35~45質量%のポリエステル、及び0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含み、ポリエステルはPEN、PBN及び/又はLCPであり、好ましくはPEN及び/又はLCPである。
追加成分として、エポキシ官能化相溶化剤は、少なくとも2つのエポキシ基と芳香族及び/又は脂肪族セグメント、ならびに非エポキシ官能基を含み、少なくとも1つのエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマーと非官能性(メタ)アクリル酸及び/又はスチレンモノマーとの重合から作られる。本明細書で使用される場合、(メタ)アクリルモノマーという用語は、アクリルモノマーとメタクリルモノマーの双方を含む。本発明で使用するためのエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマーの例には、アクリレート及びメタクリレートの双方を含む。これらのモノマーの例には、グリシジルアクリレート及びグリシジルメタクリレートなどの1,2-エポキシ基を含有するものが含まれるが、これらに限定されない。他の適切なエポキシ官能性モノマーは、アリルグリシジルエーテル、グリシジルエタクリレート、及びグリシジルイタコネートを含む。
エポキシ官能化相溶化剤で使用するための適切な非官能性アクリレート及びメタクリレートモノマーは、メチルアクリレート、エチルアクリレート、n-プロピルアクリレート、i-プロピルアクリレート、n-ブチルアクリレート、s-ブチルアクリレート、i-ブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、n-アミルアクリレート、i-アミルアクリレート、n-ヘキシルアクリレート、2-エチルブチルアクリレート、イソボルニルアクリレート、n-オクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、n-デシルアクリレート、シクロペンチルアクリレート、シクロヘキシルアクリレート、メチルシクロヘキシルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルメタクリレート、n-プロピルメタクリレート、i-プロピルメタクリレート、n-ブチルメタクリレート、s-ブチル-メタクリレート、i-ブチルメタクリレート、t-ブチルメタクリレート、n-アミルメタクリレート、i-アミルメタクリレート、n-ヘキシルメタクリレート、2-エチルブチルメタクリレート、メチルシクロヘキシルメタクリレート、シンナミルメタクリレート、クロチルメタクリレート、シクロペンチルメタクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、2-エトキシエチルメタクリレート、及びイソボルニルメタクリレートが含まれるが、これらに限定されない。メチルメタクリレート、n-ブチルアクリレート、n-ブチルメタクリレート、i-ブチルメタクリレート、シクロヘキシルアクリレート、シクロヘキシルメタクリレート、イソボルニルアクリレート及びイソボルニルメタクリレート及びそれらの組み合わせを含む非官能性アクリレート及び非官能性メタクリレートモノマーが特に適している。本発明で使用するためのスチレンモノマーには、スチレン、α-メチルスチレン、ビニルトルエン、p-メチルスチレン、t-ブチルスチレン、o-クロロスチレン、及びそれらの混合物が含まれるが、これらに限定されない。特定の実施形態では、本発明で使用するためのスチレンモノマーは、スチレン及びα-メチルスチレンである。
本発明の一実施形態では、エポキシ官能化相溶化剤は、モノマーの総質量に基づいて、約50質量%~約80質量%の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー及び約20質量%~約50質量%の間の少なくとも1つのスチレンモノマーを含有する。他の実施形態では、エポキシ官能化相溶化剤は、約25質量%~約50質量%の間の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、約15質量%~約30質量%の間の少なくとも1種のスチレンモノマー、及び約20質量%~約60質量%の間の少なくとも1種の非官能性アクリレート及び/又はメタクリレートモノマーを含有する。本発明のさらに別の実施形態では、エポキシ官能化相溶化剤は、モノマーの総質量に基づいて、約50質量%~約80質量%の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、及び約15質量%~約45質量%の間の少なくとも1種のスチレンモノマー、及び約0%~約5質量%の間の少なくとも1種の非官能性アクリレート及び/又はメタクリレートモノマーを含有する。さらに別の実施形態では、エポキシ官能化相溶化剤は、約5質量%~約25質量%の間の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、約50質量%~約95質量%の間の少なくとも1種のスチレンモノマー、及び約0質量%~約25質量%の間の少なくとも1種の非官能性アクリレート及び/又はメタクリレートモノマーを含有する。
より具体的には、エポキシ官能化相溶化剤は、150~3,500g/Eq、好ましくは180~2,800g/Eq、特に220~1,800g/Eqのエポキシ当量、50未満、好ましくは30未満、特に20未満の数平均エポキシ官能価、200以下、好ましくは140以下、特に100以下の質量平均エポキシ官能価、及び2,800~12,000g/mol、好ましくは3,500~9,000g/mol、特に4,500~8,500g/molの範囲のMwを有する。エポキシ官能化相溶化剤は、Joncryl(登録商標)ADR4368(BASF特許US20040138381を参照)であり得る。
エポキシ官能化相溶化剤は、当技術分野で周知の標準的な技術に従って製造することができる。そのような技術には、連続バルク重合プロセス、バッチ、及び半バッチ重合プロセスが含まれるが、これらに限定されない。エポキシ官能化相溶化剤に非常に適した製造技術は、米国特許出願第09/354,350号及び米国特許出願第09/614,402号に記載されており、その開示全体は参照により本明細書に組み込まれる。簡潔に述べると、これらのプロセスは、少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、少なくとも1つのスチレン及び/又は(メタ)アクリルモノマー、ならびに任意に、エポキシ官能性モノマー、スチレンモノマー、及び/又は(メタ)アクリルモノマーと重合可能な1種以上の他のモノマーを、反応器に連続的に装入することを含む。
反応器に装入されるモノマーの割合は、上記のエポキシ官能化相溶化剤に入る割合と同じであってよい。したがって、いくつかの実施形態では、反応器には、約50質量%~約80質量%の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、及び約20質量%~約50質量%の少なくとも1種のスチレンモノマー及び/又は(メタ)アクリルモノマーが装入されてもよい。代替的に、反応器には、約25質量%~約50質量%の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、及び約50質量%~約75質量%の少なくとも1種のスチレンモノマー及び/又は(メタ)アクリルモノマーが装入されてもよい。他の実施形態では、反応器には、約5%~約25質量%の少なくとも1種のエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー、及び約75%~約95質量%の少なくとも1種のスチレンモノマー及び/又は(メタ)アクリルモノマーが装入されてもよい。
反応器にはまた、任意に、少なくとも1種のフリーラジカル重合開始剤及び/又は1種以上の溶媒も装入されてもよい。適切な開始剤及び溶媒の例は、米国特許出願第09/354,350号に記載されている。簡潔に述べると、本発明による方法を実施するのに適した開始剤は、重要な要因ではないが、一次反応で熱的にラジカルに分解する化合物である。適切な開始剤は、90℃以上の温度で約1時間のラジカル分解プロセスでの半減期を有するものが含まれ、さらに、100℃以上の温度で約10時間のラジカル分解プロセスでの半減期を有するものが含まれる。100℃より大幅に低い温度で約10時間の半減期を有する他のものも使用することができる。適切な開始剤は、例えば、脂肪族アゾ化合物、例えば、1-t-アミラゾ-1-シアノシクロヘキサン、アゾ-ビス-イソブチロニトリル及び1-t-ブチルアゾ-シアノシクロヘキサン、2,2’-アゾ-ビス-(2-メチル)ブチロニトリル及びペルオキシド及びヒドロペルオキシド、例えば、t-ブチルペルオクトエート、t-ブチルペルベンゾエート、ジクミルペルオキシド、ジ-t-ブチルペルオキシド、t-ブチルヒドロペルオキシド、クメンヒドロペルオキシド、ジ-t-アミルペルオキシドなどである。さらに、ジ-ペルオキシド開始剤は、単独で又は他の開始剤と組み合わせて使用することができる。このようなジ-ペルオキシド開始剤は、1,4-ビス-(t-ブチルペルオキシカルボ)シクロヘキサン、1,2-ジ(t-ブチルペルオキシ)シクロヘキサン、及び2,5-ジ(t-ブチルペルオキシ)ヘキシン-3、及び当技術分野で周知の他の類似の開始剤が含まれるが、これらに限定されない。開始剤ジ-t-ブチルペルオキシド及びジ-t-アミルペルオキシドは、本発明での使用に特に適している。
開始剤は、モノマーとともに添加されてもよい。開始剤は任意の適切な量で添加されてよいが、好ましくは、全開始剤は供給物中のモノマー1モル当たり約0.0005~約0.06モルの開始剤(単数又は複数)の量で添加される。この目的のために、開始剤はモノマー供給物と混合されるか、又は別個の供給物としてプロセスに添加される。
溶媒は、モノマーと一緒に、又は別個の供給物で反応器に供給されてもよい。溶媒は、当技術分野で周知の任意の溶媒であってよく、本明細書に記載の連続プロセスの高温でエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマー(単数又は複数)のエポキシ官能基と反応しないものを含む。溶媒の適切な選択は、本発明の連続的な高温反応中のゲル粒子形成を減少又は排除するのに役立ち得る。そのような溶媒には、キシレン、トルエン、エチルベンゼン、Aromatic-100(登録商標)、Aromatic 150(登録商標)、Aromatic 200(登録商標)(すべてExxonから入手可能なAromatic)、アセトン、メチルエチルケトン、メチルアミルケトン、メチルイソブチルケトン、n-メチルピロリジノン及びそれらの組み合わせが含まれるが、これらに限定されない。使用される場合、溶媒は、反応器条件及びモノマー供給物を考慮して、所望の任意の量で存在する。一実施形態では、1種以上の溶媒は、モノマーの総質量に基づいて、40質量%以下の量、特定の実施形態では15質量%以下の量で存在する。
反応器は、モノマーの重合を引き起こすために、有効な時間、有効な温度に維持される。
連続重合プロセスは、反応器内の滞留時間を短くすることができる。滞留時間は、一般に1時間未満であり、15分未満であってもよい。いくつかの実施形態では、滞留時間は一般に30分未満であり、20分未満であってもよい。
エポキシ官能化相溶化剤の製造方法は、当技術分野で周知の任意のタイプの反応器を使用して実施されてよく、連続的な構成で設定されてよい。このような反応器には、連続撹拌タンク反応器(CSTR)、チューブ反応器、ループ反応器、押出機反応器、又は連続運転に適した任意の反応器が含まれるが、これらに限定されない。
エポキシ官能化相溶化剤の製造に適していることが判明しているCSTRの形態は、その中で重合のために予め選択された温度を維持するように、連続的に装入されたモノマー組成物の温度を上げることによって取り込まれなかった重合の熱を除去するのに十分な冷却コイル及び/又は冷却ジャケットを備えたタンク反応器である。このようなCSTRは、十分に混合された反応ゾーンを提供するために、少なくとも1つ、通常はそれより多い攪拌機を備えてもよい。そのようなCSTRは、最大充填率20~100%(液体最大充填率反応器LFR)の様々な充填レベルで運転されてよい。一実施形態では、反応器は最大充填率50%を上回るが最大充填率100%未満である。別の実施形態では、反応器は液体最大充填率100%である。
連続重合は、高温で実施される。一実施形態では、重合温度は約180℃~約350℃の範囲であり、これは、温度が約190℃~約325℃の範囲である実施形態を含み、さらに温度が約200℃~約300℃の範囲である実施形態を含む。別の実施形態では、温度は、約200℃~約275℃の範囲であってよい。
通常の添加剤:
本発明によるPBTベースの組成物は、製品のその後の使用に応じて当業者によって選択される添加剤である他の成分をさらに含むことができ、好ましくは、少なくとも1つの以下に定義される通常の添加剤から選択されるが、ただし、前記通常の添加剤は本発明によるPBTベースの組成物に悪影響を与えないことを条件とする。
本発明によるPBTベースの組成物は、製品のその後の使用に応じて当業者によって選択される添加剤である他の成分をさらに含むことができ、好ましくは、少なくとも1つの以下に定義される通常の添加剤から選択されるが、ただし、前記通常の添加剤は本発明によるPBTベースの組成物に悪影響を与えないことを条件とする。
本発明に従って使用される通常の添加剤は、好ましくは安定剤、離型剤、UV安定剤、熱安定剤、ガンマ線安定剤、帯電防止剤、流動助剤、難燃剤、エラストマー改質剤、酸捕捉剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、潤滑剤、染料又は顔料である。これら及びさらなる適切な添加剤は、例えば、Gaechter,Mueller,Kunststoff-Additive [Plastics Additives],第3版,Hanser-Verlag,Munich,Vienna,1989年及びthe Plastics Additives Handbook,第5版,Hanser-Verlag,Munich,2001年に記載されている。添加剤は単独又は混合して、又はマスターバッチの形態で使用することができる。
PBTベースの組成物は、好ましくは0~5質量%の通常の添加剤を含み、より好ましくは0.1~2質量%である。
使用される安定剤は、好ましくは、立体障害フェノール又はホスファイト、ハイドロキノン、芳香族第二級アミン、例えばジフェニルアミン、置換レゾルシノール、サリチレート、ベンゾトリアゾール及びベンゾフェノン、さらにこれらの群の様々に置換された代表物又はこれらの混合物である。
好ましいホスファイトは、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスファイト(Irgafos(登録商標)168,BASF SE,CAS 31570-04-4)、ビス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ペンタエリスリチルジホスファイト(Ultranox(登録商標)626,Chemtura,CAS 26741-53-7)、ビス(2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェニル)ペンタエリスリチルジホスファイト(ADK Stab PEP-36、Adeka,CAS 80693-00-1)、ビス(2,4-ジクミルフェニル)ペンタエリスリチルジホスファイト(Doverphos(登録商標)S-9228、Dover Chemical Corporation、CAS 154862-43-8)、トリス(ノニルフェニル)ホスファイト(Irgafos(登録商標)TNPP、BASF SE、CAS 26523-78-4)、(2,4,6-トリ-t-ブチルフェノール)-2-ブチル-2-エチル-1,3-プロパンジオールホスファイト(Ultranox(登録商標)641、Chemtura、CAS 161717-32-4)及びHostanox(登録商標)P-EPQの群から選択される。
使用されるホスファイト安定剤は、特に好ましくは少なくともClariant International Ltd.、ムッテンツ、スイスからのHostanox(登録商標)P-EPQ(CAS No.119345-01-6)である。これは、テトラキス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)-1,1-ビフェニル-4,4’-ジイルビスホスホナイト(CAS No.38813-77-3)を含み、特に本発明に従って特に非常に好ましく使用することができる。
使用される酸捕捉剤は、好ましくは、ハイドロタルサイト、チョーク、錫酸亜鉛又はベーマイトである。
使用される好ましい離型剤は、エステルワックス(単数又は複数)、ペンタエリスリチルテトラステアレート(PETS)、長鎖脂肪酸、長鎖脂肪酸の塩(単数又は複数)、長鎖脂肪酸のアミド誘導体(単数又は複数)、モンタンワックス及び低分子量ポリエチレン又はポリプロピレンワックス(単数又は複数)、及びエチレンホモポリマーワックス(単数又は複数)の群から選択される少なくとも1種である。含まれる場合、離型剤は、本発明によるPBTベースの組成物の総質量にそれぞれ基づいて、好ましくは約0.01~5質量%、より好ましくは約0.01~3質量%、最も好ましくは約0.01~2質量%の量で存在する。
好ましい長鎖脂肪酸は、ステアリン酸又はベヘン酸である。好ましい長鎖脂肪酸の塩は、ステアリン酸カルシウム又はステアリン酸亜鉛である。長鎖脂肪酸の好ましいアミド誘導体は、エチレンビスステアリルアミド(CAS No.130-10-5)である。好ましいモンタンワックスは、28~32個の炭素原子の鎖長を有する短鎖飽和カルボン酸の混合物である。
使用される成核剤は、好ましくは、フェニルホスフィン酸ナトリウム又はフェニルホスフィン酸カルシウム、アルミナ(CAS No.1344-28-1)又は二酸化ケイ素である。
使用される可塑剤は、好ましくはフタル酸ジオクチル、フタル酸ジベンジル、フタル酸ブチルベンジル、炭化水素油又はN-(n-ブチル)ベンゼンスルホンアミドである。
本発明の一実施形態において、本発明によるPBTベースの組成物は、炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素リチウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素カルシウム、及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるアルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属炭酸水素塩又はこれらの混合物を含む。好ましくは、本発明によるPBTベースの組成物は、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素リチウム、及びこれらの組み合せを含む。
アルカリ金属炭酸塩又はアルカリ金属炭酸水素塩又はそれらの混合物は、本発明によるPBTベースの組成物に基づいて、好ましくは約0.05~2質量%、より好ましくは約0.05~1質量%の量で存在する。
別の態様において、本発明は、電池セルのパッケージ又はハウジンを調製する方法であって、(1)少なくとも1つの壁及び1つの底部を有するパッケージ又はハウジングの本体と、キャップ又はカバーを射出成形することと、(2)レーザー溶接によって本体とキャップ又はカバーとを結合することと、を含む方法を提供する。
PBTベースの組成物の調製:
別の態様において、本発明は、全ての成分を混合することによって、本発明によるPBTベースの組成物を調製する方法に関する。
別の態様において、本発明は、全ての成分を混合することによって、本発明によるPBTベースの組成物を調製する方法に関する。
さらなる使用又は適用のための本発明によるPBTベースの組成物の調製は、少なくとも1つの混合ツールで抽出物として使用されるべき成分a)、及びb)を混合することによって行われる。ブレンドは、中間生成物として得られ、本発明によるPBTベースの組成物に基づく。これらのブレンドは、成分a)、及びb)のみで存在することができるが、あるいは、成分a)、及びb)に加えて、さらに他の成分、及び上記の添加剤も含むことができる。前者の場合、成分a)、b)は、全ての質量パーセントの合計が常に100となるように、所定の量領域の範囲内で変化することになる。
ブレンドの製造方法は、以下のように記述されている:(1)PBTと他の熱可塑性ポリマーを120~150℃で1~2時間乾燥し、水分を<0.05%に制御した;(2)組成物の典型的な範囲:PBT樹脂、PP、LCP、PBN、PEN、PETなどの他の熱可塑性ポリマー、及び/又はエポキシ官能化相溶化剤、及び/又はアルカリ金属炭酸塩を二軸押出機に添加し、ペレット化及び乾燥し、ブレンドを得る;(3)ステップ(2)の処理条件:処理温度280~300℃の範囲、スクリュー速度200~400rpm、滞留時間1~3分である。上記の添加剤は、ブレンドの調製中又は調製後に配合することができる。
別の態様では、本発明は、PBTベースの組成物を電池部品、特にLiイオン電池部品に適用することを含む、耐電解液性を向上させる方法を提供する。電池部品は、好ましくは、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール及び電池パックからなる群から選択される。
別の態様では、本発明はまた、a)PBT、及びb)他の熱可塑性ポリマーを含む、PBTベースの組成物を提供する。
別の態様では、本発明は、特に電池部品における耐電解液性の増大のための、本発明によるPBTベースの組成物の使用方法を提供する。電池部品は、好ましくはパッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール及び電池パックからなる群から選択される。電池は、好ましくは、Liイオン電池である。
以下に示す実施例は、本発明を制限することなく、説明することを意図している。
成分a):
BASF社製のUltradur(登録商標)B 1950(90cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、15,800g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)
BASF社製のUltradur(登録商標)B 2550(107cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、16,500g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)
BASF社製のUltradur(登録商標)B 4500(130cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、23,200g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)。
BASF社製のUltradur(登録商標)B 1950(90cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、15,800g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)
BASF社製のUltradur(登録商標)B 2550(107cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、16,500g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)
BASF社製のUltradur(登録商標)B 4500(130cm3/gのISO307,1157,1628による粘度数、23,200g/molの数平均モル質量分子量(Mn)を有するPBT)。
成分b):
Tm=243℃である、Wankai WK-851からのPET
Sinopec社製のF401のPP(数平均モル質量分子量(Mn)が43,000g/molであり、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを有する)
Fulsolution Materials Technology社製のGMAグラフトPP(数平均モル質量分子量(Mn)が44,500g/molであり、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを有する)
Teijin社製のPEN、テオネックスTN-8065s
Teijin社製のPBN、テオネックスTQB-OT
WOTE社製のLCP、Selcoin KE。
Tm=243℃である、Wankai WK-851からのPET
Sinopec社製のF401のPP(数平均モル質量分子量(Mn)が43,000g/molであり、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを有する)
Fulsolution Materials Technology社製のGMAグラフトPP(数平均モル質量分子量(Mn)が44,500g/molであり、溶離液として1,2,4-トリクロロベンゼンを有する)
Teijin社製のPEN、テオネックスTN-8065s
Teijin社製のPBN、テオネックスTQB-OT
WOTE社製のLCP、Selcoin KE。
追加成分:
BASF社製のJoncryl(登録商標) ADR 4368(Mw=6,800g/mol、エポキシ当量280g/Eq、分岐エポキシ官能化相溶化剤)。
BASF社製のJoncryl(登録商標) ADR 4368(Mw=6,800g/mol、エポキシ当量280g/Eq、分岐エポキシ官能化相溶化剤)。
通常の添加剤:
Emery Oleochemicals社製のLoxiol P861(ペンタエリトリトールテトラステアレート)。
Emery Oleochemicals社製のLoxiol P861(ペンタエリトリトールテトラステアレート)。
特性:
引張強度、破断ひずみ、降伏ひずみ及び弾性率は、ISO 527-2に従って、タイプ5Aの形状を有する試験片を用いてZ050(Zwick Roell,Germany)で測定及び特徴付けた。
引張強度、破断ひずみ、降伏ひずみ及び弾性率は、ISO 527-2に従って、タイプ5Aの形状を有する試験片を用いてZ050(Zwick Roell,Germany)で測定及び特徴付けた。
ポリマーのTgは、TA Discovery DSCで、N2パージしながら、0℃~300℃まで毎分20Kの速度で測定した。
耐電解液性試験は、様々な材料のダンベル型試験片を、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)及びエチレンカーボネート(EC)の混合液(EMC:DEC:EC=1:1:1)に1mol/LのLiPF6を加えた電解質に、85℃で240時間オートクレーブ中に浸漬することによって実施した。試験片をエタノールで洗浄し、オーブンで一晩乾燥した後、ISO 527-2に従って、Z050(Zwick Roell,Germany)で引張強度と弾性率を含む機械的特性を測定した。機械的特性の保持率は、電解液浸漬試験前後の機械的特性の変化により特徴付けた。
試験片のレーザー溶接性は、LPKF溶接機で溶接速度500mm/s、溶接時間2秒、及びレーザー透過率980nmでの輪郭溶接によって試験した。レーザー溶接性が「Yes」であれば、最大溶接出力220Wで厚さ1.5mmの試験片を溶接できることを意味する。
表1の下記の成分からの本発明によるPBTベースの組成物の調製は、以下に説明される:
(1)PBTと他の熱可塑性ポリマーを120℃で2時間乾燥し、水分<0.05%に制御した;
(2)組成物の典型的な範囲:PBT樹脂、他の熱可塑性ポリマー、例えばPP、LCP、PBN、PEN、PETなど、及び/又はエポキシ官能化相溶化剤、及び/又はアルカリ金属炭酸塩及び添加剤を、280~300℃の範囲で二軸押出機に加え、ペレット化及び乾燥させて、ブレンドを得た。
(1)PBTと他の熱可塑性ポリマーを120℃で2時間乾燥し、水分<0.05%に制御した;
(2)組成物の典型的な範囲:PBT樹脂、他の熱可塑性ポリマー、例えばPP、LCP、PBN、PEN、PETなど、及び/又はエポキシ官能化相溶化剤、及び/又はアルカリ金属炭酸塩及び添加剤を、280~300℃の範囲で二軸押出機に加え、ペレット化及び乾燥させて、ブレンドを得た。
表1からわかるように、PBTベースの組成物は耐電解液性試験後も良好な機械的特性を保持していることがわかる。
Claims (19)
- a)ポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)他の熱可塑性ポリマーを含むポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物から得られる、電池部品としての物品。
- 前記物品は、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール及び電池パックからなる群から選択される、請求項1に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、PBTベースの組成物の総質量に基づいて、a)45質量%~85質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)15質量%~55質量%の他の熱可塑性ポリマーを含む、請求項1に記載の物品。
- 成分a)は、ブチレンテレフタレートホモポリマー、又はテレフタル酸以外の1つ以上のジカルボン酸及び/又は1,4-ブタンジオール以外の1つ以上のグリコールを20mol%まで修飾されたポリマーである、請求項1~3のいずれか1項に記載の物品。
- 成分b)は、ポリプロピレン、及び/又はDSCによって測定された45℃以上のガラス転移温度を有する少なくとも1種のポリエステル、好ましくは、DSCによって測定された45℃以上のガラス転移温度及びDSCによって測定された220℃以上の溶融温度を有するポリエステルであり、より好ましくは、前記ポリエステルは、液晶ポリエステル、ポリ(エチレンテレフタレート)、ポリ(ブチレンナフタレート)及びポリ(エチレンナフタレート)からなる群から選択される、請求項1~4のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物の総質量に基づいて、a)50質量%~85質量%、特に55質量%~65質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)20質量%~50質量%、特に35質量%~45質量%の他の熱可塑性ポリマーを含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、55質量%~65質量%の成分a)、及び35質量%~45質量%のポリエステルb)を含み、前記ポリエステルは、ポリ(エチレンナフタレート)、液晶ポリエステル、ポリ(ブチレンナフタレート)及びポリ(エチレンテレフタレート)からなる群から選択される、請求項1~6のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物の総質量に基づいて、a)45質量%~85質量%、好ましくは50質量%~75質量%、特に55質量%~65質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb1)10質量%~40質量%、好ましくは20質量%~40質量%、特に26質量%~34質量%の、グラフトされていないポリプロピレンホモポリマー、コポリマー又はブレンド、及びb2)5質量%~20質量%、好ましくは7質量%~13質量%、特に9質量%~11質量%の、エチレン性不飽和カルボン酸、及び/又はそのエステル及び/又は酸無水物でグラフトされたポリプロピレンコポリマーを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリプロピレンコポリマーb2)は、炭素原子15個以下、好ましくは炭素原子8個以下のエチレン性不飽和カルボン酸、及び/又はそのエステル、及び/又は酸無水物でグラフトされたポリプロピレンであり、好ましくは、グリシジルメタクリレート、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、2-ヒドロキシプロピルメタクリレート、ブチルアクリレート及び無水マレイン酸を含む群から選択され、より好ましくは、グリシジルメタクリレートである、請求項8に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、追加成分として、少なくとも2つのエポキシ基と芳香族及び/又は脂肪族セグメント、ならびに非エポキシ官能基を含み、少なくとも1つのエポキシ官能性(メタ)アクリルモノマーと非官能性(メタ)アクリル酸及び/又はスチレンモノマーとの重合から作られるエポキシ官能化相溶化剤を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の物品。
- 前記追加成分は、150~3,500g/Eq、好ましくは180~2,800g/Eq、特に220~1,800g/Eqのエポキシ当量、50未満、好ましくは30未満、特に20未満の数平均エポキシ官能価、200以下、好ましくは140以下、特に100以下の質量平均エポキシ官能価、及び2,800~12,000g/mol、好ましくは3,500~9,000g/mol、特に4,500~8,500g/molの範囲のMwを有する、請求項10に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物の総質量に基づいて、0.1~1.5質量%、特に0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含んでいる、請求項10又は11に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、a)ポリ(ブチレンテレフタレート)、b)液晶ポリエステル、ポリ(エチレンナフタレート)及びポリ(ブチレンナフタレート)から選択されるポリエステル、ならびに0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含んでいる、請求項10~12のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、55~65質量%のポリ(ブチレンテレフタレート)、35~45質量%のポリエステル、及び0.3~1.2質量%のエポキシ官能化相溶化剤を含み、前記ポリエステルは、ポリ(エチレンナフタレート)、ポリ(ブチレンナフタレート)及び/又は液晶ポリエステルであり、好ましくはポリ(エチレンナフタレート)及び/又は液晶ポリエステルである、請求項10~13のいずれか1項に記載の物品。
- 前記ポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物は、安定剤、離型剤、UV安定剤、熱安定剤、ガンマ線安定剤、帯電防止剤、流動助剤、難燃剤、エラストマー改質剤、酸捕捉剤、乳化剤、成核剤、可塑剤、潤滑剤、染料又は顔料からなる群から選択される少なくとも1つの添加剤をさらに含む、請求項1~14のいずれか1項に記載の物品。
- 電池部品、特にLiイオン電池部品に請求項1~15のいずれか1項に記載のポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物を適用することを含む、耐電解性を改善する方法であって、前記電池部品は、好ましくは、パッケージ、ハウジング、パッケージ又はハウジングの本体、電池セルのカバー、キャップ及びバスバー、電池モジュール及び電池パックからなる群から選択される、方法。
- a)ポリ(ブチレンテレフタレート)、及びb)他の熱可塑性ポリマーを含む、請求項1~15のいずれか1項に記載のポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物。
- 特に電池部品における耐電解液性の増大のための、請求項1~15のいずれか1項に記載のポリ(ブチレンテレフタレート)ベースの組成物の使用方法。
- (1)壁と1つの底部を有するパッケージ又はハウジングの本体、及びキャップ又はカバーをそれぞれ射出成形することと、(2)レーザー溶接によって前記本体と前記キャップ又は前記カバーを結合することとを含む、請求項1~15のいずれか1項に記載の電池セルのパッケージ又はハウジングを調製する方法。
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