JP2024060487A - Molded body - Google Patents
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Abstract
【課題】高い遮炎性と燃焼後の強度を保持し得る成形体を提供すること。【解決手段】熱可塑性樹脂組成物(X)と無機繊維(Y)を含む成形体であって、熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂と熱膨張性難燃剤を含み、無酸素下、700℃で20分間加熱したときのASTM D-638に準拠した曲げ強度が10kPa以上の成形体である。【選択図】なし[Problem] To provide a molded article that can retain high flame retardancy and strength after combustion. [Solution] The molded article contains a thermoplastic resin composition (X) and inorganic fibers (Y), and the thermoplastic resin composition (X) contains a thermoplastic resin and a thermally expandable flame retardant, and has a bending strength of 10 kPa or more according to ASTM D-638 when heated in the absence of oxygen at 700°C for 20 minutes. [Selected Figure] None
Description
本発明は成形体に関する。 The present invention relates to a molded body.
近年、環境対策の一環として電気自動車やハイブリット自動車の研究開発が進められており、航続距離の向上を目指した高エネルギー密度のバッテリー開発と軽量化が盛んに進められている。このような高エネルギー密度のバッテリーは不慮の事故により発火する恐れがあり、乗客への安全対策としてそのハウジング材は高い遮炎性が必要なため、鉄などの金属材料と耐火材が併用されている場合が多い。
しかしながら、金属材料は重くなる欠点があり、耐火材を併用する場合には加工性や部品点数増加によるコスト増が課題となっている。そこで、軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する樹脂化が試みられている。現在、持続可能な社会に向け、二酸化炭素の抑制やリサイクル性が重要視されてきている。熱硬化系の材料は高い難燃性を有するものが多く、複合材としては一般的であるが、リサイクル性の面では熱可塑性の樹脂素材が有利となる。
In recent years, research and development of electric and hybrid vehicles has been promoted as part of environmental measures, and the development of high-energy density batteries and weight reduction are being actively promoted in order to improve the driving range. Such high-energy density batteries are at risk of catching fire in the event of an accident, so as a safety measure for passengers, the housing material must have high flame retardancy, and therefore, in many cases, metal materials such as iron are used in combination with fire-resistant materials.
However, metal materials have the drawback of being heavy, and when fire-resistant materials are used in combination, issues arise regarding workability and increased costs due to the increased number of parts. Therefore, attempts are being made to use resins, which have the potential to achieve both weight reduction and flame resistance. Currently, in order to create a sustainable society, emphasis is being placed on reducing carbon dioxide emissions and recyclability. Many thermosetting materials have high flame retardancy and are common as composite materials, but in terms of recyclability, thermoplastic resin materials are advantageous.
また、中国ではGB 38031-2020《電動自動車動力用バッテリーの安全要求》という安全規格が発表され、バッテリーの熱暴走の5分前に警告を発することが義務付けられているが、これは、バッテリーの発火後5分以上遮炎するハウジング材によっても達成できると考えられている。 In addition, China has announced a safety standard called GB 38031-2020 "Safety Requirements for Electric Vehicle Power Batteries," which requires that a warning be issued five minutes before the battery experiences thermal runaway. It is believed that this can be achieved by using housing materials that provide flame protection for at least five minutes after the battery ignites.
これらの課題に対し、例えば特許文献1では、炭素繊維強化ポリプロピレン樹脂に臭素系難燃剤や酸化アンチモン化合物を添加したものなどが提案されている。しかしながら、ここで使用される添加剤は生体残留性に問題がある。
これに対し、生体残留性に配慮して、ポリプロピレン系樹脂を難燃化する技術として、特許文献2には、ポリオレフィン系樹脂に(ポリ)リン酸塩化合物を含有させた難燃性ポリオレフィン系組成物が提案されている。
また、特許文献3には、ポリプロピレン樹脂にガラス長繊維とリン酸塩化合物を含有した難燃性樹脂組成物が提案されている。
To address these issues, for example, Patent Document 1 proposes adding a brominated flame retardant or an antimony oxide compound to a carbon fiber reinforced polypropylene resin, but the additives used therein have a problem in terms of their persistence in living organisms.
In response to this, Patent Document 2 proposes a flame-retardant polyolefin-based composition in which a polyolefin-based resin contains a (poly)phosphate compound, as a technology for making polypropylene-based resin flame-retardant while taking into consideration bioretention.
Moreover, Patent Document 3 proposes a flame-retardant resin composition comprising a polypropylene resin, long glass fibers, and a phosphate compound.
上述のように、高エネルギー密度のバッテリーの軽量化と遮炎性を両立する可能性を有する樹脂化に対して、従来の技術では、不十分な点が多い。
難燃剤として膨張炭化層(イントメッセント層)を形成する難燃剤が挙げられ、効果の高い難燃剤として知られている。当該難燃剤は、熱膨張層を形成することで遮炎性が得られるが、膨張による密度の低下が考えられ、密度の低下による強度低下が懸念される。特にバッテリーケースに用いられる場合には、バッテリーが熱暴走すると、高温環境下で内容物が噴出する状況が予想されるため、高温環境下におかれても、膨張後の成形体が強度を保持していることが求められる。
As described above, conventional technologies have many shortcomings in terms of resinification, which has the potential to achieve both lightweight and flame-resistant properties for high-energy density batteries.
Flame retardants that form an expanded carbonized layer (intemescent layer) are known as highly effective flame retardants. These flame retardants can obtain flame-shielding properties by forming a thermal expansion layer, but the expansion is likely to reduce density, and there is concern about a decrease in strength due to the reduced density. In particular, when used in battery cases, it is expected that the battery will go into thermal runaway and the contents will erupt in a high-temperature environment, so it is required that the molded body after expansion maintains its strength even in a high-temperature environment.
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、高い遮炎性と燃焼後の強度を保持し得る成形体を提供することを課題とする。 The present invention was made to solve the above problems, and aims to provide a molded body that has high flame retardancy and can retain its strength after combustion.
本発明者らは、上記課題を解決するため、熱可塑性樹脂に熱膨張性難燃剤を含有してなる熱可塑性樹脂と無機繊維を含む成形体が、上記の課題を解決できることを見出し、これらの知見に基づき、本発明を完成するに至った。 In order to solve the above problems, the inventors discovered that a molded body containing a thermoplastic resin that contains a thermally expandable flame retardant and inorganic fibers can solve the above problems, and based on this knowledge, they have completed the present invention.
すなわち、本発明は、以下の[1]~[9]を提供する。
[1]熱可塑性樹脂組成物(X)と無機繊維(Y)を含む成形体であって、熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂と熱膨張性難燃剤を含み、無酸素下、700℃で20分間加熱したときのASTM D-638に準拠した曲げ強度が10kPa以上である、成形体。
[2]無酸素下、700℃で20分間加熱する前後での厚み比(高温試験後の厚み/高温試験前の厚み)が1.5倍以上である、上記[1]に記載の成形体。
[3]700℃で20分間加熱する前の曲げ強度が50MPa以上である、上記[1]又は[2]に記載の成形体。
[4]前記熱可塑性樹脂組成物(X)を構成する熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン樹脂である、上記[1]~[3]のいずれかに記載の成形体。
[5]前記熱膨張性難燃剤がリン系難燃剤である、上記[1]~[4]のいずれかに記載の成形体。
[6]前記熱可塑性樹脂組成物(X)が、さらに分散剤を含む、上記[1]~[5]のいずれかに記載の成形体。
[7]前記分散剤がα-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体である、上記[6]に記載の成形体。
[8]前記分散剤の含有量がリン系難燃剤100質量部に対して、0を超え25質量部以下である、上記[6]又は[7]に記載の成形体。
[9]前記無機繊維(Y)がガラス繊維、セラミック繊維、金属繊維及び金属酸化物繊維から選ばれる少なくとも1種である、上記[1]~[8]のいずれかに記載の成形体。
That is, the present invention provides the following [1] to [9].
[1] A molded article comprising a thermoplastic resin composition (X) and inorganic fibers (Y), the thermoplastic resin composition (X) comprising a thermoplastic resin and a thermally expandable flame retardant, the molded article having a bending strength of 10 kPa or more when heated at 700°C for 20 minutes in the absence of oxygen, as measured in accordance with ASTM D-638.
[2] The molded article according to the above [1], in which the thickness ratio (thickness after high-temperature test/thickness before high-temperature test) before and after heating at 700° C. for 20 minutes in an oxygen-free environment is 1.5 times or more.
[3] The molded body according to [1] or [2] above, having a bending strength of 50 MPa or more before heating at 700°C for 20 minutes.
[4] The molded article according to any one of the above [1] to [3], wherein the thermoplastic resin constituting the thermoplastic resin composition (X) is a polyolefin resin.
[5] The molded article according to any one of the above [1] to [4], wherein the thermally expandable flame retardant is a phosphorus-based flame retardant.
[6] The molded article according to any one of the above [1] to [5], wherein the thermoplastic resin composition (X) further contains a dispersant.
[7] The molded article according to the above [6], wherein the dispersant is a copolymer of an α-olefin and an unsaturated carboxylic acid.
[8] The molded body according to [6] or [7] above, wherein the content of the dispersant is more than 0 and not more than 25 parts by mass per 100 parts by mass of the phosphorus-based flame retardant.
[9] The molded body according to any one of the above [1] to [8], wherein the inorganic fiber (Y) is at least one selected from glass fibers, ceramic fibers, metal fibers, and metal oxide fibers.
本発明によれば、高い遮炎性を有し、かつ燃焼後の強度を保持し得る成形体を提供することができる。 The present invention provides a molded body that has high flame retardancy and can retain its strength after combustion.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの内容に何ら限定されない。 The following describes in detail the embodiments of the present invention, but the following description is merely an example of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents in any way.
[成形体]
本発明の成形体は、熱可塑性樹脂組成物(X)と無機繊維(Y)を含み、該熱可塑性樹脂組成物(X)が熱可塑性樹脂と熱膨張性難燃剤を含む。
また、本発明の成形体は、無酸素下、700℃で20分間加熱したときのASTM D-638に準拠した曲げ強度が10kPa以上である。加熱処理後の曲げ強度が10kPa以上であれば、成形体が燃焼した場合であっても、強度を維持することができ、例えば、本発明の成形体がバッテリーケースに用いられる場合には、バッテリーが熱暴走したとしても、高温環境下で内容物が噴出する状況を抑止することができる。以上の観点から、加熱後の曲げ強度は100kPa以上であることが好ましく、150kPa以上であることがより好ましく、200kPa以上であることがさらに好ましく、250kPa以上であることが特に好ましい。
ここで、無酸素下とは、加熱雰囲気中に酸素を有さないことを意味し、具体的には、酸素の含有量としては10体積ppm以下である。加熱雰囲気としては、不活性ガス、還元ガス、又は真空が挙げられるが、窒素、アルゴン等の不活性ガスが好ましい。不活性ガスの雰囲気であれば、ガスによる反応が生じず、真空装置等の特別な設備が不要である。
さらに、本発明の成形体は、無酸素下、700℃で20分間加熱する前後での厚み比(高温試験後の厚み/高温試験前の厚み)が1.5倍以上であることが好ましい。加熱前後での厚み比が1.5倍以上であると、膨張によって熱膨張層が形成され、優れた遮炎性が得られる。以上の観点から、加熱前後での厚み比は2倍以上であることがより好ましく、2.5倍以上であることがさらに好ましい。一方、加熱前後での厚み比は10倍以下であることが好ましい。10倍以下であれば、膨張による密度の低下が抑制され、密度低下による強度低下が抑えられる。以上の観点から、加熱前後での厚み比は7倍以下であることがより好ましく、5倍以下であることがさらに好ましい。
また、本発明の成形体は、700℃で20分間加熱する前(高温試験前)の曲げ強度は50MPa以上であることが好ましい。高温試験前の曲げ強度が50MPa以上であると、高温試験後の曲げ強度も高く維持される傾向にある。以上の観点から、高温試験前の曲げ強度は100MPa以上であることがさらに好ましい。
以下、本発明において用いられる各成分、得られる成形体について、詳細に説明する。
[Molded body]
The molded article of the present invention contains a thermoplastic resin composition (X) and inorganic fibers (Y), and the thermoplastic resin composition (X) contains a thermoplastic resin and a thermally expandable flame retardant.
In addition, the molded article of the present invention has a bending strength of 10 kPa or more according to ASTM D-638 when heated at 700 ° C. for 20 minutes in the absence of oxygen. If the bending strength after heat treatment is 10 kPa or more, the strength can be maintained even if the molded article is burned. For example, when the molded article of the present invention is used in a battery case, even if the battery experiences thermal runaway, the contents can be prevented from erupting in a high-temperature environment. From the above viewpoints, the bending strength after heating is preferably 100 kPa or more, more preferably 150 kPa or more, even more preferably 200 kPa or more, and particularly preferably 250 kPa or more.
Here, "oxygen-free" means that there is no oxygen in the heating atmosphere, and specifically, the oxygen content is 10 ppm by volume or less. The heating atmosphere may be an inert gas, a reducing gas, or a vacuum, but an inert gas such as nitrogen or argon is preferred. In an inert gas atmosphere, no gas-induced reaction occurs, and no special equipment such as a vacuum device is required.
Furthermore, the molded body of the present invention preferably has a thickness ratio (thickness after high-temperature test/thickness before high-temperature test) of 1.5 times or more before and after heating at 700 ° C. for 20 minutes in the absence of oxygen. If the thickness ratio before and after heating is 1.5 times or more, a thermal expansion layer is formed by expansion, and excellent flame insulation properties are obtained. From the above viewpoints, the thickness ratio before and after heating is more preferably 2 times or more, and even more preferably 2.5 times or more. On the other hand, the thickness ratio before and after heating is preferably 10 times or less. If it is 10 times or less, the decrease in density due to expansion is suppressed, and the decrease in strength due to the decrease in density is suppressed. From the above viewpoints, the thickness ratio before and after heating is more preferably 7 times or less, and even more preferably 5 times or less.
In addition, the molded body of the present invention preferably has a bending strength of 50 MPa or more before heating at 700° C. for 20 minutes (before high-temperature test). If the bending strength before the high-temperature test is 50 MPa or more, the bending strength after the high-temperature test also tends to be maintained at a high level. From the above viewpoint, it is more preferable that the bending strength before the high-temperature test is 100 MPa or more.
Each component used in the present invention and the resulting molded article will now be described in detail.
<熱可塑性樹脂組成物(X)>
本発明の成形体に用いられる熱可塑性樹脂組成物(X)は、(a)熱可塑性樹脂と(b)熱膨張性難燃剤を含むことが特徴である。
<Thermoplastic resin composition (X)>
The thermoplastic resin composition (X) used in the molded article of the present invention is characterized by containing (a) a thermoplastic resin and (b) a thermally expandable flame retardant.
((a)熱可塑性樹脂)
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)に含まれる熱可塑性樹脂としては、特段の制限はなく、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、アクリロニトリルスチレン樹脂、ABS樹脂、ポリアミド樹脂、変性ポリフェニレンオキサイド等が挙げられる。これらのうち、本発明においては、ポリオレフィン樹脂が好ましい。なお、これらは1種を使用してもよいし、2種以上を使用してもよい。例えば(a)熱可塑性樹脂が、上記のうち2種以上の熱可塑性樹脂の複合樹脂であってもよい。
((a) Thermoplastic Resin)
The thermoplastic resin contained in the thermoplastic resin composition (X) according to the present invention is not particularly limited, and examples thereof include polyolefin resin, polycarbonate resin, polyester resin, acrylonitrile styrene resin, ABS resin, polyamide resin, modified polyphenylene oxide, etc. Among these, in the present invention, polyolefin resin is preferred. These may be used alone or in combination of two or more. For example, the (a) thermoplastic resin may be a composite resin of two or more of the above thermoplastic resins.
ポリオレフィン樹脂としては、特段の制限はなく、後述の樹脂が挙げられる。ポリエステル樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ポリブチレンテレフタレートが挙げられる。ポリアミド樹脂としては、特段の制限はなく、例えば、ナイロン66、ナイロン6が挙げられる。
なかでも、本発明は特に、(a)熱可塑性樹脂として少なくともポリオレフィン樹脂を含む場合に特に有用である。なお、本発明において「ポリオレフィン樹脂」とは、樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合が90mol%以上である樹脂を意味する。
ポリオレフィン樹脂を構成する全ての構成単位100mol%に対し、オレフィン単位又はシクロオレフィン単位が占める割合は、95mol%以上が好ましく、98mol%以上が特に好ましい。
The polyolefin resin is not particularly limited, and examples thereof include the resins described below. The polyester resin is not particularly limited, and examples thereof include polybutylene terephthalate. The polyamide resin is not particularly limited, and examples thereof include nylon 66 and nylon 6.
Among them, the present invention is particularly useful when the thermoplastic resin (a) contains at least a polyolefin resin. In the present invention, the term "polyolefin resin" refers to a resin in which the proportion of olefin units or cycloolefin units is 90 mol % or more relative to 100 mol % of all structural units constituting the resin.
The proportion of olefin units or cycloolefin units relative to 100 mol % of all structural units constituting the polyolefin resin is preferably 95 mol % or more, and particularly preferably 98 mol % or more.
ポリオレフィン樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリ(3-メチル-1-ブテン)、ポリ(3-メチル-1-ペンテン)、ポリ(4-メチル-1-ペンテン)等のα-オレフィン重合体;エチレン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体、エチレン-メチルメタクリレート共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体等のα-オレフィン共重合体;ポリシクロヘキセン、ポリシクロペンテン等のシクロオレフィン重合体等が挙げられる。ポリエチレンとしては、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等が挙げられる。ポリプロピレンとしては、アイソタクチックポリプロピレン、シンジオタクチックポリプロピレン、ヘミアイソタクチックポリプロピレン、ステレオブロックポリプロピレン等が挙げられる。炭素原子数4以上のα-オレフィン-プロピレンブロック又はランダム共重合体において、炭素原子数4以上のα-オレフィンとしては、ブテン、3-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン等が挙げられる。これらのポリオレフィン樹脂は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上記オレフィン樹脂のうち、特にポリプロピレン樹脂(以下「PP樹脂」と記載することがある。)が好ましい。
Examples of polyolefin resins include α-olefin polymers such as polyethylene, polypropylene, polybutene, poly(3-methyl-1-butene), poly(3-methyl-1-pentene), and poly(4-methyl-1-pentene); α-olefin copolymers such as ethylene-propylene block or random copolymers, α-olefin-propylene block or random copolymers having 4 or more carbon atoms, ethylene-methyl methacrylate copolymers, and ethylene-vinyl acetate copolymers; and cycloolefin polymers such as polycyclohexene and polycyclopentene. Examples of polyethylene include low-density polyethylene, linear low-density polyethylene, and high-density polyethylene. Examples of polypropylene include isotactic polypropylene, syndiotactic polypropylene, hemiisotactic polypropylene, and stereoblock polypropylene. In the α-olefin-propylene block or random copolymers having 4 or more carbon atoms, examples of the α-olefins having 4 or more carbon atoms include butene, 3-methyl-1-butene, 3-methyl-1-pentene, and 4-methyl-1-pentene. These polyolefin resins may be used alone or in combination of two or more.
Of the above olefin resins, polypropylene resin (hereinafter sometimes referred to as "PP resin") is particularly preferred.
(メルトフローレート(MFR))
本発明に用いられる(a)熱可塑性樹脂のメルトフローレート(以下、MFRと略記することがある)(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、例えばスタンピング成形により成形体を得る際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、成形体の製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
(a)熱可塑性樹脂は、例えば、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
(Melt Flow Rate (MFR))
The melt flow rate (hereinafter sometimes abbreviated as MFR) (230°C, 2.16 kg load) of the thermoplastic resin (a) used in the present invention is preferably 40 to 500 g/10 min. If the MFR is 40 g/10 min or more, for example, no chipping occurs when obtaining a molded body by stamping molding, and the processability does not decrease. Also, if it is 500 g/10 min or less, no burrs are generated in the production of the molded body. From the above viewpoints, the MFR is preferably 50 to 400 g/10 min, more preferably 60 to 400 g/10 min, and more preferably 70 to 300 g/10 min.
The MFR of the (a) thermoplastic resin can be adjusted, for example, by controlling the hydrogen concentration during polymerization.
The MFR is a value measured in accordance with JIS K7210.
((a)熱可塑性樹脂の含有量)
本発明の成形体における(a)熱可塑性樹脂の含有量は、特に限定されないが、熱可塑性樹脂組成物(X)中に、好ましくは、15~80質量%である。熱可塑性樹脂(a)の含有量が15質量%以上であると成形加工性が特に良好となり、成形体の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維を十分な量含有でき、良好な遮炎性を得ることができる。以上の観点から、熱可塑性樹脂組成物(X)中の(a)熱可塑性樹脂の含有量は35~70質量%であることが好ましく、40~60質量%であることがより好ましい。
((a) Thermoplastic Resin Content)
The content of the thermoplastic resin (a) in the molded article of the present invention is not particularly limited, but is preferably 15 to 80% by mass in the thermoplastic resin composition (X). When the content of the thermoplastic resin (a) is 15% by mass or more, the molding processability is particularly good, and molding of the molded article is easy. On the other hand, when the content is 80% by mass or less, a sufficient amount of flame retardant, dispersant, and inorganic fiber can be contained, and good flame shielding properties can be obtained. From the above viewpoints, the content of the thermoplastic resin (a) in the thermoplastic resin composition (X) is preferably 35 to 70% by mass, more preferably 40 to 60% by mass.
<(a-1)ポリプロピレン系樹脂>
本発明の成形体に用いられる(a)熱可塑性樹脂として、ポリプロピレン系樹脂を含むことが好ましい。ポリプロピレン系樹脂としては、プロピレン単独重合体、又はプロピレン-α-オレフィン共重合体が挙げられる。ここでプロピレン-α-オレフィン共重合体は、ランダム共重合体及びブロック共重合体のいずれであってもよい。
<(a-1) Polypropylene Resin>
The thermoplastic resin (a) used in the molded article of the present invention preferably contains a polypropylene-based resin. Examples of the polypropylene-based resin include a propylene homopolymer and a propylene-α-olefin copolymer. Here, the propylene-α-olefin copolymer may be either a random copolymer or a block copolymer.
(α-オレフィン)
上記共重合体を構成するα-オレフィンとしては、例えば、エチレン、1-ブテン、2-メチル-1-プロペン、1-ペンテン、2-メチル-1-ブテン、3-メチル-1-ブテン、1-ヘキセン、2-エチル-1-ブテン、2,3-ジメチル-1-ブテン、2-メチル-1-ペンテン、3-メチル-1-ペンテン、4-メチル-1-ペンテン、3,3-ジメチル-1-ブテン、1-ヘプテン、メチル-1-ヘキセン、ジメチル-1-ペンテン、エチル-1-ペンテン、トリメチル-1-ブテン、1-オクテン等を挙げることができる。これらは、1種を用いてプロピレンと共重合してもよく、また、2種以上を用いてプロピレンと共重合してもよい。中でも、成形体の耐衝撃強度の向上という観点からは、その効果が大きいエチレン又は1-ブテンであるのが好ましく、最も好ましいのはエチレンである。
(α-Olefin)
Examples of the α-olefin constituting the copolymer include ethylene, 1-butene, 2-methyl-1-propene, 1-pentene, 2-methyl-1-butene, 3-methyl-1-butene, 1-hexene, 2-ethyl-1-butene, 2,3-dimethyl-1-butene, 2-methyl-1-pentene, 3-methyl-1-pentene, 4-methyl-1-pentene, 3,3-dimethyl-1-butene, 1-heptene, methyl-1-hexene, dimethyl-1-pentene, ethyl-1-pentene, trimethyl-1-butene, and 1-octene. One of these may be copolymerized with propylene, or two or more may be copolymerized with propylene. Among them, from the viewpoint of improving the impact strength of the molded article, ethylene or 1-butene, which have a large effect, are preferred, and ethylene is most preferred.
(プロピレン-エチレンランダム共重合体)
プロピレンとエチレンのランダム共重合体の場合、好ましくはプロピレン単位を90~99.5質量%、さらに好ましくは92~99質量%、エチレン単位を好ましくは0.5~10質量%、さらに好ましくは1~8質量%含んでなるものである。エチレン単位が上記下限値以上であると、成形体の十分な耐衝撃強度が得られ、また、上記上限値以下であると、十分な剛性が維持される。
プロピレンとエチレンのランダム共重合体におけるプロピレン単位とエチレン単位の含量は、プロピレンとエチレンのランダム共重合体の重合時のプロピレンとエチレンの組成比を、制御することにより、調整することができる。
また、プロピレンとエチレンのランダム共重合体のプロピレン含量は、クロス分別装置やFT-IR等を用いて測定される値であり、その測定条件等は、例えば、特開2008-189893号公報に記載されている方法を使用すればよい。
(Propylene-ethylene random copolymer)
In the case of a random copolymer of propylene and ethylene, it preferably contains 90 to 99.5% by mass, more preferably 92 to 99% by mass, of propylene units and preferably 0.5 to 10% by mass, more preferably 1 to 8% by mass of ethylene units. When the ethylene units are equal to or more than the lower limit, sufficient impact strength of the molded article is obtained, and when the ethylene units are equal to or less than the upper limit, sufficient rigidity is maintained.
The contents of propylene units and ethylene units in the random copolymer of propylene and ethylene can be adjusted by controlling the composition ratio of propylene and ethylene during polymerization of the random copolymer of propylene and ethylene.
The propylene content of the random copolymer of propylene and ethylene is a value measured using a cross fractionation device, FT-IR, or the like, and the measurement conditions and the like may be, for example, those described in JP-A-2008-189893.
(メルトフローレート(MFR))
本発明に用いられる(a-1)ポリプロピレン系樹脂のMFR(230℃、2.16kg荷重)は、40~500g/10分であることが好ましい。MFRが40g/10分以上であると、スタンピング成形等により成形体を得る際に欠損が生じず、加工性が低下することがない。また、500g/10分以下であると、成形体を作製する際に用いられるシートの製造において、バリを生じることがない。以上の観点から、MFRは、好ましくは50~400g/10分、より好ましくは60~400g/10分、より好ましくは70~300g/10分である。
(a-1)ポリプロピレン系樹脂(プロピレン単独重合体)は、重合時の水素濃度等を制御することにより、MFRを調整することができる。
なお、MFRは、JIS K7210に準拠して測定した値である。
(Melt Flow Rate (MFR))
The MFR (230°C, 2.16 kg load) of the polypropylene resin (a-1) used in the present invention is preferably 40 to 500 g/10 min. If the MFR is 40 g/10 min or more, no chipping occurs when obtaining a molded body by stamping molding or the like, and the processability does not decrease. If the MFR is 500 g/10 min or less, no burrs are generated in the production of a sheet used to prepare a molded body. From the above viewpoints, the MFR is preferably 50 to 400 g/10 min, more preferably 60 to 400 g/10 min, and more preferably 70 to 300 g/10 min.
The MFR of the (a-1) polypropylene resin (propylene homopolymer) can be adjusted by controlling the hydrogen concentration during polymerization.
The MFR is a value measured in accordance with JIS K7210.
((a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量)
本発明の成形体における(a-1)ポリプロピレン系樹脂の含有量は、特に限定されないが、好ましくは、15~80質量%である。ポリプロピレン系樹脂の含有量が15質量%以上であると成形加工性が十分となり、成形体の成形が容易となる。一方、80質量%以下であると、難燃剤、分散剤及び無機繊維の含有量が十分となり、十分な遮炎性が得られる。以上の観点から、成形体におけるポリプロピレン系樹脂の含有量は35~70質量%であることがより好ましく、40~60質量%であることがさらにより好ましい。
((a-1) Content of polypropylene resin)
The content of the polypropylene resin (a-1) in the molded article of the present invention is not particularly limited, but is preferably 15 to 80% by mass. When the content of the polypropylene resin is 15% by mass or more, the molding processability is sufficient, and molding of the molded article is easy. On the other hand, when the content is 80% by mass or less, the content of the flame retardant, dispersant, and inorganic fiber is sufficient, and sufficient flame shielding properties are obtained. From the above viewpoints, the content of the polypropylene resin in the molded article is more preferably 35 to 70% by mass, and even more preferably 40 to 60% by mass.
<変性ポリオレフィン系樹脂>
本発明の成形体は、上記ポリプロピレン系樹脂に加えて、さらに変性ポリオレフィン系樹脂を含むことができる。変性ポリオレフィン系樹脂としては、具体的には、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂が挙げられ、これらはそれぞれ単独で、又は両者を併用することもできる。
なお、変性ポリオレフィン系樹脂として用いる、酸変性ポリオレフィン系樹脂及びヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂の種類としては、特に制限はなく、従来公知のものであってもよい。
<Modified polyolefin resin>
The molded article of the present invention can further contain a modified polyolefin resin in addition to the polypropylene resin. Specific examples of the modified polyolefin resin include acid-modified polyolefin resins and hydroxy-modified polyolefin resins, and these can be used alone or in combination.
The types of acid-modified polyolefin resins and hydroxy-modified polyolefin resins used as the modified polyolefin resins are not particularly limited, and may be any of the conventionally known resins.
(酸変性ポリオレフィン系樹脂)
酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、エチレン-α-オレフィン-非共役ジエン化合物共重合体(EPDMなど)、エチレン-芳香族モノビニル化合物-共役ジエン化合物共重合エラストマーなどのポリオレフィンを、マレイン酸又は無水マレイン酸等の不飽和カルボン酸を用いてグラフト共重合し、化学変性したものが挙げられる。
このグラフト共重合は、例えば、上記ポリオレフィンを適当な溶媒中で、ベンゾイルパーオキシドなどのラジカル発生剤を用いて、不飽和カルボン酸と反応させることにより行われる。また、不飽和カルボン酸又はその誘導体の成分は、ポリオレフィン用モノマーとのランダム又はブロック共重合によりポリマー鎖中に導入することもできる。
(Acid-modified polyolefin resin)
Examples of acid-modified polyolefin resins include those obtained by graft copolymerizing polyolefins such as polyethylene, polypropylene, ethylene-α-olefin copolymers, ethylene-α-olefin-non-conjugated diene compound copolymers (such as EPDM), and ethylene-aromatic monovinyl compound-conjugated diene compound copolymer elastomers with unsaturated carboxylic acids such as maleic acid or maleic anhydride, thereby chemically modifying the polyolefins.
The graft copolymerization is carried out, for example, by reacting the polyolefin with an unsaturated carboxylic acid in a suitable solvent using a radical generator such as benzoyl peroxide. The unsaturated carboxylic acid or its derivative component can also be introduced into the polymer chain by random or block copolymerization with a polyolefin monomer.
変性のために使用される不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、イタコン酸、アクリル酸、メタクリル酸等のカルボキシル基、及び必要に応じてヒドロキシル基やアミノ基などの官能基が導入された重合性二重結合を有する化合物が挙げられる。
また、不飽和カルボン酸の誘導体としては、これらの酸無水物、エステル、アミド、イミド、金属塩等があり、その具体例としては、無水マレイン酸、無水イタコン酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチル等を挙げることができる。これらのうち、好ましくは無水マレイン酸である。
Examples of unsaturated carboxylic acids used for modification include compounds having a carboxyl group, such as maleic acid, fumaric acid, itaconic acid, acrylic acid, and methacrylic acid, and a polymerizable double bond into which a functional group, such as a hydroxyl group or an amino group, has been introduced as necessary.
Derivatives of unsaturated carboxylic acids include their acid anhydrides, esters, amides, imides, metal salts, etc., and specific examples thereof include maleic anhydride, itaconic anhydride, methyl acrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, methyl methacrylate, etc. Of these, maleic anhydride is preferred.
好ましい酸変性ポリオレフィン系樹脂としては、エチレン及び/又はプロピレンを主たるポリマー構成単位とするオレフィン系重合体に、無水マレイン酸をグラフト重合することにより変性したもの、エチレン及び/又はプロピレンを主体とするオレフィンと無水マレイン酸とを共重合することにより変性したものなどが挙げられる。具体的には、ポリエチレン/無水マレイン酸グラフトエチレン・ブテン-1共重合体の組み合わせ、又はポリプロピレン/無水マレイン酸グラフトポリプロピレンの組み合わせなどが挙げられる。 Preferred acid-modified polyolefin resins include those modified by graft polymerization of maleic anhydride to an olefin polymer having ethylene and/or propylene as the main polymer unit, and those modified by copolymerization of an olefin mainly consisting of ethylene and/or propylene with maleic anhydride. Specific examples include a combination of polyethylene/maleic anhydride grafted ethylene-butene-1 copolymer, or a combination of polypropylene/maleic anhydride grafted polypropylene.
(ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂)
ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を含有する変性ポリオレフィン系樹脂である。ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂は、ヒドロキシル基を適当な部位、例えば、主鎖の末端や側鎖に有していてもよい。
ヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂を構成するオレフィン系樹脂としては、例えば、エチレン、プロピレン、ブテン、4-メチルペンテン-1、ヘキセン、オクテン、ノネン、デセン、ドデセンなどのα-オレフィンの単独又は共重合体、前記α-オレフィンと共重合性単量体との共重合体などが例示できる。
好ましいヒドロキシ変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、低密度、中密度又は高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超高分子量ポリエチレン、エチレン-(メタ)アクリル酸エステル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体などのヒドロキシ変性ポリエチレン系樹脂、例えば、アイソタクチックポリプロピレンなどのポリプロピレンホモポリマー、プロピレンとα-オレフィン(例えば、エチレン、ブテン、ヘキサンなど)とのランダム共重合体、プロピレン-α-オレフィンブロック共重合体など、ヒドロキシ変性ポリ(4-メチルペンテン-1)などのヒドロキシ変性ポリプロピレン系樹脂が例示できる。
(Hydroxy-modified polyolefin resin)
The hydroxy-modified polyolefin resin is a modified polyolefin resin containing a hydroxyl group. The hydroxy-modified polyolefin resin may have a hydroxyl group at an appropriate site, for example, at the end of the main chain or on a side chain.
Examples of the olefin resin constituting the hydroxy-modified polyolefin resin include homopolymers or copolymers of α-olefins such as ethylene, propylene, butene, 4-methylpentene-1, hexene, octene, nonene, decene, and dodecene, and copolymers of the above-mentioned α-olefins with copolymerizable monomers.
Examples of preferred hydroxy-modified polyolefin resins include hydroxy-modified polyethylene resins such as low-, medium- or high-density polyethylene, linear low-density polyethylene, ultra-high molecular weight polyethylene, ethylene-(meth)acrylic acid ester copolymers, and ethylene-vinyl acetate copolymers; and hydroxy-modified polypropylene resins such as polypropylene homopolymers such as isotactic polypropylene, random copolymers of propylene and α-olefins (e.g., ethylene, butene, hexane, etc.), propylene-α-olefin block copolymers, and hydroxy-modified poly(4-methylpentene-1).
<(b)熱膨張性難燃剤>
本発明の成形体を形成する熱可塑性樹脂組成物(X)は(b)熱膨張性難燃剤を含有する。(b)熱膨張性難燃剤とは、燃焼源からの輻射熱や、燃焼物から外部へ燃焼ガスや煙などの拡散を防ぐ表面膨張層(Intumescent)を形成することにより、材料の燃焼を抑制させる難燃剤である。
熱膨張性難燃剤は、熱膨張層を形成することで遮炎性が得られるが、従来の知見によれば、膨張による密度の低下が考えられ、密度の低下による強度低下が懸念された。
しかし、本発明者らの検討の結果、成形体を構成する無機繊維中に熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として熱膨張性難燃剤が存在することで、成形体の遮炎性と燃焼後の強度を両立し得ることが見出された。これは、熱膨張性難燃剤によって形成されるチャーが無機繊維を基材として固着することで、燃焼後であっても無機繊維の強度が保持されるためと考えられる。
上記の観点から、熱膨張性難燃剤の中でも、リン系難燃剤が好ましく、(ポリ)リン酸と窒素化合物との塩(以下、「化合物(b1)」とも記す。)が挙げられる。具体的には、ポリリン酸アンモニウム、ポリリン酸メラミン、ポリリン酸ピペラジン、ピロリン酸アンモニウム、ピロリン酸メラミン、ピロリン酸ピペラジン等の、(ポリ)リン酸のアンモニウム塩やアミン塩が挙げられる。
また、窒素化合物としては、アンモニア、メラミン、ピペラジン、その他の窒素化合物等が挙げられ、他の窒素化合物としては、例えば、N,N,N’,N’-テトラメチルジアミノメタン、エチレンジアミン、N,N’-ジメチルエチレンジアミン、N,N’-ジエチルエチレンジアミン、N,N-ジメチルエチレンジアミン、N,N-ジエチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-テトラメチルエチレンジアミン、N,N,N’,N’-ジエチルエチレンジアミン、1,2-プロパンジアミン、1,3-プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、1,7-ジアミノへプタン、1,8-ジアミノオクタン、1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、trans-2,5-ジメチルピペラジン、1,4-ビス(2-アミノエチル)ピペラジン、1,4-ビス(3-アミノプロピル)ピペラジン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン、アクリルグアナミン、2,4-ジアミノ-6-ノニル-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-ハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジハイドロキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-エトキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-プロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-イソプロポキシ-1,3,5-トリアジン、2,4-ジアミノ-6-メルカプト-1,3,5-トリアジン、2-アミノ-4,6-ジメルカプト-1,3,5-トリアジン、アンメリン、ベンズグアナミン、アセトグアナミン、フタロジグアナミン、メラミンシアヌレ-ト、ピロリン酸メラミン、ブチレンジグアナミン、ノルボルネンジグアナミン、メチレンジグアナミン、エチレンジメラミン、トリメチレンジメラミン、テトラメチレンジメラミン、ヘキサメチレンジメラミン、1,3-ヘキシレンジメラミン等が挙げられる。
<(b) Thermally Expandable Flame Retardant>
The thermoplastic resin composition (X) forming the molded article of the present invention contains (b) a thermally expandable flame retardant, which is a flame retardant that suppresses combustion of a material by forming a surface intumescent layer that prevents the diffusion of radiant heat from a combustion source and combustion gases and smoke from a combustion product to the outside.
Thermally expandable flame retardants provide flame insulation by forming a thermally expandable layer. However, according to conventional knowledge, the expansion is thought to reduce density, and there is concern about a decrease in strength due to the reduced density.
However, as a result of the investigations of the present inventors, it was found that the presence of a thermally expandable flame retardant in the inorganic fibers constituting the molded body with a thermoplastic resin as a matrix resin can achieve both flame resistance and strength after combustion of the molded body. This is thought to be because the char formed by the thermally expandable flame retardant is fixed to the inorganic fibers as a base material, so that the strength of the inorganic fibers is maintained even after combustion.
From the above viewpoint, among thermally expandable flame retardants, phosphorus-based flame retardants are preferred, and examples thereof include salts of (poly)phosphoric acid and nitrogen compounds (hereinafter also referred to as "compound (b1)"). Specific examples thereof include ammonium salts and amine salts of (poly)phosphoric acid, such as ammonium polyphosphate, melamine polyphosphate, piperazine polyphosphate, ammonium pyrophosphate, melamine pyrophosphate, and piperazine pyrophosphate.
Examples of the nitrogen compounds include ammonia, melamine, piperazine, and other nitrogen compounds. Examples of the other nitrogen compounds include, for example, N,N,N',N'-tetramethyldiaminomethane, ethylenediamine, N,N'-dimethylethylenediamine, N,N'-diethylethylenediamine, N,N-dimethylethylenediamine, N,N-diethylethylenediamine, N,N,N',N'-tetramethylethylenediamine, N,N,N',N'-diethylethylenediamine, amine, 1,2-propanediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, 1,7-diaminoheptane, 1,8-diaminooctane, 1,9-diaminononane, 1,10-diaminodecane, trans-2,5-dimethylpiperazine, 1,4-bis(2-aminoethyl)piperazine, 1,4-bis(3-aminopropyl)piperazine, acetoguanamine, benzoguanamine, acrylguanamine, 2 ,4-diamino-6-nonyl-1,3,5-triazine, 2,4-diamino-6-hydroxy-1,3,5-triazine, 2-amino-4,6-dihydroxy-1,3,5-triazine, 2,4-diamino-6-methoxy-1,3,5-triazine, 2,4-diamino-6-ethoxy-1,3,5-triazine, 2,4-diamino-6-propoxy-1,3,5-triazine, 2,4-diamino-6-isopropoxy-1,3,5-triazine, 2,4-diamino 1,3-hexylene dimelamine, ...
<その他の難燃剤>
本発明の成形体では、上述のように、熱膨張性難燃剤を含むことが特徴であるが、熱膨張性難燃剤に加えて他の難燃剤を併用してもよい。他の難燃剤としては、特に限定されることなく、従来から使用される難燃剤を用いることができる。
具体的には、例えば、上記熱膨張性難燃剤以外のリン系難燃剤、臭素系難燃剤、アンチモン系難燃剤等が挙げられる。なかでも、遮炎性向上の観点からは、リン系難燃剤が好ましい。
<Other flame retardants>
As described above, the molded article of the present invention is characterized by containing a thermally expandable flame retardant, but other flame retardants may be used in addition to the thermally expandable flame retardant. The other flame retardants are not particularly limited, and conventionally used flame retardants can be used.
Specifically, for example, phosphorus-based flame retardants other than the above-mentioned thermally expandable flame retardants, bromine-based flame retardants, antimony-based flame retardants, etc. Among them, phosphorus-based flame retardants are preferred from the viewpoint of improving flame-shielding properties.
(リン系難燃剤)
リン系難燃剤は、リン化合物、すなわち分子中にリン原子を含む化合物である。リン系難燃剤は、樹脂組成物の燃焼時にチャーを形成させることで難燃効果を発揮する。
リン系難燃剤としては、公知のものであってよく、例えば(ポリ)リン酸塩、(ポリ)リン酸エステル等が挙げられる。ここで、「(ポリ)リン酸塩」は、リン酸塩又はポリリン酸塩を示し、「(ポリ)リン酸エステル」は、リン酸エステル又はポリリン酸エステルを示す。
なお、リン系難燃剤は、80℃において固体であることが好ましい。
(Phosphorus-based flame retardant)
The phosphorus-based flame retardant is a phosphorus compound, i.e., a compound containing a phosphorus atom in the molecule, and exerts a flame retardant effect by forming char when the resin composition is burned.
The phosphorus-based flame retardant may be a known one, and examples thereof include (poly)phosphates, (poly)phosphate esters, etc. Here, "(poly)phosphates" refers to phosphates or polyphosphates, and "(poly)phosphate esters" refers to phosphate esters or polyphosphate esters.
The phosphorus-based flame retardant is preferably a solid at 80°C.
リン系難燃剤としては、難燃性の点で、(ポリ)リン酸塩が好ましい。
(ポリ)リン酸塩としては、例えば、ポリリン酸アンモニウム塩、ポリリン酸メラミン塩、ポリリン酸ピペラジン塩、オルトリン酸ピペラジン塩、ピロリン酸メラミン塩、ピロリン酸ピペラジン塩、ポリリン酸メラミン塩、オルトリン酸メラミン塩、リン酸カルシウム、リン酸マグネシウム等が挙げられる。
また、上記例示において、メラミン又はピペラジンを他の窒素化合物に置き換えた化合物も同様に使用できる。これらの(ポリ)リン酸塩は1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
As the phosphorus-based flame retardant, (poly)phosphates are preferred in terms of flame retardancy.
Examples of (poly)phosphates include ammonium polyphosphate, melamine polyphosphate, piperazine polyphosphate, piperazine orthophosphate, melamine pyrophosphate, piperazine pyrophosphate, melamine polyphosphate, melamine orthophosphate, calcium phosphate, and magnesium phosphate.
In the above examples, compounds in which melamine or piperazine is replaced with other nitrogen compounds can also be used. These (poly)phosphates may be used alone or in combination of two or more.
リン系難燃剤の市販品としては、アデカスタブFP-2100J、FP-2200、FP-2500S((株)ADEKA製)等が挙げられる。 Commercially available phosphorus-based flame retardants include Adeka STAB FP-2100J, FP-2200, and FP-2500S (manufactured by ADEKA Corporation).
(臭素系難燃剤)
臭素系難燃剤としては、例えば、デカブロモジフェニルエーテル、テトラブロモビスフェノールA、テトラブロモビスフェノールS、1,2-ビス(2’,3’,4’,5’,6’-ペンタブロモフェニル)エタン、1,2-ビス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)エタン、2,4,6-トリス(2,4,6-トリブロモフェノキシ)-1,3,5-トリアジン、2,6-ジブロモフェノール、2,4-ジブロモフェノール、臭素化ポリスチレン、エチレンビステトラブロモフタルイミド、ヘキサブロモシクロドデカン、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモベンジルアクリレート、2,2-ビス[4’(2’’,3’’-ジブロモプロポキシ)-3’,5’-ジブロモフェニル]-プロパン、ビス[3,5-ジブロモ-4-(2,3-ジブロモプロポキシ)フェニル]スルホン、トリス(2,3-ジブロモプロピル)イソシアヌレートなどが挙げられる。
(Brominated flame retardants)
Examples of bromine-based flame retardants include decabromodiphenyl ether, tetrabromobisphenol A, tetrabromobisphenol S, 1,2-bis(2',3',4',5',6'-pentabromophenyl)ethane, 1,2-bis(2,4,6-tribromophenoxy)ethane, 2,4,6-tris(2,4,6-tribromophenoxy)-1,3,5-triazine, 2,6-dibromophenol, 2,4-dibromophenol, Examples of the polybrominated polystyrene include brominated polystyrene, ethylene bistetrabromophthalimide, hexabromocyclododecane, hexabromobenzene, pentabromobenzyl acrylate, 2,2-bis[4'(2'',3''-dibromopropoxy)-3',5'-dibromophenyl]-propane, bis[3,5-dibromo-4-(2,3-dibromopropoxy)phenyl]sulfone, and tris(2,3-dibromopropyl)isocyanurate.
(アンチモン系難燃剤)
アンチモン系難燃剤としては、三酸化アンチモン、四酸化アンチモン、五酸化アンチモン、ピロアンチモン酸ナトリウム、三塩化アンチモン、三硫化アンチモン、オキシ塩化アンチモン、二塩化アンチモンパークロロペンタン及びアンチモン酸カリウム等を挙げることができ、特に三酸化アンチモン、五酸化アンチモンが好ましい。
(Antimony-based flame retardant)
Examples of antimony-based flame retardants include antimony trioxide, antimony tetroxide, antimony pentoxide, sodium pyroantimonate, antimony trichloride, antimony trisulfide, antimony oxychloride, antimony perchloropentane dichloride, and potassium antimonate, with antimony trioxide and antimony pentoxide being particularly preferred.
上記難燃剤のうち、生体残留性がなく、優れた難燃性を有する点から、リン系難燃剤が好ましく、また環境性の点から、ノンハロゲン系難燃剤が好ましい。
なお、上記難燃剤は、1種を単独で使用することができ、又は2種以上を併用することもできる。
Among the above flame retardants, phosphorus-based flame retardants are preferred because they are non-bioresistent and have excellent flame retardancy, and non-halogen flame retardants are preferred from the environmental standpoint.
The flame retardants may be used alone or in combination of two or more.
((b)熱膨張性難燃剤の含有量)
本発明の成形体における熱膨張性難燃剤の含有量は特に限定されないが、好ましくは1~30質量%の範囲である。1質量%以上であると、成形体に良好な難燃性を付与でき、良好な遮炎性が得られる。一方、難燃剤が30質量%以下であると、熱可塑性樹脂を十分な含有比で含むことができるので、成形加工性がより良好となる。以上の観点から、成形体中の熱膨張性難燃剤の含有量は1~25質量%の範囲がより好ましく、3~20質量%の範囲がさらに好ましい。
((b) Content of thermally expandable flame retardant)
The content of the thermally expandable flame retardant in the molded product of the present invention is not particularly limited, but is preferably in the range of 1 to 30% by mass. When the content is 1% by mass or more, the molded product can be given good flame retardancy and good flame shielding properties can be obtained. On the other hand, when the content of the flame retardant is 30% by mass or less, the thermoplastic resin can be contained in a sufficient content ratio, so that the moldability becomes better. From the above viewpoints, the content of the thermally expandable flame retardant in the molded product is more preferably in the range of 1 to 25% by mass, and even more preferably in the range of 3 to 20% by mass.
<(c)分散剤>
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)はさらに分散剤を含むことが好ましい。
(c)分散剤としては、(b)熱膨張性難燃剤を(a)熱可塑性樹脂中に分散させることができればよく、特に限定されないが、(a)熱可塑性樹脂との相溶性の点で、高分子分散剤を好適に使用することができる。好ましくは、(b)熱膨張性難燃剤を(a-1)ポリプロピレン系樹脂中に分散させることができるものを用いることができる。高分子分散剤としては、官能基を有する高分子分散剤が好ましく、分散安定性の面からカルボキシル基、リン酸基、スルホン酸基、一級、二級又は三級アミノ基、四級アンモニウム塩基、ピリジン、ピリミジン、ピラジン等の含窒素ヘテロ環由来の基、等の官能基を有する高分子分散剤が好ましい。
本発明においては、カルボキシル基を有する高分子分散剤が好ましく、特に、難燃剤として好適なリン系難燃剤を用いる場合には、α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体が好ましい。当該分散剤を用いることで、リン系熱膨張性難燃剤の分散性を向上させることができ、熱膨張性難燃剤の含有量を低減させることができる。
<(c) Dispersant>
The thermoplastic resin composition (X) according to the present invention preferably further contains a dispersant.
The (c) dispersant is not particularly limited as long as it can disperse the (b) thermally expandable flame retardant in the (a) thermoplastic resin, but a polymer dispersant can be suitably used in terms of compatibility with the (a) thermoplastic resin. Preferably, a polymer dispersant capable of dispersing the (b) thermally expandable flame retardant in the (a-1) polypropylene resin can be used. As the polymer dispersant, a polymer dispersant having a functional group is preferred, and from the viewpoint of dispersion stability, a polymer dispersant having a functional group such as a carboxyl group, a phosphoric acid group, a sulfonic acid group, a primary, secondary or tertiary amino group, a quaternary ammonium base, a group derived from a nitrogen-containing heterocycle such as pyridine, pyrimidine or pyrazine is preferred.
In the present invention, a polymer dispersant having a carboxyl group is preferred, and in particular, when a phosphorus-based flame retardant suitable as a flame retardant is used, a copolymer of an α-olefin and an unsaturated carboxylic acid is preferred. By using such a dispersant, the dispersibility of the phosphorus-based thermally expandable flame retardant can be improved, and the content of the thermally expandable flame retardant can be reduced.
(α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体)
本発明に係る「α-オレフィンと不飽和カルボン酸との共重合体」(以下、「共重合体(c1)」と記載する。)における、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位は、その合計100mol%のうちα-オレフィン単位の割合が20mol%以上80mol%以下であることが好ましい。
共重合体(c1)において、α-オレフィン単位と不飽和カルボン酸単位との合計量に対するα-オレフィン単位の割合は、30mol%以上であることがより好ましく、一方、70mol%以下であることがより好ましい。α-オレフィンの割合が前記下限値以上であれば、ポリオレフィン系樹脂との相溶性がより優れたものとなり、前記上限値以下であれば、(b)熱膨張性難燃剤との相溶性がより優れたものとなる。
(Copolymer of α-olefin and unsaturated carboxylic acid)
In the "copolymer of α-olefin and unsaturated carboxylic acid" according to the present invention (hereinafter referred to as "copolymer (c1)"), the proportion of α-olefin units in the total of 100 mol % of α-olefin units and unsaturated carboxylic acid units is preferably 20 mol % or more and 80 mol % or less.
In the copolymer (c1), the ratio of the α-olefin units to the total amount of the α-olefin units and the unsaturated carboxylic acid units is more preferably 30 mol % or more, and more preferably 70 mol % or less. If the ratio of the α-olefins is equal to or more than the lower limit, the compatibility with the polyolefin resin is better, and if it is equal to or less than the upper limit, the compatibility with the (b) thermally expandable flame retardant is better.
共重合体(c1)において、α-オレフィンとしては、炭素原子数5以上のα-オレフィンが好ましく、炭素原子数10以上80以下のα-オレフィンがより好ましい。α-オレフィンの炭素原子数が5以上であれば、(a)熱可塑性樹脂との相溶性がより良好となる傾向があり、80以下であれば、原料コストの点で有利である。以上の観点から、α-オレフィンの炭素原子数は12以上70以下であることがさらにより好ましく、18以上60以下であることが特に好ましい。 In the copolymer (c1), the α-olefin is preferably an α-olefin having 5 or more carbon atoms, and more preferably an α-olefin having 10 to 80 carbon atoms. If the α-olefin has 5 or more carbon atoms, it tends to have better compatibility with the thermoplastic resin (a), and if it has 80 or less carbon atoms, it is advantageous in terms of raw material costs. From the above viewpoints, it is even more preferable that the α-olefin has 12 to 70 carbon atoms, and particularly preferably 18 to 60 carbon atoms.
また、共重合体(c1)において、不飽和カルボン酸としては、例えば、(メタ)アクリル酸、マレイン酸、メチルマレイン酸、フマル酸、メチルフマル酸、テトラヒドロフタル酸、イタコン酸、シトラコン酸、クロトン酸、イソクロトン酸、グルタコン酸、ノルボルナン-5-エン-2,3-ジカルボン酸、及びこれらの不飽和カルボン酸のエステル、無水物、イミド等が挙げられる。なお、「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸又はメタクリル酸を示すものである。
不飽和カルボン酸のエステル、無水物又はイミドの具体例としては、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸2-エチルへキシル、(メタ)アクリル酸グリシジル等の(メタ)アクリル酸エステル;無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、5-ノルボルネン-2,3-ジカルボン酸無水物等のジカルボン酸無水物;マレイミド、N-エチルマレイミド、N-フェニルマレイミド等のマレイミド化合物等が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。
上記の中では、共重合反応性の点から、エステルやジカルボン酸無水物が好ましい。中でも、難燃剤として好適な熱膨張性リン系難燃剤との相溶性の点から、ジカルボン酸無水物が好ましく、無水マレイン酸が特に好ましい。
In the copolymer (c1), examples of the unsaturated carboxylic acid include (meth)acrylic acid, maleic acid, methylmaleic acid, fumaric acid, methylfumaric acid, tetrahydrophthalic acid, itaconic acid, citraconic acid, crotonic acid, isocrotonic acid, glutaconic acid, norbornane-5-ene-2,3-dicarboxylic acid, and esters, anhydrides, imides, etc. of these unsaturated carboxylic acids. Note that "(meth)acrylic acid" refers to acrylic acid or methacrylic acid.
Specific examples of the ester, anhydride or imide of an unsaturated carboxylic acid include (meth)acrylic acid esters such as methyl (meth)acrylate, ethyl (meth)acrylate, butyl (meth)acrylate, 2-ethylhexyl (meth)acrylate, and glycidyl (meth)acrylate; dicarboxylic acid anhydrides such as maleic anhydride, itaconic anhydride, citraconic anhydride, and 5-norbornene-2,3-dicarboxylic acid anhydride; maleimide compounds such as maleimide, N-ethylmaleimide, and N-phenylmaleimide. These may be used alone or in combination of two or more.
Among the above, esters and dicarboxylic anhydrides are preferred from the viewpoint of copolymerization reactivity, and among these, dicarboxylic anhydrides are preferred, with maleic anhydride being particularly preferred, from the viewpoint of compatibility with thermally expandable phosphorus-based flame retardants that are suitable as flame retardants.
共重合体(c1)の重量平均分子量は、2,000以上が好ましく、3,000以上がより好ましく、一方、50,000以下が好ましく、30,000以下がより好ましい。共重合体(c1)の重量平均分子量が上記範囲内であれば、(b)難燃剤の分散性がより優れたものとなる。
なお、共重合体(c1)の重量平均分子量は、共重合体(c1)をテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、ゲルパーミエーションクロマトグラフィにより測定される標準ポリスチレン換算の値である。
The weight average molecular weight of the copolymer (c1) is preferably 2,000 or more, more preferably 3,000 or more, and is preferably 50,000 or less, more preferably 30,000 or less. When the weight average molecular weight of the copolymer (c1) is within the above range, the dispersibility of the flame retardant (b) is more excellent.
The weight average molecular weight of the copolymer (c1) is a value calculated as standard polystyrene by dissolving the copolymer (c1) in tetrahydrofuran (THF) and measuring the result by gel permeation chromatography.
共重合体(c1)の市販品としては、リコルブCE2(クラリアントジャパン(株)製)、ダイヤカルナ30M(三菱ケミカル(株)製)が挙げられる。 Commercially available copolymers (c1) include Ricorb CE2 (Clariant Japan Co., Ltd.) and Diacalna 30M (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.).
本発明の成形体における(b)熱膨張性難燃剤100質量部に対する(c)分散剤の含有量は、0を超え、25質量部以下の範囲であり、好適には0.01~10質量部の範囲である。
本発明者らの検討によれば、成形体を構成する無機繊維中に熱可塑性樹脂をマトリクス樹脂として熱膨張性難燃剤が均一に分散して存在することで、成形体の遮炎性が顕著に向上しうる。詳細なメカニズムは不明だが、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、無機繊維間の樹脂に熱膨張性難燃剤が均一に分散されている場合、熱膨張性難燃剤が接炎することにより形成されるチャーが無機繊維の間隙に固定される。さらに、無機繊維の間隙により、接炎時に膨張して形成されるチャーの大きさが制限されることで、形成されるチャーの大きさが均一になる。無機繊維によるチャーの固定効果とチャーの大きさの均一化が組み合わされることにより、緻密なチャーが形成され、成形体の遮炎性が著しく向上するものと考えている。本発明者らは、これらの知見に基づき、熱膨張性難燃剤に対する分散剤の含有量の比を特定の範囲とすることで、無機繊維間の樹脂中に熱膨張性難燃剤が均一に存在するように制御し、成形体の遮炎性を顕著に向上しうることを見出した。
以上の理由から、(c)分散剤の含有量が0超であると、(b)難燃剤の分散性が十分となり、成形体に十分な遮炎性を付与することができる。一方、25質量部以下であると成形体の物性が十分となる。同様の観点から、(c)分散剤の含有量は、0.01質量部以上が好ましく、0.1質量部以上がより好ましく、1質量部以上がさらに好ましく、2質量部以上が特に好ましい。一方、上限値については、20質量部以下がより好ましく、15質量部以下がさらに好ましく、10質量部以下がさらにより好ましく、5質量部以下がさらに好ましく、3質量部以下が特に好ましい。
The content of the dispersant (c) relative to 100 parts by mass of the thermally expandable flame retardant (b) in the molded article of the present invention is in the range of more than 0 and not more than 25 parts by mass, and preferably in the range of 0.01 to 10 parts by mass.
According to the study by the present inventors, the flame-proofing property of the molded body can be significantly improved by uniformly dispersing the thermally expandable flame retardant in the inorganic fibers constituting the molded body with the thermoplastic resin as the matrix resin. Although the detailed mechanism is unclear, the present inventors speculate as follows. That is, when the thermally expandable flame retardant is uniformly dispersed in the resin between the inorganic fibers, the char formed by the thermally expandable flame retardant coming into contact with the flame is fixed in the gaps between the inorganic fibers. Furthermore, the size of the char formed by expansion upon contact with the flame is restricted by the gaps between the inorganic fibers, so that the size of the char formed becomes uniform. It is believed that the combination of the fixing effect of the char by the inorganic fibers and the uniformity of the char size results in the formation of a dense char, and the flame-proofing property of the molded body is significantly improved. Based on these findings, the present inventors have found that by setting the ratio of the content of the dispersant to the thermally expandable flame retardant to a specific range, the thermally expandable flame retardant can be controlled to be uniformly present in the resin between the inorganic fibers, and the flame-proofing property of the molded body can be significantly improved.
For the above reasons, when the content of the (c) dispersant is more than 0, the dispersibility of the (b) flame retardant is sufficient, and sufficient flame-shielding properties can be imparted to the molded body. On the other hand, when the content is 25 parts by mass or less, the physical properties of the molded body are sufficient. From the same viewpoint, the content of the (c) dispersant is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.1 parts by mass or more, even more preferably 1 part by mass or more, and particularly preferably 2 parts by mass or more. On the other hand, the upper limit is more preferably 20 parts by mass or less, even more preferably 15 parts by mass or less, even more preferably 10 parts by mass or less, even more preferably 5 parts by mass or less, and particularly preferably 3 parts by mass or less.
また、(a)熱可塑性樹脂及び(b)熱膨張性難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、(b)熱膨張性難燃剤がより良好に分散し、得られる成形体の遮炎性や物性、外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による成形体の遮炎性への影響をより抑制できる。特に、ポリオレフィン系樹脂及び(b)熱膨張性難燃剤の合計100質量部に対する(c)分散剤の割合は、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましく、1.5質量部以下であることがより好ましく、1.0質量部以下であることがさらに好ましい。 In addition, the ratio of the (c) dispersant to the total of 100 parts by mass of the (a) thermoplastic resin and the (b) thermally expandable flame retardant is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, it is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5.0 parts by mass or less, even more preferably 2.0 parts by mass or less, more preferably 1.5 parts by mass or less, and even more preferably 1.0 parts by mass or less. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or more than the lower limit, the (b) thermally expandable flame retardant is better dispersed, and the flame-resistant properties, physical properties, and appearance of the resulting molded body are better. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or less than the upper limit, the influence of the (c) dispersant on the flame-resistant properties of the molded body can be further suppressed. In particular, the ratio of the (c) dispersant to the total of 100 parts by mass of the polyolefin resin and the (b) thermally expandable flame retardant is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, 10 parts by mass or less is preferable, 5.0 parts by mass or less is more preferable, 2.0 parts by mass or less is even more preferable, 1.5 parts by mass or less is even more preferable, and 1.0 parts by mass or less is even more preferable.
また、以下に詳述する(Y)無機繊維に対しては、(Y)無機繊維100質量部に対する(c)分散剤の割合が、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましい。一方、10質量部以下が好ましく、5.0質量部以下がより好ましく、2.0質量部以下であることがさらに好ましい。(c)分散剤の割合が前記下限値以上であれば、得られる成形体の遮炎性や物性、及び外観がより良好となる。(c)分散剤の割合が前記上限値以下であれば、(c)分散剤による成形体の遮炎性への影響をより抑制できる。 For the (Y) inorganic fibers described in detail below, the ratio of the (c) dispersant to 100 parts by mass of the (Y) inorganic fibers is preferably 0.01 parts by mass or more, more preferably 0.05 parts by mass or more, and even more preferably 0.1 parts by mass or more. On the other hand, it is preferably 10 parts by mass or less, more preferably 5.0 parts by mass or less, and even more preferably 2.0 parts by mass or less. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or greater than the lower limit, the flame retardancy, physical properties, and appearance of the resulting molded body will be better. If the ratio of the (c) dispersant is equal to or less than the upper limit, the effect of the (c) dispersant on the flame retardancy of the molded body can be further suppressed.
<(Y)無機繊維>
本発明の成形体は、(Y)無機繊維を含有する。(Y)無機繊維としては、種々の繊維を用いることができ、例えば、ガラス繊維、ロックウール、アルミナ繊維、シリカアルミナ繊維等の金属酸化物繊維、チタン酸カリウム繊維、ケイ酸カルシウム(ワラストナイト)繊維、セラミックファイバー等のセラミック繊維、炭素繊維、金属繊維等が挙げられる。これらの無機繊維は、1種単独でも2種以上を組み合わせて使用してもよい。
上記無機繊維のうち、遮炎性、加工性の観点から、ガラス繊維及びアルミナ繊維から選ばれる少なくとも1種が好ましい。
(Y)無機繊維として、溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことができる。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維の組合せとしては、少なくとも1種はガラス繊維であり、他の1種以上は、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルカリアースシリケート繊維(生体溶解性)、及び炭素繊維からなる群より選ばれる1種以上の無機繊維の組合せであることが好ましい。溶融温度の異なる2種以上の無機繊維を含むことで、遮炎性の機能低下を効果的に防ぐことができる。
また、本発明で使用する無機繊維は、収束剤又は表面処理剤と組み合わせて使用してもよい。このような収束剤又は表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能基を有する化合物が挙げられる。
<(Y) Inorganic Fiber>
The molded article of the present invention contains (Y) inorganic fiber. As the (Y) inorganic fiber, various fibers can be used, for example, glass fiber, rock wool, alumina fiber, silica alumina fiber and other metal oxide fibers, potassium titanate fiber, calcium silicate (wollastonite) fiber, ceramic fiber such as ceramic fiber, carbon fiber, metal fiber, etc. These inorganic fibers may be used alone or in combination of two or more.
Of the above inorganic fibers, at least one selected from glass fibers and alumina fibers is preferred from the viewpoints of flame resistance and processability.
The (Y) inorganic fiber may contain two or more inorganic fibers having different melting temperatures. As a combination of two or more inorganic fibers having different melting temperatures, at least one of the fibers is preferably glass fiber, and the other one or more is preferably one or more inorganic fibers selected from the group consisting of alumina fiber, silica fiber, alkaline earth silicate fiber (biosoluble), and carbon fiber. By containing two or more inorganic fibers having different melting temperatures, it is possible to effectively prevent the deterioration of the flame-shielding function.
The inorganic fibers used in the present invention may be used in combination with a sizing agent or a surface treatment agent, such as compounds having a functional group, such as epoxy compounds, silane compounds, and titanate compounds.
無機繊維の平均繊維径としては、3~25μmであることが好ましい。また、平均繊維長としては、0.1mm以上であることが好ましく、1mm以上であることがより好ましく、5mm以上であることがさらに好ましい。
なお、平均繊維径及び平均繊維長については、無機繊維を構成する無機材料の種類によって、好適範囲が異なるため、具体的な好適範囲については、後述する。
また、繊維径は走査型電子顕微鏡などを用いて測定することができ、平均繊維径は、例えばランダムに10本の繊維の繊維径を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。また、繊維長は必要に応じて顕微鏡等で拡大した画像から、定規、ノギス等を用いて測定することができ、平均繊維長は、例えばランダムに10本の繊維の繊維長を測定し、平均値を計算することにより得ることができる。
The inorganic fibers preferably have an average fiber diameter of 3 to 25 μm, and an average fiber length of 0.1 mm or more, more preferably 1 mm or more, and even more preferably 5 mm or more.
As for the average fiber diameter and the average fiber length, the preferred ranges vary depending on the type of inorganic material constituting the inorganic fibers, and specific preferred ranges will be described later.
The fiber diameter can be measured using a scanning electron microscope or the like, and the average fiber diameter can be obtained by, for example, measuring the fiber diameters of 10 randomly selected fibers and calculating the average value. The fiber length can be measured using a ruler, calipers, or the like from an image enlarged by a microscope or the like as necessary, and the average fiber length can be obtained by, for example, measuring the fiber lengths of 10 randomly selected fibers and calculating the average value.
本発明の成形体における無機繊維の含有量は、1~80質量%であることが好ましい。無機繊維の含有量が1質量%以上であると、成形体の強度、剛性、及び耐衝撃性が良好となる。また、80質量%以下であると、成形体の製造や加工が容易になる。また、無機繊維の含有量が80質量%以下であると成形体の比重が軽くなり、金属代替としての軽量化効果が顕著となる。
以上の観点から、成形体における(Y)無機繊維の含有量は3~60質量%であることがより好ましく、10~50質量%であることがさらに好ましく、30~45質量%であることが特に好ましい。
The content of inorganic fibers in the molded article of the present invention is preferably 1 to 80% by mass. When the content of inorganic fibers is 1% by mass or more, the strength, rigidity, and impact resistance of the molded article are good. When the content of inorganic fibers is 80% by mass or less, the molded article is easily manufactured and processed. When the content of inorganic fibers is 80% by mass or less, the specific gravity of the molded article is light, and the weight reduction effect as a metal substitute is remarkable.
From the above viewpoints, the content of the (Y) inorganic fiber in the molded product is more preferably 3 to 60 mass %, further preferably 10 to 50 mass %, and particularly preferably 30 to 45 mass %.
(ガラス繊維)
本発明の成形体に好適な(Y)無機繊維の一つとして、ガラス繊維が挙げられる。ガラス繊維としては、例えば、平均繊維長が30mm以上の長い繊維であってもよいし、平均繊維長が短かい繊維(チョップドストランド)であってもよいが、遮炎性、剛性、耐衝撃性等の観点から、平均繊維長が長いガラス繊維を用いることが好ましい。
より具体的には、平均繊維長としては、5mm以上であることが好ましい。平均繊維長が5mm以上であると、成形体の強度及び耐衝撃性が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維長は5mm以上であることが好ましく、30mm以上であることがさらに好ましい。
なお、ガラス繊維の平均繊維長の上限には、特に制限はなく、例えば、ガラス繊維を用いてプルトリュージョン法によって製造したペレットを使用する場合には、そのペレットの長さがガラス繊維の繊維長となるので、最大で20mm程度となる。また、ガラス長繊維を使用したスワールマット系では、製造に使用したロービングにおけるガラス繊維の長さが最大繊維長となるので、17000m(17km)程度にもなるが、成形体の大きさに合わせて、カットした場合は、カットした長さが最大繊維長となる。
(Glass fiber)
One of the inorganic fibers (Y) suitable for the molded article of the present invention is glass fiber. The glass fiber may be, for example, a long fiber having an average fiber length of 30 mm or more, or a fiber having a short average fiber length (chopped strand), but it is preferable to use a glass fiber having a long average fiber length from the viewpoints of flame retardancy, rigidity, impact resistance, etc.
More specifically, the average fiber length is preferably 5 mm or more. When the average fiber length is 5 mm or more, the strength and impact resistance of the molded article become good. From the above viewpoints, the average fiber length of the glass fiber is preferably 5 mm or more, and more preferably 30 mm or more.
There is no particular upper limit to the average fiber length of glass fibers, and when using pellets produced by the pultrusion method using glass fibers, the length of the pellets is the fiber length of the glass fibers, which is a maximum of about 20 mm. In addition, in a swirl mat system using long glass fibers, the length of the glass fibers in the roving used for production is the maximum fiber length, which can be as long as 17,000 m (17 km), but when cut to fit the size of the molded product, the cut length is the maximum fiber length.
また、ガラス繊維の平均繊維径は、9~25μmの範囲であることが好ましい。平均繊維径が9μm以上であると、成形体の剛性及び耐衝撃性が十分となり、一方、平均繊維径が25μm以下であると、成形体の強度が良好となる。以上の観点から、ガラス繊維の平均繊維径は、10~15μmの範囲であることがさらに好ましい。
なお、ガラス繊維の平均繊維径及び平均繊維長については、上記方法により、測定することができる。
The average fiber diameter of the glass fibers is preferably in the range of 9 to 25 μm. When the average fiber diameter is 9 μm or more, the rigidity and impact resistance of the molded article are sufficient, while when the average fiber diameter is 25 μm or less, the strength of the molded article is good. From the above viewpoints, the average fiber diameter of the glass fibers is more preferably in the range of 10 to 15 μm.
The average fiber diameter and average fiber length of the glass fibers can be measured by the above-mentioned method.
本発明に用いられるガラス繊維の材質については、特別な制限はなく、無アルカリガラス、低アルカリガラス、含アルカリガラスのいずれでもよく、従来からガラス繊維として、使用されている各種の組成のものを使用することができる。 There are no particular limitations on the material of the glass fiber used in the present invention, and it may be any of alkali-free glass, low-alkali glass, and alkali-containing glass, and any of the various compositions that have been used conventionally as glass fibers can be used.
(アルミナ繊維)
本発明の成形体に好適な(Y)無機繊維の一つとしてアルミナ繊維が挙げられる。アルミナ繊維は、通常アルミナとシリカからなる繊維であり、本発明の成形体においては、アルミナ繊維のアルミナ/シリカの組成比(質量比)は65/35~98/2のムライト組成、又はハイアルミナ組成と呼ばれる範囲にあることが好ましく、さらに好ましくは70/30~95/5、特に好ましくは70/30~74/26の範囲である。
(Alumina fiber)
One of the inorganic fibers (Y) suitable for the molded article of the present invention is alumina fiber. Alumina fiber is usually a fiber made of alumina and silica, and in the molded article of the present invention, the alumina/silica composition ratio (mass ratio) of the alumina fiber is preferably in the range of 65/35 to 98/2, which is called a mullite composition, or a high alumina composition, more preferably in the range of 70/30 to 95/5, and particularly preferably in the range of 70/30 to 74/26.
アルミナ繊維の平均繊維径としては、3~25μmの範囲が好ましく、繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないものが好ましい。ここで繊維径3μm以下の繊維を実質的に含まないとは、繊維径3μm以下の繊維が、全無機繊維質量の0.1質量%以下であることを表す。
また、アルミナ繊維の平均繊維径は、5~8μmであることがより好ましい。無機繊維の平均繊維径が太すぎると、マット状無機繊維集合体層の反発力や靭性が低下し、逆に細すぎても空気中に浮遊する発塵量が多くなり、また繊維径3μm以下の無機繊維が含有される確率が高くなる。
アルミナ繊維は、平均繊維長が好ましくは5mm以上、より好ましくは30mm以上、更に好ましくは50mm以上の繊維である。また、好ましくは3.0×103mm以下、より好ましくは1.0×103mm以下の繊維である。アルミナ繊維の平均繊維長及び平均繊維径がこの範囲であれば、成形体の強度及び耐衝撃性が良好となる。
The average fiber diameter of the alumina fibers is preferably in the range of 3 to 25 μm, and it is preferable that the alumina fibers are substantially free of fibers with a fiber diameter of 3 μm or less. Here, "substantially free of fibers with a fiber diameter of 3 μm or less" means that the amount of fibers with a fiber diameter of 3 μm or less is 0.1 mass % or less of the total inorganic fiber mass.
The average fiber diameter of the alumina fibers is more preferably 5 to 8 μm. If the average fiber diameter of the inorganic fibers is too large, the repulsive force and toughness of the mat-like inorganic fiber assembly layer will decrease, while if the average fiber diameter is too small, the amount of dust suspended in the air will increase, and the probability of containing inorganic fibers having a fiber diameter of 3 μm or less will increase.
The alumina fibers have an average fiber length of preferably 5 mm or more, more preferably 30 mm or more, and even more preferably 50 mm or more. Also, the average fiber length and average fiber diameter of the alumina fibers are preferably 3.0×10 mm or less, and more preferably 1.0×10 mm or less. When the average fiber length and average fiber diameter of the alumina fibers are within these ranges, the strength and impact resistance of the molded product are good.
(炭素繊維)
炭素繊維もガラス繊維と好適な範囲は同等である。
(Carbon fiber)
The suitable range for carbon fiber is similar to that for glass fiber.
<任意添加成分>
本発明の成形体には、上記成分に加えて、本発明の効果を著しく損なわない範囲で、発明の効果を一層向上させるなど、他の効果を付与する等の目的のため、任意の添加成分を配合することができる。
具体的には、顔料などの着色剤、ヒンダードアミン系などの光安定剤、ベンゾトリアゾール系などの紫外線吸収剤、ソルビトール系などの造核剤、フェノール系、リン系などの酸化防止剤、非イオン系界面活性剤などの帯電防止剤、無機化合物などの中和剤、チアゾール系などの抗菌・防黴剤、ハロゲン化合物やリグノフェノールなどの難燃剤・難燃助剤、可塑剤、有機金属塩系などの分散剤、脂肪酸アミド系などの滑剤、窒素化合物などの金属不活性剤、前記ポリプロピレン系樹脂以外のポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂やポリエステル樹脂などの熱可塑性樹脂、オレフィン系エラストマー及びスチレン系エラストマーなどのエラストマー(ゴム成分)等を挙げることができる。
これらの任意添加成分は、2種以上を併用してもよい。
<Optionally Added Ingredients>
In addition to the above-mentioned components, any additive components may be blended into the molded article of the present invention for the purpose of further improving the effects of the present invention or imparting other effects, within a range that does not significantly impair the effects of the present invention.
Specific examples of the additives include colorants such as pigments, light stabilizers such as hindered amines, ultraviolet absorbers such as benzotriazoles, nucleating agents such as sorbitols, antioxidants such as phenols and phosphorus, antistatic agents such as nonionic surfactants, neutralizing agents such as inorganic compounds, antibacterial and antifungal agents such as thiazoles, flame retardants and flame retardant assistants such as halogen compounds and lignophenols, plasticizers, dispersants such as organic metal salts, lubricants such as fatty acid amides, metal deactivators such as nitrogen compounds, polyolefin resins other than the polypropylene resins, thermoplastic resins such as polyamide resins and polyester resins, and elastomers (rubber components) such as olefin elastomers and styrene elastomers.
These optional components may be used in combination of two or more kinds.
着色剤として、例えば、無機系や有機系の顔料などは、本発明の成形体の、着色外観、見映え、風合い、商品価値、耐候性や耐久性などの付与、向上などに有効である。
具体例として、無機系顔料としては、ファーネスカーボン、ケッチェンカーボンなどのカーボンブラック;酸化チタン;酸化鉄(ベンガラ等);クロム酸(黄鉛など); モリブデン酸;硫化セレン化物;フェロシアン化物などが挙げられ、有機系顔料としては、難溶性アゾレーキ、可溶性アゾレーキ、不溶性アゾキレート;縮合性アゾキレート;その他のアゾキレートなどのアゾ系顔料;フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーンなどのフタロシアニン系顔料;アントラキノン、ペリノン、ペリレン、チオインジゴなどのスレン系顔料;染料レーキ;キナクリドン系;ジオキサジン系;イソインドリノン系などが挙げられる。また、メタリック調やパール調にするには、アルミフレーク;パール顔料を含有させることができる。また、染料を含有させることもできる。
Colorants such as inorganic or organic pigments are effective in imparting or improving the colored appearance, appearance, texture, commercial value, weather resistance, durability, etc. of the molded article of the present invention.
Specific examples of inorganic pigments include carbon black such as furnace carbon and ketjen carbon; titanium oxide; iron oxide (e.g., red iron oxide); chromic acid (e.g., yellow lead); molybdic acid; selenide sulfide; and ferrocyanide. Specific examples of organic pigments include azo pigments such as sparingly soluble azo lake, soluble azo lake, insoluble azo chelate, condensed azo chelate, and other azo chelates; phthalocyanine pigments such as phthalocyanine blue and phthalocyanine green; threne pigments such as anthraquinone, perinone, perylene, and thioindigo; dye lake; quinacridone; dioxazine; and isoindolinone. In order to achieve a metallic or pearlescent look, aluminum flakes and pearl pigments can be added. Dyes can also be added.
光安定剤や紫外線吸収剤として、例えば、ヒンダードアミン化合物、ベンゾトリアゾール系、ベンゾフェノン系やサリシレート系などは、本発明の成形体の耐候性や耐久性などの付与、向上に有効であり、耐候変色性の一層の向上に有効である。
具体例としては、ヒンダードアミン化合物として、コハク酸ジメチルと1-(2-ヒドロキシエチル)-4-ヒドロキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジンとの縮合物;ポリ〔〔6-(1,1,3,3-テトラメチルブチル)イミノ-1,3,5-トリアジン-2,4-ジイル〕〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕ヘキサメチレン〔(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)イミノ〕〕;テトラキス(2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;テトラキス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)1,2,3,4-ブタンテトラカルボキシレート;ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケート;ビス-2,2,6,6-テトラメチル-4-ピペリジルセバケートなどが挙げられ、ベンゾトリアゾール系としては、2-(2’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-t-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール;2-(2’-ヒドロキシ-3’-t-ブチル-5’-メチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾールなどが挙げられ、ベンゾフェノン系としては、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-n-オクトキシベンゾフェノンなどが挙げられ、サリシレート系としては、4-t-ブチルフェニルサリシレート;2,4-ジ-t-ブチルフェニル3’,5’-ジ-t-ブチル-4’-ヒドロキシベンゾエートなどが挙げられる。
ここで、前記光安定剤と紫外線吸収剤とを併用する方法は、耐候性、耐久性、耐候変色性などの向上効果が大きく好ましい。
Light stabilizers and ultraviolet absorbers, for example, hindered amine compounds, benzotriazoles, benzophenones, and salicylates, are effective in imparting or improving the weather resistance and durability of the molded article of the present invention and are effective in further improving weather discoloration resistance.
Specific examples of the hindered amine compound include a condensation product of dimethyl succinate and 1-(2-hydroxyethyl)-4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine; poly[[6-(1,1,3,3-tetramethylbutyl)imino-1,3,5-triazine-2,4-diyl][(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]hexamethylene[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)imino]]; tetrakis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)1,2,3,4-butane tetracarboxylate; tetrakis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidyl)1,2,3,4-butane tetracarboxylate; bis(1,2,2,6,6-pentamethoxy) 2-(2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl)-5-chlorobenzotriazole;2-(2'-hydroxy-3'-t-butyl-5'-methylphenyl)-5-chlorobenzotriazole;2-hydroxy-4-methoxybenzophenone;2-hydroxy-4-n-octoxybenzophenone; and the like. Examples of the salicylate-based compounds include 4-t-butylphenyl salicylate; 2,4-di-t-butylphenyl 3',5'-di-t-butyl-4'-hydroxybenzoate; and the like.
Here, the method of using the light stabilizer and the ultraviolet absorber in combination is preferable because it has a large effect of improving weather resistance, durability, weather discoloration resistance, and the like.
酸化防止剤として、例えば、フェノール系、リン系やイオウ系の酸化防止剤などは、本発明の成形体の、耐熱安定性、加工安定性、耐熱老化性などの付与、向上などに有効である。
また、帯電防止剤として、例えば、非イオン系やカチオン系などの帯電防止剤は、本発明の成形体の帯電防止性の付与、向上に有効である。
Antioxidants such as phenol-based, phosphorus-based and sulfur-based antioxidants are effective in imparting or improving the heat resistance, processing stability and heat aging resistance of the molded article of the present invention.
Furthermore, antistatic agents such as nonionic and cationic antistatic agents are effective in imparting and improving the antistatic properties of the molded article of the present invention.
オレフィン系エラストマーとしては、例えば、エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(EPR)、エチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)、エチレン・ヘキセン共重合体エラストマー(EHR)、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)などのエチレン・α-オレフィン共重合体エラストマー;エチレン・プロピレン・エチリデンノルボルネン共重合体、エチレン・プロピレン・ブタジエン共重合体、エチレン・プロピレン・イソプレン共重合体などのエチレン・α-オレフィン・ジエン三元共重合体エラストマー、スチレン・ブタジエン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SBS)などを挙げることができる。
また、スチレン系エラストマーとしては、例えば、スチレン・イソプレン・スチレントリブロック共重合体エラストマー(SIS)、スチレン- エチレン・ブチレン共重合体エラストマー(SEB)、スチレン-エチレン・プロピレン共重合体エラストマー(SEP)、スチレン-エチレン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SEBS)、スチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(SEBC)、水添スチレン・ブタジエンエラストマー(HSBR)、スチレン-エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEPS)、スチレン-エチレン・エチレン・プロピレン-スチレン共重合体エラストマー(SEEPS)、スチレン-ブタジエン・ブチレン-スチレン共重合体エラストマー(SBBS)、部分水添スチレン-イソプレン-スチレン共重合体エラストマー、部分水添スチレン-イソプレン・ブタジエン-スチレン共重合体エラストマーなどのスチレン系エラストマー、さらにエチレン-エチレン・ブチレン-エチレン共重合体エラストマー(CEBC)などの水添ポリマー系エラストマーなどを挙げることができる。
中でも、エチレン・オクテン共重合体エラストマー(EOR)及び/又はエチレン・ブテン共重合体エラストマー(EBR)を使用すると、本発明の成形体において、適度の柔軟性などが付与し易く、耐衝撃性が優れる傾向にあるなどの点から好ましい。
Examples of olefin-based elastomers include ethylene-α-olefin copolymer elastomers such as ethylene-propylene copolymer elastomer (EPR), ethylene-butene copolymer elastomer (EBR), ethylene-hexene copolymer elastomer (EHR), and ethylene-octene copolymer elastomer (EOR); ethylene-α-olefin-diene terpolymer elastomers such as ethylene-propylene-ethylidenenorbornene copolymer, ethylene-propylene-butadiene copolymer, and ethylene-propylene-isoprene copolymer; and styrene-butadiene-styrene triblock copolymer elastomer (SBS).
Examples of the styrene-based elastomer include styrene-based elastomers such as styrene-isoprene-styrene triblock copolymer elastomer (SIS), styrene-ethylene-butylene copolymer elastomer (SEB), styrene-ethylene-propylene copolymer elastomer (SEP), styrene-ethylene-butylene-styrene copolymer elastomer (SEBS), styrene-ethylene-butylene-ethylene copolymer elastomer (SEBC), hydrogenated styrene-butadiene elastomer (HSBR), styrene-ethylene-propylene-styrene copolymer elastomer (SEPS), styrene-ethylene-ethylene-propylene-styrene copolymer elastomer (SEEPS), styrene-butadiene-butylene-styrene copolymer elastomer (SBBS), partially hydrogenated styrene-isoprene-styrene copolymer elastomer, and partially hydrogenated styrene-isoprene-butadiene-styrene copolymer elastomer, as well as hydrogenated polymer-based elastomers such as ethylene-ethylene-butylene-ethylene copolymer elastomer (CEBC).
Among these, the use of an ethylene-octene copolymer elastomer (EOR) and/or an ethylene-butene copolymer elastomer (EBR) is preferred since it is easy to impart appropriate flexibility to the molded article of the present invention and the molded article tends to have excellent impact resistance.
<熱可塑性樹脂組成物(X)の製造方法>
本発明に係る熱可塑性樹脂組成物(X)は、上述のように、(a)熱可塑性樹脂、必要に応じて加えられる変性ポリオレフィン系樹脂、(b)熱膨張性難燃剤、(c)分散剤を含有するものである。また、さらに任意添加成分が配合されていてもよい。前記の熱可塑性樹脂組成物(X)において、(a)熱可塑性樹脂が(a-1)ポリプロピレン系樹脂である場合には、特にポリプロピレン系樹脂組成物(以下「PP組成物」と記載することがある。)と呼称する場合がある。
熱可塑性樹脂組成物(X)、又はPP組成物の製造方法としては、従来公知の方法を用いることができ、上記成分を配合して混合、溶融混練することにより製造することができる。
混合は、タンブラー、Vブレンダー、リボンブレンダー等の混合器を用いて行われ、溶融混練は、一軸押出機、二軸押出機、バンバリーミキサー、ロールミキサー、ブラベンダープラストグラフ、ニーダー等の機器を用い、溶融混練され、造粒される。
<Method for producing thermoplastic resin composition (X)>
As described above, the thermoplastic resin composition (X) according to the present invention contains (a) a thermoplastic resin, a modified polyolefin resin added as necessary, (b) a thermally expandable flame retardant, and (c) a dispersant. In addition, optional additive components may be further blended. In the thermoplastic resin composition (X), when the thermoplastic resin (a) is (a-1) a polypropylene resin, it may be particularly called a polypropylene resin composition (hereinafter, sometimes referred to as a "PP composition").
The thermoplastic resin composition (X) or the PP composition can be produced by a conventionally known method, and can be produced by blending, mixing, and melt-kneading the above-mentioned components.
The mixing is carried out using a mixer such as a tumbler, a V blender, or a ribbon blender, and the melt kneading is carried out using equipment such as a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a Banbury mixer, a roll mixer, a Brabender plastograph, or a kneader, and the materials are melt kneaded and granulated.
<成形体を製造するためのシートの製造方法>
本発明の成形体を製造するためのシートに関し、その製造方法は特に限定されないが、好適には、(Y)無機繊維からなるマット(以下「無機繊維マット」と記載することがある。)に上記熱可塑性樹脂組成物(X)又はPP組成物を含浸させて製造することが好ましい。含浸の方法としては、無機繊維マット(Y)に熱可塑性組成物(X)又はPP組成物を塗布する方法、熱可塑性樹脂組成物(X)又はPP組成物のシート(以下「熱可塑性樹脂シート」又は「PPシート」と記載することがある。)を作製しておき、該熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マット(Y)に積層し、加熱、溶融させて含浸させる方法等がある。
本発明では、成形体を製造するためのシートの樹脂の繊維への含浸性の観点から、熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マット(Y)に積層し、加熱、溶融させる方法が好ましい。特に、無機繊維マットが2つの熱可塑性樹脂シート又はPPシートの間になるように積層され、その後、該積層体を加熱及び加圧し、ついで冷却固化することで得ることができる。
ここで熱可塑性樹脂シート又はPPシートの厚みとしては、繊維マットへの含浸が良好に行える範囲であれば特に制限はない。
<Method of manufacturing a sheet for manufacturing a molded product>
Regarding the sheet for producing the molded article of the present invention, the production method thereof is not particularly limited, but it is preferable to produce it by impregnating a mat made of inorganic fibers (Y) (hereinafter sometimes referred to as an "inorganic fiber mat") with the thermoplastic resin composition (X) or the PP composition. The impregnation method includes a method of applying the thermoplastic composition (X) or the PP composition to the inorganic fiber mat (Y), a method of preparing a sheet of the thermoplastic resin composition (X) or the PP composition (hereinafter sometimes referred to as a "thermoplastic resin sheet" or a "PP sheet"), laminating the thermoplastic resin sheet or the PP sheet on the inorganic fiber mat (Y), and heating and melting the sheet to impregnate the inorganic fiber mat (Y), and the like.
In the present invention, from the viewpoint of impregnation of the resin of the sheet for producing the molded product into the fibers, a method of laminating a thermoplastic resin sheet or a PP sheet on an inorganic fiber mat (Y) and heating and melting it is preferred. In particular, the molded product can be obtained by laminating the inorganic fiber mat between two thermoplastic resin sheets or PP sheets, and then heating and pressing the laminate, followed by cooling and solidifying it.
The thickness of the thermoplastic resin sheet or PP sheet is not particularly limited as long as it allows good impregnation of the fiber mat.
(無機繊維マット(Y))
成形体を製造するためのシートの製造方法において用いられる無機繊維の形態としては、特に制限はなく、様々な形態のものを使用することができるが、マット状ないしはシート状に形成しているものが好ましい。
より具体的には、ガラス繊維により形成されるマット(以下、「ガラス繊維マット」と記載する。)、アルミナ繊維に代表される金属酸化物繊維により形成されるマット(以下、「金属酸化物マット」と記載する。)が好ましい。
(Inorganic fiber mat (Y))
The form of the inorganic fibers used in the method for producing a sheet for producing a molded product is not particularly limited, and various forms can be used, but it is preferable that the inorganic fibers are formed into a mat or sheet shape.
More specifically, a mat formed from glass fibers (hereinafter referred to as a "glass fiber mat") and a mat formed from metal oxide fibers such as alumina fibers (hereinafter referred to as a "metal oxide mat") are preferred.
当該無機繊維マットの坪量(単位面積当りの質量)は、特段の制限はなく、用途に応じて適宜決定されるが、好ましくは300g/m2以上、より好ましくは800g/m2超、より好ましくは1500g/m2超である。また、当該無機繊維マットの坪量は、特段の制限はないが、好ましくは5000g/m2以下、より好ましくは4500g/m2以下、さらに好ましくは4000g/m2以下、特に好ましくは3500g/m2以下である。
本発明に係る無機繊維マットの厚みは、特段の制限はないが、好ましくは4mm以上、より好ましくは5mm以上、さらに好ましくは6mm以上である。また、当該繊維マットの厚みは、好ましくは40mm以下、さらに好ましくは35mm以下、特に好ましくは30mm以下である。
The basis weight (mass per unit area) of the inorganic fiber mat is not particularly limited and is appropriately determined depending on the application, but is preferably 300 g/m 2 or more, more preferably more than 800 g/m 2 , and more preferably more than 1500 g/m 2. The basis weight of the inorganic fiber mat is not particularly limited, but is preferably 5000 g/m 2 or less, more preferably 4500 g/m 2 or less, even more preferably 4000 g/m 2 or less, and particularly preferably 3500 g/m 2 or less.
The thickness of the inorganic fiber mat according to the present invention is not particularly limited, but is preferably 4 mm or more, more preferably 5 mm or more, and even more preferably 6 mm or more. The thickness of the fiber mat is preferably 40 mm or less, more preferably 35 mm or less, and particularly preferably 30 mm or less.
無機繊維マットの単位面積当りの坪量(目付)は、該無機繊維マットを構成する無機繊維集積体を折り畳み装置にて積層する際、単位面積当りの繊維量を調整することによって、上記の範囲とすることができる。また、本発明の無機繊維マットは、複数の無機繊維マットを接着した構成であっても、単一の構成であってもよいが、ハンドリング性や接着界面における剥離強度の点から、単一の構成であることが好ましい。 The basis weight per unit area of the inorganic fiber mat can be set within the above range by adjusting the amount of fiber per unit area when the inorganic fiber aggregates that make up the inorganic fiber mat are stacked using a folding device. The inorganic fiber mat of the present invention may be composed of multiple inorganic fiber mats bonded together or may be composed of a single material, but is preferably composed of a single material in terms of handling properties and peel strength at the adhesive interface.
(ガラス繊維マット)
本発明に用いられるガラス繊維マットの形態としては、短繊維ガラス綿で加工したフェルト及びブランケット、連続ガラス繊維を加工したチョップドストランドマット、連続ガラス繊維のスワール(渦巻状)マット、一方向引き揃えマットなどが挙げられる。これらの中でも、特に連続ガラス繊維のスワール(渦巻状)マットをニードルパンチしたガラス繊維マットを使用すると、成形体製造用のシートの強度、および、耐衝撃性が優れており、好ましい。
(fiberglass mat)
Examples of the form of the glass fiber mat used in the present invention include felt and blanket processed with short fiber glass wool, chopped strand mat processed with continuous glass fiber, swirl (spiral) mat of continuous glass fiber, unidirectionally aligned mat, etc. Among these, the use of a glass fiber mat obtained by needle punching a swirl (spiral) mat of continuous glass fiber is particularly preferable because the strength and impact resistance of the sheet for producing a molded product are excellent.
(金属酸化物繊維マット)
本発明に係る金属酸化物繊維マットは、アルミナ繊維等の金属酸化物繊維で構成され、かつニードリング処理が施されたマットである。
(Metal oxide fiber mat)
The metal oxide fiber mat according to the present invention is a mat that is made of metal oxide fibers such as alumina fibers and that has been subjected to a needling treatment.
熱可塑性樹脂シート又はPPシートを無機繊維マットに積層し、加熱、溶融させる方法において、加熱温度は170~300℃であることが好ましい。加熱温度が170℃以上であると、ポリプロピレン系樹脂の流動性が十分であり、無機繊維マットにPP組成物を十分に含浸させることができ、好適な樹脂含浸シートが得られる。一方、加熱温度が300℃以下であると、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が劣化することがない。
さらに、加圧圧力としては0.1~1MPaであることが好ましい。加圧圧力が0.1MPa以上であると、無機繊維マットに熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物を十分に含浸させることができ、好適な樹脂含浸シートが得られる。一方、1MPa以下とすることで、熱可塑性樹脂組成物又はPP組成物が流動し、バリが生じることがない。
また、冷却時の温度としては、熱可塑性樹脂組成物(X)又はPP組成物中の熱可塑性樹脂の凝固点以下であれば、特に制限されないが、冷却温度が80℃以下であると、得られた樹脂含浸シートを取り出す際に変形することがない。以上の観点から、冷却温度は、室温~80℃であることが好ましい。
In the method of laminating a thermoplastic resin sheet or a PP sheet on an inorganic fiber mat and heating and melting the sheet, the heating temperature is preferably 170 to 300° C. If the heating temperature is 170° C. or higher, the flowability of the polypropylene resin is sufficient, and the inorganic fiber mat can be sufficiently impregnated with the PP composition, resulting in a suitable resin-impregnated sheet. On the other hand, if the heating temperature is 300° C. or lower, the thermoplastic resin composition or the PP composition does not deteriorate.
Furthermore, the pressure applied is preferably 0.1 to 1 MPa. If the pressure applied is 0.1 MPa or more, the inorganic fiber mat can be sufficiently impregnated with the thermoplastic resin composition or the PP composition, and a suitable resin-impregnated sheet can be obtained. On the other hand, if the pressure applied is 1 MPa or less, the thermoplastic resin composition or the PP composition flows, and no burrs are generated.
The cooling temperature is not particularly limited as long as it is equal to or lower than the freezing point of the thermoplastic resin in the thermoplastic resin composition (X) or the PP composition, but if the cooling temperature is equal to or lower than 80° C., the resin-impregnated sheet obtained will not deform when it is taken out. From the above viewpoints, the cooling temperature is preferably from room temperature to 80° C.
上記の樹脂含浸シートは加熱及び加圧、冷却して、成形体製造用のシートを得る方法としては、加熱装置の付いた金型内でプレス成形する方法、又は、加熱装置の付いた2対のローラーの間を通して加熱と加圧を行うラミネート加工などにより、成形体製造用のシートが製造される。特に、ラミネート加工は、連続生産が行えるため、生産性が良く、好ましい。 The resin-impregnated sheet is heated, pressurized, and cooled to obtain a sheet for use in producing molded articles. This can be done by press molding in a mold equipped with a heating device, or by laminating, which involves passing the sheet through two pairs of rollers equipped with a heating device to apply heat and pressure. Laminating is particularly preferred as it allows for continuous production and has good productivity.
<成形体製造用のシートの厚み>
本発明の成形体製造用のシートの厚みは、通常1~10mm、好ましくは2~5mmである。このシートの厚みが1mm以上であると、シートの製造が容易であり、一方、シートの厚みが10mm以下であれば、シートをスタンピング成形などで加工する際に、長時間の予備加熱が必要とならず、良好な成形加工性が得られる。
<Thickness of sheet for producing molded body>
The thickness of the sheet for producing the molded product of the present invention is usually 1 to 10 mm, preferably 2 to 5 mm. If the thickness of the sheet is 1 mm or more, the sheet can be easily produced, while if the thickness of the sheet is 10 mm or less, long-term preheating is not required when the sheet is processed by stamping molding or the like, and good moldability can be obtained.
<成形体>
本発明の成形体は、常法に従い上記シートをスタンピング成形することで、所望の形状で得られる。
<Molded body>
The molded article of the present invention can be obtained in a desired shape by stamping the above-mentioned sheet in a conventional manner.
(用途)
本発明の成形体の用途としては、例えば、自動車部品や電気電子機器部品などの工業分野の各種部品等が挙げられる。とりわけ強度と剛性、導電性に優れ、これらの性能をバランスよく、より高度に必要とされる用途、例えば、バッテリーケースなどの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができる。
(Application)
Examples of applications of the molded article of the present invention include various industrial parts such as automobile parts and electrical and electronic equipment parts. In particular, the molded article of the present invention is suitable for applications requiring excellent strength, rigidity, and electrical conductivity and a good balance of these properties, such as various housings and cases such as battery cases.
[構造体]
本発明の成形体からなる構造体は、バッテリーハウジング、及びバッテリーセルが挙げられる。
本発明における構造体としては、バッテリーが好ましく、バッテリーとしては、特に限定されない。例えば、リチウムイオンバッテリー、ニッケル・水素電池、リチウム・硫黄電池、ニッケル・カドミウム電池、ニッケル・鉄電池、ニッケル・亜鉛電池、ナトリウム・硫黄電池、鉛蓄電池、空気電池等の二次電池が挙げられる。これらの中では、リチウムイオンバッテリーであることが好ましく、特には、本発明のバッテリーハウジングは、リチウムイオン電池の熱暴走を抑制するために好適に用いられる。すなわち、本発明のバッテリーハウジングは、リチウムイオン電池のバッテリーハウジングであることが好ましい。
[Structure]
The structures made of the molded article of the present invention include battery housings and battery cells.
The structure in the present invention is preferably a battery, and the battery is not particularly limited. For example, secondary batteries such as lithium ion batteries, nickel-hydrogen batteries, lithium-sulfur batteries, nickel-cadmium batteries, nickel-iron batteries, nickel-zinc batteries, sodium-sulfur batteries, lead-acid batteries, and air batteries can be mentioned. Among these, lithium ion batteries are preferable, and the battery housing of the present invention is particularly suitable for use in suppressing thermal runaway of lithium ion batteries. That is, the battery housing of the present invention is preferably a battery housing for lithium ion batteries.
[電動モビリティ]
本発明における電動モビリティとは、電気をエネルギー源として稼働する車両や船舶、飛行機等の輸送機器をさす。なお、車両については、電動自動車(EV)に加えて、ハイブリッドカーも含まれる。
上述した本発明のバッテリーハウジング、及びバッテリーセルを有するバッテリー等の構造体は、安全性が高く、走行距離を伸ばすために、エネルギー密度を高くしたバッテリーモジュールを用いた電動モビリティ用として、非常に有用である。
[Electric Mobility]
In the present invention, electric mobility refers to transportation equipment such as vehicles, ships, and airplanes that run on electricity as an energy source. Note that vehicles include hybrid cars in addition to electric vehicles (EVs).
The above-described battery housing and battery structures having battery cells of the present invention are highly safe and extremely useful for electric mobility using battery modules with high energy density to extend driving distance.
以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
(評価方法)
1.遮炎性の評価
各実施例及び比較例にて調製したシート状成形体について、一方の表面から、1300℃のバーナーの炎をあて、15分間の後に炎が貫通するか否かで評価した。バーナーの火口からサンプルまでの距離は160mmとした。火炎面表面が1200℃となるように設定した。火炎面温度は熱電対温度計で確認した。
The present invention will be described in detail below using examples, but the present invention is not limited to these examples.
(Evaluation method)
1. Evaluation of flame barrier properties For the sheet-like molded bodies prepared in each Example and Comparative Example, a flame from a burner at 1300°C was applied from one surface, and after 15 minutes, it was evaluated whether the flame penetrated. The distance from the burner nozzle to the sample was 160 mm. The flame surface was set to 1200°C. The flame surface temperature was confirmed with a thermocouple thermometer.
2.曲げ強度
(加熱試験前)
実施例及び比較例で得られたシート状成形体から、100mm×25.4mmの試験片を切り出した。この試験片についてAUTOGRAPH 「AG-10TA」(島津製作所製)を用いてテストスピード2mm/min、スパン50mmの条件で曲げ強度を測定した(ASTM D-638準拠)。
(加熱試験後)
試験片に対して、窒素雰囲気(無酸素下)で、700℃、20分間加熱処理し、加熱処理後の試験片の曲げ強度を測定した(単位はkPa)。
2. Bending strength (before heat test)
Test pieces measuring 100 mm x 25.4 mm were cut out from the sheet-like molded products obtained in the Examples and Comparative Examples. The bending strength of the test pieces was measured using an AUTOGRAPH "AG-10TA" (manufactured by Shimadzu Corporation) at a test speed of 2 mm/min and a span of 50 mm (in accordance with ASTM D-638).
(After heating test)
The test pieces were heat-treated in a nitrogen atmosphere (oxygen-free) at 700° C. for 20 minutes, and the bending strength of the test pieces after heat treatment was measured (unit: kPa).
3.膨張率
加熱試験後の試験片厚みを測定し、加熱試験前の試験片の厚みに対しての比率によって、膨張率を評価した。加熱試験の条件は上記曲げ強度測定における条件と同様である。
3. Expansion coefficient The thickness of the test piece after the heating test was measured, and the expansion coefficient was evaluated based on the ratio of the thickness to the thickness before the heating test. The heating test conditions were the same as those in the bending strength measurement.
(使用した材料)
1.ポリプロピレン系樹脂(a成分)
日本ポリプロ(株)製、「ノバテックPP SA06GA」(メルトフローレート:60g/10分)を用いた。
(Materials used)
1. Polypropylene resin (component a)
"Novatec PP SA06GA" (melt flow rate: 60 g/10 min) manufactured by Japan Polypropylene Corporation was used.
2.熱膨張性難燃剤(b成分)
リン系難燃剤組成物((株)ADEKA製、アデカスタブFP-2500S、リン系難燃剤組成物の総質量に対し、ピロリン酸ピベラジンを50~60質量%、ピロリン酸メラミンを35~45質量%、酸化亜鉛を3~6質量%含有)
2. Thermally expandable flame retardant (component b)
Phosphorus-based flame retardant composition (ADEKA CORPORATION, Adeka STAB FP-2500S, containing 50 to 60 mass% piperazine pyrophosphate, 35 to 45 mass% melamine pyrophosphate, and 3 to 6 mass% zinc oxide based on the total mass of the phosphorus-based flame retardant composition)
3.分散剤(c成分)
α-オレフィン・無水マレイン酸共重合体(三菱ケミカル(株)製、ダイヤカルナ30M、重量平均分子量7,800)。
3. Dispersant (component c)
α-Olefin/maleic anhydride copolymer (Mitsubishi Chemical Corporation, Diacalna 30M, weight average molecular weight 7,800).
4.ガラス繊維マット(Y成分)
ロービングの連続したガラス繊維(繊維径23μm)から製造されたスワール(渦巻状)マット(坪量880g/m2)をニードルパンチしたガラス繊維マットを使用した。
4. Glass fiber mat (Y component)
A glass fiber mat was used which was needle-punched from a swirl mat (basis weight 880 g/m 2 ) made from continuous glass fibers (fiber diameter 23 μm) of roving.
調製例1(PP組成物の調製)
上記a成分、b成分、及びc成分をそれぞれ68質量%、30質量%、及び2質量%の割合で混合し、溶融混練(230℃)して、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
Preparation Example 1 (Preparation of PP Composition)
The above components a, b, and c were mixed in proportions of 68 mass %, 30 mass %, and 2 mass %, respectively, and melt-kneaded (230° C.) to prepare pellets of a polypropylene resin composition (PP composition).
比較調製例1
調製例1において、b成分及びc成分を用いないこと以外は、調製例1と同様にして、ポリプロピレン系樹脂組成物(PP組成物)のペレットを調製した。
Comparative Preparation Example 1
Pellets of a polypropylene resin composition (PP composition) were prepared in the same manner as in Preparation Example 1, except that the components b and c were not used.
実施例1
本発明の積層体を形成するための樹脂シートの製造方法について、図1を用いて以下に説明する。なお、図1はガラス繊維マットに熱可塑性樹脂組成物を含浸させる前の層構成を示す。
調製例1にて造粒した熱可塑性樹脂組成物(X)のペレットを押出機に入れて、溶融した後、シート状に押出し成形するとともに、押出されたシート状の熱可塑性樹脂組成物(X)(以下、「シートX」と記載する。図1中の11)に対して、ガラス繊維マット12を両側から挟み込んで積層物を得た。次いで、該積層物の両面にシートX(図1中の13)を積層し、ラミネーターを用いて0.3MPaの圧力をかけながら、230℃で4分間、加熱及び加圧し、次いで、冷却固化させることで、積層体(厚み;2.5mm)を得た。シートXはガラスマット繊維に含浸され、一体化したシート状成形体が得られた。上記方法により評価した結果を表1に示す。また、加熱試験前後の厚み比は、2.7倍であった。
Example 1
A method for producing a resin sheet for forming a laminate of the present invention will be described below with reference to Fig. 1. Fig. 1 shows the layer structure before the glass fiber mat is impregnated with the thermoplastic resin composition.
The pellets of the thermoplastic resin composition (X) granulated in Preparation Example 1 were put into an extruder, melted, and then extruded into a sheet. The extruded sheet-like thermoplastic resin composition (X) (hereinafter referred to as "sheet X"; 11 in FIG. 1) was sandwiched with a glass fiber mat 12 from both sides to obtain a laminate. Next, sheets X (13 in FIG. 1) were laminated on both sides of the laminate, and the laminate was heated and pressed at 230° C. for 4 minutes while applying a pressure of 0.3 MPa using a laminator, and then cooled and solidified to obtain a laminate (thickness: 2.5 mm). The sheet X was impregnated into the glass mat fiber, and an integrated sheet-like molded product was obtained. The results of the evaluation by the above method are shown in Table 1. The thickness ratio before and after the heating test was 2.7 times.
比較例1
実施例1において、調製例1にて造粒したPP組成物のペレットに代えて、比較調製例1にて造粒したPP組成物のペレットを用いたこと以外は実施例1と同様にしてシートを得た。評価結果を表1に示す。
なお、加熱試験後の曲げ強度は小さすぎて測定ができなかったため、0kPaと表示した。
Comparative Example 1
A sheet was obtained in the same manner as in Example 1, except that the pellets of the PP composition granulated in Comparative Preparation Example 1 were used instead of the pellets of the PP composition granulated in Preparation Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
Incidentally, the bending strength after the heating test was too small to be measured, and was therefore indicated as 0 kPa.
表1に示されるように、実施例1のシートは、遮炎性の試験において、炎が貫通することがなく、かつ加熱試験後でも一定の曲げ強度を有することがわかった。一方、比較例1のシートは、遮炎性の試験において、炎が貫通し、加熱試験後の曲げ強度測定では、強度が低すぎて、計測できなかった。
以上の結果から、本発明に係るシートは、高い遮炎性を有し、かつ燃焼後の強度を保持し得るものであり、当該シートを用いた本発明の成形体についても、同様に高い遮炎性を有し、かつ燃焼後の強度を保持し得ることは明らかである。
As shown in Table 1, it was found that the sheet of Example 1 was not penetrated by flames in the flame-proofing test and had a certain bending strength even after the heating test. On the other hand, the sheet of Comparative Example 1 was penetrated by flames in the flame-proofing test and had a bending strength that was too low to be measured after the heating test.
From the above results, it is clear that the sheet of the present invention has high flame-proofing properties and is capable of retaining its strength after combustion, and that the molded article of the present invention using said sheet similarly has high flame-proofing properties and is capable of retaining its strength after combustion.
本発明の成形体は、上述のように、高い遮炎性と燃焼後の強度を保持し得る成形体であることから、航空機、船舶、自動車部品や電気電子機器部品、建築材など高い安全性が求められる各種工業部品の材料として有用である。とりわけ従来から金属が使用されていたバッテリーの各種ハウジングや筐体に、好適に用いることができ、自動車の安全性に貢献すると共に軽量化によるエネルギー効率の向上やCO2排出量削減などが期待される。
また、本発明の成形体は遮炎性に優れ、かつ樹脂が主成分であることから、加工性に優れるとともに軽量であるため、本発明の成形体を用いた構造体は、電動モビリティとして有用である。
As described above, the molded article of the present invention is a molded article that can retain high flame retardancy and strength after combustion, and is therefore useful as a material for various industrial parts that require high safety, such as aircraft, ships, automobile parts, electrical and electronic equipment parts, building materials, etc. In particular, it can be suitably used for various battery housings and cases that have traditionally been made of metal, and is expected to contribute to the safety of automobiles as well as improve energy efficiency and reduce CO2 emissions by reducing weight.
Furthermore, the molded article of the present invention has excellent flame resistance, and since it is mainly composed of resin, it has excellent processability and is lightweight, so that a structure using the molded article of the present invention is useful as electric mobility.
10 成形体形成用シート
11 PPシート
12 ガラス繊維マット
13 PPシート
10: Sheet for forming molded body 11: PP sheet 12: Glass fiber mat 13: PP sheet
Claims (9)
熱可塑性樹脂組成物(X)は、熱可塑性樹脂と熱膨張性難燃剤を含み、
無酸素下、700℃で20分間加熱したときのASTM D-638に準拠した曲げ強度が10kPa以上である、成形体。 A molded article comprising a thermoplastic resin composition (X) and inorganic fibers (Y),
The thermoplastic resin composition (X) contains a thermoplastic resin and a thermally expandable flame retardant,
A molded article having a bending strength of 10 kPa or more according to ASTM D-638 when heated in the absence of oxygen at 700° C. for 20 minutes.
The molded article according to claim 1, wherein the inorganic fiber (Y) is at least one selected from the group consisting of glass fiber, ceramic fiber, metal fiber, and metal oxide fiber.
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