JP3268392B2 - カーボネートポリマー積層構造物 - Google Patents

カーボネートポリマー積層構造物

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は熱可塑性コア層又はセクションと1以上の表
面上に設けた架橋したカーボネートポリマーとからなる
積層構造物に関する。これらの構造物は優れた物性の組
合せを有しており、特に摩耗抵抗性、層間接着性、耐候
性(UV照射、湿度,温度に対する抵抗性)、耐溶剤性、
硬度、衝撃強度、色、熱成形性、発火抵抗性及び成形物
品やスクラップの再生性等の物性の組合せに優れてい
る。
種々のタイプの積層又は層状構造物が知られている。
摩耗に対して幾分問題があるが他の特性に優れている内
部層を保護するためにその表面に摩耗抵抗性被覆を行な
うことがしばしばある。これらの公例の構造物の典型例
は1以上のカーボネートポリマーコア層と架橋したポリ
アクリレート又はポリシロキサンからなる被覆層からな
る構造物である。
摩耗抵抗性被覆として典型的に用いられるポリシロキ
サン組成物はコロイドシリカ粒子を充填した熱硬化性オ
ルガノポリシロキサンである。これら被覆の典型例はUS
特許4,159,206;4,410,594及び4,914,143に開示されてい
る。
摩耗抵抗性層にこれら型の組成物特にはカーボネート
ポリマー構造物を用いる試みにおいてはポリシロキサン
被覆の接着を促進させるために通常はプライマー層が必
要である。典型的なプライマーは熱硬化性又は熱可塑性
のアクリル性ポリマーを含む。通常はポリシロキサン被
覆は許容しうる摩耗抵抗性を備える一方で、それらは低
接着性、不十分な耐候性、熱成形性欠如及び高価なラッ
カー被覆法を含む多数の欠点をもつ。さらにはこれらの
表面層及び/又は積層構造体はしばしば再生不可能であ
って、製造工程又は続く成形工程からのスクラップは再
生できないことが見られる。別のよくある欠点はこれら
ラッカー被覆調製物によく用いられる溶媒が環境に許容
され得ないことである。
さらには熱可塑性樹脂用のこれら現行の被覆材料はし
ばしば化学的組成物及びモジュラスの面から基材に十分
適合できないことが知られている。化学的組成物適合と
は基材と可能な限り相溶性の被覆組成物を用いることを
意味する。相溶性の程度は組成物の溶解度パラメータの
差異により測定される。構造体層に用いる2つの組成物
のモジュラス(剛性)特性を適合させることは割れ又は
剥離を防止するために重要である。剛性の異なる2つの
接着された層が曲げられるとき、屈曲又は曲げ条件下の
異なる特性により境界に大きな応力が発生する。
Bajpai等の「オン・ザ・マイクロハードネス・オブ・
イラジェーテッドポリカーボネート」、Makromol.Che
m.,Macromol.Symp.,20/21(Int.Symp.Polym.Mater.,(1
987),461−464頁)には75メガラド程度のガンマ線照射
量を用いてポリカーボネートを架橋することによりポリ
カーボネートのビッカース硬度が増加することが記載さ
れる。
US特許4,943,619はエポキシ樹脂のエポキシ基を触媒
存在下にカーボネートポリマーの鎖内カーボネート基と
反応させて形成したポリカーボネート−エポキシ・コポ
リマーを記載する。ジエポキシドとポリカーボネートの
反応を通して三次元架橋した綱が形成されうる。その特
許が教示するのはカーボネートポリマーに触媒の層を被
覆して次いでジエポキシ樹脂の層で被覆することにより
摩耗抵抗性エポキシ表面被覆がカーボネートポリマー基
材に化学的に結合されうることである。この方法ではカ
ーボネートポリマーとエポキシ樹脂表面層間境界での接
着剤として架橋ポリカーボネート−エポキシ・コポリマ
ーが作られる。
さらに被覆として用いられることを一般的に示唆され
ているエポキシド、アクリル及び他の型の架橋法に基づ
く硬化性又は熱硬化特性をもつ架橋カーボネートポリマ
ー組成物は多数のものが知られる。例としてUS特許5,03
7,903;4,255,243及び5,047,261及び特開昭63−270641;
特開平1−24809、特開平1−75521及び特開平1−5405
8を参照されたい。しかしながら硬度、接着性、光学特
性及び/又は熱安定性の1又はそれ以上の欠陥のため
に、熱可塑性構造物用の摩耗抵抗層は未だカーボネート
ポリマーに基づいては首尾よく製造されることができて
いない。例えば特開平1−54058ではジルコニウム触媒
を用いてシリル化カーボネートポリマーを架橋させてい
る。しかしケイ素とジルコニウムの添加剤は再生時の操
作を複雑にし、熱可塑性用摩耗抵抗層の接着及び光学特
性を低下させ、そしてカーボネートポリマーの分子量低
下(分解)を起こすジルコニウム金属をもたらす。
本発明の目的は摩耗抵抗及びその他特性の良好な組合
せをもつ構造物を提供することにある。特には本発明の
目的は摩耗抵抗カーボネートポリマー表面層をもち1以
上のカーボネートポリマーコア層を基本とする構造物を
提供することにある。さらなる目的はその様な構造体を
製造する改良された方法の提供にある。
これら及び他の目的物は本発明に従う熱可塑性樹脂の
基材層及び1以上の表面領域上に設けた架橋したカーボ
ネートポリマーの別個の摩耗抵抗層をもつ基層構造物に
より得られる。ここに用いる用語「摩耗抵抗表面層」は
摩耗抵抗性、硬度、接着性、光学及び熱安定性の良好な
組合せをもつ層を意味する。別の態様において1以上の
表面領域上の架橋したカーボネートポリマーは、測定し
たΔTgの%が17%より大きい架橋密度をもち又は測定し
たvp値が0.65より大きい架橋密度をもつ。%ΔTg及びvp
は後に議論される。好ましい態様において架橋したカー
ボネートポリマーの熱可塑性樹脂基材層へのASTM D−
3359の方法Bで測定した接着性が3B又はそれより優れて
いる。
別の好ましい態様において本発明は基材層の熱可塑性
樹脂が熱可塑性芳香族カーボネートポリマー又は熱可塑
性芳香族ポリエステルカーボネートである。また本発明
の実施に好ましくは予備架橋したカーボネートポリマー
分子鎖に関し末端に位置する部分を架橋することによっ
て架橋が付与され、好ましくは末端に位置する架橋部分
をもつ架橋性カーボネートポリマーをつくるために用い
られるカーボネートポリマーの予備架橋平均重合度が0
〜3.5である。
本発明の積層構造物は優れた物性の組合せを有してお
り、特に摩耗抵抗性、層間接着性、耐候性(UV照射、湿
度,温度に対する抵抗性)、耐溶剤性、硬度、衝撃強
度、色、熱成形性、発火抵抗性及び成形物品やスクラッ
プの再生性等の物性の組合せに優れることが見出されて
いる。
ひとつの局面において本発明は基材に熱架橋性カーボ
ネートポリマーの表面層を付与し、そして架橋を熱活性
化することを特徴とする熱可塑性樹脂の基材層と1以上
の表面領域上に設けた架橋したカーボネートポリマーの
層を有する積層構造物の製造法である。好ましくは架橋
は熱活性化によって完了する。
一般に本発明に従う構造体は架橋したカーボネートポ
リマー表面層を積層又は接着される1又はそれ以上の基
材又はコア層をもつ。コア層は熱可塑性芳香族カーボネ
ートポリマー、熱可塑性芳香族ポリエステルカーボネー
ト、熱可塑性芳香族ポリエステル、イソ及び/又はテレ
フタル酸の熱可塑性脂肪族−芳香族ポリエステル、ポリ
塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、無水マレイン酸、
(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル及び
これらいづれかのゴム変性物を包含する、スチレン及び
/又は他のモノビニリデン芳香族モノマーの熱可塑性ポ
リマー;ポリエチレン及びポリプロピレンのような熱可
塑性ポリ−α−オレフィン、必要であれば変性されても
よい熱可塑性ポリ(メタ)アクリレート、ポリスチレン
とポリフェニレンエーテルの熱可塑性ブレンド及び上記
熱可塑性樹脂のいずれかの組合せからなるブレンドから
なる群から選ばれる種々の異なる熱の熱可塑性樹脂から
製造されうる。好ましくは少なくとも1つの材料が熱可
塑性芳香族カーボネートポリマーであり、1以上がある
場合好ましくは全てのコア層が熱可塑性芳香族カーボネ
ートポリマーである。
本発明の基材又はコア層に用いるに好適なその様な熱
可塑性カーボネートポリマーは文献に周知であり、そし
て周知方法によって製造されうる。一般にカーボネート
ポリマーは、ジフェノールのような多水酸基性化合物を
ホスゲン、ハロフォルメートのようなカーボネート前駆
体又はジフェニル又はジメチルカーボネートのようなカ
ーボネートエステルと反応させることにより1又はそれ
以上の多水酸基性化合物から製造されうる。好ましくは
ジフェノールは2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)
プロパン(すなわちビスフェノールA)及び4,4'−(9
−H−フルオレン−9−イルイデン)ビス、(すなわち
ビスヒドロキシフェニルフルオレン)である。
カーボネートポリマーはこれらの原料から界面、溶液
又は溶融工程のような幾つかの周知方法によって製造さ
れうる。所望の分子量及び分枝の程度を得るために周知
のように好適な連鎖停止剤及び/又は分枝剤を用いるこ
とができる。
勿論芳香族カーボネートポリマーは(1)2又はそれ
以上の異なる二水酸基性のフェノールから、又はホモポ
リマーでないカーボネートコポリマー又はヘテロポリマ
ーが所望であれば(2)二水酸基性フェノール及びグリ
コール又はヒドロキシ−又は酸−末端をもつポリエステ
ル又は二塩基酸から誘導されてよいことが理解される。
また本発明の実施に好適なものは上記カーボネートポリ
マーのいずれか1つのブレンドである。また用語、芳香
族カーボネートポリマーには芳香族エステル/カーボネ
ートコポリマーが含まれる。
本発明で架橋した表面層に好適に用いるカーボネート
ポリマーは後に議論する分子量範囲に関する点以外はコ
ア層の基材に用いるものと同じでありうる。表面層カー
ボネートポリマーは最も好ましくは熱抵抗性のような物
理特性のより良好な組合せを付与するカーボネートポリ
マーである。
本発明の実施に重要なことはカーボネートポリマーが
特定の架橋密度をもつ架橋したカーボネートポリマーの
表面層の使用である。カーボネートポリマーは摩耗抵抗
性がかなり劣ることが一般に周知であり、所望の摩耗抵
抗性能を得るためにカーボネートポリマー中に最小限の
架橋密度が必要であることが知られている。
本発明に従い使用するに好適な架橋したカーボネート
ポリマーはH.シュネルの「ケミストリ・アンド・フィジ
クス・オブ・ポリカーボネート」に記載されるような幾
つかの方法例えば電離放射線へのカーボネートポリマー
の露出、ポリカーボネートと架橋剤との反応及びカーボ
ネートポリマー鎖への結合した架橋基の反応により製造
されうる。しかしある種の架橋法は実際には架橋したカ
ーボネートポリマーを分解、許容できない着色及び/又
は性能劣化に導くので、適切に用いて及び/又は注意深
く監視する必要があることは注意されるべきである。
またさらに幾つかの架橋部分は、本発明に従う構造物
がさらされるような処理条件又は適用環境に耐える程に
十分には安定でないものもあることは注意される。架橋
の不安定性は架橋したポリマー特性が分解されるか及び
/又は時間を経て又はそれに続く加熱等の処理工程で架
橋密度の損失があるかどうかで決定されうる。好ましく
は架橋部分は架橋工程及び基材の熱可塑性の及び/又は
架橋したカーボネートの溶融処理温度までの加熱のよう
な必要な処理工程の後にも十分安定であり、そして架橋
したポリマーは下記される1以上の方法により決定され
る特性及び架橋密度を保持するであろう。
また実行される架橋方法又は架橋する部分は望ましく
ない補助化学薬品又は添加剤の使用なしに活性化され、
また望ましい副生成物の生成又は副反応を伴わないこと
が望ましい。
カーボネートポリマーの末端に位置する架橋部分はこ
れら構造物の表面層に用いるのに著しい有効な材料を提
供することが見出された。他の理由のなかでもそうした
カーボネートポリマーは、カーボネートポリマー重合工
程において架橋部分を含む又は好ましくは官能化して架
橋部分又は部位を生じる部分を含む連鎖停止分子を使用
して、著しく有効に且つ再現性よく製造されることがわ
かった。ポリマー鎖全体を通してランダムに懸垂させて
任意に架橋を位置させる架橋剤又は架橋法と比較して、
末端架橋はカーボネートポリマーにより一貫性があって
且つ制御可能な架橋を付与し、そして本発明に好ましい
組成物を提供することが見出された。
本発明の開示から当該技術者は適切な架橋法を選択し
用いて選ばれた架橋条件化に十分な速度で所望の架橋の
量(密度)を達成して、それにより得られたものが続い
て処理され使用される条件下に安定性を保持する架橋を
生じさせるであろう。用いうる特定の架橋法のなかには
電離放射線照射、架橋剤の添加及び結合した架橋性部分
の反応がある。
芳香族カーボネートポリマーの処理及び架橋活性化の
温度の関係及び典型的な芳香族カーボネートポリマー適
用条件にアリールシクロブテン架橋は安定であるため、
アリールシクロブテン基はカーボネートポリマー特に芳
香族カーボネートポリマーに著しく有効な架橋を付与す
ることが見出された。芳香族アリールシクロブテン基は
芳香族カーボネートポリマーと非常に相溶性がよく、ま
た単一官能性縮合反応性アリールシクロブテン化合物を
ホスゲンのようなカーボネート前駆体し反応させたとき
に非常に好ましい芳香族カーボネートポリマーを与え
る。
芳香族カーボネートポリマーを含むアリールシクロブ
テン含有分子の製造法は文献に周知である。例えばWron
gのUS特許4,708,994及びMarksらのUS特許出願633,740と
632,868(共に1990年12月24日出願)を参照されたい。M
arksらの出願はここに共通に譲渡される。US特許4,708,
994に示されるようにアリールシクロブテン部分は芳香
族カーボネートポリマー分子鎖の全長で任意に付着する
芳香族−反応性部分に、分子を介して取り込まれうる。
この方法ではアリールシクロブテン部分はコポリマーに
沿ってかなり不規則で一貫しない分布でポリマー主鎖か
ら懸垂するようになる。
好ましくはアリールシクロブテン官能基化の技術及び
架橋芳香族カーボネートポリマーの種類はMarksらの出
願に示されるものであり、芳香族カーボネートポリマー
主鎖の全て又は部分に末端アリールシクロブテン部分が
付与される。ある場合には、ポリマー分子に沿って不規
則で一貫しない分布がゲル化又は物理的特性減少を起こ
させることなどのポリマー特性に悪影響を与える程度ま
で、ポリマー主鎖からアリールシクロブテン部分を懸垂
させることは避けることが望ましい。好ましくは本発明
に従いカーボネートポリマーのアリールシクロブテン部
分は実質的に末端のアリールシクロブテン部分からな
り、実質的に懸垂するアリールシクロブテン部分がない
ことがより好ましい。
一般にアリールシクロブテンは次式に相当するカーボ
ネートポリマーを末端にもつ: :式中Bはカーボネートポリマー、Arは電子吸引性置換
基又は電子供与性置換基で置換されていてより芳香族遊
離基、Cは隣接する芳香族遊離基Arの炭素原子と結合し
ている炭素原子、Rは互いに独立して水素又は電子吸引
性置換基又は電子供与性置換基、xは1又はそれ以上の
整数、そしてyは1以上の整数で好ましくは1である。
例えば本発明に従いベンゾシクロブテン官能基化したカ
ーボネートは次式に相当する: :式中Pはカーボネート、R1は互いに独立して水素又は
電子吸引性置換基又は電子供与性置換基、zは1又はそ
れ以上の整数である。ベンゾシクロブテンはこの式で懸
垂のカーボネートポリマーがなく、R1が常に水素であ
り、ビシクロ[4,2,0]−オクタ−1,3,5−トリエンと呼
ばれる。
カーボネートポリマー分子主鎖の全て又は一部分への
末端アリールシクロブテン部分の付与は、カーボネート
ポリマー重合反応でのアリールシクロブテン官能基化さ
れた連鎖停止化合物の使用又は既存するカーボネートポ
リマー上の末端に位置する反応性部分と反応させるため
に好適に官能基化したアリールシクロブテン化合物の使
用を含む多数の方法によりなされうる。カーボネート重
合反応の連鎖停止剤として好適な化合物は文献に周知で
ある。同様にアリールシクロブテン含有分子の製造方法
も文献に周知であり例えばUS特許4,540,763及び4,708,9
94がある。
末端アリールシクロブテン部分は本発明に従ってカー
ボネートポリマーに、アリールシクロブテン官能基化し
た連鎖停止化合物を用いて効果的且つ効率的に導入され
る。その様な化合物においてアリールシクロブテン部分
は、反応して取り込まれてカーボネートポリマー分子の
成長を停止させる分子上に位置する。好ましくは例えば
単一のアシルクロライド又はヒドロキシ基をもつアリー
ルシクロブテン含有分子がカーボネートポリマー重合工
程に用いられる。
例えばUS特許4,540,763には酸性塩化物官能基化した
及びヒドロキシ官能基化したアリールシクロブテン化合
物が記載される。またヒドロキシベンゾシクロブテンを
記載するLloydらの「テトラヘドロン」21巻、2281−228
8頁、(1965)を参照されたい。ヒドロキシベンゾシク
ロブテン特に4−ヒドロキシベンゾシクロブテンは本発
明のカーボネートポリマーの製造に用いるに好ましいア
リールシクロブテン官能基化した連鎖停止化合物であ
る。4−ヒドロキシベンゾシクロブテンはまた3−ヒド
ロキシ−ビシクロ[4,2,0]−オクタ−1,3,5−トリエン
と称される。ヒドロキシベンゾシクロブテンのヒドロキ
シ部分はカーボネート重合工程で非常に効果的に反応し
て所望の水準の末端ベンゾシクロブテン部分を付与す
る。
用いるアリールシクロブテン連鎖停止化合物及びその
他カーボネートポリマー停止化合物の全体及び相対量を
制御することにより、アリールシクロブテン基の濃度及
びカーボネートポリマーの分子量をそれぞれの特性の組
合せに適応させて最適化できる。このようにして停止化
合物の総濃度がカーボネートポリマー分子の鎖の長さを
決める。これは下記のフロリーの計算式でも示される。
上記のように架橋した層に用いられる架橋前のカーボ
ネートポリマーの分子量(重合度)は本発明の構造物の
基材に用いうるカーボネートポリマーの分子量と同じ範
囲である必要はない。周知のように架橋前のカーボネー
トポリマーの初めの重合度はP.J.Flory、「プリンシプ
ル・オブ・ポリマー・ケミストリ」、コーネル大学出版
部、ニューヨーク州イサカ、92頁、(1953)に記載され
るフロリー方程式により計算できる。カーボネート縮合
ポリマーについてはこれら重合度はこれら周知のフロリ
ー方程式により計算して得られる。: n=(1+r)/(1+r−2pr) r=Xa/(Xa+2Xt) :式中nは平均重合度、rは反応基のモル比、pは反応
の程度、Xaはジヒドリック鎖拡張化合物のモル画分、そ
してXtはモノヒドリック鎖停止化合物のモル画分であ
る。
一般に本発明に従い表面層に用いられる架橋したカー
ボネートポリマーの予備架橋平均重合度は比較的広い範
囲に亘って変化しうる。特に末端架橋基を用いるときは
非常に短い鎖のカーボネート又はモノカーボネートが用
いうる。架橋前には実際には「ポリマー」ではないけれ
ども非常に短い鎖のカーボネートは例えばホスゲン又は
ジメチル又はジフェニルカーボネートのようなカーボネ
ートポリマー前駆体を、少なくとも1つの架橋可能部位
を付与する少なくとも1つの縮合反応性化合物と反応又
はそれにより停止させて得られる。例えばこの型の短鎖
カーボネートは、1モルのホスゲンを少なくとも1好ま
しくは2モルの4−ヒドロキシベンゾシクロブタン、こ
れはまた3−ヒドロキシ−ビシクロ[4,2,0]−オクタ
−1,3,5−トリエンと称されるが、と反応させて製造さ
れる。典型的にはこれらカーボネートは架橋前の重合度
はゼロであろう。本発明に従い表面層に用いられる末端
架橋性カーボネートポリマーの予備架橋平均重合度は0
程度まで低くあってよく、モノカーボネート用いるとき
好ましくは0より大きく、好ましくは3.5に等しいか又
はそれより低く、より好ましくは3に等しいか又はそれ
より低いことが決定された。
架橋したカーボネートポリマーに関し、本発明に従い
所望の特性組合せ特には摩耗抵抗性を得るために必要な
架橋の臨界量が見出された。架橋した綱状ポリマーの多
くの物理及び化学特性がその架橋密度により影響を受け
ることは一般に周知である。架橋密度とは架橋接合点間
のポリマー鎖長又は分子量である。一般に綱状ポリマー
の架橋密度は未架橋前駆体の分子量、網接合点の官能
性、架橋反応の転化度、及び前駆体分子に関する架橋部
位の位置に依存する。
これらパラメータそれぞれの定量化及び実架橋密度の
決定は網状ポリマーの複雑性及び不溶性のためしばしば
困難であり、通常、直接分析的方法の使用は始めから排
除される。架橋密度を推定する幾つかの間接的方法が開
発され、例えば溶媒膨潤法及びガラス転移温度法(Tg)
である。これらの方法及びそれらの理論背景はJ.Markと
B.Ermanの「ラバーライク・エラスチシチー:ア・モレ
クラ・プライマー」に記載されている。
アリールシクロブテン官能基化した芳香族カーボネー
トポリマーのような末端官能基化した化合物の架橋によ
り製造される架橋カーボネートポリマーについては、実
際の架橋密度が前駆体カーボネートポリマーの重合度及
び網のアリールシクロブテン接合点の官能性から直接に
単独に計算されうる。M.J.Marksの「ネットワーク・ス
トラクチャ・オブ・ベンゾシクロブテン・ターミネーテ
ッド・ビス・フェノールA・ポリカーボネート」(Ame
r.Chem.Soc.Polym.Mat.Sci.Eng.66,1992,365頁)及びM.
J.Markの「プロダクツ・アンド・メカニズム・オブ・ベ
ンゾシクロブテン・ホモ重合」(Amer.Chem.Soc.Polym.
Mat.Sci.Eng.66,1992,322頁)に報告されるようにアリ
ールシクロブテン官能基化したカーボネートポリマーの
網接合点官能性は2.5と推定される。これは平均して2.5
のカーボネートポリマー分子が架橋接合点に関与又は架
橋していることを意味する。
このように、アリールシクロブテン官能基化したカー
ボネートポリマーのモノマ繰返し単位の数で表わされる
架橋密度は、アリールシクロブテン転化がほとんど完全
であると仮定すると上記フロリー方程式により計算され
うる初期重合度(n)の1.5倍におよそ等しいことが見
出されうる: Ne=1.5n。
乗数1.5はそれぞれの架橋位置に平均2.5のポリマー分子
が接続するとして半分の部位が線状鎖拡張を生じさせ、
そして半分の部位のみが実際の架橋を生じさせるという
事実を反映している。
同様に架橋間の分子量(Mc)は、アリールシクロブテ
ン転化がほとんど完全であると仮定すると前駆体の初期
数平均分子量(Mn)の再び1.5倍に等しい: Mc=1.5Mn。
このようにしてベンゾシクロブテン末端をもつ線状の
ビスフェノールAポリカーボネート(BCBポリカーボネ
ート)の架橋密度は(a)架橋間モノマー単位の平均数
(Nc)を決定する重合度(n)の1.5倍又は(b)架橋
したポリマーの架橋間ポリマー分子量の平均量(Mc)を
決定する実際数平均(Mn)の1.5倍のいずれかであろ
う。架橋後に他の間接的方法を用いて形成された網を特
性付けることが可能であり、それら方法により得たデー
タをBCBポリカーボネートのデータを用いて実際の架橋
密度に較正しうる。
本発明の実施において好ましくは表面層の架橋したカ
ーボネートポリマーの架橋密度は、ポリマーの摩耗抵抗
性が改善されるよう付与する。一般に、計算又は直接的
方法により決定しうる架橋密度及び末端架橋部位をもつ
架橋したカーボネートポリマーに対し、カーボネートポ
リマーの架橋密度は5以下好ましくは4.5以下、より好
ましくは4以下であり、最も好ましくは3.5以下である
(小さい数字程、架橋間の距離が短く従って架橋密度が
高いことを示す)。
不幸にも多くの架橋したポリマーの重合度(n)及び
架橋密度(Nc又はMc)はBCBポリカーボネート用に用い
た直接的方法によっては容易に決定されることができな
い。そこで溶媒膨潤した網の容積のポリマー画分vp及び
構造的に相似する線状高分子量ポリマー上に架橋したポ
リマーのガラス転移温度(Tg)の百分率増加を決定する
ような架橋密度の間接的測定法を用いなければならな
い。例えばガラス転移温度(%ΔTg)の増加は架橋密度
を示し、それは式: %ΔTg=[Tg(架橋したカーボネートポリマー)−Tg
(線状カーボネートポリマー)]/Tg(線状カーボネー
トポリマー)×100 :により決定される。%ΔTgの計算に用いるTg値は当該
分野の技術者により好ましくは示差走査熱量計により決
定されうる。本発明の架橋したカーボネートポリマーの
架橋密度を得るのに必要な%ΔTgは17%より大きく好ま
しくは20%より大きく、より好ましくは23%より大き
い。
述べたように、溶媒膨潤した網の容積のポリマー画分
vpはまた架橋したポリマーの架橋密度の間接的測定であ
る。vpの決定方法及びその理論は当該分野の技術者に周
知でありJ.MarkとB.Ermanの「ラバーライク・エススチ
シチ:ア・モレクラ・プライマー」に記載されている。
一般に方法は溶媒中に既知容積の架橋したポリマー試料
を浸すことを含む。ポリマーを膨潤させて溶媒とポリマ
ーのゲルを形成し、そして増加した容積vpを決定する。
これはゲル総容積に対するゲル中のポリマー容積画分と
して計算する。一般的には本発明に従い用いられるカー
ボネートポリマーに対する適当な架橋密度はvpにより反
映されて0.65より大きい値好ましくは0.7より大きく、
より好ましくは0.75より大きく、そして最も好ましくは
0.8より大きい。
好ましくは本発明に従う構造物用の、架橋したカーボ
ネートポリマー層は熱重量計分析(TGA)により決定さ
れるような熱安定性が一般に良好である。この試験はポ
リマーの分解温度(Td)を決定するために用いられ、窒
素下に毎分10℃ずつ昇温しながら700℃まで加熱して試
料物質の5%が分解したときの温度である。好ましくは
本発明に従い用いられる架橋したカーボネートポリマー
のTdは350℃より大きく、より好ましくは375℃より大き
く、そして最も好ましくは400℃より大きい。
好ましくは本発明に従う構造物用の架橋したカーボネ
ートポリマーの基材熱可塑性樹脂層表面領域への接着性
はASTM D−3359の方法Bで測定されて3B又はそれ以
上、より好ましくは4B又はそれ以上、そして最も好まし
くは5Bである。最も好ましくは接着の水準は湿式オーブ
ン又は65℃の水浴、又はキセノンアーク天候−オーメー
タ(アトラス電気部品社の米国登録商標)を用いるASTM
D−2565のような加速天候試験のような厳しい環境に
さらされた後でさえも保持される。経済的なそして構造
物又は生じたスクラップの再生の目的のため特に架橋し
たカーボネートポリマー層がカーボネートポリマー基材
と共に用いられるときに、層の接着はプライマー層なし
に得られることが好ましい。しばしばプライマー層は周
知の摩耗抵抗被覆をカーボネートポリマーのようなある
基材にうまく接着するために必要とされる。
本発明に従う透明な構造物が所望であれば好ましくは
表面架橋したカーボネートポリマー層の光学特性は可能
な限り良好である必要がある。多くの用途に対して好ま
しくは、20%より小さいハンターラボ・カラークエスト
・スペクトロカラーメータ及び80%より大きいハンター
ラボ・カラークエスト・スペクトロカラーメータにより
決定されるような曇り値をもつ表面架橋したカーボネー
トポリマー層をもつ。最も好ましくはこれら光学特性
は、厳しい環境又はASTM D−2565のような加速天候試
験にさらされた後でさえも保持できる。
本発明に従う構造物の光学特性及びさらに再生能力に
関連して、架橋触媒使用と共に取り込まれうるような、
いかなる金属化合物をほとんど又は全く含まないか又は
不純物量を含有する架橋したカーボネートポリマーを用
いる利点が見出された。その様な触媒には例えば銅、錫
又はジルコニウム含有化合物が含まれる。一般に好まし
くは最終構造物中でこれら及び他の金属の水準は100ppm
より下、より好ましくは10ppmより下そして最も好まし
くは1ppmより下である。より好都合には架橋したカーボ
ネートポリマー層中で金属水準は1000ppmより下、より
好ましくは100mmpより下そして最も好ましくは10ppmよ
り下である。これより高い水準ではカーボネートポリマ
ー樹脂の光学特性が劣り、さらに熱可塑化又は再生を試
みる場合に樹脂の許容できない分解が起こる。
架橋した又は架橋可能なポリカーボネートは積層した
構造を製造するための周知のポリマー処理技術により基
材に適用されうることができて本発明に従う構造物を製
造する。これら従来の適用技術には圧縮成形、共押出
し、ディッピング、吹き付け又はロール被覆が含まれ
る。材料はさらに細く砕かれて粉末被覆として適用され
ることもできる。被覆の厚みは特定の適用技術により変
えうる。一般に、被覆厚みは少なくとも0.001mm好まし
くは少なくとも0.003mmそしてより好ましくは少なくと
も0.005mmである。被覆の最大厚みは主に被覆技術と経
済因子から決定されるが最小被覆厚みを得ること程重要
ではない。一般に層の厚みは5mmまで好ましくは1mmま
で、より好ましくは0.5mmまで、より好ましくは0.25mm
まで、そして最も好ましくは0.1mmまでの厚み範囲であ
りうる。
1つの局面において本発明は熱可塑性の基材好ましく
は芳香族カーボネートポリマーに、架橋した又は架橋可
能な好ましくは熱架橋性のカーボネートポリマーの別個
の表面層を適用することを含む積層構造物の改良された
製造法である。カーボネートポリマーの架橋した層を用
いる1つの利点は既に取り込まれた層をもつ構造物が熱
成形などによりさらに成形されうることである。これま
でに周知の摩耗抵抗層とは異なり、架橋したカーボネー
トポリマー及び特に架橋可能なカーボネートポリマーは
驚くべきことに熱成形性及び摩耗抵抗性の改良された組
合せを付与することが見出された。
カーボネートポリマーが架橋可能な形態である場合
に、層の適用は好ましいカーボネートポリマーの完全な
架橋及び熱成形等必要な成形又は成型工程の後又はその
間に後続して完了する架橋の前になされる。架橋可能な
カーボネートポリマーの正確な架橋機構によっては、そ
の製造及び/又は基材への適用に関連する加熱又は他の
工程が幾らかの量の架橋を開始してよい。しかしながら
架橋の完了前では、これら未架橋又は部分的にのみ架橋
した材料は75%より少なく好ましくは50%より少なく架
橋が完了していても依然架橋可能なものとしてみなされ
る。
好ましくは架橋可能なカーボネートポリマーはまた標
準のカーボネートポリマー溶融処理条件でさらに溶融処
理及び/又は熱成形される能力に特徴をもつ。好ましく
は150℃から400℃より好ましくは200℃から350℃で溶融
処理される。好ましくは積層構造物の製造法は架橋の完
了する前又はそれと同時に積層物を所望の形状に熱成形
することを含む。好ましくは架橋は熱活性化により完了
される。
内部及び架橋したカーボネートポリマー表面層を製造
するのに樹脂調製物中に標準の添加剤を含有しうること
は注意されるべきである。その様な添加剤には難燃剤、
静電気防止剤、充填剤(すなわちガラ繊線)、色素、染
料、抗酸化剤、熱安定剤、紫外線吸収剤、離型剤、衝撃
改良剤及びその他カーボネートポリマー組成物に普通に
用いられる添加剤が含まれる。
以下の実験は本発明をさらに説明するために与えられ
るものであって本発明の範囲を制限するものと解釈され
るべきではない。以下の実験において全て部数及び百分
率は特に記さない限り重量に基づくものである。
以下の手順に従い1モルのビスフェノールAあたり記
された水準(m/m)の4−ヒドロキシベンゾシクロブテ
ン(BCB−OH)によりカーボネートポリマーを製造し
た。実験6の組成物はビスフェノールAを用いずにBCB
−OHを直接ホスゲンに反応させた点を除いて同様に製造
した。ビスフェノールAが存在しないので、ビスフェノ
ールAに対するBCモル比は無限大である。
実験−BCB PCの製造 ガラス製反応器に機械スタラー、バッフル、温度計、
pHメータ/コントローラに接続されるpH電極、液体入口
管、気体入口管、及びホスゲン洗浄器に接続される気体
出口管を装着し、洗浄器には50重量%の水酸化ナトリウ
ム及び1重量%のトリエチルアミンの水溶液を入れた。
反応器に68.5重量部(0.3モル部)のビスフェノール
A、28.8重量部(0.24モル部)の4−ヒドロキシベンゾ
シクロブテン(BCB−OH)、500重量部の水及び250重量
部のジクロロメタンを加えた。
反応混合物を攪拌しながら50重量%水溶液で67.2重量
部(0.84モル部)の水酸化ナトリウムを加えて次いで67
重量%(0.678モル部)の気体ホスゲンを毎分1重量部
の割合で加えた。pHを12.5に保つため必要により水酸化
ナトリウム添加を続けた。ホスゲン添加に次いで560重
量部のジクロロメタン及び0.3重量部(1モル%)のト
リエチルアミンを加えた。反応混合物を20分間震とうし
てベンゾシクロブテン部分を末端にもつビスフェノール
Aポリカーボネートを製造した。9重量部のホスゲンを
加えて混合物のpHを7に減じた。ポリマー溶液を1NのHC
l及び水で洗浄して次いでポリマーを分離した。
ゲル透過クロマトグラフィ分析によりポリマー分子量
を決定し、重量平均分子量(Mw)は1.451であった。反
応混合物残渣の液体クロマトグラフィ分析は4−ヒドロ
キシベンゾシクロブテンの完全な反応を示した。それ故
得たポリカーボネートは架橋前でビスフェノールA(0.
8m/m)の1モルあたり0.8モルのベンゾシクロブテンを
含有し、重合度は2.3と決定された。
上記処理法を用い、水性の水酸化ナトリウム、水、ホ
スゲン及びメチレンクロライドの量を調節して表1に示
される一連のアリールシクロブテン末端をもつ芳香族カ
ーボネートポリマーを製造した。表1において1モルあ
たりのヒドロキシベンゾシクロブテンのモル比は「BCB
モル比」として示される。表1に見られるようにBCB−O
H量変化は示されるポリマー組成物と分子量の範囲にあ
る。表には得たポリマーの分子量の相関(MwとMn)、重
合度(n)及び多水酸基化合物に対するアリールシクロ
ブテンのモル比が示される。
表1は次いで、得た架橋したポリマー組成物の非常に
好ましい特性組合せを示す。下記表に示される試験に関
し、分子量MwのMnをビスフェノールAポリカーボネート
標準に従いゲル透過クロマトグラフィにより測定した。
Tg値は示差走査熱量計により測定した。百分率膨潤(%
膨潤)及びvp値はポリマーの溶媒膨潤に対する抵抗性と
しての架橋密度を示す。M.J.Marksの「ネットワーク・
ストラクチャ・オブ・ベンゾシクロブテン・ターミネー
テッド・ビスフェノールA・ポリカーボネート」、Ame
r.Chem.Soc.Polym.Mat.Sci.Eng.66,1992,365頁に従いジ
クロロメタン中におよそ0.254mm(1/100インチ)膜試料
を浸して測定した。架橋したポリカーボネート試料の全
てがジクロロメタンに不溶であった。示された%膨潤結
果は溶媒吸収によるポリマー表面積の百分率増加であ
る。
架橋したカーボネートポリマーの熱安定性は熱重量計
分析により測定し、表は窒素下に毎分10℃ずつ昇温しな
がら700℃まで加熱して試料物質の5%が失われる温度
すなわち分解温度(Td)を示す。鉛筆硬度は試料の摩耗
抵抗性の近似値を試験するものでASTM D−3363に従っ
て試験し、Hが最も硬く順次F,HB,B,2B及び3Bと示され
て硬さが減る。示されるように典型的なカーボネートポ
リマーは硬度値約3Bであり、硬度値Bは標準のカーボネ
ートポリマーよりも著しく良好な硬度と理解される。
架橋したポリマー試料をまたテイバー摩耗試験ASTM
D1044−85を用いて摩耗抵抗性を試験した(表中Δ%曇
り度)。試験パネルを102mm×102mm(4インチ×4イン
チ)の寸法に切断して6.4mmの穴をドリルで各パネル中
央に開けた。テイバー摩耗機はCS−10Fホイールを装え
た。各CS−10Fホイールに500gの負荷を置いた。初期%
曇り値を各試料上の摩耗予定路に沿って4ヶ所について
ハンター・ラボ・カラークエスト・スペクトロメータで
測定した。試料を100サイクル増加毎に摩耗させて%曇
り度を同じ4ヶ所で測定した。異なる4点の%曇り度の
差を計算し平均化してΔ%曇り度を得た。試験期間は50
0サイクルであった。表1に示されるように非常に低いd
p前駆体から形成された超高架橋密度BCBポリカーボネー
トは摩耗後の%曇り度の増加が好適に低いことが必要で
ある。良好なものに対し比較的摩耗抵抗性の劣るポリマ
ーからの変化は全く急激である。
積層構造物の製造 上記のようにして製造した、ベンゾシクロブテン末端
をもつポリカーボネートを成形して1/8インチ(3.2mm)
厚ポリカーボネート板上に4ミル(0.10mm)厚の層を形
成した板中のポリカーボネートはASTM D−1238条件O
に従い測定した10分あたりのメルトフロー比が3.4gであ
った。BCBポリカーボネート試料を窒素パージ下に材料
から気泡を除去して220℃のオーブンで溶融した。次い
で材料を4ミル(0.10mm)厚鋳型中に置いたポリカーボ
ネート板上に注いで、200℃に30分間圧力成形し、被覆
を溶融し、次いで291℃に加熱し、その温度で1分間保
持してBCB部分の架橋を完了させた。この手順は被覆材
料の架橋密度を完全にした。
被覆した試料を次いで上記テイバー摩耗試験ASTM D1
044−85を用いて摩耗抵抗性を試験した(表中Δ%曇り
度)。さらにASTM D−3359の方法Bにより決定され
る、基材の熱可塑性樹脂層の表面領域への架橋したカー
ボネートポリマーの接着性を試験した。この試験で得ら
れる最良の結果は5Bと評価された。評価4B及び3Bは順次
に接着性が劣っていく。
示した本発明に従う構造物をLEXANブランドのポリカ
ーボネートシートから製造した被覆のないシートと比較
した。またポリシロキサン被覆とアクリル性プライマー
をもつ商業的に入手可能な摩耗抵抗ポリカーボネートシ
ートであるLEXAN MARGARDブランドのシートと比較し
た。摩耗試験の結果を下に示す。
上記表に示されるように2.0m/m BCBポリカーボネー
ト被覆した料は0.8m/m BCBポリカーボネート又はLEXAN
MARGARDで被覆したいずれのポリカーボネートよりも
はるかに摩耗抵抗性が高かった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−131244(JP,A) 米国特許4260671(US,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 1/00 - 35/00 C08J 7/04 EPAT(QUESTEL) WPI(DIALOG)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】熱可塑性樹脂の基材層及び1以上の表面領
    域上に金属化合物を実質上用いることなく熱架橋したΔ
    Tgの%が17%より大きい架橋密度をもつ芳香族カーボネ
    ートポリマーの別個の摩耗抵抗層をもつことを特徴とす
    る積層構造物。
  2. 【請求項2】1以上の表面領域上の架橋したカーボネー
    トポリマーが、測定したvp値が0.65より大きい架橋密度
    をもつ請求項1記載の構造物。
  3. 【請求項3】架橋したカーボネートポリマーの熱可塑性
    樹脂基材層へのASTM D−3359の方法Bで測定した接着
    性が3B又はそれより優れている請求項1記載の構造物。
  4. 【請求項4】1以上の表面領域上の架橋したカーボネー
    トポリマーが、1,000ppmより少ない金属含有量をもつ請
    求項1記載の構造物。
  5. 【請求項5】架橋したカーボネートポリマーがアリール
    シクロブテン構造をもつ請求項1記載の構造物。
  6. 【請求項6】基材層の熱可塑性樹脂が熱可塑性芳香族カ
    ーボネートポリマー、熱可塑性芳香族ポリエステルカー
    ボネート、熱可塑性芳香族ポリエステル、イソ及び/又
    はテレフタル酸をモノマー単位としてもつ熱可塑性ポリ
    エステル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、スチ
    レン及び/又は他のモノビニリデン芳香族モノマーをモ
    ノマー単位としてもつ熱可塑性ポリマー、熱可塑性ポリ
    −α−オレフィン、熱可塑性ポリ(メタ)アクリレー
    ト、ポリスチレンとポリフェニレンエーテルとの熱可塑
    性ブレンド、及び上記熱可塑性樹脂のいづれかの組合せ
    からなるブレンドからなる群から選ばれる請求項1記載
    の構造物。
  7. 【請求項7】基材層の熱可塑性樹脂が熱可塑性芳香族カ
    ーボネートポリマー又は熱可塑性芳香族ポリエステルカ
    ーボネートである請求項6記載の構造物。
  8. 【請求項8】架橋が、予備架橋したカーボネートポリマ
    ー分子鎖に関し末端に位置する部分を架橋することによ
    って付与される請求項1記載の構造物。
  9. 【請求項9】末端に位置する架橋性部分をもつ熱架橋性
    カーボネートポリマーをつくるために用いられるカーボ
    ネートポリマーの前駆体の平均重合度が0〜3.5である
    請求項8記載の構造物。
  10. 【請求項10】熱可塑性樹脂の基材に金属化合物を実質
    上含有しない熱架橋性芳香族カーボネートポリマーの表
    面層を付与し、そして架橋を熱活性化して行なうことを
    特徴とする請求項1記載の構造物の製造法。
  11. 【請求項11】熱架橋性芳香族カーボネートポリマーが
    アリールシクロブテン構造を有する請求項10記載の方
    法。
  12. 【請求項12】架橋を熱活性化する前、又はそれと同時
    に積層物を所望の形状に熱成形することをさらに特徴と
    して積層構造物を製造する請求項10記載の方法。
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