JP3421155B2 - 難燃性ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents

難燃性ポリアミド樹脂組成物

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリアミド樹脂組成物
に関するものである。詳しくは、ポリアミド樹脂が本来
有する優れた性質に加えて、曲げ強度、曲げ弾性率など
の機械的物性、熱変形温度などの熱的物性および外観に
優れ、かつ難燃性の良好な成形物を提供し得る難燃性ポ
リアミド樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ポリアミド樹脂の難燃化について
は、いくつかの方法が提案されている。最も一般に行わ
れているのは、難燃剤をポリアミド樹脂に添加混合する
方法である。しかして、難燃剤としては、ハロゲン系難
燃剤、窒素系化合物、金属含有化合物等が知られてい
る。これらのうち、ハロゲン系難燃剤を配合したポリア
ミド樹脂組成物の場合は、燃焼時に発生するガスの安全
性が疑問視されている。一方、金属化合物を配合した場
合には、その難燃化効果が極めて低く、実用に耐えな
い。
【0003】また、窒素系化合物については、ポリアミ
ド樹脂の燃焼に際して有毒気体の発生の少ない、メラミ
ン、シアヌル酸またはシアヌル酸メラミンなどのトリア
ジン系化合物をポリアミド樹脂に配合した、難燃性組成
物が提案されている(例えば特公昭49−1714、特
公昭50−105744、特公昭58−25379)。
しかし、これらの方法においても、ポリアミド樹脂に無
機充填剤、とくにガラス繊維などの繊維状物質を配合し
た場合、これがろうそくの芯の作用をして、難燃効果が
著しく低下させる(例えば特公昭60−37829)。
また、成形時に難燃剤が昇華して金型等に付着する、い
わゆるプレ−トアウト現象が著しく、離型不良や成形品
外観の荒れを生じたり、あるいは難燃剤とポリアミド樹
脂の相溶性が必ずしも良くないため、難燃剤の一部が成
形品表面に析出する、いわゆるブル−ミング現象が発生
する欠点があった。また、リン酸メラミンを配合した難
燃性組成物も提案されているが(例えば特開昭53−4
9054)、単にリン酸とメラミンの塩を加えただけで
は、ポリアミド樹脂に対する相溶性が悪いため、押出混
練時の作業性が困難となったり、成形品外観を損なう等
の不都合があった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、燃焼
時に発生するガスの安全性、熱的物性、表面外観、難燃
性に優れ、かつ金属代替を目的とした高い機械的強度を
有する難燃性ポリアミド樹脂組成物を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明者らは鋭意検討の
結果、驚くべきことにポリアミド樹脂に無機充填材、リ
ン酸メラミン、及び特定のカルボン酸を配合して得られ
たポリアミド樹脂組成物が、難燃性と成形品外観に優
れ、かつ金属代替をも可能な高い機械的強度を持つこと
を見いだし、本発明に到達した。以下、本発明を詳細に
説明する。
【0006】本発明で使用されるポリアミド樹脂として
は、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン69、ナイロ
ン610、ナイロン612、ナイロン12、キシリレン
ジアミンとα、ω−直鎖脂肪族二塩基酸とから得られる
ポリアミド樹脂(以下、「MXナイロン」という。)及
びこれらの混合物等が例示できるが、特にこれらに限定
されるものでない。これらのポリアミド樹脂の中では、
MXナイロンとナイロン66とから成る混合ポリアミド
樹脂が最も好ましい。この混合ポリアミド樹脂では、ナ
イロン66の配合により、MXナイロンの成形性改善を
図ることができ、すなわち成形時のサイクル時間を短縮
できる効果がある。その配合割合は、成形性改善の面の
みからは、MXナイロン 40〜99重量%およびナイ
ロン6660〜1重量%(ここで重量%の合計は100
重量%とする)の、広い範囲から選択できる。
【0007】本発明組成物の配合成分の一である、リン
酸メラミンは、リン酸とメラミンの塩であれば、特に制
限はない。また、リン酸としては、オルトリン酸、亜リ
ン酸、次亜リン酸、メタリン酸、ピロリン酸のいずれで
もよい。この塩を構成するリン酸とメラミンとの比率も
特に制限がない。例えば、リン酸1分子がメラミン1分
子または2分子のものが市販されているが、いずれを選
択することもできる。リン酸メラミン中のアミノ基(メ
ラミン側のアミノ基)または水酸基(リン酸側の水酸
基)の一部が、他の置換基、例えばアミノ基の水素原子
がフェニル基で置換されていてもよい。置換基によって
は、樹脂との親和性や難燃剤の熱安定性の向上を図るこ
とができる。
【0008】このリン酸メラミンは、例えばメラミンの
水溶液にリン酸を加えて反応せしめ、ついで反応生成物
を濾過、水洗及び乾燥することによって、必要であれば
さらに焼成または上記置換することによって、得ること
ができる。このものは白色の固体であって微粉末に粉砕
して使用する。もちろん、市販品をそのまままたは粉砕
して使用することもできる。なお、上記焼成は、オルト
リン酸メラミンの水に対する溶解性および吸湿性を改善
するために行われ、オルトリン酸メラミンの一部をメタ
リン酸メラミンまたはピロリン酸メラミンのような縮合
リン酸メラミンに変える。
【0009】本発明組成物においては、リン酸メラミン
中のリン含有量が8〜20重量%であるのが好ましく、
10〜16重量%であるのが最も好ましい。リン含有量
が上記範囲より少なくなると、有効な難燃性の効果を付
与することができず、逆に多くなると、リン酸メラミン
の吸湿性が高くなり好ましくない。また、リン酸メラミ
ンの平均粒子径が、50μm以下であることが好まし
い。上記範囲より大きくなるとポリアミド中での分散性
が悪くなり、成型品外観に悪影響を及ぼす。また、使用
前には、熱風循環乾燥機等で約2〜10時間程度、再乾
燥する方が良い。これは、リン酸メラミンの生成段階で
生じた、熱安定性の低い副生成物を取り除くためであ
る。
【0010】リン酸メラミンの配合量は、ポリアミド樹
脂100重量部に対し1〜40重量部、好ましくは6〜
30重量部、さらに好ましくは8〜20重量部である。
あまり少ないと十分な難燃効果が得られず、逆にあまり
多いと機械的物性に悪影響を及ぼすようになるので好ま
しくない。
【0011】本発明組成物の配合成分の他の一である、
無機充填材は、金属代替が可能な高強度材料を目的の一
つとするために必要であり、周知のものが使用される。
形状は制限されず、繊維状、板状、針状、球状、粉末等
いずれの場合であってもよい。具体的にはガラス繊維、
炭素繊維、タルク、マイカ、ガラスフレ−ク、ウォラス
トナイト、チタン酸カリウム、硫酸マグネシウム、セピ
オライト、ゾノライト、ホウ酸アルミニウム、ガラスビ
−ズ、バル−ン、炭酸カルシウム、シリカ、カオリン、
クレ−、酸化チタン、硫酸バリウム、酸化亜鉛、水酸化
マグネシウムなどが挙げられる。かかる充填材は、単独
または二種以上の混合物として用いることができる。
【0012】無機充填材の配合量は、ポリアミド樹脂1
00重量部に対して、5〜300重量部、好ましくは、
10〜250重量部、特に好ましくは50〜150重量
部である。ポリアミド樹脂100重量部に対し、無機充
填材の配合量が5重量部以下では、機械的強度、熱的性
質等の改善効果が少なく、また、無機充填材の配合量が
300重量部以上では、成形加工上の問題が生じるので
好ましくない。
【0013】本発明組成物の配合成分の他の一である、
カルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、
フマル酸、マレイン酸、グルタル酸、イタコン酸、メサ
コン酸、シトラコン酸、アジピン酸、ムコン酸、ヒメリ
ン酸、スペリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、プラシ
リン酸、ダブリン酸のような脂肪族ジカルボン酸、フタ
ル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、メチルテレフタル
酸、2,5−ジメチルテレフタル酸、4−メチルイソフ
タル酸、ナフタリンジカルボン酸のような芳香族ジカル
ボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸のような脂環式ジ
カルボン酸、トリカルバリン酸、トリメジン酸、トリメ
リット酸のようなトリカルボン酸、ピロメリット酸のよ
うなテトラカルボン酸などが挙げられる。カルボン酸の
作用機構は明確ではないが、成形時、リン酸メラミンの
分解によって生じたメラミンをトラップし、外観不良を
抑制するものと推定される。
【0014】所期の効果を得るためには、溶融混練およ
び成形時の熱安定性に優れていることが必要であり、上
記のカルボン酸の中でも、好ましいのは、ポリアミド樹
脂の融点(混合物にあっては、全成分ポリアミド中最も
低い融点)よりもさらに20℃高い、好ましくは30℃
高い沸点(沸点を有しないときは、昇華温度または分解
点のいずれか低い方)を有するカルボン酸であり、例え
ばイソフタル酸、テレフタル酸、メチルテレフタル酸、
2,5−ジメチルテレフタル酸、4−メチルイソフタル
酸、1,5−ナフタリンジカルボン酸、トリメジン酸、
無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸などが挙げら
れる。とりわけ、十分に高い融点を有し、入手容易であ
る点から、テレフタル酸が特に好ましい。
【0015】カルボン酸の使用量は、前記リン酸メラミ
ン1重量部に対し、0.06〜0.20重量部、好まし
くは0.08〜0.13重量部である。使用量が上記範
囲より少ないと本発明の効果が期待されず、逆に多いと
得られるポリアミド組成物の物性が低下する。
【0016】本発明組成物には、上記の3成分以外に、
高分子材料に一般に用いられている各種添加剤、例えば
安定剤、顔染料、離型剤、滑剤、核剤、耐候性改良剤な
どを適宜配合することができる。
【0017】本発明組成物は、製造方法によっては制限
されない。すなわち、ポリアミド樹脂と上記の3成分
を、場合によってはさらに上記の各種添加剤とともに、
任意の順序で、また慣用の装置を用いて、例えば、通常
のベント式押出機またはこれに類似した装置を用いて溶
融混練する方法により、製造することができる。
【0018】
【実施例】以下、実施例によって本発明を具体的に説明
するが、本発明はその要旨を超えない限り以下の実施例
のみに限定されるものではない。なお、以下の製造例、
比較例および実施例において、ポリアミド樹脂組成物の
諸物性は、次のようにして、測定し、評価した。
【0019】(1)難燃性:樹脂組成物から、長さ5イ
ンチ、幅1/2インチ、厚さ1/16インチの燃焼試験
片を、射出成形機を用いて、樹脂温度260℃、金型温
度130℃で成形した。難燃性は、この試験片につい
て、米国アンダ−ライタ−ズラボラトリ−ズ社が定め
た、Subject94(UL−94)規格に従って、
試験を行った。
【0020】(2)曲げ強度:樹脂組成物から、長さ5
インチ、幅1/2インチ、厚さ1/4インチの曲げ試験
片を樹脂温度260℃、金型温度130℃で成形した。
曲げ強度は、ASTMD790に準じて測定した。
【0021】(3)プレートアウトおよびブリードアウ
ト:また、樹脂組成物から、長さ14インチ、幅1/2
インチ、厚さ1/2インチの棒状成形品を、射出成形機
を用いて、樹脂温度260℃、金型温度120℃で連続
40ショット成形し、成形後、金型へのプレ−トアウト
及び成形品表面のブリ−ドアウトの状態を肉眼で観察
し、「殆どない」、「有り」および「著しい」の3段階
評価を行った。後記表中では、これらの評価をそれぞ
れ、○、×および××印で示した。
【0022】製造例1〜3 ポリ(メタキシリレンアジパミド)(以下、「ナイロン
MXD6」と記す。三菱瓦斯化学株式会社製、98%硫
酸を溶媒とし、温度25℃で測定した相対粘度が2.1
4のもの)100重量部、ナイロン66のペレット(相
対粘度2.14のもの)11重量部、長さ3mmのガラ
ス繊維チョップドストランド(旭ファイバ−グラス株式
会社製、商品名CS03−JAFT2H)111重量部
及びリン酸メラミン(日産化学株式会社製、リン酸メラ
ミン中のリン含有量14.5重量%、焼成リン酸メラミ
ン)7〜11重量部を、タンブラ−で混合し、ベント式
押出機を用いて270℃で溶融混練した後、ひも状に押
出し、水槽で冷却後、切断、乾燥してペレット状材料を
製造した。得られたペレットの難燃剤配合量並びに難燃
性および曲げ強度の評価結果を、表1に示した。
【0023】比較例1〜4 製造例1において、リン酸メラミンを使用しないか、リ
ン酸メラミンに代えて、メラミン、シアヌル酸メラミン
または水酸化マグネシウム44重量部を配合した以外
は、製造例1とまったく同様な方法で、ペレットを製造
した。このようにして得られたペレットについての、難
燃性及び曲げ強度の評価結果も、併せて表1に示す。
【0024】
【表1】
【0025】表1の各製造例および比較例の評価結果を
対比すると、リン酸メラミンが、他の難燃剤よりも少量
の配合で、強度を大きく落とすこと無く、高い難燃効果
が達成されていることがわかる。
【0026】実施例1〜3および比較例5〜6 製造例3において、テレフタル酸を、リン酸メラミン1
重量部に対し、0.03〜0.13重量部追加配合した
以外は、製造例3と同様な方法で、ペレットを製造し
た。得られたペレットの難燃剤配合量並びに難燃性およ
び曲げ強度の評価結果並びにブリードアウトおよびプレ
ートアウトの観察結果を、表2に示した。なお、同表に
は、比較のためテレフタル酸を加えない場合(製造例
3)の結果も併せて記載した。
【0027】
【表2】
【0028】表2の各実施例および製造例・比較例の評
価結果を対比すると、テレフタル酸の配合によって、強
度を大きく落とすこと無く、高い難燃効果が達成されて
いることがわかる。また、所定量のテレフタル酸の配合
によって、ブリードアウトおよびプレートアウトとも
に、確実に抑制されていることがわかる。
【0029】
【発明の効果】本発明の難燃性ポリアミド樹脂組成物
は、燃焼時に発生するガスの安全性および成形品外観に
優れ、かつ金属代替も可能な機械的強度を満足し、極め
て有用なものである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−191759(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08L 77/00 - 77/12

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ポリアミド樹脂100重量部に対し、リン
    酸メラミン1〜40重量部、無機充填材5〜300重量
    部、および、該リン酸メラミン1重量部に対し、カルボ
    ン酸0.06〜0.20重量部を配合してなる難燃性ポ
    リアミド樹脂組成物。
  2. 【請求項2】ポリアミド樹脂が、キシリレンジアミンと
    α、ω−直鎖脂肪族二塩基酸とから得られるポリアミド
    樹脂である請求項1記載の樹脂組成物。
  3. 【請求項3】ポリアミド樹脂が、キシリレンジアミンと
    α、ω−直鎖脂肪族二塩基酸とから得られるポリアミド
    樹脂 40〜99重量%およびナイロン66 60〜1
    重量%(ここで重量%の合計は100重量%とする)か
    ら成る混合ポリアミド樹脂である請求項1記載の樹脂組
    成物。
  4. 【請求項4】リン酸メラミン中のリン含有量が8〜20
    重量%である請求項1〜3記載の樹脂組成物。
  5. 【請求項5】カルボン酸が、ポリアミド樹脂の融点より
    20℃以上高い沸点(沸点を有しないときは、昇華温度
    または分解点のうち低い方)を有する請求項1〜4記載
    の樹脂組成物。
  6. 【請求項6】無機充填材が、ガラス繊維である請求項1
    〜5記載の樹脂組成物。
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