JP3640103B2 - 耐衝撃性ポリフェニレンスルフィド組成物とその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐衝撃性の改良されたポリフェニレンスルフィド(以下、PPSとする)組成物に関する。更に詳しくは、本来PPSの持つ耐熱性、難燃性、耐薬品性等の長所を損なうことなく耐衝撃性が改良されたPPS組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、電気・電子機器部品、自動車機器部品、化学機器部品の材料には、高耐熱性、耐薬品性を有し、かつ難燃性の熱可塑性樹脂が要求されている。PPSもこの要求に応える樹脂の一つであり、対コスト物性比が良いこともあり使用されている。
【0003】
しかしながら、PPSは靱性に乏しく脆弱で、ガラス繊維や炭素繊維等の強化剤を配合して使用することが一般的であるが、それでも他のエンジニアリングプラスチックに比べると靱性に劣り耐衝撃性は低い。
【0004】
この問題点を解決するための技術として、他の柔軟性のあるポリマーを配合する方法が多く提案されているが、これらは本来PPSの持つ耐熱性、難燃性、耐薬品性などのいくつかの長所が低下してしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、PPSの持つ長所を損なうことなく耐衝撃性を向上させたPPSを新規に提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、PPS組成物の配合材料として含フッ素ポリマーを選定することにより、本来PPSの持つ耐熱性、難燃性、耐薬品性などの長所が維持されることを見出した。また、単に含フッ素ポリマーを配合するよりも、ある特定の官能基を有するビニルモノマーでグラフト化した含フッ素グラフトポリマーを配合すると、PPSとの親和性が向上し分散が良化することにより、PPS組成物の耐衝撃性向上の効果が大きいことを見出した。
【0007】
すなわち、本発明は、前述の問題点を解決すべくなされたものであり、主鎖の炭素原子に結合した水素原子を含有する含フッ素ポリマーに親和性もしくは接着性を付与する官能基を有するビニルモノマーであるグリシジルメタクリレート、トリメトキシビニルシランまたは無水マレイン酸をグラフトしてなる含フッ素グラフトポリマー、PPSおよびガラス繊維を含む耐衝撃性PPS組成物を提供するものである。
【0008】
また、本発明は、主鎖の炭素原子に結合した水素原子を含有する含フッ素ポリマーに、親和性若しくは接着性を付与する官能基を有するビニルモノマーであるグリシジルメタクリレート、トリメトキシビニルシランまたは無水マレイン酸をグラフトしてなる含フッ素グラフトポリマー、PPSおよびガラス繊維を溶融成形機中で溶融混練してペレット状に成形することを特徴とする耐衝撃性PPS組成物の製造方法を提供するものである。
【0009】
本発明に用いられるグラフト化前の含フッ素ポリマーは、主鎖の炭素原子にフッ素原子を有するタイプの含フッ素ポリマーである。加えてまた主鎖の炭素原子に結合した水素原子を有する必要がある。このような含フッ素ポリマーは、主鎖に結合した水素原子がフッ素原子と比べ比較的不安定でラジカル等の作用により炭素原子から引き抜かれやすいという特性を有する。水素原子が引き抜かれた炭素原子のラジカルには官能基を有するビニルモノマーのビニル基が結合し、グラフト化が起こる。本発明においては、含フッ素ポリマーにグラフト化した該ビニルモノマーに基づく単位に含まれる官能基はPPSおよびガラス繊維に対して下記の効果を付与することができる。すなわち、組成物中のPPSと含フッ素グラフトポリマーの親和性が向上し両者は良好に混合して含フッ素グラフトポリマーの優れた特性が組成物に発現され、また、含フッ素グラフトポリマーとガラス繊維の接着力が大きいことにより組成物に優れた耐衝撃性が付与される。
【0010】
本発明に用いられるグラフト化前の含フッ素ポリマーとしては、フルオロオレフィンの単独重合体や共重合体が好ましい。ただし、テトラフルオロエチレンやクロロトリフルオロエチレンなどの重合性不飽和基の2つの炭素原子のいずれにも水素原子が結合していないフルオロオレフィンは、重合性不飽和基の2つの炭素原子のいずれかに少なくとも1つの水素原子が結合しているモノマーと共重合させる必要がある。
重合性不飽和基の2つの炭素原子のいずれかに少なくとも1つの水素原子が結合しているフルオロオレフィンとしては、フッ化ビニリデンとフッ化ビニルが好ましい。これらの単独重合体は本発明に用いられるグラフト化前の含フッ素ポリマーとして使用できる。またこれらのモノマーと他のモノマーとの共重合体もまた使用できる。他のモノマーとしては種々の含フッ素ポリマーはもちろん、フッ素原子を含まないモノマーであってもよい。
【0011】
重合性不飽和基の2つの炭素原子のいずれにも水素原子が結合していないフルオロオレフィンと共重合させるモノマーとしては、オレフィン(すなわち、炭化水素系のオレフィン)が好ましく、特にエチレン、プロピレン、ブテンなどのα−オレフィンが好ましい。しかし、これに限定されるものではなく、フッ化ビニリデン、(パーフルオロブチル)エチレンなどの不飽和基の2つの炭素原子のいずれかに水素原子が結合しているフルオロオレフィン、アルキルビニルエーテルや(フルオロアルキル)ビニルエーテルなどのビニルエーテル類、(フルオロアルキル)メタクリレートや(フルオロアルキル)アクリレートなどの(メタ)アクリレート類など種々のモノマーを使用できる。さらに、これらとともに第3のモノマーとして、ヘキサフルオロプロピレン、パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)などの重合性不飽和基の2つの炭素原子のいずれにも水素原子が結合していないモノマーも併用できる。
【0012】
テトラフルオロエチレン−エチレン系共重合体(以下、ETFEとする)としては、テトラフルオロエチレンとエチレンとが70/30〜30/70(モル比)の割合で共重合されたもの、またはさらにこれらのモノマーとさらに1種またはそれ以上のフルオロオレフィンやプロピレンなどの炭化水素系のオレフィンを共重合させたものなどが好ましい。
【0013】
テトラフルオロエチレン−プロピレン系共重合体としては、テトラフルオロエチレンとプロピレンとが70/30〜30/70(モル比)の割合で共重合されたもの、またはさらにこれらのモノマーとさらに1種またはそれ以上のフルオロオレフィンや炭化水素系のオレフィンを共重合させたものなどが好ましい。
【0014】
フッ化ビニリデン系重合体としては、フッ化ビニリデンの単独重合体または各種オレフィンやフルオロオレフィンとの共重合体などが好ましい。フッ化ビニル系重合体は、フッ化ビニルの単独重合体または各種オレフィンやフルオロオレフィンとの共重合体などが好ましい。
【0015】
上記のような好ましい含フッ素ポリマーが共重合体であり、かつ共重合モノマーがフッ素原子を含まないモノマーである場合、含フッ素ポリマー中の含フッ素モノマーの重合した重合単位の割合は、全重合単位に対して50モル%以上であることが好ましい。含フッ素モノマーの重合単位の割合がこれよりも低い場合、含フッ素ポリマー特有の耐熱性、耐薬品性などの特性が低下しやすい。
【0016】
含フッ素ポリマーの分子量は特には限定されないが、室温で液状の低分子量物から高分子量のゴムや熱可塑性樹脂の範囲において使用できる。好ましくは室温で固体の重合体であり、それ自体熱可塑性樹脂、エラストマー、ゴムなどとして使用できるものが好ましい。なお、重合体の製造に際しては、塊状重合、懸濁重合、乳化重合、溶液重合などの従来公知の各種重合方法はすべて採用できる。
【0017】
本発明において、特に好ましい含フッ素ポリマーはETFEである。
【0019】
官能基を有するビニルモノマーは、グリシジルメタクリレート、トリメトキシビニルシランまたは無水マレイン酸である。
【0020】
グラフト化に使用するビニルモノマー量は、含フッ素ポリマー100重量部に対して0.01〜50重量部が適当であり、0.1〜10重量部が特に好ましい。ビニルモノマーの使用量が少なすぎると充分な親和性若しくは接着性が得られ難く、また多すぎると含フッ素ポリマーの優れた特性が損なわれやすい。
【0021】
含フッ素ポリマーにビニルモノマーをグラフトする方法としては、ラジカル発生剤の存在下に両者を会合反応させる方法が好ましい。ラジカル発生剤の使用量は、特に限定されるものではないが、ビニルモノマー1重量部に対し0.01〜5重量部が好ましい。
【0022】
グラフト化反応に使用されるラジカル発生剤は分解温度が120〜350℃の範囲にあり、グラフト化反応温度下の半減期が1分前後であるものが好ましい。具体的には、たとえば、ベンゾイルパーオキシド、ジクロロベンゾイルパーオキシド、ジクミルパーオキシド、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキシン−3、1,4−ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ラウロイルパーオキシド、t−ブチルパーアセテート、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキシン−3、2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン、t−ブチルパーベンゾエート、t−ブチルパーフェニルアセテートなどが好ましい。
【0023】
グラフト化は、以下の反応機構により達成されると推測される。まず、ラジカル発生剤から発生するラジカルが含フッ素ポリマーから水素原子を引き抜くことにより含フッ素ポリマーラジカルが発生する。また、ラジカル発生剤から発生するラジカルがビニルモノマーに付加するか、またはビニルモノマーから水素原子を引き抜くことによりラジカルが発生する。そしてこれらのラジカルが会合することによりグラフト化が達成される。また、含フッ素ポリマーラジカルがビニルモノマーのビニル基に直接付加することによってもグラフト化が達成される。この他、種々の反応機構によりグラフト化が起こりうると考えられる。
【0024】
グラフト化反応は、含フッ素ポリマー、ビニルモノマーおよびラジカル発生剤を、ラジカル発生温度下にて溶融混合して行うことが好ましい。場合によっては溶剤を使用して含フッ素ポリマー溶液とし、この溶液中でグラフト化反応を行うこともできる。押し出し成形機や射出成形機などの溶融成形機中で溶融混合しながらグラフト化反応を行う方法が特に好ましい。また、グラフト化反応はPPS、無機充填剤の存在下でも行うことができる。
【0025】
本発明で使用するPPSは、構造式[−C6 H4 −S−](ただし、−C6 H4 −はフェニレン基である)で示される繰り返し単位を70モル%以上、好ましくは80モル%以上を含む重合体であり、上記繰り返し単位が70モル%以下では結晶性ポリマーとしての特徴である結晶化度が低くなり、機械物性が損なわれるため好ましくない。
【0026】
PPSは一般にその製造法により線状で分岐や架橋構造を有しない分子構造のものと、分岐や架橋を有する構造のものが知られている。本発明においてはいかなる製造法により得られたPPSを用いることも可能であるが、特に分岐を有しない線状構造のものが好ましい。
【0027】
本発明で使用するPPSの溶融粘度は、成形品を得ることができれば特に制限されないが、PPS自体の靱性の点から300℃における溶融粘度が100ポイズ以上のものが、成形性の面からは10000ポイズ以下のものが好ましい。
【0028】
本発明で使用するPPSと含フッ素グラフトポリマーの含有割合は、重量比で99/1〜10/90の範囲が好ましく、特に好ましくは97/3〜60/40の範囲である。PPSの含有割合が少なすぎるとPPSの持つ強度や剛性が著しく低下し、含フッ素グラフトポリマーの含有割合が少なすぎると耐衝撃性の改良効果が少ない。
【0029】
本発明のペレット状の組成物または最終的に成形された成形物の組成物中の分散相の平均粒径は、0.01〜10μmが好ましく、特に0.1〜2.0μmが好ましい。通常、分散相は配合量の少ない樹脂成分により構成される。
【0030】
本発明には、ガラス繊維が用いられる。
【0031】
ガラス繊維の形状は、特に制限ないが、好ましくは平均長さが0.05〜10mmであり、平均太さが1〜50μmである。
【0032】
本発明の組成物においては、ガラス繊維の他に、有機顔料、金属せっけん、界面活性剤、紫外線吸収剤などの有機金属化合物、潤滑剤などのフッ素樹脂、シランカップリング剤、有機化合物たとえば有機モノマーや重合度50以下の有機オリゴマーなどを充填剤として用途に応じて混合できる。
【0033】
ガラス繊維の含有量は、PPSと含フッ素グラフトポリマーとの合計100重量部に対して10〜200重量部が好ましい。ガラス繊維の含有量が少なすぎると、組成物の耐衝撃性の向上効果が小さく、多すぎると溶融成形機中での溶融混練が困難となる。
【0034】
本発明の組成物は、あらかじめ製造された含フッ素グラフトポリマーとPPS、ガラス繊維等を配合して製造することができ、また含フッ素ポリマーのグラフト化をPPS、ガラス繊維等の存在下で行って目的とする組成物を製造することもできる。
【0035】
本発明の組成物の好ましい製造方法は、含フッ素グラフトポリマー、PPSおよびガラス繊維を溶融成形機中で溶融混練してペレット状に成形する方法である。
【0036】
溶融混練の際の組成物の温度は、290〜400℃が好ましく、特に300〜350℃が好ましい。また、ダイの温度は、300〜350℃が好ましく、特に300〜330℃が好ましい。
【0037】
この溶融成形機としては、押し出し成形機が好ましく、特に2軸押し出し成形機が好ましい。押し出し成形機によるペレットの成形は、通常含フッ素グラフトポリマー、PPSおよびガラス繊維を押し出し成形機中で溶融混練し、次いでダイからストランドを押し出し、そのストランドを冷却し、カッターで適当な長さに切断することにより行われる。ストランドの冷却は、通常空気や温水で行われるが、20〜50℃の温水が好ましい。
【0038】
本発明における各成分を押し出し成形機に投入する方法は、特に制限なく、たとえば含フッ素グラフトポリマー、PPSおよびガラス繊維の各成分をブレンドしてホッパーより投入してもよいし、含フッ素グラフトポリマーおよびPPSをブレンドしてホッパーより投入し、ガラス繊維をホッパーとダイの間の適当な位置で投入してもよい。ガラス繊維を混練における破損によりあまり短くしないために、ガラス繊維をホッパーとダイの間の適当な位置で投入するサイドフィードが好ましい。
【0039】
本発明の組成物は、成形材料として用いられるペレット状の形状の組成物であることが好ましいが、最終的な成形物の形状の組成物であってもよい。最終的な成形物の形状の組成物は、上記ペレット状の組成物を成形して製造することができる。また、射出成形機などを用い、含フッ素ポリマーのグラフト化をPPS、ガラス繊維等の存在下に行うとともに成形を同時に行って成形物を製造することもできる。
【0040】
本発明における最終的な成形物の組成物は、種々の成形方法を用いて製造できる。たとえば、射出成形、押出成形、共押出成形、インフレーション成形、トランスファー成形、コーティングなど従来の公知の成型方法により最終的な成形物となしうる。
【0041】
【実施例】
以下、本発明を実施例と比較例により具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。なお、以下において量を表す「部」は重量部を表す。
【0042】
[実施例1]
ETFE(旭硝子社製、商品名「LM−740」)100部、グリシジルメタアクリレート1.0部およびジクミルパーオキサイド0.1部をあらかじめ混合した後、2軸押し出し機で260℃で押し出し、グラフト化ETFE(1)のペレットを得た。グラフト化ETFE(1)のペレット21部とPPS(トープレン社製、商品名「LN−2G」、300℃における溶融粘度1160ポイズ、線状構造)49部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)30部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、成形物のアイゾット衝撃強度(ASTM D256準拠)、熱変形温度(ASTM D648準拠、荷重18.6kg/cm2 )、沸騰水吸水率(JIS K7209準拠)、燃焼性(UL−94準拠)および試験片破断面のSEM観察による分散相の粒子径を測定し、落球衝撃試験を行った。アイゾット衝撃強度は9.8kg・cm/cm2 (ノッチ付)、63kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は265℃、沸騰水吸水率は0.011wt%、燃焼性はV−0、グラフト化ETFE(1)分散相の粒子径は平均0.8μm、落球衝撃試験は「クラック発生(貫通せず)」であった。なお、落球衝撃試験は、100mm×100mm×3mmの角板成形品を水平に固定し、重さ0.54kgの鉄球を高さ1.5mより角板中心に落下させて行った。
【0043】
[実施例2]
グラフト化ETFE(1)のペレット18部とPPS(商品名「LN−2G」)42部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)40部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行った。アイゾット衝撃強度は10.1kg・cm/cm2 (ノッチ付)、63kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は266℃、沸騰水吸水率は0.013wt%、燃焼性はV−0、グラフト化ETFE(1)分散相の粒子径は平均0.7μm、落球衝撃試験は「クラック発生(貫通せず)」であった。
【0044】
[実施例3]
ETFE(商品名「LM−740」)100部、トリメトキシビニルシラン1.0部、およびジクミルパーオキサイド0.1部をあらかじめ混合した後、2軸押し出し機で260℃で押し出し、グラフト化ETFE(2)のペレットを得た。グラフト化ETFE(2)のペレット12部とPPS(商品名「LN−2G」)48部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)40部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行った。アイゾット衝撃強度は9.8kg・cm/cm2 (ノッチ付)、65kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は267℃、沸騰水吸水率は0.016wt%、燃焼性はV−0、グラフト化ETFE(2)分散相の粒子径は平均0.8μm、落球衝撃試験は「クラック発生(貫通せず)」であった。
【0045】
[実施例4]
グラフト化ETFE(2)ペレット18部とPPS(商品名「LN−2G」)42部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)40部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行った。アイゾット衝撃強度は9.3kg・cm/cm2 (ノッチ付)、62kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は267℃、沸騰水吸水率は0.014wt%、燃焼性はV−0、グラフト化ETFE(2)分散相の粒子径は平均0.8μm、落球衝撃試験は「クラック発生(貫通せず)」であった。
【0046】
[実施例5]
ETFE(商品名「LM−740」)100部、無水マレイン酸1.0部およびジクミルパーオキサイド0.1部をあらかじめ混合した後、2軸押し出し機で260℃で押し出し、グラフト化ETFE(3)ペレットを得た。グラフト化ETFE(3)ペレット21部とPPS(商品名「LN−2G」)49部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)30部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行った。アイゾット衝撃強度は9.1kg・cm/cm2 (ノッチ付)、61kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は265℃、沸騰水吸水率は0.013wt%、燃焼性はV−0、グラフト化ETFE(3)分散相の粒子径は平均0.9μm、落球衝撃試験は「クラック発生(貫通せず)」であった。
【0047】
[比較例1]
PPS(商品名「LN−2G」)60部を、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)40部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行ったところ、アイゾット衝撃強度は7.7kg・cm/cm2 (ノッチ付)、45kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は272℃、沸騰水吸水率は0.027wt%、燃焼性はV−0、落球衝撃試験は「完全貫通破壊」であった。
【0048】
[比較例2]
ETFE(商品名「LM−740」)12部とPPS(商品名「LN−2G」)48部とをあらかじめ混合した後、2軸押し出し機でガラス繊維(平均長さ3mm、平均太さ10μm)40部をサイドフィードしながら310℃で押し出し、PPS組成物のペレットを得た。このペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行ったところ、アイゾット衝撃強度は7.7kg・cm/cm2 (ノッチ付)、49kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は265℃、沸騰水吸水率は0.013wt%、燃焼性はV−0、分散相の粒子径は平均7μm、落球衝撃試験は「完全貫通破壊」であった。
【0049】
[比較例3]
PPS/ポリアミドアロイ樹脂(旭硝子社製、商品名「ASAHI−PPS、RG−7740」、PPS/ポリアミド/ガラス繊維=42/18/40重量比)のペレットを320℃で射出成形し、実施例1と同様に測定を行った。アイゾット衝撃強度は9.0kg・cm/cm2 (ノッチ付)、50kg・cm/cm2 (ノッチ無)、熱変形温度は260℃、沸騰水吸水率は0.096wt%、燃焼性はV−1、分散相の粒子径は平均0.8μm、落球衝撃試験は「完全貫通破壊」であった。
【0050】
【発明の効果】
本発明により、本来PPSの持つ耐熱性、難燃性、耐薬品性などの長所が維持され、かつ耐衝撃性が優れたPPS組成物が得られる。
Claims (3)
- 主鎖の炭素原子に結合した水素原子を含有する含フッ素ポリマーに親和性もしくは接着性を付与する官能基を有するビニルモノマーであるグリシジルメタクリレート、トリメトキシビニルシランまたは無水マレイン酸をグラフトしてなる含フッ素グラフトポリマー、ポリフェニレンスルフィドおよびガラス繊維を含む耐衝撃性ポリフェニレンスルフィド組成物。
- 主鎖の炭素原子に結合した水素原子を含有する含フッ素ポリマーが、テトラフルオロエチレン−エチレン系共重合体である請求項1に記載の組成物。
- 主鎖の炭素原子に結合した水素原子を含有する含フッ素ポリマーに親和性もしくは接着性を付与する官能基を有するビニルモノマーであるグリシジルメタクリレート、トリメトキシビニルシランまたは無水マレイン酸をグラフトしてなる含フッ素グラフトポリマー、ポリフェニレンスルフィドおよびガラス繊維を溶融成形機中で溶融混練してペレット状に成形することを特徴とする組成物の製造方法。
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