JP4864323B2 - 抗黄変性重縮合ポリマー組成物及び製品 - Google Patents
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Description
本出願は、その全ての開示が参考として本明細書に導入されている2002年10月15日に出願した米国仮特許願第60/418,184号の優先権を主張する。
本発明は、熱老化における抗黄変性の改良された重縮合ポリマー組成物、及び、発光ダイオードのリフレクター、リフレクター・カップ、及びスクランブラーを含む該ポリマー組成物から形成される製品に関する。
リフレクター、リフレクター・カップ、及びスクランブラーのような発光ダイオード(LED)の構成要素は、典型的にはポリマー組成物から形成される。LEDの用途は、良好な不透明性及び反射特性を有するポリマー組成物を必要とする。LEDの用途に使用される種々の有用なポリマー組成物は公知であるが、これらには通常ポリフタルアミドのような重縮合ポリマーが含まれる。LEDの用途に使用される先行技術の組成物に関して注目される問題の一は、熱老化における黄変である。
LEDの構成要素は製造過程中に高温に暴露される。例えば、二次加工の工程中に、LEDの構成要素はエポキシポッティング化合物を硬化させるために約180℃に加熱される。LEDの構成要素はまた、はんだ付け作業が実施される間は260℃より高い温度に暴露される。更に、使用中には、自動車の構成要素のようなLEDの構成要素は、日常的に80℃より高い温度にさらされる。このような高温への暴露がLEDの構成要素を形成するのに使用されるポリマー組成物の黄変を引き起こす。
黄変は、青色LEDの場合特に重大な問題である。黄色の表面は青色の光を吸収する。したがって、黄色のリフレクターはかなり青色の光を吸収するので、役に立たないリフレクターである。
リフレクター業界においては長期間の高温への暴露に耐えうる重縮合ポリマー組成物が必要である。リフレクター業界においては熱老化において黄変しない重縮合ポリマー組成物が必要である。リフレクター業界においては、優れた不透明性及び反射特性を保持しつつ熱老化において黄変しない重縮合ポリマー組成物から形成されるリフレクター、リフレクター・カップ、及びスクランブラーが必要である。
これら及びその他の必要性は、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃より高い1種以上の重縮合ポリマーを20質量%以上含むポリマー組成物を提供する本発明のある種の実施態様により満たされる。組成物は、更にASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における熱撓み温度が80℃以下である1種以上のポリマーを0乃至5質量%含む。更に、ポリマー組成物は白色顔料及び黒色顔料を含む。
これら及びその他の必要性は更に、前述のポリマー組成物から形成される造形品を提供する本発明のある種の実施態様により満たされる。
これら及びその他の必要性はその上、該造形品がLED用のリフレクター、表面取り付けLED用のリフレクター・カップ、または7セグメント光LED用のスクランブラーである本発明のある種の実施態様により満たされる。
その上、これら及びその他の必要性は、前述のようなポリマー組成物を提供することを含む造形品を形成する方法により満たされる。
更に、これら及びその他の必要性は、白色に着色された重縮合ポリマー組成物の熱安定性を改良するために黒色顔料を使用することにより満たされる。
本発明のある種の実施態様においては、黒色顔料はカーボンブラックであり、白色顔料は二酸化チタンであって、重縮合ポリマーはポリフタルアミドである。
本発明はまた、リフレクター、リフレクター・カップ、及びスクランブラーに使用するのに原価効率のよい重縮合ポリマー組成物を提供する。本発明は、重縮合ポリマーの熱老化における黄変の長期間にわたる制限に取り組む。
本発明の追加の利点及び面は、本発明を実施するために考えられた最良の方法の説明のために、本発明の実施態様が示されかつ記載されている以下の詳細な記載から当業者には容易に明らかとなろう。記載されているように、本発明はその他の異なる実施態様が可能であり、その詳細はすべて本発明の精神から逸脱することなく種々の明白な点で変更が可能である。したがって、記載は限定的ではなく、本質的に例証的とみなされるべきである。
多くの用途において、高温に耐えうる、及び良好な強度を有し、多くの化学的な環境に耐性のあるポリマーが必要とされている。
本発明において使用するのに適するポリマーは重縮合エンジニアリングポリマーである。重縮合ポリマーは、繰り返す縮合反応から形成されるポリマーである。エンジニアリングポリマーは、0℃未満及び80℃より高い温度おける寸法安定性及び多くの機械的性質を有利に保持するプラスチックである。エンジニアリングポリマーは、木材、金属、ガラス、及びセラミックのような伝統的なエンジニアリング材料が通常直面する温度環境において荷重に耐え、酷使に耐えうる機能性製品に有利に形成されうる。
本発明のある種の実施態様に適する重縮合ポリマーは高温重縮合ポリマーである。高温重縮合ポリマーは、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度(HDT)が80℃より高い重縮合ポリマーと定義される。重縮合ポリマーの典型的な加熱たわみ温度を表1に示す。
本発明においては、予期せぬことに、重縮合ポリマー組成物への黒色顔料の添加が、LED構成要素のような組成物から形成される製品の熱老化により誘導される黄変に対して耐性を提供する。本発明によるポリマー組成物は、重縮合ポリマー、白色顔料、及び黒色顔料を含む。
本発明のある種の実施態様において使用するのに適する重縮合エンジニアリングポリマーには、ポリアリールエーテルスルホン、少なくとも部分的に芳香族のポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリールエーテルケトン、及びポリフェニレンスルフィドが含まれる。
本発明において使用するのに適するその他の少なくとも部分的に芳香族のポリアミドには、脂肪族ジカルボン酸と芳香族ジアミンとの反応から形成されるポリアミドが含まれる。芳香族ジアミンから形成される適する部分的に芳香族のポリアミドには、アジピン酸とm-キシレンジアミンの反応生成物が含まれる。そのような部分的に芳香族のポリアミドは、Solvay Advanced Polymers,L.L.C.からIXEF(登録商標)ポリアリールアミドとして入手しうる。
本発明によるポリマー組成物において使用するのに適するその他の芳香族重縮合ポリマーにはポリアリールエーテルスルホンが含まれる。本発明に使用されるポリアリールエーテルスルホンは、アリーレン単位が不規則的または規則的にエーテル及びスルホン結合とともに存在するポリアリーレン化合物と定義される。本発明の範囲内のスルホンポリマーの例には以下の構造式(1)〜(16)(式中、nは10以上の整数である。)が含まれる。一般的には、繰り返し単位の平均数nは30より大きく、典型的には、構造的構成要素に二次加工される際にポリマーの強力な物理的及び機械的団結性のために十分な高分子量を確保するために約40より大きい。
本発明の範囲内のポリマー組成物に含まれるその他の芳香族重縮合ポリマーには、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリールエーテルケトン、及びポリフェニレンスルフィドが含まれる。本発明の範囲内のポリマー組成物に含まれるポリアリールエーテルケトンはポリエーテルエーテルケトン(PEEK)である。PEEKは、以下の構造単位から形成されるポリマーである。
本発明のある種の実施態様においては、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重におけるHDTが80℃以下であるポリマーのポリマー組成物中の量は、ポリマー組成物の総質量に対して2.5質量%以下である。本発明のある種の別の実施態様においては、ポリマー組成物は、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重におけるHDTが80℃以下であるポリマーを実質的に含まない。
本発明のある種の実施態様においては、ポリマー組成物は実質的にポリカーボネートを含まない。
適する酸化亜鉛は、米国のZinc Corporationから入手しうるKADOX(登録商標)911である。本発明に適する二酸化チタンは、Kronos 2230のようなルチル型チタニアである。
ガラス繊維は、連続フィラメント、チョップト、及びミルドの形で市販されている。本発明の実施においてはいずれの形のガラス繊維でも使用しうる。本発明の実施態様に適するガラス繊維は、Vetrotex Certain Teed Corp.から入手しうるCERTAINTEED(登録商標)910ガラス繊維である。別の適するガラス繊維は、Saint Gobainから入手しうるガラス繊維0.3cm(1/8インチ)0.5cm(3/16インチ)である。適する酸化防止剤には、Ciba Specialty Chemicalsから入手しうるIRGANOX(登録商標)1098が含まれる。
本発明の追加の実施態様には、本明細書に記載したいずれかのポリマー組成物から製造される造形品が含まれる。本発明の組成物は、種々の造形品を形成するために、例えば溶融二次加工、射出成形、押出、及びブロー成形により成形しうる。本発明の範囲内の製品には、表面取り付けLED用のリフレクター・カップ、7セグメントLED用のスクランブラー(カバー)、及びいずれかのタイプのLED用のリフレクターのようなLED構成要素が含まれる。そのようなリフレクター、リフレクター・カップ、及びスクランブラーは、熱老化中の改良された抗黄変性を特徴とし、優れた不透明性及び反射特性を有する。本発明によるリフレクター・カップ(1)は、カップ(1)内に位置するLED要素(2)とともに図1に示されている。リフレクター・カップ(1)の形状は、光の反射を最適化するように変化させうる。リフレクター・カップのその他の一般的な形状には、放物面状、円錐状、及び半球状が含まれる。本発明によるLED用の7セグメントスクランブラー(3)は図2に示されている。
本発明の別の追加の実施態様は、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃より高い1種以上の重縮合ポリマーを20質量%以上含むポリマー組成物である。組成物は更に、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃以下である1種以上のポリマーを0乃至5質量%、及び白色顔料を含む。170℃における3時間の熱老化後、ポリマー組成物は420nmの波長において65%より高い反射率を有する。
本発明を実施例により更に記載しよう。実施例は本発明の代表例であり、本発明の範囲を限定しない。
実施例1のポリマー組成物の性質を表2に示す。
Claims (21)
- ポリマー組成物であって、
該組成物の全質量に基づいて20乃至90質量%の、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃より高い1種以上の重縮合ポリマー、ここで該重縮合ポリマーがポリアリールエーテルスルホン、少なくとも部分的に芳香族のポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリールエーテルケトン、及びポリフェニレンスルフィドからなる群から選択され;
該組成物の全質量に基づいて0乃至5質量%の、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃以下である1種以上のポリマー;
該組成物の全質量に基づいて4乃至30質量%の、白色顔料、ここで該白色顔料が二酸化チタンであり;及び
該組成物の全質量に基づいて0.0001乃至0.002質量%の黒色顔料、ここで該黒色顔料がカーボンブラックである、
を含むポリマー組成物。 - 該重縮合ポリマーが、少なくとも部分的に芳香族のポリアミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリエーテルイミド、及びポリアリールエーテルスルホンからなる群から選択される請求項1記載のポリマー組成物。
- 該重縮合ポリマーが少なくとも部分的に芳香族のポリアミド及びポリアリールエーテルスルホンからなる群から選択される、請求項2記載のポリマー組成物。
- 該重縮合ポリマーが少なくとも部分的に芳香族のポリアミドである、請求項3記載のポリマー組成物。
- 該少なくとも部分的に芳香族のポリアミドがポリフタルアミドである、請求項4記載のポリマー組成物。
- 該ポリフタルアミドが、テレフタル酸及び脂肪族ジアミン、及び任意に、その上にイソフタル酸及び/または脂肪族ジカルボン酸から形成されるポリフタルアミドである、請求項5記載のポリマー組成物。
- 該少なくとも部分的に芳香族のポリアミドが、脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジアミンから形成されるポリフタルアミドである請求項4記載のポリマー組成物。
- 該重縮合ポリマーがポリアリールエーテルスルホンである、請求項3記載のポリマー組成物。
- 該ポリアリールエーテルスルホンがポリスルホン、ポリエーテルスルホン及びポリフェニルスルホンからなる群から選ばれる、請求項8記載のポリマー組成物。
- 該ポリアリールエーテルスルホンがポリエーテルスルホンである、請求項9記載のポリマー組成物。
- 該重縮合ポリマーが、組成物の総質量に基づいて少なくとも40質量%の濃度で存在する請求項1〜10のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 該重縮合ポリマーが、組成物の総質量に基づいて75質量%以下の濃度で存在する請求項1〜11のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 該白色顔料が、組成物の総質量に基づいて少なくとも12質量%の濃度で存在する請求項1〜12のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 該白色顔料が、組成物の総質量に基づいて25質量%までの濃度で存在する請求項1〜13のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 該黒色顔料が組成物の総質量に基づいて少なくとも0.0005質量%の濃度で存在する請求項1〜14のいずれかに記載のポリマー組成物。
- 請求項1〜15のいずれかに記載の組成物から形成された造形品。
- 該造形品が、LED用のリフレクター、表面取り付けLED用のリフレクター・カップ、及び7セグメントLED用のスクランブラーからなる群から選択される請求項16記載の造形品。
- ポリマー組成物の熱安定性を改良するための、該ポリマー組成物の全質量に基づいて0.0001乃至0.002質量%の黒色顔料の使用であって、ここで該黒色顔料がカーボンブラックであり、該ポリマー組成物が、
該組成物の全質量に基づいて20乃至90質量%の、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃より高い1種以上の重縮合ポリマー、ここで該重縮合ポリマーがポリアリールエーテルスルホン、少なくとも部分的に芳香族のポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアリールエーテルケトン、及びポリフェニレンスルフィドからなる群から選択され;
該組成物の全質量に基づいて0乃至5質量%の、ASTM D648にしたがって測定した1.82MPaの荷重における加熱撓み温度が80℃以下である1種以上のポリマー;及び
該組成物の全質量に基づいて4乃至30質量%の、白色顔料、ここで該白色顔料が二酸化チタンである、
を含む、上記使用。 - 該重縮合ポリマーがポリアリールエーテルスルホン及び少なくとも部分的に芳香族のポリアミドからなる群から選択される、請求項18記載の使用。
- 該重縮合ポリマーがポリフタルアミドである、請求項19記載の使用。
- 170℃における3時間の熱老化後に420nmの波長における反射率が65%より大きい、請求項1記載のポリマー組成物。
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