JP5310326B2 - ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、その製造方法 - Google Patents

ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、その製造方法 Download PDF

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Description

本発明は靭性、特に低温での衝撃強度に極めて優れたポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、およびその製造方法に関するものである。
ポリフェニレンスルフィド(以下PPSと略すことがある)樹脂は優れた耐熱性、バリア性、耐薬品性、電気絶縁性、耐湿熱性などエンジニアリングプラスチックとしては好適な性質を有しており、射出成形、押出成形用を中心として各種電気・電子部品、機械部品および自動車部品などに使用されている。
しかし、PPS樹脂は、ナイロンやPBTなどの他のエンジニアリングプラスチックに比べ靭性が低く、適用が限定されているのが現状であり、その改良が強く望まれている。
これまで、PPS樹脂の靱性を改良する目的で、PPS樹脂とオレフィン系樹脂からなる樹脂組成物については、いくつか検討されている。
例えば、特許文献1には、ポリアリーレンスルフィド樹脂、官能基を有する熱可塑性エラストマー、3個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物からなる樹脂組成物が開示されている。しかし、樹脂組成物の製造方法については、一般的な手法が記載されているのみであり、この場合、ポリアリーレンスルフィド樹脂と3個以上のエポキシ基を有するエポキシ化合物との反応が十分に進行せず、相構造が安定化しないため、熱可塑性エラストマーを数平均分散粒子径500nm以下に微分散化することは困難であった。また、相構造が不安定であるが故に、溶融成形加工後における熱可塑性エラストマーの分散粒子径はさらに粗大化してしまうため、樹脂成形品の靭性、特に−40℃のような低温条件下におけるアイゾット衝撃強度が低く、その向上のためには、比較的大量の熱可塑性エラストマーを添加しなくてはいけない欠点があった。
特許文献2には、ポリアリーレンサルファイド樹脂、エチレン、α、β−不飽和カルボン酸アルキルエステルおよび無水マレイン酸からなるエチレン系共重合体、シラン化合物を含んでなる樹脂組成物が開示されている。しかし、樹脂組成物の製造方法については、一般的な手法が記載されているのみであり、この場合、ポリアリーレンサルファイド樹脂とシラン化合物との反応が不十分となり、相構造が安定化しないため、エチレン系共重合体を数平均分散粒子径500nm以下に微分散化することは困難であった。また、相構造が不安定であるが故に、溶融成形加工後におけるエチレン系共重合体の分散粒子径はさらに粗大化してしまい、これに伴って樹脂成形品の靭性、特に−40℃のような低温条件下におけるアイゾット衝撃強度が低く、その向上のためには、比較的大量の熱可塑性エラストマーを添加しなくてはいけない欠点があった。
特許文献3には、ポリアリーレンスルフィド樹脂、熱可塑性エラストマー、シランカップリング剤からなり、ポリアリーレンスルフィド樹脂相に熱可塑性エラストマーが0.5μm以下の重量平均粒子径で分散した樹脂組成物が開示されている。しかし、樹脂組成物の製造方法については、一般的な手法が記載されているのみであり、この場合、ポリアリーレンスルフィド樹脂とシラン化合物との反応が十分に進行せず、相構造が安定化しない。従って、仮に熱可塑性エラストマーが500nm以下に微分散化することが有ったとしても、溶融滞留時間が長くなった場合、あるいは溶融成形加工を繰り返した場合には、熱可塑性エラストマーの分散粒径が500nmを越える大きさに凝集・粗大化してしまうため、樹脂成形品の靭性、特に−40℃のような低温条件下におけるアイゾット衝撃強度が低く、その向上のためには、比較的大量の熱可塑性エラストマーを添加しなくてはいけない欠点があった。
特許文献4には、ポリフェニレンスルフィド、多官能性ブロック型イソシアネート、無水マレイン酸含有エチレン系共重合体からなる樹脂組成物が開示されている。しかし、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物については、何ら記載されていないし、樹脂組成物の製造方法については、一般的な手法が記載されているのみであった。従って、エチレン系共重合体を分散粒径500nm以下に微分散化することは困難であった。また、多官能性ブロック型イソシアネートは、官能基を有するアルコキシシラン化合物に比べ、ポリフェニレンスルフィドとの反応が十分に進行せず、相構造が安定化しないため、溶融成形加工後におけるエチレン系共重合体の分散粒径がさらに粗大化してしまう結果、樹脂成形品の靭性、特に−40℃のような低温条件下におけるアイゾット衝撃強度が低く、その向上のためには、比較的大量のエチレン系共重合体を添加しなくてはいけない欠点があった。
この様に、何れの特許文献においても、ポリフェニレンスルフィド樹脂とアミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などの官能基を有するアルコキシシラン化合物とを予め溶融混練した後、さらにカルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基などの官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練することにより、相構造が安定化し、オレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下に微分散化するとともに、射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、500nm以下で微分散化することについては何ら記載されていなかった。また、射出成形の前後を問わず、オレフィン系樹脂が安定して数平均分散粒子径500nm以下に微分散化しているが故に、−40℃におけるアイゾット衝撃強度が飛躍的に向上することについては何ら記載されていなかった。
特開2004−300272号公報(特許請求の範囲) 特開平5−202245号公報(特許請求の範囲) 特開2004―143372号公報(特許請求の範囲) 特許第3968840号公報(特許請求の範囲)
本発明はポリフェニレンスルフィド樹脂が本来有する耐薬品性や耐熱性、機械的強度を大きく損なうことなく、靭性、特に−40℃での衝撃強度に極めて優れたポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、およびその製造方法を得ることを課題とする。
そこで本発明者らは上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、ポリフェニレンスルフィド樹脂と、アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基などの官能基を有するアルコキシシラン化合物とを予め溶融混練した後、さらにカルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基などの官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練することにより、前記オレフィン系樹脂の分散粒径が500nm以下に微分散化するとともに、射出成形の前後を問わず、オレフィン系樹脂が安定して数平均分散粒子径500nm以下に微分散化する結果、−40℃におけるアイゾット衝撃強度が飛躍的に向上することを見出し本発明に到達した。
即ち、本発明は以下の通りである。
1.(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを予め溶融混練した後、さらに(b)官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練することを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
2.(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が、カルボキシル基および/または酸無水物基を有するエチレン・ブテン共重合体であることを特徴とする1に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
3.(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物がエポキシシクロヘキシル基またはイソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物であることを特徴とする1〜2のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
4.(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が、酸処理を施したポリフェニレンスルフィド樹脂であることを特徴とする1〜3のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
5.(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜85重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜15重量%からなることを特徴とする1〜4のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
6.(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、そのモルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造を有し、射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
7.(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTM D256に準じて測定)が300J/m以上であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
8.モルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造であることを特徴とする7に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
9.射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とする8に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
10.(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が、カルボキシル基および/または酸無水物基を有するエチレン・ブテン共重合体であることを特徴とする6〜9のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
11.(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物がエポキシシクロヘキシル基またはイソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物であることを特徴とする6〜10のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
12.(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が、酸処理を施したポリフェニレンスルフィド樹脂であることを特徴とする6〜11のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
13.(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜85重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜15重量%からなることを特徴とする6〜12のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
14.1〜5のいずれかに記載の製造方法で得られた(A')ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物もしくは6〜13のいずれかに記載の(A')ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物に、さらに(a')ポリフェニレンスルフィド樹脂を混合することを特徴とする(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
15.(a')ポリフェニレンスルフィド樹脂が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属分を合計して150ppm以上含有することを特徴とする14に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法、
16.1〜5、14〜15のいずれかに記載の製造方法により得られるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、そのモルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造を有し、射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
17.1〜5、14〜15のいずれかに記載の製造方法により得られるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTM D256に準じて測定)が300J/m以上であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
18.モルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造であることを特徴とする17に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
19.射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とする18に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物、
である。
本発明によれば、靭性、特に−40℃でのアイゾット衝撃強度に極めて優れたポリフェニレンスルフィド樹脂組成物が得られる。また、靱性に極めて優れるため、オレフィン系樹脂の組成が比較的少量でも高いアイゾット衝撃強度が発現し易いことから、ポリフェニレンスルフィド樹脂が本来有する耐薬品性や耐熱性、機械的強度を大きく損なうことなく、強靱なポリフェニレンスルフィド樹脂組成物が得られる。
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂
本発明で用いられる(a)PPS樹脂は、下記構造式(I)で示される繰り返し単位を有する重合体であり、
Figure 0005310326
耐熱性の観点からは上記構造式で示される繰り返し単位を含む重合体を70モル%以上、更には90モル%以上含む重合体が好ましい。また(a)PPS樹脂はその繰り返し単位の30モル%未満程度が、下記の構造を有する繰り返し単位等で構成されていてもよい。
Figure 0005310326
かかる構造を一部有するPPS共重合体は、融点が低くなるため、このような樹脂組成物は成形性の点で有利となる。
本発明で用いられる(a)PPS樹脂の溶融粘度に特に制限はないが、より優れた靭性を得る意味からその溶融粘度は高い方が好ましい。例えば80Pa・s(310℃、剪断速度1000/s)を越える範囲が好ましく、100Pa・s以上がさらに好ましく、150Pa・s以上がさらに好ましい。上限については溶融流動性保持の点から600Pa・s以下であることが好ましい。
なお、本発明における溶融粘度は、310℃、剪断速度1000/sの条件下、東洋精機社製キャピログラフを用いて測定した値である。
以下に、本発明に用いる(a)PPS樹脂の製造方法について説明するが、上記構造の(a)PPS樹脂が得られれば下記方法に限定されるものではない。
まず、製造方法において使用するポリハロゲン芳香族化合物、スルフィド化剤、重合溶媒、分子量調節剤、重合助剤および重合安定剤の内容について説明する。
[ポリハロゲン化芳香族化合物]
ポリハロゲン化芳香族化合物とは、1分子中にハロゲン原子を2個以上有する化合物をいう。具体例としては、p−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、1,3,5−トリクロロベンゼン、1,2,4−トリクロロベンゼン、1,2,4,5−テトラクロロベンゼン、ヘキサクロロベンゼン、2,5−ジクロロトルエン、2,5−ジクロロ-p-キシレン、1,4−ジブロモベンゼン、1,4−ジヨードベンゼン、1−メトキシ−2,5−ジクロロベンゼンなどのポリハロゲン化芳香族化合物が挙げられ、好ましくはp−ジクロロベンゼンが用いられる。また、異なる2種以上のポリハロゲン化芳香族化合物を組み合わせて共重合体とすることも可能であるが、p−ジハロゲン化芳香族化合物を主要成分とすることが好ましい。
ポリハロゲン化芳香族化合物の使用量は、加工に適した粘度の(a)PPS樹脂を得る点から、スルフィド化剤1モル当たり0.9から2.0モル、好ましくは0.95から1.5モル、更に好ましくは1.005から1.2モルの範囲が例示できる。
[スルフィド化剤]
スルフィド化剤としては、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、および硫化水素が挙げられる。
アルカリ金属硫化物の具体例としては、例えば硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化ルビジウム、硫化セシウムおよびこれら2種以上の混合物を挙げることができ、なかでも硫化ナトリウムが好ましく用いられる。これらのアルカリ金属硫化物は、水和物または水性混合物として、あるいは無水物の形で用いることができる。
アルカリ金属水硫化物の具体例としては、例えば水硫化ナトリウム、水硫化カリウム、水硫化リチウム、水硫化ルビジウム、水硫化セシウムおよびこれら2種以上の混合物を挙げることができ、なかでも水硫化ナトリウムが好ましく用いられる。これらのアルカリ金属水硫化物は、水和物または水性混合物として、あるいは無水物の形で用いることができる。
また、アルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物から、反応系においてin situで調製されるアルカリ金属硫化物も用いることができる。また、アルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物からアルカリ金属硫化物を調整し、これを重合槽に移して用いることができる。
あるいは、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物と硫化水素から反応系においてin situで調製されるアルカリ金属硫化物も用いることができる。また、水酸化リチウム、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物と硫化水素からアルカリ金属硫化物を調整し、これを重合槽に移して用いることができる。
仕込みスルフィド化剤の量は、脱水操作などにより重合反応開始前にスルフィド化剤の一部損失が生じる場合には、実際の仕込み量から当該損失分を差し引いた残存量を意味するものとする。
なお、スルフィド化剤と共に、アルカリ金属水酸化物および/またはアルカリ土類金属水酸化物を併用することも可能である。アルカリ金属水酸化物の具体例としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化リチウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウムおよびこれら2種以上の混合物を好ましいものとして挙げることができ、アルカリ土類金属水酸化物の具体例としては、例えば水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウムなどが挙げられ、なかでも水酸化ナトリウムが好ましく用いられる。
スルフィド化剤として、アルカリ金属水硫化物を用いる場合には、アルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましいが、この使用量はアルカリ金属水硫化物1モルに対し0.95から1.20モル、好ましくは1.00から1.15モル、更に好ましくは1.005から1.100モルの範囲が例示できる。
[重合溶媒]
重合溶媒としては有機極性溶媒を用いるのが好ましい。具体例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドンなどのN−アルキルピロリドン類、N−メチル−ε−カプロラクタムなどのカプロラクタム類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホキシドなどに代表されるアプロチック有機溶媒、およびこれらの混合物などが挙げられ、これらはいずれも反応の安定性が高いために好ましく使用される。これらのなかでも、特にN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略記することもある)が好ましく用いられる。
有機極性溶媒の使用量は、スルフィド化剤1モル当たり2.0モルから10モル、好ましくは2.25から6.0モル、より好ましくは2.5から5.5モルの範囲が選ばれる。
[分子量調節剤]
生成する(a)PPS樹脂の末端を形成させるか、あるいは重合反応や分子量を調節するなどのために、モノハロゲン化合物(必ずしも芳香族化合物でなくともよい)を、上記ポリハロゲン化芳香族化合物と併用することができる。
[重合助剤]
比較的高重合度の(a)PPS樹脂をより短時間で得るために重合助剤を用いることも好ましい態様の一つである。ここで重合助剤とは得られる(a)PPS樹脂の粘度を増大させる作用を有する物質を意味する。このような重合助剤の具体例としては、例えば有機カルボン酸塩、水、アルカリ金属塩化物、有機スルホン酸塩、硫酸アルカリ金属塩、アルカリ土類金属酸化物、アルカリ金属リン酸塩およびアルカリ土類金属リン酸塩などが挙げられる。これらは単独であっても、また2種以上を同時に用いることもできる。なかでも、有機カルボン酸塩、水、およびアルカリ金属塩化物が好ましく、さらに有機カルボン酸塩としてはアルカリ金属カルボン酸塩が、アルカリ金属塩化物としては塩化リチウムが好ましい。
上記アルカリ金属カルボン酸塩とは、一般式R(COOM)n(式中、Rは、炭素数1〜20を有するアルキル基、シクロアルキル基、アリール基、アルキルアリール基またはアリールアルキル基である。Mは、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウムおよびセシウムから選ばれるアルカリ金属である。nは1〜3の整数である。)で表される化合物である。アルカリ金属カルボン酸塩は、水和物、無水物または水溶液としても用いることができる。アルカリ金属カルボン酸塩の具体例としては、例えば、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、プロピオン酸ナトリウム、吉草酸リチウム、安息香酸ナトリウム、フェニル酢酸ナトリウム、p−トルイル酸カリウム、およびそれらの混合物などを挙げることができる。
アルカリ金属カルボン酸塩は、有機酸と、水酸化アルカリ金属、炭酸アルカリ金属塩および重炭酸アルカリ金属塩よりなる群から選ばれる一種以上の化合物とを、ほぼ等化学当量ずつ添加して反応させることにより形成させてもよい。上記アルカリ金属カルボン酸塩の中で、リチウム塩は反応系への溶解性が高く助剤効果が大きいが高価であり、カリウム、ルビジウムおよびセシウム塩は反応系への溶解性が不十分であると思われるため、安価で、重合系への適度な溶解性を有する酢酸ナトリウムが最も好ましく用いられる。
これらアルカリ金属カルボン酸塩を重合助剤として用いる場合の使用量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モルに対し、通常0.01モル〜2モルの範囲であり、より高い重合度を得る意味においては0.1〜0.6モルの範囲が好ましく、0.2〜0.5モルの範囲がより好ましい。
また水を重合助剤として用いる場合の添加量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モルに対し、通常0.3モル〜15モルの範囲であり、より高い重合度を得る意味においては0.6〜10モルの範囲が好ましく、1〜5モルの範囲がより好ましい。
これら重合助剤は2種以上を併用することももちろん可能であり、例えばアルカリ金属カルボン酸塩と水を併用すると、それぞれより少量で高分子量化が可能となる。
これら重合助剤の添加時期には特に指定はなく、後述する前工程時、重合開始時、重合途中のいずれの時点で添加してもよく、また複数回に分けて添加してもよいが、重合助剤としてアルカリ金属カルボン酸塩を用いる場合は前工程開始時或いは重合開始時に同時に添加することが、添加が容易である点からより好ましい。また水を重合助剤として用いる場合は、ポリハロゲン化芳香族化合物を仕込んだ後、重合反応途中で添加することが効果的である。
[重合安定剤]
重合反応系を安定化し、副反応を防止するために、重合安定剤を用いることもできる。重合安定剤は、重合反応系の安定化に寄与し、望ましくない副反応を抑制する。副反応の一つの目安としては、チオフェノールの生成が挙げられ、重合安定剤の添加によりチオフェノールの生成を抑えることができる。重合安定剤の具体例としては、アルカリ金属水酸化物、アルカリ金属炭酸塩、アルカリ土類金属水酸化物、およびアルカリ土類金属炭酸塩などの化合物が挙げられる。そのなかでも、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および水酸化リチウムなどのアルカリ金属水酸化物が好ましい。上述のアルカリ金属カルボン酸塩も重合安定剤として作用するので、重合安定剤の一つに入る。また、スルフィド化剤としてアルカリ金属水硫化物を用いる場合には、アルカリ金属水酸化物を同時に使用することが特に好ましいことを前述したが、ここでスルフィド化剤に対して過剰となるアルカリ金属水酸化物も重合安定剤となり得る。
これら重合安定剤は、それぞれ単独で、あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。重合安定剤は、仕込みアルカリ金属硫化物1モルに対して、通常0.02〜0.2モル、好ましくは0.03〜0.1モル、より好ましくは0.04〜0.09モルの割合で使用することが好ましい。この割合が少ないと安定化効果が不十分であり、逆に多すぎても経済的に不利益であったり、ポリマー収率が低下する傾向となる。
重合安定剤の添加時期には特に指定はなく、後述する前工程時、重合開始時、重合途中のいずれの時点で添加してもよく、また複数回に分けて添加してもよいが、前工程開始時或いは重合開始時に同時に添加することが容易である点からより好ましい。
次に、本発明に用いる(a)PPS樹脂の好ましい製造方法について、前工程、重合反応工程、回収工程、および後処理工程と、順を追って具体的に説明するが、勿論この方法に限定されるものではない。
[前工程]
(a)PPS樹脂の製造方法において、スルフィド化剤は通常水和物の形で使用されるが、ポリハロゲン化芳香族化合物を添加する前に、有機極性溶媒とスルフィド化剤を含む混合物を昇温し、過剰量の水を系外に除去することが好ましい。
また、上述したように、スルフィド化剤として、アルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物から、反応系においてin situで、あるいは重合槽とは別の槽で調製されるスルフィド化剤も用いることができる。この方法には特に制限はないが、望ましくは不活性ガス雰囲気下、常温〜150℃、好ましくは常温から100℃の温度範囲で、有機極性溶媒にアルカリ金属水硫化物とアルカリ金属水酸化物を加え、常圧または減圧下、少なくとも150℃以上、好ましくは180〜260℃まで昇温し、水分を留去させる方法が挙げられる。この段階で重合助剤を加えてもよい。また、水分の留去を促進するために、トルエンなどを加えて反応を行ってもよい。
重合反応における、重合系内の水分量は、仕込みスルフィド化剤1モル当たり0.3〜10.0モルであることが好ましい。ここで重合系内の水分量とは重合系に仕込まれた水分量から重合系外に除去された水分量を差し引いた量である。また、仕込まれる水は、水、水溶液、結晶水などのいずれの形態であってもよい。
[重合反応工程]
有機極性溶媒中でスルフィド化剤とポリハロゲン化芳香族化合物とを200℃以上290℃未満の温度範囲内で反応させることにより(a)PPS樹脂を製造する。
重合反応工程を開始するに際しては、望ましくは不活性ガス雰囲気下、常温〜240℃、好ましくは100〜230℃の温度範囲で、有機極性溶媒とスルフィド化剤とポリハロゲン化芳香族化合物を混合する。この段階で重合助剤を加えてもよい。これらの原料の仕込み順序は、順不同であってもよく、同時であってもさしつかえない。
かかる混合物を通常200℃〜290℃の範囲に昇温する。昇温速度に特に制限はないが、通常0.01〜5℃/分の速度が選択され、0.1〜3℃/分の範囲がより好ましい。
一般に、最終的には250〜290℃の温度まで昇温し、その温度で通常0.25〜50時間、好ましくは0.5〜20時間反応させる。
最終温度に到達させる前の段階で、例えば200℃〜260℃で一定時間反応させた後、270〜290℃に昇温する方法は、より高い重合度を得る上で有効である。この際、200℃〜260℃での反応時間としては、通常0.25時間から20時間の範囲が選択され、好ましくは0.25〜10時間の範囲が選ばれる。
なお、より高重合度のポリマーを得るためには、複数段階で重合を行うことが有効である場合がある。複数段階で重合を行う際は、245℃における系内のポリハロゲン化芳香族化合物の転化率が、40モル%以上、好ましくは60モル%に達した時点であることが有効である。
なお、ポリハロゲン化芳香族化合物(ここではPHAと略記)の転化率は、以下の式で算出した値である。PHA残存量は、通常、ガスクロマトグラフ法によって求めることができる。
(A)ポリハロゲン化芳香族化合物をアルカリ金属硫化物に対しモル比で過剰に添加した場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)−PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)−PHA過剰量(モル)〕
(B)上記(A)以外の場合
転化率=〔PHA仕込み量(モル)−PHA残存量(モル)〕/〔PHA仕込み量(モル)〕
[回収工程]
(a)PPS樹脂の製造方法においては、重合終了後に、重合体、溶媒などを含む重合反応物から固形物を回収する。回収方法については、公知の如何なる方法を採用しても良い。
例えば、重合反応終了後、徐冷して粒子状のポリマーを回収する方法を用いても良い。この際の徐冷速度には特に制限は無いが、通常0.1℃/分〜3℃/分程度である。徐冷工程の全行程において同一速度で徐冷する必要はなく、ポリマー粒子が結晶化析出するまでは0.1〜1℃/分、その後1℃/分以上の速度で徐冷する方法などを採用しても良い。
また上記の回収を急冷条件下に行うことも好ましい方法の一つであり、この回収方法の好ましい一つの方法としてはフラッシュ法が挙げられる。フラッシュ法とは、重合反応物を高温高圧(通常250℃以上、8kg/cm以上)の状態から常圧もしくは減圧の雰囲気中へフラッシュさせ、溶媒回収と同時に重合体を粉末状にして回収する方法であり、ここでいうフラッシュとは、重合反応物をノズルから噴出させることを意味する。フラッシュさせる雰囲気は、具体的には例えば常圧中の窒素または水蒸気が挙げられ、その温度は通常150℃〜250℃の範囲が選ばれる。
[後処理工程]
(a)PPS樹脂は、上記重合、回収工程を経て生成した後、酸処理、熱水処理または有機溶媒による洗浄を施されたものであってもよい。
酸処理を行う場合は次のとおりである。(a)PPS樹脂の酸処理に用いる酸は、(a)PPS樹脂を分解する作用を有しないものであれば特に制限はなく、酢酸、塩酸、硫酸、リン酸、珪酸、炭酸およびプロピル酸などが挙げられ、なかでも酢酸および塩酸がより好ましく用いられるが、硝酸のような(a)PPS樹脂を分解、劣化させるものは好ましくない。
酸処理の方法は、酸または酸の水溶液に(a)PPS樹脂を浸漬せしめるなどの方法があり必要により適宜撹拌または加熱することも可能である。例えば、酢酸を用いる場合、PH4の水溶液を80〜200℃に加熱した中にPPS樹脂粉末を浸漬し、30分間撹拌することにより十分な効果が得られる。処理後のPHは4以上例えばPH4〜8程度となっても良い。酸処理を施された(a)PPS樹脂は残留している酸または塩などを除去するため、水または温水で数回洗浄することが好ましい。洗浄に用いる水は、酸処理による(a)PPS樹脂の好ましい化学的変性の効果を損なわない意味で、蒸留水、脱イオン水であることが好ましい。
熱水処理を行う場合は次のとおりである。(a)PPS樹脂を熱水処理するにあたり、熱水の温度を100℃以上、より好ましくは120℃以上、さらに好ましくは150℃以上、特に好ましくは170℃以上とすることが好ましい。100℃未満では(a)PPS樹脂の好ましい化学的変性の効果が小さいため好ましくない。
熱水洗浄による(a)PPS樹脂の好ましい化学的変性の効果を発現するため、使用する水は蒸留水あるいは脱イオン水であることが好ましい。熱水処理の操作に特に制限は無く、所定量の水に所定量の(a)PPS樹脂を投入し、圧力容器内で加熱、撹拌する方法、連続的に熱水処理を施す方法などにより行われる。(a)PPS樹脂と水との割合は、水の多い方が好ましいが、通常、水1リットルに対し、(a)PPS樹脂200g以下の浴比が選ばれる。
また、処理の雰囲気は、末端基の分解が好ましくないので、これを回避するため不活性雰囲気下とすることが望ましい。さらに、この熱水処理操作を終えた(a)PPS樹脂は、残留している成分を除去するため温水で数回洗浄するのが好ましい。
有機溶媒で洗浄する場合は次のとおりである。(a)PPS樹脂の洗浄に用いる有機溶媒は、(a)PPS樹脂を分解する作用などを有しないものであれば特に制限はなく、例えばN−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、1,3−ジメチルイミダゾリジノン、ヘキサメチルホスホラスアミド、ピペラジノン類などの含窒素極性溶媒、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホランなどのスルホキシド・スルホン系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトン、アセトフェノンなどのケトン系溶媒、ジメチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジオキサン、テトラヒドロフランなどのエーテル系溶媒、クロロホルム、塩化メチレン、トリクロロエチレン、2塩化エチレン、パークロルエチレン、モノクロルエタン、ジクロルエタン、テトラクロルエタン、パークロルエタン、クロルベンゼンなどのハロゲン系溶媒、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、フェノール、クレゾール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのアルコール・フェノール系溶媒およびベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素系溶媒などが挙げられる。これらの有機溶媒のうちでも、N−メチル−2−ピロリドン、アセトン、ジメチルホルムアミドおよびクロロホルムなどの使用が特に好ましい。また、これらの有機溶媒は、1種類または2種類以上の混合で使用される。
有機溶媒による洗浄の方法としては、有機溶媒中に(a)PPS樹脂を浸漬せしめるなどの方法があり、必要により適宜撹拌または加熱することも可能である。有機溶媒で(a)PPS樹脂を洗浄する際の洗浄温度については特に制限はなく、常温〜300℃程度の任意の温度が選択できる。洗浄温度が高くなる程洗浄効率が高くなる傾向があるが、通常は常温〜150℃の洗浄温度で十分効果が得られる。圧力容器中で、有機溶媒の沸点以上の温度で加圧下に洗浄することも可能である。また、洗浄時間についても特に制限はない。洗浄条件にもよるが、バッチ式洗浄の場合、通常5分間以上洗浄することにより十分な効果が得られる。また連続式で洗浄することも可能である。
本発明においては、PPS中にアルカリ金属やCaなどのアリカリ土類金属を導入したPPSを用いても良い。かかるアルカリ金属、アルカリ土類金属を導入する方法としては、上記前工程の前、前工程中、前工程後にアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を添加する方法、重合行程前、重合行程中、重合行程後に重合釜内にアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を添加する方法、あるいは上記洗浄工程の最初、中間、最後の段階でアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を添加する方法などが挙げられる。中でももっとも容易な方法としては、有機溶剤洗浄や、温水または熱水洗浄で残留オリゴマーや残留塩を除いた後にアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩を添加する方法が挙げられる。アルカリ金属、アルカリ土類金属は、酢酸塩、水酸化物、炭酸塩などのアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオンの形でPPS中に導入するのが好ましい。また過剰のアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩は温水洗浄などにより取り除く方が好ましい。上記アルカリ金属、アルカリ土類金属導入の際のアルカリ金属イオン、アルカリ土類金属イオン濃度としてはPPS1gに対して0.001mmol以上が好ましく、0.01mmol以上がより好ましい。温度としては、50℃以上が好ましく、75℃以上がより好ましく、90℃以上が特に好ましい。上限温度は特にないが、操作性の観点から通常280℃以下が好ましい。浴比(乾燥PPS重量に対する洗浄液重量)としては0.5以上が好ましく、3以上がより好ましく、5以上が更に好ましい。
本発明においては、靱性に極めて優れたポリフェニレンスルフィド樹脂組成物を得る観点から、有機溶媒洗浄と80℃程度の温水または前記した熱水洗浄を数回繰り返すことにより残留オリゴマーや残留塩を除いた後、酸処理もしくはアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩で処理する方法が好ましく、さらに酸処理する方法が特に好ましい。
(a)PPS樹脂は、重合終了後に酸素雰囲気下においての加熱および過酸化物などの架橋剤を添加しての加熱による熱酸化架橋処理により高分子量化して用いることも可能である。
熱酸化架橋による高分子量化を目的として乾式熱処理する場合には、その温度は160〜260℃が好ましく、170〜250℃の範囲がより好ましい。また、酸素濃度は5体積%以上、更には8体積%以上とすることが望ましい。酸素濃度の上限には特に制限はないが、50体積%程度が限界である。処理時間は、0.5〜100時間が好ましく、1〜50時間がより好ましく、2〜25時間がさらに好ましい。加熱処理の装置は通常の熱風乾燥機でもまた回転式あるいは撹拌翼付の加熱装置であってもよいが、効率よく、しかもより均一に処理する場合は、回転式あるいは撹拌翼付の加熱装置を用いるのがより好ましい。
また、熱酸化架橋を抑制し、揮発分除去を目的として乾式熱処理を行うことが可能である。その温度は130〜250℃が好ましく、160〜250℃の範囲がより好ましい。また、この場合の酸素濃度は5体積%未満、更には2体積%未満とすることが望ましい。処理時間は、0.5〜50時間が好ましく、1〜20時間がより好ましく、1〜10時間がさらに好ましい。加熱処理の装置は通常の熱風乾燥機でもまた回転式あるいは撹拌翼付の加熱装置であってもよいが、効率よく、しかもより均一に処理する場合は、回転式あるいは撹拌翼付の加熱装置を用いるのがより好ましい。
但し、(a)PPS樹脂は、靭性の目標を達成するために熱酸化架橋処理による高分子量化を行わない実質的に直鎖状のPPSであることが好ましい。また本発明で用いる好ましい(a)PPS樹脂としては、東レ(株)製M2588、M2100、M2900などが挙げられ、これらを単独、もしくは溶融粘度の異なる複数を混合して使用しても良い。
本発明で用いられる(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂とは、オレフィンを重合もしくは共重合したオレフィン重合体にカルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基などの官能基を有する単量体成分を導入して得られるオレフィン系樹脂が挙げられる。
オレフィン重合体もしくは共重合体の例としては、エチレン、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、1−ウンデセン、1−ドデセン、1−トリデセン、1−テトラデセン、1−ペンタデセン、1−ヘキサデセン、1−ヘプタデセン、1−オクタデセン、1−ノナデセン、1−エイコセン、3−メチル−1−ブテン、3−メチル−1−ペンテン、3−エチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ペンテン、4−メチル−1−ヘキセン、4,4ジメチル−1−ヘキセン、4,4ジメチル−1−ペンテン、4−エチル−1−ヘキセン、3−エチル−1−ヘキセン、9−メチル−1−デセン、11−メチル−1−ドデセン、12−エチル−1−テトラデセンなどのα−オレフィン単独または2種以上を重合して得られる重合体、α−オレフィンとアクリル酸、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、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチルなどのα、β−不飽和カルボン酸およびそのアルキルエステルとの共重合体などが挙げられる。オレフィン重合体もしくは共重合体の好適な具体例としては、炭素数6〜12のα−オレフィンを用いたエチレン・α−オレフィン共重合体が挙げられる。中でもエチレン・1−ブテン共重合体がより好ましい。
本発明で好適に用いられる前記エチレン・α−オレフィン共重合体は、密度が0.880g/cm以下であることが好ましく、0.830〜0.880g/cmの範囲がより好ましく、特に0.850〜0.875g/cmの範囲がさらに好ましい。また、ガラス転移温度(JISK7121に準じて測定)は−40℃以下であることが好ましい。
(b)オレフィン系樹脂が含有する官能基としては、(a)PPS樹脂との親和性が高いという観点から、カルボキシル基、酸無水物基が好ましく、前記オレフィン重合体もしくは共重合体に、カルボキシル基およびその塩、酸無水物基などの官能基を有する単量体成分を導入するための官能基含有成分の例としては、無水マレイン酸、無水フマル酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸、エンドビシクロ−(2,2,1)−5−ヘプテン−2,3−ジカルボン酸無水物などの酸無水物基を含有する単量体などが挙げられる。これら官能基含有成分を導入する方法は特に制限は無く、共重合させたり、オレフィン重合体もしくは共重合体にラジカル開始剤を用いてグラフト導入するなどの方法を用いることができる。官能基を含有する単量体成分の導入量は、オレフィン重合体もしくは共重合体に対して0.001〜40モル%、好ましくは0.01〜35モル%の範囲内であるのが適当である。
(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物
本発明で用いられるアミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物の内、アミノ基を有するアルコキシシラン化合物としては、一分子中にアミノ基を1個以上有し、アルコキシ基を2個あるいは3個有するシラン化合物で有ればいずれのものでも有効である。例えば、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、γ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシランなどが挙げられる。エポキシ基を有するアルコキシシラン化合物としては、一分子中にエポキシ基を1個以上有し、アルコキシ基を2個あるいは3個有するシラン化合物で有ればいずれのものでも有効である。例えば、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリエトキシシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシランなどが挙げられる。イソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物としては、一分子中にイソシアネート基を1個以上有し、アルコキシ基を2個あるいは3個有するシラン化合物で有ればいずれのものでも有効である。例えば、γ−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルメチルジメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルメチルジエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルエチルジメトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルエチルジエトキシシラン、γ−イソシアネートプロピルトリクロロシランなどが挙げられる。中でも安定した高い靱性向上効果を得る上で、エポキシシクロヘキシル基またはイソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物であることが好ましく、さらにイソシアネート基を含有するアルコキシシラン化合物であることがより好ましい。
本発明における(a)PPS樹脂と(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の配合割合は、(a)と(b)の合計を100重量%として、(a)/(b)=99〜60重量%/1〜40重量%の範囲であり、(a)/(b)=99〜85重量%/1〜15重量%の範囲が好ましく、(a)/(b)=93〜85重量%/7〜15重量%の範囲がさらに好ましい。なお、(a)PPS樹脂が99重量%を越える範囲では低温靱性向上効果に乏しく、(a)PPS樹脂が60重量%未満では剛性、耐熱性、耐薬品性、押出性、溶融流動性が著しく阻害されてしまうため好ましくない。
本発明における(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物の配合量は、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂と(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量部に対し、0.1〜10重量部の範囲であり、0.2〜5重量部の範囲が好ましく、0.3〜3重量部の範囲がより好ましい。(c)成分の配合量が0.1重量部を下回る場合、安定した高い低温靱性を得ることが難しく、(c)成分の配合量が10重量部を越える範囲では、溶融流動性が阻害されてしまうため好ましくない。
本発明のPPS樹脂組成物は、(a)PPS樹脂が本来有する優れた耐熱性、耐薬品性とともに、優れた靭性を有するものである。かかる特性を発現させるためには、モルフォロジーにおいて、(a)PPS樹脂が海相(連続相あるいはマトリックス)を形成し、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が島相(分散相)を形成することが必要である。さらに、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下であることが必須であり、好ましくは400nm以下、更には300nm以下が特に好ましい。下限としては生産性の点から1nm以上であることが好ましい。(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nmを越える範囲であると、靱性向上効果および耐薬品性が著しく損なわれるため好ましくない。
また、本発明のPPS樹脂組成物は、溶融滞留の回数や時間が増加した際、あるいは溶融成形加工を繰り返した際にも、安定して優れた靱性を発現するものである。かかる特性を発現させるためには、一度射出成形した後にその成形片を粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、(a)PPS樹脂が海相(連続相あるいはマトリックス)を形成し、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が島相(分散相)を形成することが必要である。さらに、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下であることが必須であり、好ましくは400nm以下、更には300nm以下であることが特に好ましい。下限としては生産性の点から1nm以上であることが好ましい。(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nmを越える範囲であると、靱性向上効果が著しく損なわれるため好ましくない。
なおここでいう数平均分散粒子径は、(a)PPS樹脂の融解ピーク温度+20℃の成形温度でASTM1号ダンベル試験片を成形し、その中心部から−20℃にて0.1μm以下の薄片をダンベル片の断面積方向に切削し、日立製作所製H−7100型透過型電子顕微鏡(分解能(粒子像)0.38nm、倍率50〜60万倍)にて、1万倍に拡大して観察した際の任意の100個の、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の分散部分について、まずそれぞれの最大径と最小径を測定して平均値をその分散粒子径とし、その後それらの平均値を求めた数平均分散粒子径である。
本発明の別のPPS樹脂組成物は、(a)PPS樹脂が本来有する優れた耐熱性、耐薬品性、バリア性とともに、優れた靭性を有するものであり、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTMD256に準じて測定)が300J/m以上である必要があり、好ましくは350J/m以上であり、400J/m以上で有ることがさらに好ましい。また、(a)と(b)の合計を100重量%として、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種以上の官能基を有するオレフィン系樹脂が、15重量%以下である場合にも、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTMD256に準じて測定)が300J/m以上である必要がある。
また、本発明の別のPPS樹脂組成物は、(a)PPS樹脂が本来有する優れた耐熱性、耐薬品性、バリア性とともに、優れた靭性を有するものである。かかる特性を発現させるためには、モルフォロジーにおいて、(a)PPS樹脂が海相(連続相あるいはマトリックス)を形成し、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が島相(分散相)を形成することが好ましい。さらに、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下であることが好ましく、より好ましくは400nm以下、更には300nm以下が特に好ましい。下限としては生産性の点から1nm以上であることが好ましい。(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nmを越える範囲であると、靱性向上効果および耐薬品性が著しく損なわれるため好ましくない。
また、本発明の別のPPS樹脂組成物は、溶融滞留の回数や時間が増加した際、あるいは溶融成形加工を繰り返した際にも、安定して優れた靱性を発現するものである。かかる特性を発現させるためには、一度射出成形した後に、その成形片を粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、(a)PPS樹脂が海相(連続相あるいはマトリックス)を形成し、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が島相(分散相)を形成することが好ましい。さらに、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下であることが望ましく、好ましくは400nm以下、更には300nm以下であることが特に好ましい。下限としては生産性の点から1nm以上であることが好ましい。(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nmを越える範囲であると、靱性向上効果が著しく損なわれるため好ましくない。
なおここでいう数平均分散粒子径は、(a)PPS樹脂の融解ピーク温度+20℃の成形温度でASTM1号ダンベル試験片を成形し、その中心部から−20℃にて0.1μm以下の薄片をダンベル片の断面積方向に切削し、日立製作所製H−7100型透過型電子顕微鏡(分解能(粒子像)0.38nm、倍率50〜60万倍)にて、1万倍に拡大して観察した際の任意の100個の、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の分散部分について、まずそれぞれの最大径と最小径を測定して平均値をその分散粒子径とし、その後それらの平均値を求めた数平均分散粒子径である。
樹脂組成物の製造方法
(A)PPS樹脂組成物の製造方法としては、単軸、二軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダー、及びミキシングロールなど通常公知の溶融混練機に原料を供給して、(a)PPS樹脂の融解ピーク温度+5〜100℃の加工温度で溶融混練する方法などを代表例として挙げることができる。この際、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の分散をより細かくするには、二軸の押出機を使用し、せん断力を比較的強くすることが好ましい。具体的には、L/D(L:スクリュー長さ、D:スクリュー直径)が20以上であり、ニーディング部を2箇所以上有する二軸押出機を使用し、スクリュー回転数を200〜500回転/分として、混合時の樹脂温度が(a)PPS樹脂の融解ピーク温度+10〜70℃となるように混練する方法などを好ましく用いることができる。
射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下である(A)PPS樹脂組成物、または、300J/m以上の高い−40℃アイゾット衝撃強度が発現する(A)PPS樹脂組成物を得るためには、溶融混練時における原料の配合順序が特に重要である。即ち、(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練した後、さらに(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練することが必要である。これにより、(a)PPS樹脂、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂、(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物を一括して溶融混練した場合に比較して、(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物の反応が促進される結果、相構造が安定化し、溶融成形加工を繰り返した後にも(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の数平均分散粒子径が500nm以下に保持される。また、300J/m以上の高い−40℃アイゾット衝撃強度が発現する。
なお、この際、(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合し予め溶融混練してペレット化した後、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂と配合してさらに溶融混練することも可能であるし、(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練中に、サイドフィーダーを用いて(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂を押出機の途中から供給して溶融混練することも可能である。
(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合し予め溶融混練してペレット化した後、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂と配合してさらに溶融混練する前者の場合、(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合し予め溶融混練する際に、せん断力を比較的強くすることが好ましい。具体的には、L/D(L:スクリュー長さ、D:スクリュー直径)が20以上、好ましくは30以上であり、ニーディング部を2箇所以上、好ましくは3箇所以上有する二軸押出機を使用し、スクリュー回転数を200〜500回転/分、好ましくは300〜500回転/分として混練する方法などを好ましく用いることができる。
(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練中に、サイドフィーダーを用いて(b)官能基を有するオレフィン系樹脂を押出機の途中から供給して溶融混練する後者の場合、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂を、サイドフィーダーにより供給する以前に、(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを、比較的強いせん断力により溶融混練することが好ましい。具体的に、(a)PPS樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを予め溶融混練する押出機部分のL/D(L:スクリュー長さ、D:スクリュー直径)が20以上、好ましくは30以上であり、ニーディング部を2箇所以上、好ましくは3箇所以上配した二軸押出機を用い、スクリュー回転数を200〜500回転/分、好ましくは300〜500回転/分として混練する方法などを好ましく用いることができる。
また、一部の(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合し予め溶融混練してから、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂と、残りの(a)PPS樹脂とを配合して、さらに溶融混練することも可能である。
なお、(a)PPS樹脂については、溶融粘度や後処理行程の異なるPPS樹脂を適宜併用することが可能である。即ち、(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練する際に、溶融粘度や後処理行程の異なるPPS樹脂を併用することが可能であるし、一部の(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練した後、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂と、溶融粘度や後処理行程の異なる残りのPPS樹脂とをさらに溶融混練することも勿論可能である。
さらに、(a)PPS樹脂と(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物とを配合して予め溶融混練した後、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練した(A')PPS樹脂組成物に、(a')PPS樹脂を混合、希釈して(A)PPS樹脂組成物とすることは、系の溶融粘度を低下させ、成形サイクル短縮による生産性向上や成形温度低下によるエネルギーコスト節約を図る観点から、好ましい方法として例示できる。
(a')PPS樹脂を混合する方法としては、(A')PPS樹脂組成物と(a')PPS樹脂を溶融混練する方法、(A')PPS樹脂組成物に(a')PPS樹脂をドライブレンドして溶融成形加工に供する方法などを挙げることができるが、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の熱履歴、熱劣化を最小限に留める観点から、(a')PPS樹脂をドライブレンドして溶融成形加工に供する後者の方法がより好ましい。
(a')PPS樹脂の混合量については、最終的に得られる(A)PPS樹脂組成物が、(a)と(a')と(b)の合計を100重量%として、(a)PPS樹脂と(a')PPS樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%、(a)と(a')と(b)からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物が0.1〜10重量部となる量であれば特に制限はないが、好ましくは、(A')PPS樹脂組成物100重量部に対し、0〜300重量部、より好ましくは5〜200重量部、さらには10〜100重量部がより好ましい。
(a')PPS樹脂を配合する以前の(A')PPS樹脂組成物について、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂の割合は、(a)PPS樹脂と(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量%に対し、1〜40重量%であれば特に制限はないが、(a')PPS樹脂を混合して希釈することを考慮して、(A)PPS樹脂組成物において最終的に所望する(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の割合よりも多く設計しておくことが望ましい。好ましくは(a)PPS樹脂と(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量%に対し、3〜40重量%であり、さらには6〜30重量%がより好ましい範囲として挙げられる。
(a')PPS樹脂を配合する以前の(A')PPS樹脂組成物について、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物の割合は、(a)PPS樹脂と(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量部に対し、0.1〜10重量部であれば特に制限はないが、(a')PPS樹脂を混合して希釈することを考慮して、(A)PPS樹脂組成物において最終的に所望する(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物の割合よりも多く設計しておくことが望ましい。好ましくは(a)PPS樹脂と(b)官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量部に対し、0.5〜10重量部であり、さらには1〜5重量部がより好ましい範囲として挙げられる。
混合する(a')PPS樹脂は、(a)PPS樹脂と同一であっても良いし、溶融粘度や後処理行程の異なるPPS樹脂であっても良い。例えば、(a')PPS樹脂の溶融粘度を意図的に変えることにより、最終的な(A)PPS樹脂組成物の溶融粘度を自由にコントロールすることが可能である。また、PPS樹脂を重合、回収した後の後処理行程において、アルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩、とりわけカルシウム塩を導入した(a')PPS樹脂を用いることにより、最終的な(A)PPS樹脂組成物の溶融粘度は、溶融滞留時間を延長しても変化が起こりにくくなり、滞留安定性が向上することから、特に好ましい手法として例示できる。アルカリ金属塩もしくはアルカリ土類金属塩を導入した(a')PPS樹脂としては、アルカリ金属とアルカリ土類金属を合計して150ppm以上含むことが好ましく、さらには250ppm以上含むことがより好ましい。アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量が150ppmを下回る量である場合、溶融粘度の変化を抑制する効果が不十分となり好ましくない。アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量の上限に制限はないが、耐湿熱性や電気絶縁性を損なわない観点から、1000ppm以下が好ましい。なお、ここで言うアルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量は、PPS樹脂を灰化した灰分の水溶液を試料とし、原子吸光法により測定した値である。
無機フィラー
本発明のPPS樹脂組成物には、必須成分ではないが、本発明の効果を損なわない範囲で無機フィラーを配合して使用することも可能である。かかる無機フィラーの具体例としてはガラス繊維、炭素繊維、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、炭酸カルシウムウィスカー、ワラステナイトウィスカー、硼酸アルミニウムウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維などの繊維状充填材、あるいはフラーレン、タルク、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、マイカ、カオリン、クレー、パイロフィライト、シリカ、ベントナイト、アスベスト、アルミナシリケートなどの珪酸塩、酸化珪素、酸化マグネシウム、アルミナ、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄などの金属化合物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイトなどの炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの硫酸塩、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどの水酸化物、ガラスビーズ、ガラスフレーク、ガラス粉、セラミックビーズ、窒化ホウ素、炭化珪素、カーボンブラックおよびシリカ、黒鉛などの非繊維状充填材が用いられ、なかでもガラス繊維、シリカ、炭酸カルシウムが好ましく、さらに炭酸カルシウムやシリカが、防食材、滑材の効果の点から特に好ましい。またこれらの無機フィラーは中空であってもよく、さらに2種類以上併用することも可能である。また、これらの無機フィラーをイソシアネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物およびエポキシ化合物などのカップリング剤で予備処理して使用してもよい。中でも炭酸カルシウムやシリカ、カーボンブラックが、防食材、滑材、導電性付与の効果の点から好ましい。
かかる無機フィラーの配合量は、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂と(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種以上の官能基を有するオレフィン系樹脂の合計100重量部に対し、30重量部以下の範囲が選択され、10重量部未満の範囲が好ましく、1重量部未満の範囲がより好ましく、0.8重量部以下の範囲が更に好ましい。下限は特に無いが0.0001重量部以上が好ましい。無機フィラーの配合は材料の弾性率向上に有効である反面、30重量部を越えるような多量の配合は靱性の大きな低下をもたらすため、好ましくない。無機フィラーの含有量は、靱性と剛性のバランスから用途により適宜変えることが可能である。
その他の添加物
さらに、本発明のPPS樹脂組成物には本発明の効果を損なわない範囲において、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種以上の官能基を有するオレフィン系樹脂以外の樹脂を添加配合しても良い。その具体例としては、ポリアミド樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリアリルサルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルケトン樹脂、ポリチオエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアミドイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂、エチレン・1−ブテン共重合体などのエポキシ基を含有しないオレフィン系重合体、共重合体などが挙げられる。
また、改質を目的として、以下のような化合物の添加が可能である。ポリアルキレンオキサイドオリゴマ系化合物、チオエーテル系化合物、エステル系化合物、有機リン系化合物などの可塑剤、有機リン化合物、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶核剤、モンタン酸ワックス類、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸アルミ等の金属石鹸、エチレンジアミン・ステアリン酸・セバシン酸重縮合物、シリコーン系化合物などの離型剤、次亜リン酸塩などの着色防止剤、(3,9−ビス[2−(3−(3−t−ブチル−4−ヒドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオニルオキシ)−1,1−ジメチルエチル]−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)などの様なフェノール系酸化防止剤、(ビス(2,4−ジ−クミルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト)などのようなリン系酸化防止剤、その他、水、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、発泡剤などの通常の添加剤を配合することができる。上記化合物は何れも組成物全体の20重量%を越えると(a)PPS樹脂本来の特性が損なわれるため好ましくなく、10重量%以下、更に好ましくは1重量%以下の添加がよい。
本発明のPPS樹脂組成物は、靭性、特に低温での衝撃強度が優れることから射出成形体用途、特に各種容器、自動車部品、機械部品等に有用である。また該特徴を活かして、一般機器あるいは自動車用のパイプ、ケース等の構造体、流体配管用部材、または電気電子用の金属インサート成形物品などにも適している。
以下に実施例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
以下の実施例において、材料特性については下記の方法により行った。
[射出成形(1回目)]
住友−ネスタール射出成形機SG75を用い、樹脂温度310℃、金型温度130℃にて、ASTM1号ダンベル試験片および長さ60mm、幅12.7mm、厚み3.2mmのアイゾット衝撃試験片を成形した。
[射出成形(2回目)]
一度射出成形したASTM1号ダンベル試験片を、粉砕器を用いて約1〜5mm四方の大きさに粉砕した。これを原料として、住友−ネスタール射出成形機SG75を用い、樹脂温度310℃、金型温度130℃にて、ASTM1号ダンベル試験片を成形した。
[−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃試験]
前記、射出成形した長さ60mm、幅12.7mm、厚み3.2mmのアイゾット衝撃試験片にノッチカッターでノッチを付け、−40℃の超低温恒温槽にて120分冷却した後、ASTM D256に従って−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度を測定した。
[分散粒径]
前記、射出成形したASTM1号ダンベル試験片の中央部を樹脂の流れ方向に対して直角方向に切断し、その断面の中心部から、−20℃で0.1μm以下の薄片を切削し、日立製作所製H−7100型透過型電子顕微鏡(分解能(粒子像)0.38nm、倍率50〜60万倍)にて、1万倍に拡大して観察した際の任意の100個の、(b)オレフィン系樹脂の分散部分について、まずそれぞれの最大径と最小径を測定して平均値をその分散粒子径とし、その後それらの平均値である数平均分散粒子径を求めた。
[MFR5分]
射出成形したASTM1号ダンベル試験片を、剪定ばさみを用いて5〜10mm四方の大きさに切り出して測定試料とした。測定温度315.5℃、荷重5Kg、滞留時間5分とし、ASTM−D1238−70に準ずる方法で測定した。
[MFR30分]
射出成形したASTM1号ダンベル試験片を、剪定ばさみを用いて5〜10mm四方の大きさに切り出して測定試料とした。測定温度315.5℃、荷重5Kg、滞留時間30分とし、ASTM−D1238−70に準ずる方法で測定した。
[MFR変化率]
MFR30分をMFR5分で割った商をMFR変化率とした。
[PPS樹脂中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属含有量]
PPS樹脂5gを500℃の電気炉で灰化した後、0.1規定塩酸水溶液、0.1%塩化ランタン水溶液で希釈した水溶液を試料とし、島津製作所社製原子吸光分光光度計AA−6300を用いた原子吸光法により測定した。
[参考例1](a)PPS樹脂の重合(PPS−1)
撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.37g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2957.21g(70.97モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11434.50g(115.50モル)、酢酸ナトリウム2583.00g(31.50モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14780.1gおよびNMP280gを留出した後、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
次にp−ジクロロベンゼン10235.46g(69.63モル)、NMP9009.00g(91.00モル)を加え、反応容器を窒素ガス下に密封し、240rpmで撹拌しながら、0.6℃/分の速度で238℃まで昇温した。238℃で95分反応を行った後、0.8℃/分の速度で270℃まで昇温した。270℃で100分反応を行った後、1260g(70モル)の水を15分かけて圧入しながら250℃まで1.3℃/分の速度で冷却した。その後200℃まで1.0℃/分の速度で冷却してから、室温近傍まで急冷した。
内容物を取り出し、26300gのNMPで希釈後、溶剤と固形物をふるい(80mesh)で濾別し、得られた粒子を31900gのNMPで洗浄、濾別した。これを、56000gのイオン交換水で数回洗浄、濾別した後、0.05重量%酢酸水溶液70000gで洗浄、濾別した。70000gのイオン交換水で洗浄、濾別した後、得られた含水PPS粒子を80℃で熱風乾燥し、120℃で減圧乾燥した。得られたPPS−1は、溶融粘度が200Pa・s(310℃、剪断速度1000/s)、アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量が85ppmであった。
[参考例2](a)PPS樹脂の重合(PPS−2)
PPS洗浄時における0.05重量%酢酸水溶液をイオン交換水とした以外は、参考例1と同様にして脱水、重合、洗浄、乾燥を行った。得られたPPS−2は、溶融粘度が250Pa・s(310℃、剪断速度1000/s)、アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量が710ppmであった。
[参考例3](a')PPS樹脂の重合(PPS−3)
PPS洗浄時における0.05重量%酢酸水溶液を0.05重量%酢酸カルシウム一水和物水溶液とした以外は、参考例1と同様にして脱水、重合、洗浄、乾燥を行った。得られたPPS−3は、溶融粘度が270Pa・s(310℃、剪断速度1000/s)、アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量が295ppmであった。
[参考例4](a')PPS樹脂の重合(PPS−4)
PPS重合時に加えるp−ジクロロベンゼンを10486.98g(71.34モル)とし、PPS洗浄時における0.05重量%酢酸水溶液を0.05重量%酢酸カルシウム一水和物水溶液とした以外は、参考例1と同様にして脱水、重合、洗浄、乾燥を行った。得られたPPS−4は、溶融粘度が160Pa・s(310℃、剪断速度1000/s)、アルカリ金属とアルカリ土類金属の合計含有量が703ppmであった。
[参考例5](b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂
b−1:無水マレイン酸で変性されたエチレン・1−ブテン共重合体(三井化学(株)製“タフマー”MH5020
b−2:無水マレイン酸で変性されたエチレン・プロピレン共重合体(三井化学(株)製“タフマー”MP0610
[参考例6]官能基を有さないオレフィン系樹脂
b’−1:変性されていないエチレン・1−ブテン共重合体(三井化学(株)製“タフマー”TX610
[参考例7](c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物
c−1:2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製KBM−303)
c−2:3−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン(信越化学工業(株)製KBE−9007)
c−3:3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製KBM−403)
[参考例8]多官能イソシアネート化合物
c’−1:ジフェニルメタンジイソシアネート系の多官能イソシアネート化合物(日本ポリウレタン工業(株)製“ミリオネート”MR−400)
c’−2:4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート(関東化学株式会社製試薬)
[実施例1〜7]
表1に示す(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を、表1に示す割合でドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットを130℃で1晩乾燥し、表1に示す(b)オレフィン系樹脂と、表1に示す割合になる様にドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。
130℃で一晩乾燥したペレットを射出成形に供し、成形片の−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度、(b)オレフィン系樹脂の数平均分散粒径、MFRを測定した。結果は表1に示すとおりであった。
[実施例8〜9]
表1に示す(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を、表1に示す割合でドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットを130℃で1晩乾燥し、表1に示す(b)オレフィン系樹脂と、表1に示す割合になる様にドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。
130℃で一晩乾燥したペレットと、表1に示す(a')PPS樹脂とを、表1に示す割合になるようにドライブレンドして均一に混合してから射出成形に供した。得られた成形片の−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度、(b)オレフィン系樹脂の数平均分散粒径、MFRを測定した。結果は表1に示すとおりであった。
[比較例1〜3]
表2に示す(a)PPS樹脂と(b)オレフィン系樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を、表2に示す割合でドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。
130℃で一晩乾燥したペレットを射出成形に供し、成形片の−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度、(b)オレフィン系樹脂の数平均分散粒径を測定した。結果は表2に示すとおりであった。
[比較例4]
表2に示す(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を、表2に示す割合でドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットを130℃で1晩乾燥し、表2に示す(b)オレフィン系樹脂と、表2に示す割合になる様にドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。
130℃で一晩乾燥したペレットを射出成形に供し、成形片の−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度を測定した。結果は表2に示すとおりであった。
[比較例5]
(b)オレフィン系樹脂を、官能基を有さないエチレン・1−ブテン共重合体b’−1とした以外は、実施例1と同様に溶融混練、射出成形、評価を行った。
[比較例6]
表2に示す(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を、表2に示す割合でドライブレンドした後、真空ベントを具備した日本製鋼所社製TEX30α型二軸押出機(L/D=45.5、ニーディング部5箇所)を用い、スクリュー回転数300rpmにて、ダイス出樹脂温度が330℃以下となるようにシリンダー温度を設定して溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットを130℃で一晩乾燥し、表2に示す(b)オレフィン系樹脂と、表2に示す割合になる様にドライブレンドした後、溶融混練する事なしにそのまま射出成形に供し、成形片の−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度、(b)オレフィン系樹脂の数平均分散粒径を測定した。結果は表2に示すとおりであった。
[比較例7]
(c)アルコキシシラン化合物を、ジフェニルメタンジイソシアネート系の多官能イソシアネート化合物c’−1とした以外は、実施例1と同様に溶融混練、射出成形、評価を行った。
[比較例8]
(c)アルコキシシラン化合物を、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートc’−2とした以外は、実施例1と同様に溶融混練、射出成形、評価を行った。
上記実施例1〜9と比較例1〜8の結果を比較して説明する。実施例1〜7はいずれも、(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を予め溶融混練した後、(b)オレフィン系樹脂と更に溶融混練することにより、300J/m以上の高い−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度が発現した。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、500nm以下に微分散化していると共に、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片についても、(b)オレフィン系樹脂が500nm以下に微分散化していた。また、実施例8〜9はいずれも、(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を予め溶融混練した後、(b)オレフィン系樹脂と溶融混練し、さらに射出成形時に(a')PPS樹脂をドライブレンドすることにより、300J/m以上の高い−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度が発現した。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、500nm以下に微分散化していると共に、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片についても、(b)オレフィン系樹脂が500nm以下に微分散化していた。また、MFR5分は、射出成形時に(a')PPS樹脂をドライブレンドしなかった実施例4に比較して高くなり、良流動化した。さらに、MFR変化率は、射出成形時に(a')PPS樹脂をドライブレンドしなかった実施例4に比較して小さくなり、溶融滞留時間が長くなってもMFRは変化しにくくなった。
一方、比較例1〜3の様に、(a)PPS樹脂と(b)オレフィン系樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を一括して混練した場合には、−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度は低下し、300J/mを大きく下回った。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、対応する実施例に比較して粗大化した。さらに、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片に比較してさらに粗大化し、いずれも500nmを上回った。実施例1と異なり、(a)PPS樹脂を少量成分、(b)オレフィン系樹脂を多量成分とした比較例4では、(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を予め溶融混練した後、(b)オレフィン系樹脂と更に溶融混練する手法を採用しても、−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度は低下し、300J/mを下回った。実施例1と異なり、官能基を有していない(b)オレフィン系樹脂を用いた比較例5では、(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を予め溶融混練した後、(b)オレフィン系樹脂と更に溶融混練する手法を採用しても、−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度は低下し、300J/mを大きく下回った。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、500nmを越える大きさに粗大化した。さらに、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片に比較してさらに粗大化した。実施例1と異なり、(a)PPS樹脂と(c)アルコキシシラン化合物を予め溶融混練した後、(b)オレフィン系樹脂とは更に溶融混練せず、ドライブレンドしてそのまま射出成形に供した比較例6では、−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度は低下し、300J/mを下回った。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、500nmを越える大きさに粗大化した。さらに、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片に比較してさらに粗大化した。実施例1と異なり、(c)アルコキシシラン化合物を多官能イソシアネート化合物とした比較例7、(c)アルコキシシラン化合物を4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネートとした比較例8では、−40℃カットノッチ付きアイゾット衝撃強度は低下し、300J/mを大きく下回った。また、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、500nmを越える大きさに粗大化した。さらに、2回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片について、(b)オレフィン系樹脂の分散粒径は、1回目の射出成形で得られるASTM1号ダンベル試験片に比較してさらに粗大化した。
Figure 0005310326
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Claims (19)

  1. (a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂と(c)官能基を有するアルコキシシラン化合物とを予め溶融混練した後、さらに(b)官能基を有するオレフィン系樹脂と溶融混練することを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  2. (b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が、カルボキシル基および/または酸無水物基を有するエチレン・ブテン共重合体であることを特徴とする請求項1に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  3. (c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物がエポキシシクロヘキシル基またはイソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物であることを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  4. (a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が、酸処理を施したポリフェニレンスルフィド樹脂であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  5. (a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜85重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜15重量%からなることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  6. (a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、そのモルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造を有し、射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  7. (a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜60重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜40重量%からなる樹脂組成物100重量部に対して、(c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物を0.1〜10重量部配合してなる(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTM D256に準じて測定)が300J/m以上であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  8. モルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造であることを特徴とする請求項7に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  9. 射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とする請求項8に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  10. (b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂が、カルボキシル基および/または酸無水物基を有するエチレン・ブテン共重合体であることを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  11. (c)アミノ基、エポキシ基、イソシアネート基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するアルコキシシラン化合物がエポキシシクロヘキシル基またはイソシアネート基を有するアルコキシシラン化合物であることを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  12. (a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が、酸処理を施したポリフェニレンスルフィド樹脂であることを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  13. (a)と(b)の合計を100重量%として、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂99〜85重量%、(b)カルボキシル基、酸無水物基、アミノ基、水酸基、メルカプト基からなる群より選ばれる少なくとも一種の官能基を有するオレフィン系樹脂1〜15重量%からなることを特徴とする請求項6〜12のいずれかに記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  14. 請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法で得られた(A')ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物もしくは請求項6〜13のいずれかに記載の(A')ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物に、さらに(a')ポリフェニレンスルフィド樹脂を混合することを特徴とする(A)ポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  15. (a')ポリフェニレンスルフィド樹脂が、アルカリ金属およびアルカリ土類金属分を合計して150ppm以上含有することを特徴とする請求項14に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
  16. 請求項1〜5、14〜15のいずれかに記載の製造方法により得られるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、そのモルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造を有し、射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  17. 請求項1〜5、14〜15のいずれかに記載の製造方法により得られるポリフェニレンスルフィド樹脂組成物であって、樹脂成形品の−40℃におけるカットノッチ付きアイゾット衝撃強度(ASTM D256に準じて測定)が300J/m以上であることを特徴とするポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  18. モルフォロジー(相構造)において、(a)ポリフェニレンスルフィド樹脂が連続相(海相)を形成し、(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散した分散相(島相)を形成した海−島構造であることを特徴とする請求項17に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
  19. 射出成形した後にこれを粉砕し、再び射出成形を行った成形片においても、前記(b)官能基を有するオレフィン系樹脂が数平均分散粒子径500nm以下で分散していることを特徴とする請求項18に記載のポリフェニレンスルフィド樹脂組成物。
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