JP5437720B2 - 熱可塑性ポリエステル樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ハロゲン系難燃剤を含有しなくても優れた難燃性を有し、同時に優れた成形加工性および機械的物性に優れた熱可塑性ポリエステル樹脂組成物およびそれを用いた成形品に関する。さらに、レーザー印字性に優れた熱可塑性ポリエステル樹脂組成物に関する。
熱可塑性ポリエステル樹脂は、その優れた特性から電気および電子機器部品、並びに自動車部品などに広く用いられている。従来からこの樹脂に関しては、要求特性を満足させるべく様々な処方が開発され、それにより高機能化と高性能化を実現してきた。
しかし近年、要求物性は益々高度化してきており、従来の処方では対応が困難になってきている。例えば、最近はコネクターなどの電子部品の軽量小型化が進み、成形品の肉厚が薄くなってきている。従って成形に用いる樹脂組成物にも、これに対応すべく、従来以上に機械的特性と難燃性に優れていることが要求される場合がある。
従来、熱可塑性ポリエステル樹脂の難燃性を向上させるために、主にハロゲン系難燃剤が用いられていた。しかしハロゲン系難燃剤を含有する樹脂組成物は、使用済み成形品を焼却処分する際にダイオキシンを発生する場合があり、非ハロゲン系難燃剤を用いることが求められている。この要求に応える方法の一つとして、リン系の化合物、中でもアニオン部分が下記式(1)または(2)で表されるホスフィン酸のカルシウム塩またはアルミニウム塩を難燃剤として用いることが検討されている。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
特許文献1には、難燃剤として、このホスフィン酸のカルシウムまたはアルミニウム塩を用いることが記載されている。しかしこの方法では、良好な難燃性を得る為に、多量の難燃剤を添加することが必要であり、結果として、得られる樹脂組成物の成形性および機械的特性が低下するという問題があった。
特許文献2には、難燃剤としてホスフィン酸のカルシウムまたはアルミニウム塩に、メラミンシアヌレートなどの有機窒素化合物を併用することが記載されている。この方法によれば難燃性はかなり改善されるが、成形時のガス発生が著しく多い為に金型汚染が酷いという問題があった。
ここで、樹脂組成物に靭性を付与する方法としては、例えば、特許文献3に記載されている様にエラストマー等の低弾性率の重合体を配合することが一般的である。しかしエラストマーの配合は樹脂組成物の難燃性を低下させるので、この方法では靭性と難燃性を両立させることは困難である。
特許文献4には、難燃剤として特殊な有機リン化合物を用い、これに難燃助剤を配合することが記載されている。難燃助剤としては多種類のものが挙げられており、そのなかにはそれ自体で難燃剤として知られているものも含まれている。この文献に記載されている難燃助剤は、有機物から無機物まで広範囲にわたっているが、実際に、樹脂組成物においては、各成分のバランスが重要であり、単に、難燃助剤だけを入れ替えた場合、同じような効果や性能を奏するか否かは全く不明である。
特許文献5には、難燃剤としてホスフィン酸のカルシウムまたはアルミニウム塩にメラミンシアヌレートとホウ酸金属塩を特定の比率で配合すると成形時のガス発生が改善されることが記載されているが、分解開始温度が低いメラミンシアヌレートのような窒素系難燃剤を配合されることで著しく改善されることはなく、金型汚染が酷いことに変わりがないという問題があった。
また、特許文献6、7には、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物にハロゲン系難燃剤とコレマナイト鉱物(ホウ酸カルシウム・5水和物)を配合することが記載されている。
上述したとおり、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物に何らかの添加剤を添加して、何らかの性能を向上させようとすると、他の性能に問題が起こってしまう場合が多い。一方で、成形品の用途に応じ、各種の性能にバランスよく優れた樹脂組成物が求められている。例えば、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物であって、高い難燃性を有し、機械的強度が高く、電気的特性に優れ、モールドデポジットが低減され、かつ、レーザー印字性に優れた組成物などが求められている。
特開平8−73720号公報 特開平11−60924号公報 特開平7−150022号公報 WO2004/061008号公報 特開2006−117722号公報 特開昭59−202253号公報 特許第3456104号公報
上述のとおり、従来、種々の熱可塑性樹脂組成物が開示されているが、難燃性を有し、かつ、各種性能にバランスよく優れた組成物を構成することは困難であった。
本願発明の目的は、かかる状況のもと、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物であって、高い難燃性を有し、かつ、機械的強度が高く、電気的特性に優れ、モールドデポジットが少なく、レーザー印字性に優れた組成物を提供することを目的とする。
かかる状況のもと、本願発明者が鋭意検討を行った結果、熱可塑性ポリエステル樹脂に、リン系難燃剤を添加し、かつ、特定のオルガノシロキサンと、コレマナイトを添加することにより、難燃性に優れ、かつ、樹脂組成物としてのバランスに優れた樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。特に、本発明では、コレマナイトの添加により、樹脂組成物の物性バランスを崩すことなく、レーザー印字性にも優れた組成物を得られることを見出した点に技術的意義がある。
具体的には、以下の手段により、上記課題は解決された。
(1)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、(B)下記一般式(1)または(2)で表されるホスフィン酸塩5〜60重量部、(C)オルガノシロキサン0.1〜20重量部および、
(D)コレマナイト0.01〜30重量部を配合してなり、前記(C)オルガノシロキサンが、(C−a)珪素原子に直接又は酸素原子を介して結合している有機基の40モル%以上がアリール基であるオルガノシロキサン化合物、および/または(C−b)オルガノシロキサン重合体であって、25℃で固体状態にあるものである、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
(2)(C)オルガノシロキサンが、(C−a)珪素原子に直接又は酸素原子を介して結合している有機基の40モル%以上がアリール基であるオルガノシロキサン化合物であることを特徴とする(1)に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(3)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(C)オルガノシロキサンの配合量が、0.1〜17重量部であることを特徴とする、(1)または(2)に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(4)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(D)コレマナイトの配合量が0.1〜15重量部であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(5)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(D)コレマナイトの配合量が1.5〜15重量部であることを特徴とする(1)〜(3)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(6)さらに、(E)強化充填材を、前記(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、150重量部以下の割合で含むことを特徴とする、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(7)(C−a)オルガノシロキサンの重量平均分子量が200〜10000であることを特徴とする(2)〜(6)いずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(8)(C−a)オルガノシロキサンが、RSiO1.5(Rは有機基を示す。)で表される構造単位を含んでおり、かつ水酸基の含有量が1〜10重量%のものであることを特徴とする、(2)〜(7)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(9)熱可塑性ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートであることを特徴とする、(1)〜(8)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(10)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレート樹脂であることを特徴とする、(1)〜(8)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
(11)(1)〜(10)のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物を射出成形して成る成形品。
(12)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、(C)オルガノシロキサン0.1〜20重量部および(D)コレマナイト0.01〜30重量部を配合してなるレーザー印字性の改良された樹脂組成物。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
(13)(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、(D)コレマナイト0.01〜30重量部を配合してなるレーザー印字性の改良された樹脂組成物。
本発明により、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物であって、高い難燃性を有し、かつ、機械的強度が高く、電気的特性に優れ、モールドデポジットが少なく、レーザー印字性に優れた組成物を得ることが可能になった。特に本発明では、これらの特性にバランスよく優れている点できわめて有為である。
図1は、本願実施例で作成した渦巻き状長尺樹脂成形品を示す概略図である。
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。尚、本願明細書において「〜」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本発明の樹脂組成物は、(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、(B)下記一般式(1)または(2)で表されるホスフィン酸塩5〜60重量部、(C)オルガノシロキサン0.1〜20重量部および(D)コレマナイト0.01〜30重量部を配合したことを特徴とする。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
このような組成物を採用することにより、ハロゲン系難燃剤を実質的に使用しなくても難燃性を確保しつつ、機械的強度に優れた樹脂成形品が得られる。
以下、該本発明の樹脂組成物について詳細に説明する。
(A)熱可塑性ポリエステル樹脂:
本発明の樹脂組成物(A)の主成分である熱可塑性ポリエステル樹脂とは、ジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物の重縮合、オキシカルボン酸化合物の重縮合、又はこれらの化合物の混合物の重縮合などによって得られるポリエステルであり、ホモポリエステル、コポリエステルのいずれであってもよい。熱可塑性ポリエステル樹脂を構成するジカルボン酸化合物としては、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ジフェニルジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカルボン酸、ジフェニルエタンジカルボン酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環式ジカルボン酸、アジピン酸、セバシン酸などの脂肪族ジカルボン酸が挙げられる。
これらは周知のように、遊離酸以外にジメチルエステルなどのエステル形成性誘導体として重縮合反応に用いることができる。オキシカルボン酸としてはパラオキシ安息香酸、オキシナフトエ酸、ジフェニレンオキシカルボン酸などが挙げられる。これらは単独で重縮合させることもできるが、ジカルボン酸化合物に少量併用することが多い。
ジヒドロキシ化合物としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ポリオキシアルキレングリコールなどの脂肪族ジオールが主として用いられるが、ハイドロキノン、レゾルシン、ナフタレンジオール、ジヒドロキシジフェニルエーテル、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパンなどの芳香族ジオールやシクロヘキサンジオールなどの脂環式ジオールも用いることができる。
またこのような二官能性化合物以外に、分岐構造を導入するためトリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパンなどの三官能以上の多官能化合物や、分子量調節のための脂肪酸などの単官能化合物を少量併用することもできる。
本発明では、熱可塑性ポリエステル樹脂としては、通常は主としてジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物とから成る重縮合物、即ち計算上、ジカルボン酸化合物とジヒドロキシ化合物のエステルである構造単位が、樹脂全体の好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%以上を占めるものを用いる。ジカルボン酸化合物としては芳香族ジカルボン酸が好ましく、ジヒドロキシ化合物としては脂肪族ジオールが好ましい。
なかでも好ましいのは、酸性分の95モル%以上がテレフタル酸であり、アルコール成分の95モル%以上が脂肪族ジオールであるポリアルキレンテレフタレートである。その代表的なものはポリブチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレートであり、本発明では、ポリブチレンテレフタレートが好ましい。これらはホモエステルに近いもの、即ち樹脂全体の95重量%以上がテレフタル酸成分及び1,4−ブタンジオール又はエチレングリコール成分から成るものであるのが好ましい。
また、本発明の組成物においては、ポリブチレンテレフタレートに、ポリエチレンテレフタレートを添加することによって、電気絶縁特性を低下させずにグローワイヤー特性を向上させることができる。
熱可塑性ポリエステル樹脂の固有粘度は適宜選択して決定すればよいが、通常0.5〜2dl/gであることが好ましく、中でも樹脂組成物の成形性及び機械的特性の観点から0.6〜1.5dl/gであることが好ましい。固有粘度が0.5dl/g未満のものを用いると、樹脂組成物から得られる成形品の機械的強度が低くなる傾向にあり、逆に2dl/gより大きいと樹脂組成物の流動性が低下し、成形性が低下する場合がある。
尚、本明細書においてポリエステル樹脂の固有粘度は、テトラクロロエタンとフェノールとの1:1(重量比)の混合溶媒中、30℃で測定した値である。
(B)ホスフィン酸塩:
本発明で用いるホスフィン酸塩は、アニオン部分が下記式(1)又は(2)で表される塩であり、カチオン部分が、好ましくは、カルシウム又はアルミニウムであるものである。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
1及びR2が表すアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、イソブチル基、ペンチル基などが挙げられるが、炭素数1〜4のアルキル基、特にメチル基又はエチル基が好ましい。アリール基としては、フェニル基やナフチル基が挙げられ、これらに結合する置換基としてはメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基などの炭素数1〜4のアルキル基やアルコキシ基が挙げられる。
置換基の結合数は通常1〜2個である。アリール基はフェニル基又はこれに炭素数1〜2のアルキル基が1〜2個結合したものであるのが好ましい。
3が表すアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基など直鎖状のもの、及び2−エチルヘキシレン基など分岐鎖状のものなどが挙げられる。
これらのなかでも好ましいのは炭素数1〜4のアルキレン基、とくにメチレン基又はエチレン基である。
アリーレン基としてはフェニレン基、ナフチレン基などが挙げられ、これに結合する置換基としては、上述のものと同様のものが挙げられる。置換基の結合数は通常は一個である。アリーレン基としてはフェニレン基又はこれに炭素数1〜2のアルキル基が結合したものが好ましい。これらの2つ以上の組み合わせからなる基としては、メチレン基とフェニレン基が結合したもの、メチレン基に2個のフェニレン基が結合したもの、フェニレン基に2個のメチレン基が結合したものなどが挙げられる。
中でも本発明においては、上述したホスフィン酸塩として、アニオン部分が以下の式(1')又は(2')で表されるホスフィン酸のカルシウム又はアルミニウム塩を用いることが好ましい。
Figure 0005437720
(式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
ホスフィン酸塩は、(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、5〜60重量部配合する。配合量が5重量部未満では樹脂組成物の難燃性を十分に高くすることが困難であり、逆に60重量部を超えると樹脂組成物の機械的特性が低下したり、モールドデポジットが多くなる。難燃性と機械的特性を両立させる点からして、配合量は好ましくは10〜50重量部、より好ましくは15〜45重量部、特に好ましくは20〜45重量部である。
本発明で用いるのに好ましいホスフィン酸塩としては、アニオン部分が式(1')で表されるものとして、ジメチルホスフィン酸カルシウム、ジメチルホスフィン酸アルミニウム、エチルメチルホスフィン酸カルシウム、エチルメチルホスフィン酸アルミニウム、ジエチルホスフィン酸カルシウム、ジエチルホスフィン酸アルミニウム、メチル−n―プロピルホスフィン酸カルシウム、メチル−n―プロピルホスフィン酸アルミニウム、メチルフェニルホスフィン酸カルシウム、メチルフェニルホスフィン酸アルミニウム、ジイソブチルホスフィン酸アルミニウムなどが挙げられる。
また、アニオン部分が式(2')で表されるものとして、メチレンビス(メチルホスフィン酸)カルシウム、メチレンビス(メチルホスフィン酸)アルミニウム、フェニレン−1、4−ビス(メチルホスフィン酸)カルシウム、フェニレン−1,4―ビス(メチルホスフィン酸)アルミニウム等の、式(2')においてn=0のものが好ましい。
本発明に用いるホスフィン酸塩は、単独で、又は2種以上を任意の割合で併用してもよい。具体的には例えば、難燃性及び電気特性の観点から、上述したなかでもジエチルホスフィン酸のアルミニウム塩や、カルシウム塩が好ましい。また本発明の樹脂組成物から得られる成形品の機械的強度や外観の観点から、本発明に用いるホスフィン酸塩は、その90重量%以上が粒径100μm以下、特に50μm以下である粉末を用いるのが好ましい。中でも90重量%以上が粒径0.5〜20μmの粉末を用いることで、高い難燃性を発現し、且つ成形品の靭性が著しく高くなるので特に好ましい。尚、ここでの粒径とは、レーザー回折法により得られる値である。
(C)オルガノシロキサン
本発明では、下記オルガノシロキサン(C−a)および/または(C−b)を熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、0.1〜20重量部の割合で含む。
(C−a)珪素原子に直接又は酸素原子を介して結合している有機基の40モル%以上がアリール基であるオルガノシロキサン化合物
(C−b)オルガノシロキサン重合体であって、25℃で固体状態にあるもの
本発明で用いるオルガノシロキサンは、(C−a)および(C−b)の両方の条件をみたすものであってもよく、好ましくは、少なくとも(C−a)を満たすオルガノシロキサンである。
これらのオルガノシロキサンは、オルガノシロキサンは、熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対して、好ましくは0.1〜17重量部、より好ましくは1.5〜10重量部、さらに好ましくは2〜7重量部配合する。配合量が少ないと所望の難燃性を示さない。逆に配合量が多すぎても難燃性が低下する。これは樹脂組成物中のオルガノシロキサン化合物の量が多くなると、樹脂組成物の燃焼に際し気化したオルガノシロキサン化合物自体が燃焼し、かえって難燃性を低下させるためと考えられる。
(C−a)オルガノシロキサン化合物:
本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物は、アリール基を有するオルガノシロキサン化合物を含有することが必要である。このオルガノシロキサン化合物は、前述したホスフィン酸塩と組み合わせて用いることにより、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物に高度な難燃性を付与する難燃剤として作用する。
その作用機序の一つは、樹脂組成物の燃焼に際し、オルガノシロキサン化合物が気化して樹脂組成物中に微小な気泡が多数生じ、この気泡の断熱作用により樹脂組成物がそれ以上燃焼するのが阻害されるものと推察される。
本発明で用いるオルガノシロキサン化合物は、有機シラノールないしはその重合体であって、珪素原子に直接または酸素原子を介して結合している有機基、即ちSi―C又はSi―O―C結合を形成している有機基の40モル%以上、好ましくは50モル%以上がアリール基であるものである。アリール基としてはフェニル基やナフチル基が挙げられ、これらの基にはメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基など炭素数1〜4のアルキル基やアルコキシ基が1〜2個置換していてもよい。このアリール基としては、中でもフェニル基が好ましい。
オルガノシロキサン化合物を含有する樹脂組成物は、一般に燃焼時に滴下を起こし易いが、有機基の40モル%以上がアリール基であるオルガノシロキサン化合物を含有する樹脂組成物は燃焼時に滴下し難く、かつ燃焼が大幅に抑制される。オルガノシロキサン化合物のこれらの作用は、一般に有機基に占めるアリール基の割合が高いほど大きい。従ってオルガノシロキサン化合物としては有機基の80モル%以上、さらには全て(100%)がアリール基、特にフェニル基であるものを用いるのが、特に好ましい。
オルガノシロキサン化合物としては、トリフェニルシラノールの様なモノマー、その環状4量体であるオクタフェニルテトラシクロシロキサンの様なオリゴマー、さらにはポリジフェニルシロキサンの様なポリマーの、いずれをも用いることができる。またこれらのフェニル基の一部は、メチル基やその他のアルキル基、メトキシ基やその他のアルコキシ基、フェノキシ基やその他のアリールオキシ基等に置換されていてもよい。
更にフェニル基としては、その一部が水酸基に置換されていてもよいが、オルガノシロキサン化合物における水酸基の含有量が多過ぎると、高温多湿下において加水分解し易いので、水酸基の含有量は1〜10重量%であることが好ましい。
尚、上述した様にオルガノシロキサン化合物としてはモノマーやオリゴマーも用いうるが、低分子量のものはモールドデポジットを起こし易いので、重量平均分子量が、200以上が好ましく、800以上がより好ましく、特に1000以上のポリマーを用いるのがさらに好ましい。逆に分子量が大きすぎてもポリエステル樹脂との相溶性が低下するので、均一な樹脂組成物の調製が困難となる場合がある。よってオルガンシロキサン化合物の重量平均分子量としては10000以下、中でも5000以下が好ましい。ここで重量平均分子量とは、ゲル・パーメーション・クロマトグラフィー法(GPC)で測定したポリスチレン換算値である。
オルガノシロキサン化合物の中でも、特に好ましいのは、所謂シリコーンレジンである。シリコーンレジンは通常は下記のD単位、T単位、Q単位などからなる重合体であり、末端はM単位で封止されていることもある。
Figure 0005437720
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本発明に用いるシリコーンレジンとしては、中でもRSiO1.5で示されるT単位を含有するものが好ましく、特にT単位を多く含有するもの、具体的には50モル%以上、中でも80モル%以上含有するものが好ましく、特に末端封止基を除き全てがT単位から成るものが好ましい。
一般的に、T単位の含有量が少ないシリコーンレジンは、それ自体の耐熱性が低く、かつ樹脂組成物中での分散性も低い。ここでT単位の含有率は、29Si−NMRで測定した値、即ちこの測定でT単位に帰属するピーク面積比からその含有率を算出した値である。
式(3)〜(6)において、Rは、炭素数1〜12の一価の炭化水素基を表す。なお、各Rは同じでも異なっていてもよく、通常は、炭素数が1〜12のアルキル基、炭素数が2〜12のアルケニル基又は、炭素数が6〜12のアリール基のいずれかである。
アルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基等が挙げられ、中でもメチル基が好ましい。アルケニル基としては、ビニル基、ブテニル基、アリール基等が挙げられる。アリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、トリル基等が挙げられ、中でもフェニル基が好ましい。尚、アリール基にはメチル基、エチル基、メトキシ基、エトキシ基などの炭素数1〜4のアルキル基やアルコキシ基が1〜2個結合していてもよい。
また上記式において、Si−O−の酸素原子は、水素原子や炭化水素基と結合して水酸基や炭化水素オキシ基を形成するか、または2個のSi−Ovが結合してSi−O−Si結合を形成している。酸素原子に結合する炭化水素基としては、上記式にRとして示したものと同様のものが挙げられる。
本発明では上述したシリコーンレジンのうち、珪素原子に直接または酸素原子を介して結合している有機基、即ちSi−C又はSi−O−C結合を形成している有機基のうち40モル%以上、好ましくは50モル%以上が、置換されていてもよいアリール基、好ましくはフェニル基であるものを用いる。
アリール基の含有量が40モル%に満たなシリコーンレジンは、熱可塑性ポリエステル樹脂への相溶性が低く、得られる樹脂組成物が所望の高い難燃性を示さない場合がある。よってアリール基の含有量は該有機基の80モル%以上、中でも100%であることが好ましい。尚、アリール基の含有率も29Si−NMRによって測定可能であり、アリール−Si及びSi―O―アリールに帰属するピーク面積比から含有率を算出できる。
またシリコーンレジンは、水酸基を少量含有することで難燃性が向上する場合がある。水酸基の含有量はシリコーンレジンの1〜10重量%、中でも2〜8重量%であることが好ましい。尚、シリコーンレジンは単独で、又は2種以上を任意の割合で併用してもよい。
(C−b)オルガノシロキサン重合体であって、25℃で固体状態にあるもの
オルガノシロキサン重合体とは、オルガノシロキサン化合物の重合体又はオルガノシロキサン化合物及びこれと反応性を有する化合物(ビニル化合物、カーボネート化合物など)との共重合体を意味する。また、25℃で固体状態にあるとは、25℃において液体として流動せず、固体として取り扱い得る状態にあることを意味する。その例としては、具体的には例えば、以下の(C−b−1)〜(C−b−4)が挙げられる。
(C−b−1)オルガノシロキサン重合体を無機微粒子に担持させたもの。
(C−b−2)オルガノシロキサンの鎖状重合体であって、軟化点が25℃よりも高いもの。
(C−b−3)オルガノシロキサン重合体であって、架橋されているもの。
(C−b−4)ポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体
(C−b−1)無機微粒子に担持させたオルガノシロキサン重合体(以下、これを担持重合体ということがある)
無機微粒子としては、シリカ粉末、酸化チタン粉末、マイカ粉末、クレー粉末、カオリン粉末、水酸化マグネシウム粉末、水酸化アルミニウム粉末などが挙げられるが、好ましくはシリカ粉末を用いる。シリカ粉末には気相法で得られる乾式法シリカと、湿式法で得られる湿式法シリカがあるが、いずれも用いることができる。
無機微粒子の粒径は、レーザー回折法で測定して、90重量%以上が0.01〜100μm、特に0.1〜30μmの範囲にあるのが好ましい。これらの中でも比表面積が50m2/g以上の粉末が好ましく、比表面積が100m2/g以上の粉末がより好ましい。また無機微粒子はシランカップリング剤などの表面処理剤で処理しておいてもよく、これによりオルガノシロキサン重合体との結合をより強固にすることができる。重合体がエポキシ基やメタクリル基などの官能基を有する場合には、結合は更に強固となる。
オルガノシロキサン重合体は、オルガノシロキサン化合物の重合体であっても、分子鎖中に共重合成分である炭素鎖を有する共重合体でもよい。共重合成分としては、例えば炭素数が1〜20鎖状の飽和ないし不飽和炭化水素基やハロゲン化炭化水素基、脂環式炭化水素基、芳香族炭化水素基などが挙げられる。オルガノシロキサン重合体は官能基を有していてもよい。
官能基としてはメタクリル基又はエポキシ基が好ましく、これらの官能基を有する重合体は熱可塑性ポリエステル樹脂との相溶性が良好なため分散性が良く、靭性向上効果が高い。更に燃焼時にポリエステル樹脂との架橋反応を起させることが出来るので、難燃性の低下が抑制される。オルガノシロキサン重合体は、直鎖状でも分岐鎖状でもよいが、直鎖状のものが好ましい。
オルガノシロキサン重合体中の官能基の量は、通常、0.01〜1モル%程度である。0.03〜0.5モル%、特に0.05〜0.3モル%であるのがより好ましい。オルガノシロキサン重合体を無機微粒子に担持させる方法は任意である。例えばこの重合体を溶媒に溶解して無機微粒子に含浸させた後、乾燥すればよい。担持量は無機微粒子1gに対し通常は0.1〜10gであるが、0.4〜4gが好ましい。
担持に際しエポキシ基などの官能基を有するアルコキシシランなどを接着促進剤として用いると、無機微粒子と重合体との結合をより強固にすることができる。無機微粒子と重合体との結合は吸着や吸収のような単なる物理的結合でも、化学反応によるものでもよい。無機微粒子に担持された重合体は、無機微粒子との相乗作用により、熱可塑性ポリエステル樹脂と軽度の架橋構造を形成し、それにより靭性向上と同時に難燃性の向上にも寄与すると考えられる。
担持重合体としては、シリカにオルガノシロキサン重合体を担持させたものを用いるのが好ましい。市販品としては、東レ・ダウコーニング社の「Siパウダー」や「トレフィルF」などがある。
(C−b−2)軟化点が25℃以上のオルガノシロキサン重合体
軟化点が25℃を超えるオルガノシロキサン重合体の代表的なものは、いわゆるシリコーンレジンであり、その組成は下記式(3)で示される。
(R1SiO3/2a(R2 2SiO2/2b(R3 3SiO1/2c(SiO4/2d(XO1/2e (3)
式(3)において、Xは水素原子又はメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基などのアルキル基である。R1、R2、及びR3は相互に異なっていてもよく、炭化水素基もしくはエポキシ基含有有機基である。
炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基等のアルキル基;ビニル基、アリル基、ブテニル基、ペンテニル基、ヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、トリル基、キシリル基、ナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェネチル基等のアラルキル基;クロロメチル基、3−クロロプロピル基、3,3,3−トリフルオロプロピル基、ノナフルオロブチルエチル基等のハロゲン化アルキル基が挙げられる。
また、エポキシ含有有機基としては、2,3−エポキシプロピル基、3,4−エポキシブチル基、4,5−エポキシペンチル基等のエポキシアルキル基;2−グリシドキシエチル基、3−グリシドキシプロピル基、4−グリシドキシブチル基等のグリシドキシアルキル基;2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル基、3−(3,4−エポキシシクロヘキシル)プロピル基等のエポキシシクロヘキシルアルキル基が挙げられる。エポキシ基含有有機基は必須ではないが、式(3)におけるR1〜R3の合計に占めるエポキシ基含有有機基の割合は、0.1〜40モル%であるのが好ましい。
含有量が0.1モル%未満であると、これを配合して得られる樹脂組成物の成形時にブリードが発生しやすくなる傾向がある。また40モル%を超えると、成形物の機械的特性が低下する傾向がある。
また、フェニル基が存在すると熱可塑性ポリエステル樹脂に対する親和性に優れるので、式(3)におけるR1〜R3の合計のうち10モル%以上がフェニル基であることが好ましく、中でもR1の10モル%以上、特に30モル%以上がフェニル基であるものが好ましい。
更に、嵩高いフェニル基を含有するオルガノポリシロキサン分子の立体障害を緩和して空間的な自由度を向上させ、フェニル基同士の重なりを容易にして難燃化効果を高めるため、式(3)におけるR1としては、メチル基やビニル基を有するのが好ましいので、R1に占めるフェニル基の割合は好ましくは10〜95モル%であり、さらに好ましくは30〜90モル%である。
式(3)におけるaは正数であり、b,c,d、eはそれぞれ0又は正数である。b/aは0〜10の数であり、c/aは0〜0.5の数であり、d/(a+b+c+d)は0〜0.3の数であり、e/(a+b+c+d)は0〜0.4の数である。b/aが10を超えるシリコーンレジンは、その軟化点が25℃以下となり、また、樹脂との親和性が低くなる。また、d/(a+b+c+d)が0.3を超えるシリコーンレジンは樹脂に対する分散性が低下する傾向がある。
オルガノシロキサン重合体の重量平均分子量は、500〜50000、特に500〜10,000であるのが好ましい。軟化点は25℃以上であればよいが、40〜250℃、特に40〜150℃であるのが好ましい。軟化点が25℃未満のシリコーンレジンは、これを配合して得られる樹脂組成物の成形時にブリードが発生して金型を汚染したり、成形物の機械的特性を低下させたり、成形品を長期間使用中にシリコーンレジンが成形品表面に滲みだす傾向がある。
また軟化点の高すぎるシリコーンレジンは、樹脂組成物の調製に際し均一に分散させるのが困難となる傾向がある。なお軟化点は、融点測定機(株式会社柳本製作所製のmicro melting point apparatus)を用いて、昇温速度1℃/分で加熱したときに、シリコーンレジンが融解し液滴に変化した時の温度を軟化点とする。
上記の式(1)で表されるシリコーンレジンは、例えば(i)式:R4SiO3/2(式中、R4は一価炭化水素基である。)で示される単位、(ii)式:R5 2SiO2/2(式中、R5は同じか、または相異なる一価炭化水素基である。)で示される単位、(iii)式:R6 3SiO1/2(式中、R6は同じか、または相異なる一価炭化水素基である。)で示される単位、及び(iv)式:SiO4/2で示される単位からなる群より選択される少なくとも1種の単位を有するシランもしくはシロキサンの1種または2種以上の混合物と、一般式:R78 fSi(OR9(3-f)(式中、R7はエポキシ基含有有機基であり、R8は一価炭化水素基であり、R9はアルキル基であり、fは0、1、または2である。)で示されるエポキシ基含有アルコキシシランもしくはその部分加水分解物を、塩基性触媒により反応させることにより製造することができる。
上記の製造方法において、主成分は上記(i)〜(iv)で示される単位からなる群より選択される少なくとも1種の単位を有するシランもしくはシロキサンの1種または2種以上の混合物である。これらのシランもしくはシロキサンとしては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、3,3,3−トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、メチルフェニルジメトキシシラン、メチルビニルジメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、メチルフェニルジエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン、これらの加水分解縮合物などが挙げられる。
また、これらのシランやシロキサンと共重合させる一般式:R78 fSi(OR9(3-f)で示されるエポキシ基含有アルコキシシランもしくはその部分加水分解物は、シリコーンレジンにエポキシ基を導入する成分である。式中のR7はエポキシ基含有有機基であり、前記R1、R2、またはR3と同様のエポキシ基含有有機基が挙げられる。
また、式中のR8は一価炭化水素基であり、前記R1、R2、またはR3と同様の一価炭化水素基が例示される。また、式中のR9はアルキル基であり、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、ヘプチル基が挙げられる。また、式中のfは0、1、または2であり、好ましくは0である。
このようなエポキシ基含有アルコキシシランとしては、3−グリシドキシプロピル(メチル)ジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピル(メチル)ジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピル(メチル)ジブトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル(メチル)ジメトキシシラン、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチル(フェニル)ジエトキシシラン、2,3−エポキシプロピル(メチル)ジメトキシシラン、2,3−エポキシプロピル(フェニル)ジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリブトキシシラン、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、2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、2,3−エポキシプロピルトリメトキシシラン、2,3−エポキシプロピルトリエトキシシランが挙げられる。
塩基性触媒としては、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化セシウム等のアルカリ金属の水酸化物;ナトリウム−tert−ブトキシド、カリウム−tert−ブトキシド、セシウム−tert−ブトキシド等のアルカリ金属のアルコキシド;ナトリウムシラノレート化合物、カリウムシラノレート化合物、セシウムシラノレート化合物等のアルカリ金属のシラノール化合物が挙げられる。好ましくは、カリウム系あるいはセシウム系の塩基性触媒を用いる。反応に際しては必要に応じて水を添加してもよい。
反応に際しては、平衡化反応により、シロキサン結合の切断および再結合がランダムに起こり、その結果、得られたエポキシ基含有シリコーンレジンは平衡状態となる。この反応温度は、反応温度が低いと平衡化反応が十分に進行せず、また反応温度が高すぎるとケイ素原子結合有機基が熱分解することから、80℃〜200℃であることが好ましく、特に100℃〜150℃であることが好ましい。
また、80〜200℃の沸点を有する有機溶剤を選択することにより、還流温度で容易に平衡化反応を行うことができる。なお、平衡化反応は、塩基性触媒を中和することにより停止することができる。この中和のため、炭酸ガス、カルボン酸等の弱酸を添加することが好ましい。中和により生成した塩は、濾過または水洗することにより簡単に除去することができる。
(C−b−3)架橋されたオルガノシロキサン重合体
いわゆるシリコーンエラストマーであり、付加反応硬化、縮合反応硬化、有機過酸化物によるラジカル反応硬化、及び紫外線照射硬化によって合成される。なかでも、付加反応硬化又は縮合反応硬化させたものが好ましい。最も好ましいのは付加反応硬化型シリコーンエラストマー組成物である。
付加反応硬化型シリコーンエラストマー組成物とは、2種類のオルガノポリシロキサン中の官能基が付加反応により結合して架橋し、エラストマー化する組成物をいう。その代表例としては、ビニル基やヘキセニル基のような脂肪族不飽和基を含有するオルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび白金族化合物系触媒からなるシリコーンエラストマー組成物が挙げられる。
脂肪族不飽和基含有オルガノポリシロキサンとしては、両末端ビニルジメチルシロキシ基封鎖ジメチルポリシロキサン,両末端ビニルジメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体、両末端ビニルメチルフェニルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体が挙げられる。
オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン,両末端トリメチルシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体,両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体,メチルハイドロジェンシクロポリシロキサンが挙げられる。
白金族化合物系触媒としては、微粒子状白金,塩化白金酸,白金とオレフィンの錯体,白金とビニルシロキサンの錯体,白金とジケトンの錯体,パラジウム化合物触媒,ロジウム化合物触媒が挙げられる。これらの中でも、触媒活性の点から白金化合物系触媒が好ましい。この付加反応硬化型シリコーンエラストマー組成物は、硬化性および生産性の点から、通常、加熱して硬化させる。この他にも付加反応硬化型シリコーンエラストマー組成物として、ビニル基のような脂肪族不飽和基を含有するオルガノポリシロキサンとメルカプトアルキル基を含有するオルガノポリシロキサンからなり、紫外線照射もしくは電子線照射により硬化する組成物が挙げられる。
縮合反応硬化型シリコーンエラストマー組成物とは、2種類のオルガノポリシロキサン中の官能基、またはオルガノポリシロキサンとシリカやシラン等のケイ素化合物中の官能基が縮合反応により結合して架橋し、エラストマー化する組成物をいう。この縮合反応硬化型シリコーンエラストマー組成物としては、例えば、脱水素縮合型,脱水縮合型,脱酢酸縮合型,脱オキシム縮合型,脱アルコール縮合型,脱アミド縮合型,脱ヒドロキシルアミン縮合型,脱アセトン縮合型の組成物が挙げられる。
脱水素縮合反応硬化型シリコーンエラストマー組成物の代表例としては、両末端シラノール基封鎖ジオルガノポリシロキサン、オルガノハイドロジェンポリシロキサンおよび有機酸の重金属塩等の縮合反応触媒からなる組成物が挙げられる。両末端シラノール基封鎖ジオルガノポリシロキサンとしては、両末端シラノール基封鎖ジメチルポリシロキサン,両末端シラノール基封鎖ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体,両末端シラノール基封鎖メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)ポリシロキサンが挙げられる。このジオルガノポリシロキサンは縮合反応を抑制する作用を有するため、末端シラノール基の一部をアルコキシ化しておいてもよい。
架橋剤であるオルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、両末端ジメチルハイドロジェンシロキシ基封鎖ジメチルシロキサン・メチルハイドロジェンシロキサン共重合体,両末端トリメチルシロキシ基封鎖メチルハイドロジェンポリシロキサン,メチルハイドロジェンシクロポリシロキサンが例示される。縮合反応触媒としては、ジブチル錫ジラウレート,ジブチル錫ジアセテート,オクテン酸錫,ジブチル錫ジオクテート,ラウリン酸錫,スタノオクテン酸第二鉄,オクテン酸鉛,ラウリン酸鉛,オクテン酸亜鉛が挙げられる。
上記脱水素縮合反応硬化型シリコーンエラストマー組成物は、硬化性および生産性の点から加熱して硬化させる必要があるが、脱水縮合型,脱酢酸縮合型,脱オキシム縮合型,脱アルコール縮合型,脱アミド縮合型,脱ヒドロキシルアミン縮合型,脱アセトン縮合型のシリコーンエラストマー組成物は、湿気存在下であれば常温でも硬化してエラストマーになり得る。湿気硬化型シリコーンエラストマー組成物の中でも、特に、水の除去によってエラストマーを形成し得るシリコーンウォーターベースドエラストマーは有用である。
このシリコーンウォーターベースドエラストマーとしては、通常、(a)1分子中にシラノール基を少なくとも2個有する実質的に直鎖状のオルガノポリシロキサン、(b)コロイド状シリカ,アルカリ金属ケイ酸塩,加水分解可能なシランおよびその部分加水分解縮合物からなる群から選択される架橋剤、(c)硬化触媒、(d)乳化剤および(e)水からなる水性オルガノポリシロキサンエマルジョン組成物が使用される。
ここで(a)成分のオルガノポリシロキサンは、(b)成分の作用により架橋してゴム状弾性体となるものであり、1分子中にシラノール基を少なくとも2個有するポリマーである。このシラノール基の位置に特に制限はないが、両末端に存在することが好ましい。シラノール基以外のケイ素原子に結合する有機基としては、非置換もしくは置換の一価炭化水素基が好ましく、メチル基,エチル基,プロピル基,ブチル基などのアルキル基;ビニル基,アリル基などのアルケニル基;フェニル基などのアリール基;ベンジル基などのアラルキル基;スチリル基,トリル基などのアルカリル基;シクロヘキシル基,シクロペンチル基などのシクロアルキル基が挙げられる。
またこれらの基の水素原子の一部もしくは全部がフッ素,塩素,臭素などのハロゲン原子で置換された基、例えば、3−クロロプロピル基,3,3,3−トリフロロプロピル基なども挙げられる。これらの中でもメチル基,ビニル基,フェニル基が好ましく、特にメチル基がより好ましいが、全て同一である必要はなく異種の一価炭化水素基の組み合わせであってもよい。また実質的に直鎖状とは、一部に分岐鎖を有する直鎖状であってもよいという意味である。
このオルガノポリシロキサンの分子量は特に制限されないが、5000以上であることが好ましい。これは、合理的な抗張力と伸びは分子量が3000以上であれば得られるが、最も好ましい抗張力と伸びは分子量が5000以上でないと得られないためである。ただし、エマルジョンへの乳化の可能性の点から、1000000以下であることが好ましい。
このようなオルガノポリシロキサンの具体例としては、分子鎖両末端がシラノールで封鎖されたジメチルポリシロキサン,メチルフェニルポリシロキサン,ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体,メチルビニルポリシロキサン,ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体が挙げられる。このようなオルガノポリシロキサンは、例えば、環状もしくは分岐状のオルガノポリシロキサンを加水分解縮合する方法,ジオルガノジハロゲノシランの一種もしくは二種以上を加水分解する方法により合成することができる。
(b)成分の架橋剤は(a)成分の架橋成分として作用するものであり、コロイド状シリカ,アルカリ金属ケイ酸塩,加水分解可能なシランもしくはその部分加水分解縮合物が挙げられる。コロイド状シリカとしては、煙霧状コロイドシリカ,沈殿コロイドシリカ,またはナトリウム,アンモニアもしくはアルミニウムイオンで安定化した粒径0.0001〜0.1μmのコロイドシリカが例示される。コロイド状シリカの配合量は、(a)成分のオルガノポリシロキサン100重量部に対して1〜150重量部が好ましく、1〜70重量部がより好ましい。
またアルカリ金属ケイ酸塩としては、ケイ酸リチウム,ケイ酸ナトリウム,ケイ酸カリウム,ケイ酸ルビジウムが例示される。アルカリ金属ケイ酸塩の配合量は、(a)成分のオルガノポリシロキサン100重量部に対して0.3〜30重量部が好ましく、0.3〜20重量部がより好ましい。加水分解可能なシランとしては、ケイ素原子に結合している加水分解性基を1分子中に少なくとも3個有するシランが使用される。これは3個未満であるとエラストマーが得られないためである。
加水分解性基としては、例えば、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基などのアルコキシ基;アセトキシ基などのアシロキシ基;アセトアミド基、N−メチルアセトアミド基などの置換もしくは非置換のアセトアミド基;プロぺノキシ基などのアルケニルオキシ基;N,N−ジエチルアミノ基などの置換アミノ基;メチルエチルケトオキシム基などのケトオキシム基が挙げられる。
具体的には、メチルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ノルマルプロピルオルソシリケート、エチルポリシリケート、プロピルポリシリケート、メチルトリ(プロパノキシ)シラン、メチルトリ(メチルエチルケトオキシム)シランが例示される。このようなシランを2種もしくはそれ以上混合して使用することもできる。この加水分解可能なシランまたはその部分加水分解縮合物の配合量は、(a)成分のオルガノポリシロキサン100重量部に対して1〜150重量部が好ましい。
(c)成分の硬化触媒は、(a)成分のオルガノポリシロキサンと(b)成分の架橋剤との縮合反応を促進する成分であり、例えば、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジアセテート、オクテン酸錫、ジブチル錫ジオクテート、ラウリン酸錫、スタノオクテン酸第二鉄、オクテン酸鉛、ラウリン酸鉛、オクテン酸亜鉛などの有機酸金属塩;テトラブチルチタネート、テトラプロピルチタネート、ジブトキシチタンビス(エチルアセトアセテート)などのチタン酸エステル;n−ヘキシルアミン、グアニジンなどのアミン化合物またはこれらの塩酸類が挙げられる。
尚、これらの硬化触媒はあらかじめ乳化剤と水を使用して、通常の方法によりエマルジョンの形態にしておくことが好ましい。この硬化触媒の添加量は、(a)成分のオルガノポリシロキサン100重量部に対して0.01〜1.5重量部が好ましく、0.05〜1重量部がより好ましい。
(d)成分の乳化剤は、主として(a)成分のオルガノポリシロキサンを乳化する成分であり、アニオン系乳化剤,非イオン系乳化剤,カチオン系乳化剤が挙げられる。アニオン系乳化剤としては、例えば、高級脂肪酸塩類、高級アルコール硫酸エステル塩類、アルキルベンゼンスルホン酸塩類、アルキルナフタレンスルホン酸塩類、アルキルホフスホン酸塩類、ポリエチレングリコール硫酸エステル塩類が挙げられる。
非イオン系乳化剤としては、例えば、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル類、ソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンソルビタン脂肪酸エステル類、ポリオキシアルキレン脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン類、脂肪酸モノグリセライド類が挙げられる。
カチオン系乳化剤としては、例えば、脂肪族アミン塩類、第4級アンモニウム塩類、アルキルピリジニウム塩類が挙げられる。これらの乳化剤は1種類のみで使用してもよく、また2種類以上混合したものを使用してもよい。この乳化剤の配合量は、(a)成分のオルガノポリシロキサン100重量部に対して2〜30重量部が好ましい。
(e)成分の水の配合量は、(a)成分のオルガノポリシロキサンと(b)成分の架橋剤と(c)成分の硬化触媒とを、(d)成分の乳化剤の作用により乳化させて水性エマルジョンを調製するのに十分な量であればよく、特に限定されない。
このシリコーンウォーターベースドエラストマーのエマルジョンは、上記(a)〜(e)成分を均一に混合することにより調製することができる。例えば、両末端シラノール基を有するジメチルポリシロキサンを乳化剤の存在下、ホモミキサー、ホモジナイザー、コロイドミルなどの乳化機を用いて水に乳化させた後、コロイド状シリカなどの架橋剤や硬化触媒を添加して混合する方法や、オクタメチルシクロテトラシロキサンなどの環状ジオルガノポリシロキサンを乳化剤として用いて水に乳化させ、次いで開環重合触媒を添加して加熱下で重合させることにより両末端がシラノール基で封鎖されたジメチルポリシロキサンのエマルジョンを調製し、これにコロイド状シリカなどの架橋剤や硬化触媒を添加して混合する方法が挙げられる。
また、(a)〜(e)成分からなるベースエマルジョンを調製した後そのpHを9〜12に調節することにより、保存安定性に極めて優れたエマルジョンを得ることができる。pH調節剤としては、例えば、ジメチルアミン、エチレンジアミンなどのアミン類;水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属の水酸化物を用いることができる。これらの中でも有機アミンが好ましく、上記以外の有機アミンとして、さらにモノエタノールアミン、トリエタノールアミン、モルホリン、2−アミノ−2−メチル−1−プロパノールが例示される。このようにしてpHを調節した後、一定温度で一定期間熟成することが好ましい。
熟成温度はエマルジョンが破壊されない温度、即ち、10〜60℃の範囲が好ましく、特に15〜50℃の範囲がより好ましい。熟成期間は熟成温度に応じて設定され、例えば、25℃の温度条件下では1週間以上、40℃の温度条件下では4日以上が好ましい。
このようにして得られたオルガノポリシロキサンエマルジョンは室温下での保存安定性に優れ、水分の除去により室温で容易に硬化してエラストマー状になり得る。一方、室温下での保存安定性が必要でない場合には、ベースエマルジョンのpHは9未満であってもよい。またこのオルガノポリシロキサンエマルジョンには、上記以外の成分、例えば、充填剤、増粘剤、顔料、染料、耐熱剤、防腐剤、アンモニア水などの浸透助剤などを適宜添加配合することができる。
特に、上記(b)成分の架橋剤としてコロイド状シリカを使用しない場合には、オルガノポリシロキサンエマルジョンの粘稠性が乏しくなり厚肉のエラストマーが得られにくくなるので、充填剤として微粉末の石英,炭酸カルシウム、酸化マグネシウム、二酸化亜鉛、二酸化チタン粉末、カーボンブラックなどを添加配合することが好ましい。
さらにこれらの充填剤は、コロイド状であると水分の除去によって生成するエラストマーの抗張力と伸びが大きくなることから、コロイド状であることが好ましい。また増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸などを使用することができる。
この他にも湿気硬化型シリコーンエラストマー組成物として、前記したような両末端シラノール基封鎖ジオルガノポリシロキサン(好ましくは、25℃における粘度が1000〜60000センチストークスであるもの)を主成分とし、架橋剤として例えばビニルトリアセトキシシラン、触媒として例えばジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウレートを配合し、さらにアエロジルなどの補強用フィラー類を加えて均一に混練することにより得られる脱酢酸縮合型シリコーンエラストマー組成物、この脱酢酸縮合型の組成物において、ビニルトリアセトキシシランをビニルトリオキシムシランに代替してなる脱オキシム縮合型シリコーンエラストマー組成物、同様にビニルトリアセトキシシランをテトラエトキシシラン等に代替してなる脱アルコール縮合型シリコーンエラストマー組成物が挙げられる。尚、使用される架橋剤は上記シラノール基封鎖ジオルガノポリシロキサンをエラストマー化できるものであればよく、上記したような架橋システムに限定されない。
ラジカル反応硬化型シリコーンエラストマー組成物としては、オルガノポリシロキサン,補強性充填剤および有機過酸化物からなる組成物が挙げられ、付加的成分として増量充填剤、耐熱剤、難燃剤、顔料、有機溶剤などを含有することができる。オルガノポリシロキサンとしては、両末端がトリメチルシロキシ基,ジメチルビニルシロキシ基,メチルフェニルビニルシロキシ基またはシラノール基で封鎖され、主鎖がジメチルポリシロキサン,ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体,ジメチルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体,ジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン・メチルビニルシロキサン共重合体,メチル(3,3,3−トリフルオロプロピル)・メチルビニルシロキサン共重合体である生ゴム状のポリマーが例示される。
補強性充填剤としてはヒュームドシリカが例示される。有機過酸化物としては、ベンゾイルパーオキサイド,ジクミルパーオキサイド,ジ−t−ブチルパーオキサイド,2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキサン,2,5−ジメチル−2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)ヘキセンなどが例示される。このラジカル反応硬化型シリコーンエラストマー組成物は、硬化性および生産性の点から、通常、加熱して硬化させる。
この他にもラジカル反応硬化型シリコーンエラストマー組成物として、オルガノポリシロキサン生ゴムと補強性充填剤を主剤とし、付加的成分として増量充填剤、耐熱剤、難燃剤、顔料、有機溶剤などを含有してなり、β線やγ線照射により硬化する組成物や、ケイ素原子結合アルケニル基含有オルガノポリシロキサン、増感剤および補強性充填剤からなり紫外線照射により硬化する組成物が挙げられる。
シリコーンエラストマーの平均1次粒子径は、好ましくは0.1〜100μmであり、さらに好ましくは2〜15μmである。市販品としては、東レ・ダウコーニング株式会社製のトレフィルEシリーズがあり、具体的にはトレフィルE−500、E−505C、トレフィルE−506S、トレフィルE−507、トレフィルE−508、E−600、E−601、E−606などが挙げられる。
(C−b−4)ポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体
ポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体とは、ポリオルガノシロキサン粒子の存在下に、多官能性単量体およびその他の共重合可能な単量体からなるビニル系単量体を重合して、ポリオルガノシロキサン成分とビニル系重合体成分が相互に絡み合った架橋構造を核(コア)として形成し、さらにビニル系単量体を重合して殻(シェル)を形成した複合ゴム系多層構造重合体である。
ポリオルガノシロキサン粒子は、ポリオルガノシロキサンのみからなる粒子だけでなく、他の(共)重合体を含んだ変性ポリオルガノシロキサンであってもよい。すなわち、ポリオルガノシロキサン粒子は、粒子中に、例えばポリアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル−スチレン共重合体などを5重量%以下含有してもよいが、実質的にポリオルガノシロキサンのみからなる粒子が難燃性の点から好ましい。
ポリオルガノシロキサン粒子は、電子顕微鏡観察から求められる数平均粒子径が、0.008〜0.6μmであるのが好ましい。数平均粒子径が0.01〜0.2μm、特に0.01〜0.15μmであれば更に好ましい。該平均粒子径が0.008μm未満のものは入手が困難であり、0.6μmを超えるものは、これを用いた樹脂組成物の難燃性が悪くなる傾向にある。
ポリオルガノシロキサン粒子は、トルエン不溶分量(該粒子0.5gをトルエン80mlに室温で24時間浸漬した場合のトルエン不溶分量)が95%以下、さらには50%以下、とくには20%以下であるものが難燃性・耐衝撃性の点から好ましい。
ポリオルガノシロキサン粒子の具体例としては、ジメチルシロキサン、メチルフェニルシロキサン、ジフェニルシロキサンなどから選ばれたシロキサンを単独あるいは2種以上を組み合わせたものと、2官能シラン化合物及びビニル系重合性基含有シラン化合物等とを共重合するか、あるいはこれらに更に3官能以上のシラン化合物を加えて共重合することによりうることができる。
ビニル系単量体の一つである多官能性単量体は分子内に重合性不飽和結合を2つ以上含む化合物であり、その具体例としては、メタクリル酸アリル、シアヌル酸トリアリル、イソシアヌル酸トリアリル、フタル酸ジアリル、ジメタクリル酸エチレングリコール、ジメタクリル酸1,3−ブチレングリコール、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。これらは単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。これらのなかでは、経済性および効果の点で特にメタクリル酸アリルの使用が好ましい。
もう一つのビニル系単量体である共重合可能な単量体の例としては、スチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、パラブチルスチレンなどの芳香族ビニル系単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアン化ビニル系単量体、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシブチル、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、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸ヒドロキシエチルなどの(メタ)アクリル酸エステル系単量体、イタコン酸、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸などのカルボキシル基含有ビニル系単量体などが挙げられる。これらも単独で使用してもよく2種以上を併用してもよい。反応性や安定性の点からして、(メタ)アクリル酸エステル系単量体を用いるのが好ましい。
シェル層を形成するビニル系単量体は、グラフト共重合体を熱可塑性ポリエステル樹脂に配合するに際し、グラフト共重合体と樹脂との相溶性を確保して、樹脂にグラフト共重合体を均一に分散させる作用を奏する成分でもある。このため、シェル層を形成するビニル系単量体には、上記の(メタ)アクリル酸エステル系単量体を主に用いるのが好ましい。
ポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体としては、先の段階の重合体を後の段階の重合体が順次被覆するような連続した多段階シード重合によって製造される重合体が好ましい。基本的な重合体構造としては、ガラス転移温度の低い架橋成分であるポリオルガノシロキサンゴム成分とポリアルキル(メタ)アクリレートゴム成分が相互に絡み合った構造からなる内核層と、樹脂組成物のマトリックス成分との接着性を改善するアルキル(メタ)アクリレート系重合体物からなる最外殻層とを有する多層構造重合体である。更には、最内核層を芳香族ビニル単量体からなる重合体で形成し、中間層をポリオルガノシロキサン成分とポリアルキル(メタ)アクリレート成分が相互に絡み合った構造の重合体で形成し、さらに最外殻層をアルキル(メタ)アクリレート系重合体で形成した三層構造の重合体とすることもできる。
アルキル(メタ)アクリレートのアルキル基の炭素数は1〜8程度である。この様なアルキル基としては、例えば、エチル、ブチル、2−エチルヘキシル基等が挙げられる。アルキル(メタ)アクリレート系重合体は、エチレン性不飽和単量体等の架橋剤で架橋されていてもよく、架橋剤としては、例えば、アルキレンジオールジ(メタ)アクリレート、ポリエステルジ(メタ)アクリレート、ジビニルベンゼン、トリビニルベンゼン、シアヌル酸トリアリル、(メタ)アクリル酸アリル等が挙げられる。
ポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体は、ポリオルガノシロキサン粒子40〜90重量部、好ましくは60〜80重量部、さらに好ましくは60〜75部重量の存在下に、コア層用ビニル系単量体0.5〜10重量部、好ましくは1〜5重量部、さらに好ましくは2〜4重量部を重合し、さらにシェル層用ビニル系単量体5〜50重量部、好ましくは10〜39重量部、さらに好ましくは15〜38重量部を、合計量が100重量部になるように重合して得られたものが好ましい。
ポリオルガノシロキサン粒子が少なすぎても、多すぎても、いずれもこれを用いて得られる樹脂組成物の難燃化効果が低くなる傾向にある。また、コア用ビニル系単量体が少なすぎると、難燃化効果及び靭性改良効果が低くなる傾向にあり、多すぎると靭性改良効果が低くなる傾向にある。またシェル層用ビニル系単量体は少なすぎても多すぎても、いずれも難燃化効果が低くなる傾向にある。この様なポリオルガノシロキサンコアグラフト共重合体としては、三菱レイヨン社製メタブレンS−2001、S−2200又はSRK−200等の市販品を使用することもできる。
(D)コレマナイト:
本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物においては、コレマナイトを、熱可塑性樹脂100重量部に対し、0.01〜30重量部の割合で含む。コレマナイトを含むことにより、驚くべきことに、レーザー印字性が著しく向上する。これまでも、樹脂組成物にコレマナイトを添加することは知られていたが、コレマナイトを添加することにより、レーザー印字性が向上することは全く予測されていなかった。特に、樹脂組成物では、添加剤を追加することにより、流動性等の物性バランスが崩れやすいことが公知であるが、本発明の組成物において、コレマナイトを添加しても、そのような物性バランスが保たれている点で極めて有為である。さらに、本願発明者らの検討により、コレマナイトを添加することにより流動性の低下が抑制する傾向を見出した。加えて、本願発明者の検討によると、本発明の組成物において、(B)ホスフィン酸塩を添加しない場合においても、レーザー印字性が向上することが確認された。従って、難燃性を要求されない用途に使用する場合には、本発明の組成物において(B)ホスフィン酸塩を添加しない組成物とすることもできる。
本発明で用いるコレマナイトは、主に硼酸カルシウムからなる無機化合物であり、通常、化学式2CaO・3B23・5H2Oで表される水和物である。本発明に用いるコレマナイトは、 HYPERLINK "http://stonesagasi.seesaa.net/article/15439337.html" コールマナイト(Colemanite)、コールマン石または灰硼鉱と呼称されるカルシウム系ホウ酸鉱や、合成物の何れでもよいが、中でも鉱物として産出されるコレマナイトが、熱安定性に優れるので好ましい。
本発明に用いるコレマナイトは、例えば鉱物としては含水硼酸カルシウムの鉱物で、蒸発岩鉱床に生成し、単斜晶系に属する短柱状結晶や偽菱面結晶をつくるものであり、結晶形態は粒状や緻密な塊状、丸い集合体の何れも用いることが出来る。色は無色や白色、乳白色、黄白色、灰色のものなど多数あるが、本発明においてはこれら以外の色調のものでも使用することができる。
本発明に用いるコレマナイトとして鉱物を用いる際には、産出される状態での不純物を含有していても良い。この様な、鉱物としてのコレマナイトの組成は、不純物も含めて質量%として一般的に、B23(45.2〜42.18%)、Fe23(0.35〜0.03%)、SiO2(3.50〜4.08%)、Al23(0.51〜0.16%)、CaO(26.01〜27.06%)、SrO(0.62〜1.19%)、MgO(1.06〜1.43%)、Na23(0.03〜0.10%)、K2O(0.16〜0.03)であるが、上述以外の化学組成物を含むものであってもよい。
本発明に用いるコレマナイトとしては、例えば共立マテリアル社製コレマナイト、キンセイマテック社製UBP等の商品名で販売されているものが使用できる。また本発明に用いるコレマナイトは、上述してきた様な天然物をそのままで、または一部処理したものをもちいることもできる。具体的には例えば、コレマナイトを400℃以上で焼成することで、その一部がCaO・2B23となる。この焼成物は、抗菌効果、抗カビ効果、防藻効果などを奏することが報告されている。
コレマナイトの添加量は、熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、好ましくは0.1〜25重量部であり、中でも好ましくは1〜20重量部であり、更に好ましくは1〜15重量部である。このような範囲とすることにより、本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物の難燃性、流動性、機械的強度およびレーザー印字性が向上する。
コレマナイトの平均粒径は、1〜50μmであることが好ましく、中でも3〜20μm、特に3〜10μmであることが好ましい。このような範囲とすることにより、本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物の柔軟性等の諸物性や、難燃性が向上する傾向にある。
尚、上述したコレマナイトの平均粒径とは、セディグラフ(X線透過式粒度分布測定装置)により測定して得られた粒度分布において、積算重量分布が50%となる粒径を示す。セディグラフは、沈降中の懸濁液にX線を照射し、そのX線透過量から粒度分布を測定する装置である。
本発明に用いるコレマナイトは、例えば天然に産出された鉱石であれば、これを乾式粉砕法、湿式粉砕法等の、従来公知の任意の方法を用いて粉砕し、所定の粒径に調整すればよい。粉砕手段としては、ボールミル、ローラーミル、ジェットミル、振動ミル、遊星ミル、撹枠ミル等の粉砕手段が挙げられる。
また、本発明に用いるコレマナイトは、シランカップリング剤等の表面処理剤によって、表面処理されたものを用いてもよい。表面処理剤としては、従来公知の任意のものを使用でき、具体的には例えばシランカップリング剤としては、アミノシラン系、エポキシシラン系、アリルシラン系、ビニルシラン系等の表面処理剤が挙げられる。
これらの中では、アミノシラン系表面処理剤が好ましい。アミノシラン系カップリング剤としては、具体的には例えば、γ−アミノプロピルトリエトキシシラン、γ−アミノプロピルトリメトキシシラン及びγ−(2−アミノエチル)アミノプロピルトリメトキシシランが、好ましい例として挙げられる。
コレマナイトの表面処理剤としては、本発明の効果を損ねない範囲であれば、上記シランカップリング剤等の表面処理剤には、他の成分、具体的には例えば、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、帯電防止剤、潤滑剤及び撥水剤等を含んでいてもよい。
この様な表面処理剤による表面処理方法としては、具体的には例えば、特開2001−172055号公報、特開昭53−106749号公報等に記載の方法の様に、表面処理剤により予め表面処理してもよく、又は本発明のポリエステル樹脂組成物を調製の際に、未処理のコレマナイトとは別に、表面処理剤を添加して表面処理することもできる。
(E)強化充填材:
熱可塑性樹脂組成物には、その成形品の剛性を高めるため、ガラス繊維などの強化充填材を配合することが行われているが、強化充填材を配合した樹脂組成物で成形した製品は、燃焼時に強化充填材が蝋燭の芯のように作用するので、燃焼し易いという問題があった。
従って、強化充填材を配合した樹脂組成物を、ホスフィン酸のカルシウムまたはアルミニウム塩で難燃化するには、格別の工夫が必要である。しかしながら、本発明者が検討した結果、本発明の組成物においては、熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、150重量部以下の割合で添加することにより、燃焼性を低下させずに、機械的強度を高めることが可能であることを見出した。
本発明で用いることのできる強化充填材とは、樹脂に配合することにより得られる組成物の機械的性質を向上させる効果を有するもので、常用のプラスチック用無機充填剤を用いることができる。好ましくはガラス繊維、炭素繊維、玄武岩繊維、ウォラストナイト、チタン酸カリウム繊維の如き繊維状の充填剤を用いる。なかでも機械的強度、剛性及び耐熱性の点からガラス繊維を用いるのが好ましい。また炭酸カルシウム、酸化チタン、長石系鉱物、クレー、有機化クレー、カーボンブラック、ガラスビーズの如き粒状または無定形の充填剤;タルクの如き板状の充填剤;ガラスフレーク、マイカ、グラファイトの如き鱗片状の充填剤を用いることもできる。
(E)強化充填材の配合量は、(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対して、好ましくは150重量部以下、より好ましくは5〜120重量部である。5重量部以上とすることにより、補強効果を十分に奏し、また150重量部以下とすることにより、流動性を良好に保ちつつ、機械的特性(特に靱性)を高くすることが可能になる。
従来から、強化充填材を添加すると、流動性が低下することが知られているが、本発明では強化充填剤を添加しても流動性が低下しないという点で有益である。
本発明においては、上述した成分に加えて更に、ホウ酸金属塩を用いてもよい。ホウ酸金属塩を形成するホウ酸としては、オルトホウ酸、メタホウ酸等の非縮合ホウ酸、ピロホウ酸、四ホウ酸、五ホウ酸及び八ホウ酸等の縮合ホウ酸、並びに塩基性ホウ酸等が好ましい。これらと塩を形成する金属はアルカリ金属でもよいが、中でもアルカリ土類金属、遷移金属、周期律表2B族金属等の多価金属が好ましい。またホウ酸金属塩は水和物であってもよい。
ホウ酸金属塩としては、非縮合ホウ酸金属塩と、縮合ホウ酸金属塩とがある。非縮合ホウ酸金属塩としては、オルトホウ酸カルシウム、メタホウ酸カルシウム等のアルカリ土類金属ホウ酸塩;オルトホウ酸マンガン、メタホウ酸銅等の遷移金属ホウ酸塩;メタホウ酸亜鉛、メタホウ酸カドミウム等の周期律表2B族金属のホウ酸塩などが挙げられる。これらのなかではメタホウ酸塩が好ましい。
縮合ホウ酸塩としては、四ホウ酸三マグネシウム、ピロホウ酸カルシウム等のアルカリ土類金属ホウ酸塩;四ホウ酸マンガン、二ホウ酸ニッケル等の遷移金属ホウ酸塩;四ホウ酸亜鉛、四ホウ酸カドミウム等の周期律表2B族金属のホウ酸塩等が挙げられる。塩基性ホウ酸塩としては塩基性ホウ酸亜鉛、塩基性ホウ酸カドミウム等の周期律表2B族金属の塩基性ホウ酸塩等が挙げられる。またこれらのホウ酸塩に対応するホウ酸水素塩(例えばオルトホウ酸水素マンガン等)も使用できる。
本発明に用いるホウ酸金属塩としては、アルカリ土類金属又は周期律表2B族金属塩、例えばホウ酸亜鉛類やホウ酸カルシウム類を用いるのが好ましい。ホウ酸亜鉛類には、ホウ酸亜鉛(2ZnO・3B23)やホウ酸亜鉛・3.5水和物(2ZnO・3B23・3.5H2O)等が含まれ、ホウ酸カルシウム類にはホウ酸カルシウム無水物(2CaO・3B23)や焼成物等が含まれる。これらホウ酸亜鉛類やホウ酸カルシウム類の中でも特に水和物が好ましい。
ホウ酸金属塩の配合により、樹脂組成物の燃焼阻止作用が向上する。現象的には、燃焼に際し発泡して未燃焼部分を炎から遮断する。ホウ酸金属塩の配合量は、熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対して0〜20重量部であるが、配合効果を発現させるためには1重量部以上配合することが好ましいが、過剰に配合しても添加量増加に見合う効果の向上は頭打ちとなるので、ホウ酸金属塩の配合量は熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対して1〜10重量部、中でも1〜5重量部であることが好ましい。
更に本発明の樹脂組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂組成物に常用されている種々の添加剤を添加することができる。このような添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定剤等の安定剤、耐加水分解抑制剤(エポキシ化合物、カルボジイミド化合物など)、帯電防止剤、滑剤、離型剤、染料や顔料等の着色剤、可塑剤などが挙げられる。特に酸化防止剤及び離型剤の添加は効果的である。これらの添加剤の添加量は、熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、通常、10重量部以下であり、好ましくは5重量部以下である。
また、懸濁重合法で得られたポリテトラフルオロエチレンやヒュームドコロイダルシリカなどを添加して、燃焼時の滴下防止をより確実にすることもできる。
本発明の難燃性ポリエステル樹脂組成物は、更に他の熱可塑性樹脂を補助的に用いてもよく、高温において安定な樹脂であれば使用可能であり、具体的には例えばポリカーボネート、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンサルファイドエチレン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、フッ素樹脂等が挙げられる。
本発明の樹脂組成物の調製は、樹脂組成物調製の常法に従って行うことができる。通常は各成分及び所望により添加される種々の添加剤を一緒にしてよく混合し、次いで一軸又は二軸押出機で溶融混練する。また各成分を予め混合することなく、ないしはその一部のみを予め混合し、フイーダーを用いて押出機に供給して溶融混練し、本発明の樹脂組成物を調製することもできる。さらには、ポリエステル樹脂の一部に他の成分の一部を配合したものを溶融混練してマスターバッチを調製し、次いでこれに残りのポリエステル樹脂や他の成分を配合して溶融混練してもよい。
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、その要旨を越えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。尚、樹脂組成物の評価は、以下の方法により行った。尚、実施例1は参考例である。
曲げ強度:
厚さ1.6mmのアンダーライターズラボラトリーズのサブジェクト94(以下、UL94と記す。)の燃焼試験片を射出成形し、これを用いてスパン間40mm、試験速度2mm/minの条件にて曲げ試験を実施した。
難燃性テスト:
UL94の方法に準じ、5本の試験片(厚さ0.4mmまたは0.8mm)を用いて難燃性テストを行い、UL94記載の評価方法に従い、V−0、V−1、V−2、HBに分類した(V−0が最も難燃性が高いことを示す)。全燃焼時間(total燃焼時間)は、5本の合計燃焼時間(第一接炎時、第二接炎時の燃焼時間を含む)である。
赤熱棒着火温度(Glow−wire Ignition Temperature)試験(略称:GWIT試験):
厚み0.75mm平板試験片について、IEC60695−2−13に定める試験法に従って行った。具体的には、所定形状の赤熱棒(外形4mmのニッケル/クロム(80/20)線をループ形状にしたもの)を30秒間接触させ、着火しない先端の最高温度より25℃高い温度として定義される。
この試験には、以下の背景がある。近年、電気電子部品における電気安全性に対する要求が、以前にも増して厳しくなりつつある。例えば、最近改定された国際電気標準会議(International Electrotechnical Commission、略称IEC)のIEC60335−1規格によると、冷蔵庫、全自動洗濯機などの家庭用電気製品において、オペレータが付かない状態で動作する機器の部品のうち、通常の動作中に0.2Aを超える定格電流が流れる接続部を支持している電気絶縁部品、およびこれらの接続部から3mm以内の距離にある電気絶縁部品(プリント回路基板、端子台、プラグなど)の材料は、赤熱棒着火温度(Glow−wire Ignition Temperature、略称:GWIT)が0.75mm厚みで775℃以上であることを満足させることが要求されている。
比較トラッキング指数試験(略称:CTI試験):
試験片(厚さ3mmの平板)について、国際規格IEC60112に定める試験法によりCTIを決定した。CTIは固体電気絶縁材料の表面に電界が加わった状態で湿潤汚染されたとき、100Vから600Vの間の25V刻みの電圧におけるトラッキングに対する対抗性を示すものであり、数値が高いほど良好であることを意味する。CTIは500V以上であるのが電気絶縁特性として好ましい。
ガス評価として以下の二つの試験を行い評価した。
1)モールドデポジット:
射出成形機として住友重機械(株)製SE50を用い、射出圧力50MPa射出速度80mm/sec、シリンダー温度270℃、射出時間3sec、冷却8sec、金型温度80℃、ザックバック3mmの条件で、長さ35mm、幅14mm、厚さ2mmの樹脂成形品をピンゲート金型を用いて製造した。
この条件で連続的に射出成形し、1000ショット実施後、金型に付着しているモールドデポジットの状態(金型汚染性)を肉眼で観察し、次の判定基準に従って評価した。
◎:モールドデポジットがほとんど認められない。
○:モールドデポジットがうっすらと認められる。
△:モールドデポジットがはっきりと認められる。
×:モールドデポジットが金型全面に厚く付着している。
2)発生ガス総量(GC−MS)(単位:μg/g樹脂=ppm):
試料樹脂を約0.02g秤量し、サンプル管に入れ、島津製作所社製のTD−20、カラムUA1701を使用し、ヘリウム30ml/minの気流下、270℃で10分間熱処理し、−20℃に冷却したクライオトラップで発生ガス総量を捕集した。
条件としては、カラムUA1701(50℃・2min保持後、260℃(10℃/10min)昇温後、さらに300℃(5℃/10min))を使用し、注入口温度270℃で捕集したガスをGCに導入し、発生ガスのトータルイオンクロマトグラムを測定し、n−デカンを内部標準として検出量を作成して定量した(単位:μg/g樹脂=ppm)。
流動性:
樹脂組成物のスパイラルフロー長さを、射出成形機として住友重機械(株)製SE50を用いて評価した。射出圧力170MPa、射出速度100mm/sec、シリンダー温度270℃、射出時間2sec、冷却7sec、金型温度80℃、サックバック1mmの条件とした。また評価した樹脂成形品の形状は、断面が肉厚1mm、幅1.5mmの、長尺状樹脂成形品であり、渦巻き状となったものである。この渦巻き状長尺樹脂成形品の大きさは、長尺状樹脂成形品の中心間距離として、90mm×105mmである。この渦巻き状長尺樹脂成形品を図1に示す。
離型性:
樹脂温度270℃、金型温度80℃、サイクル25秒の条件で、ファナック製射出成形機(α−100iA)を用いて、浅いコップ形状(肉厚3mm、外径100mm、深さ20mm)の成形品を連続射出成形し、突き出しピンの痕の有無を目視観察することにより離型性を測定した。ピンの痕がはっきりと認められるものを×、かすかに認められるものを○、認められないものを◎とした。
レーザー印字性:
(1)レーザーマーキング性評価方法:
テストピースに次の条件でNd−YAGレーザーにより、レーザーマーキングを行い、評価した。
装置は、日本電気社製 マーカーエンジン SL475H/HFを用い、大出力:50W以上、レーザーマーキングの出力電流値:10Aまたは15A、発振波長:1060nm、超音波Qスイッチ:2KHz、スキャニング速度:200mm/secとした。マーキング図柄は、2枚のプレートに各々、異なるマーキングを施した。1枚のプレートには20×20mmの正方形を塗りつぶす様にマーキングさせ、別の1枚には計10文字のアルファベット(ABCDEFGHIJ)を、フォント5mmでマーキングした。
レーザーマーキング性の判定は、レーザーマーキング処理を施した2枚のプレートを目視にて観察し、総合的に判断し、次の判断基準に基づき◎、○、△、×のランクに分けた。
◎:極めて、鮮明なマーキングが成されており、良好。
○:鮮明なマーキングが成されており、容易に認識が可能。
△:マーキングの図柄の認識は可能。
×:全くマーキングが成されてない、若しくは図柄の認識が困難である。
また、レーザーマーキング性評価(レーザ−マーキング部の認識度合い)は、元々の素材から、レーザーマーキング処理によって、どの程度色が変わったかを数値化して判断した。具体的には、20×20mmの正方形を塗り潰すようにレーザーマーキング処理し、レーザーマーキング前後の盛り上がり発泡高さを、3Dレーザー顕微鏡(キーエンス社製:VK−8700)を用いて観察し、印字部の盛り上がり発泡高さを評価した。この盛り上がり発泡高さは、数値が大きいほど、光の乱反射により、レーザー印字部の視認性に優れる傾向があることが明白となる。
実施例で使用した原料は、以下の通りである。
(A)熱可塑性ポリエステル樹脂:
(A−1)PBT:三菱エンジニアリングプラスチックス社製 ノバデュラン(登録商標)5020、固有粘度1.20dl/gのポリブチレンテレフタレート樹脂
(A−2)PBT:三菱エンジニアリングプラスチックス社製 ノバデュラン(登録商標)5008、固有粘度0.85dl/gのポリブチレンテレフタレート樹脂
(A−3)PBT:三菱化学(株)製、ノバペット(登録商標)PBK1、固有粘度0.64dl/g(フェノールと1,1,2,2−テトラクロロエタンの1:1(重量比)の混合溶媒中、30℃で測定)
(A−4)PTMG共重合体PBT(ポリエステルエーテル共重合体):三菱エンジニアリングプラスチックス社製 ノバデュラン(登録商標)5510、ポリテトラメチレンエーテルグリコールユニット(数平均分子量=約1016)含量20重量%を共重合したポリブチレンテレフタレート樹脂。Tg=22℃ 固有粘度=1.3dl/g(フェノールと1,1,2,2−テトラクロロエタンの1:1(重量比)の混合溶媒中、30℃で測定)
(B)ホスフィン酸塩:
ジエチルホスフィン酸アルミニウム:クラリアント社製 OP1240(商品名)
(C)オルガノシロキサン化合物:
(C−1)シリコーン化合物−1:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 217Flake(商品名)、重量平均分子量(Mw):2000、水酸基含有量:7重量%、珪素原子に直接または酸素原子を介して結合しているフェニル基の含有量:100モル%、平均分子式:(PhSiO3/21.0(HO1/2)0.57
(C−2)シリコーン化合物−2:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 TMS217(商品名)、Mw:2000、水酸基含有量:2重量%、フェニル基含有量:100モル%、Cのシリコーン化合物にトリメチルシリル基で末端封止処理を施したシリコーンレジン
(C−3)シリコーン化合物−3:小西化学工業製 SR−21(商品名)、Mw:3800、水酸基含有量:6重量%、フェニル基含有量:100モル%、平均分子式:(PhSiO3/21.0(HO1/20.48
(C−4)シリコーン化合物−4:小西化学工業製 SR−20(商品名)、Mw:6700、水酸基含有量:3重量%、フェニル基含有量:100モル%、平均分子式:(PhSiO3/21.0(HO1/20.24
(C−5)シリコーン化合物−5:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 SH6018(商品名)、Mw:2000、水酸基含有量:6重量%、フェニル基含有量:70モル%、プロピル基30モル%、平均分子式:(PhSiO3/20.7(ProSiO3/20.3(HO1/20.48
(C−6)シリコーン化合物−6:信越化学工業社製 X40−9805(商品名)、メチルフェニル系オルガノシロキサン、フェニル基含有量:50モル%
(C−7)シリコーン化合物−7:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 Z6800(商品名)、トリフェニルシラノール、フェニル基含有量:100モル%、平均分子式:Ph3SiOH
(C−8)シリコーン化合物−8:信越化学工業社製、オクタフェニルテトラシクロシロキサン、Mw:793、水酸基含有量:0重量%、フェニル基含有量100モル%、平均分子式:以下の一般式(7)
尚、C−1からC−8のものは全て、25℃で固体状態を示す。
Figure 0005437720
(C−9)シリコーン化合物−9:信越化学工業社製 KR−511(商品名)、メチルフェニル系シリコーンオリゴマー、フェニル基含有量:50モル%、25℃で固体状態にない。
(C−10)シリコーン化合物−10:モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・ジャパン社製 TSR165(商品名)、ポリメチルフェニルメトキシシロキサン、フェニル基含有量:50モル%、25℃で固体状態にない。
(C−11)シリコーン化合物−11:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 DC4 7081 シリカ担持シリコンパウダ−メタクリル基を有するポリジメチルシロキサン60重量%を、シリカ40重量%に担持させて粉末化したもの、水酸基含有量:0重量%、フェニル基含有量0モル%、25℃で固体状態である。
(C−12)シリコーン化合物−12:東レ・ダウコーニング・シリコーン社製 SH200(商品名)、ポリジメチルシロキサン、Mw:4×104、水酸基含有量0重量%、フェニル基含有量重量0モル%、粘度60000センチストークス、25℃で固体状態にない。
(D−1)硼酸亜鉛:BORAX社製、2ZnO・3B23・3.5H2O、平均粒径:9μm
(D−2)コレマナイト−1:キンセイマテック社製、硼酸カルシウム鉱(主に2CaO・3B23・5H2O)、平均粒径:15μm
(D−3)コレマナイト−2:キンセイマテック社製、硼酸カルシウム鉱(主に2CaO・3B23・5H2O)、平均粒径:5μm
(E−1)ガラス繊維:オーエンス・コーニング社製 03JA−FT592(商品名)、直径10.5μm
(F−1)シアヌル酸メラミン:サンケミカル社製、MCA(商品名)、平均粒径:5μm
(F−2)ポリリン酸メラミン:チバ・スペシャル社製、melapur200/70(商品名)、平均粒径:8μm
(G)フッ素系樹脂:住友3M社製 TF1750(商品名)
(H−1)酸化防止剤:チバ・スペシャリティーケミカルズ社製 フェノール系酸化防止
剤 イルガノックス1010(商品名)
(H−2)リン系安定剤:旭電化社製 アデカスタブPEP36(商品名)
(H−3)リン系安定剤:モノ−およびジ−ステアリルアシッドホスフェートのほぼ等モル混合物(ADEKA製「アデカスタブAX−71」)
(H−4)離型剤:日本精鑞社製 パラフィンワックス FT100(商品名)
(H−5)滑剤:ステアリン酸カルシウム、日本油脂社製
(H−6)顔料:カーボンブラック、三菱化学社製、MCF #960、粒子径:16nm
下記表に示す重量比で、ガラス繊維以外の成分を一括してスーパーミキサー(新栄機械社製SK−350型)で混合し、混合物をL/D=42の2軸押出機(日本製鋼所社製、TEX30HSST)のホッパーに投入し、ガラス繊維をサイドフィードして、吐出量20kg/h、スクリュー回転数250rpm、バレル温度260℃の条件下で押出して、ポリブチレンテレフタレート樹脂組成物のペレットを得た。得られたペレットを上記評価方法に応じた試験片に成形した。
Figure 0005437720
Figure 0005437720
Figure 0005437720
上記表から明らかなとおり、本発明の範囲外のオルガノシロキサン重合体(C−12)を用いた場合、難燃性が不十分である。さらに、実施例4、5、7等と、比較例13との比較から、同じ量のコレマナイトを添加しても、オルガノシロキサン重合体として、本発明の範囲内のものを採用する方が、レーザー印字性がより優れる傾向にあることがわかる。
また、通常、フィラーを比較的多く含む組成物においては、該フィラーが結晶性樹脂であるPBTの結晶核となり結晶化を促進してしまい流動性が低下することが知られているが、フィラーの一種であるコレマナイトを含んでいても、本発明の組成物では、流動性の低下が抑制される傾向にあることが認められた。
また、実施例23、24のような、芳香環濃度が高い樹脂を採用することにより、GWITが改善していることが認められる。さらに、このような樹脂を採用することにより、CTIが低下することが周知であるが、本発明では驚くべきことに、低下が認められなかった。
さらに、比較例10および11から明らかなとおり、シアヌル酸メラミンやポリリン酸メラミンといった含窒素化合物を用いた場合、モールドデポジットが発生してしまうことが分かった。
本発明の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物は、次のような特徴を有するものとすることができる。
(1)厚さ1mm以下の成形品とした場合でも優れた難燃性と機械的特性を有する。
(2)ハロゲン系難燃剤の含量を1重量%以下としたり、全く含めなかったりしても、難燃性を十分に確保できるので、焼却時にダイオキシンを発生せず、環境汚染が少ない。
(3)離型性に優れたものとすることができるので、成形に際し変形などの恐れを減少させることができる。
(4)流動性に優れたものとすることができるので、薄肉成形加工や多数個取りが可能であり生産性に優れたものとすることができる。
(5)モールドデポジットが極めて少ないので成形に際しての生産性を向上させることができる。
(6)射出成形品へのレーザー印字が可能であり、銘柄等の表記が可能であり利用価値が高い。
(7)耐トラッキング性に優れ、広範囲の電気電子分野の用途に利用が可能である。
(8)グローワイヤー特性に優れ、最近改定された国際電気標準会議(International Electrotechnical Commission、略称IEC)のIEC60335−1規格によると、冷蔵庫、全自動洗濯機などの家庭用電気製品において、オペレータが付かない状態で動作する機器の部品のうち、通常の動作中に0.2Aを超える電流が流れる接続部を支持している絶縁材料部品、およびこれらの接続部から3mm以内の距離にある電気絶縁材料部品用途に利用が可能である。
(9)シアヌル酸メラミン、ポリリン酸メラミン等の有機窒素化合物の含量を減らしても(例えば、組成物の2重量%以下としても)、十分な難燃性を確保することができる。

Claims (10)

  1. (A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、
    (B)下記一般式(1)または(2)で表されるホスフィン酸塩5〜60重量部、
    (C)オルガノシロキサン0.1〜20重量部および、
    (D)コレマナイト0.01〜30重量部を配合してなり、
    前記(C)オルガノシロキサンが、(C−a)珪素原子に直接又は酸素原子を介して結合している有機基の40モル%以上がアリール基であり、重量平均分子量が200〜10000であるオルガノシロキサン化合物である、熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
    Figure 0005437720
    (式中、R1及びR2は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキル基又は置換されていてもよいアリール基を表し、R1同士は同一でも異なっていてもよく、R3は炭素数1〜10のアルキレン基、置換されていてもよいアリーレン基、又はこれらの2つ以上の組み合わせからなる基を表し、R3同士は同一でも異なっていてもよい。nは0〜4の整数を表す。)
  2. (A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(C)オルガノシロキサンの配合量が、0.1〜17重量部であることを特徴とする、請求項1に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  3. (A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(D)コレマナイトの配合量が0.1〜15重量部であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  4. (A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対する(D)コレマナイトの配合量が1.5〜15重量部であることを特徴とする請求項1または2に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  5. さらに、(E)強化充填材を、前記(A)熱可塑性ポリエステル樹脂100重量部に対し、150重量部以下の割合で含むことを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  6. (C−a)オルガノシロキサンが、シリコーンレジンである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  7. (C−a)オルガノシロキサンが、RSiO1.5(Rは有機基を示す。)で表される構造単位を含んでおり、かつ水酸基の含有量が1〜10重量%のものであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  8. 熱可塑性ポリエステル樹脂がポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  9. (A)熱可塑性ポリエステル樹脂がポリブチレンテレフタレート樹脂であることを特徴とする、請求項1〜のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物。
  10. 請求項1〜のいずれか1項に記載の熱可塑性ポリエステル樹脂組成物を射出成形して成る成形品。
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