JP5879702B2 - フェノール樹脂成形材料 - Google Patents
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Description
本発明は、フェノール樹脂成形材料に関するものである。
フェノール樹脂成形材料は、機械的強度、耐熱性、寸法精度及びコストのバランスに優れた材料として、各種分野において広く用いられている。その中で、電気絶縁性や耐熱性に優れることからボビンなどの電子部品にも用いられている。電子部品に用いられる際には難燃性が必要となる。
難燃性を得る手法として、含塩素化合物や含臭素化合物などのハロゲン化合物、三酸化アンチモンなどのアンチモン化合物を添加する方法がある。
しかしながら環境保護の観点から使用することが好ましくないとの指摘があり、ハロゲン化合物を含まない難燃機構が必要となっている。
しかしながら環境保護の観点から使用することが好ましくないとの指摘があり、ハロゲン化合物を含まない難燃機構が必要となっている。
ハロゲン化合物を使用しない方法としては、赤燐を添加する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。特にフェノール樹脂成形材料においては主に使用されている方法であり、フェノール樹脂自身の難燃性と組み合わさって十分な難燃効果を得ることができるが、赤燐を使用しない難燃機構も求められるようになっている。
赤燐を使わずに有機リン化合物を配合して難燃効果を得る手法がある。これは赤燐と同様、燃焼時に成形品表面に炭化皮膜を形成し、熱と酸素供給を遮断することにより難燃性を得ることができる。ただし、その効果は赤燐よりも弱い。
このように、環境保護の観点などから、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含有しないで難燃性を発現できるフェノール樹脂成形材料が求められている。
本発明は、難燃剤として、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含まずに、難燃性を有する成形品を得ることができるフェノール樹脂成形材料を提供するものである。
このような目的は、下記の本発明［１］〜［２］により達成される。
［１］フェノール樹脂と、（Ａ）水酸化マグネシウムもしくは水酸化アルミニウム、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）メラミンとを含有し、かつ、難燃剤としてハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含まないことを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
［２］フェノール樹脂成形材料１００重量部中、フェノール樹脂成分を２０〜６０重量部、（Ａ）成分を２〜２０重量部、（Ｂ）成分を１〜２０重量部、（Ｃ）成分を０．１〜１０重量部含有する上記［１］に記載のフェノール樹脂成形材料。
［１］フェノール樹脂と、（Ａ）水酸化マグネシウムもしくは水酸化アルミニウム、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）メラミンとを含有し、かつ、難燃剤としてハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含まないことを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
［２］フェノール樹脂成形材料１００重量部中、フェノール樹脂成分を２０〜６０重量部、（Ａ）成分を２〜２０重量部、（Ｂ）成分を１〜２０重量部、（Ｃ）成分を０．１〜１０重量部含有する上記［１］に記載のフェノール樹脂成形材料。
本発明によれば、成形性、一般特性、硬化性、作業性を損なうことなく、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含有しないで難燃性を発現できるフェノール樹脂成形材料を得ることができる。
以下に、本発明のフェノール樹脂成形材料（以下、単に「成形材料」ということがある）について詳細に説明する。
本発明の成形材料は、フェノール樹脂と、（Ａ）金属水酸化物、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）窒素化合物からなる難燃剤とを含有することを特徴とする。
本発明の成形材料は、フェノール樹脂と、（Ａ）金属水酸化物、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）窒素化合物からなる難燃剤とを含有することを特徴とする。
本発明に用いられる成形材料に配合されるフェノール樹脂としては、フェノール類とアルデヒド類とを酸性触媒の存在下で反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、フェノール類とアルデヒド類とを塩基性触媒の存在下で反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂、などを例示することができる。これらを単独で使用あるいは併用することができる。
ノボラック型フェノール樹脂を単独で用いる場合、通常、硬化剤としてヘキサメチレンテトラミンを使用することができる。ヘキサメチレンテトラミンの含有量は特に限定されないが、ノボラック型フェノール樹脂１００重量部に対し、１０〜３０重量部が好ましく、さらに好ましくは、１０〜２０重量部である。また、レゾール型フェノール樹脂単独、またはノボラック型フェノール樹脂とレゾール型フェノール樹脂を併用する場合は、ヘキサメチレンテトラミンを用いなくてもよい。
本発明の成形材料において、フェノール樹脂の含有量は、成形材料１００重量部中に、好ましくは２０〜６０重量部であり、さらに好ましくは３０〜６０重量部である。
フェノール樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形材料を充分に混練することができ、成形材料の生産性を高めることができる。また、成形時の流動性を確保し、成形性を良好なものとすることができる。
フェノール樹脂の含有量を上記上限値以下とすることにより、成形品に良好な機械的強度を付与することができる。
フェノール樹脂の含有量を上記下限値以上とすることにより、成形材料を充分に混練することができ、成形材料の生産性を高めることができる。また、成形時の流動性を確保し、成形性を良好なものとすることができる。
フェノール樹脂の含有量を上記上限値以下とすることにより、成形品に良好な機械的強度を付与することができる。
本発明の成形材料は、難燃剤として、（Ａ）金属水酸化物、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）窒素化合物からなる三成分を組み合わせて用いる。そして、本発明の成形材料は、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、及び、赤燐、有機リン系化合物といった難燃剤を使用しないことを特徴とする。
本発明の成形材料で用いる難燃剤は、いずれも環境に対して安全性が高く、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、及び、赤燐、有機リン系化合物と比較して環境への影響が小さいクリーンな難燃剤である。本発明の成形材料は、難燃剤としてこのような成分のみを使用し、良好な難燃性を有した成形品を成形できる成形材料を得ることができたものである。
本発明の成形材料で用いる難燃剤は、いずれも環境に対して安全性が高く、ハロゲン化合物、アンチモン化合物、及び、赤燐、有機リン系化合物と比較して環境への影響が小さいクリーンな難燃剤である。本発明の成形材料は、難燃剤としてこのような成分のみを使用し、良好な難燃性を有した成形品を成形できる成形材料を得ることができたものである。
本発明の成形材料は、第一の難燃剤として（Ａ）金属水酸化物を含有する。（Ａ）金属水酸化物は燃焼時に分解して水が発生し、燃焼場の熱を奪うことにより、難燃性を発現することができる。
本発明の成形材料に用いられる（Ａ）金属水酸化物は水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好ましい。使用する場合は難燃性以外の特性への影響を考えて使い分けることができる。
本発明の成形材料に用いられる（Ａ）金属水酸化物は水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好ましい。使用する場合は難燃性以外の特性への影響を考えて使い分けることができる。
（Ａ）金属水酸化物の配合量は、成形材料を１００重量部としたとき、２〜２０重量部であることが好ましく、特に好ましいのは５〜１０重量部である。
（Ａ）金属水酸化物の配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができ、また、上記上限値以下とすることにより、比重を抑え、機械的強度を良好なものとすることができる。
（Ａ）金属水酸化物の配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができ、また、上記上限値以下とすることにより、比重を抑え、機械的強度を良好なものとすることができる。
本発明の成形材料は、第二の難燃剤として、（Ｂ）未焼成クレーを含有する。（Ｂ）未焼成クレーは、燃焼時に分解して水を発生することにより熱を奪い、難燃性を発現することができる。
（Ｂ）未焼成クレーの配合量は、成形材料を１００重量部としたとき、１〜２０重量部が好ましい。さらに好ましくは５〜１５重量部である。
（Ｂ）未焼成クレーの配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができ、また、上記上限値以下とすることにより、成形材料製造時の作業性や、成形性を良好なものとすることができる。
（Ｂ）未焼成クレーの配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができ、また、上記上限値以下とすることにより、成形材料製造時の作業性や、成形性を良好なものとすることができる。
本発明の成形材料は、第三の難燃剤として、（Ｃ）窒素化合物を含有する。（Ｃ）窒素化合物は燃焼時に不活性ガスを放出し、燃焼場の酸素濃度を希釈して燃焼を止めることにより、難燃性を発現することができる。
本発明の成形材料に用いられる（Ｃ）窒素化合物にはメラミンモノマー、メラミン樹脂、メラミンシアヌレートなどがある。
本発明の成形材料に用いられる（Ｃ）窒素化合物にはメラミンモノマー、メラミン樹脂、メラミンシアヌレートなどがある。
（Ｃ）窒素化合物の配合量は、成形材料を１００重量部としたとき、０．１〜１０重量部が好ましい。さらに好ましくは０．５〜５重量部である。
（Ｃ）窒素化合物の配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形品の硬化性を良好なものとすることができる。
（Ｃ）窒素化合物の配合量を上記下限値以上とすることにより、充分な難燃性を発現させることができる。また、上記上限値以下とすることにより、成形品の硬化性を良好なものとすることができる。
本発明の成形材料はこのように、（Ａ）金属水酸化物、（Ｂ）未焼成クレー、（Ｃ）窒素化合物からなる三種の難燃剤を組み合わせて用いることで、各々が上述した難燃メカニズムを発現することにより、単独では難燃効果が弱い部分を補い、成形材料として高い難燃効果を発現することができるものである。
本発明の成形材料においては、さらに難燃剤としてホウ素系化合物を配合することもできる。ホウ素系化合物も非ハロゲン、非アンチモン、非リンである難燃剤であるので、配合してもクリーンな材料のままである。ホウ素化合物は具体的にはホウ酸、ホウ酸亜鉛などがある。
本発明の成形材料においては、このほか、無機充填材を用いることができる。
このような無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、クレー、炭酸カルシウム、シリカ、ロックウール、マイカ、ウォラストナイトなどが挙げられ、これらを単独、または２種類以上併用することができる。
このような無機充填材としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、クレー、炭酸カルシウム、シリカ、ロックウール、マイカ、ウォラストナイトなどが挙げられ、これらを単独、または２種類以上併用することができる。
また本発明の成形材料においては、さらに有機充填材を用いることができる。
このような有機充填材としては、特に限定されないが、例えば、木粉、コットン、セルロース、粉砕布、ゴム、ニトリル−ブタジエンラバーなどが挙げられ、これらを単独、または２種類以上併用することができる。
このような有機充填材としては、特に限定されないが、例えば、木粉、コットン、セルロース、粉砕布、ゴム、ニトリル−ブタジエンラバーなどが挙げられ、これらを単独、または２種類以上併用することができる。
本発明の成形材料においては、以上に説明した原材料のほかに、必要に応じて、硬化助剤、着色剤、離型剤、可塑剤などを配合することができる。
本発明の成形材料は、通常の方法により製造される。即ち、上記の各成分を所定の配合割合で混合し、加熱ロール、コニーダ、二軸押出機を使用して溶融混練した後、冷却、粉砕することにより得られる。
本発明の成形材料は、圧縮成形、トランスファー成形、射出成形などの通常の成形方法により成形品を得ることができる。
以下、実施例にて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。
実施例及び比較例に用いた各原料は以下の通りである。
（１）レゾール型フェノール樹脂：住友ベークライト社製スミライトレジンＰＲ
（２）金属水酸化物：水酸化マグネシウム
（３）未焼成クレー：未焼成クレー
（４）窒素化合物：メラミン
（５）無機充填剤：炭酸カルシウム
（６）有機充填材：粉砕布
（７）着色剤：カーボンブラック
（８）離型剤：ステアリン酸カルシウム
（９）硬化助剤：消石灰
（１０）ホウ素化合物：ホウ酸亜鉛
（１）レゾール型フェノール樹脂：住友ベークライト社製スミライトレジンＰＲ
（２）金属水酸化物：水酸化マグネシウム
（３）未焼成クレー：未焼成クレー
（４）窒素化合物：メラミン
（５）無機充填剤：炭酸カルシウム
（６）有機充填材：粉砕布
（７）着色剤：カーボンブラック
（８）離型剤：ステアリン酸カルシウム
（９）硬化助剤：消石灰
（１０）ホウ素化合物：ホウ酸亜鉛
（実施例１）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（実施例２）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１０重量部、ホウ素化合物５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１０重量部、ホウ素化合物５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（実施例３）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー５重量部、ホウ素化合物１０重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー５重量部、ホウ素化合物１０重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（比較例１）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、無機充填剤１０重量部、未焼成クレー１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、無機充填剤１０重量部、未焼成クレー１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（比較例２）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、無機充填剤１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、無機充填剤１５重量部、窒素化合物２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（比較例３）
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１５重量部、無機充填剤２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
レゾール型フェノール樹脂５０重量部、金属水酸化物１０重量部、未焼成クレー１５重量部、無機充填剤２重量部、有機充填材１９重量部、着色剤１重量部、離型剤１重量部、硬化助剤２重量部を配合した原料混合物を、９０℃の加熱ロールにより３分間溶融混練した後取り出し、粉砕し、顆粒状に粉砕して成形材料を得た。
（評価方法）
（１）耐燃性
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、コンプレッション成形により１２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１６ｍｍと１２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×５．０ｍｍの試験片を作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間２分間とした。これらの試験片を用いてＵＬ９４に準拠し耐燃試験を実施した。
（２）機械的強度
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、トランスファー成形により曲げ強さ、曲げ弾性率、およびシャルピー衝撃強度の試験片を作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。これらの試験片を用いてＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠し試験を実施した。
（１）耐燃性
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、コンプレッション成形により１２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×０．１６ｍｍと１２５ｍｍ×１２．５ｍｍ×５．０ｍｍの試験片を作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間２分間とした。これらの試験片を用いてＵＬ９４に準拠し耐燃試験を実施した。
（２）機械的強度
実施例及び比較例で得られた成形材料を用いて、トランスファー成形により曲げ強さ、曲げ弾性率、およびシャルピー衝撃強度の試験片を作製した。成形条件は、金型温度１７５℃、硬化時間３分間とした。これらの試験片を用いてＪＩＳ Ｋ ６９１１に準拠し試験を実施した。
実施例及び比較例の成形材料の原材料配合、及び、得られた成形品の評価結果を表１に示す。
上記評価の結果、実施例１は、金属水酸化物、未焼成クレー、及び、窒素化合物からなる難燃剤を配合した本発明の成形材料であり、ハロゲン、アンチモン、赤燐・有機リン系難燃剤を用いることなく良好な難燃性、機械的強度を有する成形品を得ることができた。
実施例２、実施例３は未焼成クレーの一部をホウ酸化合物に置換した成形材料であるが、これらも良好な難燃性、機械的強度を有する成形品を得ることができた。
比較例１は金属水酸化物を配合しなかった成形材料であるが、厚みが薄い成形品での燃焼性が悪化しＶ−０が得られなかった。
比較例２は未焼成クレーを配合しなかった成形材料であるが、どの厚みでも難燃性が悪化しＶ−０が得られなかった。
比較例３は、窒素化合物を配合しなかった成形材料であるが、厚みが薄い成形品での燃焼性が悪化しＶ−０が得られなかった。
実施例２、実施例３は未焼成クレーの一部をホウ酸化合物に置換した成形材料であるが、これらも良好な難燃性、機械的強度を有する成形品を得ることができた。
比較例１は金属水酸化物を配合しなかった成形材料であるが、厚みが薄い成形品での燃焼性が悪化しＶ−０が得られなかった。
比較例２は未焼成クレーを配合しなかった成形材料であるが、どの厚みでも難燃性が悪化しＶ−０が得られなかった。
比較例３は、窒素化合物を配合しなかった成形材料であるが、厚みが薄い成形品での燃焼性が悪化しＶ−０が得られなかった。
本発明によって得られるフェノール樹脂成形材料は、ハロゲン、アンチモン、赤燐・有機リン系難燃剤を用いることなく従来と同等な難燃性、機械的強度を有する成形品を得ることができるものである。このため、ボビン、トランス、リレーカバーなどの電気電子部品に好適に適用されるものである。
Claims (2)
- フェノール樹脂と、（Ａ）水酸化マグネシウムもしくは水酸化アルミニウム、（Ｂ）未焼成クレー、及び、（Ｃ）メラミンとを含有し、かつ、難燃剤としてハロゲン化合物、アンチモン化合物、赤燐及び有機リン系化合物を含まないことを特徴とするフェノール樹脂成形材料。
- フェノール樹脂成形材料１００重量部中、フェノール樹脂成分を２０〜６０重量部、（Ａ）成分を２〜２０重量部、（Ｂ）成分を１〜２０重量部、（Ｃ）成分を０．１〜１０重量部含有する請求項１に記載のフェノール樹脂成形材料。
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