JP6098058B2 - 難燃性ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents
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Description
特許文献2では、XD10に共重合ポリアミド6/66/12又は6/66/11を配合したポリアミド樹脂組成物が提案され、その発明の詳細な説明には、難燃剤等の添加剤を加えることができると記載されている。しかしながら、その具体的な難燃化の方法については記載されていない。
本発明は、以下の難燃性ポリアミド樹脂組成物を提供する。
[2]キシリレンジアミンが、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン又はこれらの混合物である上記[1]に記載の難燃性ポリアミド樹脂組成物。
[3]前記(B1)のハロゲン系難燃剤が臭素系難燃剤であり、アンチモン系難燃助剤が三酸化アンチモンである上記[1]に記載の難燃性ポリアミド樹脂組成物。
[4](B3)水和金属化合物が水酸化アルミニウムである上記[1]に記載の難燃性ポリアミド樹脂組成物。
そして、本発明の難燃性ポリアミド樹脂組成物を成形した成形品は、各種機械的物性に優れるため、製品の軽量化が可能であり、電気・電子機器の部品若しくは筐体、あるいは自動車用各種部品・部材、各種構造用部材等に利用でき、石油原料依存度の低い、地球環境配慮型の難燃性樹脂材料として、大いに期待される。
本発明の難燃性ポリアミド樹脂組成物は、ジアミン構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸構成単位の50モル%以上がセバシン酸に由来するポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、(B1)ハロゲン系難燃剤及びアンチモン系難燃助剤、(B2)メラミン系難燃剤、並びに(B3)水和金属化合物からなる群から選ばれる難燃剤(B)を5〜60質量部含有することを特徴とする。
以下、本発明の内容について詳細に説明する。
本発明に用いるポリアミド樹脂(A)は、ジアミン構成単位(ジアミンに由来する構成単位)の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸構成単位(ジカルボン酸に由来する構成単位)の50モル%以上がセバシン酸に由来するポリアミド樹脂である。好ましくは、ジアミン構成単位の80モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、ジカルボン酸構成単位の好ましくは70モル%以上、特には80モル%以上が、植物由来のセバシン酸に由来するキシリレンセバカミド系ポリアミド樹脂である。
また、ポリアミド樹脂(A)は、一種類もしくは複数のポリアミド樹脂をブレンドして使用することもできる。
ジアミン成分として、キシリレンジアミン以外のジアミンを用いる場合は、ジアミン構成単位の30モル%以下であり、25モル%以下であることが好ましく、より好ましくは20モル%以下の割合で用いる。
このうち、成形加工性、バリア性の点から、イソフタル酸を用いることが好ましく、イソフタル酸の割合は、ジカルボン酸構成単位の50モル%以下であり、より好ましくは30モル%以下、特に好ましくは5〜20モル%の範囲である。
より好ましい数平均分子量(Mn)は8,000〜28,000であり、さらに好ましくは9,000〜26,000であり、なかでも10,000〜25,000が好ましく、特に好ましくは11,000〜24,000であり、最も好ましくは12,000〜23000である。このような範囲であると、耐熱性、弾性率、寸法安定性、成形加工性がより良好である。
数平均分子量(Mn)=2,000,000/([COOH]+[NH2])
反応モル比は、より好ましくは1.0未満、さらに好ましくは0.995未満、特には0.990未満であり、下限は、より好ましくは0.975以上、さらに好ましくは0.98以上である。
r=(1−cN−b(C−N))/(1−cC+a(C−N))
式中、
a:M1/2
b:M2/2
c:18.015 (水の分子量(g/mol))
M1:ジアミンの分子量(g/mol)
M2:ジカルボン酸の分子量(g/mol)
N:末端アミノ基濃度(当量/g)
C:末端カルボキシル基濃度(当量/g)
ポリアミド樹脂の製造方法がいわゆる塩法である場合、反応モル比を0.97〜1.02にするには、具体的には、例えば、原料ジアミン成分/原料ジカルボン酸成分比をこの範囲に設定し、反応を十分進めればよい。溶融ジカルボン酸に連続的にジアミンを滴下する方法の場合は、仕込み比をこの範囲とすることの他に、ジアミンを滴下する最中に還流させるジアミン量をコントロールし、滴下したジアミンを反応系外に除去することでも可能である。具体的には還流塔の温度を最適な範囲にコントロールすることや充填塔の充填物、所謂、ラシヒリングやレッシングリング、サドル等を適切な形状、充填量に制御することで、ジアミンを系外に除去すればよい。また、ジアミン滴下後の反応時間を短くすることでも未反応のジアミンを系外に除去することができる。さらにはジアミンの滴下速度を制御することによっても未反応のジアミンを必要に応じて反応系外に除去することができる。これらの方法により仕込み比が所望範囲から外れても反応モル比を所定の範囲にコントロールすることが可能である。
また、ポリアミド樹脂(A)のガラス転移点は、50〜130℃が好ましく、50〜120℃がより好ましく、特に好ましくは55〜110℃である。この範囲であると、耐熱性が良好となる傾向にある。
これらのエラストマーとしては、ポリアミド樹脂(A)に対する相溶性を付与するため、ラジカル開始剤の存在下または非存在下で、α,β−不飽和カルボン酸及びその酸無水物、アクリルアミド並びにそれらの誘導体等で変性した変性エラストマーも好ましい。
本発明のポリアミド樹脂組成物は、(B1)ハロゲン系難燃剤及びアンチモン系難燃助剤、(B2)メラミン系難燃剤、並びに(B3)水和金属化合物からなる群から選ばれる難燃剤(B)を、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、5〜60質量部含有することを特徴とする。なお、(B1)ないし(B3)の難燃剤を複数含有する場合は、合計の含有量が5〜60質量部であることを意味する。
ハロゲン系難燃剤としては、ハロゲン元素を含む難燃剤であれば、特に限定されるものではなく、例えば、塩素系難燃剤や臭素系難燃剤等が挙げられる。
これら難燃剤は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
難燃助剤としては、特に限定はされないが、例えば、三酸化二アンチモン、四酸化二アンチモン、五酸化二アンチモン、アンチモン酸ナトリウムなどの酸化アンチモン類などのアンチモン系化合物が挙げられる。これらの中では、三酸化二アンチモンが好ましい。
また、その際、難燃助剤の含有量は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、1〜10質量部であることが好ましい。
メラミン系難燃剤としては、例えば、メラミン、メラム、メレム、メロン、メラミンシアヌレート、リン酸メラミン、ピロリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、ポリリン酸メラミン・メラム・メレム複塩、アルキルホスホン酸メラミン、フェニルホスホン酸メラミン、硫酸メラミン、メタンスルホン酸メラム等が挙げられ、中でもメラミンシアヌレート、リン酸メラミン、ポリリン酸メラミン、硫酸メラミン等が好ましく挙げられ、これらを単独もしくは併用して用いることができる。
水和金属化合物系の難燃剤としては、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムなどを好ましく挙げることができ、その他にも、水酸化亜鉛、水酸化セリウム、水酸化鉄、水酸化銅、水酸化チタン、水酸化バリウム、水酸化ベリリウム、水酸化マンガン、水酸化ストロンチウム、水酸化ジルコニウム及び水酸化ガリウム等から選ばれる金属水酸化物を用いることも可能である。これらは1種又は2種以上を混合して用いることもできる。水和金属化合物としては、これらのうち、水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムが好ましく、水酸化アルミニウムがより好ましい。
また、水和金属化合物は、シランカップリング剤、チタネートカップリング剤、高級脂肪酸などを用いて表面処理したものが、分散性、親和性の点で好ましい。
本発明のポリアミド樹脂組成物には、本発明の効果を損なわない範囲で、酸化防止剤、熱安定剤等の安定剤、耐加水分解性改良剤、耐候安定剤、艶消剤、紫外線吸収剤、核剤、可塑剤、分散剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、着色剤、離型剤等の添加剤等を加えることができる。
本発明のポリアミド樹脂(A)には、安定剤(酸化防止剤、熱安定剤)を配合することが好ましい。安定剤としては、例えば、リン系、ヒンダードフェノール系、ヒンダードアミン系、シュウ酸アニリド系、有機硫黄系、芳香族第2級アミン系などの有機系安定剤、アミン系酸化防止剤、銅化合物やハロゲン化物などの無機系安定剤が好ましい。リン系安定剤としては、ホスファイト化合物及びホスホナイト化合物が好ましい。
有機硫黄系化合物の分子量は、通常200以上、好ましくは500以上であり、その上限は通常3,000である。
銅化合物は、種々の無機酸または有機酸の銅塩であって、後述のハロゲン化物を除くものである。銅としては、第1銅、第2銅の何れでもよく、銅塩の具体例としては、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、リン酸銅、ステアリン酸銅の他、ハイドロタルサイト、スチヒタイト、パイロライト等の天然鉱物が挙げられる。
ポリアミド樹脂(A)には、耐加水分解性改良剤としてのカルボジイミド化合物を配合することも好ましい。カルボジイミド化合物としては、種々の方法で製造した芳香族、脂肪族又は脂環式のポリカルボジイミド化合物が好ましく挙げられる。これらの中で、押出し時等における溶融混練性の面から、脂肪族又は脂環式ポリカルボジイミド化合物が好ましく、脂環式ポリカルボジイミド化合物がより好ましく用いられる。
有機ジイソシアネートとしては、具体的には、1,5−ナフタレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、1,3−フェニレンジイソシアネート、1,4−フェニレンジイソシアネート、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン−1,4−ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン−4,4−ジイソシアネート、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、テトラメチルキシリレンジイソシアネート、2,6−ジイソプロピルフェニルイソシアネート、1,3,5−トリイソプロピルベンゼン−2,4−ジイソシアネート、メチレンビス(4,1−シクロへキシレン)=ジイソシアネート等を例示することができ、2種以上を併用してもよい。これらの中でも、ジシクロヘキシルメタン−4,4−ジイソシアネート、メチレンビス(4,1−シクロへキシレン)=ジイソシアネートが好ましい。
本発明の難燃性ポリアミド樹脂組成物を製造する方法は特に限定されるものではなく、各成分を通常の加熱溶融後、例えば、一軸押出機、二軸押出機、ロール混練機、ブラベンダー等を用いる混練法によって混練するとよい。また、スタティックミキサーやダイナミックミキサーを併用することも効果的である。混練状態をよくする意味で特に二軸の押出機を使用することが好ましい。
混練後は、ストランドとして押し出し、水冷等にて冷却後ペレット化することが好ましい。またペレットを経由せずに、押出機で溶融混練された樹脂を直接、シートやフィルム、異型押出成形品、ブロー成形品あるいは射出成形品等にすることもできる。
<製造例1(ポリアミド樹脂(A−1)ポリメタキシリレンセバカミドの製造>
撹拌機、分縮器、全縮器、温度計、滴下ロート及び窒素導入管、ストランドダイを備えた反応容器に、精秤したトウゴマ由来のセバシン酸12,135g(60mol)、次亜リン酸ナトリウム一水和物(NaH2PO2・H2O)3.105g(ポリアミド樹脂中のリン原子濃度として50ppm)、酢酸ナトリウム1.61gを入れ、十分に窒素置換した後、さらに少量の窒素気流下で系内を撹拌しながら170℃まで加熱した。次亜リン酸ナトリウム一水和物/酢酸ナトリウムのモル比は0.67とした。
これにメタキシリレンジアミン8,172g(60mol)を撹拌下に滴下し、生成する縮合水を系外へ除きながら系内を連続的に昇温した。メタキシリレンジアミンの滴下終了後、内温を260℃として40分間溶融重合反応を継続した。
その後、系内を窒素で加圧し、ストランドダイからポリマーを取り出して、これをペレット化し、約24kgのポリアミド樹脂(A−1)のペレットを得た。
ポリアミド樹脂(A−1)の融点(Tm)は190℃、数平均分子量は30000であった。
製造例1において、メタキシリレンジアミンをメタキシリレンジアミンとパラキシリレンジアミンの3:7混合物(モル比)とし、混合キシリレンジアミンをセバシン酸とのモル比が1:1になるように徐々に滴下しながら、温度を260℃まで上昇させた。滴下終了後、280℃まで昇温した以外は製造例1と同様にして、ポリアミド樹脂(A−2)のペレットを得た。
ポリアミド樹脂(A−2)の融点(Tm)は258℃、数平均分子量は20000であった。
難燃剤として、以下のものを使用した。
(B1)ハロゲン系難燃剤及び難燃助剤
・テトラブロモビスフェノールA
(株)鈴裕化学製、商品名「FCP−2010」
・臭素化ポリスチレン
(株)鈴裕化学製、商品名「FCP−8000」
・難燃助剤
三酸化アンチモン、(株)鈴裕化学製、商品名「FCP−AT3」
(B2)メラミン系難燃剤
・ポリリン酸メラミン、BASF社製、商品名「MELAPUR MC25」
上記製造例で得られた表1に記載のポリアミド樹脂のペレット、及び表1に記載の難燃剤を、表1に示す配合割合(全て質量部)になるように秤量し、二軸押出機(東芝機械社製「TEM26SS」)を用いて、シリンダー設定温度240〜270℃、回転数200rpmで押出して、ポリアミド樹脂組成物のペレットを作製した。
得られたポリアミド樹脂組成物のペレットを、80℃の除湿エアー(露点−40℃)で8時間乾燥したのち、射出成形機(ファナック(株)製100α)にて、金型温度60〜90℃、シリンダー温度をポリアミド樹脂の融点+20〜30℃の条件で、125mm×13mm×厚み3.0mmのUL94燃焼試験用の試験片を作製した。
得られた試験片を、UL−94規格に準拠して、クランプに垂直に取り付け、20mm炎による10秒間の接炎を2回行い、その際の燃焼挙動によりV−0、V−1、V−2、不適合の判定を行った。
上記と同様にして、10mm×80mm×厚み4mmの試験片を作成し、JIS K6911に準じて、オートグラフ(株式会社島津製作所製、AG5000B)にて、常温で曲げ弾性率(GPa)、曲げ強度(MPa)を測定した。
得られたポリアミド樹脂組成物のペレットを用い、ファナック社製射出成形機100Tにて、シリンダー温度をポリアミド樹脂の融点+20〜30℃、金型温度60〜90℃の条件で、ISO試験片を作製した。試験片はさらに150℃に1時間保持し熱処理を行なった。得られた試験片を、23℃に保った水の容器に収容し、7日後試験片を取り出し、表面の付着水を除去し、重量を測定し、吸水前の重量との差を吸水前の重量で割った値を吸水率(%)とした。
評価結果を以下の表に示す。
Claims (3)
- ジアミン構成単位の70モル%以上がキシリレンジアミンに由来し、キシリレンジアミンが、メタキシリレンジアミン30〜100モル%及びパラキシリレンジアミン0〜70モル%から構成され、ジカルボン酸構成単位の50モル%以上がセバシン酸に由来するポリアミド樹脂(A)100質量部に対し、(B1)ハロゲン系難燃剤3〜15質量部及びアンチモン系難燃助剤を1〜5質量部または(B2)メラミン系難燃剤を15〜35質量部または(B3)水和金属化合物を5〜60質量部含有し、
さらに、無機充填剤および芳香族第2級アミン系安定剤を含まないことを特徴とする難燃性ポリアミド樹脂組成物。 - 前記(B1)のハロゲン系難燃剤が臭素系難燃剤であり、アンチモン系難燃助剤が三酸化アンチモンである請求項1に記載の難燃性ポリアミド樹脂組成物。
- 前記(B3)水和金属化合物が水酸化アルミニウムである請求項1に記載の難燃性ポリアミド樹脂組成物。
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