JP6275077B2 - ポリカーボネート樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリカーボネート樹脂組成物に関し、詳しくは、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を含有し、フッ素樹脂の分散粒子径が小さく全光線透過率が低いポリカーボネート樹脂組成物に関する。
ポリカーボネート樹脂は、耐熱性、機械的物性、電気的特性に優れた樹脂であり、例えば自動車、電気・電子機器、住宅関連、その他の工業分野における部品製造用材料等に幅広く利用されている。
また、ポリカーボネート樹脂により高い難燃性を付与するために難燃剤が広く用いられるが、その際に燃焼時の樹脂の滴下(ドリップ)防止のためにフッ素樹脂が併用されることが多い。このドリップ抑制は、フィブリル形成能を有するフッ素樹脂が用いられ、フィブリル構造形成により効果が発現するものと考えられている。
一方、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂をポリカーボネート樹脂に配合することも、ドリップ抑制とは別の分野では行われる。例えば、フッ素樹脂の分散粒子径を4.5μm以下というような小粒子として微分散させ全光線透過率を低くするような場合がある。
上記のうち、ドリップ防止のためのポリカーボネート樹脂組成物の製造方法として、特許文献1では、顆粒状のポリカーボネート樹脂(A−1)とフィブリル形成能を有するフッ素系樹脂の水性ディスパージョンをペレット状のポリカーボネート樹脂(A−2)の存在下で混合し、得られた混合物にポリカーボネート樹脂(A−3)を配合して溶融混練することを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物の製造方法が記載されている。
一方、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を、ポリカーボネート樹脂に上記したような分散粒子径4.5μm以下というような小粒子として十分に微分散させることは、決して容易ではなく、通常の混合、溶融混練では均一な分散が得られにくく、全光線透過率を低くすることも難しい。
特開2011−084662号公報
本発明は上記の課題に鑑みて創案されたもので、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を含有し、フッ素樹脂の分散粒子径が小さく、かつ全光線透過率が低いポリカーボネート樹脂組成物を提供することを目的とする。
本発明者は、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を含有するポリカーボネート樹脂組成物の製造方法を検討し、フッ素樹脂の分散粒子径が格別小さく、かつ全光線透過率が低いという特徴を有するポリカーボネート樹脂組成物が得られることを見出し、本発明を完成させた。
本発明は、以下のとおりである。
[1]ポリカーボネート樹脂80〜97質量部及びフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂20〜3質量部(ただし、両者の合計は100質量部である)を含有するポリカーボネート樹脂組成物であって、ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の分散粒子径(D50)が0.5〜4.5μmであり、JIS K7105に準じて測定した1mm厚での全光線透過率が5〜45%の範囲にあることを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物。
[2]ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)が、0.5〜4.5μmの範囲にある上記[1]に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[3]ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の5μm以上の粒子径の分散粒子の割合が5%以下である上記[1]または[2]に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[4]ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の体積平均粒子径(dv)と数平均粒子径(dn)との比(dv/dn)が1.0〜2.5の範囲にある上記[1]〜[3]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[5]さらに、亜リン酸エステル化合物を、ポリカーボネート樹脂組成物100質量部に対し、0.001〜0.5質量部含有する上記[1]〜[4]のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[6]300℃、1.2kg荷重におけるメルトボリュームレイト(MVR)が8〜12cm/10minの範囲にある上記[5]に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[7]厚さ3mmでのイエローインデックス(YI)が8〜15の範囲にある上記[5]または[6]に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
[8]上記[1]〜[7]のいずれかに記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を含有し、フッ素樹脂の分散粒子径が小さくかつ全光線透過率が低く、またポリカーボネート樹脂本来の良好な機械的特性等も維持するポリカーボネート樹脂材料である
実施例又は比較例で使用した噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機のスクリュー構成の概念図である。 実施例又は比較例で使用した噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機のスクリューパターンの概念図である。 実施例又は比較例で使用した噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機のスクリューパターンの概念図である。 実施例又は比較例で使用した噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機のスクリューパターンの概念図である。 実施例1で得られたペレット断面のSEM写真である。 比較例1で得られたペレット断面のSEM写真である。
以下、本発明について実施形態及び例示物等を示して詳細に説明するが、本発明は以下に示す実施形態及び例示物等に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、ポリカーボネート樹脂80〜97質量部及びフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂20〜3質量部(ただし、両者の合計は100質量部である)を含有するポリカーボネート樹脂組成物であって、ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の分散粒子径(D50)が0.5〜4.5μmであり、JIS K7105に準じて測定した1mm厚での全光線透過率が5〜45%の範囲にあることを特徴とする
[ポリカーボネート樹脂]
本発明のポリカーボネート樹脂組成物に用いるポリカーボネート樹脂の種類に制限は無い。また、ポリカーボネート樹脂は、1種類を用いてもよく、2種類以上を任意の組み合わせ及び任意の比率で併用してもよい。
ポリカーボネート樹脂は、一般式:−[−O−X−O−C(=O)−]−で表される、炭酸結合を有する基本構造の重合体である。なお、式中、Xは、一般には炭化水素基であるが、種々の特性付与のためヘテロ原子、ヘテロ結合の導入されたXを用いてもよい。
また、ポリカーボネート樹脂は、炭酸結合に直接結合する炭素がそれぞれ芳香族炭素である芳香族ポリカーボネート樹脂、及び脂肪族炭素である脂肪族ポリカーボネート樹脂に分類できるが、いずれを用いることもできる。なかでも、耐熱性、機械的物性、電気的特性等の観点から、芳香族ポリカーボネート樹脂が好ましい。
ポリカーボネート樹脂の具体的な種類に制限はないが、例えば、ジヒドロキシ化合物とカーボネート前駆体とを反応させてなるポリカーボネート重合体が挙げられる。この際、ジヒドロキシ化合物及びカーボネート前駆体に加えて、ポリヒドロキシ化合物等を反応させるようにしてもよい。また、二酸化炭素をカーボネート前駆体として、環状エーテルと反応させる方法も用いてもよい。またポリカーボネート重合体は、直鎖状でもよく、分岐鎖状でもよい。さらに、ポリカーボネート重合体は1種の繰り返し単位からなる単重合体であってもよく、2種以上の繰り返し単位を有する共重合体であってもよい。このとき共重合体は、ランダム共重合体、ブロック共重合体等、種々の共重合形態を選択することができる。なお、通常、このようなポリカーボネート重合体は、熱可塑性の樹脂となる。
芳香族ポリカーボネート樹脂の原料となるモノマーのうち、芳香族ジヒドロキシ化合物の例としては、
1,2−ジヒドロキシベンゼン、1,3−ジヒドロキシベンゼン(即ち、レゾルシノール)、1,4−ジヒドロキシベンゼン等のジヒドロキシベンゼン類;
2,5−ジヒドロキシビフェニル、2,2’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシビフェニル等のジヒドロキシビフェニル類;
2,2’−ジヒドロキシ−1,1’−ビナフチル、1,2−ジヒドロキシナフタレン、1,3−ジヒドロキシナフタレン、2,3−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、1,7−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン等のジヒドロキシナフタレン類;
2,2’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、3,3’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルエーテル、1,4−ビス(3−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−ヒドロキシフェノキシ)ベンゼン等のジヒドロキシジアリールエーテル類;
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(即ち、ビスフェノールA)、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−メトキシ−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
1,1−ビス(3−tert−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2−ビス(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(3−シクロヘキシル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、
α,α’−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、
1,3−ビス[2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−プロピル]ベンゼン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキシルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)(4−プロペニルフェニル)メタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、
ビス(4−ヒドロキシフェニル)ナフチルメタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−フェニルエタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−1−ナフチルエタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ブタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ペンタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)オクタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
4,4−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ヘプタン、
2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ノナン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)デカン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)ドデカン、
等のビス(ヒドロキシアリール)アルカン類;
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロペンタン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3−ジメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,4−ジメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,5−ジメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−プロピル−5−メチルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−tert−ブチル−シクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−tert−ブチル−シクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−3−フェニルシクロヘキサン、
1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)−4−フェニルシクロヘキサン、
等のビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン類;
9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン、
9,9−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)フルオレン等のカルド構造含有ビスフェノール類;
4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルフィド、
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルスルフィド等のジヒドロキシジアリールスルフィド類;
4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルスルホキシド等のジヒドロキシジアリールスルホキシド類;
4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン、
4,4’−ジヒドロキシ−3,3’−ジメチルジフェニルスルホン等のジヒドロキシジアリールスルホン類;
等が挙げられる。
これらの中でもビス(ヒドロキシアリール)アルカン類が好ましく、中でもビス(4−ヒドロキシフェニル)アルカン類が好ましく、特に耐衝撃性、耐熱性の点から2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン(即ち、ビスフェノールA)が好ましい。
なお、芳香族ジヒドロキシ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
また、脂肪族ポリカーボネート樹脂の原料となるモノマーの例を挙げると、
エタン−1,2−ジオール、プロパン−1,2−ジオール、プロパン−1,3−ジオール、2,2−ジメチルプロパン−1,3−ジオール、2−メチル−2−プロピルプロパン−1,3−ジオール、ブタン−1,4−ジオール、ペンタン−1,5−ジオール、ヘキサン−1,6−ジオール、デカン−1,10−ジオール等のアルカンジオール類;
シクロペンタン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,2−ジオール、シクロヘキサン−1,4−ジオール、1,4−シクロヘキサンジメタノール、4−(2−ヒドロキシエチル)シクロヘキサノール、2,2,4,4−テトラメチル−シクロブタン−1,3−ジオール等のシクロアルカンジオール類;
エチレングリコール、2,2’−オキシジエタノール(即ち、ジエチレングリコール)、トリエチレングリコール、プロピレングリコール、スピログリコール等のグリコール類;
1,2−ベンゼンジメタノール、1,3−ベンゼンジメタノール、1,4−ベンゼンジメタノール、1,4−ベンゼンジエタノール、1,3−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ベンゼン、2,3−ビス(ヒドロキシメチル)ナフタレン、1,6−ビス(ヒドロキシエトキシ)ナフタレン、4,4’−ビフェニルジメタノール、4,4’−ビフェニルジエタノール、1,4−ビス(2−ヒドロキシエトキシ)ビフェニル、ビスフェノールAビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル、ビスフェノールSビス(2−ヒドロキシエチル)エーテル等のアラルキルジオール類;
1,2−エポキシエタン(即ち、エチレンオキシド)、1,2−エポキシプロパン(即ち、プロピレンオキシド)、1,2−エポキシシクロペンタン、1,2−エポキシシクロヘキサン、1,4−エポキシシクロヘキサン、1−メチル−1,2−エポキシシクロヘキサン、2,3−エポキシノルボルナン、1,3−エポキシプロパン等の環状エーテル類;等が挙げられる。
芳香族ポリカーボネート樹脂の原料となるモノマーのうち、カーボネート前駆体の例を挙げると、カルボニルハライド、カーボネートエステル等が使用される。なお、カーボネート前駆体は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
カルボニルハライドとしては、具体的には例えば、ホスゲン;ジヒドロキシ化合物のビスクロロホルメート体、ジヒドロキシ化合物のモノクロロホルメート体等のハロホルメート等が挙げられる。
カーボネートエステルとしては、具体的には例えば、ジフェニルカーボネート、ジトリルカーボネート等のジアリールカーボネート類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等のジアルキルカーボネート類;ジヒドロキシ化合物のビスカーボネート体、ジヒドロキシ化合物のモノカーボネート体、環状カーボネート等のジヒドロキシ化合物のカーボネート体等が挙げられる。
・ポリカーボネート樹脂の製造方法
ポリカーボネート樹脂の製造方法は、特に限定されるものではなく、任意の方法を採用できる。その例を挙げると、界面重合法、溶融エステル交換法、ピリジン法、環状カーボネート化合物の開環重合法、プレポリマーの固相エステル交換法などを挙げることができる。
以下、これらの方法のうち特に好適なものについて具体的に説明する。
・・界面重合法
まず、ポリカーボネート樹脂を界面重合法で製造する場合について説明する。界面重合法では、反応に不活性な有機溶媒及びアルカリ水溶液の存在下で、通常pHを9以上に保ち、ジヒドロキシ化合物とカーボネート前駆体(好ましくは、ホスゲン)とを反応させた後、重合触媒の存在下で界面重合を行うことによってポリカーボネート樹脂を得る。なお、反応系には、必要に応じて分子量調整剤(末端停止剤)を存在させるようにしてもよく、ジヒドロキシ化合物の酸化防止のために酸化防止剤を存在させるようにしてもよい。
ジヒドロキシ化合物及びカーボネート前駆体は、前述のとおりである。なお、カーボネート前駆体の中でもホスゲンを用いることが好ましく、ホスゲンを用いた場合の方法は特にホスゲン法と呼ばれる。
反応に不活性な有機溶媒としては、例えば、ジクロロメタン、1,2−ジクロロエタン、クロロホルム、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン等の塩素化炭化水素等;ベンゼン、トルエン、キシレン等の芳香族炭化水素;などが挙げられる。なお、有機溶媒は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
アルカリ水溶液に含有されるアルカリ化合物としては、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、炭酸水素ナトリウム等のアルカリ金属化合物やアルカリ土類金属化合物が挙げられるが、中でも水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムが好ましい。なお、アルカリ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
アルカリ水溶液中のアルカリ化合物の濃度に制限は無いが、通常、反応のアルカリ水溶液中のpHを10〜12にコントロールするために、5〜10質量%で使用される。また、例えばホスゲンを吹き込むに際しては、水相のpHが10〜12、好ましくは10〜11になる様にコントロールするために、ビスフェノール化合物とアルカリ化合物とのモル比を、通常1:1.9以上、中でも1:2.0以上、また、通常1:3.2以下、中でも1:2.5以下とすることが好ましい。
重合触媒としては、例えば、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリブチルアミン、トリプロピルアミン、トリヘキシルアミン等の脂肪族三級アミン;N,N’−ジメチルシクロヘキシルアミン、N,N’−ジエチルシクロヘキシルアミン等の脂環式三級アミン;N,N’−ジメチルアニリン、N,N’−ジエチルアニリン等の芳香族三級アミン;トリメチルベンジルアンモニウムクロライド、テトラメチルアンモニウムクロライド、トリエチルベンジルアンモニウムクロライド等の第四級アンモニウム塩等;ピリジン;グアニジンの塩;等が挙げられる。なお、重合触媒は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
分子量調節剤としては、例えば、一価のフェノール性水酸基を有する芳香族フェノール;メタノール、ブタノールなどの脂肪族アルコール;メルカプタン;フタル酸イミド等が挙げられるが、中でも芳香族フェノールが好ましい。このような芳香族フェノールとしては、具体的に、m−メチルフェノール、p−メチルフェノール、m−プロピルフェノール、p−プロピルフェノール、p−tert−ブチルフェノール、p−長鎖アルキル置換フェノール等のアルキル基置換フェノール;イソプロぺニルフェノール等のビニル基含有フェノール;エポキシ基含有フェノール;o−オキシン安息香酸、2−メチル−6−ヒドロキシフェニル酢酸等のカルボキシル基含有フェノール;等が挙げられる。なお、分子量調整剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
分子量調節剤の使用量は、ジヒドロキシ化合物100モルに対して、通常0.5モル以上、好ましくは1モル以上であり、また、通常50モル以下、好ましくは30モル以下である。分子量調整剤の使用量をこの範囲とすることで、ポリカーボネート樹脂組成物の熱安定性及び耐加水分解性を向上させることができる。
反応の際に、反応基質、反応媒、触媒、添加剤等を混合する順番は、所望のポリカーボネート樹脂が得られる限り任意であり、適切な順番を任意に設定すればよい。例えば、カーボネート前駆体としてホスゲンを用いた場合には、分子量調節剤はジヒドロキシ化合物とホスゲンとの反応(ホスゲン化)の時から重合反応開始時までの間であれば任意の時期に混合できる。
なお、反応温度は通常0〜40℃であり、反応時間は通常は数分(例えば、10分)〜数時間(例えば、6時間)である。
・・溶融エステル交換法
次に、ポリカーボネート樹脂を溶融エステル交換法で製造する場合について説明する。溶融エステル交換法では、例えば、炭酸ジエステルとジヒドロキシ化合物とのエステル交換反応を行う。
ジヒドロキシ化合物は、前述の通りである。
一方、炭酸ジエステルとしては、例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−tert−ブチルカーボネート等の炭酸ジアルキル化合物;ジフェニルカーボネート;ジトリルカーボネート等の置換ジフェニルカーボネートなどが挙げられる。中でも、ジフェニルカーボネート及び置換ジフェニルカーボネートが好ましく、特にジフェニルカーボネートがより好ましい。なお、炭酸ジエステルは1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
ジヒドロキシ化合物と炭酸ジエステルとの比率は所望のポリカーボネート樹脂が得られる限り任意であるが、ジヒドロキシ化合物1モルに対して、炭酸ジエステルを等モル量以上用いることが好ましく、中でも1.01モル以上用いることがより好ましい。なお、上限は通常1.30モル以下である。このような範囲にすることで、末端水酸基量を好適な範囲に調整できる。
ポリカーボネート樹脂では、その末端水酸基量が熱安定性、加水分解安定性、色調等に大きな影響を及ぼす傾向がある。このため、公知の任意の方法によって末端水酸基量を必要に応じて調整してもよい。エステル交換反応においては、通常、炭酸ジエステルと芳香族ジヒドロキシ化合物との混合比率;エステル交換反応時の減圧度などを調整することにより、末端水酸基量を調整したポリカーボネート樹脂を得ることができる。なお、この操作により、通常は得られるポリカーボネート樹脂の分子量を調整することもできる。
炭酸ジエステルとジヒドロキシ化合物との混合比率を調整して末端水酸基量を調整する場合、その混合比率は前記の通りである。
また、より積極的な調整方法としては、反応時に別途、末端停止剤を混合する方法が挙げられる。この際の末端停止剤としては、例えば、一価フェノール類、一価カルボン酸類、炭酸ジエステル類などが挙げられる。なお、末端停止剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
溶融エステル交換法によりポリカーボネート樹脂を製造する際には、通常、エステル交換触媒が使用される。エステル交換触媒は任意のものを使用できる。なかでも、例えばアルカリ金属化合物及び/又はアルカリ土類金属化合物を用いることが好ましい。また補助的に、例えば塩基性ホウ素化合物、塩基性リン化合物、塩基性アンモニウム化合物、アミン系化合物などの塩基性化合物を併用してもよい。なお、エステル交換触媒は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
溶融エステル交換法において、反応温度は通常100〜320℃である。また、反応時の圧力は通常2mmHg以下の減圧条件である。具体的操作としては、前記の条件で、芳香族ヒドロキシ化合物等の副生成物を除去しながら、溶融重縮合反応を行えばよい。
溶融重縮合反応は、バッチ式、連続式のいずれの方法でも行うことができる。バッチ式で行う場合、反応基質、反応媒、触媒、添加剤等を混合する順番は、所望の芳香族ポリカーボネート樹脂が得られる限り任意であり、適切な順番を任意に設定すればよい。ただし中でも、ポリカーボネート樹脂及びポリカーボネート樹脂組成物の安定性等を考慮すると、溶融重縮合反応は連続式で行うことが好ましい。
溶融エステル交換法においては、必要に応じて、触媒失活剤を用いてもよい。触媒失活剤としてはエステル交換触媒を中和する化合物を任意に用いることができる。その例を挙げると、イオウ含有酸性化合物及びその誘導体などが挙げられる。なお、触媒失活剤は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
触媒失活剤の使用量は、前記のエステル交換触媒が含有するアルカリ金属又はアルカリ土類金属に対して、通常0.5当量以上、好ましくは1当量以上であり、また、通常10当量以下、好ましくは5当量以下である。更には、芳香族ポリカーボネート樹脂に対して、通常1ppm以上であり、また、通常100ppm以下、好ましくは20ppm以下である。
・ポリカーボネート樹脂に関するその他の事項
ポリカーボネート樹脂の分子量は任意であり、適宜選択して決定すればよいが、溶液粘度から換算した粘度平均分子量[Mv]は、通常は10,000〜100,000程度であり、好ましくは12,000〜35,000程度である。粘度平均分子量を前記範囲の下限値以上とすることにより、本発明のポリカーボネート樹脂組成物の機械的強度をより向上させることができ、機械的強度の要求の高い用途に用いる場合により好ましいものとなる。一方、粘度平均分子量を前記範囲の上限値以下とすることにより本発明のポリカーボネート樹脂組成物の流動性低下を抑制して改善でき、成形加工性を高めて薄肉成形加工を容易に行うこともできる。
なお、粘度平均分子量の異なる2種類以上のポリカーボネート樹脂を混合して用いてもよく、この場合には、粘度平均分子量が上記の好適な範囲外であるポリカーボネート樹脂を混合してもよい。
なお、粘度平均分子量[Mv]とは、溶媒としてメチレンクロライドを使用し、ウベローデ粘度計を用いて温度20℃での極限粘度[η](単位dl/g)を求め、Schnellの粘度式、すなわち、η=1.23×10−4Mv0.83 から算出される値を意味する。また極限粘度[η]とは、各溶液濃度[C](g/dl)での比粘度[ηsp]を測定し、下記式により算出した値である。
ポリカーボネート樹脂の末端水酸基濃度は任意であり、適宜選択して決定すればよいが、通常1,000ppm以下、好ましくは800ppm以下、より好ましくは600ppm以下である。これにより本発明のポリカーボネート樹脂組成物の滞留熱安定性及び色調をより向上させることができる。また、その下限は、特に溶融エステル交換法で製造されたポリカーボネート樹脂では、通常10ppm以上、好ましくは30ppm以上、より好ましくは40ppm以上である。これにより、分子量の低下を抑制し、本発明のポリカーボネート樹脂組成物の機械的特性をより向上させることができる。
なお、末端水酸基濃度の単位は、ポリカーボネート樹脂の質量に対する、末端水酸基の質量をppmで表示したものである。その測定方法は、四塩化チタン/酢酸法による比色定量(Macromol.Chem.88 215(1965)に記載の方法)である。
ポリカーボネート樹脂は、ポリカーボネート樹脂単独(ポリカーボネート樹脂単独とは、ポリカーボネート樹脂の1種のみを含む態様に限定されず、例えば、モノマー組成や分子量が互いに異なる複数種のポリカーボネート樹脂を含む態様を含む意味で用いる。)で用いてもよく、ポリカーボネート樹脂と他の熱可塑性樹脂とのアロイ(混合物)とを組み合わせて用いてもよい。さらに、例えば、難燃性や耐衝撃性をさらに高める目的で、ポリカーボネート樹脂を、シロキサン構造を有するオリゴマーまたはポリマーとの共重合体;熱酸化安定性や難燃性をさらに向上させる目的でリン原子を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマーとの共重合体;熱酸化安定性を向上させる目的で、ジヒドロキシアントラキノン構造を有するモノマー、オリゴマーまたはポリマーとの共重合体;光学的性質を改良するためにポリスチレン等のオレフィン系構造を有するオリゴマーまたはポリマーとの共重合体;耐薬品性を向上させる目的でポリエステル樹脂オリゴマーまたはポリマーとの共重合体;等の、ポリカーボネート樹脂を主体とする共重合体として構成してもよい。
さらにポリカーボネート樹脂は、バージン原料だけでなく、使用済みの製品から再生されたポリカーボネート樹脂(いわゆるマテリアルリサイクルされたポリカーボネート樹脂)であってもよい。前記の使用済みの製品としては、例えば、光学ディスク等の光記録媒体;導光板;自動車窓ガラス、自動車ヘッドランプレンズ、風防等の車両透明部材;水ボトル等の容器;メガネレンズ;防音壁、ガラス窓、波板等の建築部材などが挙げられる。また、製品の不適合品、スプルー、ランナー等から得られた粉砕品またはそれらを溶融して得たペレット等も使用可能である。
ただし、再生されたポリカーボネート樹脂は、本発明のポリカーボネート樹脂組成物に含まれるポリカーボネート樹脂のうち、80質量%以下であることが好ましく、中でも50質量%以下であることがより好ましい。再生されたポリカーボネート樹脂は、熱劣化や経年劣化等の劣化を受けている可能性が高いため、このようなポリカーボネート樹脂を前記の範囲よりも多く用いた場合、色相や機械的物性を低下させる可能性があるためである。
[フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂]
本発明のポリカーボネート樹脂組成物に用いるフッ素樹脂はフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂である。ここで、「フィブリル形成能」とは、せん断力等の外的作用により、樹脂同士が結合して繊維状になる傾向を示すことをいう。フッ素樹脂が「フィブリル形成能を有さない」かどうかの目安は、比溶融粘度により評価することも可能であり、380℃における比溶融粘度(ASTM 1238−52T)が1×10ポイズ以下であり、さらには1×10ポイズ以下であり、その下限は、通常、5×10ポイズである。
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂は、溶融混練や成形加工時等にフィブリルを形成することがなく摺動性に優れ、分散粒子径を小さく良分散させることで全光線透過率を低く、好ましくはJIS K7105に準じて測定した1mm厚での全光線透過率を45%以下と低くすることができる。
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂としては、ポリテトラフルオロエチレンが特に好ましい。ポリテトラフルオロエチレンのフィブリル形成能を有さない範囲で、共重合成分としてヘキサフルオロプロピレン、クロロトリフルオロエチレン、フルオロアルキルエチレン及びパーフルオロアルキルビニルエーテル等の含フッ素オレフィン、パーフルオロアルキル(メタ)アクリレート等の含フッ素アルキル(メタ)アクリレートを用いることができる。このような共重合成分の含有量は、ポリテトラフルオロエチレン中のテトラフルオロエチレンに対して、好ましくは10質量%以下である。
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂は、溶融混練前の原料として、平均粒径が1〜20μmであることが好ましく、より好ましくは10μm以下である。
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂の含有量は、ポリカーボネート樹脂とフッ素樹脂の合計100質量部に対して、3〜20質量部である。含有量が3質量部未満では成形品として十分な摺動性が発現されにくく、過度に少なすぎると押出機での供給安定性や分散性が悪化して好ましくない。逆に20質量部を超えると品質面での問題は生じないがコスト面で不利となるため好ましくない。フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂の好ましい含有量は5質量部以上であり、また好ましくは15質量部以下である。
また、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂は単独でも2種類以上を混合して供給しても良く、更に他の樹脂や添加剤等と混合して供給しても良い。
[樹脂組成物の好ましい製造方法]
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、フッ素樹脂の分散粒子径(D50)が0.5〜4.5μmであり、JIS K7105に準じて測定した1mm厚での全光線透過率が5〜45%の範囲にあることを特徴とするが、その好ましい製造方法は、以下に記載するとおりである。
すなわち、噛合い型同方向回転二軸スクリュー押出機を用い、以下のa)〜d)の工程を備えた製造方法である。
a)ポリカーボネート樹脂を前記押出機に供給してスクリューで加熱、混練して溶融化させる第一混練工程、
b)前記第一混練工程後にフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を供給して、前記フッ素樹脂を分散しながらスクリューで混練させる第二混練工程、
c)前記第二混練工程後にポリカーボネート樹脂組成物を押出す工程、および、
d)押し出された前記ポリカーボネート樹脂組成物のストランド状の溶融樹脂を水中冷却してカッティングしペレットを得る工程を備えており、
前記第一混練工程のスクリューは、順送りニーディングディスク、逆送りニーディングディスク、直交ニーディングディスクから選択される2種以上のエレメントの組合せで構成されており、
第一混練工程のスクリュー長さL1が、L1=3D〜7D(Dはスクリュー径シリンダー内径)である。
この製造方法で使用する押出機は、噛合い型同方向回転二軸スクリュー押出機であり、バレル内部に同方向に回転する二本のスクリューを有し、そのスクリュー途中には、複数枚のニーディングディスクによって構成される混練部が相互に噛み合う形態で設けられている。
押出機は、通常、原料供給口、ベント口、ジャケットを備えたバレル、押出機先端に取り付けられたダイから構成される。
第一混練工程では、ポリカーボネート樹脂を原料供給口から押出機内に供給してスクリューで加熱、混練して溶融化させる。スクリュー途中には、好ましくは複数枚のニーディングディスクによって構成される混練部が構成される。そのスクリュー構成は、順送りニーディングディスク、逆送りニーディングディスク、直交ニーディングディスクから選択される2種以上のエレメントの組合せで構成されていることが好ましい。
順送りニーディングディスクエレメントは、Rニーディング(以下、Rと称することもある。)とも呼ばれ、通常羽根が2枚以上で、その羽根ねじれ角度θは10度から75度であることが好ましい。このように羽根を所定角度ずらして設置していくことにより擬似スクリュー構造を形成し樹脂を送り方向に送り出しつつ強いせん断力を加え、混練を行うゾーンとなる。
逆送りニーディングディスクエレメントは、Lニーディング(以下、Lと称することもある。)とも呼ばれ、通常羽根が2枚以上で、かつ羽のねじれ角度θが−10度から−75度であることが好ましい。逆送りニーディングディスクエレメントは、送られてくる樹脂を堰き止めたり、送られてくる樹脂を送り戻す方向に働く昇圧能力のあるエレメントであり、混練を促進するエレメントの下流側に設けることにより樹脂を堰きとめ、強力な混練効果を発揮させるものである。
直交ニーディングディスクエレメントは、Nニーディング(以下、Nと称することもある。)とも呼ばれ、通常羽根が2枚以上で、かつ羽根のねじれ角度θが75度から105度である。羽根が略90度ずらして設置されているため樹脂を送り出す力は弱いが混練力は強い。
第一工程の混練ゾーンのスクリュー構成は、2種以上のエレメントの組合せで構成されていることが好ましく、混練を促進するエレメントを上流側に、昇圧能力のあるエレメントを下流側に配置されることが好ましい。したがって、第一混練工程の混練ゾーンでは、上流側からR、N及びLから選ばれる2種以上を配置するのが好ましく、各R、N及びLは複数個配置することも好ましい。
第一工程の混練ゾーンのスクリュー長さL1は、スクリュー径をDとすると、
L1=3D〜7D であることが好ましい。
第一工程の混練ゾーンのスクリュー長さL1が3Dより短いと、剪断不足によりポリカーボネート樹脂の溶融可塑化が不十分となり、その結果フッ素樹脂の分散が悪化し分散粒子径が大きくなる傾向になるため好ましくない。一方、7Dを超えると過剰混練により局部的な樹脂組成物の分解が進行する傾向にあり、組成物本来の機械物性が劣るため好ましくない。
第二混練工程では、上記した第一混練工程後に、フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂を供給し、フッ素樹脂を分散しながらスクリューで混練させる。この際には、分散したフッ素樹脂と溶融化したポリカーボネート樹脂とを300℃以下の樹脂温度となるようにスクリューで混練させることが好ましい。300℃以下の樹脂温度となるようにするためには、押出機への吐出量とスクリュー回転数を適宜調節したり、第一混練工程のスクリュー構成を調整する方法や第二混練工程のシリンダー設定温度を低く設定する方法が採られる。このようなフッ素樹脂の供給方法を採用し、特に300℃以下の樹脂温度とすることにより、フッ素樹脂の分散粒子径が小さく、かつ全光線透過率が低いポリカーボネート樹脂組成物を安定して製造することができる。
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂は、上流側の第一工程の混練ゾーンよりも下流側に供給されるが、供給はサイドフィーダーにより行うのが好ましい。サイドフィーダーとしては、任意のサイドフィーダーを用いることができるが、スクリュー、好ましくは2本のスクリューによりシリンダー内に供給する方法を用いることが好ましい。またフッ素樹脂同士の再凝集を極力発生しないように低速で供給する方が好ましく、サイドフィーダーのスクリュー回転数は200rpm以下とするのが好ましい。
また、サイドフィーダーへのフッ素樹脂の供給は一般的には2軸スクリューフィーダーや振動式フィーダーを使用して行うが、ここでもフッ素樹脂同士の再凝集を極力発生しないように低速で供給する方法が好ましい。
噛合い型同方向回転二軸スクリュー押出機のスクリュー回転数は250rpm以下が好ましい。250rpmを超えると押出機内でフッ素樹脂の再凝集が発生しやすくなり、その結果、組成物中のフッ素樹脂の分散粒子径が大きくなる傾向にある。
スクリュー回転数はスクリューモーターの負荷能力との兼合いもあるが、50〜200rpmとすることがより好ましい。
第二混練工程の混練ゾーンのスクリュー構成及び長さL2は、得られる樹脂組成物のフッ素樹脂の分散粒子径や粒子径分布の制御因子となることを見出した。先ず、第二混練工程の混練ゾーンのスクリューは、順送りニーディングディスク(R)、逆送りニーディングディスク(L)、直交ニーディングディスク(N)、順送り切欠き型ミキシングスクリュー、逆送り切欠き型ミキシングスクリューから選択されるエレメントで構成されていることが好ましい。ニーディングディスクやミキシングスクリューが構成されてない状態でフッ素樹脂を供給するとフッ素樹脂の分散が不十分となり、その結果、目標とする分散粒子径に到達できないため好ましくない。
また、第二混練工程の混練ゾーンのスクリュー長さL2は、スクリュー径をDとすると、L1=0.5D〜3D であることが好ましい。
第二混練工程の混練ゾーンのスクリュー長さL2が0.5Dより短いと、フッ素樹脂の分散が不完全となり、その結果、分散粒子径の分布が広がり好ましくない。一方、3Dを超えるとフッ素樹脂同士の再凝集が発生しやすくなる傾向にあり、分散粒子径が大きくなり、全光線透過率も高くなるため好ましくない。
順送り切欠き型ミキシングスクリュー(以下、FMSと称することもある。)は、スクリューの山(フライト部)を切り欠いた順送りのミキシングスクリューエレメントである。フライト数は2条でも1条でもよく、切欠き数は1スクリューリード当たり5〜15個であることが好ましい。また、ギアタイプのミキシングスクリューを含む。スクリューエレメント長さL/Dは、0.3〜2であることが良好な昇圧効果で得るために好ましい。
逆送り切欠き型ミキシングスクリュー(以下、BMSと称することもある。)は、スクリューの山(フライト部)を切り欠いた逆送りのミキシングスクリューエレメントである。フライト数は2条でも1条でもよく、切り欠き数は1スクリューリード当たり5〜15個であることが好ましい。また、ギアタイプのミキシングスクリューを含む。
第二混練工程の混練ゾーンのスクリュー構成は、上記各エレメントの中から1種を単独でも2種以上を併用してもよく、各エレメントは1個でも2個以上用いてもよい。また、上記ニーディングディスクおよびミキシングスクリューの配置についても、上流、下流何れに配置してもよい。
第二混練工程において、分散したフッ素樹脂と溶融化したポリカーボネート樹脂との混練は上記スクリュー構成の下、300℃以下の樹脂温度となるように行われるのが好ましい。300℃を超えるとフッ素樹脂同士の再凝集が発生しやすい傾向があり樹脂組成物でのフッ素樹脂の分散粒子径が大きくなり、その結果、全光線透過率が悪化してしまうことが見いだされた。300℃以下の樹脂温度とすることで樹脂組成物の全光線透過率を45%以下とすることが容易となる。好ましい樹脂温度は250〜300℃である。
なお、前記したように、全光線透過率は、JIS K7105に準じて厚さ1mmで測定する値である。
第二混練工程の後に、ポリカーボネート樹脂組成物は押出機先端の押出ダイからストランド状に押し出される。そして、押し出されたポリカーボネート樹脂組成物のストランド状の溶融樹脂は、水中冷却してカッティングされペレットとなる。
押出ダイの形状は特に制限はなく、公知のものが使用される。吐出ノズルのダイの直径は、押出し圧、所望するペレットの寸法にもよるが、通常2〜5mm程度である。押出された直後のポリカーボネート樹脂の温度は、通常300℃程度である。
ストランドは、引き取りローラーによって引き取られ、冷却槽に溜められた水中を搬送されるようにして、冷却される。樹脂の劣化を少なくするために、ストランドがダイから押し出されてから水に入るまでの時間は短い方が良い。通常は、ダイから押し出されてから1秒以内に水中に入るのが良い。
水中冷却する際の水の電気伝導度は30μS/cm以下であることが好ましい。使用する水の電気伝導度が30μS/cmを超えると、得られるポリカーボネート樹脂ペレットの清浄度が悪化する。水の好ましい電気伝導度は20μS/cm以下、より好ましくは10μS/cm以下、さらに好ましくは5μS/cm以下、特に好ましくは3μS/cm以下、最も好ましくは1μS/cm以下である。
冷却槽に溜められた水は経時的に劣化し、電気伝導度が上がるが、冷却水を常時供給し、槽から水をオーバーフローさせることにより、電気伝導度を所定の範囲(30μS/cm以下)に保つことができる。また、水槽の温度は位置により変わり、通常ストランドが水槽に入ったところが最も温度が高く、冷却されるに従い水槽の温度も下がる。水槽の温度が低すぎればストランドが過冷却され、水槽の温度が高ければストランドの温度が上がりすぎる。水槽の温度の好ましい範囲は、30℃から90℃、更に好ましい範囲は40℃〜70℃である。
冷却されたストランドは、引き取りローラーによりペレタイザーに送られ、カッティングされて、ペレットとされる。カッティングは、ストランド温度が70〜130℃、好ましくは75〜125℃の範囲にある時に切断することが好ましい。
得られたポリカーボネート樹脂組成物は、フッ素樹脂の分散が極めて良好に促進されており、ポリカーボネート樹脂中に分散したフッ素樹脂の分散粒子径(D50)は、4.5μm以下であり、好ましくは4.0μm以下、更に好ましくは3.0μm以下、特に好ましくは2.0μm以下であり、最も好ましくは1.0μm以下であり、また好ましくは0.5μm以上である。分散粒子径(D50)がこのような範囲にあることで、樹脂組成物の全光線透過率が低下し摩擦係数が向上する。
ここで、フッ素樹脂の分散粒子径(D50)は走査電子顕微鏡(SEM)で観察して任意に選んだ視野の中で、50個の粒子の直径を測定した。粒子が球形でない場合は、その粒子の端部から反対側の端部までの距離の最大値を粒子径とし、粒子径の積分分布図の積算分率50%に相当する粒子径を本発明の分散粒子径D50として求められる。
また、ポリカーボネート樹脂中に分散したフッ素樹脂の5μm以上の粒子径を有する分散粒子の割合は5%以下であることが好ましく、より好ましくは3.5%以下、さらに好ましくは3%以下、中でも2.5%以下、特には2%以下であることが好ましい。5μm以上の分散粒子の割合が5%を超えると、前記の分散粒子径(D50)が4.5μm以下であっても樹脂組成物の全光線透過率が高くなる傾向にあるので好ましくない。5μm以上の分散粒子の割合は上記測定法により得られた粒子径分布において、粒子全体を100%としたとき、粒子径分布の分布カーブにおいて、5μm以上の粒子の分布割合から算出される。
また、ポリカーボネート樹脂中に分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)及び体積平均粒子径(dv)は、SEM写真の画像解析より求められるものであるが、前述の分散粒子径(D50)とは異なる手法で評価した。具体的にはJ.MACROMOL.SCI.−PHYS.,B38(5&6),527(1999)に記載されている計算手法で解析した。即ち、SEM写真を画像解析ソフトを用いてフッ素樹脂の分散粒子の面積を求め、以下に示す式を用いて、上記数平均粒子径(dn)、及び体積平均粒子径(dv)を計算することによって3次元的な評価を行い、分散粒子の大きさとその分布をより詳細に把握した。
フッ素樹脂の分散粒子の面積から真円換算した場合の直径(dn)の計算式は、以下の通りである。
上記式中、Aは、SEM写真を画像解析して求めた分散したフッ素樹脂の粒子面積である。
分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)の計算式は、以下の通りである。
分散したフッ素樹脂の体積平均粒子径(d)の計算式は、以下の通りである。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)は、好ましくは4.5μm以下であり、より好ましくは4.0μm以下、さらに好ましくは3.0μm以下、特に好ましくは2.0μm以下であり、最も好ましくは1.0μm以下であり、また好ましくは0.5μm以上である。数平均粒子径(dn)が4.5μmを超えると、樹脂組成物の全光線透過率が悪化するので好ましくない。
また、ポリカーボネート樹脂中に分散したフッ素樹脂の体積平均粒子径(dv)と数平均粒子径(dn)との比(dv/dn)は、1.0〜2.5の範囲にあることが好ましく、より好ましくは1.1以上、さらに好ましくは1.15以上であり、より好ましくは2.3以下、さらには2.1以下、中でも2.0以下、特には1.90以下であることが好ましい。
ここで云う、dv/dnの数値の意味は、dv/dnが1のときフッ素樹脂の分散粒子径が揃った均一な状態を示し、1より大きくなると分散粒子径が不揃いで不均一な状態であることを示している。また、このdv/dnは単に分散粒子径が均一であること以外に、前述した分散したフッ素樹脂の5μm以上の粒子径を有する分散粒子の割合と密接に関係がある。即ち、分散したフッ素樹脂の5μm以上の粒子径を有する分散粒子の割合が5%以下でない場合、dv/dnが1.0〜2.5の範囲内であっても目的とする全光線透過率を達成することは困難であり、摺動特性である摩擦係数の向上効果も得られにくい。
また、本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、フッ素樹脂の分散が極めて良好なため、得られる樹脂組成物の1mm厚での全光線透過率は45%以下である。全光線透過率はさらには40%以下、中でも35%以下、特には30%以下が可能である。
なお、樹脂組成物の1mm厚での全光線透過率は、JIS K7105に準拠して測定した。
[その他の成分]
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、所望の諸物性を著しく損なわない限り、必要に応じて、ポリカーボネート樹脂及びフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂以外に他の成分を含有していてもよい。他の成分の例を挙げると、ポリカーボネート樹脂以外の樹脂、各種樹脂添加剤などが挙げられる。なお、他の成分は、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
・他の樹脂
他の樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート樹脂などの熱可塑性ポリエステル樹脂;ポリスチレン樹脂、高衝撃ポリスチレン樹脂(HIPS)、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)などのスチレン系樹脂;ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂等のポリオレフィン樹脂;ポリアミド樹脂;ポリイミド樹脂;ポリエーテルイミド樹脂;ポリウレタン樹脂;ポリフェニレンエーテル樹脂;ポリフェニレンサルファイド樹脂;ポリスルホン樹脂;ポリメタクリレート樹脂等が挙げられる。
なお、他の樹脂は、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
・樹脂添加剤
樹脂添加剤としては、例えば、安定剤、酸化防止剤、離形剤、滑材、充填材、難燃剤、紫外線吸収剤、染顔料、帯電防止剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、流動性改良剤、可塑剤、分散剤、抗菌剤などが挙げられる。なお、樹脂添加剤は1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
本発明で使用される安定剤としては、リン系安定剤が好ましく、より好ましくは亜リン酸エステル化合物、中でも、分子中の少なくとも1つのエステルがフェノール及び/又は炭素数1〜25のアルキル基でエステル化された亜リン酸エステル化合物が好ましい。
亜リン酸エステル化合物の具体例としては、トリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイト、2−エチルヘキシルジフェニルホスファイト、トリオクチルホスファイト、トリデシルホスファイト、トリフェニルホスファイト、トリスノニルフェニルホスファイト、トリス(オクチルフェニル)ホスファイト、トリデシルホスファイト、ジデシルモノフェニルホスファイト、ジオクチルモノフェニルホスファイト、ジイソプロピルモノフェニルホスファイト、モノブチルジフェニルホスファイト、モノデシルジフェニルホスファイト、モノオクチルジフェニルホスファイト、2,2−メチレンビス(4,6−ジ−tert−ブチルフェニル)オクチルホスファイト等が挙げられる。これらは、単独でも2種以上の混合して使用してもよい。上記の中で、特にトリス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ホスファイトが好ましい。
なお、これらは、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせ及び比率で含有されていてもよい。
亜リン酸エステル化合物の含有量は、ポリカーボネート樹脂100質量部に対して、0.001〜0.5質量部が好ましく、より好ましくは0.005質量部以上、さらに好ましくは0.01質量部以上であり、また、より好ましくは0.3質量部以下、さらに好ましくは0.2質量以下、特に好ましくは0.1質量部以下である。亜リン酸エステル化合物の含有量が前記範囲の下限値未満の場合は、熱安定効果が不十分となる可能性があり、リン系安定剤の含有量が前記範囲の上限値を超える場合は、効果が頭打ちとなり経済的に不利である。
本発明の方法で得られるポリカーボネート樹脂組成物は、300℃、1.2kg荷重におけるメルトボリュームレイト(MVR)が8〜12cm/10minであることが好ましい。MVRが8cm/10min未満では流動性が不足し成形性が劣る傾向があり、12cm/10minを超えると耐衝撃性等が低下するので好ましくない。MVRは、より好ましくは9〜11cm/10minである。
本発明の方法で得られるポリカーボネート樹脂組成物は、厚み3mmにおけるイエローインデックス(YI)が8〜15の範囲にあることが好ましい。YIが15を超えると、得られる成形品の色調が悪く、耐光変色性が低下しやすい。YIは、より好ましくは8.5〜13、さらに好ましくは9〜12である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、摺動性、耐熱性、機械的物性、電気的特性に優れるので、例えば電気・電子機器分野、コンピュータ等のOA機器分野、精密機器分野、住宅関連分野、自動車分野、その他の各種工業分野等における成形品あるいは部品等に幅広く利用することができる。
以下、実施例を示して本発明について更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において任意に変更して実施できる。
[ポリカーボネート樹脂]
ポリカーボネート樹脂として、以下の芳香族ポリカーボネート樹脂PC−1〜PC−3を使用した。
・PC−1
三菱エンジニアリングプラスチックス社製
商品名「ノバレックス(登録商標)7022PJ」
(界面法によるポリカーボネートフレーク)
粘度平均分子量 Mv:20,900
MVR(300℃、1.2kg荷重):10.8cm/10分
以下、「PC−1」という。
・PC−2
三菱エンジニアリングプラスチックス社製
商品名「ノバレックス(登録商標)7022A」
(界面法によるポリカーボネートペレット)
粘度平均分子量 Mv:21,000
MVR:10.6cm/10分
以下、「PC−2」という。
・PC−3
ポリカーボネート微粉
上記PC−1のポリカーボネートフレーク(7022PJ)を古川鉄鋼社製の
グラニュレータHB189で、650rpmで粉砕したもの。
平均粒径:430μm
粘度平均分子量 Mv:20,700
MVR:10.9cm/10分
以下、「PC−3」という。
[フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂]
フィブリル形成能を有さないフッ素樹脂として、以下のポリテトラフルオロエチレンを使用した。
・ダイキン工業社製、商品名「ルブロンL−5」
ポリテトラフルオロエチレンの微粒子、平均粒径:5μm
以下、「PTFE1」という。
・ダイキン工業社製、商品名「ルブロンL−7」
ポリテトラフルオロエチレンの微粒子、平均粒径:5μm
以下、「PTFE2」という。
[フィブリル形成能を有するフッ素樹脂]
フィブリル形成能を有するフッ素樹脂として、以下のポリテトラフルオロエチレンを使用した。
・ダイキン工業社製、商品名「ポリフロンFA500」
ポリテトラフルオロエチレンの微粒子、平均粒径:430μm
以下、「PTFE3」という。
・ダイキン工業社製、商品名「ポリフロンF−208」
ポリテトラフルオロエチレンの微粒子、平均粒径:600μm
以下、「PTFE4」という。
[亜リン酸エステル化合物]
・ADEKA社製、商品名「アデカスタブ2112」
トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト
以下「P−1」という。
・ADEKA社製、商品名「アデカスタブC」
2−エチルヘキシルジフェニルホスファイト
以下「P−2」という。
・城北化学工業社製、商品名「JP−30」
トリフェニルホスファイト
以下「P−3」という。
・城北化学工業社製、商品名「JP−310」
トリデシルホスファイト
以下「P−4」という。
[押出機]
押出機としては、以下のものを使用した。
1)噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機
・日本製鋼所社製 TEX44αII、スクリュー径47mm
・東芝機械社製 TEM37BS、スクリュー径37mm
2)単軸スクリューベント付き押出機
・田辺プラスチックス機械社製 VS−40 スクリュー径40mm
スクリュー圧縮比(スクリューの最初のネジにおける溝深さを最終ネジにおける溝深さで割った数値)が3.0となるスクリュータイプを使用。
[スクリュー構成]
図1に、上記した2機種の噛合い型同方向回転二軸スクリューベント付き押出機のスクリュー構成の概念図を示した。図1中、図1−aはTEX44αIIのスクリュー構成を示し、図1−bはTEM37BSのスクリュー構成を示し、1はホッパ、2はシリンダー、3はスクリュー、4はフィード口、5は真空ベントの位置を示し、また、6が供給・搬送・予熱部、7は第1混練部、8は搬送部、9は第2混練部、10が押出部である。
TEX44αIIでは、A〜Gの7タイプの構成を異にするスクリューパターンを、TEM37BSでは、H、Iの2タイプの構成を異にするスクリューパターンを準備した。
[スクリューパターン]
上記したタイプAからタイプIの具体的なスクリューパターンを、図2〜図4の(A)〜(I)に示す。
図2〜図4に示すように、各スクリューは、左(材料供給ホッパ)から右(出口側)に向かって、それぞれ、供給・搬送・予熱部、第1混練部、搬送部、第2混練部、押出部で構成されている。
第1混練部のスクリュー形状としては、ニーディングディスクとし、各ディスクが送り方向に45°位相がずれている順送りニーディングディスク(R)とし、これとは逆方向に45°位相がずれているものを逆送りニーディングディスク(L)、90°位相の直交ニーディングディスク(N)等を用いた。なお、第1混練部の長さL1はスクリューエレメントの外径(D)の倍数で表現した。
第2混練部のスクリュー形状としては、順送りニーディングディスク(R)直交ニーディングディスク(N)、逆送りニーディングディスク(L)などのニーディングディスクや順送りのフライト部に切欠きのある順送り型切欠きミキシングスクリュー(FMS)、逆送りのフライト部に切欠きのある逆送り型切欠きミキシングスクリュー(BMS)のミキシングスクリュー、また堰止め効果の高いシールリング(SR)等を用いた。なお、第2混練部の長さL2についてもスクリューエレメントの外径(D)の倍数で表現した。
図2の(A)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの2個の順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの2個の直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL1長さが5.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は、長さ0.5Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ0.5Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL2長さが1.0Dの配置とした。
図2の(B)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの2個の直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL1長さが4.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ0.5Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの順送り型切欠きミキシングスクリュー(FMS)を順次連結したL2長さが1.5Dの配置とした。
図2の(C)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの2個の順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの4個の直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL1長さが7.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ1.0Dの2個の順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL2長さが3.0Dの配置とした。
図3の(D)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの2個の順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL1長さが4.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL2長さが3.0Dの配置とした。
図3の(E)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの直交ニーディングディスクを順次連結したL1長さが2.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ1.0Dのフルフライトスクリュー(FF)のみを連結した配置とし、ニーディングディスクやミキシングスクリューは配置しなかった。
図3の(F)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.5Dのフルフライトスクリュー(FF)を第2混練部直前まで連結し、第2混練部スクリュー形状は長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの2個の直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL2長さ4.0Dの配置とした。
図4の(G)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの直交ニーディングディスク(N)に長さ1.0Dの逆フルフライトスクリュー(BF)と長さ1.0Dのフルフライトスクリュー(FF)および長さ1.0Dの4個の直交ニーディングディスク(N)、長さ1.0Dのフルフライトスクリュー(FF)、長さ1.0Dの逆フルフライトスクリュー(BF)を順次連結したL1長さが9Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ1.0Dの2個の順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL2長さ3.0Dの配置とした。
図4の(H)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を順次連結したL1長さが3.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ0.5Dのシールリング(SR)のみ(L2=0.5D)の配置とした。
図4の(I)に示すスクリューパターンは、第1混練部スクリュー形状が、長さ1.0Dの順送りニーディングディスク(R)に長さ1.0Dの直交ニーディングディスク(N)と長さ1.0Dの逆送りニーディングディスク(L)を連結したL1長さが3.0Dであり、第2混練部スクリュー形状は長さ0.5Dの逆送りニーディングディスク(L)のみ(L2=0.5D)の配置とした。
(実施例1)
二軸押出機として、最上流部のC1と、その下流のC11に供給口を有する全16バレル構成(上流より、C1〜C14シリンダーと称す。)の1ベントを備えた日本製鋼所社製「TEX44αII」噛合い型同方向回転二軸スクリュー押出機を使用した。
上記したPCポリカーボネート樹脂PC−2の85質量部をC1供給口からトップフィードして上記二軸押出機に供給し、スクリュー回転数245rpm、吐出量160kg/時間の条件で混練した。この第一混練ゾーンのスクリュー構成はR/R/N/N/Lであり、スクリュー長さL1は5Dである。
次いで、C11供給口からPTFE1を15質量部及び亜リン酸エステル化合物P−1を、PC−2とPTFE1の合計100質量部に対し、0.01質量部の割合でサイドフィードした。この第二混練ゾーンのスクリュー構成はR/Lで、スクリュー長さL2は1Dであり、この時の第二混練ゾーンの温度は、設置した樹脂温度計で288℃であった。押出機先端の押出ダイからストランド状に押出された溶融樹脂組成物を、電気伝導度が0.7μS/cmの水を収容した水槽にて急冷し、ペレタイザーを用いてペレット化してポリカーボネート系樹脂組成物のペレットを得た。
得られたペレットを120℃で4時間乾燥した後、日本製鋼所社製のJ55射出成型機でシリンダー温度290℃−290℃−280℃−270℃、金型温度80℃の条件で、幅30mm、長さ110mmで厚さが3mmと1mmの段部を有する2段プレートの成形品を作製した。
得られたペレットおよび2段プレート成形品につき、以下の測定評価を行った。
(1)フッ素樹脂含有量
得られたペレット10gを塩化メチレン(試薬特級、関東化学社製)に溶解し、孔径0.2μmの親水性PTFEフィルター(ヤマト科学社製メンブレンフィルター)でろ過し、120℃、3時間乾燥後、フィルター上に残った質量からフッ素樹脂含有量(質量%)を算出した。
(2)MVR(メルトボリュームレイト)
ISO 1133に準拠し、ペレットを120℃にて約5時間乾燥させ、ペレット中の水分率を200ppm以下にしたものを、東洋精機社製セミオートメルトインデクサー2A型により、300℃、荷重1.2kgfの条件にて測定した。
(3)YI(イエローインデックス)
カラーテスター(コニカミノルタ社製分光測色計CM−3700d)を用いて、上記2段プレートの3mm厚部での反射光におけるイエローインデックス(YI)値を測定した。
(4)フッ素樹脂の分散粒子径(D50)
得られたペレットを流動方向に直角な方向にダイヤモンドカッターを用いて切断し、その断面を、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、任意に選んだ視野の中で、50個の粒子の直径を測定した。粒子が球形でない場合は、その粒子の端部から反対側の端部までの距離の最大値を粒子径とし、測定にはコンピュータによる画像処理を行った。
このようにして得られた測定値を、JIS Z8819−1:1999(ISO9276−1:1998と一致)に示された粒子径測定結果の表現にしたがって整理し、得られた積分分布図の積算分率50%に相当する粒子径を本発明の分散粒子径D50とした。
(5)分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)、体積平均粒子径(dv)
得られたペレットを、ライカ社製切片作製用ウルトラミクロトームシステムUC7(ダイヤモンドナイフ)を使用して、断面を作製し、真空デバイス社製マルチコーターVES−10を用い、C源で膜厚25nmに蒸着した後に、SEM観察(装置:日立ハイテク製SU8020、測定条件:10kV−250倍、流動方向に直角な方向)して取得した画像を、旭化成エンジニアリング社製A像くんを用いて画像解析を行った。
画像解析の結果、フッ素樹脂の分散粒子の面積から真円換算した場合の直径(dn)を、下記の式から算出し、数平均粒子径(dn)、体積平均粒子径(dv)及び体積平均粒子径(dv)と数平均粒子径(dn)との比(dv/dn)を求めた。
また、5μm以上の粒子径を有する分散粒子の全分散粒子中の割合(単位:%)を、前記測定法により得られた粒子径分布において、粒子全体を100%としたとき、粒子径分率の分布カーブにおいて、5μm以上の粒子の分布割合から算出した。
(6)1mm厚の全光線透過率
日本電色工業社製のヘーズメーターNDH−4000にて上記2段プレートの1mm厚部の全光線透過率(単位:%)を測定した。
(7)摩擦係数
得られたペレットを、日精樹脂社製のNEX80III射出成形機にてシリンダー温度280−280−270−260℃、金型温度80℃の条件で、幅100mm、長さ100mm、3mm厚の試験片を作製し、新東科学社製の表面性測定機Type14にて荷重100g、速度100mm/min、鋼球圧子を使用し、静摩擦係数及び動摩擦係数を測定した。
(実施例2〜5)
実施例1において、以下の表1に記載したスクリュータイプ、原料配合条件及び押出条件にした以外は同様にして行った。
(実施例6〜7)
実施例1において、二軸押出機として、最上流部のC1と、その下流のC8に供給口を有する全12シリンダー構成(上流より、C1〜C12シリンダーと称す。)の1ベントを備えた東芝機械社製噛合い型同方向回転二軸スクリュー押出機「TEM37BS」を使用し、以下の表2に記載したスクリュータイプ、原料配合条件及び押出条件にした以外は同様にして行った。
(実施例8〜9)
実施例1において、以下の表2に記載した原料配合条件及び押出条件にした以外は同様にして行った。
以上の結果を以下の表1〜2に示す。
以下の各表において、
Rは順送りニーディングディスク、Nは直交ニーディングディスク、
Lは逆送りニーディングディスク、FMSは順送り切欠き型ミキシングスクリュー、
BMSは逆送り切欠き型ミキシングスクリュー、SRはシールリング
FFはフルフライトスクリュー、BFは逆フルフライトスクリューを示す。
また、表中の部はPC樹脂100質量部に対する質量部である。
(比較例1〜2)
単軸押出機として、最上流部のC1のみに供給口を有する全8シリンダー構成(上流より、C1〜C8シリンダーと称す)の1ベントを備えた田辺プラスチック機械社製のスクリュー径40mmのベント付単軸押出機「VS−40」を使用し、以下の表3に記載した原料配合条件及び押出条件にした以外は実施例1と同様にして行った。
(比較例3〜4)
以下の表3に記載したスクリュータイプ、原料配合条件及び押出条件にした以外は、実施例6と同様にして行った。
(比較例5〜7)
以下の表3に記載したスクリュータイプ、原料配合条件及び押出条件にした以外は、実施例1と同様にして行った。
結果を以下の表3〜表4に示す。
また、フッ素樹脂の分散粒子径の測定時に行ったSEM観察の際のペレット断面のSEM写真を図5および図6に示す。図5は、実施例1で得られたペレット断面のSEM写真であり、図6は、比較例1で得られたペレット断面のSEM写真である。
図5と図6を対比すると、実施例で得られた組成物はフッ素樹脂の分散粒子径が小さいことが分かる。
また、表1〜2より、実施例で得られた組成物はフッ素樹脂の分散粒子径が小さく、その成形品の全光線透過率も低い。その結果、摩擦係数が低く摺動性が良いことが分かる。これに対して、表3〜4の例えば、単軸押出機を使用した比較例2では分散粒子径が大きく、摺動性に劣っている。また、比較例4では二軸押出機を使用してフッ素樹脂含有量を多くしたが、全光線透過率は低くなるものの、フッ素樹脂の分散粒子径が大きいため摺動性改善には限界があることが判る。比較例5では第二混練工程のスクリュー構成を本願規定範囲外とした影響について確認したが、樹脂温300℃以下となってもフッ素樹脂の分散粒子径、全光線透過率は不十分であることが判る。更に比較例6および比較例7では第一混練工程のスクリュー構成の影響をみたが、樹脂温が何れも300℃以上となりフッ素樹脂の分散粒子径は大きく全光線透過率も高くなり他の物性も劣ることが判った。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、フッ素樹脂の分散粒子径が小さく、かつ透過率が低く摺動性が良好なポリカーボネート樹脂材料であるので、例えば電気・電子機器分野、コンピュータ等のOA機器分野、精密機器分野、住宅関連分野、自動車分野、その他の各種工業分野等における成形品あるいは部品等に幅広く利用することができ、産業上の利用性は非常に高いものがある。

Claims (8)

  1. ポリカーボネート樹脂80〜97質量部及びフィブリル形成能を有さないフッ素樹脂20〜3質量部(ただし、両者の合計は100質量部である)を含有するポリカーボネート樹脂組成物であって、ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の分散粒子径(D50)が0.5〜4.5μmであり、JIS K7105に準じて測定した1mm厚での全光線透過率が5〜45%の範囲にあることを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物。
  2. ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の数平均粒子径(dn)が、0.5〜4.5μmの範囲にある請求項1に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  3. ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の5μm以上の粒子径の分散粒子の割合が5%以下である請求項1または2に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  4. ポリカーボネート樹脂組成物中に分散したフッ素樹脂の体積平均粒子径(dv)と数平均粒子径(dn)との比(dv/dn)が1.0〜2.5の範囲にある請求項1〜3のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  5. さらに、亜リン酸エステル化合物を、ポリカーボネート樹脂組成物100質量部に対し、0.001〜0.5質量部含有する請求項1〜4のいずれか1項に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  6. 300℃、1.2kg荷重におけるメルトボリュームレイト(MVR)が8〜12cm3/10minの範囲にある請求項5に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  7. 厚さ3mmでのイエローインデックス(YI)が8〜15の範囲にある請求項5または6に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
  8. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。
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