以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(A)ポリアミド樹脂と、(B)水酸基および/またはアミノ基と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基とを有し、1分子中の水酸基およびアミノ基の数の和が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多い化合物(以下、「(B)化合物」と記載する場合がある)と、(C)熱伝導性充填材を含有する。以下、各成分について説明する。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物において、(A)ポリアミド樹脂は、そのカルボキシル末端基が、後述する(B)化合物中の水酸基および/またはアミノ基と脱水縮合反応すると考えられる。さらに、本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物において、(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基とカルボキシル末端基は、(B)化合物中の水酸基および/またはアミノ基、エポキシ基および/またはカルボジイミド基と反応すると考えられる。このため、(A)ポリアミド樹脂は、(B)化合物との相溶性に優れると考えられる。
本発明の実施形態で用いられる(A)ポリアミド樹脂とは、(i)アミノ酸、(ii)ラクタムあるいは(iii)ジアミンとジカルボン酸を主たる原料とするポリアミドである。(A)ポリアミド樹脂の原料の代表例としては、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタムなどのラクタム、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4−/2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン、2−メチルオクタメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン、アミノエチルピペラジンなどの脂環族ジアミン、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロペンタンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸などが挙げられる。本発明の実施形態において、(A)ポリアミド樹脂の原料として、これらの原料から誘導されるポリアミドホモポリマーまたはポリアミドコポリマーを2種以上配合してもよい。
ポリアミド樹脂の具体的な例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリテトラメチレンセバカミド(ナイロン410)、ポリペンタメチレンアジパミド(ナイロン56)、ポリペンタメチレンセバカミド(ナイロン510)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン106)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン1010)、ポリデカメチレンドデカミド(ナイロン1012)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリドデカンアミド(ナイロン12)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー(ナイロン6/66)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミド/ポリカプロアミドコポリマー(ナイロン66/6I/6)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリウンデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/11)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリドデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/12)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T/6I)、ポリキシリレンアジパミド(ナイロンXD6)、ポリキシリレンセバカミド(ナイロンXD10)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリペンタメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/5T)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/M5T)、ポリペンタメチレンテレフタルアミド/ポリデカメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン5T/10T)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン10T)、ポリドデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン12T)などが挙げられる。また、ポリアミド樹脂の具体例としては、これらの混合物や共重合体なども挙げられる。ここで、「/」は共重合体を示す。以下、同様とする。
とりわけ好ましいポリアミド樹脂は、融点と降温結晶化温度の差が30℃以上であるポリアミド樹脂である。融点と降温結晶化温度の差が30℃以上であるポリアミド樹脂は、固化速度が遅いため、流動性により優れ、ポリアミド樹脂組成物からなる成形品の表面平滑性、光沢を向上させることができる。融点と降温結晶化温度の差は50℃以上が好ましい。ここで、本発明の実施形態におけるポリアミド樹脂の融点は、示差走査熱量計を用いて、不活性ガス雰囲気下、ポリアミド樹脂を、溶融状態から20℃/分の降温速度で30℃まで降温した後、20℃/分の昇温速度で融点+40℃まで昇温した場合に現れる吸熱ピークの温度と定義する。ただし、吸熱ピークが2つ以上検出される場合には、ピーク強度の最も大きい吸熱ピークの温度を融点とする。また、本発明の実施形態におけるポリアミド樹脂の降温結晶化温度は、示差走査熱量計を用いて、不活性ガス雰囲気下、ポリアミド樹脂を、溶融状態から20℃/分の降温速度で30℃まで降温した場合に現れる発熱ピークの温度と定義する。ただし、発熱ピークが2つ以上検出される場合には、ピーク強度の最も大きい発熱ピークの温度を降温結晶化温度とする。
融点と降温結晶化温度の差が30℃以上であるポリアミド樹脂としては、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン410、ナイロン56、ナイロン6/66、ナイロン6/6T、ナイロン66/6T、ナイロン66/6I、ナイロン66/6I/6、ナイロン6T/11、ナイロン6T/12、ナイロンXD6、ナイロンXD10、ナイロン6T/5T、ナイロン6T/M5T、ナイロン10T、ナイロン12Tなどを挙げることができる。
これらポリアミド樹脂の重合度には特に制限がないが、樹脂濃度0.01g/mlの98%濃硫酸溶液中、25℃で測定した相対粘度(ηr)が1.5〜5.0の範囲であることが好ましい。相対粘度が1.5以上であれば、得られる成形品の機械特性をより向上させることができる。相対粘度は、2.0以上がより好ましい。一方、相対粘度が5.0以下であれば、流動性をより向上させることができる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、(B)水酸基および/またはアミノ基と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基とを有し、1分子中の水酸基およびアミノ基の数の和が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多い化合物を含有する。水酸基および/またはアミノ基含有化合物は、流動性等の成形加工性や150〜230℃における耐熱老化性に向上効果があるが、(A)ポリアミド樹脂との相溶性が低いためか、150℃未満および240℃以上での耐熱老化性が不十分であるという課題がある。また、水酸基および/またはアミノ基含有化合物は、成形品表層にブリードアウトする課題があり、水酸基および/またはアミノ基含有化合物の水酸基および/またはアミノ基が(A)ポリアミド樹脂のアミド結合の加水分解を促進させ、滞留安定性、耐熱老化性に劣る課題もある。さらに、水酸基および/またはアミノ基含有化合物が(A)ポリアミド樹脂を可塑化させ、得られる成形品の機械強度が低下する課題もある。これに対して、本発明の実施形態において、(B)化合物は、その水酸基および/またはアミノ基が(A)ポリアミド樹脂のカルボキシル末端基と脱水縮合反応すると考えられることや、水酸基、アミノ基、エポキシ基および/またはカルボジイミド基が(A)ポリアミド樹脂のアミノ末端基やカルボキシル末端基と反応すると考えられることから、(A)ポリアミド樹脂との相溶性に優れ、ポリアミド樹脂組成物中において微細な分散相を形成し、150℃未満および240℃以上における耐熱老化性を向上させることができる。また、(B)化合物の成形品表層へのブリードアウトを抑制し、表面外観を向上させることができる。さらに、エポキシ基およびカルボジイミド基は、水酸基およびアミノ基と比較して、(A)ポリアミド樹脂の末端基との反応性に優れるため、(B)化合物1分子中の水酸基およびアミノ基の数の和を、エポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多くすることにより、適度に架橋構造を形成してアミド結合の加水分解による重合度低下を抑制し、滞留安定性を向上させながら、過剰な架橋構造の形成による脆化を抑制し、流動性、機械強度を向上させることができるものと考えられる。水酸基と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基とを有する化合物がより好ましい。
本発明の実施形態において、(B)化合物は、ポリアミド樹脂組成物中において(B)化合物として含有されていればよく、例えば、後述の(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を個別に(A)ポリアミド樹脂に配合し、ポリアミド樹脂組成物中において(B)化合物を形成してもよいし、あらかじめこれらを反応させた(B)化合物を(A)ポリアミド樹脂に配合してもよい。あらかじめこれらを反応させた(B)化合物を(A)ポリアミド樹脂に配合することが好ましく、(B)化合物と、(A)ポリアミド樹脂との相溶性により優れ、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性および表面外観をより向上させることができる。さらに、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性向上により、後述のように(C)熱伝導性充填材の分散性を向上させることができ、局所的な熱伝導性のバラツキを抑制することができる。また、樹脂組成物の流動方向への熱伝導性充填材の配向により、熱伝導パスが効率的に形成されやすいことから、熱伝導性充填材の効果が顕著に奏される。とりわけ、190℃以上の高温における耐熱老化性を大幅に向上させることができる。この要因については定かではないが、以下のように考えられる。つまり、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物をあらかじめ反応させることにより、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を連結点とした多分岐構造を有する(B)化合物が形成される。かかる(B)化合物は、多分岐構造を有することにより自己凝集力がより小さくなり、(A)ポリアミド樹脂との反応性および相溶性が向上するためと考えられる。また、多分岐構造を有する化合物の溶融粘度が向上することから、ポリアミド樹脂組成物中における(B)化合物の分散性がより向上するためと考えられる。
本発明の実施形態において、(B)化合物としては、例えば、後述する(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物との反応物が挙げられる。(B)化合物は、低分子化合物であってもよいし、重合体であってもよいし、縮合物であってもよい。(B)化合物の構造は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により特定することができる。
本発明の実施形態において、(B)化合物の分岐度は、特に制限はないが、0.05〜0.70であることが好ましい。分岐度は、化合物中の分岐の程度を表す数値であり、直鎖状の化合物が分岐度0であり、完全に分岐したデンドリマーが分岐度1である。この値が大きいほど、ポリアミド樹脂組成物中に架橋構造を導入でき、成形品の機械特性を向上させることができる。分岐度を0.05以上とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造が十分に形成され、(A)ポリアミド樹脂との相溶性がより向上するため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。分岐度は、0.10以上がより好ましい。一方、分岐度を0.70以下とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造を適度に抑え、ポリアミド樹脂組成物中における(B)化合物の分散性をより高め、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性および表面外観をより向上させることができる。さらに、ポリアミド樹脂組成物の流動性向上により、(C)熱伝導性充填材の分散性をより向上させ、流動方向へ配向しやすくなることから、熱伝導性をより向上させることができる。分岐度は、0.35以下がより好ましい。なお、分岐度は、下記式(2)により定義される。
分岐度=(D+T)/(D+T+L) (2)
上記式(2)中、Dはデンドリックユニットの数、Lは線状ユニットの数、Tは末端ユニットの数を表す。なお、上記D、T、Lは13C−NMRにより測定したピークシフトの積分値から算出することができる。Dは第3級または第4級炭素原子に由来し、Tは第1級炭素原子の中で、メチル基であるものに由来し、Lは第1級または第2級炭素原子の中で、Tを除くものに由来する。
分岐度が前述の範囲にある(B)化合物としては、例えば、後述する好ましい(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物との反応物などが挙げられる。
本発明の好ましい実施形態で用いられる(B)化合物の水酸基価は、100〜2000mgKOH/gが好ましい。(B)化合物の水酸基価を100mgKOH/g以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との反応量を十分に確保することが容易となるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。(B)化合物の水酸基価は300mgKOH/g以上がより好ましい。一方、(B)化合物の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との反応性がほどよく高まり、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。さらに、ポリアミド樹脂組成物の流動性向上により、(C)熱伝導性充填材の分散性をより向上させ、流動方向へ配向しやすくなることから、熱伝導性をより向上させることができる。また、(B)化合物の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより、過剰反応によるゲル化を抑制することができる。(B)化合物の水酸基価は1800mgKOH/g以下がより好ましい。ここで、(B)化合物の水酸基価は、(B)化合物を、無水酢酸と無水ピリジンの混合溶液でアセチル化して、それをエタノール性水酸化カリウム溶液で滴定することにより求めることができる。
本発明の実施形態で用いられる(B)化合物のアミン価は、100〜2000mgKOH/gが好ましい。(B)化合物のアミン価を100mgKOH/g以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との反応量を十分に確保することが容易となるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導率をより向上させることができる。(B)化合物のアミン価は200mgKOH/g以上がより好ましい。一方、(B)化合物のアミン価を2000mgKOH/g以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との反応性がほどよく高まるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。また、(B)化合物のアミン価を2000mgKOH/g以下とすることにより、過剰反応によるポリアミド樹脂組成物のゲル化を抑制することができる。(B)化合物のアミン価は1600mgKOH/g以下がより好ましい。ここで、(B)化合物のアミン価は、(B)化合物をエタノールに溶解させ、エタノール性塩酸溶液で中和滴定することにより求めることができる。
水酸基価またはアミン価が前述の範囲にある(B)化合物としては、例えば、後述する好ましい(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物との反応物などが挙げられる。
本発明の実施形態で用いられる(B)化合物は、25℃において固形であるか、または25℃において200mPa・s以上の粘度を有する液状であることが好ましい。その場合、溶融混練時に所望の粘度にすることが容易となり、(A)ポリアミド樹脂との相溶性をより向上させ、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。
本発明の実施形態で使用される(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物としては、1分子中に3つ以上の水酸基または3つ以上のアミノ基を有する脂肪族化合物が好ましい。1分子中に3つ以上の水酸基または3つ以上のアミノ基を有する脂肪族化合物は、(A)ポリアミド樹脂との相溶性に優れ、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。1分子中の水酸基数またはアミノ基数は、それぞれ4つ以上が好ましく、それぞれ6つ以上がさらに好ましい。1分子中に3つ以上の水酸基またはアミノ基を有する脂肪族化合物は、芳香族化合物または脂環族化合物に比べて立体障害性が低く、(A)ポリアミド樹脂との相溶性に優れるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができると考えられる。(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物は、低分子化合物であってもよいし、重合体であってもよい。
1分子中の水酸基またはアミノ基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、ポリマーの場合は、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の数平均分子量と水酸基価またはアミン価を算出し、下記式(3)により求めることができる。
OHまたはNH2の数=(数平均分子量×水酸基価またはアミン価)/56110 (3)
水酸基含有化合物の具体例としては、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ペンタグリセリン、ヘキサグリセリン、ジトリメチロールプロパン、トリトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビトール、グルコース、マンニトール、スクロース、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、2−メチルプロパントリオール、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、2−メチル−1,2,4−ブタントリオールなどを挙げることができる。また、水酸基含有化合物として、繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物も挙げることができ、例えば、エステル結合、アミド結合、エーテル結合、メチレン結合、ビニル結合、イミン結合、シロキサン結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、ケイ素−ケイ素結合、カーボネート結合、スルホニル結合、イミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物が挙げられる。水酸基含有化合物は、これらの結合を2種以上含む繰り返し構造単位を含有してもよい。繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物として、エステル結合、カーボネート結合、エーテル結合および/またはアミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物がより好ましい。
エステル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、水酸基を1個以上有する化合物に、カルボキシル基に隣接する炭素原子が飽和炭素原子であり、かつ該炭素原子上の水素原子がすべて置換され、かつ水酸基を2個以上有するモノカルボン酸を反応させることにより得ることができる。エーテル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、水酸基を1個以上有する化合物と水酸基を1個以上有する環状エーテル化合物の開環重合により得ることができる。エステル結合とアミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、アミノジオールと環状酸無水物との重縮合反応により得ることができる。アミノ基を含むエーテル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、トリアルカノールアミンの分子間縮合により得ることができる。カーボネート結合を有する繰り返し構造単位からなる水酸基含有化合物は、例えば、トリスフェノールのアリールカーボネート誘導体の重縮合反応により得ることができる。
水酸基含有化合物の中でも、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールが好ましい。
本発明の実施形態に用いられる水酸基含有化合物の水酸基価は、(A)ポリアミド樹脂との相溶性の観点から、100〜2000mgKOH/gが好ましい。水酸基含有化合物の水酸基価を100mgKOH/g以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と水酸基含有化合物との反応量を十分に確保することが容易となるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。水酸基含有化合物の水酸基価は300mgKOH/g以上がより好ましい。一方、水酸基含有化合物の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と水酸基含有化合物との反応性がほどよく高まり、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。さらに、水酸基含有化合物の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより過剰反応によるゲル化も抑制することができる。水酸基含有化合物の水酸基価は1800mgKOH/g以下がより好ましい。水酸基価は、水酸基含有化合物を、無水酢酸と無水ピリジンの混合溶液でアセチル化して、それをエタノール性水酸化カリウム溶液で滴定することにより求めることができる。
アミノ基含有化合物の具体例としては、1,2,3−トリアミノプロパン、1,2,3−トリアミノ−2−メチルプロパン、1,2,4−トリアミノブタンなどのアミノ基を3個有する化合物や、1,1,2,3−テトラアミノプロパン、1,2,3−トリアミノ−2−メチルアミノプロパン、1,2,3,4−テトラアミノブタンおよびその異性体などのアミノ基を4個有する化合物や、3,6,9−トリアザウンデカン−1,11−ジアミンなどのアミノ基を5個有する化合物や、3,6,9,12−テトラアザテトラデカン−1,14−ジアミン、1,1,2,2,3,3−ヘキサアミノプロパン、1,1,2,3,3−ペンタアミノ−2メチルアミノプロパン、1,1,2,2,3,4−ヘキサアミノブタンおよびこれらの異性体などのアミノ基を6個有する化合物や、エチレンイミンを重合して得られるポリエチレンイミンなどが挙げられる。また、アミノ基含有化合物としては、例えば、(i)上記アミノ基を有する化合物にアルキレンオキサイド単位を導入した化合物、(ii)トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどの1分子中に3つ以上の水酸基を有する化合物および/またはその水酸基がメチルエステル化された化合物とアルキレンオキサイドとを反応させ、さらに末端基をアミノ化して得られる化合物なども挙げることができる。
本発明の実施形態に用いられるアミノ基含有化合物のアミン価は、(A)ポリアミド樹脂との相溶性の観点から、100〜2000mgKOH/gが好ましい。アミノ基含有化合物のアミン価を100mgKOH/g以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂とアミノ基含有化合物間の反応量を十分に確保することが容易となるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。アミノ基含有化合物のアミン価は200mgKOH/g以上がより好ましい。一方、アミノ基含有化合物のアミン価を2000mgKOH/g以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂とアミノ基含化合物の反応性がほどよく高まるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。さらに、アミノ基含有化合物のアミン価を2000mgKOH/g以下とすることにより、過剰反応によるポリアミド樹脂組成物のゲル化を抑制することができる。アミノ基含化合物のアミン価は1600mgKOH/g以下がより好ましい。なお、アミン価は、アミノ基含有化合物をエタノールに溶解させ、エタノール性塩酸溶液で中和滴定することで求めることができる。
本発明の実施形態で用いられる(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物は、水酸基および/またはアミノ基とともに、他の反応性官能基を有していてもよい。他の官能基として例えば、アルデヒド基、スルホ基、イソシアネート基、オキサゾリン基、オキサジン基、エステル基、アミド基、シラノール基、シリルエーテル基などが挙げられる。
本発明の実施形態で用いられる(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の分子量は、特に制限はないが、50〜10000の範囲が好ましい。(b)水酸基および/またはアミノ基含化合物の分子量が50以上であれば、溶融混練時に揮発しにくいことから、加工性に優れる。(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の分子量は150以上が好ましく、200以上がより好ましい。一方、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の分子量が10000以下であれば、(B)化合物と(A)ポリアミド樹脂との相溶性がより高くなるため、本発明の効果がより顕著に奏される。(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の分子量は6000以下が好ましく、4000以下がより好ましく、800以下がさらに好ましい。
(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の分子量は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、水酸基および/またはアミノ基含有化合物が縮合物の場合の分子量は、分子量として重量平均分子量を用いる。重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて算出することができる。具体的には、化合物が溶解する溶媒、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用い、カラムは溶媒に合わせ、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを使用した場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて重量平均分子量を測定することができる。
本発明の実施形態に用いられる(b)水酸基および/またはアミノ基含化合物の分岐度は、特に制限はないが、0.05〜0.70であることが好ましい。分岐度を0.05以上とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造が十分に形成され、(A)ポリアミド樹脂との相溶性がより向上するため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性がより向上する。分岐度は、0.10以上が好ましい。一方、分岐度を0.70以下とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造を適度に抑え、ポリアミド樹脂組成物中における(B)化合物の分散性をより高め、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。分岐度は、0.35以下が好ましい。また、かかる分岐度を有する(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物を用いることにより、前記好ましい範囲の分岐度を有する(B)化合物を容易に得ることができる。分岐度は前記式(2)により定義される。
本発明の実施形態で使用される(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物は、1分子中にエポキシおよび/またはカルボジイミド基を2つ以上有することが好ましく、4つ以上有することがさらに好ましく、6つ以上有することがさらに好ましい。エポキシ基およびカルボジイミド基は(A)ポリアミド樹脂との相溶性に優れるため、1分子中にエポキシおよび/またはカルボジイミド基を2つ以上有する化合物は、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性を高める効果があると考えられる。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物は、低分子化合物であってもよいし、重合体であってもよい。
1分子中のエポキシ基またはカルボジイミド基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、ポリマーの場合は、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の数平均分子量を、エポキシ当量またはカルボジイミド当量で割ることにより求めることができる。
エポキシ基含有化合物の具体例として、エピクロロヒドリン、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、グリシジル基含有ビニル系重合体等を例示できる。これらを2種以上用いてもよい。
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンとビスフェノールAから製造されるもの、エピクロロヒドリンとビスフェノールFから製造されるもの、ノボラック樹脂にエピクロロヒドリンを反応させたフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エピクロロヒドリンとテトラブロモビスフェノールAから誘導されるいわゆる臭素化エポキシ樹脂、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、ペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルなどが例示される。
グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、p−オキシ安息香酸またはダイマー酸から製造されるエポキシ樹脂、トリメシン酸トリグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル、ピロメリット酸テトラグリシジルエステルなどが例示される。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、アニリン、ジアミノジフェニルメタン、p−アミノフェノール、メタキシリレンジアミンまたは1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから製造されるエポキシ樹脂、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−パラアミノフェノール、トリグリシジル−メタアミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、トリグリシジルシアヌレート、トリグリシジルイソシアヌレートなどが例示される。
脂環式エポキシ樹脂としては、シクロヘキセンオキサイド基、トリシクロデセンオキサイド基、シクロペンテンオキサイド基を有する化合物などが例示される。複素環式エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、ヒダントインまたはイソシアヌル酸から製造されるエポキシ樹脂などが例示される。
グリシジル基含有ビニル系重合体としては、グリシジル基含有ビニル系単位を形成する原料モノマーをラジカル重合したものが挙げられる。グリシジル基含有ビニル系単位を形成する原料モノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸グリシジル、p−スチリルカルボン酸グリシジルなどの不飽和モノカルボン酸のグリシジルエステル、マレイン酸、イタコン酸などの不飽和ポリカルボン酸のモノグリシジルエステルまたはポリグリシジルエステル、アリルグリシジルエーテル、2−メチルアリルグリシジルエーテル、スチレン−4−グリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテルなどが挙げられる。
エポキシ基含有化合物の市販品としては、低分子の多官能エポキシ化合物であるポリグリシジルエーテル化合物(例えば、阪本薬品工業(株)製「SR−TMP」、ナガセケムテックス(株)製「“デナコール”(登録商標)EX−521」など)、ポリエチレンを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、住友化学(株)製「“ボンドファスト”(登録商標)E」)、アクリルを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、東亞合成(株)製「“レゼダ”(登録商標)GP−301」、東亞合成(株)製「“ARUFON”(登録商標)UG−4000」、三菱レイヨン(株)製「“メタブレン”(登録商標)KP−7653」など)、アクリル・スチレン共重合体を主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、BASF社製「“Joncryl”(登録商標)−ADR−4368」、東亞合成(株)製「“ARUFON”(登録商標)UG−4040」など)、シリコーン・アクリル共重合体を主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、「“メタブレン”(登録商標)S−2200」など)、ポリエチレングリコールを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、日油(株)製“エピオール”(登録商標)「E−1000」など)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(例えば、三菱化学(株)製“jER”(登録商標)「1004」など)、ノボラックフェノール型変性エポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)「201」)などが挙げられる。
カルボジイミド基含有化合物としては、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ジ−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミドなどのジカルボジイミドや、ポリ(1,6−ヘキサメチレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−メチレンビスシクロヘキシルカルボジイミド)、ポリ(1,3−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(1,4−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(ナフタレンカルボジイミド)、ポリ(p−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(m−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリルカルボジイミド)、ポリ(ジイソプロピルカルボジイミド)、ポリ(メチル−ジイソプロピルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,5−ジイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(トリエチルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリイソプロピルフェニレンカルボジイミド)などのポリカルボジイミドなどを挙げることができる。
カルボジイミド基含有化合物の市販品として、日清紡ホールディングス(株)製“カルボジライト”(登録商標)、ラインケミー製“スタバクゾール(登録商標)”などを挙げることができる。
本発明の実施形態の(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量は、特に限定はないが、800〜10000の範囲が好ましい。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量を800以上とすることにより、溶融混練時に揮発しにくくなるため、加工性に優れる。また、溶融混練時の粘度を高めることができるため、(A)ポリアミド樹脂と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物や(B)化合物との相溶性がより高くなり、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観、熱伝導性がより向上する。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量は1000以上がより好ましい。一方、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量を10000以下とすることにより、溶融混練時の粘度を適度に抑えることができるため、加工性に優れる。また、(A)ポリアミド樹脂と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物や(B)化合物との相溶性を高く保持することができる。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量は8000以下がより好ましい。
(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物が縮合物の場合の分子量は、分子量として重量平均分子量を用いる。重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて算出することができる。具体的には、化合物が溶解する溶媒、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用い、カラムは溶媒に合わせ、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを使用した場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて重量平均分子量を測定することができる。
本発明の実施形態で用いられる(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物は、25℃において固形であるか、または25℃において200mPa・s以上の粘度を有する液状であることが好ましい。その場合、溶融混練時に所望の粘度にすることが容易となり、(A)ポリアミド樹脂と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物や(B)化合物との相溶性がより高くなり、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観、熱伝導性がより向上する。
本発明の実施形態における(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の官能基濃度を示す指標となる、分子量を1分子中の官能基の数で割った値は、50〜2000であることが好ましい。ここで、官能基の数とは、エポキシ基およびカルボジイミド基の合計数を指す。この値は小さいほど官能基濃度が高いことを表すが、50以上とすることにより、過剰な反応によるゲル化を抑制でき、また、(A)ポリアミド樹脂および(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物との反応性がほどよく高まるため、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観および熱伝導性を向上させることができる。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量を、1分子中の官能基の数で割った値は、100以上がより好ましい。一方、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量を、1分子中の官能基の数で割った値を、2000以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂および(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物との反応を十分に確保することができ、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観、熱伝導性をより向上させることができる。(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の分子量を、1分子中の官能基の数で割った値は、1000以下がより好ましく、300以下がさらに好ましい。
本発明の実施態様において、(B)化合物は、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物が好ましい。
上記一般式(1)中、X1〜X6はそれぞれ同一でも異なってもよく、OH、NH2、CH3またはORを表す。ただし、OHとNH2とORの数の和は3以上である。また、Rはアミノ基、エポキシ基またはカルボジイミド基を有する有機基を表し、nは0〜20の範囲を表す。
一般式(1)中におけるRは、アミノ基を有する有機基、エポキシ基を有する有機基またはカルボジイミド基を有する有機基を表す。アミノ基を有する有機基としては、例えば、置換基を有してもよいアルキルアミノ基やシクロアルキルアミノ基などが挙げられ、置換基としては、例えば、アルキレンオキサイド基やアリール基などが挙げられる。エポキシ基を有する有機基としては、例えば、エポキシ基、グリシジル基などが挙げられる。カルボジイミド基を有する有機基としては、例えば、アルキルカルボジイミド基、シクロアルキルカルボジイミド基、アリールアルキルカルボジイミド基などが挙げられる。
一般式(1)におけるnは0〜20の範囲を表す。nが20以下である場合、(A)ポリアミド樹脂の可塑化が抑制され、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観をより向上させることができる。nは4以下がより好ましい。一方、nは1以上がより好ましく、(B)化合物の分子運動性を高めることができ、(A)ポリアミド樹脂との相溶性をさらに向上させることができる。
一般式(1)中のOHとNH2とORの数の和は3以上であることが好ましい。それにより、(A)ポリアミド樹脂との相溶性に優れ、得られる成形品の流動性、滞留安定性、耐熱老化性、機械強度、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。ここで、OHとNH2とORの数の和は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。
また、縮合物の場合、OHまたはNH2の数は、一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量と水酸基価またはアミン価を算出し、下記式(3)により求めることができる。
一般式(1)中のOHまたはNH2の数=(数平均分子量×水酸基価またはアミン価)/56110 (3)
また、縮合物の場合、ORの数は、一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量をアミン当量、エポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出することができる。一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて、算出することができる。具体的には、以下の方法により算出することができる。一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物が溶解する溶媒、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用いる。カラムは溶媒に合わせ、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを使用する場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて数平均分子量の測定を行うことができる。
本発明のポリアミド樹脂組成物において、(B)化合物の含有量は、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して0.1〜20重量部である。(B)化合物の含有量が0.1重量部未満であると、成形時の流動性、滞留安定性が低下し、また得られる成形品の機械強度、耐熱老化性および熱伝導性が低下する。(B)化合物の含有量は、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して、0.5重量部以上が好ましく、2重量部以上がさらに好ましい。一方、(B)化合物の配合量が20重量部を超えると、ポリアミド樹脂組成物中における(B)化合物の分散性が低下し、(B)化合物が成形品表層へブリードアウトしやすく、表面外観が低下する。また、ポリアミド樹脂の可塑化、分解が促進され、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性が低下する。(B)化合物の配合量は、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して、7.5重量部以下が好ましく、6重量部以下がさらに好ましい。
本発明の実施形態で用いられる(B)化合物の製造方法は特に限定されないが、前述の(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物をドライブレンドし、両成分の融点よりも高い温度で溶融混練する方法が好ましい。
水酸基および/またはアミノ基と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基との反応を促進するために、触媒を添加することも好ましい。触媒の添加量は特に限定されず、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の合計100重量部に対し、0〜1重量部が好ましく、0.01〜0.3重量部がより好ましい。
水酸基とエポキシ基の反応を促進する触媒としては、ホスフィン類、イミダゾール類、アミン類、ジアザビシクロ類などが挙げられる。ホスフィン類の具体例としては、トリフェニルホスフィン(TPP)などが挙げられる。イミダゾール類の具体例としては、2−ヘプタデシルイミダゾール(HDI)、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、1−イソブチル−2−メチルイミダゾールなどが挙げられる。アミン類の具体例としては、N−ヘキサデシルモルホリン(HDM)、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン(BDMA)、トリブチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5(DBN)、トリスジメチルアミノメチルフェノール、テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、1,4−ジアザビシクロ−(2,2,2)−オクタン(DABCO)などが挙げられる。
水酸基とカルボジイミド基の反応を促進する触媒としては、例えば、トリアルキル鉛アルコキシド、ホウフッ化水素酸、塩化亜鉛、ナトリウムアルコキシドなどが挙げられる。
(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物とを溶融混練することにより、(b)水酸基および/またはアミノ含有化合物中の水酸基および/またはアミノ基と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物中のエポキシ基および/またはカルボジイミド基が反応する。また、(b)が水酸基含有化合物の場合、水酸基含有化合物間で脱水縮合反応も生じる。このようにして多分岐構造の(B)化合物を得ることができる。
(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を反応させて(B)化合物を作製する場合、これらの配合比は特に限定されないが、(B)化合物の1分子中の水酸基およびアミノ基の数の和が、(B)化合物および/またはその縮合物の1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多くなるようにこれら化合物を配合することが好ましい。エポキシ基およびカルボジイミド基は、水酸基とアミノ基と比較して、(A)ポリアミド樹脂の末端基との反応性に優れる。このため、(B)化合物の1分子中の水酸基およびアミノ基の数の和を、(B)化合物の1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多くすることにより、過剰な架橋構造の形成による脆化を抑制し、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性および表面外観を向上させることができる。さらに、ポリアミド樹脂組成物の流動性向上により、(C)熱伝導性充填材の分散性をより向上させ、流動方向へ配向しやすくなることから、熱伝導性を向上させることができる。
また、反応させる(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物に対する(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の重量比((b)/(b’))は、0.3以上10000未満であることが好ましい。(A)ポリアミド樹脂と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の反応性、ならびに(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物の反応性は、(A)ポリアミド樹脂と(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の反応性よりも高い。このため、前記重量比((b)/(b’))が0.3以上の場合、過剰な反応によるゲルの生成を抑制し、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性および表面外観がより向上する。さらに、ポリアミド樹脂組成物の流動性向上により、(C)熱伝導性充填材の分散性をより向上させ、流動方向へ配向しやすくなることから、熱伝導性をより向上させることができる。
(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を反応させて(B)化合物を作製する場合、水酸基またはアミノ基と、エポキシ基またはカルボジイミド基の反応率は、1〜95%であることが好ましい。反応率が1%以上の場合、(B)化合物の分岐度を高め、自己凝集力を低下させることができ、(A)ポリアミド樹脂との反応性を高めることができ、流動性、滞留安定性、機械強度、耐熱老化性、表面外観、熱伝導性がより向上する。反応率は10%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。一方、反応率が95%以下の場合、エポキシ基またはカルボジイミド基を適度に残存させることができ、(A)ポリアミド樹脂との反応性を高めることができる。反応率は70%以下がより好ましい。
水酸基および/またはアミノ基と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基の反応率は、(B)化合物を、溶媒(例えば重水素化ジメチルスルホキシド、重水素化ヘキサフルオロイソプロパノールなど)に溶解し、エポキシ基の場合は1H−NMR測定によりエポキシ環由来ピークについて、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物との反応前後の減少量を求めることにより、カルボジイミド基の場合は13C−NMR測定によりカルボジイミド基由来ピークについて、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物との反応前後の減少量を求めることにより、算出することができる。反応率は、下記式(4)により求めることができる。
反応率(%)={1−(e/d)}×100 (4)
上記式(4)中、dは、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物をドライブレンドしたもののピーク面積を表し、eは(B)化合物のピーク面積を表す。
一例として、ジペンタエリスリトールとビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004)を3:1の重量比でドライブレンドしたものの1H−NMRスペクトルを図1に示す。また、後述する参考例6により得た(B−6)化合物および/またはその縮合物の1H−NMRスペクトルを図2に示す。重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒に用い、サンプル量は0.035g、溶媒量は0.70mlとした。符号1は溶媒ピークを示す。
図1に示す1H−NMRスペクトルから、2.60ppmと2.80ppm付近に現れるエポキシ環由来ピーク面積の合計を求め、同様に図2に示すピーク面積の合計を求め、反応率の算出式(4)より反応率を算出する。この際、ピーク面積は反応に寄与しないエポキシ樹脂のベンゼン環のピークの面積で規格化する。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物はさらに(C)熱伝導性充填材を含有する。ここで(C)熱伝導充填材とは、熱伝導率5W/m・K以上である充填材を指す。(C)熱伝導性フィラーは、導電性、絶縁性、いずれであってもよい。熱伝導率が5W/m・K以上のフィラーを選択することで、得られる成形品の熱伝導性を高度に高めることができる。
本発明の実施形態においては、(A)ポリアミド樹脂および(B)化合物とともに(C)熱伝導性充填材を含有することにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の高い相溶性による流動性向上効果により、(C)熱伝導性充填材の分散性を向上させることができ、局所的な熱伝導性のバラツキを抑制することができる。また、樹脂組成物流動方向への熱伝導性充填材の配向により、熱伝導パスが効率的に形成されやすいことから、熱伝導性充填材の効果が顕著に奏される。このため、ポリアミド樹脂組成物の流動性、滞留安定性を向上させつつ、機械強度、耐熱老化性、表面外観、熱伝導性に優れる成形品を得ることができる。
(C)熱伝導性充填材としては、タルク(5〜10W/m・K)、水酸化マグネシウム(8W/m・K)、酸化アルミニウム(36W/m・K)、酸化マグネシウム(60W/m・K)、酸化亜鉛(25W/m・K)、炭酸マグネシウム(15W/m・K)、炭化ケイ素(160W/m・K)、窒化アルミニウム(170W/m・K)、窒化ホウ素(210W/m・K)、窒化ケイ素(40W/m・K)、カーボン(10〜数百W/m・K)、黒鉛(10〜数百W/m・K)、銀(427W/m・K)、銅(398W/m・K)、アルミニウム(237W/m・K)、チタン(22W/m・K)、ニッケル(90W/m・K)、錫(68W/m・K)、鉄(84W/m・K)、ステンレス(15W/m・K)等が挙げられる。これらを2種以上用いてもよい。
中でも、熱伝導性と流動性の観点から、窒化ホウ素、黒鉛、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛、タルク、水酸化マグネシウムが好ましく、タルク、水酸化マグネシウム、窒素化ホウ素がより好ましい。これらの(C)熱伝導性充填材は、表面の極性基が(B)化合物の水酸基および/またはアミノ基や、エポキシ基および/またはカルボジイミド基と共有結合や水素結合を形成することから、(B)化合物による(A)ポリアミド樹脂とのバインダー効果により、本発明の効果がより顕著に奏されると考えられる。
窒化ホウ素の形状としては、例えば、板状、鱗片状、薄片状を挙げることができる。なかでも、鱗片状、薄片状が好ましい。鱗片状、薄片状とすることにより、成形時に流動方向に配向しやすく、熱伝導性をより高めることができる。鱗片状窒化ホウ素の平均粒径は、0.1〜200μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましい。窒化ホウ素の結晶系は、熱伝導性をより向上させる観点から、六方晶系結晶構造が好ましい。
黒鉛の形状としては、例えば、球状、粉状、繊維状、針状、鱗片状、ウィスカ状、マイクロコイル状、ナノチューブ状を挙げることができる。なかでも、鱗片状が好ましい。鱗片状とすることにより、熱伝導性をより向上させることができる。鱗片状黒鉛の平均粒径は、0.1〜300μmが好ましく、0.1〜150μmがより好ましい。
酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛の形状としては、例えば、球状、板状、繊維状、紡錘状、棒状、針状、筒状、柱状を挙げることができる。中でも、球状、板状が好ましい。球状または板状とすることにより、樹脂組成物の流動性や絶縁性の低下を抑制しつつ、熱伝導性をより向上させることができる。酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、酸化亜鉛の平均粒径は、0.1〜150μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましい。
タルクの形状としては、例えば、板状、鱗状、鱗片状、薄片状を挙げることができる。中でも、鱗片状、薄片状が好ましい。鱗片状、薄片状とすることにより、成形時に流動方向に配向しやすく、熱伝導性をより向上させることができる。鱗片状タルクの平均粒径は、0.1〜200μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましい。
水酸化マグネシウムとしては、化学式Mg(OH)2で示される無機物を80重量%以上含む純度の高い水酸化マグネシウムが好ましい。熱伝導性および機械強度をより向上させる観点から、Mg(OH)2で示される無機物を80重量%以上含み、CaO含量5重量%以下、塩素含有量1重量%以下である高純度水酸化マグネシウムがより好ましく、Mg(OH)2を98重量%以上含み、CaO含量0.1重量%以下、塩素含量0.1重量%以下である高純度水酸化マグネシウムがさらに好ましい。水酸化マグネシウムの形状としては、球状、板状、繊維状を挙げることができる。溶融混練時のフィード性、分散性などの観点から、球状または板状が好ましい。水酸化マグネシウムの平均粒径は、流動性、機械特性の観点から、0.1〜200μmが好ましく、0.1〜100μmがより好ましく、0.1〜50μmがさらに好ましい。
本発明に用いられる(C)熱伝導性充填材は、例えば、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリクロロシランなどのビニルシラン化合物、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のエポキシシラン化合物、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のアミノシラン化合物、ステアリン酸、オレイン酸、モンタン酸、ステアリルアルコールなどの長鎖脂肪酸または長鎖脂肪族アルコールなどにより表面処理が施されていてもよい。特に、エポキシシラン化合物および/またはアミノシラン化合物により表面処理が施された熱伝導性充填材は、(B)化合物と併用することにより、(A)ポリアミド樹脂と(C)熱伝導性充填材との密着性が一層高まり、脆化を抑制し、機械強度をより向上させることができる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物において、(A)ポリアミド樹脂の(C)熱伝導性充填材に対する容量比((A)/(C))は、15/85〜85/15が好ましい。容量比((A)/(C))を15/85以上とすることにより、流動性、機械強度、熱伝導性をより向上させることができる。30/70以上がより好ましい。一方、容量比((A)/(C))を85/15以下とすることにより、脆化を抑制しつつ、熱伝導性をより向上させることができる。70/30以下がより好ましい。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、さらにリン含有化合物を含有することができる。従来より、次亜リン酸ナトリウムなどのリン含有化合物は、ポリアミドを重縮合する際の重縮合触媒として用いられており、重合時間の短縮化、黄変抑制効果が知られているが、本発明の実施形態においては、リン含有化合物を含有することにより、ポリアミド樹脂組成物の流動性および滞留安定性をより向上させ、耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性により優れる成形品を得ることができる。これは、リン含有化合物が、(A)ポリアミド樹脂の自己縮合よりも、(B)化合物の反応率向上を促進する効果に優れるため、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制しながら(B)化合物の分岐度を高めることができ、(B)化合物の自己凝集力を低減することにより、(A)ポリアミド樹脂との反応性および相溶性をよりいっそう向上させ、ポリアミド樹脂組成物中における(B)化合物および(C)熱伝導性充填材の分散性をより向上させることができるためと考えられる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物において、リン含有化合物の含有量は、特に限定はないが、リン原子換算で(A)ポリアミド樹脂含有量に対して180〜3500ppmであることが好ましい。リン原子換算濃度が180ppm以上であると、流動性、滞留安定性、耐熱老化性、機械強度、および熱伝導性をより向上させることができる。一方、リン原子換算含有量が3500ppm以下であると、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制でき、せん断発熱によるリン含有化合物の分解により発生するガスによる(A)ポリアミド樹脂および(B)化合物の分解を抑え、流動性、滞留安定性、耐熱老化性、機械強度、熱伝導性をより向上させることができる。
なお、ここでいうポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂含有量に対するリン含有化合物由来のリン原子換算濃度は、以下の方法により求めることができる。まずポリアミド樹脂組成物またはその成形品を減圧乾燥した後、550℃の電気炉で24時間加熱して灰化させ、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品中の無機物の含有量を求める。また、衝撃改良剤などの(A)ポリアミド樹脂以外の樹脂成分や、(B)化合物および(C)熱伝導性充填材、リン含有化合物およびその他の添加剤を含有する場合は、有機溶媒による抽出分離により(A)ポリアミド樹脂または(A)ポリアミド樹脂以外の成分の重量を測定し、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品中の(A)ポリアミド樹脂含有量を算出する。一方、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品を炭酸ソーダ共存下において乾式灰化分解するか、硫酸・硝酸・過塩素酸系または硫酸・過酸化水素水系において湿式分解することにより、リンを正リン酸とする。次いで、正リン酸を1mol/L硫酸溶液中においてモリブデン酸塩と反応させて、リンモリブデン酸とし、これを硫酸ヒドラジンで還元して、生成するヘテロポリブルーの830nmの吸光度を吸光光度計(検量線法)で測定して比色定量することにより、ポリアミド樹脂組成物中のリン含有量を算出する。比色定量により算出したリン量を、先に算出したポリアミド樹脂量で割ることにより、ポリアミド樹脂に対するリン原子濃度を求めることができる。
リン含有化合物としては、例えば、ホスファイト化合物、ホスフェート化合物、ホスホナイト化合物、ホスホネート化合物、ホスフィナイト化合物、ホスフィネート化合物などが挙げられる。これらを2種以上含有してもよい。
ホスファイト化合物としては、例えば、亜リン酸、亜リン酸アルキルエステル、亜リン酸アリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。アルキルエステルやアリールエステルは、モノエステルであってもよいし、ジエステルやトリエステルなど複数のエステル結合を有してもよく、以下同様である。具体的には、亜リン酸、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト、およびこれらの金属塩等が挙げられる。金属塩については後述する。
ホスフェート化合物としては、例えば、リン酸、リン酸アルキルエステル、リン酸アリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、リン酸、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスホナイト化合物としては、例えば、亜ホスホン酸、亜ホスホン酸アルキルエステル、亜ホスホン酸アリールエステル、アルキル化亜ホスホン酸、アリール化亜ホスホン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、亜ホスホン酸、亜ホスホン酸ジメチル、亜ホスホン酸ジエチル、亜ホスホン酸ジフェニル、メチル亜ホスホン酸、エチル亜ホスホン酸、プロピル亜ホスホン酸、イソプロピル亜ホスホン酸、ブチル亜ホスホン酸、フェニル亜ホスホン酸、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスホナイト、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチル−5−メチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスホナイト、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスホネート化合物としては、例えば、ホスホン酸、ホスホン酸アルキルエステル、ホスホン酸アリールエステル、アルキル化ホスホン酸またはアリール化ホスホン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、ホスホン酸ジメチル、ホスホン酸ジエチル、ホスホン酸ジフェニル、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、プロピルホスホン酸、イソプロピルホスホン酸、ブチルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ベンジルホスホン酸、トリルホスホン酸、キシリルホスホン酸、ビフェニルホスホン酸、ナフチルホスホン酸、アントリルホスホン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスフィナイト化合物としては、例えば、亜ホスフィン酸、亜ホスフィン酸アルキルエステル、亜ホスフィン酸アリールエステル、アルキル化亜ホスフィン酸、アリール化亜ホスフィン酸、それらのアルキルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、亜ホスフィン酸、亜ホスフィン酸メチル、亜ホスフィン酸エチル、亜ホスフィン酸フェニル、メチル亜ホスフィン酸、エチル亜ホスフィン酸、プロピル亜ホスフィン酸、イソプロピル亜ホスフィン酸、ブチル亜ホスフィン酸、フェニル亜ホスフィン酸、ジメチル亜ホスフィン酸、ジエチル亜ホスフィン酸、ジプロピル亜ホスフィン酸、ジイソプロピル亜ホスフィン酸、ジブチル亜ホスフィン酸、ジフェニル亜ホスフィン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスフィネート化合物としては、例えば、次亜リン酸、次亜リン酸アルキルエステル、次亜リン酸アリールエステル、アルキル化次亜リン酸、アリール化次亜リン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、ホスフィン酸メチル、ホスフィン酸エチル、ホスフィン酸フェニル、メチルホスフィン酸、エチルホスフィン酸、プロピルホスフィン酸、イソプロピルホスフィン酸、ブチルホスフィン酸、フェニルホスフィン酸、トリルホスフィン酸、キシリルホスフィン酸、ビフェニリルホスフィン酸、ジメチルホスフィン酸、ジエチルホスフィン酸、ジプロピルホスフィン酸、ジイソプロピルホスフィン酸、ジブチルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン酸、ジトリルホスフィン酸、ジキシリルホスフィン酸、ジビフェニリルホスフィン酸、ナフチルホスフィン酸、アントリルホスフィン酸、2−カルボキシフェニルホスフィン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩などが挙げられる。
これらの中でもホスファイト化合物、ホスフィネート化合物が好ましく、またこれらは水和物であっても構わない。亜リン酸、次亜リン酸およびそれらの金属塩からなる群より選ばれる少なくとも1種を含有することがさらに好ましい。かかる化合物を含有することにより、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制しながら、(B)化合物の反応率をより高めることができ、分岐度を高めて自己凝集力を低下させることができることから、成形時の流動性および滞留安定性をより向上させ、成形品の耐熱老化性、機械強度、表面外観および熱伝導性をより向上させることができる。
金属塩を構成する金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属などが挙げられる。これらの中でも、ナトリウム、カルシウムが好ましい。
亜リン酸または次亜リン酸の金属塩として、具体的には、亜リン酸リチウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸バリウム、次亜リン酸リチウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸マグネシウム、次亜リン酸カルシウム、次亜リン酸バリウムなどが挙げられる。これらの中でも、次亜リン酸ナトリウム、亜リン酸ナトリウムなどのナトリウム金属塩や、亜リン酸カルシウム、次亜リン酸カルシウムなどのカルシウム金属塩がより好ましく、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制しながら、(B)化合物の反応率をより高めることができ、分岐度を高めて自己凝集力を低下させることができることから、成形時の流動性および滞留安定性をより向上させ、成形品の耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性をより向上させることができる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、さらに銅化合物を含有することができる。銅化合物は、(A)ポリアミド樹脂のアミド基に配位することに加え、(B)化合物の水酸基や水酸化物イオンとも配位結合すると考えられる。このため、銅化合物は、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性を高める効果があると考えられる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、さらに、カリウム化合物を含有することができる。カリウム化合物は銅の遊離や析出を抑制する。このため、カリウム化合物は、銅化合物と(B)化合物および(A)ポリアミド樹脂との反応を促進する効果があると考えられる。
銅化合物としては、例えば、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、炭酸銅、ほうふっ化銅、クエン酸銅、水酸化銅、硝酸銅、硫酸銅、蓚酸銅などが挙げられる。銅化合物として、これらを2種以上含有してもよい。これら銅化合物の中でも、工業的に入手できるものが好ましく、ハロゲン化銅が好適である。ハロゲン化銅としては、例えば、ヨウ化銅、臭化第一銅、臭化第二銅、塩化第一銅などが挙げられる。ハロゲン化銅としては、ヨウ化銅がより好ましい。
カリウム化合物としては、例えば、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、フッ化カリウム、酢酸カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、硝酸カリウムなどが挙げられる。カリウム化合物として、これらを2種以上含有してもよい。これらカリウム化合物の中でも、ヨウ化カリウムが好ましい。カリウム化合物を含むことにより、成形品の表面外観、耐候性および耐金型腐食性をより向上させることができる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(重量基準)は、25〜200ppmであることが好ましい。銅元素の含有量を25ppm以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性がより向上し、成形品の耐熱老化性をより向上させることができる。ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(重量基準)は、80ppm以上が好ましい。一方、銅元素の含有量を200ppm以下とすることにより、銅化合物の析出や遊離による着色を抑制し、成形品の表面外観をより向上させることができる。また、銅元素の含有量を200ppm以下とすることにより、ポリアミド樹脂と銅の過剰な配位結合に起因するアミド基の水素結合力の低下を抑制し、成形品の耐熱老化性をより向上させることができる。ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(重量基準)は、190ppm以下が好ましい。なお、ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量は、銅化合物の配合量を適宜調節することにより前述の所望の範囲にすることができる。
ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量は、以下の方法により求めることができる。まず、ポリアミド樹脂組成物のペレットを減圧乾燥する。そのペレットを550℃の電気炉で24時間灰化させ、その灰化物に濃硫酸を加えて加熱して湿式分解し、分解液を希釈する。その希釈液を原子吸光分析(検量線法)することにより、銅含有量を求めることができる。
ポリアミド樹脂組成物中のカリウム元素の含有量に対する銅元素の含有量の比Cu/Kは、0.21〜0.43であることが好ましい。Cu/Kは、銅の析出や遊離の抑制の程度を表す指標であり、この値が小さいほど、銅の析出や遊離を抑制して、銅化合物と、(B)化合物および(A)ポリアミド樹脂との反応を促進することができる。Cu/Kを0.43以下とすることにより、銅の析出や遊離を抑制し、成形品の表面外観をより向上させることができる。また、Cu/Kを0.43以下とすることにより、ポリアミド樹脂組成物の相溶性も向上することから、成形品の耐熱老化性より向上させることができる。一方、Cu/Kを0.21以上とすることにより、カリウムを含む化合物の分散性を向上させ、特に潮解性のヨウ化カリウムであっても塊状となりにくく、銅の析出や遊離の抑制効果が向上することから、銅化合物と、(B)化合物および(A)ポリアミド樹脂との反応が十分に促進され、成形品の耐熱老化性、より向上する。ポリアミド樹脂組成物中のカリウム元素含有量は、上記の銅含有量と同様の方法にて求めることができる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、さらに(C)熱伝導性充填材以外の充填材を含有することができる。(C)熱伝導性充填材以外の充填材としては、有機充填材、無機充填材のいずれを用いてもよく、繊維状充填材、非繊維状充填材のいずれを用いてもよい。充填材としては、繊維状充填材が好ましい。
繊維状充填材としては、例えば、ガラス繊維、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維、石膏繊維、ジルコニア繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維、ロックウール、チタン酸カリウムウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、ワラステナイトウィスカー、硼酸アルミウィスカーなどの繊維状またはウィスカー状充填材が挙げられる。繊維状充填材としては、ガラス繊維が特に好ましい。
ガラス繊維の種類は、一般に樹脂の強化用に用いるものであれば特に限定はなく、例えば、長繊維タイプや短繊維タイプのチョップドストランド、ミルドファイバーなどから選択して用いることができる。また、ガラス繊維は、エチレン/酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により被膜あるいは集束されていてもよい。さらに、ガラス繊維の断面は、円形、扁平状のひょうたん型、まゆ型、長円型、楕円型、矩形またはこれらの類似品など限定されるものではない。ガラス繊維配合ポリアミド樹脂組成物において生じやすい成形品の特有の反りを低減する観点から、長径/短径の比が1.5以上のものが好ましく、2.0以上のものがさらに好ましく、10以下のものが好ましく、6.0以下のものがさらに好ましい。長径/短径の比が1.5未満では断面を扁平状にした効果が少なく、10より大きいものはガラス繊維自体の製造が困難である。
なお、上記充填材は、その表面を公知のカップリング剤(例えば、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤など)などにより処理されていてもよく、成形品の機械強度や表面外観をより向上させることができる。例えば、常法に従って予め充填材をカップリング剤により表面処理し、ついでポリアミド樹脂と溶融混練する方法が好ましく用いられるが、予め充填材の表面処理を行わずに、充填材とポリアミド樹脂を溶融混練する際に、カップリング剤を添加するインテグラブルブレンド法を用いてもよい。カップリング剤の処理量は、充填材100重量部に対して0.05重量部以上が好ましく、0.5重量部以上がより好ましい。一方、カップリング剤の処理量は、充填材100重量部に対して10重量部以下が好ましく、3重量部以下がより好ましい。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物において、充填材の含有量は、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して、1〜200重量部が好ましい。充填材の含有量が1重量部以上であれば、流動性、機械強度、耐熱老化性をより向上させることができる。充填材の含有量は、10重量部以上がより好ましく、20重量部以上がさらに好ましい。一方、充填材の含有量が200重量部以下であれば、成形品表面への充填材の浮きを抑制し、表面外観に優れる成形品が得られる。充填材の含有量は、150重量部以下がより好ましく、100重量部以下がさらに好ましい。
さらに、本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、ポリアミド樹脂以外の樹脂や、目的に応じて各種添加剤を含有することが可能である。
ポリアミド樹脂以外の樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、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、ポリアミドイミド樹脂、四フッ化ポリエチレン樹脂などが挙げられる。これら樹脂を配合する場合、その含有量は、ポリアミド樹脂の特徴を十分に活かすため、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して30重量部以下が好ましく、20重量部以下がより好ましい。
また、各種添加剤の具体例としては、銅化合物以外の熱安定剤、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、エポキシ化合物などのカップリング剤、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、エステル系化合物などの可塑剤、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、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤、耐衝撃改良剤、発泡剤などを挙げることができる。これら添加剤を含有する場合、その含有量は、ポリアミド樹脂の特徴を十分に活かすため、(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して10重量部以下が好ましく、1重量部以下がより好ましい。
銅化合物以外の熱安定剤としては、フェノール系化合物、硫黄系化合物、アミン系化合物などが挙げられる。銅化合物以外の熱安定剤としては、これらを2種以上用いてもよい。
フェノール系化合物としては、ヒンダードフェノール系化合物が好ましく用いられ、N、N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナミド)、テトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンなどが好ましく用いられる。
硫黄系化合物としては、有機チオ酸系化合物、メルカプトベンゾイミダゾール系化合物、ジチオカルバミン酸系化合物、チオウレア系化合物等が挙げられる。これら硫黄系化合物の中でも、メルカプトベンゾイミダゾール系化合物および有機チオ酸系化合物が好ましい。特に、チオエーテル構造を有するチオエーテル系化合物は、酸化された物質から酸素を受け取って還元するため、熱安定剤として好適に使用することができる。チオエーテル系化合物としては、具体的には、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトメチルベンゾイミダゾール、ジテトラデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)が好ましく、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)がより好ましい。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。
アミン系化合物としては、ジフェニルアミン骨格を有する化合物、フェニルナフチルアミン骨格を有する化合物およびジナフチルアミン骨格を有する化合物が好ましく、ジフェニルアミン骨格を有する化合物、フェニルナフチルアミン骨格を有する化合物がさらに好ましい。これらアミン系化合物の中でも4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミンおよびN,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミンがより好ましく、N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミンおよび4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンが特に好ましい。
硫黄系化合物またはアミン系化合物の組み合わせとしては、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)と4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンの組み合わせがより好ましい。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物の製造方法としては、特に制限はないが、溶融状態での製造や溶液状態での製造等が使用でき、反応性向上の点から、溶融状態での製造が好ましく使用できる。溶融状態での製造については、押出機による溶融混練やニーダーによる溶融混練等が使用できるが、生産性の点から、連続的に製造可能な押出機による溶融混練が好ましい。押出機による溶融混練については、単軸押出機、二軸押出機、四軸押出機等の多軸押出機、二軸単軸複合押出機等の押出機を1台以上使用できるが、混練性、反応性、生産性の向上の点から、二軸押出機、四軸押出機等の多軸押出機が好ましく、二軸押出機を用いた溶融混練による方法が最も好ましい。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物の製造方法としては、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物からあらかじめ作製した(B)化合物を(A)ポリアミド樹脂、(C)熱伝導性充填材、必要に応じて(A)、(B)、(C)以外の成分とともに溶融混練する方法や、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を(A)ポリアミド樹脂、(C)熱伝導性充填材、必要に応じて(A)、(b)、(b’)、(C)以外の成分とともに溶融混練し、ポリアミド樹脂組成物中において(B)化合物を形成する方法が挙げられる。前者の方法が好ましく、成形時の流動性、滞留安定性により優れ、耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性をより向上させることができる。
また、本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物がリン含有化合物を含有する場合、リン含有化合物は、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物とともに、コンパウンド時に配合することが好ましい。コンパウンド時にリン含有化合物を含有することにより、ポリアミド樹脂組成物の成形時の流動性および滞留安定性をより向上させ、さらに耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性、色調をより向上させることができる。
二軸押出機を使用して溶融混練する場合、二軸押出機への原料供給方法についても特に制限はない。(B)化合物を原料として二軸押出機に供給する場合や、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を二軸押出機に供給する場合、(B)化合物や(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物は、ポリアミド樹脂の融点よりも高い温度域では、ポリアミド樹脂の分解を促進しやすいため、(B)化合物または(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物をポリアミド樹脂供給位置よりも下流側より供給し、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物または(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物の混練時間を短くすることが好ましい。また、(C)熱伝導性充填材の供給方法は、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制する観点から、(B)化合物または(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物とともに、(A)ポリアミド樹脂供給位置よりも下流側より供給することが好ましい。なお、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物は、(A)ポリアミド樹脂とともに二軸押出機に供給してもよいし、ポリアミド樹脂供給位置よりも下流側より供給してもよいが、好ましくは下流側からの供給である。ここで、二軸押出機の原料が供給される側を上流、溶融樹脂が吐出される側を下流と定義する。また、本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物がリン含有化合物を含有する場合、リン含有化合物は、(A)ポリアミド樹脂の自己縮合を促進する触媒効果に加え、(B)化合物の反応率を向上する役割を果たすと考えられることから、(B)化合物および(C)熱伝導性充填材とともに二軸押出機に供給することが好ましい。
以下、(B)化合物を二軸押出機に供給する場合を例示説明するが、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を二軸押出機に供給する場合も同様である。
二軸押出機の全スクリュー長さLとスクリュー径Dの比(L/D)は、25以上であることが好ましく、30を超えることがより好ましい。L/Dが25以上であることにより、(A)ポリアミド樹脂および必要により配合する各種成分を十分に混練した後に、(B)化合物、(C)熱伝導性充填材を供給することが容易になる。その結果、(A)ポリアミド樹脂の分解を抑制できる。
本発明の実施形態においては、少なくとも(A)ポリアミド樹脂および必要により配合する成分を、スクリュー長さの1/2より上流側から二軸押出機に供給して溶融混練することが好ましく、スクリューセグメントの上流側の端部から供給することがより好ましい。ここでいうスクリュー長とは、スクリュー根本の(A)ポリアミド樹脂が供給される位置(フィード口)にあるスクリューセグメントの上流側の端部から、スクリュー先端部までの長さである。スクリューセグメントの上流側の端部とは、押出機に連結するスクリューセグメントの最も上流側の端に位置するスクリューピースの位置のことを示す。
(B)化合物、(C)熱伝導性充填材および必要により(D)リン含有化合物は、スクリュー長さの1/2より下流側から二軸押出機に供給して溶融混練することが好ましい。(B)化合物、(C)熱伝導性充填材および必要により(D)リン含有化合物をスクリュー長の1/2より下流側から供給することにより、(A)ポリアミド樹脂と必要により配合する各種成分が十分に混練された状態とした後に、(B)化合物、(C)熱伝導性充填材、(D)リン含有化合物を供給することが容易になる。その結果、(A)ポリアミド樹脂の増粘を抑制しつつ、(B)化合物の反応率を高めることができ、分岐度を高めて自己凝集力を低減することができ、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性が増すと考えられる。その結果、(C)熱伝導性充填材の分散性が向上し、成形時の流動性および滞留安定性により優れ、成形品の耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性をより向上させることができる。
二軸押出機を使用して本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物を製造する場合、混練性、反応性の向上の点から、複数のフルフライトゾーンおよび複数のニーディングゾーンを有する二軸押出機を用いることが好ましい。フルフライトゾーンは1個以上のフルフライトより構成され、ニーディングゾーンは1個以上のニーディングディスクより構成される。
さらに、複数ヶ所のニーディングゾーンの樹脂圧力のうち、最大となる樹脂圧力をPkmax(MPa)とし、複数ヶ所のフルフライトゾーンの樹脂圧力のうち、最小となる樹脂圧力をPfmin(MPa)とすると、
Pkmax≧Pfmin+0.3
となる条件において溶融混練することが好ましく、
Pkmax≧Pfmin+0.5
となる条件において溶融混練することがより好ましい。なお、ニーディングゾーンおよびフルフライトゾーンの樹脂圧力とは、各々のゾーンに設置された樹脂圧力計の示す樹脂圧力を指す。
ニーディングゾーンは、フルフライトゾーンに比べて、溶融樹脂の混練性および反応性に優れる。ニーディングゾーンに溶融樹脂を充満させることにより、混練性および反応性が飛躍的に向上する。溶融樹脂の充満状態を示す一つの指標として、樹脂圧力の値があり、樹脂圧力が大きいほど、溶融樹脂が充満していることを表す一つの目安となる。すなわち二軸押出機を使用する場合、ニーディングゾーンの樹脂圧力を、フルフライトゾーンの樹脂圧力より、所定の範囲で高めることにより、反応を効果的に促進させることが可能となり、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性や(C)熱伝導性充填材の分散性がより向上すると考えられ、流動性、滞留安定性、耐熱老化性、機械強度、表面外観および熱伝導率をより向上させることができる。
ニーディングゾーンにおける樹脂圧力を高める方法として、特に制限はないが、例えばニーディングゾーンの間やニーディングゾーンの下流側に、溶融樹脂を上流側に押し戻す効果のある逆スクリューゾーンや、溶融樹脂を溜める効果のあるシールリングゾーン等を導入する方法などが好ましく使用できる。逆スクリューゾーンやシールリングゾーンは、1個以上の逆スクリューや1個以上のシールリングから形成され、それらを組み合わせることも可能である。
(B)化合物および(C)熱伝導性充填材の供給位置の上流側にあるニーディングゾーンの合計長さをLn1とした場合、Ln1/Lは0.02以上であることが好ましく、0.03以上であることがさらに好ましい。一方Ln1/Lは、0.40以下であることが好ましく、0.20以下であることがさらに好ましい。Ln1/Lを0.02以上とすることにより、(A)ポリアミド樹脂の反応性を高めることができ、0.40以下とすることにより、剪断発熱を適度に抑えて樹脂の熱劣化を抑制することができる。(A)ポリアミド樹脂の溶融温度に特に制限はないが、(A)ポリアミド樹脂の熱劣化による分子量低下を抑制するため、340℃以下が好ましい。
(B)化合物および(C)熱伝導性充填材の供給位置の下流側でのニーディングゾーンの合計長さをLn2とした場合、Ln2/Lは0.02〜0.30であることが好ましい。Ln2/Lを0.02以上とすることにより、(B)化合物の反応性をより高めることができる。Ln2/Lは0.04以上がより好ましい。一方、Ln2/Lを0.30以下とすることにより、(A)ポリアミド樹脂の分解をより抑制することができる。Ln2/Lは0.16以下がより好ましい。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物のさらに好ましい製造方法として、二軸押出機により(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物を溶融混練して高濃度予備混合物を作製し、その高濃度予備混合物をさらに(A)ポリアミド樹脂および(C)熱伝導性充填材と、二軸押出機により溶融混練する方法が挙げられる。(A)ポリアミド樹脂100重量部に対して、(B)化合物10〜250重量部を溶融混練して高濃度予備混合物を作製し、その高濃度予備混合物をさらに(A)ポリアミド樹脂および(C)熱伝導性充填材とともに、二軸押出機により溶融混練することがより好ましい。高濃度予備混合物を作製しない場合と比較して、成形時の流動性により優れ、得られる成形品の耐熱老化性、機械強度、熱伝導性をより向上させることができる。この要因については定かではないが、2度溶融混練することにより、各成分間の相溶性がさらに向上するためと考えられる。また、高濃度予備混合物を作製する際、(A)ポリアミド樹脂に対して(B)化合物の配合量が多くなる。滞留安定性の低下を抑制するため、二軸押出機での溶融混練時に、(B)化合物をポリアミド樹脂供給位置よりも下流側より供給し、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の混練時間を短くすることが好ましい。高濃度予備混合物に用いる(A)ポリアミド樹脂と、高濃度予備混合物へさらに配合する(A)ポリアミド樹脂は、同一であってもよく、異なっていてもよい。高濃度予備混合物に用いられる(A)ポリアミド樹脂は、成形品の耐熱老化性をより向上させる観点から、ナイロン6、ナイロン11および/またはナイロン12が好ましい。
かくして得られるポリアミド樹脂組成物は、公知の方法で成形することができ、ポリアミド樹脂組成物からシート、フィルム、繊維などの各種成形品を得ることができる。成形方法としては、例えば、射出成形、射出圧縮成形、押出成形、圧縮成形、ブロー成形、プレス成形などが挙げられる。
本発明の実施形態のポリアミド樹脂組成物は、流動性および滞留安定性に優れ、耐熱老化性、機械強度、表面外観、熱伝導性に優れる成形品を得ることができることから、放熱用途、金属代替用途、セラミック代替用途、電磁波シールド用途、高精度部品、高導電用途、自動車用途などに有用である。なかでも、回転時の摩擦により発熱を伴う自動車や電気・電子機器のモーター部材、長時間の点灯により発熱を伴う照明機器部材、電装部材、軽薄化、高密度化により発熱を伴う電気・電子部材、情報通信部材、自動車エンジン周辺部材、自動車アンダーフード部材、自動車ギア部材、自動車内装部材、自動車外装部材、吸排気系部材、エンジン冷却水系部材などの放熱性が必要とされる部材、およびその発生した熱を放散する金属に接する部材、構成部品、周辺部品、筐体用途等の放熱部材に適している。
モーター部材としては、特に近年開発が進んでいる駆動機構がガソリンとモーターを併用しているハイブリッド自動車や、駆動機構がモーターのみの燃料電池自動車、電気自動車のモーター冷却用放熱部材が挙げられる。モーター冷却用放熱部材として具体的には、空冷式、水冷循環式、オイル循環式等のモーター冷却方式に用いられるものであって、モーターステーター周辺の筐体、モーターステーター筐体内部の冷却水循環路および/または冷却オイル循環路の放熱部材、モーター発熱部から金属、セラミックスなどの冷却部材を経由して大気中および/または冷却水、冷却オイルへと伝達する放熱配管、配管保持器具、キャップ、放熱フィンなど各種放熱性が必要とされる冷却部品などが挙げられる。照明機器部材としては、照明用の素子(特にLED)を封止した実装基盤、実装基盤に接する放熱プレート、光源、照明用の実装基盤および/または放熱プレートなどを収容する筐体、LED電源回路を保護するケース、LEDパッケージ、LEDスペーサー、LEDソケット、LED台座コネクター、LED素子フレーム、コネクター、コネクターソケット、リフレクター、ランプソケット、ランプホルダー、コンデンサー、回路類などが挙げられる。電装部材としては、ECUケース、パワーモジュールなどが挙げられる。電気・電子部材としては、コネクター、リレーケース、スイッチ、バリコンケース、各種インバーター、各種端子板、変成器、プリント配線板、液晶パネル枠、プラスチック磁石、半導体、液晶ディスプレー部品、投影機等のランプカバー、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、アクチュエーター、シャーシ等のHDD部品、コンピューター関連部品、パソコンハウジング、携帯電話ハウジング光ピックアップ部品、LED用基板、フラットディスプレイ部品などが挙げられる。情報通信部材としては、チップアンテナ、無線LAN用アンテナ、ETC(エレクトロリックトールコレクションシステム)用、衛星通信などのアンテナなどが挙げられる。自動車エンジン周辺部材としては、エンジンカバー、エアインテークパイプ、タイミングベルトカバー、インテークマニホールド、フィラーキャップ、スロットルボディ、クーリングファンなどが挙げられる。自動車アンダーフード部材としては、クーリングファン、ラジエータータンクのトップおよびベース、シリンダーヘッドカバー、オイルパン、ブレーキ配管、燃料配管用チューブ、排ガス系統部品などが挙げられる。自動車ギア部材としては、ギア、アクチュエーター、ベアリングリテーナー、ベアリングケージ、チェーンガイド、チェーンテンショナなどが挙げられる。自動車内装部材としては、シフトレバーブラケット、ステアリングロックブラケット、キーシリンダー、ドアインナーハンドル、ドアハンドルカウル、室内ミラーブラケット、エアコンスイッチ、インストルメンタルパネル、コンソールボックス、グローブボックス、ステアリングホイール、トリムなどが挙げられる。自動車外装部材としては、フロントフェンダー、リアフェンダー、フューエルリッド、ドアパネル、シリンダーヘッドカバー、ドアミラーステイ、テールゲートパネル、ライセンスガーニッシュ、ルーフレール、エンジンマウントブラケット、リアガーニッシュ、リアスポイラー、トランクリッド、ロッカーモール、モール、ランプハウジング、フロントグリル、マッドガード、サイドバンパーなどが挙げられる。吸排気系部材としては、エアインテークマニホールド、インタークーラーインレット、ターボチャージャ、エキゾーストパイプカバー、インナーブッシュ、ベアリングリテーナー、エンジンマウント、エンジンヘッドカバー、リゾネーター、スロットルボディなどが挙げられる。エンジン冷却水系部材としては、チェーンカバー、サーモスタットハウジング、アウトレットパイプ、ラジエータータンク、オイルネーター、デリバリーパイプなどが挙げられる。
以下に実施例を挙げて本発明の実施形態をさらに具体的に説明する。特性評価は下記の方法に従って行った。
[ポリアミド樹脂の融点および降温結晶化温度]
ポリアミド樹脂を約5mg採取し、窒素雰囲気下、セイコーインスツル製 ロボットDSC(示差走査熱量計) RDC220を用い、次の条件で(A)ポリアミド樹脂の融点および降温結晶化温度を測定した。ポリアミド樹脂の融点+40℃に昇温して溶融状態とした後、20℃/分の降温速度で30℃まで降温したときに観測される発熱ピークの温度(降温結晶化温度)を求めた。さらに30℃で3分間保持した後、20℃/分の昇温速度で融点+40℃まで昇温したときに観測される吸熱ピークの温度(融点)を求めた。
[ポリアミド樹脂の相対粘度]
ポリアミド樹脂濃度0.01g/mlの98%濃硫酸中、25℃でオストワルド式粘度計を用いて相対粘度(ηr)を測定した。
[ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂に対するリン原子含有量]
実施例22、24により得られたペレットを80℃で12時間減圧乾燥し、そのペレットを550℃の電気炉で24時間灰化させ、無機物含有量を求めた。次いで、そのペレットを60℃のDMSO中で撹拌処理し、ポリアミド樹脂以外の添加剤成分を抽出し、添加剤含有量を求めた。その後、ポリアミド樹脂組成物の重量より無機物および添加剤重量を減じることにより組成物中のポリアミド樹脂の含有量を求めた。
次にポリアミド樹脂組成物のペレットを硫酸・過酸化水素水系において湿式分解し、リンを正リン酸とし、分解液を希釈した。次いで、前記正リン酸を1mol/L硫酸溶液中においてモリブデン酸塩と反応させて、リンモリブデン酸とし、これを硫酸ヒドラジンで還元して、生成したヘテロポリブルーの830nmの吸光度を吸光光度計(検量線法)で測定して比色定量することにより、ポリアミド樹脂組成物中のリン含有量を算出した。比色定量により算出したリン量を、先に算出したポリアミド樹脂量で割ることにより、ポリアミド樹脂含有量に対するリン原子含有量を求めた。吸光光度計は(株)日立製作所製U−3000を使用した。
[重量平均分子量および数平均分子量]
(B)化合物、(B’)化合物、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物2.5mgを、それぞれヘキサフルオロイソプロパノール(0.005N−トリフルオロ酢酸ナトリウム添加)4mlに溶解し、0.45μmのフィルターでろ過して得られた溶液を測定に用いた。測定条件を以下に示す。
装置:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(Waters製)
検出器:示差屈折率計Waters410(Waters製)
カラム:Shodex GPC HFIP−806M(2本)+HFIP−LG(島津ジーエルシー(株))
流速:0.5ml/min
試料注入量:0.1ml
温度:30℃
分子量校正:ポリメチルメタクリレート。
[水酸基価]
(b)水酸基含有化合物、(B)化合物、(B’)化合物を0.5g採取し、それぞれ250ml三角フラスコに加え、次いで、無水酢酸と無水ピリジンを1:10(質量比)に調整・混合した溶液20.00mlを採取し、前記三角フラスコに入れ、還流冷却器を取り付けて、100℃に温調したオイルバス下で20分間、撹拌しながら還流させた後、室温まで冷却した。さらに、前記三角フラスコ内に冷却器を通じてアセトン20ml、蒸留水20mlを加えた。これにフェノールフタレイン指示薬を入れて、0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液により滴定した。なお、別途測定したブランク(試料を含まない)の測定結果を差し引き、下記式(5)により水酸基価を算出した。
水酸基価[mgKOH/g]=[((B−C)×f×28.05)/S]+E (5)
但し、B:滴定に用いた0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液の量[ml]、C:ブランクの滴定に用いた0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液の量[ml]、f:0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液のファクター、S:試料の質量[g]、E:酸価を表す。
[アミン価]
(b)アミノ基含有化合物、(B)化合物を0.5〜1.5g精秤し、それぞれ50mlのエタノールで溶解した。pH電極を備えた電位差滴定装置(京都電子工業(株)製、AT−200)を用いて、この溶液を、濃度0.1mol/Lのエタノール性塩酸溶液で中和滴定した。pH曲線の変曲点を滴定終点とし、下記式(6)によりアミン価を算出した。
アミン価[mgKOH/g]=(56.1×V×0.1×f)/W (6)
但し、W:試料の秤取量[g]、V:滴定終点での滴定量[ml]、f:0.1mol/Lのエタノール性塩酸溶液のファクターを表す。
[(B)化合物の反応率]
(B)化合物0.035gを重水素化ジメチルスルホキシド0.7mlに溶解し、エポキシ基の場合は1H−NMR測定、カルボジイミド基の場合は13C−NMR測定を行った。各分析条件は下記の通りである。
(1)1H−NMR
装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
観測周波数:OBFRQ399.65MHz、OBSET124.00KHz、OBFIN10500.00Hz
積算回数:256回
(2)13C−NMR
装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
観測周波数:OBFRQ100.40MHz、OBSET125.00KHz、OBFIN10500.00Hz
積算回数:512回。
得られた1H−NMRスペクトルより、エポキシ環由来ピークの面積を求めた。また得られた13C−NMRスペクトルより、カルボジイミド基由来ピークの面積を求めた。なお、ピーク面積は、NMR装置付属の解析ソフトを用い、ベースラインとピークで囲まれた部分の面積を積分することにより算出した。(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物と、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物をドライブレンドしたもののピーク面積をdとし、(B)化合物のピーク面積をeとし、反応率は、下記式(4)により算出した。
反応率(%)={1−(e/d)}×100 (4)
一例として、ジペンタエリスリトールとビスフェノールA型エポキシ樹脂である「三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004を3:1の重量比でドライブレンドしたものの1H−NMRスペクトルを図1に示す。また参考例6により得た(B−6)化合物の1H−NMRスペクトルを図2に示す。図1に示す1H−NMRスペクトルから、2.60ppmと2.80ppm付近に現れるエポキシ環由来ピーク面積の合計を求め、同様に図2に示すピーク面積の合計を求め、反応率の算出式(4)より反応率を算出した。この際、ピーク面積は反応に寄与しないエポキシ樹脂のベンゼン環のピークの面積で規格化した。
[分岐度]
(B)化合物、(B’)化合物を、下記条件で13C−NMR分析した後、下記式(2)により分岐度(DB)を算出した。
分岐度=(D+T)/(D+T+L) (2)
上記式(2)中、Dはデンドリックユニットの数、Lは線状ユニットの数、Tは末端ユニットの数を表す。上記D、T、Lは13C−NMRにより測定したピーク面積から算出した。Dは第3級または第4級炭素原子に由来し、Tは第1級炭素原子の中で、メチル基であるものに由来し、Lは第1級または第2級炭素原子の中で、Tを除くものに由来する。なお、ピーク面積は、NMR装置付属の解析ソフトを用い、ベースラインとピークで囲まれた部分の面積を積分することにより算出した。測定条件は下記の通りである。
(1)13C−NMR
装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
測定サンプル量/溶媒量:0.035g/0.70ml
観測周波数:OBFRQ100.40MHz、OBSET125.00KHz、OBFIN10500.00Hz
積算回数:512回。
[(B)化合物、(B’)化合物の水酸基およびアミノ基の数の和と、エポキシ基およびカルボジイミド基の数の和]
OHまたはNH2の数は、(B)化合物、(B’)化合物の数平均分子量と水酸基価またはアミン価を算出し、下記式(3)により算出した。
OHまたはNH2の数=(数平均分子量×水酸基価またはアミン価)/56110 (3)
また、エポキシ基またはカルボジイミド基の数は、(B)化合物、(B’)化合物の数平均分子量をエポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出した。
(B)化合物、(B’)化合物の数平均分子量と水酸基価、アミン価は前述の方法で測定した。エポキシ当量は、(B)化合物、(B’)化合物400mgを、ヘキサフルオロイソプロパノール30mlに溶解させた後、酢酸20ml、テトラエチルアンモニウムブロミド/酢酸溶液(=50g/200ml)を加え、滴定液として0.1Nの過塩素酸および指示薬としてクリスタルバイオレットを用い、溶解液の色が紫色から青緑色に変化した際の滴定量より、下記式(7)により算出した。
エポキシ当量[g/eq]=W/((F−G)×0.1×f×0.001) (7)
但し、F:滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、G:ブランクの滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、f:0.1Nの過塩素酸のファクター、W:試料の質量[g]
カルボジイミド当量は、以下の方法で算出した。(B)化合物100重量部と、内部標準物質としてフェロシアン化カリウム(東京化成工業(株)製)30重量部をドライブレンドし、約200℃で1分間熱プレスを行い、シートを作製した。その後、赤外分光光度計((株)島津製作所製、IR Prestige−21/AIM8800)を用いて、透過法で、シートの赤外吸収スペクトルを測定した。測定条件は、分解能4cm−1、積算回数32回とした。透過法での赤外吸収スペクトルは、吸光度がシート厚みに反比例するため、内部標準ピークを用いて、カルボジイミド基のピーク強度を規格化する必要がある。2140cm−1付近に現れるカルボジイミド基由来ピークの吸光度を、2100cm−1付近に現れるフェロシアン化カリウムのCN基の吸収ピークの吸光度で割った値を算出した。この値からカルボジイミド当量を算出するために、あらかじめカルボジイミド当量が既知のサンプルを用いてIR測定を行い、カルボジイミド基由来ピークの吸光度と内部標準ピークの吸光度の比を用いて検量線を作成し、(B)化合物の吸光度比を検量線に代入し、カルボジイミド当量を算出した。なお、カルボジイミド当量が既知のサンプルとして、脂肪族ポリカルボジイミド(日清紡製、“カルボジライト”(登録商標)LA−1、カルボジイミド当量247g/mol)、芳香族ポリカルボジイミド(ラインケミー製、“スタバクゾール”(登録商標)P、カルボジイミド当量360g/mol)を用いた。
[機械強度]
各実施例および比較例により得られたペレットを80℃で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃の条件で射出成形することにより、厚さ3.2mmのASTM1号ダンベル試験片を作製した。この試験片について、ASTM D638に従って引張試験機テンシロンUTA2.5T(オリエンテック社製)により、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行った。3回測定を行い、その平均値を耐熱老化性試験処理前引張強度として算出した。引張強度が大きいほど、機械強度に優れる。
[耐熱老化性]
各実施例および比較例により得られたペレットを80℃で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃の条件で射出成形することにより、厚さ3.2mmのASTM1号ダンベル試験片を作製した。この試験片について、ASTMD638に従って引張試験機テンシロンUTA2.5T(オリエンテック社製)により、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行った。3回測定を行い、その平均値を耐熱老化性試験処理前引張強度として算出した。ついで、ASTM1号ダンベル試験片を、135℃、大気下のギアオーブンで3000時間、または190℃、大気下のギアオーブンで2000時間熱処理(耐熱老化性試験処理)し、処理後の試験片について、同様の引張試験を行い、3回の測定値の平均値を耐熱老化性試験処理後の引張強度として算出した。耐熱老化性試験処理前の引張強度に対する処理後の引張強度の比を、引張強度保持率として算出した。引張強度保持率が大きいほど、耐熱老化性に優れている。
[熱伝導性]
実施例および比較例で得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを、射出成形機(住友重機械工業株式会社製、SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃に設定し、下限圧(最低充填圧力)+0.49MPaの条件で射出成形することにより、50mm×50mm×3mm厚の角板(フィルムゲート)を作製した。得られた角板の両表面を深さ0.5mm切削して厚さ2mmの試験片として、熱流計法熱伝導率測定装置(リガク株式会社製GH−1S)により熱伝導率を測定した。熱伝導率が高いほど、熱伝導性に優れることを示す。
[表面外観]
各実施例および比較例により得られたペレットを80℃で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃、射出/冷却時間:10/10秒、スクリュー回転数:150rpm、射出圧力:100MPa、射出速度:100mm/秒の条件で射出成形することにより、80mm×80mm×3mm厚の角板(フィルムゲート)を作製した。得られた角板を140℃の大気下で1時間熱処理し、処理後の角板表面の状態を目視観察し、次の基準により評価した。
A:成形品の色調は白色であり、かつ表面にブリード物は認められない。
B:成形品の色調がうっすら青白色または赤褐色であり、かつ表面にブリード物は認められない。
C1:成形品の色調が青白色または赤褐色であり、かつ表面にブリード物は認められない。
C2:成形品の色調は白色であり、かつ表面にブリード物が認められる。
なお、ブリード物とは成形品表面に浮き出たものを示し、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(B)化合物または(B’)化合物が室温において固体状の場合は粉ふきのようなものであり、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(B)化合物または(B’)化合物が室温において液体状の場合は粘性の液状のようなものとなる。
[光沢度]
実施例および比較例で得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを、射出成形機(住友重機械工業株式会社製、SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃に設定し、鏡面仕上げの80mm×80mm×厚み1mmの金型を使用して、下限圧(最低充填圧力)+0.49MPaの条件で射出成形することにより、角板を作製した。得られた角板について、JIS−Z−8741に基づいて、デジタル変角光沢計(スガ試験機株式会社製、UGV−5D)を用いて、入射角60℃の光沢度を測定した。この値が高いほど、光沢度に優れることを示す。
[表面平滑性]
実施例および比較例で得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを、射出成形機(住友重機械工業株式会社製、SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃に設定し、鏡面仕上げの80mm×80mm×厚み1mmの金型を使用して、下限圧(最低充填圧力)+0.49MPaの条件で射出成形することにより、角板を作製した。得られた角板から無作為に選択した10部分について、表面粗さ測定器((株)小坂研究所製、サーフコーダSE−3400)を用いて、表面の平均粗さ(Ra)を測定した。表面の平均粗さが小さいほど、表面平滑性に優れる。
[流動性]
実施例および比較例で得られた熱可塑性樹脂組成物のペレットを、射出成形機(住友重機械工業株式会社製、SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:(A)ポリアミド樹脂の融点+15℃、金型温度:80℃に設定し、下限圧(最低充填圧力)+0.49MPaの条件で射出成形することにより、図3、4に示す角ピン型ヒートシンク成形品(受熱面:19mm×19mm、フィン厚み:1.45mm、高さ:20mm、隙間:2.35mm)を作製した。ここで、図3は角ピン型ヒートシンク成形品の斜視図、図4は角ピン型ヒートシンク成形品の断面図を示す。得られた角ピン型ヒートシンク成形品各10個について、比重測定装置AUW320/SMK−401((株)島津製作所製)を用いて比重を測定し、10個の平均値を成形品比重とした。また、各配合材料の比重を元に理論比重を算出し、下記式より成形品充填率を算出した。
成形品充填率=(成形品比重/理論比重)×100
成形品充填率が高いほど、薄肉部への充填率が高く、流動性に優れることを示す。
[滞留安定性]
各実施例および比較例により得られたペレットを80℃で12時間減圧乾燥し、窒素雰囲気下、(A)ポリアミド樹脂の融点+20℃で30分間溶融滞留させた後の相対粘度を測定し、滞留前の相対粘度で割った値(百分率)を相対粘度保持率として算出し、滞留安定性の指標とした。相対粘度保持率が100%に近いほど、滞留安定性に優れる。
参考例1(B−1)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製、分子量/1分子中の官能基数42)100重量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10重量部を予備混合した後、池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は53%、分岐度は0.29、水酸基価は1280mgKOH/g、比重は1.050g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例2(B−2)
2軸押出機のスクリュー回転数を300rpmに変更し、溶融混練時間を0.9分間に変更したこと以外は参考例1と同様にして、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は2%、分岐度は0.15、水酸基価は1350mgKOH/g、比重は1.050g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例3(B−3)
2軸押出機のスクリュー回転数を200rpmに変更し、溶融混練時間を2.4分間に変更したこと以外は参考例1と同様にして、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は15%、分岐度は0.20、水酸基価は1300mgKOH/g、比重は1.050g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例4(B−4)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100重量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10重量部、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7(東京化成工業(株)製)0.3重量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを押出機に供給し、再溶融混練工程をさらに6回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は96%、分岐度は0.39、水酸基価は1170mgKOH/g、比重は1.050g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例5(B−5)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100重量部に対して、脂肪族ポリカルボジイミド(日清紡ケミカル(株)製“カルボジライト”(登録商標)LA−1、1分子中のカルボジイミド基の平均個数24個、分子量6000、分子量/1分子中の官能基数)10重量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は89%、分岐度は0.37、水酸基価は1110mgKOH/g、比重は0.991g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のカルボジイミド基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例6(B−6)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100重量部に対して、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004、1分子中のエポキシ基の個数2個、分子量1650、分子量/1分子中の官能基数825)33.3重量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は56%、分岐度は0.34、水酸基価は1200mgKOH/g、比重は1.049g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例7(B−7)
撹拌装置を備えた容量1Lのオートクレーブ内に、ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)508g(1.0mol)、トルエン254g、水酸化カリウム0.3gを仕込み、90℃まで昇温して撹拌し、スラリー状の液体とした。次いで130℃に加熱し、エチレンオキサイド132g(3mol)を徐々にオートクレーブ内に導入し反応させた。エチレンオキサイドの導入とともに、オートクレーブ内温度は上昇した。随時冷却を加え、反応温度を140℃以下に保つようにした。反応後、140℃にて1.3kPa以下に減圧することにより、過剰のエチレンオキサイド、副生するエチレングリコールの重合体を除去した。その後、酢酸にて中和し、pH6〜7に調整してエチレングリコール変性ジペンタエリスリトールを得た。
得られたエチレングリコール変性ジペンタエリスリトール343g(1mol)を内容積500mlの電磁誘導回転撹拌式オートクレーブに計量し、外部還元処理したエヌ・イーケムキャット製5%ルテニウム−アルミナ粉末触媒を3g仕込み、窒素置換を行った。引き続き、アンモニア26g(1.53mol)を添加し、室温(25℃)で全圧が2.0MPaGになるように水素(0.18mol)を圧入した。1000rpmの条件で撹拌しながら、反応温度が220℃となるまで加熱した。220℃における初期最高圧力は、9.8MPaGであった。圧力は、4時間で9.8MPaGから8.4MPaGに低下した。圧力降下がなくなったことを確認した後、0.5時間さらに反応を行った。その後、冷却して反応生成物を取り出し、濾過して触媒を除き、ジペンタエリスリトールポリオキシエチレンヘキサミンを得た。
得られたジペンタエリスリトールポリオキシエチレンヘキサミン100重量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10重量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化し、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は49%、分岐度は0.25、アミン価は500mgKOH/g、比重は1.053g/cm3であった。1分子中のアミノ基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例8(B’−1)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100重量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)500重量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化し、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は33%、分岐度は0.23、水酸基価は540mgKOH/g、比重は1.172g/cm3であった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも少なく、一般式(1)におけるOHとNH2とORの数の和は3以上であった。
参考例9(B’−2)
還流冷却管、温度計および撹拌装置を備えたフラスコに、エチレンイミン100重量部と、1,4−ジオキサン400重量部と、メタンスルホン酸1.1重量部(エチレンイミンに対して0.5モル%)とを仕込み、50℃で7時間、開環重合させた。反応終了後、反応液から1,4−ジオキサンと残存エチレンイミンとを留去し、ポリエチレンイミンを得た。ポリエチレンイミンの分岐度は0.31、比重は1.050g/cm3であった。
参考例10(B’−3)
撹拌器、圧力計、冷却器および受け器が設けられた4つ口フラスコに、50.5g(0.14モル)のペンタエリスリトールペンタエトキシレートと、1.0g(0.004モル)の3フッ化ホウ素ジエチルエーテル錯体50重量%水溶液を室温下で加え、110℃に加熱した。これに、3−エチル−3−オキセタンメタノール450g(3.87モル)を、反応による発熱を制御しつつ、35分間かけて加えた。発熱が収まったところで、120℃に昇温し、2.5時間撹拌し、その後室温に冷却し、エ−テル結合を有する繰り返し構造単位からなる分岐構造を含む、水酸基含有化合物を得た。得られた水酸基含有化合物の重量平均分子量は2620であり、水酸基価は810mgKOH/g、分岐度は0.29、比重は1.010g/cm3であった。
参考例11(B’−4)
撹拌器、圧力計、冷却器および受け器が設けられた4つ口フラスコに、617.8g(1.70モル)のペンタエリスリトールペンタエトキシレートと、921.0g(6.84モル)の2,2−ジメチロールプロピオン酸および0.92g(0.008モル)の96重量%濃硫酸を添加した。温度を140℃に上昇し、均一透明溶液を得た。このとき4000〜6666Paの減圧状態とし、撹拌しながら4時間反応させた。その後、921.0g(6.84モル)の2,2−ジメチロールプロピオン酸と0.14g(0.014モル)の96重量%濃硫酸を加え、4000〜6666Paの減圧状態とし、撹拌しながら5時間反応させ、エステル結合を有する繰り返し構造単位からなる分岐構造を含む、水酸基含有化合物を得た。得られた水酸基含有化合物を粉砕し、80℃で12時間真空乾燥した。重量平均分子量は2050であり、水酸基価は590mgKOH/g、分岐度は0.34、比重は1.220g/cm3であった。
参考例12(B’−5)
519.4g(4.4モル)のコハク酸、277.0g(1.92モル)の1,4−シクロヘキサンジメタノールおよび393.4g(2.89モル)のペンタエリスリトールを、撹拌器、内部温度計、ガス注入チューブ、還流冷却器および冷却トラップとの真空接続を装備した3000mlの4つ口ガラスフラスコに充填した。窒素ガスを供給し、1.11gのジ−n−ブチルスズ酸化物の添加後に、この混合物を油浴を用いて内部温度125℃まで加熱した。0.02MPaの減圧下で、反応時生成水を分離した。反応混合物を、上記温度および圧力で3.3時間保持した後、冷却することにより、エステル結合を有する繰り返し構造単位からなる分岐構造を含む、水酸基およびカルボキシル基含有化合物を得た。得られた水酸基およびカルボキシル基含有分岐状化合物を粉砕し、80℃で12時間真空乾燥した。次いで、粉砕品を、大気下、190℃のギアオーブン中で400時間熱処理した。熱処理後の化合物の重量平均分子量は1950であり、酸価は277mgKOH/g、水酸基価は504mgKOH/g、酸価/水酸基価の比は0.55、分岐度は0.40、比重は1.250g/cm3であった。
参考例13(B’−6)
撹拌器、圧力計、真空接続、冷却器および受け器が設けられた4つ口フラスコに、232.0g(1.57モル)の無水フタル酸と、270.0g(2.03モル)のジイソプロパノールアミンを加え、撹拌しながら70℃に昇温した。次いで、4000〜6666Paの減圧下で170℃に加熱し、水分を除去しつつ4.5時間反応させた。その後室温に冷却し、エステル結合とアミド結合を有する繰り返し構造単位からなる分岐構造を含む、水酸基含有化合物を得た。重量平均分子量は1950であり、水酸基価は505mgKOH/g、分岐度は0.38、比重は1.280g/cm3であった。
参考例14(E−1)
ナイロン6(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1010)100重量部に対して、(B−1)化合物26.7重量部を予備混合した後、(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D:45.5)を用いて、シリンダー温度245℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。その後80℃で8時間真空乾燥し、高濃度予備混合物ペレットを作製した。
その他、本実施例および比較例に用いた(A)ポリアミド樹脂、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物、(C)熱伝導性充填材、(D)リン含有化合物、(F)充填材は以下の通りである。
(A−1):融点260℃、比重1.140g/cm3、ηr=2.78、Tm−Tc=35℃のポリアミド66樹脂。
(A−2):融点222℃、比重1.130g/cm3、ηr=2.70、Tm−Tc=55℃のポリアミド6樹脂。
(A−3)融点228℃、比重1.130g/cm3、ηr=2.00、Tm−Tc=70℃のポリアミド66/6I/6(=76/17/7重量%)樹脂。
(A−4)融点250℃、比重1.090g/cm3、ηr=2.70、Tm−Tc=31℃のポリアミド410樹脂。
(b−1):ジペンタエリスリトール(大粒径)(東京化成工業(株)製)、分子量254、水酸基価1325mgKOH/g、比重1.035g/cm3、平均粒子径180μm以上。
(b−2):ジペンタエリスリトールポリオキシエチレンヘキサミン、分子量608、アミン価554mgKOH/g、比重1.045g/cm3。
(b’−1):フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN“(登録商標)201)、1分子中のエポキシ基の平均個数7個、分子量1330、分子量/1分子中の官能基数190、比重1.200g/cm3。
(C−1):タルク(日本タルク(株)製、平均粒径:23μm、形状:鱗状、熱伝導率:5W/m・K、比重:2.700g/cm3)
(C−2):水酸化マグネシウム(協和化学工業(株)製、平均粒径:0.83μm、形状:粒子状、熱伝導率:8W/m・K、比重:2.360g/cm3)
(C−3):黒鉛(日本黒鉛工業(株)製、平均粒径:40μm、形状:鱗片状、熱伝導率:100W/m・K、比重:2.250g/cm3)
(C−4):窒化ホウ素(電気化学工業社製、平均粒径:15μm、形状:六方晶系鱗片状、熱伝導率:210W/m・K、比重:2.260g/cm3)
(D−1):次亜リン酸ナトリウム一水和物(和光純薬工業(株))、分子量105.99
(F−1):円形断面ガラス繊維(日本電気硝子(株)製T−275H)、断面の直径10.5μm、表面処理剤:シラン系カップリング剤、繊維長3mm、比重2.550g/cm3。
(実施例1〜16、19〜21、比較例1〜11)
表に示す(A)ポリアミド樹脂を、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0の位置、つまりスクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す(B)化合物、(B’)化合物、(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(C)熱伝導性充填材をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0.65の位置、つまりスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。ダイから吐出されるガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。
(実施例17、18)
表に示す(A)ポリアミド樹脂、(b’)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物を予備混合した後、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0の位置、つまりスクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す(b)水酸基および/またはアミノ基含有化合物、(C)熱伝導性充填材をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0.65の位置、つまりスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。ダイから吐出されるガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。
(実施例22)
表に示す(A)ポリアミド樹脂を、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0の位置、つまりスクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す(B)化合物、(C)熱伝導性充填材、(D)リン含有化合物をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0.65の位置、つまりスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。ダイから吐出されるガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。
(実施例23)
表に示す(E−1)高濃度予備混合物をメインフィーダーから2軸押出機に供給したこと以外は、実施例4と同様の条件において、ポリアミド樹脂組成物のペレットを得た。これにより、実施例23の組成比は、実施例4と同様となる。
(実施例24)
表に示す(A)ポリアミド樹脂を、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0の位置、つまりスクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す(B)化合物、(C)熱伝導性充填材、(D)リン含有化合物、(F)ガラス繊維をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側より見て0.65の位置、つまりスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。ダイから吐出されるガットを即座に水浴にて冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。
各実施例および比較例の評価結果を表1〜4に示す。
実施例1〜24は比較例1〜11と比較して、(B)化合物を特定量含有し、かつ、(C)熱伝導性充填材を含有することにより、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物の相溶性および(C)熱伝導性充填材の分散性、配向性が向上し、その結果、流動性および滞留安定性に優れ、耐熱老化性、機械強度、表面外観および熱伝導性に優れる成形品を得ることができた。
実施例3〜5は、実施例2、6と比較して、(A)ポリアミド樹脂と(C)熱伝導性充填材の容積比が好ましい範囲にあるため、機械強度、熱伝導性により優れる成形品を得ることができた。
実施例4は、実施例14〜16と比較して、(B)化合物の反応率がより好ましい範囲にあるため、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との相溶性および(C)の分散性、配向性がより向上し、その結果、流動性および滞留安定性により優れ、耐熱老化性、機械強度および熱伝導性により優れる成形品を得ることができた。
実施例1、4、10は、実施例9と比較して、より好ましい(C)熱伝導性充填材を使用しため、(B)化合物が(A)ポリアミド樹脂と、(C)熱伝導性充填材の密着性がより向上し脆化を抑制し、機械強度に優れる成形品を得ることができた。
実施例23は、実施例4と比較して、高濃度予備混合物を作製し、2度溶融混練したため、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との相溶性および(C)の分散性、配向性がより向上し、その結果、流動性により優れ、耐熱老化性、機械強度、熱伝導性により優れる成形品を得ることができた。
実施例11、12は、実施例4、13と比較して、(A)ポリアミド樹脂の融点と結晶化温度の差がより好ましい範囲であったため、固化速度を遅くすることができ、流動性により優れ、表面平滑性、光沢性により優れる成形品を得ることができた。
実施例4は、実施例17と比較して、実施例21は、実施例18と比較して、事前に反応させて得た(B)化合物を用いたため、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との相溶性および(C)の分散性、配向性がより向上し、その結果、流動性および滞留安定性により優れ、耐熱老化性、機械強度および熱伝導性により優れる成形品を得ることができた。
実施例22は、実施例4と比較して、リン含有化合物をさらに含有するため、(A)ポリアミド樹脂と(B)化合物との相溶性および(C)の分散性配向性がより向上し、その結果、流動性および滞留安定性により優れ、耐熱老化性、機械強度、熱伝導性により優れる成形品を得ることができた。
実施例24は、実施例4と比較して、リン含有化合物およびガラス繊維をさらに含有するため、滞留安定性に優れ、機械強度により優れる成形品を得ることができた。