JP6619015B2 - ポリアセタール樹脂組成物及びその成形体 - Google Patents

ポリアセタール樹脂組成物及びその成形体 Download PDF

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Description

本発明は、ポリアセタール樹脂組成物及びその成形体に関する。
ポリアセタール樹脂は、例えば、曲げ弾性率及び引張破壊応力等の機械的強度、耐薬品性、摺動性、並びに耐摩耗性のバランスに優れ、かつ加工が容易である。そのため、ポリアセタール樹脂は、代表的なエンジニアリングプラスチックとして、電気機器の機構部品及び自動車用部品等、広範囲にわたって使用されている。
特に、耐久性が要求される自動車用部品には、無機充填剤で強化されたポリアセタール樹脂組成物が用いられる。耐久性とは、例えば、一定応力下でのギアの寿命が長いことを意味し、ギア耐久特性ともいう。
無機充填剤を含む強化されたポリアセタール樹脂組成物においては、強度や耐久性を向上させるために、ポリアセタール樹脂の高分子量化やポリアセタール樹脂の末端基の制御が行われている。
特許文献1には、優れた機械的強度を達成する目的で、ポリアセタール樹脂と、ガラス系無機充填材とを含むポリアセタール樹脂組成物が開示されている。また、特許文献1には、ポリアセタール樹脂の分子中に50〜2000mmol/kgの水酸基を有する変性ポリアセタール樹脂を配合することが開示されている。
特許文献2には、優れた機械的特性を有し、低ホルムアルデヒド排出を達成する目的で、15mmol/kgを超える末端OH基を有する、少なくとも1種のポリオキシメチレンと、少なくとも1種のカップリング剤、少なくとも1種の強化繊維、任意に少なくとも1種のホルムアルデヒド補足剤を含む組成が開示されている。
特開2004−359791号公報 特表2013−539810号公報
近年、ポリアセタール樹脂を用いた機構部品や自動車用部品等において、さらなる高性能化が求められている。
高性能化として、具体的には、機械的強度、耐久性、摺動性の向上が挙げられる。
ポリアセタール樹脂の末端水酸基を増加しても、無機充填剤との親和性は向上するが、所望する耐久性は達成できなかった。
本発明が解決しようとする課題は、非常に優れた耐久性を有する樹脂組成物及びその成形体を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討した。その結果驚くべきことに、ポリアセタール樹脂及びガラス系充填材を含む樹脂組成物において、その成形体を特定の溶媒で処理し、残った残渣の強熱減量を0.2wt%以上とすることで、上記課題を解決し得ることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
[1]
(A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、
前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含み、
該ポリアセタール樹脂組成物からなる(C)ポリアセタール樹脂成形体を下記工程(1)〜(4)にて処理し、
残った(D)残渣において、熱重量分析(TGA)を用いて下記条件(a)〜(e)にて算出した強熱減量が0.2wt%以上であ
前記(C)ポリアセタール樹脂成形体を、80℃の熱水に1週間浸漬させたのちに、前記工程(1)〜(4)にて処理し、残った(D’)残渣の強熱減量が0.25wt%以上である、
ポリアセタール樹脂組成物。
(1)前記(C)ポリアセタール樹脂成形体を、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)とクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱して溶解させる。
(2)溶液の上澄み溶液を除去し、得られた残渣を、HFIPとクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液を除去する。
(3)前記工程(2)を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得る。
(4)前記溶媒を含んだ残渣を、真空乾燥により30℃にて5時間乾燥させることで(D)残渣を得る。
(a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温する。
(b)105℃で30分保持する。
(c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温する。
(d)625℃で30分保持する。
(e)前記(b)終了後の質量から前記(d)終了後の質量を差し引いた値を、測定に用いた(D)残渣の質量で除し、100倍した値(wt%)を強熱減量とする。
[2]
前記(D)残渣の強熱減量が0.3wt%以上である、[1]に記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記酸成分がカルボン酸成分である、[1]又は]に記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記酸成分がアクリル酸を含む成分である、[1]〜[3]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上である、[1]〜[]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上100mmol/kg以下である、[1]〜[]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上15mmol/kg以下である、[1]〜[]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記(A)ポリアセタール樹脂がブロック成分を含む、[1]〜[]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。

前記ブロック成分が水素添加ポリブタジエン成分である、[]に記載のポリアセタール樹脂組成物。
10
(E)重量平均分子量が50万以下のポリエチレンをさらに含む、[1]〜[]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物。
11
前記(E)重量平均分子量が50万以下のポリエチレンの融点が115℃以下である、[10]に記載のポリアセタール樹脂組成物。
12
[1]〜[11]のいずれかに記載のポリアセタール樹脂組成物を含む成形体。
13
成形直前のポリアセタール樹脂組成物を105℃、3時間で加熱した後の、該成形直前のポリアセタール樹脂組成物からの重量減少率が0.15%以下である、[12]に記載のポリアセタール樹脂成形体。
本発明によれば、非常に優れた耐久性を有する成形体を与える樹脂組成物を提供することができる。
以下、本発明を実施するための形態(以下、実施形態という。)について、詳細に説明する。以下の実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定するものではない。本発明は、その要旨の範囲内で種々変形して実施できる。
[ポリアセタール樹脂組成物]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物である。
また、本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、該ポリアセタール樹脂組成物からなる(C)ポリアセタール樹脂成形体を下記工程(1)〜(4)にて処理し、
残った(D)残渣において、熱重量分析(TGA)を用いて下記条件(a)〜(e)にて算出した強熱減量が0.2wt%以上である、ポリアセタール樹脂組成物である。
(1)前記(C)ポリアセタール樹脂成形体を、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)とクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱して溶解させる。
(2)溶液の上澄み溶液を除去し、得られた残渣を、HFIPとクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液を除去する。
(3)前記工程(2)を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得る。
(4)前記溶媒を含んだ残渣を、真空乾燥により30℃にて5時間乾燥させることで(D)残渣を得る。
(a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温する。
(b)105℃で30分保持する。
(c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温する。
(d)625℃で30分保持する。
(e)前記(b)終了後の質量から前記(d)終了後の質量を差し引いた値を、測定に用いた(D)残渣の質量で除し、100倍した値(%)を強熱減量とする。
本実施形態における(B)ガラス系充填材の含有量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対し、10質量部以上100質量部以下である。
(B)ガラス系充填材の含有量が10質量部以上であることにより、機械的強度や耐久性が向上する。
また、(B)ガラス系充填材の含有量が100質量部以下であることにより、成形時においてガラス系充填材同士の接触によるガラス系充填材の破壊を抑制することができる。このため、機械的強度や耐クリープ性が向上する。さらに、(B)ガラス系充填材の含有量が100質量部以下であることにより、安定した成形を行うことができ、成形体の外観不良を抑制することができ、高い金属摺動性を保持することができる。
(B)ガラス系充填材の含有量の下限値は、好ましくは12質量部であり、より好ましくは15質量部であり、さらに好ましくは20質量部であり、よりさらに好ましくは25質量部である。
(B)ガラス系充填材の含有量の上限値は、好ましくは90質量部であり、より好ましくは80質量部であり、さらに好ましくは75質量部であり、よりさらに好ましくは70質量部である。
本実施形態における(C)ポリアセタール樹脂成形体は、公知の方法による製造することができる。具体的には、一軸又は多軸混練押出機、ロール、バンバリーミキサー等により、以下のように原料成分を混合及び溶融混練し、成形することにより製造することができる。中でも、減圧装置・サイドフィーダー設備を装備した2軸押出機が好ましく使用できる。
原料成分を混合及び溶融混練する方法としては、特に限定されず、当業者が周知の方法を利用できる。具体的には、(A)成分及び(B)成分を、予めスーパーミキサー、タンブラー、V字型ブレンダー等で混合し、二軸押出機で一括溶融混練する方法、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法等が挙げられる。これらはいずれも利用できるが、本実施形態の成形体の機械的物性を高めるためには、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法が好ましい。最適な条件は、押出機の大きさによって変動するため、当業者の調整可能な範囲で適宜調整することが好ましい。より好ましくは、押出機のスクリューデザインに関しても、当業者に調整可能な範囲で種々調整する。
本実施形態における成形体を得るための成形方法については、特に限定されず、公知の成形方法を利用できる。具体的には、押出成形、射出成形、真空成形、ブロー成形、射出圧縮成形、加飾成形、他材質成形、ガスアシスト射出成形、発泡射出成形、低圧成形、超薄肉射出成形(超高速射出成形)、金型内複合成形(インサート成形、アウトサート成形)等の成形方法のいずれかによって成形することができる。
本実施形態における(D)残渣は、(C)ポリアセタール樹脂成形体を、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)とクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒を用いて溶解させた際の、未溶融分を言う。具体的には、(C)ポリアセタール樹脂成形体400mgを、HFIP25mLとクロロホルム25mLの混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱する。この上澄み溶液95%以上を除去し、得られた残渣を、HFIP5mLとクロロホルム5mLの混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液95%以上を除去する(洗浄工程)。該洗浄工程を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得る。これを、真空乾燥により30℃、5時間乾燥させることで(D)残渣を得る。
(D)残渣の強熱減量は、熱重量分析(TGA)にて算出する。装置としては、例えば、パーキンエルマー社製のPris1 TGAが挙げられる。強熱減量の算出方法としては、サンプル30〜50mgを用い、下記条件(a)〜(d)に示す、温度プロファイルでの加熱を実施する方法である。
(a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温する。
(b)105℃で30分保持する。
(c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温する。
(d)625℃で30分保持する。
強熱減量(wt%)は、前記(b)の後の質量から、前記(d)の後の質量を差し引いたものを、測定に用いた(D)残渣の質量で除したものを100倍したものである。
なお、(D)残渣の強熱減量は、(A)ポリアセタール樹脂と、(B)ガラス系充填材の混練押出後のペレットを用いても同等の結果が得られるため、ペレットまたは成形体のいずれかを選ぶことができる。
一例として、後述の実施例1の場合を用いて具体的に説明する。(D)残渣として31.00mgを用い、上述の(a)〜(d)を実施した。その際の重量としては、(b)の後においては30.94mg、(d)の後においては30.84mgであった。このことから、強熱減量(wt%)は、以下の式より、0.32wt%であると求めることができる。
強熱減量(wt%)=(30.94−30.84)/30.94×100=0.32
本実施形態の(D)残渣の強熱減量は、0.2wt%以上である。(D)残渣の強熱減が0.2wt%以上であることで、高いギア耐久性が得られるだけでなく、金属との良好な摺動性を得ることができる。(D)残渣の強熱減量は、好ましくは0.3wt%以上、より好ましくは0.4wt%以上、さらに好ましくは0.45wt%以上である。
(D)残渣の強熱減量は、ガラス系充填材への樹脂の密着性を表す値である。これは、耐久性、特に高トルク下での耐久性と相関しやすいため、(D)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とすることで、ポリアセタール樹脂組成物の高トルク下での耐久性が得られる。
(D)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とするためには、(B)ガラス系充填材のサイジング剤の使用量を増やす方法や、(B)ガラス系充填材のサイジング剤を塗布する工程において、サイジング剤の塗布後に乾燥する工程を経て、その後所望の長さへカットする方法が有効である。また、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度を所定以上とする方法や、(B)ガラス系充填材のサイジング剤と親和性の高いブロック成分を(A)ポリアセタール樹脂に含有させる方法や、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含有させる方法が有効である。
さらに、(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを混練させる押出工程において、より長い時間(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを、混練させる方法が有効である。より押出機の上流部より(B)ガラス系充填材を投入する方法もまた有効である。通常、押出における、(B)ガラス系充填材の投入は、(B)ガラス系充填材を破損させないために、より下流部から投入するのが一般的であるが、(D)残渣の強熱減量を高めるためには、上流部から投入することが好ましい。
これらの方法は単独、または、2種以上を組み合わせて行うことができる。単独の方法で(D)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とすることは難しいことから、2種以上の方法を組み合わせることが好ましい。
上記方法の中でも、(B)ガラス系充填材に、サイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含有させ、該サイジング剤を塗布する工程において、サイジング剤の塗布後に乾燥する工程を経て、その後所望の長さへカットする方法が好ましい。また、上記方法の中でも、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度を所定以上とする方法が好ましい。さらに、前記(B)ガラス系充填材に、サイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含有させ、該サイジング剤を塗布する工程において、サイジング剤の塗布後に乾燥する工程を経て、その後所望の長さへカットする方法と、前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度を所定以上とする方法との組み合わせがより好ましい。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物における(C)ポリアセタール樹脂成形体は、該(C)ポリアセタール樹脂成形体を、80℃の熱水に1週間浸漬させたのちに、前記工程(1)〜(4)にて処理し、残った(D’)残渣の強熱減量が0.2wt%以上であることが好ましい。
(D’)残渣は、(C)ポリアセタール樹脂成形体を、蒸留水に浸漬させ、80℃で1週間保持後に、HFIPとクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒を用いて溶解させた際の、未溶融分を言う。具体的には、(C)ポリアセタール樹脂成形体400mgを、50mLの蒸留水に浸漬させ、80℃で1週間加熱する。この水を除去し、真空乾燥により30℃、5時間乾燥させる。その後、HFIP25mLとクロロホルム25mLの混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱する。この上澄み溶液95%以上を除去し、得られた残渣を、HFIP5mLとクロロホルム5mLの混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液95%以上を除去する(洗浄工程)。該洗浄工程を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得る。これを、真空乾燥により30℃、5時間乾燥させることで(D’)残渣を得る。
(D’)残渣を得るための(C)ポリアセタール樹脂成形体としては、ペレット形状が好ましく、射出成形体などを用いる場合は、1〜10mm程度の大きさに粉砕したものを用い、14メッシュの篩で微粉状のものは除去してから用いることが好ましい。
(D’)残渣の強熱減量は、(D)残渣の強熱減量と同じく、前記条件(a)〜(e)にて算出する方法を用いる。
本実施形態の(D’)残渣の強熱減量は0.2wt%以上である。この範囲にあることで、低トルク、低荷重での耐久性が向上するだけでなく、着色時の物性低下も少なく幅広い用途への展開が容易となる。(D’)残渣の強熱減量は、好ましくは0.25wt%以上、より好ましくは0.30wt%以上、さらに好ましくは0.35wt%以上である。
(D’)残渣の強熱減量は、ガラス系充填材への樹脂の密着の質を表す値である。これは、耐久性、特に低トルク、低荷重下での耐久性と相関しやすいため、(D’)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とすることで、ポリアセタール樹脂組成物の低トルク、低荷重下での耐久性が得られる。
(D’)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とするためには、(D)残渣の強熱減量を高める方法だけでなく、(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを、混練させる押出工程において、適切な温度範囲で、より長い時間(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを混練させる方法が有効である。(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを混練するときの温度が低すぎても、高すぎても、(B)ガラス系充填材への(A)ポリアセタール樹脂の密着の質の低下を起こしやすく、適切な温度範囲に制御することで、密着の質を高めることができる。具体的な適切な温度範囲に制御する方法としては、(B)ガラス系充填材を予め予熱してから投入する方法、(B)ガラス系充填材を投入する部分のバレル温度を上げる方法により、温度が低い(B)ガラス系充填材による、混練時の温度低下を防ぐことができる。また、二軸押出機で(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを、混練させる混練ゾーンのスクリューとして順ネジ切欠きスクリュー(コペリオン(株)社製SME、あるいは東芝機械(株)社製36/36/T)を用いることも有効である。ここで順ネジ切欠きスクリューとは順ネジのフライト部分を切欠いたスクリューであり、1リードあたり12〜20個の切欠きを有する。順ネジ切欠きスクリューを用いることにより、不要な発熱を抑えつつ、(B)ガラス系充填材を分散させることができる。
さらに、(D’)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とする方法としては、サイドから原料を投入できる部分を2ケ所保有する二軸押出機では、上流部より(B)ガラス系充填材を投入し、続く下流部より一部の(A)ポリアセタール樹脂を投入する方法がある。該方法は、(B)ガラス系充填材を投入後に(A)ポリアセタール樹脂を投入すると、(B)ガラス系充填材の破損につながりやすいため通常は実施しない手法ではあるが、(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材との密着の質を高めるために有効な手法である。この手法では、下流部から投入した(A)ポリアセタール樹脂の融解潜熱により、(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材との混練の高いシェア発熱を奪い、不必要な温度の上昇を防ぐことができる。
また、(D’)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とする方法としては、高トルクタイプの押出機を用い、低回転で押出機内での長時間滞留させる方法も有効である。
これらは単独、または、2種以上を組み合わせて行うことができる。単独の方法で、(D’)残渣の強熱減量を0.2wt%以上とすることは難しいことから、2種以上の方法を組み合わせることが好ましい。
<(A)ポリアセタール樹脂>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において使用することができる(A)ポリアセタール樹脂(以下、(A)成分と記載することがある。)について、以下、詳細に説明する。
本実施形態において使用可能な(A)ポリアセタール樹脂としては、ポリアセタールホモポリマー、ポリアセタールコポリマー、架橋構造を有するポリアセタールコポリマー、ブロック成分を有するホモポリマーベースのブロックコポリマー、及びブロック成分を有するコポリマーベースのブロックコポリマーが挙げられる。
(A)ポリアセタール樹脂は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(A)ポリアセタール樹脂として、例えば、分子量の異なる組み合わせや、コモノマー量の異なるポリアセタールコポリマーの組み合わせ等も適宜使用可能である。
本実施形態においては、(A)ポリアセタール樹脂として、ブロックコポリマーを含むことが好ましい。
本実施形態の(A)ポリアセタール樹脂は、末端OH基が2mmol/kgであることが好ましい。末端OH基の上限は、特に限定されないが、200mmol/kg以下であることが好ましく、100mmol/kg以下であることがより好ましく、60mmol/kg以下であることがさらに好ましく、15mmol/kg以下であることがよりさらに好ましい。末端OH基は、重合反応時において連鎖移動剤、分子量調整剤として、水酸基を含有する物質を用いることで生ずる。水酸基を含有する物質の量を調整することで、ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度を調整することができる。
水酸基を含有する物質としては、特に限定するものではないが、例えば、水、アルコール、多価アルコール、ジオール、トリオール等が挙げられる。アルコール、多価アルコールとしては、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ペプタノール、オクタノール、ラウリルアルコール、ミリスチルアルコール、セチルアルコール、オレイルアルコール、リノリルアルコール等が挙げられる。また、ジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブチレングリコール、その他ポリジオール等が挙げられる。
ポリアセタール樹脂の末端OH基の定量は、例えば、特開2001−11143号公報に記載された方法によって行うことができる。また、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)に溶解できないポリアセタール樹脂の場合、適宜クロロホルム等の他の溶剤との混合や、加熱することで溶解することができる。
(A)ポリアセタール樹脂として、具体的には、ホルムアルデヒド単量体又はその3量体(トリオキサン)や4量体(テトラオキサン)等のホルムアルデヒドの環状オリゴマーを単独重合して得られる実質上オキシメチレン単位のみからなるポリアセタールホモポリマーや、ホルムアルデヒド単量体又はその3量体(トリオキサン)や4量体(テトラオキサン)等のホルムアルデヒドの環状オリゴマーと、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、エピクロルヒドリン、1,3−ジオキソランや1,4−ブタンジオールホルマール等のグリコールやジグリコールの環状ホルマール等の環状エーテル若しくは環状ホルマールを、共重合させて得られるポリアセタールコポリマーが挙げられる。
ポリアセタールコポリマーとして、ホルムアルデヒドの単量体及び/又はホルムアルデヒドの環状オリゴマーと、単官能グリシジルエーテルとを、共重合させて得られる分岐を有するポリアセタールコポリマー、並びに、多官能グリシジルエーテルとを共重合させて得られる架橋構造を有するポリアセタールコポリマーを用いることもできる。
ポリアセタールコポリマーは、ポリアセタールの繰り返し構造単位とは異なる異種のブロックを有するブロックコポリマーであってもよい。
本実施形態におけるブロックコポリマーとしては、下記式(1)、(2)若しくは(3)のいずれかで表されるブロック成分を少なくとも有するアセタールホモポリマー又はアセタールコポリマー(以下、両者をあわせてブロックコポリマーと記載することがある。)が好ましい。
Figure 0006619015
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式(1)及び(2)中、R1及びR2は、それぞれ独立に、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アリール基及び置換アリール基からなる群より選ばれる1種を示し、複数のR1及びR2は、それぞれ同一であっても異なっていてもよい。
は、アルキル基、置換アルキル基、アリール基及び置換アリール基からなる群より選ばれる1種を示す。
mは1〜6の整数を示し、1〜4の整数が好ましい。
nは1〜10000の整数を示し、10〜2500の整数が好ましい。
上記式(1)で表されるブロック成分は、アルコールのアルキレンオキシド付加物から水素原子を脱離した残基であり、上記式(2)で表されるブロック成分は、カルボン酸のアルキレンオキシド付加物から水素原子を脱離した残基である。
式(1)又は(2)で表されるブロック成分を有するポリアセタールホモポリマーは、例えば、特開昭57−31918号公報に記載の方法で調製できる。
式(3)中、R4は、水素原子、アルキル基、置換アルキル基、アリール基及び置換アリール基からなる群より選ばれる1種を示し、複数のR4はそれぞれ同一であっても異なっていてもよい。
pは2〜6の整数を示し、2つのpは各々同一であっても異なっていてもよい。
q及びrはそれぞれ正の数を示し、qとrとの合計を100モル%とする場合に、qは2〜100モル%、rは0〜98モル%であり、−(CH(CH2CH3)CH2)−単位及び−(CH2CH2CH2CH2)−単位はそれぞれランダム又はブロックで存在する。
下記式(1)、(2)又は(3)のいずれかで表されるブロック成分は、両末端又は片末端に水酸基等の官能基を有するブロック成分を構成する化合物を、ポリアセタールの重合過程でポリアセタールの末端部分と反応させることによりポリアセタール樹脂内に挿入することができる。
ブロックコポリマー中における式(1)、(2)又は(3)で表されるブロック成分の挿入量は特に限定されないが、ブロックコポリマーを100質量%としたとき、例えば、0.001質量%以上30質量%以下である。
成形体の曲げ弾性率を低下させない観点から、該ブロック成分の挿入量は30質量%以下とすることが好ましく、成形体の引張強度の観点から該ブロック成分の挿入量は0.001質量%以上であることが好ましい。
該ブロック成分の挿入量の下限値は、より好ましくは0.01質量%であり、さらに好ましくは0.1質量%であり、よりさらに好ましくは1質量%である。
該ブロック成分の挿入量の上限値は、より好ましくは15質量%であり、さらに好ましくは10質量%であり、よりさらに好ましくは8質量%である。
ブロックコポリマー中のブロック成分の分子量は、10000以下であることが、成形体の曲げ弾性率を低下させない観点から好ましく、より好ましくは8000以下であり、さらに好ましくは5000以下である。
該ブロック成分の分子量の下限値は特に限定されないが、100以上であることが、安定した摺動性を維持し続ける観点から好ましい。
ブロックコポリマー中のブロック成分を形成する化合物は特に限定されないが、具体的には、C1837O(CH2CH2O)401837、C1123CO2(CH2CH2O)30H、C1837O(CH2CH2O)70H、C1837O(CH2CH2O)40Hや、両末端ヒドロキシアルキル化水素添加ポリブタジエンなどが好適に挙げられる。
ブロックコポリマーは、結合形式として、ABA型ブロックコポリマーであることが好ましい。
ABA型ブロックコポリマーとは、式(3)で表されるブロック成分を有するブロックコポリマーであり、具体的には、ポリアセタールセグメントA(以下、Aと記す。)と、両末端がヒドロキシアルキル化された水素添加ポリブタジエンセグメントB(以下、Bと記す。)を、A−B−Aの順で構成させたブロックコポリマーのことを意味する。
式(1)、式(2)又は式(3)で表されるブロック成分は、ヨウ素価20g−I2/100g以下の不飽和結合を有してもよい。不飽和結合としては、特に限定されないが、例えば炭素−炭素二重結合が挙げられる。
式(1)、式(2)又は式(3)で表されるブロック成分を有するポリアセタールコポリマーは、例えば、国際公開第2001/09213号に開示されたポリアセタールブロックコポリマーが挙げられ、該公報に記載の方法により調製できる。
ブロックコポリマーとしてABA型ブロックコポリマーを用いることで、(B)ガラス系充填材の表面との接着性が向上する傾向にある。その結果、成形体の引張破壊応力及び曲げ弾性率を増大させることが可能となる傾向にある。
(A)ポリアセタール樹脂中のブロックコポリマーの比率は、(A)ポリアセタール樹脂全体を100質量%としたとき、好ましくは5質量%以上95質量%以下である。
該ブロックコポリマーの比率の下限値は、より好ましくは10質量%であり、さらに好ましくは20質量%であり、よりさらに好ましくは、25質量%である。
該ブロックコポリマーの比率の上限値は、より好ましくは90質量%であり、さらに好ましくは80質量%であり、よりさらに好ましくは75質量%である。
本実施形態の樹脂組成物における、当該ブロックコポリマーの比率は、H−NMRや13C−NMR等により測定することができる。
<(B)ガラス系充填材>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において使用することができる(B)ガラス系充填材(以下、(B)成分と記載することがある。)としては、特に限定されないが、例えば、ガラス繊維、ガラスビーズ、及びガラスフレーク等が挙げられる。
ガラス繊維としては、例えば、チョップドストランドガラス繊維、ミルドガラス繊維、ガラス繊維ロービング等が挙げられる。中でも、チョップドストランドガラス繊維が、取扱い性及び成形体の機械的強度の観点から好ましい。
(B)ガラス系充填材は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B)ガラス系充填材の粒径、繊維径及び繊維長等は特に限定されず、何れの形態のガラス系充填材を用いてもよいが、表面積が広いことが、(A)ポリアセタール樹脂との接触面積が増え、成形体の耐クリープ性が向上するため好ましい。
チョップドストランドガラス繊維の場合、平均繊維径は、例えば、7μm以上15μm以下である。
該平均繊維径が上記範囲内にあることで、成形体の表面が平滑となり、摺動性の低下を抑制することができる。また、成形体の耐クリープ性を高めることができるとともに、成形時の金型表面の削れ等を防止することができる。
該平均繊維径の下限値は、好ましくは8μmであり、より好ましくは9μmである。
該平均繊維径の上限値は、好ましくは14μmであり、より好ましくは12μmである。
本実施形態において、平均繊維径は、成形体を充分に高い温度(400℃以上)で焼却して樹脂成分を除去したのち、得られた灰分を走査型電子顕微鏡で観察し、直径を測定することにより容易に測定できる。誤差をなくすため、少なくとも100本以上のチョップドストランドガラス繊維の直径を測定して、繊維径の平均値を算出する。
ガラス繊維は、繊維径の異なるガラス繊維を2種以上ブレンドして用いてもよい。
(B)ガラス系充填材は、サイジング剤にて処理され、表面が変性されたものであること、すなわち、サイジング剤を含むことが好ましい。サイジング剤は、収束剤や被膜形成剤と称される場合もあり、充填材の表面を変性する機能を有する物質である。
サイジング剤としては、具体的には、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、及び酸成分等が挙げられる。中でも、少なくとも1種の酸成分を有するサイジング剤を含むことが好ましい。
酸成分としては、例えば、カルボン酸含有不飽和ビニル単量体の単独重合体;カルボン酸含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸含有不飽和ビニル単量体以外の不飽和ビニル単量体を構成単位として含む共重合体;並びに、カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体以外の不飽和ビニル単量体とを構成単位として含む共重合体等のカルボン酸成分が挙げられる。中でも、カルボン酸含有不飽和ビニル単量体及び該カルボン酸含有不飽和ビニル単量体以外の不飽和ビニル単量体を構成単位として含む共重合体を用いることがより好ましい。
サイジング剤は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カルボン酸含有不飽和ビニル単量体として、具体的には、アクリル酸、メタクリル酸、フマル酸、イタコン酸、マレイン酸等が挙げられ、アクリル酸が好ましい。
カルボン酸含有不飽和ビニル単量体として、アクリル酸を用いることで、機械的強度、耐久性をより向上させることができる。
カルボン酸含有不飽和ビニル単量体は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体として、具体的には、マレイン酸又はイタコン酸の無水物等が挙げられる。
カルボン酸無水物含有不飽和ビニル単量体は、1種を単独でも用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
また、前記酸成分は、アクリル酸を含む成分であることが好ましい。
本実施形態における樹脂組成物は、ガラス系充填材表面に樹脂を含む成分が密着しやすい。そのため、樹脂成形体を、ヘキサフルオロイソプロピルアルコール(HFIP)とクロロホルムの1/1(体積比)混合溶媒に溶解させ、上澄み液を除去することで、残渣としてガラス系充填材が得られる。この残渣のガラス系充填材を600℃の熱分解GC−MSで解析すると、酸成分を検出することができる。
なお、(A)ポリアセタール樹脂と、(B)ガラス系充填材の混練押出後のペレットを用いても同様に、酸成分を検出することができる。
本実施形態において(B)ガラス系充填材は、カップリング剤によって表面変性されていてもよい。
カップリング剤は特に限定されず、公知のものを用いることができる。
カップリング剤としては、具体的には、有機シラン化合物、有機チタネート化合物、有機アルミネート化合物等が挙げられる。
カップリング剤は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
有機シラン化合物として、具体的には、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピルメトキシシラン、γ−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エトキシシラン、N−β−(アミノエチル)−γ−アミノプロピルトリメトキシシラン、β−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシシラン、γ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。
中でも、ビニルトリエトキシシラン、ビニル−トリス−(2−メトキシエトキシ)シラン、γ−メタアクリロキシプロピルメトキシシラン、γ−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エトキシシラン、及びγ−グリシドキシプロピルメトキシシランが好ましい。ビニルトリエトキシシラン、γ−グリシドキシプロピルメトキシシラン及びγ−アミノプロピルトリエトキシシランが、経済性と樹脂組成物の熱安定性の観点より好ましい。
有機チタネート化合物として、具体的には、テトラ−i−プロピルチタネート、テトラ−n−ブチルチタネート、ブチルチタネートダイマー、テトラステアリルチタネート、トリエタノールアミンチタネート、チタニウムアセチルアセトネート、チタニウムラクチート、オクチレンブリコールチタネート、イソプロピル(N−アミノエチルアミノエチル)チタネート等が挙げられる。
有機アルミネート化合物として、具体的には、アセトアルコキシアルミニウムジイソプロピレート等が挙げられる。
カップリング剤で表面処理されているガラス系充填材を用いることで、成形体の耐クリープ性がより高まる傾向にあるとともに、成形体の熱安定性がより向上する傾向にある。
<(E)重量平均分子量50万以下のポリエチレン樹脂>
本実施形態の樹脂組成物は、(E)重量平均分子量50万以下のポリエチレン樹脂(以下、(E)ポリエチレン樹脂又は(E)成分と記載することがある。)をさらに含むことが好ましい。
(E)ポリエチレン樹脂は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
重量平均分子量が50万以下であることにより、(A)ポリアセタール樹脂と(B)ガラス系充填材とを、混練させる工程において、不要なシェア発熱を抑え、密着の質を高めやすくなる。これにより、低荷重下での耐久性向上や、金属摺動後の摩耗を低く抑えることが可能となる。
(E)ポリエチレン樹脂の重量平均分子量は、好ましくは1万以上40万以下であり、より好ましくは1.5万以上30万以下であり、さらに好ましくは2万以上20万以下であり、よりさらに好ましくは3万以上15万以下である。
重量平均分子量は以下の方法で測定することができる。ポリアセタール樹脂組成物の試料、又は成形体の一部を切出し、ヘキサフルオロイソプロパノール(以下、HFIPと略す。)中に浸漬し、溶解したポリアセタール樹脂成分をろ別する。なお、HFIPに溶解しない場合は、塩酸分解等でポリアセタール樹脂成分を除去してもよい。
次に、未溶融残渣分をトリクロロベンゼン(以下、TCBと略す。)に140℃で溶解させ、ろ過することでガラス系充填材をろ別する。得られたろ液を用い、ゲル浸透クロマトグラフィー(以下、GPCと略す。)で測定する。用いるカラムとしては、昭和電工(株)製UT−807(1本)と東ソー(株)製GMHHR−H(S)HT(2本)を直列に接続する。移動相としてTCBを用い、試料濃度は20〜30mg(ポリエチレン樹脂)/20ml(TCB)とする。カラム温度を140℃、流量は1.0ml/分とし、示差屈折計を検出器として用い、測定を行う。
重量平均分子量の算出は、ポリメチルメタクリレート(以下、PMMAと略す。)を標準物質として用いて算出する。この際のPMMA標準物質は数平均分子量として、2,000程度から1,000,000程度の範囲で、少なくとも4サンプルを用いる。
(E)ポリエチレン樹脂の含有量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対し、好ましくは0.5質量部以上8質量部以下であり、より好ましくは1質量部以上6質量部以下であり、さらに好ましくは1.5質量部以下5質量部以下である。
該含有量を0.5質量部以上とすることにより、(E)ポリエチレン樹脂の配合による効果を得られやすい。
該含有量を8質量部以下とすることで、(E)ポリエチレン樹脂由来の機械的強度の低下を抑制できる。
(E)ポリエチレン樹脂の含有量は、例えば下記の方法で確認することができる。ポリアセタール樹脂組成物又は成形体を充分に高い温度(400℃以上)で焼却し、樹脂成分を除去する。得られた灰分の重量により、(B)ガラス系充填材の含有量が求められる。
次に、ポリアセタール樹脂組成物又は成形体に含まれるポリアセタール樹脂を塩酸分解し、残渣から先に求めた(B)ガラス系充填材の配合比を引いたものが(E)ポリエチレン樹脂の含有量である。なお、状況に応じ、IR等で他の成分の有無を確認し、追加除去操作をしてもよい。
本実施形態で用いることのできる(E)ポリエチレン樹脂として具体的には、超低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン等が挙げられる。また、5質量%以下のプロピレン、ブテン、オクテン等のコモノマーを含有するエチレン系共重合体等を用いてもよい。
中でも、押出時の温度制御と、物性のバランスの観点から、低密度ポリエチレンが好ましい。
本実施形態で用いることのできる(E)ポリエチレン樹脂は、融点(以下、Tmと略す。)が115℃以下であるものを少なくとも1種の含むことが好ましい。より好ましくはTmが110℃以下である。
Tmが115℃以下であることにより、成形時に、(E)ポリエチレン樹脂は成形体表面に偏在しやすく、(E)ポリエチレン樹脂由来の物性低下を抑制できる。
(E)ポリエチレン樹脂のTmは、ポリアセタール樹脂組成物の試料、又は成形体から切り出した試料4〜6mgを用い、示差走査熱量測定(DSC)で、10℃/分の昇温をした際に得られる吸熱のピーク値を用いる。ポリアセタール樹脂組成物の試料、及び、成形体から切り出した試料は、プレス等で薄片化することが好ましい。
<(F)ホルムアルデヒド捕捉剤>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(F)ホルムアルデヒド捕捉剤を含むことが好ましい。(F)ホルムアルデヒド捕捉剤としては、具体的には、メラミン、ポリアミド系樹脂等のホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、無機酸塩、カルボン酸塩、ヒドラジド化合物等が挙げられる。
前記ホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体は、ホルムアルデヒドと反応可能な窒素原子を分子内に有する重合体又は化合物(単量体)であり、例えば、ナイロン4−6、ナイロン6、ナイロン6−6、ナイロン6−10、ナイロン6−12、ナイロン12等のポリアミド樹脂、及びこれらの重合体が挙げられ、かかる重合体としては、例えば、ナイロン6/6−6/6−10、ナイロン6/6−12が挙げられる。
また、ホルムアルデヒド反応性窒素を含む化合物及びその重合体としては、例えば、アクリルアミド及びその誘導体、アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとの共重合体が挙げられる。アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとの共重合体としては、例えば、アクリルアミド及びその誘導体と他のビニルモノマーとを金属アルコラートの存在下で重合して得られたポリ−β−アラニン共重合体等が挙げられる。
さらに、ホルムアルデヒド反応性窒素を有する重合体又は化合物としては、例えば、アミド化合物、アミノ置換トリアジン化合物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの付加物、アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの縮合物、尿素、尿素誘導体、イミダゾール化合物、イミド化合物も挙げられる。
前記アミド化合物の具体例としては、イソフタル酸ジアミド等の多価カルボン酸アミド、アントラニルアミドが挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物の具体例としては、2,4−ジアミノ−sym−トリアジン、2,4,6−トリアミノ−sym−トリアジン、N−ブチルメラミン、N−フェニルメラミン、N,N−ジフェニルメラミン、N,N−ジアリルメラミン、ベンゾグアナミン(2,4−ジアミノ−6−フェニル−sym−トリアジン)、アセトグアナミン(2,4−ジアミノ−6−メチル−sym−トリアジン)、2,4−ジアミノ−6−ブチル−sym−トリアジンが挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの付加物の具体例としては、N−メチロールメラミン、N,N'−ジメチロールメラミン、N,N',N"−トリメチロールメラミンが挙げられる。
前記アミノ置換トリアジン化合物とホルムアルデヒドとの縮合物の具体例としては、メラミン・ホルムアルデヒド縮合物が挙げられる。
前記尿素誘導体としては、例えば、N−置換尿素、尿素縮合体、エチレン尿素、ヒダントイン化合物、ウレイド化合物が挙げられる。
前記N−置換尿素の具体例としては、アルキル基等の置換基が置換したメチル尿素、アルキレンビス尿素、アリール置換尿素が挙げられる。
前記尿素縮合体の具体例としては、尿素とホルムアルデヒドとの縮合体が挙げられる。
前記ヒダントイン化合物の具体例としては、ヒダントイン、5,5−ジメチルヒダントイン、5,5−ジフェニルヒダントインが挙げられる。
前記ウレイド化合物の具体例としては、アラントインが挙げられる。
前記イミド化合物の具体例としては、スクシンイミド、グルタルイミド、フタルイミドが挙げられる。
これらのホルムアルデヒド反応性窒素を有する重合体又は化合物は、一種のみを単独で用いてもよく、二種以上を併用してもよい。
(F)ホルムアルデヒド捕捉剤の添加量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、ホルムアルデヒド捕捉剤は、0.01〜5質量部であることが好ましい。(F)ホルムアルデヒド捕捉剤の添加量は、(F)ホルムアルデヒド捕捉剤がホルムアルデヒド反応性窒素を含む重合体の場合、0.01質量部以上3質量部、(F)ホルムアルデヒド捕捉剤がアルカリ土類金属の脂肪酸塩の場合、0.01質量部〜1質量部の範囲であることがより好ましい。
ヒドラジド化合物としては、窒素原子間の単結合を有するヒドラジン構造(N−N)を有するものであれば、特に限定されず、公知のものを使用できる。
ヒドラジド化合物としては、例えば、ヒドラジン;ヒドラジン水和物;コハク酸モノヒドラジド、グルタル酸モノヒドラジド、アジピン酸モノヒドラジド、ピメリン酸モノヒドラジド、スペリン酸モノヒドラジド、アゼライン酸モノヒドラジド、セバシン酸モノヒドラジド等のカルボン酸モノヒドラジド;蓚酸ジヒドラジド、マロン酸ジヒドラジド、コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スペリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド等の飽和脂肪族カルボン酸ジヒドラジド;マレイン酸ジヒドラジド、フマル酸ジヒドラジド、イタコン酸ジヒドラジド等のモノオレフィン性不飽和ジカルボン酸のジヒドラジド;イソフタル酸ジヒドラジド、フタル酸ジヒドラジド、2,6−ナフタレンジカルボジヒドラジド等の芳香族カルボン酸ジヒドラジド;ピロメリット酸のジヒドラジド;トリマー酸トリヒドラジド、シクロヘキサントリカルボン酸トリヒドラジド、ベンゼントリカルボン酸トリヒドラジド、ニトリロトリ酢酸トリヒドラジド、クエン酸トリヒドラジド等のトリヒドラジド;ピロメリット酸テトラヒドラジド、ナフトエ酸テトラヒドラジド、エチレンジアミンテトラ酢酸テトラヒドラジド、1,4,5,8−ナフトエ酸テトラヒドラジド等のテトラヒドラジド;カルボン酸低級アルキルエステル基を有する低重合体をヒドラジン又はヒドラジン水化物(ヒドラジンヒドラート)と反応させることにより得られるポリヒドラジド等のポリヒドラジド;炭酸ジヒドラジド;ビスセミカルバジド;ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等のジイソシアネート及びそれらから誘導されるポリイソシアネート化合物にN,N−ジメチルヒドラジン等のN,N−置換ヒドラジン及び/又は上記例示のヒドラジドを過剰に反応させて得られる多官能セミカルバジド;上記ポリイソシアネート化合物とポリエーテルポリオール類又はポリエチレングリコールモノアルキルエーテル類等の親水性基を含む活性水素化合物との反応物中のイソシアネート基に、上記のいずれかのジヒドラジドを過剰に反応させて得られる水系多官能セミカルバジド;上記多官能セミカルバジドと上記水系多官能セミカルバジドとの混合物;ビスアセチルジヒドラゾン等が挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物を構成するヒドラジド化合物としては、カルボン酸ヒドラジドであることが好ましく、飽和脂肪族カルボン酸ヒドラジドであることがより好ましい。
飽和脂肪族カルボン酸ヒドラジドとしては、例えば、コハク酸モノヒドラジド、グルタル酸モノヒドラジド、アジピン酸モノヒドラジド、ピメリン酸モノヒドラジド、スペリン酸モノヒドラジド、アゼライン酸モノヒドラジド、セバシン酸モノヒドラジド等のカルボン酸モノヒドラジド;コハク酸ジヒドラジド、グルタル酸ジヒドラジド、アジピン酸ジヒドラジド、ピメリン酸ジヒドラジド、スペリン酸ジヒドラジド、アゼライン酸ジヒドラジド、セバシン酸ジヒドラジド、ドデカン二酸ジヒドラジド等のカルボン酸ジヒドラジドが挙げられる。
ポリアセタール樹脂組成物を構成するヒドラジド化合物の含有量は、上述したポリアセタールホモポリマー100質量部に対して、0.01〜5質量部である。
0.01質量部未満であると、ホルムアルデヒドの放出量が増加する傾向にあり、5質量部よりも多いと、自動車用部品の製造において、金型でのモールドデポジットの生成やしやすくなる傾向にある。
上記ポリアセタール樹脂100質量部に対して、上記ヒドラジド化合物は、0.03〜0.2質量部であることが好ましく、0.04〜0.2質量部であることがより好ましく、0.05〜0.1質量部であることがさらに好ましい。
なお、得られるポリアセタール樹脂組成物中には、カルボン酸ジヒドラジドからの反応生成物が含まれてもよい。そのような反応生成物としては、たとえば、カルボン酸ジヒドラジドとホルムアルデヒドとの反応生成物が挙げられる。
<(G)耐候剤>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、(G)耐候剤を含むことが好ましい。(G)耐候剤としては、具体的には、ヒンダードアミン系安定剤や紫外線吸収剤等が挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、ヒンダードアミン系安定剤0.01〜5質量部および/または紫外線吸収剤0.01〜5質量部、をさらに含むことが好ましい。
(ヒンダードアミン系安定剤)
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、0.01〜5質量部のヒンダードアミン系安定剤を含有することが好ましい。ヒンダードアミン系安定剤としては、特に限定されないが、例えば、立体障害性基を有するピペリジン誘導体が挙げられる。立体障害性基を有するピペリジン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、エステル基含有ピペリジン誘導体、エーテル基含有ピペリジン誘導体及びアミド基含有ピペリジン誘導体が挙げられる。本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、特定量のヒンダードアミン系安定剤を含むことにより、特に、流動性、成形体の耐衝撃性などの機械的特性、及び耐候性(光安定性)に優れたものとなる。
エステル基含有ピペリジン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、脂肪族アシルオキシピペリジン、芳香族アシルオキシピペリジン、脂肪族ジ又はトリカルボン酸−ビス又はトリスピペリジルエステル、及び芳香族ジ、トリ又はテトラカルボン酸−ビス、トリス又はテトラキスピペリジルエステルが挙げられる。脂肪族アシルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−アセトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−ステアロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、4−アクリロイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのC2−20脂肪族アシルオキシ−テトラメチルピペリジンが挙げられる。芳香族アシルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−ベンゾイルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのC7−11芳香族アシルオキシテトラメチルピペリジンが挙げられる。脂肪族ジ又はトリカルボン酸−ビス又はトリスピペリジルエステルの具体例としては、特に限定されないが、例えば、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)オギザレート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)マロネート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)[[3,5−ビス(1,1−ジメチルエチル)−4−ヒドロキシフェニル]メチル]ブチルマロネート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アジペート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)アジペート、ビス(1−メチル−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)アジペート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(1−オクチルオキシ−2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルセパケート、デカン二酸ビス(2,2,6,6−テトラメチル−1−(オクチルオキシ)−4−ピペリジニル)エステルなどのC2−20脂肪族ジカルボン酸−ビスピペリジルエステルが挙げられる。芳香族ジ、トリ又はテトラカルボン酸−ビス、トリス又はテトラキスピペリジルエステルの具体例としては、特に限定されないが、例えば、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)テレフタレート、トリス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ベンゼン−1,3,5−トリカルボキシレートなどの芳香族ジ又はトリカルボン酸−ビス又はトリスピペリジルエステルが挙げられる。上記の他にも、テトラキス(1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジル)1,2,3,4−ブタンテトラカルボキシレートもエステル基含有ビペリジン誘導体として例示される。なお、本明細書において「Ca−b」は炭素数がa〜b(a、bは整数を示す。)であることを意味し、例えば「C2−20」は炭素数が2〜20であることを意味する。
エーテル基含有ピペリジン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、C1−10アルコキシピペリジン、C5−8シクロアルキルオキシピペリジン、C6−10アリールオキシピペリジン、C6−10アリール−C1−4アルキルオキシピペリジン、及びアルキレンジオキシビスピペリジンが挙げられる。C1−10アルコキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−メトキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのC1−6アルコキシ−テトラメチルピペリジンが挙げられる。C5−8シクロアルキルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−シクロヘキシルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。C6−10アリールオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−フェノキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。C6−10アリール−C1−4アルキルオキシピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、4−ベンジルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンが挙げられる。アルキレンジオキシビスピペリジンの具体例としては、特に限定されないが、例えば、1,2−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジルオキシ)エタンなどのC1−10アルキレンジオキシビスピペリジンが挙げられる。
アミド基含有ピペリジン誘導体としては、特に限定されないが、例えば、4−(フェニルカルバモイルオキシ)−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンなどのカルバモイルオキシピペリジン、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)ヘキサメチレン−1,6−ジカルバメートなどのカルバモイルオキシ置換アルキレンジオキシ−ビスピペリジンが挙げられる。
また、ヒンダードアミン系安定剤として、特に限定されないが、例えば、コハク酸ジメチル−1−(2−ヒドロキシエチル)−4−ヒドロキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン重縮合物、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとトリデシルアルコールとの縮合物、並びに、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β’,β’−テトラメチル−3,9−(2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5,5]ウンデカン)−ジエタノールとの縮合物などの高分子量のピペリジン誘導体重縮合物を用いることもできる。
その他にも、ヒンダードアミン系安定剤として、特に限定されないが、例えば、N,N’,N’’,N’’−テトラキス−(4,6−ビス−(ブチル−(N−メチル−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−4−イル)アミノ)−トリアジン−2−イル)−4,7−ジアザデカン−1,10−ジアミン、1−[2−{3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオニルオキシ}エチル]−4−{3−(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒロドキシフェニル)プロピオニルオキシ}−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン、及び、過酸化処理した4−ブチルアミノ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジンと2,4,6−トリクロロ−1,3,5−トリアジンとの反応生成物とシクロヘキサンとの反応生成物と、N,N’−エタン−1,2−ジイルビス(1,3−プロパンジアミン)と、の反応生成物が挙げられる。
ヒンダードアミン系安定剤は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて用いられる。本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において、ヒンダードアミン系安定剤の含有量は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01〜5質量部であり、より好ましくは0.1〜2質量部、さらに好ましくは0.1〜1.5質量部である。ヒンダードアミン系安定剤の含有量を上記範囲に調整することで、ポリアセタール樹脂組成物から得られる成形品(例えば、自動車部品)は、さらに優れた外観を保持することが可能となる。
(紫外線吸収剤)
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、0.01〜5質量部の紫外線吸収剤を含有することが好ましい。上記特定量の紫外線吸収剤を含有することにより、そのポリアセタール樹脂組成物から得られる成形品(例えば、自動車部品)は、耐候性(光安定性)が向上する。紫外線吸収剤としては、特に限定されないが、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、シュウ酸アニリド系化合物、及びヒドロキシフェニル−1,3,5−トリアジン系化合物が挙げられる。
ベンゾトリアゾール系化合物としては、特に限定されないが、例えば、2−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−ブチルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジ−t−アミルフェニル)ベンゾトリアゾール、2−(2’−ヒドロキシ−3’,5’−ジイソアミルフェニル)ベンゾトリアゾールなどのヒドロキシル基とアルキル基(好ましくはC1−6アルキル基)置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類;2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]ベンゾトリアゾールなどのヒドロキシル基とアラルキル基又はアリール基置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類;2−(2’−ヒドロキシ−4’−オクトキシフェニル)ベンゾトリアゾールなどのヒドロキシル基とアルコキシ基(好ましくはC1−12アルコキシ基)置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類が挙げられる。ベンゾトリアゾール系化合物としては、上記の中でも、ヒドロキシル基とC3−6アルキル基置換C6−10アリール基(特にフェニル基)とを有するベンゾトリアゾール類、並びに、ヒドロキシル基とC6−10アリール−C1−6アルキル基(特にフェニルC1−4アルキル基)置換アリール基とを有するベンゾトリアゾール類が好ましい。
ベンゾフェノン系化合物としては、特に限定されないが、例えば、複数のヒドロキシル基を有するベンゾフェノン類;ヒドロキシル基とアルコキシ基(好ましくはC1−16アルコキシ基)とを有するベンゾフェノン類が挙げられる。複数のヒドロキシル基を有するベンゾフェノン類の具体例としては、特に限定されないが、例えば、2,4−ジヒドロキシベンゾフェノンなどのジ、トリ又はテトラヒドロキシベンゾフェノン;2−ヒドロキシ−4−ベンジルオキシベンゾフェノンなどのヒドロキシル基とヒドロキシル置換アリール又はアラルキル基とを有するベンゾフェノン類が挙げられる。また、ヒドロキシル基とアルコキシ基とを有するベンゾフェノン類の具体例としては、特に限定されないが、例えば、2−ヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−オクトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4−メトキシベンゾフェノン、2,2’−ジヒドロキシ−4,4’−ジメトキシベンゾフェノン、2−ヒドロキシ−4−メトキシ−5−スルホベンゾフェノンが挙げられる。ベンゾフェノン系化合物としては、上記の中でも、ヒドロキシル基とヒドロキシル基置換C6−10アリール基又はC6−10アリール−C1−4アルキル基とを有するベンゾフェノン類、特に、ヒドロキシル基とヒドロキシル基置換フェニルC1−2アルキル基とを有するベンゾフェノン類が好ましい。
シュウ酸アニリド系化合物としては、特に限定されないが、例えば、N−(2−エチルフェニル)−N’−(2−エトキシ−5−t−ブチルフェニル)シュウ酸ジアミド、N−(2−エチルフェニル)−N’−(2−エトキシ−フェニル)シュウ酸ジアミドが挙げられる。
ヒドロキシフェニル−1,3,5−トリアジン系化合物としては、特に限定されないが、例えば、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−メトキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−エトキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−プロポキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−ブトキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−ヘキシルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−オクチルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジン、2,4−ジフェニル−6−(2−ヒドロキシ−4−ドデシルオキシフェニル)−1,3,5−トリアジンが挙げられる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物において、紫外線吸収剤の含有量は、ポリアセタール樹脂100質量部に対して、好ましくは0.01〜5質量部であり、より好ましくは0.1〜2質量部であり、さらに好ましくは0.1〜1.5質量部である。
上記の中でも、ヒンダードアミン系安定剤としては、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)セバケート、ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジル)−セバケート、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸と1,2,2,6,6−ペンタメチル−4−ピペリジノールとβ,β,β’,β’−テトラメチル−3,9−(2,4,8,10−テトラオキサビス[5,5’]ウンデカン)ジエタノールとの縮合物が特に好ましく、紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系化合物がより好ましく、2−[2’−ヒドロキシ−3’,5’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)フェニル]ベンゾトリアゾールが特に好ましい。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、紫外線吸収剤とヒンダードアミン系安定剤とを含有することが好ましい。この場合、ヒンダードアミン系安定剤と紫外線吸収剤との割合は、前者/後者(質量比)で10/90〜80/20が好ましく、より好ましくは10/90〜70/30、さらに好ましくは20/80〜60/40の範囲である。
<安定剤>
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、本発明の目的を損なわない範囲で、通常ポリアセタール樹脂組成物に使用されている各種安定剤を含んでもよい。
安定剤としては特に限定されないが、具体的には、酸化防止剤、ギ酸の捕捉剤等が挙げられる。
安定剤は1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
酸化防止剤としては、成形体の熱安定性向上の観点から、ヒンダードフェノール系酸化防止剤が好ましい。ヒンダードフェノール系酸化防止剤としては、特に限定されるものではなく、公知のものが適宜使用可能である。
酸化防止剤の添加量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して0.1質量部以上2質量部以下が好ましい。
ギ酸の捕捉剤として、具体的には、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物、無機酸塩、カルボン酸塩等が挙げられる。
より具体的には、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム、珪酸カルシウム、硼酸カルシウム、脂肪酸カルシウム塩(ステアリン酸カルシウム、ミリスチン酸カルシウム等)等が挙げられる。これらの脂肪酸は、ヒドロキシル基で置換されていてもよい。
ギ酸の捕捉剤の添加量は、(A)ポリアセタール樹脂100質量部に対して、ホルムアルデヒド、ギ酸の捕捉剤であるホルムアルデヒド反応性窒素を含む重合体が0.1質量部以上3質量部以下、アルカリ土類金属の脂肪酸塩が0.1質量部以上1質量部以下の範囲であると好ましい。
<その他の成分>
本実施形態のポリアセタール樹脂の成形体は、本発明の目的を損なわない範囲で、従来ポリアセタール樹脂組成物に使用されている公知の、ガラス系充填材以外の充填材(タルク、ウォラストナイト、マイカ、炭酸カルシウム等)、導電性付与剤(カーボンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ等)、着色剤(酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄、酸化アルミニウム、有機染料等)、摺動付与剤(各種エステル系化合物、有機酸の金属塩等)、紫外線吸収剤、光安定剤、滑材等の各種安定剤も含有することができる。
その他の成分の添加量は、ガラス繊維以外の充填材、導電性付与剤、着色剤については、ポリアセタール樹脂を100質量%とした場合に、好ましくは30質量%以下であり、摺動付与剤、紫外線吸収剤、光安定剤、滑材については、ポリアセタール樹脂100質量%に対して、好ましくは5質量%以下である。
その他の成分は、1種を単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<成形体の製造方法>
本実施形態の成形体は、公知の方法による製造することができる。具体的には、一軸又は多軸混練押出機、ロール、バンバリーミキサー等により、以下のように原料成分を混合及び溶融混練し、成形することにより製造することができる。中でも、減圧装置・サイドフィーダー設備を装備した2軸押出機が好ましく使用できる。
原料成分を混合及び溶融混練する方法としては、特に限定されず、当業者が周知の方法を利用できる。具体的には、(A)成分及び(B)成分を、予めスーパーミキサー、タンブラー、V字型ブレンダー等で混合し、二軸押出機で一括溶融混練する方法、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法等が挙げられる。これらはいずれも利用できるが、本実施形態の成形体の機械的物性を高めるためには、(A)成分を二軸押出機メインスロート部に供給し溶融混練しつつ、押出機の途中から(B)成分を添加する方法が好ましい。最適な条件は、押出機の大きさによって変動するため、当業者の調整可能な範囲で適宜調整することが好ましい。より好ましくは、押出機のスクリューデザインに関しても、当業者に調整可能な範囲で種々調整する。
(E)成分を配合する場合には、押出機の途中から添加することもできるが、メインスロート部から供給することが好ましい。
このような製法を取ることで、樹脂温度上昇を抑え、密着の質を向上する効果が得られる。
本実施形態における成形体を得るための成形方法については、特に限定されず、公知の成形方法を利用できる。具体的には、押出成形、射出成形、真空成形、ブロー成形、射出圧縮成形、加飾成形、他材質成形、ガスアシスト射出成形、発泡射出成形、低圧成形、超薄肉射出成形(超高速射出成形)、金型内複合成形(インサート成形、アウトサート成形)等の成形方法のいずれかによって成形することができる。
本実施形態の成形体は、成形直前のポリアセタール樹脂組成物を105℃、3時間で加熱した後の、該成形直前のポリアセタール樹脂組成物からの重量減少率が、0.15%以下であることが好ましい。重量減少率は、より好ましくは0.12%以下であり、さらに好ましくは0.10%以下である。重量減少率が0.15%以下であることにより、さらに機械強度や耐久性を向上させることができる。
重量減少率を0.15%以下にする方法として、成形直前にポリアセタール樹脂組成物ペレットを100℃、2時間の乾燥を行ってから用いる方法や、押出時にストランドの温度を100℃以上になるように、ストランドバス温度、ストランドバスの浸漬長を管理し、その後、製品タンク内に除湿エアを供給し、さらには吸湿防止のポリエチレン内袋付の紙袋を使用することで、前記のポリアセタール樹脂組成物ペレットを準備することができる。
[用途]
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物は、機械的強度及び耐久性が要求される成形体の原料として使用することができる。
本実施形態の成形体は自動車用部品として好適に使用でき、特に他の部材と接触するギアやプーリーとしての役割を担う部品に好適に使用できる。
これら以外にも、ポリアセタール樹脂の用途として公知の用途に適用できる。具体的には、カム、スライダー、レバー、アーム、クラッチ、フェルトクラッチ、アイドラギアー、ローラー、コロ、キーステム、キートップ、シャッター、リール、シャフト、関節、軸、軸受け、戸車、ガイド等に代表される機構部品;アウトサート成形の樹脂部品、インサート成形の樹脂部品、シャーシ、トレー、側板、自動車部品として、ドアロック、ドアハンドル、ウインドウレギュレータ、ウインドウレギュレータワイヤードラム、スピーカーグリル、ガラスホルダー等に代表されるドア廻り部品;シートベルト用スリップリング、プレスボタン等に代表されるシートベルト周辺部品;コンビスイッチ部品、スイッチ類、クリップ類等の部品ガソリンタンク、フュエルポンプモジュール、バルブ類、ガソリンタンクフランジ等に代表される燃料廻り部品、プリンター、及び複写機に代表されるオフィスオートメーション機器用部品;デジタルビデオカメラ、デジタルカメラ等の映像機器用部品;CD、DVD、Blu−ray(登録商標) Disc、その他光デイスクのドライブ;ナビゲーションシステム及びモバイルパーソナルコンピュータに代表される音楽、映像又は情報機器、携帯電話及びファクシミリに代表される通信機器用部品;電気機器用部品;電子機器用部品等に適用できる。また、その他用品として筆記具のペン先、芯を出し入れする機構部品;洗面台、排水口、排水栓開閉機構部品;衣料用のコードストッパー、アジャスター、ボタン;散水用のノズル、散水ホース接続ジョイント;階段手すり部、及び床材の支持具である建築用品;玩具、ファスナー、チェーン、コンベア、バックル、スポーツ用品、自動販売機(開閉部ロック機構、商品排出機構部品)、家具、楽器、住宅設備機器部品等が挙げられる。
以下、実施例及び比較例により本実施形態を具体的に説明するが、本実施形態はその要旨を超えない限り、これらの実施例及び比較例に限定されるものではない。
実施例及び比較例で用いたポリアセタール樹脂組成物及び成形体の製造条件と評価項目は以下のとおりである。
(1)押出
(製法1)
スクリュー径Dに対するスクリュー長さLの比(L/D)=48(バレル数12)であり、第6バレルと第8バレルにサイドフィーダーを有し、第11バレルに真空ベントを備えた同方向回転二軸押出機(東芝機械(株)製TEM−48SS押出機)を用いた。第1バレルを水冷し、第2〜5バレルを210℃、第6〜12バレルを180℃に設定した。
押出に用いたスクリューは以下のデザインとした。第1〜4バレルの位置にフライトスクリュー(以下、FSと略す。)を配し、第5バレルの位置に送り能力を有するニーディングディスク(以下、RKDと略す。)2枚、送り能力のないニーディングディスク(以下、NKDと略す。)2枚、及び逆方向への送り能力を有するニーディングディスク(以下、LKDと略す。)1枚をこの順に配した。第6〜第8バレルの位置にFSを配し、第9バレルの位置にRKDとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配した。
ガラス系充填材を第6バレルのサイドフィーダーより供給し、スクリュー回転数150rpmとし、総押出量を70kg/hとして押出を行った。
(製法2)
ガラス系充填材を第8バレルのサイドフィーダーより供給とした他は、製法1と同じ条件で押出を行った。
(製法3)
第9バレルの位置に順ネジ切欠きスクリュー36/36/TとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配した他は、製法1と同じ条件で押出を行った。
(製法4)
第6バレルを210℃に設定した他は、製法3と同じ条件で押出を行った。
(製法5)
用いたポリアセタール樹脂の20%を第8バレルのサイドフィーダーより供給した他は、製法4と同じ条件で押出を行った。
(製法6)
用いたポリアセタール樹脂の35%を第8バレルのサイドフィーダーより供給した他は、製法4と同じ条件で押出を行った。
(製法7)
用いたポリアセタール樹脂の50%を第8バレルのサイドフィーダーより供給した他は、製法4と同じ条件で押出を行った。
(製法8)
第9バレルの位置に順ネジ切欠きスクリュー36/36/TとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配した他は、製法4と同じ条件で押出を行った。
(製法9)
第9バレルの位置に順ネジ切欠きスクリュー36/36/TとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配し、用いたポリアセタール樹脂の20%を第8バレルのサイドフィーダーより供給した他は、製法4と同じ条件で行った。
(製法10)
第11バレルの真空ベントの真空度を−0.08MPaとした他は、製法9と同じ条件で行った。
(製法11)
製法10で作成したペレットを、成形直前に100℃で2時間乾燥させてから用いた。
(製法12)
スクリュー径Dに対するスクリュー長さLの比(L/D)=52(バレル数13)であり、第6バレルと第9バレルにサイドフィーダーを有し、第11バレルに真空ベントを備えた同方向回転二軸押出機(コペリオン(株)製ZSK45MC18押出機)を用いた。第1バレルを水冷し、第2〜6バレルを210℃、第7〜13バレルを180℃に設定した。
押出に用いたスクリューは以下のデザインとした。第1〜4バレルの位置にフライトスクリュー(以下、FSと略す。)を配し、第5バレルの位置に送り能力を有するニーディングディスク(以下、RKDと略す。)2枚、送り能力のないニーディングディスク(以下、NKDと略す。)2枚、及び逆方向への送り能力を有するニーディングディスク(以下、LKDと略す。)1枚をこの順に配した。第6〜第9バレルの位置にFSを配し、第10バレルの位置にSMEとNKDを1枚ずつこの順に配し、第10〜第11バレルの位置にFSを配した。用いたポリアセタール樹脂の20%を第8バレルのサイドフィーダーより供給した。また、第11バレルの真空ベントの真空度を−0.08MPaとした。更に、総押出量を70kg/hのまま、スクリュー回転数を100rpmに下げることで、より長時間押出機内で滞留させ、かつ不要な発熱をおさえた押出を行った。
(2)成形体の作製
射出成形機(EC−75NII、東芝機械(株)製)を用いて、シリンダー温度設定を205℃に設定し、射出時間35秒、冷却時間15秒の射出条件で成形することにより、ISO294−2に準拠した小型引張試験片形状の成形体を得た。金型温度は90℃とした。ISO294−2に準拠した小型引張試験片形状の成形体を下記(3)、(5)及び(9)の各測定において用いた。
また、JIS K7139−5Aに準拠した小型引張試験片形状の成形体を得た。金型温度は90℃とした。JIS K7139−5Aに準拠した小型引張試験片形状の成形体を下記(6)クリープ破断時間の測定に用いた。
さらに、射出成形機(FANUC Roboshot(登録商標)i50B型、ファナック(株)製)を用いて、シリンダー温度設定を200℃に設定し、射出圧力及び保圧は100MPa、金型温度80℃の条件で成形し、樹脂製歯車(直径φ50mm、モジュール=1.0、歯数=50、歯幅8mm、幅1.5mmのリム部を有する平歯車)を射出成形により製造し、下記(4)の測定において用いた。
(3)引張破壊応力
上記(2)で得られた成形体を用い、ISO527−1に準拠して、引張速度5mm/分で引張試験を行い、引張破壊応力を測定した。
(4)ギア耐久性
歯車耐久試験機(高トルクギア耐久試験機NS−1、(有)中川製作所製)を用いて、樹脂製歯車の耐久性を測定した。
金属歯車(直径φ50mm、モジュール=1.0、歯数=50、歯幅20mm)を相手歯車とし、一定の作動トルクを付加し、樹脂製歯車が破壊するまでの時間(時間:hour)を測定した。
高荷重ギア耐久性は、作動トルクを19.1N・mで行った。回転数は1000rpmとした。試験は23℃、湿度50%の恒温室にて行った。樹脂製歯車が破壊するまでの時間が長いほど、ギア耐久性が良好と判断した。
一方、低荷重ギア耐久性は、作動トルクを5.0N・mで行い、他の条件は高荷重ギア耐久性と同様に行った。
(5)対SUS304ボール耐摩耗深さ及び対SUS304ボール動摩擦係数
上記(2)で得られた成形体を用いて、ボールオンディスク型往復動摩擦摩耗試験機(AFT−15MS型、東洋精密(株)製)により対SUS304ボール耐摩耗深さ及び対SUS304ボール動摩擦係数を測定した。23℃、湿度50%の環境下で、荷重19.6N、線速度30mm/秒、往復距離20mm、往復回数5,000回の条件で、摺動試験を行った。ボール材料は、SUS304ボール(直径5mmの球)を用いた。摺動試験後のサンプルの摩耗量(摩耗深さ)を、共焦点顕微鏡(OPTELICS(登録商標)H1200、レーザーテック(株)社製)を用いて測定した。対SUS304ボール摩耗深さはn=5で測定した数値の平均値とした。数値が低い方が耐摩耗性に優れる。
(6)着色後の物性保持率
(1)押出時に、トップの原料として、さらに着色剤としてカーボンブラック0.5wt%を配合させて混練させた。カーボンブラックの有無のそれぞれについてサンプルを(3)の引張試験を行い、カーボンブラック無サンプルの引張破壊応力/カーボンブラック有サンプルの引張破壊応力×100を着色後の物性保持率(%)とした。
(7)(D)残渣の強熱減量
(1)押出後のペレット400mgを、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)25mLとクロロホルム25mLの混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱した。この上澄み溶液を95%以上除去した。得られた残渣を、HFIP5mLとクロロホルム5mLの混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液を95%以上除去した(洗浄工程)。該洗浄工程を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得た。これを、真空乾燥により、30℃、5時間乾燥させることで(D)残渣を得た。
(D)残渣の強熱減量は、熱重量分析(TGA)にて算出した。装置としては、パーキンエルマー社製のPris1 TGAを用い、条件としては、(D)残渣30〜50mgを用い、以下の(a)〜(d)の温度プロファイルでの加熱を実施した。
(a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温した。
(b)105℃で30分保持した。
(c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温した。
(d)625℃で30分保持した。
強熱減量は、(b)の質量から、(d)の質量を差し引いたものを、測定に用いた(D)残渣の質量で除したものを100倍したものである。
(8)(D’)残渣の強熱減量
(1)押出後のペレット400mgを、50mLの蒸留水に浸漬させ、80℃で1週間加熱した。この水を除去し、真空乾燥により30℃、5時間乾燥させた。その後、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)25mLとクロロホルム25mLの混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱した。この上澄み溶液を95%以上除去した。得られた残渣を、HFIP5mLとクロロホルム5mLの混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液を95%以上除去した(洗浄工程)。該洗浄工程を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得た。これを、真空乾燥により、30℃、5時間乾燥させることで(D’)残渣を得た。
(D’)残渣の強熱減量は、熱重量分析(TGA)にて算出した。装置としては、パーキンエルマー社製のPris1 TGAを用い、条件としては、(D’)残渣30〜50mgを用い、以下の温度プロファイルでの加熱を実施した。
(a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温した。
(b)105℃で30分保持した。
(c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温した。
(d)625℃で30分保持した。
強熱減量は、(b)の質量から、(d)の質量を差し引いたものを、測定に用いた(D’)残渣の質量で除したものを100倍したものである。
(9)熱水浸漬後の強度保持率
上記(2)で得られた成形体を用い、蒸留水に浸漬させ、80℃で1週間加熱した。その後、ISO527−1に準拠して、引張速度5mm/分で引張試験を行い、引張破壊応力を測定し、(3)で測定した引張破壊応力を基準とした強度保持率を求めた。
実施例及び比較例に用いたポリアセタール樹脂組成物及び成形体の原料成分を以下に説明する。
(A)ポリアセタール樹脂は、以下の(A1)〜(A5)を用いた。
(A1)
熱媒を通すことができるジャッケット付きの2軸セルフクリーニングタイプの重合機(L/D=8(L:重合機の原料供給口から排出口までの距離(m)、D:重合機の内径(m)。以下、同じ。))を80℃に調整した。前記重合機に、トリオキサンを4kg/時間、コモノマーとして1,3−ジオキソランを128.3g/時間(トリオキサン1molに対して、3.9mol%)、連鎖移動剤としてメチラールを得られるポリアセタール樹脂の数平均分子量が60,000になるような量で添加した。
さらに、前記重合機に、重合触媒として三フッ化硼素ジ−n−ブチルエーテラートをトリオキサン1molに対して1.5×10−5molで連続的に添加し重合を行った。
重合機より排出されたポリアセタールコポリマーをトリエチルアミン0.1%水溶液中に投入し重合触媒の失活を行った。
重合触媒の失活を行ったポリアセタールコポリマーを、遠心分離機でろ過し、ポリアセタールコポリマー100質量部に対して、第4級アンモニウム化合物として水酸化コリン蟻酸塩(トリエチル−2−ヒドロキシエチルアンモニウムフォルメート)を含有した水溶液1質量部を添加して、均一に混合した後、120℃で乾燥した。ここで、水酸化コリン蟻酸塩の添加量は、窒素量に換算して20質量ppmとした。なお、水酸化コリン蟻酸塩の添加量の調整は、添加する水酸化コリン蟻酸塩を含有した水溶液中の水酸化コリン蟻酸塩の濃度を調整することにより行った。
乾燥後のポリアセタールコポリマーをベント付き2軸スクリュー式押出機に供給した。押出機中の溶融しているポリアセタールコポリマー100質量部に対して水を0.5質量部添加し、押出機設定温度200℃、押出機における滞留時間7分で、ポリアセタールコポリマーの不安定末端部分の分解除去を行った。
不安定末端部分が分解されたポリアセタールコポリマーに、酸化防止剤としてトリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]0.3質量部を添加し、ベント付き押出機で真空度20Torrの条件下で脱揮しながら、押出機ダイス部よりストランドとして押出し、ペレタイズした。
このようにしてポリアセタール樹脂(A1)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A1)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは10g/10分であり、末端OH基の濃度は、1.6mmol/kgであった。
(A2)
(A1)の方法において、連鎖移動剤としてエチレングリコールを用い、かかるエチレングリコールをトリオキサン1モルに対し1×10−3モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A2)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A2)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは10g/10分であり、末端OH基の濃度は、4.5mmol/kgであった。
(A3)
(A1)の方法において、連鎖移動剤としてエチレングリコールを用い、かかるエチレングリコールをトリオキサン1モルに対し、3×10−3モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A3)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A3)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは35g/10分であり、末端OH基の濃度は、14.5mmol/kgであった。
(A4)
(A1)の方法で、連鎖移動剤としてエチレングリコールを用い、かかるエチレングリコールをトリオキサン1モルに対し、1.0×10-2モルとした。このようにしてポリアセタール樹脂(A)を得た。また、ポリアセタール樹脂(A)のJIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは70g/10分であり、末端OH基の濃度は、60.0mmol/kgであった。
(A5)
ポリアセタールブロックコポリマーは、次のようにして調製した。
熱媒を通すことのできるジャケット付きの2軸パドル型連続重合機を80℃に調整した。トリオキサンを40モル/時間、環状ホルマールとして1,3−ジオキソランを2モル/時間、重合触媒としてシクロヘキサンに溶解させた三フッ化ホウ素ジ−n−ブチルエーテラートをトリオキサン1モルに対し5×10−5モルとなる量、連鎖移動剤として下記式(5)で表される両末端ヒドロキシル基水素添加ポリブタジエン(数平均分子量Mn=2,330)をトリオキサン1モルに対し1×10−3モルになる量で、上記重合機に連続的に供給し重合を行った。
Figure 0006619015
次に、上記重合機から排出されたポリマーを、トリエチルアミン1%水溶液中に投入し、重合触媒の失活を完全に行った後、ポリマーを濾過、洗浄して、粗ポリアセタールブロックコポリマーを得た。
得られた粗ポリアセタールブロックコポリマー100質量部に対して、第4級アンモニウム化合物(日本国特許第3087912号公報に記載)を含有した水溶液1質量部を添加して、均一に混合した。第4級アンモニウム化合物の添加量は、窒素量に換算して20質量ppmとした。これをベント付き2軸スクリュー式押出機に供給し、押出機中の溶融しているポリアセタールブロックコポリマー100質量部に対して水を0.5質量部添加した。押出機設定温度200℃、押出機における滞留時間7分で、ポリアセタールブロックコポリマーの不安定末端部分の分解除去を行った。
不安定末端部分の分解されたポリアセタールブロックコポリマーに、酸化防止剤としてトリエチレングリコール−ビス−[3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロピオネート]0.3質量部を添加し、ベント付き押出機で真空度20Torrの条件下で脱揮しながら、押出機ダイス部よりストランドとして押出し、ペレタイズした。
このようにして得られたポリアセタールブロックコポリマーを、(A)ポリアセタールブロックコポリマーとした。このブロックコポリマーは、ABA型ブロックコポリマーであり、JIS K7210(190℃,2.16kg条件)に基づくMFRは15g/10分であり、末端OH基の濃度は、4.3mmol/kgであった。
(B)ガラス系充填材は、以下の(B1)〜(B5)を用いた。
(B1)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の被膜形成剤(アクリル酸とアクリル酸メチルの共重合体を含有する)等で処理したガラス繊維。
(B2)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の方法を用い、被膜形成剤としてポリマレイン酸単独で処理したガラス繊維。
(B3)日本国特開2009−7179号公報の試料No.1記載の被膜形成剤(酸を含有しない)で処理したガラス繊維。
(B4)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の被膜形成剤(アクリル酸とアクリル酸メチルの共重合体を用いず、さらにエポキシドをポリマーバインダーとして用いる)等で処理したガラス繊維。
なお、(B1)〜(B4)はガラス繊維への被膜形成剤の塗布後に一旦乾燥させ、その後所望の長さへカットした。
(B5)日本国特許第4060831号公報の製造例1記載の被膜形成剤(アクリル酸とアクリル酸メチルの共重合体を含有する)等で処理したガラス繊維であり、ガラス繊維への被膜形成剤の塗布後に、乾燥をせずに所望の長さへカットした。
(E)ポリエチレンは、以下の(E1)〜(E4)を用いた。
(E1)旭化成(株)製 サンテック(登録商標)LD L1850A
重量平均分子量13.2万、Tm=107℃、密度918kg/m
(E2)旭化成(株)製、サンテック(登録商標)HD J240
重量平均分子量7.3万、Tm=127℃、密度966kg/m
(E3)旭化成(株)製 サンファイン(登録商標) BM840
重量平均分子量32.4万、Tm=126℃、密度931kg/m
(E4)旭化成(株)製 サンファイン(登録商標) UH901
分子量(粘度法) 330万、Tm=136℃、密度940kg/m
重量平均分子量の測定は、(E)ポリエチレン樹脂をTCBに140℃で溶解させて得られた溶液を用い、以下のとおりGPCで測定した。GPCカラムは、昭和電工(株)製UT−807(1本)と東ソー(株)製GMHHR−H(S)HT(2本)を直列に接続して用いた。移動相としてTCBを用い、試料濃度は20〜30mg((E)ポリエチレン樹脂)/20ml(TCB)とした。カラム温度を140℃、流量は1.0ml/分とし、示差屈折計を検出器として用い、測定を行った。
重量平均分子量の算出は、PMMAを標準物質として用いて算出した。
なお、(E4)は分子量が高く、トリクロロベンゼンに溶けない成分が含まれており、GPCによる分子量測定ができなかっため、JIS K7367−3に準拠した粘度法により分子量を測定した。
[実施例1〜32、比較例1〜13]
各成分がそれぞれ表1〜表3に記載の割合となるよう押出を行って樹脂組成物を製造した。得られた樹脂組成物を用い、上記条件にて成形を行って成形体を製造した。各物性を評価した結果を表1〜表3に示す。
Figure 0006619015
Figure 0006619015
Figure 0006619015
実施例1〜32は、引張破壊応力が高く、高負荷でのギア耐久性にも非常に優れることがわかった。さらには、対金属(SUS304)との摺動性にも優れた成形体を提供する組成物であることがわかった。
実施例1〜6と比較例1とを対比すると、(D)残渣の強熱減量が0.20wt%以上であることで、引張破壊応力だけでなく、高負荷でのギア耐久性や対金属(SUS)摺動性にも優れることがわかった。
実施例1、9と比較例5、6とを対比すると、(D)残渣の強熱減量は、(B)ガラス系充填材のサイジング剤として、酸成分であるポリアクリル酸やポリマレイン酸を含有することで増加し、特にポリアクリル酸を含む場合に最も効果が得られ、(D)残渣の強熱減量増加による高性能化が見られた。
実施例1と比較例7とを対比すると、(B)ガラス系充填材のサイジング剤の処理工程が、(D)残渣の強熱減量に影響を及ぼすことがわかり、(D)残渣の強熱減量が高いほど高性能化が見られた。
実施例1、2、7、8を対比すると、(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度がほぼ同程度の濃度であっても、ポリアセタール樹脂中に特定のブロック成分を入れることで、(D)残渣の強熱減量は増加し、高性能化が見られた。
実施例1、2と比較例2、3とを対比すると、(B)ガラス系充填材は多いほど、対金属摺動は低下するものの、引張破壊応力は向上した。一方、ギア耐久性においては(B)ガラス系充填材は適度な量で、最も向上効果が得られた。
実施例14〜32に示されるように、製法2〜12により押出した場合にも、引張破壊応力が高く、高負荷及び低負荷でのギア耐久性に優れることがわかった。
以上のとおり、(A)、(B)、(E)成分、及び各種製法の組み合わせにより、(D)残渣の強熱減量を高めることにより、性能向上が見られることがわかった。
本出願は、2015年9月25日に日本国特許庁に出願された日本特許出願(特願2015−188910)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本実施形態のポリアセタール樹脂組成物および成形体は、ポリアセタール樹脂が好適に使用される種々の分野、特に耐久性と摺動性が要求される自動車機構部品の分野において産業上の利用可能性を有する。

Claims (13)

  1. (A)ポリアセタール樹脂100質量部と、(B)ガラス系充填材10質量部以上100質量部以下と、を含むポリアセタール樹脂組成物であって、
    前記(B)ガラス系充填材のサイジング剤として少なくとも1種の酸成分を含み、
    該ポリアセタール樹脂組成物からなる(C)ポリアセタール樹脂成形体を下記工程(1)〜(4)にて処理し、
    残った(D)残渣において、熱重量分析(TGA)を用いて下記条件(a)〜(e)にて算出した強熱減量が0.2wt%以上であ
    前記(C)ポリアセタール樹脂成形体を、80℃の熱水に1週間浸漬させたのちに、前記工程(1)〜(4)にて処理し、残った(D’)残渣の強熱減量が0.25wt%以上である、
    ポリアセタール樹脂組成物。
    (1)前記(C)ポリアセタール樹脂成形体を、ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)とクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、60℃で1時間加熱して溶解させる。
    (2)溶液の上澄み溶液を除去し、得られた残渣を、HFIPとクロロホルムとの1/1(体積比)混合溶媒に入れ、再び60℃で30分加熱し、上澄み溶液を除去する。
    (3)前記工程(2)を計3回実施し、溶媒を含んだ残渣を得る。
    (4)前記溶媒を含んだ残渣を、真空乾燥により30℃にて5時間乾燥させることで(D)残渣を得る。
    (a)昇温速度30℃/分にて50〜105℃に昇温する。
    (b)105℃で30分保持する。
    (c)昇温速度30℃/分にて105〜625℃に昇温する。
    (d)625℃で30分保持する。
    (e)前記(b)終了後の質量から前記(d)終了後の質量を差し引いた値を、測定に用いた(D)残渣の質量で除し、100倍した値(wt%)を強熱減量とする。
  2. 前記(D)残渣の強熱減量が0.3wt%以上である、請求項1に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  3. 前記酸成分がカルボン酸成分である、請求項1又は2に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  4. 前記酸成分がアクリル酸を含む成分である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  5. 前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上である、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  6. 前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上100mmol/kg以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  7. 前記(A)ポリアセタール樹脂の末端OH基濃度が2mmol/kg以上15mmol/kg以下である、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  8. 前記(A)ポリアセタール樹脂がブロック成分を含む、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  9. 前記ブロック成分が水素添加ポリブタジエン成分である、請求項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  10. (E)重量平均分子量が50万以下のポリエチレンをさらに含む、請求項1〜のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  11. 前記(E)重量平均分子量が50万以下のポリエチレンの融点が115℃以下である、請求項10に記載のポリアセタール樹脂組成物。
  12. 請求項1〜11のいずれか一項に記載のポリアセタール樹脂組成物を含む成形体。
  13. 成形直前のポリアセタール樹脂組成物を105℃、3時間で加熱した後の、該成形直前のポリアセタール樹脂組成物からの重量減少率が0.15%以下である、請求項12に記載のポリアセタール樹脂成形体。
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