JP7197066B1 - ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物、成形品及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Description
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、必須成分として架橋型PAS樹脂を配合してなる。
本開示のPAS樹脂組成物に用いるPAS樹脂の溶融粘度は特に限定されないが、靭性及び機械的強度のバランスが良好となることから、300℃で測定した溶融粘度(V6)が、好ましくは1,000Pa・s以上の範囲であり、そして、より好ましくは1500Pa・s以上の範囲である。ただし、溶融粘度(V6)の測定は、PAS樹脂を島津製作所製フローテスター、CFT-500Dを用いて行い、300℃、荷重:1.96×106Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した溶融粘度の測定値とする。
本開示のPAS樹脂組成物に用いるPAS樹脂の非ニュートン指数は特に限定されないが、1.5以上であることが好ましく、1.8以上であることがさらに好ましい。このようなPAS樹脂は機械的物性、流動性、耐磨耗性に優れる。ただし、本開示において非ニュートン指数(N値)は、キャピラリーレオメーターを用いて融点+50℃、オリフィス長(L)とオリフィス径(D)の比、L/D=40の条件下で、剪断速度(SR)及び剪断応力(SS)を測定し、下記式を用いて算出した値である。非ニュートン指数(N値)が1に近いほど線状に近い構造であり、非ニュートン指数(N値)が高いほど分岐が進んだ構造であることを示す。
本開示のPAS樹脂組成物に用いるPAS樹脂は、1-クロロナフタレンを溶媒とするゲル浸透クロマトグラフィーにより求められる分子量が、40,000以上の範囲にピークを有するものが好ましい。PAS樹脂のピーク分子量が、この範囲であれば、PAS樹脂の分子末端量が低下するためナトリウム含有量が小さくなり、かつ、本開示のPAS樹脂組成物からなる樹脂成形体において、十分な機械的強度が得られるため好ましい。
本開示のPAS樹脂組成物に用いるPAS樹脂は、流動電位法により測定するゼータ電位がpH7.8~8.2において、-70mV以上であることが好ましく、-65mV以上であることがより好ましい。また、-50mV以下であることが好ましく、-55mV以下であることがより好ましい。なお、PAS樹脂のゼータ電位は、該樹脂から非晶状態のフィルム(例えば縦5.0cm、横3.0cm、厚み0.1cm)を作製し、SurPASS3(Anton Paar社)を用いて電解液:1mmol/LのKCl水溶液中、測定温度22~26℃でフィルム表面のゼータ電位を3回測定したときの平均値を言うものとする。
本開示のPAS樹脂組成物に用いるPAS樹脂は、動的粘弾性測定によって得られる損失正接(tanδ)が1未満となる温度域を、角周波数1/sのときに280℃以上330℃以下に有する。一般にtanδが大きいほど、すなわち、損失弾性率(E”)が大きいほど、塑性変形しやすく、tanδが小さいほど、すなわち、貯蔵弾性率(E’)が大きいほど、弾性変形しやすい材料であると言える。
前記PAS樹脂の製造方法としては特に限定されないが、例えば(製造法1)硫黄と炭酸ソーダの存在下でジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、(製造法2)極性溶媒中でアルカリ金属硫化物及び/又はアルカリ金属水硫化物(以下、スルフィド化剤と略すことがある。)剤等の存在下にジハロゲノ芳香族化合物を、必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加えて、重合させる方法、(製造法3)p-クロルチオフェノールを、必要ならばその他の共重合成分を加えて、自己縮合させる方法、(製造法4)ジヨード芳香族化合物と単体硫黄を、カルボキシ基やアミノ基等の官能基を有していてもよい重合禁止剤の存在下、減圧させながら溶融重合させる方法、等が挙げられる。これらの方法のなかでも、(製造法2)の方法が汎用的であり好ましい。反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩や、水酸化アルカリを添加しても良い。上記(製造法2)方法のなかでも、反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩や、水酸化アルカリを添加しても良い。上記(製造法2)方法のなかでも、ジハロゲノ芳香族化合物類、極性有機溶媒、及びスルフィド化剤を含む配合物が、(極性有機溶媒)/(スルフィド化剤)=0.02/1~0.9/1(モル比)の範囲になるように反応器に仕込み、好ましくは不活性ガス雰囲気下開放系で昇温を開始して、前記配合物を脱水し、かつ当該脱水の進行とともに固形物を析出させ、均一に各成分を分散させた低含水固形物を得た後、所定の温度に冷却して、必要により極性有機溶媒及び/又はジハロゲノ芳香族化合物類をさらに前記低含水固形物に添加し、不活性ガス雰囲気下にて重合を行う方法(特許3637543号公報参照。)や、固形のアルカリ金属硫化物及び非プロトン性極性有機溶媒の存在下でジハロゲノ芳香族化合物と必要ならばポリハロゲノ芳香族化合物ないしその他の共重合成分を加え、アルカリ金属水硫化物及び有機酸アルカリ金属塩を、硫黄源1モルに対して0.01~0.9モルの範囲の有機酸アルカリ金属塩及び反応系内の水分量を非プロトン性極性有機溶媒1モルに対して0.02モル以下の範囲にコントロールしながら反応させる方法(WO2010/058713号パンフレット参照。)が特に好ましい。
(a)原料の仕込みから重合反応が終了するまでに使用した有機溶媒の総量が、硫黄源であるスルフィド化剤1molに対して1~6molの比率であることが好ましい。
(b)最初に仕込む有機溶媒の量が、硫黄源であるスルフィド化剤1molに対して、0.01~0.50molの比率であることが好ましい。
(c)重合反応後のPAS樹脂(又はスラリー)に酸又は水素塩を添加することが好ましい。より好ましくは、重合工程における重合反応後のPAS樹脂(又はスラリー)に酸又は水素塩を添加して、当該反応混合物のpHを7~11に調整する。
(d)所定量以上の酸溶液を用いて粗PAS樹脂を酸処理することが好ましい。より好ましくは、PAS樹脂の総重量の約2倍以上の酸溶液を用いて酸処理する。
(e)上記(d)の酸処理で使用する酸溶液のpHが6以下であることが好ましい。
(f)140~260℃の熱水をPAS樹脂の総重量の1.5~10倍用いて、熱水洗浄することが好ましい。
本実施形態で用いる熱可塑性エラストマーとしては、ポリオレフィン系エラストマー、弗素系エラストマー又はシリコーン系エラストマーが挙げられ、このうちポリオレフィン系エラストマーが好ましいものとして挙げられる。これらのエラストマーを添加する場合、その配合量は、本発明の効果を損ねなければ特に限定されないが、PAS樹脂(A)100質量部に対して、好ましくは0.5質量部以上、より好ましくは1.0質量部以上から、好ましくは12質量部以下、より好ましくは5質量部以下までの範囲である。かかる範囲において、得られるPAS樹脂組成物の耐衝撃性が向上するため好ましい。
本実施形態で用いるシランカップリング剤としては、特に限定されないが、カルボキシ基と反応する官能基、例えば、エポキシ基、イソシアナト基、アミノ基又は水酸基を有するシランカップリング剤が好ましく、特にアミノ基を含有するシランカップリング剤が好ましい。このようなシランカップリング剤としては、例えば、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等のエポキシ基含有アルコキシシラン化合物、γ-イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルエチルジメトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルエチルジエトキシシラン、γ-イソシアナトプロピルトリクロロシラン等のイソシアナト基含有アルコキシシラン化合物、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等のアミノ基含有アルコキシシラン化合物、γ-ヒドロキシプロピルトリメトキシシラン、γ-ヒドロキシプロピルトリエトキシシラン等の水酸基含有アルコキシシラン化合物が挙げられる。
粘度変化率〔%〕=(30分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕/5分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕)×100
表1に記載する組成成分及び配合量にしたがい、各材料を配合した。その後、株式会社日本製鋼所製ベント付2軸押出機「TEX-30α(製品名)」にこれら配合材料を投入し、樹脂成分吐出量30kg/hr、スクリュー回転数200rpm、設定樹脂温度320℃で溶融混練して樹脂組成物のペレットを得た。ガラス繊維及び炭素繊維はサイドフィーダー(S/T比0.5)から投入し、それ以外の材料はタンブラーで予め均一に混合しトップフィーダーから投入した。得られた樹脂組成物のペレットを140℃ギヤオーブンで2時間乾燥した後、射出成形することで各種試験片を作製し、下記の試験を行った。
得られたペレットをシリンダー温度310℃に設定した住友重機製射出成形機(SE-75D-HP)に供給し、金型温度140℃に温調したISO Type-Aダンベル片成形用金型を用いて射出成形を行い、ISO Type-Aダンベル片を得た。なお、ウェルド部を含まない試験片となるよう1点ゲートから樹脂を射出して作製したものとした。得られたダンベル片をISO 527-1及び2に準拠した測定方法で引張破断伸び(%)を測定した。結果を表1に示す。
得られた樹脂組成物のペレットを用いて、キャピラリーレオメーター(株式会社東洋精機製作所製「キャピログラフD1」)により、せん断速度12.16sec-1、300℃、L/D=40の条件で溶融粘度を測定した。粘度変化率は次式より算出した。結果を表1に示す。
粘度変化率〔%〕=(30分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕/5分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕)×100
PPSの粉体試料を精密天秤にて4.00gアルミ製シャーレに秤量した。150℃に設定された乾燥機内に試料を1時間静置した後、シャーレを取出して、室温まで放冷してから秤量した。次いで、同シャーレを、325℃に設定された乾燥機内に1時間静置した後、シャーレを取出して、室温まで放冷してから秤量した。次式より各試料のウェイトロスを算出した。結果を表1に示す。
ウエイトロス〔wt%〕=(150℃加熱後の秤量値〔g〕-370℃加熱後の秤量値〔g〕)/150℃加熱後の秤量値〔g〕×100
A-2:架橋型PPS樹脂(溶融粘度(V6)1500Pa・s、280~300℃においてtanδが1未満、ゼータ電位-60mV、非ニュートン指数2.1)
a-3:リニア型PPS樹脂(溶融粘度(V6)120Pa・s、275~330℃で常にtanδが1以上、ゼータ電位-66mV、非ニュートン指数1.1)
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサー、デカンター、精留塔を連結した撹拌翼付き150リットルオートクレーブに、p-ジクロロベンゼン(以下、「p-DCB」と略記する。)33.222kg(226モル)、NMP4.560kg(46モル)、47.23質量%NaSH水溶液27.300kg(NaSHとして230モル)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533g(NaOHとして228モル)を仕込み、撹拌しながら窒素雰囲気下で173℃まで5時間掛けて昇温して、水26.794kgを留出させた後、オートクレーブを密閉した。脱水時に共沸により留出したp-DCBはデカンターで分離して、随時オートクレーブ内に戻した。脱水終了後のオートクレーブ内は微粒子状の無水硫化ナトリウム組成物がp-DCB中に分散した状態であった。この組成物中のNMP含有量は0.089kg(0.9モル)であったことから、仕込んだNMPの98%(45.1モル)がSMABに加水分解されていることを示す。オートクレーブ内のSMAB量は、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.196モルであった。仕込んだNaSHとNaOHが全量、無水Na2Sに変わる場合の理論脱水量は27.921gであることから、オートクレーブ内の残水量1127g(62.6モル)の内、812g(45.1モル)はNMPとNaOHとの加水分解反応に消費されて、水としてオートクレーブ内に存在せず、残りの315g(17.5モル)は水、あるいは結晶水の形でオートクレーブ内に残留していることを示している。オートクレーブ内の水分量はオートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.076モルであった。
上記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP45.203kg(456モル)を仕込み、185℃まで昇温した。オートクレーブ内の水分量は、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.038モルであった。ゲージ圧が0.00MPaに到達した時点で、精留塔を連結したバルブを開放し、内温200℃まで1時間掛けて昇温した。この際、精留塔出口温度が110℃以下になる様に冷却とバルブ開度で制御した。留出したp-DCBと水の混合蒸気はコンデンサーで凝縮し、デカンターで分離して、p-DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は273g(15.2モル)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は42g(2.3モル)で、工程2で仕込んだNMP1モル当たり0.005モルで、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.010モルであった。オートクレーブ内のSMAB量は工程1と同じく、オートクレーブ中に存在する硫黄原子1モル当たり0.196モルであった。次いで、内温200℃から230℃まで3時間掛けて昇温し、230℃で3時間撹拌した後、250℃まで昇温し、1時間撹拌した。内温200℃時点のゲージ圧は0.03MPaで、最終ゲージ圧は0.50MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、650gを3リットルの水に注いで80℃で1時間撹拌した後、濾過した。このケーキを再び3リットルの温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を4回繰り返した。このケーキを再び3リットルの温水と、酢酸を加え、pH4.0に調整した後、1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。このケーキを再び3リットルの温水で1時間撹拌し、洗浄した後、濾過した。この操作を2回繰り返した。熱風乾燥機を用いて120℃で一晩乾燥して白色の粉末状のPPS樹脂(a-3)を得た。このポリマーの300℃における溶融粘度は約120Pa・sであった。得られたPPS樹脂を210~250℃の酸化性雰囲気下で目標の粘度まで熱架橋し、架橋型PPS樹脂(A-1)及び(A-2)を得た。
B-2:熱可塑性エラストマー(アルケマ社製 LOTADER AX-8390)
B-3:熱可塑性エラストマー(ダウ・ケミカル社製 Engage 8842)
C-1:シランカップリング剤(γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン)
C-2:シランカップリング剤(3-アミノプロピルトリエトキシシラン)
Claims (10)
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)及び/又はシランカップリング剤(C)を配合してなるポリアリーレンスルフィド樹脂組成物であって、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が架橋型ポリアリーレンスルフィド樹脂であり、300℃で測定した溶融粘度(V6)が1,000Pa・s以上の範囲であり、かつ、動的粘弾性測定において、角周波数1/sのときtanδが280℃~330℃で1未満の領域を有すること、
前記熱可塑性エラストマー(B)の配合量がポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して0.5~12質量部の範囲であること、及び/又は、シランカップリング剤(C)の配合量がポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して1.0質量部以下の範囲であること、かつ、
粘度変化率が150%以下であることを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。(ただし、溶融粘度(V6)は、300℃、荷重:1.96×10 6 Pa、L/D=10(mm)/1(mm)にて、6分間保持した後に測定した値であり、粘度変化率はキャピラリーレオメーターにより、せん断速度12.16sec-1、300℃で測定した溶融粘度を用いて次式より算出したものであること。)
粘度変化率〔%〕=(30分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕/5分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕)×100 - 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の流動電位法により測定するゼータ電位がpH7.8~8.2において、-70mV以上である、請求項1記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 前記シランカップリング剤(C)がアミノ基を有するものである、請求項1又は2記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 溶融混練物である請求項1~3の何れか一項に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 請求項1~4の何れか一項に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる成形品。
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と熱可塑性エラストマー(B)及び/又はシランカップリング剤(C)を配合し、ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の融点以上の温度範囲で溶融混錬する工程を有するポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法であって、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)が架橋型ポリアリーレンスルフィド樹脂であり、かつ、動的粘弾性測定において、角周波数1/sのときtanδが280℃~330℃で1未満の領域を有すること、
前記熱可塑性エラストマー(B)の配合量がポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して0.5~12質量部であること、かつ、
粘度変化率が150%以下であることを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。(ただし、粘度変化率はキャピラリーレオメーターにより、せん断速度12.16sec-1、300℃で測定した溶融粘度を用いて次式より算出したものであること。)
粘度変化率〔%〕=(30分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕/5分保持した際の溶融粘度〔Pa・s〕)×100 - 前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)の流動電位法により測定するゼータ電位がpH7.8~8.2において、-70mV以上である、請求項6記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
- 前記シランカップリング剤(C)がアミノ基を有するものである、請求項6又は7記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1~4の何れか一項に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形する工程を有する成形品の製造方法。
- 請求項1~4の何れか一項に記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物を溶融成形してなる、直接液体に又はその蒸気に接する部品。
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