JP7254242B2 - 伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品 - Google Patents

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Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、2020年08月04日付の韓国特許出願第10-2020-0097100号及びこれに基づいて2021年07月07日付で再出願された韓国特許出願第10-2021-0088799号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として組み込まれる。
本発明は、伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品に関し、より詳細には、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用な伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品に関する。
最近、自動車の燃費の向上のために自動車の外装部品を樹脂化しようとする研究が多く試みられており、特に、ポリフェニレンエーテルとポリアミドのブレンド樹脂が自動車外装部品の材料として広く使用されている。
前記ブレンド樹脂は、ポリフェニレンエーテルの優れた耐熱性及び耐衝撃性などと、ポリアミドの優れた耐溶剤性などとを組み合わせようとしたものであるが、相溶性が低下し、十分な耐熱性などが発現されないという問題がある。
自動車外装部品は、通常、塗装を必要とし、環境的な観点、総揮発性有機化合物(TVOC、total volatile organic compounds)の低減及び外観品質の確保のために、静電塗装法を多く採用している。このとき、静電塗装を良好に行うために、ブレンド樹脂に炭素繊維、カーボンブラックなどの伝導性物質を添加して伝導性を付与しようとする試みがあるが、伝導性物質の添加による外観品質の低下及び耐衝撃性の減少などの問題がある。
米国特許第6221283号に連続相のポリアミド、相溶化剤及び伝導性付与剤を含むことによって伝導性樹脂の伝導性を向上させる技術が開示されており、日本特許第3565836号にポリフェニレンエーテル、ポリアミド及びカーボンブラックを含むことによって流動性及び耐衝撃性を改善した樹脂組成物の製造方法が開示されており、米国特許第6352654号には、ブレンド樹脂に対する塗料の付着性及び延性を改善させた、ポリフェニレンエーテル-ポリアミドブレンド樹脂に伝導性カーボンブラックを混合した伝導性樹脂組成物が開示されている。
しかし、このようなブレンド樹脂は、耐熱性に限界があったり、成形品に製造する際に表面にピンホールが発生するなど、外観特性が低下したり、水分により機械的物性や寸法安定性などが低下したりするという問題がある。
したがって、優れた外観、機械的物性及び伝導性と共に、外部環境への露出による水分及び熱などの影響を受けない、自動車外装部品に適用可能な伝導性樹脂組成物の開発が至急な実情である。
米国特許第6221283号 日本特許第3565836号 米国特許第6352654号
上記のような従来技術の問題点を解決するために、本発明は、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、自動車の金属代替外装部品の用途に特に有利な伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品を提供することを目的とする。
本発明の上記目的及びその他の目的は、以下で説明する本発明によって全て達成することができる。
上記の目的を達成するために、本発明は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部と;(E)ガラスパウダー1~10重量部とを含むことを特徴とする伝導性樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部とを含み、水分吸収率が0.1%以下であることを特徴とする伝導性樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部と;(E)ガラスパウダー1~7重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行うことを特徴とする伝導性樹脂組成物の製造方法を提供する。
また、本発明は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行い、伝導性樹脂組成物の水分吸収率が0.1%以下である伝導性樹脂組成物の製造方法を提供する。
また、本発明は、前記伝導性樹脂組成物を含む成形品を提供する。
本発明によれば、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用な伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品を提供する効果がある。
本発明の伝導性樹脂組成物の製造のための、混練ブロックが9個以上備えられた押出機の模式図である。
以下、本記載の伝導性樹脂組成物、その製造方法及びそれを含む成形品を詳細に説明する。
本発明者らは、ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂に、2種以上の多官能反応化剤、所定のBET表面積を有するカーボンナノチューブ、板状のカーボンナノプレート及び球状のガラスパウダーを所定の組成比で混合して伝導性樹脂組成物を製造する場合、このような伝導性樹脂組成物を含む成形品が、優れた外観、剛性及び伝導性を有し、同時に外部環境への露出による水分及び熱などの影響をほとんど受けないことを確認し、これに基づいてさらに研究に邁進して、本発明を完成するようになった。
本発明の伝導性樹脂組成物は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部と;(E)ガラスパウダー1~10重量部とを含むことを特徴とし、このような場合、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用であるという利点がある。
他の例として、本発明の伝導性樹脂組成物は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部とを含み、水分吸収率が0.1%以下であることを特徴とし、このような場合、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用であるという利点がある。
以下、本記載の伝導性樹脂組成物を構成する各成分を詳細に説明すると、次の通りである。
(A)ベース樹脂
ポリエステル
本記載のポリエステルは、好ましくは、ポリアルキレンテレフタレート、ポリ(エステル)ウレタン及びポリエーテルエステルから選択された1種以上であってもよく、より好ましくはポリアルキレンテレフタレートであり、この場合に、外観品質及び電磁波遮蔽性能に優れるという効果がある。
前記ポリアルキレンテレフタレートは、具体例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート及びポリブチレンテレフタレートなどからなる群から選択された1種以上であってもよく、好ましくはポリブチレンテレフタレートであり、この場合に、外観品質及び電磁波遮蔽性能に優れるという利点がある。
前記ポリブチレンテレフタレートは、一例として、ブタン-1,4-ジオールとテレフタル酸のエステル化反応、またはブタン-1,4-ジオールとジメチルテレフタレートのエステル交換反応による重合を通じて得られてもよい。
前記ポリエステル樹脂は、好ましくは、繰り返し単位としてアルキレンテレフタレートが70~100重量%含まれている共重合体またはホモ重合体であってもよい。
本記載において、樹脂や共重合体内の繰り返し単位の重量比は、繰り返し単位を単量体に換算して計算した値であるか、または当該樹脂や共重合体を重合製造する際に投入された単量体の重量比であってもよい。
前記アルキレンテレフタレート共重合体は、一例として、ブチレンテレフタレート70~100重量%、好ましくは70~99重量%;及びエチレンテレフタレート又はプロピレンテレフタレート0~30重量%、好ましくは1~30重量%;のエステル交換反応によって形成されたものであってもよい。
前記ポリエステルは、好ましくは、ベース樹脂に対して30~80重量%含まれてもよく、より好ましくは40~70重量%、さらに好ましくは50~70重量%であり、この範囲内で、伝導性、外観品質及び水分安定性がいずれも優れるという効果がある。
前記ポリエステルは、MIで表される溶融指数(250℃、2.16kg)が、好ましくは5~50g/10分、より好ましくは10~40g/10分であってもよく、さらに好ましくは15~35g/10分、より一層好ましくは20~30g/10分であり、この範囲内で、伝導性に優れながらも、耐熱性及び電磁波遮蔽性能に優れるという効果がある。
前記ポリエステルは、一例として、化学的変性による変性ポリエステルであってもよく、好ましくは変性ポリアルキレンテレフタレートであり、より好ましくは変性ポリブチレンテレフタレートであり、この場合に、衝撃強度などをさらに向上させることができる。
前記化学的変性は、一例として、重合時に、アルキレンテレフタレートなどのような主単量体に、共単量体として、ポリテトラメチレングリコール(Polytetramethylene glycol、PTMG)、ポリプロピレングリコール(Polypropylene glycol、PPG)、ポリエチレングリコール(Polyethylene glycol、PEG)、低分子量脂肪族ポリエステル及び低分子量脂肪族ポリアミドなどからなる群から選択された1種以上をさらに含めて共重合するものであってもよい。
前記ポリエステルの製造方法は、別途の記載がない限り、本発明の属する技術分野で通常用いられる製造方法であれば、特に制限されず、一例として、界面重合、溶融縮重合、溶液縮重合またはエステル交換反応などであってもよい。
ポリアリーレンエーテル
本記載のポリアリーレンエーテルは、好ましくはポリフェニレンエーテル(PPE)であり、具体例として、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2,6-ジエチル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2,6-ジプロピル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2-メチル-6-エチル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2-メチル-6-プロピル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2-エチル-6-プロピル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2,6-ジフェニル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2,3,6-トリメチル-1,4-フェニレン)エーテル、ポリ(2,3,6-トリエチル-1,4-フェニレン)エーテル及びこれらの共重合体からなる群から選択された1種以上であってもよく、好ましくは、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレン)またはその共重合体であってもよい。
前記ポリアリーレンエーテルは、好ましくは、ベース樹脂に対して15~60重量%含まれてもよく、より好ましくは20~55重量%、さらに好ましくは25~50重量%、より一層好ましくは30~40重量%含まれ、この場合に、耐熱性及び機械的強度に優れるという効果がある。
前記ポリアリーレンエーテル共重合体は、重合時に主単量体に共単量体が投入されて共重合された重合体を意味し、具体例として、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレン)エーテルとポリ(2,3,6-トリメチル-1,4-フェニレン)エーテルの共重合体;ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレン)エーテルとポリ(2,3,6-トリエチル-1,4-フェニレン)エーテルの共重合体;及びこれらの組み合わせからなる群から選択されるものであってもよく、好ましい例として、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレン)エーテルとポリ(2,3,6-トリメチル-1,4-フェニレン)エーテルの共重合体であってもよい。
前記ポリアリーレンエーテルは、好ましくは、25℃のクロロホルム溶媒で測定したときの固有粘度が0.2~0.8dl/gであってもよく、より好ましくは0.3~0.6dl/g、さらに好ましくは0.3~0.4dl/gであり、この範囲内で、機械的物性を高く維持しながらも、耐熱性、加工性及び外観品質などに優れるという効果がある。
前記ポリアリーレンエーテルは、好ましくはフレーク(flake)状のものを用いることができ、この場合に、衝撃強度、屈曲強度などのような機械的物性に優れながらも、加工性及び外観品質に優れるという効果がある。
本記載において、フレーク状のポリフェニレンオキシドは、本発明の定義に符合するならば、市販されて入手可能なものや、本発明の属する技術分野で通常用いられる方法で製造して用いることができ、特に制限されない。
本記載において、フレーク(flake)とは、鱗片状、粒状を広く含む薄片状の形状を意味し、具体的な一例として、厚さ1~20μm、長さ0.05~1mmの鱗片状であってもよい。他の一例として、前記フレークは、厚さ(Depth)当たりの長さ(Length)の比率(L/D)が1.5~500、好ましくは2~100、より好ましくは10~50である薄片状であってもよい。
本記載において、フレークの厚さ及び長さは、顕微鏡分析法を通じて測定することができる。
芳香族弾性体
本記載の芳香族弾性体は、好ましくはスチレン系ゴムであってもよく、具体例として、スチレン-ブタジエン-スチレン共重合体(SBS)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)、スチレン-ブタジエン共重合体(SB)、スチレン-イソプレン共重合体(SI)、スチレン-イソプレン-スチレン共重合体(SIS)、α-メチルスチレン-ブタジエン共重合体、スチレン-エチレン-プロピレン共重合体、スチレン-エチレン-プロピレン-スチレン共重合体、スチレン-(エチレン-ブチレン/スチレン共重合体)-スチレン共重合体及びこれらの変性重合体から選択された1種以上であってもよく、好ましい例として、スチレン-ブタジエン-スチレン共重合体(SBS)、スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体(SEBS)及びマレイン酸無水物変性スチレン-エチレン-ブチレン-スチレン共重合体からなる群から選択された1種以上であり、より好ましい例としてスチレン-ブタジエン-スチレン共重合体(SBS)であり、この場合に、衝撃強度などのような機械的物性に優れながらも、伝導性に優れるという効果がある。
前記芳香族弾性体は、ベース樹脂に対して、好ましくは1~30重量%含まれてもよく、より好ましくは1~20重量%、さらに好ましくは3~15重量%、より一層好ましくは5~10重量%含まれてもよく、この範囲内で、機械的物性、伝導性などに優れながらも、外観品質及び水分安定性に優れるという効果がある。
前記芳香族弾性体は、好ましくは、芳香族ビニル化合物由来の構造単位の含量が20~40重量%、より好ましくは20~30重量%であってもよく、この範囲内で、機械的物性に優れるという効果がある。
前記芳香族弾性体は、好ましくはゴム成分の含量が60~80重量%、より好ましくは70~80重量%であってもよく、この範囲内で、機械的物性に優れるという効果がある。
前記芳香族弾性体の製造方法は、本発明の属する技術分野で通常用いられる製造方法であれば、特に制限されず、具体例として、乳化重合、懸濁重合、溶液重合または塊状重合などであってもよく、好ましい例として、乳化重合または塊状重合であってもよい。
(B)2種以上の多官能反応化剤
本記載の多官能反応化剤は、好ましくは、カルボキシル基、アミン基、ヒドロキシル基、マレイン酸基及びエポキシ基からなる群から選択された官能基を2つ以上、具体例として2~5個含むことができ、この場合に、伝導性及び水分安定性に優れるという効果がある。
本記載において、マレイン酸基は、本発明の属する技術分野でマレイン酸基として認識される置換基であれば、特に制限されず、具体例として、マレイン酸またはマレイン酸無水物由来の官能基を意味する。
前記多官能反応化剤は、具体例として、ポリフェニレンエーテルが不飽和カルボン酸またはその無水物などのような反応性単量体と反応して官能化された重合体であり得る。
前記反応性単量体は、一例として、クエン酸、マレイン酸、イタコン酸、フマル酸、アクリル酸及びこれらの無水物からなる群から選択された1種以上であってもよい。
本記載において、「2種以上」は、種類又は構造の異なる多官能反応化剤が2つ以上であることを意味する。
前記2種以上の多官能反応化剤は、具体例として、数平均分子量が150,000g/mol以上である高分子型多官能反応化剤1種と、数平均分子量が10,000g/mol以下である低分子型多官能反応化剤1種との組み合わせが好ましい。
前記2種以上の多官能反応化剤は、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として3~12重量部含まれてもよく、より好ましくは5~12重量部、さらに好ましくは5~10重量部含まれてもよく、この範囲内で、樹脂本来の機械的物性などが低下しないと共に、外観品質、伝導性及び水分安定性が大きく改善されるという利点がある。
前記2種以上の多官能反応化剤は、好ましくは、カルボン酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物で官能化されたポリフェニレンオキシド樹脂、及び末端にエポキシ官能基を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂を含むことができ、この場合に、伝導性及び水分安定性に優れるという効果がある。
前記カルボン酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物で官能化されたポリフェニレンオキシド樹脂は、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として1~10重量部含まれてもよく、より好ましくは2~8重量部、さらに好ましくは3~8重量部含まれてもよく、この範囲内で、樹脂本来の機械的物性などが低下しないと共に、外観品質及び水分安定性が大きく改善されるという利点がある。
前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として0.5~8重量部含まれてもよく、より好ましくは1~7重量部、さらに好ましくは1~5重量部含まれてもよく、この範囲内で、樹脂本来の機械的物性などが低下しないと共に、外観品質、伝導性及び水分安定性が大きく改善されるという利点がある。
前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂は、好ましくは、平均エポキシ当量が2,000~6,000、及び/又は数平均分子量が3,000~10,000g/mol、及び/又はガラス転移温度が50~120℃、及び/又は常温(22~25℃)で固体であってもよく、この範囲内で、樹脂本来の機械的物性などが低下しないと共に、外観品質及び水分安定性が大きく改善されるという利点がある。
本記載において、数平均分子量は、GPC(Gel Permeation Chromatography、waters breeze)を用いて測定することができる。
本記載において、ガラス転移温度(Tg)は、パーキンエルマー(Perkin Elmer)社のPyris 6 DSCを用いて測定することができる。
本記載において、平均エポキシ当量は、エポキシ基1個当たりの平均分子量である。
前記カルボン酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物で官能化されたポリフェニレンオキシド樹脂は、好ましくは、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも重量においてさらに小さくなく、より好ましくは、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも重量においてさらに大きく、さらに好ましくは、前記ビスフェノールA型エポキシ樹脂よりも重量において5倍以上大きく、この場合に、特に耐熱性及び水分安定性に優れるという利点がある。
本記載において、多官能反応化剤は、本発明の定義に符合する限度内で、本発明の属する技術分野で通常製造される方法によって製造されたものであるか、または市販されるものを用いることができ、特に制限されない。
(C)カーボンナノチューブ
本記載のカーボンナノチューブは、好ましくは、BET表面積が180~600m2/gであってもよく、より好ましくは180~400m2/g、さらに好ましくは180~300m2/g、より一層好ましくは200~300m2/gであり、この範囲内で、加工性及び伝導性の改善効果が大きい。
本記載において、BET表面積は窒素吸着法により測定することができ、具体例として、気孔分布測定機(Porosimetry analyzer;Bell Japan Inc,Belsorp-II mini)を用いて窒素ガス吸着流通法によってBET6点法で測定することができ、他の例として、ブルナウア(Brunauer)、エメット(Emmett)及びテラー(Teller)方法(ASTM 6556に準拠した方法)により測定することができる。
前記カーボンナノチューブは、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として0.1~3重量部含まれてもよく、より好ましくは0.1~2重量部、さらに好ましくは0.1~1.5重量部、より一層好ましくは0.3~1.5重量部、最も好ましくは0.5~1.3重量部であり、この範囲内で、機械的物性、加工性及び伝導性に優れながらも、外観品質及び耐熱性に優れるという効果がある。
前記カーボンナノチューブは、一例として、単一壁カーボンナノチューブ(single-walled carbon nanotube、SWCNT)、二重壁カーボンナノチューブ(double-walled carbon nanotube、DWCNT)及び多重壁カーボンナノチューブ(multi-walled carbon nanotube、MWCNT)からなる群から選択された1種以上であってもよい。
前記カーボンナノチューブは、一例として、バンドル型(bundle;rope type)または非バンドル型(non-bundle;entangle type)であってもよい。
本記載において、「バンドル型」及び「非バンドル型」は、それぞれ、本発明の属する技術分野で通常承認または定義される「バンドル型」及び「非バンドル型」であれば、特に制限されない。
前記カーボンナノチューブは、好ましくは平均直径が5~30nm、より好ましくは7~20nm、さらに好ましくは10~15nmであってもよく、この範囲内で、伝導性及び外観品質などが大きく改善されるという効果がある。
本記載において、カーボンナノチューブの平均直径は、本発明の属する技術分野で通常用いられる測定法によって測定される場合、特に制限されず、具体例として電子顕微鏡分析法により測定することができる。
(D)カーボンナノプレート
本記載のカーボンナノプレートは、好ましくは板状のカーボンナノプレートであり、より好ましくは、平均厚さが5~50nmである板状のカーボンナノプレートであり、この範囲内で、上述したカーボンナノチューブとの相互分散効果によってベース樹脂の伝導性、機械的物性、耐熱性及び水分安定性を大きく向上させるという利点がある。
前記カーボンナノプレートは、好ましくは、剥離グラファイト、グラフェンナノプレート及び剥離膨張黒鉛などから選択された1種以上を含むことができ、より好ましくは剥離グラファイトであり、この範囲内で、上述したカーボンナノチューブとの相互分散効果によってベース樹脂の伝導性、機械的物性、耐熱性及び水分安定性を大きく向上させるという利点がある。
前記剥離グラファイトは、一例として、層状のグラファイトを化学的及び/又は物理的な剥離方法を通じて5~50nmの厚さに加工したグラファイトであってもよい。
前記層状のグラファイトの化学的及び/又は物理的な剥離方法は、本発明の属する技術分野で通常用いられる剥離方法であれば、特に制限されず、具体例として、ブロディ(Brodie)方法、ハマーズ(Hummers)方法などを用いてグラファイトを改質及び膨張させた後、超音波粉砕、急速加熱などを通じて剥離する方法であってもよい。
前記カーボンナノプレートは、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として0.1~5重量部含まれてもよく、より好ましくは0.5~5重量部、さらに好ましくは0.5~3重量部、より一層好ましくは1~3重量部、最も好ましくは2~3重量部含まれ、この範囲内で、上述したカーボンナノチューブとの相互分散効果によってベース樹脂の伝導性、機械的物性及び水分安定性を大きく向上させるという利点がある。
前記カーボンナノプレートは、平均厚さが、より好ましくは5~40nm、さらに好ましくは10~40nmであってもよく、この範囲内で、上述したカーボンナノチューブとの相互分散効果によって伝導性と外観物性を同時に改善させるという効果がある。
本記載において、カーボンナノプレートの平均厚さは、本発明の属する技術分野で通常用いられる測定法によって測定される場合、特に制限されず、具体例として、電子顕微鏡分析法を用いて測定することができる。
(E)ガラスパウダー
本記載のガラスパウダーは、好ましくは、平均直径が10~90μmの球状のガラスパウダーであってもよい。
本記載において、ガラスパウダーの“球状”は、ビーズのように、本発明の属する技術分野で球状として認められる又は定義される場合であれば、特に制限されず、一例としてガラスビーズであってもよい。
前記ガラスパウダーの平均直径は、より好ましくは15~70μm、さらに好ましくは20~50μmであってもよく、この範囲内で、上述したカーボンナノチューブ及びカーボンナノプレートとの相互分散効果によってベース樹脂の伝導性、機械的物性及び耐熱性を向上させるという効果がある。
本記載において、ガラスパウダーの平均直径は、本発明の属する技術分野で通常用いる方法によって測定する場合、特に制限されず、一例として、光学顕微鏡分析法または光散乱法によって測定することができる。
前記ガラスパウダーは、好ましくは、ベース樹脂総100重量部を基準として1~7重量部含まれてもよく、より好ましくは1~6重量部、さらに好ましくは2~6重量部、より一層好ましくは2~5重量部含まれ、この範囲内で、他の物性を低下させないながらも、耐熱性及び機械的物性が大きく向上するという効果がある。
前記ガラスパウダーは、一例として、Eガラスパウダー、Dガラスパウダー、Lガラスパウダー、Mガラスパウダー、Sガラスパウダー、Tガラスパウダー、NEガラスパウダー、石英ガラスパウダー(quartz glass powder)、短いガラスパウダー及び中空ガラスパウダー(hollow glass powder)からなる群から選択された1種以上であってもよい。
前記ガラスパウダーは、一例として、粒度分布として90%粒子径(D90)が20~120μmであってもよく、好ましくは25~100μmであり、この範囲内で、他の物性を低下させないながらも、耐熱性及び機械的物性が大きく向上するという効果がある。
前記ガラスパウダーは、一例として、粒度分布として50%粒子径(D50)が10~50μmであってもよく、好ましくは20~50μmであり、この範囲内で、他の物性を低下させないながらも、耐熱性及び機械的物性が大きく向上するという効果がある。
前記ガラスパウダーは、一例として、PbO50~75重量%、好ましくは60~72重量%、B232~30重量%、好ましくは2~20重量%、SiO22~35重量%、好ましくは5~30重量%、及びZnO+CaO0~20重量%又は0.1~20重量%、好ましくは0~10重量%又は0.1~10重量%を含むことができ、この範囲内で、伝導性及び機械的物性に優れるという効果がある。
前記ガラスパウダーは、他の例として、PbO30~55重量%、好ましくは40~50重量%、B2310~40重量%、好ましくは15~35重量%、SiO21~15重量%、好ましくは2~10重量%、ZnO0~30重量%、好ましくは10~30%、及びBaO+CaO+Bi230~30重量%、好ましくは3~20重量%を含むことができ、この範囲内で、伝導性及び機械的物性に優れるという効果がある。
前記ガラスパウダーは、更に他の例として、ZnO40~70重量%、好ましくは40~60重量%、B2320~40重量%、好ましくは20~35重量%、SiO25~20重量%、好ましくは5~15重量%、及びNa2O+K2O+Li2O2~30重量%、好ましくは2~20重量%を含むことができ、この範囲内で、伝導性及び機械的物性に優れるという効果がある。
前記ガラスパウダーは、更に他の例として、ZnO25~45重量%、好ましくは30~40重量%、Bi2315~40重量%、好ましくは20~35重量%、B2310~30重量%、好ましくは15~25重量%、SiO20.5~8重量%、好ましくは1~6重量%、及びCaO+SrO+BaO8~24重量%、好ましくは10~20重量%を含むことができ、この範囲内で、伝導性及び機械的物性に優れるという効果がある。
伝導性樹脂組成物
本記載の伝導性樹脂組成物は、好ましくは熱変形温度が180℃以上であり、より好ましくは185℃以上又は186℃以上であり、さらに好ましくは190℃以上であり、具体例として180~200℃、好ましい例として185~200℃、より好ましい例として190~200℃であり、この範囲内で、物性バランスに優れ、水分安定性、伝導性及び外観品質に優れるという利点がある。
前記伝導性樹脂組成物は、好ましくは、水分吸収率が0.1%以下、0.10%以下または0.09%以下であり、より好ましくは0.08%以下であり、さらに好ましくは0.07%以下であり、より一層好ましくは0.06以下であり、具体例として0.09~0.05%、好ましい例として0.08~0.05%、より好ましい例として0.07~0.05%であってもよく、この範囲内で、物性バランスに優れ、耐熱性、伝導性及び外観品質に優れるという利点がある。
前記伝導性樹脂組成物は、好ましくは表面抵抗が108ohm/sq以下であり、より好ましくは107ohm/sq以下であり、具体例として106~108ohm/sqであり、この範囲内で、物性バランスに優れ、耐熱性、水分安定性及び外観品質に優れるという利点がある。
前記伝導性樹脂組成物は、好ましくは、ASTM D638方法に準拠し、試片の厚さ3.2mm及び測定速度5mm/minの条件下で、引張強度が55MPa以上であり、より好ましくは60MPa以上であり、具体例として55~70MPaであり、好ましい例として60~70MPaであり、この範囲内で、物性バランスに優れ、耐熱性、伝導性、水分安定性及び外観品質に優れるという利点がある。
前記伝導性樹脂組成物は、好ましくは、ISO 180A方法に準拠し、試片の厚さ4mm及び測定温度25℃の条件下で、ノッチ付きアイゾットが18J/m以上であり、より好ましくは130J/m以上であり、具体例として100~280J/mであり、好ましい例として130~280J/mであり、この範囲内で、物性バランスに優れ、耐熱性、伝導性、水分安定性及び外観品質に優れるという利点がある。
伝導性樹脂組成物の製造方法
本記載の伝導性樹脂組成物の製造方法は、好ましくは、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部と;(E)ガラスパウダー1~7重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行うことを特徴とし、このような場合に、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用な伝導性樹脂組成物を提供するという利点がある。
他の例として、本発明の伝導性樹脂組成物の製造方法は、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行い、伝導性樹脂組成物の水分吸収率が0.1%以下であることを特徴とし、このような場合に、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化され、これによって、特に自動車の金属代替外装部品の用途に有用な伝導性樹脂組成物を提供するという利点がある。
前記混練及び押出は、バレル温度が、一例として230~310℃、好ましくは240~300℃、より好ましくは250~290℃、さらに好ましくは250~280℃である範囲内で行うことができ、この場合に、単位時間当たりの処理量が高いながらも、十分な溶融混練が可能であり、樹脂成分の熱分解などの問題を引き起こさないという利点がある。
前記混練及び押出は、スクリュー回転数が、一例として100~500rpm、好ましくは150~400rpm、より好ましくは100~350rpm、さらに好ましくは150~320rpm、より一層好ましくは200~310rpmである条件下で行うことができ、この範囲内で、単位時間当たりの処理量が高く、工程効率に優れながらも、カーボンナノチューブ及びカーボンナノプレートの過度の切断を抑制して、最終製品の伝導性などがさらに優れるという利点がある。
前記混練及び押出を通じて収得された伝導性樹脂組成物は、好ましくは、ペレット状に提供されてもよい。
本記載の成形品の製造方法は、好ましくは、(A)ポリエステル、ポリアリーレンエーテル及び芳香族弾性体を含むベース樹脂100重量部と;(B)2種以上の多官能反応化剤3~12重量部と;(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と;(D)カーボンナノプレート0.1~5重量部と;(E)ガラスパウダー1~7重量部とを含んで混練及び押出することによって伝導性樹脂組成物ペレットを製造するステップと、製造されたペレットを射出して成形品を製造するステップとを含み、前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行うことを特徴とし、このような場合、優れた外観、剛性及び伝導性と共に、水分安定性及び耐熱性に優れるので、外部環境への露出による水分及び熱などの影響が最小化された成形品を提供するという効果がある。
前記射出は、本発明の属する技術分野で通常用いられる方法及び条件による場合、特に制限されず、必要に応じて適宜選択して適用することができる。
本記載の伝導性樹脂組成物、成形品及びこれらの製造方法を説明するにおいて、特に明示していない他の条件(一例として、押出機及び射出機の構成やスペック、押出及び射出条件、添加剤など)は、当業界で通常行う範囲内であれば、特に制限されず、必要に応じて適宜選択して行うことができることを明示する。
以下、図面を参照して本発明を説明する。
下記の図1は、本記載の伝導性樹脂組成物の製造のための混練ブロックが9個以上備えられた押出機の模式図である。
前記押出機の種類は、特に制限されず、当業界で通常用いられているものであれば、適宜選択して行うことができ、一例として、1個のスクリューを備えた一軸押出機、または複数個のスクリューを備えた多軸押出機を用いることができ、材料の均一な混練、加工の容易性及び経済性などを考慮すると、スクリューが2個である二軸押出機を用いることが好ましい。
前記押出機は、バレル(barrel)の内部に材料を供給するための原料供給器(feeder)と、バレルの内部に供給された材料を運送及び混練するためのスクリュー(screw)と、混練された材料を押出するためのダイ(die)とで構成され、前記スクリューは、様々な機能を付与するために複数個のスクリューエレメントで構成される。
前記原料供給器は、1つ以上であってもよく、必要に応じて選択的に2つ以上が備えられてもよい。一例として、主投入口及び選択的に補助投入口が備えられてもよく、補助投入口は、必要に応じて2つ以上備えられてもよい。
具体的な一例として、前記主投入口にベース樹脂、多官能反応化剤、カーボンナノチューブ、カーボンナノプレート及びガラスパウダーが一括投入されてもよく、他の一例として、前記主投入口にベース樹脂と多官能反応化剤を投入した後、補助投入口にカーボンナノチューブ、カーボンナノプレート及びガラスパウダーを投入してもよい。好ましい一実施例として、前記主投入口にポリエステルを除いた成分全体を投入し、補助投入口にポリエステルを投入することも可能である。
他の一例として、前記主投入口にベース樹脂と多官能反応化剤を投入し、補助投入口1にカーボンナノチューブ、カーボンナノプレート及びガラスパウダーの一部を投入した後、残量を補助投入口2に投入することも可能である。
更に他の一例として、前記主投入口にベース樹脂を投入し、補助投入口1にはカーボンナノチューブ、カーボンナノプレート及びガラスパウダーを投入し、補助投入口2には多官能反応化剤が投入されてもよい。
本発明の混練ブロックは、前記スクリューエレメントの一例であって、具体的には、複数個のディスク、好ましい一例として、3~7枚、5~7枚、3~5枚または4~5枚のディスクで構成され、通常、多角形あるいは楕円形などの断面を備えており、材料の移送方向に連続的に配列される。また、前記混練ブロックにおいてディスクの位相角(ディスク相互間の移動角を意味する)は、好ましくは45~90°をなす。
また、混練ブロックは、材料の移送、分配及び混合能力を備えた正方向(forward)混練ブロック、材料の移送能力なしに分配及び混合能力のみを備えた直交(neutral)型混練ブロック、材料を移送方向の反対方向に逆移送させる逆方向(backward)混練ブロックなどがある。
本発明に係る伝導性濃縮樹脂組成物は、混練ブロックが、一例として9個以上、好ましくは10個以上、より好ましくは12個以上、好ましい例としては9~18個、より好ましい例としては10~18個、さらに好ましい例としては12~16個である押出機を用いて混練及び押出するステップを含んで製造されてもよい。このとき、混練ブロックは、樹脂の流れ方向に対して正方向、直交型、そして逆方向の順に組み合わせて使用することが効果的であり、混合方法に応じて、連続又は分離されたブロックの組み合わせを使用することができる。この場合に、伝導性フィラー成分の分散性、組成物の相溶性などがさらに改善され、より高品質の伝導性樹脂組成物を提供することができる。
前記混練ブロックは、一例として、9個以上が連続的に配列されてもよく、他の一例として、スクリューの間に不連続的に配列されてもよい。具体的な一例として、主投入口と補助投入口1との間に3~6個の混練ブロックが連続的に備えられ、補助投入口1と補助投入口2との間に3~8個の混練ブロックが連続的に備えられ、補助投入口2と吐出口(図示せず)との間に2~5個の混練ブロックが備えられてもよい。このように配列される場合、溶融混練時の局所的な発熱が制御されて原料物質の熱変形を防止することができ、ナノ成分の過度の切断が防止されて電気伝導性及び機械的な物性が低下しないという利点がある。
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施例を提示するが、以下の実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範疇及び技術思想の範囲内で様々な変更及び修正が可能であることは当業者にとって明らかであり、このような変更及び修正が添付の特許請求の範囲に属することも当然である。
[実施例]
下記実施例及び比較例で使用された材料は、次の通りである。
*ポリエステル:ポリブチレンテレフタレートとしてLG化学のCP2000(MI 30g/10分)製品を使用した。
*ポリアリーレンエーテル:ポリフェニレンオキシド樹脂(PPO)としてBluestar社の040製品を使用した。
*ポリアミド:インビスタ(Invista)社の3602 PA66製品を使用した。
*芳香族弾性体:スチレン系ゴムとして、LG化学のSBS501製品(スチレン含量30重量%、ブタジエンゴム含量70重量%)を使用した。
*多官能反応化剤1:G Farm社のマレイン酸無水物で変性されたポリフェニレンオキシド(mah-PPO)構造のZA製品を使用した。
*多官能反応化剤2:国都化学の反応型エポキシYD019製品(エポキシ当量2,000~3,000)を使用した。
*カーボンナノチューブ:BET表面積が200~300m2/gであるLG化学の炭素ナノチューブCP1002M製品を使用した。
*板状のカーボンナノプレート:平均厚さが5~50nmである層状剥離製品を使用した。
*ガラスパウダー:平均直径50μmである球状のガラスパウダーとして、Sovitec社のMircopearl GB製品を使用した。
実施例1~5及び比較例1~10
下記表1及び表2に記載された成分及び含量を、混合ブロックが10個である二軸押出機[SM社のT40]を用いて温度250~310℃、回転数(rpm)300回転/分に設定し、溶融混練及び押出してペレットに製造し、前記ペレットを射出機[エンゲル社、80トン]を用いて評価用試片を製造した。
前記二軸押出機は、総投入口が2つ以上であり、主投入口にポリエステルを除いた成分を投入し、補助投入口にポリエステルを投入した。
[試験例]
前記実施例1~6及び比較例1~10で製造された試片の特性を下記の方法で測定し、その結果を下記の表1及び表2に示した。
*引張強度(MPa):厚さ3.2mmの試片を用い、ASTM D638方法に準拠して測定速度5mm/minで測定した。
*衝撃強度(J/m):ノッチ付きアイゾット(Notched Izod)衝撃強度で、厚さ4mmの試片を用いてISO 180A方法に準拠して測定し、試片にノッチを付けた後、常温(23℃)で測定した。
*熱変形温度(℃):厚さ4mmである試片を用いて、ISO 75-2方法に準拠して0.45MPaの応力下で測定した。
*表面抵抗(Ohm/sq):射出試片の表面抵抗をProstat社のPRS-801装備を用いて測定した。
*表面品質(外観):射出試片の外観を目視で評価した。ここで、◎:成形性及び外観がいずれも優秀、○:成形性及び外観がいずれも良好、△:外観が良好(ピンホールが間欠的に観察される)、×:外観が低下(ピンホールが観察される)、××:外観が悪い(ピンホール及びフローマークが観察される)と評価した。
*水分吸収率(%):射出機(80トン、エンゲル社)を用いて、規格が100mm×100mm×3mmである平板試片に射出し、40℃で72時間蒸留水に浸漬した後、増加した重量%で測定した。
Figure 0007254242000001
Figure 0007254242000002
前記表1及び表2に示したように、本発明に係る伝導性樹脂組成物(実施例1~)は、本発明の範囲を外れる伝導性樹脂組成物(比較例1~10)と比較して、引張強度などのような機械的物性は同等以上の値を示し、熱変形温度及び表面抵抗は大きく改善され、表面品質及び水分吸収率は、全ての実施例において遥かに優れることが確認できた。

Claims (12)

  1. (A)ポリアルキレンテレフタレートポリフェニレンエーテル及びスチレン系ゴムを含むベース樹脂100重量部と、
    (B)2つ以上の多官能反応化剤3~12重量部と、
    (C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と、
    (D)グラフェン0.1~5重量部と、
    (E)ガラスパウダー1~10重量部とを含み、
    前記2つ以上の多官能反応化剤が、ポリフェニレンエーテルが不飽和カルボン酸またはその無水物と反応して官能化された重合体、および末端にエポキシ官能基を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、
    前記ベース樹脂は、ポリアルキレンテレフタレート30~80重量%、ポリフェニレンエーテル15~60重量%及びスチレン系ゴム1~30重量%を含む
    伝導性樹脂組成物。
  2. 前記ポリアルキレンテレフタレートはポリブチレンテレフタレートである、請求項1に記載の伝導性樹脂組成物。
  3. 前記多官能反応化剤は、カルボン酸、マレイン酸またはマレイン酸無水物で官能化されたポリフェニレンオキシド樹脂、及びビスフェノールA型エポキシ樹脂を含む、請求項1または2に記載の伝導性樹脂組成物。
  4. 前記カーボンナノチューブは、BET表面積が180~600m2/gである、請求項1~3のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物。
  5. 前記グラフェンは、平均厚さが5~50nmである、請求項1~4のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物。
  6. 前記ガラスパウダーは、平均直径が10~90μmである球状のガラスパウダーである、請求項1~5のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物。
  7. (A)ポリアルキレンテレフタレートポリフェニレンエーテル及びスチレン系ゴムを含むベース樹脂100重量部と、
    (B)2つ以上の多官能反応化剤3~12重量部と、
    (C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と、
    (D)グラフェン0.1~5重量部とを含み、
    前記2つ以上の多官能反応化剤が、ポリフェニレンエーテルが不飽和カルボン酸またはその無水物と反応して官能化された重合体、および末端にエポキシ官能基を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、
    前記ベース樹脂は、ポリアルキレンテレフタレート30~80重量%、ポリフェニレンエーテル15~60重量%及びスチレン系ゴム1~30重量%を含み、
    ISO82で測定した水分吸収率が0.1%以下である、伝導性樹脂組成物。
  8. 前記伝導性樹脂組成物は、熱変形温度が180℃以上である、請求項1~7のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物。
  9. 前記伝導性樹脂組成物は、ISO2787で測定した表面抵抗が108ohm/sq以下である、請求項1~8のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物。
  10. (A)ポリアルキレンテレフタレートポリフェニレンエーテル及びスチレン系ゴムを含むベース樹脂100重量部と、(B)2つ以上の多官能反応化剤3~12重量部と、(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と、(D)グラフェン0.1~5重量部と、(E)ガラスパウダー1~7重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、
    前記2つ以上の多官能反応化剤が、ポリフェニレンエーテルが不飽和カルボン酸またはその無水物と反応して官能化された重合体、および末端にエポキシ官能基を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、
    前記ベース樹脂は、ポリアルキレンテレフタレート30~80重量%、ポリフェニレンエーテル15~60重量%及びスチレン系ゴム1~30重量%を含み、
    前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行う、伝導性樹脂組成物の製造方法。
  11. (A)ポリアルキレンテレフタレートポリフェニレンエーテル及びスチレン系ゴムを含むベース樹脂100重量部と、(B)2つ以上の多官能反応化剤3~12重量部と、(C)カーボンナノチューブ0.1~3重量部と、(D)グラフェン0.1~5重量部とを含んで混練及び押出するステップを含み、
    前記混練及び押出は、混練ブロックが9個以上である押出機を用いて行い、
    前記2つ以上の多官能反応化剤が、ポリフェニレンエーテルが不飽和カルボン酸またはその無水物と反応して官能化された重合体、および末端にエポキシ官能基を有するビスフェノールA型エポキシ樹脂であり、
    前記ベース樹脂は、ポリアルキレンテレフタレート30~80重量%、ポリフェニレンエーテル15~60重量%及びスチレン系ゴム1~30重量%を含み、
    前記伝導性樹脂組成物のISO82で測定した水分吸収率が0.1%以下である、伝導性樹脂組成物の製造方法。
  12. 請求項1~9のいずれか一項に記載の伝導性樹脂組成物を含む、成形品。
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