JP7379008B2 - ポリカーボネート樹脂組成物 - Google Patents
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Description
特許文献1ではポリカーボネート樹脂と特定の断面形状を有する扁平断面ガラス繊維とリン酸エステル系難燃剤からなる機械強度と難燃性の改良された芳香族ポリカーボネート樹脂組成物が提案されている。その実施例では、扁平断面ガラス繊維と厚さ5μmのガラスフレークを特定の量比で配合し、さらにリン酸エステル系難燃剤及びポリテトラフルオロエチレンを含有するポリカーボネート樹脂組成物が記載されているが、その異方性は十分満足できるものとはいえず、またリン系難燃剤を使用しているためポリカーボネート樹脂を可塑化することによる衝撃強度及び耐熱性の低下が発生しやすいことから、衝撃強度と耐熱性と異方性は不十分であり満足できるものではなかった。
本発明のポリカーボネート樹脂は、ISO 11359-2に基づいて測定されるMD方向とTD方向の線膨脹係数が、21×10-6/K~28×10-6/Kの範囲にあり、MDとTDの線膨張係数比が0.9~1.1の範囲にあることが好ましい。
なお、本明細書において、「~」とは、特に断りがない場合、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
以下、本発明のポリカーボネート樹脂組成物を構成する各成分等につき、詳細に説明する。
ポリカーボネート樹脂は、式:-[-O-X-O-C(=O)-]-で示される炭酸結合を有する基本構造の重合体である。式中、Xは一般には炭化水素であるが、種々の特性付与のためヘテロ原子、ヘテロ結合の導入されたXを用いてもよい。
1,2-ジヒドロキシベンゼン、1,3-ジヒドロキシベンゼン(即ち、レゾルシノール)、1,4-ジヒドロキシベンゼン等のジヒドロキシベンゼン類;
2,5-ジヒドロキシビフェニル、2,2’-ジヒドロキシビフェニル、4,4’-ジヒドロキシビフェニル等のジヒドロキシビフェニル類;
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2-ビス(3-メチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2-ビス(3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(3-メトキシ-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
1,1-ビス(3-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2-ビス(3,5-ジメチル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2,2-ビス(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-(3-シクロヘキシル-4-ヒドロキシフェニル)プロパン、
α,α’-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1,4-ジイソプロピルベンゼン、
1,3-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキシルメタン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)フェニルメタン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)(4-プロペニルフェニル)メタン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)ジフェニルメタン、
ビス(4-ヒドロキシフェニル)ナフチルメタン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)エタン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-フェニルエタン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-1-ナフチルエタン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、
2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ブタン、
2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ペンタン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、
2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)オクタン、
4,4-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ヘプタン、
2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ノナン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)デカン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)ドデカン、
等のビス(ヒドロキシアリール)アルカン類;
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,3-ジメチルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,4-ジメチルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,5-ジメチルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシ-3,5-ジメチルフェニル)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-プロピル-5-メチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-tert-ブチル-シクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-4-tert-ブチル-シクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-3-フェニルシクロヘキサン、
1,1-ビス(4-ヒドロキシフェニル)-4-フェニルシクロヘキサン、
等のビス(ヒドロキシアリール)シクロアルカン類;
9,9-ビス(4-ヒドロキシ-3-メチルフェニル)フルオレン等のカルド構造含有ビスフェノール類;
4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジメチルジフェニルスルフィド等のジヒドロキシジアリールスルフィド類;
4,4’-ジヒドロキシ-3,3’-ジメチルジフェニルスルホン等のジヒドロキシジアリールスルホン類;
等が挙げられる。
なお、芳香族ジヒドロキシ化合物は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
エタン-1,2-ジオール、プロパン-1,2-ジオール、プロパン-1,3-ジオール、2,2-ジメチルプロパン-1,3-ジオール、2-メチル-2-プロピルプロパン-1,3-ジオール、ブタン-1,4-ジオール、ペンタン-1,5-ジオール、ヘキサン-1,6-ジオール、デカン-1,10-ジオール等のアルカンジオール類;
なお、ポリカーボネート樹脂(A)は、粘度平均分子量の異なる2種類以上のポリカーボネート樹脂を混合して用いてもよく、この場合には、粘度平均分子量が上記の好適な範囲外であるポリカーボネート樹脂を混合してもよい。
η=1.23×10-4Mv0.83から算出される値を意味する。また極限粘度[η]は、各溶液濃度[C](g/dl)での比粘度[ηsp]を測定し、下記式により算出される値である。
ただし、再生されたポリカーボネート樹脂は、ポリカーボネート樹脂のうち、80質量%以下であることが好ましく、中でも50質量%以下であることがより好ましい。再生されたポリカーボネート樹脂は、熱劣化や経年劣化等の劣化を受けている可能性が高いため、このようなポリカーボネート樹脂を前記の範囲よりも多く用いた場合、色相や機械的物性を低下させる可能性があるためである。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物はポリカーボネートオリゴマー(B)を含有する。
ポリカーボネートオリゴマー(B)は、芳香族ジヒドロキシ化合物とホスゲンで代表されるカーボネート前駆体との反応や、芳香族ジヒドロキシ化合物とジフェニルカーボネート等とのエステル交換反応によって得られるものが好ましい。
分子量調節剤の添加量は芳香族ジヒドロキシ化合物に対して3~70mol%であることが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、ポリカーボネートオリゴマー(B)に加えてアクリロニトリル-スチレン系共重合体を併せて含有してもよいが、金型付着物量の観点からは、実質的に含有しないか、含有しても少ない量であることが好ましい。
アクリロニトリル-スチレン系共重合体は、アクリロニトリルとスチレン系単量体との共重合体であり、さらに他の共重合可能な単量体との共重合体であってもよい。
これらの中では(メタ)アクリル酸エステル系単量体が好ましく挙げられ、例えばメチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、プロピル(メタ)アクリレート、イソプロピル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、アミル(メタ)アクリレート、ヘキシル(メタ)アクリレート、オクチル(メタ)アクリレート、2-エチルヘキシル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、ドデシル(メタ)アクリレート、オクタデシル(メタ)アクリレート、フェニル(メタ)アクリレート、ベンジル(メタ)アクリレート等を挙げることができ、特にメチルメタアクリレートを挙げることができる。
なお、(メタ)アクリレートの表記はメタクリレート及びアクリレートのいずれをも含むことを示し、(メタ)アクリル酸エステルの表記はメタクリル酸エステル及びアクリル酸エステルのいずれをも含むことを示す。
また、アクリロニトリル-スチレン系共重合体の質量平均分子量(Mw)は、6万~22万の範囲にあることが好ましく、8万~20万であることがより好ましい。
なお、本発明において、アクリロニトリル-スチレン系共重合体の質量平均分子量(Mw)の測定は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法によって行われる。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、ガラスフレークを含有し、平均厚みが0.45~1μmのガラスフレーク(C)を使用する。
本発明におけるガラスフレーク(C)は平均厚みが0.4~1μmであり、通常のガラスフレークの厚みが5μm程度であるのに比べ、より薄肉のものを使用する。ガラスフレーク(C)の平均厚みは、好ましくは0.5~0.9μmであり、さらに好ましくは0.55~0.85μm、特に好ましくは0.6~0.8μmである。平均厚みが上記範囲の上限を超える場合は、ポリカーボネート樹脂組成物の弾性率が低下しやすく、また平均厚みが上記範囲の下限を下回る場合は、ガラスフレークが極端に割れやすくなり、剛性や耐衝撃性が低下するため好ましくない。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、扁平率が1.5超8以下の扁平断面ガラス繊維(D)を、上記した薄肉のガラスフレーク(C)と組み合わせて含有することを特徴とする。このような扁平断面のガラス繊維(D)をガラスフレーク(C)と組み合わせて用いることで、強度と低異方性に優れ、線膨脹係数がアルミニウムやマグネシウム金属等と同レベルであるポリカーボネート樹脂組成物ことが可能となる。
また、扁平断面ガラス繊維(D)の平均繊維長と平均繊維径の比(アスペクト比)は、好ましくは2~120であり、より好ましくは2.5~70、さらに好ましくは3~50である。扁平断面ガラス繊維の平均繊維長と平均繊維径の比(アスペクト比)が、2未満の場合は、機械的強度が低下する傾向にあり、逆に120を超える場合は、ソリや異方性が大きくなるほか、成形品外観が著しく悪化する傾向にある。
収束剤としては、特に制限はないが、例えば、ウレタン系、エポキシ系、アクリル系等の収束剤が挙げられる。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物において、扁平断面ガラス繊維(D)とガラスフレーク(C)の含有量の質量比(D)/(C)は、0.05以上3未満とする。ガラスフレーク(C)の量に比べて扁平断面ガラス繊維(D)の量を少なくすることで、強度と低異方性に優れ、線膨脹係数がアルミニウムやマグネシウム金属等と同レベルであり、さらに流動性にも優れたポリカーボネート樹脂組成物とすることができる。(D)/(C)は好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、さらに好ましくは0.3以上、中でも0.4以上、特に好ましくは0.45以上であり、好ましくは2.5以下、より好ましくは2以下、特に好ましくは1.5以下である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物において、ガラスフレーク(C)とポリカーボネートオリゴマー(B)の含有量の質量比(C)/(B)は、0.5超10未満とする。ポリカーボネートオリゴマー(B)の量に比べてガラスフレーク(C)の量を多くすることで、高流動性でかつ線膨張係数の異方性を少なくすることができる。(C)/(B)は、好ましくは0.6以上9以下、さらに好ましくは0.7以上8以下、中でも0.8以上7以下、とりわけ0.9以上6以下、特に好ましくは1超6未満である。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、上記した以外のその他の添加剤、例えば、安定剤、離型剤、難燃剤、蛍光増白剤、顔料、染料、耐衝撃改良剤、帯電防止剤、可塑剤、相溶化剤などの添加剤を含有することができる。これらの添加剤あるいは他の樹脂は1種または2種以上を配合してもよい。
カーボンブラックを含有する場合の含有量は、ポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対して、通常0.001質量部以上、好ましくは0.005質量部以上、より好ましくは0.01質量部以上であり、また、通常5質量部以下、好ましくは4質量部以下、より好ましくは3質量部以下、さらに好ましくは2質量部以下である。
また、本発明のポリカーボネート樹脂組成物は、滴下防止剤である、フィブリル形成能を有するフッ素樹脂を含有しないことが好ましい。即ち、フィブリル形成能を有するフッ素樹脂を含有しないか、含有する場合でもその含有量が、ポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対し、1質量部以下、中でも0.7質量部以下、特に0.5質量部以下とすることが好ましい。フィブリル形成能を有するフッ素樹脂をこのような量を超えて含有すると、本発明のポリカーボネート樹脂組成物の粘性が高くなり成形加工性を悪化させる傾向にあるので好ましくない。
ただし、その他の樹脂を含有する場合の含有量は、ポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対し、20質量部以下とすることが好ましく、10質量部以下がより好ましく、さらに5質量部以下、特には3質量部以下とすることが好ましい。
本発明のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法に制限はなく、公知のポリカーボネート樹脂組成物の製造方法を広く採用でき、ポリカーボネート樹脂(A)及びポリカーボネートオリゴマー(B)、ガラスフレーク(C)及び扁平断面ガラス繊維(D)、並びに、必要に応じて配合されるその他の成分を、例えばタンブラーやヘンシェルミキサーなどの各種混合機を用い予め混合した後、バンバリーミキサー、ロール、ブラベンダー、単軸混練押出機、二軸混練押出機、ニーダーなどの混合機で溶融混練する方法が挙げられる。ガラスフレーク(C)及び扁平断面ガラス繊維(D)はサイドフィードすることが好ましい。
なお、溶融混練の温度は特に制限されないが、通常260~320℃の範囲である。
MDとTDの線膨張係数比(MD/TD)は、より好ましくは0.92以上、さらに好ましくは0.94以上であり、また、より好ましくは1.08以下、さらに好ましくは1.06以下である。
[樹脂組成物ペレットの製造]
表1に記載した各成分のうち、ガラスフレークとガラス繊維以外を、下記表2に記載した量(全て質量部)で、タンブラーミキサーにて均一混合した後、ホッパーから、押出機にフィードして溶融混練した。なお、ガラスフレーク(C、CX)及びガラス繊維(D、DX)は押出機の上流からバレル長さLの2/3の下流位置からサイドフィードした。サイドフィード後の溶融混練時間は15秒であった。
押出機としては、日本製鋼所社製二軸押出機(TEX25αIII、L/D=52.5)を用い、スクリュー回転数200rpm、シリンダー温度300℃、吐出量25kg/hrの条件で溶融押出しし、押出されたストランドを水槽にて急冷し、ペレタイザーを用いてペレット化した。
上記で得られたISOダンベル片(厚さ4mm)を用い、ISO178に基づいて、曲げ弾性率(単位:MPa)を測定した。
上記で得られたISOダンベル片(厚さ4mm)を用い、ISO179に基づいて、ノッチ無しシャルピー強度(単位:kJ/m2)を測定した。
上記で得られた平板状成形品(長さ100mm×幅100mm×厚さ2mm)の中心部を、MD/TD方向にそれぞれ長さ15mm×幅10mm×厚さ2mmに切り出すことで試験片を得、線膨張係数の測定に用いた。
測定機器としては、日立ハイテクサイエンス製TMA/SS6100を用い、試験片の長さ部分を測定の対象にし、-30~+120℃まで20℃/分の速度で昇温し、温度変化量に対する寸法の変化量の傾きから線膨張係数(単位:/K)を算出した。
上記で算出したMDとTDとの線膨張係数の比(MD/TD)を算出した。
上記で得られたペレットを120℃で5時間乾燥させた後、日精樹脂工業社製のNEX80射出成形機を使用し、バーフロー金型(厚さ1mm、幅20mm、Φ1.5mmピンゲート)を用い、シリンダー温度300℃、金型温度100℃、射出圧力150MPa、射出時間5秒、成形サイクル45秒の条件で流動長(単位:mm)を測定した。
ISO527-1及び2に従い、厚さ4mmの1A形試験片を用い、試験速度5mm/minで実施した。試験片の長手方向、表面中央線上に2点のゲートを有する金型(ゲート間距離170mm)を使用し、中央部にウエルドを形成させた試験片をシリンダー温度290℃、金型温度110℃、成形サイクル60秒の条件で成形し、ウエルド引張強度(単位:MPa)を測定した。
日精樹脂工業製NEX80射出成形機を用い、シリンダ温度300℃、金型温度120℃、射出速度100mm/sで、60mm×90mmで厚さが1mm、2mm及び3mmの3段プレートを成形し、その外観を、以下の基準で目視観察し、判定した。
A:表面荒れ 非常に少ない
B:表面荒れ 少ない
C:部分的に表面荒れあり
D:全体的に表面荒れあり
上記3段プレートの成形条件にて、500ショットの連続成形を行い、終了後金型の付着物の有無について、以下の基準で目視観察して評価判定を行った。
A:付着物 非常に少ない
B:付着物 少ない
C:付着物 多い
D:付着物 非常に多い
Claims (6)
- 粘度平均分子量が16000~50000のポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対し、粘度平均分子量が1500~9500のポリカーボネートオリゴマー(B)を5~100質量部、平均厚みが0.45~1μmのガラスフレーク(C)を10~100質量部、及び、繊維断面の短径(厚み)の平均値が3~20μmで扁平率が1.5超8以下の扁平断面ガラス繊維(D)を3~100質量部含有し、
扁平断面ガラス繊維(D)とガラスフレーク(C)の含有量の質量比(D)/(C)が0.4以上3未満であり、ガラスフレーク(C)とポリカーボネートオリゴマー(B)の含有量の質量比(C)/(B)は1超10未満であることを特徴とするポリカーボネート樹脂組成物。 - リン系難燃剤を含有しないか、含有する場合でもその含有量は、ポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対し、1質量部以下であり、かつ、
フィブリル形成能を有するフッ素樹脂を含有しないか、含有する場合でもその含有量が、ポリカーボネート樹脂(A)100質量部に対し、1質量部以下である請求項1に記載のポリカーボネート樹脂組成物。 - ISO 11359-2に基づいて測定されるMD方向とTD方向の線膨脹係数が、21×10-6/K~28×10-6/Kの範囲にあり、MDとTDの線膨張係数比が0.9~1.1の範囲にある請求項1または2に記載のポリカーボネート樹脂組成物。
- 請求項1~3のいずれかに記載のポリカーボネート樹脂組成物の成形品。
- 成形品が、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、投影露光装置、光学測定装置の筐体部品やレンズ鏡筒;スマートフォン用カメラ、車載カメラ、ドライブレコーダー、監視カメラ、ドローン搭載用小型カメラの筐体部品や機構部品;車の衝突防止センサー、バックモニター用センサー、車速センサー、温度センサー、防犯用センサーの筐体や機構部品;自動車、バイク、自転車、車椅子のフレーム部材や外板部材;家庭用テレビ、パソコン用ディスプレイ、車載モニター、スマートフォン、ヘッドマウントディスプレイのパネル部材や機構部品;バーコードリーダー、スキャナー筐体や機構部品からなる群から選択される成形品である請求項4に記載の成形品。
- 成形品が、カメラ、望遠鏡、顕微鏡、投影露光装置、光学測定装置の筐体部品やレンズ鏡筒;スマートフォン用カメラ、車載カメラ、ドライブレコーダー、監視カメラ、ドローン搭載用小型カメラの筐体部品や機構部品;家庭用テレビ、パソコン用ディスプレイ、車載モニター、スマートフォン、ヘッドマウントディスプレイのパネル部材や機構部品からなる群から選択される成形品である請求項4に記載の成形品。
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