JP7453635B1 - ポリアリーレンスルフィド樹脂組成物、成形品およびそれらの製造方法 - Google Patents
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- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
Description
前記PAS樹脂(A)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、
前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であり、
溶融粘度(R)が100~400〔Pa・s〕の範囲であるPAS樹脂組成物に関する。
前記PAS樹脂(A)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、
前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、かつ、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であり、
溶融粘度(R)が100~400〔Pa・s〕の範囲である、PAS樹脂組成物の製造方法の製造方法に関する。
前記PAS樹脂(A)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、
前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、
前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であることを特徴とする。以下、説明する。
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、必須成分としてPAS樹脂(A)を配合してなる。
本開示に用いるPAS樹脂(A)の溶融粘度は特に限定されないが、流動性およ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5Pa・s以上の範囲、より好ましくは10Pa・s以上の範囲であり、そして、好ましくは45Pa・s以下の範囲、より好ましくは40Pa・s以下の範囲である。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。
本開示に用いるPAS樹脂(A)の非ニュートン指数は特に限定されないが、0.90以上から、2.00以下の範囲であることが好ましい。直鎖状PAS樹脂を用いる場合には、非ニュートン指数が、好ましくは0.90以上の範囲、より好ましくは0.95以上の範囲から、好ましくは1.50以下の範囲、より好ましくは1.20以下の範囲である。このようなPAS樹脂(A)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+20℃、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。
前記PAS樹脂(A)の製造方法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)極性溶媒中でスルフィド化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、加熱した有機極性溶媒とジハロゲノ芳香族化合物とを含む混合物に含水スルフィド化剤を水が反応混合物から除去され得る速度で導入し、有機極性溶媒中でジハロゲノ芳香族化合物とスルフィド化剤とを、必要に応じてポリハロゲノ芳香族化合物と加え、反応させること、及び反応系内の水分量を該有機極性溶媒1モルに対して0.02~0.5モルの範囲にコントロールすることによりPAS樹脂を製造する方法(特開平07-228699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およ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。)で得られるものが特に好ましい。ジハロゲノ芳香族化合物の具体的な例としては、p-ジハロベンゼン、m-ジハロベンゼン、o-ジハロベンゼン、2,5-ジハロトルエン、1,4-ジハロナフタレン、1-メトキシ-2,5-ジハロベンゼン、4,4’-ジハロビフェニル、3,5-ジハロ安息香酸、2,4-ジハロ安息香酸、2,5-ジハロニトロベンゼン、2,4-ジハロニトロベンゼン、2,4-ジハロアニソール、p,p’-ジハロジフェニルエーテル、4,4’-ジハロベンゾフェノン、4,4’-ジハロジフェニルスルホン、4,4’-ジハロジフェニルスルホキシド、4,4’-ジハロジフェニルスルフィド、及び、上記各化合物の芳香環に炭素原子数1~18の範囲のアルキル基を有する化合物が挙げられ、ポリハロゲノ芳香族化合物としては1,2,3-トリハロベンゼン、1,2,4-トリハロベンゼン、1,3,5-トリハロベンゼン、1,2,3,5-テトラハロベンゼン、1,2,4,5-テトラハロベンゼン、1,4,6-トリハロナフタレンなどが挙げられる。また、上記各化合物中に含まれるハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子であることが望ましい。
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、鱗片状黒鉛(B)を必須成分として配合してなる。本開示における「鱗片状」とは、厚さと厚み方向に直交する面の長辺の長さとが1:5以上であることを意味する。鱗片状の黒鉛を用いることで、機械的強度等の物性を低下させることなく、熱伝導性を高めることができる。前記黒鉛の形状が鱗片状ではない場合(例えば、粒状、板状、針状等である場合)、機械的強度と熱伝導性を高いレベルで両立させることができない。
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、導電性カーボンブラック(C)を必須成分として配合してなる。
本実施形態に係るPAS樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲で、繊維状充填剤を任意成分として配合することができる。これら繊維状充填剤としては本発明の効果を損なうものでなければ公知慣用の材料を用いることもでき、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、シランガラス繊維、セラミック繊維、アラミド繊維、金属繊維等が使用できる。繊維状充填剤を配合する場合、その配合量は、前記鱗片状黒鉛(B)100質量部に対して、好ましくは50質量部以下、より好ましくは30質量部以下の範囲である。かかる範囲において、より機械的性質に優れる成形品を得ることができる。
本実施形態に係るPAS樹脂組成物の製造方法は、PAS樹脂(A)と、鱗片状黒鉛(B)と、導電性カーボンブラック(C)を配合し、PAS樹脂の融点以上で溶融混練する工程を有するPAS樹脂組成物の製造方法であって、前記PAS樹脂(A)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、かつ、前記PAS樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であり、溶融粘度(R)が100~400〔Pa・s〕の範囲であることを特徴とする。以下、詳述する。
本実施形態に係る成形品は前記PAS樹脂組成物を溶融成形してなる。また、本実施形態に係る成形品の製造方法は、前記PAS樹脂組成物を溶融成形する工程を有する。このため、本実施形態に係る成形品は、PAS樹脂(A)が連続相を形成し、他の必須成分や任意成分が分散されたモルフォロジーを有する。PAS樹脂組成物が、かかるモルフォロジーを有することにより、熱伝導性および機械的強度に優れた成形品が得られる。
表1及び2に記載する組成成分およ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25kg/hr、スクリュー回転数200rpm、設定樹脂温度330℃で溶融混練して樹脂組成物のペレットを得た。原料成分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。
上記の方法で樹脂組成物をベント付2軸押出機で溶融混練して製造する際の、混練トルクから流動性を評価した。参考例の混練トルクに対して混練トルクが1.2倍未満であって樹脂組成物が得られたものを○、参考例に対して混練トルクが1.2倍以上であるため、溶融混練による加工が不可と判断したものを×を評価した。評価結果を表1及び2に示す。
得られた樹脂組成物のペレットをシリンダー温度350℃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150℃に温調したISO D2 シート成形用金型を用いて射出成形を行い、ISO D2 シートを得た。得られたシートを10mm×10mm×2mmtに切削したものを試験片として、成形品の厚み方向をJIS R 1611「ファインセラミックスのフラッシュ法による熱拡散率・比熱容量・熱伝導率の測定方法」に準拠して、熱伝導率(W/m・K)を測定した。測定結果を表1及び2に示す。
得られた樹脂組成物のペレットをシリンダー温度350℃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150℃に温調したISO Type 1A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および2に準拠した測定方法で引張強度を測定した。測定結果を表1及び2に示す。
得られた樹脂組成物の体積抵抗率から導電性を評価した。体積抵抗率は、日東精工アナリテック株式会社製「ロレスタAX MCP-T370」を用いて、室温21℃、湿度67RH%の条件下における各試験片の体積抵抗率をJIS K 7194「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準拠して測定し、得られた値から導電率を算出した。試験片は、各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物をシリンダー温度350℃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150℃に温調したプレート(80mm×50mm×2mmt)成形用金型を用いて射出成形を行い、得られた成形品を用いた。測定結果を表1及び2に示す。
各実施例及び比較例で得られた樹脂組成物について、東洋精機製作所製「キャピログラフ1D」を用い、350℃、せん断速度1,216s-1、L/D=40(mm)/1(mm)にて、5分間保持した後の溶融粘度(R)を測定した。測定結果を「溶融粘度」として、表1及び2に示す。
A-1:PPS樹脂(溶融粘度(V6)15〔Pa・s〕)
・鱗片状黒鉛(B)
B-1:西村黒鉛株式会社製「鱗状黒鉛D-1」、平均粒子径(D50)52.9〔μm〕
・導電性カーボンブラック(C)
C-1:ファーネスカーボンブラック、比表面積225〔m2/g〕、一次粒子径25〔nm〕
C-2:ファーネスカーボンブラック、比表面積165〔m2/g〕、一次粒子径21〔nm〕
c-3:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製「ケッチェンブラックEC600JD」、比表面積1270〔m2/g〕、一次粒子径34〔nm〕
c-4:ライオン・スペシャリティ・ケミカルズ株式会社製「ライオナイトCB」、比表面積1052〔m2/g〕、一次粒子径40〔nm〕
・炭素繊維(D)
D-1:ピッチ系炭素繊維、カット長0.2〔mm〕、繊維径11〔μm〕、引張弾性率900〔GPa〕、サイジング剤無
[工程1]
圧力計、温度計、コンデンサー、デカンタ、精留塔を連結した撹拌翼付き150Lオートクレーブにp-ジクロロベンゼン(p-DCB)35.868質量部(244モル部)、NMP3.420質量部(34.5モル部)、47.23質量%NaSH水溶液27.300質量部(NaSHとして230モル部)、及び49.21質量%NaOH水溶液18.533質量部(NaOHとして228モル部)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27.300質量部を留出させた後、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0.079質量部(0.8モル部)であったことから、仕込んだNMPの98モル%(33.7モル部)がNMPの開環体(4-(メチルアミノ)酪酸)のナトリウム塩(以下、「SMAB」と略記する。)に加水分解されていることが示された。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0.147モル部であった。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27.921質量部であることから、オートクレーブ内の残水量0.878質量部(48.8モル部)の内、0.609質量部(33.8モル部)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0.269質量部(14.9モル部)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た。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0.065モルであった。
上記脱水工程終了後に、内温を160℃に冷却し、NMP46.343質量部(467.5モル部)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0.025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、デカンタで分離して、p-DCBはオートクレーブへ戻した。留出水量は0.228質量部(12.7モル部)であった。
工程3開始時のオートクレーブ内水分量は0.041質量部(2.3モル部)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0.147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1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0.04MPaで、最終ゲージ圧は0.40MPaであった。冷却後、得られたスラリーの内、0.650質量部を3質量部(3L部)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質量部(3L部)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質量部(3L部)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質量部(3L部)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-1)を得た。このポリマーの溶融粘度(V6)は15Pa・sであった。非ニュートン指数は1.07であった。
Claims (10)
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、鱗片状黒鉛(B)と、導電性カーボンブラック(C)とを必須成分として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)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、
前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であり、かつ、
溶融粘度(R)が100~400〔Pa・s〕の範囲であ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)はフローテスターを用いて300℃、荷重1.96×106〔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、溶融粘度(R)はキャピロレオメーターを用いて温度350℃、剪断速度1216〔s-1〕にて測定した値を示す。) - さらに炭素繊維(D)を、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して1~60質量部含む、請求項1記載のポリアリーレンスルフィド樹脂組成物。
- 前記鱗片状黒鉛(B)の平均粒子径(D50)が1~100〔μm〕の範囲である、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。
- 前記導電性カーボンブラック(C)の一次粒子径が20~50〔nm〕の範囲である、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。
(ただし、一次粒子径は透過電子顕微鏡を用いて測定した値である。) - 請求項1又は2記載の樹脂組成物を溶融成形してなる、ポリアリーレンスルフィド樹脂成形品。
- ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)と、鱗片状黒鉛(B)と、導電性カーボンブラック(C)とを必須成分として配合し、ポリアリーレンスルフィド樹脂の融点以上で溶融混練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)の溶融粘度(V6)が5~45〔Pa・s〕の範囲であり、
前記導電性カーボンブラック(C)が、比表面積が50~300〔m2/g〕のファーネスカーボンブラックであり、
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して、鱗片状黒鉛(B)が100~230質量部、導電性カーボンブラック(C)が1~30質量部であり、かつ、
溶融粘度(R)が100~400〔Pa・s〕の範囲である、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、溶融粘度(V6)はフローテスターを用いて300℃、荷重1.96×106〔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、溶融粘度(R)はキャピロレオメーターを用いて温度350℃、剪断速度1216〔s-1〕にて測定した値を示す。) - さらに炭素繊維(D)を、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂(A)100質量部に対して1~60質量部配合する、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。
- 前記鱗片状黒鉛(B)の平均粒子径(D50)が1~100〔μm〕の範囲である、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。
- 前記導電性カーボンブラック(C)の一次粒子径が20~50〔nm〕の範囲である、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。
(ただし、一次粒子径は透過電子顕微鏡を用いて測定した値である。) - 請求項6又は7の方法で樹脂組成物を製造する工程、及び、前記樹脂組成物を溶融成形する工程を有する、ポリアリーレンスルフィド樹脂成形品の製造方法。
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