JP7487000B2 - 樹脂組成物及び樹脂成形体 - Google Patents
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Description
また、特許文献2には、芳香族ポリスルホン100重量部に対して、末端までフッ素化され、流動温度が350℃以下の低分子量フルオロカーボン重合体0.3~50重量部を含有せしめてなる樹脂組成物が開示されている。この特許文献2に記載の樹脂組成物によれば、射出成型品の機械的強度、摺動特性等の改善が図れるとされている。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、射出成型品の引張強度、曲げ強度、耐衝撃性をいずれも高められる樹脂組成物を提供することを課題とする。
[1]芳香族ポリスルホンと有機フィラーとを含有する樹脂組成物において、前記有機フィラーが、芳香族ポリエステル粒子を含み、前記芳香族ポリエステル粒子の含有量が、前記芳香族ポリスルホン100質量部に対して1~50質量部であり、前記有機フィラーのメジアン径D50が、70μm以下であり、前記有機フィラーの粒径の比D90/D10が、6.0以下である、樹脂組成物。
[2][1]に記載の樹脂組成物を用いて作製された樹脂成形体。
[3]芳香族ポリスルホンと有機フィラーとを含有する樹脂成形体において、前記有機フィラーが、芳香族ポリエステル粒子を含み、前記芳香族ポリエステル粒子の含有量が、前記芳香族ポリスルホン100質量部に対して1~50質量部であり、前記有機フィラーのメジアン径D50が、70μm以下であり、前記有機フィラーの粒径の比D90/D10が、5.0以下である、樹脂成形体。
本実施形態の樹脂組成物は、芳香族ポリスルホン(以下、(P)成分ともいう)と有機フィラー(以下、(M)成分ともいう)とを含有する。
ここで、樹脂組成物の形態としては、特に限定されず、(P)成分及び(M)成分を混合した粉状物、該粉状物を溶融混練して得られた溶融混練物、該溶融混練物を成形したペレット状物、該ペレット状物を射出成形した射出成型品等のいずれであってもよい。
本実施形態で用いる(P)成分:芳香族ポリスルホンは、典型的には、2価の芳香族基(芳香族化合物から、その芳香環に結合した水素原子を2個除いてなる残基)とスルホニル基(-SO2-)と酸素原子とを含む繰返し単位を有する樹脂である。
芳香族ポリスルホンは、耐熱性や耐薬品性の点から、下記式(1)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(1)」ということがある。)を有することが好ましく、さらに、下記式(2)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(2)」ということがある。)や、下記式(3)で表される繰返し単位(以下、「繰返し単位(3)」ということがある。)等の他の繰返し単位を1種以上有していてもよい。
[式中、Ph1及びPh2は、それぞれ独立に、フェニレン基を表す。前記フェニレン基にある水素原子は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子で置換されていてもよい。]
[式中、Ph3及びPh4は、それぞれ独立に、フェニレン基を表す。前記フェニレン基にある水素原子は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子で置換されていてもよい。Rは、アルキリデン基、酸素原子又は硫黄原子を表す。]
[式中、Ph5は、フェニレン基を表す。前記フェニレン基にある水素原子は、それぞれ独立に、アルキル基、アリール基又はハロゲン原子で置換されていてもよい。nは、1~3の整数を表す。nが2以上である場合、複数存在するPh5は、互いに同一であっても異なっていてもよい。]
上記の中でも、前記フェニレン基にある水素原子は置換されていないことが好ましい。
[式中、X1は及びX2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子を表す。Ph1及びPh2は、前記と同義である。]
[式中、Ph1及びPh2は、前記と同義である。]
[式中、Ph3、Ph4及びRは、前記と同義である。]
[式中、Ph5及びnは、前記と同義である。]
本実施形態で用いる(M)成分は、(M1)成分:芳香族ポリエステル粒子を含む。
(M)成分のメジアン径D50が、70μm以下であり、かつ、(M)成分の粒径の比D90/D10が、6.0以下である。
なお、(M)成分が複数混合されて含まれる場合は、後述する測定方法により求められる(M)成分の混合物のメジアン径D50、及び粒径の比D90/D10が、上記の範囲を満たすものを意味し、(M)成分に含まれる各成分がそれぞれ上記の範囲内を満たせばよいというものではない。
ここで、(M)成分が複数混合されて含まれる場合とは、粒径や種類の異なる(M1)成分が複数含まれる場合、(M1)成分に加えて、さらに(M1)成分以外の有機フィラー(以下、(M2)成分ともいう)が含まれる場合が挙げられる。
(M)成分のメジアン径D50及び粒径の比D90/D10が、上記範囲内であれば、引張強度、曲げ強度、耐衝撃性がいずれもより向上する。
メジアン径(D50)は、(M)成分の粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となるときの粒径である。
粒径D90は、(M)成分の粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積90%となるときの粒径である。
粒径D10は、(M)成分の粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積10%となるときの粒径である。
該メジアン径(D50)、D90、及びD10は、界面活性剤を含む水に(M)成分を分散させ、レーザー回折式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製、商品名:LA-950V2等)で測定することができる。
本実施形態に用いられる芳香族ポリエステル粒子としては、下記式(11)で表される繰返し単位と、下記式(11e)で表される末端構造単位とを有するものが挙げられる。
(11)-O-Ar1-CO-
(11e)-O-Ar1-CO-OH
[式中、Ar1は、1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基又は4,4’-ビフェニリレン基を表す。]
前記式(11)中のAr1は、重合反応性の観点から、1,4-フェニレン基、2,6-ナフチレン基であることが好ましく、1,4-フェニレン基であることがより好ましい。
本実施形態において、繰返し単位(11)の割合は、通常、芳香族ポリエステル粒子を構成する全繰返し単位の合計に対して90モル%以上である。
本実施形態に用いられる芳香族ポリエステル粒子は、繰返し単位(1)を、芳香族ポリエステル粒子を構成する全繰返し単位の合計に対して95モル%以上有することが好ましく、98モル%以上有することがより好ましい。
上記式(11e)中のAr1は、上記式(11)中のAr1と同様である。
かかる芳香族ポリエステル粒子の製造条件としては、例えば、原料モノマーである芳香族カルボン酸とカルボン酸無水物との混合比率、固相重合の温度条件が挙げられる。
本実施形態に用いられる芳香族ポリエステル粒子は、本発明の効果を損なわない範囲で、下記式(12)で表される繰返し単位(以下「繰返し単位(12)」という。)と、下記式(13)で表される繰返し単位(以下「繰返し単位(13)」という。)とのいずれか一方又は両方を含んでいてもよい。
(13)-O-Ar3-O-
[式中、Ar2及びAr3は、それぞれ独立に、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニリレン基、又は下記式(14)で表される基を表す。Ar2又はAr3で表される前記の基に存在する水素原子は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、アルキル基又はアリール基で置換されていてもよい。]
[式中、Ar4及びAr5は、それぞれ独立に、フェニレン基又はナフチレン基を表す。Zは、酸素原子、硫黄原子、カルボニル基、スルホニル基又はアルキリデン基を表す。]
一方(M1)成分の含有量の上限値は、(P)成分100質量部に対して、50質量部以下であり、好ましくは40質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下である。
(M1)成分のメジアン径D50及び粒径の比D90/D10が、上記範囲内であれば、引張強度、曲げ強度、及び耐衝撃性がいずれもより向上する。
本実施形態の樹脂組成物は、(M1)成分以外の有機フィラーが含まれていてもよい。
(M2)成分としては、硬化エポキシ樹脂、架橋ベンゾグアナミン樹脂、架橋アクリル樹脂、シリコーン樹脂、フッ素樹脂が挙げられる。
本実施形態の樹脂組成物は、上述した(P)成分及び(M)成分以外の成分を含有してもよい。
その他の成分としては、タルクフィラー、酸化チタンフィラー、顔料、ガラス繊維等の無機フィラー等が挙げられる。
本実施形態の樹脂成形体としては、上述した樹脂組成物を2軸押出機、万能混合機、ニーダー、バンバリーミキサー等公知の混練装置を使用して溶融混練して得られたペレット状の樹脂成形体;該ペレット状の樹脂成形体を射出成型した、射出樹脂成形体(射出成型品)等が挙げられる。
樹脂成形体の第一の実施形態は、上述した樹脂組成物を用いて作製された樹脂成形体である。
例えば、上述した樹脂組成物を2軸押出機で溶融混練し、カットすることにより、ペレット状の樹脂成形体を得ることができる。
樹脂成形体の第二の実施形態は、(P)成分と(M)成分とを含有する樹脂成形体において、(M)成分が、(M1)成分を含み、(M1)成分の含有量が、(P)成分100質量部に対して1~50質量部であり、(M)成分のメジアン径D50が、70μm以下であり、(M)成分の粒径の比D90/D10が、5.0以下である、樹脂成形体である。
一方、樹脂成形体に含まれる(M1)成分の含有量の上限値は、(P)成分100質量部に対して、50質量部以下であり、好ましくは40質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下である。
樹脂成形体に含まれる(M1)成分のメジアン径D50及び粒径の比D90/D10が、上記範囲内であれば、引張強度、曲げ強度、耐衝撃性がいずれもより向上する。
また、2軸押出機の回転数を一定にした状態で(M)成分のサイドフィード量を減らして2軸押出機の基端側からの(M)成分のフィード量を増やすと、(M)成分に加わるせん断履歴が増加する場合がある。ただし、基端側からのフィード量を増やしすぎると押出トルクの変動幅が大きくなり安定生産できない場合がある。そのため、(M)成分の分散性を向上させつつ安定生産するためには、2軸押出機のトルク変動が問題ない範囲で2軸押出機の基端側からの(M)成分フィード比率を増加させることが好ましい。
(M)成分フィード比率とは、(M)成分のサイドフィード量に対する基端側からの(M)成分フィード量を指す。
(M)成分フィード比率の範囲は、基端側0~100%であり、基端側30~100%が好ましい。
ニーディングディスクとしては、順ニーディングディスクを複数個連続させる構成でも良く、逆ニーディングディスクやニュートラルディスクを交互に連続させる構成でも良い。ただし、ニーディングディスク比率が35%を超えると、シリンダー内部での樹脂圧力上昇が大きくなりすぎる場合があり、各々の原料がフィード口から2軸押出機内に入らないというフィード不良が発生するおそれがある。また、ニーディングディスク比率が10%を下回ると、(M)成分の分散不良が発生する場合があり、引張強度、曲げ強度、及び耐衝撃性などの物性が低下する場合がある。
例えば、2軸押出機を用いて、(P)成分と(M)成分とを含有する樹脂組成物をせん断力を加えつつ混合し、押出成形して、押出成形品(ペレット状の樹脂成形体等)を得る。その後、得られた押出成形品を再度2軸押出機を用いて、せん断力を加えつつ混合する方法が挙げられる。
すなわち、本実施形態の樹脂成形体において、上述した樹脂組成物により樹脂成形体が作製され、かつ、該樹脂成形体における(M)成分のメジアン径D50が、70μm以下であり、(M)成分の粒径の比D90/D10が、5.0以下であることが好ましい。
(実施例1)
(P)-1成分:芳香族ポリスルホン(住友化学社製、商品名:PES 4100P(登録商標))と(M1)-1成分:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101S2)とを混合して、樹脂組成物1を得た。
(M1)-1成分を(M1)-2成分:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101S)に変更した以外は実施例1と同様にして実施例2の樹脂組成物2を得た。
(M1)-1成分を(M1)-3成分:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101U)に変更した以外は実施例1と同様にして実施例3の樹脂組成物3を得た。
(M1)-1成分を(M1)-4成分:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101P)に変更した以外は実施例1と同様にして比較例1の樹脂組成物4を得た。
(P)-1:芳香族ポリスルホン(住友化学社製、商品名:PES 4100P(登録商標))
(M1)-1:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101S2)
(M1)-2:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101S)
(M1)-3:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101U)
(M1)-4:芳香族ポリエステル粒子(住友化学社製、商品名:E101P)
表1中の(M)成分の粒径は以下のように測定した。
<(M)成分の粒径の評価>
界面活性剤(International Products Corporation社製、商品名:MICRO90)0.5wt%を純水に溶解させて溶液Aを得た。各例における(M)成分をスパチュラで200mg取って、20mLの溶液Aに加えた。その後、超音波振動を5分間加え、分散させ、各例の測定用水溶液を得た。該水溶液を散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製、商品名:LA-950V2)にセットし、各例の(M)成分のメジアン径D50、粒径D10、D90を測定した。
(実施例4)
2軸押出機(池貝社製、商品名:PCM-30)と水封式真空ポンプ(神港精機社製、商品名:SW-25)とを使用した。2軸押出機のスクリュー構成としては、ニーディングゾーンが計2ゾーン設置されたスクリューを使用した。スクリュー上流側には、逆ニーディングディスクを設置し、下流側には順ニーディングディスクを設置した。2軸押出機のシリンダー温度を340℃、スクリュー回転数を200rpmとし、フィーダーから(P)-1成分と(M1)-1成分とをフィードし、真空ベントで脱気しながら溶融混練して吐出し、樹脂組成物(ストランド)を得た。その後、吐出されたストランドをカットして、実施例4のペレット状の樹脂成形体1を得た。
上記樹脂成形体1を2軸押出機のフィーダーからフィードし、2軸押出機のシリンダー温度を340℃、スクリュー回転数を200rpmとし、真空ベントで脱気しながら溶融混練して吐出し、樹脂組成物を得た。その後、吐出された該樹脂組成物のストランドをカットして、ペレット状の樹脂成形体2を得た。
該樹脂成形体2を2軸押出機のフィーダーからフィードし、2軸押出機のシリンダー温度を340℃、スクリュー回転数を200rpmとし、真空ベントで脱気しながら溶融混練して吐出し、樹脂組成物(ストランド)を得た。その後、吐出されたストランドをカットして、実施例5のペレット状の樹脂成形体3を得た。
(M)成分を、(M1)-2成分に変更したこと以外は、上記実施例4の樹脂成形体の製造方法と同様の方法で、実施例6のペレット状の樹脂成形体を得た。
(M)成分を、(M1)-2成分に変更したこと以外は、上記実施例5の樹脂成形体の製造方法と同様の方法で、実施例7のペレット状の樹脂成形体を得た。
(M)成分を、(M1)-3成分に変更したこと以外は、上記実施例4の樹脂成形体の製造方法と同様の方法で、実施例8のペレット状の樹脂成形体を得た。
(M)成分を、(M1)-3成分に変更したこと以外は、上記実施例5の樹脂成形体の製造方法と同様の方法で、実施例9のペレット状の樹脂成形体を得た。
(M)成分を、(M1)-4成分に変更したこと以外は、上記実施例4の樹脂成形体の製造方法と同様の方法で、比較例2のペレット状の樹脂成形体を得た。
上述した各例のペレット状の樹脂成形体における各成分の配合量(質量部)を表2に示す。
<(M)成分の粒径の評価>
上記同様の方法により、各例の(M)成分のメジアン径D50、粒径D10、D90を測定した。
<樹脂成形体中の(M)成分の粒径の評価>
・樹脂成形体中からの(M)成分抽出操作
以下(1)~(9)の手順により樹脂成形体中の(M)成分を抽出する。
(1)樹脂成形体4gをオーブンにて180℃で5h乾燥して、当該樹脂成形体の絶乾重量を測定する。
(2)乾燥後の前記樹脂成形体4gをセパラブルフラスコに投入する。
(3)N-メチル-2-ピロリドンをセパラブルフラスコに400mL投入する。
(4)当該セパラブルフラスコに関し、セパラブルフラスコ170℃で約4h撹拌処理する。
(5)1μmメッシュフィルターを使用して加圧ろ過を実施する(0.2MPa程度)。
(6)50mL程度のN-メチル-2-ピロリドンを加圧ろ過装置に投入し、残渣を洗浄する。
(7)アセトン50~100mL程度を3回に分けて、加圧ろ過装置に投入し、N-メチル-2-ピロリドン溶媒を除去する。
(8)残渣((M)成分)を150℃で3h乾燥させる。
(9)乾燥後の(M)成分の重量を測定する。
界面活性剤(International Products Corporation社製、商品名:MICRO90)0.5wt%を純水に溶解させて溶液Aを得た。上記の方法により抽出した各例における(M)成分をスパチュラで200mg取って、20mLの溶液Aに加えた。その後、超音波振動を5分間加え、分散させ、各例の測定用水溶液を得た。該水溶液を散乱式粒子径分布測定装置(堀場製作所社製、商品名:LA-950V2)にセットし、各例の(M)成分のメジアン径D50、粒径D10、及びD90を測定した。
上記(M)成分のメジアン径D50、粒径の比のD90/D10の結果を表2に示す。
各例のペレット状の樹脂成形体について、ASTM D792(方法A)に準拠して、比重を測定した。その結果を表2に示す。
各例のペレット状の樹脂成形体について、射出成形機(日精樹脂工業社製、商品名:PNX40-5A)を用い、成形温度340℃、金型温度150℃、射出速度70mm/秒の成形条件にて、長さ115mm、平行部幅6mm、厚さ2.5mmのASTM4号ダンベル型試験片を成形した。得られた試験片の引張強度(最大点強度)と引張破断点伸びを、ASTM D638に準拠し、試験速度10mm/minにて測定した。引張破断点伸び(破断点伸び)は、初期チャック間距離を50mmとし試験片が破断した際のチャック間の距離の変位から算出した(引張呼び歪ともいう)。その結果を表2に示す。
各例のペレット状の樹脂成形体について、射出成形機(日精樹脂工業社製、商品名:PNX40-5A)を用いて、成形温度340℃、金型温度150℃、射出速度70mm/秒で、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ6.4mmの試験片を成形した。得られた試験片の曲げ強度と曲げ弾性率と曲げ破断点歪(破断点歪)を、ASTM D790に準拠し、試験速度2mm/minにて測定した。その結果を表2に示す。
各例のペレット状の樹脂成形体について、射出成形機(日精樹脂工業社製、商品名:PNX40-5A)を用いて、成形温度340℃、金型温度150℃、射出速度70mm/秒の成形条件にて、長さ127mm、幅12.7mm、厚さ6.4mmの試験片を成形し、該試験片を長尺方向に2等分した。2等分した試験片のIzod衝撃強度を、ASTM D256に準拠して測定した。その結果を表2に示す。
各例のペレット状の樹脂成形体について、射出成形機(日精樹脂工業社製、商品名:PNX40-5A)を用いて、長さ126mm、幅12.7mm、厚さ6.4mmの試験片を成形した。得られた試験片の荷重たわみ温度を、ASTM D648に準拠し、1.82MPaの荷重で測定した。その結果を表2に示す。
射出成形機(日精樹脂工業社製、商品名:PNX40-5A)を用いて64mm(MD)×64mm(TD)×3mmtの試験片を成形した。
該試験片について、MDの2辺の長さを測定し、その平均値を求め、この平均値と、金型キャビティのMDの長さとから、下記式により、MDの収縮率を算出した。
また、該試験片について、TDの2辺の長さを測定し、その平均値を求め、この平均値と、金型キャビティのTDの長さとから、下記式により、TDの収縮率を算出した。
上記MDの収縮率、TDの収縮率、及びTD収縮率/MD収縮率を表2に示す。
[TDの収縮率(%)]=([金型キャビティのTDの長さ(μm)]-[成形体のTDの2辺の長さの平均値(μm)])/[金型キャビティのTDの長さ(μm)]×100
Claims (3)
- 芳香族ポリスルホンと有機フィラーとを含有する樹脂組成物において、
前記有機フィラーが、芳香族ポリエステル粒子を含み、
前記芳香族ポリエステル粒子の含有量が、前記芳香族ポリスルホン100質量部に対して1~50質量部であり、
前記有機フィラーのメジアン径D50が、5μm以上12.2μm以下であり、
前記有機フィラーの粒径の比D90/D10が、1.0以上3.1以下である、樹脂組成物。 - 請求項1に記載の樹脂組成物を用いて作製された樹脂成形体。
- 芳香族ポリスルホンと有機フィラーとを含有する樹脂成形体において、
前記有機フィラーが、芳香族ポリエステル粒子を含み、
前記芳香族ポリエステル粒子の含有量が、前記芳香族ポリスルホン100質量部に対して1~50質量部であり、
前記有機フィラーのメジアン径D50が、5.7μm以上7.7μm以下であり、
前記有機フィラーの粒径の比D90/D10が、1.0以上2.4以下である、樹脂成形体。
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