JPWO2012046308A1 - ポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
酸化劣化を防止するには、通常、酸化防止剤を原料に添加する方法(特許文献2参照)があるが、これだけでは効果は十分ではなく、また、窒素ガス等の不活性ガスを押出機に供給する方法(特許文献3参照)も行われているが、単に不活性ガスを供給するだけでは効果は不十分である。
特に、ポリフェニレンエーテル系樹脂は、ガラス転移温度が高い(Tg:210℃程度)ので、成形温度を高くせざるを得ず、熱変性による変色を起こしやすく、ポリスチレン系樹脂を配合した場合においても、この変色問題は大きな問題である。また、ポリスチレン系樹脂は、融点が低いので、押出機内の固体輸送部でポリフェニレンエーテル系樹脂よりも早く溶融し、これにポリフェニレンエーテル系樹脂粉末が付着し、焼けて異物になりやすく、この点も大きな問題点である。
ポリフェニレンエーテル系樹脂として、重合触媒に由来する銅成分を、銅元素にして、0.05〜10ppm含有するポリフェニレンエーテル系樹脂を用い、
ポリスチレン系樹脂として、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の粒子を用い、
上記両樹脂を、長さがL/Dで10〜80であり、混練ゾーンを少なくとも1箇所以上有し、混練ゾーンの合計のL/Dが3〜18のスクリュー構成である二軸押出機に供給して、加熱、溶融、混練することにより、分子量50万以上のポリフェニレンエーテル系樹脂の超高分子量体を、樹脂組成物中に0.015〜0.6質量%の量で生成させたポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を得ることを特徴とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法が提供される。
溝が形成されたガイドローラーを冷却媒体中に設置し、
該ストランドを、ガイドローラーの前記溝内に接するようにして引き取るとともに、
引き取り速度をVs(cm/秒)、ストランドが接するガイドローラー外周面の移動速度をVr(cm/秒)とした場合に、
0.7≧Vr/Vs≧−0.2の関係を満たすように、前記引き取り速度及び前記移動速度並びにガイドローラーの回転方向を決定することを特徴とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法が提供される。
ポリフェニレンエーテル系樹脂として、重合触媒に由来する銅元素を0.05〜10ppm含有するポリフェニレンエーテル系樹脂を用い、
ポリスチレン系樹脂として、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の粒子を用い、
上記両樹脂を、長さがL/Dで10〜80であり、混練ゾーンを少なくとも1箇所以上有し、混練ゾーンの合計のL/Dが3〜18のスクリュー構成である二軸押出機に供給して、加熱、溶融、混練することにより、分子量50万以上のポリフェニレンエーテル系樹脂の超高分子量体を、樹脂組成物中に0.015〜0.6質量%の量で生成させたポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を得ることを特徴とする。
(1)ポリフェニレンエーテル系樹脂
本発明で使用するポリフェニレンエーテル系樹脂(以下、「PPE」と略記することもある。)は、下記一般式(1)で表される構造単位を主鎖に有する重合体であって、単独重合体又は共重合体の何れであってもよい。
本発明において、R1およびR2としては、水素原子、第一級若しくは二級アルキル基、アリール基が好ましく、R1はアルキル基またはフェニル基がより好ましく、炭素数1〜4のアルキル基が特に好ましく、R2は水素原子がより好ましい。
尚、本発明における、PPEは、本発明の性能を損なわない範囲で、分子量を調節したり、溶融粘度や耐衝撃強度等の各種特性を改良するために、一般式(1)で表される構造以外の繰り返し単位を含んでもよい。
また、末端水酸基の量の調製法は公知であり、フェノール性化合物を重合する条件と重合停止後のキノン反応の条件によって変化することが知られており、一般に重合して得られたポリフェニレンエーテルにキノン化合物を添加してキノン反応させて水酸基濃度を高くすることができる。
超高分子量体とは通常、分子量が数十万程度から数百万程度の重合体を意味するが、本発明においては、確認測定の都合、また慣習上、分子量が50万以上の重合体の存在量をもって定義することとしている。
従って、以降、超高分子量体は、分子量にして50万以上のものをいい、分子量50万以上のポリフェニレンエーテル系樹脂が、樹脂組成物中に0.015〜0.6質量%の量で存在することが本発明の効果を奏する上で好ましい。
しかしながら、このような超高分子量のポリエチレン等は外部添加すると塊状となりやすく、所謂フィッシュアイと呼ばれる欠陥や、ブツ等と呼ばれる表面欠陥となりやすいことも事実で、その効果が良し悪しであった。
重合触媒は前述もしたが、PPEの重合触媒の一部を活性なまま残存させても良いし、後で添加しても良い。
重合触媒は前述したように、塩化銅が一般的であり、従って銅元素の量は、重合触媒の存在量、あるいは重合触媒に由来する成分の量としての意味を有する。重合触媒の存在量として捉える場合、銅元素の量は触媒成分中の銅部分のみの量を示している。
簡便には、触媒を除去したPPEに所定量の銅化合物(重合触媒)を添加してやれば良い。
重合触媒を銅元素として0.05〜10ppm存在させ、PPEとポリスチレン系樹脂を押出機中で溶融状態で混練することにより、分子量50万以上の超高分子量体が存在するようになる。
超高分子量体の存在量(50万以上のもの)は、重合触媒の量、混練条件等によりある程度変わるが、通常PPEとポリスチレン系樹脂の合計量に対し、0.015〜0.6質量%である。
また、銅元素の好ましい範囲は0.1〜9ppm、より好ましくは0.2〜8ppmである。
PPEと併用するポリスチレン系樹脂(以下、PS樹脂と略記する場合がある。)としては、スチレン系単量体の重合体、スチレン系単量体と他の共重合可能な単量体との共重合体、スチレン系グラフト共重合体等が挙げられる。
本発明で使用するPS樹脂とは、芳香族ビニル化合物から誘導される繰り返し単位を50質量%以上含む重合体または共重合体、またはこれらの重合体がゴム変性されたものを意味する。
芳香族ビニル化合物以外のモノマーとしては、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、エタクリロニトリル等のシアン化ビニル化合物、アクリル酸およびメタクリル酸のメチル、エチル、プロピル、n−ブチル、n−ヘキシル等の(メタ)アクリル酸エステル化合物、マレイミド、N−メチルマレイミド、N−シクロヘキシルマレイミド、N−フェニルマレイミド等のマレイミド化合物、アクリルアミド、N−メチルアクリルアミド等のアクリルアミド化合物、無水マレイン酸、無水イタコン酸等の不飽和酸無水物、アクリル酸、メタクリル酸等の不飽和酸、アクリル酸グリシジル、メタクリル酸グリシジル、アクリル酸−2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチルおよびメトキシポリエチレングリコールメタクリレート等の各種のビニル化合物が挙げられる。
PS樹脂としては、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の粒子を使用することが好ましい。このようなPS樹脂粒子を粉末状PPEに配合し、溶融混練することにより、焼け異物の発生を抑制することが可能となる。この原因は定かではないが、次の様に考えることができる。即ち、PS樹脂のガラス転移温度は100℃であり、PPEのガラス転移温度210℃に比べはるかに低い。よってPS樹脂は押出機の固体搬送領域で粉末状PPEより早く溶融を開始しやすい(PS樹脂として粉状のPSを用いた場合は特に早く溶融してしまう)。この溶融したPS樹脂がバインダーとなり、固体輸送部の押出機シリンダー壁やスクリューの表面にPPEが付着する。PPEは熱により高分子鎖の転移反応が起こり架橋反応し易い。それにより、焼け異物が発生し、製品中に混入する。しかしながら、PS樹脂の平均粒径が1mm以上であると、PS粒子の固体搬送領域での溶融が遅くなる、そしてシリンダー壁やスクリュー表面への付着も起こり難くなる。そのために焼け異物が発生し難い。
またPS粒子の粒径が5mm以上だと、PPE樹脂と分級しやすくなる。PS樹脂の見かけ密度が0.5g/cm3より小さい場合も0.7g/cm3より大きい場合もPPE樹脂と分級が起こりやすくなる。
PS樹脂粒子はPPEと良好に相溶化し、PPEの流動性を増し、PPE中に発生する超高分子量物がダマ(凝集した異物)になるのを防止し、PPE中に生成した超高分子量物が伸びて広がった形態でPPE中に分散した状態とするという重要な役をなすと考えられる。
本発明で使用する二軸押出機は、少なくとも1箇所以上の、分散混合性が強い混練ゾーンを有するものであり、原料供給口とベント口、及びジャケットを備えたバレル、その内部に配され、表面に複数条の溝が刻設され、同方向に回転する二本のスクリュー、並びに押出機先端に取り付けられたダイから、通常、構成され、好ましくは、そのスクリュー途中には、複数枚のニーディングディスクによって構成される混練部が、相互に噛み合う形態又は相互に噛み合わない形態で設けられており、さらに、混練後の材料を搬送する搬送ゾーンを有する。
また、見かけ密度は、JIS K5101(静置法、但しフィルターは用いない)に規定された嵩密度測定から、質量(g)を見かけの体積(cm3)で除する(g/cm3単位)ことにより求められる。
本発明のおいては、上記PPE及びPS樹脂は、二軸押出機に供給され、加熱、溶融、混練される。
二軸押出機の中でも同方向回転型の二軸押出機が、両樹脂を良好な混練するのに十分な剪断応力を与えることができ、一方、単軸押出機では、混練するのに十分な剪断応力を与えることができない。
樹脂を良好に混合・相溶化させるには単軸押出機では不十分で、せん断応力の大きい二軸押出機を用いることが好ましい。二軸押出機の種類として主に同方向回転型、異方向回転型があるが、最もせん断応力の大きい同方向回転型二軸を用いるのが好ましい。更に、均質な混練、良好な超高分子量体の生成、均一分散のためにはニ−ディングディスクの設けられた混連ゾ−ンを設けることが好ましい。
本発明のL/Dとは単位が無次元の長さの意味である。Lとは長さであり、スクリューの長さ、押出機の長さ、混練ゾーンの長さを意味し、Dは、シリンダー直径である。
本来、超高分子量体の生成は樹脂に加えられたせん断力やせん断力が加えられていた時間によって変化することが考えられるが、せん断力の数値を正確に得ることは難しく、本発明においては強いせん断力を加えることが可能な、二軸押出機を用いることと、混練ゾーンのL/D等で定義することとする。
超高分子量体を好ましい量生成し、かつ超高分子量体が「ブツ」になることを抑制するには熱と強い剪断力が必要である。PPE樹脂は高温で主鎖の転移反応が起こりやすく、それにより架橋が進行しやすい。また触媒が残存していることも架橋(または重合)を促進すると考えられる。
このPPE架橋体は凝集しブツの原因にもなりうる。これを抑制するには強い剪断力が必要である。すなわち架橋体が凝集する前に攪拌し、凝集を抑制すること、また、凝集してしまった(しそうになった)場合には凝集物を壊す働きのあることが望ましい。
このような強い剪断力を得るためには同方向回転型の二軸押出機が好適である。
更に、この強い剪断力で、両樹脂を良好に混練するには、後述するスクリュー構成(混練ゾーン)も重要なポイントとなる。
二軸押出機用スクリューは、押出機の各部に対応する部位から構成されることが好ましい。すなわち、供給口から先端に向かって原料樹脂を搬送する送りネジからなる部位(供給ゾーン)、供給ゾーンから送られてくる両原料樹脂を溶融、混練するための分散混合性の強いエレメント群(混練を促進するエレメントと昇圧能力のあるエレメント)を有する部位(混練ゾーン)、及び混練部ゾーンで混練した材料を押出機先端へ搬送するための送りネジからなる部位(搬送ゾーン)からなることが好ましい。
混練を促進するエレメントとしては、(A)順送りニーディングディスクエレメント、(B)直交ニーディングディスクエレメント、(C)幅広ニーディングディスクエレメント、および(D)順送りミキシングスクリューエレメント等が挙げられる。
例えば、楕円形状のニーディングディスクの5枚を用いて順送りのディスク構成とした場合について説明すると、図1に示すように、一方のスクリューの各ニーディングディスクをスクリューの送り方向に、図2に示すような楕円形状のニーディングディスクをねじれ角度θ(樹脂流れ方向の上流側から下流側に見て、時計回りの角度)ずつずらして、5枚を重列させ、他方のスクリューの各ニーディングディスクを同じく送り方向に、一方のスクリューに対して位相をずらして5枚を重列させる。
順送りニーディングディスクエレメントの羽根の幅La/Dは、0.08〜0.4であり、通常Rニーディングと呼ばれている。ねじれ角度θは、10度より小さくても、75度より大きくても搬送能力は低下する。また羽根の幅La/Dが0.08より小さくても、0.4より大きくても搬送能力は不足する。
なお、本願明細書において、ニィーディングディスクの一枚当たりの羽根の幅La/Dとは、ニィーディングディスクの長さLをスクリュー径Dで割り、更に羽根枚数で割った値である。
直交ニーディングディスクエレメントの羽根の幅La/Dは、0.08〜0.4であり、通常Nニーディングと呼ばれている。0.08より狭いと混練が弱くなり、0.4より大きいと混練が強すぎ、樹脂の劣化を引き起こす。
スクリューエレメント長さL/Dは、0.3〜2であることが好ましい。2より長いと強いせん断力が発生し、樹脂の劣化を引き起こし、0.3より短いとせん断力が小さく、樹脂を充分溶融混練することが出来なくなる。
「昇圧能力のあるエレメント」とは送られてくる樹脂を堰き止めたり、送られてくる樹脂を送り戻す方向に働くエレメントであり、混練を促進するエレメントの下流側に設けることにより樹脂を堰きとめ、強力な混練効果を発揮させるものである。
スクリューエレメント長さL/Dは、0.3〜2であることが良好な昇圧効果を得るために好ましい。
スクリューエレメント長さL/Dは、0.3〜2であることが良好な昇圧効果で得るために好ましい。
シールリングエレメントは、スクリューエレメントの長径とバレルの隙間がL/Dで、0.004〜0.1、及びスクリュー長さL/D=0.3〜2である。シールリングと呼ばれている。この隙間が0.004より狭すぎると圧力が立ちすぎ、0.1より広すぎると圧力が立たない。
スクリューエレメント長さL/Dは、2より長いと強いせん断力が発生し、樹脂の劣化を引き起こし、0.3より短いとせん断力が小さく、樹脂を充分溶融混練するころが出来なくなる。
本発明においては、PPEの超高分子量体を、樹脂組成物中に0.015〜0.6質量%の量生成することを特徴とするが、本発明者は、超高分子量体の生成が主にはPPEが重合または架橋して超高分子量体となることに起因するものと考えているが、PPEのアミノアルキル置換末端基等を介してのPPE分子間の相互縮合の結果として分子量が増大するということも考えられる。未だ原因の究明は十分ではないが、超高分子量体が生成する。
また、PPEを押出機にいれて溶融混練することにより、PPEがポリスチレンに相溶化する前にPPE分子同士の架橋が進行し、超高分子量成分が形成されることも考えられる。超高分子量ができる条件ではブツも発生しやすい、好ましい超高分子量の範囲があると考えられる。また、PPEの末端OH濃度がポリフェニレンエーテルユニット100個に対して0.15〜1.5個のPPEを用いることにより超高分子量体の良好な生成が行われるとも考えられる。
いずれの理由にしろ、超高分子量体は生成しており、このように内部生成した超高分子量体は云うまでも無く、分散性は良好であり、ブツ、ダマと呼ばれる表面欠陥の原因となることは少ない。そして、この超高分子重合体は、耐薬品性を発現するために必要である。この超高分子重合体はポリフェニレンエーテル樹脂中で高度なネットワークを形成し、薬品が樹脂中に進入しクラックを発生するのを防止していると考えられる。
ペレット20mgを20mlのクロロホルムに溶解した後、目開き0.45μmのフィルターでろ過し、塊状樹脂、固形混入物等のGPCにかからない大きなものを除去する。このフィルターを通過した溶液を以下のようにGPCにて測定し、500,000以上の超高分子量体の量を求め、これから元のペレットで測定した50万以上の重合体量を減じた量を、元のペレットの質量に対する割合を求めた。
使用装置:東ソー社製HPLC8020
カラム:TSK G5000HHR+G3000HHR
溶媒:クロロホルム
検出器:UV283nm
前処理:試料の20mgを20mlのクロロホルム溶媒に溶解した後、0.45ミクロンのフィルターで濾過して測定した。カラム温度は40℃とした。
分子量計算:ポリスチレン換算、標準ポリスチレンを用いて検量線を作成し測定した。
標準ポリスチレンの分子量は264、 364、 466、 568、 2800、 16700、 186000、 1260000のものを使用した。
PS樹脂としては、平均粒径(体積平均粒子径)1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の粒子を使用するが、この粒子は通常の方法によりペレット化したもの、すなわち、ポリスチレンを押出機により溶融混練し、ストランド状に押し出し、ペレタイザーにより長さ数mm程度にカットして得たものであることが好ましい。PS樹脂粒子としては、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の物が、PPE粒状物とのバランスの点から、好適に用いられる。
また、「粒状物」とは、形状的には粒であるが、粉体を圧縮して固めたものであり、ペレット等よりも粒内の空隙率の大きい粒を意味している。
更に、本明細書において「成形物」とはスクリュー式押出機等から押し出され、冷却固化されて得られる所謂、成形品、成形体を意味し、その形状、大きさは問わない。具体的にはストランド、ペレットに代表され、フイルム、シート、筒状体等用途に応じ各種の形態のものを意味する。
さらに、本明細書において、「成形物」を「ペレット」または「組成物ペレット」と表記する場合があるが、これは、本発明は主にポリフェニレンエーテル系樹脂の成形用原料ペレットを製造する際に用いられるためであり、「成形物」を代表的なもので表現したものと解されたい。
圧縮の方法はいかなる方法でも採用できる。通常のプレスによっても可能であるが、簡便な方法としては、対向して設けられた一対の加圧ロールの間にPPE粉状体を通過させるロールプレス方法が挙げられる。加圧ロールは表面が平滑なロールでもよく、またロール表面にエンボス加工したものや穴、窪み等を有するものであってもよい。表面が平滑なロールやエンボスロールを用いた場合はPPE粉状体が板状、シート状となるが、これを粉砕して所望の粒径に調製すればよい。また、穴や窪みを設けたローラーを使用する場合には穴や窪みの大きさを所望の大きさに調整すれば直接所望の粒径の粒状物を得ることも可能である。
ロールの間隙は1〜3mm程度、ロール回転数は2〜20rpm程度が好ましく、加圧ロールの支持圧力は、0.5〜20MPa程度が好ましく、より好ましくは2〜15MPaである。圧縮の強さにより、得られる粒状物の硬度が変動することが確認された。
上記した圧縮により得られた固化物の平均粒径や見かけ密度が、上記範囲より大きい場合には粉砕して、粒度や見かけ密度を調整する。
粒状物の形状としては、球状、平板状(円形、角形等)、柱状(円柱、角柱等)、円筒状、チップ状、不定形状等、円筒状、もしくは、顆粒状、チップ状、ペレット状、これらの混合物等、その形状、形態は問わない。
また、粒状物の見かけ密度は、0.35〜0.7g/cm3であることが好ましい。0.35/cm3未満では、粒状物中に空気が多く含まれる、すなわち柔らかすぎるため押出機に掛けた際、簡単に崩壊しやすく、PPEの粉体を用いた場合と差がなくなってしまう。0.7g/cm3を超えると、硬くなりすぎて、押出機中で溶融する時期が、並存するPS樹脂粒子の溶融する時期より遅くなりすぎ、分散不良やPS樹脂のみが溶融してスクリュー表面で滑りを起こし押出不良を起こす原因となりやすい。より好ましい見かけ密度は、0.37〜0.68g/cm3、特に好ましくは0.39〜0.66g/cm3である。PPEの通常の密度は、1.1g/cm3程度であるから、本発明においては、嵩高くする、すなわち、粒子内にある程度空隙を形成している、ことを意味する。
すなわち、Tgの高いPPE(Tgは通常210℃)を、ある程度崩壊し易い圧縮固化物とし、PPEより融点の低いPS樹脂(Tgは通常100℃)を粒子(溶融成形する等して空隙の少ない粒子(ペレット)としたもの)を用いることにより、両者を混合して押出機に供給した場合に、PPE粒状物が崩壊されてスクリューで送られて行く中に、PS樹脂粒子(ペレット)がその外表面から溶融されてPPEに混ざり込むこととなる。
このような混合状態とすることにより、溶融温度(押出機中での溶融時点)差のあるPPEとPS樹脂が良好な相溶状態となるものと考えられる。
従って、PS樹脂を粒子(ペレット)とし、PPEを比較的粉砕されやすい粉体圧縮固化粒状物とすることに意味がある。
このような粒径構成とすることにより粉状添加剤の分散性を向上させることが出来る。すなわち、粉状の添加剤は平均粒径にして10〜100μm程度の粒径のものが多く用いられるが、これらの粉状添加剤をPPE粒状物、PS樹脂粒子に直接添加すると、その粒径の違いから分級してしまい、押出機のホッパー部分で粒子(粒状体)と粉状体に分かれ、均一な混合が行われず、均質な組成の成形品が得られなくなる。
従って、粉状添加剤を本組成物に添加しようとする場合には上述のような粒子径分布を有するPPEを用いることが好ましい。
本発明においては、上記PPEおよびスチレン系樹脂に、必要に応じて他の成分を添加できる。
他の成分としては、例えば、難燃剤、耐侯性改良剤、発泡剤、滑剤、流動性改良剤、耐衝撃性改良剤、染料、顔料、充填材、補強材、分散剤等が挙げられる。
ホスファゼン化合物としては、例えば、環状フェノキシホスファゼン化合物、鎖状フェノキシホスファゼン化合物および架橋フェノキシホスファゼン化合物が挙げられる。
ホスフェート系難燃剤としては、例えば、トリフェニルホスフェート、トリクレジルホスフェート、ジフェニル−2−エチルクレジルホスフェート、トリ(イソプロピルフェニル)ホスフェート、ジフェニルクレジルホスフェート、トリブチルホスフェート等が挙げられる。
また、フェニル・ビスフェノール・ポリホスフェート、クレジル・ビスフェノール・ポリホスフェート、フェニル・クレジル・ビスフェノール・ポリホスフェート、キシリル・ビスフェノール・ポリホスフェート、フェニル−p−tert−ブチルフェニル・ビスフェノール・ポリホスフェート、フェニル・イソプロピルフェニル・ビスフェノールポリホスフェート、クレジル・キシリル・ビスフェノール・ポリホスフェート、フェニル・イソプロピルフェニル・ジイソプロピルフェニル・ビスフェノールポリホスフェート等が好ましい例として挙げられる。
以下、上記した本発明の樹脂組成物(ペレット)の製造方法の好ましい一実施態様を説明するが、本発明は、以下の実施態様に限定して解釈されるものではないことは勿論である。
(i)重合触媒に由来する成分を、銅元素として0.05〜10ppm含有し、好ましくはトルエン含有量が上記量に調整されたPPE(好ましくは粉状体)を、好ましくは加圧ロール等を用いて圧縮して固形化し、板状、塊状物を得、この固形化物を、必要により、グラニュレーター等で粉砕し、所定の平均粒径と見かけ密度、でかつ特定のトルエン含有量のPPE粒状物とする。
(ii)PPE粒状物と、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3のPS樹脂粒子をタンブラー等の混合器で混合し、混合物を、例えば二軸スクリュー式のフィーダー(原料の定量供給機)から二軸押出機、好ましくは二軸同方向回転押出機にフィードする。原料供給口(押出機のホッパー)からは不活性ガスが供給されているのが好ましい。不活性ガスは、窒素ガス、アルゴンガス等のPPEに対して不活性なガスであって、通常は窒素ガスが用いられる。
添加剤の配合は、PPEとPSを混合する混合器に添加混合してもよく、押出機バレルの途中にサイドフィーダーを設置して添加してもよい。
混練ゾーンのスクリュー構成は、好ましくは、前記(A)〜(D)等の混練を促進するエレメントを上流側に、前記(E)〜(H)等の昇圧能力のあるエレメントを下流側に配置される。このような配置とすることにより、樹脂に強力なせん断を加え、混練と超高分子量体の生成を行う。
押出機における設定温度と時間は、樹脂組成や押出機の種類等により、任意に選ぶことができるが、通常混練温度(設定温度)は、200〜350℃、好ましくは220〜320℃、混練時間は、3分以下が好ましい。350℃又は3分を超えると、PPEやPS樹脂の熱劣化を防ぎにくく、物性低下と外観不良を生じやすい。
押出機のベント部における真空度は、20×103Pa以下にするのが好ましく、7×103Pa以下がより好ましい。真空度がかかる範囲であれば、トルエン等の揮発成分がベント部で十分に除去され、樹脂に悪影響を及ぼすことがなく好ましい。
図3は、吐出ノズルから押し出されたストランドをペレットに加工するまでの工程を模式的に示した図である。
図4は、ストランド搬送工程で使用するガイドローラーの一実施態様を示す部分側面図である。
このため、本発明では、ポリフェニレンエーテルを押し出す際のストランドに付着する目ヤニを除去する事が好ましい。その手段は種々あるが、簡便には以下のようなガイドローラーを用いることによって達成される。
具体的には、ガイドローラー3,3’の少なくとも一方を、ストランドSの走行(搬送)方向aとは逆方向bに回転させるか、ストランドSの走行速度(引取り速度)よりも遅い周速度でストランドSの走行方向aと同じ方向に回転させることである(あるいは、回転させない状態で保持してもよい)。
通常、ガイドローラー3,3’は、図4(a)に示すように、その主軸31の円周上のローラー表面には、周方向に環状(リング状)の溝32が複数設けられる。溝32は走行するストランドSを受け入れて支持し、接近した位置にあるストランドS同士が接触し融着することを防ぐ。
通常、溝32の幅は、ストランドSの太さより若干広めで、溝32の底部は弧状とされていることが安定した支持を行うために好ましい。また、溝32の深さは、通常2mm〜10mmである。ローラー3、3’の直径は、通常3〜7cm程度である。
更に、溝32のピッチ(隣り合う溝32の間隔)は、通常、ストランドSの間隔(ダイの吐出ノズル1の間隔)に合わせる。ストランドSの径にもよるがピッチは5mmから20mmである。溝32の数は押し出されるストランドの数以上であれば良い。
ガイドローラー3,3’はストランドSの走行方向aと逆方向bまたは走行方向aと同じ方向に回転可能に支持されており、回転不能に支持されてもよい。ストランドSの走行(搬送)速度に対してガイドローラー3,3’の溝32の移動(回転)速度が相対的に遅くなるようにガイドローラー3,3’を支持することにより、溝32とストランドSとが接する面でストランドSの表面を擦り、ストランドSの表面に付着した目ヤニを擦り取ることができる。なお、ガイドローラーが複数設けられている場合には、その少なくとも一つにおいてストランドSの表面を擦るようにすればよい。
(ガイドローラー3,3’の半径−溝深さ)×2π×1分間の回転数
で求まる。Vr/Vsが正の場合、ガイドローラー3,3’がストランド走行方向aと同方向に回転する場合であり、負の場合は、ガイドローラー3,3’がストランド走行方向aと逆方向bに回転する場合である。
この温度は非接触式の温度計によって測定すればよいが、簡便にはカッターによって切断されたペレットを収容する袋や容器中のペレットに温度計を差し込んで測定することによって代用すれば良い。
成形品の例を挙げると、電気電子機器、OA機器、情報端末機器、機械部品、家電製品、車輌部品、建築部材、各種容器、レジャー用品・雑貨類、照明機器等の部品が挙げられる。これらの中でも、特に電気電子機器、OA機器、情報端末機器、家電製品、車両部品、照明機器等の部品へ用いて好適である。
以下の実施例及び比較例において、各測定・評価方法は、次の通りである。
(1)分子量
前述したとおりの方法で測定した。
実施例及び比較例で得られたペレットの色調の測定は、ペレットを120℃で4時間乾燥し、住友重機社製射出成形機SH100を用いて、シリンダー温度290℃、金型温度100℃の条件で、縦100mm×横100mm×厚さ2mmの成形品を成形し、色調イエローインデックス(YI値)を測定した。日本電色社製の色度計「Spectr Color Meter S2000」で、色調YI値を求めた。
また、YI値を以下の3段階にて評価を行った。
○:YI値 40未満
△:YI値 40以上から50未満
×:YI値 50以上
得られたペレットを120℃4時間乾燥し、住友重機社製射出成形機SH100を用いて、ISO金型タイプAで試験片を作成した(ISO3167、ISO294−1)。
試験片表面に0.5%の撓み(曲げ)を加え、イソプロパノールとn−ヘキサンの重量比1:1の混合溶液に23℃、1時間浸漬後、1本の試験片当たりのクラックの発生本数を数えた。数が少ない程、耐薬品性が優れている。
また、発生本数により、以下の3段階にて評価を行った。
○:30本未満
△:30本以上から40本未満
×:40本以上
13C−核磁気共鳴吸収スペクトルを、日本電子(株)製のJNM−A400で、CDCl3を溶媒とし、テトラメチルシランを基準とし、測定モードは13C−NMR完全デカップリングモードとして、測定し、Macromolecules、1990年、Vol.23、1318〜1329頁に記載の方法により、水酸基末端の種類及び数(100個あたりの個数)を求めた。
ポリフェニレンエーテル0.5gを溶液として100ml以上(濃度0.5g/dl以下)となるようにクロロホルムで溶解し、30℃においてウベローデ型の粘度計を用いて、異なる濃度における比粘度を測定し、比粘度と濃度との比を、濃度を0に外挿することにより極限粘度を算出した。
ポリフェニレンエーテル樹脂を硝酸で分解した後に、残渣中の銅を原子吸光分析により定量し、ポリフェニレンエーテル樹脂中の銅元素含有率(ppm)を算出した。
レーザー回折・散乱法の粒度分析計であるセイシン企業(Seishin Enterprise Co.Ltd.)製「レーザー回折散乱式粒度分布測定装置Laser Micron Sizer LMS−2000e」を使用して、湿式法(イソプロピルアルコール溶媒)で測定した。体積平均粒子径を平均粒子径(μm)とした。
JIS K5101に準拠して、静置法にてフィルターは使用せずに、測定した。
ペレット50gを熱プレス(260℃)でプレスし0.3mmのシートを成形した。そのプレスを目視観察し焼け異物の量を数え、以下の3段階評価を行った。
○:焼け異物 1個以下
△:焼け異物 2個〜4個
×:焼け異物 5個以上
以下の3段階で、総合評価を行った。
○:色調、耐溶剤性、焼け異物で、全て○である。
△:色調、耐溶剤性、焼け異物のいずれかで、△があるが、×は無い。
×:色調、耐溶剤性、焼け異物のいずれかで、×がある。
(1)ポリフェニレンエーテル(PPE−A)の製造
空気吹き込み管の付いた重合反応器に、コンデンサーを2段直列に繋いだ。コンデンサーの温度が約0℃になるように冷媒を流し温度調節をし、缶出液のトルエン相は連続的に重合器内に戻すようにした。臭化第二銅220g、ジブチルアミン4,000g、トルエン98,000gの触媒溶液中に空気をモノマー1kgあたり、10NL/分で供給しながら、2,6−ジメチルフェノール23,500gをトルエンに54,000gに溶かした溶液を40分かけて滴下し、40℃で重合をおこなった。
モノマー滴下130分後、エチレンジアミン4酢酸ナトリウム(以下、EDTA4ナトリウムという。)を触媒銅に対し1.5倍モル量溶解した水溶液(水溶液量は重合反応液全量に対し0.2重量倍)を攪拌しながら反応液に加え、反応を停止した。
その後、上記同様に純水6,000gを反応液に添加して10分間攪拌し、10分間静値した後に分離した水層を系外に排出した。得られた反応液にほぼ等容のメタノールを添加して、ポリフェニレンエーテルを沈殿させた。PPEの沈殿をろ過し、更に適量のメタノールでポリフェニレンエーテルを洗浄した後に、140℃程度で1時間強乾燥させ、以下の粉末状ポリフェニレンエーテル(以下、「PPE−A」と略記する。)を得た。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.26個
平均粒子径:90μm
銅元素含有量:0.1ppm
トルエン濃度:1,120ppm
なお、トルエン濃度は10mlのクロロホルムにポリフェニレンエーテル系樹脂2gを溶解後、メタノールで析出させ、上澄み液をガスクロマトグラフィーで分析し、トルエン濃度(%)を得た。
2回目のEDTA4ナトリウムの量を使用触媒の0.3倍モル量にした以外はPPE−Aと同様に行って、PPE−Bを得た。
PPE−Bの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.23個
銅元素含有率:0.5ppm
トルエン濃度:1,200ppm
2回目のEDTA4ナトリウムの量を使用触媒の0.2倍モル量にした以外は、PPE−Aと同様に行って、PPE−Cを得た。
PPE−Cの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.25個
銅含有率:1.2ppm
トルエン濃度:1,150ppm
2回目のEDTA4ナトリウムの量を使用触媒の0.1倍モル量にした以外は、PPE−Aと同様に行って、PPE−Dを得た。
PPE−Dの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.22個
銅含有率:5.2ppm
トルエン濃度:1,230ppm
2回目の触媒洗浄を実施しなかった以外は、PPE−Aと同様に行って、PPE−Eを得た。
PPE−Eの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.27個
銅含有率:11.4ppm
トルエン濃度:1,420ppm
2回目の触媒洗浄処理(EDTA4ナトリウムの量を使用触媒の0.5倍)を実施したあとに、更に同じ触媒洗浄処理を実施した以外は、PPE−Aと同様に行って、PPE−Fを得た。
PPE−Fの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.21個
銅含有率:0.04ppm
トルエン濃度:970ppm
トルエンに54,000gに溶かした溶液を70分かけて滴下し、40℃で重合をおこない、モノマー滴下110分後、EDTA4ナトリウムを触媒銅に対し1.5倍モル量溶解した水溶液(水溶液量は重合反応液全量に対し0.2重量倍)を攪拌しながら反応液に加え反応を停止した以外はPPE−Cと同様に製造した。
PPE−Fの評価結果は、次のとおりであった。
極限粘度:0.48dl/g
末端水酸基量:フェニレンエーテルユニット100個に対し、0.12個
銅含有率:1.2ppm
トルエン濃度:1,120ppm
PPE−Aを80質量部と、エー・アンド・エム スチレン社製のポリスチレンペレットHT478(以下、「PS−A」という。平均ペレット重量23mg、平均粒径3.3mm(体積平均粒子径)、見かけ密度0.62g/cc)20質量部を、タンブラーで5分間混合した。
混合物をクボタ社製の2軸スクリュー式カセットウェイングフィーダーCE−W−2に移し、そこから東芝機械社製の二軸同方向回転押出機TEX30α(長さL/Dで52.5)で、20kg/hrの速度でフィードし、押出機で混合物を溶融混練した。押出機のスクリュー回転数は300rpmとした。
スクリュー構成は、混練ゾーンがRRRNNLの構成であるスクリュー構成Bを用いた。
ここで、Rは、Rニーディングディスク(前記した(A))、Nは、Nニーディングディスク(前記(B))、Lは、Lニーディングディスク(前記(E))である。
各ニーディングディスクの長さLは、L/D=1.0とし、混練ゾーンの合計長さは、L/D=6.0とした。
なお、この1時間の押出しの間に発生したダイノズル(5穴)周辺のメヤニを捕集し、重量を測定すると19mgあった。ストランドは、18m/minの速度で引き取り、冷却水槽中の2本のロールA、ロールBに掛けて、水槽で冷却した。この時にロールAの周方向の回転速度は5m/minであった。ロールの周方向速度をストランド速度の比率は0.28であった。ロールAとロールBの間隔を調整し、ペレタイザーに入るストランド温度を112℃にしてカッティングした。カッティング面は綺麗であり、良好な形状のペレットが得られた。得られたペレット20kg中にはメヤニが付着したペレットは1つしか発見されなかった。
また、耐薬品性試験においては、1本の試験片当たりのクラックの発生本数は27本であり、分子量50,0000以上の超高分子量成分が高度な絡み合い構造を形成し、耐薬品性が向上したと考える。
評価結果を表1に示す。
実施例1において、PPEの種類、PS樹脂の種類を表1に記載のものに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを製造した。なお、比較例3に使用したPS−Bは、PS−Aを凍結粉砕(平均粒径80μm)したものである。
評価結果を表1に示す。
実施例1において、スクリュー構成を下記表2に記載のスクリュー構成のものに変更しして行った。表2中、スクリュー構成A〜Hは本発明の要件を満たすものであり、I、Jおよび単軸押出機は要件を満たさない比較例相当のスクリュー構成のものである。吐出量を30kg/hrとし、またPPEの種類を表3のものに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得た。
R :Rニーディングディスク(前記した(A))
N :Nニーディングディスク(前記(B))
L :Lニーディングディスク(前記(E))
Rm:順ネジ切り欠きミキシングスクリュー(前記(D))
Ls:逆ネジスクリュー(前記(F))
− :普通の送りスクリュー
各ニーディングディスクの長さLは、全てL/D=1.0のニーディングスクリューを使用した。混練ゾーンの合計長さはL/D=6.0とした。
評価結果を表3に示す。
実施例1において、PPE−Aの代わりに、PPE−Cを使用し、PPE−CとPS−Aの配合量を表4に記載した量とした以外は、実施例1と同様にして、ペレットを得た。
評価結果を表4に示す。
実施例1において、PPE−Aの代わりに、表5に記載のPPE−C、PPE−Gにした以外は実施例1と同様にして、ペレットを得た。
評価結果を表5に示す。PPEの末端OH基量による影響を検証した。
実施例1において、ストランドの引き取り速度(Vs)、ロールAの周方向の回転速度(Vr)、Vs/Vr比およびストランドカッティング温度(実施例26は冷却槽を延長して冷却条件を変えた)を、表6に記載の温度にした以外は、実施例1と同様にして、ペレットを製造した。
結果を表6に示す。
なお、表6中の総合評価において、○は、ペレット状態良好で目ヤニ付着ペレットが5個/20kg以内、△は、ペレット状態が△か、目ヤニ付着ペレットが5個/20kg以上であることを示す。ペレット状態△とはカッティング切断面が鋭利でなく、一部割れがあることを示す。
PPE−Dを、古川大塚鉄鋼社製C−102Aコンパクターを用いて、フィーダー回転数40rpm、ロール間隙2mm、ロール回転数6rpm、ロール支持圧(1.5〜18MPa)を加え、圧縮し、板状の圧縮物を得た。
得られた板状圧縮物を、古川大塚鉄鋼社製のグラニュレーターHB189で、650rpmで解砕(crush)し、圧縮造粒物「Com−D1〜D5」を得た。それらの条件と特性は表7のとおりである。
この圧縮造粒物80質量部と、前記PS−A(平均ペレット重量23mg、平均粒径3.3mm(体積平均粒子径)、見かけ密度0.62g/cc)20質量部を、タンブラーで5分間混合した。
スクリュー構成は、混練ゾーンがRRRNNLの構成であるスクリュー構成Bを用いた。
ここで、Rは、Rニーディングディスク(前記した(A))、Nは、Nニーディングディスク(前記(B))、Lは、Lニーディングディスク(前記(E))である。
各ニーディングディスクの長さLは、L/D=1.0とし、混練ゾーンの合計長さは、L/D=6.0とした。
分級とは粒径の異なるPPE粒子とPS粒子を混合した場合、押出機のホッパー等で振動が加わることにより相分離を起こし、粒径の大きい粒子(今回の場合はPS粒子)がホッパーの上方に滞留する現象を云い、結果として、初流(押出し初期)の樹脂成分と後流(押出し後期)の樹脂成分に違いを生じる現象である。
ポリスチレンの分級度合いは、ペレットをDSC(示差走査熱量測定装置:セイコー電子(SEIKO Electronics industrial Co)社製SSC/5200)を用いて、ガラス転移温度を比較することから求めた。実施例27の初流ペレットのガラス転移温度は187.5度であった。後流ペレットのガラス転移温度は187.3度であった。初流のガラス転移温度から後流のガラス転移温度を引いた差は、0.2℃であった。
ポリフェニレンエーテル/ポリスチレン樹脂組成物のガラス転移温度はそれらの量比により決まる。ポリフェニレンエーテルのガラス転移温度は210℃、ポリスチレンのガラス転移温度は100℃であり、ほぼ重量平均値となる。このガラス転移温度差をポリスチレン樹脂の分級度合いとした。0.2℃差とはポリフェニレンエーテルとポリスチレンが殆ど分級していない(初流から後流まで均一に混じっている)ことを示している。
他の実施例も同様にポリスチレンの分級度合いを評価した。
なお、表7における分級評価の○、△は、以下の基準で判定した。
○:ΔTが±1℃以内
△:ΔTが±3℃から±1℃の範囲
1 吐出ノズル
2 冷却媒体槽
3、3’ ガイドローラー
4、4’ 搬送ローラー
5 ペレタイザー
32 溝
実施例1において、スクリュー構成を下記表2に記載のスクリュー構成のものに変更して行った。表2中、スクリュー構成A〜Hは本発明の要件を満たすものであり、I、Jおよび単軸押出機は要件を満たさない比較例相当のスクリュー構成のものである。吐出量を30kg/hrとし、またPPEの種類を表3のものに変更した以外は、実施例1と同様にしてペレットを得た。
Claims (7)
- ポリフェニレンエーテル系樹脂とポリスチレン系樹脂を溶融状態で混練した後、押出し成形してポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を製造するにあたり、
ポリフェニレンエーテル系樹脂として、重合触媒に由来する銅成分を、銅元素にして、0.05〜10ppm含有するポリフェニレンエーテル系樹脂を用い、
ポリスチレン系樹脂として、平均粒径1〜5mm、見かけ密度0.5〜0.7g/cm3の粒子を用い、
上記両樹脂を、長さがL/Dで10〜80であり、混練ゾーンを少なくとも1箇所以上有し、混練ゾーンの合計のL/Dが3〜18のスクリュー構成である二軸押出機に供給して、加熱、溶融、混練することにより、分子量50万以上のポリフェニレンエーテル系樹脂の超高分子量体を、樹脂組成物中に0.015〜0.6質量%の量で生成させたポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を得ることを特徴とするポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。 - ポリスチレン系樹脂を、ポリフェニレンエーテル系樹脂100質量部に対して、5〜150質量部配合することを特徴とする請求項1に記載のポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。
- ポリフェニレンエーテル系樹脂が、フェニレンエーテルユニット100個に対する末端水酸基数が0.15〜1.5個のものであることを特徴とする請求項1または2に記載のポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。
- 前記押出機の混練ゾーンのスクリュー構成は、混練を促進するエレメントを上流側に、昇圧能力のあるエレメントを下流側に配置されることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。
- ポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を押出し機からストランド状に押し出し、冷却媒体中を走行させて冷却し、ストランドカッターにより切断してペレットを得るにあたり、
溝が形成されたガイドローラーを冷却媒体中に設置し、
該ストランドを、ガイドローラーの前記溝内に接するようにして引き取るとともに、
引き取り速度をVs(cm/秒)、ストランドが接するガイドローラー外周面の移動速度をVr(cm/秒)とした場合に、
0.7≧Vr/Vs≧−0.2の関係を満たすように、前記引き取り速度及び前記移動速度並びにガイドローラーの回転方向を決定することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。 - 冷却によりストランドの温度を80℃〜160℃に調整し、この温度範囲でカッティングすることを特徴とする請求項5に記載のポリフェニレンエーテル系樹脂組成物の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の製造方法で得られたポリフェニレンエーテル系樹脂組成物を成形してなる成形品。
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