TWI471210B - 聚合物摻合物、其製造方法及成型品 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種聚合物摻合物及其製造方法。本發明特別是有關於一種具有優良的耐熱性、機械特性,能夠有用地使用作為構造材料,而且具有優良的透明性,能夠有用地使用作為透明材料之聚合物摻合物及其製造方法。
在由2成分的樹脂所構成之聚合物摻合物,有非相溶系、相溶系、部分相溶系。相溶系係2成分的樹脂在玻璃轉移溫度以上、熱分解溫度以下的實用性全部區域相溶。非相溶系係2成分的樹脂在全部區域非相溶。部分相溶系係2成分的樹脂在某區域相溶而在另外的區域以相分離狀態的形式產生旋節分解(spinodal decompositon)。通常,因為相溶系聚合物摻合物係以分子等級相溶,多半能夠得到所混合樹脂成分的中間性質。因此,為了活用2成分的樹脂之特性,而積極地進行非相溶系、部分相溶系的聚合物摻合物之研討。
在專利文獻1,揭示藉由將聚碳酸酯樹脂與聚對酞酸丁二酯利用旋節分解成為構造周期為0.001~1μm的兩相連續構造或粒子間距離為0.001~1μm的分散構造,來改良機械強度。專利文獻1所記載之方法係藉由在擠壓機中施加剪切使聚碳酸酯樹脂與聚對酞酸丁二酯相溶化,隨後使其旋節分解來形成摻合物構造。在專利文獻1所記載之方法,組合通常非相溶的樹脂時,有無法使其形成構造周期為0.001~1μm的兩相連續構造或粒子間距離為0.001~1μm的分散構造之限制,又,有難以施加均勻的剪切致使分散相的均勻性低落之問題。
在聚合物摻合物,專利文獻2揭示藉由將構成之熱塑性樹脂成分的至少1種熱塑性樹脂成分的前驅物設作低聚物或單體,並與剩餘的熱塑性樹脂成分相溶化,進而在2種類的樹脂之共存下藉由使其化學反應來引起旋節分解,能夠得到一種構造被控制為微細且均勻而成之聚合物摻合物。在專利文獻2所記載之方法,亦有必要使至少1種熱塑性樹脂成分的前驅物與剩餘的熱塑性樹脂成分相溶化。因此,非相溶樹脂之組合時,有無法使其形成構造周期為0.001~1μm的兩相連續構造或粒子間距離為0.001~1μm的分散構造之限制,另一方面,在非相溶系之聚合物摻合物時,通常係具有1μm以上的分散徑之球狀分散,但是近年來,亦嘗試將其分散徑微細化。
在專利文獻3,揭示藉由對由聚醚醯亞胺樹脂與聚苯硫醚樹脂所構成之非相溶系聚合物摻合物,提高熔融混煉時的剪切力或添加相溶化劑,並藉由使其分散至數量平均分散粒徑為1000nm以下來改良靭性。在專利文獻3的方法,所得到的構造體為球狀分散,且關於耐熱性之提升效果係不充分。
專利文獻1:特開2003-286414號公報
專利文獻2:國際公開2009/041335號公報
專利文獻3:特開2009-46641號公報
本發明係以提供一種在保持混合樹脂原來具有的優良耐熱性、機械特性之狀態,進而具有透明性之聚合物摻合物作為課題。
本發明係一種聚合物摻合物之製造方法,該聚合物摻合物之製造方法係將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行利用混沌混合之熔融混煉。
而且,本發明係一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,且該聚合物摻合物中的分散相之相關長度(correlation length)為0.001μm~0.5μm的非周期構造,而且在分散相的面積為(S)、分散相的周圍長度為(L)時,以下述式(1)
所定義的分散相之緊密度(C)為0.05≦(C)≦0.8,
C=4πS/L2
式(1)。
又,本發明係一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的非相溶熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,且該聚合物摻合物中所分散的粒子之平均粒徑為0.001~1μm的分散構造,而且在散射測定中,在散射強度對散射光的波率繪圖而成的光譜之波峰半值寬度為(a)且該波峰的極大波數為(b)時,
0<(a)/(b)≦1.5。
本發明的聚合物摻合物係能夠在保持混合樹脂原來具有的優良耐熱性、機械特性之狀態下,得到進而具有透明性的成型品。因此,本發明的聚合物摻合物能夠有用地使用作為活用優良的耐熱性、機械特性、透明性而成之各種成型品。本發明的聚合物摻合物係充分地活用聚對酞酸乙二酯樹脂及耐熱性優良的聚碳酸酯樹脂之特徵,在廣闊組成範圍的耐熱性提升,且亦能夠得到通常無法得到的透明成型品。又,本發明的聚合物摻合物係例如充分地活用丙烯腈/苯乙烯共聚物與耐熱性優良的聚碳酸酯樹脂之特徵,在廣闊組成範圍的耐熱性提升,且亦能夠得到通常無法得到的透明成型品。
以下,更詳細地說明本發明。
本發明係一種聚合物摻合物之製造方法,其特徵為將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行利用混沌混合之熔融混煉。
通常,混合水等低黏性的流體時,能夠藉由使流動亂流化而效率良好地混合。混合高黏性的流體時,因為必須很大的能量用以使其流動亂流化,所以使其流動亂流化並均勻地混合係困難的。在化學工程領域,係進行研究如何使其以層流狀態而效率良好且均勻混合之混合方法,且近年來係發展混沌混合(chaotic mixing)之研究。
針對混沌混合加以說明。考慮2流體的混合時,對於初期的2流體的境界面上的全部點,將其位置設作初期值而解開支配流體粒子的運動的方程式時,能夠求得境界面的時間發展。2流體為了迅速混合,因為在該境界面有以小時間間隔被折疊之必要,所以境界面必須急遽地增加,最初極接近之境界面上的2點間之距離,有急遽地增大之必要。如此,將具有混沌解答之混合稱為混沌混合,該混沌解答係支配流體粒子的運動的方程式之解答,亦即2點間的距離係與時間同時指數函數地增大。混沌混合係例如記載於Chaos,Solitons & Fractals Vol.6 p425-438(混沌、獨立子和分形,第6卷,第425-438頁)。
以往,混沌混合係被使用於液體等的流體之混合。在本發明,發現混沌混合在樹脂的熔融混煉亦是有效的。作為利用混沌混合使樹脂熔融混煉之方法,作為擠壓機,能夠使用揑合機、輥磨機、班伯里型混煉機、單軸或雙軸擠壓機等通常使用之眾所周知的混合機,其中,從生產性的觀點,以使用單軸或雙軸擠壓機為佳,以使用雙軸擠壓機為最佳。在樹脂的熔融混煉時,藉由降低混煉溫度、提升熔融黏度及使用有效的螺桿來使其產生混沌混合狀態,能夠使摻合物產生重複拉伸及折疊之混沌混合。
在本發明,混沌混合的混煉溫度係依照使用樹脂的組合而異,將使用樹脂中玻璃轉移溫度最高的樹脂作為基準,以設定為比該玻璃轉移溫度高1~70℃為佳,以設定為高5~65℃為更佳。以比使用樹脂中玻璃轉移溫度最高的樹脂的玻璃轉移溫度高出小於1℃的溫度範圍來設定混煉溫度時,黏度太高致使熔融混煉困難,又,以高出大於70℃的溫度範圍來設定時,摻合物成分的拉伸無法充分,會有無法成為混沌混合狀態之情形,乃是不佳。
在本發明,混沌混合係在粒子追蹤法(particle tracking method)中,線長為(L)、在初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)為2以上之混沌混合為佳。假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)大時,係意味著支配流體的運動之方程度的解答,2點間的距離容易與時間同時呈指數函數地增大。如此粒子追蹤法中係將在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動之方法,從各粒子的座標的履歷記錄,能夠求得線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)。粒子追蹤法中係例如記載於Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics Vol.91,Issues 2-3,1 July 2000,p273-295(非牛頓流體機械學期刊、第91卷、2-3期、7月1日2000年、第273-295頁)。
在本發明,所謂對混沌混合狀態有效的螺桿,係指在粒子追蹤法中,線長為(L)、在初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)成為2以上之螺桿為佳,以成為3以上之螺桿為更佳,成為4以上之螺桿為最佳。
在本發明,以使用使其產生混沌混合狀態有效的螺桿為佳。作為使其產生混沌混合狀態有效的雙軸擠壓機的螺桿,可舉出扭動揑合盤(twist kneading disk),其係由揑合盤所構成,此種揑合盤的盤前端側的頂部與其後面側的頂部之角度亦即螺旋角度θ在螺桿的半旋轉方向係位於0°<θ<90°的範圍內。而且,藉由將逆混合螺桿與扭動揑合盤交替組合,能夠更有效地使其產生混沌混合,該逆混合螺桿係由螺紋螺桿(flight screw)所構成,在如此螺紋螺桿的螺紋部從螺桿前端側朝向後端側形成有樹脂通路。
在本發明,以使用雙軸螺桿擠壓機並利用混沌混合來進行熔融混煉為佳。使用擠壓機來進行混沌混合時,相較於擠壓機的螺桿之全長,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度之比率,以5~80%的範圍為佳,以10~70%為較佳,以15~60%的範圍為更佳。又,在本發明,雙軸擠壓機之邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)係以不偏存在於螺桿內的特定位置而配置於全部區域範圍為佳。
在本發明,摻合物以利用混沌混合來重複摻合物成分的拉伸及折疊為佳。藉由進行混沌混合,聚合物摻合物的分散相微細化,較佳是分散相的相關長度成為0.001μm~0.5μm的特徵性非周期構造之情況。在此,所謂分散相係指樹脂組成物中添加量最多的成分係形成海相(連續相或基質),其他的樹脂成分係形成島相(分散相)而成之構造,所謂非周期構造係指末觀察到規則性周期構造,例如藉由光學顯微鏡觀察或透射型電子顯微鏡觀察,能夠確認未觀察到周期構造。
在本發明之熱塑性樹脂係能夠藉由加熱熔融來成形之樹脂。樹脂係例如選自聚醯胺樹脂、聚酯樹脂、聚苯硫醚樹脂、聚縮醛樹脂、聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚乳酸樹脂、聚碸樹脂、四氟聚乙烯樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醯胺醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚醚酮樹脂、聚硫醚酮樹脂、聚醚醚酮樹脂、聚乙烯樹脂、聚丙烯樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚苯乙烯樹脂或ABS樹脂等的苯乙烯系樹脂、橡膠質聚合物、聚環氧烷樹脂等之至少1種以上的樹脂。
在本發明,以至少1成分係能夠保持高黏度之非晶性樹脂為佳,以至少2成分係非晶性樹脂為較佳。從該觀點,以選自聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂、聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚苯乙烯樹脂或ABS樹脂的苯乙烯系樹脂之至少1種以上的樹脂為佳。
在本發明之至少2成分以上的熱塑性樹脂以至少2成分以上的非相溶熱塑性樹脂為佳。在本發明,所謂2成分以上的非相溶熱塑性樹脂,係在玻璃轉移溫度以上、熱分解溫度以下的實用性全部區域不成為相溶狀態的熱塑性樹脂之組合,亦即,將不同2成分以上的樹脂作為主成分之相,互相形成0.001μm以上的相構造之熱塑性樹脂的組合。是否相溶,例如能夠藉由PolymerAlloys and Blends(聚合物摻合物及摻合),Leszek A Utracki,hanser Publishers,Munich Viema New York,P64所記載,使用電子顯微鏡、差示掃描型熱量計(DSC)及其他各種方法來判斷。具體上,各自的熱塑性樹脂使用差示掃描型熱量計(DSC)所測定的玻璃轉移溫度為單一時係相溶,而可觀察到複數玻璃轉移溫度時,能夠判斷該熱塑性樹脂的組合係非相溶。
依照本發明,為了得到具有優良耐熱性之聚合物摻合物,在非晶性樹脂亦是以玻璃轉移溫度高的非晶性樹脂為佳,作為較佳非晶性樹脂,可舉出例如聚碳酸酯樹脂、聚苯醚樹脂、聚碸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醚碸樹脂等。
作為在本發明之較佳熱塑性樹脂的組合,可舉出聚碳酸酯樹脂與聚甲基丙烯酸甲酯樹脂、聚碳酸酯樹脂與聚苯醚樹脂、聚苯醚樹脂與聚甲基丙烯酸酯樹脂、聚碳酸酯樹脂與聚醯胺樹脂、聚碳酸酯樹脂與聚酯樹脂、聚碳酸酯樹脂與聚苯硫醚樹脂、聚碳酸酯樹脂與聚乳酸樹脂、聚碳酸酯樹脂與ABS樹脂、聚苯醚樹脂與聚醯胺樹脂、聚苯醚樹脂與聚酯樹脂、聚苯醚樹脂與聚苯硫醚樹脂、聚苯醚樹脂與聚乳酸樹脂、聚苯醚樹脂與ABS樹脂、聚碸樹脂與聚醯胺樹脂、聚碸樹脂與聚酯樹脂、聚碸樹脂與聚苯硫醚樹脂、聚碸樹脂與聚乳酸樹脂、聚碸樹脂與ABS樹脂、聚醚醯亞胺樹脂與聚醯胺樹脂、聚醚醯亞胺樹脂與聚酯樹脂、聚醚醯亞胺樹脂與聚苯硫醚樹脂、聚醚醯亞胺樹脂與聚乳酸樹脂、聚醚醯亞胺樹脂與ABS樹脂、聚醚碸樹脂與聚醯胺樹脂、聚醚碸樹脂與聚酯樹脂、聚醚碸樹脂與聚苯硫醚、聚醚碸樹脂與聚乳酸樹脂、聚醚碸樹脂與ABS樹脂等。
作為上述聚碳酸酯樹脂,可適合舉出選自雙酚A亦即2,2’-雙(4-羥苯基)丙烷、4,4’-二羥基二苯基烷或4,4’-二羥基二苯基碸、4,4’-二羥基二苯基醚之1種以上的二羥基化合物作為主原料。其中,以雙酚A亦即2,2’-雙(4-羥苯基)丙烷作為主原料所製成者為佳。具體上,將上述雙酚A等使用作為二羥基成分,並使用酯交換法或光氣法所得到的聚碳酸酯為佳。而且,上述雙酚A等的二羥基化合物亦能夠與可與其共聚合的其他二羥基化合物、例如4,4’-二羥基二苯基烷或4,4’-二羥基二苯基碸、4,4’-二羥基二苯基醚等並用,其他羥基化合物的使用量係相對於二羥基化合物的總量以10莫耳%以下為佳。
又,聚碳酸酯樹脂從優良的耐衝擊性及成形性之觀點,係將0.7克聚碳酸酯樹脂溶解於100ml的二氯甲烷並於20℃測定時的比黏度為0.1~2.0,特別是以在0.5~1.5的範圍者為佳,而且以在0.8~1.5的範圍者為最佳。
作為上述聚苯醚樹脂的具體例,可舉出聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)、聚(2-甲基-6-乙基-1,4-苯醚)、聚(2,6-二苯基-1,4-苯醚)、聚(2-甲基-6-苯基-1,4-苯醚)、聚(2,6-二氯-1,4-苯醚)等,而且,可舉出如2,6-二甲基苯酚與其他苯酚類(例如2,3,6-三甲基苯酚)的共聚物之共聚物。其中以聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)、2,6-二甲基苯酚與2,3,6-三甲基苯酚的共聚物為佳,以聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)為特佳。
又,聚苯醚樹脂係在30℃測定的折合黏度(reduced viscosity)(0.5g/dl氯仿溶液)以在0.15~0.70的範圍者為佳。
聚苯醚樹脂的製造方法係沒有特別限定,能夠使用眾所周知的方法來得到。例如能夠使用在USP3306874號說明書所記載之由Hay所揭示之將亞銅鹽與胺的複合物作為觸媒,並藉由氧化聚合而容易地製造。在本發明,當然亦可以將如上述進行所得到的聚苯醚樹脂,進而使用含有酸酐基、環氧基、異氰酸酯基等的官能基之化合物,施行改性或活性化等各種的處理後使用。
所謂上述聚甲基丙烯酸甲酯樹脂係使用甲基丙烯酸甲酯作為乙烯系單體而得到的聚甲基丙烯酸甲酯,共聚合其他乙烯系單體而成之聚甲基丙烯酸甲酯共聚物亦無妨。作為其他乙烯系單體,可舉出α-甲基苯乙烯、鄰甲基苯乙烯、對甲基苯乙烯、鄰乙基苯乙烯、對乙基苯乙烯、對第三丁基苯乙烯等芳香族乙烯系單體、丙烯腈、甲基丙烯腈、乙基丙烯腈等氰化乙烯系單體、伊康酸環氧丙酯、烯丙基環氧丙基醚、苯乙烯-對環氧丙基醚、對環氧丙基苯乙烯、順丁烯二酸酐、順丁烯二酸一乙酯、伊康酸、伊康酸酐、酞酸、N-甲基順丁烯二醯亞胺、N-乙基順丁烯二醯亞胺、N-環己基順丁烯二醯亞胺、N-苯基順丁烯二醯亞胺等的N-取代順丁烯二醯亞胺、丙烯醯胺、甲基丙烯醯胺、N-甲基丙烯醯胺、丁氧基甲基丙烯醯胺、N-丙基甲基丙烯醯胺、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸胺基乙酯、丙烯酸丙基胺基乙酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸環己酯、甲基丙烯酸二甲基胺基乙酯、甲基丙烯酸乙基胺基丙酯、甲基丙烯酸苯基胺基乙酯、甲基丙烯酸環己基胺基乙酯、2-(羥甲基)丙烯酸甲酯、2-(羥甲基)丙烯酸乙酯、2-(羥甲基)丙烯酸丁酯、N-乙烯基二乙胺、N-乙醯基乙烯胺、烯丙胺、甲基烯丙胺、N-甲基烯丙胺、對胺基苯乙烯、2-異丙烯基-唑啉、2-乙烯基-唑啉、2-丙烯醯基-唑啉及2-苯乙烯-唑啉等,該等的乙烯系單體可單獨或使用2種以上。又,就耐熱性而言,作為聚甲基丙烯酸甲酯共聚物,特別是以在主鏈含有順丁烯二酸酐、戊二酸酐、順丁烯二醯亞胺環等的環構造單位之共聚物為佳,以與聚甲基丙烯酸並用為更佳。作為此種聚甲基丙烯酸甲酯共聚物,能夠依照眾所周知的方法來製造。作為其他乙烯系單體成分單位量,較佳是30莫耳%以下、更佳是20莫耳%以下共聚合而成之共聚物。
又,聚甲基丙烯酸甲酯樹脂以至少含有1種以上之重量平均分子量為5萬~45萬、玻璃轉移溫度為80℃以上及間規40%以上的聚甲基丙烯酸甲酯者為佳。
在本發明,關於2成分以上的熱塑性樹脂之組成係沒有特別限制,但是樹脂組成物中添加量最多的成分(A)與添加量次多的成分(B)之重量比(A)/(B)以90/10~50/50為佳,以80/20~50/50為更佳,以70/30~50/50為特佳。
隨後,說明本發明的聚合物摻合物。
本發明係一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,且該聚合物摻合物中的分散相之相關長度為0.001μm~0.5μm的非周期構造,而且在在分散相的面積為(S)、分散相的周圍長度為(L)時,以下述式(1)所定義的分散相之緊密度(C)為0.05≦(C)≦0.8,
C=4πS/L2
(1)。
聚合物摻合物係藉由發揮各自當作原料的樹脂之優點且互補缺點,來顯現比單一樹脂優良的特性。此時重要的是聚合物摻合物的分散相之相關長度。相關長度太長時,機械特性係顯著降低,又,相關長度太小時,因為原料樹脂的特性消失,乃是不佳。因此,非周期構造之相關長度以0.001μm~0.5μm為佳,以0.01μm~0.4μm為較佳,以0.02μm~0.3μm為更佳,以0.05μm~0.2μm為最佳。
所謂相關長度,係表示在無法觀察到上述規則性周圍構造之構造體,其分散相的尺寸之指標。相關長度係以在光散射或小角X射線散射所得到的散射輪廓作為基礎,來進行散射強度的倒數對波數之德拜繪圖(Debye plot),在德拜繪圖,能夠從其傾斜度除以切片而成之平方根來求得。相關長度為0.001μm~小於0.1μm的聚合物摻合物時係使用小角X射線散射測定來進行評價,而相關長度為0.1μm以上、0.5μm以下的聚合物摻合物時係能夠使用光散射測定來進行評價。小角X射線散射及光散射係能夠分析的構造尺寸不同,有按照所分析聚合物摻合物的構造尺寸而適當地靈活運用之必要。
在光散射測定、小角X射線散射測定,試樣有設為薄膜狀之必要。薄膜化能夠使用薄切片機等切取、或使用加熱加壓機。光散射裝置時,係在厚度為0.1mm左右的蓋玻片夾入聚合物摻合物,並藉由加熱加壓而能夠簡便地得到薄膜狀試料。小角X射線散射時,因為蓋玻片會吸收X射線,有注意的必要。加熱加壓時,因為加熱過度或加壓時間長時,依照試樣會有構造粗大化之情形,加壓條件的決定有必要謹慎地進行。又,結晶性樹脂時,因為有結晶化引起摻合物構造變化之可能性,加熱加壓後係迅速地急冷來將構造固定化。
調整成為薄膜狀後之試樣係測定中心部分。試樣對於測定裝置的試料保持器尺寸係太大時,係從中心部切取試樣來測定。試樣的厚度係以盡可能得到大信號強度的方式將複數試樣重疊來調節最佳厚度。信號強度係按照試樣厚度成比例增加,且測定光的吸收亦依照Lanber-Beer法則,相對於試料厚度而指數函數地增加,因為信號強度係依照其程度而減少,有按照兩者的平衡來決定試料厚度之必要。
又,由折射率差異小的聚合物之組合所構成之聚合物摻合物,因為信號強度小,測定會有困難。此時,按照必要,使用碘、RuO4
、OsO4
等染色試藥處理亦有效的。
本發明的聚合物摻合物係指在分散相的面積為(S)、分散相的周圍長度為(L)時,以下述式(1)所定義的分散相之緊密度(C)為0.05≦(C)≦0.8之構造,
C=4πS/L2
(1)。
所謂分散相之緊密度(C)係表示分散相的構造之指標,緊密度(C)接近1時為球形,相反地,接近0時係表示分散相的變形大。緊密度(C)以0.05≦(C)≦0.6為較佳,並且以0.1≦(C)≦0.5為更佳。緊密度(C)小時,因為分散相與連續相的接觸界面積變大,能夠最大限地發揮分散相所具有的優良特性,作為聚合物摻合物,能夠得到顯著優良的特性。
分散相的面積(S)、分散相的周圍長度(L)能夠從由聚合物摻合物所構成之塊狀物的表面1mm深的部位,切取超薄切片,並將其使用透射型電子顯微鏡放大12萬倍來觀察。在本發明,係任意地選擇100處使用上述測定法所觀察之分散相,並使用影像解析軟體ScionImage,從分散相的面積(S)及分散相的周圍長度(L)求取各自的緊密度(C)且從其平均值求得。
而且,本發明的第2形態之聚合物摻合物,係一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的非相溶熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,且該聚合物摻合物中所分散的粒子之平均粒徑為0.001~1μm的分散構造,而且在散射測定中,在散射強度對散射光的波率繪圖而成的光譜之波峰半值寬度為(a)且該波峰的極大波數為(b)時,
0<(a)/(b)≦1.5。
聚合物摻合物係藉由發揮各自當作原料的樹脂之優點且互補缺點,來顯現比單一樹脂優良的特性。此時重要的是在分散構造之粒子的尺寸及均勻性。尺寸太大時,只顯現各自原料的物性,而難以互補缺點。又,尺寸太小時,原料樹脂的特性消失。在本發明的第2形態之聚合物摻合物,在聚合物摻合物中分散的粒子之平均粒徑為0.001μm~1μm。粒子的平均粒徑以0.001μm~0.8μm為佳,以0.001μm~0.6μm為更佳。
在此所稱平均粒徑係從電子顯微鏡照片所求取之長徑的數量平均粒徑,能夠藉由影像解析來求取。又,從照片直接測定50個粒子的長徑,亦能夠求取其數量平均值。
平均粒徑能夠將從顆粒、加壓成型品、薄膜、薄片或射出成型品等所切削的試料使用光學顯微鏡或透射型電子顯微鏡來觀察。
進行熔融混煉時,藉由進行重複聚合物摻合物的拉伸及折疊之混沌混合,2成分以上的非相溶聚合物摻合物之分散相微細化,而且能夠作為特徵性分散構造,其係在相構造將在聚合物摻合物中分散的粒子之平均粒徑控制為高均勻性之0.001~1μm。
即便平均粒徑的尺寸為0.001~1μm,若有一部分為構造性粗大的部分等時,例如受到衝擊時,會有以該處作為起點而破壞進行等,致使無法得到原來聚合物摻合物的特性之情形。因此,在聚合物摻合物中分散的粒子之均勻性係重要的。該均勻性係平均粒徑為0.001μm以上、小於0.1μm的聚合物摻合物時,係使用小角X射線散射測定來進行評價,而平均粒徑為0.1μm以上、1μm以下的聚合物摻合物時係能夠使用光散射測定來進行評價。小角X射線散射及光散射係能夠分析的分散構造尺寸不同,有按照所分析聚合物摻合物的分散構造尺寸而適當地靈活運用之必要。小角X射線散射測定及光散射測定能夠得到關於其分布之資訊,具體上,在該等測定所得到的光譜之散射極大的波峰之擴大型,係對應粒徑的均勻性。
在本發明,作為均勻性的指標,平均粒徑為0.001μm以上、小於0.1μm的聚合物摻合物時,係使用小角X射線散射測定,而平均粒徑為0.1μm以上、1μm以下的聚合物摻合物時係使用光散射測定,並著眼於將散射強度對散射光的波數繪圖而之光譜的散射極大波峰半值寬度。因為該波峰的半值寬度有伴隨著波峰的極大波數的增加而增大之傾向,在本發明,係將由波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b)所計算的(a)/(b)的值作為粒徑的均勻性之指標。為了顯現優良機械特性等的物性特性,粒徑的均勻性以較高為佳。
本發明的第2形態的聚合物摻合物,係在散射測定,在散射強度對散射光的波率繪圖而成的光譜之波峰半值寬度為(a)且該波峰的極大波數為(b)時,
0<(a)/(b)≦1.5。(a)/(b)係以0<(a)/(b)≦1.4為佳,以0<(a)/(b)≦1.3為更佳。
在本發明之波峰半值寬度,係指從波峰的頂點(點A)描繪與圖縱軸平行的直線且該直線與光譜的基線之交點為(點B)時,連結(點A)與(點B)之線段的中點(點C)之波峰的幅度。在此所稱波峰的幅度係與基線平行且通過(點C)之直線上的寬度。
在光散射測定、小角X射線繞射測定,試樣有設為薄膜狀之必要。薄膜化能夠使用薄切片機等切取、或使用加熱加壓機。光散射裝置時,係在厚度為0.1mm左右的玻璃蓋片夾入聚合物摻合物,並藉由加熱加壓而能夠簡便地得到薄膜狀試料。小角X射線散射時,因為蓋玻片會吸收X射線,有注意的必要。加熱加壓時,因為加熱過度或加壓時間長時,依照試樣會有構造粗大化之情形,加壓條件有必要謹慎地進行。又,結晶性樹脂時,因為有結晶化引起摻合物構造變化之可能性,加熱加壓後有必要迅速地急冷來將構造固定化。
調整成為薄膜狀後之試樣係測定中心部分。試樣對於測定裝置的試料保持器尺寸係太大時,係從中心部切取試樣來測定。試樣的厚度係以盡可能得到大信號強度的方式將複數試樣重疊來調節最佳厚度。信號強度係按照試樣厚度成比例增加,且測定光的吸收亦依照Lanber-Beer法則,相對於試料厚度而指數函數地增加,因為信號強度係依照其程度而減少,有按照兩者的平衡來決定試料厚度之必要。
又,由折射率差異小的聚合物之組合所構成之聚合物摻合物,因為信號強度小,測定會有困難。此時,按照必要,使用碘、RuO4
、OsO4
等染色試藥處理亦有效的。
在本發明的聚合物摻合物之製造方法所使用的聚合物摻合物,在不損害本發明的目的之範圍亦能夠使其更含有各種添加劑。又,在本發明的聚合物摻合物,在不損害本發明的目的之範圍亦能夠使其更含有各種添加劑。
作為該等添加劑,可舉出例如滑石粉、高嶺土、雲母、黏土、膨土、絹雲母、鹼性碳酸鎂、玻璃碎片、玻璃纖維、碳纖維、石棉纖維、岩棉、矽砂、矽灰石(wallastonite)、玻璃珠等的強化材、非板狀填充材、或抗氧化劑(磷系、硫系等)、紫外線吸收劑、熱安定劑(受阻胺系等)、酯交換反應抑制劑、無機系結晶核劑(滑石粉等)、有機系結晶核劑(山梨糖醇衍生物、脂肪族羧醯胺等)、滑劑、脫模劑、抗靜電劑、抗黏結劑、含染料及顏料的著色劑、難燃劑(鹵素系、磷系等)、難燃助劑(三氧化銻為代表之銻化合物、氧化鋯、氧化鉬等)、發泡劑、偶合劑(含有一種以上的環氧基、胺基氫硫基、乙烯基、異氰酸酯基之矽烷偶合劑或鈦偶合劑)、抗菌劑等。
本發明的聚合物摻合物能夠成形而作為成型品。較佳成形方法有射出成型法、薄膜成型法、薄片成型法、吹塑成型法、吹氣成型法,以射出成型法、薄膜成型法、薄片成型法為特佳。由本發明的聚合物摻合物所構成的成型品有例如射出成型品、薄膜、薄片等。又,由本發明的聚合物摻合物所構成的成型品係藉由施行薄膜或薄片積層、波板狀加工、表面塗布等後加工而得到的成型品亦佳。
因為本發明的成型品係耐衝擊性顯著優良,可適合使用作為汽車零件、電氣電子零件、包裝材料等各種用途。
以下舉出實施例來說明本發明。實施例、比較例係使用以下方法來進行測定方法。
關於使用超薄切片機切取超薄切片而成之試樣,係使用日立製作所製H-7100型透射型電子顯微鏡並放大1.2萬倍來進行觀察相構造。
不使用蓋玻片而是夾在KAPTON薄膜(Kapton film),且藉由加熱加壓來將試樣製成厚度為0.1mm的薄片,將所得到的薄膜狀試料從KAPTON薄膜取下並直接測定薄膜狀試料。小角X射線散射係使用理學電氣公司製RA-micro7,並藉由將在像板(image pate)曝露30分鐘所得到的2維數據圓環平均(circular averaging)來轉換成1維的散射輪廓,且以如此進行所得到的散射輪廓作為基礎來進行散射強度的倒數對波數之德拜繪圖,在德拜繪圖,能夠從其傾斜度除以切片而成之平方根來求得相關長度。
在厚度為0.1mm的蓋玻片夾入聚合物摻合物,藉由加熱加壓來製造薄膜狀試料,並以夾在蓋玻片的狀態進行光散射測定。光散射係使用大塚電子公司製DYNA-300,並藉由將在CCD照相機曝露1分鐘所得到的2維數據圓環平均(circular averaging)來轉換成1維的散射輪廓,且以如此進行所得到的散射輪廓作為基礎來進行散射強度的倒數對波數之德拜繪圖,在德拜繪圖,能夠從其傾斜度除以切片而成之平方根來求得相關長度。
任意地選擇100處使用上述測定法所觀察之分散相,並使用影像解析軟體ScionImage,從分散相的面積(S)及分散相的周圍長度(L)求取各自的緊密度(C)。在表中係記載從緊密度(C)的平均值所求取的值。在第4圖,記載相構造形狀的模式圖。在表中,將在實施例、比較例所觀察到的相構造之形狀,以第4圖的(a)、(b)、(c)表示。例如,在實施例1,係顯示第4圖(a)的相構造。
記載於實施例1~7、比較例1~3。
依照ASTM D648,使用安田精機製作所製148-HDD-6S來測定在升溫速度120℃/hr、負荷1.82MPa之負荷彎曲溫度。
關於使用班伯里型混煉機混煉後,在冰水中急冷來固定構造後之試樣,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.8mm)。從薄片切取長度×寬度×厚度=50mm×10mm×0.8mm的試樣,並使用ORIENTEC公司製UTA-2.5T且以夾頭距離20mm、拉伸強度10mm/分鐘來測定。
依照ASTM D638,將1號啞鈴型試樣使用ORIENTEC公司製UTA-2.5T並以試料標點間距離為114mm、拉伸強度10mm/min進行測定。
關於使用班伯里型混煉機混煉後,在冰水中急冷來固定構造後之試樣,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.8mm)。從薄片切取長度×寬度×厚度=50mm×10mm×0.8mm的試樣,並使用島津製作所製分光光度計MPC3100來測定波長240~2600nm的總光線透射率。
使用80mm四方之厚度為1mm的四方板(薄膜澆口;flim gate),且使用島津製作所分光光度計MPC3100來測定波長400nm的光線透射率。
在表1~6,係使用以下所表示的樹脂。
PC(1):聚碳酸酯樹脂(三菱ENGINEERING PLASTICS(股)製、“UPILON”H4000、玻璃轉移溫度為155℃)
PC(2):聚碳酸酯樹脂(出光興產(股)製、“TARFLON”A-1900、玻璃轉移溫度為155℃)
PMMA:聚甲基丙烯酸甲酯(住友化學(股)製“SUMIPEX”MHF、玻璃轉移溫度為105℃)
PPO:聚苯醚(三菱ENGINEERING PLASTICS(股)製、PX-100F、玻璃轉移溫度為205℃)
N66:聚醯胺66樹脂(在熔點265℃、末端胺基濃度11.5×10-5
mol/g、98%硫酸1g/dl的相對黏度為2.65之聚醯胺66樹脂、玻璃轉移溫度為49℃)
HPPO:((三菱ENGINEERING PLASTICS(股)製:將100重量份“UPIACE” PX-100F)、1.2重量份順丁烯二酸酐及0.1重量份自由基產生劑(“PERHEXAN” 25B:日油(股)製)乾式摻合,並於圓筒溫度為320℃熔融混煉而得到的改性PPO樹脂、玻璃轉移溫度為205℃)
SMA:順丁烯二酸酐改性聚苯乙烯樹脂(NOVA Chemicals Japan(股)製、“DYLARK” D332、順丁烯二酸酐含量15重量%、玻璃轉移溫度為131℃)
改性乙烯系共聚物:苯乙烯/丙烯腈/甲基丙烯酸環氧丙酯共聚物(將由苯乙烯69.7%、丙烯腈30%、甲基丙烯酸環氧丙酯0.3%所構成的單體混合物進行懸浮聚合來調製改性乙烯系共聚物。所得到的改性乙烯系共聚物的甲基乙基酮可溶分的固有黏度為0.53dl/g、各單體單位的含有率係苯乙烯單位為69.7重量%、丙烯腈單位為30重量%、甲基丙烯酸環氧丙酯單位為0.3重量%。玻璃轉移溫度為100℃)
PLA:聚乳酸樹脂(D體的含量為4.0%,換算PMMA的重量平均分子量為22萬之聚L乳酸樹脂、玻璃轉移溫度為60℃)。
在實施例8~20、比較例4、6、8、11、14、16,所謂混沌混合區域係使扭動揑合盤與逆混合螺桿交替組合而成之區域,該扭動揑合盤係由揑合盤所構成,如此揑合盤的盤前端側的頂部與其後面側的頂部之角度亦即螺旋角度θ在螺桿的半旋轉方向係位於0°<θ<90°的範圍內;而該逆混合螺桿係由螺紋螺桿所構成,在如此螺紋螺桿的螺紋部從螺桿前端側朝向後端側形成有樹脂通路。
將原料供給至班伯里型混煉機,在表1所記載之料筒設定溫度(混煉溫度)混煉2分鐘後取出並在冰水中急冷來固定構造。表1所記載之料筒設定溫度係與混煉溫度相同。班伯里型混煉機係在密閉型混煉機(Laboplastomill)50C150型(東洋精機製作所製)左右同時安裝班伯里型螺桿而成之混合機,將螺桿的轉速設為10rpm。原料的組成係記載於表1。
在使用班伯里型混煉機混煉時,從混合機上部窗觀察樹脂組成物的混合狀態之結果,在實施例1~7,產生重複摻合物成分的拉伸及折疊之混沌混合狀態。料筒混煉溫度較高的比較例1~3時,摻合物成分的拉伸未充分而斷裂,而確認不是混沌混合狀態。
混煉後取出,從在冰水中急冷後的試樣,切取超薄切片的試片。關於試片,使用透射型電子顯微鏡放大12萬倍來觀察構造狀態之結果,確認任一者都是非周期構造。在第1圖,顯示實施例2的透射型電子顯微鏡照片,而在第2圖顯示比較例1的透射型電子顯微鏡照片。在表1顯示緊密度(C)與相構造的形狀。
在實施例1,混煉後取出,將在冰水中急冷後的試樣,於190℃以10s、1.5MP進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定小角X射線散射光譜。關於實施例2~7、比較例1~3,係混煉後取出,將在冰水中急冷後的試樣,進而於表1記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MP進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。從如此進行而得到的散射輪廓求取相關長度,並記載於表1。
關於使用班伯里型混煉機混煉後,在冰水中急冷來固定構造而成之試樣,另外以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度0.8mm)。從該薄切取長度×寬度×厚度=85mm×20mm×0.8mm的薄長方形狀試樣。保持試片的一端20mm並以試片為水平的方式以保持一邊的狀態固定且在90、100、110、120、130、140、150、160、170℃、180、190、200℃的烘箱中放置60分鐘後,測定保持部分與相反側的前端因自重而下垂後之垂直距離。隨後,繪圖在該各溫度下垂的垂直距離及溫度並將各點以直線連結,且將與下垂的垂直距離3mm交叉之溫度設作耐熱溫度,而且將其值記載於表1。
關於使用班伯里型混煉機混煉後,在冰水中急冷來固定構造而成之試樣,拉伸強度、拉伸伸長率測定結果及總光線透射率係記載於表1。
從表1的結果,得知即便在非周期構造之非相溶系聚合物摻合物,依照混沌混合條件,亦能夠得到相關長度及緊密度(C)顯著減少、微細且構造複雜的聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,具有拉伸強度、拉伸伸長率均優良的機械特性,而且具有優良的透明性。
將表2記載的組成原料供給至螺桿旋轉數為200rpm之雙軸螺桿擠壓機(JSW公司製TEX30XSSST)(L/D=45.5(又,在此的L係從原料供給口至吐出口的長度)),以表2記載的溫度調整聚合物熔融部以後的料筒溫度。將從模頭吐出後的腸線狀物迅速地在冰水中急冷來固定構造後,使用股線切割器進行製粒而得到顆粒。
實施例8及比較例4係使用相對於擠壓機的螺桿總長度,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度比率為50%的方式在全部區域範圍配置而成之螺桿構成(A型)。作為螺桿構成,比較例5係使用從L/D=22、28的位置設置有通常的揑合盤(L/D=3.8)而成的螺桿構成(B型)。
使用JSW公司製、擠壓機內的CAE解析軟體SCREWFLOW-MULTI,在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動,來求取線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0)。其結果,A型的ln L/L0
為4.2,B型的ln L/L0
為1.5。
從上述顆粒,關於切取超薄切片而成的試樣,使用透射型電子顯微鏡觀察構造的狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。
而且,在表2記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。從如此進行而得到的散射輪廓作為基礎來求取相關長度並記載於表2。
上述顆粒係使用從料斗朝向前端設定為280℃-285℃-290℃-290℃而成之住友重機械工業(股)製射出成形機(SG-75H-MIV),並以模具溫度為80℃、保壓10秒、冷卻時間為15秒的成形循環,來成形厚度為1/8英吋ASTM1號啞鈴型試片,及依照ASTM D-790的彎曲試片。關於從所得到的成型品,與顆粒同樣地切取超薄切片而成之試樣,使用透射型電子顯微鏡觀察構造狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。
而且,在表2記載的的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。以從如此進行而得到的散射輪廓作為基礎,來進行散射強度的倒數對波數之德拜繪圖,在德拜繪圖,能夠從其傾斜度除以切片而成之平方根來求得相關長度,並記載於表2。
對成型品進行評價,其結果係記載於表2。
從表2的結果,得知即便在非周期構造之非相溶系聚合物摻合物,依照混沌混合條件,亦能夠得到相關長度及緊密度(C)顯著減少、微細且構造複雜的聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,具有拉伸強度、拉伸伸長率均優良的機械特性。
將表3記載的組成原料供給至螺桿旋轉數為100rpm之雙軸螺桿擠壓機(JSW公司製TEX30XSSST)(L/D=45.5(又,在此的L係從原料供給口至吐出口的長度)),以表3記載的溫度調整聚合物熔融部以後的料筒溫度。將從模頭吐出後的腸線狀物迅速地在冰水中急冷來固定構造後,使用股線切割器進行製粒而得到顆粒。
實施例9及比較例6係使用相對於擠壓機的螺桿總長度,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度比率為50%的方式在全部區域範圍配置而成之螺桿構成(A型)。作為螺桿構成,比較例5係使用從L/D=22、28的位置設置有通常的揑合盤(L/D=3.8)而成的螺桿構成(B型)。
使用JSW公司製、擠壓機內的CAE解析軟體SCREWFLOW-MULTI,在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動,來求取線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)。其結果,A型的ln L/L0
為4.2,B型的ln L/L0
為1.5。
從上述顆粒,關於切取超薄切片而成的試樣,使用透射型電子顯微鏡放大12萬倍來觀察構造的狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。又,任意地選擇100處分散相,並使用影像解析軟體ScionImage,從分散相的面積(S)及分散相的周圍長度(L)求取各自的緊密度(C),並將從其平均值求得的值記載於表3。而且關於相構造的形狀,係將第4圖所顯示的的模式圖顯示在表3。
而且在上述試樣之中,關於實施例9、比較例7,係於265℃以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。又,關於比較例6,係以表3記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。將如此進行而得到的散射輪廓作為基礎,來進行散射強度的倒數對波數之德拜繪圖,在德拜繪圖,能夠從其傾斜度除以切片而成之平方根來求得相關長度,並記載於表3。
上述顆粒係使用從料斗朝向前端設定為280℃-285℃-290℃-290℃而成之住友重機械工業(股)製射出成形機(SG-75H-MIV),並以模具溫度為80℃、保壓10秒、冷卻時間為15秒的成形循環,來成形厚度為1/8英吋ASTM1號啞鈴型試片,及依照ASTM D-790的彎曲試片。關於從所得到的成型品,與顆粒同樣地切取超薄切片而成之試樣,使用透射型電子顯微鏡觀察構造狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。又,任意地選擇100處分散相,並使用影像解析軟體ScionImage,從分散相的面積(S)及分散相的周圍長度(L)求取各自的緊密度(C),並將從其平均值求得的值記載於表3。而且,關於相構造的形狀,係將第4所示之模式圖的形狀顯示在表3。
對成型品進行評價,其結果係記載於表3。
從表3的結果,得知即便在非周期構造之非相溶系聚合物摻合物,依照混沌混合條件,亦能夠得到相關長度及緊密度(C)顯著減少、微細且構造複雜的聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,具有拉伸伸長率優良的機械特性。
將表4記載的組成原料供給至螺桿旋轉數為100rpm之雙軸螺桿擠壓機(JSW公司製TEX30XSSST)(L/D=45.5(又,在此的L係從原料供給口至吐出口的長度)),以表4記載的溫度調整聚合物熔融部以後的料筒溫度。將從模頭吐出後的腸線狀物迅速地在冰水中急冷來固定構造後,使用般線切割器進行製粒而得到顆粒。
實施例10~14及比較例8係使用相對於擠壓機的螺桿總長度,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度比率為50%的方式在全部區域範圍配置而成之螺桿構成(A型)。作為螺桿構成,比較例9~10係使用從L/D=22、28的位置設置有通常的揑合盤(L/D=3.8)而成的螺桿構成(B型)。
使用JSW公司製、擠壓機內的CAE解析軟體SCREWFLOW-MULTI,在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動,來求取線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)。其結果,A型的ln L/L0
為4.2,B型的ln L/L0
為1.5。
從上述顆粒,關於切取超薄切片而成的試樣,使用透射型電子顯微鏡放大12萬倍來觀察構造的狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。又,在第3圖顯示實施例12的透射型電子顯微鏡照片。而且,關於相構造的形狀,係將第4圖所顯示的模式圖顯示在表4。
又,從電子顯微鏡照片任意地選擇100處在聚合物摻合物中分散的粒子,並測定各自的長徑並計算數量平均值來求取平均粒徑,其結果係記載於表4。
而且,以表4記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。並將在該光譜之波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b),(a)/(b)之值記載於表4。
上述顆粒係使用從料斗朝向前端設定為240℃-245℃-250℃-250℃而成之住友重機械工業(股)製射出成形機(SG-75H-MIV),並以模具溫度為80℃、保壓10秒、冷卻時間為15秒的成形循環來成形厚度為1/8英吋ASTM1號啞鈴型試片、及依照ASTM D-790的彎曲試片及80mm四方之厚度為1mm的四方板(薄膜澆口)。關於所得到的成型品,係進行以下的評價,其結果係記載於表4。
即便是將非相溶熱塑性樹脂的組合熔融混煉而得到的聚合物摻合物,藉由以混沌混合條件進行混煉,能夠得到平均粒徑微細且由波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b)所計算的(a)/(b)之數值為1.5以下,而且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。
從表4的結果,得知能夠得到平均粒徑微細且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,該等聚合物摻合物具有拉伸強度、拉伸伸長率均優良的機械特性,而且具有優良的透明性。
將表5記載的組成原料供給至螺桿旋轉數為200rpm之雙軸螺桿擠壓機(JSW公司製TEX30XSSST)(L/D=45.5(又,在此的L係從原料供給口至吐出口的長度)),以表5記載的溫度調整聚合物熔融部以後的料筒溫度。將從模頭吐出後的腸線狀物迅速地在冰水中急冷來固定構造後,使用股線切割器進行製粒而得到顆粒。
實施例15~18及比較例11係使用相對於擠壓機的螺桿總長度,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度比率為50%的方式在全部區域範圍配置而成之螺桿構成(A型)。作為螺桿構成,比較例12係使用從L/D=22、28的位置設置有通常的揑合盤(L/D=3.8)而成的螺桿構成(B型)。
使用JSW公司製、擠壓機內的CAE解析軟體SCREWFLOW-MULTI,在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動,來求取線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)。其結果,A型的ln L/L0
為4.2,B型的ln L/L0
為1.5。
從上述顆粒,關於切取超薄切片而成的試樣,使用透射型電子顯微鏡觀察構造的狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。而且,關於相構造的形狀,係將第4圖所顯示的的模式圖顯示在表5。
又,從電子顯微鏡照片任意地選擇100處在聚合物摻合物中分散的粒子,並測定各自的長徑並計算數量平均值來求取平均粒徑,其結果係記載於表5。
而且,以表5記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。並將在該光譜之波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b),(a)/(b)之值記載於表5。
上述顆粒係使用從料斗朝向前端設定為240℃-245℃-250℃-250℃而成之住友重機械工業(股)製射出成形機(SG-75H-MIV),並以模具溫度為80℃、保壓10秒、冷卻時間為15秒的成形循環來成形厚度為1/8英吋ASTM1號啞鈴型試片、及依照ASTM D-790的彎曲試片。關於所得到的成型品,係進行以下的評價,其結果係記載於表5。
即便是將非相溶熱塑性樹脂的組合熔融混煉而得到的聚合物摻合物,藉由以混沌混合條件進行混煉,能夠得到平均粒徑微細且由波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b)所計算的(a)/(b)之數值為1.5以下,而且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。
從表5的結果,得知能夠得到平均粒徑微細且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,該等聚合物摻合物具有拉伸強度、拉伸伸長率均優良的機械特性。
將表6記載的組成原料供給至螺桿旋轉數為100rpm之雙軸螺桿擠壓機(JSW公司製TEX30XSSST)(L/D=45.5(又,在此的L係從原料供給口至吐出口的長度)),以表6記載的溫度調整聚合物熔融部以後的料筒溫度。將從模頭吐出後的腸線狀物迅速地在冰水中急冷來固定構造後,使用股線切割器進行製粒而得到顆粒。
實施例19~20及比較例14、比較例16係使用相對於擠壓機的螺桿總長度,邊混沌混合邊熔融混煉之區域(混沌混合區域)的合計長度比率為50%的方式在全部區域範圍配置而成之螺桿構成(A型)。另一方面,作為螺桿構成,比較例13及比較例15係使用從L/D=22、28的位置設置有通常的揑合盤(L/D=3.8)而成的螺桿構成(B型)。
使用JSW公司製、擠壓機內的CAE解析軟體SCREWFLOW-MULTI,在時間t=0評價螺桿的上游面之剖面內隨機決定1000個粒子的初期位置,並藉由模擬追蹤利用解析所求得伴隨著評價螺桿的速度情況之移動,來求取線長為(L)、初期線長為(L0
)時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0
)。其結果,A型的ln L/L0
為4.2,B型的ln L/L0
為1.5。
從上述顆粒,關於切取超薄切片而成的試樣,使用透射型電子顯微鏡觀察構造的狀態之結果,確認任一者均為非周期構造。而且,關於相構造的形狀,係將第4圖所顯示的的模式圖顯示在表6。
又,從電子顯微鏡照片任意地選擇100處在聚合物摻合物中分散的粒子,並測定各自的長徑並計算數量平均值來求取平均粒徑,其結果係記載於表6。
又,而且上述試樣之中,關於實施例19~20及比較例13、比較例15,係於265℃,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。又,關於比較例14、比較例16,係以表6記載的料筒設定溫度,以10s、1.5MPa進行加熱加壓來製造薄片(厚度為0.1mm),並測定光散射光譜。並將在該光譜之波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b),(a)/(b)之值記載於表6。
上述顆粒係使用從料斗朝向前端設定為280℃-285℃-290℃-290℃而成之住友重機械工業(股)製射出成形機(SG-75H-MIV),並以模具溫度為80℃、保壓10秒、冷卻時間為15秒的成形循環來成形厚度為1/8英吋ASTM1號啞鈴型試片、及依照ASTM D-790的彎曲試片。關於所得到的成型品,係進行以下的評價,其結果係記載於表6。
即便是將非相溶熱塑性樹脂的組合熔融混煉而得到的聚合物摻合物,藉由以混沌混合條件進行混煉,能夠得到平均粒徑微細且由波峰半值寬度(a)、波峰的極大波數(b)所計算的(a)/(b)之數值為1.5以下,而且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。
從表6的結果,得知能夠得到平均粒徑微細且在聚合物摻合物中分散的粒子的均勻性高之聚合物摻合物。相較於使用不是混沌混合之通常的混煉方法,該等聚合物摻合物係耐熱性顯著提升,又,具有拉伸伸長率優良的機械特性。
本發明的聚合物摻合物之製造方法,能夠微細地控制聚合物摻合物的分散相構造。而且,本發明的聚合物摻合物之製造方法,係使其形成分散相構造複雜之特殊的摻合物構造,或是在非相溶系聚合物摻合物,能夠均勻性高且微細地控制在聚合物摻合物中分散的粒子。其結果,能夠得到耐熱性、機械特性以及透明性均優良的聚合物摻合物。使用本發明的聚合物摻合物之製造方法所得到的聚合物摻合物,能夠活用該等特性而有用地使用作為構造材料或透明材料。
本發明的聚合物摻合物係能夠在保持混合樹脂原來具有的優良耐熱性、機械特性之狀態下,得到進而具有透明性的成型品。因此,本發明的聚合物摻合物有用地使用作為活用優良耐熱性、機械特性、透明性而成的各種成型品。
第1圖係實施例2的透射型電子顯微鏡照片。
第2圖係比較例1的透射型電子顯微鏡照片。
第3圖係實施例12的透射型電子顯微鏡照片。
第4圖(a)~(c)係相構造的形狀之模式圖。
Claims (7)
- 一種聚合物摻合物之製造方法,係將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行利用混沌混合(chaotic mixing)之熔融混煉,其中熱塑性樹脂之至少1成分係能夠保持高黏度之非晶性樹脂,混沌混合係在粒子追蹤法中,在線長為(L)、初期線長為(L0 )時,假想線的伸長率之對數(ln L/L0 )為4以上之混沌混合。
- 如申請專利範圍第1項之聚合物摻合物之製造方法,其中熱塑性樹脂係至少2成分以上的非相溶熱塑性樹脂。
- 如申請專利範圍第1項之聚合物摻合物之製造方法,其中使用雙軸螺桿擠壓機來進行利用混沌混合之熔融混煉。
- 一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,熱塑性樹脂之至少1成分係能夠保持高黏度之非晶性樹脂,且該聚合物摻合物中的分散相之相關長度(correlation length)為0.001μm~0.5μm的非周期構造,而且在分散相的面積為(S)、分散相的周圍長度為(L)時,以下述式(1)所定義的分散相之緊密度(C)為0.05≦(C)≦0.8,C=4πS/L2 (1)。
- 一種聚合物摻合物,其係將至少2成分以上的非相溶熱塑性樹脂進行熔融混煉而得到之聚合物摻合物,且該聚合物摻合物中所分散的粒子之平均粒徑為0.001~1μm 的分散構造,而且在散射測定中,在散射強度對散射光的波率繪圖而成的光譜之波峰半值寬度為(a)且該波峰的極大波數為(b)時,0<(a)/(b)≦1.5。
- 一種成型品,其係由如申請專利範圍第4或5項之聚合物摻合物所構成。
- 如申請專利範圍第6項之成型品,其中成型品係射出成型品、薄膜或薄片。
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