CN120035907A - 电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物及电池绝缘构件 - Google Patents
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Abstract
一种电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,是混配有(a)聚苯硫醚树脂和(b)具有交联结构的有机硅弹性体的树脂组合物,其中,相对于上述(a)聚苯硫醚树脂100重量份而混配有上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体0.1~15.0重量份,在将上述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于ISO178(2010)的弯曲试验中,具有3.1GPa以上且3.6GPa以下的弯曲弹性模量。可以获得兼备优异的生产性、安全性和长期可靠性的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物以及电池绝缘构件。
Description
技术领域
本发明涉及兼备优异的生产性、安全性、长期可靠性的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物以及电池绝缘构件。
背景技术
以提高地球环境保护意识为背景,能够抑制行驶时的CO2排放的电动汽车、以夜间的剩余电力的有效利用作为目的的家庭用的二次电池正在广泛普及,要求被使用于车载用、住宅固定用的蓄电池进一步高效化。
聚苯硫醚(以下有时简写为PPS)树脂为平衡良好地具有耐热性、耐化学品性、阻燃性等特性的超级工程塑料。PPS树脂由于相对于其它超级工程塑料的成本优势性,因此作为次于五大工程塑料的通用性高的树脂材料,在汽车用途、住宅设备用途、电气/电子用途等广泛的用途中被供于实用,进行了向各种电池构件的应用研究。
在专利文献1中公开了混配了作为热塑性弹性体的1种的烯烃系的弹性体的PPS树脂组合物和由其形成的二次电池用垫片。对于本PPS树脂组合物,通过混配作为相对于PPS树脂柔软的材料的烯烃系的弹性体,从而可以实现耐湿热性、耐电解液性和一定应变下的压缩应力缓和性的改良,将本PPS树脂组合物应用于二次电池用垫片。
在专利文献2中公开了假定向锂电池等的电极绝缘密封材料用途的应用,通过在PPS树脂中添加硅油作为硅烷化合物,从而赋予了优异的高温压缩蠕变性和高焊接强度的PPS树脂组合物。
此外,在专利文献3中通过在PPS树脂中添加使作为有机硅化合物的硅油担载了的无机粉体,从而可以实现耐湿热性、耐电解液性和一定应变下的压缩应力缓和性的改良,将本PPS树脂组合物应用于二次电池用垫片。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2011-29167号公报
专利文献2:日本特开2001-2920号公报
专利文献3:日本特开2011-29166号公报
发明内容
发明所要解决的课题
被使用于车载用、住宅固定用的锂离子电池等蓄电池因使用环境中的热影响而有引起电池性能的降低的课题。因此,在电池开发中,从电池的长期使用时的生命周期管理的观点考虑,电池构件所使用的材料的长期可靠性、抑制劣化正在被关注。具体而言,通过提高长期高温使用时的耐渗出性、物性保持、耐蠕变性,从而期待提高电池的长期可靠性。此外,从电池构件的生产性的观点考虑,为了抑制电池制造工序中的敛缝时的绝缘构件的破损,材料的韧性变得重要。除此以外,从电池的安全性的观点考虑,期待提高电池构件的阻燃性。
然而,本发明人等评价了关于专利文献1所记载的由PPS树脂和烯烃系的弹性体构成的树脂组合物的阻燃性,结果发现了,与单独PPS树脂相比,树脂组合物的阻燃性大幅降低。可以认为原因是单独PPS树脂具有高的阻燃性,与此相对,由于混配阻燃性显著差的烯烃系的弹性体,从而作为组合物的阻燃性降低。此外,评价了长期高温处理前后的韧性的保持率,结果发现了,保持率大幅降低。本组合物具备具有柔软性和韧性的优点,另一方面,不表现PPS树脂所固有的优异的阻燃性、长期高温耐久性,因此对于电池用途的使用,具有安全性、长期可靠性降低的课题。
关于专利文献2所记载的在PPS树脂中添加了硅油的PPS树脂组合物,本发明人等评价了长期高温耐久性,结果发现了,与单独PPS树脂相比,处理后在成型品表面产生被视为硅油成分来源的渗出成分。在将本树脂组合物应用于电池构件的情况下,担心从成型品表面产生渗出成分不仅导致绝缘性的降低而且也导致电池的发电效率的降低,是不优选的。
此外,对于专利文献3所记载的在PPS树脂中添加了使硅油担载于无机粉体的成分的PPS树脂组合物,由于添加无机粉体,因此不能实现作为电池绝缘构件而要求的韧性,导致电池构件的生产性、长期可靠性的降低,是不优选的。
因此,本发明以获得兼备优异的生产性、安全性和长期可靠性的电池绝缘构件用的聚苯硫醚树脂组合物作为课题。
用于解决课题的手段
本发明人等为了解决这样的课题而进行了研究,结果发现,通过将(a)聚苯硫醚树脂和(b)具有交联结构的有机硅弹性体以特定的组成进行混配,制成具有3.1GPa以上且3.6GPa以下的弯曲弹性模量的聚苯硫醚树脂组合物,供于电池的绝缘构件的用途,从而该树脂组合物具备具有优异的生产性的同时,兼备安全性、长期可靠性的特性。即,本发明是为了解决上述课题的至少一部分而提出的,能够作为以下方式而实施。
(1)一种电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,是混配有(a)聚苯硫醚树脂和(b)具有交联结构的有机硅弹性体的树脂组合物,其中,相对于上述(a)聚苯硫醚树脂100重量份而混配有上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体0.1~15.0重量份,在将上述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于ISO178(2010)的弯曲试验中,具有3.1GPa以上且3.6GPa以下的弯曲弹性模量。
(2)根据(1)所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,上述树脂组合物实质上不含有(c)热塑性弹性体。
(3)根据(1)或(2)所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,在将上述树脂组合物注射成型而获得的试样的采用UL94标准的测定中,对厚度为1.0mmt以下的试样测得的阻燃性为V-0。
(4)根据(1)~(3)中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,在将上述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于ISO527-1、2(2012)的拉伸试验中,具有8%以上的拉伸断裂伸长率。
(5)根据(1)~(4)中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体为具有100nm~10μm的平均一次粒径的微粒。
(6)根据(1)~(5)中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体的肖氏硬度A为60HS以下。
(7)根据(1)~(6)中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体的来源于有机聚硅氧烷的结构单元为90重量%以上。
(8)一种电池绝缘构件,其是由(1)~(7)中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物制成的。
发明的效果
根据本发明,可以获得兼备优异的生产性、安全性和长期可靠性的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物以及电池绝缘构件。
具体实施方式
以下,详细地说明本发明的实施方式。
(1)(a)聚苯硫醚树脂
在本发明中被使用的(a)聚苯硫醚树脂为具有下述结构式所示的重复单元的聚合物,
从耐热性的观点考虑,优选为包含70摩尔%以上、进一步90摩尔%以上的上述结构式所示的重复单元的聚合物。此外(a)PPS树脂的重复单元的小于30摩尔%左右可以由具有下述结构的重复单元等构成。
部分具有这样的结构的PPS共聚物由于相对于作为PPS的一般的熔点的280℃而熔点变低,因此这样的树脂组合物在成型加工性方面变得有利。
对在本发明中使用的(a)PPS树脂的重均分子量没有特别限制,但从获得更优异的机械物性的意图考虑,重均分子量优选为30000~150000,进一步优选为40000~130000,更优选为45000~110000,更优选为50000~90000。在重均分子量小的情况下,PPS树脂本身的机械物性降低,在电池构件制造时的敛缝、嵌合工序中发生构件破坏,因此优选为30000以上。此外,从阻燃性的观点考虑,在重均分子量小的情况下,由于由在阻燃试验时发生滴落和发生表面更新(由滴落引起的可燃成分在表面再出现)引起的阻燃性降低,因此也优选为30000以上。另一方面,在重均分子量超过150000的情况下,由于熔融粘度显著变大,因此在成型加工中为不优选的倾向。此外在本发明中,可以将重均分子量不同的多个(a)PPS树脂混合而使用。
需要说明的是,本发明中的重均分子量为使用センシュー科学制凝胶渗透色谱仪(GPC),以聚苯乙烯换算而算出的值。
以下,对本发明所使用的(a)PPS树脂的制造方法进行说明,但只要获得具有上述特性的(a)PPS树脂就不限定于下述方法。
首先,对在制造方法中使用的多卤代芳香族化合物、硫化剂、聚合溶剂、分子量调节剂、聚合助剂和聚合稳定剂的内容进行说明。
[多卤代芳香族化合物]
所谓多卤代芳香族化合物,是指在1分子中具有2个以上卤原子的化合物。作为具体例,可举出对二氯苯、间二氯苯、邻二氯苯、1,3,5-三氯苯、1,2,4-三氯苯、1,2,4,5-四氯苯、六氯苯、2,5-二氯甲苯、2,5-二氯-对二甲苯、1,4-二溴苯、1,4-二碘苯、1-甲氧基-2,5-二氯苯等多卤代芳香族化合物,优选使用对二氯苯。此外,以导入羧基作为目的,使用2,4-二氯苯甲酸、2,5-二氯苯甲酸、2,6-二氯苯甲酸、3,5-二氯苯甲酸等含有羧基的二卤代芳香族化合物和它们的混合物作为共聚单体也是优选的方案之一。此外,也能够将不同的2种以上多卤代芳香族化合物组合而制成共聚物,但优选以对二卤代芳香族化合物作为主要成分。
从获得适于加工的粘度的(a)PPS树脂方面考虑,多卤代芳香族化合物的使用量可以例示相对于每1摩尔硫化剂为0.9~2.0摩尔,优选为0.95~1.5摩尔,进一步优选为1.005~1.2摩尔的范围。
[硫化剂]
作为硫化剂,可举出碱金属硫化物、碱金属氢硫化物和硫化氢。
作为碱金属硫化物的具体例,可以举出例如硫化锂、硫化钠、硫化钾、硫化铷、硫化铯和它们2种以上的混合物,其中优选使用硫化钠。这些碱金属硫化物可以作为水合物或水性混合物、或以无水物的形式使用。
作为碱金属氢硫化物的具体例,可以举出例如氢硫化钠、氢硫化钾、氢硫化锂、氢硫化铷、氢硫化铯和它们2种以上的混合物,其中优选使用氢硫化钠。这些碱金属氢硫化物可以作为水合物或水性混合物、或以无水物的形式使用。
此外,也可以使用由碱金属氢硫化物和碱金属氢氧化物,在反应体系中以原位被调制的碱金属硫化物。此外,可以由碱金属氢硫化物和碱金属氢氧化物调制碱金属硫化物,将其转移到聚合槽而使用。
或者,也可以使用由氢氧化锂、氢氧化钠等碱金属氢氧化物和硫化氢在反应体系中以原位被调制的碱金属硫化物。此外,可以由氢氧化锂、氢氧化钠等碱金属氢氧化物和硫化氢调制碱金属硫化物,将其转移到聚合槽而使用。
在通过脱水操作等而在聚合反应开始前发生硫化剂的一部分损失的情况下,加入硫化剂的量是指从实际的加入量减去了该损失部分后的残存量。
需要说明的是,也能够与硫化剂一起并用碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物。作为碱金属氢氧化物的具体例,可以举出例如氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂、氢氧化铷、氢氧化铯和它们2种以上的混合物作为优选例,作为碱土金属氢氧化物的具体例,可举出例如氢氧化钙、氢氧化锶、氢氧化钡等,其中优选使用氢氧化钠。
在使用碱金属氢硫化物作为硫化剂的情况下,特别优选同时使用碱金属氢氧化物,其使用量可以例示相对于1摩尔碱金属氢硫化物为0.95摩尔~1.20摩尔,优选为1.00摩尔~1.15摩尔,进一步优选为1.005摩尔~1.100摩尔的范围。
[聚合溶剂]
作为聚合溶剂,优选使用有机极性溶剂。作为具体例,可举出以N-甲基-2-吡咯烷酮、N-乙基-2-吡咯烷酮等N-烷基吡咯烷酮类、N-甲基-ε-己内酰胺等己内酰胺类、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、六甲基磷酰三胺、二甲基砜、四亚甲基亚砜等为代表的非质子有机溶剂和它们的混合物等,它们都由于反应的稳定性高因此优选被使用。它们之中,特别优选使用N-甲基-2-吡咯烷酮(以下,也有时简写为NMP)。
有机极性溶剂的使用量选择相对于每1摩尔硫化剂为2.0摩尔~10摩尔,优选为2.25摩尔~6.0摩尔,更优选为2.5摩尔~5.5摩尔的范围。
[分子量调节剂]
为了使生成的(a)PPS树脂的末端形成、或调节聚合反应、分子量等,可以将单卤素化合物(可以不一定为芳香族化合物)与上述多卤代芳香族化合物并用。
[聚合助剂]
为了在更短时间获得较高聚合度的(a)PPS树脂而使用聚合助剂也是优选的方案之一。这里所谓聚合助剂,是指具有使所得的(a)PPS树脂的粘度增大的作用的物质。作为这样的聚合助剂的具体例,可举出例如有机羧酸盐、水、碱金属氯化物、有机磺酸盐、硫酸碱金属盐、碱土金属氧化物、碱金属磷酸盐和碱土金属磷酸盐等。它们可以为单独的,此外也可以同时使用2种以上。其中,优选有机羧酸盐、水和碱金属氯化物,进一步作为有机羧酸盐,优选碱金属羧酸盐,作为碱金属氯化物,优选氯化锂。
上述所谓碱金属羧酸盐,为通式R(COOM)n(式中,R为具有碳原子数1~20的烷基、环烷基、芳基、烷基芳基或芳基烷基。M为选自锂、钠、钾、铷和铯中的碱金属。n为1~3的整数。)所示的化合物。碱金属羧酸盐也可以作为水合物、无水物或水溶液而使用。作为碱金属羧酸盐的具体例,可以举出例如,乙酸锂、乙酸钠、乙酸钾、丙酸钠、戊酸锂、苯甲酸钠、苯基乙酸钠、对甲基苯甲酸钾和它们的混合物等。
碱金属羧酸盐可以通过将有机酸与选自氢氧化碱金属、碳酸碱金属盐和碳酸氢碱金属盐中的一种以上化合物各几乎等化学当量地添加使其反应来形成。在上述碱金属羧酸盐中,锂盐在反应体系中的溶解性高,助剂效果大但昂贵,钾、铷和铯盐由于被认为在反应体系中的溶解性不充分,因此最优选使用便宜,且在聚合体系中具有适度的溶解性的乙酸钠。
使用这些碱金属羧酸盐作为聚合助剂的情况下的使用量相对于1摩尔加入的碱金属硫化物,通常为0.01摩尔~2摩尔的范围,在获得更高的聚合度的意图下优选为0.1摩尔~0.6摩尔的范围,更优选为0.2摩尔~0.5摩尔的范围。
此外使用水作为聚合助剂的情况下的添加量相对于1摩尔加入的碱金属硫化物,通常为0.3摩尔~15摩尔的范围,在获得更高的聚合度的意图下优选为0.6摩尔~10摩尔的范围,更优选为1摩尔~5摩尔的范围。
当然这些聚合助剂也能够并用2种以上,例如如果将碱金属羧酸盐与水并用,则能够各自以更少量进行高分子量化。
对这些聚合助剂的添加时期不特别指定,可以在后述前工序时、聚合开始时、聚合中途的任一时刻添加,此外可以分成多次添加,但在使用碱金属羧酸盐作为聚合助剂的情况下在前工序开始时或聚合开始时同时添加从添加容易方面考虑是更优选的。此外在使用水作为聚合助剂的情况下,在加入了多卤代芳香族化合物后,在聚合反应中途添加是有效果的。
[聚合稳定剂]
为了将聚合反应体系稳定化,防止副反应,也可以使用聚合稳定剂。聚合稳定剂有助于聚合反应体系的稳定化,抑制不期望的副反应。作为副反应的一个标准,可举出苯硫酚的生成,可以通过聚合稳定剂的添加而抑制苯硫酚的生成。作为聚合稳定剂的具体例,可举出碱金属氢氧化物、碱金属碳酸盐、碱土金属氢氧化物和碱土金属碳酸盐等化合物。其中,优选氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化锂等碱金属氢氧化物。上述碱金属羧酸盐也作为聚合稳定剂起作用。此外,上述了在使用碱金属氢硫化物作为硫化剂的情况下,特别优选同时使用碱金属氢氧化物,这里相对于硫化剂而过剩的碱金属氢氧化物也能够成为聚合稳定剂。
这些聚合稳定剂可以分别单独使用、或将2种以上组合使用。聚合稳定剂优选相对于1摩尔加入的碱金属硫化物,通常以0.02~0.2摩尔,优选以0.03~0.1摩尔,更优选以0.04~0.09摩尔的比例使用。如果该比例少则稳定化效果不充分,相反即使过多也成为在经济上不利、或聚合物收率降低的倾向。
对聚合稳定剂的添加时期不特别指定,可以在后述前工序时、聚合开始时、聚合中途的任一时刻添加,此外可以分成多次添加,但在前工序开始时或聚合开始时同时添加从容易方面考虑是更优选的。
接下来,关于本发明所使用的(a)PPS树脂的优选的制造方法,依序对前工序、聚合反应工序、回收工序和后处理工序进行具体地说明,但当然不限定于该方法。
[前工序]
在(a)PPS树脂的制造方法中,硫化剂通常以水合物的形式被使用,优选在添加多卤代芳香族化合物前,将包含有机极性溶剂和硫化剂的混合物升温,将过剩量的水除去到体系外。
此外,如上述那样,作为硫化剂,也可以使用由碱金属氢硫化物和碱金属氢氧化物,在反应体系中以原位或在有别于聚合槽的槽中被调制的硫化剂。对其方法没有特别限制,可举出期望在非活性气体气氛下,在常温~150℃,优选在常温~100℃的温度范围,在有机极性溶剂中加入碱金属氢硫化物和碱金属氢氧化物,在常压或减压下,升温到至少150℃以上,优选180~260℃,使水分蒸馏除去的方法。可以在该阶段中加入聚合助剂。此外,为了促进水分的蒸馏除去,可以加入甲苯等而进行反应。
聚合反应中的、聚合体系内的水分量优选为相对于每1摩尔加入的硫化剂为0.3摩尔~10.0摩尔。这里所谓聚合体系内的水分量,为从加入到聚合体系的水分量减去了被除去到聚合体系外的水分量的量。此外,被加入的水可以为水、水溶液、结晶水等的任一形态。
[聚合反应工序]
通过在有机极性溶剂中使硫化剂与多卤代芳香族化合物在200℃以上且小于290℃的温度范围内反应从而制造(a)PPS树脂。
在开始聚合反应工序时,期望在非活性气体气氛下,在常温~240℃,优选在100℃~230℃的温度范围,将有机极性溶剂、硫化剂和多卤代芳香族化合物混合。也可以在该阶段加入聚合助剂。这些原料的加入顺序可以为不同顺序,也可以为同时。
将这样的混合物通常升温到200℃~小于290℃的范围。对升温速度没有特别限制,通常选择0.01~5℃/分钟的速度,更优选为0.1~3℃/分钟的范围。
一般而言,最终升温到250~小于290℃的温度,在该温度下通常反应0.25~50小时,优选反应0.5~20小时。
在达到最终温度前的阶段,例如在200℃~260℃下使其反应了一定时间后,升温到270℃~小于290℃的方法在获得更高的聚合度方面是有效的。此时,作为200℃~260℃下的反应时间,通常选择0.25小时~20小时的范围,优选选择0.25小时~10小时的范围。
需要说明的是,为了获得更高聚合度的聚合物,有时以多个阶段进行聚合是有效的。在以多个阶段进行聚合时,245℃下的体系内的多卤代芳香族化合物的转化率达到40摩尔%以上、优选60摩尔%的时刻是有效的。
需要说明的是,多卤代芳香族化合物(这里简写为PHA)的转化率为由以下式子算出的值。PHA残存量通常可以通过气相色谱法而求出。
(A)将多卤代芳香族化合物相对于碱金属硫化物以摩尔比计过剩地添加了的情况
转化率=〔PHA加入量(摩尔)-PHA残存量(摩尔)〕/〔PHA加入量(摩尔)-PHA过剩量(摩尔)〕。
(B)除上述(A)以外的情况
转化率=〔PHA加入量(摩尔)-PHA残存量(摩尔)〕/〔PHA加入量(摩尔)〕。
[回收工序]
在(a)PPS树脂的制造方法中,在聚合结束后,从包含聚合物、溶剂等的聚合反应物回收固体物质。关于回收方法,必须采用在聚合反应结束后,缓慢冷却而回收粒子状的聚合物的方法。对此时的缓慢冷却速度没有特别限制,通常为0.1℃/分钟~3℃/分钟左右。不需要在缓慢冷却工序的整个工序中以相同速度缓慢冷却,可以采用以0.1~1℃/分钟、然后1℃/分钟以上的速度缓慢冷却直到聚合物粒子结晶化析出为止的方法等。
[后处理工序]
(a)PPS树脂可以在经过上述聚合、回收工序而生成了后,实施了酸处理、热水处理、采用有机溶剂的洗涤、碱金属、碱土金属处理。
进行酸处理的情况如下所述。(a)PPS树脂的酸处理所使用的酸只要不具有将(a)PPS树脂分解的作用就没有特别限制,可举出乙酸、盐酸、硫酸、磷酸、硅酸、碳酸和丙酸等,其中更优选使用乙酸和盐酸,但硝酸那样的使(a)PPS树脂分解、劣化的物质是不优选的。
酸处理的方法有使(a)PPS树脂浸渍在酸或酸的水溶液中等的方法,也能够根据需要适当搅拌或加热。例如,在使用乙酸的情况下,在将pH4的水溶液加热到80~200℃期间浸渍PPS树脂粉末,搅拌30分钟从而获得充分的效果。处理后的pH可以成为4以上,例如pH4~8左右。为了将残留的酸或盐等除去,实施了酸处理的(a)PPS树脂优选用水或温水洗涤数次。在不损害由酸处理带来的(a)PPS树脂的优选的化学改性的效果的意图下,洗涤所使用的水优选为蒸馏水、去离子水。
进行热水处理的情况如下所述。在将(a)PPS树脂进行热水处理时,优选使热水的温度为100℃以上,更优选为120℃以上,进一步优选为150℃以上,特别优选为170℃以上。如果小于100℃则(a)PPS树脂的优选的化学改性的效果小因此是不优选的。
为了表现由热水洗涤带来的(a)PPS树脂的优选的化学改性的效果,所使用的水优选为蒸馏水或去离子水。对热水处理的操作没有特别限制,通过下述方法进行:在规定量的水中投入规定量的(a)PPS树脂,在压力容器内进行加热、搅拌的方法;连续地实施热水处理的方法等。(a)PPS树脂与水的比例优选水多,通常选择相对于1升水,(a)PPS树脂为200g以下的浴比。
此外,由于末端基的分解是不优选的,因此为了避免该情况,期望处理的气氛为非活性气氛下。进一步,为了将残留的成分除去,结束了该热水处理操作的(a)PPS树脂优选用温水洗涤数次。
用有机溶剂进行洗涤的情况如下所述。(a)PPS树脂的洗涤所使用的有机溶剂只要不具有将(a)PPS树脂分解的作用等就没有特别限制,可举出例如N-甲基-2-吡咯烷酮、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1,3-二甲基咪唑烷酮、六甲基磷酰胺、哌嗪酮类等含氮极性溶剂、二甲亚砜、二甲基砜、环丁砜等亚砜/砜系溶剂、丙酮、甲基乙基酮、二乙基酮、苯乙酮等酮系溶剂、二甲基醚、二丙基醚、二烷、四氢呋喃等醚系溶剂、氯仿、二氯甲烷、三氯乙烯、1,2-二氯乙烷、全氯乙烯、单氯乙烷、二氯乙烷、四氯乙烷、全氯乙烷、氯苯等卤素系溶剂、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、乙二醇、丙二醇、苯酚、甲酚、聚乙二醇、聚丙二醇等醇/酚系溶剂和苯、甲苯、二甲苯等芳香族烃系溶剂等。这些有机溶剂之中,特别优选使用N-甲基-2-吡咯烷酮、丙酮、二甲基甲酰胺和氯仿等。此外,这些有机溶剂使用1种或混合使用2种以上。
作为采用有机溶剂的洗涤的方法,有使(a)PPS树脂浸渍在有机溶剂中等的方法,也能够根据需要进行适当搅拌或加热。对用有机溶剂将(a)PPS树脂进行洗涤时的洗涤温度没有特别限制,可以选择常温~300℃左右的任意的温度。具有洗涤温度越高则洗涤效率越高的倾向,但通常在常温~150℃的洗涤温度下可获得充分效果。也能够在压力容器中,在有机溶剂的沸点以上的温度下在加压下洗涤。此外,对洗涤时间也没有特别限制。虽然与洗涤条件有关,但在间歇式洗涤的情况下,通过通常洗涤5分钟以上从而可获得充分的效果。此外也能够以连续式进行洗涤。
作为进行碱金属、碱土金属处理的方法,可举出在上述前工序前、前工序中、前工序后添加碱金属盐、碱土金属盐的方法、在聚合工序前、聚合工序中、聚合工序后在聚合釜内添加碱金属盐、碱土金属盐的方法、或在上述洗涤工序的最初、中间、最后的阶段添加碱金属盐、碱土金属盐的方法等。其中作为最容易的方法,可举出有机溶剂洗涤、在通过温水或热水洗涤而将残留低聚物、残留盐除去了后添加碱金属盐、碱土金属盐的方法。碱金属、碱土金属优选以乙酸盐、氢氧化物、碳酸盐等的碱金属离子、碱土金属离子的形式导入PPS中。此外过剩的碱金属盐、碱土金属盐优选通过温水洗涤等而除去。作为导入上述碱金属、碱土金属时的碱金属离子、碱土金属离子浓度,相对于1gPPS优选为0.001mmol以上,更优选为0.01mmol以上。作为温度,优选为50℃以上,更优选为75℃以上,特别优选为90℃以上。上限温度没有特别,但从操作性的观点考虑,通常优选为280℃以下。作为浴比(相对于干燥PPS重量的洗涤液重量),优选为0.5以上,更优选为3以上,进一步优选为5以上。
在本发明中,从获得滞留稳定性优异的聚苯硫醚树脂组合物的观点考虑,优选通过将有机溶剂洗涤与80℃左右的温水或上述热水洗涤重复进行数次从而将残留低聚物、残留盐除去了后,进行酸处理或用碱金属盐、碱土金属盐进行处理的方法,特别是进一步优选用碱金属盐、碱土金属盐进行处理的方法。
此外,(a)PPS树脂也能够在聚合结束后通过采用氧气气氛下的加热和添加过氧化物等交联剂的加热的热氧化交联处理进行高分子量化而使用。
在以通过热氧化交联进行的高分子量化作为目的而进行干式热处理的情况下,其温度优选为160~260℃,更优选为170~250℃的范围。此外,期望氧浓度为5体积%以上,进一步为8体积%以上。对氧浓度的上限没有特别限制,但50体积%左右为限度。处理时间优选为0.5~100小时,更优选为1~50小时,进一步优选为2~25小时。加热处理的装置可以为通常的热风干燥机,也可以为旋转式或带有搅拌叶片的加热装置,但在效率好而且更均匀地处理的情况下,更优选使用旋转式或带有搅拌叶片的加热装置。
此外,也能够以抑制热氧化交联,除去挥发成分作为目的而进行干式热处理。其温度优选为130~250℃,更优选为160~250℃的范围。此外,期望该情况下的氧浓度小于5体积%,进一步为小于2体积%。处理时间优选为0.5~50小时,更优选为1~20小时,进一步优选为1~10小时。加热处理的装置可以为通常的热风干燥机,也可以为旋转式或带有搅拌叶片的加热装置,但在效率好而且更均匀地处理的情况下,更优选使用旋转式或带有搅拌叶片的加热装置。
从提高与(b)具有交联结构的有机硅弹性体、其它添加剂的反应性的观点考虑,本发明的(a)PPS树脂可以在PPS树脂末端、侧链导入羧基、氨基等官能团。官能团量可举出25~400μmol/g作为优选的方案,进一步优选为25~250μmol/g,进一步优选为30~150μmol/g,进一步优选为30~80μmol/g。通过官能团量为25μmol/g以上,从而获得与(b)具有交联结构的有机硅弹性体、其它添加剂的反应性,是优选的。另一方面,通过PPS树脂的官能团量为400μmol/g以下,从而可以抑制伴随挥发性成分量增加的加工性的降低、阻燃性和耐化学品性的降低,是优选的。
作为在(a)PPS树脂中导入羧基、氨基等官能团的方法,可以例示:将包含羧基、氨基的多卤代芳香族化合物和硫化剂进行共聚的方法;通过添加包含羧基、氨基的化合物例如马来酸酐、山梨酸等,一边与(a)PPS树脂进行熔融混炼一边使其反应从而导入的方法等。官能团的种类优选羧基或氨基。
(2)(b)具有交联结构的有机硅弹性体
为了实现兼备优异的生产性、安全性和长期可靠性的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,必须在本发明的实施方式的PPS树脂组合物中混配(b)具有交联结构的有机硅弹性体。
这样的所谓(b)具有交联结构的有机硅弹性体,具有有机聚硅氧烷的主链结构,并且具有使有机聚硅氧烷的分子间通过交联而结合了的分子结构。具有交联结构的有机硅弹性体的聚合度优选为100以上、且重均分子量优选为10000以上。需要说明的是,硅油、未交联的有机硅胶料(silicone gum)由于不具有交联结构,因此不包含于(b)具有交联结构的有机硅弹性体。
作为交联结构的导入方法,可以举出过氧化物交联、缩合反应交联、加成反应交联、紫外线交联的方法。作为过氧化物交联,可举出使用作为有机过氧化物的烷基系过氧化物、酰基系过氧化物,使有机硅聚合物的烷基或乙烯基反应而形成交联的方法。作为缩合反应交联,可举出采用有机硅聚合物的硅烷醇基与交联剂间的反应的缩合反应,交联剂代表性地可举出脱醇型、脱乙酸型、脱肟型、脱酰胺型、脱羟基胺型、脱丙酮型。此外,为了促进反应,优选使用锡化合物、钛化合物、金属脂肪盐、含有氨基的化合物作为催化剂。作为加成反应交联,可举出有机硅弹性体的乙烯基等的多重键与Si-H基的氢化硅烷化反应。此时优选使用过渡金属化合物、特别是铂化合物作为催化剂。
(b)具有交联结构的有机硅弹性体也可举出在分子结构的一部分具有共聚成分的形态。具体而言,可举出有机聚硅氧烷成分与选自聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等)、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯弹性体、聚苯乙烯、聚醚酰亚胺、聚酮、液晶聚合物、聚醚酮、聚醚醚酮、聚丙烯酸酯(聚甲基丙烯酸甲酯等)等中的1个或多个共聚成分的共聚物,但上述(b)具有交联结构的有机硅弹性体优选来源于有机聚硅氧烷的结构单元为90重量%以上。
作为包含有机聚硅氧烷作为结构单元的复合体,也能够使用将有机硅弹性体粒子用丙烯酸系成分覆盖了的核壳橡胶(有机硅丙烯酸系核壳橡胶)、将有机硅弹性体用有机硅树脂覆盖了的复合粉末等,但从阻燃性、长期耐久性的观点考虑,优选有机聚硅氧烷为90重量%以上。
(b)具有交联结构的有机硅弹性体优选在结构中具有选自碳原子数1~8的烷基(甲基、乙基、丙基、丁基、2-乙基丁基、辛基等)、碳原子数3~8的环烷基(环己基、环戊基等)、碳原子数2~8的烯基(乙烯基、丙烯基、丁烯基、庚烯基、己烯基、烯丙基等)、芳基(苯基、甲苯基、二甲苯基、萘基、二苯基等)中的1个或多个烃基,其中,优选具有甲基、苯基、乙烯基。
此外,在有机聚硅氧烷结构中在分子链末端或分子链侧链包含选自碳原子数1~8的烷氧基(甲氧基、乙氧基、丙氧基、丁氧基等)、氨基、环氧基、甲醇基、甲基丙烯酰基、醚基、巯基、羧基、苯酚基、硅烷醇基、丙烯酰基、羧酸酐基、聚醚基、芳烷基、氟烷基、长链烷基、高级脂肪酸酯基、高级脂肪酸酰胺基等中的1个或多个官能团从提高与PPS树脂的相容性的观点考虑是优选的。其中,优选包含烷氧基、氨基、环氧基、甲基丙烯酰基、巯基、羧基、丙烯酰基,特别优选烷氧基、环氧基、甲基丙烯酰基。
(b)具有交联结构的有机硅弹性体的形状如何都可以,可举出颗粒、块体、粉末、粉末的凝集体、薄片等,从操作性、加工性和分散性的观点考虑,优选颗粒、粉末、粉末的凝集体和薄片。
在具有交联结构的有机硅弹性体的形状为微粒的情况下,从分散性、阻燃性和PPS树脂组合物的韧性的观点考虑,其平均一次粒径(数均一次粒径)优选为10μm以下,更优选为5μm以下,进一步优选为3μm以下。在平均一次粒径超过10μm的情况下成为裂纹的起点,导致机械物性的降低因此是不优选的。另一方面,作为下限,从生产性的观点考虑优选为100nm以上。需要说明的是,(b)具有交联结构的有机硅弹性体的平均一次粒径可以通过从扫描型电子显微镜照片任选地特定100个粒子直径,求出其算术平均来算出。在上述照片中,在不是正圆状的情况下,即椭圆状那样的情况下,将粒子的最大径设为其粒径。获得微粒形状的具有交联结构的有机硅弹性体的方法代表性地可举出在溶解于可溶溶剂后使其析出的方法、在使用乳化剂而形成了乳液后回收的方法、将颗粒、块体状的具有交联结构的有机硅弹性体机械地破碎而微细化的方法。
本发明所使用的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的混配量必须相对于(a)PPS树脂100重量份为0.1重量份以上且15.0重量份以下,优选为0.5重量份以上且12.0重量份以下,进一步优选为1重量份以上且10.0重量份以下。如果相对于PPS树脂100重量份而具有交联结构的有机硅弹性体的混配量超过15.0重量份,则PPS树脂组合物过度柔软,作为电池绝缘构件而发生蠕变变形,因此导致长期可靠性的降低。另一方面,在相对于PPS树脂100重量份而(b)具有交联结构的有机硅弹性体小于0.1重量份的情况下,得不到树脂组合物的充分的柔软性、韧性和阻燃性,因此从作为电池绝缘构件的生产性、长期可靠性的观点考虑是不优选的。
此外,也能够将2种以上具有交联结构的有机硅弹性体并用。
(b)具有交联结构的有机硅弹性体的肖氏硬度A优选为60HS以下,更优选为50HS以下,进一步优选为45HS以下。通过具有交联结构的有机硅弹性体的肖氏硬度A为60HS以下,从而可以获得作为绝缘构件而希望的阻燃性、韧性,是优选的。另一方面,下限没有特别限制,但肖氏硬度显著小意味着与硅油同等,在长期高温使用时显示渗出,因此实质上优选为10HS以上。
(3)(c)热塑性弹性体
本发明的实施方式的PPS树脂组合物优选实质上不含有(c)热塑性弹性体。这里,所谓“实质上不含有(c)热塑性弹性体”,是指相对于PPS树脂100重量份而(c)热塑性弹性体的混配量为0.5重量份以下,相对于PPS树脂100重量份而(c)热塑性弹性体的混配量更优选为0.3重量份以下,进一步优选为0.1重量份以下。最优选不包含(c)热塑性弹性体。热塑性弹性体为在高温下增塑,在室温下显示橡胶状弹性的材料。在PPS树脂组合物中添加了热塑性弹性体的情况下,通过伴随热塑性弹性体的长期高温耐久性低的热劣化,从而发生电池绝缘构件的机械特性的降低、劣化成分在电解液中的溶出等,导致长期可靠性的降低。此外,由于起因于热塑性弹性体本身的阻燃性低从而电池用绝缘构件的阻燃性降低,因此本发明的实施方式的PPS树脂组合物实质上不包含(c)热塑性弹性体。此外,有机硅弹性体由于为热固性弹性体,因此与(c)热塑性弹性体不同。
作为热塑性弹性体的具体例,可举出烯烃系热塑性弹性体、聚酰胺系热塑性弹性体、聚酯系热塑性弹性体、苯乙烯系热塑性弹性体。作为烯烃系热塑性弹性体,可举出乙烯-丁烯共聚物、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-己烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物。
(4)(d)其它添加剂
在本发明的实施方式的PPS树脂组合物中,在不损害本发明的效果的范围中,可以添加除(a)PPS树脂、(b)具有交联结构的有机硅弹性体以外的树脂。作为其具体例,可以例示聚酰胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚酰亚胺、聚醚酰亚胺-硅氧烷共聚物、聚酮、液晶聚合物、聚醚酮、聚醚醚酮、氟树脂(聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟(烷基乙烯基醚)共聚物(PFA)、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、乙烯-四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚1,1-二氟乙烯(PVDF)、聚氯三氟乙烯(PCTFE),但不限定于它们。这样的树脂的添加量相对于PPS树脂100重量份,优选小于10重量份,优选小于5重量份,更优选小于3重量份。需要说明的是,作为下限值,优选不包含这些树脂,即为0重量份。
在本发明的实施方式的PPS树脂组合物中,能够以改性作为目的而添加以下那样的化合物。可以混配聚氧化烯低聚物系化合物、硫醚系化合物、酯系化合物、有机磷系化合物等增塑剂、有机磷化合物、聚醚醚酮等结晶成核剂、褐煤酸蜡类、硬脂酸锂、硬脂酸铝等金属皂、乙二胺/硬脂酸/癸二酸缩聚物等脱模剂、水、润滑剂、紫外线防止剂、着色防止剂、着色剂、发泡剂、磷系阻燃剂、卤素系阻燃剂、无机系阻燃剂等通常的添加剂。上述化合物都由于如果相对于PPS树脂组合物的合计100重量份的添加量超过10重量份则损害本发明的PPS树脂组合物本来的特性因此是不优选的,添加5重量份以下,进一步优选1重量份以下为好。
此外,在本发明中,能够在提高PPS树脂组合物的韧性的目的下添加有机硅烷化合物、环氧树脂。
作为有机硅烷化合物的具体例,优选为具有选自异氰酸酯基、环氧基、氨基、羟基、巯基、脲基、烷氧基中的至少一个官能团的有机硅烷化合物。作为具体例,可以优选例示3-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基三乙氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨基乙基)-3-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基甲基二乙氧基硅烷、N-苯基氨基甲基三甲氧基硅烷、N-苯基氨基丙基三甲氧基硅烷、二甲氧基甲基-3-哌嗪子基丙基硅烷、3-哌嗪子基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基甲基二甲氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基甲基二乙氧基硅烷、3-异氰酸酯基丙基乙基二甲氧基硅烷、3-羟基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷、3-巯基甲基二甲氧基硅烷、γ-脲基丙基三甲氧基硅烷等。
在上述有机硅烷化合物中,从反应性、操作上的观点考虑,优选3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、2-(3,4-环氧环己基)乙基三乙氧基硅烷。
这些烷氧基有机硅烷化合物可以分别单独使用或以2种以上的混合物的形式使用。
本发明所使用的这些有机硅烷化合物的混配量相对于PPS树脂100重量份优选为0.01~10重量份,优选为0.1~5重量份,可以例示为0.3~3重量份作为更优选的方案。通过有机硅烷化合物的混配量为10重量份以下,从而可以维持所得的PPS树脂组合物的阻燃性因此是优选的。如果有机硅烷化合物的混配量为0.01重量份以上,则PPS与有机硅烷化合物的反应变得充分,可以表现优异的韧性,是优选的。
作为环氧树脂的具体例,可以举出以双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、溴化环氧树脂、具有联苯骨架、萘骨架等的特殊骨架2官能环氧树脂、甲酚酚醛清漆型、三苯酚甲烷型、二环戊二烯型等的多官能环氧树脂等为代表的缩水甘油基醚型环氧树脂、以芳香族胺型、氨基苯酚型等为代表的缩水甘油基胺型环氧树脂、以氢邻苯二甲酸型、二聚酸型为代表的缩水甘油基酯型环氧树脂。这样的环氧树脂的添加量相对于PPS树脂组合物的合计100重量份优选为0.1~5重量份,特别优选为0.2~3重量份。
在本发明的实施方式的PPS树脂组合物中,虽然不是必需成分,但也能够在不损害本发明的效果的范围中混配无机填料而使用。作为这样的无机填料的具体例,可使用玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、碳纳米角、钛酸钾晶须、氧化锌晶须、碳酸钙晶须、硅灰石晶须、硼酸铝晶须、芳族聚酰胺纤维、氧化铝纤维、碳化硅纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、石膏纤维、金属纤维等纤维状填充材料、或富勒烯、滑石、硅灰石、沸石、绢云母、云母、高岭土、粘土、叶蜡石、膨润土、石棉、硅酸铝等硅酸盐、氧化硅、氧化镁、氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化铁等金属化合物、碳酸钙、碳酸镁、白云石等碳酸盐、硫酸钙、硫酸钡等硫酸盐、玻璃珠、玻璃薄片、玻璃粉、陶瓷珠、氮化硼、碳化硅、炭黑、石墨等非纤维状填充材料,其中优选玻璃纤维、碳酸钙、炭黑,进一步碳酸钙、炭黑从防蚀材料、润滑材料的效果方面考虑是特别优选的。此外这些无机填料可以为中空,进一步也能够将2种以上并用。此外,可以将这些无机填料用异氰酸酯系化合物、有机硅烷系化合物、有机钛酸酯系化合物、有机硼烷系化合物和环氧化合物等偶联剂进行预处理而使用。
这样的无机填料的混配量相对于PPS树脂组合物的合计100重量份,选择小于10重量份的范围,优选小于5重量份的范围,更优选小于3重量份的范围,进一步优选为1重量份以下的范围。下限没有特别,但优选为0.0001重量份以上。无机填料的混配对提高材料的强度是有效的,另一方面,超过10重量份那样的混配导致韧性的降低,因此是不优选的。
(5)树脂组合物的制造方法
作为制造本发明的实施方式的PPS树脂组合物的方法,可举出熔融状态下的制造、溶液状态下的制造等,但从简便性的观点考虑,优选使用熔融状态下的制造。关于熔融状态下的制造,可以使用采用挤出机的熔融混炼、采用捏合机的熔融混炼等,但从生产性的观点考虑,优选使用能够连续地制造的采用挤出机的熔融混炼。关于采用挤出机的熔融混炼,可以使用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、四螺杆挤出机等多螺杆挤出机、双螺杆单螺杆复合挤出机等挤出机中的至少1台,但从提高混炼性、反应性、生产性方面考虑,可以优选使用双螺杆挤出机、四螺杆挤出机等多螺杆挤出机,最优选采用双螺杆挤出机的熔融混炼。
作为进行熔融混炼的更具体的方法,虽然不一定限定于此,但优选使用L/D(L:螺杆长度,D:螺杆直径)为10以上,优选为20以上,具有2处以上、优选3处以上捏合部的双螺杆挤出机。对L/D的上限没有特别限制,但从经济性的观点考虑优选为60以下。此外,对捏合部的数目的上限也没有特别限制,但从生产性的观点考虑优选为10处以下。从PPS树脂中的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的分散性的观点考虑,捏合部相对于螺杆全长的比例优选为5%以上,更优选为10%以上,进一步优选为15%以上。另一方面,关于捏合部相对于螺杆全长的比例的上限,从防止由混炼时的过剩的剪切发热的发生引起的树脂的劣化的观点考虑,优选为40%以下。
关于螺杆转速,优选在150~1000转/分钟、优选300~1000转/分钟、更优选350~800转/分钟的条件下进行混炼的方法。在螺杆转速高于150转/分钟的情况下,由于混炼力充分,因此抑制(b)具有交联结构的有机硅弹性体的凝集,导致表现所希望的韧性。在螺杆转速高于1000转/分钟的情况下,发生由混炼时的过剩的剪切发热引起的树脂、添加剂的劣化,也导致韧性的降低、模具污染性的降低、由熔融粘度的降低引起的毛刺的产生、由分解物引起的电池绝缘构件的长期可靠性的降低,因此是不优选的。
优选的料筒温度(℃)的范围具体为280~400℃的范围,更优选为280~360℃的范围,进一步优选为280~330℃的范围。
对进行熔融混炼时的原料的混合顺序没有特别限制,但可以使用下述任一方法:将全部原材料混配后通过上述方法进行熔融混炼的方法;在将一部分原材料混配后通过上述方法进行熔融混炼,将其进一步与剩下的原材料混配并进行熔融混炼的方法;或在将一部分原材料混配后,通过双螺杆的挤出机而在熔融混炼中使用侧进料机将剩下的原材料进行混合的方法等。
(6)PPS树脂组合物
本发明的PPS树脂组合物的作为表示材料的柔软性的物性值之一的弯曲弹性模量(基于ISO178(2010),弯曲速度2mm/分钟,23℃的条件)为3.1GPa以上且3.6GPa以下是必须的。优选为3.2GPa以上且3.6GPa以下。电池绝缘构件用PPS树脂组合物从抑制绝缘构件制造工序中的破损的观点考虑要求柔软性,但从长期使用时的蠕变变形的观点考虑要求高刚性。由于要求这些相反的性能,因此作为树脂组合物的弯曲弹性模量,必须为3.1GPa以上且3.6GPa以下。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,可举出例如制成使相对于(a)聚苯硫醚树脂100重量份的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的混配量为0.1~15.0重量份的树脂组合物。
本发明的PPS树脂组合物优选在采用作为材料的阻燃性的指标的UL94标准的测定中,对厚度为1.0mmt以下的试样测得的阻燃性为V-0,更优选厚度为0.7mmt以下的试样的阻燃性为V-0。具有这样的阻燃特性意味着在具有优异的阻燃特性的同时可以实现成型品的薄壁化、与此相伴的成型品的轻量化,不仅对抑制由火灾引起的人/经济损失有贡献,而且也有助于伴随轻量化的节能效果,因此可以适合用于电动汽车等的汽车用电池绝缘构件。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,例如可举出:使相对于(a)聚苯硫醚树脂100重量份的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的混配量为0.1~15.0重量份;使用具有100nm~10μm的粒径的微粒状的具有交联结构的有机硅弹性体;和使用肖氏硬度A为60HS以下的具有交联结构的有机硅弹性体。虽然阻燃机理尚不清楚,但发现了在使用了上述范围的粒径、硬度的具有交联结构的有机硅弹性体的情况下,与使用范围外的有机硅弹性体时相比,阻燃性能提高。推定原因是在燃烧时形成来源于有机硅弹性体的阻燃层不同。
本发明的PPS树脂组合物的作为表示材料的韧性的物性值之一的拉伸断裂伸长率(哑铃试样(ISO527-2-1A),拉伸速度50mm/分钟,23℃的条件,基于(ISO527-1、2(2012)))优选为8%以上,更优选为10%以上,进一步优选为12%以上,特别优选为14%以上。从抑制电池绝缘构件的实际使用时的破坏的观点考虑,期望树脂组合物的拉伸断裂伸长率为8%以上。拉伸断裂伸长率从抑制实际使用时的构件断裂和其长期可靠性的观点考虑优选更高,不特别设置上限,可以例示实质上为500%以下。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,可举出例如:使相对于(a)聚苯硫醚树脂100重量份的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的混配量为0.1~15.0重量份;使用具有100nm~10μm的粒径的微粒状的具有交联结构的有机硅弹性体;并用有机硅烷化合物、环氧树脂的方法。
从作为电池绝缘构件的长期耐久性的观点考虑,本发明的PPS树脂组合物优选耐渗出性优异。从成型品表面产生渗出成分不仅导致绝缘性降低而且也导致电池的发电效率的降低,是不优选的。耐渗出性的评价可以通过以下那样的方法而进行。将通过注射成型而获得的哑铃试样(ISO527-2-1A)加入到设定为180℃的吉尔老化恒温箱中,处理250小时后在室温下放冷了24小时以上后,由渗出成分在表面是否产生来评价耐渗出性。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,可举出选定并使用具有交联结构的有机硅弹性体,而不是非交联的硅油。
从作为电池绝缘构件的长期耐久性的观点考虑,本发明的PPS树脂组合物的长期耐久处理前后的伸长率保持率优选为50%以上,更优选为60%以上,更优选为70%以上,进一步优选为80%以上。树脂组合物的长期耐久处理前后的伸长率保持率越高越优选,没有特别上限,但实质上的上限值为100%,因此优选为100%以下。长期耐久处理前后的伸长率保持率的评价可以通过以下方法而进行。将通过注射成型而获得的哑铃试样(ISO527-2-1A)加入到设定为180℃的吉尔老化恒温箱中,处理250小时后在室温下放冷了24小时以上后,在拉伸速度50mm/分钟、23℃的条件下,实施拉伸断裂伸长率的测定(基于ISO527-1、2(2012)),算出将长期耐久处理前的伸长率设为100%时的变化率作为保持率。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,例如可举出使相对于(a)聚苯硫醚树脂100重量份的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的含量为0.1~15.0重量份,并且不含有热塑性弹性体。
本发明的PPS树脂组合物优选高温环境下的拉伸蠕变位移被抑制在低位。在由高温环境下的拉伸蠕变位移大的材料形成了电池绝缘构件的情况下,在长期使用时发生变形,电解液的密闭性降低,在安全上是不优选的。作为拉伸蠕变位移量,优选为4.0%以下,更优选为3.7%以下,进一步优选为3.5%以下,更优选为3.0%以下。树脂组合物的拉伸蠕变位移量越接近于0%越优选,没有特别下限,但实质的下限值为0%,因此优选为0%以上。拉伸蠕变位移的评价可以通过以下方法而进行。对将通过注射成型而获得的哑铃试样(ASTM4号,厚度1.6mm),使用夹盘间距离64mm的拉伸蠕变试验机,在80℃、20MPa、100小时的条件下进行了处理后的位移量进行评价。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,可举出例如使相对于(a)聚苯硫醚树脂100重量份的(b)具有交联结构的有机硅弹性体的混配量为0.1~15.0重量份,将树脂组合物的弯曲弹性模量控制为3.1GPa以上且3.6GPa以下的范围。
本发明的PPS树脂组合物优选熔融时的流动性优异。在流动性差的树脂组合物的情况下,向作为薄壁形状的电池绝缘构件的成型加工困难,因此是不优选的。流动性可以以熔融粘度作为指标,本发明中的PPS树脂组合物的熔融粘度采用使用キャピログラフ,在320℃、孔口长度L(mm)/孔口直径D(mm)=10的条件下进行了测定时的剪切速度1216s-1下的值。熔融粘度优选为250Pa·s以下,更优选为200Pa·s以下,进一步优选为160Pa·s以下。此外从抑制成型加工时的毛刺的观点考虑,熔融粘度优选为80Pa·s以上,更优选为90Pa·s以上,进一步优选为100Pa·s以上。获得具有这样的特性的PPS树脂组合物的方法没有特别限定,例如可举出:PPS树脂组合物实质上不含有(c)热塑性弹性体;使用重均分子量为30000~150000的(a)PPS树脂;相对于PPS树脂100重量份而混配有机硅烷化合物0.01~10重量份;相对于PPS树脂组合物100重量份而混配环氧树脂0.1~5重量份。
一般而言,在树脂组合物的流动性优异的情况下,在采用UL94标准的燃烧试验中,该树脂组合物的阻燃性具有变低的倾向。可以认为这是因为在燃烧试验时发生滴落,因滴落而可燃成分在表面再出现而继续燃烧。另一方面,本发明的电池绝缘构件用PPS树脂组合物可以在表现电池绝缘构件的成型加工所需要的优异的流动性的同时,也表现薄壁化了的成型品的阻燃性。
(7)电池绝缘构件
由本发明的PPS树脂组合物构成的电池绝缘构件是指1次或2次电池用的绝缘构件,是为了防止1次或2次电池中的内部短路和外部短路而被使用的。作为1次或2次电池,可举出碱锰干电池、原电池(galvanic cell)、镍系1次电池、锂电池、锰干电池、水银电池、全固体电池等1次电池、铅蓄电池、锂/空气电池、锂离子2次电池、锂离子聚合物2次电池、磷酸铁锂离子电池、锂/硫电池、镍/镉蓄电池、镍/氢可充电电池、镍/锂电池、镍/锌电池、全固体电池等2次电池。
作为电池绝缘构件,可举出绝缘板、垫片、端子保持件、壳体、绝缘环、绝缘管、电线被覆、母线被覆等。由本发明的PPS树脂组合物构成的电池绝缘构件由于具有优异的韧性,因此可以降低在敛缝工序中发生破损的风险,此外长期可靠性也优异,因此优选对作为电池的重要安全保障构件的绝缘板、垫片、端子保持件、壳体应用。
本发明的电池绝缘构件能够通过注射成型、挤出成型、压缩成型、吹塑成型、注射压缩成型等各种成型方法而成型,但其中注射成型从生产性方面考虑是优选的。
实施例
以下举出实施例进一步具体地说明本发明,但本发明不限定于此。
在实施例和比较例中,使用了以下物质作为(a)PPS树脂、(b)具有交联结构的有机硅弹性体、(c)热塑性弹性体、(d)其它添加剂。
[(a)PPS树脂(a-1)]
[参考例1PPS树脂(a-1)]
在带有搅拌机的高压釜中加入47.5%氢硫化钠8267.37g(70.00摩尔)、96%氢氧化钠2923.88g(70.17摩尔)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)11434.50g(115.50摩尔)、乙酸钠1894.20g(23.10摩尔)和离子交换水10500g,一边在常压下通入氮气一边经约3小时缓慢地加热到230℃,将水14780.1g和NMP 280g馏出了后,将反应容器冷却到160℃。相对于每1摩尔加入的碱金属硫化物的体系内残存水分量包含在NMP的水解中被消耗了的水分在内为1.06摩尔。此外,硫化氢的飞散量为相对于每1摩尔加入的碱金属硫化物为0.017摩尔。
接下来加入对二氯苯10420g(70.89摩尔)、NMP 9078.30g(91.70摩尔),将反应容器在氮气下密封,一边以240rpm搅拌,一边以0.6℃/分钟的速度升温到240℃,在240℃下进行了40分钟反应后,以0.8℃/分钟的速度升温到275℃。然后,一边以1.3℃/分钟的速度冷却到250℃一边将2394g(133摩尔)的离子交换水压入到高压釜中。然后以1.0℃/分钟的速度冷却到200℃后,骤冷直到室温附近。
取出内容物,用26300g的NMP进行稀释后,将溶剂和固体物质用筛子(80目)进行过滤分离,将所得的粒子用31900g的NMP进行了洗涤、过滤分离。将其用56000g的离子交换水进行了数次洗涤、过滤分离后,用0.05重量%乙酸水溶液70000g进行了洗涤、过滤分离。用70000g的离子交换水进行了洗涤、过滤分离后,将所得的含水PPS粒子在80℃下热风干燥,在120℃下减压干燥了。所得的PPS树脂(a-1)为重均分子量:73000,熔点:280℃,羧基量:35μmol/g。
[(b)具有交联结构的有机硅弹性体(b-1、b-2、b-3)]
b-1:具有交联结构的有机硅弹性体(ダウ東レ社制ダウシル“EP5500”),肖氏硬度A:30HS,聚有机硅氧烷量:90%以上,平均一次粒径3μm
b-2:具有交联结构的有机硅弹性体(ダウ東レ社制ダウシル“EP2600”),肖氏硬度A:50HS,聚有机硅氧烷量:90%以上,平均一次粒径2μm
b-3:具有交联结构的有机硅弹性体(ダウ東レ社制ダウシル“EP2720”),肖氏硬度A:70HS,聚有机硅氧烷量:90%以上,平均一次粒径2μm,含有甲基丙烯酰氧基
[(c)热塑性弹性体(c-1)]
c-1:乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物(住友化学社制烯烃树脂,ボンドファーストETX-6,熔点105℃,MFR:3g/10分钟(190℃,21.2N荷重)),反应性官能团量:6重量%
[(d)其它添加剂(d-1、d-2、d-3)]
d-1:有机硅粉末(ダウ東レ社制ダウシル“トレフィルF-202”,在无机粉体(二氧化硅)中担载了硅油(粘度(25℃):60,000cs(62,000mPa·s))60质量%的粉末)
d-2:硅油(ダウ東レ社制ダウシル“SH200”,粘度(25℃):60,000cs(62,000mPa·s))
d-3:3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(信越シリコーン社制“KBE9007N”)
在以下实施例中,通过以下方法对材料特性进行了评价。
[弯曲试验]
将本发明的PPS树脂组合物颗粒使用热风干燥机在130℃下干燥了3小时后,供给到设定为料筒温度:320℃、模具温度:145℃的住友重机制注射成型机(SE-75DUZ),使用在ISO 20753(2008)中规定的A1型试样形状的模具,在从中央平行部的截面积通过的熔融树脂的平均速度成为400±50mm/s的条件下进行注射成型,获得了试样。切出该试样的中央平行部,获得了B2型试样。将该试样在23℃、相对湿度50%的条件下进行了16小时状态调节后,基于ISO 178(2010)法,在跨距64mm、试验速度:2mm/分钟的条件下进行了弯曲弹性模量测定。
[拉伸试验]
将在与弯曲试验同样的成型条件下获得的A1型试样在23℃、相对湿度50%的条件下进行了16小时状态调节后,基于ISO 527-1、2(2012)法,在夹盘间114mm、试验速度:50mm/分钟的条件下进行了拉伸断裂伸长率(标称应变)测定。
[阻燃试验]
将本发明的PPS树脂组合物颗粒使用热风干燥机在130℃下干燥了3小时后,供给到料筒温度设定为320℃、模具温度设定为150℃的住友重机制注射成型机(SE-75DUZ),获得了阻燃性评价用试样。基于UL94垂直试验中规定的评价基准,评价了试样的阻燃性。阻燃性按照V-0>V-1>V-2的顺序降低而分等级。在不满足V-2的基准的情况下,设为out的表述。试样的厚度使用了1.0mmt和0.7mmt。
[耐渗出性]
将在与弯曲试验同样的成型条件下获得的A1型试样在23℃、相对湿度50%的条件下进行了16小时状态调节后,加入到设定为180℃的吉尔老化恒温箱中,处理250小时后在室温下放冷了24小时以上后,由表面的状态评价了耐渗出性。具体而言利用目视而在热处理后的表面确认到与母材的PPS树脂组合物不同的变色的水平判定为耐渗出性不良(bad),未确认到变色的水平判定为良好(good)。
[长期耐久处理前后的伸长率保持率]
将在与弯曲试验同样的成型条件下获得的A1型试样在23℃、相对湿度50%的条件下进行了16小时状态调节后,加入到设定为180℃的吉尔老化恒温箱中,处理250小时后在室温下放冷了24小时以上后,在与拉伸试验同样的条件下测定拉伸断裂伸长率而进行了评价。算出将长期耐久处理前的伸长率设为100%时的长期耐久处理后的伸长率的变化率作为伸长率保持率。
[拉伸蠕变位移]
将本发明的PPS树脂组合物颗粒使用热风干燥机在130℃下干燥了3小时后,供给到设定为料筒温度:300℃、模具温度:150℃的住友重机制注射成型机(SE-75DUZ),获得了平行部的宽度6mm、厚度1.6mm的哑铃试样。对利用拉伸蠕变试验机在夹盘间距离64mm、80℃、20MPa、100小时的条件下进行了处理后的位移量进行了评价。
[熔融粘度]
将本发明的PPS树脂组合物颗粒使用东洋精机社制キャピログラフ1B,在320℃、孔口长度L(mm)/孔口直径D(mm)=10的条件下测定了。采用了剪切速度1216s-1下的值。
[实施例1~8、比较例1~6]
将PPS树脂、具有交联结构的有机硅弹性体、热塑性弹性体、其它添加剂以表1所示的混配组成进行了干式掺混后,投入到(株)日本制钢所制TEX30α型双螺杆挤出机(L/D=30,捏合部2处),进行了熔融混炼。混炼条件在温度300℃、转速300转/分钟的条件下实施了。通过线料切粒机进行了制粒后,在130℃下干燥了3小时,将所得的颗粒供于注射成型。评价结果如表1所示的那样。
[表1]
将上述实施例与比较例的结果进行比较而说明。
在实施例1~8中,通过制成以特定的组成含有(a)PPS树脂(b)具有交联结构的有机硅弹性体的PPS树脂组合物,从而兼有以拉伸断裂伸长率为代表的优异的韧性与阻燃性、且表现了耐渗出性、长期耐久处理前后的伸长率保持率、拉伸蠕变特性。如果将具有交联结构的有机硅弹性体的肖氏硬度不同的实施例6~8进行比较,则肖氏硬度低的实施例6与实施例7、8相比而阻燃性优异。
比较例1与实施例1~8相比,由于不包含具有交联结构的有机硅弹性体,因此作为韧性的指标的拉伸断裂伸长率低,长期耐久处理前后的伸长率保持率也显著差。得不到兼备电池绝缘构件所要求的阻燃性和韧性的PPS树脂组合物。弯曲弹性模量也高,不满足电池绝缘构件所要求的柔软性。
比较例2、3与实施例2相比,添加了不相当于(b)成分的有机硅化合物。比较例2中通过添加而拉伸断裂伸长率和阻燃性大幅降低。推定由于使用了无机粉体的有机硅粉末,因此韧性降低了。另一方面可知,使用了硅油的比较例3虽然热处理前的韧性和阻燃性优异,但是通过热处理从而被推定来源于硅油的渗出成分在成型品表面产生,热处理后的伸长率保持率也低,不适于在长期高温环境下被使用的电池绝缘构件。
比较例4与实施例1~8相比,由于具有交联结构的有机硅弹性体的混配量多,因此阻燃性、长期耐久性、蠕变位移差。
比较例5、6虽然为混配了热塑性弹性体的水平,但与比较例4同样地阻燃性、长期耐久性、蠕变位移差。推定起因于热塑性弹性体的阻燃性和长期耐久性低,而树脂组合物的物性降低了。
Claims (8)
1.一种电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,是混配有(a)聚苯硫醚树脂和(b)具有交联结构的有机硅弹性体的树脂组合物,其中,相对于所述(a)聚苯硫醚树脂100重量份而混配有所述(b)具有交联结构的有机硅弹性体0.1~15.0重量份,在将所述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于ISO178-2010的弯曲试验中,具有3.1GPa以上且3.6GPa以下的弯曲弹性模量。
2.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,所述树脂组合物实质上不含有(c)热塑性弹性体。
3.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,在将所述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于UL94标准的测定中,对厚度为1.0mmt以下的试样测得的阻燃性为V-0。
4.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,在将所述树脂组合物注射成型而获得的试样的基于ISO527-1、2-2012的拉伸试验中,具有8%以上的拉伸断裂伸长率。
5.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,所述(b)具有交联结构的有机硅弹性体为具有100nm~10μm的平均一次粒径的微粒。
6.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,所述(b)具有交联结构的有机硅弹性体的肖氏硬度A为60HS以下。
7.根据权利要求1所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物,所述(b)具有交联结构的有机硅弹性体的来源于有机聚硅氧烷的结构单元为90重量%以上。
8.一种电池绝缘构件,其是由权利要求1~7中任一项所述的电池绝缘构件用聚苯硫醚树脂组合物制成的。
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