JP7729077B2 - 樹脂組成物及びその製造方法 - Google Patents
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Description
すなわち、本発明に係る上記課題は、以下の手段により解決される。
前記樹脂組成物の全量に対して、
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びリン化合物から選ばれる少なくとも1種を10~60質量%、
NOR型ヒンダードアミン化合物を0.05~5質量%、及び
アスペクト比が10以上、60以下であり、平均繊維長が0.01~1mmの繊維状フィラーを1~20質量%、それぞれ含有し、
かつ、前記樹脂組成物の全量に対するリン含有量が5質量%以下であり、
前記繊維状フィラーは、
ガラス繊維、ワラストナイト、チタン酸カリウム、ハロイサイトの少なくともいずれか一つであることを特徴とする樹脂組成物。
本発明の効果の発現機構ないし作用機構については、以下のように推察している。
本発明の樹脂組成物は、ポリオレフィン樹脂を含有する射出成形用の樹脂組成物であって、前記樹脂組成物の全量に対して、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びリン化合物から選ばれる少なくとも1種(以下、成分(A)ともいう。)を10~60質量%、NOR型ヒンダードアミン化合物(以下、成分(B)ともいう。)を0.05~5質量%、及びアスペクト比が10以上の繊維状フィラー(以下、成分(C)ともいう。)を1~20質量%、それぞれ含有し、かつ、前記樹脂組成物の全量に対するリン含有量が5質量%以下であることを特徴とする。
ポリオレフィン系樹脂は、オレフィンを単量体成分の主成分として重合された単独重合体又は共重合体である。なお、本明細書において、「オレフィン」は、二重結合を1つ有する脂肪族鎖式不飽和炭化水素をいう。
本発明の樹脂組成物は、ポリオレフィン系樹脂以外のその他の樹脂を含有してもよい。その他の樹脂は、例えば、熱可塑性樹脂であり、具体的には、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル-ブタジエン-スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリカーボネート樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル樹脂が挙げられる。これらは1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。その他の樹脂は、市販品を用いてもよい。
成分(A)は、水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びリン化合物から選ばれる少なくとも1種である。以下、水酸化アルミニウム及び水酸化マグネシウムを成分(A1)、リン化合物を成分(A2)と記すこともある。本発明の樹脂組成物において、成分(A)は、主として難燃剤として作用する。
成分(A1)は水酸化アルミニウム又は水酸化マグネシウムである。成分(A1)として水酸化アルミニウムのみ又は水酸化マグネシウムのみを用いてもよく、両者を用いてもよい。上記のとおり、成分(A)における成分(A1)の割合は、30~100質量%が好ましく、50~100質量%がより好ましく、75~100質量%がさらに好ましい。
成分(A2)はリン化合物である。成分(A2)はリンを含有する化合物であれば特に制限なく使用できる。なお、上記のとおり成分(A)として成分(A2)を用いる場合、樹脂組成物の全量に対するリン含有量が5質量%以下となるように用いる。上記のとおり、樹脂組成物の全量に対するリン含有量は、2質量%以下が好ましく、1質量%以下がより好ましく、0質量%がさらに好ましい。このような観点から、成分(A)における成分(A2)の割合は、0~70質量%が好ましく、0~50質量%がより好ましく、0~25質量%がさらに好ましい。
リン酸エステル化合物は、脂肪族リン酸エステル化合物であっても芳香族リン酸エステル化合物であってもよく、芳香族リン酸エステル化合物が好ましい。芳香族リン酸エステル化合物を成分(A)として使用すると、NOR型HALSがより安定的にラジカルを生成することが考えられ、難燃性の効果をより発揮しやすくなる。
成分(B)は、NOR型HALSである。成分(B)の含有量は、本発明の樹脂組成物の全量に対して0.05~5質量%である。上記のとおり、成分(B)は、射出成形時の樹脂組成物の溶融粘度を低下させる作用を有し、それにより本発明の樹脂組成物は金型摩耗を抑制する効果を有するとされる。成分(B)の含有量が0.05質量%未満であると射出成形に用いた場合に金型の摩耗を抑制する効果が十分に得られない。成分(B)の含有量が5質量%超であると射出成形品の機械的強度、特に曲げ強度が十分でない。樹脂組成物の全量に対する成分(B)の含有量は、0.1~2質量%の範囲が好ましく、0.2~1質量%の範囲がより好ましい。
Z1およびZ2は各々メチル基を表すか、又はZ1とZ2は一緒になって架橋部分を形成している。該架橋部分はさらにエステル基、エーテル基、アミド基、アミノ基、カルボニル基又はウレタン基を介して有機基に結合されることができる。
Eは炭素数1~18のアルコキシ基、炭素数5~12のシクロアルコキシ基、炭素数7~25のアラルコキシ基、炭素数6~12のアリールオキシ基を表す。]
R6~R9である炭素数1~4のアルキル基うち、メチル基が好ましい。
R10である炭素数1~12の直鎖又は分岐鎖のアルキル基のうち、n-ブチル基が好ましい。
1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチル-4-オクタデシルアミノピペリジン;ビス(1-オクチルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)セバケート;2,4-ビス[(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)ブチルアミノ]-6-(2-ヒドロキシエチルアミノ)-s-トリアジン;ビス(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)アジペート;4,4´-ヘキサメチレンビス(アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン)と、2-クロロ-4,6-ビス(ジブチルアミノ)-s-トリアジンで末端キャップされた2,4-ジクロロ-6-[(1-オクチルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)ブチルアミノ]-s-トリアジンとの縮合生成物であるオリゴマー性化合物;4,4´-ヘキサメチレンビス(アミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン)と、2-クロロ-4,6-ビス(ジブチルアミノ)-s-トリアジンで末端キャップされた2,4-ジクロロ-6-[(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)ブチルアミノ]-s-トリアジンとの縮合性生成物であるオリゴマー性化合物;2,4-ビス[(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-ピペリジン-4-イル)-6-クロロ-s-トリアジン;過酸化処理した4-ブチルアミノ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジンと、2,4,6-トリクロロ-s-トリアジンと、シクロヘキサンと、N,N´-エタン-1,2-ジイルビス(1,3-プロパンジアミン)との反応生成物(N,N´,N´´´-トリス{2,4-ビス[(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)n-ブチルアミノ]-s-トリアジン-6-イル}-3,3´-エチレンジイミノジプロピルアミン);ビス(1-ウンデカノキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)カーボネート;1-ウンデシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-オン;ビス(1-ステアリルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)カーボネート。
成分(C)は、アスペクト比が10以上の繊維状フィラーである。成分(C)におけるアスペクト比は、以下の方法で求めた平均アスペクト比である。なお、以下、アスペクト比が10以上の繊維状フィラーを繊維状フィラー(C)ということもある。
繊維状フィラーのアスペクト比は、繊維状フィラーにおける繊維長(繊維の長さ)を、繊維径(繊維の長さ方向と直交する断面の径のうちの最小径、すなわち、繊維の太さの最小値)で除した値として示される。本発明においては、樹脂組成物中の繊維状フィラーについて、100本の繊維フィラーの繊維長及び繊維径をそれぞれ測定し、各繊維フィラーのアスペクト比を求め、その100本の平均値(平均アスペクト比)を算出して、アスペクト比とする。
本発明の樹脂組成物は、上記ポリオレフィン系樹脂を含む樹脂、成分(A)、成分(B)、成分(C)以外に、本発明の効果を損なわない範囲で、添加剤として公知の成分を含有することができる。その他の添加剤としては、成分(A)及び成分(B)以外のその他の難燃剤、ドリップ防止剤、酸化防止剤、滑剤等が挙げられる。
その他の難燃剤は、有機系難燃剤であっても、無機系難燃剤であってもよい。有機系難燃剤の例には、ブロモ化合物等が含まれる。無機系難燃剤の例には、アンチモン化合物や成分(A1)以外の金属水酸化物が含まれる。
ドリップ防止剤は、燃焼時に樹脂材料の滴下(ドリップ)を防止し、難燃性を向上させる目的で添加されるものであり、ドリップ防止剤としては、フッ素系ドリップ防止剤やシリコンゴム類、層状ケイ酸塩等が挙げられる。ドリップ防止剤は1種単独で用いても2種以上併用してもよい。
酸化防止剤としては、ヒンダードフェノール類等が挙げられる。
滑剤としては、脂肪酸塩、脂肪酸アミド、シランポリマー、固体パラフィン、液体パラフィン、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸アミド、シリコーン粉末、メチレンビスステアリン酸アミド及びN,N´-エチレンビスステアリン酸アミドからなる群より選ばれる1種又は2種以上のものが挙げられる。
本発明の樹脂組成物は、上記ポリオレフィン系樹脂を含む樹脂、成分(A)、成分(B)、成分(C)、及び必要に応じて含有されていてもよいその他の添加剤の原料成分を、上記本発明の樹脂組成物となるように溶融混練して得ることができる。特に、成分(C)では、製造過程において、原料繊維フィラーから繊維状フィラー(C)へとアスペクト比が変化(減少)する場合がある。
本発明の樹脂組成物を用いて、射出成形品を作製することができる。この射出成形品を用いることで、上記のとおり、外観が優れるとともに、機械的強度(剛性と靭性)、及び難燃性に優れる製品を得ることができる。
各実施例及び比較例の樹脂組成物に含有させる原料成分として、以下の市販品を準備した。
・ポリプロピレン系樹脂:プライムポリプロJ715M(製品名、プライムポリマー社製)
・ポリエチレン系樹脂:HJ560(製品名、日本ポリエチレン社製)
・水酸化アルミニウム:KH-101(製品名、KC社製、平均一次粒径が1.0μmの粒子)
・水酸化マグネシウム:マグシーズN-6(製品名、神島化学工業社製、平均一次粒径が1.2μmであり高級脂肪酸により表面修飾された粒子)
・リン酸エステル化合物:PX-200(製品名、大八化学工業社製、レゾルシノールビス-ジキシレニルホスフェート)
・ポリリン酸アンモニウム:タイエンK(製品名、太平化学産業社製)
・ホスホン酸金属塩:ホスホン酸カルシウム(関東化学社製)
・NOR型HALS:Flamestab NOR116FF:(製品名、BASF社製、N,N´,N´´´-トリス{2,4-ビス[(1-シクロヘキシルオキシ-2,2,6,6-テトラメチルピペリジン-4-イル)n-ブチルアミノ]-s-トリアジン-6-イル}-3,3´-エチレンジイミノジプロピルアミン)
・NH型HALS:Tinuvin 770DF(BASF社製、ビス(2,2,6,6,-テトラメチル-4-ピペリジル)セバケート)
・NR(メチル)型HALS:Tinuvin 765(BASF社製、ビス(1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル)セバケートとメチル-1,2,2,6,6-ペンタメチル-4-ピペリジル-セバケートの混合物)
・ガラス繊維:ECS03T-430(日本電気硝子社製;平均繊維径13μm、平均繊維長さ3mm)
・ガラス長繊維:ファンクスターLR-24A(日本ポリプロ社製;ガラス長繊維40質量%含有ポリプロピレンマスターバッチペレット;ペレット長10mm)を使用した。表I及び表II中においては、樹脂組成物に配合した上記ペレット(ファンクスターLR-24A)中のガラス長繊維分を成分(C)の欄に記載し、ポリプロピレン分を上記J715Mと併せた量として樹脂成分の欄に記載した。
・ハロイサイト:Doragonite APA:M(ファイマテック社製;平均アスペクト比18)
・ワラストナイト:WFC10(日本タルク社製;平均アスペクト比14)
・チタン酸カリウム:ティスモD(大塚化学社製;平均アスペクト比30)
・炭素繊維:チョップド炭素繊維 HT C413(帝人社製、平均繊維径7μm、平均繊維長6mm)
各実施例及び比較例において、各成分を表I及び表IIに示す含有量(質量%)で用いた。なお、各成分の含有量(質量%)の欄において、空白は当該成分を含有しないことを示す。
(1)繊維状フィラーのアスペクト比測定
上記で得られた各樹脂組成物のペレットを電気炉により600℃で4時間加熱し、有機物を焼却処理することにより残渣を得た。残渣分から、100本の繊維状フィラーを無作為に選択し、走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して、それぞれ繊維長および繊維径を測定し、各繊維状フィラーのアスペクト比を求め、その平均値を算出することにより、平均アスペクト比を求めた。
上記で得られた各樹脂組成物のペレットを用いてリン含有量を測定した。リン含有量(質量%)はエネルギー分散型蛍光X線分析装置(日本電子社製 JSX-1000S)を用いて測定した。
上記で得られた実施例1~18の樹脂組成物、比較例1~8の樹脂組成物について、以下の評価を行い機械的強度(曲げ強度及び衝撃強度)、難燃性、連続成形性及び成形品外観を評価した。結果を表I及び表IIに示す。
各実施例及び比較例の樹脂組成物のペレットを80℃で4時間乾燥させた後、射出成形機(J140AD-110H、株式会社日本製鋼所製)によって、評価用の成形品を成形した。成形時のシリンダ温度は200℃とし、射出圧力は1次圧1000kgf/cm2、2次圧500kgf/cm2、射出速度50mm/sec、金型温度は50℃とした。
上述の成形条件で、80mm×10mm×4mmの短冊形試験片を成形し、JIS-K7171に準拠して曲げ試験を行い、曲げ強度[MPa]を測定し、以下の基準で評価した。なお、曲げ強度が、25MPa以上であれば、成形品の強度が実用上問題ないと判断した。
◎:50MPa以上
〇:35MPa以上、50MPa未満
△:25MPa以上、35MPa未満
×:25MPa未満
上述の成形条件で、JIS-K7110に準拠して80mm×10mm×4mmの短冊型試験片(ノッチ付)を作製し、シャルピー衝撃試験(ノッチ付)を行った。シャルピー衝撃強度[kJ/m2]を測定し、以下の基準で評価した。なお、シャルピー衝撃強度が8kJ/m2以上であれば、成形品の靭性は実用上問題ないと判断した。
◎:20kJ/m2以上
〇:15kJ/m2以上、20kJ/m2未満
△:8kJ/m2以上、15kJ/m2未満
×:8kJ/m2未満
上述の成形条件で、125mm×12.5mm×1.6mmの短冊型試験片を作製し、UL-94に準拠して燃焼試験を行い、以下の基準で評価した。なお、燃焼試験の判定がV-2以上となったものは実用上問題ないと判断した。
〇:判定がV-0、V-1、V-2のいずれかとなったもの。
×:判定がV-2に満たなかったもの。
(連続成形試験)
曲げ強度の評価に用いた曲げ試験片を作製する金型において、長手方向の端部に入れ子式のゲート部を配設した。当該入れ子の材質は機械構造用炭素鋼S50Cを用いた。ゲートサイズは幅4mm×厚さ1.5mmとし、ランドの長さは4mmとした。さらに、ゲート部と反対側の端部に入れ子式のエアベント部を配設した。当該入れ子の材質は機械構造用炭素鋼S50Cを用いた。エアベントのサイズは、幅4mm×厚さ0.02mmとし、ランドの長さは1mmとした。ランド末端から金型外周に向かって厚さ2mmの導気溝を配設した。
連続成形試験後にゲート部の入れ子を外しゲートの幅と厚さを光学顕微鏡により測定することにより、成形開始前と5,000ショット成形(連続成形試験)後のゲートの断面積比を求めた。
ゲート断面積比(AR)=5,000ショット成形後のゲート断面積/成形開始前のゲート断面積
○:ゲート断面積比(AR)<1.002;(実用上好ましいレベル)
△:1.002≦ゲート断面積比(AR)<1.01;(好ましくはないが実用上問題のないレベル)
×:1.01≦ゲート断面積比(AR);(実用上支障が生じるレベル)
連続成形試験後に、エアベント部の入れ子を外し、外観を目視で観察するとともに、5,000ショット目の成形品のバリの状態を光学顕微鏡で観察した。
◎:金型のエアベント部に変色は見られず、成形品のエアベント加工部にバリの発生は見られなかった(実用上非常に好ましいレベル)。
〇:金型のエアベント部に若干の変色は見られたが、成形品のエアベント加工部にバリの発生は見られなかった(実用上好ましいレベル)。
△:金型のエアベント部に変色がみられ、成形品のエアベント加工部に僅かなバリの発生が見られた(好ましくはないが実用上問題のないレベルレベル)。
上述の曲げ試験片成形において、成形品の外観を目視にて確認し、以下の評価基準で評価した。
○:成形品の表面に液状付着物はみられなかった(実用上好ましいレベル)。
×:成形品の表面に液状付着物がみられた(実用上支障が生じるレベル)。
Claims (7)
- ポリオレフィン樹脂を含有する射出成形用の樹脂組成物であって、
前記樹脂組成物の全量に対して、
水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びリン化合物から選ばれる少なくとも1種を10~60質量%、
NOR型ヒンダードアミン化合物を0.05~5質量%、及び
アスペクト比が10以上、60以下であり、平均繊維長が0.01~1mmの繊維状フィラーを1~20質量%、それぞれ含有し、
かつ、前記樹脂組成物の全量に対するリン含有量が5質量%以下であり、
前記繊維状フィラーは、
ガラス繊維、ワラストナイト、チタン酸カリウム、ハロイサイトの少なくともいずれか一つであることを特徴とする樹脂組成物。 - 前記ポリオレフィン樹脂が、ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項1記載の樹脂組成物。
- 前記リン化合物が、リン酸エステル化合物を含むことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の樹脂組成物。
- 前記水酸化アルミニウム及び前記水酸化マグネシウムの合計含有量と、前記リン化合物の含有量の質量比が、100:0~75:25の範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 前記繊維状フィラーのアスペクト比が、50以上、60以下であることを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 前記繊維状フィラーが、ハロイサイトを含むことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか一項に記載の樹脂組成物。
- 請求項1から請求項6までのいずれか一項に記載の樹脂組成物を製造する樹脂組成物の製造方法であって、
前記ポリオレフィン樹脂、前記水酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム及びリン化合物から選ばれる少なくとも1種、及び前記NOR型ヒンダードアミン化合物を溶融混練して樹脂混合物を得る第1工程と、
前記樹脂混合物及び前記アスペクト比が10以上、60以下であり、平均繊維長が0.01~1mmの繊維状フィラーの原料成分を溶融混練する第2工程と、を有し、前記繊維状フィラーは、ガラス繊維、ワラストナイト、チタン酸カリウム、ハロイサイトの少なくともいずれか一つであることを特徴とする樹脂組成物の製造方法。
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