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JP2023519811A - 耐熱老化性ポリアミド成形組成物 - Google Patents

耐熱老化性ポリアミド成形組成物 Download PDF

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Abstract

熱可塑性成形組成物であって、a)成分Aとして、30~99.85質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミド、b)成分Bとして、0.1~10質量%の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mnを有する少なくとも1種の多価アルコール、c)成分Cとして、0.05~3質量%の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、d)成分Dとして、0~3質量%の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mnを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、e)成分Eとして、0~50質量%の、少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラー、f)成分Fとして、0~25質量%のさらなる添加剤を含み、成分A~Fの質量%の合計が100質量%である。

Description

本発明は、向上した耐熱老化性を有する、ポリアミドを含む熱可塑性成形組成物に関するものである。
さらに、本発明は、任意のタイプの繊維、ホイル及び成形品を製造するための本発明の成形組成物の使用方法、及び得られた繊維、ホイル及び成形品にも関する。
さらに、本発明は、ポリアミド成形組成物のための耐熱老化性添加剤の特定の組合せを含む混合物に関する。
PA6及びPA66などの熱可塑性ポリアミドは、ガラス繊維強化成形組成物の形態で、熱酸化劣化を伴う高温及び/又は高湿度にその寿命中においてさらされる部品の設計に材料としてしばしば使用されている。
ポリアミド成形組成物には、熱酸化劣化を打ち消す又は遅延させる様々な耐熱老化性添加剤、例えばCu含有安定剤と、有機HALS(ヒンダードアミン光安定剤)化合物又は立体障害フェノール又はポリヒドロキシアルコールとの組み合わせが使用されている。ポリアミドの耐熱老化性(HAR)を向上させることは、熱応力を受ける部品の長寿命化を実現し、あるいはこれらの故障のリスクを軽減することができるため、非常に望ましいことである。さらに、HARを向上させることで、より高温での部品の使用を可能にすることができる。
US 2010/0028580は、多価アルコール、例えばジペンタエリスリトール(DPE)、立体障害フェノール、例えばIrganox(登録商標)1098、Cu熱安定剤、及び亜鉛で中和されているエチレン-メタクリル酸コポリマーを含む熱可塑性の半芳香族ポリアミド組成物から作られる耐熱性熱可塑性物品を開示している。これらの添加剤を採用することにより、ポリアミド組成物の熱老化性能を向上させるものとする。
EP 2 227 507 B1には、高度に分岐した又は超分岐したポリエーテルアミンを用いた、流動特性及び熱安定性を向上させた成形組成物が記載されている。
さらに、DE 10 2004 051 241 A1には、向上した流動特性、及びKOHで測定した特定のOH価を有する高度に分岐した又は超分岐したポリカーボネート又はポリエステルを有する成形組成物が記載されている。
EP 2 896 656 A1には、ヒドロキシル基及びカルボキシル基含有化合物を含有するポリアミド樹脂組成物が開示されている。好ましい化合物は、3,5-ジヒドロキシ安息香酸である。
WO 2012/106319 A2は、熱安定剤を添加した熱可塑性溶融混合組成物を開示している。この組成物は、例えば無水マレイン酸修飾EPDMであるコポリマー、ヨウ化カリウムを含む銅ベースの安定剤システム、及び低分子量添加剤、例えば2,6-ナフタレンジカルボン酸を含む。残念ながら、与えられた熱老化実験は500時間の期間しかカバーしておらず、ほとんどの自動車用途を代表するものではない。
EP 1 041 109 A2は、150~280℃の融点を有する多価アルコールを含む良好な流動性を有するポリアミド組成物を開示しており、このポリアミド組成物が流動性を向上すべきである。多価アルコールの例としては、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール及びトリメチロールエタンが挙げられる。
EP 3 059 283 B1には、低温での耐熱老化性を向上させたポリアミド樹脂組成物が開示されている。これらの組成物は、1個の分子あたり3個以上のアミノ基又は3個以上のヒドロキシル基を有する脂肪族化合物、及び1個の分子あたり、アミノ基又はヒドロキシル基と反応性を有する2個以上の官能基を有する化合物を含む。好適なヒドロキシル化合物は、とりわけ、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール又はジペンタエリスリトールであり、段落[0022]及び[0029]を参照されたい。ヒドロキシル基含有の脂肪族化合物は、例えば、エポキシ基又はグリシジル基を有する化合物と反応させることができる。
US 2013/0217814 A1は、ポリアミドと、リン化合物、ベーマイト、2個超のヒドロキシル基及び約2000以下の数平均分子量(M)を有する多価アルコールから選択されるハロゲンフリー難燃剤と、少なくとも1種の補強剤とを含む難燃性ポリアミド組成物を開示している。
既知の成形組成物の耐熱老化性は、特に熱に長時間さらされた場合、依然として満足のいくものではない。さらに、電化の増加により、より多くの用途で、腐食及びそれぞれの故障の危険性から、ハロゲン化物に基づく安定剤システム(例えば、ヨウ化銅)を含まない材料が必要とされている。したがって、上記引用文献に開示された組成物のいずれも、広く使用されている金属ハロゲン化物安定剤の適用を避けながら、良好な熱安定性の組み合わせを満たしていない。ジペンタエリスリトールのような低分子量を有するいくつかの添加剤は、高温で成形品から移行する傾向があり、経時的に機械的特性が損なわれることにつながる。
US 2010/0028580 EP 2 227 507 B1 DE 10 2004 051 241 A1 EP 2 896 656 A1 WO 2012/106319 A2 EP 1 041 109 A2 EP 3 059 283 B1 US 2013/0217814 A1
したがって、本発明の目的は、向上したHARを有するポリアミドを含む熱可塑性成形組成物を提供することであり、この熱可塑性成形組成物は熱老化後の良好な機械的特性を有する。
この目的は、
a)成分Aとして、30~99.85質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミド、
b)成分Bとして、0.1~10質量%の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
c)成分Cとして、0.05~3質量%の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
d)成分Dとして、0~3質量%の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
e)成分Eとして、0~50質量%の、少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラー、
f)成分Fとして、0~25質量%のさらなる添加剤
を含み、成分A~Fの質量%の合計が100質量%である熱可塑性成形組成物によって達成される。
さらに、この目的は、
b)成分Bとして、0.1~10質量部の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
c)成分Cとして、0.05~3質量部の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
d)成分Dとして、0~3質量部の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
を含み、又はそれらからなり、成分B~Dの質量部の合計が100質量部である混合物によって達成される。
この混合物において、質量%として以下に列挙される成分B、C及びDの量は、質量部として使用することができる(例えば、0.5質量%は0.5質量部になる)。
さらに、この目的は、この混合物を、特に熱老化後、ポリアミドのHARを向上するために使用する方法。
さらに、この目的は、成分A~Fを混合することにより、上記の熱可塑性成形組成物を調製する方法によって達成される。
さらに、この目的は、この熱可塑性成形組成物を、任意のタイプの繊維、ホイル及び成形品を製造するために使用する方法によって、及び上記の熱可塑性成形組成物から作られた繊維、ホイル及び成形品によって達成される。
本発明によれば、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコールと、少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、及び好ましくは3個超のカルボン酸基又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物との特定の組み合わせは、熱可塑性ポリアミド成形組成物において熱安定剤として作用し、熱への長時間の曝露にわたって耐熱老化性を著しく改善することが見出された。
溶媒としてのヘキサフルオロイソプロパノール中で、PMMAキャリブレーションを有するゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を用いて、数平均分子量、質量平均分子量(M、M)及び多分散性のデータを得ることができる。
この分子量の決定は、本発明による熱可塑性成形組成物の全成分について採用することができる。
多価アルコール成分B及び成分Dのポリカルボン酸化合物が、調製中、熱可塑性成形組成物から移行しないように、十分に高い数平均分子量を有する場合、この効果は、成形温度、及び高温の使用温度下での成形品の寿命中に最も顕著である。この効果は、主成分としてポリアミドに基づく熱可塑性成形組成物において最も顕著である。
さらに、十分に高い分子量、好ましくは500g/mol超、特に1000g/mol超の分子量も有する立体障害フェノール酸化防止剤を採用することが有利である。さらに、それらは、好ましくは、窒素雰囲気下で300℃まで2%未満の分解のTGA(熱重量分析)により測定される高い熱安定性を示す。
本発明の成形組成物は、成分Aとして、30~99.85質量%、好ましくは35~99.4質量%、特に45~98.9質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミドを含む。
熱可塑性成形組成物中に成分D、E、F、又はそれらの組み合わせが存在する場合、成分Aの最大量は、成分D、E、F、又はそれらの組み合わせのそれぞれの最小量によって減少する。
本発明の成形組成物のポリアミドは、一般に、ISO 307に従って25℃で96質量強度の硫酸中の0.5質量%の濃度の溶液で決定した、90~350ml/g、好ましくは110~240ml/gの固有粘度を有する。
例えば以下の米国特許2 071 250、2 071 251、2 130 523、2 130 948、2 241 322、2 312 966、2 512 606、及び3 393 210に記載されている、少なくとも5000の分子量(質量平均)を有する半結晶性又は非晶性樹脂が好ましい。
これらの例としては、7~13環員を有するラクタムに由来するポリアミド、例えばポリカプロラクタム、ポリカプリロラクタム及びポリラウロラクタム、並びに、ジカルボン酸とジアミンとの反応によって得られるポリアミドが挙げられる。
使用することができるジカルボン酸は、6~12個、特に6~10個の炭素原子を有するアルカンジカルボン酸、及び芳香族ジカルボン酸である。単なる例として、ここで言及されるものは、アジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、及びテレフタル酸及び/又はイソフタル酸である。
特に好適なジアミンとしては、6~12個、特に6~8個の炭素原子を有するアルカンジアミン、及びまたm-キシリレンジアミン、ジ(4-アミノフェニル)メタン、ジ(4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ジ(4-アミノフェニル)プロパン、2,2-ジ(4-アミノシクロヘキシル)プロパン及び1,5-ジアミノ-2-メチルペンタンが挙げられる。
好ましいポリアミドは、特に5~95質量%の割合のカプロラクタム単位を有する、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリヘキサメチレンセバカミド、及びポリカプロラクタム、及びまたナイロン-6/6,6コポリアミド(例えばBASF SE社のUltramid(登録商標)C31)である。
他の好適なポリアミドは、例えばDE-A 10313681、EP-A 1198491及びEP 922065に記載されているように、水の存在下で直接重合として知られているものを介してω-アミノアルキルニトリル、例えばアミノカプロニトリル(PA 6)及びアジポニトリルとヘキサメチレンジアミン(PA 66)から得ることができる。
また、例えば、1,4-ジアミノブタンとアジピン酸との高温での縮合によって得ることができるポリアミド(ナイロン-4,6)も挙げられる。この構造のポリアミドの調製方法は、例えば、EP-A 38 094、EP-A 38 582、及びEP-A 39 524に記載されている。
他の好適な例は、上記のモノマーの2種以上の共重合を介して得ることができるポリアミド、及び任意の所望の混合比での2種以上のポリアミドの混合物である。特に好ましいのは、ナイロン-6,6と他のポリアミドの混合物、特にナイロン-6とナイロン-66のブレンド、ナイロン-6/6,6コポリアミド及びナイロン-6,6/6コポリアミドである。
特に有利であることが判明している他のコポリアミドは、半芳香族コポリアミド、例えばPA 6/6T及びPA 66/6Tであり、これらのトリアミン含有量は0.5質量%未満、好ましくは0.3質量%未満である(EP-A 299 444を参照)。高温に耐性のある他のポリアミドは、EP-A 19 94 075から知られている(PA 6T/6I/MXD6)。
EP-A 129 195及び129 196に記載されているプロセスは、低いトリアミン含有量を有する好ましい半芳香族コポリアミドを調製するために使用することができる。
以下の非網羅的なリストは、記載されているポリアミドA)、及び本発明の目的のための他のポリアミドA)、及び含まれるモノマーを含む:
ABポリマー:
PA 4 ピロリドン
PA 6 ε-カプロラクタム
PA 7 エタノールラクタム
PA 8 カプリロラクタム
PA 9 9-アミノペラルゴン酸
PA 11 11-アミノウンデカン酸
PA 12 ラウロラクタム
AA/BBポリマー:
PA 46 テトラメチレンジアミン、アジピン酸
PA 66 ヘキサメチレンジアミン、アジピン酸
PA 69 ヘキサメチレンジアミン、アゼライン酸
PA 610 ヘキサメチレンジアミン、セバシン酸
PA 612 ヘキサメチレンジアミン、デカンジカルボン酸
PA 613 ヘキサメチレンジアミン、ウンデカンジカルボン酸
PA 1212 1,12-ドデカンジアミン、デカンジカルボン酸
PA 1313 1,13-ジアミノトリデカン、ウンデカンジカルボン酸
PA 6T ヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA MXD6 m-キシリレンジアミン、アジピン酸
AA/BBポリマー:
PA 6I ヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸
PA 6-3-T トリメチルヘキサメチレンジアミン、テレフタル酸
PA 6/6T (PA 6及びPA 6Tを参照)
PA 6/66 (PA 6及びPA 66を参照)
PA 6/12 (PA 6及びPA 12を参照)
PA 66/6/610 (PA 66、PA 6及びPA 610を参照)
PA 6I/6T (PA 6I及びPA 6Tを参照)
PA PACM 12 ジアミノジシクロヘキシルメタン、ラウロラクタム
PA 6I/6T/PACM PA 6I/6T+ジアミノジシクロヘキシルメタン
PA 12/MACMI ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、イソフタル酸
PA 12/MACMT ラウロラクタム、ジメチルジアミノジシクロヘキシルメタン、テレフタル酸
PA PDA-T フェニレンジアミン、テレフタル酸。
PA 6、PA 66、PA 6/66及びPA 66/6が最も好ましい。
好適なコポリアミドは、
A1)20.0~90.0質量%の、テレフタル酸及びヘキサメチレンジアミンに由来する単位、
A2)0~50.0質量%の、ε-カプロラクタムに由来する単位、
A3)0~80.0質量%の、アジピン酸及びヘキサメチレンジアミンに由来する単位、
A4)0~40.0質量%のさらなるポリアミド形成モノマー
から構成され、
ここで、成分A2)、A3)、A4)、又はそれらの混合物の割合は、少なくとも10.0質量%である。
成分A1)は、20.0~90.0質量%の、テレフタル酸及びヘキサメチレンジアミンに由来する単位を含む。
テレフタル酸及びヘキサメチレンジアミンに由来する単位に加えて、コポリアミドは、任意に、ε-カプロラクタムに由来する単位及び/又はアジピン酸及びヘキサメチレンジアミンに由来する単位及び/又はさらなるポリアミド形成モノマーに由来する単位を含む。
芳香族ジカルボン酸A4)は、8~16個の炭素原子を含む。好適な芳香族ジカルボン酸には、例えば、イソフタル酸、置換テレフタル酸及びイソフタル酸、例えば3-t-ブチルイソフタル酸、多環式ジカルボン酸、例えば4,4’-及び3,3’-ジフェニルジカルボン酸、4,4’-及び3,3’-ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4’-及び3,3’-スルホジフェニルカルボン酸、1,4-又は2,6-ナフタレンジカルボン酸、フェノキシテレフタル酸が含まれ、イソフタル酸が特に好ましい。
さらなるポリアミド形成モノマーA4)は、4~16個の炭素原子を有するジカルボン酸及び4~16個の炭素原子を有する脂肪族又は脂環式ジアミンに、並びに7~12個の炭素原子を有するアミノカルボン酸/対応するラクタムに由来してもよい。これらのタイプの好適なモノマーの例としては、脂肪族ジカルボン酸の代表としての、スベリン酸、アゼライン酸及びセバシン酸、並びに、ジアミンの代表としての、1,4-ブタンジアミン、1,5-ペンタンジアミン、ピペラジン、4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン、2,2-(4,4’-ジアミノジシクロヘキシル)プロパン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジシクロヘキシルメタン又はメタ-キシリレンジアミン、並びに、ラクタム/アミノカルボン酸の代表としての、カプロラクタム、エナントラクタム、ω-アミノウンデカン酸及びラウロラクタムが挙げられる。
好適なそのようなコポリアミドは、DE-A-10 2009 011 668に、より具体的に説明されている。
成分Bは、0.1~10質量%、好ましくは0.5~7.5質量%、特に1~5質量%の量で使用される。
成分Bは、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコールである。
成分Bは、好ましくは8個超、より好ましくは10個超のヒドロキシル基を有する。
成分Bは、好ましくは3000g/mol超、より好ましくは5000g/mol超、特に10000g/mol超の数平均分子量Mを有する。好ましくは、最大数平均分子量は、35000g/molであり、より好ましくは25000g/molである。具体的に好ましい成分Bは、10000~30000g/mol、より好ましくは12500~22500g/mol、最も好ましくは15000~20000g/molの数平均分子量を有する。
質量平均Mは、好ましくは10000~250000g/mol、より好ましくは25000~120000g/mol、特に30000~80000g/molである。
成分Bは、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する限り、すべての好適な多価アルコールから選択することができる。
好適な多価アルコールの例は、三菱化学によって商品名Soarnol(商標)で、又はクラレによって商品名EVAL(商標)で市販されているエチレン-ビニルアルコールコポリマーである。他の高分子量多価アルコールも同様に適している。
好ましくは、成分Bはエチレン-ビニルアルコールコポリマーである。好ましくは、エチレン-ビニルアルコールコポリマーにおいて、エチレン単位の含有量は、10~60モル%、より好ましくは20~50モル%、特に25~50モル%である。
エチレン及びビニルアルコールの他に、残留量、好ましくは20モル%以下、より好ましくは10モル%以下、特に5モル%以下のビニルアセテートがコポリマー中に存在することができる。最も好ましくは、残留量のビニルアセテートがないことである。エチレン-ビニルアルコールコポリマーは、エチレン-ビニルアセテートコポリマーの部分加水分解又は完全加水分解によって得ることができる。
特に好適なエチレン-ビニルアルコールコポリマーは、10000~30000g/mol、より好ましくは12500~22500g/mol、最も好ましくは15000~20000g/molの数平均分子量Mを有する。最も好ましくは、18000g/molの数平均分子量M、及び50000g/molの質量平均分子量Mを有する。
多価アルコールは、ヒドロキシル基でないさらなる官能基を含有することもできる。しかしながら、好ましくは、多価アルコールは、官能基としてヒドロキシル基のみを含有する。多価アルコールは、直鎖、分岐状、又は超分岐であることができる。具体的には、例えばEP 2 227 507 B1及びDE 10 2004 051 241 A1に記載されているような、部分的にヒドロキシ官能基からなる高分岐又は超分岐構造も、所望の効果を達成するのに好適である。例えば、50~1000mgKOH/g、好ましくは100~900mgKOH/g、より好ましくは150~800mgKOH/gのヒドロキシル価を有する高分岐又は超分岐ポリエーテルアミンを使用することができる。
成分Cとして、0.05~3質量%、好ましくは0.1~2質量%、特に0.1~1質量%の少なくとも1種の立体障害性フェノール酸化防止剤を使用する。
成分Cは、好ましくは500g/mol超、より好ましくは1000g/mol超の分子量を有する。
したがって、一実施態様において、本発明は、
a)成分Aとして、30~99.85質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミド、
b)成分Bとして、0.1~10質量%の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
c)成分Cとして、0.05~3質量%の、1000g/mol超の分子量を有する少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
d)成分Dとして、0~3質量%の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
e)成分Eとして、0~50質量%の少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラー、
f)成分Fとして、0~25質量%のさらなる添加剤
を含む熱可塑性成形組成物に関し、
ここで、成分A~Fの質量%の合計は100質量%である。
好ましい成分A、B、C、D、E及びFは、本願明細書に記載されている。
さらに、成分Cは、好ましくは、高い熱安定性、例えば、TGA(熱重量分析)実験(10℃/分で40℃~120℃、後の温度で15分間恒温した後、20℃/分で120℃~600℃)において300℃窒素下で測定した、最大5%の質量損失、より好ましくは最大2%の質量損失を示す。
成分Cは、立体障害基として少なくとも1つの分岐状C3~12-アルキル基で置換された、好ましくは少なくとも1個、より好ましくは少なくとも2個のフェノール基を有する。置換されたフェノール基は、成分Cの構造と共有結合している。
好適な立体障害フェノールCは、原則として、フェノール構造を有し、かつフェノール環上に少なくとも1つの嵩高い基を有するすべての化合物である。嵩高い基は、例えば、分岐状C3~12-アルキル基、好ましくは分岐状C3~6-アルキル基、より好ましくはイソプロピル基又はtert.-ブチル基である。
例えば、下記式の化合物を使用することが好ましい、
Figure 2023519811000001

(式中、R及びRは、アルキル基、置換されたアルキル基、又は置換されたトリアゾール基であり、ラジカルR及びRは同一であってもよく、異なってもよく、Rは、アルキル基、置換されたアルキル基、アルコキシ基、又は置換されたアミノ基である)。アルキル残基及びアルコキシ残基は、好ましくは1~12個の炭素原子、より好ましくは1~6個の炭素原子を有する。置換基は、好ましくはC1~12-アルキル、より好ましくはC1~6-アルキル、最も好ましくはC1~4-アルキルである。好ましくは、R~Rの少なくとも1つは、上記で定義されたような嵩高い基である。
上述のタイプの酸化防止剤は、例えばDE-A 27 02 661(US-A 4 360 617)に記載されている。
好ましい立体障害フェノールの別の群は、好ましくはフェニル基上に少なくとも1個の嵩高い基を有する、置換フェニルカルボン酸、特に置換フェニルプロピオン酸に由来するものによって提供される。それらは、好ましくはフェニル基上に少なくとも1個の嵩高い基を有する、その構造中に少なくとも1つ、好ましくは2つの共有結合した置換フェニルカルボン酸単位(単数又は複数)を含有する。
好ましいフェニルカルボン酸は、フェニル-C1~12-カルボン酸、より好ましくはフェニル-C2~6-カルボン酸である。フェニル基は、好ましくは、上記したように、フェノール環上に少なくとも1個の嵩高い基を有するフェノール基である。したがって、上記の立体障害フェノールは、好ましくはC1~12-アルカンカルボン酸、より好ましくは直鎖C2~6-アルカンカルボン酸と共有結合している。
このクラスからの特に好ましい化合物は、下記式の化合物である、
Figure 2023519811000002

(式中、R、R、R及びRは、互いに独立して、それ自体が置換基(これらのうち少なくとも1つは嵩高い基である)を有してもよいC~C-アルキル基であり、Rは、1~10個の炭素原子を有し、かつその主鎖がC-O結合を有してもよい二価の脂肪族ラジカルである)。R~Rの少なくとも1つは、上記で定義されたような嵩高い基である。
これらの式に対応する好ましい化合物は以下のものである。
Figure 2023519811000003
立体障害フェノールの例として、以下のすべてが挙げられる:
2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、1,6-ヘキサンジオールビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリチルテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート](BASF SE社のIrganox(登録商標)1010)、ジステアリル3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジルホスホネート、2,6,7-トリオキサ-1-ホスファビシクロ[2.2.2]オクト-4-イルメチル3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナメート、3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル-3,5-ジステアリールチオトリアジルアミン、2-(2’-ヒドロキシ-3’-ヒドロキシ-3’,5’-ジ-tert-ブチルフェニル)-5-クロロベンゾトリアゾール、2,6-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシメチルフェノール、1,3,5-トリメチル-2,4,6-トリス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジル)ベンゼン、4,4’-メチレンビス(2,6-ジ-tert-ブチルフェノール)、3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシベンジルジメチルアミン。
特に有効であることが証明されており、したがって好ましく使用される化合物は、2,2’-メチレンビス(4-メチル-6-tert-ブチルフェノール)、1,6-ヘキサンジオールビス(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(Irganox(登録商標)259)、ペンタエリスリチルテトラキス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、及びまたN,N’-ヘキサメチレンビス-3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシヒドロシンナミド(Irganox(登録商標)1098)、及び特に良好な適合性を有するBASF SE社の上記された製品Irganox(登録商標)245及びIrganox(登録商標)1010である。
場合によっては、特に長期間にわたる拡散光での保存時の色堅牢度を評価する場合、フェノール性ヒドロキシ基に関してオルト位に1つ以下の立体障害基を有する立体障害フェノールは、特に有利であることが証明されている。
成分Dとして、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物を使用することができる。成分Dの量は、0~3質量%、好ましくは0~2質量%、より好ましくは0~0.8質量%である。
存在する場合、成分Dの量は、0.01~3質量%、好ましくは0.1~2質量%、より好ましくは0.2~0.8質量%である。
成分Dが存在する場合、成分Aの最大量は、成分Dの最小量によって減少する。したがって、成分Aの最大量は、0.01質量%、好ましくは0.1質量%、より好ましくは0.2質量%減少する。
本発明によるポリアミド成形組成物は、成分Dを含有する必要はない。したがって、第1実施態様によれば、熱可塑性成形組成物中に成分Dを含有しない。しかしながら、成分Dをさらに使用することにより、熱可塑性成形組成物の耐熱老化性をさらに向上させることができる。したがって、本発明の第2実施態様によれば、熱可塑性成形組成物は、0.01~3質量%、好ましくは0.1~2質量%、より好ましくは0.2~0.8質量%の成分Dを含有する。これらの量で成分Dを含有する成形組成物は、本発明によれば特に好ましいものである。
成分Dは、好ましくは500g/mol超、より好ましくは1000g/mol超、特に2000g/mol超、より特に3000g/mol超、最も特に2500g/mol超の数平均分子量(M)を有する。最も好ましくは、質量平均分子量Mは、4000~80000g/mol、より好ましくは15000~45000g/molの範囲である。
成分Dの本質的な特徴は、ポリカルボン酸化合物中に3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基が存在することである。酸機能は、遊離酸の基として、又は遊離酸の塩の形態で存在することができる。酸又は酸塩の官能性がポリカルボン酸化合物中に存在することが重要である。
成分Dは、好ましくは5個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基、より好ましくは8個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基、最も好ましくは12個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有する。
カルボキシル基は、好ましくはカルボン酸塩基である。したがって、カルボン酸基は、部分的に又は完全に中和され、又は部分的に又は完全に塩の形態であることができる。アンモニウム塩、アルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩、鉄塩、銅塩、又はそれらの混合物が好ましい。最も好ましいのは、カルボン酸基のアルカリ金属塩である。ポリカルボン酸化合物は、好ましくは部分的又は完全に中和されたカルボン酸基を有し、より好ましくはアルカリ金属カチオンで中和される。
成分Dは、カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基の最小数及び最小の数平均分子量の要件を満たす限り、種々のポリカルボン酸化合物から選択することができる。成分Dの可能なポリカルボン酸化合物は、ポリアクリル酸又はポリアクリレート、ポリメタクリル酸及びポリメタクリレート、マレイン酸基を含有するコポリマー、例えば主鎖に又はグラフトとしてマレイン酸基を含有するポリオレフィン、例えば中和されたエチレン-無水マレイン酸-コポリマー、又は十分な数の酸基又は酸塩基に置換されているポリマーである。
カルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を含有するポリマーは、直鎖、分岐状、又は高分岐であることができる。また、カルボン酸及び/又はカルボキシレート末端基の数が十分であるポリマーを使用することも可能である。例えば、必要な数のカルボン酸及び/又はカルボキシレート末端基を有する分岐又は高分岐又は超分岐ポリエステルを挙げることができる。
以下では、N原子がCHCHOOH基で部分的又は多置換されているポリアクリル酸及びポリアミンについて、さらに詳しく説明する。
好適なポリカルボン酸化合物は、上述の文献、例えばUS 2010/0028580、WO 2012/106319 A2に開示されている。例としては、好適な分子量及び構造を有するポリアクリル酸に基づくコポリマーを含むポリアクリル酸(CAS:9004-01-04)である。好適な製品は、BASF SE社のSokalan(登録商標)NR 2500である。
高分岐構造又は超分岐構造も適している。少なくとも2個以上のアミノ基及び少なくとも4個以上のカルボン酸基を含むアミノ酸構造に基づく錯化剤が特に好適である。いずれの場合も、より高い熱安定性のために、成分Dを酸塩として適用することが好ましい。
成分Dはまた、N原子がCHCHOOH基で部分的に又は完全に置換され、アルカリ金属カチオンで部分的に又は完全に中和されたポリアミンから選択されるポリマーであり得る。
成分Dとの関連における「ポリアミン」という用語は、1つの繰り返し単位当たり少なくとも1個のアミノ基を含有するポリマー及びコポリマーを指す。前記アミノ基は、NH基、NH基、及び好ましくは3級アミノ基から選択されてもよい。ポリマーにおいて、塩基ポリアミンはカルボキシメチル誘導体に変換されており、N原子は、CHCHOOH基で、完全に置換されているか、又は好ましくは部分的に、例えば50~95モル%、好ましくは70~90モル%置換され、アルカリ金属カチオンで部分的に又は完全に中和されているので、3級アミノ基が好ましい。本発明の文脈において、N原子の95モル%超~100モル%がCHCHOOH基で置換されているこのようなポリマーは、CHCHOOH基で完全に置換されているとみなされる。例えばポリビニルアミン又はポリアルキレンイミンからのNH基は、1個のN原子当たり1個又は2個のCHCHOOH基(単数又は複数)で、好ましくは1個のN原子当たり2個のCHCHOOH基で置換することができる。
本発明の文脈において、1個のNH基あたり1個のCHCHOOH基、及び1個のNH基あたり2個のCHCHOOH基を仮定して、CHCHOOH基の潜在的総数で除したポリマー中のCHCHOOH基の数は、「置換度」と呼ばれる。
置換度は、好ましくはASTM D2074-07に従って、例えば、CHCHOOH置換ポリマーに変換する前のポリマー及びそのそれぞれのポリアミンのアミン数(アミン価)を決定することにより決定することができる。
ポリアミンの例は、ポリビニルアミン、ポリアルキレンポリアミン、特にポリアルキレンイミン、例えばポリプロピレンイミン及びポリエチレンイミンである。
本発明の文脈において、ポリアルキレンポリアミンは、好ましくは、1個の分子当たり少なくとも6個の窒素原子及び少なくとも5個のC~C10-アルキレン単位、好ましくはC~C-アルキレン単位を含むポリマー、例えばペンタエチレンヘキサミン、特に1個分子当たり6~30個のエチレン単位を有するポリエチレンイミンを意味すると理解される。本発明の文脈において、ポリアルキレンポリアミンは、1つ以上の環状イミンのホモポリマー化又はコポリマー化によって、又は(コ)ポリマーを少なくとも1つの環状イミンでグラフトすることによって得られるそれらのポリマー材料を意味すると理解される。例としては、エチレンイミンでグラフトしたポリビニルアミン、及びエチレンイミンでグラフトしたポリイミドアミンが挙げられる。
好ましいポリマーは、ポリアルキレンイミン、例えばポリエチレンイミン及びポリプロピレンイミンであり、ポリエチレンイミンが好ましい。ポリアルキレンイミン、例えばポリエチレンイミン及びポリプロピレンイミンは、直鎖状、本質的に直鎖状又は分岐状であることができる。
本発明の一実施態様において、ポリエチレンイミンは、高分岐ポリエチレンイミンから選択される。高分岐ポリエチレンイミンは、その高い分岐度(DB)により特徴付けられる。分岐度は、例えば、13C-NMR分光法、好ましくはDO中で決定することができ、以下のように定義されている:

DB = D +T/D+T+L

(式中、D(樹枝状)は3級アミノ基の割合に対応し、L(直鎖)は2級アミノ基の割合に対応し、T(末端)は1級アミノ基の割合に対応する)。
本発明の文脈において、高分岐ポリエチレンイミンは、0.25~0.90の範囲のDBを有するポリエチレンイミンである。
本発明の一実施態様において、ポリエチレンイミンは、600~75000g/molの範囲、好ましくは800~25000g/molの範囲の平均分子量Mを有する高分岐ポリエチレンイミン(ホモポリマー)から選択される。
本発明の別の実施態様において、ポリエチレンイミンは、エチレンイミンのコポリマー、例えば、エチレンイミンと、エチレンイミン以外の1個の分子当たり2個のNH基を有する少なくとも1つのジアミン、例えばプロピレンイミンとのコポリマー、又はエチレンイミンと、1個の分子当たり3個のNH基を有する少なくとも1つの化合物、例えばメラミンとのコポリマーから選択される。
本発明の一実施態様において、ポリマーは、CHCHOOH基で部分的に又は完全に置換され、Naで部分的に又は完全に中和された分岐状ポリエチレンイミンから選択される。
本発明の文脈において、ポリマーは、共有結合的に修飾された形態で、具体的には、ポリマーの1級及び2級アミノ基の窒素原子の合計で最大100モル%、好ましくは合計50~98モル%(パーセントはポリマー中の1級及び2級アミノ基の総N原子に基づく)が、少なくとも1つのカルボン酸、例えばCl-CHCOOH、又は少なくとも1当量のシアン化水素酸(又はその塩)及び1当量のホルムアルデヒドと反応させたように使用される。本願の文脈において、前記反応(修飾)は、したがって、例えばアルキル化であることができる。最も好ましくは、ポリマーの1級及び2級アミノ基の窒素原子の最大100モル%、好ましくは合計で50~99モル%が、例えばシュトレッカー合成によって、ホルムアルデヒド及びシアン化水素酸(又はその塩)と反応された。ポリマーのベーシス(主鎖)を形成し得るポリアルキレンイミンの3級窒素原子は、一般に、CHCHOOH基を持たない。
ポリマーは、例えば、少なくとも500g/molの数平均分子量(M)を有することができ;好ましくは、ポリマーの数平均分子量は、500~1000000g/mol、特に好ましくは800~50000g/molの範囲であり、アルキル化前及び後のそれぞれのポリアミンのアミン数(アミン価)を、例えばASTM D2074-07に従って決定し、それぞれのCHCHOOH基の数の算出によって決定されたものである。分子量は、それぞれの過ナトリウム塩を指す。
好ましくは、ポリマーのCHCHOOH基は、アルカリ金属カチオンで部分的に又は完全に中和される。中和されていない基COOHは、例えば、遊離酸であり得る。ポリマーのCHCHOOH基の90~100モル%が中和された状態であることが好ましい。
ポリマーのCHCHOOH基は、部分的に又は完全に、任意のタイプのアルカリ金属カチオンで、好ましくはKで、特に好ましくはNaで中和されてもよい。
最も好ましくは、成分Dは、酢酸基又はアセテート基、及びそれらのそれぞれのカルボン酸塩、好ましくはアルカリ金属塩によってN-置換されているポリエチレンイミンに基づくものである。したがって、ポリエチレンイミンは、20~50%、より好ましくは25~35%のポリマー主鎖中の分岐単位の量を有する。好適な製品は、BASF SE社のTrilon(登録商標)Pである。
したがって、一実施態様において、本発明は、
a)成分Aとして、30~99.85質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミド、
b)成分Bとして、0.1~10質量%の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
c)成分Cとして、0.05~3質量%の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
d)成分Dとして、0.01~3質量%、好ましくは0.1~2質量%、より好ましくは0.2~0.8質量%の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物であって、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有するポリカルボン酸化合物が、酢酸基又はアセテート基によってN-置換されているポリエチレンイミンである、少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
e)成分Eとして、0~50質量%の少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラー、
f)成分Fとして、0~25質量%のさらなる添加剤
を含む熱可塑性成形組成物に関し、
ここで、成分A~Fの質量%の合計は100質量%である。
好ましい成分A、B、C、D、E及びFは、本願明細書に記載されている。
熱可塑性成形組成物は、成分Eとして、0~50質量%、好ましくは0~45質量%、より好ましくは0~40質量%の少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラーを含有する。
好ましくは、成分Eは、ガラス繊維を含み、10~50質量%、より好ましくは15~45質量%、最も好ましくは20~40質量%の量で存在する。
成分Eが存在する場合、成分Aの最大量は、成分Eの最小量によって減少するので、成分A~Fの総量は依然として100質量%である。
繊維状又は粒子状フィラーEとしては、炭素繊維、ガラス繊維、ガラスビーズ、非晶質シリカ、ケイ酸カルシウム、メタケイ酸カルシウム、炭酸マグネシウム、カオリン、チョーク、粉状石英、マイカ、硫酸バリウム及び長石が挙げられる。
好ましい繊維状フィラーとしては、炭素繊維、アラミド繊維、及びチタン酸カリウム繊維が挙げられ、Eガラスの形態のガラス繊維が特に好ましい。これらは、ロービングとして、又は市販のチョップドガラスの形態で使用することができる。
繊維状フィラーは、熱可塑性プラスチックとの適合性を向上するために、シラン化合物で表面前処理されてもよい。
好適なシラン化合物は、一般式

(X-(CH2)n)k-Si-(O-CmH2m+1)4-k

(式中、置換基を以下のように定義する:
Figure 2023519811000004
nは、2~10、好ましくは3~4の整数であり、
mは、1~5、好ましくは1~2の整数であり、
kは、1~3、好ましくは1の整数である)
を有する。
好ましいシラン化合物は、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノブチルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン及びアミノブチルトリエトキシシラン、及びまたグリシジル基を置換基Xとして含む対応するシランである。
一般に表面コーティングに用いられるシラン化合物の量は、0.01~2質量%、好ましくは0.025~1.0質量%、特に0.05~0.5質量%である(成分Eに基づいて)。
針状鉱物フィラーも好適である。
本発明の目的のために、針状鉱物フィラーは、強く発達した針状特性を有する鉱物フィラーである。例として、針状ウォラストナイトが挙げられる。鉱物は、好ましくは8:1~35:1、好ましくは8:1~11:1のL/D(長さ/直径)比を有する。鉱物フィラーは、任意に、上記のシラン化合物で前処理されていてもよいが、前処理は必須でない。
挙げられる他のフィラーは、カオリン、焼成カオリン、ウォラストナイト、タルク及びチョーク、及びラメラ又は針状ナノフィラーであり、これらの量は好ましくは0.1~10%である。この目的のために好ましい材料は、ベーマイト、ベントナイト、モンモリロナイト、バーミキュライト、ヘクトライト、及びラポナイトである。ラメラナノフィラーは、有機バインダーとの良好な相溶性を与えるために、先行技術の方法によって有機的に修飾される。本発明のナノコンポジットにラメラ又は針状ナノフィラーを添加することにより、機械的強度がさらに向上する。
本発明の成形組成物は、成分Fとして、0~25質量%、好ましくは0~20質量%、より好ましくは0~15質量%のさらなる添加剤を含有することができる。
さらなる添加剤を使用する場合、その最小量は、好ましくは0.1質量%、より好ましくは0.25質量%、最も好ましくは0.5質量%である。
本発明の熱可塑性成形組成物は、成分Fとして、従来の加工助剤、さらに安定剤、酸化遅延剤、熱による分解及び紫外線による分解を打ち消す剤、滑剤及び離型剤、染料及び顔料などの着色剤、核剤、可塑剤などを含むことができる。
本発明の成形組成物は、成分F1として、0.05~3質量%、好ましくは0.1~1.5質量%、特に0.1~1質量%の滑剤を含むことができる。
Al、アルカリ金属、又はアルカリ土類金属の塩、又は10~44個の炭素原子、好ましくは12~44個の炭素原子を有する脂肪酸のエステル又はアミドが好ましい。
金属イオンは、好ましくはアルカリ土類金属及びAlであり、特に好ましくはCa又はMgである。
好ましい金属塩は、ステアリン酸Ca及びモンタン酸Ca、及びまたステアリン酸Alである。
また、任意の所望の混合比の各種塩の混合物を使用することも可能である。
カルボン酸は、一塩基性又は二塩基性であることができる。挙げられる例は、ペラルゴン酸、パルミチン酸、ラウリン酸、マルガリン酸、ドデカン二酸、ベヘン酸、特に好ましくはステアリン酸、カプリン酸、及びまたモンタン酸(30~40個の炭素原子を有する脂肪酸の混合物)である。
脂肪族アルコールは、一価~四価のものであり得る。アルコールの例としては、n-ブタノール、n-オクタノール、ステアリルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、ペンタエリスリトールが挙げられ、グリセロール及びペンタエリスリトールが好ましい。
脂肪族アミンは、一塩基性~三塩基性のものであり得る。これらの例としては、ステアリルアミン、エチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ジ(6-アミノヘキシル)アミンが挙げられ、エチレンジアミン及びヘキサメチレンジアミンが特に好ましい。好ましいエステル又はアミドは相応に、グリセロールジステアレート、グリセロールトリステアレート、エチレンジアミンジステアレート、グリセロールモノパルミテート、グリセロールトリラウレート、グリセロールモノベヘネート、及びペンタエリスリトールテトラステアレートである。
また、任意の所望の混合比の、各種のエステル又はアミドの混合物、又はエステルをアミドと組み合わせた混合物を使用することも可能である。
本発明の成形組成物は、成分F2として、0.05~3質量%、好ましくは0.1~1.5質量%、特に0.1~1質量%の、銅安定剤、好ましくはCu(I)ハライド、特にアルカリ金属ハライド、好ましくはKIとの混合物(特に1:4の比で)、又は立体障害フェノール、又はこれらの混合物を含むことができる。
使用される好ましい一価銅の塩は、酢酸第一銅、塩化第一銅、臭化第一銅、及びヨウ化第一銅である。材料は、ポリアミドに基づいて、5~500ppm、好ましくは10~250ppmの量の銅でこれらを含む。
銅がポリアミド中に分子分布を持って存在する場合、特に有利な特性が得られる。ポリアミド、一価銅の塩、固体均一溶液の形態でのアルカリ金属ハロゲン化物を含む濃縮物を成形組成物に添加する場合、これは達成される。例えば、典型的な濃縮物は、79~95質量%のポリアミドと、21~5質量%のヨウ化銅又は臭化銅及びヨウ化カリウムから構成される混合物から構成される。固体均一溶液中の銅の濃度は、溶液の総質量に基づいて、好ましくは0.3~3質量%、特に0.5~2質量%であり、ヨウ化第一銅のヨウ化カリウムに対するモル比は、1~11.5、好ましくは1~5である。
濃縮物に適したポリアミドは、ホモポリアミド及びコポリアミド、特にナイロン-6である。
本発明の好ましい実施態様によれば、成形組成物は、銅、具体的には、銅安定剤、例えばCu/(I)ハロゲン化物、及びCu(I)ハロゲン化物とアルカリ金属ハロゲン化物との組み合わせを含まない。
より好ましくは、本発明の熱可塑性成形組成物は、金属ハロゲン化物を含まない。ほぼ全ての産業において、電気移動度(electro-mobility)、電化及び接続性が増加傾向にあるため、金属ハロゲン化物を含まないシステム、いわゆるエレクトロフレンドリーシステムに高い関心がある。
したがって、熱可塑性成形組成物は、好ましくは、金属ハロゲン化物、具体的には、Cuハロゲン化物及びアルカリ金属ハロゲン化物を含まない。
本発明の成形組成物は、0.001~10質量%、好ましくは0.05~5質量%、特に0.1~2.5質量%の、最大10μmの粒径(d50値)を有する鉄粉を含むことができる。この粉末は好ましくはペンタカルボニル鉄の熱分解によって得ることができる。
鉄は多くの同素体で存在する:
1.α-Fe(フェライト)は空間中心の(space-centered)立方格子を形成し、磁化可能で、少量の炭素を溶解し、最大928℃での純鉄で生成する。770℃(キュリー温度)で強磁性を失い常磁性になる。770~928℃の範囲の温度での鉄はβ-Feとも呼ばれる。常温及び少なくとも13000MPaの圧力では、α-Feは、体積が約0.20cm/mol減少し、密度(20000MPaで)が7.85から9.1に増加するいわゆるε-Feとなる;
2.γ-Fe(オーステナイト)は面心立方格子を形成し、非磁性であり、多量の炭素を溶解し、928~1398℃の範囲の温度でのみ観察される;
3.δ-Feは、空間中心で、1398℃から1539℃の融点まで存在する。
金属鉄は、一般に銀白色であり、密度が7.874(重金属)、融点が1539℃、沸点が2880℃、比熱(18~100℃)が約0.5g-1-1、引張強度が220~280N/mmである。これらの値は化学的に純粋な鉄に適用される。
鉄の工業生産には、鉄鉱石、鉄鋼スラグ、焼成パイライト、又は高炉ダストなどの製錬、及びスクラップ及び合金の再製錬が使用される。
本発明の鉄粉は、好ましくは150℃~350℃の温度で、ペンタカルボニル鉄の熱分解によって製造される。このようにして得られる粒子は、好ましい球状を有し、したがって球状又はほぼ球状である(使用される別の用語は、spheroliticである)。
好ましい鉄粉は、以下に記載する粒度分布を有する。ここでの粒度分布は、非常に希薄な水性懸濁液中(例えば、Beckmann LS13320を使用する)のレーザー散乱によって決定される。以下に記載される粒径(及び分布)は、任意に、粉砕及び/又は篩い分けによって得ることができる。
ここで、dXXは、粒子の総体積のXX%が記載の値よりも小さいことを意味する。
50値:最大10μm、好ましくは1.6~8μm、特に2.9~7.5μm、極めて特に3.4~5.2μmであり、
10値:好ましくは1~5μm、特に1~3μm、極めて特に1.4~2.7μmであり、
90値:好ましくは3~35μm、特に3~12μm、極めて特に6.4~9.2μmである。
鉄粉は、好ましくは97~99.8g/100g、好ましくは97.5~99.6g/100gの鉄含有量を有する。他の金属の含有量は、好ましくは1000ppm未満、特に100ppm未満、極めて特に10ppm未満である。
Fe含有量は、通常、赤外分光法で決定される。
C含有量は、好ましくは0.01~1.2g/100g、好ましくは0.05~1.1g/100g、特に0.4~1.1g/100gである。好ましい鉄粉中のこのC含有量は、熱分解プロセスの後に水素を用いて還元しない粉末のC含有量に対応する。
炭素含有量は、通常、ASTM E1019に基づく方法により、試料を酸素の流れの中で燃焼させ、その後、IRを用いて、生じたCOガスを検出する(Juwe社のLeco CS230又はCS-mat 6250によって)ことによって決定される。
窒素含有量は、好ましくは最大1.5g/100g、好ましくは0.01~1.2g/100gである。
酸素含有量は、好ましくは最大1.3g/100g、好ましくは0.3~0.65g/100gである。
N及びOは、グラファイト炉で約2100℃に試料を加熱することによって決定される。ここで、試料から得られた酸素はCOに変換され、IR検出器によって測定される。反応条件下でN含有化合物から遊離したNは、キャリアガスとともに排出され、TCD(熱伝導度検出器)により検出及び記録される(いずれもASTM E1019に基づく方法)。
タップ密度は、好ましくは2.5~5g/cm、特に2.7~4.4g/cmである。これは一般に、例えば粉末を容器に入れ、振動により圧縮したときの密度を意味する。さらに好ましい鉄粉は、リン酸鉄、亜リン酸鉄、又はSiOで表面コーティングされたものであり得る。
DIN ISO 9277によるBET表面積は、好ましくは0.1~10m/g、特に0.1~5m/g、好ましくは0.2~1m/g、特に0.4~1m/gの範囲である。
鉄粒子の特に良好な分散を達成するために、ポリマーを含むマスターバッチを使用してもよい。この目的に適したポリマーは、ポリオレフィン、ポリエステル、又はポリアミドであり、ここではマスターバッチポリマーが成分Aと同じであることが好ましい。ポリマー中の鉄の質量割合は、一般に15~80質量%であり、好ましくは20~40質量%である。
本発明による成形組成物に成分Dが使用される場合、エラストマーポリマーは成分Dと異なる。したがって、組成物が成分Dを含有する場合、成分Fのポリマー、特にエラストマーポリマーは、成分Dのポリマーとは異なるものである。
同様に、成分Fのポリマーは、成分Bのポリマーとは異なる。
他の従来の添加剤Fの例は、25質量%以下の量、好ましくは20質量%以下の量の、エラストマーポリマー(しばしば、衝撃改良剤、エラストマー、又はゴムとも呼ばれる)である。
これらは、非常に一般的には、好ましくは少なくとも2種の以下のモノマーから構成されるコポリマーである:エチレン、プロピレン、ブタジエン、イソブテン、イソプレン、クロロプレン、ビニルアセテート、スチレン、アクリロニトリル、及びアルコール成分中に1~18個の炭素原子を有するアクリレート及び/又はメタクリレート。
このタイプのポリマーは、例えば、Houben-Weyl,Methoden der organischen Chemie,vol.14/1(Georg-Thieme-Verlag,Stuttgart,Germany,1961),392~406頁、及びC.B.Bucknallによるモノグラフ,Toughened Plastics(Applied Science Publishers,London,UK,1977)に記載されている。
一部の好ましいタイプのこのようなエラストマーは以下に記載されている。
好ましいタイプのこのようなエラストマーは、エチレン-プロピレン(EPM)ゴム及びエチレン-プロピレン-ジエン(EPDM)ゴムとして知られているものである。
EPMゴムは一般に残留の二重結合を実質的に有さないが、EPDMゴムは100個の炭素原子当たり1~20個の二重結合を有してもよい。
EPDMゴムのためのジエンモノマーの例としては、共役ジエン、例えばイソプレン及びブタジエン、5~25個の炭素原子を有する非共役ジエン、例えば1,4-ペンタジエン、1,4-ヘキサジエン、1,5-ヘキサジエン、2,5-ジメチル-1,5-ヘキサジエン及び1,4-オクタジエン、環状ジエン、例えばシクロペンタジエン、シクロヘキサジエン、シクロオクタジエン及びジシクロペンタジエン、及びまたアルケニルノルボルネン、例えば5-エチリデン-2-ノルボルネン、5-ブチリデン-2-ノルボルネン、2-メタリル-5-ノルボルネン及び2-イソプロペニル-5-ノルボルネン、及び三環式ジエン、例えば3-メチルトリシクロ[5.2.1.02,6]-3,8-デカジエン、及びこれらの混合物が挙げられる。1,5-ヘキサジエン、5-エチリデンノルボルネン及びジシクロペンタジエンが好ましい。EPDMゴムのジエン含有量は、ゴムの総質量に基づいて、好ましくは0.5~50質量%、特に1~8質量%である。
EPMゴム及びEPDMゴムは、好ましくは、反応性カルボン酸又はこれらの誘導体でグラフトされてもよい。これらの例としては、アクリル酸、メタクリル酸、及びその誘導体、例えばグリシジル(メタ)アクリレート、及び無水マレイン酸が挙げられる。
エチレンとアクリル酸及び/又はメタクリル酸及び/又はこれらの酸のエステルとのコポリマーは、好ましいゴムの別の群である。ゴムはまた、ジカルボン酸、例えばマレイン酸及びフマル酸、又はこれらの酸の誘導体、例えばエステル及び無水物、及び/又はエポキシ基を含むモノマーを含んでもよい。これらのジカルボン酸誘導体又はエポキシ基を含むモノマーは、好ましくはジカルボン酸基及び/又はエポキシ基を含み、一般式I又はII又はIII又はIVを有するモノマーをモノマー混合物に添加することによってゴムに組み込まれる
Figure 2023519811000005
(式中、R~Rは、水素又は1~6個の炭素原子を有するアルキル基であり、mは0~20の整数であり、gは0~10の整数であり、pは0~5の整数である)。
好ましくは、ラジカルR~Rは水素であり、mは0又は1であり、gは1である。対応する化合物は、マレイン酸、フマル酸、無水マレイン酸、アリルグリシジルエーテル及びビニルグリシジルエーテルである。
式I、II及びIVの好ましい化合物は、マレイン酸、無水マレイン酸、及びエポキシ基を含む(メタ)アクリレート、例えばグリシジルアクリレート及びグリシジルメタクリレート、及び3級アルコールとのエステル、例えばtert-ブチルアクリレートである。後者は遊離のカルボキシ基を持たないが、その挙動は遊離酸と近似しているので、潜在的なカルボキシ基を有するモノマーと呼ばれる。
コポリマーは、有利には、50~98質量%のエチレン、0.1~20質量%のエポキシ基を含むモノマー及び/又はメタクリル酸及び/又は無水物基を含むモノマー、残りの(メタ)アクリレートから構成されている。
特に好ましいのは、以下の成分から構成されるコポリマーである:
- 50~98質量%、特に55~95質量%のエチレン、
- 0.1~40質量%、特に0.3~20質量%の、グリシジルアクリレート及び/又はグリシジルメタクリレート、(メタ)アクリル酸及び/又は無水マレイン酸、及び
- 1~45質量%、特に5~40質量%の、n-ブチルクリレート及び/又は2-エチルヘキシルアクリレート。
他の好ましい(メタ)アクリレートは、メチル、エチル、プロピル、イソブチル及びtert-ブチルエステルである。
これらと一緒に使用されるコモノマーは、ビニルエステル及びビニルエーテルである。
上記のエチレンコポリマーは、それ自体既知のプロセスによって、好ましくは高圧及び高温でのランダム共重合によって調製することができる。適切なプロセスは周知である。
他の好ましいエラストマーはエマルジョンポリマーであり、その調製が例えばBlackleyによるモノグラフ「Emulsion Polymerization」に記載されている。使用することができる乳化剤及び触媒はそれ自体既知である。
原則として、均一に構造化されたエラストマー又はシェル構造を有するエラストマーを使用することが可能である。シェル型構造は、個々のモノマーの添加順序によって決定される。ポリマーの形態も、この添加順序によって影響を受ける。
例えば、エラストマーのゴム画分を調製するために、ここでは単に例として挙げられるモノマーは、アクリレート、例えばn-ブチルアクリレート及び2-エチルヘキシルアクリレート、対応するメタクリレート、ブタジエン及びイソプレン、及びこれらの混合物である。これらのモノマーは、他のモノマー、例えばスチレン、アクリロニトリル、ビニルエーテルと、及び他のアクリレート又はメタクリレート、例えばメチルメタクリレート、メチルアクリレート、エチルアクリレート又はプロピルアクリレートと共重合されてもよい。
エラストマーの軟質相又はゴム相(ガラス転移温度が0℃未満)は、コア、外被(outer envelope)又は中間シェル(その構造が2つを超えるシェルを有するエラストマーの場合)であってもよい。また、2つ以上のシェルを有するエラストマーは、ゴム相から構成されるシェルを2つ以上有してもよい。
エラストマーの構造中に、ゴム相の他に1つ以上の硬質要素(ガラス転移温度が20℃超)が含まれる場合、これらは一般に、主モノマー(principal monomers)として、スチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、α-メチルスチレン、p-メチルスチレン、又はアクリレート又はメタクリレート、例えばメチルアクリレート、エチルアクリレート又はメチルメタクリレートを重合することによって調製される。これらに加えて、比較的少量の割合の他のコモノマーを使用することも可能である。
場合によっては、表面に反応性基を有するエマルジョンポリマーを使用することが有利であることが証明されている。このタイプの基の例としては、エポキシ基、カルボキシ基、潜在化(latent)カルボキシ基、アミノ基及びアミド基、及び下記の一般式のモノマーを併用することによって導入できる官能基が挙げられる
Figure 2023519811000006
(式中、置換基を以下のように定義することができる:
10は、水素又はC~C-アルキル基であり、
11は、水素、C~C-アルキル基又はアリール基、特にフェニルであり、
12は、水素、C~C10-アルキル基、C~C12-アリール基、又は-OR13であり、
13は、Oを含む基又はNを含む基による置換基を任意に有することができる、C~C-アルキル基又はC~C12-アリール基であり、
Xは、化学結合、C~C10-アルキレン基、又はC~C12-アリーレン基、又は
Figure 2023519811000007
であり、
Yは、O-Z又はNH-Zであり、
Zは、C~C10-アルキレン基又はC~C12-アリーレン基である)。
EP-A 208 187に記載されているグラフトモノマーも、表面に反応性基を導入するのに適している。
他の例としては、アクリルアミド、メタクリルアミド、及び置換アクリレート又はメタクリレート、例えば(N-tert-ブチルアミノ)エチルメタクリレート、(N,N-ジメチルアミノ)エチルアクリレート、(N,N-ジメチルアミノ)メチルアクリレート及び(N,N-ジエチルアミノ)エチルアクリレートが挙げられる。
また、ゴム相の粒子は、架橋されていてもよい。架橋性モノマーの例としては、1,3-ブタジエン、ジビニルベンゼン、ジアリルフタレート及びジヒドロジシクロペンタジエニルアクリレート、及びEP-A 50 265に記載されている化合物が挙げられる。
また、グラフト結合モノマーとして知られているモノマー、すなわち重合中に異なる速度で反応する2つ以上の重合性二重結合を有するモノマーを使用することも可能である。少なくとも1つの反応性基が他のモノマーとほぼ同じ速度で重合し、他の反応性基(又は複数の反応性基)が、例えば、著しくゆっくりと重合する、このタイプの化合物の使用が好ましい。異なる重合速度により、ゴム中の不飽和二重結合の割合が一定になる。その後、このタイプのゴムに別の相をグラフトした場合、ゴム中に存在する二重結合の少なくとも一部はグラフトモノマーと反応して化学結合を形成し、すなわちグラフトされた相はグラフトベースに少なくともある程度の化学結合を有することになる。
このタイプのグラフト結合モノマーの例としては、アリル基を含むモノマー、特にエチレン性不飽和カルボン酸のアリルエステル、例えばアリルアクリレート、アリルメタクリレート、ジアリルマレート、ジアリルフマレート及びジアリルイタコネート、及びこれらのジカルボン酸の対応するモノアリル化合物が挙げられる。これらに加えて、多種多様な他の好適なグラフト結合モノマーは存在する。さらなる詳細については、ここで、例えば、米国特許第4 148 846号を参照することができる。
耐衝撃性改良ポリマー中のこれらの架橋性モノマーの割合は、耐衝撃性改良ポリマーに基づいて、一般に5質量%以下、好ましくは3質量%以下である。
一部の好ましいエマルジョンポリマーを以下に挙げる。ここでまず、コア及び少なくとも1つの外殻を有し、以下の構造を有するグラフトポリマーについて言及することができる。
Figure 2023519811000008
複数のシェルを有する構造のグラフトポリマーの代わりに、1,3-ブタジエン、イソプレン及びn-ブチルアクリレート、又はこれらのコポリマーから構成される均質な、すなわち単一シェルのエラストマーを使用することも可能である。これらの製品も、架橋性モノマー又は反応性基を有するモノマーを併用することにより調製することができる。
好ましいエマルジョンポリマーの例としては、n-ブチルアクリレート-(メタ)アクリル酸コポリマー、n-ブチルアクリレート/グリシジルアクリレート又はn-ブチルアクリレート/グリシジルメタアクリレートコポリマー、n-ブチルアクリレートから構成され、又はブタジエンをベースとするインナーコア、及び上記のコポリマーから構成される外被を有するグラフトポリマー、及びエチレンと反応性基を供給するコモノマーとのコポリマーが挙げられる。
記載されたエラストマーは、他の従来のプロセス、例えば懸濁重合によって調製することもできる。
DE-A 37 25 576、EP-A 235 690、DE-A 38 00 603及びEP-A 319 290に記載されているように、シリコーンゴムも好ましい。
もちろん、上記で挙げたタイプのゴムの混合物を使用することも可能である。
挙げることができるUV安定剤は、その使用量が成形組成物に基づいて一般に2質量%以下であり、様々な置換レゾルシノール、サリシレート、ベンゾトリアゾール、及びベンゾフェノンである。
着色剤として添加することができる材料は、無機顔料、例えば二酸化チタン、ウルトラマリンブルー、酸化鉄及びカーボンブラック、及びまた有機顔料、例えばフタロシアニン、キナクリドン、ペリレン、及びまた染料、例えばアントラキノンである。
核剤として使用することができる材料は、ナトリウムフェニルホスフィネート、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、及びまた好ましくはタルクである。
熱可塑性成形組成物は、成分Fとして、難燃剤をさらに含有することができる。
成分Fとして、熱可塑性成形材料は、1.0~10.0質量%、好ましくは2.0~6.0質量%、特に3.0~5.0質量%の、一般式(IX)又は(X)の少なくとも1種のホスファゼンを難燃剤として含むことができる。
成分Fの最小量は、少なくとも1.0質量%、好ましくは2.0質量%、特に3.0質量%である。
成分Fの最大量は、10.0質量%、好ましくは6.0質量%、特に好ましくは5.0質量%である。
「ホスファゼン」とは、一般式(IX)の環状ホスファゼン、
Figure 2023519811000009
(式中、mは3~25の整数であり、R及びR4’は、同一又は異なり、C~C20-アルキル-、C~C30-アリール-、C~C30-アリールアルキル-又はC~C30-アルキル-置換アリールを表す)、又は一般式(X)の直鎖ホスファゼン、
Figure 2023519811000010
(式中、nは3~1000を表し、Xは-N=P(OPh)又は-N=P(O)OPhを表し、Yは-P(OPh)又は-P(O)(OPh)を表す)
を意味すると理解される。
このようなホスファゼンの製造は、EP-A 0 945 478に記載されている。
特に好ましいのは、式(XI)の式P36の環状フェノキシホスファゼン、又は式(XII)の直鎖フェノキシホスファゼンである。
Figure 2023519811000011
フェニルラジカルは、任意に置換されてもよい。本願の文脈におけるホスファゼンは、Mark,J.E.,Allcock,H.R.,West,R.,無機ポリマー,Prentice Hall,1992年,61~141頁に記載されている。
成分Fとして好ましく使用されるものは、少なくとも3つのフェノキシホスファゼン単位を有する環状フェノキシホスファゼンである。対応するフェノキシホスファゼンは、例えばUS 2010/0261818の段落[0051]~[0053]に記載されている。特にその中の式(I)を参照することができる。対応する環状フェノキシホスファゼンは、さらにEP-A-2 100 919に、特にその中の段落[0034]~[0038]に記載されている。製造は、EP-A-2 100 919の特に段落[0041]に記載されているように実施することができる。本発明の一実施態様において、環状フェノキシホスファゼン中のフェニル基は、C1~4-アルキルラジカルに置換されてもよい。純粋なフェニルラジカルが関係する場合に好ましい。
環状ホスファゼンの更なる説明については、Roempp Chemie Lexikon,第9版のキーワード「ホスファゼン」を参照することができる。製造は、例えば、PCl及びNHClから
得ることができるシクロホスファゼンを介して行われ、ここで、シクロホスファゼン中の塩素基は、フェノールとの反応によりフェノキシ基に置き換えている。
環状フェノキシホスファゼン化合物は、例えば、Allcock,H.R.,リン-窒素化合物(Academic Press,1972)、及びMark,J.E.,Allcock,H.R.,West,R.,無機ポリマー(Prentice Hall,1992年)に記載されいるように製造することができる。
好ましくは、成分Fは、3つ及び4つのフェノキシホスファゼン単位を有する環状フェノキシホスファゼンの混合物である。3つのフェノキシホスファゼン単位を含む環と4つのフェノキシホスファゼン単位を含む環との質量比は、好ましくは約80:20である。フェノキシホスファゼン単位のより大きな環は、同様に存在してもよいが、より少量である。好適な環状フェノキシホスファゼンは、株式会社伏見製薬所から、ラビトル(登録商標)FP-100の商品名で入手できる。これは、110℃の融点、13.4%のリン含有量、及び6.0%の窒素含有量を有するつや消しの白/黄色固体である。3つのフェノキシホスファゼン単位を含む環の割合は、少なくとも80.0質量%である。
熱可塑性成形材料は、好ましくは、難燃剤として、1.0~6.0質量%、好ましくは2.5~5.5質量%、特に3.0~5.0質量%の、少なくとも1種のリン酸又はポリリン酸の脂肪族又は芳香族エステルを含む。
このため、特に70℃~150℃の融点を有する固体の非移行性リン酸エステルが好ましい。このことは、製品が計量しやすく、成形材料中で著しく少ない移行を示すという結果をもたらす。特に好ましい例は、大八化学工業株式会社から市販されているリン酸エステルPX-200(CAS:139189-30-3)、又はICL-IPから市販されているSol-DPである。フェニル基の適切な置換を有するさらなるリン酸エステルは、これが好ましい溶融範囲を達成することを可能にする場合に考えられる。芳香環上のオルト位又はパラ位の置換パターンに応じて、一般的な構造式は以下の通りである、
Figure 2023519811000012
(式中、Rは、H、メチル、エチル又はイソプロピル、好ましくはHであり、
nは、0~7、好ましくは0であり、
2~6は、H、メチル、エチル又はイソプロピル、好ましくはメチルであり、好ましくは、RはR及びRと同じであり、
mは、同一でもよいが、同一である必要はなく、1、2、3、4、及び5、好ましくは2であり、
R’’は、H、メチル、エチル又はシクロプロピル、好ましくはメチル及びHである)。
具体例としてPX-200が挙げられる。
Figure 2023519811000013
少なくとも1種のポリリン酸の芳香族エステルを使用することが特に好ましい。このような芳香族ポリホスフェートは、例えば大八化学工業株式会社からPX-200の商品名で入手することができる。
成分Fとして、本発明による熱可塑性成形材料は、5.0~30.0質量%、好ましくは10.0~25.0質量%、特に12.0~20.0質量%、例えば約16.0質量%の、以下で難燃剤として記載される少なくとも1種の金属ホスフィネート又はホスフィン酸塩を含むことができる。
成分Dの最小量は、5.0質量%、好ましくは10.0質量%、特に12.0質量%である。
成分Fの最大量は、30.0質量%、好ましくは25.0質量%、特に好ましくは20.0質量%である。
成分Fの好ましい難燃剤の例としては、次亜リン酸に由来するホ金属ホスフィネートが挙げられる。例えば、金属としてMg、Ca、Al又はZnを有する次亜リン酸の金属塩を使用することができる。ここでは、次亜リン酸アルミニウムが特に好ましい。
式(I)のホスフィン酸塩又は/及び式(II)のジホスフィン酸塩、又はそれらのポリマーも好適である、
Figure 2023519811000014
(式中、R、Rは、同一又は異なり、水素、C~C-アルキル、直鎖又は分岐状の、及び/又はアリールを表し、
は、C~C10-アルキレン、直鎖又は分岐状の、C~C10-アリーレン、-アルキルアリーレン又は-アリールアルキレンを表し、
Mは、Mg、Ca、Al、Sb、Sn、Ge、Ti、Zn、Fe、Zr、Ce、Bi、Sr、Mn、Li、Na、K、及び/又はプロトン化窒素塩基を表し、
mは1~4であり、nは1~4であり、xは1~4であり、好ましくは、mは3であり、xは3である)。
好ましくは、R、Rは、同一又は異なり、水素、メチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、n-ブチル、tert.-ブチル、n-ペンチル及び/又はフェニルを表す。
好ましくは、Rは、メチレン、エチレン、n-プロピレン、イソプロピレン、n-ブチレン、tert-ブチレン、n-ペンチレン、n-オクチレン又はn-ドデシレン、フェニレン又はナフチレン;メチルフェニレン、エチルフェニレン、tert-ブチルフェニレン、メチルナフチレン、エチルナフチレン又はtert-ブチルナフチレン;フェニルメチレン、フェニルエチレン、フェニルプロピレン又はフェニルブチレンを表す。
特に好ましくは、R、Rは水素、メチル、エチルであり、MはAlであり、次亜リン酸Alが特に好ましい。
ホスフィネートの製造は、好ましくは、水溶液からの対応する金属塩の沈殿によって行われる。しかしながら、ホスフィネートは、担持材料として好適な無機金属酸化物又は硫化物(白色顔料、例えばTiO、SnO、ZnO、ZnS、SiO)の存在下で沈殿させることもできる。したがって、これにより、熱可塑性ポリエステルのレーザーマーク難燃剤として使用できる表面修飾顔料が得られる。
次亜リン酸と比較して、1個又は2個の水素原子がフェニル、メチル、エチル、プロピル、イソブチル、イソオクチルに置き換えられているか、又はラジカルR’-CH-OHがR’-水素、フェニル、トリルに置き換えられている置換されたホスフィン酸の金属塩を使用する場合が好ましい。金属は、好ましくはMg、Ca、Al、Zn、Ti、Feである。ジエチルホスフィン酸アルミニウム(DEPAL)が特に好ましい。
ホスフィン酸塩又はジホスフィン酸塩の説明については、DE-A 199 60 671、並びにDE-A 44 30 932及びDE-A 199 33 901を参照することができる。
さらなる難燃剤は、例えば、ハロゲン含有難燃剤である。
好適なハロゲン含有難燃剤は、好ましくは臭素化化合物、例えば臭素化ジフェニルエーテル、臭素化トリメチルフェニルインダン(DSB社のFR 1808)テトラブロモビスフェノールA及びヘキサブロモシクロドデカンである。
好適な難燃剤は、好ましくは臭素化化合物、例えば下記構造式を有する臭素化オリゴカーボネート(Great Lakes社のBC 52又はBC 58)である。
Figure 2023519811000015
特に好適なのは、下記式を有するポリペンタブロモベンジルアクリレート(例えば、ICL-IPからのFR 1025)であり、ここで、nは4を超える。
Figure 2023519811000016
好ましい臭素化化合物は、さらに、下記式を有する、テトラブロモビスフェノールAとエポキシドとのオリゴマー反応生成物(n>3)(例えば、DSB社のFR 2300及び2400)を含む。
Figure 2023519811000017
難燃剤として好ましく使用される臭素化オリゴスチレンは、トルエン中で蒸気圧浸透法により測定した、3~90、好ましくは5~60の平均重合度(数平均)を有する。環状オリゴマーも同様に好適である。本発明の好ましい実施態様において、臭素化オリゴマースチレン類、以下に示す式Iを有する、
Figure 2023519811000018
(式中、Rは水素又は脂肪族ラジカル、特にアルキルラジカル、例えばCH又はCを表し、nは繰り返し鎖構築ブロックの数を表し、Rは、H、又は臭素、又は通常の遊離ラジカル形成剤の断片であってもよい)。
値nは、1~88、好ましくは3~58であってもよい。臭素化オリゴスチレンは、40.0~80.0質量%、好ましくは55.0~70.0質量%の臭素を含む。ポリジブロモスチレンを主成分とする製品が好ましい。この物質は、分解することなく溶融可能であり、例えばテトラヒドロフランに可溶である。前記物質は、例えばスチレンの熱重合(DT-OS 25 37 385従って)により得られるような、スチレンオリゴマーの環臭素化(任意に脂肪族水素化)により、又は好適な臭素化スチレンのフリーラジカルオリゴマー化により製造することができる。難燃剤の製造はまた、スチレンのイオン性オリゴマー化及びその後の臭素化によって行われてもよい。ポリアミドに難燃性を付与するために必要な臭素化オリゴスチレンの量は、臭素の含有量に依存する。本発明による成形材料中の臭素含有量は、2.0~30.0質量%、好ましくは5.0~12.0質量%である。
本発明による臭素化ポリスチレンは、典型的に、EP-A 047 549に記載されているプロセスによって得られる。
Figure 2023519811000019
このプロセスによって得ることができる臭素化ポリスチレン、及び市販されている臭素化ポリスチレンは、主に環置換三臭化生成物である。n’(III参照)は、一般に42500~235000、好ましくは130000~135000の分子量に相当する、125~1500の値を有する。
臭素含有量(環置換臭素の含有量に基づく)は、一般に少なくとも50.0質量%、好ましくは少なくとも60.0質量%、特に65.0質量%である。
市販の粉末状製品は、一般に160℃~200℃のガラス転移温度を有し、例えばAlbemarle社からSAYTEX(登録商標)HP-7010の商品名、及びFerro CorporationからPyrocheck(登録商標)PB 68の商品名で購入できる。
臭素化オリゴスチレンと臭素化ポリスチレンとの混合物も、本発明による成形材料に使用することができ、その混合比は自由に選択することができる。
また、塩素含有難燃剤も好適であり、OxyChem社のDeclorane Plus(登録商標)が好ましい。
好ましくは、好適なハロゲン含有難燃剤は、環臭素化ポリスチレン、臭素化ポリベンジルアクリレート、臭素化ビスフェノールAエポキシドオリゴマー又は臭素化ビスフェノールAポリカーボネートである。
本発明の一実施態様において、本発明による熱可塑性成形材料には、ハロゲン含有難燃剤は使用されていない。
本発明の文脈において成分Fとして好適な難燃性メラミン化合物は、ガラス繊維充填ポリアミド成形材料に添加すると、燃焼性を低下させ、火災挙動に難燃的に影響し、その結果、UL 94試験及びグローワイヤー試験において特性が向上されるメラミン化合物である。
メラミン化合物は、例えば、メラミンボレート、メラミンホスフェート、メラミンスルフェート、メラミンピロホスフェート、メラム、メレム、メロン又はメラミンシアヌレート、又はこれらの混合物から選択される。
本発明に従って優先的に好適なメラミンシアヌレートは、好ましくは等モル量のメラミン(式I)とシアヌル酸/イソシアヌル酸(式Ia及びIb)との反応生成物である。
Figure 2023519811000020
例えば、それは出発化合物の水溶液を90℃~100℃で反応させることにより得られる。市販の製品は、1.5~7μmの平均粒径d50及び50μm未満のd99値を有する白色粉末である。
さらに好適な化合物(しばしば、塩又は付加物としても記載される)は、メラミンスルフェート、メラミン、メラミンボレート、オキサレート、ホスフェートprim.、ホスフェートsec.及びピロホスフェートsec.、メラミンネオペンチルグリコールボレートである。本発明によれば、成形材料は、好ましくは、ポリマーメラミンホスフェート(CAS番号56386-64-2又は218768-84-4)を含まない。
これは、20~200の平均縮合度数n、及び1モルのリン原子当たり1.1~2.0モルの、メラミン、メラム、メレム、メロン、アンメリン、アンメリド、2-ウレイドメラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン及びジアミノフェニルトリアジンからなる群から選択される1,3,5-トリアジン化合物の1,3,5-トリアジン含有量を有する1,3,5-トリアジン化合物のポリリン酸メラミン塩を意味すると理解される。好ましくは、このような塩のn値は一般に40~150であり、1モルのリン原子当たりの1,3,5-トリアジン化合物の比は、好ましくは1.2~1.8である。さらに、EP-B1 095 030に従って製造される塩の10質量%の水性スラリーのpHは、一般に4.5を超え、好ましくは少なくとも5.0である。pHは、典型的には、25℃で25gの塩及び225gの浄水を300mlのビーカーに添加し、得られた水性スラリーを30分間撹拌し、その後pHを測定することにより決定される。なお、上述のn値、すなわち数平均縮合度は、31P固体NMRにより決定することができる。J.R.van Wazer,C.F.Callis,J.Shoolery及びR.Jones,J.Am.Chem.Soc.,78,5715,1956は、隣接するホスフェート基の数によって、オルトホスフェート、ピロホスフェート、ポリホスフェートを明確に区別できる独特の化学シフトを与えることを開示している。
好適なグアニジン塩は以下のものである:
gカーボネート(CAS番号:593-85-1)、
gシアヌレートprim.(CAS番号:70285-19-7)、
gホスフェートprim.(CAS番号:5423-22-3)、
gホスフェートsec.(CAS番号:5423-23-4)、
gスルフェートprim.(CAS番号:646-34-4)、
gスルフェートsec.(CAS番号:594-14-9)、
グアニジンペンタエリスリトールボレート(CAS番号なし)、
グアニジンネオペンチルグリコールボレート(CAS番号なし)、及び
ウレアホスフェートグリーン(CAS番号:4861-19-2)、
ウレアシアヌレート(CAS番号:57517-11-0)、
アンメリン(CAS番号:645-92-1)、
アンメリド(CAS番号:645-93-2)、
メレム(CAS番号:1502-47-2)、
メロン(CAS番号:32518-77-7)。
本発明の文脈において、「化合物」は、例えばベンゾグアナミン自体及びその付加物/塩だけでなく、窒素置換誘導体及びその付加物/塩も意味するものと理解される。
また、アンモニウムポリホスフェート(NHPO(式中、nは約200~1000、好ましくは600~800である)、及び式IVのトリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレート(THEIC)、
Figure 2023519811000021
又は任意に互いに混合して存在してもよい芳香族カルボン酸Ar(COOH)(式中、Arは単環式、二環式又は三環式芳香族六員環システムを表し、mは2、3又は4である)とそれの反応生成物も好適である。
好適なカルボン酸の例には、フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3,5-ベンゼントリカルボン酸、1,2,4-ベンゼントリカルボン酸、ピロメリット酸、メロファン酸、プレニト酸、1-ナフトエ酸、2-ナフトエ酸、ナフタレンジカルボン酸及びアントラセンカルボン酸が含まれる。
製造は、EP-A 584 567のプロセスに従って、トリス(ヒドロキシエチル)イソシアヌレートと酸、そのアルキルエステル又はそのハロゲン化物との反応によって行われる。
このような反応生成物は、架橋されていてもよい、モノマーエステル及びオリゴマーエステルの混合物である。オリゴマー化度は、典型的に2~約100、好ましくは2~20である。THEIC及び/又はその反応生成物と、リン含有窒素化合物、特に(NHPO又はメラミンピロホスフェート又はポリマーメラミンホスフェートとの混合物を使用することが好ましい。例えば、(NHPOとTHEICとの混合比は、90.0~50.0:10.0~50.0、特に80.0~50.0:50.0~20.0であり、質量%はそのような化合物の混合物に基づくものである。
また、好適な難燃剤は、式Vのベンゾグアニジン化合物である、
Figure 2023519811000022
(式中、R、R’は、1~10個の炭素原子を有する直鎖又は分岐状アルキルラジカル、好ましくは水素、特にリン酸、ホウ酸及び/又はピロリン酸との付加物を表す)。
式VIのアラントイン化合物、
Figure 2023519811000023
(式中、R、R’は、式Vで定義した通りである)、及びまたそれとリン酸、ホウ酸及び/又はピロリン酸との塩、及びまた式VIIのグリコールウリル、又はそれと上記の酸との塩が好ましい、
Figure 2023519811000024
(式中、Rは、式Vで定義した通りである)。
好適な製品は、市販されているか、又はDE-A 196 14 424により得ることができる。
本発明に従って使用可能なシアノグアニジン(式VIII)は、例えば、カルシウムシアナミドを炭酸と反応させることにより得られ、生成したシアナミドはpH9からpH10で二量化して、シアノグアニジンを得る。
Figure 2023519811000025
市販の製品は、209℃~211℃の融点を有する白色粉末である。
メラミンシアヌレート(例えば、BASF SE社のMelapur(登録商標)MC25)を使用することが特に好ましい。
さらに、三酸化アンチモン、五酸化アンチモン、アンチモン酸ナトリウム及び類似の金属酸化物などの別個の金属酸化物を使用することも可能である。しかしながら、このような金属酸化物は、成分F中に既に存在するので、それらの使用を避けることが好ましい。ペンタブロモベンジルアクリレート及び三酸化アンチモン又は五酸化アンチモンの説明については、EP-A 0 624 626を参照することができる。
リン、例えば赤リンを難燃剤として使用することも可能である。赤リンは、例えばマスターバッチの形態で使用することができる。
下記式のジカルボン酸も考えられる、
Figure 2023519811000026
(式中、R~Rは、互いに独立して、ハロゲン又は水素を表し、但し、少なくとも1つのラジカルR~Rはハロゲンを表し、
xは、1~3、好ましくは1、2であり、
mは、1~9、好ましくは、1~3、6、9、特に1~3であり、
nは2~3であり、
Mは、アルカリ土類金属、Ni、Ce、Fe、In、Ga、Al、Pb、Y、Zn、Hgである)。
好ましいジカルボン酸塩は、ラジカルR~Rが互いに独立してCl又は臭素又は水素であるもの、特に好ましくは全てのラジカルR~RがCl又は/及びBrであるものを含む。
金属Mとしては、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Zn、Feが好ましい。
このようなジカルボン酸塩は、市販されているか、又はUS 3,354,191に記載のプロセスに従って製造することができる。
また、成分Fとして、官能性ポリマーも使用可能である。これらは、例えば、難燃性ポリマーであってもよい。このようなポリマーは、例えばUS 8,314,202に記載されており、1,2-ビス[4-(2-ヒドロキシエトキシ)フェニル]エタノン繰り返し単位を含む。炭素残基の量を増加させるためのさらに好適な官能性ポリマーは、ポリ(2,6-ジメチル-1,4-フェニレンオキシド)(PPPO)である。
本発明の熱可塑性成形組成物は、それ自体既知のプロセスにより、出発成分を従来の混合装置、例えばスクリュー式押出機、ブラベンダーミキサー、又はバンバリーミキサーで混合し、その後これを押し出すことにより製造することができる。押出成形後、押出成形物を冷却し、ペレット化することができる。また、個々の成分を予備混合し、その後、残りの出発材料を個別に及び/又は同様に混合物の形態で添加することも可能である。混合温度は、一般に230~320℃である。
これらの材料は、任意のタイプの繊維、ホイル、及び成形品の製造に適している。一部の例としては以下が挙げられる:シリンダーヘッドカバー、オートバイのカバー、インテークマニホールド、インタークーラー(給気冷却器)のキャップ、プラグコネクター、ギアホイール、冷却ファンホイール、及び冷却水タンク。
電気及び電子分野では、改良型流動ポリアミド(improved-flow polyamides)は、プラグ、プラグ部品、プラグコネクタ、メンブレンスイッチ、プリント回路基板モジュール、マイクロエレクトロニクス部品、コイル、I/Oプラグコネクタ、プリント回路基板(PCB)用プラグ、フレキシブルプリント回路(FPC)用プラグ、フレキシブル集積回路(FFC)用プラグ、高速プラグ接続部、端子台、コネクタプラグ、デバイスコネクタ、ケーブルハーネス部品、回路マウント、回路マウント部品、三次元射出成形回路マウント、電気接続素子、及びメカトロニクス部品を製造することに使用することができる。
自動車内装における可能な使用は、ダッシュボード、ステアリングコラムスイッチ、シート部品、ヘッドレスト、センターコンソール、ギアボックス部品、及びドアモジュールであり、自動車外装における可能な使用は、ドアハンドル、エクステリアミラー部品、フロントワイパー部品、フロントワイパー保護ハウジング、グリル、ルーフレール、サンルーフフレーム、エンジンカバー、シリンダーヘッドカバー、吸気管(特にインテークマニホール)、フロントワイパー、及び車体外装部品である。
成分B、C、及び好ましくはDの組み合わせは、完全にハロゲン化金属を含まないシステムを維持しながら、180℃以上でポリアミドを安定化させる効率的なシステムが得られる。
好ましい実施態様において、熱可塑性成形組成物は、完全にハロゲン化物を含まないので、ハロゲン含有難燃剤も含有しない。
特に、特定の高分子量フェノールベースのラジカル捕捉剤、及び任意に高分子量ポリ酸との組み合わせた高分子量EVOHの組み合わせは、ポリアミドを安定化するための効率的なシステムであることが証明された。この添加剤は、吸湿時又は電気張力下でも表面に出てくることはない。したがって、電気部品の汚染及び腐食を回避することができる。
以下の成分を使用した:
PA1:ISO 307に従って25℃で96質量%濃度の硫酸中の0.5質量%濃度の溶液で測定された150ml/gの粘度数、及び220℃の融点を有するポリアミド-6(BASF SE社のUltramid(登録商標)B27)、
PA2:ISO 307に従って25℃で96質量%濃度の硫酸中の0.5質量%濃度の溶液で測定された150ml/gの粘度数、及び260℃の融点を有するポリアミド-66(BASF SE社のUltramid(登録商標)A27)、
PA3:ISO 307に従って25℃で96質量%濃度の硫酸中の0.5質量%濃度の溶液で測定された150ml/gの粘度数、及び195℃の融点を有するポリアミド66/6(BASF SE社のUltramid(登録商標)C27)、
GF:標準Eガラス繊維、NEG E T249H、
滑剤:Lonza Cologne GmbH社のエチレンビスステアルアミド(EBS)、
安定剤1a:ヨウ化第一銅(CAS:7681-65-4)
安定剤1b:ヨウ化カリウム(CAS:7681-11-0)
安定剤2:20%~50%のエチレン含有量を有するEVOH(エチレンビニルアルコールコポリマー;CAS:25067-34-9)、
安定剤3:BASF SE社のIrganox(登録商標)1010、
安定剤4:BASF SE社のTrilon(登録商標)P、
安定剤5:DPE(ジペンタエリスリトール、CAS:126-58-9)、
安定剤6:鉄粉(CAS:7439-89-6)、
着色剤:Solvent Black 7(CAS:8005-02-5)
顆粒の調製
自然色のポリアミド顆粒を100℃の乾燥炉で湿度が0.1%未満になるように4時間乾燥させた。その後、溶融混練によって成形組成物を調製した。25mmの直径及び36のL/D比を有する二軸押出機で、成分を混合した。ベース樹脂に応じたフラットな温度プロファイルを採用して、加工条件を16kg/h及び260~330℃に設定した。得られた押出物を冷却し、造粒した。
得られた顆粒を、ISO 527-2による射出成形引張り棒(injection-molding tensile bars)又はプラーク、及びISO 179-1によるシャルピースティックに使用した。ベース樹脂に応じた成形温度は、280~330℃の溶融温度、及び80~120℃の鋳型温度であった。本発明の実施例例(INV)及び比較例(COMP)の組成及び機械的データを下記の表1及び表2に示す。
ISO 527に従って、引張弾性率、引張破断応力、及び引張破断歪みを決定した。それぞれISO 179-2/1eU及びISO 179-2/1eAfに従って、シャルピー(ノッチ付き)衝撃強度を決定した。ISO 11357に従って、融点及び結晶化温度を決定した。すべての基準は、2020年に有効なバージョンを参照している。
下記の表に示すように、高温及び空気で、標準的な実験室用オーブンを用いて、熱老化実験を行った。未使用試験片の値と比較して、非熱老化対照試験片の熱老化後の引張強度及び破断伸びの保持率は100%であると見なした。
実施例COMP2は、US 2010/0028580 Aに基づくものである。実施例COMP2について、低分子量添加剤の移行が文献(EP 2 896 656 A1)にて報告されている。実施例COMP1、INV1及びINV2については、試験条件下で移行は観察されなかった。PA6の場合は280℃/80℃、PA66の場合は290℃/80℃のそれぞれの温度で60×60×2mmプラークの射出成形により、添加剤の移行又はブリードアウトをテストした。得られたプラークを、100℃及び大気圧下、オーブンで144時間保存した。移行が起こり、DPEのような低分子量添加剤の場合は、プラークの表面に白い粉が観察された。
所定の条件下で熱老化させた後、煤煙の生成を目視で決定した。より定量的なアプローチとして、60×60×2mm及び60×60×1mm寸法の成形プラークの質量減少を200℃及び1000時間の加速熱老化の前後に天秤で決定した。
Figure 2023519811000027
Figure 2023519811000028
以上の実施例から、安定剤2(成分Bによる多価アルコール)及び安定剤3(成分Cによる立体障害フェノール酸化防止剤)を用いることにより、長時間の熱処理後も引張強度及び破断伸度の高い保持率を示すポリアミド成形組成物を得ることができることが示されている。また、成分Dのポリカルボン酸化合物である安定剤4をさらに使用することにより、ポリアミド成形組成物の耐熱老化性をさらに高めることができる(実施例INV2、INV4及びINV5参照)。

Claims (16)

  1. 熱可塑性成形組成物であって、
    a)成分Aとして、30~99.85質量%の少なくとも1種の熱可塑性ポリアミド、
    b)成分Bとして、0.1~10質量%の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
    c)成分Cとして、0.05~3質量%の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
    d)成分Dとして、0~3質量%の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
    e)成分Eとして、0~50質量%の、少なくとも1種の繊維状及び/又は粒子状フィラー、
    f)成分Fとして、0~25質量%のさらなる添加剤
    を含み、
    成分A~Fの質量%の合計が100質量%である、熱可塑性成形組成物。
  2. 成分Bが、8個超、好ましくは10個超のヒドロキシル基を有する、請求項1に記載の熱可塑性成形組成物。
  3. 成分Bが、3000g/mol超、好ましくは5000g/mol超、より好ましくは10000g/mol超の数平均分子量Mを有する、請求項1又は2に記載の熱可塑性成形組成物。
  4. 成分Bが、10~60モル%のエチレン単位含有量を有するエチレン-ビニルアルコールコポリマーである、請求項1から3のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  5. 成分Cが、500g/mol超、好ましくは1000g/mol超の分子量を有する、請求項1から4のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  6. 成分Dが、500g/mol超、好ましくは1000g/mol超、より好ましくは5000g/mol超の数平均分子量Mを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  7. 成分Cが、少なくとも1つの分岐状C3~12-アルキル基で置換された、少なくとも1個、好ましくは少なくとも2個のフェノール基を有する、請求項1から6のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  8. 成分Dが、0.01~3質量%、好ましくは0.1~2質量%、より好ましくは0.2~0.8質量%の量で存在する、請求項1から7のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  9. 成分Dが、酢酸基又はアセテート基によってN-置換されているポリエチレンイミンに基づくものである、請求項1から8のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  10. 成分Eが、ガラス繊維を含み、10~50質量%、好ましくは15~45質量%、より好ましくは20~40質量%の量で存在する、請求項1から9のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物。
  11. 成分A~Fを混合することにより、請求項1から10のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物を調製する方法。
  12. 任意のタイプの繊維、ホイル及び成形品を製造するために、請求項1から10のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物を使用する方法。
  13. 請求項1から10のいずれか一項に記載の熱可塑性成形組成物で作られた繊維、ホイル又は成形品。
  14. b)成分Bとして、0.1~10質量部の、6個超のヒドロキシル基を有し、かつ2000g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種の多価アルコール、
    c)成分Cとして、0.05~3質量部の少なくとも1種の立体障害フェノール酸化防止剤、
    d)成分Dとして、0~3質量部の、3個超のカルボン酸基及び/又はカルボキシレート基を有し、かつ300g/mol超の数平均分子量Mを有する少なくとも1種のポリカルボン酸化合物、
    を含む、又はそれらからなる混合物。
  15. 成分Dの量が0.01~3質量部である、請求項14に記載の混合物。
  16. 請求項14又は15に記載の混合物を、耐熱老化性を向上するために、ポリアミドを含む熱可塑性成形組成物に使用する方法。
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