JP4624499B2 - 耐衝撃性ポリエステルの射出成形品 - Google Patents
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Description
一般に、ポリエステルの衝撃耐性を改良するには、ポリエステルマトリクスの官能基と反応可能な反応性官能基(アクリル酸、無水マレイン酸等)を有するエラストマー特性を有する耐衝撃性改良剤を分散状態で添加する。この耐衝撃性改良剤の反応性によってエラストマーは微細かつ均質に分散し、ノジュール(節)/マトリクス境界面での優れた密着性が保証されるが、その反面、流動性が著しく悪くなる。粘度がこのように高くなることは処理時、特に大型の射出成型品を精密に成形する際に障害となる。
本出願人は、共重合体の量と共重合体中のエポキシド含有率とを選択することによって、ポリエステル樹脂と少なくとも一種のエチレンと不飽和エポキシドとの共重合体とをベースとした耐衝撃性および流動性に優れた射出成形可能な組成物が得られるということを発見した。
ポリエステルをベースにした耐衝撃性組成物は多くの特許に既に記載されている。
米国特許第4,172,859号には反応性共重合体で変性した耐衝撃性の高いポリエステルが記載されている。このポリエステルのマトリクスは0.01〜3ミクロンの反応性共重合体のノジュール(節)を含み、反応性共重合体自体は部分的にマトリクスに密着しており、そのモジュールは1〜20,000psi(0.007〜138MPa)であり、反応性共重合体のモジュールに対するマトリクスのモジュールの比は10以上である。この反応性共重合体はグリシジルアクリレートを50mol%まで含むことができる。しかし、この方法で変性したポリエステルの粘性については全く記載がない。
米国特許第4,753,890号にはポリエステル、例えばエチレン/アルキル(メタ)アクリレート/グリシジル(メタ)アクリレート共重合体で変性したポリエチレンポリフタレート(PET)およびポリブチレンテレフタレート(PBT)が記載されている。この特許の表1には18%の共重合体を含むPETまたはPBTが示されている。この共重合体は2.25〜8.6重量%のグリシジルメタクリレート(GMA)を含むが適当とされている。粘性に関する記載はない。
米国特許第5,208,292号には、互いに架橋する共重合体を混合することによって変性されたPETおよびPBTが記載されている。この特許には、GMA単位を含む共重合体と無水マレイン酸単位を有する共重合体との混合物を含むPBTが記載されている。すなわち、架橋した混合物をPBTに混和することによって、メルトフローインデックス(MFI)が下がり過ぎないようにすることができる。この特許の比較例1にはMFIが79.3(250℃;5kg)のPBTを80部と、MFIが11(190℃;2.16kg)で、12重量%のGMAを含むエチレン/エチルアクリレート/GMA共重合体を20部とを混合すると、MFIが1.7(250℃;5kg)の変性PBTとなり、射出成形部品を製造できなくなることが示されている。
以上の通り、従来法にはGMAを含む共重合体で変性されたポリマーが開示されているが、変性されたポリエステルの流動性については触れていない。これらの変性ポリエステルの特性テストおよび測定は圧縮成形または射出成形で作った試験片で行われている。しかし、このような小さな寸法および実験室条件下では粘度の重要性はわからない。
精密成形品や大型成形品あるいは複雑な形を有する成形品を工業的規模の生産速度で生産する場合には事情が全く異なることになる。
本発明組成物の利点は衝撃強度と粘度とがバランスしていることにある。
米国特許第5,208,292号では、混合共重合体を架橋結合させ、生成物が含む反応性官能基の量に従って生成物を正確に計量供給しなければならないという犠牲を払って、メルトフローインデックスが低下する問題を部分的に解決している。
本発明の別の利点はポリエステル樹脂に一種類の成分を添加するだけで良く、別の成分を混合する必要がない点にある。さらに別の利点は射出成形装置に本発明のエチレン/不飽和エポキシド共重合体を添加するだけでよい点にある。この添加はクロスヘッド押出機またはポリエステル押出機上のペレット計量ホッパーを介して行うことができるので、予めポリエステル樹脂と耐衝撃性改良剤との混合物を調製しておく必要はない。
本出願人は、重量%(B)×MFI(A+B)/MFI(A)が3以上である組成物が本発明の耐衝撃性射出成型品を製造するのに完全に適していることを発見した。
ここで、MFI(A+B)は変性ポリエステル、つまり(A)と(B)と任意の充填剤、例えばガラス繊維、難燃剤、抗酸化剤等との混合物のメルトフローインデックスを示し、MFI(A)は同じ組成物で、(B)を含まないもののメルトフローインデックスを示す。つまりMFI(A)はポリエステル単独のメルトフローインデックスおよびガラス繊維および任意の難燃剤および抗酸化剤等を充填したポリエステルのメルトフローインデックスを示す。
本発明は、(B)重量%×MFI(A+B)/MFI(A)が3以上のポリエステル(A)およびエチレン/不飽和エポキシド共重合体(B)をベースにしたポリエステル射出成形品に関する:
(ここで
MFI(A+B)は、変性ポリエステルすなわち(A)と(B)との混合物(必要に応じて充填剤を含んでいてもよい)のメルトフローインデックスを表し、
MFI(A)はポリエステル(A)(必要に応じて充填剤を含んでいてもよい)[(B)は含まない]のメルトフローインデックスを表し、
(B)重量%は(A)と(B)の混合物(必要に応じて充填剤を含んでいてもよい)中の(B)の重量比(%)を表す。
”ポリエステル”とはグリコールとジカルボン酸またはその誘導体との飽和縮合物を意味し、好ましくは8〜14個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸と、ネオペンチルグリコール、シクロヘキサンジメタノールおよび一般式ス:HO(CH2)nOHの芳香族グリコール(ここで、nは2〜10の整数)から成る群の中から選択される少なくとも一種のグリコールとの縮合物であるのが好ましい。芳香族ジカルボン酸をの50モル%以下を少なくとも一種の別の8〜14個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸に代えることができ、および/またはその20モル%以下を2〜12個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸に代えることができる。
好ましいポリエステルはポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリ(1,4−ブチレンテレフタレート)(PBT)、1,4−シクロヘキシレンジメチレンテレフタレート(イソフタレート)および芳香族ジカルボン酸、例えばイソフタレン酸、ジ安息香酸およびナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジフェニレンジカルボン酸、ビス(p−カルボキシフェニル)メタン、エチレンビスp−安息香酸、エチレンビスp−安息香酸、1−4−テトラメチレンビスp−安息香酸、エチレンビスパラ−オキシ安息香酸、1,3−トリメチレンビスp−オキシ安息香酸と、グリコール、例えばエチレングリコール、1,3−トリメチレングリコール、1,4−テトラメチレングリコール、1,6−ヘキサメチレングリコール、1,3−プロピレングリコール、1,8−オクタメチレングリコールおよび1,10−デカメチレングリコールとから得られる他のエステルである。これらのポリエステルのMFIは、250℃、2.16kgで測定したときに2〜100、好ましくは10〜80である。
エチレン/不飽和エポキシド共重合体(B)はエチレンと不飽和エポキシドとの共重合か、不飽和エポキシドをポリエチレンにグラフトすることによって得られる。グラフト化は溶媒中で行うか、過酸化物の存在下で溶融状態のポリエチレンに対して行うことができる。このグラフト化方法自体は公知である。エチレンと不飽和エポキシドとの共重合は一般に200〜2500barの圧力下で行うラジカル重合法をで行うことができる。
不飽和エポキシドの例としては下記(a)および(b)を挙げることができる:
(a)脂肪族グリシジルエステルおよびエーテル、例えばアリルグリシジルエーテル、ビニルグリシジルエーテル、グリシジルマレートおよびイタコネート、グリシジル(メタ)アクリレート、
(b)脂環式グリシジルエステルおよびエーテル、例えば2−シクロヘキセン−1−グリシジルエーテル、シクロヘキセン−4,5−ジグリシジルカルボキシレート、シクロヘキセン−4−グリシジルカルボキシレート、2−メチル−5−ノルボルネン−2−グリシジルカルボキシレートおよびエンド−シス−ビシクロ[2.2.1]−5−ヘプテン−2,3−ジグリシジルジカルボキシレート。
エチレン/不飽和エポキシド共重合体は下記(c)〜(e)から選択される別のモノマーをさらに含むことができる:
(c)アルファ−オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、ヘキセン等
(d)飽和カルボン酸ビニルエステル、例えば酢酸ビニルまたはプロピオン酸ビニル、
(e)不飽和カルボン酸のエステル、例えば炭素数24以下のアルキル(メタ)アクリレート。
例としては下記(a)〜(e)のポリマーに不飽和エポキシドをグラフトしたものを挙げることができる:
(a)ポリエチレン、エチレン/アルファ−オレフィン共重合体、VLDPE(超低密度PE)、ULDPE(超超低密度PE)またはメタロセンPE等のポリエチレン、
(b)エチレンと少なくとも一種の飽和カルボン酸のビニルエステル、例えば酢酸ビニルまたはプロピオン酸ビニル等との共重合体、
(c)エチレンと少なくとも一種の不飽和カルボン酸エステル、例えば炭素数24以下のアルキル(メタ)アクリレートとの共重合体、
(d)EPR(エチレン/プロピレンゴム)エラストマーまたはEPDM(エチレン/プロピレン/ジエンモノマー)、
(e)上記各ポリマーの混合物。
共重合体(B)の量は(A)+(B)の混合物に要求される特性に応じて広範囲で変えることができるが、(A)+(B)に対して25重量%以下で十分であり、10〜20重量%にするのが有利である。
本出願人は、エポキシド含有率を一定にして共重合体(B)の量を10%から20%に変えた時に、15%以上で得られる利得は10〜15%まで変化させた時に得られる利得よりもはるかに低くなるが、メルトフローインデックスは著しく低下するということを見出した。
出願人は、共重合体(B)の量を一定にした場合、衝撃強度は共重合体(B)中のエポキシドの量に全く比例しないことも見出した。
出願人はさらに、(B)重量%×MFI(A+B)/MFI(A)>3という基準を満たすためには、エポキシドの量が5%以下、好ましくは1〜3%の共重合体(B)を選択するだけでよいということも見出した。
共重合体(B)の量は(B)+(A)に対して10〜20重量%であるのが有利である。
本発明の射出成形品の共重合体(B)はエチレン/アルキル(メタ)アクリレート/不飽和エポキシド共重合体であるのが有利である。
アルキル(メタ)アクリレートは40重量%以下であるのが有利である。エポキシドはグリシジル(メタ)アクリレートであるのが有利である。アルキル(メタ)アクリレートはメチル(メタ)アクリレート、エチルアクリレート、n−ブチルアクリレート、イソブチルアクリレートおよび2−エチルヘキシルアクリレートから選択するのが有利である。アルキル(メタ)アクリレートの量は20〜35%であるのが有利である。
共重合体(B)のMFIは2〜40、好ましくは5〜20(190℃、2.16kg)が有利である。この共重合体はモノマーのラジカル共重合で得られる。
ポリエステル(A)はガラス繊維を含んでいてもよい。ガラス繊維はポリエステル(A)65重量部に対して35重量部以下である。有利には、ポリエステル(A)80〜70重量部に対して20〜30重量部を用いる。
本発明の別の実施例では、共重合体(B)はポリオレフィン(C)にエチレン/不飽和エポキシド共重合体(B1)を混合したものから成る。この共重合体(B1)中のエポキシドの量は(B)重量%×MFI(A+B)/MFI(A)>3の基準が満たされれば任意である。このエチレン/不飽和エポキシド共重合体(B1)は共重合体(B)と同じものにすることができ、好ましくは、エチレン―アルキル(メタ)アクリレート―不飽和エポキシド共重合体にする。
共重合体(B1)中のエポキシドの量は共重合体(B)中より多くでき、例えば10重量%以下である。これはポリオレフィン(C)による(B1)の希釈である。(B1)+(C)中のエポキシドの重量%は(B)と同じ比率である。
ポリオレフィン(C)は上記のポリマー選択でき、それに不飽和エポキシドをグラフとすることができる。このポリオレフィン(C)はエチレン/アルキル(メタ)アクリレート共重合体であるのが好ましい。このアルキル(メタ)アクリレートは共重合体(B)について記載したものから選択できる。ポリオレフィン(C)のMFIは2〜40、好ましくは5〜20(190℃、2.16kg)であるのが有利である。共重合体(B1)とポリオレフィン(C)の比率は(B1)中のエポキシド量に依存する。例えば、エポキシド量が共重合体(B1)の約5〜8重量%の場合、ポリオレフィン(C)に対する共重合体(B1)の比率は12/8〜8/12または40/60〜10/90である。
無機充填剤(タルク、炭酸カルシウム、カオリン等)、補強材(ガラス繊維、無機繊維、炭素繊維等)、安定化剤(熱およびUVに対する安定剤)、難燃剤および着色料を添加しても本発明の範囲を逸脱するものではない。
本発明組成物は熱可塑性樹脂の通常の製造方法、例えば押出または二軸スクリュー混合機を用いて製造される。
実施例
試験
1)配合
脱気装置とカッターとを備えた吐出量が12kg/時で、回転速度が300rpmであるL/Dが40の二軸スクリュー押出機を用いた配合で組成物を作った。押出機の温度プロフィールは下記の通り:
PBTベース=220/230/240/250/250℃
PBTベース+ガラス繊維=230/240/250/250/250℃
各成分のペレットを乾燥混合した後、供給ホッパに導入するか、PBTベースを供給ホッパに導入し、衝撃調整剤を溶融帯域に導入する。2つの方法で最終動作特性が同一のものが得られた。
2)サンプルの成形
ペレットを温度80℃、減圧下に乾燥し、下記の条件でKrauss-Maffei B1型射出成形機(型締圧60t)を用いて射出成形した:
ポリエステルベース 材料温度:240〜260℃;金型温度:50℃
射出成形圧:500〜600bar
保持圧力:300bar
ポリエステルベース+ガラス繊維
材料温度:240〜280℃;金型温度:50℃
射出成形圧:500〜600bar
保持圧力:400bar
規格試験片(80×10×4mm3)を温度23℃、相対湿度50%で14日間コンディショニングした。
3)評価
(a)ISO規格178に準じた曲げ弾性率
(b)ノッチ付き試験片を用いた衝撃耐性試験(ISO規格179 93 1 Aeに準じたシャルピー型衝撃試験を各種温度(23℃、−20℃で行う)。試験片のノッチ付き底部で裂け目が厚さの90%に達しない場合は記号N.B.(破断なし)と記載した。測定したエネルギー値を情報として記載したが、試験片から受けた弾性変形および試験片と試験片ホルダーとの間の摩擦力を考慮して解釈したものではない。
(c)ISO規格1133に準じたメルトフローインデックスMFI(2.16kgの荷重下で、250℃で測定した)。
使用材料
下記の各種PBTベースの樹脂を用いた:
PBT 10MFI:Pibiter N 100(Enichem社製:イタリア)
PBT 20MFI:Pibiter N 400(Enichem社製:イタリア)
PBT 45MFI:Teijin TRB-J(Teijin社製:日本)
PBT 70MFI:Duranex 2000(Polyplastics社製:日本)
(MFIは250℃;2.16kgにおけるメルトフローインデックス値)
下記の各種衝撃改質剤を用いた:
Core-シェル型アクリルゴム:Paraloid EXL 2300(Rohm & Haas社製);
MBS Core-シェル型ゴム:Paraloid EXL 2647(Rohm & Haas社製);
Terpol 1:72/24/8 E/EA/GMA 共重合体 MFI 6
Terpol 2:72/24/8 E/MA/GMA 共重合体 MFI 6
Terpol 3:65/30/5 E/BuA/GMA 共重合体 MFI 6
Terpol 4:67.5/30/2.5 E/BuA/GMA 共重合体 MFI 6
Terpol 5:75/24/1 E/MA/GMA 共重合体 MFI 6
Terpol 6:67/30/3 E/MA/GMA 共重合体 MFI 9
Terpol 1:71/29 E/MA 共重合体 MFI 3
(MFIは190℃;2.16kgにおけるメルトフローインデックス値)
これらの共重合体は高圧ラジカル触媒で製造した:
Eはエチレンを表し、
EAはエチルアクリレートを表し、
MAはメチルアクリレートを表し、
BuAはブチルアクリレートを表し、
GMAはグリシジルメタクリレートを表し、
../../..は成分の重量比を表す。
Terpol 1〜Terpol 5はエルフアトケム社からLOTADER AXの名称で市販され、Terpol 6は住友工業株式会社からBONDFASTの名称で市販され、Copol 1はエルフアトケム社からLOTRYLの名称で市販されている。
これらの特性は表1にまとめて示してある。
比較例1
MFI20のPBTベースの場合。
比較例2、3
コアシェルゴム型(アクリルまたはMBS)の衝撃改質剤を20%含むPBT組成物。
20%の衝撃改質剤を用いると組成物は良好な溶解流れを維持できるが、衝撃強度の水準は所定仕様を十分に満たしていない。
比較例4、5、6、7、8、9
10〜15〜20%の高い反応性を有するGMA Terpolを含むPBT組成物。
これらのGMA Terpolで改質剤の含有率が15%以上である時には十分な衝撃強度が得られるが、粘度が増加し、組成物を正確に射出成型できなくなる。
実施例1、2、3
反応性が中程度(Terpol 3,Terpol 4)または低い(Terpol 5)のGMA Terpolを20%含むPBT組成物。
これらのGMA Terpolを用いることで容易に射出成形可能な十分な溶融流動性を維持し、しかも、優れた衝撃強度を得ることができる。
実施例4、5、6
10〜15〜20%の平均的反応性を有するGMA Terpol(Terpol 4)を含むPBT組成物。広範囲の衝撃改質剤含有率(10〜20%)で衝撃強度/溶融流動性を併せ持つ特性が維持できる。
以上の結果は表2にまとめて示してある。
比較例10、11
PBT+15〜20%Terpol 2の組成物。
比較例8,9に類似の比較例であるが、より液状の(70MFI)PBTをベースとした比較実施例。衝撃強度は同様に優れているが、PBTベースのものに比べて粘度の変化が大きすぎる。
実施例7、8、9、10
PBT+15〜20%Terpol 5またはTerpol 6の組成物。
GMA含有率が低い(実施例7、8のTerpol 5)またはGMA含有率が中程度(実施例9、10のTerpol 6)のGMA Terpolを用いることによって、ベースに比べて粘度の変化が小さくなり、組成物を正確に射出成型できるようになり、十分な衝撃強度を得ることができる。
実施例11、12
PBT+10%Terpol 5またはTerpol 6の組成物。
実施例11、12は実施例7、9に類似しているが、2軸押し出し機の回転速度を300から400回転/分(rpm)(一定出力で)に上げた。この変更によって粘度を十分に上げても衝撃強度を大きく増加できる。
以上の結果は表3に示してある。
比較例12
比較実施例8に類似しているが、より粘度の高い(10MFI)PBTベースの実施例。
反応性が高いGMA terpol(Terpol 2)は衝撃強度に優れているが、ベースに比べて粘度の変化は非常に大きい。
実施例13
実施例2に類似した実施例であるが、反応性が中程度のGMA Terpol(Terpol 4)を用いることによって衝撃強度/溶融流動性とをバランスさせることができる。
実施例14,15,16、17
PBT+GMA Terpol+Copol乾燥混合物組成物。
反応性が高いGMA Terpol(実施例14、15のTerpol 2)または反応性が中程度のGMA Terpol(実施例16、17のTerpol 4)を非反応性E−MA共重合体(Copol 1)で希釈することで、優れた強度を維持したまま、PBT/GMA Terpol 2混合物(比較実施例12、実施例13)に比べて溶融流動性の変化を制限することができる。
実施例18、19、20
PBT+(GMA terpol+copol)予備混合組成物。
実施例18は実施例15の条件の繰り返しであるが、予めGMA terpol/E−MA copol予備混合し、それをPBTと乾燥混合した。同様な性能が得られるが、実施例19、20では、E−MA copolでGMA terpolを大きく希釈して、良好な衝撃強度を維持したまま組成物の溶融流動性を改良できる。
以上の結果は表4にまとめて示してある。
比較例13
PBT+30%GFの強化物ベース。
比較例14、15
PBT+30%GF+10〜15%GMA terpol(Terpol 2)。
下記方法で溶融帯域へ添加剤を導入した。すなわち、まず、ガラス繊維を導入し、次いで反応性の高いGMA terpol(Terpol 2)を導入した。
強化物ベースに比べて衝撃特性は優れているが、変成物の衝撃強度および流動特性が射出成形品に大きすぎる。
比較例16
ガラス繊維添加前にGMA terpolを導入しても上記現象が強くなるだけ。
実施例21、22
実施例14、15に類似の比較実施例であるが、Terpol 2をTerpol 5に代えた。得られた衝撃強度水準は十分で、溶融流の変化も少ない。
実施例23
比較実施例16に類似の実施例であるが、Terpol 2をTerpol 5に代えた。実施例21、22と同一な結果が得られた。
比較例17
PBT+30%GFの、より流動性の高い(20MFIではなく45MFI)PBT樹脂の強化物ベース。
比較実施例18、19
実施例14、15に類似の比較例であるが、より流動性の高い(45MFI)PBT樹脂を用いたもの。
溶融流動性の変化は反応性が高いTerpol 2と同程度に高い。
実施例24、25
実施例21、22に類似の実施例であるが、より流動性の高い(45MFI)PBT樹脂を用いたもの。これらの組成物を用いることによって、類似の性能を粘度変化の少ないもので得られる。
Claims (9)
- 下記で定義する重量%(B)×MFI(A+B)/MFI(A)が3以上であるポリエステル(A)と、エチレンと不飽和エポキシとの共重合体(B)とをベースにしたポリエステルの射出成形品:
(ここで、「重量%(B)」は(A)と(B)と任意の充填剤との混合物中の(B)の重量比(%)を表し、「MFI(A+B)」は変性ポリエステルすなわち(A)と(B)と任意の充填剤との混合物のメルトフローインデックスを表し、「MFI(A)」はポリエステル(A)と任意の充填剤とのメルトフローインデックス[(B)を含まない]を表す) - (A)がポリエチレンテレフタレート(PET)またはポリブチレンテレフタレート(PBT)である請求項1に記載の射出成形品。
- (B)がエチレン/アルキル(メタ)アクリレート/グリシジル(メタ)アクリレート共重合体である請求項1または2に記載の射出成形品。
- (B)が5重量%以下のエポキシを含む請求項1〜3のいずれか一項に記載の射出成形品。
- (B)が1〜3重量%のエポキシを含む請求項4に記載の射出成形品。
- (B)の量が(B)+(A)の10〜25重量%である請求項1〜5のいずれか一項に記載の射出成形品。
- (B)が(B1)とポリオレフィン(C)との混合物であり、(B1)を共重合体(B)から選択する請求項1〜3のいずれか一項に記載の射出成形品。
- (B1)がエチレン/アルキル(メタ)アクリレート/不飽和エポキシ共重合体である請求項7に記載の射出成形品。
- (C)がエチレン/アルキル(メタ)アクリレート共重合体である請求項7または8に記載の射出成形品。
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