JP3602936B2 - 型抜き特性を有するポリカーボネート組成物 - Google Patents
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Description
【本発明の分野】
本発明は熱可塑性成形用組成物、特にポリカーボネートをベースにした組成物に関する。
【0002】
【本発明の総括】
本発明はポリカーボネートおよび複合エステルから成る熱可塑性成形用組成物に関する。式
【0003】
【化3】
【0004】
但し式中pは2〜8の整数、qは7〜13の整数であり、RおよびR’は独立にCxH2x + 1基を表し、ここでxは8〜24の整数である、
に合致するエステルは組成物に優れた型充填性および型抜き特性を賦与することが見出された。
【0005】
【本発明の背景】
ポリカーボネートは広く使用されているエンジニアリング熱可塑性プラスティックスである。何故なら魅力的な物理的および機械的特性が組み合わされているという特徴をもっているからである。しかしその加工には型抜き特性が悪いという欠点が伴っている。射出成形の用途においては、この欠点はサイクル時間が比較的長くなるという結果を生じる。高温において射出成形を行い、型抜き剤を使用することによりサイクル時間を短くすることができる。1価および3価のアルコールの長鎖脂肪族カルボン酸エステルをポリカーボネート組成物中に混入して該組成物の型抜き特性を改善することが行われて来た。米国特許第4,007,150号には、パーフルオロアルカンスルフォン酸アミドおよび/またはこのような酸の環式アンモニウム塩を型抜き剤として使用することが記載されている。これに関連した技術は米国特許第3,784,595号に記載されており、3価のアルコールとC10 〜 22飽和脂肪族カルボン酸とのエステルを含む改善された型抜き特性をもったポリカーボネート成形用組成物が記載されている。これらのエステルは効果的な型抜き剤と言われ、同時にポリカーボネートに対して測定できるほど品質の劣化を起こさせることはない。この点に関しては、米国特許第3,836,499号があり、これには1価のアルコールと脂肪族飽和C8 〜 25モノカルボン酸とのエステルが記載されている。
【0006】
【本発明の詳細な説明】
本発明の範囲内に入る芳香族ポリカーボネートは均質ポリカーボネートおよびポリカーボネート共重合体、およびそれらの混合物を含んでいる。
【0007】
適当なポリカーボネートは重量平均分子量が10,000〜200,000
、好ましくは20,000〜80,000であり、ASTM D−1238による熔融流動は300℃において約1〜約65g/10分、好ましくは約2〜24g/10分である。これらのポリカーボネートは、例えば公知の二相界面重合法により、フォスゲンのようなカルボン酸誘導体およびジヒドロキシ化合物から縮重合法により製造することができる(ドイツ特許公開明細書2,063,050号;2,063,052号;1,570,703号;2,211,956号;2,211,597号:および2,248,817号;フランス特許1,561,703号;および単行本のH.Schnell著、米国ニューヨーク州ニューヨークのInterscience Publishers 1964年発行、「ポリカーボネートの化学と物理(Chemistry and Physicsof Polycarbonates)」参照のこと、すべて参考文献として添付)。
【0008】
本明細書において、本発明のポリカーボネートの製造に適したジヒドロキシ化合物は構造式(1)または(2)に適合するものである。
【0009】
【化4】
【0010】
ここで
Aは炭素数1〜8のアルキレン基、炭素数2〜8のアルキリデン基、炭素数5〜15のシクロアルキレン基、炭素数5〜15のシクロアルキリデン基、カルボニル基、酸素原子、硫黄原子、−SO−、または−SO2−、或いは式
【0011】
【化5】
【0012】
の基であり、
eおよびgは共に0〜1の数であり、
ZはF、Cl、BrまたはC1 〜 4−アルキルであるが、もしいくつかの基Zが1個のアリール基の置換基である場合には、それらは同一であるか互いに相異なることができ、
dは0〜4の整数であり、
fは0〜3の整数である。
【0013】
本発明を実施するのに有用なジヒドロキシ化合物は、ヒドロキノン、レゾルシン、ビス−(ヒドロキシフェニル)−アルカン、ビス−(ヒドロキシフェニル)−エーテル、ビス−(ヒドロキシフェニル)−ケトン、ビス−(ヒドロキシフェニル)−スルフォキシド、ビス−(ヒドロキシフェニル)−スルフィド、ビス−(ヒドロキシフェニル)−スルフォン、およびα,α−ビス−(ヒドロキシフェニル)−ジイソプロピルベンゼン、並びにそれらの核がアルキル化された化合物である。これらの化合物および他の適当な芳香族ジヒドロキシ化合物については例えば米国特許3,028,356号;2,999,835号;3,148,172号:2,991,273号:3,271,367号;および2,999,846 号参照、すべて参考文献として添付されている。
【0014】
適当なビスフェノールの他の例には、2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン(ビスフェノールA)、2,4−(4−ヒドロキシフェニル)−2−メチルブタン、1,1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキサン、α,α’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−p/m−ジイソプロピルベンゼン、2,2−ビス−(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、2,2−ビス−(3−クロロ−4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−メタン、2,2−ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−スルフィド、ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−スルフォキシド、ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−スルフォン、ジヒドロキシベンゾフェノン、2,4−ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキサン、α,α’−ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−p−ジイソプロピルベンゼン、および4,4’−スルフォニルジフェノール、並びに1,1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンがある。
【0015】
特に好適な芳香族ビスフェノールは2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、2,2−ビス−(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)−プロパンおよび1、1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキサン、並びに1,1−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサンである。
【0016】
最も好適なビスフェノールの例は2,2−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン(ビスフェノールA)である。
【0017】
本発明のポリカーボネートはその構造の中に1種またはそれ以上の適当なビスフェノールから誘導される単位を含んでいる。
【0018】
本発明の実施に適した樹脂の中には、フェノールフタレインをベースにしたポリカーボネート、ポリカーボネート共重合体および三元重合体、例えば米国特許3,036,036号および4,210,741号記載のものが含まれる。これらの米国特許は参考文献として添付されている。
【0019】
本発明のポリカーボネートはまたその中に少量の、例えば0.05〜2.0モル%(ビスフェノールに関し)のポリヒドロキシル化合物を縮合させることにより分岐させるすることができる。
【0020】
この種のポリカーボネートは例えばドイツ特許公開明細書1,570,533号;2,116,974号および2,113,374号;英国特許885,442号および1,079,821号および米国特許3,544,514号に記載されている。この目的に使用できるポリヒドロキシ化合物のいくつかの例を下記に示す:フロログルシノール、4,6−ジメチル−2,4,6−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−ヘプタン;1,3,5−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−ベンゼン、1,1,1−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−エタン;トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−フェニルメタン、2,2−ビス−[4,4−(4,4’−ジヒドロキシジフェニル)]−シクロヘキシルプロパン;2,4−ビス−(4−ヒドロキ−1−イソプロピリジン)−フェノール:2,6−ビス−(2’−ジヒドロキシ−5’−メチルベンジル)−4−メチルフェノール;2,4−ジヒドロキシ安息香酸;2−(4−ヒドロキシフェニル)−2−(2,4−ジヒドロキシフェニル)−プロパンおよび1,4−ビス−(4,4’−ジヒドロキシトリフェニルメチル)−ベンゼン。他の多官能性化合物のいくつかの例には2,4−ジヒドロキシ安息香酸、トリメシン酸、シアヌル酸、および3,3−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−2−オキソ−2,3−ジヒドロインドールがある。
【0021】
上記縮重合法の他に、本発明のポリカーボネートを製造する他の方法としては、均質相における縮重合法およびエステル交換法がある。適当な方法は参考として添付された米国特許3,028,365号;2,999,846号;3,153,008号および2,991,273号に記載されている。
【0022】
ポリカーボネートの好適な製造法は界面縮重合法である。
【0023】
例えば参照文献として添付されている米国特許3,912,688号記載のようなポリカーボネートを製造する他の方法も使用するすることができる。
【0024】
適当なポリカーボネート樹脂は市販されており、例としてはMakrolonFCR、Makrolon 2600、Makrolon 2800およびMakrolon 3100であり、これらはすべてビスフェノールをベースにしたポリカーボネート均質重合体であるが、個々の分子量が異なっており、ASTM D−1238による熔融流動係数(MFR)はそれぞれ約16.5〜24、13〜16、7.5〜13.0および3.5〜6.5g/10分である。これらは米国ペンシルヴァニア州PittsburghのBayer Corporationの製品である。
【0025】
本発明を実施するのに適したポリカーボネート樹脂は公知であり、その構造および製造法は例えば米国特許3,030,331号;3,169,121号;3,395,119号;3,729,447号;4,255,556号;4,260,731号;4,369,303号および4,714,746号に記載されている。これらの文献はすべて参考のために添付されている。
【0026】
本発明の型抜き剤は式
【0027】
【化6】
【0028】
に合致した複合エステルである。ここでpは2〜8、好ましくは4〜6の整数、qは7〜13、好ましくは9〜11の整数、RおよびR’は独立にCxH2x + 1−基であり、ここでxは8〜24、好ましくは14〜20の整数である。この複合エステルはステアリルステアロイルステアレート、イソステアリルステアロイルステアレートおよびイソセチルステアロイルステアレートから成る群から選ばれる少なくとも1種であることが有利である。本発明に適した複合エステルは市販されており、例えばBernel Chemical Company製の商品名HETESTERがある。
【0029】
カーボネート重合体に加える複合エステルの量は、この複合エステルを含まない対応する組成物に比べ該組成物に改善された型抜き特性を積極的に賦与するのに十分な量である。好ましくは本発明の組成物は複合エステルをカーボネート重合体の重量に関し約1.0〜2%、さらに好ましくは0.2〜1.0%含んでいる。
【0030】
ポリカーボネートに対する複合エステルの添加は、標準的な方法で行うことができる。これらの方法には、通常はワックス状の固体または液体の形をした複合エステルをポリカーボネートのペレットと振盪配合し、次いで押し出して(約280〜300℃で)ストランドの形にし、これをペレットにする方法が含まれる。別法として、複合エステルを熔融した液体の形で直接計量して押し出し機の中のポリカーボネート熔融物に加える方法がある。さらに他の方法としては樹脂の製造中に型抜き剤を固体のポリカーボネートに混入する方法がある。この場合には液化スクリューに達する前に複合エステルをポリカーボネート溶液と混合するか、或いは溶媒を用いず複合エステルを直接ポリカーボネート熔融物の中に計量して加える。
【0031】
型抜き剤を比較するために剥離力を決定する方法は公知である。実際には、射出成形機の射出シリンダー、例えば4オンス・ニューバリー(Newbury)を圧力変換器に装着し、直径90mmの平らな円板状の型を突き出す際の力を測定して記録する。この型は4個の交差した高さ5mm、厚さ1〜2mmのテーパー付きの格子状に配置された突起をもっている。突起の交差点において4個の突き出しピンがあり、また円板の周に沿って4個の突き出しピンが存在している。この型は突起の上で部材が芯にくっつく傾向を促進するために抜き勾配が最小になるように設計されている。熔融物の温度280℃、各射出の間のサイクル時間45秒で成形品が射出される。型は設定温度79.5℃に保持される。下記に報告される剥離力の値は、型が安定した後、通常は25〜30回突き出しを行い、最後に12回連続して行った際型を突き出す油圧値の平均値である。
【0032】
下記実施例により本発明をさらに例示する。これらの実施例は本発明を限定するものではない。特記しない限りすべての割合は重量による。
【0033】
【実施例】
実験
実施例 1
本発明に使用される複合エステルは下記の方法で製造した:
段階1:撹拌機、温度調節器、蒸溜塔、還流比可変還流冷却器および窒素保護雰囲気導入口を備えた適当な大きさの反応容器に、542gのステアリン酸(酸価203、2.0モル)、および600gの12−ヒドロキシステアリン酸(酸価179、2.0モル)および0.114gの酸化ジブチル錫触媒を加える。この熔融混合物を撹拌し、窒素を流しながら215℃に加熱し、反応水の除去を容易にする。充填蒸溜塔中の蒸気圧において温度が80℃に低下したら、窒素を流すのを止め、この時点で高真空をかける。高真空下において、酸価が約110に落ちるまで撹拌しながら熔融混合物を215℃に保ち(約8時間)、この時点で反応の第1段階は完了する。
【0034】
段階2:段階1における反応容器の内容物を665gのALFOL 20+アルコ−ル(Vista Chemical Co.製のエイコソナール、ドコサノールおよびテトラコサノールのほぼ4:2:1の混合物)と反応させることにより、上記のようにして生じた半エステルを複合エステルに変える。この反応は撹拌しながら215℃において5時間に亙り反応水の除去を容易にするために窒素を流しながら行う。充填蒸溜塔内の温度が80℃に低下したら、高真空をかけ、窒素を流すのを中止する。高真空下において、酸価が3以下に落ちるまで撹拌しながら熔融混合物を215℃に保つ(約7時間かかる)。融点約40℃の褐色のワックス状の固体が得られた。
【0035】
実施例 2
本発明に使用される複合エステルは下記の方法で製造した:
段階1:撹拌機、温度調節器、蒸溜塔、還流比可変還流冷却器および窒素保護雰囲気導入口を備えた適当な大きさの反応容器に、2034gのステアリン酸(酸価203、7.5モル)、および2251gの12−ヒドロキシステアリン酸(酸価179、7.5モル)および0.4gの酸化ジブチル錫触媒を加える。この熔融混合物を撹拌し、窒素を流しながら205℃に加熱し、反応水の除去を容易にする。充填蒸溜塔中の蒸気圧における反応水の温度が80℃に低下したら、窒素を流すのを止め、この時点で高真空をかける。高真空下において、酸価が約110に落ちるまで撹拌しながら熔融混合物を200〜206℃に保ち(約10時間)、この時点で反応の第1段階は完了する。段階2においては、段階1における反応容器の内容物を2123gのステアリルアルコールと反応させることにより、上記のようにして生じた半エステルを複合エステルに変える。この反応は温度205℃において15時間に亙り反応水の除去を容易にするために窒素を流しながら、或いは真空をかけて、酸価が7以下に落ちるまで行う。融点約40℃の褐色のワックス状の固体が得られた。
【0036】
実施例 3
本発明の組成物をつくりその型抜き特性を決定した。結果を下記にまとめる。組成物をつくる場合、カーボネート重合体はビスフェノールをベースにしたポリカーボネート均質重合体であり、その熔融係数はASTM D−1238により決定された値が19g/10分であった(Makrolon 2508−1112、Bayer Corporationの製品)。下記表においてMSEとして示した本発明の代表的な型抜き剤は上記実施例1の方法で製造したものである。型抜き剤がトリメチルプロパントリペラルゴネート(表中にはTPTとして記載)である対照例をつくった。すべての組成物は本発明に対して無関係な少量の(0.10重量%)熱安定剤を含んでいる。これらの組成物はポリカーボネートを99.15重量%、上記型抜き剤を約0.74重量%含んでいた。
【0037】
【表1】
【0038】
【表2】
【0039】
この結果は、本発明の型抜き剤が組成物中のその割合に従って剥離力を減少させるのに有効であることを示している。型抜き剤を全く含んでいない対応するポリカーボネート組成物の剥離力(25.5)と比較すれば、上記の結果は本発明の型抜き剤がポリカーボネート樹脂に対する公知の型抜き剤TPTよりも有効であることを示している。
【0040】
本発明の型抜き剤(MSE)を0.75%含む組成物の縁の色は黄色味を帯びているが、TPTを含んでいる対応する組成物は透明である。
【0041】
下記に示すように本発明の組成物の型充填特性を評価した。ポリカーボネートおよび0.75%のステアリルステアロイルステアレートを含む本発明の組成物(下記組成物B)を、ほとんど同様な熔融流動値をもつ型抜き特性をもったポリカーボネート組成物であるMakroron 2558組成物(下記組成物B)と比較して評価した。結果を下表に示す。
【0042】
【表3】
【0043】
以上例示の目的で本発明を詳細に説明したが、これらの詳細点は単に例示だけのためであり、当業界の専門家にとっては添付特許請求の範囲記載の事項以外本発明の精神及び範囲を逸脱することなく多くの変形をなし得ることを了解されたい。
【0044】
本発明の主な態様を述べれば次の通りである。
【0045】
1.ポリカ−ボネート重合体、および有効量の式
【0046】
【化7】
【0047】
但し式中pは2〜8の整数、qは7〜13の整数、RおよびR’は独立にCxH2x + 1−基を表し、ここでxは8〜24の整数である、
に合致する複合エステルから成り、該複合エステルの量は該複合エステルを全く含まない対応する組成物に比べ改善された型抜き特性を賦与するのに十分な量である熱可塑性成形用組成物。
【0048】
2.pが4〜6の整数である上記第1項記載の組成物。
【0049】
3.qが9〜11の整数である上記第1項記載の組成物。
【0050】
4.xが14〜20の整数である上記第1項記載の組成物。
【0051】
5.複合エステルはステアリルステアロイルステアレート、イソステアリルステアロイルステアレート、およびイソセチルステアロイルステアレートから成る群から選ばれる少なくとも1種である上記第1項記載の組成物。
【0052】
6.該カーボネート重合体はビスフェノールAをベースにしたポリカ−ボネート均質重合体である上記第1項記載の組成物。
【0053】
7.該量は該ポリカ−ボネート重合体に関し約0.1〜2重量%である上記第1項記載の組成物。
【0054】
8..該量は該ポリカ−ボネート重合体に関し約0.2〜1.0重量%である上記第1項記載の組成物。
【0055】
9.ビスフェノールAをベースにした均質カーボネート重合体、および約0.2〜1.0%の式
【0056】
【化8】
【0057】
但し式中pは4〜6の整数、qは9〜11の整数、RおよびR’は独立にCxH2x + 1−基を表し、ここでxは14〜20の整数である、
に合致する複合エステルから成る熱可塑性成形用組成物。
【0058】
10.複合エステルはステアリルステアロイルステアレート、イソステアリルステアロイルステアレート、およびイソセチルステアロイルステアレートから成る群から選ばれる少なくとも1種である上記第9項記載の組成物。
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