JP7722835B2 - Polyoxymethylene Composition - Google Patents
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Description
本発明は、ポリオキシメチレン組成物に関するものである。 The present invention relates to a polyoxymethylene composition.
従来、ポリオキシメチレンは機械強度が強く、かつ剛性、耐クリープ特性、耐溶剤性、摺動性などに優れていることから、例えば自動車、電気製品、機械などの機構部品をはじめ、多くの成形品の材料として幅広く用いられている。しかしながら、近年の金属材料の代替としての利用に代表されるようなポリオキシメチレンの利用範囲の拡大に伴い、次第に高度な特性が要求される傾向にある。また、高温下や酸性条件などの過酷な状況下における使用についても耐性が求められている。 Traditionally, polyoxymethylene has been widely used as a material for many molded products, including mechanical parts for automobiles, electrical appliances, and machinery, due to its high mechanical strength, rigidity, creep resistance, solvent resistance, and sliding properties. However, as the range of uses for polyoxymethylene has expanded in recent years, as exemplified by its use as a replacement for metal materials, there has been a trend toward increasingly more advanced properties. There is also a demand for resistance to use in harsh conditions such as high temperatures and acidic conditions.
例えば、自動車の機構部品であるパワーウインドギア樹脂材料は小型化が進められ、より高トルクで耐クリープ特性が求められる一方、作動時に瞬間的に定格トルクより大きな始動トルクがかかる場合でも良好な作動耐久性を確保できるように耐衝撃性の高い材料が要望されている。さらに、ギア作動時のグリースに含まれる酸性成分による劣化や摩擦熱による熱劣化に対する耐性も求められている。 For example, resin materials for power window gears, which are mechanical components in automobiles, are becoming increasingly smaller, and while they are required to have higher torque and creep resistance, there is also a demand for materials with high impact resistance to ensure good operational durability even when a starting torque greater than the rated torque is momentarily applied during operation. Furthermore, there is also a demand for resistance to thermal degradation caused by the acidic components contained in the grease and frictional heat during gear operation.
これまで、ポリオキシメチレンの耐クリープ特性改善の処方として、結晶核剤として窒化ホウ素を用いた検討がなされており、例えば特許文献1では、窒化ホウ素を特定の濃度で添加することにより、高温低応力クリープ特性の改善とシャルピー衝撃強度のバラつき抑制の効果が得られることを挙げている。 To date, the use of boron nitride as a nucleating agent has been investigated as a method for improving the creep resistance of polyoxymethylene. For example, Patent Document 1 states that adding boron nitride at a specific concentration improves high-temperature, low-stress creep properties and suppresses variation in Charpy impact strength.
しかしながら、特許文献1に開示されている技術は、低応力下でのクリープ特性は改善されているものの、高応力下でのクリープ特性としては未だに改善の余地がある。また、シャルピー衝撃強度のバラつき自体は抑制されているものの、十分な衝撃強度を確保する点で更なる改良が望まれる。一般的に結晶核剤を添加したポリオキシメチレンは、結晶核剤によるポリオキシメチレンの高結晶化度化に伴い、剛性も向上する一方、脆くなってしまうため、衝撃強度は低下する傾向がある。そのため、結晶核剤を添加した系での耐クリープ特性と耐衝撃性は二律背反の関係にある。さらに、特許文献1に開示されている技術では、ポリオキシメチレン組成物の熱安定性や耐酸性の向上に対する寄与はあまり期待されない。 However, while the technology disclosed in Patent Document 1 improves creep properties under low stress, there is still room for improvement in creep properties under high stress. Furthermore, while the variation in Charpy impact strength itself is suppressed, further improvement is desired in terms of ensuring sufficient impact strength. Generally, polyoxymethylene to which a nucleating agent has been added tends to have lower impact strength due to increased rigidity caused by the nucleating agent, but also increased brittleness as the nucleating agent increases the crystallinity of the polyoxymethylene. Therefore, there is a trade-off between creep resistance and impact resistance in systems to which a nucleating agent has been added. Furthermore, the technology disclosed in Patent Document 1 is not expected to contribute significantly to improving the thermal stability or acid resistance of polyoxymethylene compositions.
そこで、本発明は、高い高応力耐クリープ特性とシャルピー衝撃強度を有し、耐酸性と熱安定性に優れるポリオキシメチレン組成物を提供することを目的とする。 The present invention therefore aims to provide a polyoxymethylene composition that has high high-stress creep resistance and Charpy impact strength, as well as excellent acid resistance and thermal stability.
本発明者は、上記課題に対して鋭意検討を行った結果、特定の範囲の平均粒子径をもつ窒化ホウ素を特定の範囲で含有するポリオキシメチレン組成物とすることにより上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of extensive research into the above-mentioned problems, the inventors discovered that the above-mentioned problems could be solved by creating a polyoxymethylene composition containing a specific amount of boron nitride with an average particle size within a specific range, leading to the completion of the present invention.
すなわち、本発明は以下のとおりである。 In other words, the present invention is as follows:
[1]
(A)ポリオキシメチレン100質量部と、(B)窒化ホウ素0.02~0.5質量部とを含み、
前記(B)窒化ホウ素は、走査型電子顕微鏡によって拡大倍率50000倍で得られた3.0×3.0μmの範囲の視野画像に対し、画像処理解析ソフト(旭化成エンジニアリング(株)製「A像くん」)を使用して求めた、前記視野画像中の少なくとも100粒子以上の平均粒子径が、10~800nmであることを特徴とする、ポリオキシメチレン組成物。
[2]
前記(B)窒化ホウ素の平均粒子径が80~500nmである、[1]に記載のポリオキシメチレン組成物。
[3]
さらに、(C)第一級アミド基を30~70mоl%含有するポリ-β-アラニン重合体を0.01~3.0質量部含む、[1]又は[2]に記載のポリオキシメチレン組成物。
[4]
さらに、(D)融点が140~230℃であるポリアミド重合体を0.001~0.1質量部含む、[1]~[3]のいずれかに記載のポリオキシメチレン組成物。
[5]
前記(D)ポリアミド重合体の前記(B)窒化ホウ素に対する質量比率(D)/(B)が0.04~1.0である、[4]に記載のポリオキシメチレン組成物。
[1]
(A) 100 parts by mass of polyoxymethylene; and (B) 0.02 to 0.5 parts by mass of boron nitride,
The polyoxymethylene composition is characterized in that the boron nitride (B) has an average particle size of 10 to 800 nm for at least 100 particles in a field image of 3.0 × 3.0 μm obtained by a scanning electron microscope at a magnification of 50,000 times, as determined using image processing and analysis software ("A-zo-kun" manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.).
[2]
The polyoxymethylene composition according to [1], wherein the average particle size of the (B) boron nitride is 80 to 500 nm.
[3 ]
The polyoxymethylene composition according to [1] or [2] , further comprising: (C) 0.01 to 3.0 parts by mass of a poly-β-alanine polymer containing 30 to 70 mol % of primary amide groups.
[ 4 ]
The polyoxymethylene composition according to any one of [1] to [ 3 ], further comprising 0.001 to 0.1 parts by mass of (D) a polyamide polymer having a melting point of 140 to 230°C.
[ 5 ]
The polyoxymethylene composition according to [ 4 ], wherein the mass ratio (D)/(B) of the polyamide polymer (D) to the boron nitride (B) is 0.04 to 1.0.
本発明によれば、高い高応力耐クリープ特性、耐衝撃性、耐酸性、及び熱安定性を有するポリオキシメチレン組成物を提供することができる。 The present invention provides a polyoxymethylene composition that has excellent high-stress creep resistance, impact resistance, acid resistance, and thermal stability.
本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」)という。)について、以下詳細に説明する。本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々に変形して実施することができる。 A mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as the "present embodiment") is described in detail below. The present invention is not limited to the following present embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention.
[ポリオキシメチレン組成物]
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、(A)ポリオキシメチレンと(B)窒化ホウ素とを含む。本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、さらに、(C)第一級アミド基を30~70mоl%含有するポリ-β-アラニン重合体(以下、単に「(C)ポリ-β-アラニン重合体」ともいう。)、(D)融点が140~230℃であるポリアミド重合体(以下、単に「(D)ポリアミド重合体」ともいう。)、その他の各種添加剤を含んでいてもよい。
[Polyoxymethylene composition]
The polyoxymethylene composition of this embodiment contains (A) polyoxymethylene and (B) boron nitride. The polyoxymethylene composition of this embodiment may further contain (C) a poly-β-alanine polymer containing 30 to 70 mol% of primary amide groups (hereinafter simply referred to as "(C) poly-β-alanine polymer"), (D) a polyamide polymer having a melting point of 140 to 230°C (hereinafter simply referred to as "(D) polyamide polymer"), and various other additives.
<(A)ポリオキシメチレン> <(A) Polyoxymethylene>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物に含まれる(A)ポリオキシメチレンは、特に限定されず、ポリオキシメチレンホモポリマー、ポリオキシメチレンコポリマー、及びその混合物のいずれであってもよい。この中でも、好ましいのはポリオキシメチレンホモポリマーである。
(A)ポリオキシメチレンは、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
The polyoxymethylene (A) contained in the polyoxymethylene composition of the present embodiment is not particularly limited and may be any of a polyoxymethylene homopolymer, a polyoxymethylene copolymer, and a mixture thereof. Among these, a polyoxymethylene homopolymer is preferred.
The polyoxymethylene (A) may be used alone or in combination of two or more.
-ポリオキシメチレンホモポリマー-
ポリオキシメチレンホモポリマーは、主鎖が実質上オキシメチレン単位のみからなるポリマーであり、両末端を除く主鎖の99.8mol%以上がオキシメチレン単位で構成されることが好ましく、両末端を除く主鎖がオキシメチレン単位のみで構成されることがより好ましい。また、特に、両末端がエステル化により封鎖された、ポリオキシメチレンホモポリマーであることが好ましい。
-Polyoxymethylene homopolymer-
The polyoxymethylene homopolymer is a polymer whose main chain is composed substantially of only oxymethylene units, and preferably 99.8 mol % or more of the main chain excluding both terminals is composed of oxymethylene units, more preferably the main chain excluding both terminals is composed of only oxymethylene units. In particular, a polyoxymethylene homopolymer in which both terminals are blocked by esterification is preferred.
ポリオキシメチレンホモポリマーは、ホルムアルデヒド単量体、又はその3量体(トリオキサン)や4量体(テトラオキサン)等のホルムアルデヒドの環状オリゴマーを単独重合して得ることができ、例えば、モノマーであるホルムアルデヒド、連鎖移動剤(分子量調節剤)及び重合触媒を、炭化水素系重合溶媒を導入した重合反応機にフィードし、スラリー重合法により重合すること等により製造することができる。
この際、原料モノマー、連鎖移動剤、重合触媒には、連鎖移動可能な成分(不安定末端基を生成する成分)、例えば、水、メタノール及び蟻酸等が含まれ得るため、まずこれら連鎖移動可能な成分の含有量を調整することが好ましい。
これら連鎖移動可能な成分の含有量は、ホルムアルデヒドの合計質量に対して、好ましくは1~1000質量ppmの範囲であり、より好ましくは1~500質量ppm、さらに好ましくは1~300質量ppmである。
連鎖移動可能な成分の含有量を上記範囲に調整することにより、熱安定性に優れるポリオキシメチレンホモポリマーを得ることができる。
Polyoxymethylene homopolymers can be obtained by homopolymerizing formaldehyde monomer or cyclic oligomers of formaldehyde such as its trimer (trioxane) or tetramer (tetraoxane). For example, they can be produced by feeding formaldehyde as a monomer, a chain transfer agent (molecular weight regulator), and a polymerization catalyst into a polymerization reactor containing a hydrocarbon polymerization solvent, and polymerizing them by a slurry polymerization method.
In this case, the raw material monomers, the chain transfer agent, and the polymerization catalyst may contain components capable of chain transfer (components that generate unstable terminal groups), such as water, methanol, and formic acid, and therefore it is preferable to first adjust the contents of these components capable of chain transfer.
The content of these chain-transferable components is preferably in the range of 1 to 1000 ppm by mass, more preferably 1 to 500 ppm by mass, and even more preferably 1 to 300 ppm by mass, based on the total mass of formaldehyde.
By adjusting the content of the chain-transferable component within the above range, a polyoxymethylene homopolymer having excellent thermal stability can be obtained.
ポリオキシメチレンホモポリマーの分子量は、無水カルボン酸又はカルボン酸等の分子量調節剤を用いて連鎖移動させることにより、調整することができる。分子量調節剤としては、特に無水プロピオン酸、無水酢酸が好ましく、より好ましくは無水酢酸である。
分子量調節剤は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
The molecular weight of the polyoxymethylene homopolymer can be adjusted by chain transfer using a molecular weight regulator such as a carboxylic acid anhydride or a carboxylic acid, etc. As the molecular weight regulator, propionic anhydride and acetic anhydride are particularly preferred, and acetic anhydride is more preferred.
The molecular weight modifier may be used alone or in combination of two or more.
分子量調節剤の導入量は、目的とするポリオキシメチレンホモポリマーの特性(特にメルトフローレート)に応じて調節し決定する。例えば、ポリオキシメチレンホモポリマーは、メルトフローレート(MFR値(ISO1133に準拠、190℃、2.16kg荷重))が、0.1~100g/10分の範囲になるようにすることが好ましく、1.0g/10分~70g/10分の範囲になるようにすることがより好ましい。ポリオキシメチレンホモポリマーのMFR値を上記範囲とすることにより、機械強度に優れるポリオキシメチレンホモポリマーを得ることができる。 The amount of molecular weight modifier incorporated is adjusted and determined depending on the desired properties (particularly the melt flow rate) of the polyoxymethylene homopolymer. For example, the polyoxymethylene homopolymer is preferably adjusted so that its melt flow rate (MFR value (compliant with ISO 1133, 190°C, 2.16 kg load)) is in the range of 0.1 to 100 g/10 min, and more preferably in the range of 1.0 g/10 min to 70 g/10 min. By adjusting the MFR value of the polyoxymethylene homopolymer to fall within the above range, it is possible to obtain a polyoxymethylene homopolymer with excellent mechanical strength.
重合触媒としては、アニオン系重合触媒が好ましく、下記一般式(1)で表されるオニウム塩系重合触媒がより好ましい。
[R1R2R3R4M]+X- ・・・(1)
(式(1)中、R1、R2、R3及びR4は、各々、独立してアルキル基を示し、Mは孤立電子対を持つ元素を示し、Xは求核性基を示す。R1、R2、R3及びR4は、互いに同じであっても異なっていてもよい。)
重合触媒は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
The polymerization catalyst is preferably an anionic polymerization catalyst, and more preferably an onium salt polymerization catalyst represented by the following general formula (1).
[R 1 R 2 R 3 R 4 M] + X - (1)
(In formula (1), R 1 , R 2 , R 3 and R 4 each independently represent an alkyl group, M represents an element having a lone electron pair, and X represents a nucleophilic group. R 1 , R 2 , R 3 and R 4 may be the same as or different from one another.)
The polymerization catalyst may be used alone or in combination of two or more.
オニウム塩系重合触媒のなかでも、テトラエチルホスホニウムイオダイド、トリブチルエチルホスホニウムイオダイドのような第4級ホスホニウム塩系化合物や、テトラメチルアンモニウムブロマイド、ジメチルジステアリルアンモニウムアセテートのような第4級アンモニウム塩系化合物が好ましい。
これら第4級ホスホニウム塩系化合物及び第4級アンモニウム塩系化合物等のオニウム塩系重合触媒の添加量は、ホルムアルデヒド1モルに対して、0.0003~0.01molであることが好ましく、より好ましくは0.0008~0.005mol、さらに好ましくは0.001~0.003molである。
Among the onium salt polymerization catalysts, quaternary phosphonium salt compounds such as tetraethylphosphonium iodide and tributylethylphosphonium iodide, and quaternary ammonium salt compounds such as tetramethylammonium bromide and dimethyldistearylammonium acetate are preferred.
The amount of the onium salt polymerization catalyst such as a quaternary phosphonium salt compound or a quaternary ammonium salt compound added is preferably 0.0003 to 0.01 mol, more preferably 0.0008 to 0.005 mol, and even more preferably 0.001 to 0.003 mol, per 1 mol of formaldehyde.
炭化水素系重合溶媒としては、ホルムアルデヒドと反応しない溶媒であればよく、特に限定されるものではないが、例えば、ペンタン、イソペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、へプタン、オクタン、ノナン、デカン、ベンゼン等の溶媒が挙げられ、ヘキサンが特に好ましい。
これらの炭化水素系重合溶媒は、1種のみを単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。
The hydrocarbon polymerization solvent is not particularly limited as long as it does not react with formaldehyde. Examples of the hydrocarbon polymerization solvent include pentane, isopentane, hexane, cyclohexane, heptane, octane, nonane, decane, and benzene, with hexane being particularly preferred.
These hydrocarbon polymerization solvents may be used alone or in combination of two or more.
ポリオキシメチレンホモポリマーの製造においては、先ず、重合により粗ポリオキシメチレンホモポリマーを得、続いて、後述するように、不安定末端基に対して安定化処理を施すことが好ましい。 In producing polyoxymethylene homopolymer, it is preferable to first obtain crude polyoxymethylene homopolymer by polymerization, and then, as described below, to perform a stabilization treatment to remove unstable terminal groups.
粗ポリオキシメチレンホモポリマーを製造するための重合反応機は、モノマーであるホルムアルデヒド、連鎖移動剤(分子量調節剤)及び重合触媒と、炭化水素系重合溶媒とを同時に供給できる反応機であれば、特に限定されるものではないが、生産性の観点から、連続式重合反応機であることが好ましい。 The polymerization reactor for producing crude polyoxymethylene homopolymer is not particularly limited as long as it can simultaneously supply the monomer formaldehyde, chain transfer agent (molecular weight regulator), polymerization catalyst, and hydrocarbon polymerization solvent, but from the standpoint of productivity, a continuous polymerization reactor is preferred.
重合により得られた粗ポリオキシメチレンホモポリマーは、末端基が熱的に不安定である。そのため、この不安定末端基を、エステル化剤又はエーテル化剤等で封鎖し、安定化処理することが好ましい。 The terminal groups of the crude polyoxymethylene homopolymer obtained by polymerization are thermally unstable. Therefore, it is preferable to cap these unstable terminal groups with an esterifying agent or etherifying agent, etc., to perform a stabilization treatment.
エステル化による粗ポリオキシメチレンホモポリマーの末端基の安定化処理は、例えば、粗ポリオキシメチレンホモポリマーと、エステル化剤及び/又はエステル化触媒とを、炭化水素系重合溶媒を導入した末端安定化反応機にそれぞれ投入し、反応させることによって行うことができる。
この時の反応温度及び反応時間としては、反応温度が130~155℃であり、反応時間が1~100分間であることが好ましく、反応温度が135~155℃であり、反応時間が5~100分間であることがより好ましく、反応温度が140~155℃であり、反応時間が10~100分間であることがさらに好ましい。
The stabilization treatment of the terminal groups of the crude polyoxymethylene homopolymer by esterification can be carried out, for example, by charging the crude polyoxymethylene homopolymer and an esterifying agent and/or an esterification catalyst into an end-group stabilization reactor containing a hydrocarbon polymerization solvent, and allowing them to react.
The reaction temperature and reaction time at this time are preferably 130 to 155°C and 1 to 100 minutes, more preferably 135 to 155°C and 5 to 100 minutes, and even more preferably 140 to 155°C and 10 to 100 minutes.
上記粗ポリオキシメチレンホモポリマーの末端基を封鎖し、安定化するエステル化剤としては、下記一般式(2)で表される酸無水物を用いることができる。
R5COOCOR6 ・・・(2)
(式(2)中、R5及びR6は、各々、独立してアルキル基を示す。R5及びR6は、互いに同じであっても異なっていてもよい。)
As the esterifying agent for blocking and stabilizing the terminal groups of the crude polyoxymethylene homopolymer, an acid anhydride represented by the following general formula (2) can be used.
R 5 COOCOR 6 ...(2)
(In formula (2), R5 and R6 each independently represent an alkyl group. R5 and R6 may be the same or different.)
当該エステル化剤としては、例えば、無水安息香酸、無水コハク酸、無水マレイン酸、無水グルタル酸、無水フタル酸、無水プロピオン酸、無水酢酸が挙げられ、好ましくは無水酢酸である。
これらエステル化剤は、1種のみを単独で用いてもよく、2種以上を混合して用いてもよい。
Examples of the esterifying agent include benzoic anhydride, succinic anhydride, maleic anhydride, glutaric anhydride, phthalic anhydride, propionic anhydride, and acetic anhydride, with acetic anhydride being preferred.
These esterifying agents may be used alone or in combination of two or more.
上記エステル化触媒としては、炭素数1~18のカルボン酸のアルカリ金属塩が好ましく、その添加量は、ポリオキシメチレンホモポリマーの質量に対して、1~1000質量ppmの範囲で適宜選択することができる。
炭素数1~18のカルボン酸のアルカリ金属塩としては、例えば、蟻酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、カプリル酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、マルガリン酸、ステアリン酸等のカルボン酸のアルカリ金属塩が挙げられ、当該アルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウムが挙げられる。これらカルボン酸のアルカリ金属塩の中でも、酢酸リチウム、酢酸ナトリウム、及び酢酸カリウムのアルカリ金属塩が好ましい。
The esterification catalyst is preferably an alkali metal salt of a carboxylic acid having 1 to 18 carbon atoms, and the amount added can be appropriately selected within the range of 1 to 1000 ppm by mass relative to the mass of the polyoxymethylene homopolymer.
Examples of alkali metal salts of carboxylic acids having 1 to 18 carbon atoms include alkali metal salts of carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, caprylic acid, enanthic acid, caprylic acid, pelargonic acid, capric acid, lauric acid, myristic acid, palmitic acid, margaric acid, and stearic acid, and examples of the alkali metal salts include lithium, sodium, potassium, rubidium, and cesium. Among these alkali metal salts of carboxylic acids, alkali metal salts of lithium acetate, sodium acetate, and potassium acetate are preferred.
上記粗ポリオキシメチレンホモポリマーの末端基を、エーテル化により封鎖し、安定化することも可能である。
エーテル化剤としては、脂肪族又は芳香族の酸と、脂肪族、脂環式族又は芳香族のアルコールとのオルトエステル、例えば、メチルオルトホルメート又はエチルオルトホルメート、メチルオルトアセテート又はエチルオルトアセテート、メチルオルトベンゾエート又はエチルオルトベンゾエート、及びオルトカーボネート、具体的にはエチルオルトカーボネートから選択することができ、p-トルエンスルホン酸、酢酸及びシュウ酸のような中強度有機酸、ジメチルスルフェート及びジエチルスルフェートのような中強度鉱酸等のルイス酸型の触媒を用いて安定化することができる。
The end groups of the crude polyoxymethylene homopolymer may be capped and stabilized by etherification.
The etherifying agent may be selected from orthoesters of aliphatic or aromatic acids and aliphatic, alicyclic or aromatic alcohols, such as methyl orthoformate or ethyl orthoformate, methyl orthoacetate or ethyl orthoacetate, methyl orthobenzoate or ethyl orthobenzoate, and orthocarbonates, specifically ethyl orthocarbonate, and may be stabilized with a Lewis acid type catalyst such as a medium strength organic acid such as p-toluenesulfonic acid, acetic acid and oxalic acid, or a medium strength mineral acid such as dimethyl sulfate and diethyl sulfate.
粗ポリオキシメチレンホモポリマーの末端基を、エーテル化により封鎖し安定化するときの、当該エーテル化反応に用いる溶媒としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン及びベンゼン等の低沸点脂肪族有機溶媒;脂環式及び芳香族炭化水素系有機溶媒;塩化メチレン、クロロホルム及び四塩化炭素等のハロゲン化低級脂肪族;等の有機溶媒が挙げられる。 When the end groups of crude polyoxymethylene homopolymer are blocked and stabilized by etherification, examples of solvents used in the etherification reaction include low-boiling aliphatic organic solvents such as pentane, hexane, cyclohexane, and benzene; alicyclic and aromatic hydrocarbon organic solvents; and halogenated lower aliphatic solvents such as methylene chloride, chloroform, and carbon tetrachloride.
上記の方法により末端基が安定化されたポリオキシメチレンホモポリマーを、熱風式乾燥機や真空乾燥機等の乾燥機を用いて、100~150℃に調整した空気又は窒素ガスを封入し、水分を除去して乾燥することにより、目的とするポリオキシメチレンホモポリマーが得られる。 The polyoxymethylene homopolymer whose end groups have been stabilized by the above method can be dried using a dryer such as a hot air dryer or vacuum dryer, with air or nitrogen gas adjusted to 100-150°C enclosed to remove moisture, thereby obtaining the desired polyoxymethylene homopolymer.
-ポリオキシメチレンコポリマー-
ポリオキシメチレンコポリマーは、例えば、コモノマーとして、1,3-ジオキソラン、1,4-ブタンジオールホルマール等のグリコール、ジグリコールの環状ホルマール等の環状エーテル、又は環状ホルマールを用い、これらとトリオキサン等のモノマーとを共重合させること等により製造することができる。
-Polyoxymethylene copolymer-
The polyoxymethylene copolymer can be produced, for example, by using, as a comonomer, a glycol such as 1,3-dioxolane or 1,4-butanediol formal, a cyclic ether such as a cyclic formal of diglycol, or a cyclic formal, and copolymerizing these with a monomer such as trioxane.
共重合させるコモノマーの割合は、上記トリオキサン1molに対して0.03~20mol%であることが好ましく、0.03~15mol%であることがより好ましく、0.04~5mol%であることがさらに好ましい。コモノマーの割合が上記範囲であれば、より機械的強度に優れたポリオキシメチレンペレットが得られる。 The ratio of the comonomer to be copolymerized is preferably 0.03 to 20 mol%, more preferably 0.03 to 15 mol%, and even more preferably 0.04 to 5 mol%, per 1 mol of the trioxane. If the comonomer ratio is within the above range, polyoxymethylene pellets with superior mechanical strength can be obtained.
ポリオキシメチレンコポリマーの重合における重合触媒としては、例えば、ルイス酸、プロトン酸及びそのエステル又は無水物等のカチオン活性触媒等が挙げられる。
ルイス酸としては、例えば、ホウ酸、スズ、チタン、リン、ヒ素及びアンチモンのハロゲン化物等が挙げられ、具体的には三フッ化ホウ素、四塩化スズ、四塩化チタン、五フッ化リン、五塩化リン、五フッ化アンチモン及びその錯化合物又は塩等が挙げられる。
また、プロトン酸及びそのエステル又は無水物としては、例えば、パークロル酸、トリフルオロメタンスルホン酸、パークロル酸-3級ブチルエステル、アセチルパークロラート、トリメチルオキソニウムヘキサフルオロホスフェート等が挙げられる。
これらの中でも、三フッ化ホウ素;三フッ化ホウ素水和物;及び酸素原子又は硫黄原子を含む有機化合物と三フッ化ホウ素との配位錯化合物;が好ましく、例えば、三フッ化ホウ素ジエチルエーテル、三フッ化ホウ素ジ-n-ブチルエーテルが好ましいものとして挙げられる。
Examples of the polymerization catalyst for the polymerization of the polyoxymethylene copolymer include cationic active catalysts such as Lewis acids, protonic acids, and esters or anhydrides thereof.
Examples of Lewis acids include halides of boric acid, tin, titanium, phosphorus, arsenic, and antimony, and specific examples thereof include boron trifluoride, tin tetrachloride, titanium tetrachloride, phosphorus pentafluoride, phosphorus pentachloride, antimony pentafluoride, and complex compounds or salts thereof.
Examples of protonic acids and their esters or anhydrides include perchloric acid, trifluoromethanesulfonic acid, perchloric acid-tert-butyl ester, acetyl perchlorate, and trimethyloxonium hexafluorophosphate.
Among these, boron trifluoride; boron trifluoride hydrate; and coordination complex compounds of boron trifluoride and an organic compound containing an oxygen atom or a sulfur atom are preferred, and examples of preferred compounds include boron trifluoride diethyl ether and boron trifluoride di-n-butyl ether.
三フッ化ホウ素の添加量としては、上記トリオキサン1molに対して、0.10×10-4mol以下が好ましく、より好ましくは0.07×10-4mol以下であり、さらに好ましくは0.03~0.05×10-4molである。三フッ化ホウ素の添加量が上記範囲であれば、熱安定性に優れたポリオキシメチレン組成物を提供することができる。 The amount of boron trifluoride added is preferably 0.10× 10 mol or less, more preferably 0.07× 10 mol or less, and even more preferably 0.03 to 0.05× 10 mol, per 1 mol of trioxane. When the amount of boron trifluoride added is within the above range, a polyoxymethylene composition with excellent thermal stability can be provided.
上記例示されたポリオキシメチレンコポリマーの重合方法としては、上記スラリー重合法の他に、例えば、塊状重合法で行ってもよく、バッチ式、連続式のいずれも適用可能である。
重合装置としては、例えば、コニーダー、2軸スクリュー式連続押出混錬機、2軸パドル型連続混合機等のセルフクリーニング型押出混錬機等が挙げられる。
溶融状態のモノマーが上記重合装置に供給され、重合の進行とともに固体塊状のポリオキシメチレンコポリマーが得られる。
As the polymerization method for the polyoxymethylene copolymer exemplified above, in addition to the above-mentioned slurry polymerization method, for example, bulk polymerization method may be used, and either a batch method or a continuous method may be applied.
Examples of the polymerization apparatus include a co-kneader, a twin-screw continuous extrusion kneader, a self-cleaning extrusion kneader such as a twin-screw paddle type continuous mixer, and the like.
Molten monomers are fed into the polymerization apparatus, and as the polymerization proceeds, a solid block of polyoxymethylene copolymer is obtained.
以上の重合で得られたポリオキシメチレンコポリマーには、熱的に不安定な末端部〔-(OCH2)n-OH基〕が存在する場合があるため、この不安定な末端部の分解除去処理を実施することが好ましい。不安定な末端部の分解除去方法としては、公知の方法で行うことができる。 The polyoxymethylene copolymer obtained by the above polymerization may contain thermally unstable terminal groups [-( OCH2 ) n -OH groups], so it is preferable to carry out a treatment to decompose and remove these unstable terminal groups. The decomposition and removal method for the unstable terminal groups can be a known method.
<(B)窒化ホウ素>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、結晶核剤として(B)窒化ホウ素を含有する。
(B)窒化ホウ素は、結晶核剤として働くことで形成される(A)ポリオキシメチレンの球晶サイズの観点から、平均粒子径が10~800nmであり、好ましくは80~500nm、より好ましくは100~500nmである。
なお、(B)窒化ホウ素の平均粒子径は、ポリオキシメチレン組成物から(B)窒化ホウ素の粒子を取り出し、走査型電子顕微鏡によって拡大倍率50000倍で得られた3.0×3.0μmの範囲の視野画像に対し、画像処理解析ソフト(旭化成エンジニアリング(株)製「A像くん」)を使用して求めた、上記視野画像中の少なくとも100粒子以上の最長粒子径の平均値として求められ、具体的には、後述の実施例に記載の方法により求められる。
ポリオキシメチレン組成物から(B)窒化ホウ素の粒子を取り出す方法としては、焼却や窒素ガス雰囲気下での加熱処理等により、ポリオキシメチレン組成物中の有機物成分を分解除去する方法等が挙げられる。
<(B) Boron Nitride>
The polyoxymethylene composition of the present embodiment contains (B) boron nitride as a crystal nucleating agent.
From the viewpoint of the size of the spherulites of the polyoxymethylene (A) formed by the boron nitride (B) functioning as a crystal nucleating agent, the average particle size is 10 to 800 nm, preferably 80 to 500 nm, and more preferably 100 to 500 nm.
The average particle size of (B) boron nitride is determined by extracting particles of (B) boron nitride from the polyoxymethylene composition, and then using image processing and analysis software ("Asahi Kasei Engineering Co., Ltd."'s "A-zo-kun") to obtain a field image of a 3.0 × 3.0 μm area obtained at a magnification of 50,000 times using a scanning electron microscope. The average particle size of (B) boron nitride is determined as the average value of the longest particle sizes of at least 100 particles in the field image, specifically, by the method described in the Examples below.
Methods for extracting the boron nitride particles (B) from the polyoxymethylene composition include methods in which organic components in the polyoxymethylene composition are decomposed and removed by incineration or heat treatment under a nitrogen gas atmosphere.
(B)窒化ホウ素は、平均粒子径が上記範囲である(B)窒化ホウ素をそのまま用いてもよく、また、粒子径が大きいものに粉砕処理を施し、上記の平均粒子径の範囲に加工して用いてもよい。すなわち、(B)窒化ホウ素の粒子径は、粉砕処理により制御することが可能である。
粉砕する機械としては、例えば、乾式ジェットミル、湿式ジェットミル、ハンマーミル、振動ミル、ローラーミル、転動ミル、ピンディスクミル、ビーズミル、衝撃せん断ミル、高圧流体衝突ミル、乾式ボールミル、湿式ボールミルなどが挙げられる。
なお、粉砕方法としては、乾式方法のみを採用してもよく、湿式方法と乾式方法を組み合わせた方法を採用してもよく、湿式方法のみを採用してもよい。
As for (B) boron nitride, (B) boron nitride having an average particle size within the above range may be used as is, or boron nitride having a larger particle size may be subjected to a pulverization treatment and processed to have an average particle size within the above range before use. In other words, the particle size of (B) boron nitride can be controlled by the pulverization treatment.
Examples of machines for pulverization include dry jet mills, wet jet mills, hammer mills, vibration mills, roller mills, tumbling mills, pin disc mills, bead mills, impact shear mills, high-pressure fluid impingement mills, dry ball mills, and wet ball mills.
The pulverization method may be a dry method alone, a combination of a wet method and a dry method, or a wet method alone.
(B)窒化ホウ素は、鱗片状、扁平状、円盤状、球状などのいずれの形状であってもよい。
(B)窒化ホウ素の結晶構造としては、六方晶系グラファイト構造、立方晶系閃亜鉛鉱型構造、六方晶系ウルツ鉱型構造がある。(B)窒化ホウ素は、ポリオキシメチレンの結晶核剤として、六方晶グラファイト構造の六方晶窒化ホウ素であることが好ましい。
(B)窒化ホウ素は、結晶核剤として機能する他、ポリオキシメチレン組成物の熱伝導性、耐熱性、耐食性、電気絶縁性、潤滑性、離型性の向上にも寄与する。
(B) Boron nitride may be in any shape, such as a scale shape, a flat shape, a disk shape, or a sphere shape.
The crystal structure of (B) boron nitride includes a hexagonal graphite structure, a cubic zinc blende structure, and a hexagonal wurtzite structure. (B) boron nitride is preferably hexagonal boron nitride with a hexagonal graphite structure as a crystal nucleating agent for polyoxymethylene.
(B) Boron nitride not only functions as a crystal nucleating agent, but also contributes to improving the thermal conductivity, heat resistance, corrosion resistance, electrical insulation, lubricity, and mold releasability of the polyoxymethylene composition.
(B)窒化ホウ素の種類としては、特に限定はされないが、例えば、XGP(デンカ社製)、SGP(デンカ社製)、MGP(デンカ社製)、GP(デンカ社製)、HGP(デンカ社製)、SP-2(デンカ社製)、SP-3(デンカ社製)、SGPS(デンカ社製)、AP-10S(MARUKA社製)、AP-20S(MARUKA社製)、AP-100S(MARUKA社製)、SL-170-20OG(MARUKA社製)、SL-170-20-WA(MARUKA社製)、UHP-S2(昭和電工社製)、UHP-1K(昭和電工社製)、UHP-2(昭和電工社製)、UHP-G1H(昭和電工社製)、PCT-UFB(サンゴバン社製)、PCTP2(サンゴバン社製)、PCTF5(サンゴバン社製)、PCTP8(サンゴバン社製)、PCTL30(サンゴバン社製)、PCTP12(サンゴバン社製)、PCTP16(サンゴバン社製)、PCTP30(サンゴバン社製)、PCTP30D(サンゴバン社製)、PCTL5MHF(サンゴバン社製)、PCTL7MHF(サンゴバン社製)、PCTL20MHF(サンゴバン社製)、PCTH7MHF(サンゴバン社製)、PCTH10MHF(サンゴバン社製)、CTS7M(サンゴバン社製)、CTS25M(サンゴバン社製)、IDL100(サンゴバン社製)、IDL200(サンゴバン社製)、IDL300(サンゴバン社製)、IDL400(サンゴバン社製)、IDL500(サンゴバン社製)、IDL600(サンゴバン社製)、IDL700(サンゴバン社製)、IDL800(サンゴバン社製)、IDL900(サンゴバン社製)、PHPP325(サンゴバン社製)、PHPP325B(サンゴバン社製)、MCFP(サンゴバン社製)、PSHP325(サンゴバン社製)、PSHP605(サンゴバン社製)、PCPS3005(サンゴバン社製)、PCPS302(サンゴバン社製)、PCPS308(サンゴバン社製)、PCPS3012(サンゴバン社製)、PCPS3016(サンゴバン社製)、PCPS330(サンゴバン社製)、PUHP3008J(サンゴバン社製)、PUHP1109J(サンゴバン社製)、PT110(MOMENTIVE社製)、PT120(MOMENTIVE社製)、PT350(MOMENTIVE社製)、PT670(MOMENTIVE社製)、PTX25(MOMENTIVE社製)、PTX60(MOMENTIVE社製)、ZSA-200(ジクス工業社製)、ZSA-20(ジクス工業社製)、ZSA-5(ジクス工業社製)、SCP1(ESK CERAMICS社製)、SX(ESK CERAMICS社製)、S1(ESK CERAMICS社製)、S3(ESK CERAMICS社製)、SRF(ESK CERAMICS社製)、SHP-2(水島合金鉄社製)、SHP-3(水島合金鉄社製)、SHP-4(水島合金鉄社製)、SHP-5(水島合金鉄社製)、SHP-5L(水島合金鉄社製)、SHP-6(水島合金鉄社製)、SHP-7(水島合金鉄社製)、SHP-9(水島合金鉄社製)、HP-1(水島合金鉄社製)、HP-P1(水島合金鉄社製)、HP-2(水島合金鉄社製)、HP-4W(水島合金鉄社製)、HP-6(水島合金鉄社製)、HP40J(水島合金鉄社製)、HP40MF(水島合金鉄社製)、FS-1(水島合金鉄社製)、FS-3(水島合金鉄社製)、Platelets 001(3M社製)、Platelets 003E(3M社製)、Platelets 003SF(3M社製)、Platelets 003(3M社製)、Platelets 006(3M社製)、Platelets 007HS(3M社製)、Platelets 0075(3M社製)、Platelets 009(3M社製)、Platelets 012(3M社製)、Platelets 012P(3M社製)、Flakes 500-3(3M社製)、L551(HONGWUNEWMA TERIAL社製)、L553(HONGWUNEWMA TERIAL社製)、L556(HONGWUNEWMA TERIAL社製)、Hex-Boron Nitride Powder(hBN、99% Pure、APS:70nm)(LOWER FRICTION社製)、Hex-Boron Nitride Powder(hBN、98% Pure、APS:0.5micron)(LOWER FRICTION社製)、Hex-Boron Nitride Powder(hBN、98% Pure、APS:1.5micron)(LOWER FRICTION社製)、Hex-Boron Nitride Powder(hBN、98% Pure、APS:5micron)(LOWER FRICTION社製)、Hex-Boron Nitride Powder(hBN、98% Pure、APS:30micron)(LOWER FRICTION社製)などが挙げられる。
(B)窒化ホウ素は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
(B) The type of boron nitride is not particularly limited, but examples thereof include XGP (manufactured by Denka Co., Ltd.), SGP (manufactured by Denka Co., Ltd.), MGP (manufactured by Denka Co., Ltd.), GP (manufactured by Denka Co., Ltd.), HGP (manufactured by Denka Co., Ltd.), SP-2 (manufactured by Denka Co., Ltd.), SP-3 (manufactured by Denka Co., Ltd.), SGPS (manufactured by Denka Co., Ltd.), AP-10S (manufactured by MARUKA Co., Ltd.), AP-20S (manufactured by MARUKA Co., Ltd.), AP-100S (manufactured by MARUKA Co., Ltd.), SL-170-20OG (manufactured by MARUKA Co., Ltd.), SL-170-20-WA (manufactured by MARUKA Co., Ltd.), UHP-S2 (manufactured by Showa Denko K.K.), UHP-1K (manufactured by Showa Denko K.K.), UHP-2 (manufactured by Showa Denko K.K.), UHP-G1H (manufactured by Showa Denko K.K.), and the like. Wadenko Co., Ltd.), PCT-UFB (Saint-Gobain), PCTP2 (Saint-Gobain), PCTF5 (Saint-Gobain), PCTP8 (Saint-Gobain), PCTL30 (Saint-Gobain), PCTP12 (Saint-Gobain), PCTP16 (Saint-Gobain), PCTP30 (Saint-Gobain), PCTP30D (Saint-Gobain), PCTL5MHF (Saint-Gobain), PCTL7MHF (Saint-Gobain), PCTL20MHF (Saint-Gobain), PCTH7MHF (Saint-Gobain), PCTH10MHF (Saint-Gobain), CTS7M (Saint-Gobain), CTS25M (Saint-Gobain) ), IDL100 (manufactured by Saint-Gobain), IDL200 (manufactured by Saint-Gobain), IDL300 (manufactured by Saint-Gobain), IDL400 (manufactured by Saint-Gobain), IDL500 (manufactured by Saint-Gobain), IDL600 (manufactured by Saint-Gobain), IDL700 (manufactured by Saint-Gobain), IDL800 (manufactured by Saint-Gobain), IDL900 (manufactured by Saint-Gobain), PHPP325 (manufactured by Saint-Gobain), PHPP325B (manufactured by Saint-Gobain), MCFP (manufactured by Saint-Gobain), PSHP325 (manufactured by Saint-Gobain), PSHP605 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS3005 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS302 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS308 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS3012 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS3016 (manufactured by Saint-Gobain), PCPS330 (manufactured by Saint-Gobain), PUHP3008J (manufactured by Saint-Gobain), PUHP1109J (manufactured by Saint-Gobain), PT110 (manufactured by MOMENTIVE), PT120 (manufactured by MOMENTIVE), PT350 (manufactured by MOMENTIVE), PT670 (manufactured by MOMENTIVE), PTX25 (manufactured by MOMENTIVE), PTX60 (manufactured by MOMENTIVE), ZSA-200 (manufactured by JIX Industrial Co., Ltd.), ZSA-20 (manufactured by JIX Industrial Co., Ltd.), ZSA-5 (manufactured by JIX Industrial Co., Ltd.), SCP1 (ESK CERAMICS), SX (ESK CERAMICS), S1 (ESK CERAMICS), S3 (ESK CERAMICS), SRF (ESK CERAMICS), SHP-2 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-3 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-4 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-5 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-5L (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-6 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-7 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), SHP-9 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP-1 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP-P1 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP-2 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP-4W (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP-6 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP40J (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), HP40MF (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), FS-1 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), FS-3 (Mizushima Ferro Alloy Co., Ltd.), Platelets 001 (manufactured by 3M), Platelets 003E (manufactured by 3M), Platelets 003SF (manufactured by 3M), Platelets 003 (manufactured by 3M), Platelets 006 (manufactured by 3M), Platelets 007HS (manufactured by 3M), Platelets 0075 (manufactured by 3M), Platelets 009 (manufactured by 3M), Platelets 012 (manufactured by 3M), Platelets 012P (manufactured by 3M), Flakes 500-3 (manufactured by 3M), L551 (manufactured by HONGWUNEWMA TERIAL), L553 (manufactured by HONGWUNEWMA TERIAL), L556 (manufactured by HONGWUNEWMA (manufactured by TERIAL), Hex-Boron Nitride Powder (hBN, 99% Pure, APS: 70nm) (manufactured by LOWER FRICTION), Hex-Boron Nitride Powder (hBN, 98% Pure, APS: 0.5 micron) (manufactured by LOWER FRICTION), Hex-Boron Nitride Powder (hBN, 98% Pure, APS: 1.5 micron) (LOWER FRICTION), Hex-Boron Nitride Powder (hBN, 98% Pure, APS: 5micron) (LOWER Hex-Boron Nitride Powder (hBN, 98% Pure, APS: 30 microns) (manufactured by LOWER FRICTION Co., Ltd.), and the like.
(B) The boron nitride may be used alone or in combination of two or more kinds.
(B)窒化ホウ素の代表的な製法としては、融解した無水ホウ酸(B2O3)と窒素あるいはアンモニアとをリン酸カルシウム(CaPO4)触媒にて反応させる方法がある。その他の製法としては、ホウ酸やホウ化アルカリと、尿素、グアニジン、メラミンなどの有機窒素化合物とを高温の窒素-アンモニア雰囲気中で反応させる方法、融解したホウ酸ナトリウム(Na3BO3)と塩化アンモニウムとをアンモニア雰囲気中で反応させる方法、三塩化ホウ素(BCl3)とアンモニアとを高温で反応させる方法、CVD(化学気相成長)法、熱CVD法、PVD(物理気相成長法)などが挙げられる。 (B) A typical method for producing boron nitride is to react molten boric anhydride (B 2 O 3 ) with nitrogen or ammonia in the presence of calcium phosphate (CaPO 4 ) as a catalyst. Other methods include reacting boric acid or an alkali borate with an organic nitrogen compound such as urea, guanidine, or melamine in a high-temperature nitrogen-ammonia atmosphere, reacting molten sodium borate (Na 3 BO 3 ) with ammonium chloride in an ammonia atmosphere, reacting boron trichloride (BCl 3 ) with ammonia at high temperatures, CVD (chemical vapor deposition), thermal CVD, and PVD (physical vapor deposition), among others.
本実施形態で用いる(B)窒化ホウ素には、B2O3やホウ酸、炭素成分などの不純物が含まれていてもよいが、好ましくは(B)窒化ホウ素の純度が60%以上であり、80%以上がより好ましく、90%以上が最も好ましい。 The boron nitride (B) used in this embodiment may contain impurities such as B2O3 , boric acid, and carbon components, but the purity of the boron nitride (B) is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, and most preferably 90% or more.
本実施形態のポリオキシメチレン組成物の製造における(B)窒化ホウ素の添加方法としては、固体として添加してもよく、分散媒に分散させて添加してもよい。また、適宜、表面酸化や表面修飾、焼成、ドーパントのインタカレート、劈開処理などの前処理を加えてもよい。 In the production of the polyoxymethylene composition of this embodiment, boron nitride (B) may be added as a solid or dispersed in a dispersion medium. Pretreatments such as surface oxidation, surface modification, calcination, dopant intercalation, and cleavage may also be performed as appropriate.
本実施形態のポリオキシメチレン組成物中の(B)窒化ホウ素の含有量は、誘導結合プラズマ質量分析法(ICP-MS)によるホウ素元素の定量分析により測定することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
ICP-MS測定の前処理としては、加圧可能な容器にポリオキシメチレン組成物のペレット、パウダー、成形切削片のいずれかとフッ酸と硝酸の混酸を加えて、マイクロウェーブ照射による密閉系の加圧酸分解することが挙げられ、これによりポリオキシメチレン組成物中の(B)窒化ホウ素が全て分解し、ホウ素元素がICP-MSで定量分析可能となる。
本実施形態のポリオキシメチレン組成物中の(B)窒化ホウ素の含有量は、結晶核剤の実効量の観点から、(A)ポリオキシメチレン100質量部に対して0.001質量部以上であり、0.002質量部以上が好ましく、0.005質量部以上がより好ましく、0.007質量部以上がさらに好ましく、0.01質量部以上がよりさらに好ましく、0.02質量部以上が最も好ましい。一方、熱安定性や異物として破壊起点になる影響の観点から、(B)窒化ホウ素の含有量は、0.5質量部以下であり、好ましくは0.3質量部以下、より好ましくは0.2質量部以下である。
The content of (B) boron nitride in the polyoxymethylene composition of the present embodiment can be measured by quantitative analysis of boron element by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), and specifically, can be measured by the method described in the examples below.
As a pretreatment for ICP-MS measurement, pellets, powder, or molding cuttings of the polyoxymethylene composition and a mixed acid of hydrofluoric acid and nitric acid are placed in a pressurizable container, and the mixture is subjected to pressurized acid decomposition in a closed system using microwave irradiation. This decomposes all of the boron nitride (B) in the polyoxymethylene composition, allowing quantitative analysis of the boron element by ICP-MS.
The content of (B) boron nitride in the polyoxymethylene composition of this embodiment is, from the viewpoint of the effective amount of crystal nucleating agent, 0.001 parts by mass or more, preferably 0.002 parts by mass or more, more preferably 0.005 parts by mass or more, even more preferably 0.007 parts by mass or more, even more preferably 0.01 parts by mass or more, and most preferably 0.02 parts by mass or more, per 100 parts by mass of (A) polyoxymethylene. On the other hand, from the viewpoint of thermal stability and the influence of (B) boron nitride as a foreign matter serving as a fracture starting point, the content of (B) boron nitride is 0.5 parts by mass or less, preferably 0.3 parts by mass or less, more preferably 0.2 parts by mass or less.
上記特定の粒子径と含有量の範囲の(B)窒化ホウ素を用いることで、(A)ポリオキシメチレンの球晶サイズを限りなく小さくし、高応力下での耐クリープ特性を向上することができ、さらに驚くべきことに、耐衝撃性、耐酸性に優れたポリオキシメチレン組成物を提供することができる。詳しい原理は不明だが、おそらく耐衝撃性に関しては、結晶化速度の増大により成形品表層の結晶構造の異方性が解消されることによるものと考えられ、耐酸性に関しては、(B)窒化ホウ素中の窒素原子が塩基として寄与しているものと考えられる。 By using (B) boron nitride within the above-mentioned specific particle size and content range, it is possible to minimize the spherulite size of (A) polyoxymethylene, improving creep resistance under high stress, and, more surprisingly, providing a polyoxymethylene composition with excellent impact resistance and acid resistance. While the exact mechanism is unknown, it is thought that impact resistance is achieved by eliminating the anisotropy of the crystalline structure of the surface layer of the molded product due to an increased crystallization rate, while acid resistance is achieved by the nitrogen atoms in (B) boron nitride acting as a base.
<(C)ポリ-β-アラニン重合体>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、(C)第一級アミド基を30~70mоl%含有するポリ-β-アラニン重合体を含んでいてもよい。
(C)ポリ-β-アラニン重合体は、主として下記式(3)で示される構造単位(3)及び式(4)で示される構造単位(4)からなるものである。
[-CH2-CH2-CONH-] ・・・(3)
[-CH2-CH-] ・・・(4)
|
CONH2
なお、「主として構造単位(3)及び構造単位(4)からなる」とは、(C)ポリ-β-アラニン重合体における構造単位(3)及び構造単位(4)の合計含有量が、95mol%以上であることを意味するのとする。
(C)ポリ-β-アラニン重合体は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<(C) Poly-β-alanine polymer>
The polyoxymethylene composition of the present embodiment may contain (C) a poly-β-alanine polymer containing 30 to 70 mol % of primary amide groups.
The poly-β-alanine polymer (C) is mainly composed of a structural unit (3) represented by the following formula (3) and a structural unit (4) represented by the following formula (4).
[-CH 2 -CH 2 -CONH-] ...(3)
[-CH 2 -CH-] ...(4)
|
CONH 2
The phrase "mainly consisting of the structural unit (3) and the structural unit (4)" means that the total content of the structural unit (3) and the structural unit (4) in the poly-β-alanine polymer (C) is 95 mol % or more.
The poly-β-alanine polymer (C) may be used alone or in combination of two or more.
上記のとおり、構成単位(4)は第一級アミド基を含有しており、(C)ポリ-β-アラニン重合体における第一級アミド基の含有量は、30~70mol%であり、35~65mol%であることがより好ましく、40~60mol%であることがより好ましい。第一級アミド基の含有量がこの範囲であると、生産性に優れる。
第一級アミド基の含有量の測定方法としては、まず、かき混ぜ機付フラスコ内に試料ポリマーと40質量%水酸化カリウム水溶液を加え、かき混ぜながら105~110℃で20分間加熱し、第一級アミド基をアンモニアに加水分解する。次いで、フラスコ内容物を50℃以下に冷却した後、メタノールを加え、アンモニアをメタノールと共に抽出する。この抽出液を0.1規定硫酸水溶液に吸収させ、指示薬にメチルレッドを用いて0.1規定水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定を行うことにより、第一級アミド基の含有量を求める。
As described above, the structural unit (4) contains a primary amide group, and the content of the primary amide group in the poly-β-alanine polymer (C) is 30 to 70 mol %, more preferably 35 to 65 mol %, and even more preferably 40 to 60 mol %. When the content of the primary amide group is within this range, excellent productivity is achieved.
The primary amide group content is measured by first placing a sample polymer and a 40% by mass aqueous potassium hydroxide solution in a flask equipped with a stirrer, and heating the mixture at 105-110°C for 20 minutes while stirring to hydrolyze the primary amide groups to ammonia. The contents of the flask are then cooled to below 50°C, and methanol is added to extract the ammonia together with the methanol. The extract is absorbed in a 0.1 N aqueous sulfuric acid solution, and neutralization titration is performed with a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution using methyl red as an indicator to determine the primary amide group content.
(C)ポリ-β-アラニン重合体としては、ギ酸可溶性の低分子量のものから、ギ酸不溶性の高分子量のものまで使用可能であるが、還元粘度(ηsp/c)が0.5~15dL/gに相当する分子量を持つものが好ましく、より好ましくは1~10dL/g、更に好ましくは2~5dL/gに相当する分子量を持つものである。
還元粘度(ηsp/c)の測定方法としては、まず、ポリマー5gをギ酸100mLに入れ、常温で2時間かき混ぜ溶解する。次いで、減圧下でろ過してギ酸溶液を得る。このギ酸溶液に500mLのメタノールを加えてギ酸溶解物を析出させ、この析出物をろ別した後、真空乾燥機中にて80℃で10時間減圧乾燥する。得られた試料を純度99%以上のギ酸に溶解した後、200メッシュのろ過材を通して、試料濃度が1g/dLの試料溶液を調整する。オストワルド粘度計を用いて35℃の温度における試料溶液の落下時間を測定し、下記式により還元粘度ηsp/c(dL/g)を計算する。
ηsp/c=(t/t0-1)/c
(式中、tは試料溶液の落下時間(秒)、t0はギ酸溶液の落下時間(秒)、cは試料溶液の濃度(g/dL)である。)
The poly-β-alanine polymer (C) may be any of a low molecular weight polymer soluble in formic acid and a high molecular weight polymer insoluble in formic acid. Preferably, the poly-β-alanine polymer has a molecular weight corresponding to a reduced viscosity (ηsp/c) of 0.5 to 15 dL/g, more preferably 1 to 10 dL/g, and even more preferably 2 to 5 dL/g.
The reduced viscosity (ηsp/c) was measured by first adding 5 g of polymer to 100 mL of formic acid and stirring at room temperature for 2 hours to dissolve the polymer. The solution was then filtered under reduced pressure to obtain a formic acid solution. 500 mL of methanol was added to the formic acid solution to precipitate a formic acid solution. The precipitate was then filtered and dried under reduced pressure in a vacuum dryer at 80°C for 10 hours. The resulting sample was dissolved in formic acid with a purity of 99% or higher and passed through a 200-mesh filter to prepare a sample solution with a sample concentration of 1 g/dL. The drop time of the sample solution at 35°C was measured using an Ostwald viscometer, and the reduced viscosity ηsp/c (dL/g) was calculated using the following formula:
ηsp/c=(t/t 0 -1)/c
(In the formula, t is the drop time of the sample solution (seconds), t is the drop time of the formic acid solution (seconds), and c is the concentration of the sample solution (g/dL).)
(C)ポリ-β-アラニン重合体は、例えば触媒としてアルカリ土類金属のアルコラートを用い、アクリルアミドを重合させることによって製造することができる。
(C)ポリ-β-アラニン重合体の重合反応は、溶媒の不存在下で行ってもよいし、存在下で行ってもよい。該溶媒としては、例えば、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの芳香族炭化水素、クロロベンゼン、o-ジクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素などが挙げられる。
上記の重合は、例えば脱水精製したアクリルアミドに所定量の触媒を加えて、不活性ガス雰囲気中で加熱することによって行われる。重合方法としては、バッチ式溶液重合法、バッチ式塊状重合法、連続式溶液重合法、連続式塊状重合法などを用いることができる。
この重合反応の反応温度は、通常70~150℃が好ましく、より好ましくは80~130℃の範囲である。
(C) Poly-β-alanine polymer can be produced, for example, by polymerizing acrylamide using an alcoholate of an alkaline earth metal as a catalyst.
The polymerization reaction of (C) poly-β-alanine polymer may be carried out in the presence or absence of a solvent, such as aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, and xylene, and halogenated aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene and o-dichlorobenzene.
The polymerization is carried out, for example, by adding a predetermined amount of catalyst to dehydrated and purified acrylamide and heating the mixture in an inert gas atmosphere. Polymerization methods that can be used include batch solution polymerization, batch bulk polymerization, continuous solution polymerization, and continuous bulk polymerization.
The reaction temperature for this polymerization reaction is usually preferably in the range of 70 to 150°C, more preferably 80 to 130°C.
また、(C)ポリ-β-アラニン重合体としては、架橋構造を持ったものも使用可能である。架橋構造をもったものとしては、メチレンビスアクリルアミドで架橋させたものを挙げることができる。架橋構造をもたせることで凝集性が改善され、連続生産性が更に良くなる。 Furthermore, as the (C) poly-β-alanine polymer, those with a crosslinked structure can also be used. Examples of those with a crosslinked structure include those crosslinked with methylenebisacrylamide. The crosslinked structure improves cohesion and further improves continuous productivity.
(C)ポリ-β-アラニン重合体の含有量は、(A)ポリオキシメチレン100質量部に対して、熱安定性の観点から、0.01質量部以上が好ましく、0.05質量部以上がより好ましい。また、異物としての機械物性への影響の観点から、3.0質量部以下が好ましく、より好ましくは1.0質量部以下であり、更に好ましくは0.5質量部以下である。 From the viewpoint of thermal stability, the content of (C) poly-β-alanine polymer is preferably 0.01 parts by mass or more, and more preferably 0.05 parts by mass or more, per 100 parts by mass of (A) polyoxymethylene. Furthermore, from the viewpoint of the impact on mechanical properties as a foreign matter, the content is preferably 3.0 parts by mass or less, more preferably 1.0 part by mass or less, and even more preferably 0.5 part by mass or less.
<(D)ポリアミド重合体>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、(D)融点が140~230℃であるポリアミド重合体を含んでいてもよい。
(D)ポリアミド重合体は、生産性の観点から、融点が140~230℃であり、好ましくは150~200℃、より好ましくは150~180℃である。
融点が(A)ポリオキシメチレンの加工温度領域付近にあることにより、押出機での樹脂圧力を低減させ、生産性を向上させるものと考えられる。
なお、融点は、JIS K7121に準拠して示差走査熱量測定(DSC)法により測定することができ、具体的には、後述の実施例に記載の方法により測定することができる。
<(D) Polyamide Polymer>
The polyoxymethylene composition of the present embodiment may contain (D) a polyamide polymer having a melting point of 140 to 230°C.
From the viewpoint of productivity, the polyamide polymer (D) has a melting point of 140 to 230°C, preferably 150 to 200°C, and more preferably 150 to 180°C.
It is believed that the melting point being in the vicinity of the processing temperature range of (A) polyoxymethylene reduces the resin pressure in the extruder, improving productivity.
The melting point can be measured by differential scanning calorimetry (DSC) in accordance with JIS K7121, specifically by the method described in the examples below.
(D)ポリアミド重合体として、ラクタム類、ジアミン、ジカルボン酸、ω-アミノカルボン酸を、単独あるいは二種以上の混合物にして重縮合を行って得られる共重合ポリアミド類のいずれもが使用でき、これらのうち少なくとも1種以上を用いることが好ましい。 (D) As the polyamide polymer, any copolymerized polyamide obtained by polycondensation of lactams, diamines, dicarboxylic acids, and ω-aminocarboxylic acids, either alone or in combination, can be used, and it is preferable to use at least one of these.
(D)ポリアミド重合体は、ラクタム類の開環重合、ジアミンとジカルボン酸の重縮合、又はアミノカルボン酸の自己縮合などによって得られるが、これらに限定されるものではない。 (D) Polyamide polymers can be obtained by, but are not limited to, ring-opening polymerization of lactams, polycondensation of diamines and dicarboxylic acids, or self-condensation of aminocarboxylic acids.
ラクタム類としては、具体的にはε-カプロラクタム、エナントラクタム、ω-ラウロラクタムなどが挙げられる。 Specific examples of lactams include ε-caprolactam, enantholactam, and ω-laurolactam.
ジアミンとしては、大別して脂肪族、脂環式及び芳香族ジアミンが挙げられ、具体例としては、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、トリデカメチレンジアミン、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、5-メチルナノメチレンジアミン、1,3-ビスアミノメチルシクロヘキサン、1,4-ビスアミノメチルシクロヘキサン、m-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、m-キシリレンジアミン、p-キシリレンジアミン等が挙げられる。 Diamines can be broadly classified into aliphatic, alicyclic, and aromatic diamines, and specific examples include tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, undecamethylenediamine, dodecamethylenediamine, tridecamethylenediamine, 2,2,4-trimethylhexamethylenediamine, 2,4,4-trimethylhexamethylenediamine, 5-methylnanomethylenediamine, 1,3-bisaminomethylcyclohexane, 1,4-bisaminomethylcyclohexane, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, m-xylylenediamine, and p-xylylenediamine.
ジカルボン酸としては、大別して脂肪族、脂環式及び芳香族ジカルボン酸が挙げられ、具体的には、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸、1,1,3-トリデカン二酸、1,3-シクロヘキサンジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸、ダイマー酸などが挙げられる。 Dicarboxylic acids can be broadly classified into aliphatic, alicyclic, and aromatic dicarboxylic acids, and specific examples include adipic acid, suberic acid, azelaic acid, sebacic acid, dodecanedioic acid, 1,1,3-tridecanedioic acid, 1,3-cyclohexanedicarboxylic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, naphthalenedicarboxylic acid, and dimer acid.
また、アミノカルボン酸としては、具体的にはε-アミノカプロン酸、7-アミノヘプタン酸、8-アミノオクタン酸、9-アミノノナン酸、11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸、13-アミノトリデカン酸などが挙げられる。 Specific examples of aminocarboxylic acids include ε-aminocaproic acid, 7-aminoheptanoic acid, 8-aminooctanoic acid, 9-aminononanoic acid, 11-aminoundecanoic acid, 12-aminododecanoic acid, and 13-aminotridecanoic acid.
(D)ポリアミド重合体の例としては、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド612、ポリアミド6/612、ポリアミド6/66/610などが挙げられる。これらの中でも、ポリアミド6、ポリアミド12、ポリアミド610、ポリアミド6/66/610が好ましく、ポリアミド12、ポリアミド6/66/610が生産性の観点からより好ましい。
これらのポリアミド重合体は、1種単独で用いても、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
Examples of the polyamide polymer (D) include polyamide 6, polyamide 11, polyamide 12, polyamide 610, polyamide 612, polyamide 6/612, polyamide 6/66/610, etc. Among these, polyamide 6, polyamide 12, polyamide 610, and polyamide 6/66/610 are preferred, and polyamide 12 and polyamide 6/66/610 are more preferred from the viewpoint of productivity.
These polyamide polymers may be used singly or in combination of two or more.
(D)ポリアミド重合体としては、更に相対粘度が3.0以下であることが好ましい。相対粘度は、より好ましくは2.5以下である。相対粘度が3.0以下であると生産性に優れる。
なお、相対粘度の測定は、JIS K6920-1:2000に準拠して行う。具体的には、98%濃硫酸に、1g/100cm3の濃度でポリアミド重合体を溶解し、オストワルド型粘度計により25℃で測定した流下時間をt1、98%濃硫酸単体の25℃での流下時間をt0として、「ηr=t1/t0」で示される値である。
The polyamide polymer (D) preferably has a relative viscosity of 3.0 or less, more preferably 2.5 or less. When the relative viscosity is 3.0 or less, productivity is excellent.
The relative viscosity is measured in accordance with JIS K6920-1: 2000. Specifically, the relative viscosity is a value expressed by "ηr = t 1 /t 0 ", where t 1 is the flow time measured at 25°C by dissolving a polyamide polymer in 98% concentrated sulfuric acid at a concentration of 1 g/100 cm 3 using an Ostwald viscometer and t 0 is the flow time of 98% concentrated sulfuric acid alone at 25°C.
(D)ポリアミド重合体の含有量は、(A)ポリオキシメチレン100質量部に対して、0.001~0.1質量部が好ましく、より好ましくは0.005~0.08質量部、更に好ましくは0.005~0.05質量部である。添加量が、0.001質量部以上であると生産性が向上し、0.1質量部以下であると滞留着色が少ないレベルを保持できる。 The content of (D) polyamide polymer is preferably 0.001 to 0.1 parts by mass, more preferably 0.005 to 0.08 parts by mass, and even more preferably 0.005 to 0.05 parts by mass, per 100 parts by mass of (A) polyoxymethylene. Addition of 0.001 parts by mass or more improves productivity, while addition of 0.1 parts by mass or less maintains a low level of retained coloration.
(D)ポリアミド重合体の(B)窒化ホウ素に対する質量比率(D)/(B)は、0.04~1.0の範囲であることが好ましく、より好ましくは0.07~0.7、更に好ましくは0.1~0.5である。質量比率(D)/(B)が上述した範囲であることにより、強度と耐酸性のバランスがより優れる傾向にある。これは仮説であるが、(B)窒化ホウ素と(D)ポリアミド重合体は共に窒素原子を有し、塩基として耐酸性に寄与するところ、(A)ポリオキシメチレン中に固体塩基として存在する(B)窒化ホウ素と、(A)ポリオキシメチレンに相溶状態である(D)ポリアミド重合体という状態の異なる2種類の塩基が相互作用することにより、効果的に酸の中和ができることによるものと考えられる。 The mass ratio (D)/(B) of (D) polyamide polymer to (B) boron nitride is preferably in the range of 0.04 to 1.0, more preferably 0.07 to 0.7, and even more preferably 0.1 to 0.5. Having the mass ratio (D)/(B) in the above range tends to provide a better balance between strength and acid resistance. This is hypothetical, but it is thought that this is because (B) boron nitride and (D) polyamide polymer both contain nitrogen atoms and contribute to acid resistance as bases. The interaction between two different types of bases—(B) boron nitride present as a solid base in (A) polyoxymethylene and (D) polyamide polymer compatible with (A) polyoxymethylene—effectively neutralizes the acid.
本実施形態のポリオキシメチレン組成物中の(A)ポリオキシメチレン、(B)窒化ホウ素、(C)ポリ-β-アラニン重合体、(D)ポリアミド重合体の含有量が、それぞれ上記特定の範囲にあると、詳しい機構は不明だが、耐クリープ特性、耐衝撃性の他に、耐酸性及び熱安定性が格段に優れたポリオキシメチレン組成物を提供することができる。 When the contents of (A) polyoxymethylene, (B) boron nitride, (C) poly-β-alanine polymer, and (D) polyamide polymer in the polyoxymethylene composition of this embodiment are each within the specific ranges described above, it is possible to provide a polyoxymethylene composition that has significantly superior creep resistance, impact resistance, acid resistance, and thermal stability, although the detailed mechanism is unknown.
<その他の添加剤>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、(A)ポリオキシメチレンの特性を損なわない範囲で、さらに顔料、染料、各種強化材、酸化防止剤、熱安定剤、ホルムアルデヒド及び/若しくはギ酸捕捉剤等の安定剤、耐候安定剤、離型剤、潤滑剤、導電剤、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、無機充填剤又は有機充填剤等の各種添加剤を含んでいてもよい。
これらの添加剤は、1種類のみを単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
ポリオキシメチレン組成物における添加剤の含有量は、(A)ポリオキシメチレン100質量部に対して、10質量部以下であることが好ましい。
<Other additives>
The polyoxymethylene composition of the present embodiment may further contain various additives, such as pigments, dyes, various reinforcing materials, antioxidants, heat stabilizers, stabilizers such as formaldehyde and/or formic acid scavengers, weathering stabilizers, release agents, lubricants, conductive agents, thermoplastic resins, thermoplastic elastomers, inorganic fillers, or organic fillers, within the range that does not impair the properties of the polyoxymethylene (A).
These additives may be used alone or in combination of two or more.
The content of the additive in the polyoxymethylene composition is preferably 10 parts by mass or less per 100 parts by mass of the polyoxymethylene (A).
<ポリオキシメチレン組成物の製造方法>
本実施形態のポリオキシメチレン組成物は、上記した必須成分である(A)及び(B)成分、任意成分である(C)、(D)成分、その他の添加剤成分を、例えば、ヘンシェルミキサー、タンブラー、V字型ブレンダ-等で混合した後、単軸押出機、或いは2軸押出機、加熱ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の混練機を用いて溶融混練することにより製造することができ、ストランド状、ペレット状等、種々の形態の製品として得ることができる。また、予め混合することなく、定量フィーダー等で各成分を単独あるいは数種類ずつまとめて押出機に連続フィードすることもできる。また、予め各成分からなる高濃度マスターバッチを作製しておき、押出溶融混練時に(A)ポリオキシメチレンで希釈することもできる。
混練温度は、使用する(A)ポリオキシメチレンの好ましい加工温度に従えばよく、一般的には、180℃以上240℃以下の範囲、好ましくは190℃以上230℃以下の範囲とする。
<Method of producing polyoxymethylene composition>
The polyoxymethylene composition of this embodiment can be produced by mixing the above-mentioned essential components (A) and (B), optional components (C) and (D), and other additive components using, for example, a Henschel mixer, a tumbler, a V-shaped blender, or the like, and then melt-kneading the mixture using a kneader such as a single-screw extruder, a twin-screw extruder, a heating roll, a kneader, or a Banbury mixer. This produces a product in various forms, such as strands or pellets. Alternatively, each component can be continuously fed into the extruder individually or in batches using a metering feeder or the like, without premixing. Alternatively, a high-concentration masterbatch composed of each component can be prepared in advance and then diluted with polyoxymethylene (A) during extrusion melt-kneading.
The kneading temperature may be determined in accordance with the preferred processing temperature of the polyoxymethylene (A) used, and is generally in the range of 180°C to 240°C, preferably 190°C to 230°C.
上記のようにして得られたポリオキシメチレン組成物のペレット等は、予め乾燥させてから、成形体の製造に用いてもよい。乾燥方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、箱型乾燥機(常圧、真空)、回転及び通気回転乾燥機、溝型撹拌乾燥機、流動層乾燥機などを用いた乾燥方法が挙げられる。
乾燥温度としては、熱媒体の温度として80℃以上が好ましく、100℃以上がより好ましい。また、乾燥時間としては、ポリオキシメチレン樹脂組成物ペレットの品温が100℃に到達した時点を開始時間とした場合に、0~10時間が好ましく、0~6時間がより好ましく、1~6時間がさらに好ましい。
The polyoxymethylene composition pellets obtained as described above may be dried before use in the production of a molded article. The drying method is not particularly limited, but examples thereof include drying methods using a box dryer (normal pressure, vacuum), a rotary and ventilated rotary dryer, a grooved agitator dryer, a fluidized bed dryer, etc.
The drying temperature, as the temperature of the heat medium, is preferably 80° C. or higher, and more preferably 100° C. or higher. The drying time, when the drying start time is defined as the time when the product temperature of the polyoxymethylene resin composition pellets reaches 100° C., is preferably 0 to 10 hours, more preferably 0 to 6 hours, and even more preferably 1 to 6 hours.
<ポリオキシメチレン組成物の成形体>
本実施形態の成形体は、上記した本実施形態のポリオキシメチレン組成物を含む。上記のようにして得られたペレット状等のポリオキシメチレン組成物の製品を用いて、目的とする成形体を成形することができる。
成形体を製造する方法は、特に限定されるものではなく、通常用いられる公知の成形方法、例えば、射出成形法、押出し成形法、真空成形、ブロー成形、射出圧縮成形、加飾成形、他材質成形、ガスアシスト射出成形、発砲射出成形、低圧成形、超薄肉射出成形(超高速射出成形)、金型内複合成形(インサート成形、アウトサート成形)等の何れかを適用することができる。
<Molded Article of Polyoxymethylene Composition>
The molded article of the present embodiment contains the polyoxymethylene composition of the present embodiment described above. The desired molded article can be molded using the polyoxymethylene composition product, such as pellets, obtained as described above.
The method for producing the molded body is not particularly limited, and any of the commonly used known molding methods can be applied, such as injection molding, extrusion molding, vacuum molding, blow molding, injection compression molding, decorative molding, other material molding, gas-assisted injection molding, foam injection molding, low-pressure molding, ultra-thin-wall injection molding (ultra-high-speed injection molding), in-mold composite molding (insert molding, outsert molding), etc.
以下、実施例、参考例及び比較例によって、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。 The present invention will be described in more detail below with reference to Examples , Reference Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to these Examples in any way.
[各種評価方法]
実施例、参考例及び比較例において用いた各種評価方法の詳細について以下に述べる。
[Various evaluation methods]
The details of the various evaluation methods used in the Examples , Reference Examples and Comparative Examples are described below.
(1)窒化ホウ素の平均粒子径
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物中に含まれる窒化ホウ素について、窒化ホウ素の走査型顕微鏡での観察画像を取得し、画像解析することにより平均粒子径を求めた。測定装置、条件及び方法は以下のとおりである。
装置:走査型電子顕微鏡(SEM) (株)日立ハイテクノロジーズ製SU8220
加速電圧:1.0kV
検出器位置:上部
検出対象:二次電子像
画像処理解析ソフト:A像くん 旭化成エンジニアリング(株)製
解析アプリケーション:粒子解析
解析パラメータ:(粒子の明度)明、(二値化の方法)手動、(範囲指定)無、(外縁補正)4辺、(穴埋め)有、(小図形除去面積)10画素、(補正方法)手動、(雑音除去フィルタ)有、(シェーディング)有、(シェーディングサイズ)180、(計測項目選択)面積
SEM試料台に貼ったカーボンテープ上に窒化ホウ素を振りかけて固定し、オスミウムプラズマコート処理を行い、SEM観察を行った。50000倍に拡大して得られた3.0μm×3.0μmの範囲の視野画像を、上記画像処理解析ソフトを用いて、二値化画像に編集(黒色が濃い部分が粒子、黒色が薄い部分が粒界となるように閾値を手動で調整)し、粒子と粒界部分とを分割したSEM画像中の少なくとも100粒子以上の窒化ホウ素について最長粒子径を測定し、その平均値を平均粒子径(nm)とした。
なお、ポリオキシメチレン組成物に含まれる窒化ホウ素の平均粒子径を測定する場合、焼却や窒素ガス雰囲気下での加熱処理等の手段により、ポリオキシメチレン組成物中の有機物成分を分解除去することで、窒化ホウ素を取り出し、上述の解析にかけることができる。
(1) Average particle size of boron nitride The average particle size of the boron nitride contained in the polyoxymethylene compositions of the Examples , Reference Examples , and Comparative Examples was determined by taking images of the boron nitride observed with a scanning electron microscope and analyzing the images. The measuring device, conditions, and method were as follows:
Apparatus: Scanning electron microscope (SEM) SU8220 manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation
Acceleration voltage: 1.0 kV
Detector position: Top Detection target: Secondary electron image Image processing and analysis software: A-zo-kun manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd. Analysis application: Particle analysis Analysis parameters: (Particle brightness) Bright, (Binarization method) Manual, (Area specification) None, (Outer edge correction) Four sides, (Hole filling) Yes, (Area of small shapes removed) 10 pixels, (Correction method) Manual, (Noise removal filter) Yes, (Shading) Yes, (Shading size) 180, (Measurement item selection) Area Boron nitride was sprinkled on carbon tape attached to the SEM sample stage and fixed, followed by osmium plasma coating, and SEM observation was performed. An image of a field of view of 3.0 μm × 3.0 μm obtained by magnifying 50,000 times was edited into a binarized image using the image processing and analysis software (the threshold was manually adjusted so that the dark black areas represented particles and the light black areas represented grain boundaries), and the longest particle diameter of at least 100 boron nitride particles in the SEM image separated into particles and grain boundary areas was measured, and the average value thereof was taken as the average particle diameter (nm).
When measuring the average particle size of boron nitride contained in a polyoxymethylene composition, the organic components in the polyoxymethylene composition can be decomposed and removed by means of incineration, heat treatment under a nitrogen gas atmosphere, or the like, to extract boron nitride, which can then be subjected to the above-mentioned analysis.
(2)窒化ホウ素の含有量
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物中に含まれる窒化ホウ素の含有量について、下記の方法により、誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS)を用いて、ホウ素元素を定量分析し、そのホウ素量から、ポリオキシメチレンを100質量部としたときの窒化ホウ素の含有量(質量部)を求めた。測定装置及び方法は以下のとおりである。
装置:誘導結合プラズマ質量分析装置(ICP-MS) サーモフィッシャーサイエンティフィック社製 型式Xシリーズ2
まず前処理として、テフロン(登録商標)製の耐圧密閉容器に、ポリオキシメチレン組成物のペレット0.2gと、硝酸とフッ酸の6mLの混合酸性溶液とを加え、マイクロ波試料分解装置(マイルストーン社製、型式:ETHOS UP)を用いてマイクロウェーブ照射による加熱加圧分解処理を行った。分解処理を行った溶液を超純水で定容して試料検液とし、ICP-MS測定することでホウ素元素の質量分析を実施した。得られたホウ素の質量から窒化ホウ素の含有量を算出した。ホウ素元素の検量線は、AccuStandard社製のほう素ICP-MS標準液(100μg/mL in Water tr.NH4OH)を超純水で希釈し、さらに試料検液と同濃度の酸性溶液を加えることで標準液とし、ICP-MS測定により作成した。
(2) Boron Nitride Content The boron nitride content in the polyoxymethylene compositions of the Examples , Reference Examples , and Comparative Examples was quantitatively analyzed for boron element using an inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) according to the following method, and the boron nitride content (parts by mass) per 100 parts by mass of polyoxymethylene was calculated from the amount of boron. The measuring device and method were as follows:
Apparatus: Inductively coupled plasma mass spectrometer (ICP-MS) manufactured by Thermo Fisher Scientific, Model X Series 2
First, as a pretreatment, 0.2 g of polyoxymethylene composition pellets and 6 mL of a mixed acidic solution of nitric acid and hydrofluoric acid were placed in a Teflon (registered trademark) pressure-resistant sealed container, and a heated, pressurized decomposition treatment was performed by microwave irradiation using a microwave sample decomposition apparatus (Milestone, model: ETHOS UP). The decomposed solution was adjusted to a constant volume with ultrapure water to prepare a sample solution, and mass analysis of boron element was performed by ICP-MS measurement. The boron nitride content was calculated from the obtained boron mass. A calibration curve for boron element was created by diluting a boron ICP-MS standard solution (100 μg/mL in water tr. NH 4 OH) manufactured by AccuStandard with ultrapure water, and then adding an acidic solution of the same concentration as the sample solution to prepare a standard solution, and then performing ICP-MS measurement.
(3)高温高応力クリープ特性(破壊時間)
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物のペレットから、東芝(株)製IS(100GN)射出成形機を用い、シリンダー温度200℃、射出圧力50MPa、射出速度30%、射出時間15秒、冷却時間25秒、金型温度70℃で、寸法110mm×6.5mm×3mmの短冊状の試験片を成形し、環境温度23±2℃、湿度50±10%に24時間以上放置した。放置後の試験片とクリープ試験機(東洋精機(株)製クリープ試験機:C200-6)を用いて、設定温度80±2℃、引張応力22MPaの負荷を与え、試験片が破壊されるまでの時間(破壊時間(hr))を測定した。各ポリオキシメチレン組成物について試験片を3個作製した。表1及び2の破壊時間は、n=3の算術平均時間を示す。
破壊されるまでの時間が長いほど、高応力負荷に対する耐クリープ特性に優れる。
(3) High-temperature, high-stress creep properties (time to failure)
Using a Toshiba IS (100GN) injection molding machine, strip-shaped test specimens measuring 110 mm x 6.5 mm x 3 mm were molded from pellets of the polyoxymethylene compositions of the Examples , Reference Examples, and Comparative Examples at a cylinder temperature of 200°C, injection pressure of 50 MPa, injection speed of 30%, injection time of 15 seconds, cooling time of 25 seconds, and mold temperature of 70°C. These specimens were then left at an ambient temperature of 23±2°C and humidity of 50±10% for at least 24 hours. After leaving the specimens, they were subjected to a creep test using a creep tester (Toyo Seiki Co., Ltd., C200-6) at a set temperature of 80±2°C and a tensile stress of 22 MPa. The time until the specimens broke (time to break (hr)) was measured. Three test specimens were prepared for each polyoxymethylene composition. The break times in Tables 1 and 2 represent the arithmetic mean time for n = 3.
The longer the time until failure, the better the creep resistance against high stress loads.
(4)シャルピー衝撃強度
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物のペレットから、シリンダー温度215℃に設定された5オンス成形機(東芝機械(株)製、商品名「IS-100GN」)を用いて、金型温度90℃、射出時間35秒、冷却時間15秒の条件でシャルピー衝撃試験用ISOダンベル試験片(ノッチ付き)を成形した。各ポリオキシメチレン組成物について、6個の試験片を作製した。この6個の試験片に対して、ISO179/1eAに基づいてシャルピー衝撃試験を行い、シャルピー衝撃強度(kJ/m2)を測定した。表1及び2で示す数値は、n=6の算術平均値である。
シャルピー衝撃強度の値が大きいほど、耐衝撃性に優れる。
(4) Charpy Impact Strength ISO dumbbell test specimens (notched) for Charpy impact testing were molded from pellets of the polyoxymethylene compositions of the Examples, Reference Examples , and Comparative Examples using a 5-ounce molding machine (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., product name "IS-100GN") set at a cylinder temperature of 215°C under conditions of a mold temperature of 90°C, an injection time of 35 seconds, and a cooling time of 15 seconds. Six test specimens were prepared for each polyoxymethylene composition. Charpy impact tests were performed on these six test specimens in accordance with ISO 179/1eA to measure the Charpy impact strength (kJ/m 2 ). The values shown in Tables 1 and 2 are arithmetic averages for n=6.
The higher the Charpy impact strength value, the better the impact resistance.
(5)熱安定性
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物のペレットについて、熱安定性の評価を行った。示差熱天秤TG-DTA(Rigaku社製、「Thermo plus EVO2」)を用いて、窒素ガス流量500mL/min下、昇温速度30℃/minで40℃から225℃に昇温し、225℃で60分間保持した後の、ポリオキシメチレン組成物の仕込み量に対する質量減少率(百分率)を求め、熱安定性の指標とした。
(5) Thermal Stability The thermal stability of the polyoxymethylene composition pellets of the Examples , Reference Examples , and Comparative Examples was evaluated. Using a differential thermobalance TG-DTA (Rigaku's "Thermo plus EVO2"), the pellets were heated from 40°C to 225°C at a heating rate of 30°C/min under a nitrogen gas flow rate of 500 mL/min, and then held at 225°C for 60 minutes. The mass loss rate (percentage) relative to the charged amount of the polyoxymethylene composition was determined and used as an index of thermal stability.
(6)耐酸性
実施例、参考例及び比較例のポリオキシメチレン組成物のペレットから、シリンダー温度215℃に設定された5オンス成形機(東芝機械(株)製、商品名「IS-100GN」)を用いて、金型温度90℃、射出時間35秒、冷却時間15秒の条件でシャルピー衝撃試験用ISOダンベル試験片を成形した。各ポリオキシメチレン組成物について、4個の試験片を作製した。半径15mm、長さ200mmの円柱状ガラス容器に硫酸10mLを加え、上述の試験片を浸漬し、23℃の恒温槽で1時間静置保管した後、試験片を水洗し、寸法を測定した。硫酸浸漬前後の寸法変化率が5%以下であれば「◎(優れる)」、5%超8%以下であれば「○(良好)」、8%超10%以下であれば「△(可)」、10%を超える場合を「×(不可)」とした。なお、硫酸浸漬前後の寸法変化率は、n=4の算術平均値である。
(6) Acid Resistance ISO dumbbell test specimens for Charpy impact testing were molded from pellets of the polyoxymethylene compositions of the Examples, Reference Examples , and Comparative Examples using a 5-ounce molding machine (manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., product name "IS-100GN") set at a cylinder temperature of 215°C under conditions of a mold temperature of 90°C, an injection time of 35 seconds, and a cooling time of 15 seconds. Four test specimens were prepared for each polyoxymethylene composition. 10 mL of sulfuric acid was added to a cylindrical glass container with a radius of 15 mm and a length of 200 mm, and the test specimens were immersed in the container. After storing the specimens in a thermostatic chamber at 23°C for 1 hour, the specimens were rinsed with water and their dimensions were measured. A dimensional change of 5% or less before and after sulfuric acid immersion was evaluated as "Excellent," a change of more than 5% but not more than 8% was evaluated as "Good," a change of more than 8% but not more than 10% was evaluated as "Fair," and a change of more than 10% was evaluated as "Poor." The dimensional change rate before and after immersion in sulfuric acid is an arithmetic average value of n=4.
[実施例、参考例、比較例で使用した成分]
(A)ポリオキシメチレン
MFR値(ISO1133に準拠、190℃、2.16kg荷重)が2g/10分の、末端アセチル化(酢酸エステル化)により安定化したホルムアルデヒド単独重合体を使用した。
[Components used in Examples , Reference Examples , and Comparative Examples]
(A) Polyoxymethylene A formaldehyde homopolymer stabilized by terminal acetylation (acetic acid esterification) and having an MFR value (in accordance with ISO 1133, 190° C., 2.16 kg load) of 2 g/10 min was used.
(B)窒化ホウ素
(B-1)
EM Japan社販売、商品名:窒化ホウ素ナノ粒子NP-BN-2
平均粒子径80nm。
(B-2)
ALLIANCE Biosystems社販売、商品名:窒化ホウ素超微細粉末BN-NANO5
平均粒子径70nm。
(B-3)
水島合金鉄(株)製、商品名:BN工業用特殊用途向け窒化ホウ素FS-1
平均粒子径250nm。
(B-4)
デンカ(株)製、商品名:デンカボロンナイトライドSP-2
平均粒子径500nm。
(B-5)
昭和電工(株)製、商品名:窒化ホウ素粉末UHP-S2
平均粒子径700nm。
(B-6)
水島合金鉄(株)製、商品名:BN工業用特殊用途向け窒化ホウ素HP-P1
平均粒子径1000nm。
(B) Boron nitride (B-1)
Sold by EM Japan, product name: Boron nitride nanoparticles NP-BN-2
Average particle size: 80 nm.
(B-2)
Sold by ALLIANCE Biosystems, product name: ultrafine boron nitride powder BN-NANO5
Average particle size: 70 nm.
(B-3)
Manufactured by Mizushima Ferroalloy Co., Ltd., product name: BN Boron nitride FS-1 for special industrial applications
Average particle size: 250 nm.
(B-4)
Manufactured by Denka Co., Ltd., product name: Denka Boron Nitride SP-2
Average particle size: 500 nm.
(B-5)
Showa Denko K.K., product name: Boron nitride powder UHP-S2
Average particle size 700nm.
(B-6)
Manufactured by Mizushima Ferroalloy Co., Ltd., product name: BN boron nitride HP-P1 for industrial special applications
Average particle diameter 1000 nm.
(C)ポリ-β-アラニン重合体
(C-1)
攪拌機を備えたバッチ式の5Lの反応機に、アクリルアミド2400gと、触媒としてカルシウムn-プロピラート1.08g(アクリルアミドに対し1/5000mol)を加え、N2気流中で攪拌しながら125℃で4時間反応させた。反応終了後に固形物を粉砕した後、アセトンで洗浄し乾燥した。得られた重合体の、第一級アミド基の含有量、還元粘度は以下のとおりであった。
・第一級アミド基の含有量は、45.0mol%
・還元粘度は、2.3dL/g
(C-2)
攪拌機を備えたバッチ式の5Lの反応機に、アクリルアミド2400gと、触媒としてカルシウムn-プロピラート0.81g(アクリルアミドに対し1/7500mol)を加え、N2気流中で攪拌しながら125℃で4時間反応させた。反応終了後に固形物を粉砕した後、アセトンで洗浄し乾燥した。得られた重合体の、第一級アミド基の含有量、還元粘度は以下のとおりであった。
・第一級アミド基の含有量は、63.0mol%
・還元粘度は、2.31dL/g
(C-3)
攪拌機を備えたバッチ式の5Lの反応機に、アクリルアミド2400gと、触媒としてカルシウムn-プロピラート0.54g(アクリルアミドに対し1/10000mol)を加え、N2気流中で攪拌しながら125℃で4時間反応させた。反応終了後に固形物を粉砕した後、アセトンで洗浄し乾燥した。得られた重合体の、第一級アミド基の含有量、還元粘度は以下のとおりであった。
・第一級アミド基の含有量は、75.0mol%
・還元粘度は、2.4dL/g
(第一級アミド基の含有量の測定)
上記ポリ-β-アラニン重合体の第一級アミド基の含有量は、以下のようにして求めた。まず、かき混ぜ機付フラスコ内にポリ-β-アラニン重合体と40質量%水酸化カリウム水溶液を加え、かき混ぜながら105~110℃で20分間加熱し、第一級アミド基をアンモニアに加水分解した。次いで、フラスコ内容物を50℃以下に冷却した後、メタノールを加え、アンモニアをメタノールと共に抽出した。この抽出液を0.1規定硫酸水溶液に吸収させ、指示薬にメチルレッドを用いて0.1規定水酸化ナトリウム水溶液で中和滴定を行うことにより、第一級アミド基の含有量を求めた。
(還元粘度の測定)
上記ポリ-β-アラニン重合体の還元粘度は、以下のようにして求めた。まず、ポリ-β-アラニン重合体5gをギ酸100mLに添加し、常温で2時間かき混ぜて溶解した。次いで、減圧下でろ過してギ酸溶液を得た。このギ酸溶液に500mLのメタノールを加えてギ酸溶解物を析出させ、この析出物をろ別した後、真空乾燥機中にて80℃で10時間減圧乾燥させた。得られた試料を純度99%以上のギ酸に溶解した後、200メッシュのろ過材を通し、試料濃度が1g/dLの試料溶液を調整した。オストワルド粘度計を用いて35℃の温度における試料溶液の落下時間を測定し、下記式により還元粘度ηsp/c(dL/g)を求めた。
ηsp/c=(t/t0-1)/c
(式中、tは試料溶液の落下時間(秒)、t0はギ酸溶液の落下時間(秒)、cは試料溶液の濃度(g/dL)である。)
(C) Poly-β-alanine polymer (C-1)
2,400 g of acrylamide and 1.08 g of calcium n-propylate (1/5,000 mol relative to acrylamide) as a catalyst were added to a 5-L batch reactor equipped with a stirrer, and the mixture was reacted at 125°C for 4 hours with stirring in a N2 stream. After completion of the reaction, the solid matter was pulverized, washed with acetone, and dried. The primary amide group content and reduced viscosity of the resulting polymer were as follows:
The content of primary amide groups is 45.0 mol%
Reduced viscosity is 2.3 dL/g
(C-2)
2,400 g of acrylamide and 0.81 g of calcium n-propylate (1/7,500 mol relative to acrylamide) as a catalyst were added to a 5 L batch reactor equipped with a stirrer, and the mixture was reacted at 125°C for 4 hours with stirring in a N2 stream. After completion of the reaction, the solid matter was pulverized, washed with acetone, and dried. The primary amide group content and reduced viscosity of the resulting polymer were as follows:
The content of primary amide groups is 63.0 mol%
Reduced viscosity is 2.31 dL/g
(C-3)
2,400 g of acrylamide and 0.54 g of calcium n-propylate (1/10,000 mol relative to acrylamide) as a catalyst were added to a 5 L batch reactor equipped with a stirrer, and the mixture was reacted at 125°C for 4 hours with stirring in a N2 stream. After completion of the reaction, the solid matter was pulverized, washed with acetone, and dried. The primary amide group content and reduced viscosity of the resulting polymer were as follows:
The content of primary amide groups is 75.0 mol%
Reduced viscosity is 2.4 dL/g
(Measurement of Primary Amide Group Content)
The content of primary amide groups in the poly-β-alanine polymer was determined as follows. First, the poly-β-alanine polymer and a 40% by mass aqueous solution of potassium hydroxide were placed in a flask equipped with a stirrer, and the mixture was heated at 105 to 110°C for 20 minutes while stirring, to hydrolyze the primary amide groups to ammonia. Next, the contents of the flask were cooled to below 50°C, and methanol was added to extract the ammonia together with the methanol. The extract was absorbed in a 0.1 N aqueous sulfuric acid solution, and neutralization titration was performed with a 0.1 N aqueous sodium hydroxide solution using methyl red as an indicator to determine the content of primary amide groups.
(Measurement of reduced viscosity)
The reduced viscosity of the poly-β-alanine polymer was determined as follows. First, 5 g of poly-β-alanine polymer was added to 100 mL of formic acid and dissolved by stirring at room temperature for 2 hours. The solution was then filtered under reduced pressure to obtain a formic acid solution. 500 mL of methanol was added to the formic acid solution to precipitate a formic acid solution. The precipitate was filtered and then dried under reduced pressure at 80°C for 10 hours in a vacuum dryer. The obtained sample was dissolved in formic acid with a purity of 99% or higher and passed through a 200-mesh filter to prepare a sample solution with a sample concentration of 1 g/dL. The falling time of the sample solution at 35°C was measured using an Ostwald viscometer, and the reduced viscosity ηsp/c (dL/g) was calculated using the following formula:
ηsp/c=(t/t 0 -1)/c
(In the formula, t is the drop time of the sample solution (seconds), t is the drop time of the formic acid solution (seconds), and c is the concentration of the sample solution (g/dL).)
(D)ポリアミド重合体
(D-1)ポリアミド6/66/610共重合体
アジピン酸とヘキサメチレンジアミンの等モル塩0.45kg、セバシン酸とヘキサメチレンジアミンの等モル塩0.32kg、ε-カプロラクタム1.67kg、及び純水2.5kgを5Lのオートクレーブの中に仕込み、よく攪拌した。充分N2置換した後、攪拌しながら温度を室温から220℃まで約1時間かけて昇温した。この際、オートクレーブ内の水蒸気による自然圧で内圧は18kg/cm2-Gになるが、18kg/cm2-G以上の圧にならないよう水を反応系外に除去しながらさらに加熱を続け、内温が230℃に到達したら過熱を止め、オートクレーブの排出バルブを閉止し、約8時間かけて室温まで冷却した。冷却後、オートクレーブを開け、約2kgのポリマーを取出して粉砕し、粉状とした。融点は150℃、相対粘度は2.0であった。
(D-2)ポリアミド12
ダイセル・デグサ(株)製、商品名:ダイアミドL1700
ペレット状では分散性に問題があるので、粉砕し粉状とした。融点は178℃、相対粘度は1.7であった。
(D-3)ポリアミド66
アジピン酸とヘキサメチレンジアミンの等モル塩2.5kgと、純水2.5kgを5Lのオートクレーブの中に仕込み、よく攪拌した。充分N2置換した後、攪拌しながら温度を室温から220℃まで約1時間かけて昇温した。この際、オートクレーブ内の水蒸気による自然圧で内圧は18kg/cm2-Gになるが、18kg/cm2-G以上の圧にならないよう水を反応系外に除去しながらさらに加熱を続け、内温が260℃に到達したら過熱を止め、オートクレーブの排出バルブを閉止し、約8時間かけて室温まで冷却した。冷却後、オートクレーブを開け、約2kgのポリマーを取出して粉砕し、粉状とした。融点は260℃、相対粘度は2.0であった。
(融点の測定)
上記ポリアミド重合体の融点は、JIS K7121に準拠して、示差走査熱量計(PerkinElmer社製、「DSC 8000」)を用いて行った。ポリアミド重合体8mgを精秤し、これを測定に用いた。測定条件は、窒素雰囲気下、昇温速度20℃/分で50℃から300℃まで昇温、300℃で5分間保持、その後、降温速度20℃/分で50℃まで降温、次いで、昇温速度20℃/分で50℃から300℃まで昇温、とした。現れた吸熱を示すピークをポリアミド重合体の融解を示すピークとし、最も高温側に現れた吸熱を示すピークにおける温度(℃)をポリアミド重合体の融点とした。
(相対粘度の測定)
上記ポリアミド重合体の相対粘度は、JIS K6920-1:2000に準拠して、98%濃硫酸に1g/100cm3の濃度でポリアミド重合体を溶解し、オストワルド型粘度計により25℃で測定した流下時間をt1、98%濃硫酸単体の25℃での流下時間をt0として、「相対粘度ηr=t1/t0」の式により求めた。
(D) Polyamide Polymer (D-1) Polyamide 6/66/610 Copolymer 0.45 kg of an equimolar salt of adipic acid and hexamethylenediamine, 0.32 kg of an equimolar salt of sebacic acid and hexamethylenediamine, 1.67 kg of ε-caprolactam, and 2.5 kg of pure water were charged into a 5 L autoclave and stirred thoroughly. After thorough N2 replacement, the temperature was raised from room temperature to 220°C over approximately 1 hour while stirring. During this process, the internal pressure of the autoclave reached 18 kg/cm2-G due to natural pressure caused by water vapor within the autoclave. Heating was continued while removing water from the reaction system to prevent the pressure from exceeding 18 kg/ cm2 -G . When the internal temperature reached 230°C, overheating was stopped, the autoclave's exhaust valve was closed, and the mixture was allowed to cool to room temperature over approximately 8 hours. After cooling, the autoclave was opened, and approximately 2 kg of polymer was removed and pulverized to obtain a powder. The melting point was 150°C and the relative viscosity was 2.0.
(D-2) Polyamide 12
Daicel-Degussa Co., Ltd., trade name: DIAMID L1700
Since the pellet form had a problem with dispersibility, it was pulverized into powder form. The melting point was 178°C and the relative viscosity was 1.7.
(D-3) Polyamide 66
2.5 kg of an equimolar salt of adipic acid and hexamethylenediamine and 2.5 kg of pure water were charged into a 5 L autoclave and stirred thoroughly. After thorough nitrogen replacement, the temperature was raised from room temperature to 220°C over approximately 1 hour while stirring. During this process, the internal pressure of the autoclave reached 18 kg/ cm2 -G due to natural pressure caused by water vapor. Heating was continued while removing water from the reaction system so that the pressure did not exceed 18 kg/ cm2 -G. When the internal temperature reached 260°C, heating was stopped, the autoclave's exhaust valve was closed, and the autoclave was cooled to room temperature over approximately 8 hours. After cooling, the autoclave was opened, and approximately 2 kg of polymer was removed and pulverized to obtain a powder. The melting point was 260°C and the relative viscosity was 2.0.
(Melt point measurement)
The melting point of the polyamide polymer was measured using a differential scanning calorimeter (PerkinElmer, "DSC 8000") in accordance with JIS K7121. 8 mg of polyamide polymer was precisely weighed and used for the measurement. The measurement conditions were as follows: under a nitrogen atmosphere, the temperature was increased from 50°C to 300°C at a heating rate of 20°C/min, held at 300°C for 5 minutes, then decreased to 50°C at a heating rate of 20°C/min, and then increased from 50°C to 300°C at a heating rate of 20°C/min. The endothermic peak that appeared was taken as the peak indicating melting of the polyamide polymer, and the temperature (°C) at the highest endothermic peak was taken as the melting point of the polyamide polymer.
(Measurement of relative viscosity)
The relative viscosity of the polyamide polymer was determined in accordance with JIS K6920-1:2000 by dissolving the polyamide polymer in 98% concentrated sulfuric acid at a concentration of 1 g/100 cm3, measuring the flow time at 25°C using an Ostwald viscometer as t1 , and using the formula "relative viscosity ηr= t1 / t0 " where t0 is the flow time of 98% concentrated sulfuric acid alone at 25°C.
(E)ヒンダードフェノール系酸化防止剤
BASF(株)製、商品名:Irganox(登録商標)245
(E) Hindered phenol-based antioxidant: Irganox (registered trademark) 245, manufactured by BASF Corporation
[実施例1]
(A)ポリオキシメチレン100質量部、(B-1)窒化ホウ素0.02質量部、(C-1)ポリ-β-アラニン重合体0.1質量部、(D-1)ポリアミド重合体0.02質量部、(E)酸化防止剤0.2質量部((D)/(B)質量比率=1)を、ヘンシェルミキサーを用いて均一に混合して混合物を得た。前記混合物を30Φ単軸押出機にて溶融混錬し、ストランド状に押し出し、冷却し、ペレタイズすることにより、ポリオキシメチレン組成物からなるペレットを得た。押出条件は、シリンダー設定温度を200℃、吐出量を5kg/hr、スクリュー回転数を50rpm、ベント減圧度を-720mmHgとした。得られたペレットを80℃で4時間乾燥した。乾燥したペレットを用いて、(2)窒化ホウ素の含有量、(3)高温高応力クリープ特性(破壊時間)、(4)シャルピー衝撃強度、(5)熱安定性及び(6)耐酸性を上記の各種評価方法により評価した。評価結果を表1に示す。
[Example 1]
100 parts by mass of (A) polyoxymethylene, 0.02 parts by mass of (B-1) boron nitride, 0.1 parts by mass of (C-1) poly-β-alanine polymer, 0.02 parts by mass of (D-1) polyamide polymer, and 0.2 parts by mass of (E) antioxidant ((D)/(B) mass ratio = 1) were mixed uniformly using a Henschel mixer to obtain a mixture. The mixture was melt-kneaded in a 30Φ single-screw extruder, extruded into a strand shape, cooled, and pelletized to obtain pellets of a polyoxymethylene composition. The extrusion conditions were a cylinder set temperature of 200°C, a discharge rate of 5 kg/hr, a screw rotation speed of 50 rpm, and a vent vacuum of -720 mmHg. The obtained pellets were dried at 80°C for 4 hours. The dried pellets were used to evaluate (2) the boron nitride content, (3) high-temperature, high-stress creep properties (time to failure), (4) Charpy impact strength, (5) thermal stability, and (6) acid resistance using the various evaluation methods described above. The evaluation results are shown in Table 1.
[実施例2~14、17~22、参考例15、16]
ポリオキシメチレン組成物の成分組成を表1及び2に記載のように変更した。それ以外は実施例1と同様の操作を行って乾燥したポリオキシメチレン組成物ペレットを得て、同様に評価を行った。評価結果を表1及び2に示す。
[Examples 2 to 14, 17 to 22 , Reference Examples 15 and 16 ]
The component compositions of the polyoxymethylene compositions were changed as shown in Tables 1 and 2. Other than that, the same procedures as in Example 1 were carried out to obtain dried polyoxymethylene composition pellets, which were then evaluated in the same manner. The evaluation results are shown in Tables 1 and 2.
[比較例1~5]
ポリオキシメチレン組成物の成分組成を表2に記載のように変更した。それ以外は実施例1と同様の操作を行って乾燥したポリオキシメチレン組成物ペレットを得て、同様に評価を行った。評価結果を表2に示す。
[Comparative Examples 1 to 5]
The component composition of the polyoxymethylene composition was changed as shown in Table 2. Otherwise, the same procedure as in Example 1 was carried out to obtain dried polyoxymethylene composition pellets, which were then evaluated in the same manner. The evaluation results are shown in Table 2.
表1、2の結果から明らかなように、(A)ポリオキシメチレンと特定の粒子径を有する(B)窒化ホウ素を所定の含有量で含むものとすることで、高い高応力耐クリープ特性、耐衝撃性、耐酸性、及び熱安定性を兼ね備えたポリオキシメチレン組成物が得られた。 As is clear from the results in Tables 1 and 2, by incorporating (A) polyoxymethylene and (B) boron nitride having a specific particle size in a specified content, a polyoxymethylene composition was obtained that combines excellent high-stress creep resistance, impact resistance, acid resistance, and thermal stability.
本発明のポリオキシメチレン組成物は、上述のように、結晶核剤添加によるクリープ耐性と衝撃強度の二律背反を解消し、高応力下での高い耐クリープ特性と高い衝撃強度を有し、さらに耐酸性と熱安定性にも優れるため、信頼性が求められる自動車などの機構部品や過酷な使用条件で用いられる機器の機構部品などに好適に利用できる。 As described above, the polyoxymethylene composition of the present invention eliminates the trade-off between creep resistance and impact strength caused by the addition of a crystal nucleating agent, and possesses high creep resistance and high impact strength under high stress. It also has excellent acid resistance and thermal stability, making it suitable for use in mechanical parts for automobiles and other applications where reliability is required, as well as in mechanical parts for equipment used under harsh conditions.
Claims (5)
前記(B)窒化ホウ素は、走査型電子顕微鏡によって拡大倍率50000倍で得られた3.0×3.0μmの範囲の視野画像に対し、画像処理解析ソフト(旭化成エンジニアリング(株)製「A像くん」)を使用して求めた、前記視野画像中の少なくとも100粒子以上の平均粒子径が、10~800nmであることを特徴とする、ポリオキシメチレン組成物。 (A) 100 parts by mass of polyoxymethylene; and (B) 0.02 to 0.5 parts by mass of boron nitride,
The polyoxymethylene composition is characterized in that the boron nitride (B) has an average particle size of 10 to 800 nm for at least 100 particles in a field image of 3.0 × 3.0 μm obtained by a scanning electron microscope at a magnification of 50,000 times, as determined using image processing and analysis software ("A-zo-kun" manufactured by Asahi Kasei Engineering Co., Ltd.).
Priority Applications (2)
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