JP2008150451A - 流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物 - Google Patents

Abstract

【解決手段】ポリカーボネート樹脂（Ａ）、塩基性金属石鹸（Ｂ）、有機金属塩化合物（Ｃ）および繊維形成型の含フッ素ポリマー（Ｄ）からなる樹脂組成物であって、当該塩基性金属石鹸（Ｂ）が飽和または不飽和の脂肪族モノカルボン酸の１種又は２種以上とマグネシウム又はカルシウムとからなる金属石鹸であることを特徴とする流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物、およびその成形品。
【効果】難燃性ポリカーボネート樹脂組成物は、従来の難燃剤を使用することなく優れた難燃性を有している。このため、燃焼時の有害ガスの発生の懸念もなく、環境面からも優れている。さらに、ポリカーボネート樹脂の優れた衝撃強度、耐熱性、熱安定性等性能を維持したまま外観および流動性を顕著に改善させることが可能であるため、種々の大型若しくは薄肉成形品や各種難燃性工業部品材料として利用できる。
【選択図】なし

Description

本発明は、ポリカーボネート樹脂組成物ならびにそれから成形されてなる成形品に関する。更に詳しくは、ポリカーボネート樹脂の特徴である耐衝撃性、耐熱性、熱安定性等を保持したまま、外観、流動性および難燃性を向上させたポリカーボネート樹脂組成物およびその成形品を提供するものである。

ポリカーボネート樹脂は、耐衝撃性、耐熱性、熱安定性等に優れた熱可塑性樹脂であり、電気、電子、ＩＴＥ、機械、自動車などの分野で広く用いられている。一方、当該樹脂が有するこれらの優れた性能に加えて、前述の各分野では、意匠面やデザイン上の要求を満たすため、高度な流動性（成形性）を具備した材料が求められている。特に近年では、製品の軽量化の傾向が著しく、ポリカーボネート樹脂に対する流動性改善の要求はますます顕著化しているのがその実態である。

一方、当該ポリカーボネート樹脂組成物の流動性を改善させる手法として、過去より様々な技術が提案されてきたが、いずれも一長一短があり、必ずしも満足できる材料が提案されているわけではない。例えば、ポリカーボネート樹脂の分子量に着目して高い分子量のものと低い分子量のものを併用し、かつどちらかに分岐したポリカーボネート樹脂を用いる方法（特許文献１）、ポリカーボネート樹脂にＡＢＳ樹脂やＭＢＳ樹脂を配合する方法（特許文献２）あるいはポリカーボネート樹脂にＡＢＳ樹脂やリン酸エステルを配合する方法（特許文献３）などが提案されているが、これらの技術では、ポリカーボネート樹脂が持つ前述の優れた特徴の内いずれか１種以上が大きく損なわれてしまうといった問題を孕んでおり、従来からその改善が強く望まれてきた。
特開２００１−２２６５７６号公報 特開２０００−３１９４９７号公報 特開２０００−１０３９５１号公報

また、ポリカーボネート樹脂に脂肪酸を配合することで流動性を改良する方法（特許文献４）が提案されているが、この場合、流動性は向上するものの、脂肪酸によるポリカーボネート樹脂の分解が起こり機械的強度の低下を招く等の根本的問題があった。この改良のために、ポリカーボネート樹脂に有機酸とアミド化合物を配合する方法（特許文献５）が提案されているが、機械的強度の低下は改良されてはいるが、成形品の外観が劣る（シルバーストリークの発生）という問題があり、高い流動性と良好な外観の両方を具備したポリカーボネート樹脂組成物を得るには至っていない。
特開昭６１−１６２５２０号公報 特開２００６−３７０３２号公報

流動性に加えて、電気・電子・ＯＡの分野では、パーソナルコンピュータ外装部品のように高度な難燃性（ＵＬ９４Ｖ）や耐衝撃性を要求される部品が少なくない。ポリカーボネート樹脂は、自己消火性を備えた難燃性の高いプラスチック材料ではあるが、電気・電子・ＯＡ分野では安全上の要求を満たすため、ＵＬ９４Ｖ−０やＶ−１相当の一層高い難燃性が求められている。そこでポリカーボネート樹脂の難燃性を向上するために、従来、難燃剤としてハロゲン系化合物やリン系化合物を配合する方法が採用されている。これらの中で特に臭素や塩素等のハロゲン系化合物については、環境面からこれらを含有しない難燃剤の使用が望まれている。

前述のように、従来技術ではポリカーボネート樹脂が本来有する優れた特徴である耐衝撃性、耐熱性、熱安定性等の性能のうち、一種もしくは二種以上を犠牲にして流動性を改良するものであった。本発明は、上記の諸性能を保持したまま外観と流動性を改良し、かつ、臭素や塩素等のハロゲン系化合物からなる難燃剤を使用せずに難燃性能を高めたポリカーボネート樹脂組成物を提供することを目的とする。

本発明者らは、かかる課題に鑑み鋭意研究を行った結果、ポリカーボネート樹脂に、特定の塩基性金属石鹸と有機金属塩化合物および繊維形成型の含フッ素ポリマーを特定量配合することにより、ポリカーボネート樹脂が有する種々の優れた性能を損なうことなく、難燃性が付与され、さらに外観および流動性が特異的かつ顕著に改善されることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部、塩基性金属石鹸（Ｂ）０．２〜１．５重量部、有機金属塩化合物（Ｃ）０．０１〜０．３重量部および繊維形成型の含フッ素ポリマー（Ｄ）０．０５〜５重量部からなる樹脂組成物であって、当該塩基性金属石鹸（Ｂ）が炭素数１２〜３０の飽和または不飽和の脂肪族モノカルボン酸の１種又は２種以上とマグネシウム又はカルシウムとからなる金属石鹸であることを特徴とする流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物、およびそれからなる成形品を提供するものである。

本発明の難燃性ポリカーボネート樹脂組成物は、ハロゲンやリンなどを含有する従来の難燃剤を使用することなく優れた難燃性を有している。このため、燃焼時に当該難燃剤に起因するハロゲンやリンを含むガスの発生の懸念もなく、環境面からも優れている。さらに、ポリカーボネート樹脂が本来有する優れた衝撃強度、耐熱性、熱安定性等性能を維持したまま外観および流動性を特異的かつ顕著に改善させることが可能であるため、種々の大型若しくは薄肉成形品や各種難燃性工業部品材料として利用できる。

本発明にて使用されるポリカーボネート樹脂（Ａ）とは、種々のジヒドロキシジアリール化合物とホスゲンとを反応させるホスゲン法、またはジヒドロキシジアリール化合物とジフェニルカーボネートなどの炭酸エステルとを反応させるエステル交換法によって得られる重合体であり、代表的なものとしては、２,２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（通称ビスフェノールＡ）から製造されたポリカーボネート樹脂が挙げられる。

上記ジヒドロキシジアリール化合物としては、ビスフェノールＡの他に、ビス（４−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）ブタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）オクタン、ビス（４−ヒドロキシフェニル）フェニルメタン、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル−３−メチルフェニル）プロパン、１，１−ビス（４−ヒドロキシ−３−第三ブチルフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３−ブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジブロモフェニル）プロパン、２，２−ビス（４−ヒドロキシ−３，５−ジクロロフェニル）プロパンのようなビス（ヒドロキシアリール）アルカン類、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロペンタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンのようなビス（ヒドロキシアリール）シクロアルカン類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルエーテル、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルエーテルのようなジヒドロキシジアリールエーテル類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルフィドのようなジヒドロキシジアリールスルフィド類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホキシド、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルスルホキシドのようなジヒドロキシジアリールスルホキシド類、４，４′−ジヒドロキシジフェニルスルホン、４，４′−ジヒドロキシ−３，３′−ジメチルジフェニルスルホンのようなジヒドロキシジアリールスルホン類等が挙げられる。

これらは単独または２種類以上混合して使用されるが、これらの他に、ピペラジン、ジピペリジルハイドロキノン、レゾルシン、４，４′−ジヒドロキシジフェニル等を混合して使用してもよい。

さらに、上記のジヒドロキシアリール化合物と以下に示すような３価以上のフェノール化合物を混合使用してもよい。３価以上のフェノールとしてはフロログルシン、４，６−ジメチル−２，４，６−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−ヘプテン、２，４，６−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）−ベンゾール、１，１，１−トリ−（４−ヒドロキシフェニル）−エタンおよび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〕−プロパンなどが挙げられる。

ポリカーボネート樹脂（Ａ）の粘度平均分子量には特に制限はないが、成形加工性、強度の面より通常１００００〜１０００００、より好ましくは１５０００〜３００００、さらに好ましくは１７０００〜２６０００の範囲である。また、かかるポリカーボネート樹脂を製造するに際し、分子量調整剤、触媒等を必要に応じて使用することができる。

本発明にて使用される塩基性金属石鹸（Ｂ）は、炭素数１２〜３０の飽和または不飽和の脂肪族モノカルボン酸の１種又は２種以上とマグネシウム又はカルシウムとからなる金属石鹸である。また、当該脂肪族モノカルボン酸は、その構造中に側鎖あるいは水酸基、ケトン基、アルデヒド基、エポキシ基等の官能基があってもよく、代表例としてはカプリル酸、カプロン酸、カプリン酸、ラウリン酸、ミリスチン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、アラギン酸、ヘプタデシル酸、ベヘン酸、オレイン酸、エライジン酸、エルカ酸、リノール酸、リノレイン酸、リシノール酸、ヒドロキシステアリン酸、モンタン酸、イソステアリン酸、エポキシステアリン酸が挙げられる。このうち、ベヘン酸が好適に用いられる。

塩基性金属石鹸（Ｂ）は、上記の脂肪族モノカルボン酸の１種又は２種以上とマグネシウム又はカルシウムの酸化物もしくは水酸化物とから公知の製造方法で製造され、そのマグネシウム又はカルシウム含有量が対応する当量より１モル以下過剰に含有する塩基性金属塩である。

本発明にて使用される塩基性金属石鹸（Ｂ）としては、塩基性ステアリン酸マグネシウム、塩基性ステアリン酸カルシウム、塩基性ヒドロキシステアリン酸マグネシウム、塩基性ヒドロキシステアリン酸カルシウム、塩基性ベヘン酸マグネシウム、塩基性ベヘン酸カルシウム等が挙げられ、このうち塩基性ベヘン酸カルシウムが好適に使用される。

塩基性金属石鹸（Ｂ）の配合量は、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部に対し、０．２〜１．５重量部である。配合量が０．２重量部未満であると流動性の改善効果に劣り、配合量が１．５重量部を越えると機械的強度に劣るので好ましくない。より好ましくは０．３〜１．２重量部、更に好ましくは０．４〜１．０重量部である。

本発明にて使用される有機金属塩化合物（Ｃ）としては、芳香族スルホン酸の金属塩、パーフルオロアルカンスルホン酸の金属塩があげられる。金属の種類としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。好適には、４−メチル−Ｎ−（４−メチルフェニル）スルフォニル−ベンゼンスルフォンアミドのカリウム塩、ジフェニルスルホン−３−スルホン酸カリウム、ジフェニルスルホン−３−３´−ジスルホン酸カリウム、パラトルエンスルホン酸ナトリウム、パーフルオロブタンスルホン酸カリウム塩等が使用できる。

有機金属塩化合物（Ｃ）の配合量は、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部に対し、０．０１〜０．３重量部である。配合量が０．０１重量部未満では、難燃性が低下するので好ましくない。また、０．３重量部を超えると、機械的強度が低下するといった問題が発生するので好ましくない。好ましくは０．０２〜０．２重量部、より好ましくは０．０２〜０．１重量部である。

本発明にて使用される、繊維形成型の含フッ素ポリマー（Ｄ）としては、ポリカーボネート樹脂（Ａ）中で繊維構造（フィブリル状構造）を形成するものがよく、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン系共重合体（例えば、テトラフルオロエチレン／ヘキサフルオロプロピレン共重合体、等）、米国特許第４３７９９１０号に示される様な部分フッ素化ポリマー、フッ素化ジフェノールから製造されるポリカーボネート等が挙げられる。とりわけ、分子量１００００００以上で二次粒子径１００μｍ以上のフィブリル形成能を有するポリテトラフルオロエチレンが好適に使用される。

繊維形成型の含フッ素ポリマー（Ｄ）の配合量は、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部に対し、０．０５〜５重量部である。配合量が０．０５重量部未満では、燃焼時のドリッピング防止効果に劣るので好ましくない。また、５重量部を超えると造粒が困難となることから安定生産に支障をきたすので好ましくない。この配合量は、好ましくは、０．０５〜１重量部、より好ましくは０．１〜０．５重量部の範囲である。この範囲では、難燃性、成形性のバランスが一層良好となる。

本発明の各種配合成分（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の配合方法には特に制限はなく、任意の混合機、例えばタンブラー、リボンブレンダー、高速ミキサー等によりこれらを混合し、通常の一軸または二軸押出機等で容易に溶融混練することができる。また、これらの配合順序についても特に制限はない。

また、混合時、必要に応じて他の公知の添加剤、例えば離型剤、紫外線吸収剤、充填剤、帯電防止剤、酸化防止剤、リン系熱安定剤、染顔料、添着剤（エポキシ大豆油、流動パラフィン等）等を配合することができる。

充填剤としては、例えばガラス繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、炭素繊維、タルク粉、クレー粉、マイカ、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミウィスカー、ワラストナイト粉、シリカ粉等が挙げられる。

以下に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例により何ら制限されるものではない。なお、特に断りのない限り重量基準に基づく。

使用した配合成分の詳細は、以下のとおりである。
ポリカーボネート樹脂：
住友ダウ社製 カリバー２００−２０（粘度平均分子量：１９０００）
（以下、ＰＣと略記）
塩基性金属石鹸：
栄伸化成社製 ＥＣ−７００Ｈ（塩基性ベヘン酸カルシウム）
（以下、塩基性Ｃａ石鹸と略記）
有機金属塩化合物：
パラトルエンスルホン酸ナトリウム（以下、金属塩と略記）
繊維形成型の含フッ素ポリマー：
ダイキン工業社製ネオフロンＦＡ５００（ポリテトラフルオロエチレン）
（以下、ＰＴＦＥと略記）

前述の各種原料を表２〜３に示す配合比率にて一括してタンブラーに投入し、１０分間乾式混合した後、二軸押出機（神戸製鋼所製ＫＴＸ３７）を用いて、溶融温度２８０℃にて混練し、ポリカーボネート樹脂組成物のペレットを得た。得られたペレットから、射出成形機（日本製鋼所製Ｊ１００Ｅ−Ｃ５）を用いて各種試験片を加工し、下記方法により各種データーを採取した。

（１）アルキメデススパイラルフロー流動性
溶融温度２８０℃、射出圧力１６００ｋｇ／ｃｍ^２の条件下、アルキメデススパイラルフロー金型を使用して、流路厚み１ｍｍでの流動長さを測定した。流動長さが１４０ｍｍ以上を合格とした。

（２）アイゾット衝撃試験
溶融温度２８０℃の条件下、アイゾット衝撃試験用試験片を加工し、ＡＳＴＭ Ｄ２５６に準拠し、アイゾット衝撃強度を測定した。測定温度は２３℃、試験片の厚みは３．２ｍｍである。衝撃値が３０Ｋｇ・ｃｍ／ｃｍ以上を合格とした。

（３）耐熱性（荷重たわみ温度：ＨＤＴ）
溶融温度２８０℃の条件下、耐熱性試験用試験片を加工し、ＡＳＴＭ Ｄ６４８に準拠し、荷重たわみ温度（ＨＤＴ）を測定した。ファイバーストレスは１８．５Ｋｇ／ｃｍ^２に設定し、測定用試験片のアニール処理は行わなかった。試験片の厚みは６．４ｍｍである。ＨＤＴが１２０℃以上を合格とした。

（４）造粒性評価
造粒性は造粒中のストランドの状態を目視にて観察し、良／不良の判定を行った。

（５）難燃性評価
得られた各種ペレットを１２５℃で４時間乾燥した後に、射出成型機（日本製鋼所製Ｊ−１００ＳＡIIを用いて２４５℃、射出圧力１６００ｋｇ／ｃｍ^２にて難燃性評価用試験片（１２５ｘ１３ｘ２．０ｍｍ）を成型した。得られた試験片を温度２３℃、湿度５０％の恒温室の中で７２時間放置し、アンダーライターズ・ラボラトリーズが定めているＵＬ９４試験（機器の部品用プラスチック材料の燃焼性試験）に準拠した難燃性の評価を行った。ＵＬ９４によるクラスを表１に示す。

残炎時間とは、着火源を遠ざけた後の試験片が、有炎燃焼を続ける時間の長さであり、ドリップによる綿の着火とは、試験片の下端から約３００ｍｍ下にある標識用の綿が、試験片からの滴下（ドリップ）物によって着火されるかどうかによって決定される。Ｖ−１以上を合格とした。

（６）外観評価
溶融温度３２０℃の条件下、平板試験片（５０ｘ９０ｘ３ｍｍ）を作成し、成形品表面のシルバーストリークの発生の有無を目視判定した。

＊ＮＲ：Ｎｏ Ｒａｔｉｎｇの略。Ｖ−０、Ｖ−１、Ｖ−２に属さない。

表２のとおり、ポリカーボネート樹脂組成物が本発明の構成要件を満足する場合（実施例１〜６）にあっては、全ての評価項目にわたりその規格を満足していた。

表３で示したとおり、ポリカーボネート樹脂組成物が本発明の構成要件を満足しない場合においては、いずれの場合も何らかの欠点を有していた。
比較例１は、塩基性Ｃａ石鹸が配合されていないため、流動性に劣っていた。
比較例２は、塩基性Ｃａ石鹸が規定範囲を超えて配合されているため、難燃性、衝撃強度および外観に劣っていた。
比較例３は、金属塩の配合量が規定範囲よりも少ない例で、難燃性に劣っていた。
比較例４は、金属塩が規定範囲を超えて配合されていたため、難燃性および機械的強度に劣っていた。
比較例５は、ＰＴＦＥの配合量が規定範囲よりも少ない例で、難燃性に劣っていた。
比較例６は、ＰＴＦＥが規定範囲を超えて配合されていたため、難燃性、機械的強度および造粒性に劣っていた。

Claims (4)

1. ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部、塩基性金属石鹸（Ｂ）０．２〜１．５重量部、有機金属塩化合物（Ｃ）０．０１〜０．３重量部および繊維形成型の含フッ素ポリマー（Ｄ）０．０５〜５重量部からなる樹脂組成物であって、当該塩基性金属石鹸（Ｂ）が炭素数１２〜３０の飽和または不飽和の脂肪族モノカルボン酸の１種又は２種以上とマグネシウム又はカルシウムとからなる金属石鹸であることを特徴とする流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
2. 塩基性金属石鹸（Ｂ）の配合量が、ポリカーボネート樹脂（Ａ）１００重量部あたり０．３〜１．２重量部であることを特徴とする請求項１記載の流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
3. 塩基性金属石鹸（Ｂ）が、塩基性ベヘン酸カルシウムであることを特徴とする請求項１または２に記載の流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の流動性の改良された難燃性ポリカーボネート樹脂組成物から成形されてなる成形品。