JP4423187B2 - 強化熱可塑性ポリアミド組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、ポリアミド組成物、及びそれを調製する方法に関する。
工学的用途のプラスチックとして用いられる熱可塑性樹脂は、前記熱可塑性樹脂の耐衝撃性を改質するための、即ち、増大させるための添加剤を必要とすることがある。米国特許公報(特許文献1)は、60〜85重量パーセントのポリアミドと酸含有オレフィンポリマーとのブレンドを開示している。米国特許公報(特許文献2)は、エチレン含有グラフトコポリマーを含むポリアミド組成物を開示している。同様に、米国特許公報(特許文献3)も、エチレン含有グラフトコポリマーを含むポリアミド組成物を開示している。米国特許公報(特許文献4)は、アミン反応性部分を含むエラストマー相および硬質相の熱可塑ステージで修飾されたポリカルボンアミドを開示している。
無水マレイン酸グラフトポリオレフィン(マレイン酸化ポリオレフィン)およびエチレンコポリマーは、エンジニアリングポリマー、特に、ポリアミドポリマー樹脂に対する衝撃改質剤として広く用いられている。マレイン酸化ポリオレフィンは、ポリアミド樹脂に用いるのに好ましい調節剤である可能性がある。米国特許公報(特許文献5)は、数平均分子量が少なくとも5000であるポリアミドに対する強化剤としてエチレン/無水マレイン酸のコポリマーを開示している。米国特許公報(特許文献6)は、無水マレイン酸でグラフトされた実質的に線状のエチレンポリマーおよびその混合物をオレフィンポリマーと用いることのほか、ポリアミドのような非オレフィンポリマーと用いることも記載している。米国特許公報(特許文献7)は、低温での衝撃強さを改善するための酸グラフトエチレン/α−オレフィンコポリマーを含むポリアミド組成物を記載している。
しかし、マレイン酸化ポリオレフィンを用いることには、問題がないわけではない。マレイン酸化ポリオレフィンを衝撃改質剤として用いることには限界がある。例えば、マレイン酸化ポリオレフィンでは、高レベルのグラフト化を達成するのが困難である可能性がある。グラフト化には、従来行われているように、遊離基開始剤の使用を伴う。所望される可能性がある高レベルのグラフト化を達成するためには、遊離基開始剤を高濃度に含むことが必要である可能性がある。開始剤を高濃度で用いると、架橋や鎖の切断のような望ましくない副反応を引き起こす可能性がある。このため、2重量%を超える濃度での無水マレイン酸のグラフト化は、困難であり、厄介である可能性がある。また、マレイン酸化ポリオレフィン−特に無水高濃度のマレイン酸がグラフト化されているもの−の品質および一貫性を制御することは、厄介である可能性がある。副生成物、未反応モノマー、および架橋があれば、何れのグラフト化レベルでもマレイン酸化ポリオレフィンの品質を相当に減ずる可能性があるが、特に、グラフト化レベルが増大すると重大な問題となる可能性がある。更に、高度なマレイン酸グラフトレベルでマレイン酸化ポリオレフィンを生成する費用は、相当なものである可能性がある。
無水マレイン酸のような反応性官能基を含むエチレンコポリマーは、高圧ラジカル法により容易に得ることができる。しかし、これらのコポリマーは、一般に、ポリアミドポリマー樹脂に対する良好な衝撃改質剤ではない。
ポリアミド樹脂に対する効果的な強化剤であるとともに、マレイン酸化ポリオレフィンを高レベルにグラフト化させることに伴う問題の無い、ポリアミドポリマー樹脂に対する衝撃改質剤を調製することが望ましいであろう。
米国特許第3,845,163号 米国特許第3,388,186号 米国特許第3,465,059号 米国特許第3,668,274号 米国特許第4,174,358号 米国特許第5,346,963号 米国特許第6,008,297号 米国特許第4,351,931号 米国特許第5,272,236号 米国特許第5,278,272号 米国特許第5,507,475号 米国特許第5,264,405号 米国特許第5,240,894号 米国特許第2,071,250号 米国特許第2,130,523号 米国特許第3,393,210号 「高圧管状方法で製造される高可撓性EMA」(High Flexibility EMA Made from High Pressure Tubular Process)年次技術大会−プラスチック技術者協会(Annual Technical Conference− Society of Plastics Engineers)(2002) 第60回(第2巻)1832−1836頁
一様態では、本発明は、(1)約50〜約98重量%のポリアミドポリマー樹脂と、(2)(a)エチレンと、機能性コモノマーと、任意の第3のコモノマーから調製された約10〜約50重量%のコポリマーであって、機能性コモノマーが、約3〜約15重量%の範囲でコポリマー内に含まれるコポリマーと、(b)約50〜約90重量%のエチレンをベースとするポリマーと、を含む約2〜約50重量%の衝撃改質剤組成物と、を含む強化ポリアミド組成物である。
一実施形態では、本発明は、ポリアミドポリマー組成物に対する衝撃改質剤として有用な組成物である。この組成物は、1つの成分として、エチレンおよび無水マレイン酸のコポリマーであるマレイン酸化ポリオレフィン、又はその機能的等価物を含む。このような同等物には、マレイン酸および/又はその塩、マレイン酸ジエステル、マレイン酸モノエステル、イタコン酸、フマル酸、フマル酸モノエステル、又はこれらの何れかの混合物のような無水マレイン酸の誘導体が含まれる。また、マレイン酸化ポリオレフィンは、E/X/Yターポリマー(式中、Eは、エチレン、Xは、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸、および/又はその誘導体からなる群から選択されるモノマー、Yは、無水マレイン酸又はその機能的等価物である)も含む。成分Xとして含むのに適するモノマーの例は、(メタ)アクリル酸誘導体であり、これには、酸、塩、エステル、無水物、又は化学技術の当業者に公知の他の酸誘導体を含む。また、アクリル酸メチルおよびアクリル酸ブチルも、成分Xとして含有するのに適するアクリレートモノマーの例である。Y成分として適するのは、マレイン酸ジエステル又はモノエステル(マレイン酸半エステル)であり、これには、例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、およびn−プチルアルコールのようなC1〜C4アルコールのエステルを含む。好ましくは、マレイン酸化ポリオレフィンには、無水マレイン酸、マレイン酸ジエステル、および/又はマレイン酸半エステルが含まれる。更に好ましくは、マレイン酸化ポリオレフィンには、無水マレイン酸および/又はマレイン酸半エステルが含まれる。
本明細書で有用なマレイン酸化ポリオレフィンは、高圧ラジカル法により得られる。本発明を実施する際に適切な高圧法は、例えば、米国特許公報(特許文献8)に記載されている。
調節剤組成物は、第2の成分として、エチレンをベースとするポリマー(ベース樹脂)を含む。ベース樹脂は、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、メタロセン触媒(メタロセンポリエチレン、即ちMPE)を用いたエチレンおよびα−オレフィンモノマーのコポリマー、エチレン/プロピレンコポリマー、又はエチレン/プロピレン/ジエンモノマー(EPDM)のようなターポリマーとすることができる。
適切なベース樹脂には、エチレンと極性モノマーとの共重合から得られるエチレンコポリマーを含むことができる。このような適切なコポリマーには、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸および/又はメタクリル酸コポリマーから誘導可能な塩、エチレンアクリル酸エステルコポリマー、エチレンメタクリル酸エステルコポリマーおよび/又はこれらの何れかの混合物を含むエチレンアクリレートコポリマー類およびエチレン酢酸ビニルコポリマー類を含むことができる。
好ましくは、ベース樹脂は、軟質ポリマーである。更に好ましくは、ベース樹脂は、MPE、LLDPE、およびエチレンおよびアクリレートのエチレンコポリマーである。最も好ましくは、ベース樹脂は、MPE、又はエチレンおよびアクリレートのエチレンコポリマーの何れかから選択される。エチレンコポリマーが含まれる特に好ましい実施形態では、エチレンコポリマーは、論文(非特許文献1)に記載される手順に従い、管状反応器で調製される種類である。
理論には縛られないが、MPEは、実質的に線状構造であり、分子量のばらつきが小さいため、本発明を実施する際に好ましい可能性がある。MPE技術では、可撓性が高く、低結晶化度の低密度MPEを製造することができ、これは、本発明の第2の成分として望ましい可能性がある。
MPE技術は、例えば、米国特許公報(特許文献9)、米国特許公報(特許文献10)、米国特許公報(特許文献11)、米国特許公報(特許文献12)、および米国特許公報(特許文献13)に記載されている。
調節剤組成物は、調節剤組成物の全量に基づき約10〜約50重量%のエチレン無水マレイン酸コポリマー又はその機能的等価物を含むことができる。好ましくは、調節剤には、約10〜約45重量%のマレイン酸化ポリオレフィンが含まれ、更に好ましくは、組成物には、約15〜約40重量%のマレイン酸化ポリオレフィン、最も好ましくは、約20〜約35重量%のマレイン酸化ポリオレフィンが含まれる。
調節剤は、調節剤組成物の全量に基づき、約50〜約90重量%のエチレンをベースとするポリマーを含むことができる。好ましくは、調節剤は、約55〜約90重量%、更に好ましくは約60〜約85重量%、最も好ましくは約70〜約85重量%のエチレンをベースとするポリマーを含む。
本発明の調節剤組成物は、本発明の調節剤組成物を含むポリアミド組成物の耐衝撃性を改善するのに特に有用である。理論には縛られないが、無水物の官能価は、ポリマーマトリクス内にポリマー調節剤を分散させる助けになると考えられている。また、無水物の官能価は、調節剤とポリマーマトリクスとの間の界面接着性を向上させる助けになると考えられている。本発明の調節剤組成物は、高濃度のグラフト無水物官能価を含むことができ、これにより、修飾ポリアミド組成物の他の望ましい特性を失うことなく、ポリアミド強化剤としての調節剤組成物の有効性を向上させることができる。
別の実施形態では、本発明は、本発明の調節剤を含むポリアミド組成物である。ポリアミドは、例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン612、ナイロン11又はナイロン12のような市販されている何れとすることもできる。本願特許出願人(E.I.DuPont de Nemours & Company)から種々のナイロンの等級を購入することができる。或いは、本発明に用いるのに適するポリアミドを調製する方法は、公知であり、従来からの方法である。例えば、適切なポリアミドは、米国特許公報(特許文献14)、米国特許公報(特許文献15)、米国特許公報(特許文献16)に記載されている方法により調製することができる。本発明のポリアミド組成物は、全ポリアミド組成物の重量に基づき、約50〜約98重量%のポリアミドを含むことができる。好ましくは、ポリアミド組成物は、約60〜約98重量%のポリアミド、更に好ましくは約70〜約98重量%のポリアミド、最も好ましくは約80〜約98重量%のポリアミドを含む。
調節剤は、ポリアミド組成物中に、全ポリアミド組成物の約2〜約50重量%の範囲で含まれる。好ましくは、調節剤は、全ポリアミドの約2〜約40重量%、更に好ましくは約2〜約30重量%、最も好ましくは約2〜約20重量%の量で含まれる。
調節剤組成物および/又はポリアミド組成物は、本発明のポリアミド組成物の基本的および新規の性質を損なわない限り、任意の成分を含むことができる。例えば、調節剤とポリアミドポリマーマトリクスとの間の界面接着性を損なうか、ポリアミドポリマー組成物の強度又は品質を減ずるか、ここに請求するポリアミド組成物を製造する費用を実質的に増大させるか、他の方法でポリアミド組成物の靱性又は耐衝撃性を悪化させる成分は、ここに請求する本発明の基本的な性質のいくつかを損なうと考えられる。上に例示しなかった他の特性は、それでもなお、ここに請求する発明に対し、基本および/又は新規であるとみなすことができる。例えば、色、匂い、外観、手触り、取り扱い又は使用の安全性は、本発明の基本的特性とみなされる。上に述べているかどうかに関わらず、これらの特性を損なう付加的な成分は何れも、ここに請求する組成物から除外することができる。本発明の基本的新規性に悪影響を及ぼす任意の成分は何れも、ここで検討されているかどうかに関係なく、本発明から除外することができる。
以下の例は本発明の実例であり、本発明の範囲を何ら制限するものではない。
(ブレンドの調製)
表Iおよび表II内の実施例の試料は、混合スクリューを備えた二軸スクリュー押出機を用い、表Iの試料に対しては280−300Cの間の溶融温度を用い、表IIに記載した試料に対しては260−280Cの間の溶融温度を用いて溶融ブレンドすることにより調製した。
(試験手順)
メルトフローインデックス(MI)は、ASTMD−1238を2160グラム重で用い、190Cで測定する。
アイゾッド衝撃は、ASTM D−256を用い、射出成形試料片を用いて測定した。成形バーは、長さ5インチ、幅1/2インチ、厚さ1/8インチであった。バーは半分に切断し、ゲートから1 1/4インチ(ゲート近傍、表にはゲートとして記載)、およびゲートから3 3/4インチ(ゲート遠方、表には遠方として記載)に刻み目を形成した。成形中に配向が起こる可能性があるため、衝撃の結果は、表1および表2のデータに見られるように、2つの部位で異なる可能性がある。
引張強さは、ASTM D−638で、射出成形バーを用いて測定した。
(表1で用いた材料)
用いたナイロン66は、本願特許出願人から入手可能な市販のナイロン66であるザイテル(Zytel)101である。
用いたMPEは、本願特許出願人から入手可能な密度が0.87g/ccでメルトフローインデックスが1.0である市販のエンゲージ(Engage)8100である。
用いたEMAは、本願出願人から入手可能な24重量パーセントのアクリル酸メチルを含み、メルトフローインデックスが2.0である市販のエチレンおよびアクリル酸メチルのコポリマーである。
E/MAME(a)およびE/MAME(b)は、試験工場の装置で調製したエチレンと、マレイン酸水素エチル(ethyl hydrogen maleate)(MAME)とのコポリマーである。E/MAME(a)は、約6重量パーセントのMAMEを含み、メルトフローインデックスが30であり、E/MAME(b)は、約8重量パーセントのMAMEを含み、メルトフローインデックスが30である。
E/MAA/MAMEは、試験工場の装置で調製したエチレン、メタクリル酸(11重量パーセント)およびマレイン酸水素エチル(6重量パーセント)のターポリマーであり、メルトフローインデックスが90である。
(表IIで用いた材料)
用いたナイロン6試料は、何れもBASFから入手可能なウルトラアミド(Ultramide)B3およびウルトラアミド(Ultramide)B35である。用いたLLDPEは、エクソン・カンパニー(Exxon Co.)から入手可能な密度が0.91g/ccで、メルトフローインデックスが1.0である市販の樹脂である。MPEと、E/MAME(a)およびE/MAME(b)の両方は上に記載している。
Figure 0004423187
Figure 0004423187
本出願は、特許請求の範囲に記載した発明を含め以下の発明を包含する。
(I) (1)約50〜約98重量%のポリアミドポリマー樹脂と、(2)(a)エチレンおよび機能性コモノマーから調製された約10重量%〜約50重量%のコポリマーであって、前記コポリマーが、約3重量%〜約15重量%の機能性コモノマーを含むコポリマーと、(b)約50重量%〜約90重量%のエチレンをベースとするポリマー(ベース樹脂)と、を含む約2〜約50重量%の衝撃改質剤組成物と、を含むことを特徴とする強化ポリアミド組成物。
(II) 前記衝撃改質剤が約5重量%〜約45重量%の量で含まれることを特徴とする(I)に記載のポリアミド組成物。
(III) 前記衝撃改質剤が約5重量%〜約30重量%の量で含まれることを特徴とする(II)に記載のポリアミド組成物。
(IV) 前記衝撃改質剤が約5重量%〜約20重量%の量で含まれることを特徴とする(III)に記載のポリアミド組成物。
(V) 前記機能性コモノマーが無水マレイン酸又はその機能的等価物であることを特徴とする(IV)に記載のポリアミド組成物。
(VI) 前記機能的等価物が、マレイン酸および/又はその塩、マレイン酸ジエステル、マレイン酸モノエステル、イタコン酸、フマル酸、フマル酸モノエステル、およびこれらの何れかの混合物からなる群から選択される等価物であることを特徴とする(V)に記載のポリアミド組成物。
(VII) 前記機能的等価物がマレイン酸半エステルであることを特徴とする(VI)に記載のポリアミド組成物。
(VIII) 前記機能性コモノマーが無水マレイン酸であることを特徴とする(VII)に記載のポリアミド組成物。
(IX) 前記ベース樹脂が、高密度ポリエチレン(HDPE)、低密度ポリエチレン(LDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(ULDPE)、メタロセンポリエチレン(MPE)、エチレン/プロピレンコポリマー、エチレン/プロピレン/ジエンモノマー(EPDM)のようなターポリマー、エチレンと極性モノマーとの共重合から得られるコポリマー、又はこれらの何れかの混合物からなる群のポリマーから選択されるポリマーを含むことを特徴とする(VIII)に記載のポリアミド組成物。
(X) 前記エチレン極性モノマーコポリマーが、エチレンアクリル酸コポリマー、エチレンメタクリル酸コポリマー、エチレンアクリル酸および/又はメタクリル酸コポリマーから誘導可能な塩、エチレンアクリル酸エステルコポリマー、エチレンメタクリル酸エステルコポリマー、および/又はこれらの何れかの混合物を含むエチレンアクリレートコポリマー類およびエチレン酢酸ビニルコポリマー類からなる群から選択されることを特徴とする(IX)に記載のポリアミド組成物。
(XI) 前記エチレンコポリマーがエチレンアクリレートコポリマー又はエチレン酢酸ビニルコポリマーであることを特徴とする(X)に記載のポリアミド組成物。
(XII) 前記エチレンコポリマーがエチレンアクリレートコポリマーであることを特徴とする(XI)に記載のポリアミド組成物。
(XIII) 前記ポリアミドが、前記ポリアミド組成物の全量に基づき、約60重量%〜約98重量%の量で含まれることを特徴とする(XII)に記載のポリアミド組成物。
(XIV) 前記ポリアミドが約70重量%〜約98重量%の量で含まれることを特徴とするポリアミド組成物。
(XV) 前記ポリアミドが約80重量%〜約98重量%の量で含まれることを特徴とするポリアミド組成物。
(XVI)
ポリアミド組成物から得られる物品であって、前記ポリアミド組成物が、(1)約50〜約98重量%のポリアミドポリマー樹脂と、(2)(a)エチレンおよび機能性コモノマーから調製された約10重量%〜約50重量%のコポリマーであって、前記コポリマーが、約3重量%〜約15重量%の前記機能性コモノマーを含むコポリマーと、(b)約50重量%〜約90重量%のエチレンをベースとするポリマーとを含む約2〜約50重量%の衝撃改質剤組成物とを含むことを特徴とする物品。
(XVII) 前記物品が、家電、自動車、工具、運動用具、個人用保護具、スポーツウェア、および/又は電子装置に用いるのに適することを特徴とする(XVI)に記載の物品。
(XVIII) 成分(a)が、E/X/Yターポリマー(式中、Eはエチレン、Xは、酢酸ビニル、(メタ)アクリル酸、および/又はその誘導体からなる群から選択されるモノマーであり、そして、Yは、無水マレイン酸又はその機能的等価物)であることを特徴とする(IV)に記載のポリアミド組成物。
(XIX) Xが(メタ)アクリル酸および/又はその誘導体であることを特徴とする(XVIII)に記載のポリアミド組成物。

Claims (3)

  1. 強化ポリアミド組成物であって、
    (1)ポリアミド組成物の全重量に基づいて50〜98重量%のポリアミド樹脂と、
    (2)ポリアミド組成物の全重量に基づいて2〜50重量%の衝撃改質剤組成物
    を含み、前記衝撃改質剤組成物が、
    (a)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて10重量%〜50重量%の第一のコポリマーであって、前記第一のポリマーが、高圧ラジカル法によって調製されるコポリマーであり、前記第一のコポリマーがエチレン、並びに、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸モノエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択されるコモノマーを含み、前記第一のコポリマーが3重量%〜15重量%の前記コモノマーを含むもの、および、
    (b)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて50重量%〜90重量%の第二のコポリマーであって、前記第2のコポリマーがエチレンアクリル酸エステルコポリマーおよびエチレンメタクリル酸エステルコポリマーよりなる群から選択されるもの、
    を含むことを特徴とする強化ポリアミド組成物。
  2. 強化ポリアミド組成物であって、
    (1)ポリアミド組成物の全重量に基づいて50〜98重量%のポリアミド樹脂と、
    (2)ポリアミド組成物の全重量に基づいて2〜50重量%の衝撃改質剤組成物
    を含み、前記衝撃改質剤組成物が、
    (a)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて10重量%〜50重量%の第一のポリマーであって、前記第一のポリマーが、高圧ラジカル法によって調製されるコポリマーであり、前記第一のポリマーがエチレン、並びに、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸モノエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択されるコモノマーのコポリマー単位のみからなり、前記第一のポリマーが3重量%〜15重量%の前記コモノマーを含むもの、および、
    (b)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて50重量%〜90重量%の第二のポリマーであって、メタロセン触媒を用いて調製されるエチレンおよびアルファ−オレフィンのコポリマーであるもの、
    を含むことを特徴とする強化ポリアミド組成物。
  3. 強化ポリアミド組成物から得られる物品であって、前記強化ポリアミド組成物が、
    (1)ポリアミド組成物の全重量に基づいて50〜98重量%のポリアミド樹脂と、
    (2)ポリアミド組成物の全重量に基づいて2〜50重量%の衝撃改質剤組成物
    を含み、前記衝撃改質剤組成物が、
    (a)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて10重量%〜50重量%の第一のコポリマーであって、前記第一のポリマーが、高圧ラジカル法によって調製されるコポリマーであり、前記第一のコポリマーが、エチレン、並びに、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸モノエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択されるコモノマーを含み、前記第一のコポリマーが3重量%〜15重量%の前記コモノマーを含むもの、および、
    (b)衝撃改質剤組成物の全重量に基づいて50重量%〜90重量%の第二のコポリマーであって、前記第二のコポリマーが、エチレンアクリル酸エステルコポリマーおよびエチレンメタクリル酸エステルコポリマーよりなる群から選択されるもの、
    を含む強化ポリアミド組成物であることを特徴とする物品。
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