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JP2018012760A - 溶着用ポリアミド樹脂組成物 - Google Patents

溶着用ポリアミド樹脂組成物 Download PDF

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JP2018012760A
JP2018012760A JP2016142257A JP2016142257A JP2018012760A JP 2018012760 A JP2018012760 A JP 2018012760A JP 2016142257 A JP2016142257 A JP 2016142257A JP 2016142257 A JP2016142257 A JP 2016142257A JP 2018012760 A JP2018012760 A JP 2018012760A
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acid
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中川 裕史
Yasushi Nakagawa
裕史 中川
淳史 増永
Atsushi Masunaga
淳史 増永
真吾 西田
Shingo Nishida
真吾 西田
秋田 大
Dai Akita
大 秋田
梅津 秀之
Hideyuki Umezu
秀之 梅津
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Abstract

【課題】
本発明は、流動性に優れ、衝撃強度および溶着性に優れる複合成形品を得ることのできる溶着用ポリアミド樹脂組成物を提供する。
【解決手段】
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、前記のポリアミド樹脂組成物が、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)を0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)を含有し、吸光光度分析法により求められるリン原子含有量がポリアミド樹脂含有量に対して400〜3500ppmである溶着用ポリアミド樹脂組成物である。
【選択図】 なし

Description

本発明は、溶着用ポリアミド樹脂組成物に関するものである。
ポリアミド樹脂は、優れた機械特性、耐熱性、耐薬品性を有するため、自動車、電気・電子部品およびその他の精密機器部品等に幅広く用いられている。上記の分野でのポリアミド樹脂の開発経緯は、基本的には金属材料からの代替が主体であり、軽量化や小型化などの利点の多い部品から実用化が進んでおり、成形時の流動性が求められている。
また、最近では複雑形状の部品もポリアミド樹脂で製造される様になってきており、自動車構造部材であるインテークマニホールド等の中空部を有する部品などが各種溶着技術、例えば、振動溶着、射出溶着および超音波溶着技術などが使用されるようになってきており、また、自動車構造部材用途では、歩行者保護および搭乗者保護の観点から、自動車内外装用途を中心に耐衝撃性が求められている。
従来、ポリアミド樹脂の流動性と射出溶着性の改良技術としては、例えば、ナイロン6等のポリアミド樹脂に、融点が150〜280℃である多価アルコールを少量配合したポリアミド樹脂組成物(特許文献1参照。)や、アミノ基末端濃度を規定した結晶ポリアミド樹脂に、無機充填剤を配合したポリアミド樹脂組成物(特許文献2参照。)などが提案されている。
また別に、溶着強度に優れたポリアミド樹脂組成物として、例えば、融点が250〜340℃である半芳香族ポリアミド樹脂組成物(特許文献3参照。)が提案されている。
特開2000−345031号公報 特開2002−30215号公報 特開2015−58608号公報
しかしながら、上記の特許文献1と2に記載されたポリアミド樹脂組成物は、流動性は改善されるが、耐衝撃性および溶着性が十分ではなかった。また、一方、上記の特許文献3に記載されたポリアミド樹脂組成物は、溶着性は改善されるが、いまだ十分ではなく、流動性および耐衝撃性に劣るという課題もあった。
そこで本発明の目的は、これら従来技術の課題に鑑み、高い流動性と耐衝撃性を兼ね備え、溶着性に優れた複合成形品を得ることのできる溶着用ポリアミド樹脂組成物を提供することにある。
かかる課題を解決するため、本発明は主として下記構成を有する。
本発明は、上記の課題を解決せんとするものであって、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)を0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)を含有し、吸光光度分析法により求められるリン原子含有量がポリアミド樹脂含有量に対して400〜3500ppmであることを特徴とする溶着用ポリアミド樹脂組成物である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の好ましい態様によれば、前記のリン含有化合物(C)は、亜リン酸、次亜リン酸およびそれらの金属塩からなる群から選ばれた少なくとも1種のリン含有化合物である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の好ましい態様によれば、前記の化合物(B)は、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基を有し、1分子中の水酸基数が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多いことである。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の好ましい態様によれば、前記の化合物(B)は、水酸基含有化合物と、エポキシ基またはカルボジイミド基含有化合物(b)との反応物であり、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基との反応率は3〜95%である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の好ましい態様によれば、前記の化合物(B)は、下記の一般式(1)で表される構造を有する化合物またはその縮合物である。
(上記一般式(1)中、X〜Xはそれぞれ同一でも異なってもよく、OH、CHまたはORを表す。ただし、OHとORの数の和は3以上である。また、Rはエポキシ基またはカルボジイミド基を有する有機基を表し、nは0〜20の範囲を表す。)
本発明の複合成形品は、前記の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる成形品が溶接されてなる複合成形品である。
本発明の複合成形品は、前記の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる成形品が自動車および電気・電子部品の構造部材として使用される。
本発明の複合成形品の製造方法は、前記の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる第一樹脂成形品および/または第二樹脂成形品を重ね合わせ、重ね合わせ部分に溶着を施すことである。
本発明の複合成形品の製造方法は、前記の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる第一樹脂成形品と第二樹脂成形品とを重ね合わせ、重ね合わせ部分に溶着を施すことを特徴とする自動車および電気・電子部品の構造部材として使用される。
本発明によれば、流動性、耐衝撃性および溶着性に優れた複合成形品を提供することができるに供される溶着用ポリアミド樹脂組成物が得られる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、射出成形、射出圧縮成形、圧縮成形、押出成形、ブロー成形およびプレス成形などの任意の方法で樹脂組成物を成形することができ、各種の成形品に加工し利用することができる。特に、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、流動性に優れ、衝撃強度および溶着性に優れる成形品を得ることができる点を活かし、自動車、航空機、鉄道、電気・電子部品、スポーツ用品、建築用品および機械装置用品の構造部材などの各種用途の樹脂成形体の溶着接合に適用でき有用である。
図1は、ジペンタエリスリトールとビスフェノールA型エポキシ樹脂のドライブレンド品のH−NMRスペクトルを示す図である。 図2は、参考例5で得られた多価アルコールとエポキシ化合物の溶融混練反応物のH−NMRスペクトルを示す図である。 図3は、本発明の実施例で用いた振動溶着性評価用試験片であり,振動溶着前の試験片を示す概略図平面図である。 図4は、本発明の実施例で用いた振動溶着性評価用試験片であり,振動溶着後の試験片を示す概略図平面図である。 図5は、本発明の実施例で用いた振動溶着性評価用試験片であり,振動溶着後、切削加工した試験片を示す概略図平面図である。
次に、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の実施形態について説明する。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)を0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)を含有し、吸光光度分析法により求められるリン原子含有量がポリアミド樹脂含有量に対して400〜3500ppmであることを特徴とする溶着用ポリアミド樹脂組成物である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、上記のように、ポリアミド樹脂(A)と、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)(以下、化合物(B)と称することがある。)と、リン含有化合物(C)を含有する。次に、各成分について説明する。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物において、ポリアミド樹脂(A)は、そのカルボキシル末端基が、後述する化合物(B)中の水酸基と脱水縮合反応すると考えられる。このため、ポリアミド樹脂(A)は、化合物(B)との相溶性に優れていると考えられる。
本発明で用いられるポリアミド樹脂(A)とは、(i)アミノ酸、(ii)ラクタムあるいは(iii)ジアミンとジカルボン酸を主たる原料とするポリアミドである。ポリアミド樹脂(A)の原料の代表例としては、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、12−アミノドデカン酸、パラアミノメチル安息香酸などのアミノ酸、ε−カプロラクタム、ω−ラウロラクタムなどのラクタム、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、2−メチルペンタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、2,2,4−/2,4,4−トリメチルヘキサメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン、2−メチルオクタメチレンジアミンなどの脂肪族ジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミンなどの芳香族ジアミン、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、1−アミノ−3−アミノメチル−3,5,5−トリメチルシクロヘキサン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3−メチル−4−アミノシクロヘキシル)メタン、2,2−ビス(4−アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン、アミノエチルピペラジンなどの脂環族ジアミン、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの脂肪族ジカルボン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、2−クロロテレフタル酸、2−メチルテレフタル酸、5−メチルイソフタル酸、5−ナトリウムスルホイソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、ヘキサヒドロテレフタル酸、ヘキサヒドロイソフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、1,4−シクロヘキサンジカルボン酸、1,3−シクロヘキサンジカルボン酸、1,2−シクロヘキサンジカルボン酸、および1,3−シクロペンタンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸などが挙げられる。
本発明において、ポリアミド樹脂(A)の原料として、これらの原料から誘導されるポリアミドホモポリマーまたはポリアミドコポリマーを2種以上配合して用いることができる。
ポリアミド樹脂の具体的な例としては、ポリカプロアミド(ナイロン6)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66)、ポリテトラメチレンアジパミド(ナイロン46)、ポリテトラメチレンセバカミド(ナイロン410)、ポリペンタメチレンアジパミド(ナイロン56)、ポリペンタメチレンセバカミド(ナイロン510)、ポリヘキサメチレンセバカミド(ナイロン610)、ポリヘキサメチレンドデカミド(ナイロン612)、ポリデカメチレンアジパミド(ナイロン106)、ポリデカメチレンセバカミド(ナイロン1010)、ポリデカメチレンドデカミド(ナイロン1012)、ポリウンデカンアミド(ナイロン11)、ポリドデカンアミド(ナイロン12)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンアジパミドコポリマー(ナイロン6/66)、ポリカプロアミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/6I)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリウンデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/11)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリドデカンアミドコポリマー(ナイロン6T/12)、ポリヘキサメチレンアジパミド/ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリヘキサメチレンイソフタルアミドコポリマー(ナイロン66/6T/6I)、ポリキシリレンアジパミド(ナイロンXD6)、ポリキシリレンセバカミド(ナイロンXD10)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリペンタメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/5T)、ポリヘキサメチレンテレフタルアミド/ポリ−2−メチルペンタメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン6T/M5T)、ポリペンタメチレンテレフタルアミド/ポリデカメチレンテレフタルアミドコポリマー(ナイロン5T/10T)、ポリノナメチレンテレフタルアミド(ナイロン9T)、ポリデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン10T)、およびポリドデカメチレンテレフタルアミド(ナイロン12T)などが挙げられる。
また、ポリアミド樹脂の具体例としては、これらの混合物や共重合体なども挙げられる。ここで、「/」は共重合体を示す。以下、同様とする。
とりわけ好ましいポリアミド樹脂は、200℃〜330℃の融点を有するポリアミド樹脂である。200℃〜330℃の融点を有するポリアミド樹脂は、耐熱性や強度に優れている。200℃以上の融点を有するポリアミド樹脂は、高温条件下において、樹脂圧力の高い状態で溶融混練することができ、後述する化合物(B)との反応性を高めることができる。このため、ポリアミド樹脂組成物中における化合物(B)の分散性をより高め、流動性、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。ポリアミド樹脂の融点は、220℃以上がより好ましい。一方、330℃以下の融点を有するポリアミド樹脂を用いることにより、溶融混練温度を適度に抑え、ポリアミド樹脂の分解を抑制することができる。このため、流動性、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。ここで、本発明のポリアミド樹脂の融点は、示差走査熱量計を用いて、不活性ガス雰囲気下、ポリアミド樹脂を、溶融状態から20℃/分の降温速度で30℃の温度まで降温した後、20℃/分の昇温速度で融点+40℃まで昇温した場合に現れる吸熱ピークの温度と定義する。ただし、吸熱ピークが2つ以上検出される場合には、ピーク強度の最も大きい吸熱ピークの温度を融点とする。
200℃〜330℃の融点を有するポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン6、ナイロン66、ナイロン46、ナイロン410、ナイロン610、ナイロン56、ナイロン6T/66、ナイロン6T/6I、ナイロン6T/12、ナイロン6T/5T、ナイロン6T/M5T、ナイロン6T/6などのヘキサメチレテレフタルアミド単位を有する共重合体や、ナイロン5T/10T、ナイロン9T、ナイロン10T、およびナイロン12Tなどを挙げることができる。流動性、耐衝撃性および溶着性のバランスからナイロン6が最も好ましく用いられる。
これらのポリアミド樹脂を、流動性、耐衝撃性および溶着性などの必要特性に応じて2種以上配合することも実用上好適である。
これらポリアミド樹脂の重合度は、樹脂濃度0.01g/mlの98%濃硫酸溶液中、25℃の温度で測定した相対粘度(ηr)が1.5〜5.0の範囲であることが好ましい。相対粘度が1.5以上であれば、得られる成形品の機械強度をより向上させることができる。相対粘度は、2.0以上がより好ましい態様である。一方、相対粘度が5.0以下であれば、溶着性をより向上させることができる。
本発明のポリアミド樹脂組成物は、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)を含有する。水酸基含有化合物は、ポリアミド樹脂(A)との脱水縮合反応により、ポリアミド樹脂組成物中に架橋構造を形成させることができ、得られる成形品の機械強度および耐衝撃性を向上させることができる。また、溶着性においても、射出や振動などに発生する熱により、接合面に架橋構造を形成させることができ、溶着性を向上させることができる。
本発明で使用される化合物(B)は、1分子中に3つ以上の水酸基を有する化合物である。1分子中に2つ以下の水酸基を有する化合物は、ポリアミド樹脂組成物中に架橋構造を十分に形成させることができず、流動性、耐衝撃性および溶着性が低下する。1分子中の水酸基の数は、4つ以上であることが好ましく、より好ましくは6つ以上である。化合物(B)は、低分子化合物であってもよく、重合体も用いられる。
1分子中の水酸基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、縮合物の場合、水酸基の数は、化合物(B)の数平均分子量と水酸基価を算出し、下記式(2)により求めることができる。
・1分子中の水酸基の数=(数平均分子量×水酸基価)/56110 (2)
化合物(B)の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて、算出することができる。具体的には、以下の方法により算出することができる。化合物(B)が溶解する溶媒、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用いる。カラムは溶媒に合わせ、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを使用する場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて数平均分子量の測定を行うことができる。
化合物(B)の水酸基価は、化合物(B)を、無水酢酸と無水ピリジンの混合溶液でアセチル化して、それをエタノール性水酸化カリウム溶液で滴定することにより求めることができる。
本発明で用いられるポリアミド樹脂組成物において、化合物(B)の含有量は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して0.1〜20質量部(0.1質量部以上20質量部以下)である。化合物(B)の含有量が0.1質量部未満であると、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性が低下する。化合物(B)の含有量は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、0.5質量部以上であることが好ましく、2質量部以上であることがさらに好ましい態様である。
一方、化合物(B)の含有量が20質量部を超えると、化合物(B)が成形品表層へブリードアウトしやすく、溶着性が低下する。また、ポリアミド樹脂の可塑化や分解が促進され、耐衝撃性が低下する。化合物(B)の含有量は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、7.5質量部以下であることが好ましく、より好ましくは6質量部以下である。
本発明で用いられる化合物(B)は、25℃の温度において固形であるか、または25℃の温度において200mPa・s以上の粘度を有する液状であることが好ましい態様である。その場合、溶融混練時に所望の粘度にすることが容易となり、ポリアミド樹脂(A)との相溶性をより向上させ、流動性、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。
化合物(B)の具体例としては、1,2,4−ブタントリオール、1,2,5−ペンタントリオール、1,2,6−ヘキサントリオール、1,2,3,6−ヘキサンテトロール、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、テトラグリセリン、ペンタグリセリン、ヘキサグリセリン、ジトリメチロールプロパン、トリトリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトール、メチルグルコシド、ソルビトール、グルコース、マンニトール、スクロース、1,3,5−トリヒドロキシベンゼン、1,2,4−トリヒドロキシベンゼン、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリビニルアルコール、トリエタノールアミン、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、2−メチルプロパントリオール、トリスヒドロキシメチルアミノメタン、および2−メチル−1,2,4−ブタントリオールなどを挙げることができる。
また、水酸基含有化合物として、繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物も挙げることができる。例えば、エステル結合、アミド結合、エーテル結合、メチレン結合、ビニル結合、イミン結合、シロキサン結合、ウレタン結合、チオエーテル結合、ケイ素−ケイ素結合、カーボネート結合、スルホニル結合、およびイミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物が挙げられる。
水酸基含有化合物は、これらの結合を2種以上含む繰り返し構造単位を含有することができる。繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物として、エステル結合、カーボネート結合、エーテル結合および/またはアミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物がより好ましく用いられる。
エステル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、水酸基を1個以上有する化合物に、カルボキシル基に隣接する炭素原子が飽和炭素原子であり、かつ該炭素原子上の水素原子がすべて置換され、かつ水酸基を2個以上有するモノカルボン酸を反応させることにより得ることができる。
エーテル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、水酸基を1個以上有する化合物と水酸基を1個以上有する環状エーテル化合物の開環重合により得ることができる。エステル結合とアミド結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、アミノジオールと環状酸無水物との重縮合反応により得ることができる。アミノ基を含むエーテル結合を有する繰り返し構造単位を有する水酸基含有化合物は、例えば、トリアルカノールアミンの分子間縮合により得ることができる。カーボネート結合を有する繰り返し構造単位からなる水酸基含有化合物は、例えば、トリスフェノールのアリールカーボネート誘導体の重縮合反応により得ることができる。
化合物(B)の中でも、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールおよびトリペンタエリスリトールが好ましく用いられる。
本発明で用いられるポリアミド樹脂組成物は、リン含有化合物(C)を含有する。従来から、次亜リン酸ナトリウムなどのリン含有化合物は、ポリアミドを重縮合する際の重縮合触媒として用いられており、重合時間の短縮化、黄変抑制効果が知られている。本発明においては、化合物(B)とともにリン含有化合物(C)を含有させることにより、流動性、耐衝撃性および溶着性に優れる成形品を得ることができる。これにより、リン含有化合物(C)は、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B)の縮合反応を促進する効果に優れるため、ポリアミド樹脂組成物中により架橋構造を形成させることができ、流動性、耐衝撃性および溶着性に優れる成形品を得ることができる。また、ポリアミド樹脂組成物中における化合物(B)の分散性をより向上させることができるため、溶着性をより高めることができる。
本発明で用いられるポリアミド樹脂組成物において、リン原子の含有量は、ポリアミド樹脂含有量に対して400〜3500ppm(400ppm以上3500ppm以下)である。ここで、本発明におけるリン原子含有量とは、後述する吸光光度分析法により求められるリン元素の濃度を表す。すなわち、本発明のポリアミド樹脂組成物において、リン含有化合物(C)の含有量は、リン原子換算(重量基準)でポリアミド樹脂(A)の含有量に対して400〜3500ppmである。リン原子換算濃度が400ppm未満であると、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)の縮合反応を促進する効果に乏しく、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性が低下する。リン含有化合物(C)のリン原子換算濃度は、ポリアミド樹脂(A)の含有量に対して、600ppm以上であることが好ましく、より好ましくは800ppm以上である。
一方で、リン原子換算濃度が3500ppmを超えると、ポリアミド樹脂(A)の増粘が顕著となり、成形性が低下する。また、せん断発熱によるリン含有化合物(C)の分解で発生するガスが成形品内に存在することにより、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性が低下する。また、リン含有化合物(C)は成形品表層へブリードアウトしやすくなり、溶着性がより低下する。リン含有化合物(C)の含有量は、リン原子換算で、ポリアミド樹脂(A)の含有量に対して、3000ppm以下であることが好ましい。
ここでいうポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂含有量に対するリン含有化合物(C)由来のリン原子換算濃度、すなわちリン原子含有量は、次の方法により求めることができる。
まず、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品を減圧乾燥した後、550℃の温度の電気炉で24時間加熱して灰化させ、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品中の無機物の含有量を求める。また、耐衝撃改良剤などのポリアミド樹脂(A)以外の樹脂成分や、化合物(B)およびリン含有化合物(C)およびその他の添加剤を含有する場合は、有機溶媒による抽出分離により(A)ポリアミド樹脂またはポリアミド樹脂(A)以外の成分の重量を測定し、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品中のポリアミド樹脂(A)の含有量を算出する。
一方、ポリアミド樹脂組成物またはその成形品を炭酸ソーダ共存下において乾式灰化分解するか、硫酸・硝酸・過塩素酸系または硫酸・過酸化水素水系において湿式分解することにより、リンを正リン酸とする。次いで、正リン酸を1mol/L硫酸溶液中においてモリブデン酸塩と反応させて、リンモリブデン酸とし、これを硫酸ヒドラジンで還元して、生成するヘテロポリブルーの830nmの吸光度を吸光光度計(検量線法)で測定して比色定量することにより、ポリアミド樹脂組成物中のリン含有量を算出することができる。比色定量により算出されたリン含有量を、先に算出したポリアミド樹脂含有量で割ることにより、ポリアミド樹脂に対するリン原子換算濃度を求めることができる。
リン含有化合物(C)としては、例えば、ホスファイト化合物、ホスフェート化合物、ホスホナイト化合物、ホスホネート化合物、ホスフィナイト化合物、およびホスフィネート化合物などが挙げられる。これらを、2種以上含有させることもできる。
本発明で用いられるホスファイト化合物としては、例えば、亜リン酸、亜リン酸アルキルエステル、亜リン酸アリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。アルキルエステルやアリールエステルは、モノエステルであってもよく、ジエステルやトリエステルなど複数のエステル結合を有してもよく、以下、同様である。具体的には、亜リン酸、亜リン酸トリメチル、亜リン酸トリエチル、亜リン酸トリフェニル、ビス(2,6−ジ−tert−ブチル−4−メチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト、ビス(2,4−ジ−tert−ブチルフェニル)ペンタエリスリトール−ジ−ホスファイト、およびこれらの金属塩等が挙げられる。金属塩については、後述する。
ホスフェート化合物としては、例えば、リン酸、リン酸アルキルエステル、リン酸アリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、リン酸、リン酸トリメチル、リン酸トリエチル、リン酸トリフェニル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスホナイト化合物としては、例えば、亜ホスホン酸、亜ホスホン酸アルキルエステル、亜ホスホン酸アリールエステル、アルキル化亜ホスホン酸、アリール化亜ホスホン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、亜ホスホン酸、亜ホスホン酸ジメチル、亜ホスホン酸ジエチル、亜ホスホン酸ジフェニル、メチル亜ホスホン酸、エチル亜ホスホン酸、プロピル亜ホスホン酸、イソプロピル亜ホスホン酸、ブチル亜ホスホン酸、フェニル亜ホスホン酸、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスホナイト、テトラキス(2,4−ジ−t−ブチル−5−メチルフェニル)[1,1−ビフェニル]−4,4’−ジイルビスホスホナイト、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスホネート化合物としては、例えば、ホスホン酸、ホスホン酸アルキルエステル、ホスホン酸アリールエステル、アルキル化ホスホン酸またはアリール化ホスホン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、ホスホン酸ジメチル、ホスホン酸ジエチル、ホスホン酸ジフェニル、メチルホスホン酸、エチルホスホン酸、プロピルホスホン酸、イソプロピルホスホン酸、ブチルホスホン酸、フェニルホスホン酸、ベンジルホスホン酸、トリルホスホン酸、キシリルホスホン酸、ビフェニルホスホン酸、ナフチルホスホン酸、アントリルホスホン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスフィナイト化合物としては、例えば、亜ホスフィン酸、亜ホスフィン酸アルキルエステル、亜ホスフィン酸アリールエステル、アルキル化亜ホスフィン酸、アリール化亜ホスフィン酸、それらのアルキルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、亜ホスフィン酸、亜ホスフィン酸メチル、亜ホスフィン酸エチル、亜ホスフィン酸フェニル、メチル亜ホスフィン酸、エチル亜ホスフィン酸、プロピル亜ホスフィン酸、イソプロピル亜ホスフィン酸、ブチル亜ホスフィン酸、フェニル亜ホスフィン酸、ジメチル亜ホスフィン酸、ジエチル亜ホスフィン酸、ジプロピル亜ホスフィン酸、ジイソプロピル亜ホスフィン酸、ジブチル亜ホスフィン酸、ジフェニル亜ホスフィン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩等が挙げられる。
ホスフィネート化合物としては、例えば、次亜リン酸、次亜リン酸アルキルエステル、次亜リン酸アリールエステル、アルキル化次亜リン酸、アリール化次亜リン酸、それらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびそれらの金属塩などが挙げられる。具体的には、ホスフィン酸メチル、ホスフィン酸エチル、ホスフィン酸フェニル、メチルホスフィン酸、エチルホスフィン酸、プロピルホスフィン酸、イソプロピルホスフィン酸、ブチルホスフィン酸、フェニルホスフィン酸、トリルホスフィン酸、キシリルホスフィン酸、ビフェニリルホスフィン酸、ジメチルホスフィン酸、ジエチルホスフィン酸、ジプロピルホスフィン酸、ジイソプロピルホスフィン酸、ジブチルホスフィン酸、ジフェニルホスフィン酸、ジトリルホスフィン酸、ジキシリルホスフィン酸、ジビフェニリルホスフィン酸、ナフチルホスフィン酸、アントリルホスフィン酸、2−カルボキシフェニルホスフィン酸、これらのアルキルエステルまたはアリールエステル、およびこれらの金属塩などが挙げられる。
本発明においては、これらの中でもホスファイト化合物とホスフィネート化合物が好ましく、またこれらの水和物も用いられる。亜リン酸、次亜リン酸およびそれらの金属塩からなる群から選ばれた少なくとも1種を含有することがさらに好ましい態様である。これらの化合物を含有することにより、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)の縮合反応を促進する効果に優れ、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。
金属塩を構成する金属としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウムなどのアルカリ金属、マグネシウム、カルシウム、およびバリウムなどのアルカリ土類金属などが挙げられる。これらの中でも、ナトリウムとカルシウムが好ましく用いられる。
亜リン酸または次亜リン酸の金属塩としては、具体的には、亜リン酸リチウム、亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウム、亜リン酸マグネシウム、亜リン酸カルシウム、亜リン酸バリウム、次亜リン酸リチウム、次亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸カリウム、次亜リン酸マグネシウム、次亜リン酸カルシウム、および次亜リン酸バリウムなどが挙げられる。
これらの中でも、次亜リン酸ナトリウムや亜リン酸ナトリウムなどのナトリウム金属塩、および亜リン酸カルシウムや次亜リン酸カルシウムなどのカルシウム金属塩がより好ましく、これらの金属塩は、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B)の縮合反応を促進する効果に優れており、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。
本発明において用いられる化合物(B)は、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基を有し、1分子中の水酸基の数が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多い化合物(以下、化合物(B)と区別するために「化合物(B’)」と称することがある。)であることが好ましい。
ポリアミド樹脂(A)のアミノ末端基とカルボキシル末端基が、化合物(B’)の水酸基、エポキシ基および/またはカルボジイミド基と反応するため、ポリアミド樹脂(A)と)化合物(B’)の反応性をより高め、ポリアミド樹脂組成物中における化合物(B’)の分散性をより向上させることができ、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性を向上させることができる。
また、1分子中の水酸基の数を、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多い化合物(B’)とすることにより、過剰な架橋構造の形成による脆化を抑制し、得られる成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性を向上させることができる。さらに、耐熱老化性にも優れる成形品を得ることができる。これらの原因については定かではないが、ポリアミド樹脂組成物からなる成形品が大気下で熱を加えられることにより、ポリアミド樹(A)は低分子量化するが、その際に増加するポリアミド樹脂(A)のカルボキシル末端基と、化合物(B’)の水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基とが反応し、ポリアミド樹脂(A)が低分子量化を抑制し、耐熱老化性を保持できるものと考えられる。
化合物(B’)1分子中の水酸基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により、化合物(B’)の構造式を特定し、算出することができる。また、縮合物の場合、水酸基の数は、化合物(B’)の数平均分子量と水酸基価を算出し、下記式(2)により求めることができる。化合物(B’)の数平均分子量と水酸基価は、先述した方法により算出することができる。
・1分子中の水酸基の数=(数平均分子量×水酸基価)/56110 (2)
化合物(B’)の1分子中のエポキシ基またはカルボジイミド基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、縮合物の場合、エポキシ基またはカルボジイミド基の数は、化合物(B’)の数平均分子量をエポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出することができる。
エポキシ当量は、化合物(B’)を、ヘキサフルオロイソプロパノールに溶解させた後、酢酸、テトラエチルアンモニウムブロミド/酢酸溶液を加え、滴定液として0.1Nの過塩素酸および指示薬としてクリスタルバイオレットを用い、溶解液の色が紫色から青緑色に変化した際の滴定量より、下記式(3)により算出できる。
エポキシ当量[g/eq]=W/((F−G)×0.1×f×0.001) (3)
但し、F:滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、G:ブランクの滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、f:0.1Nの過塩素酸のファクター、W:試料の質量[g]
カルボジイミド当量は、次の方法で算出できる。化合物(B’)と、内部標準物質としてフェロシアン化カリウムをドライブレンドし、約200℃で1分間熱プレスを行い、シートを作製する。その後、赤外分光光度計を用いて、透過法で、シートの赤外吸収スペクトルを測定する。測定条件は、分解能4cm−1、積算回数32回とし、透過法での赤外吸収スペクトルは、吸光度がシート厚みに反比例するため、内部標準ピークを用いて、カルボジイミド基のピーク強度を規格化する必要がある。2140cm−1付近に現れるカルボジイミド基由来ピークの吸光度を、2100cm−1付近に現れるフェロシアン化カリウムのCN基の吸収ピークの吸光度で割った値を算出する。この値からカルボジイミド当量を算出するために、あらかじめカルボジイミド当量が既知のサンプルを用いてIR測定を行い、カルボジイミド基由来ピークの吸光度と内部標準ピークの吸光度の比を用いて検量線を作成し、化合物(B’)の吸光度比を検量線に代入し、カルボジイミド当量を算出する。なお、カルボジイミド当量が既知のサンプルとして、脂肪族ポリカルボジイミド(日清紡製、“カルボジライト”(登録商標)LA−1、カルボジイミド当量247g/mol)、芳香族ポリカルボジイミド(ラインケミー製、“スタバクゾール”(登録商標)P、カルボジイミド当量360g/mol)を用いることができる。
化合物(B’)は、ポリアミド樹脂組成物中において化合物(B’)として含有されていればよく、例えば、化合物(B)と後述のエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)を個別にポリアミド樹脂(A)に配合し、ポリアミド樹脂組成物中において化合物(B’)を形成してもよく、あらかじめこれらを反応させた化合物(B’)をポリアミド樹脂(A)に配合させることもできる。
あらかじめ、これらを反応させた化合物(B’)をポリアミド樹脂(A)に配合することが好ましい態様であり、化合物(B’)と、ポリアミド樹脂(A)との相溶性により優れ、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。これらの要因については定かではないが、次のように考えられる。
すなわち、化合物(B)と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)をあらかじめ反応させることにより、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)を連結点とした多分岐構造を有する化合物(B’)が形成される。このようにして形成された化合物(B’)は、多分岐構造を有することにより自己凝集力がより小さくなり、ポリアミド樹脂(A)との反応性および相溶性が向上するためと考えられる。また、多分岐構造を有する化合物の溶融粘度が向上することから、ポリアミド樹脂組成物中における化合物(B’)の分散性がより向上するためと考えられる。
本発明において用いられる化合物(B’)が、化合物(B)と、エポキシ基またはカルボジイミド基含有化合物との反応物(b)の場合、水酸基とエポキシ基またはカルボジイミド基との反応率は3〜95%(3%以上95%以下)であることが好ましい。反応率が3%以上の場合、化合物(B’)の分岐度を高め、自己凝集力を低下させることができ、ポリアミド樹脂(A)との反応性を高めることができ、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性がより向上する。反応率は10%以上がより好ましく、さらに好ましくは20%以上である。
一方、反応率が95%以下の場合、エポキシ基またはカルボジイミド基を適度に残存させることができ、ポリアミド樹脂(A)との反応性を高めることができる。反応率は90%以下であることがより好ましく、さらに好ましくは70%以下である。また、化合物(B’)の反応率は、リン含有化合物(C)を含むことによりさらに高めることができ、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性、および耐熱老化性がより向上する。
水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基の反応率は、化合物(B’)を、溶媒(例えば重水素化ジメチルスルホキシド、重水素化ヘキサフルオロイソプロパノールなど)に溶解し、エポキシ基の場合はH−NMR測定によりエポキシ環由来ピークについて、化合物(B)との反応前後の減少量を求めることにより、カルボジイミド基の場合は13C−NMR測定によりカルボジイミド基由来ピークについて、化合物(B)との反応前後の減少量を求めることにより、算出することができる。反応率は、下記式(4)により求めることができる。
・反応率(%)={1−(e/d)}×100 (4)
(上記式(4)中、dは、化合物(B)と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)をドライブレンドしたもののピーク面積を表し、eは化合物(B’)のピーク面積を表す。)。
一例として、ジペンタエリスリトールとビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004)を3:1の質量比でドライブレンドしたもののH−NMRスペクトルを図1に示す。また、後述する参考例5により得られた化合物(B’−4)および/またはその縮合物のH−NMRスペクトルを図2に示す。重水素化ジメチルスルホキシドを溶媒に用い、サンプル量は0.035g、溶媒量は0.70mlとした。符号1は、溶媒ピークを示す。
図1に示されるH−NMRスペクトルから、2.60ppmと2.80ppm付近に現れるエポキシ環由来ピーク面積の合計を求め、同様に図2に示されるピーク面積の合計を求め、反応率の算出式(4)により反応率を算出する。この際、ピーク面積は、反応に寄与しないエポキシ樹脂のベンゼン環のピークの面積で規格化する。
リン含有化合物(C)以外に、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基との反応を促進する触媒を添加することもできる。触媒の添加量は、化合物(B)と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の合計100質量部に対し、0〜1質量部であることが好ましく、より好ましくは0.01〜0.3質量部である。
水酸基とエポキシ基の反応を促進する触媒としては、ホスフィン類、イミダゾール類、アミン類およびジアザビシクロ類などが挙げられる。ホスフィン類の具体例としては、トリフェニルホスフィン(TPP)などが挙げられる。また、イミダゾール類の具体例としては、2−ヘプタデシルイミダゾール(HDI)、2−エチル−4−メチルイミダゾール、1−ベンジル−2−メチルイミダゾール、および1−イソブチル−2−メチルイミダゾールなどが挙げられる。そして、アミン類の具体例としては、N−ヘキサデシルモルホリン(HDM)、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン(BDMA)、トリブチルアミン、ジエチルアミン、トリエチルアミン、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7(DBU)、1,5−ジアザビシクロ(4,3,0)−ノネン−5(DBN)、トリスジメチルアミノメチルフェノール、テトラメチルエチレンジアミン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、および1,4−ジアザビシクロ−(2,2,2)−オクタン(DABCO)などが挙げられる。
水酸基とカルボジイミド基の反応を促進する触媒としては、例えば、トリアルキル鉛アルコキシド、ホウフッ化水素酸、塩化亜鉛およびナトリウムアルコキシドなどが挙げられる。
本発明で好ましく使用されるエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)は、1分子中にエポキシ基およびカルボジイミド基を有する場合は、エポキシ基とカルボジイミド基の合計2つ以上有することが好ましく、4つ以上することがさらに好ましく、6つ以上することがより好ましい。1分子中にエポキシ基またはカルボジイミド基を有する場合は、いずれかの官能基を2つ以上有することが好ましく、4つ以上有することがさらに好ましく、6つ以上有することがさらに好ましい態様である。
エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の1分子中のエポキシ基またはカルボジイミド基の数は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、縮合物の場合、エポキシ基またはカルボジイミド基の数は、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の数平均分子量をエポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出することができる。エポキシ当量およびカルボジイミド当量は、先述した方法により算出することができる。
エポキシ基含有化合物の具体例として、エピクロロヒドリン、グリシジルエーテル型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、脂環式エポキシ樹脂、複素環式エポキシ樹脂、およびグリシジル基含有ビニル系重合体等を例示することができる。これらを2種以上用いることもきる。
グリシジルエーテル型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンとビスフェノールAから製造される樹脂、エピクロロヒドリンとビスフェノールFから製造される樹脂、ノボラック樹脂にエピクロロヒドリンを反応させたフェノールノボラック型エポキシ樹脂、オルトクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、エピクロロヒドリンとテトラブロモビスフェノールAから誘導されるいわゆる臭素化エポキシ樹脂、グリセロールトリグリシジルエーテル、トリメチロールプロパントリグリシジルエーテル、およびペンタエリスリトールポリグリシジルエーテルなどが例示される。
グリシジルエステル型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、フタル酸、テトラヒドロフタル酸、p−オキシ安息香酸またはダイマー酸から製造されるエポキシ樹脂、トリメシン酸トリグリシジルエステル、トリメリット酸トリグリシジルエステル、およびピロメリット酸テトラグリシジルエステルなどが例示される。
グリシジルアミン型エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、アニリン、ジアミノジフェニルメタン、p−アミノフェノール、メタキシリレンジアミンまたは1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンから製造されるエポキシ樹脂、テトラグリシジルアミノジフェニルメタン、トリグリシジル−パラアミノフェノール、トリグリシジル−メタアミノフェノール、テトラグリシジルメタキシレンジアミン、テトラグリシジルビスアミノメチルシクロヘキサン、トリグリシジルシアヌレート、およびトリグリシジルイソシアヌレートなどが例示される。
脂環式エポキシ樹脂としては、シクロヘキセンオキサイド基、トリシクロデセンオキサイド基およびシクロペンテンオキサイド基を有する化合物などが例示される。具体的に、複素環式エポキシ樹脂としては、エピクロロヒドリンと、ヒダントインまたはイソシアヌル酸から製造されるエポキシ樹脂などが例示される。
グリシジル基含有ビニル系重合体としては、グリシジル基含有ビニル系単位を形成する原料モノマーをラジカル重合した重合体が挙げられる。グリシジル基含有ビニル系単位を形成する原料モノマーの具体例としては、(メタ)アクリル酸グリシジル、p−スチリルカルボン酸グリシジルなどの不飽和モノカルボン酸のグリシジルエステル、マレイン酸、イタコン酸などの不飽和ポリカルボン酸のモノグリシジルエステルまたはポリグリシジルエステル、アリルグリシジルエーテル、および2−メチルアリルグリシジルエーテル、およびスチレン−4−グリシジルエーテルなどの不飽和グリシジルエーテルなどが挙げられる。
エポキシ基含有化合物の市販品としては、低分子の多官能エポキシ化合物であるポリグリシジルエーテル化合物(例えば、阪本薬品工業(株)製「SR−TMP」、ナガセケムテックス(株)製「“デナコール”(登録商標)EX−521」など)、ポリエチレンを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、住友化学(株)製「“ボンドファスト”(登録商標)E」)、アクリルを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、東亞合成(株)製「“レゼダ”(登録商標)GP−301」、東亞合成(株)製「“ARUFON”(登録商標)UG−4000」、三菱レイヨン(株)製「“メタブレン”(登録商標)KP−7653」など)、アクリル・スチレン共重合体を主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、BASF社製「“Joncryl”(登録商標)−ADR−4368」、東亞合成(株)製「“ARUFON”(登録商標)UG−4040」など)、シリコーン・アクリル共重合体を主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、「“メタブレン”(登録商標)S−2200」など)、ポリエチレングリコールを主成分とする多官能エポキシ化合物(例えば、日油(株)製“エピオール”(登録商標)「E−1000」など)、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(例えば、三菱化学(株)製“jER”(登録商標)「1004」など)、およびノボラックフェノール型変性エポキシ樹脂(例えば、日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)「201」)などが挙げられる。
カルボジイミド基含有化合物としては、N,N’−ジイソプロピルカルボジイミド、N,N’−ジシクロヘキシルカルボジイミド、N,N’−ジ−2,6−ジイソプロピルフェニルカルボジイミドなどのジカルボジイミド、ポリ(1,6−ヘキサメチレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−メチレンビスシクロヘキシルカルボジイミド)、ポリ(1,3−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(1,4−シクロヘキシレンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジシクロヘキシルメタンカルボジイミド)、ポリ(4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(3,3’−ジメチル−4,4’−ジフェニルメタンカルボジイミド)、ポリ(ナフタレンカルボジイミド)、ポリ(p−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(m−フェニレンカルボジイミド)、ポリ(トリルカルボジイミド)、ポリ(ジイソプロピルカルボジイミド)、ポリ(メチル−ジイソプロピルフェニレンカルボジイミド)、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,3,5−トリイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(1,5−ジイソプロピルベンゼン)ポリカルボジイミド、ポリ(トリエチルフェニレンカルボジイミド)、およびポリ(トリイソプロピルフェニレンカルボジイミド)などのポリカルボジイミドなどを挙げることができる。
カルボジイミド基含有化合物の市販品としては、日清紡ホールディングス(株)製“カルボジライト”(登録商標)や、ラインケミー製“スタバクゾール(登録商標)”などを挙げることができる。
本発明で好ましく用いられるエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量は、800〜10000の範囲であることが好ましい。エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を800以上とすることにより、溶融混練時に揮発しにくくなるため、加工性に優れる。また、得られる化合物(B’)の溶融混練時の粘度を高めることができるため、ポリアミド樹脂(A)との相溶性がより高くなり、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性がより向上する。
エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量は、1000以上であることがより好ましく、さらに好ましくは2000以上である。エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を2000以上とすることにより、湿熱処理時においても、成形品表層への化合物(B’)のブリードアウトをより抑制し、溶着性をより向上させることができる。
一方、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を10000以下とすることにより、得られる化合物(B’)の溶融混練時の粘度を適度に抑えることができるため、加工性に優れる。また、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性を高く保持することができる。エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量は、より好ましくは8000以下である。
エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物が縮合物の場合の分子量は、分子量として重量平均分子量を用いる。
重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて算出することができる。具体的には、化合物が溶解する溶媒、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用い、カラムは溶媒に合わせ、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを使用した場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて重量平均分子量を測定することができる。
本発明で好ましく用いられるエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)は、25℃の温度において固形であるか、または25℃の温度において200mPa・s以上の粘度を有する液状であることが好ましい。その場合、得られる化合物(B’)の溶融混練時の粘度を所望の範囲にすることが容易となり、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がより高くなり、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性がより向上する。
本発明で好ましく用いられるエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の官能基濃度を示す指標となる、分子量を1分子中の官能基の数で割った値は、50〜3000であることが好ましい。ここで、官能基の数とは、エポキシ基およびカルボジイミド基の合計数を指す。この値は小さいほど官能基濃度が高いことを表すが、50以上とすることにより、過剰な反応による化合物(B’)のゲル化を抑制することができ、また、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との反応がほどよく高まるため、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性を向上させることができる。
エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を1分子中の官能基の数で割った値は、100以上であることがより好ましい。
一方、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を1分子中の官能基の数で割った値を3000以下とすることにより、ポリアミド樹脂(A)および化合物(B’)との反応を十分に確保することができ、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)の分子量を1分子中の官能基の数で割った値は、2000以下であることがより好ましい。
化合物(B)と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)を反応させて化合物(B’)を作製する場合、これらの配合比は、化合物(B’)の1分子中の水酸基の数が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多くなるようにこれら化合物を配合することが好ましい。エポキシ基およびカルボジイミド基は、水酸基と比較して、ポリアミド樹脂(A)の末端基との反応性に優れている。このため、化合物(B’)の1分子中の水酸基の数を、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多くすることにより、過剰な架橋構造の形成による脆化を抑制し、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。
本発明において用いられる化合物(B’)は、下記の一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物であることが好ましい。
(上記の一般式(1)中、X〜Xはそれぞれ同一でも異なってもよく、OH、CHまたはORを表す。ただし、OHとORの数の和は3以上であり、かつOHの数は3以上である。また、Rはエポキシ基またはカルボジイミド基を有する有機基を表し、nは0〜20の範囲を表す。)
上記の一般式(1)中におけるRは、エポキシ基を有する有機基またはカルボジイミド基を有する有機基を表す。エポキシ基を有する有機基としては、例えば、エポキシ基、グリシジル基、グリシジルエーテル型エポキシ基、グリシジルエステル型エポキシ基、グリシジルアミン型エポキシ基、エポキシ基またはグリシジル基で置換された炭化水素基、およびエポキシ基またはグリシジル基で置換された複素環基などが挙げられる。カルボジイミド基を有する有機基としては、例えば、アルキルカルボジイミド基、シクロアルキルカルボジイミド基およびアリールアルキルカルボジイミド基などが挙げられる。
上記の一般式(1)におけるnは、0〜20の範囲を表す。nが20以下である場合、ポリアミド樹脂(A)の可塑化が抑制され、耐衝撃性および溶着性をより向上させることができる。nは4以下であることがより好ましく、耐衝撃性および溶着性をさらに向上させることができる。一方、nは1以上であることがより好ましく、化合物(B’)の分子運動性を高めることができ、ポリアミド樹脂(A)との相溶性をさらに向上させることができる。
上記の一般式(1)中のOHとORの数の和は、3以上であることが好ましい。それにより、ポリアミド樹脂(A)との相溶性に優れ、得られる成形品の流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。
ここで、OHとORの数の和は、低分子化合物の場合は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、縮合物の場合、OHの数は、一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量と水酸基価を算出し、下記式(2)により求めることができる。
・一般式(1)中のOHの数=(数平均分子量×水酸基価)/56110 (2)
また、縮合物の場合、ORの数は、上記の一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量を、エポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出することができる。一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物が溶解する溶媒、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用いる。カラムは溶媒に合わせ、例えば、ヘキサフルオロイソプロパノールを使用する場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて数平均分子量の測定を行うことができる。
一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフ(GPC)を用いて、算出することができる。具体的には、次の方法により算出することができる。
一般式(1)で表される構造を有する化合物(B’)は、適度に架橋構造を導入でき、かつ自己凝集力がより小さくなり、ポリアミド樹脂(A)との反応性および相溶性が向上し、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性に優れる。
本発明で用いられる化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価は、100〜2000mgKOH/gであることが好ましい。化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価を100mgKOH/g以上とすることにより、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)との反応量を十分に確保することが容易となるため、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価は300mgKOH/g以上であることがより好ましく、さらに好ましくは600mgKOH/g以上である。
一方、化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B)または化合物(B’)との反応性がほどよく高まり、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性を向上させることができる。また、化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価を2000mgKOH/g以下とすることにより、過剰反応によるゲル化を抑制することができる。化合物(B)および(B’)化合物の水酸基価は、より好ましくは1800mgKOH/g以下である。ここで、化合物(B)および化合物(B’)の水酸基価は、化合物(B)および化合物(B’)を、無水酢酸と無水ピリジンの混合溶液でアセチル化して、それをエタノール性水酸化カリウム溶液で滴定することにより求めることができる。
本発明で用いられる化合物(B)および化合物(B’)の分岐度は、0.05〜0.70であることが好ましい。分岐度は、化合物中の分岐の程度を表す数値であり、直鎖状の化合物が分岐度0であり、完全に分岐したデンドリマーが分岐度1である。この値が大きいほど、ポリアミド樹脂組成物中に架橋構造を導入でき、成形品の流動性、耐衝撃性および溶着性を向上させることができる。
分岐度を0.05以上とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造が十分に形成され、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。分岐度は、より好ましくは0.10以上である。一方、分岐度を0.70以下とすることにより、ポリアミド樹脂組成物中の架橋構造を適度に抑え、ポリアミド樹脂組成物中における化合物(B)および化合物(B’)の分散性をより高め、流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。分岐度は、より好ましくは0.35以下である。分岐度は、下記式(5)により定義される。
・分岐度=(D+T)/(D+T+L) (5)
(上記式(5)中、Dはデンドリックユニットの数、Lは線状ユニットの数、Tは末端ユニットの数を表す。)。
上記のD、TおよびLは、13C−NMRにより測定したピークシフトの積分値から算出することができる。Dは第3級または第4級炭素原子に由来し、Tは第1級炭素原子の中でメチル基であるものに由来し、Lは第1級または第2級炭素原子の中でTを除くものに由来する。
本発明で用いられる化合物(B)および化合物(B’)は、水酸基とともに、他の反応性官能基を含有することができる。他の官能基として例えば、例えば、アルデヒド基、スルホ基、イソシアネート基、オキサゾリン基、オキサジン基、エステル基、アミド基、シラノール基、およびシリルエーテル基などが挙げられる。
本発明で用いられる化合物(B)および化合物(B’)の分子量は、50〜10000の範囲であることが好ましい。化合物(B)および化合物(B’)の分子量が50以上であれば、溶融混練時に揮発しにくいことから、加工性に優れる。化合物(B)および化合物(B’)の分子量は150以上であることがより好ましく、さらに好ましくは200以上である。
一方、化合物(B)および化合物(B’)の分子量が10000以下であれば、化合物(B)または化合物(B’)と、ポリアミド樹脂(A)との相溶性がより高くなるため、本発明の効果がより顕著に奏される。化合物(B)および化合物(B’)の分子量は6000以下であることがより好ましく、さらに好ましくは4000以下であり、特に好ましくは800以下である。
化合物(B)および化合物(B’)の分子量は、通常の分析方法(例えば、NMR、FT−IR、GC−MS等の組み合わせ)により化合物の構造式を特定し、算出することができる。また、化合物(B)および化合物(B’)が縮合物の場合の分子量は、分子量として重量平均分子量を用いる。重量平均分子量(Mw)は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)を用いて算出することができる。具体的には、化合物が溶解する溶媒、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを移動相として、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準物質として用い、カラムは溶媒に合わせ、例えばヘキサフルオロイソプロパノールを使用した場合には、島津ジーエルシー(株)製の「Shodex GPC HFIP−806M」および/または「Shodex GPC HFIP−LG」を用いて、検出器として示差屈折率計を用いて重量平均分子量を測定することができる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、さらに銅化合物を含有することができる。銅化合物は、ポリアミド樹脂(A)のアミド基に配位することに加え、化合物(B)や化合物(B’)の水酸基や水酸化物イオンとも配位結合すると考えられる。このため、銅化合物は、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)との相溶性を高める効果があると考えられる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、さらに、カリウム化合物を含有することができる。カリウム化合物は、銅の遊離や析出を抑制する。このため、カリウム化合物は、銅化合物と、化合物(B)または化合物(B’)と、ポリアミド樹脂(A)との反応を促進する効果があると考えられる。
上記の銅化合物としては、例えば、塩化銅、臭化銅、ヨウ化銅、酢酸銅、銅アセチルアセトナート、炭酸銅、ほうふっ化銅、クエン酸銅、水酸化銅、硝酸銅、硫酸銅、および蓚酸銅などが挙げられる。銅化合物として、これらを2種以上含有させることができる。これらの銅化合物の中でも、工業的に入手できる銅化合物が好ましく、特にハロゲン化銅が好適である。ハロゲン化銅としては、例えば、ヨウ化銅、臭化第一銅、臭化第二銅および塩化第一銅などが挙げられる。ハロゲン化銅としては、ヨウ化銅が好ましく用いられる。
また、カリウム化合物としては、例えば、ヨウ化カリウム、臭化カリウム、塩化カリウム、フッ化カリウム、酢酸カリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、および硝酸カリウムなどが挙げられる。カリウム化合物として、これらを2種以上含有してもよい。これらのカリウム化合物の中でも、ヨウ化カリウムが好ましく用いられる。カリウム化合物を含むことにより、成形品の表面外観、耐候性および耐金型腐食性を向上させることができる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(質量基準)は、25〜200ppmであることが好ましい。銅元素の含有量を25ppm以上とすることにより、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)との相溶性がより向上し、成形品の流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(重量基準)は、より好ましくは80ppm以上である。一方、銅元素の含有量を200ppm以下とすることにより、銅化合物の析出や遊離による着色を抑制し、成形品の表面外観をより向上させることができる。また、銅元素の含有量を200ppm以下とすることにより、ポリアミド樹脂と銅の過剰な配位結合に起因するアミド基の水素結合力の低下を抑制し、成形品の衝撃強度および溶着性をより向上させることができる。ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量(重量基準)は、より好ましくは190ppm以下である。ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量は、銅化合物の配合量を適宜調節することにより前述の所望の範囲にすることができる。
溶着用ポリアミド樹脂組成物中の銅元素の含有量は、次の方法により求めることができる。まず、ポリアミド樹脂組成物のペレットを減圧乾燥する。そのペレットを550℃の温度の電気炉で24時間灰化させ、その灰化物に濃硫酸を加えて加熱して湿式分解し、分解液を希釈する。その希釈液を原子吸光分析(検量線法)することにより、銅含有量を求めることができる。
溶着用ポリアミド樹脂組成物中のカリウム元素の含有量に対する銅元素の含有量の比Cu/Kは、0.21〜0.43であることが好ましい。Cu/Kは、銅の析出や遊離の抑制の程度を表す指標であり、この値が小さいほど、銅の析出や遊離を抑制して、銅化合物と、化合物(B)または化合物(B’)と、ポリアミド樹脂(A)との反応を促進することができる。Cu/Kを0.43以下とすることにより、銅の析出や遊離を抑制し、成形品の表面外観をより向上させることができる。また、Cu/Kを0.43以下とすることにより、ポリアミド樹脂組成物の相溶性も向上することから、成形品の流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上させることができる。
一方、Cu/Kを0.21以上とすることにより、カリウムを含む化合物の分散性を向上させ、特に潮解性のヨウ化カリウムであっても塊状となりにくく、銅の析出や遊離の抑制効果が向上することから、銅化合物と、化合物(B)または化合物(B’)と、ポリアミド樹脂(A)との反応が十分に促進され、成形品の流動性、耐衝撃性、溶着性および耐熱老化性をより向上する。ポリアミド樹脂組成物中のカリウム元素含有量は、上記の銅含有量と同様の方法で求めることができる。Cu/Kの値は、0.25以上がより好ましく、さらに好ましくは0.28以上である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、さらに充填材を含有することができる。充填材としては、有機充填材および無機充填材のいずれも用いることができ、繊維状充填材、非繊維状充填材のいずれも用いることができる。充填材としては、繊維状充填材が好ましく用いられる。
繊維状充填材としては、例えば、ガラス繊維、PAN(ポリアクリロニトリル)系またはピッチ系の炭素繊維、ステンレス繊維、アルミニウム繊維や黄銅繊維などの金属繊維、芳香族ポリアミド繊維などの有機繊維、石膏繊維、セラミック繊維、アスベスト繊維、ジルコニア繊維、アルミナ繊維、シリカ繊維、酸化チタン繊維、炭化珪素繊維、ロックウール、チタン酸カリウムウィスカー、酸化亜鉛ウィスカー、炭酸カルシウムウィスカー、ワラステナイトウィスカー、硼酸アルミウィスカー、および窒化珪素ウィスカーなどの繊維状またはウィスカー状充填材が挙げられる。繊維状充填材としては、ガラス繊維や炭素繊維が特に好ましく用いられる。
ガラス繊維の種類は、一般に樹脂の強化用に用いるものであり、例えば、長繊維タイプや短繊維タイプのチョップドストランド、およびミルドファイバーなどから選択して用いることができる。また、ガラス繊維は、エチレン/酢酸ビニル共重合体などの熱可塑性樹脂や、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂により被膜あるいは集束されているガラス繊維も用いることができる。さらに、ガラス繊維の断面としては、円形、扁平状のひょうたん型、まゆ型、長円型、楕円型、矩形またはこれらの類似品などが挙げられる。
このようなガラス繊維配合ポリアミド樹脂組成物において生じやすい成形品の特有の反りを低減する観点から、ガラス繊維の断面において、長径/短径の比が1.5以上の扁平状の繊維が好ましく用いられる。長径/短径の比は、より好ましくは2.0以上であり、また10以下であることが好ましく、さらに好ましくは6.0以下である。長径/短径の比が1.5未満では断面を扁平状にした効果が少なく、また10より大きいものはガラス繊維自体の製造が困難である。
非繊維状充填材としては、例えば、タルク、ワラステナイト、ゼオライト、セリサイト、マイカ、カオリン、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、アスベスト、アルミナシリケート、珪酸カルシウムなどの非膨潤性珪酸塩、Li型フッ素テニオライト、Na型フッ素テニオライト、Na型四珪素フッ素雲母、Li型四珪素フッ素雲母の膨潤性雲母に代表される膨潤性層状珪酸塩、酸化珪素、酸化マグネシウム、アルミナ、シリカ、珪藻土、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化カルシウム、酸化スズ、酸化アンチモンなどの金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、炭酸バリウム、ドロマイト、ハイドロタルサイトなどの金属炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどの金属硫酸塩、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、塩基性炭酸マグネシウムなどの金属水酸化物、モンモリロナイト、バイデライト、ノントロナイト、サポナイト、ヘクトライト、ソーコナイトなどのスメクタイト系粘土鉱物やバーミキュライト、ハロイサイト、カネマイト、ケニヤイト、燐酸ジルコニウム、燐酸チタニウムなどの各種粘土鉱物、ガラスビーズ、ガラスフレーク、セラミックビーズ、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、炭化珪素、燐酸カルシウム、カーボンブラック、黒鉛などが挙げられる。上記の膨潤性層状珪酸塩は、層間に存在する交換性陽イオンが有機オニウムイオンで交換されていてもよく、有機オニウムイオンとしては、例えば、アンモニウムイオンやホスホニウムイオン、およびスルホニウムイオンなどが挙げられる。また、これら充填材を2種以上含有させることができる。
上記の充填材としては、その表面をカップリング剤(例えば、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤など)や、集束剤(例えば、カルボン酸系、エポキシ系、ウレタン系など)などにより処理されている充填材を用いることもでき、成形品の機械強度や表面外観をより向上させることができる。
集束剤としては、エポキシ系集束剤が好ましく用いられる。充填材の処理方法としては、例えば、カップリング剤による処理の場合、常法に従って予め充填材をカップリング剤により表面処理し、ついでポリアミド樹脂と溶融混練する方法が好ましく用いられるが、予め充填材の表面処理を行わずに、充填材とポリアミド樹脂を溶融混練する際に、カップリング剤を添加するインテグラブルブレンド法を用いることができる。
カップリング剤の処理量は、充填材100質量部に対して0.05質量部以上であることが好ましく、より好ましくは0.5質量部以上である。一方、カップリング剤の処理量は、充填材100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、より好ましくは3質量部以下である。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物における充填材の含有量は、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1〜150質量部であることが好ましい。充填材の含有量が1質量部以上であれば、成形品の機械強度をより向上させることができる。充填材の含有量は、10質量部以上であることがより好ましく、さらに好ましくは20質量部以上である。一方、充填材の含有量が150質量部以下であれば、流動性に優れ、溶着性により優れる成形品が得られる。充填材の含有量は、80質量部以下であることがより好ましく、さらに好ましくは70質量部以下である。
さらに、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物は、本発明の効果を損なわない範囲において、ポリアミド樹脂以外の樹脂や、目的に応じて各種添加剤を含有することが可能である。
ポリアミド樹脂以外の樹脂の具体例としては、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリケトン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエーテルケトン樹脂、ポリチオエーテルケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、および四フッ化ポリエチレン樹脂などが挙げられる。これら樹脂を配合する場合、その含有量は、ポリアミド樹脂の特徴を十分に活かすため、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して30質量部以下であることが好ましく、より好ましくは20質量部以下である。
また、各種添加剤の具体例としては、銅化合物以外の熱安定剤、イソシアネート系化合物、有機シラン系化合物、有機チタネート系化合物、有機ボラン系化合物、エポキシ化合物などのカップリング剤、ポリアルキレンオキサイドオリゴマ系化合物、チオエーテル系化合物、エステル系化合物などの可塑剤、ポリエーテルエーテルケトンなどの結晶核剤、モンタン酸ワックス類、ステアリン酸リチウム、ステアリン酸アルミ等の金属石鹸、エチレンジアミン・ステアリン酸・セバシン酸重縮合物、シリコーン系化合物などの離型剤、滑剤、紫外線防止剤、着色剤、難燃剤、耐衝撃改良剤、および発泡剤などを挙げることができる。
これら添加剤を含有する場合、その含有量は、ポリアミド樹脂の特徴を十分に活かすため、ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して10質量部以下であることが好ましく、より好ましくは1質量部以下である。
銅化合物以外の熱安定剤としては、フェノール系化合物、硫黄系化合物およびアミン系化合物などが挙げられる。銅化合物以外の熱安定剤としては、これらを2種以上用いることもできる。
フェノール系化合物としては、ヒンダードフェノール系化合物が好ましく用いられ、N、N’−ヘキサメチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒドロキシ−ヒドロシンナミド)、およびテトラキス[メチレン−3−(3’,5’−ジ−t−ブチル−4’−ヒドロキシフェニル)プロピオネート]メタンなどが特に好ましく用いられる。
硫黄系化合物としては、有機チオ酸系化合物、メルカプトベンゾイミダゾール系化合物、ジチオカルバミン酸系化合物、およびチオウレア系化合物等が挙げられる。これら硫黄系化合物の中でも、メルカプトベンゾイミダゾール系化合物および有機チオ酸系化合物が好ましく用いられる。
特に、チオエーテル構造を有するチオエーテル系化合物は、酸化された物質から酸素を受け取って還元するため、熱安定剤として好適に使用することができる。チオエーテル系化合物としては、具体的には、2−メルカプトベンゾイミダゾール、2−メルカプトメチルベンゾイミダゾール、ジテトラデシルチオジプロピオネート、ジオクタデシルチオジプロピオネート、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)が好ましく、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ドデシルチオプロピオネート)、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)が好ましく用いられる。硫黄系化合物の分子量は、通常200以上であることが好ましく、より好ましくは500以上であり、その上限は通常3,000である。
アミン系化合物としては、ジフェニルアミン骨格を有する化合物、フェニルナフチルアミン骨格を有する化合物およびジナフチルアミン骨格を有する化合物が好ましく用いられ、これらの中でも、ジフェニルアミン骨格を有する化合物とフェニルナフチルアミン骨格を有する化合物がさらに好ましく用いられる。
これらアミン系化合物の中でも、4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミン、N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミンおよびN,N’−ジフェニル−p−フェニレンジアミンがより好ましく用いられ、N,N’−ジ−2−ナフチル−p−フェニレンジアミンおよび4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンが特に好ましく用いられる。
硫黄系化合物またはアミン系化合物の好ましい組み合わせとしては、ペンタエリスリトールテトラキス(3−ラウリルチオプロピオネート)と4,4’−ビス(α,α−ジメチルベンジル)ジフェニルアミンの組み合わせが挙げられる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物の製造方法としては、効率的な例として、各原料を単軸あるいは二軸押出機などの機器に供給して、溶融混練する方法などを挙げることができる。
本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物のさらに好ましい製造方法としては、二軸押出機により、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)を溶融混練して高濃度予備混合物を作製し、その高濃度予備混合物をさらにポリアミド樹脂(A)およびリン含有化合物(C)と、二軸押出機により溶融混練する方法が挙げられる。ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、化合物(B)または化合物(B’)10〜250質量部を溶融混練して高濃度予備混合物を作製し、その高濃度予備混合物をさらにポリアミド樹脂(A)およびリン含有化合物(C)とともに、二軸押出機により溶融混練することが好ましい。高濃度予備混合物を作製しない場合と比較して、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B)または化合物(B’)の相溶性がさらに向上し、得られる成形品の溶着性、機械強度、寸法安定性および耐熱老化性がより向上する。
また、高濃度予備混合物を作製する際、ポリアミド樹脂(A)に対して化合物(B)の配合量が多くなる。滞留安定性の低下を抑制するため、二軸押出機での溶融混練時に、化合物(B)または化合物(B’)をポリアミド樹脂供給位置よりも下流側より供給し、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)の混練時間を短くすることが好ましい。高濃度予備混合物に用いられるポリアミド樹脂(A)と、高濃度予備混合物へさらに配合されるポリアミド樹脂(A)は、同一であってもよく、異なる樹脂を配合することもできる。
このようにして得られた溶着用ポリアミド樹脂組成物は、第一樹脂成形品および/または第二樹脂成形品に成形することができる。成形方法としては、例えば、射出成形、射出圧縮成形、押出成形、圧縮成形、ブロー成形、およびプレス成形などが挙げられる。
本発明の複合成形品は、第一樹脂成形品と第二樹脂成形品とを溶着してなるものであって、第一樹脂成形品と第二樹脂成形品の少なくとも1つ以上に、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物を成形してなる成形品を用いたものである。より好ましい形態としては、第一樹脂成形品と第二樹脂成形品の両方に、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物を成形してなる成形品を用いたものである。
第二樹脂成形品に、本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物を用いない場合、用いられる樹脂としては、本発明に含まれないポリアミド樹脂、オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、およびポリフェニレンサルファイド等の熱可塑性樹脂が好ましく、特に本発明のポリアミド樹脂組成物との相溶性の観点から、本発明に含まれないポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂が好ましく用いられる。
本発明の複合成形品は、溶着により接合された接合部を有する成形品であり、該この接合部を構成する被着材の少なくともひとつが、前記のポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)により構成されている。このとき、溶着により接合される全ての被着材が前記のポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)により構成されていると、溶着強度において極めて優れるため非常に好ましい態様である。
本発明の複合成形品は、第一樹脂成形品と第二樹脂成形品とを重ね合わせ、重ね合わせ部分に溶着を施すことにより製造されることが好ましい。
本発明の複合成形品の製造方法としては、例えば、振動溶着法、オービタル溶着法、超音波溶着法、熱板溶着法、スピン溶着法、二段射出成形法、二色成形溶着法、および高周波溶着法などが挙げられ、振動溶着法や二段射出成形法が好ましい。
前記の振動溶着法には、例えば、樹脂部品などの2つの部材を振動溶着機などを使用して、加圧により接触させた状態で、周期的に振動させることにより2部材間に発生する摩擦熱により2つの部材を溶融させて接合する方法などが挙げられる。
前記の二段射出成形法には、例えば、一次中空成形品を成形した後に、別の金型に装着して二次成形を実施する通常の二色成形法や、また、ダイスライドインジェクションあるいはダイロータリーインジェクションのように一次成形と二次成形を、金型の一部をスライドさせることにより、同一金型内で実施する方法などが挙げられる。
本発明の複合成形品は、その優れた特性を活かし、自動車部品、航空機部品、鉄道部品、電気・電子部品、スポーツ用品、建築用品、機械部品、各種容器、日用品など各種用途に利用することができる。本発明の複合成形品は、自動車および電気・電子部品の構造部材として好ましく用いられる。とりわけ、流動性、耐衝撃性および溶着性が要求される自動車エンジン周辺部品、自動車アンダーフード部品、自動車外装部品、吸排気系部品、エンジン冷却水系部品や、自動車電装部品、電気・電子部品用途に特に好ましく用いられる。
具体的には、本発明の複合成形品は、エンジンカバー、エアインテークパイプ、タイミングベルトカバー、インテークマニホールド、フィラーキャップ、スロットルボディ、クーリングファンなどの自動車エンジン周辺部品、クーリングファン、ラジエータータンクのトップおよびベース、シリンダーヘッドカバー、オイルパン、ブレーキ配管、燃料配管用チューブ、廃ガス系統部品などの自動車アンダーフード部品、フロントフェンダー、リアフェンダー、フューエルリッド、ドアパネル、シリンダーヘッドカバー、ドアミラーステイ、テールゲートパネル、ライセンスガーニッシュ、ルーフレール、エンジンマウントブラケット、リアガーニッシュ、リアスポイラー、トランクリッド、ロッカーモール、モール、ランプハウジング、フロントグリル、マッドガード、サイドバンパーなどの自動車外装部品、エアインテークマニホールド、インタークーラーインレット、ターボチャージャ、エキゾーストパイプカバー、インナーブッシュ、ベアリングリテーナー、エンジンマウント、エンジンヘッドカバー、リゾネーター、及びスロットルボディなどの吸排気系部品、チェーンカバー、サーモスタットハウジング、アウトレットパイプ、ラジエータータンク、オイルネーター、及びデリバリーパイプなどのエンジン冷却水系部品、コネクターやワイヤーハーネスコネクター、モーター部品、ランプソケット、センサー車載スイッチ、コンビネーションスイッチなどの自動車電装部品、電気・電子部品としては、例えば、発電機、電動機、変圧器、変流器、電圧調整器、整流器、抵抗器、インバーター、継電器、電力用接点、開閉器、遮断機、スイッチ、ナイフスイッチ、他極ロッド、モーターケース、ノートパソコンハウジングおよび内部部品、CRTディスプレーハウジングおよび内部部品、プリンターハウジングおよび内部部品、携帯電話、モバイルパソコン、ハンドヘルド型モバイルなどの携帯端末ハウジングおよび内部部品、ICやLED対応ハウジング、コンデンサー座板、ヒューズホルダー、各種ギヤー、各種ケース、キャビネットなどの電気部品、コネクター、SMT対応のコネクター、カードコネクター、ジャック、コイル、コイルボビン、センサー、LEDランプ、ソケット、抵抗器、リレー、リレーケース、リフレクター、小型スイッチ、電源部品、コイルボビン、コンデンサー、バリコンケース、光ピックアップシャーシ、発振子、各種端子板、変成器、プラグ、プリント基板、チューナー、スピーカー、マイクロフォン、ヘッドフォン、小型モーター、磁気ヘッドベース、パワーモジュール、SiパワーモジュールやSiCパワーモジュール、半導体、液晶、FDDキャリッジ、FDDシャーシ、モーターブラッシュホルダー、トランス部材、およびパラボラアンテナ、コンピューター関連部品などの電子部品などに好ましく用いられる。
次に、実施例を挙げて本発明の溶着用ポリアミド樹脂組成物と複合成形品について、具体的に説明する。特性評価は、下記の方法に従って行った。
[ポリアミド樹脂の融点]
ポリアミド樹脂(A)を約5mg採取し、窒素雰囲気下、セイコーインスツル製 ロボットDSC(示差走査熱量計)RDC220を用いて、次の条件でポリアミド樹脂(A)の融点を測定した。次に、ポリアミド樹脂(A)の融点+40℃に昇温して溶融状態とした後、20℃/分の降温速度で30℃の温度まで降温し、30℃の温度で3分間保持した後、20℃/分の昇温速度で融点+40℃まで昇温したときに観測される吸熱ピークの温度(融点)を求めた。
[溶着用ポリアミド樹脂組成物中のポリアミド樹脂に対するリン原子含有量]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥し、そのペレットを550℃の温度の電気炉で24時間灰化させ、無機物含有量を求めた。次いで、そのペレットを60℃の温度のDMSO中で撹拌処理し、ポリアミド樹脂以外の添加剤成分を抽出し、添加剤含有量を求めた。その後、ポリアミド樹脂組成物の質量から無機物および添加剤重量を減じることにより組成物中のポリアミド樹脂の含有量を求めた。
次に、溶着用ポリアミド樹脂組成物のペレットを硫酸・過酸化水素水系において湿式分解し、リンを正リン酸とし、分解液を希釈した。次いで、前記の正リン酸を1mol/L硫酸溶液中においてモリブデン酸塩と反応させて、リンモリブデン酸とし、これを硫酸ヒドラジンで還元して、生成したヘテロポリブルーの830nmの吸光度を吸光光度計(検量線法)で測定して比色定量することにより、溶着用ポリアミド樹脂組成物中のリン含有量を算出した。比色定量により算出したリン含有量を、先に算出したポリアミド樹脂含有量で割ることにより、ポリアミド樹脂含有量に対するリン原子含有量を求めた。吸光光度計は(株)日立製作所製U−3000を使用した。
[溶着用ポリアミド樹脂組成物中の銅含有量およびカリウム含有量]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥した。そのペレットを550℃の温度の電気炉で24時間灰化させ、その灰化物に濃硫酸を加えて加熱して湿式分解し、分解液を希釈した。その希釈液を原子吸光分析(検量線法)することにより、銅含有量およびカリウム含有量を求めた。原子吸光分析計は(株)島津製作所製AA−6300を使用した。
[重量平均分子量および数平均分子量]
化合物(B)、化合物(B’)、およびエポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)2.5mgを、それぞれヘキサフルオロイソプロパノール(0.005N−トリフルオロ酢酸ナトリウム添加)4mlに溶解し、0.45μmのフィルターでろ過して得られた溶液を測定に用いた。測定条件を、次に示す。
・装置:ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)(Waters製)
・検出器:示差屈折率計Waters410(Waters製)
・カラム:Shodex GPC HFIP−806M(2本)+HFIP−LG(島津ジーエルシー(株))
・流速:0.5ml/min
・試料注入量:0.1ml
・温度:30℃
・分子量校正:ポリメチルメタクリレート。
[水酸基価]
化合物(B)と化合物(B’)を0.5g採取し、それぞれ250ml三角フラスコに加え、次いで、無水酢酸と無水ピリジンを1:10(質量比)に調整・混合した溶液20.00mlを採取し、前記の三角フラスコに入れ、還流冷却器を取り付けて、100℃の温度に温調したオイルバス下で20分間、撹拌しながら還流させた後、室温まで冷却した。さらに、前記三角フラスコ内に冷却器を通じてアセトン20ml、蒸留水20mlを加えた。これにフェノールフタレイン指示薬を入れて、0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液により滴定した。別途測定したブランク(試料を含まない)の測定結果を差し引き、下記式(6)により水酸基価を算出した。
・水酸基価[mgKOH/g]=[((B−C)×f×28.05)/S]+E (6)(上記式中、Bは滴定に用いた0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液の量[ml]を表し、Cはブランクの滴定に用いた0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液の量[ml]を表し、fは0.5mol/Lのエタノール性水酸化カリウム溶液のファクターを表し、Sは試料の質量[g]、E:酸価を表す。)。
[水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基との反応率]
化合物(B’)0.035gを重水素化ジメチルスルホキシド0.7mlに溶解し、エポキシ基の場合はH−NMR測定を行い、カルボジイミド基の場合は13C−NMR測定を行った。各分析条件は下記のとおりである。
(1)H−NMR
・装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
・溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
・観測周波数:OBFRQ399.65MHz、OBSET124.00KHz、OBFIN10500.00Hz
・積算回数:256回。
(2)13C−NMR
・装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
・溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
・観測周波数:OBFRQ100.40MHz、OBSET125.00KHz、OBFIN10500.00Hz
・積算回数:512回。
得られたH−NMRスペクトルより、エポキシ環由来ピークの面積を求めた。また得られた13C−NMRスペクトルより、カルボジイミド基由来ピークの面積を求めた。なお、ピーク面積は、NMR装置付属の解析ソフトを用い、ベースラインとピークで囲まれた部分の面積を積分することにより算出した。1分子中に3つ以上の水酸基含有化合物と、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)をドライブレンドしたもののピーク面積をdとし、化合物(B’)のピーク面積をeとし、反応率は、下記式(4)により算出した。
・反応率(%)={1−(e/d)}×100 (4)
一例として、ジペンタエリスリトールとビスフェノールA型エポキシ樹脂である「三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004を3:1の質量比でドライブレンドしたもののH−NMRスペクトルを図1に示す。また参考例5により得られた化合物(B’−4)のH−NMRスペクトルを図2に示す。図1に示すH−NMRスペクトルから、2.60ppmと2.80ppm付近に現れるエポキシ環由来ピーク面積の合計を求め、同様に図2に示すピーク面積の合計を求め、反応率の算出式(4)より反応率を算出した。この際、ピーク面積は反応に寄与しないエポキシ樹脂のベンゼン環のピークの面積で規格化した。
[分岐度]
化合物(B)と化合物(B’)を、下記条件で13C−NMR分析した後、下記式(5)により分岐度(DB)を算出した。
・分岐度=(D+T)/(D+T+L) (5)
(上記式(5)中、Dはデンドリックユニットの数を表し、Lは線状ユニットの数を表し、Tは末端ユニットの数を表す。)。
上記のD、TおよびLは、13C−NMRにより測定したピーク面積から算出した。Dは第3級または第4級炭素原子に由来し、Tは第1級炭素原子の中で、メチル基であるものに由来し、Lは第1級または第2級炭素原子の中で、Tを除くものに由来する。ピーク面積は、NMR装置付属の解析ソフトを用い、ベースラインとピークで囲まれた部分の面積を積分することにより算出した。測定条件は、下記のとおりである。
(1)13C−NMR
・装置:日本電子(株)製核磁気共鳴装置(JNM−AL400)
・溶媒:重水素化ジメチルスルホキシド
・測定サンプル量/溶媒量:0.035g/0.70ml
・観測周波数:OBFRQ100.40MHz、OBSET125.00KHz、OBFIN10500.00Hz
・積算回数:512回。
[化合物(B)と化合物(B’)の1分子中の水酸基数]
水酸基の数は、化合物(B)と化合物(B’)の数平均分子量と水酸基価を算出し、下記式(2)により算出した。
・水酸基の数=(数平均分子量×水酸基価)/56110 (2)
[化合物(B’)の1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和]
エポキシ基またはカルボジイミド基の数は、化合物(B’)の数平均分子量をエポキシ当量またはカルボジイミド当量で割った値により算出した。
化合物(B)と化合物(B’)の数平均分子量と水酸基価は前述の方法で測定した。エポキシ当量は、化合物(B’)400mgを、ヘキサフルオロイソプロパノール30mlに溶解させた後、酢酸20ml、テトラエチルアンモニウムブロミド/酢酸溶液(=50g/200ml)を加え、滴定液として0.1Nの過塩素酸および指示薬としてクリスタルバイオレットを用い、溶解液の色が紫色から青緑色に変化した際の滴定量より、下記式(3)により算出した。
・エポキシ当量[g/eq]=W/((F−G)×0.1×f×0.001) (3)
(上記式中、F:滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、G:ブランクの滴定に用いた0.1Nの過塩素酸の量[ml]、f:0.1Nの過塩素酸のファクター、W:試料の質量[g]を表す。)。
カルボジイミド当量は、以下の方法で算出した。化合物(B’)100質量部と、内部標準物質としてフェロシアン化カリウム(東京化成工業(株)製)30質量部をドライブレンドし、約200℃の温度で1分間熱プレスを行い、シートを作製した。その後、赤外分光光度計((株)島津製作所製、IR Prestige−21/AIM8800)を用いて、透過法で、シートの赤外吸収スペクトルを測定した。測定条件は、分解能4cm−1、積算回数32回とした。透過法での赤外吸収スペクトルは、吸光度がシート厚みに反比例するため、内部標準ピークを用いて、カルボジイミド基のピーク強度を規格化する必要がある。2140cm−1付近に現れるカルボジイミド基由来ピークの吸光度を、2100cm−1付近に現れるフェロシアン化カリウムのCN基の吸収ピークの吸光度で割った値を算出した。この値からカルボジイミド当量を算出するために、あらかじめカルボジイミド当量が既知のサンプルを用いてIR測定を行い、カルボジイミド基由来ピークの吸光度と内部標準ピークの吸光度の比を用いて検量線を作成し、(B’)化合物の吸光度比を検量線に代入し、カルボジイミド当量を算出した。カルボジイミド当量が既知のサンプルとして、脂肪族ポリカルボジイミド(日清紡製、“カルボジライト”(登録商標)LA−1、カルボジイミド当量247g/mol)、芳香族ポリカルボジイミド(ラインケミー製、“スタバクゾール”(登録商標)P、カルボジイミド当量360g/mol)を用いた。
[流動性]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間真空乾燥し、射出成形機(ファナック社製(株)ROBOSHOTα−30C)を用いて、シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+25℃、金型温度:80℃、射出圧力:98MPaの条件で、200mm長×10mm幅×0.5mm厚の金型を用いて射出成形し、10mm幅×0.5mm厚の棒流動試験片を作製した。サンプルについて保圧0における棒流動長を測定し、その平均値を求め、成形品5個の棒流動長の平均値を流動性の値として算出した。流動長が長いほど流動性が優れるといえる。
[耐衝撃性]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+15℃、金型温度:80℃の条件で、シャルピー衝撃試験片を射出成形し、ISO179に従い23℃の温度でシャルピー衝撃強度(ノッチ付き)を評価した。成形品5個の衝撃強度の平均値を耐衝撃性の値として算出した。衝撃強度の値が高いほど耐衝撃性が優れるといえる。
[射出溶着性]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥し、射出成形機((株)日本製鋼所製J220AD−2M)を用いて、第一成形品側および第二成形品側ともに、同じ樹脂組成物を用い、第一成形品側、第二成形品側のシリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+35℃、金型温度:80℃の条件で射出成形することにより、DSIボール型溶着成形品(φ100mm)をDSI(ダイスライドインジェクション)法で成形した。この複合成形品10個を成形直後に、電動式水ポンプ(株式会社イワキ製)を用いて1.13g/秒の速度の水圧を負荷し、溶着部が破裂する破裂時の平均圧力を射出溶着強度(バースト強度)とした。射出溶着強度の値が高いほど、溶着性が優れるといえる。
[振動溶着性]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+15℃、金型温度:80℃の条件で射出成形することにより、図3に示す表面形状で厚さ10mmの試験片2を射出成形法で成形した。その試験片2を振動溶着機に上下に固定し、X部(端部)を重ね合わせ振動で摩擦することにより溶融して接合させる。具体的に、ブランソン社製2850型振動溶着装置を用いて、次の条件で溶着した。
・振動数:240Hz、
・加圧力:2.3MPa、
・振幅:1.5mm、
・溶着代:1.5mm
溶着によって得られた複合成形品の形状を図4に示す。この複合成形品の中央部Bを幅8mmで図5のように切削加工し、それを用いて複合成形品5個の曲げ破断強度の平均値を振動溶着強度の値として算出した。振動溶着強度の値が高いほど、溶着性が優れるといえる。
[耐熱老化性]
実施例および比較例により得られたペレットを80℃の温度で12時間減圧乾燥し、射出成形機(住友重機械工業(株)製SG75H−MIV)を用いて、シリンダー温度:ポリアミド樹脂(A)の融点+15℃、金型温度:80℃の条件で射出成形することにより、厚さ3.2mmのASTM1号ダンベル試験片を作製した。この試験片について、ASTM D638に従って引張試験機テンシロンUTA2.5T(オリエンテック社製)により、クロスヘッド速度10mm/分で引張試験を行った。3回測定を行い、その平均値を耐熱老化性試験処理前引張強度として算出した。次いで、ASTM1号ダンベル試験片を、200℃の温度で、大気下のギアオーブンで3000時間熱処理(耐熱老化性試験処理)し、処理後の試験片について、同様の引張試験を行い、3回の測定値の平均値を耐熱老化性試験処理後の引張強度として算出した。耐熱老化性試験処理前の引張強度に対する処理後の引張強度の比を、引張強度保持率として算出した。引張強度保持率が大きいほど、耐熱老化性に優れている。
<参考例1>(E−1:Cu/K(質量比)=0.23の割合で含むナイロン66マスターバッチ)
ナイロン66(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM3001−N)100質量部に対して、ヨウ化銅2.0質量部、ヨウ化カリウム40%水溶液21.7質量部を予備混合した後、(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D:45.5)を用いて、シリンダー温度275℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。その後80℃の温度で8時間真空乾燥し、銅含有量0.60質量%のマスターバッチペレットを作製した。
<参考例2>(B’−1)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製、分子量/1分子中の官能基数42)100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10質量部を予備混合した後、池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は53%で、分岐度は0.29であり、水酸基価は1280mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例3>(B’−2)
2軸押出機のスクリュー回転数を300rpmに変更し、溶融混練時間を0.9分間に変更したこと以外は、参考例5と同様にして、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は2%で、分岐度は0.15であり、水酸基価は1350mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例4>(B’−3)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10質量部、1,8−ジアザビシクロ(5,4,0)−ウンデセン−7(東京化成工業(株)製)0.3質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを押出機に供給し、再溶融混練工程をさらに6回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は96%で、分岐度は0.39であり、水酸基価は1170mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例5>(B’−4)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1004、1分子中のエポキシ基の個数2個、分子量1650、分子量/1分子中の官能基数825)33.3質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は56%で、分岐度は0.34であり、水酸基価は1200mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例6>(B’−5)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、脂肪族ポリカルボジイミド(日清紡ケミカル(株)製“カルボジライト”(登録商標)LA−1)、1分子中のカルボジイミド基の平均個数24個、分子量6000、分子量/1分子中の官能基数250)10質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は68%で、分岐度は0.37であり、水酸基価は1110mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のカルボジイミド基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例7>(B’−6)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)500質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化し、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は33%で、分岐度は0.23であり、水酸基価は540mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも少なく、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例8>(B’−7)
ジグリセリン(阪本薬品工業(株)製)100質量部に対して、ノボラックフェノール型変性エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)10質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度100℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度、押出機に供給し上記同様の条件で溶融混練しペレット化し、一般式(1)で表される構造を有しない化合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は38%で、分岐度は0.02であり、水酸基価は1240mgKOH/gであった。1分子中に3つ以上の水酸基を有し、1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、1分子中に3つ以上の水酸基を有する。
<参考例9>(B’−8)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1007、1分子中のエポキシ基の個数2個、分子量2900、分子量/1分子中の官能基数1450)33.3質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は52%で、分岐度は0.32であり、水酸基価は1160mgKOH/gであった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例10>(B’−9)
ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)100質量部に対して、ビスフェノールA型エポキシ樹脂(三菱化学(株)製“jER”(登録商標)1010、1分子中のエポキシ基の個数2個、分子量5500、分子量/1分子中の官能基数2750)33.3質量部を予備混合した後、(株)池貝製PCM30型2軸押出機を用いて、シリンダー温度200℃、スクリュー回転数100rpmの条件で3.5分間溶融混練し、ホットカッターによりペレット化した。得られたペレットを再度押出機に供給し、再溶融混練工程を1回行い、一般式(1)で表される化合物および/またはその縮合物のペレットを得た。得られた化合物の反応率は50%で、分岐度は0.29であり、水酸基価は1100mgKOH/gであった。1分子中の水酸基の数は、1分子中のエポキシ基の数よりも多く、一般式(1)におけるOHとORの数の和は3以上であった。
<参考例11>(F−1)
ナイロン6(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1010)100質量部に対して、(B’−1)化合物26.7質量部を予備混合した後、(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D:45.5)を用いて、シリンダー温度245℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。その後80℃で8時間真空乾燥し、高濃度予備混合物ペレットを作製した。
<参考例12>(F−2)
ナイロン6(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1010)100質量部に対して、(B’−8)化合物26.7質量部を予備混合した後、(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D:45.5)を用いて、シリンダー温度245℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練し、ストランドカッターによりペレット化した。その後80℃の温度で8時間真空乾燥し、高濃度予備混合物ペレットを作製した。
その他、本発明の実施例および比較例に用いたポリアミド樹脂(A)、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)、および充填材(D)は、次のとおりである。
・(A−1):融点225℃のナイロン6樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1010)。
・(A−2):融点225℃のナイロン66樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM3001−N)。
・(B−1):ジペンタエリスリトール(広栄化学工業(株)製)、分子量254、水酸基価1325mgKOH/g。1分子中に6つの水酸基を有する。
・(B−2):2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール(東京化成(株)製)、分子量146、水酸基価765mgKOH/g。1分子中に2つの水酸基を有する。
・(b−1):フェノールノボラック型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製“EPPN”(登録商標)201)、1分子中のエポキシ基の平均個数7個、分子量1330、分子量/1分子中の官能基数190。
・(C−1):次亜リン酸ナトリウム一水和物(和光純薬工業(株))、分子量105.99。
・(C−2):リン系熱安定剤“irgafos”(登録商標)168(トリス(2,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイト)(BASF(株)製)。
・(D−1):円形断面ガラス繊維(日本電気硝子(株)製T−717H)、断面の直径10.5μm、表面処理剤:シラン系カップリング剤、集束剤:エポキシ系、繊維長3mm。
(実施例1〜16、19、比較例1〜9)
表1〜3に示すポリアミド樹脂(A)、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)、および銅化合物(E)を予備混合した後、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側から見て0の位置、すなわち、スクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す化合物(B)、化合物(B’)、リン含有化合物(C)、および充填材(D)をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーは、スクリューの全長を1.0としたときの上流側から見て0.65の位置、すなわちスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。2軸押出機のスクリュー構成は、化合物(B)等の供給位置の上流側にあるニーディングゾーンの合計長さをLn1とし、化合物(B)等の供給位置の下流側にあるニーディングゾーンの合計長さをLn2とした場合、Ln1/Lが0.14で、Ln2/Lが0.07となるように構成した。ダイから吐出されるガットを即座に水浴によって冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットは、第一樹脂成形品用部材と第二樹脂成形品用部材の両方に用いた。上記の各実施例および各比較例の評価結果を、表1〜3に示す。
(実施例17、18)
表2に示すポリアミド樹脂(A)、高濃度予備混合物(F)およびリン含有化合物(C)を予備混合した後、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側から見て0の位置、すなわちスクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表2に示す充填材(D)をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側から見て0.65の位置、すなわち、スクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。シリンダー温度、スクリュー回転数、およびスクリュー構成は、実施例7または14と同様であり、これにより、実施例17の組成比は実施例7と同じであり、また実施例18の組成比は実施例14と同様となる。得られたペレットは、第一樹脂成形品用部材と第二樹脂成形品用部材の両方に用いた。上記の実施例17と18の評価結果を、表2に示す。
(実施例20、比較例10)
表2、3に示すポリアミド樹脂(A)、エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)、および銅化合物(E)を予備混合した後、シリンダー設定温度をポリアミド樹脂の融点+15℃、スクリュー回転数を200rpmに設定した(株)日本製鋼所製TEX30型2軸押出機(L/D=45)のメインフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このメインフィーダーはスクリューの全長を1.0としたときの上流側よりから見て0の位置、すなわち、スクリューセグメントの上流側の端部の位置に接続されていた。続いて、表に示す化合物(B)、化合物(B’)およびリン含有化合物(C)をサイドフィーダーから2軸押出機に供給し、溶融混練した。このサイドフィーダーは、スクリューの全長を1.0としたときの上流側よりから見て0.65の位置、すなわちスクリュー長の1/2より下流側の位置に接続されていた。2軸押出機のスクリュー構成は、化合物(B)等の供給位置の上流側にあるニーディングゾーンの合計長さをLn1とし、化合物(B)等の供給位置の下流側にあるニーディングゾーンの合計長さをLn2とした場合、Ln1/Lが0.14で、Ln2/Lが0.07となるように構成した。ダイから吐出されるガットを即座に水浴によって冷却し、ストランドカッターによりペレット化した。得られたペレットは、第一樹脂成形品用部材と第二樹脂成形品用部材の両方に用いた。上記の各実施例および各比較例の評価結果を、表2、3に示す。
実施例1〜20は、比較例1〜10と比較して、第一樹脂成形品用部材および/または第二樹脂成形品用部材のポリアミド樹脂組成物として、化合物(B)または化合物(B’)を特定量含有し、かつ、リン含有化合物(C)由来のリン原子を特定濃度で含有することにより、ポリアミド樹脂(A)と、化合物(B)または化合物(B’)の相溶性がより向上し、その結果、流動性に優れ、衝撃強度および溶着性に優れた成形品を得ることができた。
実施例1〜5は、化合物(B)を0.1〜20質量部含有し、かつリン含有化合物(C)由来のリン原子を特定濃度で含有するため、比較例1〜9と比較して、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B)との相溶性がより向上し、その結果、流動性に優れ、衝撃強度および溶着性に優れた成形品を得ることができた。
実施例6は、化合物(B)を含有し、かつ(b)エポキシ基および/またはカルボジイミド基含有化合物(b)を併用することにより、ポリアミド樹脂(A)との溶融混練時に化合物(B’)を生成するため、実施例2と比較して、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性が向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
実施例7〜15は、事前に化合物(B’)を生成したため、実施例6と比較して、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がより向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
実施例7、10、11、14および15は、実施例8および9と比較して、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基との反応率がより好ましい範囲にあるため、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がより向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
実施例7〜11、14および15は、実施例12および13と比較して、化合物(B’)が、1分子中の水酸基の数が、エポキシ基および/またはカルボジイミド基の数の和よりも多く、また一般式(1)で表される構造を有するため、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がより向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
実施例16は、実施例7と比較して、銅化合物をさらに含有するため、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がさらに向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
実施例17と18は、実施例7および14と比較して、事前に高濃度予備混合物を作成したため、ポリアミド樹脂(A)と化合物(B’)との相溶性がさらに向上し、流動性に優れ、衝撃強度、溶着性および耐熱老化性に優れた成形品を得ることができた。
1: 溶媒ピーク
2: 試験片
X: 試験片の端部

Claims (9)

  1. ポリアミド樹脂(A)100質量部に対して、1分子中に3つ以上の水酸基を含む化合物(B)を0.1〜20質量部およびリン含有化合物(C)を含有し、吸光光度分析法により求められるリン原子含有量がポリアミド樹脂含有量に対して400〜3500ppmであることを特徴とする溶着用ポリアミド樹脂組成物。
  2. リン含有化合物(C)が、亜リン酸、次亜リン酸およびそれらの金属塩からなる群から選ばれた少なくとも1種であることを特徴とする請求項1記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物。
  3. 化合物(B)が、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基を有し、1分子中の水酸基数が、1分子中のエポキシ基およびカルボジイミド基の数の和よりも多いことを特徴とする請求項1または2記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物。
  4. 化合物(B)が、水酸基含有化合物と、エポキシ基またはカルボジイミド基含有化合物(b)との反応物であり、水酸基と、エポキシ基またはカルボジイミド基との反応率が3〜95%であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物。
  5. 化合物(B)が、下記一般式(1)で表される構造を有する化合物および/またはその縮合物である請求項1〜4のいずれかに記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物。
    (上記一般式(1)中、X〜Xはそれぞれ同一でも異なってもよく、OH、CHまたはORを表す。ただし、OHとORの数の和は3以上である。また、Rはエポキシ基またはカルボジイミド基を有する有機基を表し、nは0〜20の範囲を表す。)
  6. 請求項1〜5のいずれかに記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる成形品が溶接されてなる複合成形品。
  7. 自動車および電気・電子部品の構造部材として使用される請求項6に記載の複合成形品。
  8. 請求項1〜5のいずれかに記載の溶着用ポリアミド樹脂組成物からなる第一樹脂成形品および/または第二樹脂成形品を重ね合わせ、重ね合わせ部分に溶着を施すことを特徴とする複合成形品の製造方法。
  9. 第一樹脂成形品と第二樹脂成形品とを重ね合わせ、重ね合わせ部分に溶着を施すことを特徴とする請求項7記載の自動車および電気・電子部品の構造部材として使用される複合成形品の製造方法。
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