JP3914025B2 - 難燃性樹脂組成物 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は難燃性ポリカーボネート系樹脂組成物に関する。
【0002】
【従来の技術】
ポリカーボネート樹脂は、優れた耐衝撃特性、耐熱性、電気的特性などを有しており、OA(オフィスオートメーション)機器、情報・通信機器、家庭電化機器などの電気・電子機器、自動車分野、建築分野など様々な分野において幅広く利用されている。ポリカーボネート樹脂は、一般的に自己消火性樹脂ではあるが、OA機器、情報・通信機器、家庭電化機器などの電気・電子機器分野を中心として、高度の難燃性を要求される分野があり、各種難燃剤の添加により、その改善が図られている。一方、ポリカーボネート樹脂は溶融粘度が高く成形流動性に劣るため、成形品の薄肉化、大型化が難しいという課題がある。
【0003】
ポリカーボネート樹脂の難燃性を向上する方法として、ハロゲン化ビスフェノールA、ハロゲン化ポリカーボネートオリゴマーなどのハロゲン系難燃剤が難燃剤効率の点から酸化アンチモンなどの難燃助剤とともに用いられてきた。しかし、近年、安全性、廃棄・焼却時の環境への影響の観点から、ハロゲンを含まない難燃剤による難燃化方法が市場より求められている。そのノンハロゲン系難燃剤として、有機リン系難燃剤、特に有機リン酸エステル化合物を配合したポリカーボネート樹脂組成物が提案されている。
【0004】
しかしながら、リン酸エステル化合物は一般的に難燃性には寄与するものの、成形加工時の金型腐食、ガスの発生など、成形環境や成形品外観上必ずしも十分でない場合がある。また、成形品が加熱下に置かれたり、高温高湿度下に置かれた場合の、衝撃強度の低下、変色の発生などの問題点が指摘されている。さらに、近時の省資源化におけるリサイクル適性が熱安定性が不十分であることから困難であるなどの問題点を残している。
【0005】
一方、シリコーン化合物は耐熱性が高く、燃焼時に有害ガスが発生しにくく、それ自体の安全性も高いため、これを難燃剤として利用しようとする試みも数多くなされてきた。シリコーン化合物を難燃剤として用いた例としては、特開平1−318069号公報、特公昭62−60421号公報等に記載されるようなシリコーン化合物が試されてきたが、これらは単独の添加では大きな難燃効果を持つものが極めて少なく、比較的効果が認められたものでも電気電子機器関係の厳しい難燃基準を満たすには多量に添加する必要があり、その結果、プラスチックスの成形性、混練性及び他の必要特性に悪影響が生じ、またコスト的にも不利であるため、実用的ではなかった。
【0006】
これに対して、シリコーン化合物の難燃効果を向上させ、かつ添加量も削減する試みとして、シリコーン化合物と金属塩を併用する方法も報告されている。これについては、ポリジメチルシリコーンと金属水酸化物と亜鉛化合物の併用(特開平2−150436号公報)、ポリジメチルシリコーンと有機酸のIIa族金属塩の併用(特開昭56−100853号公報)、シリコーンレジン特にM単位とQ単位で表されるものとシリコーンオイル及び有機酸のIIa族金属塩の併用(特公平3−48947号公報)等が挙げられるが、いずれも難燃性の面で効果に劣り、添加量の大幅な削減も困難であるという根本的な問題があった。また、金属塩化合物を用いると、一般に樹脂の分解を促進するため、成形体の表面外観を悪化させたり、耐湿熱性が劣るといった樹脂特性を低下させる課題があった。
【0007】
一方、ポリカーボネート樹脂の成形流動性を改善する方法としては、比較的分子量の低いポリカーボネートを使用する方法や、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート等のポリエステル系樹脂およびアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂、ゴム変性ポリスチレン樹脂等のポリスチレン系樹脂とのアロイ化等が行われている。しかし、粘度平均分子量が19000以下のポリカーボネートでは耐衝撃性が低下し、また、ポリエステル系樹脂およびポリスチレン系樹脂等の結晶性樹脂とのアロイ化においても耐衝撃性が低下するという問題があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高度の難燃性と良好な流動性を併せ持ち、かつ、耐衝撃性にも優れた成形体を与える樹脂組成物を提供することを目的とするものである。
今回、本発明者らは、シリコーン化合物の難燃性と樹脂物性との相関を詳細に検討した結果、特定構造のシリコーン化合物と特定構造のポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体を併用添加することにより、樹脂に極めて高度の難燃性を付与し、かつ、従来では耐衝撃性が低下するという理由から使用が困難であった低分子量グレード樹脂やアロイ樹脂に使用した場合でも耐衝撃性を向上し、さらには良好な流動性が得られるという顕著な効果を見出した。これによって、耐衝撃性、流動性、かつ難燃性に優れた成形体を得ることが可能になり、薄肉、大型幅広の成形体を作成することができる。
【0009】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部、
平均組成式(1)
R1 mR2 nSiO(4−m−n)/2 (1)
(式中、R1は炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基を表し、R2は炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基を表す。R1、R2はそれぞれ2種類以上存在していても良い。mとnは、1.1≦m+n≦1.7、及び、0.4≦n/m≦2.5を満たす数を表す。)で表されるシリコーン化合物(B)0.1〜20重量部、並びに
ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)の存在下にビニル系単量体(c−2)をグラフト重合して得られるポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)0.1〜20重量部を含有することを特徴とする難燃性樹脂組成物に関する。
【0010】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明に使用されるポリカーボネート系樹脂(A)とは、ポリカーボネート、ポリカーボネート/ポリエチレンテレフタレート混合樹脂およびポリカーボネート/ポリブチレンテレフタレート混合樹脂などのポリカーボネート/ポリエステル混合樹脂、ポリカーボネート/アクリロニトリル−スチレン共重合体混合樹脂、ポリカーボネート/ブタジエンゴム−スチレン共重合体(HIPS樹脂)混合樹脂、ポリカーボネート/アクリロニトリル−ブタジエンゴム−スチレン共重合体(ABS樹脂)混合樹脂、ポリカーボネート/アクリロニトリル−ブタジエンゴム−α−メチルスチレン共重合体混合樹脂、ポリカーボネート/スチレン−ブタジエンゴム−アクリロニトリル−N−フェニルマレイミド共重合体混合樹脂、ポリカーボネート/アクリロニトリル−アクリルゴム−スチレン共重合体(AAS樹脂)混合樹脂、および、ポリカーボネート部とポリオルガノシロキサン部とからなるポリカーボネート−ポリオルガノシロキサン共重合体などを用いることができる。また、これら任意の樹脂同士をさらに混合して使用してもよい。また、ポリカーボネート樹脂およびポリカーボネートを含んだ混合樹脂に使用されるポリカーボネートの粘度平均分子量は、成形加工性の点から、上限が50000であるのが好ましく、25000であるのがより好ましく、19000であるのがさらに好ましい。また下限は10000であるのが好ましく、15000であるのがより好ましい。この粘度平均分子量(Mv)は、ウベローデ型粘度計を用いて、20℃における塩化メチレン溶液の粘度を測定し、これより極限粘度[η]を求め、次式にて算出するものである。
[η]=1.23×10−5Mv0.83
なお、混合樹脂である場合には、混合樹脂全量に対してポリカーボネートが好ましくは50重量%以上、より好ましくは60重量%以上、さらに好ましくは70重量%以上を占める。
【0011】
ポリカーボネートとしては、特に制限はなく種々のものを挙げることができる。通常、二価フェノールとカーボネート前駆体との反応により製造される芳香族ポリカーボネートを用いることができる。すなわち、二価フェノールとカーボネート前駆体とを溶液法あるいは溶融法、すなわち、二価フェノールとホスゲンの反応、二価フェノールとジフェニルカーボネートなどとのエステル交換法により反応させて製造されたものを使用することができる。
【0012】
二価フェノールとしては、様々なものを挙げることができるが、特に2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン[ビスフェノールA]、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−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、4,4′−ジヒドロキシジフェニル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロアルカン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)オキシド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホキシド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトンなどを挙げることができる。
特に好ましい二価フェノールとしては、ビス(ヒドロキシフェニル)アルカン系、特にビスフェノールAを主原料としたものである。また、カーボネート前駆体としては、カルボニルハライド、カルボニルエステル、またはハロホルメートなどであり、具体的にはホスゲン、二価フェノールのジハロホーメート、ジフェニルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどである。この他、二価フェノールとしては、ハイドロキノン、レゾルシン、カテコール等を挙げることができる。これらの二価フェノールは、それぞれ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。
なお、ポリカーボネートは、分岐構造を有していてもよく、分岐剤としては、1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタン、α,α′,α″−トリス(4−ヒドロキシフェニル)−1,3,5−トリイソプロピルベンゼン、フロログリシン、トリメリット酸、イサチンビス(o−クレゾール)などがある。また、分子量の調節のためには、フェノール、p−t−ブチルフェノール、p−t−オクチルフェノール、p−クミルフェノールなどが用いられる。
【0013】
本発明の(B)成分であるシリコーン化合物は、芳香族基含有オルガノシロキサン化合物からなり、Q単位(SiO2)、T単位(RSiO1.5)、D単位(R2SiO)及びM単位(R3SiO0.5)という4種類の構成単位のうち任意の組合わせで構成され、且つ、平均組成式(1)
R1 mR2 nSiO(4−m−n)/2 (1)
(式中、R1は炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基を表し、R2は炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基を表す。R1、R2はそれぞれ2種類以上存在していても良い。mとnは、1.1≦m+n≦1.7、及び、0.4≦n/m≦2.5を満たす数を表す。)で表されるものである。
【0014】
平均組成式(1)で表される芳香族基含有オルガノシロキサン化合物は、分子内に炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基R1及び炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基R2の両方を有すること、これら全炭化水素基とSi原子数とのモル比m+nが1.1≦m+n≦1.7という範囲内であること、炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基R1と炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基R2とのモル比n/mが0.4≦n/m≦2.5という範囲内であること、を満たす。なお、各元素および各炭化水素基の割合は、水素、炭素およびケイ素のNMRを用いて算出する。
【0015】
炭素数が1〜4の脂肪族炭化水素基R1としては特に限定されず、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、t−ブチル基、等が例示される。これらの中で難燃化効果に優れるため好ましいのは、メチル基及びエチル基であり、より好ましいのはメチル基である。これら複数のR1は、全て同一であってもよいし、異なる基が混在していてもよい。脂肪族炭化水素基の炭素数が5以上になると、芳香族基含有オルガノシロキサン化合物自体の難燃性が低下するため難燃化効果が低くなる。
【0016】
炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基R2としては特に限定されず、例えば、フェニル基、メチルフェニル基、ジメチルフェニル基、エチルフェニル基、ナフチル基、アントラセニル基、等が例示される。これらの中で難燃化効果に優れるため好ましいのは、芳香族環上に置換基を有しない芳香族基であり、より好ましいのはフェニル基である。これら複数のR2は、全て同一であってもよいし、異なる基が混在していてもよい。
【0017】
全炭化水素基とSi原子数とのモル比m+nは、1.1≦m+n≦1.7という範囲内である。m+nの値は好ましくは1.15≦m+n≦1.65、より好ましくは1.18≦m+n≦1.6、さらに好ましくは1.20≦m+n≦1.55の範囲である。m+nの値が1.1未満であっても1.7より上であっても、芳香族基含有オルガノシロキサン化合物の難燃化効果が低下するため好ましくない。上記のような範囲の構造を構築するにはオルガノシロキサン化合物の骨格中にT単位および/またはQ単位を導入することにより達成でき、一般にそれらの単位の導入量が多いほど上記範囲を容易に達成できる。T単位およびQ単位の合計導入量としては全Si原子中の20モル%以上が好ましく、25モル%以上がさらに好ましく、30モル%以上が最も好ましい。
【0018】
炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基R1と炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基R2とのモル比n/mは、0.4≦n/m≦2.5という範囲内である。n/mが0.4未満であると、分子内に一価の脂肪族炭化水素基R1が多くなるが、この時には芳香族基含有オルガノシロキサン化合物の耐熱性が低下して芳香族基含有オルガノシロキサン化合物の難燃化効果が低下する原因となる。また逆にn/mが2.5以上であっても、芳香族基含有オルガノシロキサン化合物の難燃化効果が低下する原因となる。n/mの値は、好ましくは0.43≦n/m≦2.3、より好ましくは0.45≦n/m≦2.1、さらに好ましくは0.47≦n/m≦2.0である。
【0019】
このような芳香族基含有オルガノシロキサン化合物は既知のシリコーン合成法により容易に合成することができる。すなわち、R3SiXで表される一官能性ケイ素化合物、R2SiX2で表される二官能性ケイ素化合物、RSiX3で表される三官能性ケイ素化合物、四ハロゲン化ケイ素、テトラアルコキシシラン、およびそれらの縮合物である有機ケイ素化合物や、水ガラス、金属ケイ酸塩などの無機ケイ素化合物のなかから必要に応じて選択した少なくとも1種、好ましくは少なくとも2種のケイ素化合物を縮合反応させることにより合成できる。なお、式中、Rは、芳香族炭化水素基又は脂肪族炭化水素基を表す。Xは、ハロゲン、水酸基、アルコキシル基などの、縮合してシロキサン結合を形成しうる基を表す。
【0020】
反応条件は、用いる基質や目的化合物の組成および分子量によって異なる。反応は、一般的に、必要により水、酸及び/又は有機溶媒の存在下で、必要により加熱しながらケイ素化合物を混合することにより行うことができる。各ケイ素化合物の使用割合は、得られる芳香族基含有オルガノシロキサン化合物が上記条件を満たすよう、各単位の含量、芳香族炭化水素基と脂肪族炭化水素基の比率を考慮して、適宜設定すればよい。
【0021】
本発明におけるシリコーン化合物(B)の添加量としては、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部に対して0.1〜20重量部である。添加量が0.1重量部未満では難燃性が不十分である場合があり、20重量部以上では樹脂組成物の成形性が悪化する傾向がある。流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、シリコーン化合物(B)の添加量の上限は15重量部が好ましく、10重量部がより好ましい。一方、添加量の下限は0.3重量部が好ましく、0.5重量部がより好ましい。
【0022】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートである場合には、シリコーン化合物(B)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、8重量部が好ましく、5重量部がより好ましく、3重量部がさらに好ましい。一方、添加量の下限は、0.5重量部が好ましく、0.8重量部がより好ましく、1重量部がさらに好ましい。
【0023】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートとポリエステルとのアロイである場合には、シリコーン化合物(B)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、15重量部が好ましく、10重量部がより好ましく、5重量部がさらに好ましく、3重量部が特に好ましい。一方、添加量の下限は、0.5重量部が好ましく、0.8重量部がより好ましく、1重量部がさらに好ましい。
【0024】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートとポリスチレンとのアロイである場合には、シリコーン化合物(B)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、15重量部が好ましく、10重量部がより好ましい。一方、添加量の下限は、0.5重量部が好ましく、1重量部がより好ましい。
【0025】
本発明のポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)はポリオルガノシロキサン粒子(c−1)の存在下にビニル系単量体(c−2)をグラフト重合したものである。
【0026】
前記ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)に使用される前記ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)は、難燃性の発現の点から、光散乱法または電子顕微鏡観察から求められる平均粒子径が0.008〜0.6μm、さらには0.008〜0.2μm、さらには0.01〜0.15μm、とくには、0.01〜0.1μmであることが好ましい。該平均粒子径が0.008μm未満のものを得ることは困難な傾向にあり、0.6μmを超える場合には、難燃性が悪くなる傾向にある。該ポリオルガノシロキサン粒子の粒子径分布の変動係数(100×標準偏差/平均粒子径(%))は、本発明の難燃剤を配合した樹脂組成物の成形体表面外観が良好という点で、好ましくは10〜70%、さらに好ましくは20〜60%、とくに好ましくは20〜50%に制御するのが望ましい。
【0027】
なお、本発明における、ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)は、ポリオルガノシロキサンのみからなる粒子だけでなく、他の(共)重合体を5%以下を含んだ変性ポリオルガノシロキサンを含んだ概念である。すなわち、ポリオルガノシロキサン粒子は、粒子中に、たとえば、ポリアクリル酸ブチル、アクリル酸ブチル−スチレン共重合体などを5%以下含有してもよい。
【0028】
前記ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)の具体例としては、ポリジメチルシロキサン粒子、ポリメチルフェニルシロキサン粒子、ジメチルシロキサン−ジフェニルシロキサン共重合体粒子などがあげられる。これらは単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0029】
前記ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)は、たとえば、オルガノシロキサン及び/又は2官能シラン化合物、ビニル系重合性基含有シラン化合物、必要に応じて使用される3官能以上のシラン化合物などからなるポリオルガノシロキサン形成成分を重合することにより得ることができる。
【0030】
前記オルガノシロキサン及び/又は2官能シラン化合物は、ポリオルガノシロキサン鎖の主骨格を構成する成分であり、オルガノシロキサンの具体例としては、たとえばヘキサメチルシクロトリシロキサン(D3)、オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4)、デカメチルシクロペンタシロキサン(D5)、ドデカメチルシクロヘキサシロキサン(D6)、テトラデカメチルシクロヘプタシロキサン(D7)、ヘキサデカメチルシクロオクタシロキサン(D8)など、2官能シラン化合物の具体例としては、ジエトキシジメチルシラン、ジメトキシジメチルシラン、ジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、3−クロロプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルメチルジメトキシシラン、トリフルオロプロピルメチルジメトキシシラン、オクタデシルメチルジメトキシシランなどがあげられる。これらのなかでは、経済性および難燃性という点からD4またはD3〜D7の混合物もしくはD3〜D8の混合物を70〜100%、さらには80〜100%を含み、残りの成分としてはジフェニルジメトキシシラン、ジフェニルジエトキシシランなどが0〜30%、さらには0〜20%を含むものが好ましく用いられる。
【0031】
前記ビニル系重合性基含有シラン化合物は、前記オルガノシロキサン、2官能シラン化合物、3官能以上のシラン化合物などと共重合し、共重合体の側鎖または末端にビニル系重合性基を導入するための成分であり、このビニル系重合性基は後述するビニル系単量体(c−2)から形成されるビニル系(共)重合体と化学結合する際のグラフト活性点として作用する。さらには、ラジカル重合開始剤によってグラフト活性点間をラジカル反応させて架橋結合を形成させることができ架橋剤としても使用できる成分でもある。このときのラジカル重合開始剤は後述のグラフト重合において使用されうるものと同じものが使用できる。なお、ラジカル反応によって架橋させた場合でも、一部はグラフト活性点として残るのでグラフトは可能である。
【0032】
前記ビニル系重合性基含有シラン化合物の具体例としては、たとえば、
一般式(I):
【0033】
【化1】
【0034】
(式中、R4は水素原子、メチル基、R5は炭素数1〜6の1価の炭化水素基、Yは炭素数1〜6のアルコキシル基、oは0、1または2、pは1〜6の数を示す)で表わされるシラン化合物、
一般式(II):
【0035】
【化2】
【0036】
(式中、R5、Y、o、pは一般式(I)と同じ)で表わされるシラン化合物、一般式(III):
【0037】
【化3】
【0038】
(式中、R5、Y、oは一般式(I)と同じ)で表わされるシラン化合物、
一般式(IV):
【0039】
【化4】
【0040】
(式中、R5、Y、oは一般式(I)と同じ、R6は炭素数1〜6の2価の炭化水素基を示す)で表わされるシラン化合物、
一般式(V):
【0041】
【化5】
【0042】
(式中、R5、Y、oは一般式(I)と同じ、R7は炭素数1〜18の2価の炭化水素基を示す)で表わされるシラン化合物などがあげられる。
一般式(I)〜(V)のR5の具体例としては、たとえばメチル基、エチル基、プロピル基などのアルキル基、フェニル基などがあげられ、また、Yの具体例としては、たとえばメトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基などの炭素数1〜6のアルコキシル基などがあげられる。また、一般式(IV)のR6の具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などがあげられ、一般式(V)のR7の具体例としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基などがあげられる。
【0043】
一般式(I)で表わされるシラン化合物の具体例としては、たとえばβ−メタクリロイルオキシエチルジメトキシメチルシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジメチルメトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリエトキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジエトキシメチルシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルトリプロポキシシラン、γ−メタクリロイルオキシプロピルジプロポキシメチルシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン、γ−アクリロイルオキシプロピルトリメトキシシランなどが、一般式(II)で表わされるシラン化合物の具体例としては、p−ビニルフェニルジメトキシメチルシラン、p−ビニルフェニルトリメトキシシラン、p−ビニルフェニルトリエトキシシラン、p−ビニルフェニルジエトキシメチルシランなどが、一般式(III)で表わされるシラン化合物の具体例としては、たとえばビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどが、一般式(IV)で表わされるシラン化合物の具体例としては、アリルメチルジメトキシシラン、アリルメチルジエトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、アリルトリエトキシシランなどが、一般式(V)で表わされるシラン化合物の具体例としては、メルカプトプロピルトリメトキシシラン、メルカプトプロピルジメトキシメチルシランなどがあげられる。これらのなかでは一般式(I)、一般式(III)、一般式(V)で表わされるシラン化合物が経済性の点から好ましく用いられる。
【0044】
なお、前記ビニル系重合性基含有シラン化合物がトリアルコキシシラン型である場合には、次に示す3官能以上のシラン化合物の役割も有する。
【0045】
前記3官能以上のシラン化合物は、前記オルガノシロキサン、2官能シラン化合物、ビニル系重合性基含有シラン化合物などと共重合することによりポリオルガノシロキサンに架橋構造を導入してゴム弾性を付与するための成分、すなわちポリオルガノシロキサンの架橋剤として用いられる。具体例としては、テトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、ヘプタデカフルオロデシルトリメトキシシラン、トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシランなどの4官能、3官能のアルコキシシラン化合物などがあげられる。これらのなかではテトラエトキシシラン、メチルトリエトキシシランが架橋効率の高さの点から好ましく用いられる。
【0046】
前記オルガノシロキサン、2官能シラン化合物、ビニル系重合性基含有シラン化合物、および3官能以上のシラン化合物の重合時の使用割合は、通常、オルガノシロキサンおよび/または2官能シラン化合物(オルガノシロキサンと2官能シラン化合物との割合は、通常重量比で100/0〜0/100、さらには100/0〜70/30)50〜99.9%、さらには60〜99%、ビニル系重合性基含有シラン化合物0〜40%、さらには0.5〜30%、3官能以上のシラン化合物0〜50%、さらには0.5〜39%であるのが好ましい。なお、ビニル系重合性基含有シラン化合物、3官能以上のシラン化合物は同時に0%になることはなく、いずれかは0.1%以上使用するのが好ましい。
【0047】
前記オルガノシロキサンおよび2官能シラン化合物の使用割合があまりにも少なすぎる場合には、配合して得られた樹脂組成物が脆くなる傾向がある。また、あまりにも多い場合は、ビニル系重合性基含有シラン化合物および3官能以上のシラン化合物の量が少なくなりすぎて、これらを使用する効果が発現されにくくなる傾向にある。また、前記ビニル系重合性基含有シラン化合物あるいは前記3官能以上のシラン化合物の割合があまりにも少ない場合には、難燃性の発現効果が低くなり、また、あまりにも多い場合には、配合して得られた樹脂組成物が脆くなる傾向がある。
【0048】
前記ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)は、たとえば、前記オルガノシロキサン及び/又は2官能シラン化合物、ビニル系重合性基含有シラン化合物、必要に応じて使用される3官能以上のシラン化合物からなるポリオルガノシロキサン形成成分を乳化重合することにより製造することが好ましい。
【0049】
前記乳化重合は、たとえば、前記ポリオルガノシロキサン形成成分および水を乳化剤の存在下で機械的剪断により水中に乳化分散して酸性状態にすることで行なうことができる。この場合、機械的剪断により数μm以上の乳化液滴を調製した場合、重合後に得られるポリオルガノシロキサン粒子の平均粒子径は使用する乳化剤の量により0.02〜0.6μmの範囲で制御することができる。また、得られる粒子径分布の変動係数(100×標準偏差/平均粒子径(%))は20〜70%を得ることができる。
【0050】
また、0.1μm以下で粒子径分布の狭いポリオルガノシロキサン粒子を製造する場合、多段階で重合することが好ましい。たとえば前記ポリオルガノシロキサン形成成分、水および乳化剤を機械的剪断により乳化して得られた、数μm以上の乳化液滴からなるエマルションの1〜20%を先に酸性状態で乳化重合し、得られたポリオルガノシロキサン粒子をシードとしてその存在下で残りのエマルションを追加して重合する。このようにして得られたポリオルガノシロキサン粒子は、乳化剤の量により平均粒子径が0.02〜0.1μmで、かつ粒子径分布の変動係数が10〜60%に制御可能である。さらに好ましい方法は、該多段重合において、ポリオルガノシロキサン粒子のシードの代わりに、後述するグラフト重合時に用いるビニル系単量体(例えばスチレン、アクリル酸ブチル、メタクリル酸メチルなど)を通常の乳化重合法により(共)重合してなるビニル系(共)重合体を用いて同様の多段重合を行なうと、得られるポリオルガノシロキサン(変性ポリオルガノシロキサン)粒子の平均粒子径は乳化剤量により0.008〜0.1μmでかつ粒子径分布の変動係数が10〜50%に制御できる。
なお、前記数μm以上の乳化液滴は、ホモミキサーなど高速撹拌機を使用することにより調製することができる。
【0051】
前記乳化重合では、酸性状態下で乳化能を失わない乳化剤が用いられる。具体例としては、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸ナトリウム、(ジ)アルキルスルホコハク酸ナトリウム、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテルスルホン酸ナトリウム、アルキル硫酸ナトリウムなどがあげられる。これらは単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらのなかで、アルキルベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸ナトリウム、アルキルスルホン酸、アルキルスルホン酸ナトリウム、(ジ)アルキルスルホコハク酸ナトリウムがエマルションの乳化安定性が比較的高いことから好ましい。さらに、アルキルベンゼンスルホン酸およびアルキルスルホン酸はポリオルガノシロキサン形成成分の重合触媒としても作用するので特に好ましい。
【0052】
酸性状態は、系に硫酸や塩酸などの無機酸やアルキルベンゼンスルホン酸、アルキルスルホン酸、トリフルオロ酢酸などの有機酸を添加することで得られ、pHは生産設備を腐食させないことや適度な重合速度が得られるという点で1〜3に調整することが好ましく、さらに1.0〜2.5に調整することがより好ましい。
【0053】
重合のための加熱は適度な重合速度が得られるという点で60〜120℃が好ましく、70〜100℃がより好ましい。
【0054】
なお、酸性状態下ではポリオルガノシロキサンの骨格を形成しているSi−O−Si結合は切断と生成の平衡状態にあり、この平衡は温度によって変化するので、ポリオルガノシロキサン鎖の安定化のために、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸ナトリウムなどのアルカリ水溶液の添加により中和することが好ましい。さらには、該平衡は、低温になるほど生成側により、高分子量または高架橋度のものが生成しやすくなるので、高分子量または高架橋度のものを得るためには、ポリオルガノシロキサン形成成分の重合を60℃以上で行ったあと室温以下に冷却して5〜100時間程度保持してから中和することが好ましい。
【0055】
かくして、得られるポリオルガノシロキサン粒子は、たとえば、オルガノシロキサン及び/又は2官能シラン化合物、ビニル系重合性基含有シラン化合物から形成された場合、それらは通常ランダムに共重合してビニル系重合性基を有した重合体となる。また、3官能以上のシラン化合物を共重合した場合、架橋された網目構造を有したものとなる。さらに、後述するグラフト重合時に用いられるようなラジカル重合開始剤によってビニル系重合性基間をラジカル反応により架橋させた場合、ビニル系重合性基間が化学結合した架橋構造を有し、かつ一部未反応のビニル系重合性基が残存したものとなる。該ポリオルガノシロキサン粒子のトルエン不溶分量(該粒子0.5gをトルエン80mlに室温で24時間浸漬した場合のトルエン不溶分量)は、難燃効果の点から、95%以下、さらには90%以下がより好ましい。
【0056】
前記プロセスで得られたポリオルガノシロキサン粒子にビニル系単量体(c−2)をグラフト重合させることによりポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体が得られる。
【0057】
前記ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体は、前記ポリオルガノシロキサン粒子にビニル系単量体(c−2)がグラフトした構造のものであり、そのグラフト率は5〜150%、さらには15〜120%のものが、難燃性−耐衝撃性のバランスが良好な点から好ましい。
【0058】
前記ビニル系単量体(c−2)は、ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体からなる難燃剤を得るために使用される成分であるが、さらには前記グラフト共重合体をポリカーボネート系樹脂(A)に配合する場合に、グラフト共重合体とポリカーボネート系樹脂(A)との相溶性を確保してポリカーボネート系樹脂に難燃性と耐衝撃性を均一に分散させるために使用される成分でもある。このため、ビニル系単量体(c−2)としては、該ビニル系単量体の重合体の溶解度パラメーターが9.15〜10.15((cal/cm3)1/2、以下、単位省略)であり、さらには9.17〜10.10、とくには9.20〜10.05であるように選ばれることが好ましい。溶解度パラメーターが前記範囲から外れると難燃性が低下する傾向にある。
【0059】
なお、溶解度パラメーターは、John Wiley&Son社出版「ポリマーハンドブック」1999年、第4版、セクションVII第682〜685頁)に記載のグループ寄与法でSmallのグループパラメーターを用いて算出した値である。たとえば、ポリメタクリル酸メチル(繰返単位分子量100g/mol、密度=1.19g/cm3として(以下、単位省略))9.25、ポリアクリル酸ブチル(同128、1.06として)8.97、ポリメタクリル酸ブチル(同142、1.06として)9.47、ポリスチレン(同104、1.05として)9.03、ポリアクリロニトリル(同53、1.18として)12.71である。なお、各重合体の密度は、VCH社出版の「ウルマンズ エンサイクロペディア オブ インダストリアル ケミストリー(ULLMANN’S ENCYCLOPEDIA OF INDUSTRIAL CHEMISTRY)」1992年、第A21巻、第169頁記載の値を用いた。また、共重合体の溶解度パラメーターδcは、重量分率5%未満の場合は主成分の値を用い、重量分率5%以上の場合では重量分率で加成性が成立するとした。すなわち、m種類のビニル系単量体からなる共重合体を構成する個々のビニル系単量体の単独重合体の溶解度パラメーターδnとその重量分率Wnとから式(1)により算出できる。
【0060】
【数1】
【0061】
たとえば、スチレン75%とアクリロニトリル25%からなる共重合体の溶解度パラメーターは、ポリスチレンの溶解度パラメーター9.03とポリアクリロニトリルの溶解度パラメーター12.71を用いて式(1)に代入して9.95の値が得られる。
【0062】
また、ビニル系単量体を2段階以上で、かつ各段階においてビニル系単量体の種類を変えて重合して得られるビニル系重合体の溶解度パラメーターδsは、最終的に得られたビニル系重合体の全重量を各段階で得られたビニル系重合体の重量で割った値、すなわち重量分率で加成性が成立するとした。すなわち、q段階で重合し、各段階で得られた重合体の溶解度パラメーターδiとその重量分率Wiとから式(2)により算出できる。
【0063】
【数2】
【0064】
たとえば、2段階で重合し、1段階目にスチレン75%とアクリロニトリル25%からなる共重合体が50部得られ、2段階目にメタクリル酸メチルの重合体が50部得られたとすると、この2段階の重合で得られた重合体の溶解度パラメーターは、スチレン(75%)−アクリロニトリル(25%)共重合体の溶解度パラメーター9.95とポリメタクリル酸メチルの溶解度パラメーター9.25を用いて式(2)に代入して9.60の値が得られる。
【0065】
ビニル系単量体(c−2)の使用量は、前記ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)40〜90%、さらには50〜80%、とくには50〜75%に対して合計量が100%になるように、60〜10%、さらには50〜20%、とくには50〜25%であることが好ましい。前記ビニル系単量体(c−2)の使用量が多すぎる場合、少なすぎる場合、いずれも、難燃性が十分発現しなくなる傾向にある。
【0066】
前記ビニル系単量体(c−2)としては、たとえばスチレン、α−メチルスチレン、パラメチルスチレン、パラブチルスチレンなどの芳香族ビニル系単量体、アクリロニトリル、メタクリロニトリルなどのシアン化ビニル系単量体、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸プロピル、アクリル酸ブチル、アクリル酸−2−エチルヘキシル、アクリル酸グリシジル、アクリル酸ヒドロキシエチル、アクリル酸ヒドロキシブチル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸ラウリル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸ヒドロキシエチルなどの(メタ)アクリル酸エステル系単量体、イタコン酸、(メタ)アクリル酸、フマル酸、マレイン酸などのカルボキシル基含有ビニル系単量体などがあげられる。これらは、前述したように重合体の溶解度パラメーターが前記記載の範囲に入る限り、単独で用いてもよく2種以上を組み合わせて用いてもよい。
【0067】
前記グラフト重合は、通常のシード乳化重合が適用でき、ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)のラテックス中で前記ビニル系単量体(c−2)のラジカル重合を行なえばよい。また、ビニル系単量体(c−2)は、1段階で重合させてもよく2段階以上で重合させてもよい。
【0068】
前記ラジカル重合としては、ラジカル重合開始剤を熱分解することにより反応を進行させる方法でも、また、還元剤を使用するレドックス系での反応などとくに限定なく行なうことができる。
【0069】
ラジカル重合開始剤の具体例としては、クメンハイドロパーオキサイド、t−ブチルハイドロパーオキサイド、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシイソプロピルカーボネート、ジ−t−ブチルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシラウレイト、ラウロイルパーオキサイド、コハク酸パーオキサイド、シクロヘキサンノンパーオキサイド、アセチルアセトンパーオキサイドなどの有機過酸化物、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムなどの無機過酸化物、2,2’−アゾビスイソブチロニトリル、2,2’−アゾビス−2,4−ジメチルバレロニトリルなどのアゾ化合物などがあげられる。このうち、反応性の高さから有機過酸化物または無機過酸化物が特に好ましい。
【0070】
また、前記レドックス系で使用される還元剤としては硫酸第一鉄/グルコース/ピロリン酸ナトリウム、硫酸第一鉄/デキストロース/ピロリン酸ナトリウム、または硫酸第一鉄/ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート/エチレンジエアミン酢酸塩などの混合物などがあげられる。
【0071】
前記ラジカル重合開始剤の使用量は、用いられるポリオルガノシロキサン粒子(c−1)100重量部に対して、通常、0.005〜20重量部、さらには0.01〜10重量部であり、とくには0.03〜5重量部であるのが好ましい。前記ラジカル重合開始剤の量が0.005重量部未満の場合には反応速度が低く、生産効率がわるくなる傾向があり、20重量部を超えると反応中の発熱が大きくなり生産が難しくなる傾向がある。
【0072】
また、ラジカル重合の際に要すれば連鎖移動剤も使用できる。該連鎖移動剤は通常の乳化重合で用いられているものであればよく、とくに限定はされない。前記連鎖移動剤の具体例としては、t−ドデシルメルカプタン、n−オクチルメルカプタン、n−テトラデシルメルカプタン、n−ヘキシルメルカプタンなどがあげられる。
【0073】
連鎖移動剤は任意成分であるが、使用する場合の使用量は、ビニル系単量体(c−2)100重量部に対して0.01〜5重量部であることが好ましい。前記連鎖移動剤の量が0.01重量部未満の場合には用いた効果が得られず、5重量部を超えると重合速度が遅くなり生産効率が低くなる傾向がある。
また、重合時の反応温度は、通常30〜120℃であるのが好ましい。
【0074】
前記重合では、ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)がビニル系重合性基を含有する場合にはビニル系単量体(c−2)がラジカル重合開始剤によって重合する際に、ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)のビニル系重合性基と反応することにより、グラフトが形成される。ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)にビニル重合性基が存在しない場合、特定のラジカル開始剤、たとえばt−ブチルパーオキシラウレートなどを用いれば、ケイ素原子に結合したメチル基などの有機基から水素を引き抜き、生成したラジカルによってビニル系単量体(c−2)が重合しグラフトが形成される。
【0075】
また、ビニル系単量体(c−2)のうちの0.1〜10%、好ましくは0.5〜5%をビニル系重合性基含有シラン化合物を用いて重合し、pH5以下の酸性状態下で再分配反応させてもグラフトが生成する。これは、酸性状態ではポリオルガノシロキサンの主骨格のSi−O−Si結合は、切断と生成の平衡状態にあるので、この平衡状態でビニル系単量体とビニル系重合性基含有シラン化合物を共重合すると、重合によって生成中あるいは生成したビニル系共重合体の側鎖のシランがポリオルガノシロキサン鎖と反応してグラフトが生成するのである。該ビニル系重合性基含有シラン化合物は、ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)の製造時に必要あれば使用されるものと同じものでよく、該ビニル系重合性基含有シラン化合物の量が0.1%未満の場合には、ビニル系単量体(c−2)のグラフトする割合が低下し、10%を超える場合には、ラテックスの安定性が低くなる傾向にある。
【0076】
なお、ポリオルガノシロキサン粒子の存在下でのビニル系単量体(c−2)の重合では、グラフト共重合体の枝にあたる部分(ここでは、ビニル系単量体(c−2)の重合体)が幹成分(ここではポリオルガノシロキサン粒子(c−1))にグラフトせずに枝成分だけで単独に重合して得られるいわゆるフリーポリマーも副生し、グラフト共重合体とフリーポリマーの混合物として得られるが、本発明においてはこの両者を併せてグラフト共重合体という。
【0077】
乳化重合によって得られたグラフト共重合体は、ラテックスのまま使用してもよいが、適用範囲が広いことから、ラテックスからポリマーを分離して粉体として使用することが好ましい。ポリマーを分離する方法としては、通常の方法、たとえばラテックスに塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウムなどの金属塩を添加することによりラテックスを凝固、分離、水洗、脱水し、乾燥する方法があげられる。また、スプレー乾燥法も使用できる。
【0078】
本発明におけるポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)の添加量としては、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部に対して0.1〜20重量部である。添加量が0.1重量部未満では難燃性および耐衝撃性が不十分である場合があり、20重量部以上では樹脂組成物の流動性が低下する傾向がある。流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)の添加量の上限は15重量部が好ましく、10重量部がより好ましい。また添加量の下限は0.3重量部が好ましく、0.5重量部がより好ましい。(B)成分との合計量は1〜30重量部が好ましく、より好ましくは1〜20重量部である。
【0079】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートである場合には、ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、8重量部が好ましく、5重量部がより好ましく、3重量部がさらに好ましい。一方、添加量の下限は、0.3重量部が好ましく、0.5重量部がより好ましく、0.8重量部がさらに好ましく、1重量部が特に好ましい。(B)成分との合計量は1〜6重量部がとくに好ましい。
【0080】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートとポリエステルとのアロイである場合には、ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、10重量部が好ましく、8重量部がより好ましく、6重量部がさらに好ましい。一方、添加量の下限は、0.5重量部が好ましく、0.8重量部がより好ましく、1重量部がさらに好ましく、2重量部がとくに好ましい。(B)成分との合計量は1〜6重量部がとくに好ましい。
【0081】
ポリカーボネート系樹脂(A)がポリカーボネートとポリスチレンとのアロイである場合には、ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)の添加量の上限は、流動性、難燃性、耐衝撃性のバランスの観点から、15重量部が好ましく、10重量部が好ましい。一方、添加量の下限は、0.5重量部が好ましく、1重量部がより好ましい。(B)成分との合計量は2〜20重量部がとくに好ましい。
【0082】
本発明にてさらに使用される有機アルカリ金属塩及び/又は有機アルカリ土類金属塩(D)としては、芳香族スルホンアミドの金属塩、芳香族スルホン酸の金属塩、およびパーフルオロアルカンスルホン酸の金属塩が挙げられる。芳香族スルホンアミドの金属塩としては、
下記一般式(VI):
【0083】
【化6】
【0084】
(式中、R8及びR9は、同一又は異なって、1価の芳香族基を表し、M+は金属陽イオンを表す。)
又は一般式(VII):
【0085】
【化7】
【0086】
(式中、R10は1価の芳香族基を表し、R11はスルホニル又はカルボニルを含む1価の有機基を表し、M+は金属陽イオンを表す。ただし、R10とR11とが結合しても良い。)
に示されるものが好ましく、芳香族スルホン酸の金属塩としては、
下記一般式(VIII):
【0087】
【化8】
【0088】
(式中、R12及びR13は、同一又は異なって、炭素原子が1〜6個の1価の炭化水素基、又は、1価の芳香族基を表す。Zは、SO3M(Mは、金属陽イオン)基を表し、qは0〜2の整数を表し、2つのrは、同一又は異なって、0〜6の整数を表すが、2つが同時に0である場合は除く。)に示されるものが好ましい。
【0089】
芳香族スルホンアミドの金属塩としては、例えば、サッカリンの金属塩、N−(p−トリルスルホニル)−p−トルエンスルホイミドの金属塩、N−(N′−ベンジルアミノカルボニル)スルファニルイミドの金属塩、N−(フェニルカルボキシル)−スルファニルイミドの金属塩などが挙げられる。
【0090】
また、芳香族スルホン酸の金属塩としては、例えば、ジフェニルスルホン−3−スルホン酸の金属塩、ジフェニルスルホン−3,3′−ジスルホン酸の金属塩、ジフェニルスルフォン−3,4′−ジスルホン酸の金属塩が挙げられる。
【0091】
以上の金属塩を形成するための金属としては特に限定されず、例えば、ナトリウム、カリウム等のI族の金属(アルカリ金属)、II族の金属、銅、アルミニウム等が挙げられるが、アルカリ金属が好ましい。
【0092】
これらのうちでも特に、N−(p−トリルスルホニル)−p−トルエンスルホイミドのカリウム塩、N−(N′−ベンジルアミノカルボニル)スルファニルイミドのカリウム塩及びジフェニルスルホン−3−スルホン酸のカリウム塩が好ましい。より好ましくは、N−(p−トリルスルホニル)−p−トルエンスルホイミドのカリウム塩及びN−(N′−ベンジルアミノカルボニル)スルファニルイミドのカリウム塩である。
【0093】
パーフルオロアルカンスルホン酸の金属塩としては、
下記一般式(IX)
CF3(CF2)sSO3M (IX)
(式中、Mは金属陽イオンを表し、sは0〜7の整数を表す。)に示されるものが好ましい。
【0094】
好ましいパーフルオロアルカンスルホン酸の金属塩は炭素数1〜8のものであり、具体的には、パーフルオロメタンスルホン酸の金属塩、パーフルオロエタンスルホン酸の金属塩、パーフルオロプロパンスルホン酸の金属塩、パーフルオロブタンスルホン酸の金属塩、パーフルオロメチルブタンスルホン酸の金属塩、パーフルオロヘキサンスルホン酸の金属塩、パーフルオロヘプタンスルホン酸の金属塩、パーフルオロオクタンスルホン酸の金属塩などが挙げられる。
【0095】
パーフルオロアルカンスルホン酸の金属塩を形成するための金属としては特に限定されず、例えば、ナトリウム、カリウム等のI族の金属(アルカリ金属)、II族の金属、銅、アルミニウム等が挙げられ、特にアルカリ金属が好ましい。これらのうちでも特に、パーフルオロブタンスルホン酸のカリウム塩が好適に用いられる。
これら有機アルカリ金属塩および/または有機アルカリ土類金属塩は一種又はそれ以上を併用して使用しても良い。
【0096】
有機アルカリ金属塩および/または有機アルカリ土類金属塩の配合量は、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部に対し0.01重量部以上5重量部以下が好ましい。配合量が0.01重量部未満の場合には顕著な難燃効果を得るのが困難な場合があり、また5重量部を超えると射出成形時の熱安定性に劣る場合があるため、その結果、成形性及び耐衝撃性に悪影響を及ぼす場合がある。より好適には、0.02重量部以上2重量部以下、更に好適には0.03重量部以上0.4重量部以下の範囲である。この範囲では特に、難燃性、成形性及び耐衝撃性のバランスが一層良好となる。
【0097】
さらに本発明の難燃性樹脂組成物には、さらに難燃性を高めるために、本発明の特性を損なわない範囲で、フッ素系樹脂を添加することができる。フッ素系樹脂とは樹脂中にフッ素原子を有する樹脂である。具体的には、ポリモノフルオロエチレン、ポリジフルオロエチレン、ポリトリフルオロエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、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などを挙げることができる。また、得られた成形品の難燃性などの物性を損なわない程度で必要に応じ、該フッ素樹脂の製造に用いる単量体と共重合可能な単量体とを併用して重合して得られた共重合体を用いてもよい。これらのフッ素系樹脂は1種あるいは2種以上を組み合わせて用いられる。
【0098】
フッ素系樹脂の分子量は、100万〜2000万が好ましく、さらに好ましくは200万〜1000万である。これらフッ素系樹脂の製造方法に関しては、乳化重合、懸濁重合、塊状重合、溶液重合などの通常公知の方法により得ることができる。
【0099】
フッ素系樹脂の添加量は、本発明の特性を損なわない限り制限はないが、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部に対して、0.01〜5重量部が好ましく、さらに好ましくは0.02〜3重量部、特に好ましいのは、0.05〜2重量部である。添加量が0.01未満では、難燃性向上の効果が小さかったり、5重量部を超えると成形性などが低下したりするため好ましくない。
【0100】
さらに本発明の難燃性樹脂組成物は、さらに強化充填剤を組み合わせて強化材料としてもよい。強化充填剤を添加することで、さらに耐熱性、機械的強度などの向上をはかることができる。強化充填剤の具体例としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、などの繊維状充填剤、ガラスビーズ、ガラスフレーク、タルク、マイカ、カオリン、ワラストナイト、スメクタイト、珪藻土、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウムなどが挙げられる。強化充填剤として特に好ましくは、珪酸塩化合物および/または繊維状強化剤である。
【0101】
珪酸塩化合物としては、化学組成にしてSiO2単位を含む粉体状、粒状、針状、板状などの形状を持つ化合物であって、例えば、タルク、マイカ、珪酸マグネシウム、珪酸アルミニウム、珪酸カルシウム、ワラストナイト、カオリン、珪藻土、スメクタイトなどが挙げられ、天然であっても合成されたものであってもよい。なかでもタルク、マイカ、スメクタイトが好ましい。該珪酸塩化合物の平均径[顕微鏡写真を画像処理することにより求められる円に換算した場合の粒径]には特に制限はないが、好ましい平均径としては、0.01〜100μmであり、さらに好ましくは、0.1〜50μm、さらに好ましくは0.3〜40μmである。平均粒径が0.01μm未満では強度改善効果が十分でなく、100μmを超えると、靭性が低下する傾向がある。
【0102】
さらに該珪酸塩化合物は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の表面処理剤で処理されていてもよい。該シラン系カップリング剤としては例えばエポキシ系シラン、アミノ系シラン、ビニル系シランなどが挙げられ、チタネート系カップリング剤としては、例えばモノアルコキシ型、キレート型、コーディネート型などのものが挙げられる。
【0103】
珪酸塩化合物を表面処理剤で処理する方法には特に限定はなく、通常の方法で実施しうる。例えば、層状珪酸塩に該表面処理剤を添加し、溶液中であるいは加熱しながら撹拌あるいは混合することで行える。
【0104】
繊維状強化剤としては、ガラス繊維、カーボン繊維が挙げられる。繊維状強化剤を用いる場合、作業性の面から、集束剤にて処理されたチョップドストランドガラス繊維を用いるのが好ましい。また、樹脂と繊維状強化剤との密着性を高めるため、繊維状強化剤の表面をカップリング剤で処理したものが好ましく、バインダーを用いたものであってもよい。カップリング剤としては、上記と同様の化合物を挙げることができる。
【0105】
該強化充填剤にガラス繊維を用いる場合、直径1〜20μm、長さ0.01〜50mm程度が好ましい。繊維長が短すぎると強化の効果が十分でなく、逆に、長すぎると成形品の表面性や押出加工性、成形加工性が悪くなるので好ましくない。
【0106】
強化充填剤は一種あるいは2種以上混合して用いることができる。2種以上混合して用いる場合は特に制限はないが、好ましい組み合わせとしては、カオリン、スメクタイトおよび、ガラス繊維から選ばれる2種以上の強化充填剤である。
【0107】
強化充填剤の添加量は、本発明の特性を損なわない限り制限はないが、ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部に対して、0.5〜100重量部が好ましく、さらに好ましくは、1〜60重量部、特に2〜40重量部が好ましい。添加量が0.5重量部未満では機械的強度向上効果が小さく、100重量部を超えると、加工性や耐衝撃性などの特性を損なう傾向にある。
【0108】
本発明の難燃性樹脂組成物には、本発明を損なわない範囲でさらに他の任意の熱可塑性あるいは熱硬化性の樹脂、例えば液晶ポリエステル系樹脂、ポリエステルエステルエラストマー系樹脂、ポリエステルエーテルエラストマー系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリフェニレンエーテル系樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリサルホン系樹脂、等を一種あるいは2種以上あわせて添加しても良い。
【0109】
また本発明の難燃性樹脂組成物をより高性能な物にするため、フェノール系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤、等の酸化防止剤、リン系安定剤、等の熱安定剤、等を1種または2種類以上併せて使用することが好ましい。さらに必要に応じて、通常良く知られた、滑剤、離型剤、可塑剤、リン系以外の難燃剤、硼酸亜鉛などの難燃助剤、紫外線吸収剤、光安定剤、顔料、染料、帯電防止剤、導電性付与剤、分散剤、相溶化剤、抗菌剤、等の添加剤を1種または2種類以上併せて使用することが出来る。
【0110】
本発明の組成物の製造方法は特に限定されるものではない。例えば上記成分、及び他の添加剤、樹脂、等を必要に応じて乾燥後、単軸、2軸等の押出機のような溶融混練機にて、溶融混練する方法等により製造することができる。また、配合剤が液体である場合は、液体供給ポンプなどを用いて2軸押出機に途中添加して製造することもできる。
【0111】
本発明の難燃性樹脂組成物の成形加工法は特に限定されるものではなく、ポリカーボネート系樹脂について一般に用いられている成形法、例えば射出成形、ブロー成形、押出成形、真空成形、プレス成形、カレンダー成形、発泡成形、等が適用できる。
【0112】
本発明の難燃性樹脂組成物は、種々の用途に好適に使用される。好ましい用途としては、家電、OA機器部品、自動車部品などの射出成形品、ブロー成形品、押出成形品、発泡成形品、などが挙げられる。
【0113】
【実施例】
以下、本発明を実施例によって詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、以下では特にことわりがない限り、「部」は重量部を、「%」は重量%を意味する。
【0114】
なお、シリコーン化合物(B)の分析方法は以下の方法を用いた。
[平均組成式]
溶媒重クロロホルムにてサンプルを溶解し、水素、炭素、ケイ素のNMRにて、それぞれの割合を算出した。
【0115】
さらに、ポリオルガノシロキサングラフト共重合体(C)の構造は以下の方法で分析した。
[重合転化率]
ラテックスを120℃の熱風乾燥器で1時間乾燥して固形成分量を求めて、100×固形成分量/仕込み単量体量(%)で算出した。
【0116】
[トルエン不溶分量]
ラテックスから乾燥させて得られたポリオルガノシロキサン粒子の固体0.5gを室温にてトルエン80mlに24時間浸漬し、12000rpmにて60分間遠心分離してポリオルガノシロキサン粒子のトルエン不溶分の重量分率(%)を測定した。
【0117】
[グラフト率]
グラフト共重合体1gを室温にてアセトン80mlに48時間浸漬し、12000rpmにて60分間遠心分離して求めたグラフト共重合体の不溶分量(w)を求め、次式によりグラフト率を算出した。
グラフト率(%)=100×{(w−1×グラフト共重合体中のポリオルガノシロキサン成分分率)/(1×グラフト共重合体中のポリオルガノシロキサン成分分率)}
【0118】
[平均粒子径]
ポリオルガノシロキサン粒子およびグラフト共重合体の平均粒子径をラテックスの状態で測定した。測定装置として、リード&ノースラップインスツルメント(LEED&NORTHRUP INSTRUMENTS)社製のMICROTRAC UPAを用いて、光散乱法により数平均粒子径(μm)および粒子径分布の変動係数(標準偏差/数平均粒子径(%))を測定した。
【0119】
(製造例1):芳香族基含有オルガノシロキサン化合物(B1)の製造
メチルトリクロロシラン(177g)、フェニルトリクロロシラン(902g)、溶媒としてメチルイソブチルケトン2500mlを5Lフラスコに計りとり、純水(1040g)を内温を0〜10℃の範囲に調節しつつ4時間かけて徐々に添加した。添加終了後、トリメチルクロロシラン(321g)を滴下し、その後60℃で3時間攪拌した。得られた反応混合物は中性になるまで水洗し、分離した有機相を減圧下溶媒を留去することにより目的のオルガノシロキサン化合物(B1)を得た。NMR分析から、平均組成式(1)で表される構成比率がm=0.61、n=0.67であり、従って、m+n=1.28、n/m=1.1と算出できた。
【0120】
(製造例2):芳香族基含有オルガノシロキサン化合物(B2)の製造
ジフェニルジメトキシシラン(1200g)、多摩化学工業社製Mシリケート51(578g)、メタノール(435g)を5Lフラスコに計りとり、0.1N−HCl(338g)を滴下した。反応混合物が均一化した後、100〜120℃でメタノールを6時間かけて留去させた。その後トルエン(2L)を加え、トリメチルクロロシラン(533g)を加えて、60℃で3時間攪拌した。得られた反応混合物は中性になるまで水洗し、分離した有機相を減圧下溶媒を留去することにより目的のオルガノシロキサン化合物(B2)を得た。NMR分析から、平均組成式(1)で表される構成比率がm=0.71、n=0.76であり、従って、m+n=1.47、n/m=1.1と算出できた。
【0121】
(参考製造例1):芳香族基含有オルガノシロキサン化合物(B3)の製造
メチルトリクロロシラン(637g)、フェニルトリクロロシラン(250g)、溶媒としてメチルイソブチルケトン2500mlを5Lフラスコに計りとり、純水(1040g)を内温を0〜10℃の範囲に調節しつつ4時間かけて徐々に添加した。添加終了後、トリメチルクロロシラン(321g)を滴下し、その後60℃で3時間攪拌した。得られた反応混合物は中性になるまで水洗し、分離した有機相を減圧下溶媒を留去することにより目的のオルガノシロキサン化合物(B3)を得た。NMR分析から、平均組成式(1)で表される構成比率がm=1.10、n=0.19であり、従って、m+n=1.29、n/m=0.17と算出できた。
【0122】
(製造例3):ポリオルガノシロキサングラフト共重合体(C1)の製造
次の成分からなる水溶液をホモミキサーにより10000rpmで5分間撹拌してエマルションを調製した。
成分 量(部)
純水 251
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム(SDBS) 0.5
オクタメチルシクロテトラシロキサン(D4) 100
γ−アクリロイルオキシプロピルジメトキシメチルシラン(DSA) 5
【0123】
このエマルションを撹拌機、還流冷却器、窒素吹込口、単量体追加口、温度計を備えた5口フラスコに一括して仕込んだ。系を撹拌しながら、10%ドデシルベンゼンスルホン酸(DBSA)水溶液1部(固形分)を添加し、80℃に約40分かけて昇温後、80℃で6時間反応させた。その後、25℃に冷却して、20時間放置後、系のpHを水酸化ナトリウムで6.8に戻して重合を終了し、ポリオルガノシロキサン粒子を含むラテックスを得た。重合転化率は87%、ポリオルガノシロキサン粒子のラテックスの平均粒子径は0.15%であり、トルエン不溶分量は0%であった。次に、撹拌機、還流冷却器、窒素吹込口、単量体追加口および温度計を備えた5口フラスコに、純水300部、ナトリウムホルムアルデヒドスルホキシレート(SFS)0.2部、エチレンジアミン4酢酸2ナトリウム(EDTA)0.01部、硫酸第一鉄0.0025部および前記ポリオルガノシロキサン粒子65部を仕込み、系を撹拌しながら窒素気流下に60℃まで昇温させた。60℃到達後、MMA35部とラジカル重合開始剤としてクメンヒドロパーオキシド0.11部を含む混合物を、4時間かけて滴下添加したのち、60℃で1時間撹拌を続けることによってグラフト共重合体のラテックスを得た。
【0124】
つづいて、ラテックスを純水で希釈し、固形分濃度を15%にしたのち、10%塩化カルシウム水溶液2部(固形分)を添加して、凝固スラリーを得た。凝固スラリーを80℃まで加熱したのち、50℃まで冷却して脱水後、乾燥させてポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C1)の粉体を得た。重合転化率98%、平均粒子径、グラフト率は42%であった。なお、PMMAの溶解度パラメーターは9.25(cal/cm3)1/2である。
【0125】
その他の使用原料は以下のものを使用した。
ポリカーボネート樹脂:粘度平均分子量が約22000のビスフェノールA型ポリカーボネート樹脂(PC1)、粘度平均分子量が約19000のビスフェノールA型ポリカーボネート樹脂(PC2)、および粘度平均分子量が約17000のビスフェノールA型ポリカーボネート樹脂(PC3)
ポリエチレンテレフタレート樹脂:対数粘度が0.70のポリエチレンテレフタレート樹脂
有機アルカリ金属塩:パーフロオロブタンスルホン酸カリウム(M1)
テフロン(登録商標)樹脂:テトラフルオロエチレン(ダイキン工業製ポリフロンFA−500)(PTFE)
【0126】
(実施例1)
樹脂組成物の調製
ポリカーボネート樹脂(PC1)100重量部、製造例1で製造したシリコーン化合物(B1)2重量部、製造例3で製造したポリオルガノシロキサングラフト共重合体(C1)1重量部並びに、リン系及びフェノール系安定剤としてそれぞれアデカスタブHP−10及びAO−60(いずれも旭電化製で商品名)各0.1重量部、PTFE0.2重量部、を予めドライブレンドした後、シリンダー温度を270℃に設定したベント付き二軸押出機[TEX44(商品名):日本製鋼所製]のホッパーに供給し溶融押出することにより、樹脂組成物を得た。
【0127】
流動性評価
シリンダー温度280℃、金型温度50℃、射出圧力1050kg/cm2、3mm厚で評価した。
試験片の作成
得られたペレットを120℃にて5時間乾燥させた後、35t射出成形機を用い、シリンダー温度310℃、金型温度50℃にて厚み1.6mm、3.2mmバー(幅12mm、長さ127mm)を作成して下記の評価を行った。結果を表1に示す。
【0128】
難燃性評価
UL−94規格に従い、1.6mmバーの難燃性をV試験で評価した。
耐衝撃性評価
ASTM D−256に従い、厚み3.2mmバーの23℃ノッチ付きアイゾット衝撃試験で評価した。
【0129】
(実施例2〜22及び比較例1〜17)
樹脂、シリコーン化合物、ポリオルガノシロキサングラフト共重合体、有機アルカリ金属塩の種類および添加量を変えて、実施例1と同様にして樹脂組成物を得た。こうして得られたペレットから、上と同様にして評価を行った。評価結果を表1〜表5に示す。
【0130】
【表1】
【0131】
【表2】
【0132】
【表3】
【0133】
【表4】
【0134】
【表5】
【0135】
表1〜3で示すように、各実施例の樹脂組成物は、良好な流動性、高度の難燃性、すぐれた耐衝撃性のすべてを満足している。
一方、表4〜5で示すように、各比較例の樹脂組成物は、いずれかの性質が十分なレベルに到達していない。
【0136】
【発明の効果】
本発明の難燃性樹脂組成物は、以上の構成よりなるので、高度の難燃性と良好な流動性を併せ持ち、かつ、耐衝撃性にも優れた成形体を与えることができる。このような難燃性樹脂組成物は工業的に非常に有用である。
Claims (4)
- ポリカーボネート系樹脂(A)100重量部、
平均組成式(1)
R1 mR2 nSiO(4−m−n)/2 (1)
(式中、R1は炭素数が1〜4の一価の脂肪族炭化水素基を表し、R2は炭素数が6〜24の一価の芳香族炭化水素基を表す。R1、R2はそれぞれ2種類以上存在していても良い。mとnは、1.1≦m+n≦1.7、及び、0.4≦n/m≦2.5を満たす数を表す。)で表されるシリコーン化合物(B)0.1〜20重量部、並びに
ポリオルガノシロキサン粒子(c−1)の存在下にビニル系単量体(c−2)をグラフト重合して得られるポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)0.1〜20重量部を含有することを特徴とする難燃性樹脂組成物。 - 平均組成式(1)で表されるシリコーン化合物(B)が、R3SiO3/2単位(式中、R3は炭素数1〜4のアルキル基及び炭素数6〜24の芳香族基からなる群より選択され、同一であっても、異なってもよい)並びにSiO2単位の合計が全Si原子中の20モル%以上を占めるものである請求項1記載の難燃性樹脂組成物。
- ポリオルガノシロキサン含有グラフト共重合体(C)が、平均粒子径0.008〜0.6μmのポリオルガノシロキサン粒子(c−1)40〜90重量%の存在下にビニル系単量体(c−2)60〜10重量%を合計量が100重量%となるようにグラフト重合して得られるものであり、かつ該ビニル系単量体(c−2)が、該ビニル系単量体の重合体の溶解度パラメーターが9.15〜10.15(cal/cm3)1/2を示すものである請求項1又は2記載の難燃性樹脂組成物。
- さらに有機アルカリ金属塩及び/又は有機アルカリ土類金属塩(D)0.01〜5重量部を含有する請求項1〜3いずれか1項に記載の難燃性樹脂組成物。
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