(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024140630
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】樹脂組成物、ペレット、成形品および樹脂組成物の製造方法
(51)【国際特許分類】
C08L 67/02 20060101AFI20241003BHJP
C08K 7/06 20060101ALI20241003BHJP
C08J 3/22 20060101ALI20241003BHJP
C08J 5/00 20060101ALI20241003BHJP
C08J 5/04 20060101ALI20241003BHJP
B29B 7/00 20060101ALI20241003BHJP
B29B 9/02 20060101ALI20241003BHJP
B29C 45/00 20060101ALI20241003BHJP
【FI】
C08L67/02
C08K7/06
C08J3/22
C08J5/00
C08J5/04
B29B7/00
B29B9/02
B29C45/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023051864
(22)【出願日】2023-03-28
(71)【出願人】
【識別番号】000006035
【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000109
【氏名又は名称】弁理士法人特許事務所サイクス
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 隆行
(72)【発明者】
【氏名】小林 莉奈
(72)【発明者】
【氏名】▲徳▼丸 裕士
【テーマコード(参考)】
4F070
4F071
4F072
4F201
4F206
4J002
【Fターム(参考)】
4F070AA47
4F070AB09
4F070AB11
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4J002CF061
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4J002GC00
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4J002GQ00
(57)【要約】
【課題】 ポリエステル樹脂と再生炭素繊維を用いた樹脂組成物であって、得られる成形品の離型抵抗が小さい樹脂組成物、ペレット、成形品および樹脂組成物の製造方法の提供。
【解決手段】 ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含む樹脂組成物であって、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含む、樹脂組成物。
【選択図】 なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含む樹脂組成物であって、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含む、樹脂組成物。
【請求項2】
ポリエステル樹脂100質量部に対し、再生炭素繊維の含有量が5~70質量部である、請求項1に記載の樹脂組成物。
【請求項3】
ポリエチレンテレフタレート樹脂がイソフタル酸に由来する単位を含み、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に含まれるジカルボン酸成分に由来する全単位中、イソフタル酸に由来する単位が0.5モル%以上15モル%以下である、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
【請求項4】
ポリエチレンテレフタレート樹脂がリサイクル品を含む、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
【請求項5】
さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、核剤を0.01~10質量部の割合で含む、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
【請求項6】
さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、請求項1または2に記載の樹脂組成物。
【請求項7】
ポリエステル樹脂がさらにポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、請求項6に記載の樹脂組成物。
【請求項8】
ポリエステル樹脂100質量部に対し、再生炭素繊維の含有量が5~70質量部であり、
ポリエチレンテレフタレート樹脂がイソフタル酸に由来する単位を含み、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に含まれるジカルボン酸成分に由来する全単位中、イソフタル酸に由来する単位が0.5モル%以上15モル%以下であり、
ポリエチレンテレフタレート樹脂がリサイクル品を含み、
さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、核剤を0.01~10質量部の割合で含み、
さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、
請求項1に記載の樹脂組成物。
【請求項9】
ポリエステル樹脂がさらにポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、請求項8に記載の樹脂組成物。
【請求項10】
請求項1、2、8または9に記載の樹脂組成物のペレット。
【請求項11】
請求項1、2、8または9に記載の樹脂組成物から形成された成形品。
【請求項12】
ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含み、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含み、さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、樹脂組成物の製造方法であって、
カーボンブラックをポリエステル樹脂で予め混合したマスターバッチとして配合して溶融混練することを含む、樹脂組成物の製造方法。
【請求項13】
前記マスターバッチに用いるポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、請求項12に記載の樹脂組成物の製造方法。
【請求項14】
前記樹脂組成物が請求項1、2、8または9に記載の樹脂組成物である、請求項12または13に記載の樹脂組成物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、樹脂組成物、ペレット、成形品および樹脂組成物の製造方法に関する。特に、ポリエステル樹脂を主要成分とする樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
ポリエステル樹脂は、各種の機器部品に広く用いられている。特に、ポリエステル樹脂から形成される成形品の機械的強度を高めるため、強化繊維を用いることが広く行われている。このような強化繊維の代表例の1つが炭素繊維である。このような例として、特許文献1が知られている。
一方、限りある資源の有効活用の観点から、炭素繊維を再利用することが検討されている。再生炭素繊維としては、例えば、特許文献2、特許文献3に記載のものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開昭51-109056号公報
【特許文献2】特開2016-041800号公報
【特許文献3】国際公開第2018/212016号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、ポリエステル樹脂に再生炭素繊維を配合すると、金型を用いて成形したときの離型抵抗が大きくなってしまう場合があることが分かった。
本発明は、かかる課題を解決することを目的とするものであって、ポリエステル樹脂と再生炭素繊維を用いた樹脂組成物であって、得られる成形品の離型抵抗が小さい樹脂組成物、ペレット、成形品および樹脂組成物の製造方法について提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
上記課題のもと、本発明者が検討を行った結果、所定量の鉄元素を含むポリエステル樹脂と再生炭素繊維を用いることにより、上記課題を解決しうることを見出した。
具体的には、下記手段により上記課題は解決された。
<1>ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含む樹脂組成物であって、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含む、樹脂組成物。
<2>ポリエステル樹脂100質量部に対し、再生炭素繊維の含有量が5~70質量部である、<1>に記載の樹脂組成物。
<3>ポリエチレンテレフタレート樹脂がイソフタル酸に由来する単位を含み、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に含まれるジカルボン酸成分に由来する全単位中、イソフタル酸に由来する単位が0.5モル%以上15モル%以下である、<1>または<2>に記載の樹脂組成物。
<4>ポリエチレンテレフタレート樹脂がリサイクル品を含む、<1>~<3>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<5>さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、核剤を0.01~10質量部の割合で含む、<1>~<4>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<6>さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<7>ポリエステル樹脂がさらにポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、<1>~<6>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<8>ポリエステル樹脂100質量部に対し、再生炭素繊維の含有量が5~70質量部であり、ポリエチレンテレフタレート樹脂がイソフタル酸に由来する単位を含み、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に含まれるジカルボン酸成分に由来する全単位中、イソフタル酸に由来する単位が0.5モル%以上15モル%以下であり、ポリエチレンテレフタレート樹脂がリサイクル品を含み、さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、核剤を0.01~10質量部の割合で含み、さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、<1>~<7>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<9>ポリエステル樹脂がさらにポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、<1>~<8>のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
<10><1>~<9>のいずれか1つに記載の樹脂組成物のペレット。
<11><1>~<9>のいずれか1つに記載の樹脂組成物から形成された成形品。
<12>ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含み、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含み、さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、樹脂組成物の製造方法であって、カーボンブラックをポリエステル樹脂で予め混合したマスターバッチとして配合して溶融混練することを含む、樹脂組成物の製造方法。
<13>前記マスターバッチに用いるポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレート樹脂を含む、<12>に記載の樹脂組成物の製造方法。
<14>前記樹脂組成物が<1>~<9>のいずれか1つに記載の樹脂組成物である、<12>または<13>に記載の樹脂組成物の製造方法。
【発明の効果】
【0006】
本発明により、ポリエステル樹脂と再生炭素繊維を用いた樹脂組成物であって、得られる成形品の離型抵抗が小さい樹脂組成物、ペレット、成形品および樹脂組成物の製造方法について提供可能になった。
【発明を実施するための形態】
【0007】
以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という)について詳細に説明する。なお、以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明は本実施形態のみに限定されない。
なお、本明細書において「~」とはその前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
本明細書において、各種物性値および特性値は、特に述べない限り、23℃におけるものとする。
【0008】
本明細書において、重量平均分子量は、特に述べない限り、東ソー社製HLC-8320GPC EcoSECを使用し、溶媒としてテトラヒドロフランを用い、カラムとしてShodex KF-G,KF-805L×3,KF-800Dを使用し、カラム温度40℃で流量1.2mL/minでGPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィ)法により測定し、検出波長254nmにて検出したポリスチレン換算値である。
本明細書で示す規格で説明される測定方法等が年度によって異なる場合、特に述べない限り、2023年1月1日時点における規格に基づくものとする。
【0009】
本実施形態の樹脂組成物は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含む樹脂組成物であって、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含むことを特徴とする。このような構成とすることにより、得られる成形品の離型抵抗を小さくすることができる。特に、樹脂組成物にカーボンブラックを配合し、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂を配合することにより、顕著に低い離型抵抗が達成される。
この理由は、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄を含むことにより、固化速度が速くなり、離型抵抗が向上したと推測される。さらに、ポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、ポリブチレンテレフタレート樹脂を配合することにより、ポリブチレンテレフタレート樹脂がポリエチレンテレフタレート樹脂よりも結晶化速度が速いため、より固化が促進されたと推測される。また、本実施形態の樹脂組成物から形成された成形品は、収縮率も低くすることができる。この理由は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むことで結晶性が抑制されたためと推測される。さらに、本実施形態の樹脂組成物から形成された成形品は、機械的強度も高くすることができる。前記機械的強度は、再生炭素繊維を配合することに加え、ポリエチレンテレフタレート樹脂が一定の共重合体単位を有すること、あるいは、固有粘度が高いこと等によって達成される。
【0010】
<ポリエステル樹脂>
本実施形態で用いるポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含み、前記ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含む。このような構成とすることにより、得られる成形品の離型抵抗を小さくできる。
本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂として、少なくとも、ポリエチレンテレフタレート樹脂(以下、「PET」ということがある)を含む。本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、ジカルボン酸とジオールを主たる単位とする樹脂である。
また、本実施形態の樹脂組成物においては、ポリエステル樹脂として、ポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、他のポリエステル樹脂(特に、アルキレンテレフタレート樹脂、好ましくはポリブチレンテレフタレート樹脂)を含んでいてもよい。
【0011】
<<ポリエチレンテレフタレート樹脂>>
本実施形態の樹脂組成物はポリエチレンテレフタレート樹脂を含む。
ポリエチレンテレフタレート樹脂、特に、リサイクル品(PETボトル由来のリサイクルPET等)は、不純物として金属元素を含むことがある。これは、反応釜や、リサイクルPETの場合は、カッター等にも由来する。従来このような金属元素、特に、鉄元素は、磁性物であることから含まない方がよいと考えられていたが、本実施形態の樹脂組成物では、あえて、少量の鉄元素を含むことにより、得られる成形品の離型抵抗を低くできることを見出したものである。
【0012】
本実施形態において、鉄元素は本実施形態の樹脂組成物中で結晶核剤として働き、特に鉄元素が前記樹脂組成物を成形して得られる成形品の離型性向上に寄与すると推定される。なお、本実施形態においては、リサイクルPETに限らず、バージンPETであって所定量の鉄元素を含むPETも好ましく用いられることは言うまでもない。
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂における鉄元素の量は、1.0μg/g以上であるが、1.2μg/g以上であることが好ましく、1.4μg/g以上であることがより好ましく、用途等に応じて、1.6μg/g以上であることがさらに好ましく、1.8μg/g以上であることが一層好ましく、2.4μg/g以上であることがより一層好ましい。前記ポリエチレンテレフタレート樹脂における鉄元素の量は、100μg/g以下であり、90μg/g以下であることが好ましく、80μg/g以下であることがより好ましく、50μg/g以下であることがさらに好ましく、20μg/g以下であることが一層好ましく、10μg/g以下であることがより一層好ましく、5μg/g以下であることがさらに一層好ましく、4.5μg/g以下であることが特に一層好ましい。
【0013】
なお、PET中の鉄元素の定性/半定量分析(μg/g)は、ICP発光分析法によって行う。詳細は、後述する実施例の記載に従う。
【0014】
また、本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、イソフタル酸に由来する単位を含み、かつ、ポリエチレンテレフタレート樹脂に含まれるジカルボン酸成分に由来する全単位中、イソフタル酸に由来する単位(以下、「イソフタル酸単位」と記すことがある。)が0.5モル%以上15モル%以下であることが好ましい。このような特定のポリエチレンテレフタレート樹脂を用いることにより、全体としての結晶化を抑制でき、成形収縮率が小さくなり、耐衝撃性がより高い成形品が得られる傾向にある。
【0015】
前記イソフタル酸単位の割合は、ジカルボン酸成分に由来する全単位中、0.7モル%以上であることが好ましく、0.9モル%以上であることがより好ましく、1.1モル%以上であることがさらに好ましく、1.3モル%以上であることが一層好ましく、1.5モル%以上であることがより一層好ましい。また、前記イソフタル酸単位の割合は、ジカルボン酸成分に由来する全単位中、10モル%以下であることが好ましく、8.0モル%以下であることがより好ましく、5.0モル%以下であることがさらに好ましい。
【0016】
ポリエチレンテレフタレート樹脂の固有粘度は、0.50dL/g以上であることが好ましく、0.60dL/g以上であることがより好ましい。前記下限値以上とすることにより、得られる成形品の耐衝撃性がより向上し、収縮率が小さくなる傾向にある。この理由は、分子量が大きくなることで分子の絡み合いが増加しやすくなるためと推測される。また、ポリエチレンテレフタレート樹脂の固有粘度は、2.0dL/g以下であることが好ましく、1.5dL/g以下であることがより好ましく、1.2dL/g以下であることがさらに好ましく、0.95dL/g以下であることが一層好ましく、0.85dL/g以下であることがより一層好ましく、0.84dL/g以下であることがさらに一層好ましい。前記上限値以下とすることにより、溶融混練時や成形時での溶融粘度が高すぎることなく、押出し機や成形機への負荷が低減される傾向にある。
本実施形態の樹脂組成物がポリエチレンテレフタレート樹脂を2種以上含む場合、固有粘度は、混合物の固有粘度とする。
固有粘度は、後述する実施例の記載に従って測定される。
【0017】
ポリエチレンテレフタレート樹脂の、JIS K7210(温度265℃、荷重5kgf)に準拠して測定されるメルトボリュームレイト(MVR)は、10cm3/10分以上であることが好ましく、20cm3/10分以上であることがより好ましく、また、100cm3/10分以下であることが好ましく、50cm3/10分以下であることがより好ましい。
【0018】
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂におけるテレフタル酸およびイソフタル酸以外の酸成分としては、ナフタレンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルスルホンジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,3-フェニレンジオキシジ酢酸およびこれらの構造異性体、マロン酸、コハク酸、アジピン酸等のジカルボン酸およびその誘導体、p-ヒドロキシ安息香酸、グリコール酸等のオキシ酸またはその誘導体が挙げられる。
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸単位およびイソフタル酸単位が全ジカルボン酸単位の80モル%以上を占めることが好ましく、95モル%以上を占めることがより好ましく、98モル%以上を占めることがさらに好ましく、99モル%以上を占めることが一層好ましい。
【0019】
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂におけるエチレングリコール以外のジオール成分としては、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,4-ブタンジオール、ペンタメチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、ネオペンチルグリコール等の脂肪族グリコール、シクロヘキサンジメタノール等の脂環式グリコール、ビスフェノールA、ビスフェノールS等の芳香族ジヒドロキシ化合物誘導体等が挙げられる。
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、エチレングリコール単位が全ジオール単位の80モル%以上を占めることが好ましく、95モル%以上を占めることがより好ましく、98モル%以上を占めることがさらに好ましく、99モル%以上を占めることが一層好ましい。
【0020】
さらに、ポリエチレンテレフタレート樹脂は、分岐成分、例えばトリカルバリル酸、トリメリシン酸、トリメリット酸等の如き三官能、もしくはピロメリット酸の如き四官能のエステル形成性能を有する酸、またはグリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリトリット等の如き三官能もしくは四官能のエステル形成能を有するアルコールを、例えば1.0モル%以下、好ましくは0.5モル%以下、さらに好ましくは0.3モル%以下を共重合せしめたものであってもよい。
【0021】
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸単位、イソフタル酸単位、および、エチレングリコール単位が末端基を除く全単位の90モル%以上を占めることが好ましく、95モル%以上を占めることがより好ましく、98モル%以上を占めることがさらに好ましく、99モル%以上を占めることが一層好ましい。
【0022】
また、ポリエチレンテレフタレート樹脂の末端カルボキシル基量は適宜選択して決定すればよいが、通常、60eq/ton以下であり、50eq/ton以下であることが好ましく、30eq/ton以下であることがさらに好ましい。末端カルボキシル基量の下限値は特に定めるものではないが、ポリエチレンテレフタレート樹脂の製造の生産性を考慮し、5eq/ton以上が好ましい。
なお、ポリエチレンテレフタレート樹脂の末端カルボキシル基濃度は、ベンジルアルコール25mLにポリエチレンテレフタレート樹脂0.5gを溶解し、水酸化ナトリウムの0.01モル/Lベンジルアルコール溶液を使用して滴定することにより求める値である。
末端カルボキシル基量を調整する方法としては、重合時の原料仕込み比、重合温度、減圧方法などの重合条件を調整する方法や、末端封鎖剤を反応させる方法等、従来公知の任意の方法により行えばよい。
【0023】
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂としては、リサイクルPET、特にPETボトル由来のリサイクルPETを使用することが好ましい。また、原料の少なくとも一部が生物資源(バイオマス)由来であるポリエチレンテレフタレート樹脂(バイオPET)を用いてもよい。
リサイクルPETとしては、回収された使用済PETボトルやフィルム等を粉砕、水洗浄やアルカリ洗浄して繊維等に再利用するマテリアルリサイクルにより得られたもの、ケミカルリサイクル(化学分解法)より得られたものおよびメカニカルリサイクルにより得られたもの等が挙げられる。
ケミカルリサイクルは、回収された使用済PETボトルやフィルム等を化学分解して、原料レベルに戻してポリエチレンテレフタレート樹脂を再合成するものである。一方、メカニカルリサイクルは、上述したマテリアルリサイクルにおけるアルカリ洗浄をより厳密に行うこと、あるいは高温で真空乾燥すること等によって、マテリアルリサイクルよりもポリエチレンテレフタレート樹脂の汚れを確実に取り除くことを可能にした手法である。
例えば、使用済PETボトルからは、異物が取り除かれた後に、粉砕・洗浄され、次に押出機によりペレット化された後に、約120~150℃環境下で結晶化され、さらにその後、窒素気流下または高減圧下において約210℃環境下で固相重合されて、リサイクルPETが得られる。
バイオPETとしてはPETの原料であるモノエチレングリコールをさとうきび由来のバイオ原料に替えて製造されたPETが挙げられる。
【0024】
<<ポリブチレンテレフタレート樹脂>>
本実施形態の樹脂組成物は、また、ポリブチレンテレフタレート樹脂を含むことも好ましい。ポリブチレンテレフタレート樹脂を用いることにより、得られる成形品の離型抵抗をより低くすることができる傾向にある。
本実施形態の樹脂組成物に用いるポリブチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸単位および1,4-ブタンジオール単位がエステル結合した構造を有するポリエステル樹脂であって、ポリブチレンテレフタレート樹脂(ホモポリマー)の他に、テレフタル酸単位および1,4-ブタンジオール単位以外の、他の共重合成分を含むポリブチレンテレフタレート共重合体や、ホモポリマーとポリブチレンテレフタレート共重合体との混合物を含む。
【0025】
ポリブチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸以外のジカルボン酸単位を1種または2種以上含んでいてもよい。
他のジカルボン酸の具体例としては、イソフタル酸、オルトフタル酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、2,5-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、ビフェニル-2,2’-ジカルボン酸、ビフェニル-3,3’-ジカルボン酸、ビフェニル-4,4’-ジカルボン酸、ビス(4,4’-カルボキシフェニル)メタン、アントラセンジカルボン酸、4,4’-ジフェニルエーテルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸類、1,4-シクロへキサンジカルボン酸、4,4’-ジシクロヘキシルジカルボン酸等の脂環族ジカルボン酸類、および、アジピン酸、セバシン酸、アゼライン酸、ダイマー酸等の脂肪族ジカルボン酸類等が挙げられる。
本実施形態で用いるポリブチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸単位が全ジカルボン酸単位の80モル%以上を占めることが好ましく、90モル%以上を占めることがより好ましく、95モル%以上を占めることがさらに一層好ましく、99モル%以上であってもよい。
【0026】
ジオール単位としては、1,4-ブタンジオールの外に1種または2種以上の他のジオール単位を含んでいてもよい。
他のジオール単位の具体例としては、炭素数2~20の脂肪族または脂環族ジオール類、ビスフェノール誘導体類等が挙げられる。具体例としては、エチレングリコール、プロピレングリコール、1,5-ペンタンジオール、1,6-へキサンジオール、ネオペンチルグリコール、デカメチレングリコール、シクロヘキサンジメタノール、4,4’-ジシクロヘキシルヒドロキシメタン、4,4’-ジシクロヘキシルヒドロキシプロパン、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加ジオール等が挙げられる。また、上記のような二官能性モノマー以外に、分岐構造を導入するためトリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸、ペンタエリスリトール、トリメチロールプロパン等の三官能性モノマーや分子量調節のため脂肪酸等の単官能性化合物を少量併用することもできる。
本実施形態で用いるポリブチレンテレフタレート樹脂は、1,4-ブタンジオール単位が全ジオール単位の80モル%以上を占めることが好ましく、90モル%以上を占めることがより好ましく、95モル%以上を占めることがさらに一層好ましく、99モル%以上であってもよい。
【0027】
本実施形態で用いるポリエチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸単位、および、1,4-ブタンジオール単位が末端基を除く全単位の90モル%以上を占めることが好ましく、95モル%以上を占めることがより好ましく、98モル%以上を占めることがさらに好ましく、99モル%以上を占めることが一層好ましい。
ポリブチレンテレフタレート樹脂は、また、カルボン酸単位として、前記テレフタル酸以外のジカルボン酸1種以上および/またはジオール単位として、前記1,4-ブタンジオール以外のジオール1種以上を含むポリブチレンテレフタレート共重合体であってもよい。ポリブチレンテレフタレート樹脂が、共重合により変性したポリブチレンテレフタレート樹脂である場合、その具体的な好ましい共重合体としては、ポリアルキレングリコール類、特にはポリテトラメチレングリコールを共重合したポリエステルエーテル樹脂や、ダイマー酸共重合ポリブチレンテレフタレート樹脂、イソフタル酸共重合ポリブチレンテレフタレート樹脂が挙げられる。中でも、ポリテトラメチレングリコールを共重合したポリエステルエーテル樹脂を用いることが好ましい。
なお、ポリブチレンテレフタレート樹脂が共重合体である場合、共重合量が、ポリブチレンテレフタレート樹脂全単位中の1モル%以上、50モル%未満のものをいう。中でも、共重合量が、好ましくは2モル%以上50モル%未満、より好ましくは3~40モル%、さらに好ましくは5~20モル%である。このような共重合割合とすることにより、成形収縮率が小さくおよび耐衝撃性が高い成形品が得られるため好ましい。
【0028】
ポリブチレンテレフタレート樹脂は、末端カルボキシル基量は、適宜選択して決定すればよいが、通常、60eq/ton以下であり、50eq/ton以下であることが好ましく、30eq/ton以下であることがさらに好ましい。上記上限値以下とすることにより、耐アルカリ性および耐加水分解性が向上する傾向にある。末端カルボキシル基量の下限値は特に定めるものではないが、ポリブチレンテレフタレート樹脂の製造の生産性を考慮し、5eq/ton以上が好ましい。
【0029】
なお、ポリブチレンテレフタレート樹脂の末端カルボキシル基量は、ベンジルアルコール25mLにポリブチレンテレフタレート樹脂0.5gを溶解し、水酸化ナトリウムの0.01モル/Lのベンジルアルコール溶液を用いて滴定により測定する値である。末端カルボキシル基量を調整する方法としては、重合時の原料仕込み比、重合温度、減圧方法などの重合条件を調整する方法や、末端封鎖剤を反応させる方法等、従来公知の任意の方法により行えばよい。
【0030】
ポリブチレンテレフタレート樹脂の固有粘度は、0.5dL/g以上であることが好ましく、0.6dL/g以上であることがより好ましい。前記固有粘度は、2dL/g以下であることが好ましく、1.5dL/g以下であることがより好ましく、1.4dL/g以下であることがさらに好ましく、1.3dL/g以下であることがより一層好ましく、1.26dL/g以下であることがさらに一層好ましく、1.0dL/g以下、0.9dL/g以下であってもよい。前記上限値以下とすることにより、成形性がより向上する傾向にある。
本実施形態の樹脂組成物がポリブチレンテレフタレート樹脂を2種以上含む場合は、混合物の固有粘度とする。
固有粘度は、後述する実施例の記載に従って測定される。
【0031】
ポリブチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸を主成分とするジカルボン酸成分またはこれらのエステル誘導体と、1,4-ブタンジオールを主成分とするジオール成分を、回分式または連続式で溶融重合させて製造することができる。また、溶融重合で低分子量のポリブチレンテレフタレート樹脂を製造した後、さらに窒素気流下または減圧下固相重合させることにより、重合度(または分子量)を所望の値まで高めることもできる。
ポリブチレンテレフタレート樹脂は、テレフタル酸を主成分とするジカルボン酸成分と1,4-ブタンジオールを主成分とするジオール成分とを、連続式やバッチ式で溶融重縮合する製造法で得られたものが好ましい。
【0032】
エステル化反応を遂行する際に使用される触媒は、従来から知られているものであってよく、例えば、チタン化合物、錫化合物、マグネシウム化合物、カルシウム化合物等を挙げることができる。これらの中で特に好適なものは、チタン化合物である。エステル化触媒としてのチタン化合物の具体例としては、例えば、テトラメチルチタネート、テトライソプロピルチタネート、テトラブチルチタネート等のチタンアルコラート、テトラフェニルチタネート等のチタンフェノラート等を挙げることができる。
【0033】
本実施形態のポリエステル樹脂は、ポリエチレンテレフタレート樹脂が、ポリエチレン樹脂100質量%中、95質量%以上を占めることが好ましく、97質量%以上を占めることがより好ましく、99質量%以上を占めることがさらに好ましい。また、上限はポリエチレン樹脂100質量%中、100質量%であってもよい。
また、本実施形態のポリエステル樹脂が、ポリエチレンテレフタレート樹脂に加え他のポリエステル樹脂を含む場合のブレンド形態の他の一例は、ポリエチレンテレフタレート樹脂に加え、少なくとも、ポリブチレンテレフタレート樹脂を含むことである。本ブレンド形態におけるポリブチレンテレフタレート樹脂の質量比率は、ポリエステル樹脂100質量%中、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。前記下限値以上とすることにより、得られる成形品の離型抵抗が小さくなる傾向にある。本ブレンド形態におけるポリブチレンテレフタレート樹脂の質量比率は、樹脂組成物に含まれるポリエステル樹脂100質量%中、90質量%以下であってもよいし、用途等に応じては、50質量%以下、30質量%以下、10質量%以下、5質量%以下、3質量%以下であってもよい。
【0034】
本実施形態においては、着色剤(好ましくはカーボンブラック)をポリエステル樹脂でマスターバッチ化して配合してもよい。マスターバッチに含まれるポリエステル樹脂も、上記ポリエステル樹脂に含まれる。特に、本実施形態においては、ポリブチレンテレフタレート樹脂を用いてカーボンブラックをマスターバッチ化することが好ましい。
【0035】
本実施形態の樹脂組成物におけるポリエステル樹脂の含有量は、樹脂組成物100質量%中、30質量%以上であることが好ましく、40質量%以上であることがより好ましく、50質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることが一層好ましく、65質量%以上であることがより一層好ましい。前記下限値以上とすることにより、成形加工性(離型性)に優れ、前記樹脂組成物を成形して得られる成形品の耐衝撃性と機械物性がより良好となるため好ましく、また、成形品の離型性が良好になることから表面外観がさらに向上する傾向にある。また、本実施形態の樹脂組成物におけるポリエステル樹脂の含有量は、樹脂組成物100質量%中、85質量%以下であることが好ましく、80質量%以下であることがより好ましく、77質量%以下であることがさらに好ましい。前記上限値以下とすることにより、耐湿熱性がより向上する傾向にある。
本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0036】
<再生炭素繊維>
本実施形態の樹脂組成物は、再生炭素繊維を含む。
ここで、再生炭素繊維とは、例えば、使用済みの炭素繊維強化樹脂(航空機、車両、電気・電子機器等)や炭素繊維強化樹脂の製造工程から発生する炭素繊維強化樹脂の中間製品(プリプレグ)等の切れはしから回収された炭素繊維をいう。これに対し、バージン炭素繊維とは、一般的に、炭素繊維として販売されているものなど、再生炭素繊維ではない新品の炭素繊維である。
再生炭素繊維は、通常、表面に表面処理剤(集束剤を含む)を含まない。
【0037】
炭素繊維の種類は特に定めるものではないが、PAN系炭素繊維が好ましい。
【0038】
再生炭素繊維の数平均繊維長は、50μm以上であることが好ましく、100μm以上であることがより好ましく、また、再生炭素繊維の数平均繊維長は、1mm以下であることが好ましく、500μm以下であることがより好ましく、300μm以下であることがさらに好ましい。再生炭素繊維の数平均繊維長がこのような範囲にあることで、機械的物性がより向上した樹脂組成物が得られやすくなる。
再生炭素繊維の数平均繊維径は、3μm以上であることがより好ましく、4μm以上であることがさらに好ましく、また、10μm以下であることが好ましく、8μm以下であることがより好ましく、5μm以下であることがさらに好ましい。再生炭素繊維の数平均繊維径がこのような範囲にあることで、機械的物性がより向上した樹脂組成物が得られやすくなる。
再生炭素繊維の数平均繊維長および数平均繊維径は、任意の100個のサンプルについての繊維長/繊維径を測定し、その上限10%および下限10%のものを排除した後の平均値とする。
再生炭素繊維の断面は通常円形である。
【0039】
本実施形態において、再生炭素繊維は、樹脂(好ましくはエポキシ樹脂)由来の残渣を5質量%以上の割合で含むことが好ましく、8質量%以上であることがより好ましく、10質量%以上であることがさらに好ましく、12質量%以上であることが一層好ましい。前記下限値以上とすることにより、前記残渣が再生炭素繊維の集束剤としての機能を発揮し、得られる成形品の機械的強度をより向上させると推測される。また、再生炭素繊維は、樹脂(好ましくはエポキシ樹脂)由来の残渣を30質量%以下の割合で含むことが好ましく、25質量%以下の割合で含むことがより好ましく、22質量%以下であることがさらに好ましく、19質量%以下であることが一層好ましく、16質量%以下であることがより一層好ましく、14質量%以下であってもよい。前記上限値以下とすることにより、樹脂の残渣による機械的強度の低下を最低限に抑えながら、生産性向上の効果が得られやすくなる。
【0040】
前記樹脂由来の残渣は、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。添加剤としては、硬化剤、硬化助剤、内部離型剤、難燃剤、酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、着色剤等が挙げられる。
【0041】
本実施形態で用いる再生炭素繊維は、樹脂(好ましくはエポキシ樹脂)と炭素繊維の複合物を燃やすことによって得られる。樹脂(好ましくはエポキシ樹脂)由来の残渣の量は、連続の焼却炉で焼成すること、窒素雰囲気下で焼成すること、所定の温度で焼成すること等によって達成される。例えば、国際公開第2018/212016号の記載を参酌でき、この内容は本明細書に組み込まれる。
【0042】
本実施形態の樹脂組成物における再生炭素繊維の含有量は、ポリエステル樹脂100質量部に対して、通常5質量部以上であり、10質量部以上であることが好ましく、12質量部以上であることがより好ましく、さらには用途等に応じて、15質量部以上、18質量部以上、20質量部以上、24質量部以上であってもよい。前記下限値以上とすることにより、得られる成形品の強度がより向上する傾向にある。また、本実施形態の樹脂組成物における再生炭素繊維の含有量は、ポリエステル樹脂100質量部に対して、通常70質量部以下であり、60質量部以下であることが好ましく、50質量部以下であることがより好ましく、40質量部以下であることがさらに好ましく、35質量部以下であることが一層好ましい。前記上限値以下とすることにより、流動性により優れ、外観および平滑性がより良好な成形品を得られ易い。
【0043】
また、本実施形態の組成物は、再生炭素繊維を組成物中、実質的な炭素繊維の量換算で、5質量%以上の割合で含むことが好ましく、10質量%以上の割合で含むことがより好ましく、15質量%以上の割合で含むことがさらに好ましく、また、40質量%以下の割合で含むことが好ましく、35質量%以下の割合で含むことがより好ましく、30質量%以下の割合で含むことがさらに好ましく、25質量%以下であることが一層好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、再生炭素繊維を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0044】
本実施形態の樹脂組成物は、バージン炭素繊維を含んでいてもよいし、含んでいなくてもよい。本実施形態の樹脂組成物の一例は、バージン炭素繊維を再生炭素繊維の含有量の5~50質量%(好ましくは5~30質量%)の割合で含む態様である。また、本実施形態の組成物の他の一例は、バージン炭素繊維を再生炭素繊維の含有量の5質量%未満(好ましくは3質量%未満、より好ましくは1質量%未満)である態様である。
【0045】
<核剤>
本実施形態の樹脂組成物は核剤を含んでいてもよい。核剤を含むことにより、樹脂組成物の結晶化速度を調整することができる。核剤の種類は、特に限定されるものではないが、無機核剤であっても、有機核剤であってもよく、無機核剤がより好ましい。
無機核剤としては、タルク、窒化ホウ素、マイカ、カオリン、硫酸バリウム、リン酸ナトリウム、窒化珪素および二硫化モリブデン等が挙げられ、中でもタルク、硫酸バリウム、リン酸ナトリウムおよび窒化ホウ素が好ましく、さらにはタルクが樹脂組成物の剛性を高める傾向にあるためより好ましい。
【0046】
有機核剤としては、有機アルカリ金属塩が好ましく、芳香族カルボン酸または脂肪酸のアルカリ金属塩がより好ましく、脂肪酸(好ましくは炭素数5~50の脂肪酸)のアルカリ金属塩(好ましくはナトリウム塩、カリウム塩、より好ましくはナトリウム塩)がさらに好ましい。有機核剤の具体例としては、アイオノマー、安息香酸ナトリウム、パルミチン酸ナトリウム、ステアリン酸ナトリウム、ベヘン酸ナトリウム、モンタン酸ナトリウムが挙げられ、中でもステアリン酸ナトリウム、ベヘン酸ナトリウム、モンタン酸ナトリウムがより好ましく、モンタン酸ナトリウムが樹脂組成物の剛性と靭性のバランスが良好な傾向にあるためさらに好ましい。
【0047】
本実施形態の樹脂組成物が核剤を含む場合、その含有量は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましく、用途に応じて、例えば、特に離型性が求められる用途では、0.15質量部以上であることが一層好ましく、0.2質量部以上、1質量部以上、2質量部以上、2.5質量部以上、3質量部以上、3.5質量部以上であってもよい。前記下限値以上とすることにより、成形品の離型性、機械的強度が向上する傾向にある。また、前記核剤の含有量の上限は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、10質量部以下であることが好ましく、8質量部以下であることがより好ましく、6質量部以下であることがさらに好ましく、5質量部以下であることが一層好ましい。前記上限値以下にすることにより、樹脂の分解が抑制されることで、機械的強度が向上する傾向にある。
本実施形態の樹脂組成物は、核剤を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0048】
<着色剤>
本実施形態の樹脂組成物は、着色剤を含んでいてもよい。着色剤は、顔料であっても染料であってもよいが、顔料が好ましい。
本実施形態で用いうる着色剤としては、カーボンブラックが例示される。カーボンブラックの詳細は、特開2011-57977号公報の段落0021の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。また、本実施形態の樹脂組成物にカーボンブラック等の着色剤を配合する場合、マスターバッチを形成してから、ポリエステル樹脂等と混練することが好ましい。マスターバッチには、ポリエステル樹脂を用いることが好ましく、ポリブチレンテレフタレート樹脂を用いることがより好ましい。ポリブチレンテレフタレート樹脂を用いることにより樹脂組成物の結晶化がより効果的に促進される。特に、カーボンブラック等の着色剤の近い位置にポリブチレンテレフタレート樹脂が存在すると、結晶化促進効果がさらに効果的に発揮される。
マスターバッチ中の着色剤の割合は、5質量%以上であることが好ましく、10質量%以上であることがより好ましく、また、50質量%以下であることが好ましく、40質量%以下であることがより好ましい。
本実施形態の樹脂組成物が着色剤(好ましくはカーボンブラック)を含む場合、その含有量は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、0.01質量部以上であることが好ましく、0.1質量部以上であることがより好ましく、また、1質量部以下であることが好ましく、0.8質量部以下であることがより好ましく、0.6質量部であることがさらに好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、着色剤を、1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0049】
<他の成分>
本実施形態の樹脂組成物は、所望の諸物性を著しく損なわない限り、必要に応じて、上記したもの以外に他の成分を含有していてもよい。他成分の例を挙げると、各種樹脂添加剤などが挙げられる。なお、その他の成分は、1種が含有されていてもよく、2種以上が任意の組み合わせおよび比率で含有されていてもよい。
具体的には、反応性化合物、安定剤、離型剤、紫外線吸収剤、帯電防止剤、防曇剤、アンチブロッキング剤、流動性改良剤、可塑剤、分散剤、抗菌剤などが挙げられる。本実施形態の樹脂組成物は、反応性化合物、安定剤および離型剤の少なくとも1種を含むことが好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂、および、再生炭素繊維、ならびに、選択的に配合される他の成分の合計が100質量%となるように調整される。本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂、および、再生炭素繊維の合計が樹脂組成物の90質量%以上を占めることが好ましく、93質量%以上を占めることがより好ましい。また、本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂、再生炭素繊維、反応性化合物、核剤、安定剤、着色剤、および、離型剤の合計が樹脂組成物の99質量%以上を占めることが好ましい。
【0050】
<<反応性化合物>>
本実施形態の樹脂組成物は、反応性化合物を含んでいてもよい。反応性化合物としては、カルボジイミド化合物、エポキシ化合物、オキサゾリン基(環)を有する化合物、オキサジン基(環)を有する化合物、カルボン酸を有する化合物、および、アミド基を有する化合物からなる群から選ばれた1種以上であるのが好ましく、特にエポキシ化合物であることが耐加水分解性を向上する傾向にあり、アウトガスを抑制する傾向にあるため好ましい。
エポキシ化合物としては、単官能エポキシ化合物であっても、多官能エポキシ化合物であってもよいが、多官能エポキシ化合物が好ましい。
多官能エポキシ化合物の具体例としては、ビスフェノールA型エポキシ化合物(ビスフェノールAジグリシジルエーテルを含む)、ビスフェノールF型エポキシ化合物(ビスフェノールFジグリシジルエーテルを含む)、ビフェニル型エポキシ化合物(ビス(グリシジルオキシ)ビフェニルを含む)、レゾルシン型エポキシ化合物(レゾルシノールジグリシジルエーテルを含む)、ノボラック型エポキシ化合物、安息香酸グリシジルエステル、テレフタル酸ジグリシジルエステル、オルトフタル酸ジグリシジルエステルなどの芳香族環を有するエポキシ化合物、メチルグリシジルエーテル、ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル、デシルグリシジルエーテル、ステアリルグリシジルエーテル、フェニルグリシジルエーテル、ブチルフェニルグリシジルエーテル、アリルグリシジルエーテル、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテル、エチレングリコールジグリシジルエーテル、グリセリンジグリシジルエーテル、プロピレングリコールジグリシジルエーテルなどの(ジ)グリシジルエーテル類、ソルビン酸グリシジルエステル、アジピン酸ジグリシジルエステル、エポキシ化亜麻仁油、エポキシ化大豆油などのパラフィン系(例えば飽和脂肪酸系)またはオレフィン系(例えば不飽和脂肪酸系)の(ジ)グリシジルエステル類、ビニルシクロヘキセンジオキシド、ジシクロペンタジエンオキシドなどの脂環式エポキシ化合物類、また、エポキシ変性スチレン-アクリル共重合体等が挙げられる。
中でも、側鎖にグリシジル基を含有するスチレン-アクリル共重合体、ビスフェノールA型エポキシ化合物、ノボラック型エポキシ化合物、ビスフェノールF型エポキシ化合物、ビフェニル型エポキシ化合物が好ましい。
【0051】
上記の他、反応性化合物としては、特開2020-199755号公報の段落0038~0050、特開2020-125468号公報の段落0043の記載を参酌でき、これの内容は本明細書に組み込まれる。
エポキシ化合物の市販品としては、「EP-17」(ADEKA社製)「Joncryl ADR4368C」(BASF社製)、エピコート1003(三菱ケミカル社製)、YDCN-704(日鉄ケミカル&マテリアル社製)などが挙げられる。
【0052】
エポキシ化合物は、重量平均分子量が15000以下であることが好ましく、10000以下であることがより好ましい。下限値については、特に定めるものではないが、重量平均分子量が100以上であることが好ましく、500以上であることがより好ましい。このような範囲とすることにより、本実施形態の効果がより効果的に発揮される傾向にある。
【0053】
エポキシ化合物は、エポキシ当量が100g/eq以上または100g/mol以上であることが好ましく、より好ましくは150g/eq以上または150g/mol以上である。また、エポキシ化合物は、エポキシ当量が1500g/eqまたは1500g/mol以下であることが好ましく、900g/eq以下または900g/mol以下であることがより好ましく、800g/eq以下または800g/mol以下であることがさらに好ましい。
エポキシ当量を上記下限値以上とすることにより、他部材との接着性がより高くなる傾向にある。上記上限値以下とすることにより、流動性が高くなり樹脂組成物を成形しやすくなる傾向にある。
【0054】
本実施形態の樹脂組成物が反応性化合物を含む場合、その含有量は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、0.01質量部以上であることが好ましく、0.05質量部以上であることがより好ましく、0.1質量部以上であることがさらに好ましく、0.4質量部以上であることが一層好ましい。前記下限値以上含むことにより、耐加水分解性を向上する傾向にあるため好ましい。また、前記反応性化合物の含有量の上限値は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、15質量部以下であることが好ましく、10質量部以下であることがより好ましく、7質量部以下であることがさらに好ましく、2質量部以下であることがさらにより好ましく1質量部以下であることが特に好ましい。前記上限値以下含むことにより、増粘が抑制され成形性が向上する傾向にあるため好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、反応性化合物を1種のみ含んでいてもよいし、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0055】
<<安定剤>>
本実施形態の樹脂組成物は、安定剤を含んでいてもよい。安定剤は、ヒンダードフェノール系化合物、ヒンダードアミン系化合物、リン系化合物、硫黄系安定剤等が例示される。これらの中でも、ヒンダードフェノール系化合物が好ましい。
安定剤としては、具体的には、特開2018-070722号公報の段落0046~0057の記載、特開2019-056035号公報の段落0030~0037の記載、国際公開第2017/038949号の段落0066~0078の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
【0056】
本実施形態の樹脂組成物は、安定剤をポリエステル樹脂100質量部に対し、0.01質量部以上含むことが好ましく、0.05質量部以上含むことがより好ましく、0.1質量部以上含むことがさらに好ましい。また、前記安定剤の含有量の上限値は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、3質量部以下であることが好ましく、1質量部以下であることがより好ましく、0.5質量部以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の樹脂組成物は、安定剤を1種のみ含んでいても、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0057】
<<離型剤>>
本実施形態の樹脂組成物は、離型剤を含むことが好ましい。
離型剤は、公知の離型剤を広く用いることができ、離型剤としては、例えば、脂肪族カルボン酸アミド系、脂肪族カルボン酸、脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステル、数平均分子量200~15000の脂肪族炭化水素化合物、ポリシロキサン系シリコーンオイルなどが挙げられる。
【0058】
脂肪族カルボン酸アミド系としては、例えば、高級脂肪族モノカルボン酸および/または多塩基酸とジアミンとの脱水反応によって得られる化合物が挙げられる。
高級脂肪族モノカルボン酸としては、炭素数16以上の飽和脂肪族モノカルボン酸およびヒドロキシカルボン酸が好ましく、例えば、パルミチン酸、ステアリン酸、ベヘン酸、モンタン酸、12-ヒドロキシステアリン酸などが挙げられる。
多塩基酸としては、例えば、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、セバシン酸、ピメリン酸、アゼライン酸などの脂肪族ジカルボン酸、フタル酸、テレフタル酸などの芳香族ジカルボン酸、シクロヘキサンジカルボン酸、シクロヘキシルコハク酸などの脂環族ジカルボン酸などが挙げられる。
ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、ヘキサメチレンジアミン、メタキシリレンジアミン、トリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、フェニレンジアミン、イソホロンジアミン等が挙げられる。
カルボン酸アミド系化合物としては、ステアリン酸とセバシン酸とエチレンジアミンを重縮合してなる化合物が好ましく、ステアリン酸2モルとセバシン酸1モルとエチレンジアミン2モルを重縮合させた化合物がさらに好ましい。また、N,N’-メチレンビスステアリン酸アミドやN,N’-エチレンビスステアリン酸アミドのようなジアミンと脂肪族カルボン酸とを反応させて得られるビスアミド系化合物の他、N,N’-ジオクタデシルテレフタル酸アミド等のジカルボン酸アミド化合物も好適に使用し得る。
【0059】
脂肪族カルボン酸としては、例えば、飽和または不飽和の脂肪族一価、二価または三価カルボン酸を挙げることができる。ここで脂肪族カルボン酸とは、脂環式のカルボン酸も包含する。これらの中で好ましい脂肪族カルボン酸は炭素数6~36の一価または二価カルボン酸であり、炭素数6~36の脂肪族飽和一価カルボン酸がさらに好ましい。かかる脂肪族カルボン酸の具体例としては、パルミチン酸、ステアリン酸、カプロン酸、カプリン酸、ラウリン酸、アラキン酸、ベヘン酸、リグノセリン酸、セロチン酸、メリシン酸、テトラリアコンタン酸、モンタン酸、アジピン酸、アゼライン酸などが挙げられる。
【0060】
脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステルにおける脂肪族カルボン酸としては、例えば、脂肪族カルボン酸と同じものが使用できる。一方、アルコールとしては、例えば、飽和または不飽和の一価または多価アルコールが挙げられる。これらのアルコールは、フッ素原子、アリール基などの置換基を有していてもよい。これらの中では、炭素数30以下の一価または多価の飽和アルコールが好ましく、炭素数30以下の脂肪族または脂環式飽和一価アルコールまたは脂肪族飽和多価アルコールがさらに好ましい。
かかるアルコールの具体例としては、オクタノール、デカノール、ドデカノール、ステアリルアルコール、ベヘニルアルコール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、ペンタエリスリトール、2,2-ジヒドロキシペルフルオロプロパノール、ネオペンチレングリコール、ジトリメチロールプロパン、ジペンタエリスリトール等が挙げられる。
脂肪族カルボン酸とアルコールとのエステルの具体例としては、蜜ロウ(ミリシルパルミテートを主成分とする混合物)、ステアリン酸ステアリル、ベヘン酸ベヘニル、ベヘン酸ステアリル、グリセリンモノパルミテート、グリセリンモノステアレート、グリセリンジステアレート、グリセリントリステアレート、ペンタエリスリトールモノパルミテート、ペンタエリスリトールモノステアレート、ペンタエリスリトールジステアレート、ペンタエリスリトールトリステアレート、ペンタエリスリトールテトラステアレート、モンタン酸と多官能性アルコールのエステル等が挙げられる。
【0061】
数平均分子量200~15000の脂肪族炭化水素としては、例えば、流動パラフィン、パラフィンワックス、マイクロワックス、ポリエチレンワックス、フィッシャ-トロプシュワックス、炭素数3~12のα-オレフィンオリゴマー等が挙げられる。なお、ここで脂肪族炭化水素としては、脂環式炭化水素も含まれる。また、脂肪族炭化水素の数平均分子量は好ましくは5000以下である。
【0062】
離型剤としては、上記の他、特開2018-070722号公報の段落0063~0077の記載、特開2019-123809号公報の段落0090~0098の記載を参酌でき、これらの内容は本明細書に組み込まれる。
【0063】
本実施形態の樹脂組成物は、離型剤をポリエステル樹脂100質量部に対し、0.01質量部以上含むことが好ましく、0.1質量部以上含むことがより好ましく、0.3質量部以上含むことがさらに好ましい。また、前記離型剤の含有量の上限値は、ポリエステル樹脂100質量部に対し、5質量部以下であることが好ましく、3質量部以下であることがより好ましく、1質量部以下であることがさらに好ましく、0.8質量部以下であることが一層好ましい。
樹脂組成物は、離型剤を1種のみ含んでいても、2種以上含んでいてもよい。2種以上含む場合、合計量が上記範囲となることが好ましい。
【0064】
<樹脂組成物の物性>
本実施形態の樹脂組成物は、耐衝撃性に優れていることが好ましい。具体的には、樹脂組成物をJIS K7139多目的試験片(4mm厚)に成形し、JIS K7111-1規格に基づいて測定したノッチ無しシャルピー衝撃強さが35kJ/m2以上であることが好ましく、38kJ/m2以上であることがより好ましい。前記ノッチ無しシャルピー衝撃強さの上限は特に定めるものではないが、100kJ/m2以下が実際的である。
本実施形態の樹脂組成物は、収縮率が小さいことが好ましい。具体的には、樹脂組成物をシリンダー温度260℃、金型温度120℃にて、タテ100mm、ヨコ100mm、肉厚2.0mmに成形し、23℃、湿度50%RHの環境下で24時間調湿したときのTD収縮率が0.72%以下であることが好ましく、0.71%以下であることがより好ましい。前記TD収縮率の下限は0%が好ましいが、0.01%以上であっても十分に要求性能を満たす。
本実施形態の樹脂組成物は、離型性に優れていることが好ましい。具体的には、樹脂組成物をシリンダー温度280℃、金型温度80℃、冷却時間30秒の条件にて、厚み1.5mmt、外寸30×50×15mm深さの箱型成形品を成形し、イジェクターピンの突出しで離型させた時の最大離型抵抗値が30MPa以下であることが好ましく、25MPa以下であることがより好ましく、19MPa以下であることがさらに好ましい。前記最大離型抵抗値の下限値は、0MPaが好ましいが、1MPa以上であっても十分に要求性能を満たす。
上記ノッチ無しシャルピー衝撃強さ、収縮率、最大離型抵抗値の詳細は後述する実施例の記載に従って測定される。
【0065】
<樹脂組成物の製造方法>
本実施形態の樹脂組成物は、ポリエステル樹脂を含む樹脂組成物の常法の製法によって製造できる。例えば、本実施形態の樹脂組成物は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維と、必要に応じ配合される他の成分を押出機に投入し、溶融混練することを含む方法によって製造される。再生炭素繊維は押出機にサイドフィードしてもよい。また、樹脂組成物が着色剤を含む場合、熱可塑性樹脂で予め混合したマスターバッチとして配合して溶融混練してもよい。
より具体的には、本実施形態の樹脂組成物の製造方法は、ポリエチレンテレフタレート樹脂を含むポリエステル樹脂と、再生炭素繊維を含み、ポリエチレンテレフタレート樹脂が鉄元素を1.0~100μg/gの割合で含み、さらに、ポリエステル樹脂100質量部に対し、カーボンブラックを0.01~1質量部の割合で含む、樹脂組成物の製造方法であって、カーボンブラックをポリエステル樹脂で予め混合したマスターバッチとして配合して溶融混練することを含むことが好ましい。さらに、前記マスターバッチに用いるポリエステル樹脂が、ポリブチレンテレフタレート樹脂を含むことが好ましい。ポリブチレンテレフタレート樹脂でマスターバッチ化することにより、得られる成形品の離型抵抗をより低くすることができる。
溶融混練に際しての加熱温度は、通常、220~350℃の範囲から適宜選ぶことができる。
【0066】
<用途>
本実施形態の樹脂組成物の一例はペレットである。
本実施形態の成形品は、本実施形態の樹脂組成物または本実施形態のペレットから形成される。
本実施形態の成形品は、種々の用途、例えば、各種保存容器、電気・電子機器部品、オフィスオートメート(OA)機器部品、家電機器部品、機械機構部品、車両機構部品、車載用筐体部品、車輌部品(自動車内外装)、建築部材、各種容器、レジャー用品・雑貨類、照明機器などに好ましく用いられる。中でも、載用筐体部品や車輌部品(自動車内外装)例えばドアミラーやワイパー部品に好ましく用いられる。
また、本実施形態の成形品は、射出成形品に適している。
【実施例0067】
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り、適宜、変更することができる。従って、本発明の範囲は以下に示す具体例に限定されるものではない。
実施例で用いた測定機器等が廃番等により入手困難な場合、他の同等の性能を有する機器を用いて測定することができる。
【0068】
1.原料
以下の原料を用いた。
【0069】
【0070】
<固有粘度の測定>
フェノール/1,1,2,2-テトラクロロエタン(質量比1/1)の混合溶媒中に、樹脂ペレットを、濃度が1.00g/dLとなるように110℃で1時間撹拌して溶解させた。その後、30℃まで冷却した。全自動溶液粘度計にて、30℃で試料溶液の落下秒数、溶媒のみの落下秒数をそれぞれ測定し、下記式(A)により固有粘度を算出した。
固有粘度=((1+4KHηsp)0.5-1)/(2KHC) …(A)
ここで、ηsp=η/η0-1であり、ηは試料溶液の落下秒数、η0は溶媒のみの落下秒数、Cは試料溶液濃度(g/dL)、KHはハギンズの定数である。KHは0.33を採用した。
全自動溶液粘度計は、柴山科学社製のものを用いた。
【0071】
<ポリエステル樹脂中の鉄元素の量>
ポリエステル樹脂中の鉄元素の定性/半定量分析(μg/g)は、ICP発光分析法によって行った。前処理として試料200mgを秤量し、ケルダール湿式分解(硫酸/硝酸、硫酸/過酸化水素)を行い、50mLに定容し、続いて、ICP発光分析を酸濃度マッチング一点検量法にて行った。ICP発光分析は、Thrmo Fisher Scientific社製「iCAP7600Duo」を用い、axial/radial測光にて行った。
【0072】
<残渣の量>
表1におけるリサイクル炭素繊維の残渣は、リサイクル炭素繊維中の炭化物の量を示している。すなわち、本実施例で用いるリサイクル炭素繊維は、樹脂(例えば、エポキシ樹脂)と炭素繊維の複合物の焼成物であるため、リサイクル炭素繊維には樹脂(例えば、エポキシ樹脂)由来の残渣(炭化物)が含まれている。樹脂残渣の量は、加熱処理前の炭素繊維強化樹脂に含まれる炭素繊維質量を炭素繊維含有率から算出し、式(X)から求めた値である。単位は、質量%で示している。
[B - (A × C)/(B)]× 100 式(X)
A:加熱処理前の炭素繊維強化樹脂の質量
B:加熱処理物の質量
C:加熱処理前の炭素繊維強化樹脂の炭素繊維含有率(割合、例えば、90質量%の場合、0.9である)
【0073】
2.比較例1、実施例1~4
<樹脂組成物(ペレット)の製造>
表1に示す各成分を表2に示す割合(質量部)で、再生炭素繊維以外の成分を、二軸押出機のメインフィード口より供給した。第一混練部のシリンダー設定温度265~275℃に設定し、再生炭素繊維はサイドフィーダーより供給した。再生炭素繊維添加以降のシリンダー設定温度265~285℃、スクリュー回転数300~350rpmの条件で溶融混練した樹脂組
成物を、水槽にて急冷し、ペレタイザーを用いてペレット化し、樹脂組成物のペレットを得た。
【0074】
<ノッチ無しシャルピー衝撃強さ>
上記で得られた樹脂組成物ペレットを、120℃で5時間乾燥した後、射出成形機(日本製鋼所社製「J-85AD-60H」)にて、シリンダー温度280℃、金型温度120℃の条件下で、JIS K7139多目的試験片(4mm厚)を射出成形した。
前記多目的試験片(4mm厚)を使用し、JIS K7111-1規格に基づいて、ノッチ無しシャルピー衝撃強さ(単位:KJ/m2)を測定した。
【0075】
<収縮率>
上記で得られたペレットを120℃で5時間乾燥した後、日精樹脂工業社製「NEX80-9E型」射出成形機を使用して、シリンダー温度280℃、金型温度120℃にて、成形品(タテ100mm、ヨコ100mm、肉厚2.0mm)を成形した。得られた試験片を、23℃、湿度50%RH環境下で24時間以上調湿した。
その後、得られた試験片を用いて、MD(Machine Direction、流動方向とも言う。)およびTD(Transverse Direction、直角方向とも言う。)方向の寸法を計測し、金型の寸法を基準として収縮率(単位:%)を計算した。
【0076】
<離型抵抗>
上記で得られたペレットを120℃で5時間乾燥させた後、日本製鋼所社製射出成形機(型締め力50T)を用い、シリンダー温度280℃、金型温度80℃、冷却時間30秒の条件にて、厚み1.5mmt、外寸30×50×15mm深さの箱型成形品を成形し、イジェクターピンの突出しで離型させた時の最大離型抵抗値(単位:MPa)を離型抵抗として評価した。
測定には双葉電子工業社製圧力感知素子を内蔵したエジェクタピン形状の圧力センサ「EP Sensor(登録商標)」を使用した金内圧力計測システム「モールドマージャリングシステム(登録商標)」を用いた。
【0077】
【0078】
上記結果から明らかなとおり、本発明の樹脂組成物から形成された成形品は、離型抵抗が小さかった(実施例1~4)。特に、カーボンブラックを配合し、かつ、カーボンブラックをポリブチレンテレフタレート樹脂でマスターバッチ化して配合することにより、顕著に優れた離型性が達成された(実施例2、4)。
また、本発明の樹脂組成物から形成された成形品は、収縮率も低かった。特に、TDの収縮率を小さくできた。
さらに、本発明の樹脂組成物から形成された成形品は、機械的強度も高かった。
これに対し、鉄の含有量が少ないバージンポリエステル樹脂を用いた場合、得られる成形品は、離型抵抗が大きく、収縮率が大きく、さらに、機械的強度も低かった(比較例1)。