JP5788252B2

JP5788252B2 - ポリエーテルエーテルケトン複合材料

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Publication number: JP5788252B2
Application number: JP2011162085A
Authority: JP
Inventors: 武志木田
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-07-25
Filing date: 2011-07-25
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2031-07-25
Also published as: CN103459502A; JP2013023652A; WO2013015269A1; US20140039127A1

Description

本発明は、ポリエーテルエーテルケトン複合材料に関する。

ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）は、いわゆるスーパーエンジニアリングプラスチックの１種であり、疲労強度、耐熱性、耐薬品性等が高いという特性を有する。ＰＥＥＫを含有する複合材料（ＰＥＥＫ複合材料）は、その特性から、カメラ等の光学機器、電気・電子部品、医療機器、自動車部品等の様々な用途に広く用いられている。
例えば、ＰＥＥＫとポリアリレンサルファイドとを含有するポリマーアロイが提案されている（例えば、特許文献１）。特許文献１の発明によれば、疲労強度が高められ、軸受や工作用機器用摺動部、操舵用軸受への応用が図られている。

従来、ＰＥＥＫ複合材料で構成された成形体等の多くは、成形後に塗装されて着色されていた。近年、製造コストを削減するために、ＰＥＥＫ複合材料に顔料又は染料を混合し、これを成形する方法が採用されている。

特開昭５８−１６０３５２号公報

しかしながら、ＰＥＥＫ及びＰＥＥＫ複合材料は、２８０〜３００℃程度で成形されるため、添加した顔料や染料が熱劣化して成形工程で変色しやすい。このため、ＰＥＥＫ複合材料の成形時に添加できる顔料及び染料が制限され、得られる成形体のカラーバリエーションが制限されるという問題があった。
そこで、本発明は、成形温度を低減できるＰＥＥＫ複合材料を目的とする。

本発明のＰＥＥＫ複合材料は、ＰＥＥＫとポリオレフィンとを有し、ＤＳＣにおける吸熱ピークが単一であることを特徴とする。
前記ＰＥＥＫと前記ポリオレフィンとは相溶していてもよく、前記ポリエーテルエーテルケトンからなるマトリックス部と、該マトリックス部中に分散された第一の分散部とを有し、該第一の分散部は、前記ポリオレフィンからなり、粒子径１μｍ以下であってもよく、前記ＰＥＥＫからなるマトリックス部と、該マトリックス部中に分散された第二の分散部とを有し、該第二の分散部は、前記ポリオレフィン中に前記ＰＥＥＫの一部が分散され、粒子径１０μｍ以下であってもよい。

本発明のＰＥＥＫ複合材料によれば、成形温度を低減できる。

本発明のＰＥＥＫ複合材料の構造の一例を示す模式図である。本発明のＰＥＥＫ複合材料の製造に用いられる混合装置の一例を示す模式図である。実施例１のＤＳＣの測定結果を示すグラフである。実施例５のＤＳＣの測定結果を示すグラフである。比較例１のＤＳＣの測定結果を示すグラフである。

（ＰＥＥＫ複合材料）
本発明のＰＥＥＫ複合材料は、ＰＥＥＫとポリオレフィンとを有するものである。
ＰＥＥＫ複合材料は、ＤＳＣ（示差走査熱量測定）における吸熱ピークが単一なものである。吸熱ピークが単一であることで、ＰＥＥＫ複合材料の成形温度を効果的に低減できる。
吸熱ピークは、縦軸を熱流とし横軸を温度としたＤＳＣ曲線において、吸熱量が最大となる温度である。

ＰＥＥＫ複合材料の吸熱ピークは、ＰＥＥＫ複合材料に添加する顔料や染料の種類に応じて決定でき、例えば、３００℃未満が好ましく、２８０℃以下が好ましく、２５０℃以下が好ましい。上記上限値以下であれば、顔料や染料が変色するのを抑制できる。
吸熱ピークの下限値は、特に限定されないが、例えば、２００℃以上が好ましく、２４０℃以上がより好ましい。上記下限値以上であれば、ＰＥＥＫの機械的特性が損なわれにくい。

ＰＥＥＫ複合材料の構造は、例えば、ＰＥＥＫとポリオレフィンとが相溶した構造（相溶構造）、ポリオレフィンからなる第一の分散部がＰＥＥＫからなるマトリックス部中に分散した、いわゆる海島構造等が挙げられる。
また、例えば、図１に示すように、ＰＥＥＫからなるマトリックス部１０と、ポリオレフィン１４中にＰＥＥＫ（分散ＰＥＥＫ）１６が分散した第二の分散部１２とを有し、マトリックス部１０中に第二の分散部１２が分散した構造（いわゆる海島湖構造）であってもよい。
あるいは、相溶構造、海島構造及び海島湖構造から選ばれる２種以上が混在する構造であってもよい。
上述の構造の中では、相溶構造が好ましい。相溶構造であれば、本発明の効果が発揮されやすい。

相溶構造は、ＰＥＥＫ複合材料中に１ｎｍ以上のＰＥＥＫ又はポリオレフィンの粒子が確認できない構造をいう。相溶構造であることは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を用いて確認できる。

ＰＥＥＫ複合材料が海島構造である場合、第一の分散部の粒子径は１μｍ以下である。第一の分散部の粒子径が上記上限値以下であれば、成形温度をより効果的に低減できる。
なお、粒子径は、ＳＥＭやＴＥＭを用いて測定される値である。
ＰＥＥＫ複合材料中の第一の分散部の含有量は、特に限定されない。

ＰＥＥＫ複合材料が海島湖構造である場合、第二の分散部１２の粒子径は１０μｍ以下である。第二の分散部１２の粒子径が上記上限値以下であれば、成形温度をより効果的に低減できる。
ＰＥＥＫ複合材料中の第二の分散部１２の含有量は、特に限定されない。

第二の分散部１２中の分散ＰＥＥＫ１６の粒子径は、特に限定されない。
第二の分散部１２中の分散ＰＥＥＫ１６の含有量は、特に限定されない。

＜ＰＥＥＫ＞
ＰＥＥＫとしては、ＰＥＥＫ複合材料の用途等を勘案して決定でき、例えば、ベスタキープ２０００Ｇ（商品名、ダイセル・エボニック株式会社製）等が挙げられる。

ＰＥＥＫ複合材料中のＰＥＥＫの含有量は、ＰＥＥＫ複合材料に求める特性に応じて決定でき、例えば、１０〜９０質量％が好ましい。上記下限値以上であれば、ＰＥＥＫの機械的特性を発揮しやすく、上記上限値以下であれば、成形温度を低減しやすい。

＜ポリオレフィン＞
ポリオレフィンとしては、ＰＥＥＫ複合材料に求める成形温度や物性等を勘案して決定され、例えば、低密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等のポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等、従来公知のポリオレフィンが挙げられる。

ＰＥＥＫ複合材料中のポリオレフィンの含有量は、ＰＥＥＫ複合材料に求める特性に応じて決定でき、例えば、１０〜９０質量％が好ましい。

ＰＥＥＫ複合材料は、ＰＥＥＫ及びポリオレフィン以外の樹脂（任意樹脂）を有していてもよい。
任意樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ＰＥＥＫ以外のポリアリールケトン等が挙げられる。

ＰＥＥＫ複合材料中の任意樹脂の含有量は、ＰＥＥＫ複合材料に求める特性等を勘案して決定される。

（製造方法）
ＰＥＥＫ複合材料の製造方法としては、例えば、ＰＥＥＫのペレットと、ポリオレフィンのペレットとを混練する（混練処理）方法が挙げられる。

混練処理には、従来公知の混練装置を用いることができる。混練装置としては、例えば、図２に示す混合装置１００が挙げられる。
この混合装置１００は、混合部１１０と、混合部１１０内に設けられた攪拌羽根１０４とを備えるものである。
攪拌羽根１０４は、螺旋型のスクリューであり、駆動部１０２と接続されている。混合部１１０は、入口部１１２と接続され、配管１１５を介して出口部１１４と接続されている。また、混合部１１０と配管１１５とは、循環路１１６により接続されている。

混合装置１００を用いたＰＥＥＫ複合材料の製造方法は、ＰＥＥＫのペレット及びポリオレフィンのペレット（以下、総じて原料ペレットということがある）を混合部１１０で混練するものである。
まず、原料ペレットを入口部１１２から混合部１１０内に供給する。駆動部１０２を駆動させて攪拌羽根１０４を回転させ、供給された原料ペレットを混練しつつ、配管１１５を経由させ出口部１１４から混練されたＰＥＥＫ複合材料を排出する。この際、攪拌羽根１０４の回転速度を調節することで、ＰＥＥＫ複合材料の構造を任意のものにできる。
混練時の温度は、ＰＥＥＫ及びポリオレフィンの種類等を勘案して決定できる。

あるいは、出口部１１４を閉じ原料ペレットを混練し、混練物を循環路１１６経由で混合部１１０に戻してもよい。混合部１１０に戻された混合物は攪拌羽根１０４でさらに混練される。混練物を任意の回数循環させた後、出口部１１４を開きＰＥＥＫ複合材料を排出する。この際、混練物の循環の回数を調節することで、ＰＥＥＫ複合材料の構造を任意のものにできる。

さらに、必要に応じて、混合装置１００から排出されたＰＥＥＫ複合原料を常法に従いペレット状に成形してもよい。

（成形体）
本発明の成形体は、本発明のＰＥＥＫ複合材料を含むものであり、例えば、ＰＥＥＫ複合材料のペレットと、着色剤とを混合し、これを溶融して射出成形することにより得られる。
成形体に用いられる着色剤としては、例えば、フタロシアニン、アンスラキノン、イソインドリノン、キナクリドン、ペリレン、アゾ顔料等の有機系顔料、カーボンブラック、コバルトブルー、酸化チタン顔料等の無機系顔料等が挙げられる。中でも、有機系顔料が好ましい。このような着色剤を用いる成形体において、熱による着色剤の変色が抑えられ、本発明の効果が顕著に現れる。

本発明のＰＥＥＫ複合材料は、ＰＥＥＫとポリオレフィンとを有し、ＤＳＣにおける吸熱ピークが単一であるため、ＰＥＥＫ及びポリオレフィンの各々の熱的特性が消失し、新たな熱的特性を備えるものである。この新たな熱的特性は、ＰＥＥＫの熱的特性とポリオレフィンの熱的特性との中間の特性となるため、ＰＥＥＫ複合材料はＰＥＥＫよりも低い融点となる。この結果、本発明のＰＥＥＫ複合材料は、従来のＰＥＥＫ複合材料よりも低い温度で成形できるようになる。
このため、本発明は、従来のＰＥＥＫ複合材料の成形温度では変色しやすかった着色剤を用いることができ、成形体のカラーバリエーションを拡大できる。

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。

（実施例１〜７、比較例１〜２）
表１に示す製造条件に従い、図１に示す混合装置１００を用いて、ＰＥＥＫ（ベスタキープ２０００Ｇ、吸熱ピーク：３４０℃、ダイセル・エボニック株式会社製）５０質量％とＰＰ（ノバテックＰＰＭＡ１Ｂ、吸熱ピーク：１６０℃、日本ポリプロ株式会社製）５０質量％とを混練して、各例のＰＥＥＫ複合材料を製造した。得られたＰＥＥＫ複合材料について、吸熱ピーク、構造、及び第一又は第二の分散部の粒子径（以下、総じて分散部径ということがある）を評価し、その結果を表中に示す。

（評価方法）
＜吸熱ピーク＞
熱分析装置（リガク株式会社製）を用い、各例のＰＥＥＫ複合材料を１０℃／分の昇温速度で２５℃から３５０℃まで加熱してＤＳＣ曲線を得た。得られたＤＳＣ曲線から吸熱ピークを求めた。

＜構造及び分散部径＞
各例のＰＥＥＫ複合材料をＴＥＭ（日本電子株式会社製）で観察（倍率：２００〜２５万倍）し、構造と分散部径とを特定した。

表１に示す通り、本発明を適用した実施例１〜７は、いずれも原料として用いたＰＥＥＫに比べて吸熱ピークが低減していた。即ち、実施例１〜７は、原料のＰＥＥＫよりも低い温度で成形できることが判った。
加えて、実施例１〜７の結果から、分散部径が小さいほど、吸熱ピークがシャープになっており、より低い温度で成形できることが判った。
一方、比較例１〜２は、２つの吸熱ピーク（１７０℃、３３０℃）を有していた。このため、比較例１〜２の成形温度は、原料のＰＥＥＫの成形温度と同等程度となることが判った。

これらの結果から、本発明を適用することで、ＰＥＥＫ複合材料の成形温度を低減でき、成形時に添加された着色剤を変色させることなく成形体を得られることが判った。このため、ＰＥＥＫ複合材料を用いた成形体のカラーバリエーションを拡大できる。

実施例１、５、比較例１のＤＳＣ曲線を図３〜５に示す。図３は、実施例１のＰＥＥＫ複合原料のＤＳＣの測定結果を示すグラフであり、図４は、実施例５のＰＥＥＫ複合原料のＤＳＣの測定結果を示すグラフであり、図５は、比較例１のＰＥＥＫ複合原料のＤＳＣの測定結果を示すグラフである。図３〜５は、いずれも縦軸に熱流（ｍＷ）を取り、横軸に温度（℃）を取ったものである。
図３〜４から、本発明を適用した実施例１及び５は、いずれもＤＳＣにおける吸熱ピークが単一であることが判る。加えて、図３〜４から、分散部径が１ｎｍ未満の実施例１は、分散部径が１〜１０μｍの実施例５に比べて、吸熱ピークがシャープであることが判る。
一方、図５に示すように、比較例１は、ＤＳＣにおける吸熱ピークが２つであった。

１０マトリックス部
１２第二の分散部
１４ポリオレフィン
１６分散ＰＥＥＫ

Claims

ポリエーテルエーテルケトンとポリオレフィンとを有し、ＤＳＣにおける吸熱ピークが単一であることを特徴とするポリエーテルエーテルケトン複合材料。
前記ポリエーテルエーテルケトンと前記ポリオレフィンとは相溶していることを特徴とする、請求項１に記載のポリエーテルエーテルケトン複合材料。
前記ポリエーテルエーテルケトンからなるマトリックス部と、該マトリックス部中に分散された第一の分散部とを有し、
該第一の分散部は、前記ポリオレフィンからなり、粒子径１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のポリエーテルエーテルケトン複合材料。
前記ポリエーテルエーテルケトンからなるマトリックス部と、該マトリックス部中に分散された第二の分散部とを有し、該第二の分散部は、前記ポリオレフィン中に前記ポリエーテルエーテルケトンの一部が分散され、粒子径１０μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載のポリエーテルエーテルケトン複合材料。