説明

液晶ポリマーブレンドおよびそれを含む組成物

【課題】弾性率などの機械的性質および低温での成形加工性に優るとともに、高い接合強度で溶着可能である液晶ポリマー材料を提供すること。
【解決手段】以下の液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)を、(A)/(B)が重量比で50/50〜90/10となるよう配合して得られる液晶ポリマーブレンドを提供する:液晶ポリマー(A):引張り弾性率が20〜32GPaであり、示差走査熱量計により測定される融点が250〜330℃である液晶ポリマー、液晶ポリマー(B):示差走査熱量計により測定される融点が190℃以上250℃未満である液晶ポリマー。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、弾性率および成形時の流動性に優れるとともに、低温加工性に優れる液晶ポリマーブレンドおよびそれを含む液晶ポリマーブレンド組成物に関する。
【背景技術】
【0002】
サーモトロピック液晶ポリマー(以下液晶ポリマーまたはLCPと略称する)は、耐熱性、剛性等の機械物性、耐薬品性、寸法精度等に優れているため、成形品用途のみならず、繊維やフィルムといった各種用途にその使用が拡大しつつある。特にパーソナル・コンピューターや携帯電話等の情報・通信分野においては、部品の高集積度化、小型化、薄肉化、低背化等が急速に進んでおり、非常に薄い肉厚部が形成されるケースが多い。そこで、LCPはその優れた成形性、すなわち、流動性が良好であり、かつバリが出ないという他の樹脂にない特徴を活かして、その使用量が大幅に増大している。
【0003】
近年、エアコンなどの空調機の室内機の小型化が要求されており、これに伴い、室内機の内部部品であるクロスフローファン(貫流ファン)の薄肉・小径化が望まれている。従来、クロスフローファンの材質としてはアクリル・スチレン樹脂などのプラスチック材料が用いられている。しかし、アクリル・スチレン樹脂は、厚みが0.8mm以下の薄肉部を有する成形品を射出成形によって得ようとした場合、金型内に樹脂が完全に充填されないという問題を有する。また、アクリル・スチレン樹脂からなるクロスフローファンは反りによって変形しやすいという問題を有する。さらに室内機の薄肉・小径化によって送風量が低下してしまう為、クロスフローファンをより高速回転させる必要がある。したがって、高速回転に耐えうるクロスフローファンを得るためにより弾性率が高く高強度の材料が求められている。このような薄肉・小径化と材料の強度(弾性率)に関する問題を同時に解決する材料としてLCPが有望視されている。
【0004】
種々の液晶ポリマーの中でも、高弾性率を示すものとして分子鎖中に特定量の6−オキシ−2−ナフトイル繰返し単位を含む液晶ポリエステルアミドが知られている(特許文献1および2を参照)。しかし、このような高弾性率を示す液晶ポリマーは一般に溶融粘度が高く流動性に劣ることから薄肉部を有する部品の成形性に難があるものである。
【0005】
またLCPは一般に、アクリル・スチレン樹脂など従来クロスフローファンの材料に用いられてきた樹脂材料よりも融点が高く加工温度が高い。したがって、LCPに溶着などの二次加工を施した場合に、十分な接合強度が得られず、従来用いられた樹脂材料と同様に、溶着などの二次加工方法を適用できないことも問題である。
【0006】
これらのことから、成形時の流動性と弾性率のバランスがよく、低温加工性に優れ、溶着などによる二次加工方法の適用が可能であるLCPの開発が望まれている。
【0007】
高弾性率のLCPの流動性を改善する方法としては、例えば、特許文献1および2に記載の液晶ポリエステルアミドと全芳香族の液晶ポリエステルをブレンドする方法が知られている(特許文献3を参照)。しかし、特許文献3に開示される液晶ポリエステルアミドおよび全芳香族液晶ポリエステルからなる組成物は、250℃以上の加工温度が必要であり低温加工性に劣り、また、成形時の流動性には改善の余地があるものであった。さらに、その高い加工温度のため溶着などの二次加工法の適用が困難であり、クロスフローファンの成形材料には使用しにくいものでもあった。
【特許文献1】特開昭57−172921号公報
【特許文献2】特開昭61−51032号公報
【特許文献3】特開昭61−120851号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
本発明の目的は、例えば空調機の室内機に用いられるクロスフローファンなどの成形材量として好適な、弾性率などの機械的性質および低温での成形加工性に優れるとともに、高い接合強度で溶着可能である液晶ポリマー材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明は、以下の液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)を、(A)/(B)が重量比で50/50〜90/10となるよう配合して得られる液晶ポリマーブレンドを提供する:
液晶ポリマー(A):引張り弾性率が20〜32GPaであり、示差走査熱量計により測定される融点が250〜330℃である液晶ポリマー、
液晶ポリマー(B):示差走査熱量計により測定される融点が190℃以上250℃未満である液晶ポリマー。
【0010】
好ましくは本発明の液晶ポリマーブレンドは、示差走査熱量計により測定される融点が200℃以上250℃未満である。
【0011】
本発明者らは、引張り弾性率が20〜32GPaであり、融点が250〜330℃である液晶ポリマー(A)に対し、190℃以上、250℃未満と低い融点を示す液晶ポリマー(B)を所定の割合で配合した液晶ポリマーブレンドが、優れた機械的性質を保持するにも関わらず、成形時の流動性および低温加工性に優れるとともに、超音波溶着などの溶着特性に優れることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。
【0012】
本明細書および特許請求の範囲において、「液晶ポリマーブレンド」とは、上記の液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)を重量比で50/50〜90/10となるよう配合して得られるものであり、本質的に液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)からなるポリマーブレンドである。また、「液晶ポリマーブレンド組成物」とは、上記の液晶ポリマーブレンドを必須に含み、さらに充填剤、強化剤などのその他の成分を含む組成物である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0013】
まず、液晶ポリマー(A)について説明する。
本発明の液晶ポリマーブレンドに配合される液晶ポリマー(A)は当業者にサーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれる異方性溶融相を形成する液晶ポリエステル樹脂または液晶ポリエステルアミド樹脂である。
【0014】
液晶ポリマー(A)の異方性溶融相の性質は直交偏向子を利用した通常の偏向検査法、すなわち、ホットステージにのせた試料を窒素雰囲気下で観察することにより確認できる。
【0015】
本発明に用いる液晶ポリマー(A)は、引張り弾性率が20〜32GPa、示差走査熱量計(DSC)により測定される融点が250〜330℃を示すものであれば特に制限されない。上記範囲の中で、好ましくは引っ張り弾性率は24〜32GPaであり、融点は好ましくは250〜310℃、特に好ましくは250〜290℃である。
【0016】
本発明において用いる液晶ポリマー(A)としては、液晶ポリエステル樹脂および/または液晶ポリエステルアミド樹脂の1種のみを用いてもよいし、2種以上を別々に用いて液晶ポリマー(B)と配合してもよいし、あるいは2種以上をあらかじめ溶融混練したものを用いて液晶ポリマー(B)と配合してもよい。ここで、2種以上の液晶ポリマー(A)は、それらをブレンドした際に、上記の引張り弾性率および融点を示すものとする。
【0017】
以下に、引張り弾性率および融点の測定方法を説明する。
〔引張り弾性率測定方法〕
ASTM D638のASTM4号の引張り試験片を用いて、インストロン製5567を使用し、室温にて移動速度5mm/秒として測定する。
〔融点測定方法〕
示差走査熱量計としてセイコーインスツルメント株式会社製 Exstar6000を用い、試料を、室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、Tm1より20〜50℃高い温度で10分間保持する。ついで、20℃/分の降温条件で室温まで試料を冷却した後に、再度20℃/分の昇温条件で測定した際の吸熱ピークを観測し、そのピークトップを示す温度を試料の融点とする。
【0018】
本発明に用いる液晶ポリマー(A)としては、分子鎖中に脂肪族基を有する半芳香族液晶ポリマー、または分子鎖が全て芳香族基より構成される全芳香族液晶ポリマーの何れを用いてもよい。これらの液晶ポリマーの中では、難燃性や機械的物性が良好であることから全芳香族液晶ポリマーが好ましい。
【0019】
本発明に用いる液晶ポリマー(A)を構成する繰返し単位としては、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、および脂肪族ジオキシ繰返し単位などが挙げられる。
【0020】
これらの各繰返し単位から構成される液晶ポリマー(A)は構成成分およびポリマー中の組成比、シークエンス分布によっては、異方性溶融相を形成するものとしないものが存在するが、本発明に使用される液晶ポリマー(A)は異方性溶融相を形成するものに限られる。
【0021】
芳香族オキシカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばパラヒドロキシ安息香酸、メタヒドロキシ安息香酸、オルトヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、5−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、4’−ヒドロキシフェニル−4−安息香酸、3’−ヒドロキシフェニル−4−安息香酸、4’−ヒドロキシフェニル−3−安息香酸、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにこれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中ではパラヒドロキシ安息香酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸が得られる液晶ポリマーブレンドの特性や融点を調整しやすいという点から好ましい。
【0022】
芳香族ジカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばテレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,6−ナフタレンジカルボン酸、2,7−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ジカルボキシビフェニル等の芳香族ジカルボン酸、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのエステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中ではテレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸が得られる液晶ポリマーブレンドの機械物性、耐熱性、融点温度、成形性を適度なレベルに調整しやすいことから好ましい。
【0023】
芳香族ジオキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばハイドロキノン、レゾルシン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、3,3’−ジヒドロキシビフェニル、3,4’−ジヒドロキシビフェニル、4,4’−ジヒドロキシビフェニルエ−テル等の芳香族ジオール、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのアシル化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。これらの中ではハイドロキノンおよび4,4’−ジヒドロキシビフェニルが重合時の反応性、得られる液晶ポリマーブレンドの特性などの点から好ましい。
【0024】
芳香族アミノオキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばp−アミノフェノール、m−アミノフェノール、4−アミノ−1−ナフトール、5−アミノ−1−ナフトール、8−アミノ−2−ナフトール、4−アミノ−4’−ヒドロキシビフェニル等の芳香族ヒドロキシアミン、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのアシル化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【0025】
芳香族アミノカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばp−アミノ安息香酸、m−アミノ安息香酸、6−アミノ−2−ナフトエ酸等の芳香族アミノカルボン酸、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【0026】
芳香族ジアミノ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばp−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,5−ジアミノナフタレン、1,8−ジアミノナフタレン等の芳香族ジアミン、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのアシル化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【0027】
芳香族オキシジカルボニル繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえば3−ヒドロキシ−2,7−ナフタレンジカルボン酸、4−ヒドロキシイソフタル酸、および5−ヒドロキシイソフタル酸等のヒドロキシ芳香族ジカルボン酸、これらのアルキル、アルコキシまたはハロゲン置換体、ならびにそれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などのエステル形成性誘導体が挙げられる。
【0028】
脂肪族ジオキシ繰返し単位を与える単量体の具体例としては、たとえばエチレングリコール、1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの脂肪族ジオール、ならびにそれらのアシル化物が挙げられる。また、ポリエチレンテレフタレートや、ポリブチレンテレフタレートなどの脂肪族ジオキシ繰返し単位を含有するポリエステルを、前記の芳香族オキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオールおよびそれらのアシル化物、エステル誘導体、酸ハロゲン化物などと反応させることによっても、脂肪族ジオキシ繰返し単位を含む液晶ポリマーを得ることができる。
【0029】
本発明に用いる液晶ポリマー(A)は本発明の目的を損なわない範囲で、チオエステル結合を含むものであってもよい。このような結合を与える単量体としては、メルカプト芳香族カルボン酸、および芳香族ジチオールおよびヒドロキシ芳香族チオールなどが挙げられる。これらの単量体の使用量は、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、および脂肪族ジオキシ繰返し単位を与える単量体の合計量に対して10モル%以下であるのが好ましい。
【0030】
液晶ポリマー(A)において、これらの繰返し単位の組み合わせのうち、下式(I)で表される6−オキシ−2−ナフトイル繰返し単位を含むものが好ましい。液晶ポリマー(A)が式(I)で表される繰返し単位を含むものである場合、液晶ポリマー(A)の全繰返し単位中の式(I)で表される繰返し単位の比率は50〜80モル%が好ましく、50〜70モル%であるの特に好ましく、50〜65モル%であるのが最も好ましい。
【化1】

【0031】
上記の6−オキシ−2−ナフトイル繰返し単位を含む液晶ポリマー(A)の中でも、下記の繰返し単位からなる液晶ポリマー(A−1)が、弾性率、加工性ともに優れる点で特に好ましい。
液晶ポリマー(A−1)
【化2】

[式中、ArおよびArはそれぞれ1種以上の2価の芳香族基を表し、XはOまたはNHを表し、a、bおよびcは各繰返し単位の液晶ポリマー(A)中での組成比(モル%)であり、以下の4つの式を満たす:
50モル%≦a≦80モル%、
10モル%≦b≦25モル%、
10モル%≦c≦25モル%、
a+b+c+d=100モル%]。
ここで、好ましくは、b=cである。
【0032】
液晶ポリマー(A−1)において、ArおよびArの好ましい例としては、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基等が挙げられ、ArおよびArが共にフェニレン基であるのがさらに好ましく、ArおよびArが共にパラフェニレン基であるのが最も好ましい。
【0033】
液晶ポリマー(A−1)におけるXとしては、NHであるもの、即ち液晶ポリマー(A−1)が液晶ポリエステルアミドであるものが好ましい。
【0034】
次いで、本発明に用いる液晶ポリマー(B)について説明する。
本発明の液晶ポリマーブレンドに配合される液晶ポリマー(B)は、当業者にサーモトロピック液晶ポリマーと呼ばれる異方性溶融相を形成する液晶ポリエステル樹脂または液晶ポリエステルアミド樹脂である。液晶ポリマー(B)の異方性溶融相の性質は液晶ポリマー(A)についての説明と同様の方法により確認できる。
【0035】
本発明に用いる液晶ポリマー(B)は、示差走査熱量計により測定される融点が190℃以上、250℃未満であるものであれば特に制限されない。融点は、特に好ましくは200〜240℃、最も好ましくは210〜230℃である。
【0036】
本発明において用いる液晶ポリマー(B)としては、1種のみを用いてもよいし、2種以上を別々に用いて液晶ポリマー(A)と配合してもよいし、あるいは2種以上をあらかじめ溶融混練したものを用いて液晶ポリマー(A)と配合してもよい。ここで、2種以上の液晶ポリマー(B)は、それらをブレンドした際に、上記の融点を示すものとする。
【0037】
示差走査熱量計による融点の測定は、液晶ポリマー(A)についての説明と同様の方法により行うことができる。
【0038】
本発明に用いる液晶ポリマー(B)としては、分子鎖中に脂肪族基を有する半芳香族液晶ポリマー、または分子鎖が全て芳香族基より構成される全芳香族液晶ポリマーの何れを用いてもよい。これらの液晶ポリマーの中では、難燃性や機械的物性が良好であることから全芳香族液晶ポリマーが好ましい。
【0039】
本発明に用いる液晶ポリマー(B)は、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、および脂肪族ジオキシ繰返し単位などにより構成される。液晶ポリマー(B)を構成する繰返し単位を与える単量体の具体例については、それぞれ液晶ポリマー(A)と同様である。
【0040】
これらの各繰返し単位から構成される液晶ポリマー(B)は構成成分およびポリマー中の組成比、シークエンス分布によっては、異方性溶融相を形成するものとしないものが存在するが、本発明に使用される液晶ポリマー(B)は異方性溶融相を形成するものに限られる。
【0041】
本発明に用いる液晶ポリマー(B)は、本発明の目的を損なわない範囲で、チオエステル結合を含むものであってもよい。このような結合を与える単量体としては、メルカプト芳香族カルボン酸、および芳香族ジチオールおよびヒドロキシ芳香族チオールなどが挙げられる。これらの単量体の使用量は、芳香族オキシカルボニル繰返し単位、芳香族ジカルボニル繰返し単位、芳香族ジオキシ繰返し単位、芳香族アミノオキシ繰返し単位、芳香族アミノカルボニル繰返し単位、芳香族ジアミノ繰返し単位、芳香族オキシジカルボニル繰返し単位、および脂肪族ジオキシ繰返し単位を与える単量体の合計量に対して10モル%以下であるのが好ましい。
【0042】
上記の繰返し単位の組み合わせにより得られる液晶ポリマー(B)の中でも、下記の繰返し単位からなる液晶ポリマー(B−1)が、得られる液晶ポリマーブレンドの低温加工性や機械物性が優れることから好ましい。
液晶ポリマー(B−1)
【化3】

[式中、ArおよびArは、それぞれ一種以上の2価の芳香族基を表し、p、q、rおよびsは各繰返し単位の液晶ポリマー(B)中でのモル組成比(モル%)であり、以下の4つの式を満たす:
0.4≦q/p≦2.0、
2モル%≦r≦15モル%、
2モル%≦s≦15モル%、
p+q+r+s=100モル%]。
ここで、好ましくはr=sである。
【0043】
液晶ポリマー(B)に関して、上記の繰返し単位の組み合わせのうち、低融点を示すと共に良好な機械物性を有する特に好適な繰返し単位の組み合わせの例としては以下に示すものが挙げられる。
【化4】

[式中、各繰り返し単位の右下の数字は液晶ポリマー(B)中での各繰り返し単位のモル組成比(モル%)である]。
【0044】
これらの中でも、以下に示す繰返し単位の組み合わせの液晶ポリマー(B)を用いるのが特に好ましい。
【化5】

[式中、各繰り返し単位の右下の数字は液晶ポリマー(B)中での各繰り返し単位のモル組成比(モル%)である]。
【0045】
以下、液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の製造方法について説明する。
本発明に用いる液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の製造方法に特に制限はなく、前記の単量体の組み合わせからなるエステル結合またはアミド結合を形成させる公知の重縮合方法、例えば溶融アシドリシス法、スラリー重合法などを用いることができる。
【0046】
溶融アシドリシス法とは、本発明で用いる液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の製造方法に用いるのに好ましい方法であり、この方法は、最初に単量体を加熱して反応物質の溶融液を形成し、続いて反応を続けて溶融ポリマーを得るものである。なお、縮合の最終段階で副生する揮発物(例えば、酢酸、水等)の除去を容易にするために真空を適用してもよい。
【0047】
スラリー重合法とは、熱交換流体の存在下で反応させる方法であって、固体生成物は熱交換媒質中に懸濁した状態で得られる。
【0048】
溶融アシドリシス法およびスラリー重合法の何れの場合においても、液晶ポリマーを製造する際に使用する重合性単量体成分は、常温において、ヒドロキシル基および/またはアミノ基をアシル化した変性形態、すなわち低級アシル化物として反応に供することもできる。低級アシル基は炭素原子数2〜5のものが好ましく、炭素原子数2または3のものがより好ましい。特に好ましくは前記単量体のアセチル化物を反応に用いる方法が挙げられる。
【0049】
単量体のアシル化物は、別途アシル化して予め合成したものを用いてもよいし、液晶ポリマーの製造時に単量体に無水酢酸等のアシル化剤を加えて反応系内で生成せしめることもできる。
【0050】
溶融アシドリシス法またはスラリー重合法の何れの場合においても反応時、必要に応じて触媒を用いてもよい。
【0051】
触媒の具体例としては、ジアルキルスズオキシド(たとえばジブチルスズオキシド)、ジアリールスズオキシドなどの有機スズ化合物;二酸化チタン、三酸化アンチモン、アルコキシチタンシリケート、チタンアルコキシドなどの有機チタン化合物;カルボン酸のアルカリまたはアルカリ土類金属塩(たとえば酢酸カリウム);無機酸塩類(たとえば硫酸カリウム);ルイス酸(例えば三フッ化硼素);ハロゲン化水素(例えば塩化水素)などの気体状酸触媒などが挙げられる。
【0052】
触媒の使用割合は、通常モノマー全量に対して10〜1000ppm、好ましくは20〜300ppmである。
【0053】
このようにして重縮合反応により得られた液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)は、それぞれ溶融状態で重合反応槽より抜き出された後に、所望によりペレット状、フレーク状、または粉末状に加工される。
【0054】
次いで、液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)を、(A)/(B)の重量比が50/50〜90/10となるよう配合することにより、本発明の液晶ポリマーブレンドが得られる。すまわち、液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)は、バンバリーミキサー、ニーダー、一軸もしくは二軸押出し機などを用いて、溶融混練され本発明の液晶ポリマーブレンドとされる。
【0055】
液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の配合比率(A)/(B)は、重量比で50/50〜90/10であり、60/40〜90/10が好ましく、70/30〜90/10が特に好ましく、80/20〜90/10が最も好ましい。(A)/(B)が90/10よりも大きい場合は、十分に流動性や低温加工性が改善されず、(A)/(B)が50/50より小さい場合は引張り弾性率などの機械物性が低下するため好ましくない。
【0056】
このようにして得られた、本発明の液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)からなる液晶ポリマーブレンドは、示差走査熱量計により測定される融点が200〜270℃であり、好ましくは200℃以上、250℃未満であり、低温で溶融加工可能な低温加工性に優れたものである。
【0057】
上記のようにして得られた液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)からなる液晶ポリマーブレンドには、所望により他の成分、例えば、無機充填材および/または有機充填材を配合して液晶ポリマーブレンド組成物としてもよい。
【0058】
本発明の液晶ポリマーブレンド組成物に配合してもよい、無機充填材および/または有機充填材としては、たとえばガラス繊維、シリカアルミナ繊維、アルミナ繊維、炭素繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、アラミド繊維、タルク、マイカ、グラファイト、ウォラストナイト、ドロマイト、クレイ、ガラスフレーク、ガラスビーズ、ガラスバルーン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、および酸化チタンからなる群から選択される1種以上が挙げられる。これらの中では、ガラス繊維が物性とコストのバランスが優れている点で好ましい。
【0059】
本発明の液晶ポリマーブレンド組成物における、無機充填材および/または有機充填材の配合量は、液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の合計量100重量部に対して、0.1〜200重量部、好ましくは1〜100重量であるのがよい。
【0060】
本発明の液晶ポリマーブレンド組成物には、本発明の効果を損なわない範囲でさらに、高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸アミド、高級脂肪酸金属塩、ポリシロキサン、フッ素樹脂などの離型改良剤;染料、顔料などの着色剤;酸化防止剤;熱安定剤;紫外線吸収剤;帯電防止剤;界面活性剤などから選ばれる1種または2種以上を組み合わせて配合されてもよい。ここで、「高級」とは、炭素原子数10〜25のものをいう。
【0061】
高級脂肪酸、高級脂肪酸エステル、高級脂肪酸金属塩、フルオロカーボン系界面活性剤などの外部滑剤効果を有するものについては、液晶ポリマーブレンド組成物を成形するに際して、予め、本発明の液晶ポリマーブレンド組成物のペレットの表面に付着せしめてもよい。
【0062】
また、本発明の液晶ポリマーブレンド組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、さらに、本発明の液晶ポリマーブレンドと同様の温度域で成形加工可能である他の樹脂成分を配合してもよい。他の樹脂成分としては、たとえばポリアミド、ポリエステル、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、およびその変性物、ならびにポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミドなどの熱可塑性樹脂や、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂が挙げられる。他の樹脂成分は、単独で、あるいは2種以上を組み合わせて配合することができる。他の樹脂成分の配合量は特に限定的ではなく、液晶ポリマーブレンド組成物の用途や目的に応じて適宜定めればよい。典型的には液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)の合計100重量部に対する他の樹脂の合計配合量が0.1〜100重量部、特に0.1〜80重量部となる範囲で添加される。
【0063】
液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)からなる本発明の液晶ポリマーブレンドと、無機充填材および/または有機充填材とは、所望により各種添加剤や他の樹脂成分などを組み合わせ、所定の組成で、バンバリーミキサー、ニーダー、一軸もしくは二軸押出し機などを用いて溶融混練することによって、液晶ポリマーブレンド組成物とすることができる。
【0064】
これらの、無機充填材および/または有機充填材、各種添加剤や他の樹脂成分などは、液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)からなる液晶ポリマーブレンドに配合してもよく、液晶ポリマー(A)と液晶ポリマー(B)との溶融混練時に同時に配合してもよい。
【0065】
この様にして得られた、本発明の液晶ポリマーブレンド組成物は、射出成形機、押出機などを用いる公知の成形方法によって、成形品、フィルム、シート、および不織布などに加工される。
【0066】
特に、成形時の流動性に優れる本発明の液晶ポリマーブレンドまたは液晶ポリマーブレンド組成物を用いることにより、例えば、厚さ0.8mm以下の薄肉部を有する、空調機の室内機などに用いられるクロスフローファンやその構成部品を効率よく製造することが可能である。本発明の液晶ポリマーブレンドおよび液晶ポリマーブレンド組成物は融点が低く、優れた低温加工性を示すとともに、従来のアクリル・スチレン樹脂などにより成形されたクロスフローファン部品と同様に、種々の溶着方法によって容易に二次加工を施すことができるものである。
【0067】
すなわち、本発明によると、本発明の液晶ポリマーブレンドまたは液晶ポリマーブレンド組成物を成形して得られる2以上の構成部品を、超音波溶着、振動溶着、高周波溶着、電磁誘導溶着、インパルス溶着、およびスピン溶着から選択される溶着方法によって接合する工程を含む、接合部を有する成形品の製造方法が提供される。
【0068】
なお、本明細書および特許請求の範囲において、「成形品」とは、本発明の液晶ポリマーブレンドまたは液晶ポリマーブレンド組成物からなり、接合部を有さない、即ち二次加工されていないものと、接合部を有するもの、即ち2以上のその構成部品を接合して得られたものの両方を含む。また、「構成部品」とは、本発明の液晶ポリマーブレンドまたは液晶ポリマーブレンド組成物からなり、接合部を有していても有していなくてもよいが、さらに二次加工に供されて完成品の一部を構成するものをいう。
【0069】
本発明の液晶ポリマーブレンドまたは液晶ポリマーブレンド組成物を成形して得られる2以上の構成部品を接合する場合に、好適に使用される溶着加工機としては例えば、超音波ウェルダー、高周波ウェルダー、電磁誘導ウェルダー、インパルス溶着機、振動溶着機、およびスピンウェルダーなどが挙げられる。
【0070】
以下、例示した溶着加工機による接合方法(溶着方法)について説明する。
[超音波溶着]
超音波電気エネルギーを機械振動エネルギーに変換し、接合面に局部的な摩擦熱を発生させて樹脂を溶着する溶着加工方法。
[高周波溶着]
高周波の誘電加熱作用を利用して溶着物に内部発熱を起こさせ溶着する溶着加工方法。
[電磁誘導溶着]
被溶着物内にセットされた金属体、磁性体だけを選択発熱させ、間接的に樹脂を溶融させ溶着する溶着加工方法。
[インパルス溶着]
圧子で材料を加圧したのち、圧子先端にあるニクロムバンドに瞬時的に通電して樹脂同士を溶融させ溶着する方法。
[振動溶着]
被溶着物どうしに荷重をかけ、片方の被溶着物を水平方向に振動させることによって接合面に発生する摩擦熱を利用し溶着する方法。
[スピン溶着]
円形の成型品を加圧し、高速回転させる事により摩擦熱を発生させて溶着する方法。
【0071】
上記の溶着方法の中でも、大型あるいは複雑な形状の溶着に優れるなどの点から、超音波溶着、振動溶着またはスピン溶着を用いるのが特に好ましい。
【0072】
本発明の液晶ポリマーブレンドおよびそれを含む液晶ポリマーブレンド組成物は、示差走査熱量計により測定される融点が低いため、接合面で容易に溶融し、接合強度の高い接合部を有する成形品の製造に好適である。
【0073】
本発明の、成形時の流動性および低温加工性に優れる液晶ポリマーブレンドまたはそれを含む液晶ポリマーブレンド組成物を成形材料に用いることにより、薄肉部・微細部を有する構成部品の二次加工が容易となる。本発明によると、薄肉部を有する短いクロスフローファンの構成部品を溶着により連結することにより、エアコン室内機等に用いられる薄肉で小型のクロスフローファンの製造が可能となる。
【0074】
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
【実施例】
【0075】
以下、合成例および実施例における略号は以下の化合物を表す。
〔モノマー〕
BON6:6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸
POB:パラヒドロキシ安息香酸
AcPAP:パラアセチルアミノフェノール
HQ:ハイドロキノン
TPA:テレフタル酸
【0076】
[合成例1]
LCP−Iの合成(液晶ポリマー(A))
トルクメーター付き攪拌装置および留出管を備えた反応容器にBON6、AcPAP、およびTPAを表1に示す組成比で、総量5molとなるように仕込み、次いで酢酸カリウム0.2g(全モノマーに対して227ppm)および全モノマーの水酸基量(モル)に対して1.030倍モルの無水酢酸を仕込み、次の条件で脱酢酸重合を行った。
【0077】
表1:合成例1モノマー組成比
【表1】

【0078】
窒素ガス雰囲気下に室温〜150℃まで1時間で昇温し、同温度にて60分間保持した。次いで、副生する酢酸を留去させつつ240℃まで速やかに昇温し、同温度にて60分間保持した。その後、335℃まで3時間かけて昇温した後、60分かけて30mmHgにまで減圧し、所定のトルクを示した時点で重合反応を終了した。反応容器から内容物を取り出し、粉砕機により粉砕し液晶ポリマーのペレットを得た。重合時の留出酢酸量は、ほぼ理論値どおりであった。
【0079】
得られた液晶ポリマーのDSCにより測定された融点は280℃であった。
得られた液晶ポリマーのペレットを130℃で4時間乾燥した後、射出成形機UH1000−100(日精樹脂工業株式会社製)を用いて、シリンダ温度320℃、金型温度70℃で試験片を作成し、引っ張り弾性率を測定した結果27GPaであった。
【0080】
[合成例2]
LCP−IIの合成(液晶ポリマー(B))
トルクメーター付き攪拌装置および留出管を備えた反応容器にBON6、POB、HQおよびTPAを、表1に示す組成比で、総量5molとなるように仕込み、次いで酢酸カリウム0.05g(全モノマーに対し63ppm)および全モノマーの水酸基量(モル)に対して1.025倍モルの無水酢酸を仕込み、次の条件で脱酢酸重合を行った。
【0081】
表2:合成例2モノマー組成比
【表2】

【0082】
窒素ガス雰囲気下に室温〜150℃まで1時間で昇温し、同温度にて30分間保持した。次いで、副生する酢酸を留去させつつ210℃まで速やかに昇温し、同温度にて30分間保持した。その後、335℃まで3時間かけて昇温した後、30分かけて20mmHgにまで減圧し、所定のトルクを示した時点で重合反応を終了した。反応容器から内容物を取り出し、粉砕機により粉砕し液晶ポリマーのペレットを得た。重合時の留出酢酸量は、ほぼ理論値どおりであった。
【0083】
得られた液晶ポリマーのDSCにより測定された融点は218℃であった。
得られた液晶ポリマーのペレットを130℃で4時間乾燥した後、射出成形機UH1000−100(日精樹脂工業株式会社製)を用いて、シリンダ温度320℃、金型温度70℃で試験片を作成し、引っ張り弾性率を測定した結果12GPaであった。
【0084】
[合成例3]
LCP−IIIの合成
トルクメーター付き攪拌装置および留出管を備えた反応容器にPOBおよびBON6を、以下の表3に示す組成比で、総量5molとなるように仕込み、次いで酢酸カリウム0.05g(全モノマーに対し67ppm)および全モノマーの水酸基量(モル)に対して1.025倍モルの無水酢酸を仕込み、次の条件で脱酢酸重合を行った。
【0085】
表3:合成例3モノマー組成比
【表3】

【0086】
窒素ガス雰囲気下に室温〜150℃まで1時間で昇温し、同温度にて30分間保持した。次いで、副生する酢酸を留去させつつ210℃まで速やかに昇温し、同温度にて30分間保持した。その後、325℃まで3時間かけて昇温した後、30分かけて20mmHgにまで減圧を行ない、所定のトルクを示した時点で重合反応を終了した。反応容器から内容物を取り出し、粉砕機により粉砕し液晶ポリマーのペレットを得た。重合時の留出酢酸量は、ほぼ理論値どおりであった。
【0087】
得られた液晶ポリマーのDSCにより測定された融点は280℃であった。
得られた液晶ポリマーのペレットを130℃で4時間乾燥した後、日射出成形機UH1000−100(日精樹脂工業株式会社製)を用いて、シリンダ温度320℃、金型温度70℃で試験片を作成し、引っ張り弾性率を測定した結果13GPaであった。
【0088】
[実施例1]
LCP−IおよびLCP-IIとガラス繊維(日本電気硝子株式会社製、T−747)とを、LCP−I/LCP−II/ガラス繊維の重量比が49/21/30(液晶ポリマー(A)/(B)=70/30)となるように配合し、二軸押出機TEX−30(日本製鋼所株式会社製)を用いて、320℃にて溶融混練を行い液晶ポリマーブレンド組成物をペレットとして得た。
【0089】
得られたペレットを130℃で4時間乾燥した後、射出成形機UH1000−100(日精樹脂工業株式会社製)を用いて、シリンダ温度320℃、金型温度70℃にて、図1に示す形状のシェアージョイントを有する超音波溶着試験片と、引張弾性率測定用の試験片を作成した。
【0090】
得られた超音波溶着試験片を、以下の条件において超音波ウェルダー(日本エマソン株式会社製、BRANSON 950M)を用いて溶着し接合体を得た。
得られた接合体の接合強度として、インストロン製5567によって、接合面に対して垂直方向の、移動速度5mm/秒における破断応力を測定した。
得られた液晶ポリマーブレンド組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0091】
[超音波溶着条件]
加振:20KHz
ホーン:コニカル型 TIN材 3/4インチ径
溶着時間:80m秒
ホールド時間:0.5秒
【0092】
[実施例2]
LCP−I、LCPII、およびガラス繊維を、表4に記載の比率(液晶ポリマー(A)/(B)=80/20)で配合することの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマーブレンド組成物を得た。
得られた液晶ポリマーブレンド組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0093】
[実施例3]
LCP−I、LCPII、およびガラス繊維を、表4に記載の比率(液晶ポリマー(A)/(B)=60/40)で配合することの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマーブレンド組成物を得た。
得られた液晶ポリマーブレンド組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0094】
[比較例1]
LCP−Iおよびガラス繊維を、表4に記載の比率で配合することの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
得られた液晶ポリマー組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0095】
[比較例2]
LCP−I、LCPIII、およびガラス繊維を、表4に記載の比率で配合することの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
得られた液晶ポリマー組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0096】
[比較例3]
LCP−IIおよびガラス繊維を表4に記載の比率で配合することと、溶融混練温度を230℃とすることの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
得られた液晶ポリマー組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0097】
[比較例4]
LCP−I、LCPII、およびガラス繊維を、表4に記載の比率(液晶ポリマー(A)/(B)=30/70)で配合することの他は、実施例1と同様にして、液晶ポリマー組成物を得た。
得られた液晶ポリマー組成物の融点、引張り弾性率、接合体の接合強度(破断応力)を表4に記す。
【0098】
表4:組成物の各種物性
【表4】

【0099】
本発明の液晶ポリマーブレンド組成物である、実施例1、実施例2および実施例3のガラス繊維を30重量%含む液晶ポリマーブレンド組成物については、何れも高弾性率であり、250℃未満の低い融点を示し、超音波溶着により高い接合強度を発揮するものであった。
【0100】
比較例1のLCP−I(液晶ポリマー(A))を単独で用いたガラス繊維を30重量%含む液晶ポリマー組成物の試験例では、高弾性率ではあるが、高融点であり超音波溶着による接合強度に問題があるものであった。
【0101】
比較例2の、LCP−I(液晶ポリマー(A))に対して、高融点のLCP-IIIを配合した、ガラス繊維を30重量%含む液晶ポリマー組成物の試験例では、高弾性率ではあるが、高融点であり接合強度にやや劣るものであった。
【0102】
比較例3のLCP−II(液晶ポリマー(B))を単独で用いたガラス繊維を30重量%含む液晶ポリマー組成物の試験例では、低融点であり超音波溶着により高い接合強度を発揮するものであるが、弾性率が低いものであった。
【0103】
比較例4のLCP−II(液晶ポリマー(B))を主成分とするLCP―I(液晶ポリマー(A))を配合した、ガラス繊維を30重量%含む液晶ポリマー組成物((A)/(B)=30/70)の試験例では、低融点であり超音波溶着により高い接合強度を発揮するものであるが、弾性率が低いものであった。
【図面の簡単な説明】
【0104】
【図1】図1は、超音波溶着試験片のシェアージョイントの形状を示す図である。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
以下の液晶ポリマー(A)および液晶ポリマー(B)を、(A)/(B)が重量比で50/50〜90/10となるよう配合して得られる液晶ポリマーブレンド:
液晶ポリマー(A):引張り弾性率が20〜32GPaであり、示差走査熱量計により測定される融点が250〜330℃である液晶ポリマー、
液晶ポリマー(B):示差走査熱量計により測定される融点が190℃以上250℃未満である液晶ポリマー。
【請求項2】
示差走査熱量計により測定される融点が200℃以上250℃未満である請求項1記載の液晶ポリマーブレンド。
【請求項3】
液晶ポリマー(A)が、その構造中の全繰り返し単位に対して、下記式(I)で表される繰返し単位を50〜80モル%含むものである、請求項1または2に記載の液晶ポリマーブレンド。
【化1】

【請求項4】
液晶ポリマー(A)が下記の繰返し単位からなるものである請求項3に記載の液晶ポリマーブレンド:
【化2】

[式中、ArおよびArはそれぞれ1種以上の2価の芳香族基を表し、XはOまたはNHを表し、a、bおよびcは各繰返し単位の液晶ポリマー(A)中での組成比(モル%)であり、以下の4つの式を満たす:
50モル%≦a≦80モル%、
10モル%≦b≦25モル%、
10モル%≦c≦25モル%、
a+b+c=100モル%]。
【請求項5】
ArおよびArがパラフェニレン基であり、XがNHである、請求項4に記載の液晶ポリマーブレンド。
【請求項6】
液晶ポリマー(B)が下記の繰返し単位からなるものである請求項1〜5のいずれかに記載の液晶ポリマーブレンド:
【化3】

[式中、ArおよびArは、それぞれ一種以上の2価の芳香族基を表し、p、q、rおよびsは各繰返し単位の液晶ポリマー(B)中でのモル組成比(モル%)であり、以下の4つの式を満たす:
0.4≦q/p≦2.0、
2モル%≦r≦15モル%、
2モル%≦s≦15モル%、
p+q+r+s=100モル%]。
【請求項7】
液晶ポリマー(B)が下記の繰返し単位からなるものである、請求項6に記載の液晶ポリマーブレンド:
【化4】

[式中、各繰返し単位の右下の数字は、液晶ポリマー(B)における各繰返し単位のモル%を表す]。
【請求項8】
請求項1〜7の何れかに記載の液晶ポリマーブレンド100重量部に対し、無機充填材および/または有機充填材の1種以上を0.1〜200重量部含む液晶ポリマーブレンド組成物。
【請求項9】
無機充填材および/または有機充填材がガラス繊維である、請求項8に記載の液晶ポリマーブレンド組成物。
【請求項10】
請求項1〜7の何れかの液晶ポリマーブレンドまたは請求項8または9記載の液晶ポリマーブレンド組成物を成形して得られる成形品。
【請求項11】
成形品がクロスフローファンまたはその構成部品である請求項10に記載の成形品。
【請求項12】
クロスフローファンまたはその構成部品が厚さ0.8mm以下の薄肉部を有するものである請求項11に記載の成形品。
【請求項13】
請求項1〜7の何れかの液晶ポリマーブレンドまたは請求項8または9記載の液晶ポリマーブレンド組成物を成形して得られる2以上の構成部品を、超音波溶着、振動溶着、高周波溶着、電磁誘導溶着、インパルス溶着、およびスピン溶着から選択される溶着方法によって接合する工程を含む、接合部を有する成形品の製造方法。
【請求項14】
成形品が、クロスフローファンまたはその構成部品である請求項13に記載の製造方法。

【図1】
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【公開番号】特開2007−119639(P2007−119639A)
【公開日】平成19年5月17日(2007.5.17)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2005−314754(P2005−314754)
【出願日】平成17年10月28日(2005.10.28)
【出願人】(000146423)株式会社ウエノテクノロジー (30)
【Fターム(参考)】