JP2001329021A - イミド化共重合体の連続的製造方法 - Google Patents
イミド化共重合体の連続的製造方法Info
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Abstract
イミド化共重合体を高転化率で連続的に製造する方法を
提供すること。 【解決手段】第一工程が連続多段重合、第二工程が連続
多段イミド化反応、第三工程が連続脱揮工程よりなる連
続的イミド化共重合体の製造方法。
Description
造方法に関するものである。更に詳しくいえば、溶液多
段連続重合工程、多段連続イミド化反応工程、およびそ
れに引き続く連続脱揮工程よりなり、安定に熱安定性お
よび色調の改良されたイミド化共重合体を高転化率で得
る方法に関する。本発明のイミド化共重合体は、高い耐
熱性を有するために、弱電・OA部品や自動車部品とし
て重要であり、又当該イミド化共重合体は、種々の他の
樹脂とのブレンドにおいて良好な相溶性を有するため、
その用途はますます広がりつつある。
重合反応において、スチレンと無水マレイン酸は交互に
配位するため、交互共重合体を生成し易い(J.Am.Chem.
Soc.,67,2044(1945))。そのため求める組成比の共重合
体を均一な組成で得るために、重合系におけるモノマー
濃度比が、最終的に得られる重合体組成に対して実質的
に一定になるように、重合転化率に応じてスチレンと無
水マレイン酸の割合を変化させて連続的に添加しながら
連続重合する方法が知られている(特開昭58−115
14)。しかしながら、この方法では共重合体組成を均
一に保持しながら重合転化率を90%以上にするには、
重合時間が長時間かかる等、種々問題があった。
を含む共重合体を加熱溶融し、アミン類を連続的に反応
させた後、揮発分を除去する連続イミド化方法も知られ
ている(特開昭58−180506,特開平2−480
6,特開平6−56921,特開平9−10032
2)。しかしながら、これらの方法においては原料の芳
香族ビニル化合物、無水マレイン酸を含む共重合体の組
成が不均一のため得られるイミド化共重合体の熱安定性
が十分でないとか、イミド化反応の反応率が低い等によ
る残存アミン類に起因する色調劣化の問題があった。更
に押出機中で溶融混練してイミド化する方法では、添加
するアミン類の量が無水マレイン酸残基含量の2〜3倍
量であることから、未反応アミンが多量に残り、未反応
物を分離再生する複雑な工程を必須とする等問題があっ
た。
を有しない方法を提供することを目的とするものであ
る。すなわち、熱安定性および色調の良好なイミド化共
重合体を高転化率で製造し得る方法に関する。
結果、色調が良好で、熱安定性が一段と高い高品質のイ
ミド化共重合体を、工業的に有利に得る方法を見出し
た。即ち、本発明は、下記の第一工程、第二工程および
第三工程を連続的に実施することにより、得られたイミ
ド化共重合体の4wt%テトラヒドロフラン溶液のYI
(イエローインデックス)が2.0以下、重量平均分
子量と数平均分子量の比Mw/Mnが2.0〜3.0
で、かつ総揮発分が1,000ppm以下であることを
特徴とするイミド化共重合体の連続的製造方法に存す
る。 第一工程:芳香族ビニル単量体45〜80重量%、不飽
和ジカルボン酸無水物単量体20〜50重量%、及びこ
れら単量体と共重合可能なビニル単量体0〜30重量%
を脂肪族ケトン溶剤中、60〜200℃の温度で多段連
続重合させて、芳香族ビニル単量体および不飽和ジカル
ボン酸無水物単量体の重合率をそれぞれ95重量%以上
に重合させる工程。 第二工程:第一工程で得られた重合液に、アンモニアお
よび/又は第1級アミンを連続的に添加して、その共重
合体中の不飽和ジカルボン酸無水物単量体残基の70モ
ル%以上を反応温度120〜250℃で多段連続イミド
化反応させて、添加したアンモニアおよび/又は第1級
アミンの反応率を95モル%以上に反応させる工程。 第三工程:第二工程で得られた反応液を180〜330
℃、減圧下で連続的に脱揮することにより揮発分を除去
する工程。
単量体、不飽和ジカルボン酸無水物単量体、及びこれら
単量体と共重合可能なビニル単量体を脂肪族ケトン溶剤
中で多段連続重合させる工程である。本発明でいう多段
重合は、少なくとも5段以上の重合が好ましく、それら
は仕切で適度に隔離され、かつ完全混合されうる重合空
間を多段持った装置により重合される。それぞれの重合
空間には、芳香族ビニル単量体をはじめとした単量体の
重合による消費量に応じ、不飽和ジカルボン酸無水物が
添加される。この場合、不飽和ジカルボン酸無水物は重
合溶剤と同じ脂肪族ケトン溶剤による溶液が好都合であ
る。不飽和ジカルボン酸無水物の添加量比は、得られる
共重合体の組成を均一にするための公知の量比による。
即ち、重合系におけるモノマー濃度比が、最終的に得ら
れる重合体組成に対して実質的に一定になるように、重
合転化率に応じて不飽和ジカルボン酸無水物の割合を変
化させて添加する方法である。
部を仕切板で仕切ったもの、カスケード方式で重合缶を
直列に並べたもの、および塔式の仕切を持った重合塔が
ある。これらはそれぞれの重合空間で撹拌混合されるこ
とが好ましい。またこれら重合装置の最後に重合をより
完結するため、例えば塔式のポストリアクターを使用し
てもよい。
ジカルボン酸無水物−共重合可能なビニルからなる共重
合体は均一な組成のものが得られ、かつそれぞれの単量
体は、高い重合率が達成される。共重合体の組成が均一
でないと、特に得られた共重合体において不飽和ジカル
ボン酸無水物の共重合比率の組成分布が大きいと、最終
のイミド化共重合体の熱安定性が十分でなくなる。また
重合率が95重量%未満の場合は、更にいえば不飽和ジ
カルボン酸無水物の重合率が95重量%未満の場合は、
この未重合単量体が次の第二工程において、イミド化単
量体を形成し、最終のイミド化共重合体の色調を著しく
劣化させる。
としては、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルトル
エン、エチルスチレン、ターシャリーブチルスチレン、
クロロスチレン、ジクロロスチレン等があるが、スチレ
ンが最も好ましい。芳香族ビニル単量体の量は、45〜
80重量%であり、好ましくは50〜75重量%であ
る。芳香族ビニル単量体の量が45重量%未満の場合
は、最終のイミド化共重合体の機械特性、寸法安定性お
よび色調が不良となる。また芳香族ビニル単量体の量が
80重量%を超えると耐熱性が十分でなくなる。
は、マレイン酸無水物およびアルキル置換マレイン無水
物があるが、マレイン酸無水物が特に好ましい。不飽和
ジカルボン酸無水物単量体の量は、20〜50重量%で
あり、好ましくは25〜50%である。不飽和ジカルボ
ン酸無水物単量体の量が20重量%未満の場合は、最終
のイミド化共重合体の耐熱性が十分ではなく、50重量
%を超えると色調および熱安定性に問題を生じる。
としてアクリロニトリル、メタクリロニトリル、メタク
リル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸メチ
ル、アクリル酸エチル、n−ブチルアクリレートがあ
り、それらの量は0〜30重量%である。イミド化共重
合体は耐熱性が高く有用ではあるが、場合によっては機
械的強度および耐薬品性で不満足な場合がある。これら
を改良するために、共重合可能なビニル単量体として前
記単量体を用いた多元共重合体は有益である。しかし共
重合可能なビニル単量体の量が30重量%を超えると耐
熱性が十分でなくなる。
00℃であり、好ましくは80〜150℃である。60
℃未満では十分な重合速度が得られず、経済的に好まし
くない。重合温度が200℃を越えると十分な分子量が
得られない。ここで用いられる脂肪族ケトン溶剤として
アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケト
ンがあるが、揮発性等の取り扱い易さから、メチルイソ
ブチルケトンが好ましく用いられる。
るラジカル開始剤については特に制限はなく、従来のス
チレン系樹脂の製造において常用されているもの、例え
ば10時間半減期が70〜120℃である有機過酸化物
やアゾ系化合物が好適に用いられる。例えば、t−ブチ
ルパーオキシイソプロピルカーボネート、1,1−ビス
(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシ
クロヘキサン、アゾイソブチロニトリル、アゾビスジメ
チルバレロニトリルなどが好ましい。これら開始剤は、
当業者に周知の量比で、すなわち単量体の合計量に対し
て0.001〜1.0重量%の割合で使用される。さら
に重合の際しては、必要に応じて公知の分子量調節剤、
可塑剤、熱安定剤、酸化防止剤などを添加してもよい。
られた重合液に、アンモニアおよび/又は第1級アミン
を連続的に添加した後、多段反応装置に導入し、その共
重合体中の不飽和ジカルボン酸無水物単量体残基の70
モル%以上を多段連続イミド化反応させて、添加したア
ンモニアおよび/又は第1級アミンの反応率を95モル
%以上に反応させる工程である。本発明でいう多段連続
イミド化反応とは、少なくとも3段以上の反応が好まし
く、それらは仕切で適度に隔離され、かつ完全混合され
うる反応空間を多段に持った装置により反応される。共
重合体を均一にイミド化し、かつアンモニアおよび/又
は第1級アミンの反応率を高めるためには、それぞれの
反応空間の間を反応液が実質的に逆流しないことが重要
である。
酸無水物単量体残基のイミド化が70モル%未満である
と、最終のイミド化共重合体の耐熱性および熱安定性が
不十分となる。また共重合体が均一にイミド化されてい
ることも肝要で、イミド化率の低いイミド化共重合体が
混入すると、熱安定性および色調が低下する。更にアン
モニアおよび/又は第1級アミンの反応率が95モル%
未満の場合は、次の第三工程において未反応アンモニア
および/又は第1級アミンからの副生成物が生じ、最終
のイミド化共重合体の色調劣化の原因となる。
の反応缶の内部を仕切板で仕切ったもの、カスケード方
式で反応缶を直列に並べたもの、および塔式の仕切を持
った反応塔がある。これらはそれぞれの反応空間で撹拌
混合されることが好ましい。またこれら反応装置の最後
に反応をより完結するため、例えば塔式のポストリアク
ターを使用してもよい。
であり、好ましくは170〜230℃である。120℃
未満の場合は反応速度が遅く、経済的に好ましくない。
230℃を越えると、アンモニアおよび/又は第1級ア
ミンの分解および副反応が始まり好ましくない。
ン量は、第一工程で用いた不飽和ジカルボン酸無水物単
量体の等量以下が好ましく、過剰の使用量は最終のイミ
ド化共重合体の色調劣化の原因となる。アンモニアおよ
び/又は第1級アミンとしては、アンモニアの他に、例
えば脂肪族アミンとしてメチルアミン、エチルアミン、
n−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ブチルアミ
ン、シクロヘキシルアミン、ステアリルアミン、ベンジ
ルアミン、芳香族アミンとしては、アニリン、オルトー
トルイジン、2,4,6−トリクロロアニリン、α−ナ
フチルアミン、β−ナフチルアミン、メトキシアニリ
ン、エトキシアニリンなどがあり、特にアニリンが好ま
しい。
を用いても用いなくても良い。反応速度や反応率を更に
上げたい場合は、触媒を用いるのが好ましい。触媒とし
ては、第3級アミンがあり、例えばトリメチルアミン、
トリエチルアミンなどがある。用いる場合の量はアンモ
ニアおよび/又は第1級アミンに対し0.01〜2.0
重量%である。
られた反応液を180〜330℃、減圧下で連続的に脱
揮することにより揮発分を除去する工程である。処理温
度が180℃未満であると、脱揮に長時間を要したり、
取り扱い物が高粘度になり不都合である。330℃を越
えると、処理物の分解等が始まり好ましくない。第三工
程で使用する脱揮装置としては、当業界で公知の2軸押
出機やストランド脱揮装置等がある。
連続的に実施することにより得られたイミド化共重合体
は、熱安定性、色調に優れ、かつ重量平均分子量と数平
均分子量の比(Mw/Mn)が2.0〜3.0で、総揮
発分が1,000ppm以下のものである。本発明によ
る連続的製造方法は、重合およびイミド化反応において
高転化率であるため、残単量体および副反応生成物が少
なく、総揮発分も必然的に少なくなる。
は、単独で用いても良いが、ABS樹脂、AAS樹脂、
AES樹脂、MBS樹脂等とブレンドして成形性、耐衝
撃性性等を更に改良して使用することができる。またポ
リカーボネート、ナイロンなどのエンジニアリングプラ
スチックとも相溶性よく、好ましく使用することができ
る。
そのブレンド物には、公知の酸化防止剤、可塑剤、滑
剤、紫外線吸収剤、難燃剤、帯電防止剤、各種充填剤を
必要に応じて添加することができる。
説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるもので
はない。
ミド化後のYI(イエローインデックス)、分子量、分
子量分布、総揮発分、最終組成比の測定方法は次の通り
である。 (1)重合液の重合率:第一工程終了後の重合液をサン
プリンブし、その重合液をガスクロマトグラフィーによ
り未反応の単量体の定量を行い、重合率を算出した。 (2)YI(イエローインデックス):第三工程終了後
のイミド化共重合体の4wt/THF(テトラヒドロフ
ラン)vol%溶液を用いて色差計により求めた。 (3)分子量及び分子量分布:第三工程終了後のイミド
化共重合体をGPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法
にてポリスチレン換算の値で求めた。 (4)総揮発分:第三工程終了後のイミド化共重合体の
少量をサンプリングし、真空下、220℃、1時間処理
し、その減量値より算出した。 (5)最終組成比:13C−NMR(核磁気共鳴)法に
より無水マレイン酸基のNPMI(N−フェニルマレイ
ミド)基への転化率を求め、(1)の結果及びこの転化
率より最終組成比を算出した。
レイン酸溶液(無水マレイン酸/メチルイソブチルケト
ン/ベンゾイルパーオキサイド=14/86/0.15
(重量比))0.86kg/hr.を、容積が5Lの第
1重合缶に導入して85℃で重合し、容積が16Lの3
段式第2重合缶の下部へ導き、無水マレイン酸溶液(無
水マレイン酸/メチルイソブチルケトン/ベンゾイルパ
ーオキサイド=14/86/0.15(重量比))0.
10kg/hr.、0.10kg/hr.、0.09k
g/hr.を下段、中段、上段へそれぞれ追添混合して
85℃で重合を進め、更に3Lのパイプリアクターによ
り85℃で重合した。得られた重合液1.52kg/h
r.にアニリン/トリエチルアミン=97/3(重量
比)混合物0.145kg/hr.を連続的に添加した
後、その混合物を容積16Lの3段式イミド化反応器の
下部に導入し、140℃でイミド化を行った。得られた
イミド化溶液をベント付き押出機へ導入し、310℃、
30torrでポリマーと未反応単量体及び溶剤を分離
した。イミド化前の重合液の重合率、得られたイミド化
共重合体のYI(イエローインデックス)、分子量、総
揮発分、最終組成比をそれぞれ測定した。
レイン酸溶液(無水マレイン酸/メチルイソブチルケト
ン/ベンゾイルパーオキサイド=16/84/0.17
(重量比))0.94kg/hr.を、容積が5Lの第
1重合缶に導入して85℃で重合し、容積が16Lの3
段式第2重合缶の下部へ導き、無水マレイン酸溶液(無
水マレイン酸/メチルイソブチルケトン/ベンゾイルパ
ーオキサイド=16/84/0.17(重量比))0.
11kg/hr.、0.10kg/hr.、0.10k
g/hr.を下段、中段、上段へそれぞれ追添混合して
85℃で重合を進め、更に3Lのパイプリアクターによ
り85℃で重合した。得られた重合液1.58kg/h
r.にアニリン/トリエチルアミン=97/3(重量
比)混合物0.186kg/hr.を連続的に添加した
後、その混合物を容積16Lの3段式イミド化反応器に
導入し、140℃でイミド化を行った。得られたイミド
化溶液をベント付き押出機へ導入し、310℃、30t
orrでポリマーと未反応単量体及び溶剤を分離した。
イミド化前の重合液の重合率、得られたイミド化共重合
体のYI(イエローインデックス)、分子量、総揮発
分、最終組成比をそれぞれ測定した。
ル酸メチル0.02kg/hr.及び無水マレイン酸溶
液(無水マレイン酸/メチルイソブチルケトン/ベンゾ
イルパーオキサイド=17/83/0.18(重量
比))0.88kg/hr.を、容積が5Lの第1重合
缶に導入して85℃で重合し、容積が16Lの3段式第
2重合缶の下部へ導き、無水マレイン酸溶液(無水マレ
イン酸/メチルイソブチルケトン/ベンゾイルパーオキ
サイド=17/83/0.18(重量比))0.12k
g/hr.、0.12kg/hr.、0.11kg/h
r.を下段、中段、上段へそれぞれ追添混合して85℃
で重合を進め、更に3Lのパイプリアクターにより85
℃で重合した。得られた重合液1.55kg/hr.に
アニリン/トリエチルアミン=97/3(重量比)混合
物0.196kg/hr.を連続的に添加した後、その
混合物を容積16Lの3段式イミド化反応器に導入し、
140℃でイミド化を行った。得られたイミド化溶液を
ベント付き押出機へ導入し、310℃、30torrで
ポリマーと未反応単量体及び溶剤を分離した。イミド化
前の重合液の重合率、得られたイミド化共重合体のYI
(イエローインデックス)、分子量、総揮発分、最終組
成比をそれぞれ測定した。
レイン酸溶液(無水マレイン酸/メチルイソブチルケト
ン/ベンゾイルパーオキサイド=14/86/0.15
(重量比))1.15kg/hr.を、容積が20Lの
内部に仕切を持たない重合缶に導入して85℃で重合し
た。得られた重合液1.52kg/hr.及びアニリン
0.14kg/hr.、トリエチルアミン0.005k
g/hr.を、容積15Lの内部に仕切を持たないイミ
ド化反応器に導入して140℃でイミド化を行った。得
られたイミド化溶液をベント付き押出機へ導入し、31
0℃、30torrでポリマーと未反応単量体及び溶剤
を分離した。イミド化前の重合液の重合率、得られたイ
ミド化共重合体のYI(イエローインデックス)、分子
量、総揮発分、最終組成比をそれぞれ測定した。
イソブチルケトン=40/60(重量比)60.7kg
を仕込み85℃に加熱した後、無水マレイン酸溶液(無
水マレイン酸/メチルイソブチルケトン/ベンゾイルパ
ーオキサイド=27/73/0.29(重量比))3
9.3kgを10時間かけて添加し、回分重合した。得
られた重合液90.9重量部当たり、アニリン9.1重
量部、トリエチルアミン0.3重量部をイミド化反応器
に仕込み、140℃、7時間で回分イミド化反応を行っ
た。得られたイミド化溶液をベント付き押出機へ導入
し、310℃、30torrでポリマーと未反応単量体
及び溶剤を分離した。イミド化前の重合液の重合率、得
られたイミド化共重合体のYI(イエローインデック
ス)、分子量、総揮発分、最終組成比をそれぞれ測定し
た。
合体を製造するにあたり、重合及びイミド化を多段でな
く一段で行うと、重合率及びイミド化率が低くなり、Y
I(イエローインデックス)及び総揮発分が高く熱安定
性が悪くなる。また、連続的ではなく、回分的に製造を
行うと、目的物を得るのに長時間かかるとともに、YI
(イエローインデックス)が高く色調が悪くなる。
総揮発分の少ないイミド化共重合体を高転化率で連続的
に製造する方法に関するものであり、極めて有用であ
る。
Claims (2)
- 【請求項1】下記の第一工程、第二工程および第三工程
を連続的に実施することにより、得られたイミド化共重
合体の4wt%テトラヒドロフラン溶液のYI(イエロ
ーインデックス)が2.0以下、重量平均分子量と数平
均分子量の比(Mw/Mn)が2.0〜3.0で、かつ
総揮発分が1,000ppm以下であることを特徴とす
るイミド化共重合体の連続的製造方法。 第一工程:芳香族ビニル単量体45〜80重量%、不飽
和ジカルボン酸無水物単量体20〜50重量%、及びこ
れら単量体と共重合可能なビニル単量体0〜30重量%
を脂肪族ケトン溶剤中、60〜200℃の温度で多段連
続重合させて、芳香族ビニル単量体および不飽和ジカル
ボン酸無水物単量体の重合率をそれぞれ95重量%以上
に重合させる工程。 第二工程:第一工程で得られた重合液に、アンモニアお
よび/又は第1級アミンを連続的に添加して、その共重
合体中の不飽和ジカルボン酸無水物単量体残基の70モ
ル%以上を反応温度120〜250℃で多段連続イミド
化反応させて、添加したアンモニアおよび/又は第1級
アミンの反応率を95モル%以上に反応させる工程。 第三工程:第二工程で得られた反応液を180〜330
℃、減圧下で連続的に脱揮することにより揮発分を除去
する工程。 - 【請求項2】芳香族ビニル単量体がスチレン、不飽和ジ
カルボン酸無水物単量体が無水マレイン酸、アンモニア
および/又は第1級アミンがアニリンであることを特徴
とする請求項1記載の方法。
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