JP2001329032A - オキシメチレン共重合体の製造方法 - Google Patents
オキシメチレン共重合体の製造方法Info
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Abstract
保持したまま、オキシメチレン単独重合体の如き高い機
械的強度や剛性を有するオキシメチレン共重合体を提供
する。 【解決手段】 トリオキサンと1,3−ジオキソランを
カチオン活性触媒を用いて共重合するにあたり、1,3
−ジオキソランをトリオキサンに対して1.1〜2.9
モル%使用し、かつ触媒を1,3−ジオキソランに対す
るモル比で、0.0001≦〔触媒〕/〔1,3−ジオ
キソラン〕≦0.004を満たす量を使用する、熱安定
性に優れたオキシメチレン共重合体を、90%以上の収
率で製造するオキシメチレン共重合体の製造方法。
Description
性を有し、熱安定性に優れたオキシメチレン共重合体
を、高収率で製造する方法に関する。
的性能に優れており、代表的なエンジニアプラスチック
として、近年極めて広範囲の分野において利用されてい
る。しかし、オキシメチレン重合体が利用される分野の
拡大に伴い、その材料としての性質にも、更に一層の改
良が求められている。現在、市場に供給されているオキ
シメチレン重合体には、大別してオキシメチレン単独重
合体とオキシメチレン共重合体がある。オキシメチレン
単独重合体は機械的強度や剛性が高く、耐疲労性、耐摩
耗性などの力学的特性が優れているが、熱安定性や耐熱
水性が劣る。逆にオキシメチレン共重合体は機械的強度
や剛性が劣るものの、靭性や柔軟性に優れており、その
分子鎖中に分解を抑える安定な共重合ユニットを含むた
め、熱安定性が高い。これら両者の特性を生かした、剛
性、靭性、熱安定性のバランスのとれたオキシメチレン
重合体が望まれていた。
重合体における機械的強度や剛性を改良するために、強
化用充填剤等の各種添加剤を配合することも考えられる
が、靭性が大きく損なわれてしまう。また、WO98/
29483号には、オキシメチレンモノマー単位からな
るポリマー鎖中にオキシメチレンモノマー単位100モ
ル当たり0.01〜1.0モルのオキシアルキレンコモ
ノマー単位がランダムに挿入された構造を有する高剛性
オキシメチレン重合体が開示されている。しかしなが
ら、この挿入量では高い剛性は得られるものの、熱安定
性の低下が大きく、機械的性質及び熱安定性のバランス
の点では未だ満足するものではない。
3−ジオキソランを共重合成分として使用して製造した
オキシメチレン共重合体は熱安定性不良原因となる不安
定部分が、エチレンオキサイドを共重合成分とするオキ
シメチレン共重合体よりも少なく、さらに不安定部分の
生成量は、使用する1,3−ジオキソラン量および触媒
量に依存し、不安定部分の生成を抑制するためには、触
媒の使用量をある一定量以下とする必要があることが開
示されている。しかしながら、この1,3−ジオキソラ
ン量および触媒量では、熱安定性は改良されるものの、
剛性についてはさほど改善されていない。
て、重合収率を改良する方法は、使用触媒量の増量であ
るが、触媒量の単純な増加は不安定部分の生成を促進
し、好ましくないことは公知である。しかしながら、本
発明者らが検討したところ、ある一定量以下の1,3−
ジオキソランを使用することで、製造時における共重合
体の生成速度が増加するため、触媒量をさほど増加させ
なくても、オキシメチレン共重合体が高収率で得られる
ことが明らかとなった。
特定の触媒量を使用して、製造されたオキシメチレン共
重合体の機械的性質に関しては、オキシメチレン単独重
合体並の高い剛性が得られるだけでなく、従来のオキシ
メチレン共重合体並の高い靭性を保持することも明らか
となった。
キシメチレン単独重合体およびオキシメチレン共重合体
両者の特性を生かし、オキシメチレン共重合体の本来有
する靭性や熱安定性を保持したまま、オキシメチレン単
独重合体並の機械的強度や剛性を有するオキシメチレン
共重合体を高収率で得ることにある。
題を解決すべく鋭意検討した結果、トリオキサンと特定
量の1,3−ジオキソランを共重合するにあたり、特定
量の触媒を使用することにより、上記目的を達成しうる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。
1,3−ジオキソランをカチオン活性触媒を用いて共重
合するにあたり、1,3−ジオキソランをトリオキサン
に対して1.1〜2.9モル%使用し、かつ触媒を1,
3−ジオキソランに対するモル比で、0.0001≦
〔触媒〕/〔1,3−ジオキソラン〕≦0.004を満
たす量を使用する、熱安定性に優れたオキシメチレン共
重合体を、90%以上の高収率で製造するオキシメチレ
ン共重合体の製造方法である。
合法、溶融重合法等がある。例えば、好ましい重合方法
としては、実質上溶媒を用いない塊状重合法か、または
モノマーに対して20%以下の溶媒を用いる準塊状重合
法があり、溶融状態にあるモノマーを用いて重合し、重
合の進行と共に塊状及び粉状化した固体のポリマーを得
る方法である。
デヒドの環状三量体であるトリオキサンであり、コモノ
マーとしては1,3−ジオキソランが用いられる。1,
3−ジオキソランの添加量は、トリオキサンに対して
1.1〜2.9モル%で、好ましくは1.1〜2.5モ
ル%である。1,3−ジオキソランの使用量がこれより
多い場合は重合収率が低下し、少ない場合は熱安定性が
低下する。
ソランに対するモル比で、0.0001≦〔触媒〕/
〔1,3−ジオキソラン〕≦0.004を満たす量を、
好ましくは、0.0001≦〔触媒〕/〔1,3−ジオ
キソラン〕≦0.003を満たす量を、より好ましく
は、0.0001≦〔触媒〕/〔1,3−ジオキソラ
ン〕≦0.002を満たす量を使用する。触媒の使用量
がこれより多い場合は熱安定性が低下し、少ない場合は
重合収率が低下する。
ン活性触媒が用いられる。このようなカチオン活性触媒
としては、ルイス酸、殊にホウ素、スズ、チタン、リ
ン、ヒ素およびアンチモン等のハロゲン化物、例えば三
フッ化ホウ素、四塩化スズ、四塩化チタン、五塩化リ
ン、五フッ化リン、五フッ化ヒ素および五フッ化アンチ
モン、およびその錯化合物または塩の如き化合物。ま
た、プロトン酸、例えばトリフルオロメタンスルホン
酸、パークロル酸、プロトン酸のエステル、殊にパーク
ロル酸と低級脂肪族アルコールとのエステル、プロトン
酸の無水物、特にパークロル酸と低級脂肪族カルボン酸
との混合無水物。さらに、トリエチルオキソニウムヘキ
サフルオロホスファート、トリフェニルメチルヘキサフ
ルオロアルゼナート、アセチルヘキサフルオロボラー
ト、ヘテロポリ酸またはその酸性塩、イソポリ酸または
その酸性塩などが挙げられる。特に三フッ化ホウ素を含
む化合物、あるいは三フッ化ホウ素水和物および配位錯
体化合物が好適であり、エ−テル類との配位錯体である
三フッ化ホウ素ジエチルエ−テラ−ト、三フッ化ホウ素
ジブチルエーテラートは特に好ましい。
共重合体の分子量調節のために、必要ならば適当な分子
量調節剤を用いても良い。分子量調節剤としては、カル
ボン酸、カルボン酸無水物、エステル、アミド、イミ
ド、フェノ−ル類、アセタール化合物などが挙げられ
る。特にフェノール、2,6−ジメチルフェノール、メ
チラール、ポリオキシメチレンジメトキシドは好適に用
いられ、最も好ましいのはメチラールである。分子量調
節剤は単独あるいは溶液の形で使用される。溶液で使用
する場合、溶媒としては、ヘキサン、ヘプタン、シクロ
ヘキサン等の脂肪族炭化水素、ベンゼン、トルエン、キ
シレン等の芳香族炭化水素、メチレンジクロライド、エ
チレンジクロライド等のハロゲン化炭化水素が挙げられ
る。
式、連続式のいずれでも可能であり、バッチ式重合装置
としては、一般的に用いられる攪拌機付きの反応槽が使
用できる。連続式重合装置としては、重合時の急激な固
化、発熱に対処可能な強力な攪拌能力、緻密な温度制
御、さらにはスケ−ルの付着を防止するセルフクリ−ニ
ング機能を備えたニ−ダ−、二軸スクリュー式連続押出
混練機、二軸のパドル型連続混合機、その他、これまで
に提案されているトリオキサンの連続重合装置が使用可
能で、2種以上のタイプの重合機を組み合わせて使用す
ることもできる。
合収率(境界収率と定義する)前後の重合温度の制御は
重要である。境界収率は、好ましくは65〜90%、よ
り好ましくは70〜90%、最も好ましくは80〜90
%である。重合温度は重合収率が境界収率に達するまで
は、60〜115℃に、好ましくは60〜110℃に、
より好ましくは60〜100℃に、最も好ましくは60
〜90℃の範囲に保たれるべきである。また重合収率
が、境界収率以上においては、0〜100℃に、好まし
くは0〜80℃に、より好ましくは0〜70℃に、最も
好ましくは0〜60℃の範囲に保たれるべきである。重
合収率が境界収率に達するまでの重合温度がこれより高
いと、熱安定性が低下し、かつ重合収率も低下する。ま
た低い場合は、熱安定性は保持されるが、この場合も重
合収率は低下する。境界収率以上における重合温度がこ
れより高い場合は熱安定性が低下し、低い場合は、重合
機の撹拌動力のトルク上昇をきたす等の不都合が発生す
る。また、境界収率以上における重合温度は、境界収率
に達するまでの温度より高くなってはならない。もしこ
れが逆転すると、熱安定性が低下する。
重合温度とも関係し、特に制限はないが、一般には0.
25〜120分の重合時間が選ばれ、特に1〜30分と
するのが好ましい。
合体は、次いで直ちに失活剤と混合接触させて重合触媒
の失活化を行い重合反応を停止することが必要である。
本発明では、通常、重合収率が90%以上、好ましくは
95%以上、より好ましくは97%以上に達した時点で
触媒を失活させ重合を停止する。
化合物、アミン化合物、アルカリ金属やアルカリ土類金
属の水酸化物などが使用できる。アミン化合物として
は、一級、二級、三級の脂肪族アミンや芳香族アミン、
ヘテロ環アミン、ヒンダードアミン類、その他公知の触
媒失活剤が使用できる。例えば、エチルアミン、ジエチ
ルアミン、トリエチルアミン、モノ−n−ブチルアミ
ン、ジ―n―ブチルアミン、トリ−n−ブチルアミン、
アニリン、ジフェニルアミン、ピリジン、ピペリジン、
モルホリンなどが使用できる。これらの中で特に三価の
有機リン化合物および三級アミンは好ましく、トリフェ
ニルホスフィンが最も好適である。
合、使用される溶剤は特に限定されるものではないが、
水、アルコール類の他、アセトン、メチルエチルケト
ン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、ベンゼン、
トルエン、キシレン、メチレンジクロライド、エチレン
ジクロライド等の各種の脂肪族及び芳香族の有機溶媒が
使用可能である。
細な粉粒体であることが好ましく、このためには重合反
応機が塊状重合物を充分粉砕する機能を有するものが好
ましく、また、重合後の反応物を別に粉砕機を用いて粉
砕した後に失活剤を加えてもよく、更に失活剤の存在下
で粉砕と攪拌を同時に行ってもよい。また粉砕は、粉砕
後の粒度が、標準ふるいを用いRo−Tap(ロータッ
プ)シェーカーによってふるい分けして、100wt%
が10メッシュの篩を通過し、そのうち90wt%以上
が20メッシュの篩を、60wt%以上が60メッシュ
の篩をそれぞれ通過するような粒度となるように粉砕す
ることが望ましい。このような粒度まで粉砕が行われな
い場合は、失活剤と触媒の反応は完結せず、従って残存
した触媒によって徐々に解重合が進行して分子量低下を
生じる。
重合体は高収率で得られるため、そのまま後段の安定化
工程に送ることができるが、一層の精製が必要であるな
らば、洗浄、未反応モノマーの分離回収、乾燥等を経る
ことができる。
に記載される安定化方法を採用することができる。 (1)上記で得られたオキシメチレン共重合体を加熱溶
融して、不安定部分を除去する方法。 (2)上記で得られたオキシメチレン共重合体を水性媒
体中で加水分解して、不安定部分を除去する方法。 これらの方法により安定化した後、ペレット化し、安定
化された成形可能なオキシメチレン共重合体を得ること
ができる。
の方法に比べて、工程が単純であり、工業的方法として
好ましい。すなわち、(1)の方法を採用する場合は、
オキシメチレン共重合体をその溶融温度から100℃高
い温度までの範囲で、760〜0.1Torrの圧力下にお
いて溶融混練することが好ましい。処理温度がオキシメ
チレン共重合体の溶融温度より低い場合は、不安定部分
の分解温度が不充分となり、安定化の効果が得られな
い。また、その溶融温度から100℃高い温度を越える
場合は、黄変を起こしたり、熱によるポリマーの主鎖分
解を起こしたり、同時に不安定部分が生成し熱安定性を
損なう結果となり好ましくない。また、処理時の圧力と
しては、760Torrより高い場合は、不安定部分の分解
により生じた分解ガスを系外に除去する効果が低く、充
分な安定化効果が得られない。また0.1Torrより低い
場合は、このような高減圧度を得るための装置が高価と
なり、工業的不利益が生ずるばかりでなく、吸引ベント
口より溶融樹脂が流出し易くなり、運転上のトラブルを
起こしやすく好ましくない。
用いる装置としては、単軸または2軸以上のベント付押
出機を使用することができる。押出機は必要な滞留時間
を得るために、2台以上の押出機を直列に配置する方法
は有利な方法である。これらの安定化処理に際して、オ
キシメチレン共重合体の溶融混練時に、酸化防止剤、熱
安定剤等の安定剤を添加して安定化処理を行うことがで
きる。
レングリコール−ビス−3−(3−t−ブチル−4−ヒ
ドロキシ−5−メチルフェニル)プロピオネート、ペン
タエリスリチル−テトラキス−3−(3,5−ジ−t−
ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネート等の
立体障害性フェノール類が挙げられる。熱安定剤として
は、メラミン、メチロ−ルメラミン、ベンゾグアナミ
ン、シアノグアニジン、N,N−ジアリールメラミン等
のアミン置換トリアジン類、ポリアミド類、尿素誘導
体、ウレタン類等およびナトリウム、カリウム、カルシ
ウム、マグネシウム、バリウムの無機酸塩、水酸化物、
有機酸塩等が挙げられる。
シメチレン共重合体には、着色剤、核剤、可塑剤、離型
剤、あるいはポリエチレングリコール、グリセリンのよ
うな帯電防止剤、ベンゾトリアゾール系またはベンゾフ
ェノン系化合物のような紫外線吸収剤、ヒンダードアミ
ン系のような光安定剤等の添加剤を所望により添加する
ことができる。
が、本発明はこれらに限定されるものでないことは言う
までもない。なお、実施例、比較例中の用語および測定
方法を以下に示す。
面を有し、内断面の長径が20cmであり、周囲にジャ
ケットを有する長いケース内に1対のシャフトを備え、
それぞれのシャフトには互いにかみ合う擬三角形板が多
数はめ込まれ、擬三角形板の先端でケース内面および相
手の擬三角形板の表面をクリーニングできる連続混合
機。 重合収率:停止処理を施した、粗共重合体20gを20
mlのアセトンに浸した後、濾過し、アセトンで3回洗
浄した後、60℃で恒量となるまで真空乾燥を施した。
しかる後、精秤し、以下の式により重合収率を決定し
た。 重合収率=M1 /M0 ×100 M0:アセトン処理前の重量 M1:アセトン処理、乾燥後の重量 加熱重量減少率:粗重合体を10-2Torr減圧下で60
℃、24時間乾燥した後、60メッシュの篩を通過した
粗重合体粉末2gに安定剤(チバガイギー社製:イルガ
ノックス245(4.0%))を加え、よく混合してから試
験管に入れ、窒素置換後10Torr減圧下で222℃、2
時間加熱した場合の重量減少率を示す。 極限粘度:2%のα−ピネンを添加したp−クロロフェ
ノール溶媒中に、粗共重合体を0.1重量%溶解して、
60℃で測定した。 機械的物性:オキシメチレン共重合体の曲げ特性、引張
特性をそれぞれASTMD790、ASTM D638
に従って測定した。 滞留熱安定性:オキシメチレン共重合体を、75ton
の型締圧を有する射出成形機を用いて、シリンダー温度
240℃でシリンダー内に一定時間滞留させ、シルバー
ストリークの発生するまでの所要滞留時間を測定した。
値が大きいほど熱安定性が良好なことを示す。
剤混合機(シャフトには互いにかみ合う擬三角形板の代
わりにスクリュー様の羽根が多数はめ込まれた構造を有
し、供給口部分から停止剤溶液を注入し、連続的に重合
体と混合せしめる連続重合機)を直列に接続したものを
使用し、オキシメチレン共重合体の製造を実施した。第
1段目の重合機の入口に、80kg/hr(889km
ol/hr)のトリオキサンおよび表1に示した量の
1,3−ジオキソランと、触媒として三フッ化ホウ素ジ
エチルエーテラートを連続的に供給した。また分子量調
節剤としてメチラールを、極限粘度1.1〜1.5dl
/gに調節するのに必要な量を連続的に供給した。ベン
ゼンの合計使用量はトリオキサンに対して1重量%以下
であった。また、停止剤混合機の入口より、使用した触
媒量の2倍モルのトリフェニルホスフィンをベンゼン溶
液で連続的に供給し、重合を停止し、出口よりオキシメ
チレン粗共重合体を収得した。なお、連続重合機は、各
々シャフト回転数を約40rpmとし、また第1段目ジ
ャケット温度を65℃、第2段目および停止剤混合機ジ
ャケット温度を各々40℃に設定して重合運転を行っ
た。得られた粗共重合体の重合収率、加熱重量減少率を
測定し、その結果を表1に示した。また、得られた粗共
重合体100重量部に、トリエチレングリコール−ビス
〔3−(3−t−ブチル−5−メチル−4−ヒドロキシ
フェニル)プロピオネート〕(チバガイギー社製、商品
名イルガノックス245)0.3重量部、メラミン0.
1重量部、水酸化マグネシウム0.05重量部を添加、
混合した後、ベント付2軸押出機に供給し、160Torr
の減圧下、200℃で溶融混練しペレット化した。これ
らの滞留熱安定性および射出成形により試験片を成形し
て機械的物性を測定し、その結果を表1に示した。
ト)量を使用する以外は、実施例1〜7と同様に繰り返
した。また、オキシメチレン単独重合体として旭化成工
業社製テナック4010を使用した場合について、実施
例1〜6と同様に機械的物性および滞留熱安定性を測定
した。結果は併せて表1に示した。
ッ化ホウ素ジエチルエーテラート)量を使用する以外
は、実施例1〜6と同様に繰り返した。結果は表1に示
した。
ト)量を使用する以外は、実施例7〜12と同様に繰り
返した。結果は表1に示した。
ッ化ホウ素ジエチルエーテラート)量を使用する以外
は、実施例1〜6と同様に繰り返した。結果は表1に示
した。
ッ化ホウ素ジエチルエーテラート)量を使用する以外
は、実施例13〜15と同様に繰り返した。結果は表1
に示した。
方法は、オキシメチレン共重合体の靭性や熱安定性を保
持したまま、オキシメチレン単独重合体の如き高い機械
的強度や剛性を有するオキシメチレン共重合体が高収率
で得られる。
3)
重合体における機械的強度や剛性を改良するために、強
化用充填剤等の各種添加剤を配合することも考えられる
が、靱性が大きく損なわれてしまう。また、WO98/
29483号には、オキシメチレンモノマー単位からな
るポリマー鎖中にオキシメチレンモノマー単位100モ
ル当たり0.01〜1.0モルのオキシアルキレンコモ
ノマー単位がランダムに挿入された構造を有する高剛性
オキシメチレン重合体が開示されている。しかしなが
ら、この成形品では高い剛性は得られるものの、熱安定
性の低下が大きく、機械的性質及び熱安定性のバランス
の点では未だ満足するものではない。
Claims (7)
- 【請求項1】 トリオキサンと1,3−ジオキソランを
カチオン活性触媒を用いて共重合するにあたり、1,3
−ジオキソランをトリオキサンに対して1.1〜2.9
モル%使用し、かつ触媒を1,3−ジオキソランに対す
るモル比で、0.0001≦〔触媒〕/〔1,3−ジオ
キソラン〕≦0.004を満たす量を使用する、熱安定
性に優れたオキシメチレン共重合体を90%以上の高収
率で製造するオキシメチレン共重合体の製造方法。 - 【請求項2】 カチオン活性触媒が三フッ化ホウ素ある
いはその配位化合物である請求項1に記載のオキシメチ
レン共重合体の製造方法。 - 【請求項3】 重合収率が少なくとも90%の時点で、
生成したオキシメチレン共重合体と重合停止剤とを接触
させる請求項1〜2に記載のオキシメチレン共重合体の
製造方法。 - 【請求項4】 重合停止剤が三級アミンである請求項3
に記載のオキシメチレン共重合体の製造方法。 - 【請求項5】 重合停止剤がトリフェニルホスフィンで
ある請求項3に記載のオキシメチレン共重合体の製造方
法。 - 【請求項6】 得られたオキシメチレン共重合体を、安
定化処理する請求項3に記載のオキシメチレン共重合体
の製造方法。 - 【請求項7】 安定化処理が、オキシメチレン共重合体
をその溶融温度から100℃高い温度までの温度範囲
で、760〜0.1Torrの圧力下に溶融混練して行われ
る請求項6に記載のオキシメチレン共重合体の製造方
法。
Priority Applications (6)
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EP01111923A EP1158010B1 (en) | 2000-05-22 | 2001-05-18 | Process for producing oxymethylene copolymer |
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JP (1) | JP4605322B2 (ja) |
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