JP2005054097A - 耐熱性熱可塑性樹脂の製造方法とその耐熱性熱可塑性樹脂からなる耐熱付与材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】芳香族ビニル単量体及び不飽和ジカルボン酸無水物の原料組成を特定の範囲に規定し、不飽和ジカルボン酸無水物を主体とする溶液中に芳香族ビニル単量体を主体とする溶液を分割または連続的に添加しながら溶液重合させた後、その共重合体を第一級アミンまたは/及びアンモニアでイミド化し、揮発分を除去して得られる(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の製造方法
【選択図】 なし
Description
また、この製造方法により得られたマレイミド樹脂は色相が良好で、メタノール可溶分が少なく、更には重量平均分子量を特定範囲に規定した該マレイミド樹脂とABS樹脂とを特定の組成範囲で混合した樹脂組成物が、ABS樹脂に対して分散性が良好でかつ耐熱付与性能の極めて高い耐熱付与材として使用できる事を見出し本発明に至った。
芳香族ビニル単量体としては、例えばスチレン、α−メチルスチレン、ビニルトルエン、t−ブチルスチレン、クロロスチレン等が挙げられるが、これらの芳香族ビニル単量体は単独で用いてもよいし、2種類以上を併用しても差し支えないが、スチレンを単独で使用する事が特に好ましい。
不飽和ジカルボン酸無水物としては、例えばマレイン酸、イタコン酸、シトラコン酸、アコニット酸等の無水物があり、これらの酸無水物等を使用する事ができるが、これらの中で入手が容易である点、さらに廉価であるという点からマレイン酸無水物が特に好ましい。また、これらの酸無水物は単独で用いてもよいし、2種類以上を併用しても差し支えないが、マレイン酸無水物を単独で使用する事が特に好ましい。
不飽和ジカルボン酸が45質量部未満であると、重合中に芳香族ビニル単量体含量の多い、組成分布を有する芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体が生成し、イミド化後に得られる(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の耐熱付与性能が低下する。また48質量部を超えると重合終了後の不飽和ジカルボン酸無水物の残存量が多くなり、イミド化の工程でイミド化単量体を生成し、イミド化後に得られる(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の色相が著しく悪くなる。
ポリマー中の芳香族ビニル三連連鎖の存在割合と芳香族ビニル−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物三連連鎖の存在割合の和が10.0モル%以上となると、イミド化後に得られる目的共重合体の耐熱付与性能が不十分となる場合がある。ポリマー中の芳香族ビニル−芳香族ビニル−芳香族ビニル三連連鎖の存在割合と芳香族ビニル−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物三連連鎖の存在割合の和は、単量体の仕込み組成、仕込み方法等により制御する事ができる。また、これらの存在割合はDEPT法NMRにより求める事ができる。
使用する溶剤は非重合性であることが好ましく、非重合性溶剤の量は、単量体群100質量部に対し、100〜400質量部が好ましく、更に好ましくは100〜200質量部である。100質量部未満であると、重合により得られる重合液が高粘度となり、取り扱いが困難になる場合がある。また400質量部以上であると重合体混合物は低粘度となり取り扱いが容易にはなるが、生産性の面から十分でない場合がある。
第1級アミンの具体例としてメチルアミン、エチルアミン、n−プロピルアミン、iso−プロピルアミン、n−ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−オクチルアミン、シクロヘキシルアミン、デシルアミン等のアルキルアミン及びクロル又はブロム置換アルキルアミン、アニリン、トルイジン、ナフチルアミン等の芳香族アミンおよびクロル又はブロム置換芳香族アミンが挙げられ、これらの中でアニリン、シクロヘキシルアミンが特に好ましい。また、これらの第1級アミンは単独で用いてもよいし、2種類以上を併用しても差し支えない。
本発明における酸価とは、(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂中の、不飽和ジカルボン酸基、カルボン酸基、およびイミド化反応の中間体のマレアミド酸基を主体とする官能基群に由来する数値を表す。15mgKOH/g以上であると、目的とする共重合体をABS樹脂等に混合して組成物を得る際、成形後の成形品外観に成形不良が見られる場合がある。本発明における酸価は、イミド化反応において不飽和ジカルボン酸基に対する第1級アミンの添加量等によって制御できる。
本発明におけるイミド化率とは、芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体中の不飽和ジカルボン酸無水物基のイミド基への転化率を表しており、NMR等から求めることができる。イミド化率90モル%未満の共重合樹脂は目的を達せられない場合がある。イミド化率は不飽和ジカルボン酸無水物基に対する第1級アミンの添加割合、イミド化反応温度、第3級アミンの添加量等によって制御できる。
(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂が50質量部未満であると、得られる耐熱付与材の耐熱付与効果が十分でなくなる。また80質量部を超えると、得られる耐熱付与材の耐熱付与効果が高くなるが、その耐熱付与材とABS樹脂との溶融粘度差が大きくなるため、混合性が悪化する場合がある。
(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂とABS樹脂を直接混合する場合は、双方の樹脂の溶融粘度差が極めて大きいため、例えば二軸押出機のような操作の煩雑な混合機を用いなければならない。しかし、本発明のように(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂とABS樹脂を一旦混合する事で、ABS樹脂との溶融粘度差を改善されたABS樹脂への分散性の良好な耐熱付与材が得られ、耐熱付与材とABS樹脂との混合には廉価で操作が容易な単軸押出機のような混合機を採用する事ができる。
[参考例1]
攪拌機を備えたオートクレーブ中に無水マレイン酸45.0質量部、メチルエチルケトン11.2質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンを0.3質量部を仕込み、系内を窒素ガスで十分置換した後、温度を92℃に昇温した。別容器に調製したスチレン55.0質量部、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.15質量部をメチルエチルケトン126質量部に溶解した溶液を均一な添加速度で4時間30分かけて添加した。添加後116℃に昇温し、更に30分反応させて、芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体を得た。粘調な樹脂液の一部をサンプリングして、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、単量体の重合率を算出した。スチレンの重合率は98.2%であり、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを53.5質量部、無水マレイン酸を46.5質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は98.6%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンを0.4質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンを0.46質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンを0.27質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテンを0.78質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
攪拌機を備えたオートクレーブ中にスチレン60質量部、メチルエチルケトン11.2質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン0.3質量部を仕込み、系内を窒素ガスで十分置換した後、温度を92℃に昇温した。別容器に調整した無水マレイン酸40質量部、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.15部をメチルエチルケトン126質量部に溶解した溶液を均一な添加速度で5時間かけて添加した。添加後116℃に昇温し、更に1時間反応させて、芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体を得た。粘調な樹脂液の一部をサンプリングして、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、単量体の重合率を算出した。スチレンの重合率は97.4%であり、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを58質量部、無水マレイン酸を42質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は95.6%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを50質量部、無水マレイン酸を50質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は93.0%であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、t−ブチルパーオキシ−2−エチルヘキサノエート0.08質量部に変更した以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は96.2%、無水マレイン酸の重合率は98.3%であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン0.2質量部にした以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
スチレンを52.5質量部、無水マレイン酸を47.5質量部、2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン0.85質量部にした以外は参考例1と同様の方法により、重合、未反応単量体の定量を実施した。スチレンの重合率は99.2%、無水マレイン酸の重合率は99.8%以上であった。三連連鎖分布の測定は後記に示す方法により行った。重合方法を表1に、その結果を表2に示した。
[比較例1]
[比較例2]
[比較例3]
[比較例4]
[比較例5]
[比較例6]
[比較例7]
得られた(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂と一般に市販されているABS樹脂(GR−3000、電気化学工業製)を表2、表3記載の配合にて20リットルヘンシェルに投入してブレンド後、二軸押出機を用い、以下に示す条件で混合を実施し、耐熱付与材を得た。
二軸押出機による混合
押出機:TEM−35B(東芝機械社製二軸押出機、スクリュー径37mm、L/D=32)
シリンダー温度:260℃
スクリュー回転数:200rpm(回転方向は二軸同方向)
原料フィード:20kg/hr
耐熱付与材とABS樹脂との混合
得られた耐熱付与材と一般に市販されているABS樹脂(GR−3000、電気化学工業製)を表2、表3記載の配合にて20リットルヘンシェルに投入してブレンド後、単軸押出機を用い、以下に示す条件で混合を実施し、樹脂組成物をを得た。
単軸押出機による混合
押出機:VS40m/m押出機(田辺プラスチック機械製単軸押出機)
シリンダー温度:260℃
スクリュー回転数:200rpm
原料フィード:20kg/hr
(1)芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体の重合率
下記記載の測定条件で未反応の単量体の定量を行い、重合率を算出した。
装置名:Agilent6890series(Agilent社製)
カラム:キャピラリーカラム(ジメチルポリシロキサン、架橋タイプ)
温度:オーブン:50℃、注入口:200℃、検出器:250℃
検出器:FID
試料重合液0.50g、n−オクタン0.001gを秤量しメチルエチルケトンに溶解させ全体を25.0gにし、n−オクタンを内部標準として測定した。
本発明における芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体の三連連鎖分布の測定は以下の条件で測定した。なお、共重合体は予め揮発分を除去して精製したものを測定に用いた。
装置名:AVANCE−300(BRUKER社製)
測定核種:C13
測定方法:DEPT45とDEPT135の差スペクトル
測定温度:23℃±2℃
試料濃度:10質量部
使用溶媒:アセトン−d6
積算回数:
DEPT45・・・2万回
DEPT135・・・2万回
三連連鎖分布の解析方法:
DEPT45とDEPT135の差スペクトルよりスチレン−スチレン−無水マレイン酸三連連鎖に由来するメチレンシグナル、スチレン−スチレン−スチレン三連連鎖に由来するメチレンシグナル、及び無水マレイン酸−スチレン−無水マレイン酸三連連鎖に由来するメチレンシグナルをそれぞれ積分して、それらの積分比から三連連鎖分布を算出した。
下記記載の測定条件でNMRを測定し、イミド基のカルボニル炭素の積分値と未反応ジカルボン酸無水物基およびイミド化反応中間体のマレアミド酸中間体のカルボニル炭素の積分値の比等から(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の組成を求めた。
装置名:AVANCE−300(BRUKER社製)
測定核種:C13
測定温度:110℃
試料濃度:10質量部
使用溶媒:DMSO−d6
積算回数:1万回
本発明における(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の重量平均分子量は、下記記載のGPC測定条件で測定した。
装置名:SYSTEM−21 Shodex(昭和電工社製)
カラム:PL gel MIXED−Bを3本直列
温度:40℃
検出:示差屈折率
溶媒:テトラハイドロフラン
濃度:2質量部
検量線:標準ポリスチレン(PS)(PL社製)を用いて作製し、重量平均分子量はPS換算値で表した。
本発明における(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の黄色度は次に示すような方法により実施した。
装置:SZ−IIシグマ80 測色色差計(日本電色社製)
温度:23℃±2℃
溶媒:テトラヒドロフラン
測定モード:透過法
本発明における(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の酸価測定は、次に示すような滴定法により実施した。
先ず共重合体を溶媒に溶解し、指示薬を加えて試料溶液を作成した。そこへアルカリ溶液を滴下し、良く攪拌させて中和反応を促進させた。試料溶液が淡紫色を呈した点を終点とした。また、溶媒のみを試料としてブランク滴定を実施した。酸価(mgKOH/g)は下記式1により算出した。
酸価={アルカリ濃度(N)×(滴下量合計−ブランク値)(ml)×56.11(g/mol)}/サンプル秤量値(g) 式1
使用器具:25cm3ビュレット、100cm3共栓付三角フラスコ
温度:23℃±2℃
溶媒:メチルエチルケトン
試料溶液濃度:1質量部
アルカリ溶液:0.1N水酸化カリウムエタノール溶液(和光純薬製)
指示薬:フェノールフタレイン0.5質量部エタノール溶液
本発明における(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂のメタノール可溶分は次に示すような方法により行った。
予め重量を測定した樹脂をメチルエチルケトンに溶解し、約5質量部の溶液を作成した。その溶液を大過剰のメタノールに滴下してポリマーを析出させた。析出物を濾過で回収した後、100℃で6時間乾燥させた。乾燥後の析出物の重量を測定した。重量測定は析出物の乾燥終了直後に行った。メタノール可溶分(質量部)は下記式2により算出した。
メタノール可溶分=100−{乾燥後析出物重量(g)/析出前樹脂重量(g)×100} 式2
JIS K7206に従った。荷重50N、昇温速度50℃/hrで測定した。
JIS K7211に従った。なお、シャルピー衝撃強さはノッチタイプAを有するタイプ1試験片を用い、打撃方向はエッジワイズを採用して測定した。
本発明における(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂とABS樹脂からなる耐熱付与材と、ABS樹脂とを混合して得られた樹脂組成物の成形品外観は、以下の条件で成形して外観評価を実施した。
装置:射出成形機(K−125−1、川口鉄工社製)
成形温度:250℃
プレート形状:9cm×5cm
評価方法:成形品の目視による評価
◎:成形不良が見られない場合。
○:成形不良が見られるが、殆ど目立たない。
△:成形不良が見られ、若干目立つ。
×:成形不良が見られ、著しく目立つ。
Claims (7)
- 不飽和ジカルボン酸無水物45〜48質量部を主体とする溶液中に芳香族ビニル単量体55〜52質量部を主体とする溶液を分割または連続的に添加しながら非重合性溶剤中で溶液重合させることにより得た芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体に対し、第一級アミンまたは/及びアンモニアでイミド化し、その後揮発分を除去して得られる(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の製造方法。
- 芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物共重合体が、その共重合体中の芳香族ビニル−芳香族ビニル−芳香族ビニル三連連鎖の存在割合と芳香族ビニル−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物三連連鎖の存在割合の和が10.0モル%以下であり、不飽和ジカルボン酸無水物−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物三連連鎖の存在割合が90.0モル%以上であることを特徴とする請求項1記載の(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の製造方法。
- 不飽和ジカルボン酸無水物45〜48質量部を主体とする溶液が、不飽和ジカルボン酸無水物45〜48質量部、連鎖移動剤0.25〜0.8質量部、及び非重合性溶剤から成る溶液であり、芳香族ビニル単量体55〜52質量部を主体とする溶液が、芳香族ビニル単量体55〜52質量部、重合開始剤0.1〜1.5質量部、及び非重合性溶剤から成る溶液であり、不飽和ジカルボン酸無水物及び芳香族ビニル単量体の合計量が100質量部であることを特徴とする請求項1又は2記載の(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂の製造方法。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法で製造される(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂。
- 重量平均分子量(Mw)7〜12万、黄色度が3.0未満、メタノール可溶分が1.5質量%未満でかつ、酸価が15mgKOH/g未満であることを特徴とする請求項4記載の(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂。
- 請求項4または5記載の(N−置換)マレイミド−芳香族ビニル−不飽和ジカルボン酸無水物系耐熱性熱可塑性樹脂50〜80質量部及びABS樹脂50〜20質量部から成る樹脂組成物であって、そのビカット軟化温度が150〜185℃であることを特徴とする耐熱付与材。
- 請求項6記載の耐熱付与材5〜40質量部及びABS樹脂95〜60質量部から成る樹脂組成物。
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