JP2010534725A - 高い流体遮断特性を有するポリアミド材料 - Google Patents

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Abstract

本発明は、流体、気体及び液体に対して高い遮断特性を有するポリアミド材料に関する。これらの材料は特に、流体を入れること又は輸送することが意図される物品、特にパイプ、導管又はタンク等の製造のために用いることができる。

Description

本発明は、流体、気体及び液体に対して高い遮断特性を有するポリアミド材料に関する。これらの材料は特に、流体を入れること又は輸送することが意図される物品、特にパイプ、導管又はタンク等の製造のために用いることができる。
流体を入れること又は輸送することが意図される単層又は多層物品、例えばパイプ、導管又はタンク等を製造するために熱可塑性材料を用いることは、従来から知られている。
しかしながら、気体や液体に対する満足できる遮断特性をこれら材料に付与するためにそれらに対して改良を施すことが、しばしば必要とされる。
例えば、多層、特に3層パイプ又はタンクを用いることが知られている;それぞれの層は、組立体に用途に応じて要求される遮断特性及び機械的特性を付与するために、異なる材料から成ることができる。特に、ポリエチレン−エチレン/ビニルアルコールコポリマー−ポリエチレン多層物品を挙げることができ、各層の間に相容化(compatibilisation)層が用いられる。しかしながら、斯かる物品、特にパイプは、製造するのに費用がかかり、しかもEVOHの加工は押出機を掃除する必要性を結果としてもたらし、このことは、これらの物品の製造の生産性を低下させる傾向がある。さらに、様々な層の非相容性材料の間で層間剥離の問題が起こることがある。
また、プラスチック材料、特にポリアミドマトリックスの透過性(浸透性)を低下させるために、層状ナノフィラーを用いることも知られている。このような透過性の低下は、これらのナノフィラーによって引き起こされる「ねじれ」効果に依るものである。今日特に広く研究されている層状ナノフィラーは、スメクタイトタイプのクレー、主としてモンモリロナイトである。しかしながら、これらの物質は、高いアスペクト比を有する個別の薄層を得るために特に層間挿入剤を用いることによってマトリックス中でそれらを剥離させる必要があるので、用いるのが難しい。
従って、プラスチック材料の遮断特性を高めるために今日まで従来技術において提唱されている解決策は、複雑で、実施するのが難しく、費用がかかるものであり、しかもプラスチック材料の他の特性、特に機械的特性等を犠牲にすること多かった。
従って、上記の欠点を回避しつつ、有効レベルの不透過性を得ることが可能なポリアミド材料を開発することが望ましい。
本出願人は、全く驚くべきことに、ノボラック樹脂及びポリオレフィンをポリアミドマトリックス中に用いることによって、簡単な態様で、気体及び液体に対する優れたレベルの不透過性を有する単層又は多層物品を製造するのに適した材料を得ることが可能であり、しかも該材料の他の特性を負の方向に変化させることもないということを示した。本発明の解決策は、従来技術において知られていた欠点を回避することだけではなくて、工業的に用いられているシステムよりはるかに高い、これまで聞いたこともない流体遮断特性を得ることも、可能にする。
本発明のポリアミド材料はまた、良好な機械的特性、例えば良好な弾性率/耐衝撃性の折衷点、及び/又は高温において取り扱ったり用いたりするのを可能にする耐熱性等をも有する。
本発明の組成物はさらに、ポリオレフィン材料との組合せにおいて、多層構造体(例えば押出しパイプ、押出しブロー成形法によって製造される物品、射出成形溶接物品等)であってポリオレフィン材料との接着強度が優れたものを製造することも可能にし、そして層間剥離の問題を回避することも可能にする。斯かる組成物はさらに、本発明の組成物とポリオレフィン材料との間に相容化層を用いることなくこれらを可能にする。
従って、本発明は、少なくとも次の(a)、(b)、(c)及び(d)を含み、高い流体遮断特性を有するポリアミド組成物に関する。
(a)ポリアミドマトリックス;
(b)ノボラック樹脂;
(c)前記ポリアミドとの相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン;及び
(d)前記ポリオレフィンと前記ポリアミドとの間の相容化のための添加剤(以下、「相容化剤」と言う)。
本発明の別の主題は、ノボラック樹脂、ポリアミドとの相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン、及び該ポリオレフィンとポリアミドとの間の相容化剤を含む、ポリアミドマトリックス用の不透過性化系(不透過性向上用の系/組成物)にある。この系の成分は、一緒に又は別々にポリアミドマトリックスに添加することができる。
本発明はまた、ポリアミドマトリックスの流体に対する不透過性を高めることにおいて又はそれと関連して、ノボラック樹脂、ポリアミドとの相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン、及び該ポリオレフィンとポリアミドとの間の相容化剤を使用することにも関する。
「流体に対して高い遮断特性を有する材料」という表現は、流体に関して低下した透過性を有する材料を意味するものとする。本発明に従えば、前記流体は気体又は液体であることができる。気体としては、酸素、二酸化炭素、エタン、プロパン、エチレン及びプロピレン等の軽質炭化水素、並びに水蒸気を特に挙げることができる。液体としては、非極性溶剤、特に、トルエン及びイソオクタン等の代表的ガソリン溶剤、並びに/又は極性溶剤、例えば水及びアルコール、冷却剤等を挙げることができる。これら液体は、様々な粘度を有するもの、特にゲルやクリームと同様の高粘度液体であることができるということに、留意すべきである。
本発明に従うポリアミド(a)としては、半結晶質又は非晶質のポリアミド及びコポリアミド、例えば脂肪族ポリアミド、半芳香族ポリアミド、及びより一般的には飽和脂肪族若しくは芳香族二酸と芳香族若しくは脂肪族飽和第1ジアミンとの間の重縮合によって得られる線状ポリアミド、ラクタム若しくはアミノ酸の縮合によって得られるポリアミド、又はこれら様々なモノマーの混合物の縮合によって得られる線状ポリアミド等を挙げることができる。より特定的には、これらのコポリアミドは、例えばポリヘキサメチレンアジパミド、テレフタル酸及び/若しくはイソフタル酸から得られるポリフタルアミド、又はアジピン酸、ヘキサメチレンジアミン及びカプロラクタムから得られるコポリアミドであることができる。
本発明の1つの好ましい実施態様に従えば、熱可塑性マトリックスは、ポリアミドPA−6、ポリアミドPA−6,6、ポリアミドPA−11、ポリアミドPA−12、ポリ−m−キシレンジアミン(MXD6)、並びにこれらのポリアミドをベースとするブレンド及びコポリマーを含む群から選択されるポリアミドである。
前記ポリアミドは、直鎖状ジカルボン酸と直鎖状若しくは環状ジアミンとの重縮合によって得られるポリアミド、例えばPA−6,6、PA−6,10、PA−6,12、PA−12,12、PA−4,6、MXD−6等、又は芳香族ジカルボン酸と直鎖状若しくは芳香族ジアミンとの重縮合によって得られるポリアミド、例えばポリテレフタルアミド、ポリイソフタルアミド、ポリアラミド等、又はアミノ酸自体の重縮合によって得られるポリアミド(このアミノ酸は、ラクタム環の加水分解による開環によって生じさせたものであることができる)、例えば、PA−6、PA−7、PA−11及びPA−12等を含む群から選択されるのが好ましい。
本発明の組成物はまた、特に上記のポリアミドから誘導されたコポリアミド、又はこれらのポリアミド若しくはコポリアミドのブレンドを含むこともできる。
好ましいポリアミドは、ポリヘキサメチレンアジパミド、ポリカプロラクタム、又はポリヘキサメチレンアジパミド及びポリカプロラクタムのコポリマー及びブレンドである。
射出成形法に適した分子量を有するポリアミドが一般的に用いられるが、もっと低粘度のポリアミドを用いることも可能である。
前記ポリアミドマトリックスは特に、星形又はH形マクロ分子鎖、及び場合により線状マクロ分子鎖を含むポリマーであることができる。このような星形又はH形マクロ分子鎖を含むポリマーは、例えば仏国特許第2743077号明細書、仏国特許第2779730号明細書、米国特許第5959069号明細書、欧州特許公開第0632703号公報、欧州特許公開第0682057号公報及び欧州特許公開第0832149号公報に記載されている。
本発明の別の特定態様に従えば、本発明のポリアミドマトリックスは、ランダムツリータイプのポリマー、好ましくはランダムツリー構造を有するコポリアミドであることができる。これらのランダムツリー構造のコポリアミド及びそれらを得る方法は、特に国際公開第99/03909号に記載されている。本発明のマトリックスはまた、上記の線状熱可塑性ポリマーと、星形、H形、H形及び/又はツリー形熱可塑性ポリマーとを含む組成物であることもできる。本発明のマトリックスはまた、国際公開第00/68298号に記載されているタイプの多分岐(hyperbranched)コポリアミドを含むこともできる。本発明の組成物はまた、上記のような線状、星形、H形若しくはツリー形の熱可塑性ポリマー又は多分岐コポリアミドの任意の組合せを含むこともできる。
本発明に従う組成物は、組成物の総重量に対して40〜80重量%のポリアミドを有するのが好ましい。
前記ノボラック樹脂は、一般的にポリヒドロキシ化合物、例えばフェノール系化合物とアルデヒドとの縮合生成物である。これらの縮合反応は一般的に、酸によって触媒される。
前記フェノール系化合物は、フェノール、クレゾール、キシレノール、ナフトール、アルキルフェノール、例えばブチルフェノール、t−ブチルフェノール若しくはイソオクチルフェノール等;又は他の任意の置換フェノール、或はそれらの混合物から選択することができる。特によく用いられるアルデヒドは、ホルムアルデヒドである。しかしながら、他のアルデヒド、例えばアセトアルデヒド、パラホルムアルデヒド、ブチルアルデヒド、クロトンアルデヒド、グリコキサール及びグリオキサール等を用いることもできる。
有利に用いられる樹脂は、500〜3000g/モルの範囲、好ましくは800〜2000g/モルの範囲の高い分子量を有するものである。
工業用ノボラック樹脂としては、特に工業製品のDurez(登録商標)やVulkadur(登録商標)、Rhenosin(登録商標)を挙げることができる。
本発明に従う組成物は、ノボラック樹脂を組成物の総重量に対して0.1〜20重量%、特に1〜15重量%、特定的には2、5若しくは10重量%、又はこれらの値の間の割合で、含むことができる。
上で説明したように、本発明の組成物は、ポリアミドとの相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィンを含む。
情報として、これらの基は一般的に無水マレイン酸、エステル若しくは塩形成された若しくはされていないカルボン酸、アクリル酸、メタクリル酸又はエポキシ基である;これらは例えば無水マレイン酸等のコモノマーを用いることによってポリオレフィン中に加えられる。
本発明のポリオレフィンは、40〜80%の範囲の結晶度を有するのが有利である。結晶度は、次の式によって密度に関係づけられる。
C=dc(d−da)/d(dc−da)
(ここで、Cは結晶度、dは測定された密度、daは非晶質相の密度、dcは所定温度における結晶相の密度である。)
結晶度は、特にDSCによって測定することができる。
これらのポリオレフィンは、0.910〜0.97g/cm3の範囲の密度を有するのが好ましい。
本発明の好ましいポリオレフィンとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、ポリイソプレン、並びにそれらのブレンド及び/又はコポリマーを特に挙げることができる。
高密度ポリエチレン、特に次の特徴を有するものが、特に好ましい。
・0.94〜0.97g/cm3の範囲の密度;
・450000〜4000000g/モルの範囲の分子量;
・0.1〜25g/10mmの範囲のISO規格1133(190℃、2.16kg)に従って測定したメルトフローインデックス(MFI);
・60〜80%の範囲の結晶度。
これらの高密度ポリエチレンは、BASELL社よりLupolen 4261 AGの商品名で、そしてPOLIMERI EUROPA社によってEraclene BB 76の商品名で、販売されている。
前記組成物は、組成物の総重量に対して1〜50重量%、好ましくは5〜30重量%のポリオレフィンを含むことができる。
ポリオレフィンとポリアミドとの間の相容化剤(d)としては、特にポリオレフィン鎖とポリアミドに対する相容性を改善するための官能基(例えば無水マレイン酸、エステル若しくは塩形成された若しくはされていないカルボン酸、アクリル酸、メタクリル酸又はエポキシ基等)とを含む化合物を挙げることができる。斯かる基を有するグラフト化コポリオレフィンが特に好ましい。
特に、無水マレイン酸グラフトポリエチレン、無水マレイン酸をグラフトされたエチレン−プロピレン(EPR)コポリマー若しくはエチレン−プロピレン−ジエン(EPDM)コポリマー、イオノマー、特にSurlyn(登録商標)シリーズのもの、又はエチレンとアクリル酸とのコポリマーを用いることができる。
前記組成物は、組成物の総重量に対して2〜20重量%、好ましくは5〜15重量%の相容化剤(d)を含むことができる。前記ポリオレフィン(c)の重量に対して少なくとも30重量%、好ましくは少なくとも50重量%の相容化剤を用いるのが特に好ましい。
本発明の材料又は組成物はまた、プラスチックマトリックスをベースとする組成物中に一般的に用いられる他の化合物又は添加剤、例えば補強用若しくは増量用フィラー、熱安定剤、成核剤、可塑剤、難燃剤、酸化防止剤、UV安定剤、着色剤、蛍光増白剤、潤滑剤、粘着防止剤、艶消剤(例えば酸化チタン等)、加工助剤、エラストマー、接着剤、分散剤、顔料、衝撃改質剤、活性酸素除去剤若しくは吸収剤、及び/又は触媒等を含むこともできる。
本発明の組成物は特に、ガラス繊維、アラミド繊維及び炭素繊維等の繊維質フィラー;又はアルミノケイ酸塩クレー、カオリン、ウォラストナイト、タルク、炭酸カルシウム、フルオロマイカ、リン酸カルシウム及び誘導体等の無機フィラーを含む群から選択される補強用又は増量用フィラーを含むことができる。補強用又は増量用フィラーの重量濃度は、組成物の総重量に対して1〜50重量%の範囲であるのが有利であり、15〜50重量%の範囲であるのが好ましい。
衝撃改質剤のタイプに対する制限はない。これらは一般的に、この目的のために用いることができるエラストマーのポリマー(弾性ポリマー)である。弾性改質剤は、約500MPa未満のASTM法D−638引張強さを有するものと一般的に定義される。好適なエラストマーの例には、エチレン/アクリル酸エステル/無水マレイン酸、エチレン/プロピレン/無水マレイン酸、EPDM(エチレン−プロピレン−ジエンモノマー)(随意に無水マレイン酸をグラフトされたもの)がある。エラストマーの重量濃度は、組成物の総重量に対して0.1〜30%の範囲であるのが有利である。
本発明の材料及び組成物は一般的に各種成分を、例えば一軸スクリュー又は二軸スクリュー押出機中でポリアミド樹脂を溶融状態に保つのに充分な温度において加熱ブレンドすることによって、又は特に機械的ミキサー中で常温ブレンドすることによって、得られる。一般的に、得られたブレンドは棒の形で押出され、これが細断されて細粒が形成される。ノボラック樹脂及びポリオレフィンは、プラスチック材料を製造するためのプロセスの任意の時点で、特にプラスチックマトリックスと加熱ブレンド又は常温ブレンドすることによって、添加することができる。
前記化合物及び添加剤(例えばノボラック樹脂等)の添加は、溶融プラスチックマトリックス中にこれらの化合物を、純粋な形で又はマトリックス(例えばプラスチックマトリックス等)中の濃厚ブレンドの形で、添加することによって実施することができる。
得られた細粒は次いで、射出成形、押出、押出ブロー成形プロセス等の物品製造プロセスに供給するための原料として、用いられる。
本発明はまた、本発明の組成物を任意のプラスチック加工技術{例えば、薄片(ホイル)及び薄膜(フィルム)の押出若しくは押出ブロー成形等の押出;例えば圧縮成形、熱成形若しくは回転成形等の型成形;例えば射出成形若しくは射出ブロー成形等の射出等}によって成形することによって得られる物品にも関する。
本発明は、より特定的には、流体を入れるタイプ又は流体を輸送するタイプの、前記のような組成物をベースとする部品を少なくとも1つ含む物品に関する。従って、これらは一般的に、中空体又は包装フィルム及び物品である。これらの物品は特に、タンク、容器、桶(バット)、瓶(ボトル)、箱(ボックス)、パイプ、ホース、導管(ダクト)、ポンプ部品又は派生品を含む群から選択される。
本発明に従う組成物又は材料は、複合(特に多層)物品を製造するために、プラスチック材料等の別の基材に付着させたり該基材と組み合わせたりすることができる。この付着又は組合せは、共押出、積層、コーティング、オーバーモールディング、共射出成形、多層射出ブロー成形又は溶接等の既知の方法によって行うことができる。多層構造は、本発明に従う材料の1つ以上の層から形成させることができる。これらの層と1以上の他の熱可塑性ポリマー{例えばポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、PA−12、PA−6,10、PA−6,12、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフェニレンスルフィド(PPS)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー(EVOH)、並びにPA−6/6,36、PA−6/6,9及びPA−6/6,10コポリマー}の層とを、特に共押出結合層によって、組み合わせることができる。
少なくとも1種のノボラック樹脂を含む本発明に従うポリアミド組成物から得られる少なくとも1つの層と、ポリオレフィンを含む組成物から得られる少なくとも1つの層とを含む多層物品が特に好ましい。前記ポリオレフィンは、両方の層において同じ性状のものであるのが好ましい。さらにより一層好ましくは、前記ポリオレフィンはポリエチレンである。
こうして得られる薄膜及び薄片は、熱可塑性材料の加工のための既知の技術に従って一軸延伸又は二軸延伸することができる。薄片又は薄板(プラック)は細断し、熱成形し且つ/又は型押しして、所望の形にすることができる。
「且つ/又は」や「及び/又は」等の表現は、「及び」や「且つ」、「又は」及びこの用語に関連する要素のすべての他の可能な組合せの意味を包含するものとする。
本発明の他の詳細及び利点は、以下に単に指標として与えた実施例を読めば、より一層明らかになるであろう。
例1:プラスチックパイプの製造
用いた化合物は、次のものである:
・PA−6:RHODIA社から入手したTECHNYL S 40(硫酸中で測定して粘度4);
・高密度ポリエチレン(HDPE):POLIMERI EUROPA社から入手したEraclene BB 76;
・ノボラック:RHEIN CHEMIE社から入手したRhenosin PR 95;
・PA−12:市販のパイプ;
・EVOH:NIPPON GOHSEI社から入手したSoarnol D2908;
・無水マレイン酸をグラフトさせた高密度ポリエチレン(HDPE):Chemtura社から入手したPolybond 3009。
表1に挙げた様々な化合物を用いて、商品名Mac.Gi、タイプTR 35/24 GMの装置を用いて押出することによって、厚さ1mm(外径8mm;内径6mm)のパイプを成形した。製造されたパイプは、6番目のもの(C4)が3つの層(内側層、中心層及び外側層)を有する以外は、単層を含む。
加工の特徴は次の通りだった。
・押出機の温度:230℃
・スクリュー速度:8rpm
・モータートルク:4.7アンペア
・押出出口圧力:2000psi(ポンド/平方インチ)
・真空:−0.2バール
前記パイプを次いで23℃、50%RH(相対湿度)において48時間貯蔵した。
例2:ガソリンに対する透過性
時間の関数としての重量損失を測定することにより、様々なパイプのガソリンに対する透過性を評価した。例1の様々なパイプをオーブン中で真空下で70℃において12時間乾燥させた。様々なパイプにガソリンを充填し、これらパイプをシールした。こうして充填したパイプを精密天秤上で計量した。これらパイプを次いでオーブン中に40℃において100日間置いた。これらのパイプを定期的な間隔で計量し、重量損失を記録した。従って、透過性を静的に測定した。
ガソリンは、トルエン45容量%、イソオクタン45容量%及びエタノール10容量%から成るものだった。
時間の関数としての重量損失のカーブは、2つの段階に分かれた:第1段階の誘導段階(パイプの壁を通る流体の拡散に相当)、続いての第2段階のパイプ重量低下段階(パイプの壁を通る1以上の流体の通過に相当)。第2段階の傾斜から、透過性(g/m2/日)を計算した。
Figure 2010534725
従って、ノボラック樹脂を含む本発明に従うポリアミドパイプは、ノボラックを含まない先行技術に従うポリアミドパイプよりはるかに高い優れたガソリン不透過性を有することが観察された。さらに、ノボラック樹脂を含む本発明に従うポリアミドパイプのガソリン不透過性は、当技術分野において従来用いられていて優れたガソリン不透過性を有する組合せであると考えられていた3層(HDPE/EVOH/HDPE)パイプのものより高かった。

Claims (15)

  1. (a)ポリアミドマトリックス;
    (b)ノボラック樹脂;
    (c)前記ポリアミドに対する相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン5〜30重量%;
    (d)前記ポリオレフィンと前記ポリアミドとの間の相容化剤:
    を含み、高い流体遮断特性を有するポリアミド組成物。
  2. ノボラック樹脂(b)を0.1〜20重量%含むことを特徴とする、請求項1に記載の組成物。
  3. 前記ポリオレフィン(c)が0.910〜0.97g/cm3の範囲の密度を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の組成物。
  4. 前記ポリオレフィン(c)がポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイソブチレン、ポリメチルペンテン、ポリイソプレン、並びにそれらのブレンド及び/又はコポリマーを含む群から選択されることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の組成物。
  5. 前記相容化剤(d)が少なくともポリオレフィン鎖とポリアミドに対する相容性を改善するための官能基とを含む化合物であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
  6. 前記官能基が無水マレイン酸、カルボン酸、エステル、アクリル酸、メタクリル酸及びエポキシ基を含む群から選択されることを特徴とする、請求項5に記載の組成物。
  7. 組成物の総重量に対して2〜20重量%の相容化剤(d)を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。
  8. 前記ポリオレフィン(c)の重量に対して少なくとも30重量%の相容化剤(d)を含むことを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の組成物。
  9. ノボラック樹脂、ポリアミドに対する相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン及び該ポリオレフィンとポリアミドとの間の相容化剤を含む、ポリアミドマトリックス用の不透過性化系。
  10. 成分がポリアミドマトリックスに一緒に又は別々に添加されることを特徴とする、請求項9に記載の不透過性化系。
  11. ポリアミドマトリックスの流体に対する不透過性を高めることにおいて又はそれと関連しての、ノボラック樹脂、ポリアミドに対する相容性を改善するための官能基を含まないポリオレフィン及び該ポリオレフィンとポリアミドとの間の相容化剤の使用。
  12. 請求項1〜8のいずれかに記載の組成物を押出、型成形又は射出成形の内の少なくとも1の加工技術によって成形することによって得られた物品。
  13. 請求項1〜8のいずれかに記載の組成物から作られた少なくとも1の材料を含む複合物品。
  14. 少なくとも1つの層が請求項1〜8のいずれかに記載の組成物から成る多層物品であることを特徴とする、請求項13に記載の複合物品。
  15. 少なくとも1つの層が請求項1〜8のいずれかに記載の組成物から成ること、及び少なくとも1つの層がポリオレフィンを含む組成物から得られたことを特徴とする、請求項14に記載の多層複合物品。
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