JP2015074714A - ポリアミド樹脂およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなるポリアミド樹脂であって、ジカルボン酸成分におけるテレフタル酸の含有量が60モル%以上であり、ジアミン成分におけるキシリレンジアミンの含有量が80モル%以上であり、ジアミン成分から副生されたトリアミン成分の含有量がジアミン成分の0.3モル%以下であることを特徴とするポリアミド樹脂。
(2)融点(Tm)と降温結晶化温度(Tcc)との差(Tm−Tcc)である過冷却度(ΔT)が40〜60℃であることを特徴とする(1)記載のポリアミド樹脂。
(3)上記(1)または(2)記載のポリアミド樹脂を製造するための方法であって、下記の工程(ia)を含むことを特徴とするポリアミド樹脂の製造方法。
(ia)ジカルボン酸成分の温度を、150℃以上かつテレフタル酸の融点以下の温度の範囲に保ちながら、ジアミン成分を、粉末状態のテレフタル酸を含むジカルボン酸成分に添加して混合物を得る工程。
(4)上記(1)または(2)記載のポリアミド樹脂を製造するための方法であって、下記の工程(ib)を含むことを特徴とするポリアミド樹脂の製造方法。
(ib)ジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して、5質量部以下である水の存在下、80〜150℃で、溶融状態のキシリレンジアミンと、固体状態のテレフタル酸とを含有する、ジカルボン酸成分とジアミン成分の懸濁液を得、次いで、この懸濁液を、200℃以上かつポリアミド樹脂の融点未満の温度で、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなる塩および/または低重合体を生成させる工程。
(5)さらに、下記の工程(ii)を含むことを特徴とする(3)または(4)記載のポリアミド樹脂の製造方法。
(ii)工程(ia)で得られた混合物、または工程(ib)で得られた塩および/または低重合体を、200℃以上かつポリアミド樹脂の融点未満の温度で固相重合する工程。
(6)上記(1)または(2)記載のポリアミド樹脂を成形してなる成形体。
本発明のポリアミド樹脂は、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなる。
本発明においては、ジカルボン酸成分として、芳香族ジカルボン酸のテレフタル酸を含有することが必要である。ジカルボン酸成分として、テレフタル酸を含有すると、他の芳香族ジカルボン酸成分や、脂肪族ジカルボン酸成分、脂環式ジカルボン酸成分を用いた場合と比較して、融点が高いポリアミド樹脂を得ることができる。したがって、テレフタル酸の含有量は、ジカルボン酸成分の60モル%以上であることが必要であり、70モル%以上であることが好ましい。
本発明のポリアミド樹脂は、過冷却度(ΔT)が40〜60℃であることが好ましく、45〜55℃であることがより好ましい。過冷却度(ΔT)が40℃未満であるポリアミド樹脂は、結晶性が高くなりすぎるため、成形性が低下する場合がある。一方、60℃を超えるポリアミド樹脂は、結晶性に劣るものとなり、成形性が低下する場合がある。
本発明のポリアミド樹脂は、ジアミン成分として上述のようなキシリレンジアミンを用いるため、過冷却度(ΔT)を40〜60℃とすることができる。
工程(ii)は、工程(ia)で得られた混合物や、工程(ib)で得られた塩および/または低重合体を、200℃以上かつポリアミド樹脂の融点未満の温度で固相重合する方法であり、これにより、所定の分子量まで高分子量化させたポリアミド樹脂が得られる。
工程(ii)において、固相重合温度が、生成するポリアミドの融点以上の温度である場合、ジアミン成分に対するトリアミン成分の含有量が多くなる。また、ポリアミド樹脂の熱分解が促進され、ポリアミド樹脂の色調が低下する場合がある。一方、固相重合温度が200℃未満であると重合反応が不十分となる場合がある。固相重合温度は、200〜270℃であることが好ましく、200〜250℃であることがより好ましい。
工程(ii)における固相重合反応の反応時間は、最終的に到達するポリアミド樹脂の分子量と生産性のバランスの観点から、反応温度に達してから0.5〜10時間の範囲であることが好ましく、0.5〜8時間がより好ましい。
工程(ii)における固相重合反応は、窒素などの不活性ガス気流中でおこなってもよく、減圧下でおこなってもよい。また、静置しておこなってもよく、攪拌しながらおこなってもよい。この場合においても、常に最終的に生成するポリアミド樹脂の融点以下で、反応がおこなわれる。
重合触媒としては、特に限定されないが、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸またはそれらの塩等を用いることができる。触媒の使用量は、生成するポリアミド樹脂の品質向上の観点から、原料モノマーであるジカルボン酸とジアミンの合計に対して、2モル%以下が好ましく、1モル%以下がより好ましい。
末端封鎖剤としては、ポリアミド樹脂の末端基との反応性の観点から、モノカルボン酸、モノアミンが好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。モノカルボン酸としては、酢酸、ラウリン酸、ステアリン酸、安息香酸等が挙げられる。モノアミンとしては、ステアリルアミン、オクチルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン等が挙げられる。
末端封鎖剤の添加量は、生成するポリマーの分子量の観点から、原料モノマーであるジカルボン酸成分とジアミン成分の合計に対して、5モル%以下が好ましく、2モル%以下がより好ましい。
各種の物性測定は以下の方法によっておこなった。
(1)ポリアミド樹脂の相対粘度
96%硫酸を溶媒とし、濃度1g/dL、25℃で測定した。
示差走査型熱量計(パーキンエルマー社製 DSC−7)を用い、ポリアミド樹脂を昇温速度20℃/分で350℃まで昇温した後、350℃で5分間保持した。その後、降温速度20℃/分で25℃まで降温した際の発熱ピークのトップを与える温度を降温結晶化温度(Tcc)とし、さらに25℃で5分間保持後、再び昇温速度20℃/分で昇温測定した際の吸熱ピークのトップを融点(Tm)とした。融点(Tm)と降温結晶化温度(Tcc)の差(Tm−Tcc)を過冷却度(ΔT)とした。
過冷却度(ΔT)が小さいほど結晶性が高いことを示す。
ポリアミド樹脂10mgに、47%臭化水素酸3mLを加え、130℃で16時間加熱後、室温まで放冷した。そこに20%水酸化ナトリウム水溶液を5mL加えて、試料溶液をアルカリ性にした後、分液ロートに移してクロロホルムを8mL加えて撹拌した後静置し、クロロホルム層を採り、濃縮した。濃縮した試料にクロロホルム1.5mLを加え、これをメンブランフィルターで濾過したものを測定試料とした。この測定試料を、質量分析計を備えたガスクロマトグラフィー装置(アジレント・テクノロジー社製 Agilent 6890N)で分析した。ジアミン成分とトリアミン成分の標準試料をもとに作成した検量線を用いて、ポリアミド樹脂中のジアミン成分とトリアミン成分を定量し、ジアミン成分に対するトリアミン成分のモル比を算出した。ジアミン成分の標準物質は、重合原料のジアミンを用いた。また、トリアミン成分の標準物質は、酸化パラジウムを触媒として、前記ジアミンをオートクレーブ中240℃で3時間加熱攪拌して反応させて得たトリアミン化合物を用いた。
ASTM D648に従って、荷重1.8MPaで、ポリアミド樹脂成形体の熱変形温度を測定した。
100個連続して成形したポリアミド樹脂成形体を目視で観察し、ヒケやバリがない成形体の個数から、以下の基準で評価した。
○:ヒケやバリがない成形体の数が90個以上である。
△:ヒケやバリがない成形体の数が50〜89個である。
×:ヒケやバリがない成形体の数が49個以下である。
100個連続して成形したポリアミド樹脂成形体を目視で観察し、ゲル化物のある成形体の個数から、以下の基準で評価した。
○:ゲル化物のある成形体の数が9個以下である。
×:ゲル化物のある成形体の数が10個以上である。
ポリアミド樹脂組成物を十分に乾燥した後、射出成形機(東芝機械社製EC100)を用いて射出成形をおこない、127mm×12.7mm×3.2mmの成形片を作製した。シリンダー温度は(融点+25℃)、金型温度は(融点−185℃)、射出圧力は100MPa、射出時間は10秒、取り出し時間5秒とした。
得られた成形片を用いて、ASTM D790に従って測定した。
目開きが2mmの篩を用いて塊状物を取り除いたジカルボン酸の粉粒体を、蒸留水に分散させ、超音波を1分かけて凝集を解除した。その後、HORIBA社製レーザ回折/散乱式粒度分布測定装置LA−920を用い、吸光度が適正範囲になる濃度で、モード径と粒子径が50μm以下の粒子の割合を測定した。
(1)ジカルボン酸成分
・TPA:テレフタル酸(融点300℃以上、モード径130μm)
・IPA:イソフタル酸(融点343℃、モード径100μm)
・ADA:アジピン酸(融点152℃、モード径120μm)
(2)ジアミン成分
・MXD:メタキシリレンジアミン(融点14℃)
・PXD:パラキシリレンジアミン(融点62℃)
・DDA:1,12−ドデカンジアミン(融点68℃)
(3)モノカルボン酸成分
・ST:ステアリン酸(融点70℃)
[工程(ia)]
粉末状テレフタル酸(5159質量部)と、末端封鎖剤として分子量284のステアリン酸(383.3質量部)と、重合触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物(17.31質量部)を、リボンブレンダー式の反応装置に入れ、窒素密閉下、回転数30rpmで撹拌しながら170℃に加熱した。その後、温度を170℃に保ち、かつ回転数を30rpmに保ったまま、液注装置を用いて、メタキシリレンジアミン(4441質量部)を、2.5時間かけて連続的(連続液注方式)にテレフタル酸粉末に添加し反応物を得た。原料モノマーのモル比は、テレフタル酸:メタキシリレンジアミン:ステアリン酸=48:50:2であった。
[工程(ii)]
工程(ia)得られた反応物を、同じ反応装置で、窒素気流下、240℃、回転数30rpmで8時間加熱して固相重合してポリアミド樹脂を得た。
ジアミン成分、ジカルボン酸成分の種類や使用量、また製造条件を表1のように変更した以外は、実施例1と同様にしてポリアミド樹脂を得た。
[工程(ib)]
ジアミン成分としてメタキシリレンジアミン(4441質量部)と、ジカルボン酸成分として粉末状のテレフタル酸(5159質量部)と、末端封鎖剤としてステアリン酸(383.3質量部)と、重合触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物(17.31質量部)とを用い、これらをオートクレーブに入れて80℃に保ちながら、また回転数28rpmで撹拌を開始して、1時間加熱した。
得られた懸濁液を、回転数を28rpmに保ったまま240℃に昇温した。その後240℃で3時間加熱した。加熱を終了し、反応により生じた水蒸気を放圧後冷却した。なお、得られた塩および低重合体の混合物は破砕されていた。
[工程(ii)]
工程(ib)で得られた混合物を、常圧窒素気流下、240℃で5時間加熱して、固相重合し、ポリアミド樹脂を得た。
ジアミン成分、ジカルボン酸成分の種類や使用量、また製造条件を表1のように変更した以外は、実施例8と同様にしてポリアミド樹脂を得た。
実施例6、13〜15で得られたポリアミド樹脂は、ジアミン成分がパラキシリレンジアミンであるため、特に高い融点を有していた。
実施例14では、工程(ib)において水が添加されていたが、その添加量が少ないため、得られたポリアミド樹脂は、トリアミン成分の含有量が本発明で規定する範囲であり、十分に実用に耐えうるものであった。
比較例2は、ジカルボン酸成分としてテレフタル酸に代えて脂肪族ジカルボン酸のアジピン酸を用いたため、得られたポリアミド樹脂は、融点や荷重たわみ温度が非常に低く、耐熱性の樹脂として利用できないものであった。
比較例3は、工程(ia)の温度が低かったため、重合できなかった。
比較例4は、工程(ib)における水の添加量が多いため、得られたポリアミド樹脂は、トリアミン成分の含有量がジアミン成分の0.3モル%を超えるものとなった。その結果、このポリアミド樹脂を成形して得られた成形体には、ゲル化物を有するものが多かった。
Claims (6)
- ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなるポリアミド樹脂であって、ジカルボン酸成分におけるテレフタル酸の含有量が60モル%以上であり、ジアミン成分におけるキシリレンジアミンの含有量が80モル%以上であり、ジアミン成分から副生されたトリアミン成分の含有量がジアミン成分の0.3モル%以下であることを特徴とするポリアミド樹脂。
- 融点(Tm)と降温結晶化温度(Tcc)との差(Tm−Tcc)である過冷却度(ΔT)が40〜60℃であることを特徴とする請求項1記載のポリアミド樹脂。
- 請求項1または2記載のポリアミド樹脂を製造するための方法であって、下記の工程(ia)を含むことを特徴とするポリアミド樹脂の製造方法。
(ia)ジカルボン酸成分の温度を、150℃以上かつテレフタル酸の融点以下の温度の範囲に保ちながら、ジアミン成分を、粉末状態のテレフタル酸を含むジカルボン酸成分に添加して混合物を得る工程。 - 請求項1または2記載のポリアミド樹脂を製造するための方法であって、下記の工程(ib)を含むことを特徴とするポリアミド樹脂の製造方法。
(ib)ジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して、5質量部以下である水の存在下、80〜150℃で、溶融状態のキシリレンジアミンと、固体状態のテレフタル酸とを含有する、ジカルボン酸成分とジアミン成分の懸濁液を得、次いで、この懸濁液を、200℃以上かつポリアミド樹脂の融点未満の温度で、ジカルボン酸成分とジアミン成分とからなる塩および/または低重合体を生成させる工程。 - さらに、下記の工程(ii)を含むことを特徴とする請求項3または4記載のポリアミド樹脂の製造方法。
(ii)工程(ia)で得られた混合物、または工程(ib)で得られた塩および/または低重合体を、200℃以上かつポリアミド樹脂の融点未満の温度で固相重合する工程。 - 請求項1または2記載のポリアミド樹脂を成形してなる成形体。
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