JP2017095563A - ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体、粉体粒子、及びそれらの製造方法 - Google Patents

ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体、粉体粒子、及びそれらの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】少なくともポリアリーレンスルフィドを含有するポリマー粒子の水分散体であって、高濃度で安定性が高く、かつ塗膜形成時の焼付け温度の低温化が可能な分散体を提供することが本発明の課題である。【解決手段】本発明は、塩基析法によって、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーを含有する複合ポリマー粒子をカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆することで、高濃度で安定性が高く、かつ塗膜形成時の焼付け温度の低温化が可能な該粒子からなる分散体、及びそれから得られる粉体粒子を提供することにより上記課題を解決するものである。【選択図】なし

Description

本発明は、カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆された粒子であり、かつ、該粒子がポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーとを含有する粉体粒子、該粒子からなる分散体、及びそれらの製造方法に関する。
ポリアリーレンスルフィド(以下PASと略すことがある)樹脂は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性、成形加工性、寸法安定性に優れ、これら特性を利用して、電気・電子機器部品、自動車部品材料等として使用されている。
一方で、ポリアリーレンスルフィド樹脂は、異なる素材との密着性、接着性に劣ることから、用途拡大が進まないといった側面を持っている。そこで、塗料分野、接着材料分野、コーティング分野、ポリマーコンパウンド分野などにおいて、ポリアリーレンスルフィドの微粒子化さらには、分散液化することができれば、需要は高いと予想されるものの、密着性、接着性の要求特性を満たす微粒子、分散液を得る事は困難であった。
PAS微粒子、分散液を得る手段として、いくつかの手法が提案されている。
特許文献1では、無機塩の存在下でポリアリーレンスルフィド樹脂を有機溶媒中で加熱溶解し、その後、冷却しポリアリーレンスルフィド粗粒子を析出させ懸濁液としたのち、界面活性剤を添加、磨砕することで微粒子の分散液を得る製造方法が提案されている。
特許文献2では、高分子界面活性剤、ポリアリーレンスルフィド樹脂微粒子、アルコール系溶媒からなるポリアリーレンスルフィド樹脂微粒子分散液が提案されている。
特開2009−173878号公報 特開2011−122108号公報
しかし、このような従来技術で得られるPAS微粒子からなる分散液は、有効成分濃度が低く、塗膜形成に十分なポリアリーレンスルフィド濃度の塗料を作製することが困難であり、所望の塗膜を得ることができなかった。さらに、PASの融点の高さから、塗膜形成時の焼付け温度も必然的に高温となり、高温に耐えうる製造設備でなければ焼付け塗膜が出来なかった。
そこで本発明が解決しようとする課題は、ポリアリーレンスルフィド樹脂濃度が高くても、分散安定性が高く、プラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に接着性、密着性に優れ、かつ塗膜形成時の焼付け温度の低温化を可能とした粉体粒子および該粒子からなる分散体を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究した結果、塩基析法によりポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーを含有する粒子をカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆することで、高濃度で安定性が高く、かつ塗膜形成時の焼付け温度の低温化が可能なポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の分散体が得られ、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
『(1)ポリマー粒子、カチオン性基含有有機高分子化合物、酸、水性媒体からなる分散体であって、前記ポリマー粒子が、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーを含有し、かつ、カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されている、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子であることを特徴とする、
ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体。
(2)前記カチオン性基含有有機高分子化合物の主骨格が、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする前記(1)に記載の分散体。
(3)前記カチオン性基含有有機高分子化合物の主骨格が、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂及び(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の分散体。
(4)前記カチオン性基含有有機高分子化合物のアミン価が40〜300mgKOH/gであることを特徴とする前記(1)〜(3)いずれか一項に記載の分散体。
(5)前記カチオン性基含有有機高分子化合物において、カチオン性基の中和に用いられる酸が無機酸、スルホン酸、カルボン酸及びビニル性カルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種の酸であることを特徴とする前記(1)〜(4)いずれか一項に記載の分散体。
(6)前記全芳香族リニアポリマーが、ハンセン溶解度パラメータが15〜30(cal/cm−31/2であり、かつガラス転移温度が100℃以上である全芳香族リニアポリマーであることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の分散体。
(7)前記分散体中の複合粒子の体積平均粒径が1μm以下であることを特徴とする前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の分散体。
(8)前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載のポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体を、乾燥させて得られる粉体粒子。
(9)ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて、当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)[塩基析工程]と、
工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、
工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキと酸とを反応させてカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を得る工程(E)[分散体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体の製造方法。
(10)前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選択される少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする前記(9)に記載の分散体の製造方法。
(11)ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)[塩基析工程]と、
工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、
工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを乾燥してカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子を得る工程(F1)[粉体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子の製造方法。
(12)ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)[塩基析工程]と、
工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、
工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキと酸とを反応させてカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を得る工程(E)[分散体作製工程]と、
工程(E)で得られたカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を乾燥してカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子を得る工程(F2)[粉体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子の製造方法。
(13)前記工程(A)[加熱溶解工程]に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする前記(11)又は(12)に記載の粉体粒子の製造方法。
(14)前記工程(B)[晶析工程]の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子の分散液に対し、機械的粉砕を行うこと[分散工程]を特徴とする前記(9)に記載の分散体の製造方法。
(15)前記工程(B)[晶析工程]の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子の分散液に対し、機械的粉砕を行うこと[分散工程]を特徴とする前記(11)又は(12)に記載の粉体粒子の製造方法。
(16)前記(9)又は(14)に記載の製造方法により得られた分散体。
(17)前記(11)、(12)又は(15)に記載の製造方法により得られた粉体粒子。
(18)前記(1)〜(7)、(16)のいずれか一項に記載のポリアリーレンスルフィド分散体を含有することを特徴とする電着液。
(19)前記(1)〜(7)、(16)のいずれか一項に記載のポリアリーレンスルフィド分散体を用いてなる塗料。』に関する。
本発明により、ポリアリーレンスルフィド樹脂の濃度が高くても安定であり、かつプラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に対する接着性、密着性が優れ、塗膜形成時の焼付け温度の低温化を可能としたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子および該粒子からなる分散体を提供することができる。また、本発明で得られた分散体を用いてなる電着液及び塗料も提供することができる。
以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
本発明の複合粒子分散体は、ポリマー粒子、カチオン性基含有有機高分子化合物、酸、水性媒体からなる分散体であって、前記ポリマー粒子が、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーを含有し、かつ、カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されている、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の分散体である。ここで、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子(以下、複合粒子と略記する場合がある)は、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーが同一粒子内に存在するものであり、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーが分子レベルで部分的に相溶する性質から、晶析工程にてポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーは相分離によってそれぞれが独立して粒子を形成せず、同一粒子内に該2種のポリマーが存在する形態をとると考えられる。
[ポリアリーレンスルフィド樹脂]
本発明に使用するポリアリーレンスルフィド樹脂は、芳香族環と硫黄原子とが結合した構造を繰り返し単位とする樹脂構造を有するものであり、具体的には、下記式(1)
Figure 2017095563
(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、ニトロ基、アミノ基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基を表す。)で表される構造部位を繰り返し単位とする樹脂である。
ここで、前記式(1)で表される構造部位は、特に該式中のR及びRは、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の機械的強度の点から水素原子であることが好ましく、その場合、下記式(2)で表されるパラ位で結合するものが好ましいものとして挙げられる。
Figure 2017095563
これらの中でも、特に繰り返し単位中の芳香族環に対する硫黄原子の結合は前記構造式(2)で表されるパラ位で結合した構造であることが前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の耐熱性や結晶性の面で好ましい。また、パラ位で結合した構造とメタ位で結合した構造、パラ位で結合した構造とオルト位で結合した構造を混合して使用することも可能である。
また、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂は、前記式(1)で表される構造部位のみならず、下記の構造式(3)〜(6)
Figure 2017095563
で表される構造部位を、前記式(1)で表される構造部位との合計の30モル%以下で含んでいてもよい。特に本発明では上記式(3)〜(6)で表される構造部位は10モル%以下であることが、ポリアリーレンスルフィド樹脂の耐熱性、機械的強度の点から好ましい。前記ポリアリーレンスルフィド樹脂中に、上記式(3)〜(6)で表される構造部位を含む場合、それらの結合様式としては、ランダム共重合体、ブロック共重合体の何れであってもよい。
また、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂は、その分子構造中に、下記式(7)
Figure 2017095563
で表される3官能性の構造部位、或いは、ナフチルスルフィド結合などを有していてもよいが、他の構造部位との合計モル数に対して、3モル%以下が好ましく、特に1モル%以下であることが好ましい。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の製造方法としては、特に限定されないが、例えば1)ジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物と、更に必要ならばその他の共重合成分とを、硫黄と炭酸ソーダの存在下で重合させる方法、2)ジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物と、更に必要ならばその他の共重合成分とを、極性溶媒中でスルフィド化剤等の存在下に、重合させる方法、3)p−クロルチオフェノールと、更に必要ならばその他の共重合成分とを自己縮合させる方法、等が挙げられる。これらの方法のなかでも、2)の方法が汎用的であり好ましい。反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩を添加したり、水酸化アルカリを添加しても良い。上記2)方法のなかでも、加熱した有機極性溶媒とジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物とを含む混合物に含水スルフィド化剤を水が反応混合物から除去され得る速度で導入し、有機極性溶媒中でジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物とスルフィド化剤とを反応させること、及び反応系内の水分量を該有機極性溶媒1モルに対して0.02〜0.5モルの範囲にコントロールすることによりポリアリーレンスルフィド樹脂を製造する方法(特開平07−228699号公報参照。)や、固形のアルカリ金属硫化物及び非プロトン性極性有機溶媒の存在下でジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物、アルカリ金属水硫化物及び有機酸アルカリ金属塩を、硫黄源1モルに対して0.01〜0.9モルの有機酸アルカリ金属塩および反応系内の水分量を非プロトン性極性有機溶媒1モルに対して0.02モルの範囲にコントロールしながら反応させる方法(WO2010/058713号パンフレット参照。)で得られるものが特に好ましい。ジハロゲノ芳香族化合物との具体的な例としては、p−ジハロベンゼン、m−ジハロベンゼン、o−ジハロベンゼン、2,5−ジハロトルエン、1,4−ジハロナフタレン、1−メトキシ−2,5−ジハロベンゼン、4,4’−ジハロビフェニル、3,5−ジハロ安息香酸、2,4−ジハロ安息香酸、2,5−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロアニソール、p,p’−ジハロジフェニルエーテル、4,4’−ジハロベンゾフェノン、4,4’−ジハロジフェニルスルホン、4,4’−ジハロジフェニルスルホキシド、4,4’−ジハロジフェニルスルフィド、及び、上記各化合物の芳香環に炭素原子数1〜18のアルキル基を核置換基として有する化合物が挙げられ、ポリハロゲノ芳香族化合物として1,2,3−トリハロベンゼン、1,2,4−トリハロベンゼン、1,3,5−トリハロベンゼン、1,2,3,5−テトラハロベンゼン、1,2,4,5−テトラハロベンゼン、1,4,6−トリハロナフタレンなどが挙げられる。また、上記各化合物中に含まれるハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子であることが望ましい。
重合工程により得られたポリアリーレンスルフィド樹脂を含む反応混合物の後処理方法としては、特に制限されるものではないが、例えば、(1)重合反応終了後、先ず反応混合物をそのまま、あるいは酸または塩基を加えた後、減圧下または常圧下で溶媒を留去し、次いで溶媒留去後の固形物を水、反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、更に中和、水洗、濾過および乾燥する方法、或いは、(2)重合反応終了後、反応混合物に水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素などの溶媒(使用した重合溶媒に可溶であり、且つ少なくともポリアリーレンスルフィドに対しては貧溶媒である溶媒)を沈降剤として添加して、ポリアリーレンスルフィドや無機塩等の固体状生成物を沈降させ、これらを濾別、洗浄、乾燥する方法、或いは、(3)重合反応終了後、反応混合物に反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)を加えて撹拌した後、濾過して低分子量重合体を除いた後、水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、その後中和、水洗、濾過および乾燥をする方法等が挙げられる。
尚、上記(1)〜(3)に例示したような後処理方法において、ポリアリーレンスルフィド樹脂の乾燥は真空中で行なってもよいし、空気中あるいは窒素のような不活性ガス雰囲気中で行なってもよい。
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂は、酸素濃度が5〜30体積%の範囲の酸化性雰囲気中あるいは減圧条件下で熱処理を行い、酸化架橋させることもできる。
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂の物性は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、以下の通りである。
(溶融粘度)
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂は、300℃で測定した溶融粘度(V6)が0.1〜1000〔Pa・s〕の範囲であることが好ましく、さらに流動性および機械的強度のバランスが良好となることから0.1〜100〔Pa・s〕の範囲がより好ましく、特に0.1〜50〔Pa・s〕の範囲であることが特に好ましい。
(非ニュートン指数)
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂の非ニュートン指数は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、0.90〜2.00の範囲であることが好ましい。リニア型ポリアリーレンスルフィド樹脂を用いる場合には、非ニュートン指数が0.90〜1.50の範囲であることが好ましく、さらに0.95〜1.20の範囲であることがより好ましい。このようなポリアリーレンスルフィド樹脂は機械的物性、流動性、耐磨耗性に優れる。ただし、非ニュートン指数(N値)は、キャピログラフを用いて300℃、オリフィス長(L)とオリフィス径(D)の比、L/D=40の条件下で、剪断速度及び剪断応力を測定し、下記式を用いて算出した値である。
Figure 2017095563
[ただし、SRは剪断速度(秒−1)、SSは剪断応力(ダイン/cm)、そしてKは定数を示す。]N値は1に近いほどPASは線状に近い構造であり、N値が高いほど分岐が進んだ構造であることを示す。
本発明で使用できるPAS樹脂の一例として、後記する製造例ではポリフェニレンスルフィド樹脂を挙げている。
[全芳香族リニアポリマー]
本発明に使用する全芳香族リニアポリマーは、ガラス転移温度が100℃以上で、くりかえし単位中に芳香族環を含み、かつポリアリーレンスルフィド樹脂と部分相溶する樹脂であれば特に限定されるものではないが、ガラス転移温度が100℃以上であり、かつ、ハンセン溶解度パラメータ(以下、SP値ということがある)が15.0〜30.0(cal/cm−31/2の範囲の樹脂が、ポリアリーレンスルフィド樹脂と部分的に相溶することができるため、好ましい樹脂として挙げられる。
ここで、本発明で用いるハンセン溶解度パラメータは、樹脂とポリアリーレンスルフィド樹脂の親和性を評価するために用いられるパラメータであり、樹脂の溶解パラメータを定義する方法として当業者には良く知られており、例えば「INDUSTRIAL SOLVENTSHANDBOOK」(pp.35−68、Marcel Dekker, Inc.、1996年発行)や、「HANSEN SOLUBILITY PARAMETERS:A USER’S HANDBOOK」(pp.1−41,CRC Press,1999)「DIRECTORYOF SOLVENTS」(pp.22−29、Blackie Academic & Professional、1996年発行)などに記載されている。本発明においてハンセン溶解度パラメータは、樹脂の化学構造に基づいてハンセン溶解度パラメータを算出してもよいし、また前記参考文献中に記載された値のものを用いてもよい。溶媒の化学構造に基づいてハンセン溶解度パラメータを算出する場合には、HSPソフトに樹脂の構造式を入力して計算することができる。具体的には、チャールズハンセンらによって開発されたソフトフェア(ソフト名:Hansen Solubility Parameter in Practice(HSPiP)Version 3.0.38)で求めることができる。算出は、樹脂温度を25℃として行うものとする。
このような樹脂として、たとえば、ポリスルフォン(SP値22.4)、ポリエーテルエーテルケトン(SP値23.5)、ポリエーテルスルホン(SP値26.5)、ポリカーボネート(SP値20.3)、ポリフェニレンエーテル(SP値20.1)、ポリフェニルスルホン(SP値24.2)などが挙げられる。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂と前記全芳香族リニアポリマーとの配合割合は、ポリアリーレンスルフィド樹脂と全芳香族リニアポリマーの合計100質量部に対して、ポリアリーレンスルフィド樹脂が98〜2質量部の範囲であり、かつ全芳香族リニアポリマーが、2〜98質量部の範囲であることが好ましく、さらにポリアリーレンスルフィド樹脂が90〜10質量部の範囲であり、かつ全芳香族リニアポリマーが、10〜90質量部の範囲であることがより好ましい。ポリアリーレンスルフィド樹脂が2質量部未満の場合ポリアリーレンスルフィド樹脂に由来する耐薬品性や難燃性が低下し、98質量部を超えて用いる場合、塗膜形成時の焼付け温度が低温化しない傾向にあるため好ましくない。
本発明を詳述するために、本発明で用いる全芳香族リニアポリマーの具体例をいくつか以下に説明するが、これらの説明は、本発明を限定する目的で記載されるものではない。
ポリスルホン(PSF)は、構成単位中にスルホニル基を有し、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。PSFの市販品としては、BASF社製のウルトラゾーン(登録商標) S−2010(Ultrason S−2010)、ウルトラゾーン(登録商標) S−3010(Ultrason S−3010)、ウルトラゾーン(登録商標) S−6010(Ultrason S−6010)などが挙げられる。
ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)は、ベンゼン環がエーテル結合とケトン結合を介して繋がる構成単位を有することを特徴とする、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。PEEKの市販品としては、ビクトレックス社製のものなどが挙げられる。
ポリエーテルスルホン(PES)は、構成単位中にスルホニル基を有し、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。PESの市販品としては、ソルベイアドバンストポリマー社製のユーデル(登録商標)シリーズ P−1700、ソルベイアドバンストポリマー社製のレーデルAシリーズ(RADEL(登録商標)Aシリーズ)、BASF社製のウルトラゾーン(登録商標) Eシリーズ(Ultrason E−1010など)、住友化学社製のスミカエクセルシリーズ(スミカエクセル5003P、スミカエクセル4100Pなど)などが挙げられる。
ポリフェニルスルホン(PPSU)は、構成単位中にスルホニル基を有し、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。PPSUの市販品としては、ソルベイアドバンストポリマー社製のレーデルRシリーズ(RADEL(登録商標)Rシリーズ)、BASF社製のウルトラゾーン(登録商標) P−3010(Ultrason P−3010)等が挙げられる。
ポリカーボネートは、カーボネート基を有し、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。ポリカーボネートの市販品としては、帝人化成(株)製のパンライト(登録商標)、三菱エンジニアリングプラスチック(株)製のユーピロン(登録商標)、住友ダウ(株)製のSDポリカ(登録商標)、ダウケミカル(株)製のカリバー(登録商標)等が挙げられる。
ポリフェニレンエーテル(PPE)は、下記式:
Figure 2017095563
で表される樹脂である。PPEは他の樹脂とポリマーアロイを形成(変性PPE)することができ、本発明においてはポリスチレンとのポリマーアロイであるm−PPE等を用いることもできる。PPEの市販品としては、GE社製のノリル N1250等のノリル(登録商標、変性PPE)シリーズ、旭化成社製のザイロン(登録商標、変性PPE) X 9102等が挙げられる。
[ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体の作製]
次に、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の分散体について詳細に説明する。本発明におけるポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体とは、上記PASと全芳香族リニアポリマーを溶媒と共に加熱溶解して、溶解液を得る工程(A)(加熱溶解工程)と、予め調整したカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液と前記溶解液を添加してポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)(晶析工程)と、塩基によりカチオン性基含有有機高分子化合物をポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子表面に析出させ被覆させる工程(C)(塩基析工程)と、カチオン性基含有有機高分子化合物被覆ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別し、水洗して含水カチオン性基含有有機高分子化合物被覆ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(ウェットケーキ作製工程)と、得られたウェットケーキを酸により中和して再分散、調整して得られるポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体(分散体作製工程)のことである。
[加熱溶解工程](工程A)
本発明の分散体を得るためには、まず、PAS樹脂と全芳香族リニアポリマーを溶媒で溶解させる。本工程に無機塩を加える場合もあるが、特に加えなくても良い。本発明に用いることのできるPAS樹脂と全芳香族リニアポリマーの形態は特に問わないが、具体的に例示するならば粉体、顆粒、ペレット、繊維、フィルム、成形品等が挙げられ、操作性及び溶解に要する時間を短縮させる観点から、粉末、顆粒、ペレットが望ましい。これらの中でも特に粉体のPAS樹脂と全芳香族リニアポリマーが好ましく用いられる。通常、PAS樹脂と全芳香族リニアポリマー、溶媒を容器中に投入した後、溶解を行うが、容器へ投入する順序は問わない。
容器は、高温下で使用することから、耐圧製容器を用いる方が好ましい。
容器中の雰囲気は、空気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下のいずれでも良いが、PAS樹脂、全芳香族リニアポリマーと反応したり、PAS樹脂自身、全芳香族リニアポリマー自身を劣化させるような雰囲気を避けるべきであるため、不活性ガス雰囲気下が好ましい。
ここでいう、不活性ガスとは、窒素ガス、二酸化炭素、ヘリウムガス、アルゴンガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスなどが挙げられ、経済性、入手容易性を勘案して、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガスが望ましく、より好ましくは窒素ガス或いはアルゴンガスが用いられる。
無機塩として、特に制限はないが、通常、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニアなどの塩化物、臭化物、炭酸塩、硫酸塩等が用いられる。具体的には、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化塩、臭化ナトリウム、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化アンモニウム等の臭化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム等の硫酸塩等が用いられるが、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化物が好ましい。これらは一種または二種以上で用いることができる。
無機塩を加える場合のPAS樹脂および全芳香族リニアポリマーに対する無機塩の重量比率は、PAS樹脂と全芳香族リニアポリマーとの合計 1質量部に対して0.1〜10質量部の範囲、好ましくは、0.5〜5質量部の範囲である。
溶媒としては、PAS樹脂と全芳香族リニアポリマーを溶解するものであれば、特に制限はないが、例えば、クロロホルム、ブロモホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、2,6−ジクロロトルエン、1−クロロナフタレン、ヘキサフルオロイソプロパノール等のハロゲン系溶媒、N−メチル−2−ピロリジノン、N−エチル−2−ピロリジノン等のN−アルキルピロリジノン系溶媒、N−メチル−ε−カプロラクタム、N−エチル−ε−カプロラクタム等のN−アルキルカプロラクタム系溶媒、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N、N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホン等の極性溶媒の中から少なくとも一種選ばれる溶媒が挙げられ、好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、o−ジクロロベンゼン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の溶媒である。これらの中でも特に、作業性、水溶性を考慮するとN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが好ましく用いられる。
溶媒に対するPAS樹脂と全芳香族リニアポリマーの重量比率は、溶媒にPASと全芳香族リニアポリマーが溶解する限り特に制限はないが、溶媒100質量部に対して、PASと全芳香族リニアポリマーとの合計 0.1〜20質量部の範囲を例示することができ、好ましくは、0.1〜10質量部であり、より好ましくは、0.1〜5質量部である。PASと全芳香族リニアポリマーを溶解させるために、混合した反応液を、PASと全芳香族リニアポリマーが溶解するために必要な温度まで上昇させる。
溶解に必要な温度は、溶媒により異なるが、150℃以上が好ましく、さらに好ましくは200℃以上であり、より好ましくは、250℃以上である。上限としてはPAS樹脂および全芳香族リニアポリマーが分解しない温度以下であり、400℃以下が好ましい。上記溶解は必要に応じ加圧下で行われる。
上記温度にすることにより、PAS樹脂および全芳香族リニアポリマーを均一に溶解することが可能になり、これらポリマーの粗粒子を安定に製造することができる。
また、反応液を攪拌してもしなくても良いが、好ましくは攪拌したほうが良く、これにより溶解に要する時間を短くすることができる。
所定の温度まで上昇させた後、反応液をしばらくの時間維持することが好ましい。維持する時間は、10分〜10時間の範囲であり、好ましくは、10分〜6時間、より好ましくは20分〜2時間の範囲である。
この操作を行うことにより、PAS樹脂および全芳香族リニアポリマーをより十分に溶解させることができる。
次に上記で得られたポリアリーレンスルフィド樹脂および全芳香族リニアポリマーの溶解液を基に、本発明である分散体及び粉体粒子について、製造工程順に詳細に説明する。
[晶析工程](工程B)
まず、予めカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液を調整する。
また、前記カチオン性基含有有機高分子化合物の主骨格は、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂である。また、本発明で使用されるアカチオン性基含有有機高分子化合物は、単体でも上記カチオン性基含有有機高分子化合物を1種類以上混合してもよく、酸性の状態で溶解すれば、本発明の分散体、粉体粒子に使用することができる。
カチオン性基含有有機高分子化合物は、酸性水溶液中で完全に溶解させる。ここで使用する酸としては、塩酸、硫酸、硝酸、リン酸等の無機の酸性物質、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、p−トルエンスルホン酸等のスルホン酸類、酢酸、ギ酸、シュウ酸、アクリル酸、メタクリル酸、アスコルビン酸、メルドラム酸等のカルボン酸類等の有機の酸性物質が好ましい。これらは一種または二種以上で用いることができる。また、カチオン性基含有有機高分子化合物を溶解するための酸量としては、樹脂を完全に溶解させるために、カチオン性基含有有機高分子化合物のアミン価に対して、70〜300%がより好ましい。
また、カチオン性基含有有機高分子化合物のアミン価が40〜300mgKOH/gのものを使用することが好ましい。
このようなカチオン性基含有有機高分子化合物は後述の製造例に記載の方法等で合成して用いても良いし、市販品を用いても良い。市販品の具体例としては、アクリディックWPL−430(DIC株式会社製)等が挙げられる。
さらに、本発明では、カチオン性基含有有機高分子化合物により、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の一部または表面全体を被覆しても、分散安定性に効果が得られる。そのため、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子100質量部に対して、1質量部〜200質量部を使用することが好ましい。中でも5質量部〜150質量部になるように使用するのが、最も分散安定性が高くなるため好ましい。
次に、調整したカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液に上記で調整した溶解液を注ぐことで、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散液(晶析液)を得ることができる。この時点では本発明の目的物である「カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の分散体」とは異なるものである。この晶析工程における粒子状態については後述の通りである。
調整したカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液は、撹拌羽根等の撹拌機で高速撹拌された水流を作製する。乱流、または層流でも構わないが、周速は速い方が晶析した粒子サイズを細かく出来るため好ましい。
前記溶解液の注水速度は、遅いほど細かい粒子を形成し得る上で好適である。注水方法としては、調整したカチオン性基含有有機高分子化合物溶液を強撹拌した溶液に、直接注水する方法がある。ここで、カチオン性基含有有機高分子化合物溶液の撹拌は、微細なポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を形成するために、強撹拌が好ましい。
また、溶解液を注ぎ終えた後に得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散液(晶析液)に対して機械的粉砕を行うことにより分散させる工程[分散工程]を経ることもできる。これにより、より良好な分散安定性を保持することができる。ここで、機械的粉砕としては、後述する機械的粉砕装置の項目で述べた装置を用いる方法などが挙げられる。
この晶析工程にける粒子状態は、カチオン性基含有有機高分子化合物がポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の表層に存在しており、まだ強固に固着している状態ではないと思われる。カチオン性基含有有機高分子化合物末端の塩基性基が酸性物質とのイオン結合状態であるため、柔軟にポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子の表層上に存在していると推測されるためである。後工程の塩基析工程で塩基により、カチオン性基含有有機高分子化合物の官能基の塩交換反応がおき、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子表面に固着されるものである。
[塩基析工程](工程C)
上記工程で得られた水溶性樹脂が表層に存在するポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を、塩基によって塩基析出させ、カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させたスラリーを作製する工程である。
本工程は、無機塩を加えて行うこともできる。無機塩を用いる場合には、その種類に特に制限はないが、通常、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニアなどの塩化物、臭化物、炭酸塩、硫酸塩等が用いられる。具体的には、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化塩、臭化ナトリウム、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化アンモニウム等の臭化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム等の硫酸塩等が用いられるが、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化物が好ましい。これらは一種または二種以上で用いることができる。無機塩を用いる場合のPAS樹脂に対する無機塩の重量比率は、例えば、PAS 1質量部に対して1〜5質量部の範囲で用いることができる。
塩基析出に使用される塩基としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム等が挙げられ、中でも水酸化カリウムが好ましい。
塩基濃度は、使用する各種カチオン性基含有有機高分子化合物、各種PAS樹脂、各種全芳香族リニアポリマーにもよるが、カチオン性基含有有機高分子化合物の末端置換基数による設定が必要であり、系内のpHが11〜13になるように調整する。
[ウェットケーキ作製工程](工程D)
上記塩基析工程で得られたカチオン性基含有高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させたスラリーから、カチオン性基含有高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別し、ウェットケーキにする工程である。ろ別する方法としては、ろ過や遠心分離等、粒子と液体が分離可能であれば如何なる方法でも構わない。ろ別されたウェットケーキ中の水分量は、15〜55%の範囲が好ましく、水分量が低すぎると後工程での再分散でほぐれにくくなり、再分散性が悪くなるため、好ましい水分量は、20〜45%である。ウェットケーキは、残存する有機溶媒や、未析出の樹脂を洗浄するため、イオン交換水、蒸留水、純水、水道水等で洗浄を行う。洗浄方法は、ウェットケーキ上から、洗浄溶媒をかけてろ過洗浄してもよいし、ウェットケーキを洗浄溶媒に再解膠して洗浄してもよい。
[分散体作製工程](工程E)
上記ウェットケーキ作製工程で得られたウェットケーキを水にビーズミルや超音波分散機等で、再解膠し、前述した、無機の酸性物質、有機の酸性物質等でpHを3〜6に調整して、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体を得た。ここで得られた分散体中の不揮発分は、15〜40%であり、従来のPAS等の樹脂分散体が5〜10%程度であることから、本発明により顕著に高濃度の複合粒子分散体が得られることがわかる。
[粉体粒子の作製](工程F1及び工程F2)
さらに、本発明におけるポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子とは、上記工程Dで得られたウェットケーキあるいは、工程Eで得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体から水分を除去し、その後乾燥して得られるカチオン性基含有有機高分子化合物被覆ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子のことである。乾燥した後、各種粉砕装置で粉砕して、所望の粒子サイズに調整して使用することが可能である。
後述の測定方法における体積平均粒径が1μm以下になるまで上記ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粗粒子を分散させたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粗粒子懸濁液の機械的粉砕を行う。好ましくは体積平均粒径が500nm未満となるまで機械的粉砕を行う。
[機械的粉砕装置]
機械的粉砕装置として、市販の機械的粉砕装置を挙げることができる。特にポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粗粒子を効率よく分散、粉砕し、粒径の小さなポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子の分散液を作製するために好適な機械的粉砕装置として、ボールミル装置、ビーズミル装置、サンドミル装置、コロイドミル装置、ディスパー分散攪拌装置、湿式微粒化装置(例えば、スギノマシン製のアルティマイザー、Hielscher社製の超音波分散機等)が挙げられるが、なかでもボールミル装置、ビーズミル装置、サンドミル装置、湿式微粒化装置、から選択される装置が好ましい。機械的粉砕の際の粉砕の力は一般に大きくなるほど、また粉砕時間が長くなるほど得られる微粒子の体積平均粒径は、小さくなる方向にあるが、これらが過度になると凝集が生じやすくなるので、適切な範囲に制御される。例えばビーズミルではビーズ径やビーズ量の選択、周速の調整で、その制御が可能である。
ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散液においても、場合によっては沈殿物を含む場合もある。その際には、沈殿部と分散部を分離して利用してもよい。分散液のみを得る場合には、沈殿部と分散部の分離を行えばよく、そのためには、デカンテーション、ろ過などを行えば良い。また、より粒径の細かい粒子まで必要な場合には、遠心分離などを行い、粒径の大きなものを完全に沈降させ、デカンテーションやろ過を行い、沈殿部分を除去すればよい。
本発明で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散液は、通常24時間静置しても微粒子とカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液とが分離しない。
このようにして得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散液は、その特性から塗料、接着、ポリマーコンパウンド分野における有用な添加剤となる。
以下、実施例を挙げることにより、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
[ポリアリーレンスルフィド樹脂の製造]
本明細書で用いたポリアリーレンスルフィド樹脂の製造方法を製造例として下記に記載する。
(製造例1)ポリアリーレンスルフィド樹脂(PAS−1)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、N−メチル−2−ピロリドン38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、パラジクロロベンゼン17.874kg及びN−メチル−2−ピロリドン16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−1を得た。得られたポリマーの溶融粘度10Pa・sであった。
(製造例2)ポリアリーレンスルフィド樹脂(PAS−2)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、N−メチル−2−ピロリドン38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、パラジクロロベンゼン18.366kg及びN−メチル−2−ピロリドン16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−2を得た。得られたポリマーの溶融粘度2.5Pa・sであった。
(製造例3)ポリアリーレンスルフィド樹脂(PAS−3)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、N−メチル−2−ピロリドン38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、パラジクロロベンゼン17.464kg及びN−メチル−2−ピロリドン16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−3を得た。得られたポリマーの溶融粘度は52Pa・sであった。
[カチオン性基含有有機高分子化合物の製造]
本明細書で用いられるカチオン性基含有有機高分子化合物の製造方法の一例を以下に記載するが、これら以外のカチオン性基含有有機高分子化合物についても同様の方法で製造することができる。
(製造例4)カチオン性基含有有機高分子化合物(KR−1)の製造
攪拌装置、モノマー専用滴下装置、開始剤専用滴下装置、温度センサー、および上部に窒素導入装置を有する還流装置を取り付けた反応容器を有する自動重合反応装置(重合試験機DSL−2AS型、轟産業(株)製)の反応容器にプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート(PGMAc)240部とイソブチルアルコール(iBuOH)240部を仕込み、攪拌しながら反応容器内を窒素置換した。反応容器内を窒素雰囲気に保ちながら80℃に昇温させた後、モノマー専用滴下装置より、スチレン240部、メタクリル酸メチル198.3部、メタクリル酸ジメチルアミノエチル360部、アクリル酸ブチル0.8部、アクリル酸イソブチル0.8部、メタクリル酸0.08部の混合液、および開始剤専用滴下装置より、「ABN−E(登録商標)」(有効成分2,2'-アゾビス(2-メチルブチロニトリル、(株)日本ファインケム製)40.0部とPGMAc312部の混合液を5時間かけて滴下した。滴下終了2時間後に「パーブチルO(登録商標)」(有効成分ペルオキシ2−エチルヘキサン酸t−ブチル、日本油脂(株)製)1.6部とPGMAc8.0部の混合液を添加した。その後同温度で4時間反応を継続させた後、不揮発分を50%に調整し、カチオン性基含有有機高分子化合物(KR−1)のPGMAc/iBuOH溶液を得た(固形分アミン価160.8mgKOH/g)。
(製造例5)カチオン性基含有有機高分子化合物(KR−2)の製造
スチレン 465.68部、メタクリル酸ジメチルアミノエチル 134.32部とする以外は、製造例4と同様にし、不揮発分50%のカチオン性基含有有機高分子化合物(KR−2)のPGMAc/iBuOH溶液を得た(固形分アミン価60mgKOH/g)。
(製造例6)カチオン性基含有有機高分子化合物(KR−3)の製造
スチレン 160部、メタクリル酸メチル 78.64部、メタクリル酸ジメチルアミノエチル 559.68部とする以外は、製造例4と同様にし、不揮発分50%のカチオン性基含有有機高分子化合物(KR−3)のPGMAc/iBuOH溶液を得た(固形分アミン価250mgKOH/g)。
次に、後記する実施例、比較実施例で得た分散体の沈降性、および該分散液を用いた焼付け塗膜の塗膜外観の確認を下記測定方法で行った。
[目視による沈降の確認]
得られた分散体を24時間静置させた際の上澄みを確認した。上澄みが透明である場合は「沈降あり」、上澄みが確認されない場合は「沈降なし」と判断した。
[焼き付け塗膜の概観確認]
得られた分散体のアプリケーター(6ミル)を用いSPCC板に塗膜した。その後室温にて30分間静置し、260℃のオーブンにて30分間焼付けた。焼付け後の塗膜を目視観察し、ピンホールや剥がれの有無を確認した。
(実施例1)
・工程(A)[溶解工程]
下部に開閉可能なバルブを有するオートクレーブ[1]に上記製造例1で製造したPAS−1 5gとポリエーテルスルホン5gとN−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略す)490gを入れた。系内に窒素を通気させ、攪拌しながら加圧下で内温250℃まで上昇させた後、30分間攪拌した。
・工程(B)[晶析工程]
前記工程(A)に用いたオートクレーブの開閉可能なバルブとパイプで連結させたオートクレーブ[2]に、予め、上記製造例4で製造したカチオン性基含有有機高分子化合物KR−1 1.67gと2%塩酸 6.56 gと水 2000 gを混合させたカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液を入れた。このオートクレーブ[2]に、前記工程(A)で溶解させたPASのNMP溶液をオートクレーブ[1]のバルブを開くことで流し込み、オートクレーブ[2]内に晶析液を得た。PASのNMP溶解液をカチオン性基含有有機高分子化合物水溶液に流し込む操作を4回繰り返して得られた晶析液9.64 kgから目開き180μmの金属メッシュを用いて溶け残りを除去した(得られた晶析液のpHは3.2であった)。
・工程(C)[塩基析工程]
工程(B)で得られた晶析液に5%水酸化カリウム水溶液を滴下してpHを12.5に調整することで表面にカチオン性基含有有機高分子化合物が被覆したポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合微粒子を凝集させた塩基析スラリーを得た(得られた液のpHは12.0であった)。
・工程(D)[ウェットケーキ作製工程]
前記工程(C)で得られた塩基析スラリーより水性媒体を吸引ろ過し、ろ集した残渣の洗液の電気伝導度が0.5 mS/cm以下になるまでイオン交換水で洗浄して、不揮発分30.0%の含水カチオン性基含有有機高分子化合物被覆ポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子ウェットケーキを110.0g得た。
・工程(E)[微粒子分散体作製工程]
前記工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子化合物被覆ポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子ウェットケーキ110.0gと10%酢酸 4.13 g、イオン交換水17.9 gを300 ccのステンレスカップに入れて、Hielscher社製超音波分散機 UP400ST(出力400 W、 周波数24 kHz)にて30分間超音波を照射し、ポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合微粒子分散体を得た。この分散体の24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例2)
工程(A)に用いるポリアリーレンスルフィドを製造例1で得たPAS−1に代えて、製造例2で得たPAS−2を使用し、その使用量を2gとし、ポリエーテルスルホンの使用量を8gとした以外は、実施例1と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例3)
工程(A)に用いるポリアリーレンスルフィドを製造例1で得たPAS−1に代えて 製造例3で得たPAS−3を使用し、その使用量を7gとし、ポリエーテルスルホンの使用量を3gとした以外は、実施例1と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例4)
前記実施例1の工程(B)に用いたカチオン性基含有有機高分子化合物を、KR−1に代えてKR−2(1.67g)を用い、また2%塩酸の量を2.45gとし、カチオン性基含有有機高分子化合物水溶液を作製し、また、工程(E)に用いた10%酢酸の量を1.54gとして分散体を作製した以外は実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例5)
前記実施例1の工程(B)に用いたカチオン性基含有有機高分子化合物を、KR−1に代えてKR−3(1.67g)を用い、また2%塩酸の量を4.90gとし、カチオン性基含有有機高分子化合物水溶液を作製し、また、工程(E)に用いた10%酢酸の量を6.42gとして分散体を作製した以外は実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例6)
工程(A)に用いるNMPを1−クロロナフタレンに代えて使用し、温度を230℃にて加熱溶解する操作以外は、実施例1と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(実施例7)
実施例1の工程(D)より得られた不揮発分29.8%の含水ポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粒子ウェットケーキ100gを真空乾燥器にて減圧下 40℃で12時間乾燥させた後、ジューサーミキサーで粉砕することでポリアリーレンスルフィドとポリエーテルスルホンからなる複合粉体粒子を得た。
(実施例8)
工程(A)に用いるポリエーテルスルホンをポリフェニルスルホンに代えて使用する以外は実施例1と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィドとポリフェニルスルホンからなる複合粒子分散体を得た。
24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
また、このポリアリーレンスルフィドとポリフェニルスルホンからなる複合粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールや剥がれは見られなかった。
(比較例1)
工程(A)におけるPAS−1を10g、ポリエーテルスルホンを無添加とする以外は、実施例1と同様にして不揮発分25%のポリアリーレンスルフィド微粒子分散体を得た。このポリアリーレンスルフィド微粒子分散体の焼き付け塗膜外観は、ピンホールが見られた。
[電着塗装評価]
本発明で得られる分散体は多くの用途展開が考えられる。以下では、その一例として、コーティング分野への展開について記載する。コーティング分野における一例として、電着塗装評価を行った。カチオン電着は、被塗装物の溶出がないことから、腐食性に優れるコーティング方法の一種である。本発明で得られる分散体を電着液として使用する場合、適宜、イオン交換水等で不揮発分を調整したり、必要に応じ各種添加剤を加えて使用したりすることができる。
試料として、上記の実施例と比較例で得た分散体を用いて電着塗装評価を実施した。
<電着液の作製>
実施例と比較例で得た分散体をイオン交換水で不揮発分10%に調整した電着液を作製した。
<電着塗装物評価>
上記にて作製した電着液に陽極、陰極ともにアルミ板を浸して直流電源装置 PB80−1B(TEXIO社製)にて36Vで通電した。その後、ポリマー粒子が付着したアルミ板を観察し、平滑性を目視で判定した。
A:均一に付着しており、粒状箇所が見られない
B:粒状箇所が僅かに見られる
C:粒状箇所が多く見られる。
これら作製した分散体の電着塗装評価した実施例1〜6、8及び比較例1の結果を下表に示す。
Figure 2017095563
本発明のカチオン性基含有有機高分子化合物で被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子および該粒子からなる分散体は、ポリアリーレンスルフィド樹脂濃度が高くても分散安定性が高く、プラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に接着性、密着性が優れ、塗膜形成時の焼付け温度の低温化が可能であることから、塗料分野、接着材料分野、コーティング分野、ポリマーコンパウンド分野などにおいて好適に利用可能である。

Claims (15)

  1. ポリマー粒子、カチオン性基含有有機高分子化合物、酸、水性媒体からなる分散体であって、前記ポリマー粒子が、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーを含有し、かつ、カチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されている、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子であることを特徴とする、
    ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体。
  2. 前記カチオン性基含有有機高分子化合物の主骨格が、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする請求項1に記載の分散体。
  3. 前記カチオン性基含有有機高分子化合物のアミン価が40〜300mgKOH/gであることを特徴とする請求項1又は2に記載の分散体。
  4. 前記カチオン性基含有有機高分子化合物において、カチオン性基の中和に用いられる酸が無機酸、スルホン酸、カルボン酸及びビニル性カルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも一種の酸であることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の分散体。
  5. 前記全芳香族リニアポリマーが、ハンセン溶解度パラメータが15.0〜30.0(cal/cm−31/2であり、かつガラス転移温度が100℃以上である全芳香族リニアポリマーであることを特徴とする請求項1に記載の分散体。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載のポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体を、乾燥させて得られる粉体粒子。
  7. ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて、当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキと酸とを反応させてカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を得る工程(E)と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子分散体の製造方法。
  8. 前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選択される少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする請求項7に記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
  9. ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを乾燥してカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子を得る工程(F1)と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子の製造方法。
  10. ポリアリーレンスルフィド及び全芳香族リニアポリマーを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にカチオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られた溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子と塩基とを反応させて当該微粒子表面にカチオン性基含有有機高分子化合物を析出させてカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子をろ別、洗浄し、含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水カチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子ウェットケーキと酸とを反応させてカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を得る工程(E)と、
    工程(E)で得られたカチオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粒子からなる分散体を乾燥してカチオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子を得る工程(F2)と、を含むポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合粉体粒子の製造方法。
  11. 前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする請求項9又は10に記載の粉体粒子の製造方法。
  12. 前記工程(B)の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子の分散液に対し、機械的粉砕を行うことを特徴とする請求項7に記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
  13. 前記工程(B)の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子の分散液に対し、機械的粉砕を行うことを特徴とする請求項9又は10に記載の粉体粒子の製造方法。
  14. 請求項1、2、3、4又は5に記載のポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子分散体を含有することを特徴とする電着液。
  15. 請求項1、2、3、4又は5に記載のポリアリーレンスルフィドと全芳香族リニアポリマーからなる複合微粒子分散体を用いてなる塗料。
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