JP2019182930A - 透明ポリアミド、透明ポリアミド組成物および透明ポリアミド成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
特許文献1には、脂肪族ジアミンおよび/または4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンと芳香族ジカルボン酸の組合せからなる透明なポリアミドが提案されている。
特許文献2には、少なくともヘキサメチレンジアミン、イソフタル酸およびテレフタル酸の組合せからなる透明なポリアミドが提案されている。
特許文献3には、少なくとも炭素原子数14〜22のアルキル置換脂環式ジアミンと炭素原子数8〜14の枝なし脂肪族ジカルボン酸の組合せ、または、少なくとも炭素原子数8〜14の枝なし脂肪族ジアミンと炭素原子数7〜36の脂環式ジカルボン酸の組合せからなる透明なポリアミドが提案されている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、透明性、吸水時のTg、引張破断伸びに優れる透明ポリアミド、透明ポリアミド組成物および透明ポリアミド成形体を提供することを目的とする。
ジアミン(a)は、炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンと、炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンと、を含有し、ジアミン(a)中の炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミン、および炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンの合計含有量が50モル%以上であり、
ジカルボン酸(b)はイソフタル酸を含有し、ジカルボン酸(b)中のイソフタル酸の含有量が50モル%以上である。
本発明の透明ポリアミドは、ジアミン(a)と、ジカルボン酸(b)とを構成単位とする透明ポリアミドであって、ジアミン(a)は、炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンと、炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンと、を含有し、ジアミン(a)中の炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミン、および炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンの合計含有量が50モル%以上であり、ジカルボン酸(b)はイソフタル酸を含有し、ジカルボン酸(b)中のイソフタル酸の含有量が50モル%以上である。
本明細書において、「透明」とは、2mm厚みの成形体の可視光ヘーズ値が、10%以下となることを指す。可視光ヘーズは、実施例に示す方法で測定できる。
以下、透明ポリアミドを単にポリアミド、透明ポリアミド組成物を単にポリアミド組成物とも称する。
<ジアミン(a)>
ポリアミドの構成単位であるジアミン(a)は、炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンと、炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンと、を含有し、ジアミン(a)中の炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミン、および炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンの合計含有量が50モル%以上である。ポリアミドの透明性、吸水時のTgの点で、ジアミン(a)中に、分岐を1つ有する飽和脂肪族ジアミンを10モル%以上含有することが好ましい。
ジアミン(a)中の、分岐を1つ有する飽和脂肪族ジアミンの含有量は、ポリアミドの透明性、吸水時のTgの点で、20モル%以上が好ましく、30モル%以上がより好ましく、40モル%以上がさらに好ましい。一方、ポリアミドの引張破断伸びの点で、ジアミン(a)中の、分岐を1つ有する飽和脂肪族ジアミンの含有量は、80モル%以下が好ましく、70モル%以下がより好ましく、60モル%以下がさらに好ましい。
吸水時のTgをより高くする観点から、ジアミン(a)は、炭素原子数が8〜15の脂環族ジアミンを含むことが好ましい。
炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンとしては、例えば、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、およびトリデカメチレンジアミンなどの炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンなどが挙げられる。
直鎖状飽和脂肪族ジアミン(a−1)は、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
炭素原子数が8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンとは、分子中の炭素原子数が8〜15の範囲にあって、且つ分岐した置換基を1つ以上有する分岐飽和脂肪族ジアミンを指す。
主鎖から分岐した置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、およびtert−ブチル基などの炭素原子数1〜4のアルキル基などが挙げられる。
炭素原子数が8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミン(a−2)は、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
炭素原子数が8〜15の脂環族ジアミンとは、分子中の炭素原子数が8〜15の範囲にあって、且つ脂環構造を有するジアミンを指す。脂環構造を有するジアミンには脂環構造の分子鎖に置換基を1つ以上を有する構造も含む。
置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、およびtert−ブチル基などの炭素原子数1〜4のアルキル基などが挙げられる。
炭素原子数が8〜15の脂環族ジアミンは、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
高い引張破断伸びや経済性の点で、ジアミン(a)中の炭素原子数が8〜15の脂環族ジアミンの含有量は、50モル%以下が好ましく、30モル%以下がより好ましく、20モル%以下がさらに好ましい。
ポリアミドの構成単位であるジカルボン酸(b)は、ポリアミドの透明性、流動性の点で、イソフタル酸を50モル%以上含有する。ジカルボン酸(b)中のイソフタル酸の含有量は、透明性、流動性、成形性の点で、50モル%以上であり、60モル%以上であることが好ましく、70モル%以上であることがより好ましい。一方、ジカルボン酸(b)中のイソフタル酸の含有量は、ポリアミドの耐熱エージング性、耐衝撃性の点で、80モル%以下であることが好ましく、70モル%以下がより好ましい。
種々の置換基としては、例えば、炭素原子数1〜6のアルキル基、炭素原子数6〜12のアリール基、炭素原子数7〜20のアリールアルキル基、クロロ基およびブロモ基などのハロゲン基、炭素原子数3〜10のアルキルシリル基、並びにスルホン酸基およびナトリウム塩などのその塩である基などが挙げられる。
脂環族ジカルボン酸は、無置換でも置換基を有していてもよいが、耐熱エージング性の点で、無置換の脂環族ジカルボン酸がより好ましい。
置換基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、およびtert−ブチル基などの炭素原子数1〜4のアルキル基などが挙げられる。
これらの、イソフタル酸以外のジカルボン酸の含有量は、透明性、耐傷付性、加工性の点で、ジカルボン酸(b)中に30モル%以下であることが好ましい。20モル%以下であることがより好ましく、10モル%以下であることがさらに好ましい。
ジカルボン酸と等価な化合物としては、上記ジカルボン酸に由来するジカルボン酸構造と同様のジカルボン酸構造となり得る化合物であれば特に限定されるものではなく、例えば、ジカルボン酸の無水物およびハロゲン化物などが挙げられる。
多価カルボン酸としては、トリメリット酸、トリメシン酸、およびピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸が挙げられる。
多価カルボン酸は、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明におけるポリアミドは、靭性の点で、ラクタムおよび/またはアミノカルボン酸を、さらに共重合してもよい。
ラクタムおよび/またはアミノカルボン酸としては、好ましくは、炭素原子数4〜14のラクタムおよび/またはアミノカルボン酸であり、より好ましくは、炭素原子数6〜12のラクタムおよび/またはアミノカルボン酸である。
中でも、靭性の点で、ε−カプロラクタム、ラウロラクタムなどが好ましく、ε−カプロラクタムがより好ましい。
アミノカルボン酸としては、ω位がアミノ基で置換された炭素原子数4〜14の直鎖状または分岐鎖状飽和脂肪族カルボン酸であることが好ましく、例えば、6−アミノカプロン酸、11−アミノウンデカン酸、および12−アミノドデカン酸などが挙げられ、アミノカルボン酸としては、パラアミノメチル安息香酸なども挙げられる。
ラクタムおよび/またはアミノカルボン酸の添加量は、ジアミン(a)およびジカルボン酸(b)の各モノマー全体のモル量に対して、20モル%以下の範囲であることが好ましく、10モル%以下の範囲がより好ましい。
ポリアミドのポリマー末端としては、特に限定されないが、(1)アミノ末端[NH2]、(2)カルボン酸末端[COOH]、(3)環状アミノ末端、(4)封止剤による末端、(5)その他の末端が挙げられる。
ポリアミドの高い透明性の点で、(1)アミノ末端[NH2]は、ポリアミド1gに対して、好ましくは5〜100μ当量/gの範囲が好ましい。20〜80μ当量/gがより好ましく、25〜60μ当量/gの範囲がさらに好ましい。
また、靭性、耐加水分解性、加工性の点で、(3)環状アミノ末端の量は、ポリアミド1gに対して、好ましくは30〜65μ当量/gの範囲が好ましく、より好ましくは30〜60μ当量/gの範囲であり、さらに好ましくは35〜55μ当量/gの範囲である。
さらに、同様に、高い透明性の点で、(1)ポリアミドのアミノ末端の数より、(2)ポリアミドのカルボン酸末端の数の方が多いことが好ましい。
[NH2]/([NH2]+[COOH])は0.40〜0.49の範囲が好ましく、0.41〜0.47の範囲がより好ましく、さらには0.42〜0.45の範囲が好ましい。
環状アミノ末端の量は、1H−NMRを用いて測定することができる。例えば、窒素の複素環の窒素原子に隣接する炭素に結合する水素とポリアミド主鎖のアミド結合の窒素原子に隣接する炭素に結合する水素との積分比を基に算出する方法が挙げられる。
ポリアミドの数平均分子量Mnと分子量分布(重量平均分子量Mw/数平均分子量Mn)は、高い靭性、剛性等の機械物性、成形性の点で、Mnが8,000以上30,000以下で、Mw/Mnが3.5未満であることが好ましい。Mw/Mnは2.5以下であることがより好ましく、2.3以下であることがさらに好ましい。
ポリアミドの数平均分子量Mnと分子量分布Mw/Mnは、実施例に記載の方法で求めることができる。
引張破断伸びは、ISO 527に準じて測定できる。
引張破断伸びが5%以上であることにより、靭性に優れるポリアミドを得ることができる。
(重合工程および仕上工程)
ポリアミドの製造方法は特に限定されないが、経済性の点で、下記の1)熱溶融重合法および2)熱溶融重合・固相重合法により製造することが好ましい。
1)ジアミンおよびジカルボン酸の水溶液または水の懸濁液、またはジカルボン酸およびジアミン塩と他の成分との混合物の水溶液または水の懸濁液を、加熱し、溶融状態を維持したまま重合させる方法(以下、「熱溶融重合法」と略称する場合がある。)、
2)熱溶融重合法で得られたポリアミドを融点以下の温度で固体状態を維持したまま重合度を上昇させる方法(以下、「熱溶融重合・固相重合法」と略称する場合がある。)
ポリアミドの単量体としては、先述のジアミン(a)、ジカルボン酸(b)、ラクタム、アミノカルボン酸を用いることができる。
重合速度の向上等のために重合触媒、ポリアミドの分子量調整や着色抑制等のため末端封止剤を、ポリアミドの重合前、重合中または重合後に適宜添加することが好ましい。
末端封止剤は、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
モノカルボン酸は、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
モノアミンは、1種類で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
本発明の透明ポリアミド成形体は、上記透明ポリアミドを70質量%以上含有する透明ポリアミド組成物からなることが好ましい。
本発明の透明ポリアミド成形体は、周知の成形方法、例えば、プレス成形、射出成形、ガスアシスト射出成形、溶着成形、押出成形、吹込成形、フィルム成形、中空成形、多層成形、および溶融紡糸などを用いて各種成形体を得ることができる。
本発明の透明ポリアミド成形体は、透明が必要な材料に用いられる。例えば、電子機器の筐体やカバー、レンズ、眼鏡フレーム、水ろ過装置用のフィルターボール、空気圧システム用フィルターカップ、センサー等に好適に用いることができる。上記の中では、成形体の平均厚みが3mm以下である用途が好ましい。
(ポリアミドの重合反応に用いる単量体)
(a)ジアミン
・2−メチルペンタメチレンジアミン(2MC5DA)(東京化成工業製)
・1,9−ノナメチレンジアミン(C9DA)(アルドリッチ社製)
・2−メチルオクタメチレンジアミン(2MC8DA)(特開平05−17413号公報に記載されている製法を参考にして製造した)
・ヘキサメチレンジアミン(C6DA)(和光純薬製)
・ビス(アミノシクロヘキシル)メタン(PACM)(東京化成工業製)
・イソフタル酸(IPA)(和光純薬製)
・テレフタル酸(TPA)(和光純薬製)
・1,4−シクロヘキサンジカルボン酸(CHDA)(和光純薬製)
表1に示す組成のポリアミドを、以下に示す「熱溶融重合法」により、製造した。
<実施例1>
ジアミンとして、C9DAを366g(2.31モル)、2MC8DAを366g(2.31モル)、ジカルボン酸として、IPAを768g(4.62モル)を、蒸留水1500gに溶解させ、約50質量%水溶液を調製した。
それらを、内容積5.4Lのオートクレーブ(日東高圧製)に仕込み、液温(内温)が50℃になるまで保温して、オートクレーブ内を窒素置換した。オートクレーブの槽内(以下、単に「槽内」とも記す。)の圧力が、ゲージ圧として(以下、槽内の圧力は全てゲージ圧として表記する)、約2.5kg/cm2になるまで、液温を約50℃から加熱を続けた(この系での液温は約145℃であった)。槽内の圧力を約2.5kg/cm2に保つため水を系外に除去しながら、加熱を続けて、水溶液の濃度が約75質量%になるまで濃縮した(この系での液温は約160℃であった)。水の除去を止め、槽内の圧力が約30kg/cm2になるまで加熱を続けた(この系での液温は約245℃であった)。槽内の圧力を約30kg/cm2に保つため、水を系外に除去しながら、最終温度(後述の290℃)−50℃(ここでは240℃)になるまで加熱を続けた。液温が最終温度(ここでは290℃)まで上昇した後に、加熱は続けながら、槽内の圧力が大気圧(ゲージ圧は0kg/cm2)になるまで30分ほどかけながら降圧した。
その後、槽内の樹脂温度(液温)の最終温度が約290℃になるようにヒーター温度を調整した。樹脂温度は約290℃のまま、槽内を真空装置で約13.3kPa(約100torr)の減圧下に10分維持し、重合体を得た。その後、得られた重合体を、窒素で加圧し下部紡口(ノズル)からストランド状にし、水冷、カッティングを行いペレット状で排出して、ポリアミドPA−1のペレットを得た。
実施例1と同様の方法で、表1に示す組成のポリアミドPA−2〜PA−6を製造した。
上記で製造したポリアミドを、射出成形機(日精樹脂工業(株)社製PS40E)を用いて、ISO3167に準拠し、多目的試験片(2〜4mm厚)を作製した。射出成形条件は、射出成形シリンダー温度:ポリアミド樹脂の融点+約10℃、金型温度:40℃、射出:25秒、冷却:15秒、可塑化量:80mm(クッション量約10mm)とした。
(1)25℃の相対粘度ηr
JIS−K6920に準じて実施した。具体的には、98%硫酸を用いて、1%の濃度の溶解液((ポリアミド1g)/(98%硫酸100mL)の割合)を作製し、25℃の温度条件下で測定した。
JIS−K7121に準じて、PERKIN−ELMER社製Diamond−DSCを用いて測定した。測定条件は、試料をホットステージ(Mettler社製EP80)で溶融させて得られた溶融状態のサンプルを、液体窒素を用いて急冷し、固化させ、測定サンプルとした。そのサンプル10mgを用いて、昇温速度20℃/minの条件下、30〜350℃の範囲で昇温して、ガラス転移温度を測定した。
数平均分子量Mnと分子量分布Mw/Mnは、GPC(ゲルパーミエーションクロマトグラフィー、東ソー株式会社製、HLC−8020、カラム:TSK−GEL、GMHHR−M、G1000HHR)を用いて、溶媒:ヘキサフルオロイソプロパノール、分子量換算用の標準サンプル:PMMA(ポリメチルメタクリレート、ポリマーラボラトリー社製)で求めた。
・アミノ末端[NH2]量の測定
ポリアミド3.0gを90質量%フェノール水溶液100mLに溶解し、得られた溶液を用い、0.025Nの塩酸で滴定を行い、アミノ末端量(μ当量/g)を求めた。終点はpH計の指示値から決定した。
・カルボン酸末端[COOH]量の測定
ポリアミド4.0gをベンジルアルコール50mLに溶解し、得られた溶液を用い、0.1NのNaOHで滴定を行い、カルボン酸末端量(μ当量/g)を求めた。終点はフェノールフタレイン指示薬の変色か
・[NH2]/([NH2]+[COOH])
上記のアミノ末端([NH2])量とカルボン酸末端([COOH])量により、活性末端合計量([NH2]+[COOH])およびアミノ末端量の活性末端合計量に対する比([NH2]/([NH2]+[COOH]))を算出した。
(透明性:可視光ヘーズ)
透明性は、4mm厚みの上記成形体を、日本電色工業株式会社製ヘイズメーターNDH2000を用いて、JIS−K−7136に準拠し測定した濁度(Haze)(%)で評価した。
<透明性の評価基準>
濁度が低い方が透明性が高く好ましい。以下の基準で評価した。
A: 0%≦濁度<20%
B: 20%≦濁度<50%
粘弾性測定から求められる23℃50%RH時のガラス転移温度(吸水時Tg)は、ISO3167に準拠し、3mm厚ダンベル試験片を23℃50%RHの雰囲気下で平衡吸水になるまで調湿した後、粘弾性測定解析装置(GABO社製:EPLEXOR)を用いて、動的粘弾性の温度分散スペクトルを以下の条件で測定した。
測定モード:引張、波形:正弦波、周波数:8Hz、温度範囲:−100℃〜300℃、昇温ステップ:3℃/min、静荷重:140Nとした。
上記測定方法によって得られる試験片の損失正接のα緩和のピーク値であるtanδをガラス転移温度とした。
<吸水時Tgの評価基準>
吸水時Tgは、上記のtanδが高い方がよい。以下の基準で評価した。
AA : ≧120 (℃)
A : 90〜120(℃)
B : ≦90 (℃)
引張破断伸びは、上記成形体で、ISO 527に準じて測定した。
<引張破断伸びの評価基準>
引張破断伸びは、高い方が、よい。以下の基準で評価した。
AA : 80%≦引張破断伸び
A : 60%≦引張破断伸び<80%
B : 10%≦引張破断伸び<60%
C : 引張破断伸び<10%
Claims (5)
- ジアミン(a)と、ジカルボン酸(b)とを構成単位とする透明ポリアミドであって、
前記ジアミン(a)は、炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミンと、炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンと、を含有し、前記ジアミン(a)中の炭素原子数8〜15の直鎖状飽和脂肪族ジアミン、および炭素原子数8〜15の分岐鎖状飽和脂肪族ジアミンの合計含有量が50モル%以上であり、
前記ジカルボン酸(b)はイソフタル酸を含有し、前記ジカルボン酸(b)中のイソフタル酸の含有量が50モル%以上である、透明ポリアミド。 - 前記ジアミン(a)が、炭素原子数8〜15の脂環族ジアミンをさらに含有する、請求項1に記載の透明ポリアミド。
- 前記ジカルボン酸(b)が、脂環族ジカルボン酸をさらに含有する、請求項1または2に記載の透明ポリアミド。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の透明ポリアミドを70質量%以上含む透明ポリアミド組成物。
- 請求項4に記載の透明ポリアミド組成物を成形してなる透明ポリアミド成形体。
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