JP2022084875A - ポリマー組成物の調製方法、および前記方法によって入手可能なポリマー組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)流動層噴霧粒状化によって調製されたジカルボン酸ジアンモニウム塩の直接固体状態重合によって第1のポリマーA1を調製し、それによって、粒状物ポリアミド材料として第1のポリマーA1を得るステップと、
(ii)ステップ(i)から得られる第1のポリマー(成分A1)の粒状物ポリアミド材料および少なくとも1種のさらなる成分が混合装置中に添加され、混合されるブレンドステップを含んでなる、ポリマー組成物を調製するステップと
を含んでなるプロセスに関する。
(a)水中または水性溶媒中にジアミンおよびジカルボン酸を溶解することによって、ジカルボン酸ジアンモニウム塩溶液を調製するステップと;
(b)ステップaで得られたジカルボン酸ジアンモニウム塩溶液の流動層噴霧粒状化によって、ジカルボン酸ジアンモニウム塩粒状物材料を調製するステップと;
(c)ステップ(b)から得られたジカルボン酸ジアンモニウム塩粒状物材料の直接固体状態重合によって、第1のポリマーA1を調製し、それによって、粒状物ポリアミド材料として第1のポリマーA1を得るステップと、
(d)ステップ(c)から直接得られる第1のポリマー(成分A1)の粒状物ポリアミド材料および少なくとも1種のさらなる成分が混合装置中に添加され、混合されるブレンドステップを含んでなる、ポリマー組成物を調製するステップと
を含んでなるプロセスに関する。
a.20℃において、ISO13320-1による方法によって、レーザーグラニュロメトリーによって測定された、200~1000μmの範囲の中間粒径(d50)を有する粒径分布、および
b.ASTM D6393による方法によって測定された、350~750kg/m3の範囲のタップバルク密度
を有する。
- 混合装置が、溶融混合装置である;
- プロセスが、ポリマー粒状物材料(成分A1)が溶融混合装置中に添加され、そして溶融混合装置中で溶融されて、ポリマー溶融物が形成される溶融混合ステップを含んでなる;
- 粒状物ポリアミド材料(A1)の溶融の前、間または後に、1種以上のさらなる成分が溶融混合装置中に添加され、ポリマー溶融物と混合され、それによって、溶融ポリマーと、混合もしくは分散された1種以上のさらなる成分との溶融ブレンドが形成される;
- そして、溶融ブレンドが、溶融混合装置から排出され、冷却されて、それによって、固体複合材の形態のブレンドが得られる。
- (A1)10~90重量%の粒状物ポリアミド材料A1;
- (A2)0~30重量%の第2のポリマー成分(A2);
- (B1)0~60重量%の1種以上の強化剤および/または充てん剤;
- (B2)0~30重量%の1種以上の難燃剤および/または難燃剤相乗剤;ならびに
- (B3)0~20重量%の1種以上のさらなる添加剤
を含んでなる。
- (A1)30~90重量%の粒状物ポリアミド材料A1;
- (A2)0~25重量%の第2のポリマー成分(A2);
- (B1)0~60重量%の1種以上の強化剤および/または充てん剤;
- (B2)0~20重量%の1種以上の難燃剤および/または難燃剤相乗剤;ならびに
- (B3)0~20重量%の1種以上のさらなる添加剤
を含んでなる。
原材料として、テレフタル酸、1,4-ブタンジアミンおよびヘキサメチレンジアミンの工業グレードが使用された。
[通気バルク密度(ABD)およびタップバルク密度(TBD)]
ABDおよびTBDは、20℃で、Hosokawa Powder Testerを用いて、ASTM D6393-08(“Standard Test Method for Bulk Solids Characterization by Carr Indices”,ASTM International,West Conshocken,PA,DOI:10.1520/D6393-08)による方法によって測定された。
粒状物材料の粒径分布、ならびにd10、d50およびd90値は、0.5バールの圧力を適用して、20℃でSympatec Helos(H0024) & Rodos装置を用いるISO 13320-1によるレーザーグラニュロメトリーによって測定され、そして25mバールのベンチュリにおいて加圧下で測定した。結果から、(d90-d10)/d50の比率によって定義されるスパンを計算する。
流動性は、ASTM規格D6773-08(「Standard Shear Test Method for Bulk Solids Using the Schulze Ring Shear Tester」,ASTM International,West Conshocken,PA,DOI:10.1520/D6773-08)による方法によって測定された。せん断試験は、3kPaの圧密応力で、20℃において、Schulze Ringshear Testerを用いて実行された。測定は、試験器の充てん直後に開始された。流動挙動は、乾燥環境に貯蔵された、新たに調製された材料上で実行された。
[塩溶液の調製]
流動層噴霧粒状化実験による塩の調製のために、次の通りに調製された塩溶液が使用された。水中のテレフタル酸、1,4-ブタンジアミンおよび/またはヘキサメチレンジアミンの溶液を、水中1,4-ブタンジアミン溶液、水中ヘキサメチレンジアミン溶液およびテレフタル酸を、撹拌および加熱下の補足的な量の水に添加することによって調製した。液体混合物を60℃まで加熱した。この温度以上であれば、透明溶液が得られた。貯蔵の間の冷却時に、溶解した塩は部分的に結晶化し、スラリーが得られた。再加熱時に、部分的に結晶化した塩は再び溶解した。
[SG-1およびSG-2]
流動層噴霧粒状化は、噴霧カラムの上部および中央で噴霧ノズルが備えられた噴霧コラムと、そして底部の中央で分類チャネルを含んでなるGlatt AGT 400装置において、パイロット規模で実行された。塩溶液は、新たに調製されたか、または貯蔵から取り出され、そして50℃~60℃まで加熱された。加熱は、貯蔵ビンの周囲に電気加熱ジャケットを備えることによって実行された。塩粉末の流動層は、Glatt GPCC 3.1装置において研究室規模で調製された少量の塩粉末を使用して調製された。研究室規模実験において、初期層は、噴霧乾燥によって得られた塩粒子から調製された。パイロット規模での実験における気体注入口温度は、100℃~150℃で変動した。流動化/加熱気体の流動は変動し、それによって、粒子の滞留時間は変動し、そして粒子がより大きい粒径(SG-1)になるまで成長することが可能であるか、またはより小さい粒径(SG-2)になった。層温度は、40℃~55℃に制御された。
乾燥塩調製は、機械式撹拌器を備えた反応器中で実行した。固体テレフタル酸(245kg)を反応器中に装てんし、撹拌し、60℃まで加熱した。48kgの1,4-ブタンジアミンおよび110kgのヘキサメチレンジアミンの混合物を添加容器中で調製し、そして60℃まで加熱した。反応器中の温度を30℃~95℃に維持しながら、ジアミン混合物を撹拌下、テレフタル酸に添加した。添加の完了後に、撹拌しながら反応器含有物を95℃に保持した。塩形成ステップの全バッチサイクル時間は32時間であった。次いで、反応器含有物を冷却し、そして排出させた。
より大きい規模での直接固体状態重合(DSSP)を、機械式撹拌器を備えた1m3反応器において実行した。実験の前に、反応器をクリーニングし、そして窒素ガスを用いて不活性化した。次いで、反応器に、325kgの上記塩粉末SG-1、それぞれSG-2および乾燥塩-1を装てんした。塩を、16.4rpmの撹拌器回転速度で撹拌し、そして撹拌運動下に保持しながら、塩が0.5℃/分の加熱速度で180℃まで加熱され、その温度で4時間保持され、次いで10℃/分の加熱速度で265℃までさらに加熱され、そしてその温度で14時間保持される温度プロフィールを適用して加熱した。重合の間、いくらかのジアミンが損失し、ジカルボン酸のいくらかの過剰がもたらされ得る。追加のジアミンが、報告された温度プロフィールの最後に反応器含有物に添加されて、そして70~74のVNが得られるまで、その温度で維持された。反応器含有物は冷却され、そして反応器から排出された。排出された材料は回収され、そして分析された。
[比較実験A]
配合実験は、Krauss-Maffei Berstorff ZE25(長さ=48L/D)押出機において実行された。乾燥塩-1は、2.5kg/時間の供給レートで、供給スロートにおいて押出機中に重量測定的に供給された。押出機は、350rpmで稼動した。ポリマーは、溶融セクション中で溶融された。さらなる成分は、サイドフィーダーを介して溶融物上に添加された。得られる材料は、複数のオリフィスを有するダイを通してストランドとして押出され、ストランドが粒状化される前に真空脱気された。2.5kg/時間より高い供給スロート上のいずれのスループットでもフラッディングが導かれた。
乾燥塩-1がSG-1によって置き換えられ、そして押出機が325rpmで稼動されたこと以外、比較Aを繰り返した。供給スロートにおけるポリマーの供給レートは15kg/時間まで増加し、それによってフラッディングは導かなかった。15kg/時間より高いスループットを設定することによって、供給スロートのフラッディングが導かれた。
乾燥塩-1がSG-2によって置き換えられ、そして押出機が325rpmで稼動されたこと以外、比較Aを繰り返した。供給スロートにおけるポリマーの供給レートは約12kg/時間まで増加可能であったが、それによってフラッディングは導かなかった。12kg/時間より高いスループットを設定することによって、供給スロートのフラッディングが導かれた。
通常のスループット(添加剤および他のポリマーまたは成分を含めて全体で25kg/時間)において、比較実験Aで使用される材料の直接配合は不可能であった。この材料のコンパウンドを製造するために、低いスループットにおいて、あらかじめ粒状化されなければならなかった。製造されたペレットは、次いで、コンパウンドを製造するために使用することができた。実施例1および2において使用される材料SG-1およびSG-2は、あらかじめ粒状化することなく、配合において直接的に使用することができた。
Claims (15)
- 第1のポリマー(成分A1)および少なくとも1種のさらなる成分が混合装置中に添加され、混合されるブレンドステップを含んでなり、かつ前記第1のポリマーA1が、流動層噴霧粒状化によって調製されたジカルボン酸ジアンモニウム塩の直接固体状態重合によって直接的に得られる粒状物ポリアミド材料である、ポリマー組成物の調製方法。
- (i)流動層噴霧粒状化によって調製されたジカルボン酸ジアンモニウム塩の直接固体状態重合によって第1のポリマーA1を調製し、それによって、粒状物ポリアミド材料として前記第1のポリマーA1を得るステップと、
(ii)ステップ(i)から得られる前記第1のポリマー(成分A1)の前記粒状物ポリアミド材料および少なくとも1種のさらなる成分が混合装置中に添加され、混合されるブレンドステップを含んでなる、ポリマー組成物を調製するステップと
を含んでなる、ポリマー組成物の調製方法。 - (a)水中または水性溶媒中にジアミンおよびジカルボン酸を溶解することによって、ジカルボン酸ジアンモニウム塩を調製するステップと;
(b)ステップaで得られた前記ジカルボン酸ジアンモニウム塩溶液の流動層噴霧粒状化によって、ジカルボン酸ジアンモニウム塩粒状物材料を調製するステップと;
(c)ステップ(b)から得られた前記ジカルボン酸ジアンモニウム塩粒状物材料の直接固体状態重合によって、第1のポリマーA1を調製し、それによって、粒状物ポリアミド材料として前記第1のポリマーA1を得るステップと、
(d)ステップ(c)から直接得られる前記第1のポリマー(成分A1)の前記粒状物ポリアミド材料および少なくとも1種のさらなる成分が混合装置中に添加され、混合されるブレンドステップを含んでなる、ポリマー組成物を調製するステップと
を含んでなる、ポリマー組成物の調製方法。 - 前記方法が、ドライブレンドプロセスであり、前記混合装置が、撹拌反応器または回転容器、あるいはその組合せであり、かつ得られるブレンドが、ドライブレンドである、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- - 前記混合装置が、溶融混合装置であり;
- 前記方法が、前記ポリマー粒状物材料(成分A1)が前記溶融混合装置中に添加され、前記溶融混合装置中で溶融されて、ポリマー溶融物が形成される溶融混合ステップを含んでなり;
- 前記粒状物ポリアミド材料(A1)の溶融の前、間または後に、前記1種以上のさらなる成分が前記溶融混合装置中に添加され、前記ポリマー溶融物と混合され、それによって、溶融ポリマーと、混合もしくは分散された前記1種以上のさらなる成分との溶融ブレンドが形成され;
- 前記溶融ブレンドが、前記溶融混合装置から排出され、冷却されて、それによって、固体複合材の形態のブレンドが得られる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記溶融混合装置が押出機である、請求項5に記載の方法。
- 前記溶融ブレンドが、1つ以上のオリフィスを有するダイを通して前記溶融ブレンドを押出することによって排出され、それによって、ポリマーストランドが形成される、請求項5に記載の方法。
- 前記溶融ブレンドが、ダイスリットを有するダイを通して前記溶融ブレンドを押出することによって排出され、それによって、ポリマーシートまたはポリマーフィルムが形成される、請求項5に記載の方法。
- 前記溶融ブレンドが、3次元キャビティを有する鋳型中に前記溶融ブレンドを押出して、前記鋳型において前記溶融ブレンドを冷却および固化することによって排出され、それによって、3次元部品が形成され、そして前記鋳型から前記3次元部品が排出される、請求項5に記載の方法。
- 前記粒質物ポリアミド材料(A1)が、前記粒質物ポリアミド材料(A1)と混和性の第2のポリアミドポリマーと混合および溶融ブレンドされ、前記押出機中で前記第2のポリアミドと前記粒質物ポリアミド材料(A1)との間のコポリマーの形成がもたらされる、請求項5に記載の方法。
- 前記粒質物ポリアミド材料(A1)が、20℃において、ISO13320-1による方法によって、レーザーグラニュロメトリーによって測定される、200~1000μmの範囲の中間粒径(d50)を有する粒径分布を有する、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記粒質物ポリアミド材料A1が、
- 半芳香族ポリアミド、または
- 脂肪族ポリアミド、または
- 芳香族ポリアミド、または
- いずれかのコポリアミドもしくはそのいずれかの混合物
を含んでなる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 - 前記少なくとも1種のさらなる成分が、
- 第2のポリマー成分(A2);または
- 強化剤および充てん剤;難燃剤および難燃剤相乗剤;安定剤、顔料、着色剤、加工助剤およびポリアミド成形組成物で使用されるさらなる補助添加剤からなる群から選択される少なくとも1種の成分(B);
- あるいはそのいずれかの組合せ
を含んでなる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。 - 流動層噴霧粒状化によって調製されたジカルボン酸ジアンモニウム塩の直接固体状態重合によって得られる粒質物ポリアミド材料(成分A1)を含んでなるドライブレンドである、ポリマーおよび少なくとも1種のさらなる成分のブレンドからなるポリマー組成物。
- 前記ドライブレンドが、請求項11および12のいずれか一項に記載の粒質物ポリアミド材料(成分A1)、および
- 第2のポリマー成分(A2);または
- 強化剤および充てん剤;難燃剤および難燃剤相乗剤;安定剤、顔料、着色剤、加工助剤およびポリアミド成形組成物で使用されるさらなる補助添加剤からなる群から選択される少なくとも1種の成分(B);
- あるいはそのいずれかの組合せ
を含んでなる、請求項14に記載のポリマー組成物。
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