JP2612303B2 - シンジオタクチックポリスチレン結晶構造体の製造法 - Google Patents

シンジオタクチックポリスチレン結晶構造体の製造法

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JP2612303B2
JP2612303B2 JP63101290A JP10129088A JP2612303B2 JP 2612303 B2 JP2612303 B2 JP 2612303B2 JP 63101290 A JP63101290 A JP 63101290A JP 10129088 A JP10129088 A JP 10129088A JP 2612303 B2 JP2612303 B2 JP 2612303B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は、高い結晶性または結晶完全性、構造的に熱
安定性を有するシンジオタクチックポリスチレン結晶構
造体の製造法に関するものである。
[従来の技術と問題点] シンジオタクチックポリスチレン重合体は、スチレン
を重合するにあたり触媒成分として、(A)チタン化合
物、及び(B)有機アルミニウム化合物と水との縮合生
成物を用いることで得られることが特開昭62−104818号
公報、特開昭62−187708号公報に記載されている。第1
図に、特開昭62−187708号公報の第2図(a)に例示さ
れたシンジオタクチックポリスチレンのX線回折チャー
トを挙げる。同X線チャートによれば、公知のシンジオ
タクチックポリスチレンは、散乱角6.9度,11.9度,15.6
度,18.0度,20.5度に読取ることがきるので、本発明でい
う結晶構造体α晶と同じ結晶構造を有するシンジオタク
チックポリスチレンであると理解される。
同様な結晶構造を有するシンジオタクチックポリスチ
レンがMacromolecules 19、2465−2466(1986)に報告
されている。また、シンジオタクチックポリスチレンに
は他の結晶構造体があることも特開平1−215808号公報
に記載されている。
第2図は、本発明者等が特開昭62−187708号公報の開
示に従って合成したままの粉末状のシンジオタクチック
ポリスチレンのX線回折パターンである。第3図は、前
記のシンジオタクチックポリスチレンを一旦融解させ、
この状態から液体窒素に急激に接触させて得た構造体の
X線回折パターンである。この方法は、高分子の非晶体
を得る方法として通常行われる方法である。従って、第
3図は、非晶体のX結回折パターンを示す。
第2図の回折パターンについて、アイソタクチックポ
リスチレンで知られた結晶部と非晶部の分割解析手法
(J.Appl.Phys.,37,4003(1966))を適用すると、合成
したままの粉末状のシンジオタクチックポリスチレン
は、非晶部の占める割合が大きい重合体である。即ち、
第2図の回折パターンは、破線の上側の結晶部に基づく
回折パターンの領域Cと、破線の下側の非晶部に基づく
回折パターンの領域Aを含まれることを示し、両者の面
積比C/(A+C)×100の値から、結晶性がかなり低い
構造体の回折パターンであることが分かる。
本発明者の知見によれば、シンジオタクチックポリス
チレンには、更に第5図の回折パターンで示されるよう
に他の結晶変態が熱加工条件によって生成する。それ
は、前記第2図のシンジオタクチックポリスチレンを一
旦融解させ、比較例1の熱加工条件の下で生成された構
造体のX線回折パターンであり、散乱角度6.1度に回折
ピークを持ち、散乱角15.6度に回折ピークを持たないと
いう特徴的なX線回折パターンとなっている。従って、
この結晶構造は、特開昭62−187708号公報の第2図
(a)の結晶構造体α晶とは異なり、特開平1−215808
号公報に記載された結晶構造体β晶(仮称)である。
以上の様に、シンジオタクチックポリスチレンには、
結晶変態が存在する。これらの結晶構造体は、結晶成長
速度、熱的安定性が相違する。本発明者等の研究知見に
よれば、前記の結晶構造体α晶は、熱的に最も安定した
結晶構造体である。
[発明の解決すべき課題] 前述した通り、種々の結晶構造体が存在するので、シ
ンジオタクチックポリスチレンの成形にあたっては、熱
的安定性等使用性能上必要とされる適切な熱加工条件を
用いることが望まれる。
本発明は、シンジオタクチックポリスチレンにおい
て、公知な製造法によって作成された結晶構造体と同
等、もしくはそれよりも高い結晶性、結晶構造的に熱安
定性を有するシンジオタクチックポリスチレン結晶構造
体α晶の製法に関するものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、原料ポリマーを分解を起こさない雰囲気下
で融解し、これを冷却速度5℃/分以上の冷却速度で、
150℃以下まで急冷し、結晶化させることを特徴とする
シンジオタクチックポリスチレンの結晶構造体α晶の製
造法である。
以下、本発明を詳細に説明する。
シンジオタクチックポリスチレンの構造体の原料は、
特に限定はないが、例えば、特開昭62−187708号公報に
記載された公知の重合方法により調製されたシンジオタ
クチックポリスチレンを原料として用いればよい。原料
として用いられるポリマーのシンジオタクティシティー
及び数平均分子量は夫々、99%,1.0×104以上で成形体
において少なくとも有用な機械的物性を示すものが選ば
れる。なお、シンジオタクティシティー及び数平均分子
量は、本発明の製造方法下において実質的に変化するこ
とがない。
この原料ポリマーを分解を起こさない雰囲気下、例え
ば、1気圧、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気の存
在下で融解し、これを冷却速度5℃/分以上、望ましく
は40℃/分以上の冷却速度で、150℃以下まで急冷し結
晶化させる方法によってシンジオタクチックポリスチレ
ンの結晶構造体α晶が得られる。
ここに、シンジオタクチックポリスチレンのα晶と
は、以下の条件を満たすシンジオタクチックポリスチレ
ンの結晶構造体を指す。
入射X線として、CuKα線(波長0.15418nm)を用いた
とき、散乱角2θ=6.3〜7.5度,2θ=11.0〜13.0度,2θ
=14.8〜16.2度に現われる回折ピークの、2θ=19.5〜
21.3度に現れる回折ピークに対する相対強度が、夫々18
%,8%,3%以上の回折ピークを持つシンジオタクチック
ポリスチレンの結晶構造体である。
また、β晶とは、以下の条件を満たすシンジオタクチ
ックポリスチレンの結晶構造体を指す。
入射X線として、CuKα線(波長0.15418nm)を用いた
とき、大まかには、散乱角2θ=6.1度に回折ピークを
持ち、散乱角2θ=15.6度に回折ピークを持たないとい
う大きな特徴を持つX線回折パターンを与える結晶構造
体である。詳細には、散乱角2θ=11.8〜13.0度,2θ=
18.1〜19.3度に現われる回折ピークの、2θ=19.6〜2
1.2度に現れる回折ピークに対する相対強度が、夫々20
%,5%以上の回折ピークを持ち、かつ2θ=5.5〜6.6
度,2θ=15.0〜16.2度に現われる回折ピークの、2θ=
19.6〜21.2度に現れる回折ピークに対する相対強度が、
夫々20%,5%未満の回折ピークを持つシンジオタクチッ
クポリスチレンの結晶構造体である。
本発明の方法において、原料ポリマー中に何等かの方
法で無機物等の結晶核を入れておき、結晶化させること
で、結晶化速度を増減させたり、結晶化温度領域をずら
したり、または広げたり、狭めたりする事も可能であ
る。例えば、触媒を数百ppm.残存させると、数十ppm.の
時に比べ、冷却時の結晶化温度は2〜10℃高くなり、そ
の構造体の融点は1〜5℃低くなる。
・測定法及び同定法 本発明において、シンジオタクチックポリスチレンの
物性値の測定法及び構造体の同定法は以下の方法によ
る。
1)立体規則性及び数平均分子量測定 立体規則性は、Makromol.Chem.,176.3051(1975)に
従い13C−NMRスペクトル(同位体炭素による核磁気共鳴
スペクトル)におけるベンゼン環のC1炭素スペクトルか
ら求め、数平均分子量は、ゲルパーミネーションクロマ
トグラフィー(1,2,4−トリクロルベンゼン中、130℃で
測定)より求めた。
2)結晶構造の融点測定 結晶構造の融点を示差走査熱量計(DSCと略す)を用
いて、試料を一定速度(10℃/分)で昇温したときに得
られるチャートのピークから求めた。その際の測定条件
は以下のように設定した。
装置:パーキンエルマー製 DSC−2C 測定雰囲気:窒素雰囲気(22cc/分の流量下) 融解チャート測定時の昇温速度:10℃/分 装置の冷媒:氷水 3)結晶構造の同定法 結晶構造の同定には結晶構造解析に常用されるX線回
折法を用いる。第2図〜第5図は、入射X線として、Cu
Kα線(波長0.15418nm)を用いたとき、無配向のシンジ
オタクチックポリスチレン構造体のX線回折パターンで
ある。また、図中の数字は、対応した数字の回折ピーク
を表し、破線はベースラインの取り方を示している(第
2図では非晶部と結晶部の境界線の取り方を示す)。横
軸は散乱角度(θはブラッグ角[゜])であり、縦軸は
散乱強度を示す。
第4図は、本発明のシンジオタクチックポリスチレン
構造体α晶の代表的なX線回折パターンである(実施例
1)。この構造体は、散乱角2θ=6.7度,2θ=11.6度,
2θ=15.5度,2θ=17.9度,2θ=20.3度,2θ=35.3度に
回折ピーク1,ピーク2,ピーク3,ピーク4,ピーク0,ピーク
5が認められ、特に散乱角6.7度と15.5度に回折ピーク
を持つという特徴をもつ(結晶構造体β晶のX線回折パ
ターンと対比:第5図参照)。
回折強度の読取 a.第4図に示すように、ピーク4(ピーク4が見にくい
時はピーク0を用いる)とピーク3がつくる谷間fと、
ピーク0とピーク5がつくる谷間iを結ぶ接線をベース
ラインfiとしたとき、散乱角2θ=19.5〜21.3度の回折
ピーク0の、ベースラインfiからの強度をI0とする。
b.第4図に示すように、ピーク1の両側の裾野a,bを結
ぶ接線をベースラインabとしたとき、ピーク1の、ベー
スラインabからの強度をI1とする。
c.第4図に示すように、ピーク2の両側の裾野c,dを結
ぶ接線をベースラインcdとしたとき、ピーク2の、ベー
スラインcdからの強度をI2とする。
d.第4図に示すように、ピーク3の両側の裾野e,fを結
ぶ接線をベースラインefとしたとき、ピーク3の、ベー
スラインefからの強度をI3とする。
なお、各ピークについて次の点に注意する。比較例1
に述べる結晶構造(β晶)を含む場合、各ピークに次の
様な傾向が見られる。ピーク1は低角度側の裾が、ピー
ク2は高角度側の裾がショルダー若しくは、夫々対応す
るピーク1,2よりも小さいピークをもつことがある。こ
の時のベースラインの取り方は、そのショルダー若しく
は、夫々対応するピーク1,2よりも小さいピークを、ピ
ーク1では低角度側に越えたところの再隣接した谷をb
として、ピーク2では高角度側に越えたところの再隣接
した谷をcとしてベースラインをとる。また、ピーク4
はβ晶を含む場合,高角度側に大きなピークをもつこと
がある。
なお、β晶の割合が多くなるに従い、ピーク3の強度
は低くなり、ベースラインefが取りにくくなる。ピーク
がノイズと区別出来なくなったときは、ピーク3の強度
は0,ベースラインfiのf点はe点を用いることとする。
回折強度の計算 の各ピーク強度の求め方に従い、ピーク1,ピーク2,
ピーク3の相対強度R1,R2,R3は次式より求められる。
R1=I1/I0×100(%) ……(1) R2=I2/I0×100(%) ……(2) R3=I3/I0×100(%) ……(3) 4)結晶性 第2図に示すように、ポリマーの構造体のX線回折パ
ターンを結晶部に基づくと考えられる回折パターンの領
域Cと、非晶部に基づくと考えられる回折パターンの領
域Aに分離する。この時、両者の面積比C/(A+C)×
100の値の大小から、この値が大きいほど、結晶性が高
いと判断する。非晶部の回折パターンの領域Aが得にく
い時は、通常の簡便法に従い、各回折ピークの裾野を結
び、領域A及び領域Cに分離して判断する。
結晶構造的安定性は、同物質に複数の結晶構造が存在
する場合、どの結晶構造がエネルギー的に安定であるか
を意味するものである。シンジオタクチックポリスチレ
ンの場合、結晶相転移がβ晶からα晶へ起こることか
ら、α晶の方がβ晶よりも結晶構造的安定性のある結晶
構造体である。
[効 果] 射出成形等において樹脂が急速に冷やされることを考
慮すると、本発明の製造法によれば、容易に高結晶性
で、かつ結晶構造的に安定な結晶構造体α晶の成形体が
出来る。
[実施例] 以下、本発明のシンジオタクティックポリスチレン構
造体α晶の製造法の具体例を実施例により説明する。
(原料ポリマーの調製例) 不活性ガスで置換した容器中に、トルエン600mlとメ
チルアルミノキサン(東洋ストウファー製)120mmol
と、テトラエトキシチタン0.6mmolを加え、次いでスチ
レン600mlを加えて50℃で2時間重合反応を行なった。
反応終了後、塩酸・メタノールにより反応を停止し、生
成ポリマーをろ別後、乾燥した。この結果得られたポリ
スチレン(以下、シンジオタクティックポリスチレンA
と呼ぶ)は92gであった。このポリスチレンのメチルエ
チルケトン不溶部の含有率は96%であって、この不溶部
の立体規則性は13C−NMRスペクトル解析の結果、99%以
上シンジオタクチック構造であった。また、プラズマ誘
導発光分析法(ICP)で波長336.121nmのTi II(+1価
イオン線)を用いて、この不溶部中の残留触媒濃度の定
量を行った結果は13ppmであり、ゲルパーミネーション
クロマトグラフィー(1,2,4−トリクロルベンゼン中、1
30℃で測定)より求めた数平均分子量Mnは2.47×104
あった。ここで得られたシンジオタクチックポリスチレ
ンAのX線回折パターンを第2図に示す。
実施例1 シンジオタクチックポリスチレンA5mgを窒素雰囲気
下、290℃で融解させ、その後、同雰囲気下で冷却速度8
0℃/分で150℃まで冷却し、厚さ1mm,直径約8mmの円盤
状の構造体を得た。この構造体のX線回折パターンを第
4図に示す。ピーク1,ピーク2,ピーク3,ピーク0は夫々
散乱角2θが、6.7度,11.6度(ショルダーとして12.2度
にもピークがある。相対強度の計算では11.6度を使
用)、15.5度,20.3度に現れ、各ピークの相対強度は以
下の値を持った。これにより、この構造体が本発明が特
定するα晶であることが分かる。なお、この構造体の融
点は263.8℃であり、ゲルパーミネーションクロマトグ
ラフィー(1,2,4−トリクロルベンゼン中、130℃で測
定)より求めた数平均分子量Mnはシンジオタクチックポ
リスチレンAと実質的に変らなかった。
R1=30%,R2=18%,R3=7.1% 比較例1 シンジオタクチックポリスチレンA5mgを窒素雰囲気
下、290℃で融解させ、その後、同雰囲気下で冷却速度
0.31℃/分で150℃まで冷却し、厚さ1mm,直径約8mmの円
盤状の構造体を得た。この構造体のX線回折パターンを
第5図に示す。ピーク1,ピーク2,ピーク3,ピーク0は夫
々散乱角2θが、6.1度,12.3度,15.7度,20.3度に現れ、
各ピークの相対強度は以下の値を持った。これにより、
この構造体が本発明が特定するα晶とは異なる構造体で
あることがわかる。この構造体をβ晶と呼ぶ。なお、こ
の構造体の融点は263.3℃であり、ゲルパーミネーショ
ンクロマトグラフィー(1,2,4−トリクロルベンゼン
中、130℃で測定)より求めた数平均分子量Mnはシンジ
オタクチックポリスチレンAと実質的に変らなかった。
R1=14%,R2=35%,R3=1.4%
【図面の簡単な説明】
第1図は特開昭62−187708号公報図面第2図(a)のシ
ンジオタクチックポリスチレンのX線回折パターンを転
記したものである。 第2図は、原料シンジオタクティックポリスチレンの調
製法に従って合成したシンジオタクチックポリスチレン
AのX線回折パターンである。 第3図は、原料シンジオタクチックポリスチレンAを一
旦融解させ、この状態から液体窒素に急激に接触させて
得られた構造体のX線回折パターンである。 第4図は、実施例1の結晶構造体のX線回折パターンで
ある。 第5図は比較例1の結晶構造体のX線回折パターンであ
る。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】原料ポリマーを分解を起こさない雰囲気下
    で融解し、これを冷却速度5℃/分以上の冷却速度で、
    150℃以下まで冷却し、結晶化させることを特徴とする
    シンジオタクチックポリスチレンの結晶構造体α晶(入
    射X線として、CuKα線(波長0.15418nm)を用いたと
    き、錯乱角2θ=6.3〜7.5度、2θ=11.0〜13.0度、2
    θ=14.8〜16.2度に現われる回折ピークの、2θ=19.5
    〜21.3度に現われる回折ピークに対する相対強度が、夫
    々18%、8%、3%以上の回折ピークを持つシンジオタ
    クチックポリスチレンの結晶構造体)の製造法。
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