JP3022020B2 - 熱可塑性樹脂のrim成形法 - Google Patents

熱可塑性樹脂のrim成形法

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JP3022020B2
JP3022020B2 JP5009182A JP918293A JP3022020B2 JP 3022020 B2 JP3022020 B2 JP 3022020B2 JP 5009182 A JP5009182 A JP 5009182A JP 918293 A JP918293 A JP 918293A JP 3022020 B2 JP3022020 B2 JP 3022020B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ポリエステル,ポリカ
ーボネートなどの熱可塑性樹脂のRIM(Reaction Inj
ection Molding)成形法に関する。
【0002】
【従来の技術】重合反応により熱可塑性樹脂となる熱可
塑性樹脂原料を重合用触媒と混合して成形型内に注入
し、成形型内で熱可塑性樹脂原料を重合させて熱可塑性
樹脂成形体を形成する熱可塑性樹脂のRIM成形法が知
られている。例えば特開昭58−127733号公報に
は、ε−カプロラクタムなどの環状ラクタムと重合用触
媒とを混合したA成分と、環状ラクタムと重合促進剤及
びエポキシ成分を混合したB成分とを、それぞれ加熱溶
融した後混合し高温の金型内に注入して重合させるナイ
ロンのRIM成形法が開示されている。
【0003】もう少し詳しく説明すると、A成分中の重
合用触媒としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属
の水素化物,アルキルハライド,ヒドロキシド,有機金
属化合物などが例示されている。またB成分中の重合促
進剤としてはテレフタロイルビスカプロラクタムなどが
例示されている。そしてA成分及びB成分をそれぞれ7
0〜100℃に加熱溶融し、混合して100〜200℃
に加熱された金型内へ注入している。
【0004】また、USP4,853,459,USP4,778,875,SAMP
E Journal,Vol.27,No.1,1991には、環状カーボネート及
び環状エステルに対して、金属酸化物や有機金属化合物
などの重合用触媒を混合し、それを加熱溶融し高温の金
型内に注入して開環付加重合させるポリエステル又はポ
リカーボネートのRIM成形法が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが上記公報に開
示された成形法では、金型に注入される前の段階で熱可
塑性樹脂原料の反応が進行する場合がある。例えば特開
昭58−127733号公報に開示された方法では、A
成分中に環状ラクタムと高活性な重合用触媒とが共存し
ているため、加熱溶融時に重合反応が開始されてしま
う。またUSP4,853,459,USP4,778,875,SAMPE Journal,
Vol.27,No.1,1991に開示された方法においても、環状原
料と重合用触媒とが共存しているので、同様に加熱溶融
時に重合反応が開始される。
【0006】このように金型に注入される前に重合反応
が開始されると、注入時の粘度が上昇し、金型内での流
動状態が悪化して成形不良となる恐れがある。また最悪
の場合には、金型へ注入前に樹脂化してしまう場合もあ
る。さらに、金型内に強化繊維を配置しその繊維に樹脂
を含浸させてFRPを成形する場合には、粘度の上昇に
より繊維への含浸状態が悪化し、充分な強度が得られな
いという不具合が生じる。
【0007】このような不具合を防止するために、活性
の低い重合用触媒を用いるなど、重合速度を遅くする方
法が考えられる。この場合は低粘度状態を長く維持で
き、金型内での流動特性や繊維への含浸特性は改善され
るが、金型内での重合反応まで遅くなり重合(成形)時
間が長くなるという問題がある。本発明はこのような事
情に鑑みてなされたものであり、成形型への注入前の状
態では重合反応の開始を阻止するとともに、成形型へ注
入後には敏速に反応が進行する構成とし、かつ重合(成
形)時間の調節を可能とすることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の熱可塑性樹脂のRIM成形法は、熱可塑性樹脂原料
に対して単独では不活性であり両者が接触することによ
り初めて高活性なアニオン重合用触媒を生成する2種の
化合物(イ)と化合物(ロ)を、それぞれ熱可塑性樹脂
原料と別々に混合して第一成分と第二成分を調製すると
ともに、第一成分と第二成分の少なくとも一方に重合活
性をもたないルイス酸に分類される化合物(ハ)を混合
する原料調製工程と、少なくとも一方に化合物(ハ)が
混合された第一成分と第二成分を混合して成形型内に注
入し化合物(イ)と化合物(ロ)の反応により生成する
アニオン重合用触媒により熱可塑性樹脂原料を成形型内
で重合させる重合工程と、重合後固化した熱可塑性樹脂
成形体を成形型から離型する離型工程と、からなること
を特徴とする。
【0009】熱可塑性樹脂原料としてはアニオン付加重
合可能な化合物が用いられ、そのような化合物としては
例えば環状ラクタム、環状ラクトン、環状カーボネート
などが例示される。化合物(イ)と化合物(ロ)は、そ
れぞれR1 −O−Si−(R2 3 とR3−Fからな
る。ここでR1 はアルキル基又はアリール基であり、フ
ェニル基,メチル基,エチル基,プロピル基,イソプロ
ピル基,ブチル基などが好適である。
【0010】R2 もアルキル基又はアリール基であり、
フェニル基,メチル基,エチル基,イソプロピル基など
が好適である。R3 はアルカリ金属又は有機アンモニウ
ム塩であり、Li,Na,K,Cs,テトラメチルアン
モニウム,テトラブチルアンモニウムなどが好適であ
る。化合物(ハ)はルイス酸に分類されるものであり、
化合物(イ),化合物(ロ)及び熱可塑性樹脂原料とは
反応しないものが用いられ、例えばAl−(R4 3
B−(R5 3 を用いることができる。ここでR4 とし
てはアルコキシ基,ハロゲン元素が挙げられ、メトキシ
基,エトキシ基,ブトキシ基,プロポキシ基,イソプロ
ポキシ基,シュウ素,塩素,フッ素が好適である。
【0011】またR5 としてはアルキル基,アリール基
が挙げられ、フェニル基,メチル基,エチル基,プロピ
ル基,イソプロピル基,ブチル基が好適である。原料調
製工程では、化合物(イ)と化合物(ロ)はそれぞれ熱
可塑性樹脂原料と別々に混合され、第一成分及び第二成
分とされる。ここで、化合物(イ)は第一成分中に0.
01〜10モル%含まれるように混合される。0.1〜
5モル%程度が特に望ましい。また化合物(ロ)も同様
に、第二成分中に0.01〜10モル%含まれるように
混合される。0.1〜5モル%程度が特に望ましい。化
合物(イ)及び化合物(ロ)の混合量がこの範囲より少
ないと、成形型内での重合反応速度が遅くなり、この範
囲より多く混合しても効果が飽和するばかりか、得られ
る樹脂中の不純物が増加し、分子量も低下するため好ま
しくない。
【0012】本発明の最大の特徴は、この原料調製工程
において、第一成分と第二成分の少なくとも一方に化合
物(ハ)を混合するところにある。化合物(ハ)は、第
一成分と第二成分のいずれか一方に混合してもよいし、
両方に混合することもできる。そして化合物(ハ)の混
合量によって重合(成形)時間を調整することができ、
一般に化合物(ハ)の混合量が多くなるほど重合(成
形)時間を短縮することができる。この化合物(ハ)
は、化合物(イ)と化合物(ロ)の総量に対して50〜
200%の量で混合することができる。
【0013】重合工程では、少なくとも一方に化合物
(ハ)が混合された第一成分と第二成分が混合され、直
ちに成形型内に注入される。成形型外で混合して直ちに
注入してもよいし、成形型内で混合されるように注入す
ることもできる。また、第一成分と第二成分をそれぞれ
加熱溶融してから混合することもできる。この混合によ
り化合物(イ)と化合物(ロ)が接触すると、後述の
(5)式に示すような反応によりアニオン重合用触媒が
生成され、これにより熱可塑性樹脂原料のアニオン重合
が開始される。
【0014】ここで第一成分と第二成分とは、化合物
(イ)と化合物(ロ)のモル比が1:1〜1:1.5の
範囲となるように混合されることが望ましい。1:1〜
1:1.2の範囲が特に望ましい。このモル比の値が1
/1より大きくなり化合物(イ)の方が化合物(ロ)よ
り多くなるとアニオン触媒の発生量(生成量)が不足
し、化合物(イ)が1/1.5より少なくなると、化合
物(ロ)が不純物として残存する量が増加するため好ま
しくない。
【0015】
【作用】本発明のRIM成形法では、化合物(イ)及び
化合物(ロ)はそれぞれ単独では熱可塑性樹脂原料に対
して不活性である。また化合物(ハ)も化合物(イ),
化合物(ロ)及び熱可塑性樹脂原料に対して不活性であ
る。すなわち第一成分及び第二成分は、それぞれ安定な
混合物であり、加熱溶融しても反応が生じない。したが
って混合されて反応が開始されるまでは低粘度の状態を
維持するため、注入前に樹脂化することがなく、FRP
成形時の繊維への含浸性も極めて良好となる。
【0016】そして第一成分と第二成分とが混合される
ことにより、化合物(イ)と化合物(ロ)は接触して化
学式(5)のように反応し、初めてアニオン重合用触媒
が生成する。 R1 OSi(R2 3 + (R3 )F → (R1 )O- + (R3 + + FSi(R2 3 (5) すなわち、化学式(5)ではアルコキサイドアニオンが
生成している。
【0017】生成したアニオンは重合用触媒として機能
し、成形型内では熱可塑性樹脂原料の重合反応が進行す
る。また化合物(ハ)の存在により、重合(成形)時間
を調整することができ、重合(成形)時間を短縮するこ
とができる。これにより熱可塑性樹脂成形体が形成さ
れ、冷却固化後成形型から離型されて成形の1サイクル
が終了する。
【0018】
【実施例】以下、実施例により具体的に説明する。 (実施例1)アルゴンガス雰囲気下において、熱可塑性
樹脂原料としての環状カーボネート20g(78.65
mmol)と、化合物(イ)としてのフェニルトリメチルシ
リルエーテル(PhOSi(CH3 3 )0.26g
(1.57mmol)を密閉容器に入れ、均一に混合して第
一成分を調製した。
【0019】また、アルゴンガス雰囲気下において、熱
可塑性樹脂原料としての環状カーボネート20g(7
8.65mmol)と、化合物(ロ)としてのテトラブチル
アンモニウムフルオライド((C4 9 4 NF)の濃
度1MのTHF(テトラヒドロフラン)溶液1.75ml
と、化合物(ハ)としてのアルミニウムトリイソプロポ
キサイド(Al(O iPr)3 )0.16g(0.78
mmol)を密閉容器に入れて均一に混合した後、THFを
真空除去して第二成分を調製した。
【0020】この第一成分と第二成分をそれぞれ別々に
250℃に加熱して溶融させ、250℃で24時間保持
したが、内容物に変化はなく重合反応は生じなかった。
次に図1に示すように、それぞれの密閉容器1,2内を
アルゴンガスで充満し、250℃に加熱して溶融した状
態で、250℃に加熱された金型3内へ重力で同時に注
入して混合した。金型3のキャビティ30内には強化繊
維4が配置され、第一成分と第二成分は互いに混合され
ながら強化繊維4間に含浸されキャビティ30内を充填
する。そして注入後250℃で18分間保持し、その後
金型3を冷却したところ、表1にも示すように重量平均
分子量(Mw)11,500のポリカーボネート成形体が形成
されていた。またこの成形体の外観は正常であり、強化
繊維間にポリカーボネートが確実に含浸されていた。 (他の実施例及び比較例)化合物(ハ)の種類を二水
準、化合物(ハ)の使用量を三水準、重合温度(金型の
温度)を二水準でそれぞれ表1のように適宜組合せ、重
合(成形)時間(金型内での加熱保持時間)を表1に示
すように種々変更したこと以外は実施例1と同様にし
て、それぞれの成形体を形成し、重量平均分子量(M
w)を測定した。結果を表1に示す。なお、化合物
(ハ)の種類中BPh3 はトリフェニルホウ素を示す。
また重合時間は、それぞれの系がほぼ同等のMwとなる
時間をそれぞれの系について予め求め、それを重合時間
とした。
【0021】
【表1】 また、表1において化合物(ハ)の量と重合時間をグラ
フにプロットしたものを図2及び図3に示す。
【0022】表1、図1及び図2より、化合物(ハ)を
添加することにより、その添加量が多くなるにつれて同
一分子量となる重合時間が短縮されていることが明らか
であり、化合物(ハ)の添加量の調整により重合度及び
重合時間を制御できることが明らかである。
【0023】
【発明の効果】すなわち本発明の熱可塑性樹脂のRIM
成形法によれば、原料が成形型の注入前に反応するのが
阻止されているので、低粘度で成形型内に注入すること
ができ、注入前に樹脂化したり、成形型内での流動特性
が低下したりすることがない。またFRP成形時には、
繊維への含浸特性に優れているので、機械的特性に優れ
たFRP成形体を形成することができる。
【0024】また化合物(イ)と化合物(ロ)との反応
により生成するアニオン重合用触媒は高活性であるた
め、成形型に注入後の反応時間は短く重合(成形)時間
を短縮することができる。さらに、化合物(ハ)の添加
量と重合(成形)時間を制御することにより得られる熱
可塑性樹脂の分子量を制御することができ、分子量を一
定とした場合には化合物(ハ)の添加量を調整するだけ
で重合(成形)時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の成形法の概略説明図である。
【図2】BPh3 (化合物(ハ))の使用量と重合時間
の関係を示すグラフである。
【図3】Al(O iPr)3 (化合物(ハ))の使用量
と重合時間の関係を示すグラフである。
【符号の説明】 1:密閉容器 2:密閉容器 3:金型
4:強化繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08G 69/18 C08G 69/18 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08G 85/00 C08G 63/00 - 63/91 C08G 18/00 - 18/87 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱可塑性樹脂原料に対して単独では不活
    性であり両者が接触することにより初めて高活性なアニ
    オン重合用触媒を生成する2種の化合物(イ)と化合物
    (ロ)を、それぞれ該熱可塑性樹脂原料と別々に混合し
    て第一成分と第二成分を調製するとともに、該第一成分
    と該第二成分の少なくとも一方に重合活性をもたないル
    イス酸に分類される化合物(ハ)を混合する原料調製工
    程と、少なくとも一方に該化合物(ハ)が混合された該
    第一成分と該第二成分を混合して成形型内に注入し該化
    合物(イ)と該化合物(ロ)の反応により生成するアニ
    オン重合用触媒により該熱可塑性樹脂原料を該成形型内
    で重合させる重合工程と、 重合後固化した熱可塑性樹脂成形体を該成形型から離型
    する離型工程と、からなることを特徴とする熱可塑性樹
    脂のRIM成形方法。
  2. 【請求項2】 前記化合物(イ)及び前記化合物(ロ)
    は、それぞれ下記の化学構造式(1)及び化学構造式
    (2)で表され、前記化合物(ハ)は化学構造式(3)
    で表される請求項1記載の熱可塑性樹脂のRIM成形方
    法。 化学構造式(1): R1 −O−Si−(R2 3 (R1 及びR2 はアルキル基又はアリール基) 化学構造式(2): R3 −F (R3 はアルカリ金属又は有機アンモニウム塩) 化学構造式(3): Al−(R4 3 (R 4 はアルコキシ基又はハロゲン)
  3. 【請求項3】 前記化合物(イ)及び前記化合物(ロ)
    は、それぞれ下記の化学構造式(1)及び化学構造式
    (2)で表され、前記化合物(ハ)は化学構造式(4)
    で表される請求項1記載の熱可塑性樹脂のRIM成形方
    法。 化学構造式(4): R1 −O−Si−(R2 3 (R1 及びR2 はアルキル基又はアリール基) 化学構造式(2): R3 −F (R3 はアルカリ金属又は有機アンモニウム塩) 化学構造式(3): B−(R5 3 (R 5 はアルキル基又はアリール基)
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7278596B2 (en) 2001-07-27 2007-10-09 Komatsu Ltd. Crusher and mobile crushing machine equipped with the crusher
CN104884221A (zh) * 2012-10-23 2015-09-02 阿克马法国公司 通过真空注射-压缩-模塑制造热塑性复合物部件的方法、用于实施该方法的设备以及所得到的部件

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CN104884221B (zh) * 2012-10-23 2017-06-13 阿克马法国公司 通过真空注射‑压缩‑模塑制造热塑性复合物部件的方法、用于实施该方法的设备以及所得到的部件

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