JP3425134B2 - 高流動性のポリアミド、その製造方法及びこのコポリアミドを含む組成物 - Google Patents
高流動性のポリアミド、その製造方法及びこのコポリアミドを含む組成物Info
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Description
含むポリアミド、このポリアミドの製造方法及びこのコ
ポリアミドを含む組成物に関係する。
ド及び星形タイプの構造を含むポリアミドの発展が見ら
れた。これらのポリアミドは、様々な製品例えばフィル
ム、織り糸、繊維又は成形品(これらは、充填剤を含ん
でも含まなくてもよい)の製造に利用することができ
る。
から(JACS 70,2709-18, 1948)、4つの酸性官能基を含
む化合物即ちテトラカルボキシプロピルシクロヘキサノ
ンを用いるε−カプロラクタムの重合による星形ポリア
ミドの合成を研究していた。これらの研究の結果及びこ
れらの星形ポリアミドの流動学的及び機械的特性は、T.
M. Warakonisky (Chem.Mat. 4-1000-4 1992 及び米国特
許第4,435,548号)により研究され、確認され
た。そうして、Warakoniskyは、この物質の同じ分子量
についての溶融状態における粘度の低下を確認し、機械
的特性の有意の低下(直鎖状ポリアミドのものに関して)
をも示した。
号において、本願出願人の会社は、星形タイプの鎖と直
鎖の混合物を含むポリアミドの製造方法を開示した。か
かるポリアミドは、溶融媒質中で、等しい分子量を有す
る直鎖状ポリアミドの流動性よりずっと高い流動性を示
すが、Flory及びWarakoniskyにより開示された星形ポリ
アミドと異なり、それは、等しい分子量を有する直鎖の
ポリアミドの機械的特性と同レベルの機械的特性を示
す。
開示されたように、このポリアミドは、狭い又は薄い部
分にわたる複雑な形状を示す成形品の製造を可能にす
る。更に、高レベルの増量剤又は補強充填剤を含む組成
物を、製造して、慣用の成型法において利用することが
できる。
は、特に、このポリアミドの数平均分子量が15,00
0より大きく且つ直鎖の数による濃度が10〜50%好
ましくは15〜30%であるときに得られる。
na等により開発されて、the 4th Italian Convention o
n the Science of the Macromolecule in 1979中に提出
された方法によって測定することができる。この方法
は、この会議の報告書に記載されている。
の星形ポリマーの質量Xwによる比を、アミン及び/又
は酸末端基の濃度の測定によって計算することを可能に
する。多官能性化合物(例えば、ポリカルボキシル化合
物)の存在する場合、この値Xwは、次の関係によって規
定することができる:
ックスDは、ポリマーの転化度によって、2より大きい
か又は小さくてよい。
れた方法によれば、星形ポリアミドの濃度を、従って、
このポリマーの溶融媒質中での流動性を、一方では多官
能性モノマー/カプロラクタム比により、他方では重合
工程の持続時間により測定する。
して最適である星形ポリアミドの濃度の範囲は比較的狭
いので、かかるポリアミドの工業的製造は、プラントを
管理し、制御するための手順を必要とする(それらは、
信頼できる方法で使用するのが非常に困難である)。
造の質量Xwによる所望の比に対応する転化度の達成中
(重合ステージ中)正確な制御を持続的に行使すること
は、非常に困難である。
度を重合中容易に制御することを可能にする星形構造の
鎖及び直鎖を含むポリアミドの新規な製造方法を提供す
ることである。
の巨大分子鎖及び直鎖状巨大分子鎖を含むポリアミドの
製造方法であって、少なくとも下記を含むモノマーの混
合物を重縮合させることにある当該製造方法を提供す
る:a) 下記の一般式(I)のモノマー:
む、直鎖の若しくは環状の、芳香族の若しくは脂肪族
の、炭化水素含有基であって、ヘテロ原子を含むことが
でき、Aは、共有結合であり、又は1〜6炭素原子を含
む脂肪族炭化水素含有基であり、Zは、第1アミン基又
はカルボキシル基を表し、R2及びR3は、同じでも異な
ってもよく、2〜20炭素原子を含む置換された若しく
はされてない、脂肪族、脂環式若しくは芳香族炭化水素
含有基を表し、これらは、ヘテロ原子を含むことがで
き、Yは、Xがカルボキシル基を表す場合には、第1ア
ミン基であり、又はYは、Xが第1アミン基を表す場合
には、カルボキシル基であり、Mは、3〜8の整数であ
る)。
ル濃度は、0.1〜2%であり、式(III)のモノマー
のそれは、0.1〜2%であり、100%にする残り
は、一般式(IIa)又は(IIb)のモノマーに相当す
る。この重合反応は、有利には、最大の重合度が達成さ
れるまで、適宜重縮合開始剤の存在下で行う。
(I)のモノマーの式(III)のモノマーに対するモル比
は、2〜8である。これらの条件下で、この発明の方法
は、所望の機械的及び流動学的特性に適した星形タイプ
の鎖の濃度を含むポリマーを確実に且つ工業的に得るこ
とを可能にする。
度は、有利には、50〜90%であり、好ましくは70
〜85%である。
は、基R1を含み、これは、有利には、フェニル又はシ
クロヘキサニル型の三価の基(置換されていてもいなく
てもよい)、幾つか(有利には、2〜12)のメチレン基
を有する四価のジアミノポリメチレン基(例えば、ED
TA(エチレンジアミン四酢酸)に由来する基)、八価の
シクロヘキサノニル又はシクロヘキサジノニル基、又は
グリセロール、ソルビトール、マンニトール若しくはペ
ンタエリトリトール等のポリオールとアクリロニトリル
との反応から生じる化合物に由来する基であってよい。
ば四価のシクロヘキサノニル基である。
チレン基例えばエチレン、プロピレン又はブチレン基で
ある。
は、3より大きい整数を表し、有利には、4、5又は6
に等しい。
II)の基R3は、2〜36炭素原子を含むことができる
ポリメチレン基又は脂環式基若しくは芳香族基を表す。
ク酸、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、セバ
シン酸、アゼライン酸、ドデカン酸、脂肪酸2量体又は
ジ(β−カルボキシエチル)シクロヘキサノンを挙げるこ
とができる。
ミン、5−メチルペンタメチレンジアミン、メタキシリ
レンジアミン、イソホロンジアミン又は1,4−ジアミ
ノシクロヘキサンを挙げることもできる。
ム又はアミノ酸例えばε−カプロラクタム、ラウリルラ
クタム及びそれらのω−アミノ酸である。
はアミノ酸の重縮合によるポリアミドの合成(例えば、
ポリカプロアミドの合成)において伝統的に用いられて
いる重縮合開始剤の存在下で行う。
る。
物中に、0.01〜5重量%の濃度で加える。
伴わないアミノ酸又はラクタムの重縮合に一般に用いら
れる処理条件に従って実施する。
は、下記を含む:・式(I)〜(III)のモノマーの混合
物を、撹拌及び圧力下に、重縮合開始剤(一般的には、
水)と共に加熱し、・この混合物をこの温度に予め決め
た時間にわたって維持し、その後、減圧して不活性ガス
(例えば、窒素)流中に予め決めた時間にわたってこの混
合物の融点より高温に維持し、形成された水を除去する
ことにより重縮合を継続する。
は、式(III)の二官能性化合物と式(I)の多官能性化
合物との比によって測定される。従って、この重合を、
最大分子量が得られるまで行う。
物中の式(I)の多官能性モノマーのモル濃度によっても
測定される。
多官能性モノマーの及び式(IIa)又は(IIb)の二官
能性モノマーのモル濃度によって測定される。
モデルは、上記のFarinaのモデルであった。このモデル
は、専ら最終的ポリマー中に存在するすべての直鎖及び
すべての星形鎖のみを考慮した静的モデルである。上で
規定した比Xwは、考慮されている。
への完全な転化が達成される前に、反応混合物が、種々
の型の分子鎖の混合物を含むダイナミックプロセスであ
り、例えば多官能性モノマーの1、2又は3つの官能基
との反応に対応するものである。従って、テトラカルボ
キシルモノマーの場合には、この反応混合物は、1、2
又は3つのカルボキシル官能基が反応してない鎖を含
む。
科学雑誌に公表されるであろうが、これらの種々の分子
鎖の存在及び後者の動的変化を考慮している。
なる転化度についても、ポリマー中の直鎖の真の量を計
算することが可能である。
官能性モノマーの官能性転化度に対応する動的変数Xd
を、下記の表現により規定する:
表しnは、多官能性モノマーTの官能性を表しN0は、
式(IIa)又は(IIb)のモノマーの初期モル数を表
す}。
与えられる:
り表される:
した星形鎖のモル濃度PSは、下記の表現により与えら
れる:
II)の二官能性モノマーRの存在を考慮するために改
変する。
くことができ、四官能性モノマーは、多官能性モノマー
Tとして考慮されている:
I)のモノマーの初期モル濃度を表す。
関係により与えられる:
に達するまで行われる重合について、モノマー混合物中
の式(I)の多官能性モノマーと式(III)の二官能性モ
ノマーのモル濃度の測定により及びこれらの2つの型の
モノマーのモル比により制御される星形鎖/直鎖数比を
用いて、予め決めた分子量のポリアミドを得ることを可
能にする。
むポリアミドの製造方法は、容易に実施することがで
き、所望の最適の流動学的及び機械的特性を示すポリア
ミドの再現可能な工業的な製造を可能にする。
ーの混合物の反応により得られるポリアミドである。
押出、射出又は回転による成型品の製造に利用すること
ができる。
上に列記したプロセスの1つに直接供給することがで
き、或は、一層有利には、このポリマーを適宜他の成分
と混合した後に、造形プロセスの供給における出発物質
として用いられるそれを適切に顆粒形状にする。
して棒状に押し出す。これらの棒をその後、顆粒を生成
するために切断する。
(IIb)のモノマーがカプロラクタムである場合には、
これらの顆粒を水で洗い、その後、真空下で乾燥する。
の製造のために造形することを意図する組成物の熱可塑
性マトリクスの要素又は成分として利用する。
ある。
マトリクス(有利には、熱可塑性物質から作られたもの)
及びこのマトリクスの特性例えばその機械的特性、難燃
性若しくは耐熱性、導電率若しくは磁気伝導性等を改変
する充填剤を含む。慣用の充填剤の例として、補強充填
剤又は増量剤を挙げることができる。
は、単独成分として又は他の成分を伴って、この発明の
ポリアミドを含む。
ポリアミドよりも、同じ分子量及び機械的特性につい
て、一層高いメルトフローインデックスを示すので、そ
の充填剤含有組成物は、一層容易に型に射出することが
できる(即ち、一層高速である)。この組成物は又、型の
一層均一で完全な充填を特に型が複雑な形状を有する場
合に達成することをも可能にする。
して最大で80重量%に達し得る高レベルの充填剤を含
む組成物を製造することも可能にする。
高いメルトフローインデックスにより、射出することが
できる。この組成物の機械的特性は、それらは一般に充
填剤のレベルを増したときに改善されているので、高
い。
して、例えば、ポリマー組成物を補強するために伝統的
に用いられる充填剤例えば無機繊維例えばガラス繊維、
炭素繊維、セラミック繊維若しくは合成材料から作られ
た繊維(例えば、ポリアミド繊維)を含む繊維充填材、粉
末充填剤例えばタルク、モンモリロナイト若しくはカオ
リン、又はガラスビーズ及びシェルを挙げることができ
る。
を改善することもできる。かかる充填剤は、例えば、金
属化合物、例えば水酸化マグネシウム又は水酸化アルミ
ニウムである。
剤である。
物のポリマーマトリクスは、この発明のポリアミドと他
の少なくとも一のポリマー(好ましくは、ポリアミド又
はコポリアミド)との混合物からなる。
晶質又は非晶質のポリアミド例えば脂肪族ポリアミド、
半芳香族ポリアミド及び一層一般的には線状ポリアミド
(芳香族又は脂肪族飽和二酸と脂肪族又は芳香族飽和一
級ジアミン、ラクタム、アミノ酸又はこれらの種々のモ
ノマーの混合物との間の重縮合により得られるもの)を
挙げることができる。
チレンアジパミド)、テレフタル酸及び/又はイソフタ
ル酸から得られるポリフタルアミド(例えば、商品名Amo
delで販売されているポリアミド)、又はアジピン酸、ヘ
キサメチレンジアミン及びカプロラクタムから得られる
コポリアミドを挙げることができる。
ドのマトリクス中での重量濃度は、広い範囲で変化する
ことができ、有利には、ポリマーマトリクスの全重量の
30〜80%である。
剤例えば難燃剤、熱及び光安定剤、ワックス、顔料等を
も含むことができる。
ネクター産業、電気部品又は種々の活動(例えば、スポ
ーツ活動又はレジャー活動)のための装備品用の成形品
を製造するために利用される。
実例としてのみ下記に与える実施例に照らして一層明ら
かとなろう。
成 重合を、撹拌手段を有する加熱したオートクレーブ中で
行う。
2,2,6,6−テトラ(β−カルボキシエチル)シクロ
ヘキサノンを、160gの蒸留水及び5.6gのアジピ
ン酸と共にオートクレーブに加える。
ロセスは、Herman Alexander Buison及びThomas W. Rie
nerによる論文「The Chemistry of Acrylonitrile II
Reactions with Ketones」JACS 64 2850(1942)に記載さ
れている。
に6バール下で加熱する。
る。
よって計算する。
性を下記の表Iにまとめる。
マーを多官能性モノマーとして用いて繰り返す。
は等しく、二官能性モノマー/四官能性モノマー比も同
様である。
下記の表Iに示す。
モノマーを用いて得られたポリアミドに対応する。星形
鎖の濃度は、約80%に等しい。
1のモノマーを用いて得られる。星形鎖の濃度は、約1
00%に等しい。
3,077号に開示されたポリアミドに対応する。
よって得られるポリカプロアミドに対応する。星形鎖の
濃度は、ゼロである。
鎖への転化率が80%であった比較例で得られたポリマ
ーに類似した流動学的及び機械的特性を有するポリマー
を得ることを可能にすることを明確に示している。しか
しながら、この製造方法は、制御するのが容易である。
rner and PfleidererZSK 40型の二軸スクリュー押出機
において溶融状態で混合することにより充填する。
組成物を、0.80に等しい星形ポリマーの重量比を示
すこの発明のポリアミド(実施例1)、0.96に等しい
重量比を有する星形ポリアミド(実施例B)又は慣用のP
A6(実施例C)を用いてそれぞれ調製する。
ーターは、下記の表IIにまとめてある。
にまとめる。
により測定。 (2)この試験は、この組成物を、厚さ1mmで幅40m
mのらせん形状の型内に、180トンのBattenfeldプレ
ス下で270℃の温度で射出することにある(型温度8
0℃、射出圧力80Kg/cm2)。射出持続時間は、
1.5秒である。この試験の結果を、この組成物を正確
に満たした型の長さにより測定する。
Claims (17)
- 【請求項1】 直鎖状巨大分子鎖及び星形巨大分子鎖を
含むポリアミドの製造方法であって、少なくとも下記を
含むモノマーの混合物の重合を行うこと: a) 下記の一般式(I)のモノマー: 【化1】 b) 下記の一般式(IIa)又は(IIb)のモノマー: 【化2】 c) 下記の一般式(III)のモノマー: 【化3】Z−R3−Z (III) (これらの式中、 R1は、少なくとも2つの炭素原子を含む、直鎖の若し
くは環状の、芳香族の若しくは脂肪族の、炭化水素含有
基であって、ヘテロ原子を含むことができ、 Aは、共有結合であり、又は1〜6炭素原子を含む脂肪
族炭化水素含有基であり、 Zは、第1アミン基又はカルボキシル基を表し、 R2及びR3は、同じでも異なってもよく、2〜20炭素
原子を含む置換された若しくはされてない、脂肪族、脂
環式若しくは芳香族炭化水素含有基を表し、これらは、
ヘテロ原子を含むことができ、 Yは、Xがカルボキシル基を表す場合には、第1アミン
基であり、 又は Yは、Xが第1アミン基を表す場合には、カルボキシル
基であり、m は、3〜8の整数である) 及び重合を熱力学的平衡が達成されるまで行うことを特
徴とする、上記の製造方法。 - 【請求項2】 式(I)のモノマーのモル濃度が、全モノ
マーに対するモル%で表して、0.1〜2%であり且つ
式(III)のモノマーのモル濃度が、0.1〜2%であ
り、100%にする残りが、式(IIa)又は(IIb)の
モノマーからなる、請求項1に記載の方法。 - 【請求項3】 式(I)のモノマーの式(III)のモノマ
ーに対するモル比が2〜8である、請求項1又は2に記
載の方法。 - 【請求項4】 重縮合開始剤の存在下に実施する、前記
の請求項の1つに記載の方法。 - 【請求項5】 基R1がシクロヘキサノニル基である、
前記の請求項の1つに記載の方法。 - 【請求項6】 R3が1〜36炭素原子を含むポリメチ
レン基である、前記の請求項の1つに記載の方法。 - 【請求項7】 式(IIb)のモノマーがε−カプロラク
タムである、前記の請求項の1つに記載の方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7の1つに記載の方法により
得ることのできるポリアミドであって、50〜90%の
数によるパーセンテージの星形巨大分子鎖を含む当該ポ
リアミド。 - 【請求項9】 ポリマーマトリクスと充填剤を含む組成
物であって、ポリマーマトリクスが請求項1〜7の1つ
に記載の方法により得ることのできる少なくとも一のポ
リアミドを含む、当該組成物。 - 【請求項10】 請求項1〜7の1つにより得ることの
できるポリアミドよりなるポリマーマトリクスを含む、
請求項9に記載の組成物。 - 【請求項11】 直鎖状ポリアミドと請求項1〜7の1
つにより得ることのできるポリアミドとの混合物よりな
るポリマーマトリクスを含む、請求項9に記載の組成
物。 - 【請求項12】 請求項1〜7に記載のポリアミドが、
ポリマーマトリクスの全質量に対して30〜80重量%
の濃度で存在する、請求項11に記載の組成物。 - 【請求項13】 線状ポリアミドを、芳香族又は脂肪族
の飽和した二酸と脂肪族又は芳香族の飽和した第1ジア
ミン、ラクタム、アミノ酸又はこれらの種々のモノマー
の混合物との間の重縮合により得られたポリアミドから
選択する、請求項11及び12の何れかに記載の組成
物。 - 【請求項14】 線状ポリアミドが、脂肪族及び/若し
くは半晶質ポリアミド又はPA−66、PA−6、PA
−4,6若しくはPA−12から選択するコポリアミド
又は半晶質半芳香族ポリアミド又はポリフタルアミドを
含む群から選択するコポリアミドである、請求項13に
記載の組成物。 - 【請求項15】 充填剤の重量濃度が、組成物の80重
量%未満である、請求項9〜14の1つに記載の組成
物。 - 【請求項16】 充填剤が、繊維性充填剤例えばガラス
繊維、炭素繊維、鉱物繊維若しくは熱硬化性材料から作
られた繊維、又は粉末繊維例えばタルクよりなる群から
選択する補強充填剤又は増量剤である、請求項9〜15
の1つに記載の組成物。 - 【請求項17】 充填剤が、難燃性充填剤である、請求
項9〜16の1つに記載の組成物。
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