JP5570461B2 - ポリアミドの製造方法 - Google Patents
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Description
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンとを、融点の低い方のモノマーの融点以上の温度で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満の温度で、ジカルボン酸とジアミンとの反応による塩の生成および前記塩の重合による低重合体の生成をおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、{(生成するポリアミドの融点)+10℃}〜350℃未満の温度で溶融押出により高分子量化する工程。
(2)融点が250℃以上のポリアミドを生成することを特徴とする(1)記載のポリアミドの製造方法。
(3)工程(ii)において、破砕混合物を構成する塩および低重合体の体積平均粒径が5mm以下になるように破砕することを特徴とする(1)または(2)記載のポリアミドの製造方法。
(4)工程(i)を、モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンとの合計100質量部に対して、5質量部以下の水および/または有機溶剤の存在下でおこなうことを特徴とする(1)〜(3)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
(5)工程(ii)を、大気圧以上の圧力下でおこなうことを特徴とする(1)〜(4)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
(6)工程(iii)において、工程(ii)で得られた塩および低重合体の破砕混合物を連続して溶融押出により高分子量化することを特徴とする(1)〜(5)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
本発明のポリアミドの製造方法は、ジカルボン酸とジアミンとをモノマーの主成分として用いるものである。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンとを、融点の低い方のモノマーの融点以上の温度で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液において、生成するポリアミドの融点未満の温度で、ジカルボン酸とジアミンとの反応による塩の生成および前記塩の重合による低重合体の生成をおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、{(生成するポリアミドの融点)+10℃}〜350℃未満の温度で溶融押出により高分子量化する工程。
(1)モノマーの反応率
ポリアミド30mgにメタノール10mLを加え、懸濁液を作製した。この懸濁液を1時間放置し、ディスクフィルターで濾過し、試料溶液を作製した。その後、この試料溶液を質量分析計付帯のガスクロマトグラフィー装置(アジレント・テクノロジー社製、商品名「Agilent 6890N」)で分析した。そして、原料モノマーのジアミンを標準試料として作成した検量線を用いて、ポリアミド中の未反応ジアミンを定量し、ジアミンの反応率を計算した。なお、実施例および比較例においては、モノマーの反応率が90%以上となったときに、工程(ii)を終了した。
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製、商品名「LA920」)を用いて測定した。なお、破砕混合物の体積平均粒径は、工程(iii)直前にサンプリングしたものを用いた。
(3)数平均分子量、分子量分布
ポリアミド5mgに10mMトリフルオロ酢酸含有ヘキサフルオロイソプロパノール2mLに溶解させて得られた溶解液を、ディスクフィルターで濾過し、試料溶液を作製した。この試料溶液を、示差屈折率検出器(東ソー社製、商品名「RI−8010」)を備えたゲル浸透クロマトグラフィ装置(GPC、東ソー社製)で分析した。溶離液として、10mMトリフルオロ酢酸ナトリウム含有ヘキサフルオロイソプロパノールを用いた。分析条件は、流速が0.4mL/分、温度が40℃であった。そして、ポリメチルメタクリレート(ポリマーラボラトリーズ社製)を標準試料として作成した検量線を用いて、重量平均分子量および数平均分子量を求め、重量平均分子量/数平均分子量を分子量分布とした。
サンプル10mgを、示差走査型熱量計(パーキンエルマー社製、商品名「DSC−7」)を用いて、常温から350℃まで20℃/分で昇温し、5分間保持した。その後、500℃/分で25℃まで降温し、5分間保持後、400℃まで20℃/分で昇温した。2回目の昇温時に得られた曲線の融解に由来するピークの頂点を融点温度とした。
(5)色調
日本電色工業社製、商品名「Σ90 color measuring system」を用いて、C/2光源、反射にてL値を測定した。
ポリアミド10mgに47%臭化水素酸を3mL加え、130℃で16時間加熱後、室温まで放冷した。そこに20%水酸化ナトリウム水溶液を5mL加えて試料溶液をアルカリ性にした後、分液ロートに移してクロロホルムを8mL加えて撹拌した後静置し、クロロホルム相を採り、濃縮した。これにクロロホルム1.5mLを加え、これをメンブランフィルターで濾過したものを測定試料とした。この測定試料を、質量分析計を備えたガスクロマトグラフィー装置(アジレント・テクノロジー社製、商品名「Agilent 6890N」)で分析した。ジアミンとトリアミンを標準試料として作成した検量線を用いて、ポリアミド中のジアミンとトリアミンを定量し、ジアミンに対するトリアミンのモル比を算出した。ジアミンの標準物質は、重合に用いたジアミンを用いた。また、トリアミンの標準物質は、酸化パラジウムを触媒として、オートクレーブ中にて重合に用いたジアミンを240℃で3時間加熱攪拌して反応させて得たトリアミン化合物を用いた。
樹脂温度は溶融押出機の設定温度に比較して、摩擦や剪断により高温になっている場合があるため、樹脂温度計を溶融押出機に設置するかあるいは、ノズルから出てきた樹脂温度を温度計で測定することにより計測した。
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸50.9質量部、ジアミンとして1,10−ジアミノヘキサン49.1質量部、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.10質量部、末端封鎖剤として安息香酸0.57質量部からなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39、モル比)を、ダブルヘリカル撹拌翼を備えたオートクレーブ中で、窒素雰囲気下、80℃において、1時間、20rpmで撹拌した。
回転数を20rpmに保ったまま昇温し、オートクレーブ内を1.8MPa、210℃で3時間保ちながら、生成した塩および低重合体を0.04kW/kgの攪拌動力/仕込量で攪拌しながら破砕し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
工程(ii)で得られた破砕混合物をオートクレーブから取り出した。その後、二軸押出機(30mmφ、L/D=45、2ベント)に供給して、ペレット状のポリアミドを得た。二軸押出機のシリンダー温度を330℃に設定し、樹脂温度を325〜300℃に調節し、3時間重合した。平均滞留時間は3分に設定した。ホッパーは酸素含有量が50ppm以下の窒素ガスでシールした。また、第1ベントは開放し、前記の窒素ガスでシールし、第2ベントは真空ポンプを使用して50mmHgの減圧度を保った。スクリュー回転数は40rpmに設定した。
原料モノマー、製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様におこなってポリアミドを得た。なお、実施例4においては、ジカルボン酸として、テレフタルとイソフタル酸の混合物(テレフタル酸:イソフタル酸=90:10)を用いた。
工程(i)において表1に示すような量で水を添加し、製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様におこなってポリアミドを得た。なお、表1における水の添加量はジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対しての量である。
オートクレーブと二軸押出機の供給口に直結させ、工程(ii)で得られた破砕混合物を、直接二軸押出機に供給し、その他の製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
[工程(i)]
撹拌速度は20rpmのまま、昇温し、オートクレーブ内を1.8Mpa、210℃で3時間保ち、0.04kW/kgの攪拌動力/仕込量で破砕せずに攪拌し、塩および低重合体の塊状物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。その後、塊状化した生成物を取り出して室温で放冷後、クラッシャーで粉砕し、粉末の破砕混合物を得た。
工程(ii)で得られた破砕混合物を取り出した後、二軸押出機(30mmφ、L/D=45、2ベント)に供給して、ペレット状のポリアミドを得た。二軸押出機のシリンダー温度を330℃に設定し、樹脂温度を325〜330℃に調節し、3時間重合させた。平均滞留時間は3分に設定した。ホッパーは酸素含有量が50ppm以下の窒素ガスでシールした。また、第1ベントは開放し、前記の窒素ガスでシールし、第2ベントは真空ポンプを使用して50mmHgの減圧度を保った。スクリュー回転数は40rpmに設定した。
工程(i)の混合温度をジアミンモノマーの融点未満である35℃に変更した以外は、実施例1と同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
実施例1の工程(ii)を以下のように変更する以外は、同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
[工程(ii)]
撹拌速度は20rpmのまま、昇温し、生成ポリアミドの融点以上である330℃で3時間保ち、ポリアミドを得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。その後、系を窒素ガスで加圧状態にしておいてシート状に縮合物を払い出し、室温で放冷後、クラッシャーで粉砕し、粉末の破砕物を得た。
工程(iii)において樹脂温度を360℃に変更する以外は、実施例1と同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
工程(iii)において、樹脂温度を310℃に変更する以外は、実施例1と同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
工程(iii)において、工程(ii)で得られた破砕混合物を、窒素気流下、20rpmで回転させながら、230℃で600時間固相重合して粉末状のポリアミドを得ること以外は、実施例1と同様の操作をおこなってポリアミドを得た。
カルボン酸としてテレフタル酸391.2質量部、アミンとして1,10−ジアミノデカン405.7質量部、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.8質量部、末端封鎖剤として安息香酸2.3質量部、蒸留水320質量部からなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39、モル比)、(系内の水の残存量:ジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して40質量部)を、ダブルヘリカル撹拌翼を備えたオートクレーブに入れ、窒素雰囲気下、1時間かけて150℃まで昇温させた後、水を120質量部留出させた(系内の水の残存量:ジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して40質量部)。次いで、内部温度を240℃に昇温した後、水を72g留出させ(系内の水の残存量:ジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して40質量部)、その後4時間攪拌しながら反応させた。なお、攪拌動力/仕込量を0.04kW/kgとし、スクリュー回転数を40rpmに設定した。
表1、2に、原料モノマー、製造条件、および得られたポリアミドの評価結果を示す。
TPA:テレフタル酸 (融点:300℃)
IPA:イソフタル酸 (融点:343℃)
HA:1,6−ヘキサンジアミン (融点:42℃)
NA:1,9−ノナンジアミン (融点:36℃)
DA:1,10−デカンジアミン (融点:62℃)
DDA:1,12−ドデカンジアミン (融点:68℃)
Claims (6)
- 以下の工程(i)〜(iii)を、この順に含むことを特徴とする、ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドの製造方法。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンとを、融点の低い方のモノマーの融点以上の温度で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満の温度で、ジカルボン酸とジアミンとの反応による塩の生成および前記塩の重合による低重合体の生成をおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、{(生成するポリアミドの融点)+10℃}〜350℃未満の温度で溶融押出により高分子量化する工程。 - 融点が250℃以上のポリアミドを生成することを特徴とする請求項1記載のポリアミドの製造方法。
- 工程(ii)において、破砕混合物を構成する塩および低重合体の体積平均粒径が5mm以下になるように破砕することを特徴とする請求項1または2記載のポリアミドの製造方法。
- 工程(i)を、モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンとの合計100質量部に対して、5質量部以下の水および/または有機溶剤の存在下でおこなうことを特徴とする請求項1〜3いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
- 工程(ii)を、大気圧以上の圧力下でおこなうことを特徴とする請求項1〜4いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
- 工程(iii)において、工程(ii)で得られた塩および低重合体の破砕混合物を連続して溶融押出により高分子量化することを特徴とする請求項1〜5いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
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