JP6090639B2 - ポリアリーレンスルフィド分散体及び粉体粒子、並びにそれらの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、アニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子及び該粒子からなるポリアリーレンスルフィド分散体、並びにそれらの製造方法に関する。
ポリアリーレンスルフィド(以下PASと略すことがある)樹脂は、機械的強度、耐熱性、耐薬品性、成形加工性、寸法安定性に優れ、これら特性を利用して、電気・電子機器部品、自動車部品材料等として使用されている。
一方で、ポリアリーレンスルフィド樹脂は、異なる素材との密着性、接着性に劣ることから、用途拡大が進まないといった側面を持っている。そこで、塗料分野、接着材料分野、コーティング分野、ポリマーコンパウンド分野などにおいて、ポリアリーレンスルフィドの微粒子化さらには、分散液化することができれば、需要は高いと予想されるものの、密着性、接着性の要求特性を満たす微粒子、分散液を得る事は困難であった。
PAS微粒子、分散液を得る手段として、いくつかの手法が提案されている。
特許文献1、特許文献3では、無機塩の存在下でポリアリーレンスルフィド樹脂を有機溶媒中で加熱溶解し、その後、冷却しポリアリーレンスルフィド粗粒子を析出させ懸濁液としたのち、界面活性剤を添加、磨砕することで微粒子の分散液を得る製造方法が提案されている。
特許文献2では、高分子界面活性剤、ポリアリーレンスルフィド樹脂微粒子、アルコール系溶媒からなるポリアリーレンスルフィド樹脂微粒子分散液が提案されている。
しかし、この様な従来技術で得られるPAS微粒子からなる分散液は、有効成分濃度が低く、塗膜形成に十分なポリアリーレンスルフィド濃度の塗料を作製することが困難であり、所望の塗膜を得ることができなかった。
特開2009−173878号公報 特開2011−122108号公報 特開2012−177010号公報
そこで本発明が解決しようとする課題は、ポリアリーレンスルフィド樹脂濃度が高くても、分散安定性が高く、プラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に接着性、密着性の優れたアニオン性基含有有機高分子化合物で被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子および該粒子からなる分散液を提供することにある。
本発明者らは上記課題を解決するために鋭意研究した結果、酸析法によりポリアリーレンスルフィド粒子をアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆することで、高濃度で安定性の高い該粒子からなるポリアリーレンスルフィド分散体が得られ、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、
『(1)ポリアリーレンスルフィド粒子、アニオン性基含有有機高分子化合物、塩基、水性媒体からなるポリアリーレンスルフィド分散体において、ポリアリーレンスルフィド粒子がアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されているポリアリーレンスルフィド分散体。
(2)前記アニオン性基含有有機高分子化合物のアニオン性基が、カルボキシル基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基及びリン酸基からなる群より選ばれる少なくとも一種のアニオン性基であることを特徴とする前記(1)記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
(3)前記アニオン性基含有有機高分子化合物の主骨格が、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の有機高分子化合物であることを特徴とする前記(1)又は(2)記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
(4)前記アニオン性基含有有機高分子化合物の酸価が10〜300mgKOH/gであることを特徴とする前記(1)〜(3)何れかに記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
(5)前記塩基が金属水酸化物及び有機アミンからなる群より選ばれる少なくとも一種の塩基であることを特徴とする前記(1)〜(4)何れかに記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
(6)前記ポリアリーレンスルフィド分散体中のポリアリーレンスルフィド粒子の体積平均粒径が1μm以下であることを特徴とする前記(1)〜(5)何れかに記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
(7)前記(1)〜(6)何れかに記載のポリアリーレンスルフィド分散体を、乾燥させて得られるポリアリーレンスルフィド粉体粒子。
(8)ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えてポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)[酸析工程]と、
工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキと塩基とを反応させてアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を得る工程(E)[分散体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
(9)前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選択される少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする前記(8)に記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
(10)ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えてポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)[酸析工程]と、
工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、
工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを乾燥してアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子を得る工程(F)[粉体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
(11)ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)[加熱溶解工程]と、
水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えてポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)[晶析工程]と、
工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)[酸析工程]と、
工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)[ウェットケーキ作製工程]と、
工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキと塩基とを反応させてアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を得る工程(E)[分散体作製工程]と、
工程(E)で得られたアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を乾燥してアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子を得る工程(F2)[粉体作製工程]と、を含むポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
(12)前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする前記(10)又は(11)に記載のポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
(13)前記工程(B)[晶析工程]の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド分散液(本明細書中、晶析液とも表現される)に対し、機械的粉砕を行うこと[分散工程]を特徴とする前記(8)に記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
(14)前記工程(B)[晶析工程]の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド分散液に対し、機械的粉砕を行うこと[分散工程]を特徴とする前記(10)又は(11)に記載のポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
(15)前記(8)又は(13)に記載の製造方法により得られたポリアリーレンスルフィド分散体。
(16)前記(10)、(11)又は(14)に記載の製造方法により得られたポリアリーレンスルフィド粉体粒子。』に関する。
本発明により、ポリアリーレンスルフィド樹脂の濃度が高くても安定であり、かつプラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に対する接着性、密着性が優れたアニオン性基含有有機高分子化合物で被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子および該粒子からなる分散体を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
・ポリアリーレンスルフィド樹脂
本発明に使用するポリアリーレンスルフィド樹脂は、芳香族環と硫黄原子とが結合した構造を繰り返し単位とする樹脂構造を有するものであり、具体的には、下記式(1)
Figure 0006090639
(式中、R及びRは、それぞれ独立して水素原子、炭素原子数1〜4のアルキル基、ニトロ基、アミノ基、フェニル基、メトキシ基、エトキシ基を表す。)で表される構造部位を繰り返し単位とする樹脂である。
ここで、前記式(1)で表される構造部位は、特に該式中のR及びRは、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の機械的強度の点から水素原子であることが好ましく、その場合、下記式(2)で表されるパラ位で結合するものが好ましいものとして挙げられる。
Figure 0006090639
これらの中でも、特に繰り返し単位中の芳香族環に対する硫黄原子の結合は前記構造式(2)で表されるパラ位で結合した構造であることが前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の耐熱性や結晶性の面で好ましい。また、パラ位で結合した構造とメタ位で結合した構造、パラ位で結合した構造とオルト位で結合した構造を混合して使用することも可能である。
また、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂は、前記式(1)で表される構造部位のみならず、下記の構造式(3)〜(6)
Figure 0006090639
で表される構造部位を、前記式(1)で表される構造部位との合計の30モル%以下で含んでいてもよい。特に本発明では上記式(3)〜(6)で表される構造部位は10モル%以下であることが、ポリアリーレンスルフィド樹脂の耐熱性、機械的強度の点から好ましい。前記ポリアリーレンスルフィド樹脂中に、上記式(3)〜(6)で表される構造部位を含む場合、それらの結合様式としては、ランダム共重合体、ブロック共重合体の何れであってもよい。
また、前記ポリアリーレンスルフィド樹脂は、その分子構造中に、下記式(7)
Figure 0006090639
で表される3官能性の構造部位、或いは、ナフチルスルフィド結合などを有していてもよいが、他の構造部位との合計モル数に対して、3モル%以下が好ましく、特に1モル%以下であることが好ましい。
前記ポリアリーレンスルフィド樹脂の製造方法としては、特に限定されないが、例えば1)ジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物と、更に必要ならばその他の共重合成分とを、硫黄と炭酸ソーダの存在下で重合させる方法、2)ジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物と、更に必要ならばその他の共重合成分とを、極性溶媒中でスルフィド化剤等の存在下に、重合させる方法、3)p−クロルチオフェノールと、更に必要ならばその他の共重合成分とを自己縮合させる方法、等が挙げられる。これらの方法のなかでも、2)の方法が汎用的であり好ましい。反応の際に、重合度を調節するためにカルボン酸やスルホン酸のアルカリ金属塩を添加したり、水酸化アルカリを添加しても良い。上記2)方法のなかでも、加熱した有機極性溶媒とジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物とを含む混合物に含水スルフィド化剤を水が反応混合物から除去され得る速度で導入し、有機極性溶媒中でジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物とスルフィド化剤とを反応させること、及び反応系内の水分量を該有機極性溶媒1モルに対して0.02〜0.5モルの範囲にコントロールすることによりポリアリーレンスルフィド樹脂を製造する方法(特開平07−228699号公報参照。)や、固形のアルカリ金属硫化物及び非プロトン性極性有機溶媒の存在下でジハロゲノ芳香族化合物と、ポリハロゲノ芳香族化合物、アルカリ金属水硫化物及び有機酸アルカリ金属塩を、硫黄源1モルに対して0.01〜0.9モルの有機酸アルカリ金属塩および反応系内の水分量を非プロトン性極性有機溶媒1モルに対して0.02モルの範囲にコントロールしながら反応させる方法(WO2010/058713号パンフレット参照。)で得られるものが特に好ましい。ジハロゲノ芳香族化合物との具体的な例としては、p−ジハロベンゼン、m−ジハロベンゼン、o−ジハロベンゼン、2,5−ジハロトルエン、1,4−ジハロナフタレン、1−メトキシ−2,5−ジハロベンゼン、4,4’−ジハロビフェニル、3,5−ジハロ安息香酸、2,4−ジハロ安息香酸、2,5−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロニトロベンゼン、2,4−ジハロアニソール、p,p’−ジハロジフェニルエーテル、4,4’−ジハロベンゾフェノン、4,4’−ジハロジフェニルスルホン、4,4’−ジハロジフェニルスルホキシド、4,4’−ジハロジフェニルスルフィド、及び、上記各化合物の芳香環に炭素原子数1〜18のアルキル基を核置換基として有する化合物が挙げられ、ポリハロゲノ芳香族化合物として1,2,3−トリハロベンゼン、1,2,4−トリハロベンゼン、1,3,5−トリハロベンゼン、1,2,3,5−テトラハロベンゼン、1,2,4,5−テトラハロベンゼン、1,4,6−トリハロナフタレンなどが挙げられる。また、上記各化合物中に含まれるハロゲン原子は、塩素原子、臭素原子であることが望ましい。
重合工程により得られたポリアリーレンスルフィド樹脂を含む反応混合物の後処理方法としては、特に制限されるものではないが、例えば、(1)重合反応終了後、先ず反応混合物をそのまま、あるいは酸または塩基を加えた後、減圧下または常圧下で溶媒を留去し、次いで溶媒留去後の固形物を水、反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、更に中和、水洗、濾過および乾燥する方法、或いは、(2)重合反応終了後、反応混合物に水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類、エーテル類、ハロゲン化炭化水素、芳香族炭化水素、脂肪族炭化水素などの溶媒(使用した重合溶媒に可溶であり、且つ少なくともポリアリーレンスルフィドに対しては貧溶媒である溶媒)を沈降剤として添加して、ポリアリーレンスルフィドや無機塩等の固体状生成物を沈降させ、これらを濾別、洗浄、乾燥する方法、或いは、(3)重合反応終了後、反応混合物に反応溶媒(又は低分子ポリマーに対して同等の溶解度を有する有機溶媒)を加えて撹拌した後、濾過して低分子量重合体を除いた後、水、アセトン、メチルエチルケトン、アルコール類などの溶媒で1回または2回以上洗浄し、その後中和、水洗、濾過および乾燥をする方法等が挙げられる。
尚、上記(1)〜(3)に例示したような後処理方法において、ポリアリーレンスルフィド樹脂の乾燥は真空中で行なってもよいし、空気中あるいは窒素のような不活性ガス雰囲気中で行なってもよい。
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂は、酸素濃度が5〜30体積%の範囲の酸化性雰囲気中あるいは減圧条件下で熱処理を行い、酸化架橋させることもできる。
また、ポリアリーレンスルフィド樹脂の物性は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、以下の通りである。
(溶融粘度)
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂は、300℃で測定した溶融粘度(V6)が0.1〜1000〔Pa・s〕の範囲であることが好ましく、さらに流動性および機械的強度のバランスが良好となることから0.1〜100〔Pa・s〕の範囲がより好ましく、特に0.1〜50〔Pa・s〕の範囲であることが特に好ましい。
(非ニュートン指数)
本発明に用いるポリアリーレンスルフィド樹脂の非ニュートン指数は、本発明の効果を損ねない限り特に限定されないが、0.90〜2.00の範囲であることが好ましい。リニア型ポリアリーレンスルフィド樹脂を用いる場合には、非ニュートン指数が0.90〜1.50の範囲であることが好ましく、さらに0.95〜1.20の範囲であることがより好ましい。このようなポリアリーレンスルフィド樹脂は機械的物性、流動性、耐磨耗性に優れる。ただし、非ニュートン指数(N値)は、キャピログラフを用いて300℃、オリフィス長(L)とオリフィス径(D)の比、L/D=40の条件下で、剪断速度及び剪断応力を測定し、下記式を用いて算出した値である。
Figure 0006090639
[ただし、SRは剪断速度(秒−1)、SSは剪断応力(ダイン/cm)、そしてKは定数を示す。]N値は1に近いほどPASは線状に近い構造であり、N値が高いほど分岐が進んだ構造であることを示す。
本発明で使用できるPAS樹脂の一例として、後記する製造例ではポリフェニレンスルフィド樹脂を挙げている。
[PAS分散体の作製]
次に、PAS分散体について詳細に説明する。本発明におけるPAS分散体とは、上記PAS樹脂を溶媒と共に加熱溶解する工程(A)(加熱溶解工程)と、予め調整したアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液とPAS樹脂溶解液を添加してPAS微粒子を形成させる工程(B)(晶析工程)と、酸によりアニオン性基含有有機高分子化合物をPAS微粒子表面に析出させ被覆させる工程(C)(酸析工程)と、アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粒子をろ別し、水洗して含水アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粒子ウェットケーキを得る工程(ウェットケーキ作製工程)と、得られたウェットケーキを塩基により中和して再分散、調整して得られるPAS分散体(分散体作製工程)のことである。
[加熱溶解工程](工程A)
PAS分散体を得るためには、まず、PAS樹脂を溶媒で溶解させる。本工程に無機塩を加える場合もあるが、特に加えなくても良い。本発明に用いることのできるPAS樹脂の形態は特に問わないが、具体的に例示するならば粉体、顆粒、ペレット、繊維、フィルム、成形品等があげられるが、操作性及び溶解に要する時間を短縮させる観点から、粉末、顆粒、ペレットが望ましい。これらの中でも特に粉体のPAS樹脂が好ましく用いられる。通常、PAS樹脂、溶媒を容器中に投入した後、溶解を行うが、容器へ投入する順序は問わない。
容器は、高温下で使用することから、耐圧製容器を用いる方が好ましい。
容器中の雰囲気は、空気雰囲気下、不活性ガス雰囲気下のいずれでも良いが、PAS樹脂と反応したり、PAS樹脂自身を劣化させるような雰囲気を避けるべきであるため、不活性ガス雰囲気下が好ましい。
ここでいう、不活性ガスとは、窒素ガス、二酸化炭素、ヘリウムガス、アルゴンガス、ネオンガス、クリプトンガス、キセノンガスなどが挙げられ、経済性、入手容易性を勘案して、窒素ガス、アルゴンガス、二酸化炭素ガスが望ましく、より好ましくは窒素ガス或いはアルゴンガスが用いられる。
無機塩として、特に制限はないが、通常、アルカリ金属、アルカリ土類金属、アンモニアなどの塩化物、臭化物、炭酸塩、硫酸塩等が用いられる。具体的には、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化塩、臭化ナトリウム、臭化リチウム、臭化カリウム、臭化カルシウム、臭化マグネシウム、臭化アンモニウム等の臭化物、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸アンモニウム等の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸リチウム、硫酸マグネシウム、硫酸アンモニウム等の硫酸塩等が用いられるが、塩化ナトリウム、塩化リチウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化アンモニウム等の塩化物が好ましい。これらは一種または二種以上で用いることができる。
無機塩を加える場合のPAS樹脂に対する無機塩の重量比率は、PAS 1質量部に対して0.1〜10質量部の範囲、好ましくは、0.5〜5質量部の範囲である。
溶媒としては、PAS樹脂を溶解するものであれば、特に制限はないが、例えば、クロロホルム、ブロモホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,1−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、2,6−ジクロロトルエン、1−クロロナフタレン、ヘキサフルオロイソプロパノール等のハロゲン系溶媒、N−メチル−2−ピロリジノン、N−エチル−2−ピロリジノン等のN−アルキルピロリジノン系溶媒、N−メチル−ε−カプロラクタム、N−エチル−ε−カプロラクタム等のN−アルキルカプロラクタム系溶媒、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N、N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミド、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホン等の極性溶媒の中から少なくとも一種選ばれる溶媒が挙げられ、好ましくは、N−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、o−ジクロロベンゼン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の溶媒である。これらの中でも特に、作業性、水溶性を考慮するとN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが好ましく用いられる。
溶媒に対するPAS樹脂の重量比率は、溶媒にPASが溶解する限り特に制限はないが、溶媒100質量部に対して0.1〜20質量部の範囲を例示することができ、好ましくは、0.1〜10質量部であり、より好ましくは、0.1〜5質量部である。PAS樹脂を溶解させるために、混合した反応液を、PAS樹脂が溶解するために必要な温度まで上昇させる。
溶解に必要な温度は、溶媒により異なるが、150℃以上が好ましく、さらに好ましくは200℃以上であり、より好ましくは、250℃以上である。上限としてはPAS樹脂が分解しない温度以下であり、400℃以下が好ましい。上記溶解は必要に応じ加圧下で行われる。
上記温度にすることにより、PAS樹脂を均一に溶解することが可能になり、PAS粗粒子を安定に製造することができる。
また、反応液を攪拌してもしなくても良いが、好ましくは攪拌したほうが良く、これにより溶解に要する時間を短くすることができる。
所定の温度まで上昇させた後、反応液をしばらくの時間維持することが好ましい。維持する時間は、10分〜10時間の範囲であり、好ましくは、10分〜6時間、より好ましくは20分〜2時間の範囲である。
この操作を行うことにより、PAS樹脂をより十分に溶解させることができる。
次に上記で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を基に、本発明であるポリアリーレンスルフィド分散体およびそれらから得られるポリアリーレンスルフィド粉体粒子について、製造工程順に詳細に説明する。
[晶析工程](工程B)
まず、予めアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液を調整する。ここで使用されるアニオン性基含有有機高分子化合物中のアニオン性基としては、例えば、カルボキシル基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基、リン酸基などを使用することができ、なかでも、前記カルボキシル基やスルホン酸基の一部または全部が塩基性化合物等によって中和されたカルボキシレート基やスルホネート基を使用することが、良好な水分散安定性を付与するうえで好ましい。
また、前記アニオン性基含有有機高分子化合物の主骨格は、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミドイミド樹脂である。また、本発明で使用されるアニオン性基含有有機高分子化合物は、単体でも上記アニオン性基含有有機高分子化合物を1種類以上混合してもよく、塩基性の状態で溶解すれば、本発明のPAS分散体、PAS粉体粒子に使用することができる。
アニオン性基含有高分子化合物は、塩基性水溶液中で完全に溶解させる。ここで使用する塩基としては、アンモニアや、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の無機の金属水酸化物、メチルアミン、エチルアミン、n−ブチルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリ−n−ブチルアミンの如きアルキルアミン類;N−メチルアミノエタノール、N,N−ジメチルアミノエタノール、N,N−ジエチルアミノエタノール、2−アミノ−2−メチルプロパノール、ジエタノールアミン、トリエタノールアミンの如きヒドロキシルアミン類;エチレンジアミン、ジエチレントリアミンの如き多価アミン類等の有機アミン等が好ましい。これらは一種または二種以上で用いることができる。また、アニオン性基含有有機高分子化合物を溶解するための塩基量としては、樹脂を完全に溶解させるために、アニオン性基含有有機高分子化合物の酸価に対して、70〜300%がより好ましい。
また、アニオン性基含有有機高分子化合物の酸価が10〜300mgKOH/gのものを使用することが好ましい。この範囲よりも低い酸価を有するアニオン性基含有有機高分子化合物を使用すると分散安定性が不十分となってしまうために好ましくない。中でも50〜240mgKOH/gとなるアニオン性基含有有機高分子化合物を使用することが、最も分散安定性が高くなるためにより好ましい。
さらに、本発明では、アニオン性基含有有機高分子化合物により、PAS粒子の一部または表面全体を被覆しても、分散安定性に効果が得られる。そのため、PAS100質量部に対して、1質量部〜200質量部を使用することが好ましい。中でも5質量部〜150質量部になるように使用するのが、最も分散安定性が高くなるため好ましい。
次に、調整したアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液に上記で調整したPAS溶解液を注ぐことで、PAS分散液(晶析液)を得ることができる。この時点では本発明の目的物である「アニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子の分散体」とは異なるものである。この晶析工程にけるPAS粒子状態については後述の通りである。
調整したアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液は、撹拌羽根等の撹拌機で高速撹拌された水流を作製する。乱流、または層流でも構わないが、周速は速い方が晶析した粒子サイズを細かく出来るため好ましい。
PAS溶解液の注水速度は、遅いほど細かい粒子を形成し得る上で好適である。注水方法としては、調整したアニオン性基含有有機高分子化合物溶液を強撹拌した溶液に、直接注水する方法がある。ここで、アニオン性基含有有機高分子化合物溶液の撹拌は、微細なPAS粒子を形成するために、強撹拌が好ましい。
また、PAS溶解液を注ぎ終えた後に得られたPAS分散液(晶析液)に対して機械的粉砕を行うことにより分散させる工程[分散工程]を経ることもできる。これにより、より良好な分散安定性を保持することができる。ここで、機械的粉砕としては、後述する機械的粉砕装置の項目で述べた装置を用いる方法などが挙げられる。
この晶析工程にけるPAS粒子状態は、アニオン性基含有有機高分子化合物がPAS樹脂粒子の表層に存在しており、まだ強固に固着している状態ではないと思われる。アニオン性基含有有機高分子化合物末端の酸性基がアルカリ金属とのイオン結合状態であるため、柔軟にPAS粒子の表層上に存在していると推測されるためである。後工程の酸析工程で酸により、アニオン性基含有有機高分子化合物の官能基の塩交換反応がおき、PAS表面に固着されるものである。
[酸析工程](工程C)
上記工程で得られた水溶性樹脂が表層に存在するPAS樹脂粒子を、酸によって酸析出させ、アニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたPAS樹脂粒子を沈殿させたスラリーを作製する工程である。
酸析出に使用される酸としては、塩酸、硫酸、酢酸、硝酸等が挙げられ、中でも塩酸が好ましい。
酸濃度は、各種アニオン性基含有有機高分子化合物、各種PAS樹脂にもよるが、アニオン性基含有有機高分子化合物の末端置換基数による設定が必要で、酸により系内のpHを2〜5に調整する。
[ウェットケーキ作製工程](工程D)
上記酸析工程で得られたアニオン性基含有高分子化合物により被覆されたPAS樹脂粒子を沈殿させたスラリーから、アニオン性基含有高分子化合物により被覆されたPAS樹脂粒子をろ別し、ウェットケーキにする工程である。ろ別する方法としては、ろ過や遠心分離等、粒子と液体が分離可能であれば如何なる方法でも構わない。ろ別されたウェットケーキ中の水分量は、15〜55%の範囲が好ましく、水分量が低すぎると後工程での再分散でほぐれにくくなり、再分散性が悪くなるため、好ましい水分量は、20〜45%である。ウェットケーキは、残存する有機溶媒や、未析出の樹脂を洗浄するため、イオン交換水、蒸留水、純水、水道水等で洗浄を行う。洗浄方法は、ウェットケーキ上から、洗浄溶媒をかけてろ過洗浄してもよいし、ウェットケーキを洗浄溶媒に再解膠して洗浄してもよい。
[分散体作製工程](工程E)
上記ウェットケーキ作製工程で得られたウェットケーキを水にビーズミルや超音波分散機等で、再解膠し、前述した、無機塩基、有機塩基でpHを6〜10に調整して、PAS分散体を得た。ここで得られた分散体中の不揮発分は、15〜40%であり、従来のPAS分散体が5〜10%程度であることから、顕著に高濃度のPAS分散体が本発明で得られることがわかる。
[PAS粉体粒子の作製](工程F及び工程F2)
さらに、本発明におけるPAS粉体粒子とは、上記工程Dで得られたウェットケーキあるいは、工程Eで得られたPAS分散体から水分を除去し、その後乾燥して得られるアニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粉体粒子のことである。乾燥した後、各種粉砕装置で粉砕して、所望の粒子サイズに調整して使用することが可能である。
後述の測定方法における体積平均粒径が1μm以下になるまで上記PAS粗粒子を分散させたPAS粗粒子懸濁液の機械的粉砕を行う。好ましくは体積平均粒径が500nm未満となるまで機械的粉砕を行う。
[機械的粉砕装置]
機械的粉砕装置として、市販の機械的粉砕装置を挙げることができる。特にPAS粗粒子を効率よく分散、粉砕し、粒径の小さなPAS微粒子の分散液を作製するために好適な機械的粉砕装置として、ボールミル装置、ビーズミル装置、サンドミル装置、コロイドミル装置、ディスパー分散攪拌装置、湿式微粒化装置(例えば、スギノマシン製のアルティマイザー、Hielscher社製の超音波分散機等)が挙げられるが、なかでもボールミル装置、ビーズミル装置、サンドミル装置、湿式微粒化装置、から選択される装置が好ましい。機械的粉砕の際の粉砕の力は一般に大きくなるほど、また粉砕時間が長くなるほど得られる微粒子の体積平均粒径は、小さくなる方向にあるが、これらが過度になると凝集が生じやすくなるので、適切な範囲に制御される。例えばビーズミルではビーズ径やビーズ量の選択、周速の調整で、その制御が可能である。
PAS微粒子分散液においても、場合によっては沈殿物を含む場合もある。その際には、沈殿部と分散部を分離して利用してもよい。分散液のみを得る場合には、沈殿部と分散部の分離を行えばよく、そのためには、デカンテーション、ろ過などを行えば良い。また、より粒径の細かい粒子まで必要な場合には、遠心分離などを行い、粒径の大きなものを完全に沈降させ、デカンテーションやろ過を行い、沈殿部分を除去すればよい。
本発明で得られたPAS微粒子分散液は、通常24時間静置しても微粒子とアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液とが分離しない。
このようにして得られたPAS微粒子分散液は、その特性から塗料、接着、ポリマーコンパウンド分野における有用な添加剤となる。
以下、実施例を挙げることにより、本発明をより詳細に説明する。しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。
[PAS樹脂の製造]
本明細書で用いたPAS樹脂の製造方法を製造例として下記に記載する。
(製造例1)ポリアリーレンスルフィド樹脂(以下、PAS−1と表記)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略すことがある)38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、p−ジクロロベンゼン(以下、「p−DCB」と略記する。) 17.874kg及びNMP 16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−1を得た。得られたPAS−1の溶融粘度は10Pa・sであった。
(製造例2)ポリアリーレンスルフィド樹脂(以下、PAS−2と表記)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、NMP 38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、p−DCB 18.366kg及びNMP 16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−2を得た。得られたPAS−2の溶融粘度は2.5Pa・sであった。
(製造例3)ポリアリーレンスルフィド樹脂(以下、PAS−3と表記)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、45%水硫化ソーダ(47.55重量%NaSH)14.148kg、48%苛性ソーダ(48.8重量%NaOH)9.541kgと、NMP 38.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら209℃まで昇温して、水12.150kgを留出させた(残存する水分量はNaSH1モル当り1.13モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、p−DCB 17.464kg及びNMP 16.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いてゲージ圧で0.1MPaに加圧して昇温を開始した。昇温して260℃になった時点でオートクレーブ上部を散水することで冷却しながら、260℃で2時間反応した。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。反応中の最高圧力は、0.87MPaであった。反応後、冷却し、100℃で底弁を開き、反応スラリーを150リットル平板ろ過機に移送し120℃で加圧ろ過した。得られたケーキに70℃温水50kgを加え撹拌したのち、濾過し、さらに温水25kgを加え濾過した。次に温水25kgを加え1時間撹拌し、濾過したのち、温水25kgを加えろ過する操作を2回繰り返した。得られたケーキを、熱風循環乾燥機を用いて120℃で15時間乾燥し、PAS−3を得た。得られたPAS−3の溶融粘度は52Pa・sであった。
(製造例4)ポリアリーレンスルフィド樹脂(PAS−4)の製造
圧力計、温度計、コンデンサを連結した撹拌翼および底弁付き150リットルオートクレーブに、フレーク状NaS(60.9質量%)19.222kgと、NMP 45.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら204℃まで昇温して、水4.438kgを留出させた(残存する水分量はNaS 1モル当り1.14モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、p−DCB 20.442kg、m−ジクロロベンゼン(以下、「m−DCB」と略記する。) 5.111kg(m−DCBとp−DCBの合計に対して15モル%)及びNMP 18.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いて1kg/cm2 Gに加圧して昇温を開始した。液温220℃で3時間攪拌しつつ、オートクレーブ上部の外側に巻き付けたコイルに80℃の冷媒を流し冷却した。その後昇温して、液温260℃で3時間攪拌し、次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。反応中の最高圧力は、8.91kg/cm2 Gであった。
得られたスラリーを常法により濾過温水洗を二回繰り返し、水を約50質量%含む濾過ケークを得た。次に、この濾過ケークに水 60kg及び酢酸 100gを加えて再スラリー化し、50℃で30分間攪拌後、再度濾過した。この際、上記スラリーのpHは4.6であった。ここで得られた濾過ケークに、水 60kgを加え30分間攪拌後、再度濾過する操作を5回繰り返した。その後に得られた濾過ケークを120℃で、4.5時間熱風循環乾燥機中で乾燥し、白色粉末状のパラ−メタポリアリーレンスルフィド共重合樹脂(以下、PAS−4と表記する)を得た。得られたPAS−4は融点230℃、リニア型、V6溶融粘度2.1〔Pa・s〕であった。
(製造例5)ポリアリーレンスルフィド樹脂(PAS−5)の製造
150リットルオートクレーブに、フレーク状のNaS(60.9質量%) 19.222kgと、NMP 45.0kgを仕込んだ。窒素気流下攪拌しながら204℃まで昇温して、水 4.438kgを留出させた(残存する水分量はNaS 1モル当り 1.14モル)。その後、オートクレーブを密閉して180℃まで冷却し、p−DCB 22.999kg、m−DCB 2.555kg(m−DCBとp−DCBの合計に対して15モル%)及びNMP 18.0kgを仕込んだ。液温150℃で窒素ガスを用いて1kg/cm2 Gに加圧して昇温を開始した。液温220℃で3時間攪拌しつつ、オートクレーブ上部の外側に巻き付けたコイルに80℃の冷媒を流し冷却した。その後昇温して、液温260℃で3時間攪拌し、次に降温させると共にオートクレーブ上部の冷却を止めた。オートクレーブ上部を冷却中、液温が下がらないように一定に保持した。反応中の最高圧力は、8.91kg/cm2 Gであった。
得られたスラリーを常法により濾過温水洗を二回繰り返し、水を約50質量%含む濾過ケークを得た。次に、この濾過ケークに水 60kg及び酢酸 100gを加えて再スラリー化し、50℃で30分間攪拌後、再度濾過した。この際、上記スラリーのpHは4.6であった。ここで得られた濾過ケークに、水 60kgを加え30分間攪拌後、再度濾過する操作を5回繰り返した。その後に得られた濾過ケークを120℃で、4.5時間熱風循環乾燥機中で乾燥し、白色粉末状のパラ−メタポリアリーレンスルフィド共重合樹脂(以下、PAS−5と表記する)を得た。得られたPAS−5は融点230℃、リニア型、V6溶融粘度8.5〔Pa・s〕であった。
[アニオン性基含有有機高分子化合物の製造]
本明細書で用いられるアニオン性基含有有機高分子化合物の製造方法の一例を以下に記載する。
(製造例6)アニオン性基含有有機高分子化合物(R−1)の製造
攪拌装置、滴下装置、温度センサー、および上部に窒素導入装置を有する還流装置を取り付けた反応容器を有する自動重合反応装置(重合試験機DSL−2AS型、轟産業(株)製)の反応容器に重合溶剤として2−プロパノール(以下、IPAと表記する)720部を仕込み、攪拌しながら反応容器内を窒素置換した。反応容器内を窒素雰囲気に保ちながら80℃に昇温させた後、滴下装置よりメタクリル酸ベンジル 120部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル 49.8部、メタクリル酸 153.72部、スチレン 180部、メタクリル酸グリシジル 0.6部、メタクリル酸n−ブチル 34.62部、アクリル酸ブチル 60.66部、メタクリル酸メチル 0.6部および「パーブチル(登録商標)O」(有効成分ペルオキシ2−エチルヘキサン酸t−ブチル、日本油脂(株)製)48部、チオグリセロール 24部の混合液を4時間かけて滴下した。滴下終了後、さらに同温度で15時間反応を継続させた後、樹脂分濃度を45%に調整し、実測酸価 157mgKOH/gのアニオン性基含有高分子化合物である、スチレン(メタ)アクリル系共重合体(R−1)のIPA溶液を得た。
(製造例7)アニオン性基含有有機高分子化合物(R−2)の製造
製造例6で得られたアニオン性基含有高分子化合物(R−1)の重合溶剤としてメチルエチルケトン(MEK)720部、メタクリル酸ベンジル 118.2部、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル 96部、メタクリル酸 6.6部、スチレン 30部、メタクリル酸グリシジル 0.6部、メタクリル酸n−ブチル 180部、アクリル酸ブチル 168部、メタクリル酸メチル 0.6部に変えた以外は製造例6と同様の処方にて、樹脂分濃度45%で実測酸価 5.3mgKOH/gのアニオン性基含有有機高分子化合物である、スチレン(メタ)アクリル系共重合体(R−2)のMEK溶液を得た。
(製造例8)アニオン性基含有有機高分子化合物(R−3)の製造
撹拌装置、温度計、コンデンサを付けたフラスコにPGMAc(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)1086g、IPDI3N(イソホロンジイソシアネートから合成されたイソシアヌレート型トリイソシアネート:NCO%=17.2)587.3g(0.80mol)及びシクロヘキサン−1,3,4−トリカルボン酸−3,4−無水物 499.1g(2.52mol)を加え、140℃まで昇温した。反応は、発泡とともに進行した。この温度で8時間反応させた。系内は淡黄色の液体となり、赤外スペクトルにて特性吸収を測定した結果、イソシアネート基の特性吸収である2270cm−1が完全に消滅し、1780cm−1、1720cm−1にイミド基の吸収が確認された。酸価は、固形分換算で212mgKOH/gで、分子量はポリスチレン換算で数平均分子量4700であった。酸無水物基の濃度は、固形分換算で1.14mmol/gであった。また、樹脂分の濃度は47.4質量%であった。この樹脂の溶液をイミド樹脂の溶液と略記する。続いて、得られたイミド樹脂の溶液にn−ブタノール 96.3g(1.3mol)を加え、120℃にて2時間反応させた。赤外スペクトルにて特性吸収を測定した結果、酸無水物基の特性吸収である1860cm−1の質量吸収が完全に消失した。酸価は、固形分換算で、148mgKOH/gで、分子量はポリスチレン換算で数平均分子量4800であった。また、樹脂分の濃度は49.2質量%であった。この樹脂の溶液がアニオン性基含有有機高分子化合物(アルコール変性ポリアミドイミド樹脂(R−3と略す))である。
次に、後記する実施例、比較実施例で得たポリアリーレンスルフィド分散液の粒度分布および沈降性の測定方法を記載する。
[粒度分布の測定]
得られたポリアリーレンスルフィド分散液の体積平均粒子径を、「UPA−150」(日揮装社製のレーザードップラー式粒度分布計)を用いて測定した。
[目視による沈降の確認]
得られたポリアリーレンスルフィド分散液を24時間静置させた際の上澄みを確認した。上澄みが透明である場合は「沈降あり」、上澄みが確認されない場合は「沈降なし」と判断した。
(実施例1)
・工程(A)[溶解工程]
下部に開閉可能なバルブを有するオートクレーブ[1]に上記製造例1で製造したPAS−1 10gとNMP 490gを入れた。系内に窒素を通気させ、攪拌しながら加圧下で内温250℃まで上昇させた後、30分間攪拌した。
・工程(B)[晶析工程]
前記工程(A)に用いたオートクレーブの開閉可能なバルブとパイプで連結させたオートクレーブ[2]に、予め、上記製造例6で製造したR−1 2.22gと25%KOH水溶液 0.66 gと水 2400 gを混合させたアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液を入れた。このオートクレーブ[2]に、前記工程(A)で溶解させたPASのNMP溶液をオートクレーブ[1]のバルブを開くことで流し込み、オートクレーブ[2]内に晶析液を得た。PASのNMP溶解液をアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液に流し込む操作を12回繰り返して得られた晶析液34.8 kgから、目開き45μmの金属メッシュを用いて溶け残りを除去した(得られた晶析液のpHは8.0であった)。
・工程(C)[酸析工程]
前記工程(B)で得られた晶析液に2%塩酸を230.9 g滴下することで表面にアニオン性基含有有機高分子化合物が被覆したPAS微粒子を凝集させた酸析スラリーを得た(得られた液のpHは2.7であった)。
・工程(D)[ウェットケーキ作製工程]
前記工程(C)で得られた酸析スラリーより水性媒体を吸引ろ過し、ろ集した残渣の洗液の電気伝導度が0.5 mS/cm以下になるまでイオン交換水で洗浄して、不揮発分29.8%の含水アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粒子ウェットケーキを391.5 g得た。
・工程(E)[微粒子分散体作製工程]
前記工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粒子ウェットケーキ150 gと50%ジメチルアミノエタノール水溶液 1.88 gを300 ccのステンレスカップに入れて、Hielscher社製超音波分散機 UP200ST(出力200 W、 周波数24 kHz)にて30分間超音波を照射し、イオン交換水にて不揮発分25%になるように調整してPAS微粒子分散体(D−1)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は100.2 nmだった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例2)
前記実施例1の工程(A)に用いたポリアリーレンスルフィドを、PAS−1に代えてPAS−2を使用する以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−2)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は114.1 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例3)
前記実施例1の工程(A)に用いたポリアリーレンスルフィドを、PAS−1に代えてPAS−3を使用する以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−3)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は140.2 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例4)
前記実施例1の工程(A)に用いたポリアリーレンスルフィドを、PAS−1に代えてPAS−4を使用する以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−4)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は138.0 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例5)
前記実施例1の工程(A)に用いたポリアリーレンスルフィドを、PAS−1に代えてPAS−5を使用する以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−5)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は125.7 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例6)
前記実施例1の工程(A)に用いたNMPを1−クロロナフタレンに代えて使用し、温度を230℃にて加熱溶解する操作以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−6)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は120.5 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例7)
前記実施例1の工程(B)に用いたアニオン性基含有有機高分子化合物を、R−1に代えてR−3(2.03g)に代え、また25%KOHの量を0.59gに代えてアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液を作製した以外は実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−7)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は90.3 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例8)
前記実施例1の工程(B)に用いたアニオン性基含有有機高分子化合物を、R−1に代えてBASF社製アニオン性基含有有機高分子化合物ジョンクリル683(酸価160mgKOH/g) 1.0gに代え、また25%KOHの量を0.64gに代えてアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液を作製した以外は実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−8)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は118.3 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例9)
工程(B)で得られた晶析液に、Hielscher社製超音波分散機 UP200ST(出力200 W, 周波数24 kHz)にて30分間超音波を照射する工程を追加した以外は前記実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPAS微粒子分散体(D−9)を得た。得られた分散体の体積平均粒径は125.6 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降なし」であった。
(実施例10)
前記実施例1の工程(D)で得られた不揮発分29.8%の含水アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粒子ウェットケーキ100 gを真空乾燥器にて減圧下 40℃で12時間乾燥させた後、ジューサーミキサーで粉砕することでアニオン性基含有有機高分子化合物被覆PAS粉体粒子25.3gを得た。
(比較例1)
前記実施例1の工程(A)における溶解温度280℃を、30℃に代えて操作する以外は、実施例1の工程(A)〜工程(E)と同様にして不揮発分25%のPASスラリー(D−10)を得た。得られたスラリーの体積平均粒径は3319.3 nmであった。また、24時間静置による沈降の目視確認では「沈降あり」であり、固液分離が確認された。
(比較例2)
前記実施例1の工程(B)に用いたアニオン性基含有有機高分子化合物を、R−1に代えてR−2(2.22g)に代え、また25%KOHの量を0.02gに代えてアニオン性基含有有機高分子化合物水溶液を作製した以外は実施例1の工程(A)〜工程(C)と同様の操作を実施したが、酸析出せず、アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PASウェットケーキを作製することができなかった。(PAS微粒子分散体作製不可能)
(比較例3)
前記実施例1の工程(B)に用いたアニオン性基含有有機高分子化合物を使用せずに、イオン交換水のみにPAS微粒子を晶析させた以外は実施例1の工程(A)〜工程(C)と同様の操作を実施したが、酸析出せず、アニオン性基含有有機高分子化合物被覆PASウェットケーキを作製することができなかった。(PAS微粒子分散体作製不可能)
実施例1〜9と比較例1〜3から分かるように、本発明により得られたポリアリーレンスルフィド微粒子分散体の分散性は良好である。
[他樹脂との相溶性確認試験]
(実施例11)
実施例1で得られた分散液1gとDIC(株)製水性エポキシエステル樹脂 EFD−5570 4gを混ぜてアプリケーターを用いて基材としてのガラス板に塗布した。その後、200℃のオーブンに1時間焼き付けた後に得られたフィルム(厚さ152μm)が付着したガラス板を5cm× 5cmの正方形に切り抜き、濁度計(日本電色工業株式会社製ND−1001DP)にてヘーズ測定を行った。ヘーズ値は22であった。
(比較例4)
比較例1で得られた分散液1gとDIC(株)製水性エポキシエステル樹脂 EFD−5570 4gを混ぜてアプリケーターを用いて、実施例11と同様に塗膜フィルム(厚さ149μm)が付着したガラス板を得、ヘーズ測定を行った。ヘーズ値は86であった。
実施例11と比較例4の塗膜状態から分かるように、本発明により得られたPAS微粒子は他樹脂との相溶性が良好である。
[塗膜密着性試験]
(実施例12)
実施例11で得られたガラス板上の塗膜について、JIS K−5600 碁盤目試験法に基づいて測定した。前記塗膜の上にカッターで1mm幅の切込みを入れ碁盤目の数を100個とし、全ての碁盤目を覆うようにセロハンテープを貼り付け、すばやく引き剥がして付着して残っている碁盤目の数を数えることにより密着性を評価したところ、100個中100個付着して残っていた。
(実施例13)
基材として用いたガラス板をステンレス板(SUS304)に代える以外は前記実施例11と同様にして、フィルム(厚さ148μm)が付着したステンレス板上の塗膜を得た。該塗膜について、前記実施例12同様に塗膜密着性試験を実施したところ、100個中100個付着して残っていた。
(比較例5)
前記比較例4で得られたガラス板上の塗膜について、前記実施例12同様に塗膜密着性試験を実施したところ、100個中46個付着して残っていた。
前記実施例12〜13と前記比較例5の塗膜密着性試験から分かるように、本発明により得られたPAS微粒子は様々な基材に対する密着性が良好である。
本発明のアニオン性基含有有機高分子化合物で被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子および該粒子からなる分散体は、ポリアリーレンスルフィド樹脂濃度が高くても分散安定性が高く、プラスチック、金属、ガラス等のあらゆる基材に接着性、密着性の優れることから、塗料分野、接着材料分野、コーティング分野、ポリマーコンパウンド分野などにおいて好適に利用可能である。

Claims (14)

  1. ポリアリーレンスルフィド粒子、アニオン性基含有有機高分子化合物、塩基、水性媒体からなるポリアリーレンスルフィド分散体において、ポリアリーレンスルフィド粒子がアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されていることを特徴とするポリアリーレンスルフィド分散体。
  2. 前記アニオン性基含有有機高分子化合物のアニオン性基が、カルボキシル基、カルボキシレート基、スルホン酸基、スルホネート基及びリン酸基からなる群より選ばれる少なくとも一種のアニオン性基であることを特徴とする請求項1記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
  3. 前記アニオン性基含有有機高分子化合物の主骨格が、(メタ)アクリル酸エステル樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−スチレン樹脂、(メタ)アクリル酸エステル−エポキシ樹脂、ビニル樹脂、ウレタン樹脂及びポリアミドイミド樹脂からなる群より選ばれる少なくとも一種の有機高分子化合物であることを特徴とする請求項1または2いずれか一項記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
  4. 前記アニオン性基含有有機高分子化合物の酸価が10〜300mgKOH/gであることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
  5. 前記アニオン性基含有有機高分子化合物において、アニオン性基の中和に用いられる塩基が金属水酸化物及び有機アミンからなる群より選ばれる少なくとも一種の塩基であることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
  6. 前記ポリアリーレンスルフィド分散体中のポリアリーレンスルフィド粒子の体積平均粒径が1μm以下であることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項記載のポリアリーレンスルフィド分散体。
  7. 請求項1〜6いずれか一項記載のポリアリーレンスルフィド分散体を、乾燥させて得られるポリアリーレンスルフィド粉体粒子。
  8. ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えて、ポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキと塩基とを反応させてアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を得る工程(E)と、を含むポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
  9. 前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選択される少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする請求項8記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
  10. ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えてポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを乾燥してアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子を得る工程(F1)と、を含むポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
  11. ポリアリーレンスルフィドを有機溶媒中で加熱して、溶解液とする工程(A)と、
    水にアニオン性基含有有機高分子化合物を添加し溶解させた樹脂水溶液に、工程(A)で得られたポリアリーレンスルフィド溶解液を加えてポリアリーレンスルフィド微粒子を形成させる工程(B)と、
    工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド微粒子と酸とを反応させてポリアリーレンスルフィド微粒子表面にアニオン性基含有有機高分子化合物を析出させてアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子を沈殿させる工程(C)と、
    工程(C)で得られたアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子をろ別、洗浄し、含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキを得る工程(D)と、
    工程(D)で得られた含水アニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子ウェットケーキと塩基とを反応させてアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を得る工程(E)と、
    工程(E)で得られたアニオン性基含有有機高分子化合物により被覆されたポリアリーレンスルフィド粒子からなる分散体を乾燥してアニオン性基含有有機高分子により被覆されたポリアリーレンスルフィド粉体粒子を得る工程(F2)と、を含むポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
  12. 前記工程(A)に用いる有機溶媒がN−メチル−2−ピロリドン、1−クロロナフタレン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノンの中から選ばれる少なくとも一種の有機溶媒であることを特徴とする請求項10又は11記載のポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
  13. 前記工程(B)の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド分散液に対し、機械的粉砕を行うことを特徴とする請求項8記載のポリアリーレンスルフィド分散体の製造方法。
  14. 前記工程(B)の後に、工程(B)で得られたポリアリーレンスルフィド分散液に対し、機械的粉砕を行うことを特徴とする請求項10又は11記載のポリアリーレンスルフィド粉体粒子の製造方法。
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