JP6205750B2 - 環式ポリアリーレンスルフィドペレットおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の一形態は、環式ポリアリーレンスルフィドペレットであって、一般式(1)
ΔWr=(W1−W2)/W1×100(%)・・・(2)
(ここでΔWrは重量減少率(%)であり、常圧の非酸化性雰囲気下で50℃から330℃以上の任意の温度まで昇温速度20℃/分で熱重量分析を行った際に、200℃到達時点の試料重量(W1)を基準とした330℃到達時の試料重量(W2)から求められる値である)
で表される加熱時の重量減少率ΔWrが1.0%未満である。
このような形態であれば、搬送性および成型加工性に優れ、なおかつガス発生量が少ない環式ポリアリーレンスルフィドペレットを得ることができる。
その他、本発明は、以下のような形態として実現することも可能である。
ΔWr=(W1−W2)/W1×100(%)・・・(2)
(ここで△Wrは重量減少率(%)であり、常圧の非酸化性雰囲気下で50℃から330℃以上の任意の温度まで昇温速度20℃/分で熱重量分析を行った際に、200℃到達時点の試料重量(W1)を基準とした330℃到達時の試料重量(W2)から求められる値である)
で表される加熱時の重量減少率ΔWrが1.0%未満である前記環式ポリアリーレンスルフィド組成物から成る1または2いずれかに記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレット。
前記環式ポリアリーレンスルフィド組成物を溶融させる溶融工程を含み、
前記溶融工程における溶融温度が180〜400℃である環式ポリアリーレンスルフィドペレットの製造方法。
本発明の実施形態の環式ポリアリーレンスルフィド組成物は、下記式(A)で表される環式ポリアリーレンスルフィドを50重量%以上含む環式ポリアリーレンスルフィド混合物である。
既述した環式PAS組成物組成物が含有する線状ポリアリーレンスルフィドは、式、−(Ar−S)−の繰り返し単位を主要構成単位としており、好ましくは当該繰り返し単位を80モル%以上含有する線状のホモポリマーまたは線状のコポリマーである。Arとしては前記式(B)〜式(M)などであらわされる単位などがあるが、なかでも式(B)〜式(D)が好ましく、式(B)及び式(C)がより好ましく、式(B)が特に好ましい。
本発明の実施形態の環式PAS組成物の形態はペレットである。ここでいうペレットとは、環式PAS組成物を粒状にしたものである。ペレットの形状としては特に制限はなく、例えば円柱状、直方状、球状などが挙げられる。具体例としてはペレット100gを20メッシュ(目開き0.833mm)のふるい、好ましくは16メッシュ(目開き0.991mm)のふるいで振盪装置を用い、2分間以上10分間以下、好ましくは2分間振盪させた際のふるい上に残るふるい残量が95重量%以上、好ましくは97重量%以上のものが挙げられる。なお、本実施形態では、上記したふるい残量は、通常は99.9重量%以下になる。
ΔWr=(W1−W2)/W1×100(%)・・・(2)
(a)本発明の実施形態の環式PASペレットを配合した樹脂組成物
本発明の実施形態の環式PASペレットは、各種樹脂に配合して樹脂組成物を得るために用いることも容易である。各成分の配合方法としては、例えば、スクリューフィーダーにより定量的に押出機ホッパーに供給して混合する方法、およびタンブラーやヘンシェルミキサー等を使用する方法などが挙げられる。特にスクリューフィーダーを用いる方法は、定量性を保ちながら樹脂組成物を排出することができ、また、各成分の供給量が回転数とリニアーに比例し、比較的精度もよく、各成分の供給量の調整も簡単に出来るため好ましい。このような方法は、樹脂組成物の粉粒体をホッパーから排出したり輸送したりするのに多く用いられている。環式PASはペレットにすることで搬送性が改善され、定量性を保つことができる。
本発明の実施形態によって製造される環式PASペレットは、成形加工性に優れることに加えて溶融した際の流動性が高いため、開環重合によりポリマーを得る際のプレポリマーとして好適に用いることが可能である。例えば、環式PASペレットを繊維状物質や充填剤と溶融混練した後に、環式PASの高重合度体への転化を行うことで、ポリアリーレンスルフィドの高重合度体と繊維状物質からなる複合材料構造体を容易に作製する事ができる。なおここでいうプレポリマーとは少なくとも本発明の実施形態の環式ポリアリーレンスルフィドを含み、以下に例示する方法によりポリアリーレンスルフィドの高重合度体へ変換可能なもの、すなわちポリアリーレンスルフィドのプレポリマーであり、以下PASプレポリマーと称する場合もある。また、以下の説明では、PASプレポリマーの転化により得られる高重合度体のことを、単にPASとも呼ぶ。
PASの環式PAS含有率の算出は、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)を用いて下記方法で行った。
環式PASの加熱により得られた生成物約10mgを250℃で1−クロロナフタレン約5gに溶解させた。室温に冷却すると沈殿が生成した。孔径0.45μmのメンブランフィルターを用いて1−クロロナフタレン不溶成分を濾過し、1−クロロナフタレン可溶成分を得た。得られた可溶成分のHPLC測定により、未反応の環式PAS量を定量し、PASの環式PAS含有率を算出した。HPLCの測定条件を以下に示す。
装置:島津株式会社製 LC−10Avpシリーズ
カラム:Mightysil RP−18 GP150−4.6(5μm)
検出器:フォトダイオードアレイ検出器(UV=270nm)。
環式PASの分子量はサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)の一種であるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で重量平均分子量(Mw)を算出した。GPCの測定条件を以下に示す。
装置:センシュー科学製 SSC−7100
カラム名:昭和電工製 shodex UT806M
溶離液:1−クロロナフタレン
検出器:示差屈折率検出器
カラム温度:210℃
プレ恒温槽温度:250℃
ポンプ恒温槽温度:50℃
検出器温度:210℃
流量:1.0mL/min
試料注入量:300μL (スラリー状:約0.2重量%)。
測定サンプルは、測定サンプルの結晶化状態、融点の影響を取り除くため、まずホットプレート上で30秒加熱・溶融させた後、ドライアイスで急冷させたサンプルを使用した。
溶融粘度測定は、レオロジー社製MR−300ソリキッドメータを用いて、測定温度である300℃近傍で試料を装置にセットして測定温度まで再昇温し、約2分間静置した後に測定を行い、剪断速度2sec-1の溶融粘度(Pa・s)を測定した。測定における剪断速度は、以下の(a)および(b)を順次実行するパターンで変化させた。
(a)0.3sec-1から200sec-1まで昇速
(b)200sec-1から0.3sec-1まで降速
なお、溶融粘度の測定値としては、上記パターンで試料に剪断を一旦付与した後に、引き続き同様の剪断を付与して測定した際のものを採用した。
加熱時重量減少率は、熱重量分析機を用いて下記条件で行った。なお、試料は2mm以下の細粒物を用いた。
装置:パーキンエルマー社製 TGA7
測定雰囲気:窒素気流下
試料仕込み重量:約10mg
測定条件
(a)プログラム温度50℃で1分保持
(b)プログラム温度50℃から350℃まで昇温。この際の昇温速度20℃/分。
<振盪後のふるい上の粉体またはペレット残量の測定>
粉体またはペレット100gを20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用い、2分間振盪させた際のふるい上に残るふるい粉体またはペレット残量を調べた。
ペレットの最長径は、任意にペレットを20個取り出し、ノギスを用いてペレットの最長部の長さを測定し、平均値を算出した。
腹部が100mm×25mm、首部が255mm×12mm、肉厚が1mmのガラスアンプルにサンプル3gを計り入れてから真空封入した。このガラスアンプルの胴部のみを、アサヒ理化製作所製のセラミックス電気管状炉ARF−30Kに挿入して320℃で2時間加熱した。アンプルを取り出した後、管状炉によって加熱されておらず揮発性成分の付着したアンプル首部をヤスリで切り出して秤量した。次いで付着ガスを5gのクロロホルムで溶解して除去した後、60℃のガラス乾燥機で1時間乾燥してから再度秤量した。揮発性成分を除去した前後のアンプル首部の重量差をガス発生量(ポリマーに対する重量%)とした。
撹拌機および上部に抜き出しバルブを具備したオートクレーブに水硫化ナトリウムの48重量%水溶液を1.648kg(水硫化ナトリウム0.791kg(14.1モル))、水酸化ナトリウムの48重量%水溶液を1.225kg(水酸化ナトリウム0.588kg(14.7モル))、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)35L、およびp−ジクロロベンゼン(p−DCB)2.278kg(15.5モル)を仕込んだ。
参考例1で回収した内容物を、反応液の温度が100℃になるように窒素下にて加熱撹拌を行なった。100℃で20分間保持した後、平均目開き10μmのステンレス製金網を用いて固液分離を行ない、得られた濾液成分を約3倍量のメタノールに滴下し析出成分を回収した。得られた固体成分を約2.5Lの80℃温水でリスラリー化し、30分間80℃で攪拌後、濾過する操作を3回繰り返したのち、得られた固形分を減圧下80℃で8時間乾燥を行ない、乾燥粉体(比較例1の環式PAS組成物)を得た。得られた乾燥粉体の溶融粘度を分析した結果、0.03Pa・sであった。また、得られた乾燥粉体の赤外吸収スペクトルおよび高速液体クロマトグラフィーによる分析の結果、環式ポリフェニレンスルフィドを87重量%含有していることが分かった。また、上記比較例1の環式PAS組成物100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は3.2重量%であり、また、200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは1.391%であった。また、スクリュー長さLとスクリュー径Dとの比L/Dが12の単軸スクリューフィーダーを用いて、上記乾燥粉体の搬送を実施したところ、スクリュー内で圧密されて搬送できなかった。
比較例1の環式PAS組成物を撹拌機付きのステンレス製反応器に仕込み、窒素ガス雰囲気下で30分間かけて室温から200℃まで昇温して溶融させ、200℃到達後減圧して2時間撹拌したのち、ギアポンプを用いて孔径0.6mmで200℃に温度調節した口金から溶融物を液滴状に吐出して、30℃の水に落下させて冷却し、環式PASペレット(実施例1の環式PASペレット)を得た。実施例1の環式PASペレットを任意に20個とりペレットの最長部の平均長を測定したところ7.8mmであった。また、上記実施例1の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は99.2重量%であった。また、上記実施例1の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.952%であった。また、比較例1と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例1の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例1の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例1の環式PAS組成物と同じである。
溶融温度および口金温度を250℃にしたこと以外は実施例1と同様に行い、環式PASペレット(実施例2の環式PASペレット)を得た。実施例2の環式PASペレットの最長部の平均長を、実施例1と同様にして測定したところ5.3mmであった。また、上記実施例2の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は98.5重量%であった。また、上記実施例2の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.523%であった。また、実施例1と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例2の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例2の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例1の環式PAS組成物と同じである。
溶融温度および口金温度を300℃にし撹拌時間を1時間としたこと以外は実施例1と同様に行い、環式PASペレット(実施例3の環式PASペレット)を得た。実施例3の環式PASペレットの最長部の平均長を、実施例1と同様にして測定したところ2.8mmであった。また、上記実施例3の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は97.5重量%であった。また、上記実施例3の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.049%であった。また、実施例1と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例3の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例3の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例1の環式PAS組成物と同じである。
ペレット化の方法を、ダイスノズルよりクーリングベルト上の押出し、ストランド状にしたものをストランドカッターによりペレット化する方法を用いたこと以外は実施例3と同様に行い、環式PASペレット(実施例4の環式PASペレット)を得た。クーリングベルトの温度は20℃であった。実施例4の環式PASペレットの最長部の平均長を、実施例1と同様にして測定したところ8.0mmであった。また、上記実施例4の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は99.8重量%であった。また、上記実施例4の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.047%であった。また、実施例3と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例4の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例4の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例1の環式PAS組成物と同じである。
加熱撹拌の温度を120℃とした以外は比較例1と同様に行い、乾燥粉体(比較例2の環式PAS組成物)を得た。得られた乾燥粉体の溶融粘度を分析した結果、0.06Pa・sであった。また、得られた乾燥粉体は環式ポリフェニレンスルフィドを80重量%含有していることが分かった。また、上記比較例2の環式PAS組成物100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は2.5重量%であり、また、200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは2.123%であった。また、比較例1と同様にスクリューフィーダーを用いて上記乾燥粉体の搬送を実施したところ、粉体は圧密されて搬送できなかった。
比較例2で得られた乾燥粉体を用いたこと以外は実施例1と同様に行い、環式PASペレット(実施例5の環式PASペレット)を得た。実施例5の環式PASペレットを任意に20個とりペレットの最長部の平均長を測定したところ4.2mmであった。また、上記実施例5の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は98.7重量%であった。また、上記実施例5の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.952%であった。また、実施例1と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例5の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例5の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例2の環式PAS組成物と同じである。
ここでは国際公開公報WO2007/034800に開示されている方法により環式ポリアリーレンスルフィドを調製した例を示す。
参考例2で得られたポリフェニレンスルフィド混合物を10kg分取し、溶剤としてクロロホルム150kgを用いて、常圧還流下で1時間攪拌することでポリフェニレンスルフィド混合物と溶剤を接触させた。ついで熱時濾過により固液分離を行い抽出液を得た。ここで分離した固形物にクロロホルム150kgを加え、常圧還流下で1時間攪拌した後、同様に熱時濾過により固液分離を行い、抽出液を得て、先に得た抽出液と混合した。得られた抽出液は室温で一部固形状成分を含むスラリー状であった。
比較例3で得られた乾燥粉体を用いたこと以外は実施例2と同様に行い、環式PASペレット(実施例6の環式PASペレット)を得た。実施例6の環式PASペレットを任意に20個とりペレットの最長部の平均長を測定したところ3.9mmであった。また、上記実施例6の環式PASペレット100gを、20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量は98.5重量%であった。また、上記実施例6の環式PASペレットの200℃〜330℃の加熱時重量減少率ΔWrは0.439%であった。また、実施例1と同様にスクリューフィーダーを用いて実施例6の環式PASペレットの搬送を実施したところ、ペレットは圧密されることなく搬送された。なお、環式PAS組成物をペレット化しても、環式PASの含有率が実質的に変化することはないため、実施例6の環式PASペレットにおける環式PAS含有率は、ペレット化に用いた比較例3の環式PAS組成物と同じである。
Claims (7)
- 一般式(1)
下記式(2)
ΔWr=(W1−W2)/W1×100(%)・・・(2)
(ここでΔWrは重量減少率(%)であり、常圧の非酸化性雰囲気下で50℃から330℃以上の任意の温度まで昇温速度20℃/分で熱重量分析を行った際に、200℃到達時点の試料重量(W1)を基準とした330℃到達時の試料重量(W2)から求められる値である)
で表される加熱時の重量減少率ΔWrが1.0%未満である環式ポリアリーレンスルフィドペレット。 - ペレット最長部の平均長さが1.0mm以上、且つ、10.0mm以下である請求項1記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレット。
- 20メッシュ(目開き0.833mm)のふるいで振盪装置を用いて2分間以上振盪させた際の、ふるい上に残るふるい残量が95重量%以上である請求項1または2記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレット。
- 得られる環式ポリアリーレンスルフィドペレットのペレット最長部の平均長さが1.0mm以上、且つ、10.0mm以下である請求項4記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレットの製造方法。
- 前記溶融工程で溶融した前記環式ポリアリーレンスルフィド組成物を液滴として滴下した後に冷却してペレットを得る工程を含む請求項4または5に記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレットの製造方法。
- 前記溶融工程で溶融した前記環式ポリアリーレンスルフィド組成物を孔の直径が3.0mm以下の細管ノズルから液滴として滴下する工程を含む請求項6記載の環式ポリアリーレンスルフィドペレットの製造方法。
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