JP6277575B1 - Nylon production method and molded nylon by alkali polymerization method - Google Patents

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Abstract

【課題】 アルカリ重合法によるナイロンの製造方法と、アルカリ重合法によるナイロン本来の優れた機械的強度を有し、脆さが改良されて、機械加工が容易な成型ナイロンの提供。【解決手段】 本発明のナイロン製造方法は、少なくともω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒及び分子内に3個のイソシアネート基を有するイソシアネートを混合撹拌後、加熱された型に注入し、型内で重合固化させることにより、ナイロンを製造する方法である。本発明の成型ナイロンは、少なくともω−ラクタムが、アルカリ性ラクタム重合触媒及び分子内に3個のイソシアネート基を有するイソシアネート開始剤により重合固化された成型ナイロンである。【選択図】 なしPROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing nylon by an alkali polymerization method, and a molded nylon having excellent mechanical strength inherent in nylon by an alkali polymerization method, improved brittleness, and easy to machine. SOLUTION: The nylon production method of the present invention comprises at least an ω-lactam, an alkaline lactam polymerization catalyst and an isocyanate having three isocyanate groups in the molecule, mixed and stirred, then poured into a heated mold and polymerized in the mold. This is a method for producing nylon by solidifying. The molded nylon of the present invention is a molded nylon in which at least ω-lactam is polymerized and solidified with an alkaline lactam polymerization catalyst and an isocyanate initiator having three isocyanate groups in the molecule. [Selection figure] None

Description

本発明はω−ラクタムのアルカリ重合法によるナイロン製造方法と、機械加工性及び耐酸性の改良された成型ナイロンに関する。   The present invention relates to a method for producing nylon by alkaline polymerization of ω-lactam, and a molded nylon having improved machinability and acid resistance.

ω−ラクタムをアルカリ性ラクタム重合触媒と開始剤との作用で重合させてナイロンを製造する方法は、ω−ラクタムのアルカリ重合法として知られている。この重合法で得られるナイロンは、製造法の異なる射出成形用ナイロンに比べ、引張強度、曲げ強度等の機械的強度や摺動特性、熱的性質等が優れているため、金属代替材料の一つとして、自動車部品、機械部品等の工業用材料として広く使用されている。 A method for producing nylon by polymerizing ω-lactam by the action of an alkaline lactam polymerization catalyst and an initiator is known as an alkali polymerization method for ω-lactam. Nylon obtained by this polymerization method is superior in mechanical strength such as tensile strength and bending strength, sliding properties, thermal properties, etc., compared to nylon for injection molding, which has a different manufacturing method. In particular, it is widely used as an industrial material such as automobile parts and machine parts.

ω−ラクタムのアルカリ重合法で得られるナイロン(以下、「アルカリ重合法ナイロン」と記す。)は、一般的に、金属製の型に原料混合物を注入し、丸棒、板材、パイプ等の素材の形状で製造されている。その為、現在使用されているアルカリ重合法ナイロン製の各種自動車部品や機械部品等の多くは、アルカリ重合法で製造された丸棒、板材、パイプ等の素材(ナイロン素材)を機械加工して、造られている。
アルカリ重合法ナイロンは機械的強度に優れているが、硬くて脆く、衝撃強度が高くないため、旋盤やその他加工機器により、機械加工をする際、加工時に製品に欠けが生じたり、製品表面が荒れたりすることがあり、機械加工の難しい材料として知られている。その為、前記ナイロン素材の機械加工は、高度の技術が必要とされている。
Nylon obtained by the alkali polymerization method of ω-lactam (hereinafter referred to as “alkaline polymerization nylon”) is generally made by injecting a raw material mixture into a metal mold to produce a material such as a round bar, a plate material or a pipe. It is manufactured in the shape of For this reason, many of the various automotive parts and machine parts made of alkali polymerization nylon that are currently used are machined from materials (nylon materials) such as round bars, plates, and pipes manufactured by the alkali polymerization method. Is built.
Alkaline polymerized nylon is excellent in mechanical strength, but it is hard and brittle, and impact strength is not high, so when machining with a lathe or other processing equipment, the product may be chipped or the surface of the product may be damaged. It is known as a material difficult to machine. Therefore, advanced technology is required for machining the nylon material.

従来、アルカリ重合法ナイロンの機械加工性改良に関する提案は見当たらない。アルカリ重合法ナイロンの脆さ、衝撃性を改良する方法に関しては多くの提案がされている。例えば、特開昭58−152015号公報には、分子内にポリオキシアルキレンアミン等の柔軟成分が組み込まれたアルカリ重合法ナイロンが提案されている。このナイロンは衝撃特性や脆さが改良されており、高度の加工技術がなくても、欠け等のない良好な機械加工製品の製造が容易にできる。しかし、この方法は、分子内に柔軟成分を有するため、アルカリ重合法ナイロンの機械的強度を低下させ、アルカリ重合法ナイロン本来の特長が失われるという問題があった。   Conventionally, there is no proposal regarding improvement of machinability of alkali polymerization nylon. Many proposals have been made regarding methods for improving the brittleness and impact properties of alkali-polymerized nylon. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 58-152015 proposes an alkali polymerization nylon in which a flexible component such as polyoxyalkyleneamine is incorporated in the molecule. This nylon has improved impact characteristics and brittleness, and it is easy to produce a good machined product free from chipping even without a high level of processing technology. However, since this method has a flexible component in the molecule, there is a problem in that the mechanical strength of the alkali polymerization nylon is lowered and the original characteristics of the alkali polymerization nylon are lost.

特開昭58−152015号公報JP 58-152015 A

本発明は、前記の問題を解決する、即ち、アルカリ重合法ナイロンの本来の優れた機械的強度を保持し、脆さ、衝撃強度等が改良され、機械加工の容易なアルカリ重合法によるナイロン製造方法と、成型ナイロンの提供を課題とする。   The present invention solves the above-mentioned problems, that is, the production of nylon by the alkali polymerization method, which retains the original excellent mechanical strength of the alkali-polymerized nylon, improves brittleness, impact strength, etc., and is easy to machine. It is an object to provide a method and molded nylon.

本発明者らはω−ラクタムのアルカリ重合法を鋭意検討した結果、開始剤として、分子内に3個以上のイソシアネート基を有するイソシアネート(以下、「トリイソシアネート」と記す。)を使用することにより、得られるアルカリ重合法ナイロンは、特許文献1におけるような柔軟成分を使用しなくても、脆さ、衝撃性が改良され、本来の機械的強度を殆ど低下させることなく、高度の技術がなくても、汎用の旋盤等加工機器により欠けや荒れ等の不具合のない機械加工部品を製造できることを見出し、本発明に到達した。 As a result of intensive studies on the alkali polymerization method of ω-lactam, the present inventors have used an isocyanate having three or more isocyanate groups in the molecule (hereinafter referred to as “triisocyanate”) as an initiator . The obtained alkali-polymerized nylon is improved in brittleness and impact properties without using a soft component as in Patent Document 1, and has no advanced technology without substantially reducing the original mechanical strength. However, the present inventors have found that a machined part free from defects such as chipping and roughening can be manufactured by a general-purpose lathe and other processing equipment, and reached the present invention.

(アルカリ重合法によるナイロン製造方法)
本発明のアルカリ重合法によるナイロン製造方法(以下、単に「本発明のナイロン製造方法」ということもある。)は、少なくともω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒及びヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートからなり、アルカリ性ラクタム重合触媒1モルに対して、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート0.1〜1モルが配合された混合物(ただし、ポリオキシアルキレンポリアミンを含まない。)を撹拌後、加熱された型内に注入し、その型内で重合固化させてナイロンを得る方法である。
(Nylon production method by alkali polymerization method)
The method for producing nylon by the alkali polymerization method of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the method for producing nylon of the present invention”) comprises at least ω-lactam, an alkaline lactam polymerization catalyst and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate. , A mixture in which 0.1 to 1 mole of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate is blended with respect to 1 mole of an alkaline lactam polymerization catalyst (excluding polyoxyalkylene polyamine) and then heated . injected within a method for obtaining a nylon is polymerized and solidified in the mold.

本発明の他のナイロン製造方法は、前記ナイロンの製造方法において、アルカリ性ラクタム重合触媒、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネートを混合撹拌後、加熱された型内に注入し、その型内で重合固化させてナイロンを得る方法である。 Another nylon production method of the present invention was heated after mixing and stirring an alkaline lactam polymerization catalyst, hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate, and an isocyanate having two isocyanate groups in the molecule. It is a method in which nylon is obtained by pouring into a mold and polymerizing and solidifying within the mold.

(成型ナイロン)
本発明の成型ナイロンは、少なくともω−ラクタムが、アルカリ性ラクタム重合触媒及びヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートからなり、アルカリ性ラクタム重合触媒1モルに対して、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート0.1〜1モルが配合された混合物(ただし、ポリオキシアルキレンポリアミンを含まない。)が型内で重合固化して成型された成型ナイロンである。
(Molded nylon)
In the molded nylon of the present invention, at least ω-lactam consists of an alkaline lactam polymerization catalyst and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate, and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate 0.1 mol per 1 mol of the alkaline lactam polymerization catalyst. Molded nylon formed by polymerizing and solidifying a mixture (but not including polyoxyalkylene polyamine) in which ˜1 mol is blended .

本発明の他の成型ナイロンは、前記成型ナイロンにおいて、アルカリ性ラクタム重合触媒、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネートが混合撹拌後、加熱された型内で重合固化して成型された成型ナイロンである。 Another molded nylon of the present invention is the above-mentioned molded nylon , wherein an alkaline lactam polymerization catalyst, hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and an isocyanate having two isocyanate groups in the molecule are mixed and stirred, and then heated in a mold. It is a molded nylon molded by polymerization.

従来のアルカリ重合法ナイロンを含め、ナイロンは耐酸性に劣ることが知られている。例えば、ナイロンを高濃度の塩酸、硫酸や蟻酸等の酸類に浸漬すると、短時間で溶解する。本発明のナイロン製造方法により得られる成型ナイロンは、塩酸、硫酸や蟻酸等の酸類に浸漬した場合、従来のアルカリ重合法ナイロンよりも長時間、形状を保持しており、耐酸性が改良されたナイロンとなった。このことは、本発明のナイロン製造方法により得られた成型ナイロンの分子量が非常に大きい、あるいは、架橋構造を有していることを示唆する。このことが、本発明の成型ナイロンが耐酸性だけでなく、脆さや衝撃性が改善され、機械加工時の欠けや荒れの発生等の不具合解消に関係していると考えられる。本発明の成型ナイロンの耐酸性が改良されていることは、本発明のもう一つの効果でもある。なお、本発明の成型ナイロンは明確な融点を有することから、熱可塑性ポリマーであり、架橋構造の場合は、ある程度の耐酸性に寄与する部分的なものと考えられる。   Nylon is known to have poor acid resistance, including conventional alkali polymerization nylon. For example, when nylon is immersed in high-concentration hydrochloric acid, sulfuric acid, formic acid or other acids, it dissolves in a short time. Molded nylon obtained by the nylon manufacturing method of the present invention has a longer shape than conventional alkali polymerization nylon when immersed in acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and formic acid, and has improved acid resistance. It became nylon. This suggests that the molecular weight of the molded nylon obtained by the nylon production method of the present invention is very large or has a crosslinked structure. This is considered that the molded nylon of the present invention has not only acid resistance but also improved brittleness and impact resistance, and is related to elimination of defects such as chipping and roughening during machining. The improved acid resistance of the molded nylon of the present invention is another effect of the present invention. Since the molded nylon of the present invention has a clear melting point, it is a thermoplastic polymer, and in the case of a crosslinked structure, it is considered to be a partial one that contributes to a certain degree of acid resistance.

本発明のアルカリ重合法によるナイロン製造方法は次のような効果がある。
(1)開始剤として、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートを使用するため、柔軟成分を使用しなくても、脆さ、衝撃性が改良され、本来の機械的強度を殆ど低下させることなく、高度の技術がなくても、汎用の旋盤等加工機器により欠けや荒れ等の不具合のない機械加工部品を製造できる等の効果がある。
(2)開始剤として、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネートを使用するため、前記ナイロン成形方法と同様の効果がある。
The method for producing nylon by the alkali polymerization method of the present invention has the following effects.
(1) Since hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate is used as an initiator , brittleness and impact are improved without using a soft component, and the original mechanical strength is hardly reduced. Even without advanced technology, there is an effect that a machined part free from defects such as chipping and roughening can be produced by a general-purpose lathe and other machining equipment.
(2) Since hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and an isocyanate having two isocyanate groups in the molecule are used as the initiator, the same effect as that of the nylon molding method can be obtained.

本発明の成型ナイロンは次のような効果がある。
(1)柔軟性成分が使用されていないため、本来の機械的強度が低下せず、脆さや衝撃特性が改善されており、高度な技術がなくても良好な機械加工製品を得ることが可能である。
(2)塩酸、硫酸や蟻酸等の酸類に浸漬した場合、従来のナイロンに比べ、形状を長時間保持しており、耐酸性が改良されている。従来、耐酸性に難点があることから使用が制限されていた用途、分野での利用が期待できる。
(3)乳白色であり、着色する場合、着色剤本来の色の着色が可能である。
The molded nylon of the present invention has the following effects.
(1) Since no flexible components are used, the original mechanical strength is not reduced, brittleness and impact properties are improved, and it is possible to obtain a good machined product without advanced technology. It is.
(2) When immersed in acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and formic acid, the shape is maintained for a long time compared to conventional nylon, and the acid resistance is improved. Conventionally, it can be expected to be used in applications and fields where its use has been limited due to the difficulty in acid resistance.
(3) It is milky white, and when it is colored, the original color of the colorant can be colored.

[本発明のナイロン製造方法]
本発明のナイロン製造方法は、少なくとも、ω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒及び開始剤のヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートを混合撹拌後、所定温度に加熱された型に注入し、型内で重合固化させて成型ナイロンを製造する方法である。
[Nylon production method of the present invention]
The nylon production method of the present invention comprises at least ω-lactam, an alkaline lactam polymerization catalyst and an initiator hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate , mixed and stirred, then poured into a mold heated to a predetermined temperature, and polymerized in the mold. It is a method for producing molded nylon by solidifying.

[ω−ラクタム]
本発明で使用されるω−ラクタムの具体例として、γ−ブチロラクタム、δ−バレロラクタム、ε−カプロラクタム、ω−カプリルラクタム、ω−ウンデカノラクタム、ω−ラウロラクタム等が挙げられる。これらのω−ラクタムは単独で使用しても良く、2種類以上を併用しても良い。好ましいω−ラクタムはε−カプロラクタム単独、あるいはε−カプロラクタムとω−ラウロラクタムとの混合物である。ω−ラクタムは、予め、減圧等の脱水処理により、含有水分量が0.2重量%以下、好ましくは、0.1重量%以下として使用される。ω−ラクタムのアルカリ重合法では、水が重合反応に悪影響を及ぼすため、ω−ラクタム等の原料中の水分だけでなく、重合作業環境の湿度も所定値以下に管理されることが好ましい。
[Ω-lactam]
Specific examples of ω-lactam used in the present invention include γ-butyrolactam, δ-valerolactam, ε-caprolactam, ω-capryllactam, ω-undecanolactam, ω-laurolactam and the like. These ω-lactams may be used alone or in combination of two or more. A preferred ω-lactam is ε-caprolactam alone or a mixture of ε-caprolactam and ω-laurolactam. The ω-lactam is used in advance with a water content of 0.2% by weight or less, preferably 0.1% by weight or less, by a dehydration treatment such as decompression. In the alkaline polymerization method of ω-lactam, since water adversely affects the polymerization reaction, it is preferable to manage not only the moisture in the raw material such as ω-lactam but also the humidity of the polymerization work environment below a predetermined value.

[アルカリ性ラクタム重合触媒]
本発明で使用されるアルカリ性ラクタム重合触媒としては、ω−ラクタムのアルカリ重合法において使用される公知の触媒化合物を用いることができる。具体例としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属やこれらの水素化物、酸化物、アルキル化物、アルコキシド、グリニャール試薬、更に、前記の触媒化合物とω−ラクタムとの反応生成物、例えば、ω−ラクタムのナトリウム塩、ω−ラクタムのカリウム塩等が挙げられる。好ましいアルカリ性ラクタム重合触媒はε−カプロラクタムのナトリウム塩、ε−カプロラクタムのカリウム塩である。アルカリ性ラクタム重合触媒の使用量はω−ラクタム1モルに対して、0.2〜5モル%、好ましくは0.4〜2.5モル%である。アルカリ性ラクタム重合触媒が、前記下限0.2モル%より少ないと重合反応速度が遅くなり、また、前記上限5モル%より多いと、ω−ラクタムとアルカリ性ラクタム重合触媒との混合液中に低分子量物が生成することがあり、生成した低分子量物により、重合反応が不安定になり、重合物に悪影響を及ぼすことがあるため、好ましくない。
[Alkaline lactam polymerization catalyst]
As the alkaline lactam polymerization catalyst used in the present invention, a known catalyst compound used in the alkaline polymerization method of ω-lactam can be used. Specific examples include alkali metals, alkaline earth metals and their hydrides, oxides, alkylates, alkoxides, Grignard reagents, and reaction products of the above catalyst compounds with ω-lactams, such as ω-lactams. Sodium salt, and potassium salt of ω-lactam. Preferred alkaline lactam polymerization catalysts are ε-caprolactam sodium salt and ε-caprolactam potassium salt. The usage-amount of an alkaline lactam polymerization catalyst is 0.2-5 mol% with respect to 1 mol of omega-lactam, Preferably it is 0.4-2.5 mol%. Alkaline lactam polymerization catalyst is small, the polymerization reaction rate than the lower limit 0.2 mol% is slow, and if more than the upper limit 5 mol%, the low molecular weight in a mixture of ω- lactam and the alkaline lactam polymerization catalyst In some cases, the product may be formed, and the generated low molecular weight product may cause the polymerization reaction to become unstable and adversely affect the polymerized product.

[開始剤の例1]
本発明で使用される開始剤のトリイソシアネートは、分子内に3個のイソシアネート基を有するイソシアネートである。トリイソシアネートとしては、ジイソシアネート類の3量体がある。具体例として、ヘキサメチレンジイソシアネート3量体ビウレット、例えば、化学式1で示されるデュラネートビウレット(旭化成株式会社商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート、例えば、化学式2で示されるデュラネートイソシアヌレート(旭化成株式会社商品名)、ヘキサメチレンジイソシアネート3量体アダクト、例えば、化学式3で示されるデュラネートアダクト(旭化成株式会社商品名)がある。また、前記トリイソシアネートとε−カプロラクタムとの反応物も使用可能である。これらのトリイソシアネートは単独で使用しても良く、2種類以上を併用しても良い。これらの中ではヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレートやε−カプロラクタムとヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレートとの反応物が好ましく使用される。
[Initiator Example 1]
The initiator triisocyanate used in the present invention is an isocyanate having three isocyanate groups in the molecule. As the triisocyanate, there is a trimer of diisocyanates. Specific examples include hexamethylene diisocyanate trimer biuret, for example, duranate biuret represented by Chemical Formula 1 (trade name, Asahi Kasei Corporation), hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate, for example, duranate isocyanurate represented by Chemical Formula 2. (Asahi Kasei Co., Ltd. trade name), hexamethylene diisocyanate trimer adduct, for example, Duranate adduct represented by Chemical Formula 3 (Asahi Kasei Co., Ltd. trade name). Moreover, the reaction product of the said triisocyanate and (epsilon) -caprolactam can also be used. These triisocyanates may be used alone or in combination of two or more. Among these, hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and a reaction product of ε-caprolactam and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate are preferably used.

トリイソシアネートの使用量は、アルカリ性ラクタム重合触媒1モルに対して、0.1〜1モル、好ましくは、0.2〜0.75モルである。トリイソシアネートの使用量が上記上限1モルより多い場合、酸類浸漬時の状態に変化がなく、重合速度は速くならないため、多くする意味がない。又、トリイソシアネートの使用量が上記下限0.1モルより少ない場合、酸類浸漬で比較的短時間で溶解することがあり、又、重合速度が遅くなり、好ましくない。 The amount of triisocyanate used is 0.1 to 1 mol, preferably 0.2 to 0.75 mol, with respect to 1 mol of the alkaline lactam polymerization catalyst. When the amount of triisocyanate used is more than the above upper limit of 1 mol, there is no change in the state during acid immersion, and the polymerization rate does not increase, so there is no point in increasing the amount. On the other hand, when the amount of triisocyanate used is less than the above lower limit of 0.1 mol, it may dissolve in a relatively short time by acid immersion, and the polymerization rate becomes slow.

[開始剤の例2]
本発明では、開始剤として、トリイソシアネートと分子内に2個のイソシアネート基を有する公知のジイソシアネートとを混合して使用することができる。好ましく使用できるジイソシアネートの具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネートや前記ジイソシアネートとε−カプロラクタムとの反応物、例えば、ヘキサメチレン−1,6−ビスカルバミドカプロラクタム等が挙げられる。トリイソシアネートとジイソシアネートを混合使用する場合、トリイソシアネートが、イソシアネート全体の30重量%以上、好ましくは50重量%以上である。トリイソシアネートの量が30重量%より少なくなると、得られるナイロンを酸類に浸漬した場合、比較的短時間で溶解することがあるので好ましくない。
[Initiator Example 2]
In the present invention, triisocyanate and a known diisocyanate having two isocyanate groups in the molecule can be mixed and used as an initiator. Specific examples of the diisocyanate that can be preferably used include hexamethylene diisocyanate, isophorone diisocyanate, xylylene diisocyanate, and a reaction product of the diisocyanate and ε-caprolactam, such as hexamethylene-1,6-biscarbamide caprolactam. When using a mixture of triisocyanate and diisocyanate, the triisocyanate is 30% by weight or more, preferably 50% by weight or more of the whole isocyanate. When the amount of triisocyanate is less than 30% by weight, when the obtained nylon is immersed in acids, it may dissolve in a relatively short time, which is not preferable.

[ω−ラクタムのアルカリ重合]
本発明におけるω−ラクタムのアルカリ重合は公知の方法により実施できる。以下、ω−ラクタムとして、ε−カプロラクタムを使用した例で説明する。
ε−カプロラクタムは重合に先立ち、脱水され、好ましくは、水分含量0.1重量%以下にされる。ε−カプロラクタムの脱水は、脱水できれば、脱水方法に制約はない。通常、ε−カプロラクタムを溶融後、所定時間減圧することで行われる。ε−カプロラクタム中の水分含量はカールフィシャー水分計等により測定される。
[Alkali polymerization of ω-lactam]
The alkaline polymerization of ω-lactam in the present invention can be carried out by a known method. Hereinafter, an example using ε-caprolactam as ω-lactam will be described.
Prior to polymerization, ε-caprolactam is dehydrated and preferably has a water content of 0.1% by weight or less. As long as dehydration of ε-caprolactam can be dehydrated, there is no restriction on the dehydration method. Usually, after melt | dissolving (epsilon) -caprolactam, it depressurizes for a predetermined time. The water content in ε-caprolactam is measured by a Karl Fischer moisture meter or the like.

アルカリ性ラクタム重合触媒は溶融したε−カプロラクタム中に上述のアルカリ性ラクタム重合触媒を所定量添加、混合することで準備される。アルカリ性ラクタム重合触媒をε−カプロラクタムに混合した際、副生物を生成することがある。その場合、副生物は、適宜、除去される。例えば、アルカリ性ラクタム重合触媒として、アルカリ金属を使用した場合、発生する水素を除去する。アルカリ金属アルコラートを使用した場合、発生するアルコールを除去する等である。アルカリ性ラクタム重合触媒が混合されたε−カプロラクタムは、80〜140℃、好ましくは、85〜125℃の温度範囲で保持される。保持温度が前記下限80℃より低い場合、重合反応速度が遅くなり好ましくない。前記上限140℃より高い場合、低分子量物が生成することがあり、低分子量物は重合反応に悪影響を及ぼすので、好ましくない。 The alkaline lactam polymerization catalyst is prepared by adding and mixing a predetermined amount of the above-mentioned alkaline lactam polymerization catalyst into molten ε-caprolactam. When an alkaline lactam polymerization catalyst is mixed with ε-caprolactam, a by-product may be generated. In that case, the by-product is appropriately removed. For example, when an alkali metal is used as the alkaline lactam polymerization catalyst, generated hydrogen is removed. When an alkali metal alcoholate is used, the generated alcohol is removed. The ε-caprolactam mixed with the alkaline lactam polymerization catalyst is maintained at a temperature of 80 to 140 ° C., preferably 85 to 125 ° C. When the holding temperature is lower than the lower limit of 80 ° C., the polymerization reaction rate is slow, which is not preferable. When the upper limit is higher than 140 ° C., a low molecular weight product may be formed, which is not preferable because the low molecular weight product adversely affects the polymerization reaction.

開始剤のトリイソシアネートは、所定量を上記のアルカリ性ラクタム重合触媒が混合されたε−カプロラクタム溶融液中に直接添加、混合しても良いし、また、トリイソシアネートとε−カプロラクタムとの混合液とアルカリ性ラクタム重合触媒が混合されたε−カプロラクタム溶融液とを混合しても良い。この場合、使用されるε−カプロラクタムの量に応じて、アルカリ性ラクタム重合触媒及びトリイソシアネートの使用量は適宜調整される。又、開始剤はトリイソシアネートとジイソシアネートを混合して使用することもできる。 The initiator triisocyanate may be directly added to and mixed in the ε-caprolactam melt mixed with the above-mentioned alkaline lactam polymerization catalyst, or a mixture of triisocyanate and ε-caprolactam You may mix with the epsilon caprolactam melt with which the alkaline lactam polymerization catalyst was mixed. In this case, the usage amounts of the alkaline lactam polymerization catalyst and triisocyanate are appropriately adjusted according to the amount of ε-caprolactam used. The initiator may be used by mixing triisocyanate and diisocyanate.

[型内への注入]
ε−カプロラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒、トリイソシアネートからなる混合物は、混合撹拌後、直ちに、所定温度に加熱された型内に注入され、型内で重合反応が進み、成型ナイロンが得られる。このように、原料のε−カプロラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒、トリイソシアネートからなる混合物を、直接、型に注入して、型内でナイロン成形品を得る方法はε−カプロラクタムのアルカリ重合法の特徴の一つである。ε−カプロラクタムのアルカリ重合法では、水分の存在は重合反応に悪影響を及ぼすため、原料の調整、混合、型への注入等の全ての操作は、水分の影響を少なくする窒素ガス等の雰囲気下で行われることが好ましい。
[Injection into mold]
A mixture comprising ε-caprolactam, an alkaline lactam polymerization catalyst and triisocyanate is immediately poured into a mold heated to a predetermined temperature after mixing and stirring, and a polymerization reaction proceeds in the mold to obtain molded nylon. Thus, the method of directly injecting a mixture of raw material ε-caprolactam, alkaline lactam polymerization catalyst, and triisocyanate into a mold to obtain a nylon molded product in the mold is a feature of the alkali polymerization method of ε-caprolactam. One. In the alkaline polymerization method of ε-caprolactam, the presence of moisture adversely affects the polymerization reaction, so all operations such as raw material adjustment, mixing, and injection into the mold are performed under an atmosphere of nitrogen gas or the like that reduces the influence of moisture. Is preferably carried out.

[型]
本発明のナイロン製造方法に使用される型は鉄、ステンレス等の金属製型やシリコーン樹脂、エポキシ樹脂等の樹脂製型が使用できる。樹脂製型は大量生産には不向きであるが、型の制作日数が短く、短納期で、多品種少量生産に適している。本発明のナイロン製造方法では、シリコーン樹脂製型が好ましく使用される。
[Type]
As the mold used in the nylon production method of the present invention, a metal mold such as iron or stainless steel, or a resin mold such as silicone resin or epoxy resin can be used. Resin molds are unsuitable for mass production, but the mold production days are short, quick delivery and suitable for high-mix low-volume production. In the nylon production method of the present invention, a silicone resin mold is preferably used.

シリコーン樹脂製型としては、例えば、本件出願人が先に開発したシリコーン樹脂製成形型(特許第5747138号)を用いることができる。具体的には、シリコーン樹脂に八チタン酸カリウム繊維又は六チタン酸カリウム繊維がシリコーン樹脂に対して15〜45重量%程度、混練された混練樹脂製の成形型を用いることができる。チタン酸カリウム繊維としては、例えば、大塚化学株式会社のティスモを使用することができる。   As the silicone resin mold, for example, a silicone resin mold (Japanese Patent No. 5747138) previously developed by the present applicant can be used. Specifically, a kneaded resin molding die in which potassium octatitanate fiber or potassium hexatitanate fiber is kneaded in the silicone resin by about 15 to 45% by weight with respect to the silicone resin can be used. As the potassium titanate fiber, for example, Tismo of Otsuka Chemical Co., Ltd. can be used.

ε−カプロラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒、トリイソシアネートからなる混合物を型に注入する際、型は120〜200℃、好ましくは、130〜180℃の温度に加熱される。型温度が前記下限120℃より低いと、十分に重合反応が進まず、好ましくない。また、前記上限200℃より型温度が高いと得られるナイロンの重合反応時に、重合中のナイロンの一部が溶融することがあり、アルカリ重合法ナイロンの特性の低下に繋がることがある。アルカリ性ラクタム重合触媒とトリイソシアネートの使用量や型温度によるが、本発明のアルカリ重合法ナイロンは、ε−カプロラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒およびトリイソシアネートからなる混合物を型に注入してから5〜60分後、ナイロン成型品を型から取出すことができる。 When injecting a mixture of ε-caprolactam, alkaline lactam polymerization catalyst and triisocyanate into the mold, the mold is heated to a temperature of 120 to 200 ° C, preferably 130 to 180 ° C. When the mold temperature is lower than the lower limit of 120 ° C., the polymerization reaction does not proceed sufficiently, which is not preferable. Further, when the mold temperature is higher than the upper limit of 200 ° C., a part of the nylon being polymerized may be melted during the polymerization reaction of the nylon obtained, which may lead to deterioration of the characteristics of the alkali polymerization nylon. Depending on the use amount and mold temperature of the alkaline lactam polymerization catalyst and triisocyanate, the alkali polymerization nylon of the present invention is 5 to 60 minutes after injecting a mixture of ε-caprolactam, alkaline lactam polymerization catalyst and triisocyanate into the mold. Later, the nylon molded product can be removed from the mold.

[可塑剤、充填剤、染料、着色剤、酸化防止剤、シート材]
本発明のナイロン製造方法では、重合反応を阻害しない可塑剤、充填剤、染料、着色剤、酸化防止剤、シート材等を使用して、ε−カプロラクタムのアルカリ重合を実施することもできる。好ましい可塑剤としては、N−アルキルピロリドン、ジアルキルイミダゾリジノン等が挙げられる。その使用量はε−カプロラクタムに対して2〜30重量%である。
[Plasticizers, fillers, dyes, colorants, antioxidants, sheet materials]
In the nylon production method of the present invention, ε-caprolactam can be subjected to alkaline polymerization using a plasticizer, a filler, a dye, a colorant, an antioxidant, a sheet material, or the like that does not inhibit the polymerization reaction. Preferable plasticizers include N-alkylpyrrolidone and dialkylimidazolidinone. The amount used is 2 to 30% by weight with respect to ε-caprolactam.

[充填剤、シート材]
充填剤の具体例としては、炭酸カルシウム、ワラストナイト、カオリン、黒鉛、石膏、長石、雲母、カーボンブラック、二硫化モリブデン、ガラスパウダー等が挙げられる。繊維の具体例としては、ミルドグラス、ガラス繊維、繊維状マグネシウム化合物、チタン酸カリウム繊維、グラファイト繊維、ボロン繊維、炭素繊維、スチール繊維等が挙げられる。これらの充填剤や繊維の使用量は、ε−カプロラクタムに対して2〜40重量%である。シート材としては、ガラス繊維クロス、炭素繊維クロス等がある。
[Filler, sheet material]
Specific examples of the filler include calcium carbonate, wollastonite, kaolin, graphite, gypsum, feldspar, mica, carbon black, molybdenum disulfide, and glass powder. Specific examples of the fiber include milled glass, glass fiber, fibrous magnesium compound, potassium titanate fiber, graphite fiber, boron fiber, carbon fiber, and steel fiber. The amount of these fillers and fibers used is 2 to 40% by weight with respect to ε-caprolactam. Examples of the sheet material include glass fiber cloth and carbon fiber cloth.

以下、本発明のナイロン製造方法を、実施例、比較例を用いて説明する。
実施例、比較例で説明する曲げ強度、曲げ弾性率はASTM D−790、ノッチ付きアイゾット衝撃値はASTM D−256に準じて測定。機械加工性は旋盤の回転数、バイト形状、バイト角度等を変えて、評価した。又、耐酸性は、得た成型ナイロンを旋盤あるいはフライス盤でリボン状に削り、その0.2gを蟻酸(濃度約90%)20ccに浸漬、静置して、目視観察した。
Hereinafter, the nylon manufacturing method of the present invention will be described using examples and comparative examples.
The bending strength and bending elastic modulus described in Examples and Comparative Examples are measured according to ASTM D-790, and the notched Izod impact value is measured according to ASTM D-256. Machinability was evaluated by changing the number of lathe rotation, bite shape, bite angle, and the like. In addition, the acid resistance was obtained by cutting the obtained nylon into a ribbon shape with a lathe or a milling machine, immersing 0.2 g of it in 20 cc of formic acid (concentration: about 90%) and allowing it to stand for visual observation.

[実施例1]
脱水して水分含量0.1重量%以下とした溶融ε−カプロラクタム500gを四ツ口フラスコに入れ、110℃の温度に調節した。このフラスコにナトリウムメチラート粉末5.0gを添加した後、ε−カプロラクタムが還流するまで減圧、副生するメタノールを除去して、ε−カプロラクタムとアルカリ性ラクタム重合触媒の混合液(以下、「A成分」と記す)を作製した。別のフラスコに水分含量0.1重量%以下とした溶融ε−カプロラクタム500gを入れ、110℃の温度に調節した。このフラスコにヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート20.0gを加え、撹拌混合して、ε−カプロラクタムとヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレートの混合液(以下、「B成分」と記す)を作製した。約100℃に加熱した約500ccの容器にA成分100g、B成分100gを入れ、窒素ガス雰囲気下に、素早く撹拌混合し、直ちに、150℃に加熱しているシリコーン樹脂製のASTM試験片作成用型に注入して、重合固化させた。10分後に型を開き、乳白色のASTM試験片(成型ナイロン)を取出した。得られたナイロンの曲げ強度は124Ma、曲げ弾性率は3300Maであった。ノッチ付きアイゾット衝撃値は50J/mであった。また、蟻酸に浸漬したサンプルは1日後も、膨潤は観察されたが、形状を保持していた。
[Example 1]
500 g of molten ε-caprolactam having a water content of 0.1% by weight or less was dehydrated and placed in a four-necked flask, and the temperature was adjusted to 110 ° C. After 5.0 g of sodium methylate powder was added to this flask, the methanol was reduced under reduced pressure until ε-caprolactam was refluxed, and a mixed solution of ε-caprolactam and an alkaline lactam polymerization catalyst (hereinafter referred to as “component A”). "). In another flask, 500 g of molten ε-caprolactam having a water content of 0.1% by weight or less was placed and adjusted to a temperature of 110 ° C. To this flask, 20.0 g of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate was added and mixed by stirring to prepare a mixture of ε-caprolactam and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate (hereinafter referred to as “component B”). . 100 g of A component and 100 g of B component are put in about 500cc container heated to about 100 ° C, and quickly stirred and mixed in a nitrogen gas atmosphere. It was poured into a mold and polymerized and solidified. After 10 minutes, the mold was opened, and a milky white ASTM test piece (molded nylon) was taken out. Bending strength of the resulting nylon 124M P a, a flexural modulus of 3300 m P a. The notched Izod impact value was 50 J / m. In addition, the sample immersed in formic acid was observed to swell even after one day, but retained its shape.

[実施例2]
実施例1と同様の方法でA成分、B成分を調整した。約100℃に加熱した約1000ccの容器にA成分300g、B成分300gを入れ、窒素ガス雰囲気下に、素早く撹拌混合後、混合液を直ちに、150℃に加熱しているシリコーン樹脂製の径100mm、高さ約70mmの円柱形状の型に注入し、重合固化させた。15分後に型から乳白色の円柱形状のナイロン成形品(成型ナイロン)を取出した。旋盤を用いて、このナイロン成型品について加工性を評価した。切削品に欠けが見られず、切削面は良好であった。また、蟻酸に浸漬したサンプルは1日後も、膨潤は観察されたが、形状を保持していた。
[Example 2]
A component and B component were adjusted in the same manner as in Example 1. In a container of about 1000 cc heated to about 100 ° C., 300 g of component A and 300 g of component B are placed in a nitrogen gas atmosphere. After stirring and mixing quickly, the mixture is immediately heated to 150 ° C. and made of silicone resin having a diameter of 100 mm The mixture was poured into a cylindrical mold having a height of about 70 mm and solidified by polymerization. After 15 minutes, a milky white cylindrical nylon molded product (molded nylon) was taken out of the mold. Using a lathe, the processability of this nylon molded product was evaluated. Chips were not found in the cut product, and the cut surface was good. In addition, the sample immersed in formic acid was observed to swell even after one day, but retained its shape.

[比較例1]
実施例1において、B成分のヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート20.0gの代わりにヘキサメチレンジイソシアネート10.0gを使用した以外は実施例1と同様に実施して、ASTM試験片を得た。得たナイロンの曲げ強度は120Ma、曲げ弾性率は3260Maであった。ノッチ付きアイゾット衝撃値は45J/mであった。また、蟻酸に浸漬したサンプルは1時間後に形状が崩れ、1時間30分後には溶解していた。
[Comparative Example 1]
An ASTM test piece was obtained in the same manner as in Example 1 except that 10.0 g of hexamethylene diisocyanate was used instead of 20.0 g of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate as the B component in Example 1. Bending strength of the obtained nylon 120M P a, a flexural modulus of 3260M P a. The notched Izod impact value was 45 J / m. Further, the sample immersed in formic acid was deformed after 1 hour and dissolved after 1 hour 30 minutes.

[比較例2]
実施例2において、B成分のヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート20.0gの代わりにヘキサメチレンジイソシアネート10.0gを使用した以外は実施例2と同様に実施し、円柱形状のナイロン成形品を得た。
旋盤での加工性評価で、加工条件によって、切削品に欠けが生じることがあり、切削面の一部で平滑性が悪くなることがあった。また、蟻酸に浸漬したサンプルは1時間後に形状が崩れ、1時間30分後には溶解していた。
[Comparative Example 2]
In Example 2, the same procedure as in Example 2 was used except that 10.0 g of hexamethylene diisocyanate was used instead of 20.0 g of the hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate of component B, and a cylindrical nylon molded product was obtained. It was.
In the evaluation of workability on a lathe, chipping may occur in a cut product depending on the processing conditions, and smoothness may be deteriorated at a part of the cut surface. Further, the sample immersed in formic acid was deformed after 1 hour and dissolved after 1 hour 30 minutes.

[実施例3]
実施例1において、B成分のヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート20.0gの代わりにヘキサメチレンジイソシアネート3量体イソシアヌレート17.0gとヘキサメチレンジイソシアネート5.0gを使用した以外は実施例1と同様に実施し、ASTM試験片を得た。ナイロンの曲げ強度は120Ma、曲げ弾性率は3340Ma、ノッチ付きアイゾット衝撃値は47J/mであった。また、蟻酸に浸漬したサンプルは1日後も、膨潤は観察されたが、形状を保持していた。
[Example 3]
Example 1 was the same as Example 1 except that 17.0 g of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and 5.0 g of hexamethylene diisocyanate were used in place of 20.0 g of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate as component B. The ASTM test piece was obtained. Flexural strength of nylon 120M P a, the flexural modulus 3340M P a, notched Izod impact value was 47J / m. In addition, the sample immersed in formic acid was observed to swell even after one day, but retained its shape.

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[本発明の成型ナイロン]
本発明の成型ナイロンは、前記実施形態のいずれかで製造されたナイロンであり、少なくともω−ラクタムが、アルカリ性ラクタム重合触媒及び分子内に3個のイソシアネート基を有するイソシアネート開始剤により型内で重合固化されたナイロンである。
[Molded nylon of the present invention]
The molded nylon of the present invention is the nylon produced in any of the above embodiments, and at least ω-lactam is polymerized in the mold by an alkaline lactam polymerization catalyst and an isocyanate initiator having three isocyanate groups in the molecule. Solidified nylon.

本発明の他のナイロンも、前記実施形態のいずれかで製造されたナイロンであり、少なくともω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒、分子内に3個のイソシアネート基を有するイソシアネート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネート開始剤を含んで型内で重合固化されたナイロンである。   Another nylon of the present invention is a nylon produced in any of the above embodiments, and includes at least ω-lactam, an alkaline lactam polymerization catalyst, an isocyanate having three isocyanate groups in the molecule, and two in the molecule. Nylon polymerized and solidified in a mold containing an isocyanate initiator having an isocyanate group.

本発明の成型ナイロンは、着色剤、可塑剤、充填剤、染料、着色剤、酸化防止剤、シート材として着色するものを使用しない場合は乳白色である。   The molded nylon of the present invention is milky white when a coloring agent, a plasticizer, a filler, a dye, a coloring agent, an antioxidant, or a coloring material is not used.

本発明のナイロン製造方法で製造された成型ナイロンは機械的強度等に優れ、機械加工性が良いため、各種形状の自動車部品や機械部品の分野で機械加工製品として利用される。また、耐酸性が改良されているため、従来のナイロンで利用できない分野での製品展開が期待される。   The molded nylon produced by the nylon production method of the present invention is excellent in mechanical strength and has good machinability, and is therefore used as a machined product in the field of various parts of automobile parts and machine parts. In addition, because of improved acid resistance, product development is expected in fields where conventional nylon cannot be used.

Claims (5)

ナイロンの製造方法において、
少なくともω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒及びヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートからなり、アルカリ性ラクタム重合触媒1モルに対して、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート0.1〜1モルが配合された混合物(ただし、ポリオキシアルキレンポリアミンを含まない。)を撹拌後、加熱された型内に注入し、その型内で重合固化させてナイロンを製造する、
ことを特徴とするアルカリ重合法によるナイロン製造方法。
In the manufacturing method of nylon,
A mixture comprising at least ω-lactam, an alkaline lactam polymerization catalyst and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate, and 0.1 to 1 mol of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate per 1 mol of the alkaline lactam polymerization catalyst. (However, no polyoxyalkylene polyamines.) was injected after stirring, the the heated mold, to produce nylon by polymerizing solidify within the mold,
A method for producing nylon by an alkali polymerization method.
請求項1記載のナイロンの製造方法において、
アルカリ性ラクタム重合触媒、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネートを混合撹拌後、加熱された型内に注入し、その型内で重合固化させてナイロンを製造する、
ことを特徴とするアルカリ重合法によるナイロン製造方法。
In the manufacturing method of nylon of Claim 1 ,
After mixing and stirring the isocyanate having two isocyanate groups in the alkaline lactam polymerization catalyst, hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and the molecule was injected into the heated inside the mold, producing nylon by polymerizing solidify within the mold To
A method for producing nylon by an alkali polymerization method.
請求項1又は請求項2記載のアルカリ重合法によるナイロン製造方法において、
ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートが、イソシアネート化合物全体の30重量%以上使用される、
ことを特徴とするアルカリ重合法によるナイロン製造方法。
In the nylon manufacturing method by the alkali polymerization method of Claim 1 or Claim 2,
Hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate is used in an amount of 30% by weight or more of the total isocyanate compound,
A method for producing nylon by an alkali polymerization method.
成型ナイロンにおいて、
少なくともω−ラクタム、アルカリ性ラクタム重合触媒及びヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレートからなり、アルカリ性ラクタム重合触媒1モルに対して、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート0.1〜1モルが配合された混合物(ただし、ポリオキシアルキレンポリアミンを含まない。)が、加熱された型内で重合固化して成型された、
ことを特徴とする成型ナイロン。
In molded nylon,
A mixture comprising at least ω-lactam , an alkaline lactam polymerization catalyst and hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate, and 0.1 to 1 mol of hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate per 1 mol of the alkaline lactam polymerization catalyst. (However, polyoxyalkylene polyamine is not included.) Was polymerized and solidified in a heated mold .
Molded nylon characterized by that.
請求項4記載の成型ナイロンにおいて、
アルカリ性ラクタム重合触媒、ヘキサメチレンジイソシアネート三量体イソシアヌレート及び分子内に2個のイソシアネート基を有するイソシアネートが混合撹拌後、加熱された型内で重合固化して成型された、
ことを特徴とする成型ナイロン。
The molded nylon according to claim 4,
An alkaline lactam polymerization catalyst, hexamethylene diisocyanate trimer isocyanurate and an isocyanate having two isocyanate groups in the molecule were mixed and stirred, and then polymerized and solidified in a heated mold .
Molded nylon characterized by that.
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