JP7176425B2 - ポリアミド化合物 - Google Patents
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Description
また、従来の自己修復性を有するポリマーは、自己修復に関して、長時間を必要としていた。
このような状況のもと、自己修復性を有する新規ポリマーの開発が望まれている。
そして、この新規なポリアミド化合物は、自己修復性を有するという事実を見いだした。本発明は、この知見に基づいてなされたものである。
下記一般式(1)で表されるジカルボン酸単位と、
下記一般式(2)で表されるジアミン単位と、を含有するポリアミド化合物であることを要旨とする。
(xは6~12の整数を示し、yは8~18の整数を示す。)
(iは9~12の整数を示し、jは8~18の整数を示す。)
また、本発明のポリアミド化合物の製造方法によれば、自己修復性に優れたポリアミド化合物を製造することができる。
[1]ポリアミド化合物
本発明のポリアミド化合物は、下記一般式(1)で表されるジカルボン酸単位と、下記一般式(2)で表されるジアミン単位と、を含有する。
(xは6~12の整数を示し、yは8~18の整数を示す。
xは8~10の整数であることが好ましい。
yは9~13の整数であることが好ましい。)
(iは9~12の整数を示し、jは8~18の整数を示す。)
ジカルボン酸単位とジアミン単位との含有量の割合は、重合反応の観点からほぼ同量であることが好ましく、ジカルボン酸単位の含有量がジアミン単位の含有量の±1モル%であることがより好ましい。
例えば、ジカルボン酸化合物の具体例としては、シュウ酸、マロン酸、アジピン酸、フマル酸、マレイン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アセライン酸、セバシン酸、ドデカン二酸などの炭素数2~25の直鎖脂肪族ジカルボン酸、または、トリグリセリドの分留により得られる不飽和脂肪酸を二量化した炭素数14~48の二量化脂肪族ジカルボン酸(ダイマー酸)およびこれらの水素添加物(水添ダイマー酸)などの脂肪族ジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸などの脂環族ジカルボン酸、および、テレフタル酸、イソフタル酸、1,3-ベンゼン二酢酸、1,4-ベンゼン二酢酸などの芳香族ジカルボン酸を例示できる。また、これらのジカルボン酸化合物の誘導体を用いてもよい。誘導体としては、カルボン酸ハロゲン化物などが挙げられる。これらは単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
例えば、一般式(2)で表されるジアミン単位以外のジアミンとしては、公知の脂肪族ジアミン、脂環式ジアミン、芳香族ジアミン、ジアミノオルガノシロキサンなどを挙げることができる。
脂環式ジアミンとして、例えば、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサンなどを挙げることができる。
芳香族ジアミンとして、例えば、o-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、1,5-ジアミノナフタレン、2,2’-ジメチル-4,4’-ジアミノビフェニル、4,4’-ジアミノ-2,2’-ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、2,7-ジアミノフルオレン、4,4’-ジアミノ-2,2’-ジメチルビフェニル、9,9‐ビス(4-アミノフェニル)フルオレン、2,2-ビス[4-(4-アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2-ビス(4-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、4,4’-(p-フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’-(m-フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、1,4-ビス(4-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(4-アミノフェノキシ)ビフェニル、2,6-ジアミノピリジン、3,4-ジアミノピリジン、2,4-ジアミノピリミジン、3,6-ジアミノアクリジン、3,6-ジアミノカルバゾール、N-メチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-エチル-3,6-ジアミノカルバゾール、N-フェニル-3,6-ジアミノカルバゾール、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-ベンジジン、N,N’-ビス(4-アミノフェニル)-N,N’-ジメチルベンジジン、1,4-ビス-(4-アミノフェニル)-ピペラジン、3,5-ジアミノ安息香酸、ドデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,4-ジアミノベンゼン、ドデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、テトラデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、ペンタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、ヘキサデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、オクタデカノキシ-2,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-3,5-ジアミノベンゼン、コレスタニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、コレステニルオキシ-2,4-ジアミノベンゼン、3,5-ジアミノ安息香酸コレスタニル、3,5-ジアミノ安息香酸コレステニル、3,5-ジアミノ安息香酸ラノスタニル、3,6-ビス(4-アミノベンゾイルオキシ)コレスタン、3,6-ビス(4-アミノフェノキシ)コレスタン、4-(4’-トリフルオロメトキシベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、4-(4’-トリフルオロメチルベンゾイロキシ)シクロヘキシル-3,5-ジアミノベンゾエート、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ブチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェノキシ)メチル)フェニル)-4-ヘプチルシクロヘキサン、1,1-ビス(4-((アミノフェニル)メチル)フェニル)-4-(4-ヘプチルシクロヘキシル)シクロヘキサン、2,4-ジアミノ-N,N-ジアリルアニリン、4-アミノベンジルアミン、3-アミノベンジルアミン、1-(2,4-ジアミノフェニル)ピペラジン-4-カルボン酸、4-(モルホリン-4-イル)ベンゼン-1,3-ジアミン、1,3-ビス(N-(4-アミノフェニル)ピペリジニル)プロパン、α-アミノ-ω-アミノフェニルアルキレンなどを挙げることができる。
これらは単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
本発明のポリアミド化合物の分子量は、特に限定されない。一般的には、数平均分子量(Mn)は、5,000~80,000であることが好ましく、8,000~60,000であることが更に好ましく、10,000~50,000であることが特に好ましい。同様に、重量平均分子量(Mw)は、12,000~200,000であることが好ましく、18,000~160,000であることが更に好ましく、20,000~140,000であることが特に好ましい。ここでいう分子量は、いずれもポリスチレン換算の値を意味する。
本発明のポリアミド化合物は、ジカルボン酸単位およびジアミン単位の両方に、植物由来の化合物が導入されている。本発明のポリアミド化合物は、長鎖の分岐アルキル基を有し、嵩高い構造になる。これらの特徴的な構造により、ポリアミド化合物は、切断後に接触させた樹脂が短時間で自己修復することができる。自己修復する際、加熱、加圧、化学反応などの外部刺激を必要としない。切断後接着した樹脂の復元力は、後述する引張試験の結果に示すように、切断前とほぼ変わりない。したがって、本発明のポリアミド化合物は、高い自己修復性を示す。
本発明のポリアミド化合物の製造方法は、特に限定されない。製造方法としては、例えば、ジカルボン酸化合物と、ジアミン化合物と、を反応させる方法を挙げることができる。
ジカルボン酸化合物としては、ジカルボン酸の他、ジカルボン酸のカルボキシル基の水酸基が他のヘテロ原子(炭素、水素、金属以外の原子)に置換したカルボン酸誘導体を用いることができる。カルボン酸誘導体としては、例えば、水酸基がハロゲンに代わったハロゲン化アシル(酸ハロゲン化物)が挙げられる。
また、重縮合時に分子量調整剤としてモノアミンやモノカルボン酸を加えてもよい。また、重縮合反応を抑制して所望の重合度とするために、ポリアミド化合物を構成するジアミン成分とカルボン酸成分との比率(モル比)を1からずらして調整してもよい。
例えば、-10℃~100℃の範囲で行なうことが好ましい。
ポリアミド化合物の濃度は、ポリアミド化合物組成の内容と組成比、溶解度、溶液粘度、取扱性、脱泡の容易性から総合的に判断して決められる。
中和剤としては、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、ベンジルジメチルアミン、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、テトラエチルアンモニウム塩などを好適に用いることができる。また、このような中和剤は、単独に粉体で添加してもよいが、微粉化して有機溶媒中にスラリーとして分散させたものを用いるのが、反応性,操作性の上からも好ましい。
また、本発明のポリアミド化合物の工業的な重縮合方法としては、特に限定されず、公知の方法が広く用いられる。例えば、加圧塩法、常圧滴下法、加圧滴下法、反応押出法などが挙げられる。また、反応温度は出来る限り低い方が、ポリアミド化合物の黄色化やゲル化を抑制でき、安定した性状のポリアミド化合物が得られる。
反応押出法は、アミド交換反応により、ポリアミドの骨格中に組み込む方法である。
本発明のポリアミド化合物に、用途や性能に応じて、滑剤、結晶化核剤、白化防止剤、艶消剤、耐熱安定剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、可塑剤、難燃剤、帯電防止剤、着色防止剤、酸化防止剤、耐衝撃性改良材などの添加剤を添加させてポリアミド組成物としてもよい。これらの添加剤は、本発明の効果を損なわない範囲で、必要に応じて添加することができる。また、本発明のポリアミド化合物を、要求される用途や性能に応じて、種々の樹脂と混合してポリアミド組成物としてもよい。
ポリアミド化合物の用途は特に限定されない。例えば、衣類、ペイント、コーティング剤、化粧品、接着剤、電子機器の素材、建築材料、コンクリート補強剤、プリント用のインク、航空機の素材、宇宙船の素材などとして用いられる。
1.ポリアミド化合物の合成
<実施例1>
実施例1のポリアミド化合物の合成は、以下のスキームに沿って行った。
2-1.静的引張試験
引張特性は、引張試験を行い、降伏応力(引張強度)、破断伸びを評価した。試験片は、実施例1で合成したポリアミド化合物であり、短冊状の試験片(70mm×16mm×7mm)として作製された。測定に当たっては、試験片の幅、厚みを測定して用いた。測定には卓上精密万能試験機AG-Xplus試験機を用いた。測定条件は、引張速度20mm/sec、測定温度23℃とした。
高速引張試験は、高速で試験片を引張ることにより試験片の破断が速度に依存するかを評価した。試験片は、短冊状の試験片(70mm×16mm×7mm)を作製し、用いた。測定に当たっては、試験片の幅、厚みを測定して用いた。測定には高速引張試験機HITS-TXを用いた。測定条件は、引張速度5m/sec、測定温度23℃とした。
表1に、2-1.静的引張試験の試験結果を示す。表2に、2-2.高速引張試験の試験結果を示す。なお、復元時間は、試験片の切断後、切断面同士を接着してからの経過時間であり、単位は「分」である。上述の静的引張試験および高速引張試験の各試験は、復元時間の経過時に実行した。
4-1.測定方法
実施例1のポリアミド化合物の分子量はGPC(Gel Permeation Chromatography)により測定を行い求めた。
測定には、東ソー(株)製(RI 検出器使用)測定装置(HLC-82220GPC)を用い、カラムは、昭和電工(株)製、Shodex GPC KF-806L×3を用い、測定条件は以下のとおりとした。
GPC測定については、溶離液:テトラヒドロフラン(THF)、標準物質:ポリスチレン(PS)、試料濃度:0.2 w/v%、注入量:100μL、流量:1.0mL/min、カラム温度:40℃で測定を行った。
表3に測定結果を示す。
実施例のポリアミド化合物は、ポリマーの骨格にウレタン、ウレア結合を導入せずとも、自己修復性を有していた。
切断後に接着したポリアミド化合物の試験片は、短時間(数分)で高速に自己修復した。
また、ポリアミド化合物は、静的および高速引張試験により復元力の評価を行った結果、切断前後の復元力の変化がない自己修復性を有していた。
実施例のポリアミド化合物は、アミド結合により連結されており、自己修復性をもつ樹脂である。実施例のポリアミド化合物は、接着後、速やかに接着力が発揮され、その後も接着力を維持する樹脂である。特に、切断(破断)後に切断(破断)面を単に再度接触させるだけで自己修復でき、加熱や圧力や化学反応を必要としないという非常に優れた特性を有する。以上のとおり、実施例のポリアミド化合物は、植物由来であり、切断後、短い時間でも接着力を保つことができ、かつ切断前後の樹脂の復元力にほぼ変化がないという優れた特徴を有する。
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