JP7329717B1 - ポリアミドブロック共重合体 - Google Patents
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Abstract
Description
熱可塑性エラストマーは、柔軟性を示すソフトセグメントと架橋点を示すハードセグメントを含有し、例えばオレフィン系、アミド系、ウレタン系、エステル系、アクリル系、スチレン系に分類される。熱可塑性エラストマーは、上記分類に応じて、良好な機械的強度、耐摩耗性、耐熱性、及び耐油性等の物性を示すことができる。例えば、アミド系、ウレタン系、エステル系等の熱可塑性エラストマーは、比較的良好な耐熱性を示しやすい。しかし、各分野では用途に応じた物性のさらなる向上が要求されており、この要求を満たすために、熱可塑性エラストマーの物性を改善する検討が行われている。
すなわち、本発明は下記のとおりである。
ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)とを含み、
上記重合体ブロック(B)のガラス転移温度が20℃以下であり、
融点が230℃以上である、
ポリアミドブロック共重合体。
[2] 上記ポリアミドが、半芳香族ポリアミドである、上記[1]に記載のポリアミドブロック共重合体。
[3] 上記半芳香族ポリアミドが、脂肪族ジアミン単位を主成分とするジアミン単位と、芳香族ジカルボン酸単位を主成分とするジカルボン酸単位とを含む、上記[2]に記載のポリアミドブロック共重合体。
[4] 上記半芳香族ポリアミドが、全ジアミン単位に対し炭素数4~18の脂肪族ジアミンに由来するジアミン単位を30モル%以上含有する、上記[2]又は[3]に記載のポリアミドブロック共重合体。
[5] 上記半芳香族ポリアミドが、1,9-ノナンジアミン及び2-メチル-1,8-オクタンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジアミン単位を含む、上記[2]~[4]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[6] 上記半芳香族ポリアミドが、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、及び2,7-ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジカルボン酸単位を含む、上記[2]~[5]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[7] 上記重合体ブロック(B)が、ポリエーテルジアミンに由来する構成単位を含む、上記[1]~[6]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[8] 上記重合体ブロック(A)の活性末端官能基含量が、50~5,000μmol/gである、上記[1]~[7]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[9] 上記重合体ブロック(A)の重量平均分子量が、1,000~50,000である、上記[1]~[8]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[10] 重量平均分子量が、40,000~200,000である、上記[1]~[9]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[11] JIS K 7161-1:2014に準じて測定した引張破断伸びが、30%以上である、上記[1]~[10]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体。
[12] 上記[1]~[11]のいずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体を含む、ポリアミドブロック共重合体組成物。
[13] 上記[1]~[11]いずれか1つに記載のポリアミドブロック共重合体又は上記[12]に記載のポリアミドブロック共重合体組成物からなる、成形体。
[14] ポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(A)を構成する重合体と、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)を構成する重合体とを混合し重合する、上記[1]に記載のポリアミドブロック共重合体の製造方法。
また本明細書において、実施態様の好ましい形態を示すが、個々の好ましい形態を2つ以上組み合わせたものもまた、好ましい形態である。数値範囲で示した事項について、いくつかの数値範囲がある場合、それらの下限値と上限値とを選択的に組み合わせて好ましい形態とすることができる。
なお、本明細書において、「XX~YY」との数値範囲の記載がある場合、「XX以上YY以下」を意味する。
また、本明細書において、「~単位」(ここで「~」は単量体を示す)とは「~に由来する構成単位」を意味し、例えば「ジカルボン酸単位」とは「ジカルボン酸に由来する構成単位」を意味し、「ジアミン単位」とは「ジアミンに由来する構成単位」を意味する。
ポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(A)と、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)とを含み、重合体ブロック(B)のガラス転移温度が20℃以下であり、ポリアミドブロック共重合体の融点が230℃以上であることを特徴とする。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体は、特定のポリアミド、並びに、ポリエーテル及び/又はポリエステルを、それぞれ重合体ブロックとして含有することで、ポリアミドの優れた耐熱性と、ポリエーテル及び/又はポリエステルの優れた柔軟性の両方を、発揮することができる。
一方、例えば、特許文献1のポリアミドブロック共重合体では、十分な耐熱性、機械的強度が得られない。これは、ハードセグメント及びソフトセグメントを構成するモノマー及びオリゴマーを一括して重合するため、ハードセグメント及びソフトセグメントの各物性が十分に発揮できるだけの重合体ブロックが、形成されないことに起因すると考えられる。
重合体ブロック(A)は、ポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する。より一層優れた耐熱性が得られやすい観点から、重合体ブロック(A)は、ポリアミドに由来する構成単位を、好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上含有し、100モル%含有することもできる。重合体ブロック(A)において、ポリアミドに由来する構成単位以外の構成単位は、本発明の効果を得ることができれば制限されない。
本実施態様において用いることができるポリアミドとしては、本発明の効果を得ることができれば制限されず、例えば、半芳香族ポリアミド、全芳香族ポリアミド、及び脂肪族ポリアミドが挙げられる。
中でも、本発明の効果がより顕著に奏されるポリアミドとして、半芳香族ポリアミド及び脂肪族ポリアミドが挙げられる。より一層優れた耐熱性が得られやすい観点から、ポリアミドとして半芳香族ポリアミドを用いることが特に好ましい。
上記脂肪族ポリアミドとしては、例えば、ポリテトラメチレンアジパミド(ポリアミド46)及びポリヘキサメチレンアジパミド(ポリアミド66)が挙げられる。
本実施態様において好適に用いることができる半芳香族ポリアミドについて以下に詳述する。
半芳香族ポリアミドとは、脂肪族ジアミン単位を主成分とするジアミン単位と、芳香族ジカルボン酸単位を主成分とするジカルボン酸単位とを含むポリアミド、又は、脂肪族ジカルボン酸単位を主成分とするジカルボン酸単位と、芳香族ジアミン単位を主成分とするジアミン単位とを含むポリアミド樹脂をいう。ここで「主成分とする」とは、全単位中の50~100モル%、好ましくは60~100モル%を構成することをいう。
本実施態様において、半芳香族ポリアミドは、耐熱性がより優れる観点から、脂肪族ジアミン単位を主成分とするジアミン単位と、芳香族ジカルボン酸単位を主成分とするジカルボン酸単位とを含むことが好ましい。
半芳香族ポリアミドは、ジカルボン酸との重合反応が良好に進行し、耐熱性や柔軟性等の物性向上に有利である観点から、全ジアミン単位に対し炭素数4~18の脂肪族ジアミンに由来するジアミン単位を30モル%以上含有することが好ましく、30~100モル%がより好ましく、50~100モル%がさらに好ましく、70~100モル%がよりさらに好ましく、90~100モル%がよりさらに好ましく、100モル%含有してもよい。
また、上記ジアミン単位に用いる脂肪族ジアミンとしては、炭素数4~16の脂肪族ジアミンがより好ましく、炭素数4~12の脂肪族ジアミンがさらに好ましく、炭素数6~12の脂肪族ジアミンがよりさらに好ましく、炭素数6~10の脂肪族ジアミンがよりさらに好ましい。
1-ブチル-1,2-エタンジアミン、1,1-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1-エチル-1,4-ブタンジアミン、2-エチル-1,4-ブタンジアミン、1,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1,3-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1,4-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、2-メチル-1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,4-ブタンジアミン、2,3-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、3-メチル-1,5-ペンタンジアミン、2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、2-プロピル-1,5-ペンタンジアミン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、2,5-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、3,3-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,2-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,2,4-トリメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4,4-トリメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-エチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-プロピル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4-ジエチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-エチル-1,7-ヘプタンジアミン、2-プロピル-1,7-ヘプタンジアミン、2-メチル-1,8-オクタンジアミン、3-メチル-1,8-オクタンジアミン、1,3-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、1,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、3,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、4,5-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2,2-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、3,3-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、4,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2-エチル-1,8-オクタンジアミン、2-メチル-1,9-ノナンジアミン、5-メチル-1,9-ノナンジアミン等の分岐状脂肪族ジアミン;
1,2-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン等の脂環式ジアミン;等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
上記脂肪族ジアミンは、耐熱性の観点から、直鎖状脂肪族ジアミン及び分岐状脂肪族ジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1種を用いることが好ましく、直鎖状脂肪族ジアミン及び分岐状脂肪族ジアミンを併用することがより好ましい。
ジアミン単位における上記脂肪族ジアミン以外に由来する構成単位の含有率は、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がさらに好ましく、5モル%以下がよりさらに好ましい。
芳香族ジカルボン酸単位としては、ジアミンとの重合反応が良好に進行し、耐熱性等の物性向上に有利である観点から、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、ジフェン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルスルホン-4,4’-ジカルボン酸等に由来する芳香族ジカルボン酸単位が挙げられる。
半芳香族ポリアミドは、本発明の効果がより顕著に奏される観点から、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、及び2,7-ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジカルボン酸単位を含むことが好ましく、耐熱性がより一層向上する観点から、テレフタル酸及び2,6-ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジカルボン酸単位を含むことがより好ましい。
これら芳香族ジカルボン酸単位は、1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、ジメチルマロン酸等の直鎖状脂肪族ジカルボン酸;
2,2-ジエチルコハク酸、2,2-ジメチルグルタル酸、2-メチルアジピン酸、トリメチルアジピン酸等の分岐状脂肪族ジカルボン酸;
1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;等が挙げられる。
ジカルボン酸単位における上記芳香族ジカルボン酸以外に由来する構成単位の含有率は、30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、10モル%以下がさらに好ましく、5モル%以下がよりさらに好ましい。
半芳香族ポリアミドを構成する全構成単位に対する、芳香族ジカルボン酸に由来する単位の含有率は、15~55モル%が好ましく、25~55モル%がより好ましい。
半芳香族ポリアミドを構成する全構成単位に対する、上記炭素数4~18の脂肪族ジアミン及び芳香族ジカルボン酸に由来する単位の合計含有率は、30~100モル%が好ましく、50~100モル%がより好ましく、70~100モル%がさらに好ましく、90モル%以上であってもよく、さらには100モル%であってもよい。
また、半芳香族ポリアミドは、本発明の効果を損なわない限りにおいて、ジアミン単位及びジカルボン酸単位以外の他の構成単位を含んでもよい。他の構成単位としては、例えば、多価カルボン酸単位、アミノカルボン酸単位及びラクタム単位等が挙げられる。
多価カルボン酸単位としては、トリメリット酸、トリメシン酸、ピロメリット酸などの3価以上の多価カルボン酸に由来する構成単位等が挙げられる。これら多価カルボン酸単位は溶融成形が可能な範囲で含ませることができる。
アミノカルボン酸単位としては、カプロラクタム、ラウリルラクタム等のラクタム;11-アミノウンデカン酸、12-アミノドデカン酸等のアミノカルボン酸などに由来する構成単位等が挙げられる。
ラクタム単位としては、ε-カプロラクタム、エナントラクタム、ウンデカンラクタム、ラウリルラクタム、α-ピロリドン、α-ピペリドンなどに由来する構成単位等が挙げられる。
半芳香族ポリアミドを構成する全構成単位に対する、他の構成単位の含有率は、30モル%以下が好ましく、10モル%以下がさらに好ましい。
本実施態様において、重合体ブロック(A)が含有するポリアミドは、末端封止剤に由来する構成単位を含んでもよい。
末端封止剤由来の構成単位の含有率は、ジアミン単位に対して1.0~10モル%が好ましく、2.0~7.5モル%がより好ましく、2.5~6.5モル%がさらに好ましい。
末端封止剤由来の構成単位の含有率は、重合原料仕込み時におけるジアミンに対する末端封止剤の仕込み量によって調整することができる。なお、重合時にモノマー成分が揮発することを考慮して、得られる樹脂に、所望量の末端封止剤由来の構成単位が導入されるよう、重合原料仕込み時における末端封止剤の仕込み量を微調整することが望ましい。また、重合体ブロック(A)を構成する重合体と上記重合体ブロック(B)を構成する重合体とを重合する際に、末端封止剤を上記所望の範囲となるように仕込むこともできる。また、重合体ブロック(A)を構成する重合体に、後述する末端官能化剤と共に末端封止剤を上記所望の範囲となるように仕込むこともできる。
末端封止剤としては、末端アミノ基又は末端カルボキシル基との反応性を有する単官能性の化合物を用いることができる。具体的には、モノカルボン酸、酸無水物、モノイソシアネート、モノ酸ハロゲン化物、モノエステル類、モノアルコール類、モノアミン等が挙げられる。反応性及び封止末端の安定性などの観点から、末端アミノ基に対する末端封止剤としては、モノカルボン酸が好ましく、末端カルボキシル基に対する末端封止剤としては、モノアミンが好ましい。取り扱いの容易さなどの観点からは、末端封止剤としてはモノカルボン酸がより好ましい。
ポリアミドがジカルボン酸単位とジアミン単位とを含む半芳香族ポリアミドである場合、上記半芳香族ポリアミドは、例えば、ジカルボン酸とジアミンとを原料として、溶融重合法、固相重合法、溶融押出重合法などの方法により製造することができる。具体的には、以下のようにして半芳香族ポリアミドを製造できる。
まず、ジアミン、ジカルボン酸、及び必要に応じてアミノカルボン酸、ラクタム、触媒、末端封止剤等を混合し、ナイロン塩を製造する。次に、生成したナイロン塩を200~250℃の温度に加熱し、加熱重合することで半芳香族ポリアミドをプレポリマーとして得ることができる。
さらに、プレポリマーを固相重合するか、あるいは溶融押出機を用いて高重合度化することにより、半芳香族ポリアミドを所望する分子量に調整することもできる。
高重合度化の段階を固相重合法により行う場合、減圧下又は不活性ガス流通下で行うことが好ましく、重合温度が200~280℃の範囲内であれば、重合速度が大きく、生産性に優れ、着色及びゲル化を有効に抑制することができる。また、高重合度化の段階を溶融押出機により行う場合、重合温度は370℃以下が好ましく、かかる条件で重合を行うと、分解がほとんどなく、劣化の少ない半芳香族ポリアミドが得られる。
触媒の使用量は、半芳香族ポリアミドの原料の総質量100質量%に対して、0.01質量%以上が好ましく、0.05質量%以上がより好ましい。また触媒の使用量は、1.0質量%以下が好ましく、0.5質量%以下がより好ましい。触媒の使用量が上記下限値以上であればより良好に重合が進行する。
本実施態様においてポリアミドは、後述する末端官能化剤によりポリアミドの末端を、所望の官能基あるいは官能基量に調整することができる。
一方、ここでいう末端アミノ基含量は、末端官能化剤により末端変換する前のポリアミドにおける、末端アミノ基含量である。
上記末端変換前のポリアミドは、その末端アミノ基の含有量である末端アミノ基含量([NH2])が、好ましくは1~4,000μmol/g、より好ましくは1~3,000μmol/g、さらに好ましくは1~2,500μmol/g、よりさらに好ましくは1~2,000μmol/gである。
本明細書でいう末端アミノ基含量([NH2])は、ポリアミドが1g中に含有する末端アミノ基の量(単位:μmol)を指し、指示薬を用いた中和滴定法より求めることができる。
上記末端変換前のポリアミドは、その末端カルボキシル基の含有量である末端カルボキシル基含量([COOH])が、好ましくは1~5,000μmol/g、より好ましくは25~4,000μmol/g、さらに好ましくは50~3,000μmol/g、よりさらに好ましくは75~2,500μmol/gである。
本明細書でいう末端カルボキシル基含量([COOH])は、ポリアミドが1g中に含有する末端カルボキシル基の量(単位:μmol)を指し、電位差滴定法より求めることができる。
ポリアミドの融点は、好ましくは230℃以上、より好ましくは240℃以上、さらに好ましくは250℃以上である。ポリアミドの融点が230℃以上であれば、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させやすい。ポリアミドの融点の上限に特に制限はないが、成形性等の観点から、好ましくは320℃以下である。すなわち、ポリアミドの融点は、好ましくは230℃以上320℃以下である。
本発明において、融点は、示差走査熱量分析(DSC)装置を用い、10℃/分の速度で昇温した時に現れる融解ピークのピーク温度として求めることができる。より具体的には、後述する実施例に記載した方法により求めることができる。
重合体ブロック(A)の数平均分子量は、好ましくは300~12,000、より好ましくは300~11,000、さらに好ましくは350~10,000よりさらに好ましくは400~9,000、よりさらに好ましくは400~8,000であり、400~7,000であってもよく、400~6,000であってもよい。上記数値範囲内であれば、重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)との相容性に優れ、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させることができる。
重合体ブロック(A)の重量平均分子量は、好ましくは1,000~50,000、より好ましくは1,100~45,000、さらに好ましくは1,200~40,000、よりさらに好ましくは1,300~40,000、よりさらに好ましくは1,400~36,000であり、1,400~25,000であってもよく、1,400~20,000であってもよい。上記数値範囲内であれば、重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)との相容性に優れ、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させることができる。
本発明において、数平均分子量及び重量平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィで測定することができ、より詳細には、実施例に記載の方法によって測定される値である。
本実施態様において、ポリアミドの末端を所望する官能基あるいは官能基量に調整した重合体ブロック(A)とするため、末端官能化剤を用いることができる。
例えば、上述のポリアミドのプレポリマーに、末端官能化剤を反応させることによりポリアミドの末端を変換することができる。また、原料を仕込む段階でジカルボン酸単位及びジアミン単位のうちどちらか一方を過剰とすることでポリアミドの末端を変換することも可能である。重合体ブロック(A)の末端を、所望する官能基あるいは官能基量に調整することで、重合体ブロック(A)と重合体ブロック(B)とをより良好に結合することができる。末端官能化剤に由来する単位は、重合体ブロック(A)に含まれるものとする。
なお、後述するポリアミドの活性末端官能基量の調整は、例えば、ポリアミドの製造において、反応原料に含まれるカルボキシル基量とアミノ基量とを調整することで行うことができる。
末端官能化剤として用いることができるジカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸及び芳香族ジカルボン酸が挙げられる。
脂肪族ジカルボン酸としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカンジカルボン酸、ドデカンジカルボン酸、ジメチルマロン酸等の直鎖状脂肪族ジカルボン酸;
2,2-ジエチルコハク酸、2,2-ジメチルグルタル酸、2-メチルアジピン酸、トリメチルアジピン酸等の分岐状脂肪族ジカルボン酸;
1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;等が挙げられる。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、ジフェン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルスルホン-4,4’-ジカルボン酸、1,2-ナフタレンジカルボン酸、1,3-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,5-ナフタレンジカルボン酸、1,6-ナフタレンジカルボン酸、1,7-ナフタレンジカルボン酸、1,8-ナフタレンジカルボン酸、2,3-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、2,3-フランジカルボン酸、2,4-フランジカルボン酸、2,5-フランジカルボン酸、3,4-フランジカルボン酸等が挙げられる。
脂肪族ジアミンとしては、例えば、エチレンジアミン、1,3-プロパンジアミン、1,4-ブタンジアミン、1,5-ペンタンジアミン、1,6-ヘキサンジアミン、1,7-ヘプタンジアミン、1,8-オクタンジアミン、1,9-ノナンジアミン、1,10-デカンジアミン、1,11-ウンデカンジアミン、1,12-ドデカンジアミン、1,13-トリデカンジアミン、1,14-テトラデカンジアミン、1,15-ペンタデカンジアミン、1,16-ヘキサデカンジアミン、1,17-ヘプタデカンジアミン、1,18-オクタデカンジアミン等の直鎖状脂肪族ジアミン;
1,2―プロパンジアミン、1-ブチル-1,2-エタンジアミン、1,1-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1-エチル-1,4-ブタンジアミン、2-エチル-1,4-ブタンジアミン、1,2-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1,3-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、1,4-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、2-メチル-1,3-プロパンジアミン、2-メチル-1,4-ブタンジアミン、2,3-ジメチル-1,4-ブタンジアミン、2-メチル-1,5-ペンタンジアミン、3-メチル-1,5-ペンタンジアミン、2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、2-プロピル-1,5-ペンタンジアミン、2-ブチル-2-エチル-1,5-ペンタンジアミン、2,5-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、3,3-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,2-ジメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,2,4-トリメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4,4-トリメチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-エチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-プロピル-1,6-ヘキサンジアミン、2,4-ジエチル-1,6-ヘキサンジアミン、2-エチル-1,7-ヘプタンジアミン、2-プロピル-1,7-ヘプタンジアミン、2-メチル-1,8-オクタンジアミン、3-メチル-1,8-オクタンジアミン、1,3-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、1,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、3,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、4,5-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2,2-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、3,3-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、4,4-ジメチル-1,8-オクタンジアミン、2-エチル-1,8-オクタンジアミン、2-メチル-1,9-ノナンジアミン、5-メチル-1,9-ノナンジアミン等の分岐状脂肪族ジアミン;
1,2-シクロヘキサンジアミン、1,4-シクロヘキサンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1-アミノ-3-アミノメチル-3,5,5-トリメチルシクロヘキサン、ビス(4-アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(3-メチル-4-アミノシクロヘキシル)メタン、2,2-ビス(4-アミノシクロヘキシル)プロパン、ビス(アミノプロピル)ピペラジン等の脂環式ジアミン;等が挙げられる。
芳香族ジアミンとしては、例えば、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミン、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-メチレンジ-2,6-ジエチルアニリン等が挙げられる。
上記末端官能化剤は、1種のみでもよいし、2種以上でもよい。
本発明において、「活性末端官能基含量」とは、ポリアミドブロック共重合体に含まれる重合体ブロック(A)の活性末端官能基の含有量であり、ポリアミドの活性末端官能基の合計含有量が、重合体ブロック(A)の活性末端官能基含量となる。「活性末端官能基」とは、重合体ブロック(B)の末端官能基に対し反応活性を示す官能基であり、アミノ基及びカルボキシル基等が挙げられる。
末端官能化剤を用いてポリアミドの末端を変換した場合、「活性末端官能基含量」は、末端官能基を変換後の活性末端官能基の含有量である。例えば、末端にアミノ基を有するポリアミドを、末端官能化剤を用いてカルボキシル基へ変換する場合、変換後の末端カルボキシル基及び変換されなかった末端アミノ基の合計含有量が、重合体ブロック(A)の活性末端官能基含量となる。
本明細書でいう活性末端官能基含量は、ポリアミド(末端官能化剤を用いた場合は変換後のポリアミド)が1g中に含有する活性末端官能基の量(単位:μmol)を指し、指示薬を用いた中和滴定法および電位差滴定法より求めることができる。具体的には、後述する実施例に記載の方法により算出できる。
重合体ブロック(B)は、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する。より一層優れた柔軟性が得られやすい観点から、重合体ブロック(B)は、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を、好ましくは70モル%以上、より好ましくは90モル%以上含有し、100モル%含有することもできる。重合体ブロック(B)において、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位以外の構成単位は、本発明の効果を得ることができれば制限されない。
重合体ブロック(B)のガラス転移温度は20℃以下である。ガラス転移温度が20℃を超えると、ポリアミドブロック共重合体は優れた柔軟性を有することが困難になる。
重合体ブロック(B)のガラス転移温度は、ポリアミドブロック共重合体に室温で優れた柔軟性を発現しやすい観点から、好ましくは0℃以下、より好ましくは-20℃以下である。
本発明において、ガラス転移温度は、示差走査熱量分析(DSC)装置を用い、2℃/分の速度で昇温した時に現れる変曲点の温度として求めることができる。より具体的には、後述する実施例に記載した方法により求めることができる。または、上記ガラス転移温度は、文献値あるいはメーカーの測定結果を採用することができる。
ポリエーテルとしては、例えば、ポリエーテルジアミン及びポリエーテルジカルボン酸等を用いることができる。中でも、重合体ブロック(A)をハードセグメントとするポリアミドブロック共重合体に、より優れた柔軟性を付与し、また、ポリアミドブロック共重合体に、優れた耐薬品性を発現させることが期待できる観点から、ポリエーテルジアミンが好ましい。ポリエーテルは、1種又は2種以上を用いることができる。
ポリエーテルジアミンとしては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリトリメチレンエーテルグリコール(PO3G)、ポリ(オキシブチレン)グリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、ポリ(3-アルキルテトラヒドロフラン)、特にポリ(3-メチルテトラヒドロフラン)(ポリ(3MeTHF))、ポリペンタメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコール等、及びそれらの共重合体の2つの末端にアミノ基を有するポリエーテルジアミン等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。このようなポリエーテルジアミンは、例えば、ポリエーテルジオールのシアノアセチル化によって得ることができる。
ポリエーテルジカルボン酸としては、例えば、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリプロピレングリコール(PPG)、ポリトリメチレンエーテルグリコール(PO3G)、ポリ(オキシブチレン)グリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール(PTMG)、ポリ(3-アルキルテトラヒドロフラン)、特にポリ(3-メチルテトラヒドロフラン)(ポリ(3MeTHF))、ポリペンタメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコール等、及びそれらの共重合体の2つの末端にカルボキシル基を有するポリエーテルジカルボン酸等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。
ポリエステルとしては、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、及びそれらの共重合体等が挙げられる。
ポリエステルは、ジカルボン酸とジオールとの重縮合によって製造されるものを用いることができる。
ジカルボン酸としては、例えば、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸等の脂肪族ジカルボン酸;1,3-シクロペンタンジカルボン酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環式ジカルボン酸;テレフタル酸、イソフタル酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、2,7-ナフタレンジカルボン酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、1,4-フェニレンジオキシジ酢酸、1,3-フェニレンジオキシジ酢酸、ジフェン酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸、ジフェニルスルホン-4,4’-ジカルボン酸、4,4’-ビフェニルジカルボン酸等の芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。
ジオールとしては、例えば、エチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,2-ブタンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、2,3-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、1,4-ブテンジオール、1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、1,8-オクタンジオール、1,9-ノナンジオール、1,10-デカンジオール、1,12-ドデカンジオール等の脂肪族ジオール;1,4-シクロヘキサンジオール、水素添加ビスフェノールA(2,2-ビス(4-ヒドロキシシクロヘキシル)プロパン)、及びそれらの炭素数2以上4以下のアルキレンオキサイド(平均付加モル数2以上12以下)付加物等の1,4-シクロヘキサンジメタノール以外の脂環式ジオール;ヒドロキノン、ビス(4-ヒドロキシフェニル)メタン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,5-ジヒドロキシナフタレン等の芳香族ジオール等が挙げられる。これらは1種又は2種以上を用いることができる。
ポリエステルの中でも、重合体ブロック(A)をハードセグメントとするポリアミドブロック共重合体により優れた柔軟性を付与し、また、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させることが期待できる観点から、脂肪族ポリエステルが好ましい。
重合体ブロック(B)の数平均分子量は、好ましくは200~5,000、より好ましくは230~4,000、さらに好ましくは300~2,000であり、350~1,500であってもよく、350~1,000であってもよい。上記数値範囲内であれば、重合体ブロック(A)との重合反応が良好に進行し、ポリアミドブロック共重合体の柔軟性をより一層優れさせることができる。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体の製造方法は、上述したポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(A)を構成する重合体と、上述したポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)を構成する重合体とを混合し重合することを特徴とする。
また、本実施態様のポリアミドブロック共重合体の製造方法は、上記末端官能化剤及び/又は上記末端封止剤を使用してもよい。例えば、上記重合体ブロック(A)を構成する重合体と上記重合体ブロック(B)を構成する重合体とを、上記末端官能化剤及び/又は上記末端封止剤の存在下でドライブレンドし、その混合物を溶融混練することでポリアミドブロック共重合体を製造することができる。また、上記重合体ブロック(A)を構成する重合体である半芳香族ポリアミドと上記末端官能化剤及び/又は上記末端封止剤を反応させたのちに粉砕を行うことで重合体ブロック(A)の末端官能基を調整し、次いで上記重合体ブロック(B)を構成する重合体を添加してドライブレンドし、その混合物を溶融混練してもよい。さらに、上記重合体ブロックを(A)を構成する重合体である半芳香族ポリアミドと上記末端官能化剤及び/又は上記末端封止剤を溶融混練機の上部ホッパーから投入して反応させたのちに、上記重合体ブロック(B)を押出機下流側のサイドフィード口から添加することで段階的に溶融混練してもよい。
通常、溶融重合法、固相重合法、溶融押出重合法などの方法を採用することができる。溶融重合法又は溶融押出重合法ののちに固相重合法を組み合わせてもよい。溶融押出重合法としては単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどを使用して溶融混練する方法が好ましく採用される。溶融混練条件は特に限定されないが、例えば、ポリアミドの融点よりも0~60℃程度高い温度範囲で、約1~120分間溶融混練する方法が、本発明の効果をより一層発現させやすくなる観点で好ましい。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体において、重合体ブロック(B)に対する重合体ブロック(A)の質量比率(A)/(B)は、1/99~99/1の範囲にある。質量比率(A)/(B)が上記範囲外であると、ポリアミドブロック共重合体に優れた柔軟性を付与することができない。耐熱性と柔軟性の両立の観点から、質量比率(A)/(B)は、好ましくは5/95~95/5、より好ましくは10/90~95/5、さらに好ましくは20/80~95/5であり、30/70~95/5であってもよく、40/60~95/5であってもよく、40/60~90/10であってもよく、45/55~90/10であってもよく、50/50~90/10であってもよい。
ポリアミドブロック共重合体の数平均分子量は、好ましくは3,000~40,000、より好ましくは4,000~30,000、さらに好ましくは4,500~25,000、よりさらに好ましくは5,000~20,000である。分子量が高い程耐熱性に優れるが、成形加工性が低下する傾向がある。上記数値範囲内であれば、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させることができかつ良好な成形加工性が期待できる。
ポリアミドブロック共重合体の重量平均分子量は、好ましくは40,000~200,000、より好ましくは43,000~200,000、さらに好ましくは45,000~200,000、よりさらに好ましくは50,000~200,000であり、50,000~150,000であってもよい。上記数値範囲内であれば、ポリアミドブロック共重合体はより強靭な材料特性を示しかつ良好な成形加工性が期待できる。
ポリアミドブロック共重合体の分子量分布(重量平均分子量/数平均分子量)は、好ましくは2.0~15.0、より好ましくは3.0~12.0である。分子量分布が上記数値範囲内であれば、ポリアミドブロック共重合体の耐熱性をより一層向上させることができかつ良好な成形加工性が期待できる。
[融点]
ポリアミドブロック共重合体の融点は、230℃以上である。ポリアミドブロック共重合体の融点が230℃未満であると耐熱性に劣る。例えば、ポリアミドブロック共重合体を用いて得られた成形体の熱安定性が不十分となるおそれがある。
ポリアミドブロック共重合体の融点は、好ましくは235℃以上、より好ましくは240℃以上である。ポリアミドブロック共重合体の融点の上限に特に制限はないが、成形性等の観点から、315℃以下が好ましい。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体について、JIS K 7161-1:2014に準じて測定した引張破断強度は、好ましくは5MPa以上、より好ましくは10MPa以上、さらに好ましくは15MPa以上である。
本明細書において引張特性は、機械的強度と柔軟性の指標である。上記引張破断強度が5MPa以上であれば、ポリアミドブロック共重合体は優れた機械的強度を有するといえる。
上記引張破断強度は、より具体的には、後述する実施例に記載した方法により求めることができる。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体について、JIS K 7161-1:2014に準じて測定した引張破断伸びは、好ましくは30%以上、より好ましくは50%以上、さらに好ましくは100%以上であり、200%以上とすることもできる。
本明細書において引張特性は、柔軟性の指標である。上記引張破断伸びが30%以上であれば、ポリアミドブロック共重合体は優れた柔軟性を有するといえる。
上記引張破断伸びは、より具体的には、後述する実施例に記載した方法により求めることができる。
本実施態様の一つとして、上記ポリアミドブロック共重合体を含むポリアミドブロック共重合体組成物とすることができる。
ポリアミドブロック共重合体組成物は、上記ポリアミドブロック共重合体に、ポリアミドブロック共重合体以外の成分を添加することによって製造される。該成分としては、例えば、酸化防止剤、オゾン亀裂防止剤、耐候安定剤、紫外線吸収剤、耐加水分解安定剤、充填剤、結晶核剤、強化剤、カーボンブラック、顔料、無機染料、有機染料、着色剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、艶消剤、帯電防止剤、可塑剤、滑剤、離型剤、収縮抵抗剤、相容化剤、難燃剤、難燃助剤、発泡剤等の添加剤が挙げられる。
これらは1種のみ含まれていてもよいし、2種以上含まれていてもよい。
上記添加剤の含有量は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、ポリアミドブロック共重合体100質量部に対して、0.02~200質量部にすることができる。
上記添加剤の添加方法としては、例えば、ポリアミドブロック共重合体の重合時に添加する方法、ポリアミドブロック共重合体にドライブレンドし溶融混練する方法などが挙げられる。
ポリアミドブロック共重合体組成物の製造方法に特に制限はなく、ポリアミドブロック共重合体及び上記添加剤を均一に混合することのできる方法を好ましく採用することができる。混合は、通常、単軸押出機、二軸押出機、ニーダー、バンバリーミキサーなどを使用して溶融混練する方法が好ましく採用される。溶融混練条件は特に限定されないが、例えば、ポリアミドブロック共重合体の融点よりも0~60℃程度高い温度範囲で、約1~120分間溶融混練する方法が挙げられる。
本実施態様の一つとして、上記ポリアミドブロック共重合体又は上記ポリアミドブロック共重合体組成物からなる成形体とすることができる。
本実施態様の成形品は、電気電子部品、自動車部品、産業部品、繊維、フィルム、シート、家庭用品、その他の任意の形状及び用途の各種成形品として使用することができる。
本実施態様のポリアミドブロック共重合体及びポリアミドブロック共重合体組成物は、柔軟性を示し、かつ耐熱性に優れることから、これらの物性が求められる幅広い分野で利用できる。例えば、本実施態様のポリアミドブロック共重合体及びポリアミドブロック共重合体組成物は、電気電子部品、自動車部品、産業資材部品、工業用部品、日用品、家庭用品用、スポーツ用部品、レジャー用部品及び医療用部品などの各種部品材料として幅広く利用できる。特に射出成形による複雑形状部品、ブロー成形による中空成形部品、押出成形によるホース及びチューブ形状部品やフィルム及びシート、射出及び/又は押出発泡成形による軽量部材や断熱材料、並びに樹脂改質用添加剤として応用可能である。
電子電機部品の中で更に具体的には、携帯電話及びゲーム機ヒンジ部、カメラ用グリップ、プリンタートラクターベルト、電線被覆、家電製品用チューブ等への材料として利用できる。
自動車部品の中で更に具体的には、等速ジョイントブーツ用部品、カールコード、エアバックドア、油圧ホース、シフトレバー、ケーブルライナー、自動車用ベルト、フューエルテザーキャップ、ドアロック、ステアリングスイッチ、シートロック、アクセルペダル、エアダクト、エアレスタイヤ、タイヤ骨格体、タイヤ用インナーライナー等への材料として利用できる。
産業資材部品及び/または工業用部品の中で更に具体的には、水中ポンプ、シール部材、ブッシュ、チューブ、スパイラルチューブ、ダイヤフラム、モップジョイント、ノイズレスギア、マンドレル、フィルム、不織布、モノフィラメント、ボールジョイントシート、レジスターロッド、消防ホース、コンベアベルト、プーリー、ワイヤーケーブル等への材料として利用できる。
日用品及び/または家庭用品用の中で更に具体的には、ヘアードライヤーブラシ、マニキュアケース、ホットカーラー、ファスナー引手、ボビンケース、コンソールシャッター、コルゲートチューブ、コルゲートホース等への材料として利用できる。
スポーツ用部品の中で更に具体的には、ランニングシューズ、スパイクシューズ、スキーブーツ等への材料として利用できる。
医療用部品の中で更に具体的には、医療用カテーテル、ウェアラブルデバイス、光学製品、アイケア用部品等への材料として利用できる。
以下の方法により、各種物性を測定又は評価した。
重合体ブロック(A)として用いる合成例で製造した半芳香族ポリアミド、重合体ブロック(B)として用いるポリエーテル、並びに、実施例及び比較例で得られたポリアミドブロック共重合体をそれぞれ試料とし、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により標準ポリメチルメタクリレート換算分子量として、数平均分子量(Mn)、重量平均分子量(Mw)、及び分子量分布(Mw/Mn)を求めた。
1,1,1,3,3,3-ヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)1kgに対して0.85gの割合でトリフルオロ酢酸ナトリウムを溶解させたHFIP溶液を溶離液として用いた。試料を樹脂換算で1.5mg計量し、3mLの上記溶離液に溶解させた。該溶液を0.4μmのメンブランフィルターを通して測定サンプルを作製した。測定条件は以下の通りとした。
(測定条件)
装置:HLC-8320GPC(東ソー株式会社製)
カラム:TSK gel Super HM-H(東ソー株式会社製)2本を直列に連結した。
溶離液:0.085%トリフルオロ酢酸ナトリウム/HFIP溶液
流速:0.5mL/分(リファレンスカラム:0.25mL/分)
サンプル注入量:30μL
カラム温度:40℃
標準ポリメチルメタクリレート:昭和電工株式会社ShodexStandard M-75,アジレント・テクノロジー株式会社Polymethlmethacrylate分子量1010及び分子量535
検出器:UV(254nm)検出器、UV(210nm)検出器
合成例で製造した半芳香族ポリアミドを試料として、試料1gをフェノール35mlに溶解し、メタノールを3ml混合し、試料溶液とした。チモールブルーを指示薬とし、0.01又は0.1規定のHCl水溶液を使用した滴定を実施し、末端アミノ基含量([NH2]、単位:μmol/g)を測定した。
合成例で製造した半芳香族ポリアミドを試料として、試料0.5gをオルトクレゾール40mlに溶解し、試料溶液とした。電位差滴定装置を使用し、0.01又は0.1規定のKOH/EtOH溶液を使用した滴定を実施し、末端カルボキシル基含量([COOH]、単位:μmol/g)を測定した。
(測定条件)
測定装置:MCU-710M/S(京都電子工業株式会社製)
測定ユニット:AT-710
メインコントロールユニット:MCU-710
上記末端アミノ基含量の測定及び末端カルボキシル基含量の測定から得られた半芳香族ポリアミドの各官能基量[NH2]及び[COOH]、表3に示す半芳香族ポリアミドの質量部([PA質量部])、並びに末端官能化剤の質量部([末端官能化剤質量部])を用い、下記〈式〉から重合体ブロック(A)の活性末端官能基含量を算出した。
なお、後述する末端官能化剤(ジカルボン酸モノマー)により、半芳香族ポリアミドの末端アミノ基は定量的にカルボキシル基へ変換されることを確認した。
〈式〉:
活性末端官能基含量(μmol/g)=
([NH2]+[COOH])×([PA質量部]÷([PA質量部]+[末端官能化剤質量部]))
合成例で製造した半芳香族ポリアミド、並びに、実施例及び比較例で得られたポリアミドブロック共重合体をそれぞれ試料とし、これらの融点は、TAインスツルメント社製示差走査熱量分析装置「DSC25」を使用して測定した。
融点は、ISO11357-3(2011年第2版)に準拠して測定を行った。具体的には、窒素雰囲気下で、30℃から340℃へ10℃/分の速度で試料を加熱し、340℃で5分間保持して試料を完全に融解させた後、10℃/分の速度で50℃まで冷却し50℃で5分間保持した。再び10℃/分の速度で340℃まで昇温した時に現れる融解ピークのピーク温度を融点(℃)とし、融解ピークが複数ある場合は最も高温側の融解ピークのピーク温度を融点(℃)とした。
以下の方法で引張評価を実施した。
実施例及び比較例で得られたポリアミドブロック共重合体の小型試験片タイプ1BA(2mm厚)を140℃の乾燥機内に6時間静置した後、インストロン万能試験機(インストロン社製「5566型」)を使用して、23℃における引張破断強度及び引張破断伸びを測定した。
具体的には、チャック間距離25mm、ひずみ0~0.3%の領域では試験速度0.25mm/minとし、その後、ひずみ0.3%以上の領域では試験速度50mm/minとした。なお、引張破断伸びは呼びひずみの値を採用した。
重合体ブロック(A)の構成要素として、以下の合成例で製造したPA-1~9を使用した。
[合成例1]
半芳香族ポリアミド(PA-1)の製造
テレフタル酸1017.6g(6.13モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比50/50)の混合物988.2g(6.24モル)、安息香酸18.2g(0.15モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物2.0g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水788mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-1」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-2)の製造
テレフタル酸1015.6g(6.11モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比80/20)の混合物988.2g(6.24モル)、安息香酸21.2g(0.17モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物2.0g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水788mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-2」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-3)の製造
テレフタル酸991.1g(5.97モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比85/15)の混合物972.3g(6.14モル)、安息香酸32.8g(0.27モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物2.0g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水777mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-3」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-4)の製造
テレフタル酸1116.4g(6.72モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比50/50)の混合物886.4g(5.60モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物2.0g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水780mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。これを230℃、13Pa(0.1mmHg)にて10時間固相重合しポリアミドを得た。このポリアミドを「PA-4」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-5)の製造
テレフタル酸1043.8g(6.28モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比50/50)の混合物965.5g(6.10モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物2.0g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水782mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。これを230℃、13Pa(0.1mmHg)にて10時間固相重合しポリアミドを得た。このポリアミドを「PA-5」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-6)の製造
2,6-ナフタレンジカルボン酸836.7g(3.87モル)、1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比85/15)の混合物637.6g(4.03モル)、安息香酸31.8g(0.26モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物1.5g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水677mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-6」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-7)の製造
テレフタル酸732.7g(4.41モル)、1,10-デカンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比80/20)の混合物768.1g(4.53モル)、安息香酸22.0g(0.18モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物1.5g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水593mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-7」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-8)の製造
テレフタル酸732.7g(4.41モル)、1,10-デカンジアミン/ヘキサメチレンジアミン(モル比80/20)の混合物730.0g(4.53モル)、安息香酸22.0g(0.18モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物1.5g(原料の総質量に対して0.1質量%)及び蒸留水578mLを内容積5Lのオートクレーブに入れ、窒素置換した。100℃で30分間撹拌し、3時間かけてオートクレーブ内部の温度を220℃に昇温した。この時、オートクレーブ内部の圧力は2.0MPaまで昇圧した。そのまま2時間、圧力を2.0MPaに保ちながら加熱を続け、水蒸気を徐々に抜いて反応させた。さらに1時間反応させて、プレポリマーを得た。得られたプレポリマーを、120℃、減圧下で24時間乾燥し、1mm以下の粒径まで粉砕した。このプレポリマーを「PA-8」と略称する。
半芳香族ポリアミド(PA-9)の製造
合成例8で得たPA-8を230℃、13Pa(0.1mmHg)にて10時間固相重合しポリアミドを得た。このポリアミドを「PA-9」と略称する。
テレフタル酸39.9g(0.24モル)と1,9-ノナンジアミン/2-メチル-1,8-オクタンジアミン(モル比80/20)の混合物31.7g(0.20モル)、次亜リン酸ナトリウム一水和物0.072g(原料の総質量に対して0.1質量%)を混合攪拌した。この混合物を「モノマー混合物」と略称する。
また、重合体ブロック(A)の構成要素として、次のジカルボン酸モノマーを末端官能化剤として用いた。
・アジピン酸(「AA」と略称):東京化成工業株式会社製
・テレフタル酸(「TA」と略称):東京化成工業株式会社製
なお、表1中の表記は次のとおりである。
「n/i」は、直鎖状ジアミン単位/分岐状ジアミン単位のモル比を示す。なお、PA-8及びPA-9の欄において「n/i」は、1,10-デカンジアミン/ヘキサメチレンジアミンのモル比を示す。
「[NH2]」は、末端アミノ基含量を示す。
「[COOH]」は、末端カルボキシル基含量を示す。
重合体ブロック(B)として、以下のものを使用した。
[ポリエーテル]
・PE-1:ポリエーテルジアミン、シグマアルドリッチ社製、Jeffamine(登録商標)ED-600
・PE-2:ポリエーテルジアミン、シグマアルドリッチ社製、Jeffamine(登録商標)ED-900
・PE-3:ポリオキシプロピレンジアミン、シグマアルドリッチ社製、D-400
・PE-4:ポリオキシエチレンジアミン、広栄化学株式会社製、PEGPA-400
・PE-5:ポリオキシエチレンジアミン、広栄化学株式会社製、PEGPA-1000
・PE-6:ポリオキシテトラメチレンジアミン、広栄化学株式会社製、PTMGPA-1000
なお、表2中の表記は次のとおりである。
「[NH2]」は、末端アミノ基含量を示す。
「Tg」は、下記[ガラス転移温度の測定方法]により測定したガラス転移温度を示す。
なお、「<-70」は、装置測定限界である-70℃以上の範囲での変曲点が確認できなかったため、-70℃以下にガラス転移温度があることを示す。また、参考値としてポリエーテルジオールでのガラス転移温度(文献値に基づく)を記載する。「~-70」は、-80~-60℃の間を示し、「~-85」は-95~-75℃の間を示す。
[ガラス転移温度の測定方法]
重合体ブロック(B)をそれぞれ試料とし、これらのガラス転移温度は、TAインスツルメント社製示差走査熱量分析装置「DSC25」を使用して測定した。
ガラス転移温度は、窒素雰囲気下で、25℃から-90℃へ2℃/分の速度で試料を冷却し、-90℃で10分間保持して試料を完全に冷却させた後、2℃/分の速度で25℃まで昇温した時に現れる変曲点の温度をガラス転移温度(℃)とした。
各成分を表3に示す割合(質量部)で予め混合した。固体サンプルについてはドライブレンドで、液体サンプルについては固体サンプルに膨潤させることで混合を行った。
調製した混合サンプル5~20gをXplore Instruments社製の卓上型小型混練機・射出成形機(「Xplore MC15」)を用いて、ポリアミドの融点よりも0~60℃高いシリンダー温度で1~120分間溶融混練して押出し、冷却及び切断してペレット状のポリアミドブロック共重合体を製造した。引張り評価用試験片は、上記同様に調製した混合サンプルを溶融混練したのち、射出成形機Tランナー金型の金型温度50~200℃、射出圧力0.1~7.0barの条件下で引張り評価用の小型試験片タイプ1BA(2mm厚、全長75mm、平行部長さ30mm、平行部幅5mm)を作製した。
なお、表3中の表記は次のとおりである。
「C9DA」は、1,9-ノナンジアミン単位を示す。
「MC8DA」は、2-メチル-1,8-オクタンジアミン単位を示す。
「DDA」は、1,10-デカンジアミン単位を示す。
「HMDA」は、ヘキサメチレンジアミン単位を示す。
特許文献1で開示されているポリアミドブロック共重合体は比較例1に相当するモノマー混合物を使用しており、上記結果から溶融加工性、耐熱性及び柔軟性の観点から好ましくない。
Claims (14)
- ポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(A)と、
ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)とを含むポリアミドブロック共重合体であって、
前記重合体ブロック(A)の活性末端官能基含量が、50~5,000μmol/gであり、
前記重合体ブロック(B)が、ポリエーテルジアミンに由来する構成単位を含み、
前記重合体ブロック(B)のガラス転移温度が20℃以下であり、
前記ポリアミドブロック共重合体の融点が230℃以上である、
ポリアミドブロック共重合体。 - 前記ポリアミドが、半芳香族ポリアミドである、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記半芳香族ポリアミドが、脂肪族ジアミン単位を主成分とするジアミン単位と、芳香族ジカルボン酸単位を主成分とするジカルボン酸単位とを含む、請求項2に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記半芳香族ポリアミドが、全ジアミン単位に対し炭素数4~18の脂肪族ジアミンに由来するジアミン単位を30モル%以上含有する、請求項2又は3に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記半芳香族ポリアミドが、1,9-ノナンジアミン及び2-メチル-1,8-オクタンジアミンからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジアミン単位を含む、請求項2に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記半芳香族ポリアミドが、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、及び2,7-ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジカルボン酸単位を含む、請求項2に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記半芳香族ポリアミドが、テレフタル酸、1,4-ナフタレンジカルボン酸、2,6-ナフタレンジカルボン酸、及び2,7-ナフタレンジカルボン酸からなる群より選ばれる少なくとも1つに由来するジカルボン酸単位を含む、請求項5に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記重合体ブロック(B)が、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリトリメチレンエーテルグリコール、ポリ(オキシブチレン)グリコール、ポリテトラメチレンエーテルグリコール、ポリ(3-アルキルテトラヒドロフラン)、ポリペンタメチレンエーテルグリコール、ポリヘキサメチレンエーテルグリコール、ポリオクタメチレンエーテルグリコール及びそれらの共重合体の群より選択される重合体の2つの末端にアミノ基を有するポリエーテルジアミンに由来する構成単位を含む、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 前記重合体ブロック(A)の重量平均分子量が、1,000~50,000である、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 重量平均分子量が、40,000~200,000である、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体。
- JIS K 7161-1:2014に準じて測定した引張破断伸びが、30%以上である、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体。
- 請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体を含む、ポリアミドブロック共重合体組成物。
- 請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体又は請求項12に記載のポリアミドブロック共重合体組成物からなる、成形体。
- ポリアミドに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(A)を構成する重合体と、ポリエーテル及びポリエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つに由来する構成単位を50モル%以上含有する重合体ブロック(B)を構成する重合体とを混合し重合する、請求項1に記載のポリアミドブロック共重合体の製造方法。
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