JP7347682B2 - ポリアリーレンスルフィドの品質向上方法およびポリアリーレンスルフィド樹脂組成物の製造方法 - Google Patents
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Description
下記の工程1~4を行ってポリアリーレンスルフィド(以下、PAS)のオリゴマー成分を分離するPASの品質向上方法であって、工程1の溶解前におけるPAS樹脂組成物またはその成形品に含まれるPASの重量平均分子量(以下、Mw)が1万以上、6万以下であり、工程1から工程3にかけて同一の有機極性溶媒中で行い、該有機極性溶媒がNMPである、PASの品質向上方法。
工程1:有機極性溶媒中で前記PAS樹脂組成物またはその成形品を200℃以上400℃未満に加熱してPASを溶解させてPAS溶液(A)を得る工程、
工程2:PAS溶液(A)を固液分離して、固体とPAS溶液(B)に分離する工程、
工程3:工程2で得たPAS溶液(B)を100℃以上150℃以下に冷却してPASを析出させる工程、
工程4:工程3で得た混合物を固液分離してPASを分離する工程。
上記の、前記工程4の後に、分離したPASを洗浄して回収する品質向上方法により得られたPASを原料に用いる、PAS樹脂組成物の製造方法。
PAS樹脂組成物は、PASに充填材などの添加剤を配合し、PASの融点以上に加熱、溶融混練して得られるものであるが、優れた特性を発現させるために充填材として無機充填材や有機充填材を用いることが一般的である。
自動車、電気電子、住設などの各種部材では、PAS樹脂組成物を射出成形、押出成形、圧縮成形などで所望の形状に成形して用いられる。これら成形品を成形する際、樹脂単独での成形、樹脂と金属類を複合化するインサート成形、他樹脂と複合化する二色成形など様々な成形方法が採用されており、本発明で用いる成形品もこれら成形方法に特に制限はない。また、レーザー溶着、熱板溶着、IR溶着、振動溶着などの溶着接合や、接着剤での接合など、各種接合方法が採用された成形品を用いることも可能である。また、上記成形によって得られた成形品だけでなく、PASで構成される繊維やフィルムやそれらの複合体を用いることも可能である。
PAS樹脂組成物またはその成形品を溶解させる有機極性溶媒としては、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドンなどのN-アルキルピロリドン類;N-メチル-ε-カプロラクタムなどのカプロラクタム類;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、ジメチルスルホン、テトラメチレンスルホキシドなどに代表されるアプロチック有機溶媒;およびこれらの混合物が好ましく使用される。なかでも、PASの重量平均分子量によって溶解性が制御しやすい観点と、水との混和性の観点で、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMP)が好ましく用いられる。
工程1では、有機極性溶媒中でPAS樹脂組成物またはその成形品を200℃以上400℃未満に加熱してPASを溶解させてPAS溶液(A)を得る。PASを十分溶解させてPASの回収率を高める観点で220℃以上が好ましく、240℃以上がより好ましい。また、省エネルギーの観点で300℃未満が好ましく、PASの融点以下である270℃未満がより好ましい。
本発明の工程2では、工程1で得たPAS溶液(A)を不溶成分である固体とPAS溶液(B)へ固液分離を行う。固液分離を行う方法は特に制限されず公知の方法を採用可能であり、フィルターを用いるろ過である加圧ろ過や減圧濾過、固形分と溶液の比重差による分離である沈降分離や、遠心分離、さらにこれらを組み合わせた方法などを採用可能である。ろ過操作の前に沈殿分離を行うデカンタ分離方式も好ましい方法である。
本発明の工程3では、工程2で得たPAS溶液(B)を20℃以上200℃以下に冷却してPASを析出させる。工程1から工程3にかけて同一の有機極性溶媒中で、温度を段階的に変化させて固液分離を行うことで、LCAの観点で合理的に汚れ等を含むPPS樹脂組成物またはその成形品からPASの回収が可能となる。
本発明の工程4では、工程3で得た析出したPASを含む混合物をPASと、汚れ等を含む有機極性溶媒へ固液分離を行う。固液分離を行う方法は特に制限されず公知の方法を採用可能であり、フィルターを用いるろ過である加圧ろ過や減圧濾過、固形分と溶液の比重差による分離である沈降分離や、遠心分離さらにこれらを組み合わせた方法などを採用可能である。ろ過操作の前に沈殿分離を行うデカンタ分離方式も好ましい方法である。
本発明で回収したPASは、再重合等で新たに資源を投入したり、多大なエネルギーを消費することなく、再度利用することができ、PASをフィルム、繊維、樹脂に加工したり、PASと配合材を溶融混練することでPAS樹脂組成物やその成形品として再生可能であり、自動車、電気電子、住設など各種用途でのエコマテリアルとしての利用が期待できる。またこれら用途で十分な物性を発現させるため、回収したPASの重量平均分子量は10,000以上、60,000以下が好ましく、20,000以上がより好ましい。
重量平均分子量(Mw)は、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算出した。GPCの測定条件を以下に示す。
装置:SSC-7100((株)センシュー科学)
カラム名:GPC3506((株)センシュー科学)
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、検出器温度:210℃
流量:1.0mL/min
サンプル濃度:0.2重量%(溶媒:1-クロロナフタレン)
(2)発生ガス量
各実施例および比較例により得られた回収PPSをアルミカップに10g秤量し、320℃に加熱したエスペック(株)製熱風乾燥機PHH202中にて2hr処理し、室温で放冷した。次いで、重量を測定し、乾燥処理前の重量に対する乾燥処理前後における重量変化の比である重量減少率(%)を求め、発生ガス量とした。
(3)機械特性
ISO(1A)ダンベル試験片について、23℃条件下、オートグラフ試験機AG-Xplus20kNを用い、ISO527-1(2012),ISO527-2(2012)に従い、支点間距離114mm、引張速度5mm/minの条件で引張特性を評価した。
撹拌機および底栓弁付きの70Lオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8.3kg(70.0モル)、96%水酸化ナトリウム2.9kg(69.8モル)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)11.5kg(115.5モル)、酢酸ナトリウム1.9kg(23.1モル)、及びイオン交換水10.5kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14.8kgおよびNMP0.3kgを留出した後、反応容器を200℃に冷却した。硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
(株)日本製鋼所製TEX30α型二軸押出機(L/D=30)の元込め部にPPS-1を60重量部投入し、更に、該二軸押出機のサイドフィーダーからガラス繊維(日本電気硝子(株)製T-747H、平均繊維径10.5μm)を40重量部投入し、320℃、200rpmの条件で溶融混練を行った。ストランドカッターで10mm長以下にペレット化した後、120℃で乾燥してPPS樹脂組成物を得た。得られたPPS樹脂組成物を住友重機械工業(株)製射出成形機SE75DUZ-C250を用いて樹脂温度310℃、金型温度130℃で射出成形を行い、ISO(1A)ダンベルの成形品(PPS-2)を作製した。
底栓弁を備えた1Lオートクレーブおよび底栓弁の下方に窒素加圧可能な高温濾過器(ポアサイズ1μmのPTFEフィルター使用)を直結した装置を用意した。PPS-2を10g、NMP300g(有機極性溶媒1kgあたりのPPS重量は20g)をオートクレーブに仕込み、窒素置換した後に60分かけて250℃まで昇温した後、60分保持してPPS溶液(A)を得た(工程1)。その後、オートクレーブの底栓弁を開放して250℃の高温濾過器に移送すると共に高温濾過器を窒素で0.2MPaに加圧し、250℃の非酸化性雰囲気化で加圧濾過してPPS溶液(B)とガラス繊維を分離した(工程2)。得られたPAS溶液(B)を75℃まで冷却してPPSを析出させた(工程3)。その後、5Lのイオン交換水中に投入して、目開き10~16μmの濾過器で濾過した。得られたケークは75℃で同様の水洗と濾過を3回繰り返し、120℃で乾燥して回収PPSを得た。得られた回収PPSの重量と、仕込んだPPS-2中のPPS重量から回収率を求めた。また、前記方法で回収PPSの重量平均分子量と、発生ガス量を求めた。
有機極性溶媒1kgあたりのPPS重量と、工程3の析出温度を変更した以外は、比較例1と同様の操作により回収PPSを得た。
有機極性溶媒に替えて1-クロロナフタレン(1-CN)300gを溶媒としてオートクレーブに仕込み、比較例1と同様に工程1および工程2を行った。得られた250℃のPPS溶液(B)を5Lのアセトン中に投入してPPSを析出させ、目開き10~16μmの濾過器で濾過した。得られたケークは30℃のアセトンで洗浄と濾過を3回繰り返し、120℃で乾燥して回収PPSを得た。
溶媒1kgあたりのPPS重量を変更した以外は比較例6と同様の操作により回収PPSを得た。
撹拌機および底栓弁付きの70Lオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8.27kg(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2.94kg(70.63モル)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)11.45kg(115.50モル)、酢酸ナトリウム2.24kg(27.3モル)、及びイオン交換水5.50kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水9.77kgおよびNMP0.28kgを留出した後、反応容器を200℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
[参考例4]PPS樹脂組成物の成形品(PPS-4)
PPS-1の代わりにPPS-3を用いたこと以外はPPS-2と同様にASTM1号ダンベルの成形品(PPS-4)を作製した。
[比較例8]
底栓弁を備えた1Lオートクレーブおよび底栓弁の下方に窒素加圧可能な高温濾過器(ポアサイズ1μmのPTFEフィルター使用)を直結した装置を用意した。PPS-4を50g、NMP300g(有機極性溶媒1kgあたりのPPS重量は100g)をオートクレーブに仕込み、窒素置換した後に250℃まで昇温して1時間保持してPPS溶液(A)を得た(工程1)。その後、オートクレーブの底栓弁を開放して250℃の高温濾過器に移送すると共に高温濾過器を窒素で0.2MPaに加圧し、250℃の非酸化性雰囲気化で加圧濾過してPPS溶液(B)とガラス繊維を分離した(工程2)。得られたPAS溶液(B)を150℃まで冷却してPPSを析出させた(工程3)。その後、5Lのイオン交換水中に投入して、目開き10~16μmの濾過器で濾過した。得られたケークは75℃で同様の水洗と濾過を3回繰り返し、120℃で乾燥して回収PPSを得た。得られた回収PPSの重量と、仕込んだPPS-2中のPPS重量から回収率を求めた。また、前記方法で回収PPSの重量平均分子量と、重量減少率を求めた。また、工程1後のPPSの重量平均分子量を分析するために、高温濾過器にPTFEフィルターを使用しないことで、工程2で固液分離を行わずに移液したPAS溶液(A)の重量平均分子量を測定した。
[比較例9]
工程1の加熱温度を280℃に変更した以外比較例8と同様の操作により回収PPSを得た。
[比較例10]
工程1の前にPPS-4を(株)日本製鋼所製TEX30α型二軸押出機(L/D=30)に投入し、320℃、200rpmの条件で溶融混練を行って得たストランドを水冷バスで急冷した後、ストランドカッターで10mm長以下にペレット化したこと以外は、比較例8と同様の操作により回収PPSを得た。
[比較例11]
工程1に投入する原料に、PPS-4とNMPに加えて、48重量%水硫化ナトリウム(NaSH)を114.0g、NaOH39.8gとNMP163.6gを120℃以上に加熱・反応させて事前作製した化合物を0.73g仕込んだこと以外は、比較例8と同様の操作により回収PPSを得た。
[実施例5]
ポンプを具備した循環ライン(I)と撹拌機を具備した300L耐圧容器(I)にPPS-2を33.5kg、NMP200kg(有機極性溶媒1kgあたりのPPS重量は100g)を仕込み、窒素置換した。ポンプを具備した循環ライン(II)と撹拌ラインを具備した70L耐圧容器(II)にNMP20kgを仕込み、窒素置換した。
[参考例5]
市場での使用後に回収された自動車用金属インサート部品からPPS樹脂組成物で構成された樹脂部を取り外した後、長軸寸法が100mm以下になるよう破砕機で粗く破砕し、水で洗浄して、長軸寸法が10mm以下になるように粉砕して油汚れが付着したPPS樹脂組成物の成形品(PPS-5)を得た。
[参考例6]
市場での使用後に回収された住設水廻り部品からPPS樹脂組成物で構成された樹脂部を取り外した後、長軸寸法が10mm以下になるように粉砕して水で洗浄して、錆びが付着したPPS樹脂組成物の成形品(PPS-6)を得た。
[参考例7]
市場での使用後に回収されたバグフィルターからPPSで構成された繊維を回収し、水で洗浄した。煤や油汚れが付着したPPS繊維(PPS-7)を得た。
[実施例6~11、比較例12~14]
PPS樹脂組成物または成形品の種類と、工程3の析出温度を表4に示す通りにした以外は、実施例4と同様の操作により回収PPSを得た。
[実施例12]
PPS-1の代わりに、実施例4により回収されたPPS(PPS-8)を用いたこと以外は、参考例2と同様の操作により、ISO(1A)ダンベルの成形品を作製し、PPS-2の機械特性と比較した。
Claims (9)
- 下記の工程1~4を行ってポリアリーレンスルフィド(以下、PAS)のオリゴマー成分を分離するPASの品質向上方法であって、工程1の溶解前におけるPAS樹脂組成物またはその成形品に含まれるPASの重量平均分子量(以下、Mw)が1万以上、6万以下であり、工程1から工程3にかけて同一の有機極性溶媒中で行い、該有機極性溶媒がNMPである、PASの品質向上方法。
工程1:有機極性溶媒中で前記PAS樹脂組成物またはその成形品を200℃以上400℃未満に加熱してPASを溶解させてPAS溶液(A)を得る工程、
工程2:PAS溶液(A)を固液分離して、固体とPAS溶液(B)に分離する工程、
工程3:工程2で得たPAS溶液(B)を100℃以上150℃以下に冷却してPASを析出させる工程、
工程4:工程3で得た混合物を固液分離してPASを分離する工程 - 前記工程1のPAS樹脂組成物またはその成形品が、無機充填材、および有機充填材から選ばれる少なくとも一種を含む請求項1記載のPASの品質向上方法。
- 前記工程1のPAS樹脂組成物の成形品が、製品として使用後に回収された成形品である請求項1記載のPASの品質向上方法。
- 前記工程1~4の一部または全てを連続方式で行う請求項1記載のPASの品質向上方法。
- 前記工程1の溶解前におけるPAS樹脂組成物またはその成形品に含まれるPASのMwを、工程1において1万以上、6万以下まで低下させる請求項1記載のPASの品質向上方法。
- 前記工程1において、溶液に硫黄化合物を添加する請求項5記載のPASの品質向上方法。
- 前記硫黄化合物が、アルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物および硫化水素から選ばれる少なくとも一種の化合物である請求項6記載のPASの品質向上方法。
- 前記工程4の後に、分離したPASを洗浄して回収する請求項1記載のPASの品質向上方法。
- 請求項8の品質向上方法により得られたPASを原料に用いる、PAS樹脂組成物の製造方法。
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