JP7547829B2 - Method for producing polyarylene sulfide - Google Patents
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- Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
Description
本発明は、ポリアリーレンスルフィドの本来有する耐熱性、耐薬品性、寸法安定性などを損なうこともなく、低吸水性と溶融安定性のバランスに優れると同時に、成形時の発生ガス量、発生ヤニ量を低減し、さらには成形時の溶融流動性の高いポリアリーレンンスルフィドの製造法に関するものであり、特に低ハロゲン、低電解質を要求される電気・電子部品又は自動車電装部品などの電気・電子部品用途に特に有用なポリアリーレンスルフィドの製造法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide that has an excellent balance between low water absorption and melt stability without impairing the inherent heat resistance, chemical resistance, dimensional stability, etc. of polyarylene sulfide, while at the same time reducing the amount of gas and tar generated during molding and exhibiting high melt fluidity during molding. The present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide that is particularly useful for electrical and electronic component applications such as electrical and electronic components or automotive electrical components that require low halogen and low electrolytes.
ポリアリーレンスルフィドは、耐熱性、耐薬品性、寸法安定性などに優れた特性を示す樹脂であり、その優れた特性を生かし、電気・電子機器部材、自動車機器部材およびOA機器部材等に幅広く使用されている。これらポリアレーレンスルフィドは、通常、N-メチル-2-ピロリドン(以下、NMPと記す。)等の極性有機溶媒中で、ジクロロベンゼン等のポリハロゲン化芳香族化合物と硫化ナトリウム等のアルカリ金属硫化物との重合反応を行うことにより製造されている。この様に製造されたポリアリーレンスルフィドには、生成するポリアリーレンスルフィドとほぼ同量のアルカリ金属塩が副生してくる。更に副生物として、各種オリゴマー成分が生成することが知られており、これら金属塩やオリゴマー成分がポリアリーレンスルフィドの性能を低下させることが知られている。 Polyarylene sulfide is a resin that exhibits excellent properties such as heat resistance, chemical resistance, and dimensional stability, and is widely used in electrical and electronic equipment components, automotive equipment components, and office equipment components, taking advantage of these excellent properties. These polyarylene sulfides are usually produced by carrying out a polymerization reaction between a polyhalogenated aromatic compound such as dichlorobenzene and an alkali metal sulfide such as sodium sulfide in a polar organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter referred to as NMP). The polyarylene sulfide produced in this manner contains alkali metal salts as by-products in amounts almost equal to the amount of polyarylene sulfide produced. In addition, it is known that various oligomer components are produced as by-products, and it is known that these metal salts and oligomer components reduce the performance of polyarylene sulfide.
そして、これらの副生成物を除去する方法として、例えばエチレングリコール溶媒中、200℃以上の温度で加熱する方法、ポリアリーレンスルフィドを芳香族溶媒中で加熱処理してナトリウム含有量を低減する方法、等が提案されている(例えば特許文献1、2参照)。 As methods for removing these by-products, methods such as heating in an ethylene glycol solvent at a temperature of 200°C or higher and heat treating polyarylene sulfide in an aromatic solvent to reduce the sodium content have been proposed (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、特許文献1、特許文献2に提案された方法は、アルカリ金属塩及び/又は数~十数重量%含有するオリゴマー成分を一括して除去する方法であり、成形時の溶融流動性に劣る、生産性に劣る等の課題を有するものであった。 However, the methods proposed in Patent Documents 1 and 2 are methods for removing alkali metal salts and/or oligomer components contained in an amount of several to several tens of weight percent all at once, and have problems such as poor melt flowability during molding and poor productivity.
そこで、本発明は、生産効率よく、低吸水性と溶融安定性のバランスに優れ、成形時の発生ガス量、発生ヤニ量が低減され、且つ成形時の溶融流動性の高いポリアリーレンスルフィドを提供することを目的とするものである。 The present invention aims to provide a polyarylene sulfide that is produced efficiently, has an excellent balance between low water absorption and melt stability, reduces the amount of gas and tar generated during molding, and has high melt fluidity during molding.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、重合後のポリアリーレンスルフィドを特定条件下、特定溶媒にて洗浄を行う製造法とすることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成させるに至った。 As a result of intensive research into solving the above problems, the inventors discovered that the above problems could be solved by using a manufacturing method in which polyarylene sulfide after polymerization was washed with a specific solvent under specific conditions, and thus completed the present invention.
即ち、本発明は、極性有機アミド溶媒中、ポリハロゲン化芳香族化合物とアルカリ金属硫化物との重合反応によりポリアリーレンスルフィドを製造する際に、重合後のポリアリーレンスルフィドを温度160℃以上240℃以下、処理時間1時間以上10時間以下の条件下、水/グリコールエーテル=70/30~95/5(重量比)の混合溶媒にて洗浄を行うことを特徴とするポリアリーレンスルフィドの製造法に関するものである。 That is, the present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide by a polymerization reaction of a polyhalogenated aromatic compound with an alkali metal sulfide in a polar organic amide solvent, characterized in that the polyarylene sulfide after polymerization is washed with a mixed solvent of water/glycol ether = 70/30 to 95/5 (weight ratio) at a temperature of 160°C to 240°C and a treatment time of 1 hour to 10 hours.
以下、本発明に関し詳細に説明する。 The present invention will be described in detail below.
本発明のポリアリーレンスルフィドの製造法は、重合後のポリアリーレンスルフィドを160℃以上240℃以下、1時間以上10時間以下の条件下、水/グリコールエーテル=70/30~95/5(重量比)の混合溶媒にて洗浄を行うものである。 The method for producing polyarylene sulfide of the present invention involves washing the polyarylene sulfide after polymerization with a mixed solvent of water/glycol ether = 70/30 to 95/5 (weight ratio) under conditions of 160°C to 240°C and 1 hour to 10 hours.
そして、ポリアリーレンスルフィドの重合反応方法としては、極性有機アミド溶媒中、ポリハロゲン化芳香族化合物とアルカリ金属硫化物とを重合する方法が知られており、重合後には、ポリアリーレンスルフィド、副生成物であるアルカリ金属塩、4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩、オリゴマー成分、有機アミド溶媒とからなる混合物となるものである。本発明のポリアリーレンスルフィドの製造法によれば、該4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩の含有量を制御することにより、品質に優れるポリアリーレンスルフィドを生産効率よく提供することができる。 A method for polymerizing polyarylene sulfide is known in which a polyhalogenated aromatic compound and an alkali metal sulfide are polymerized in a polar organic amide solvent, and after polymerization, a mixture consisting of polyarylene sulfide, an alkali metal salt by-product, 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt, an oligomer component, and an organic amide solvent is obtained. According to the method for producing polyarylene sulfide of the present invention, by controlling the content of the 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt, it is possible to efficiently produce polyarylene sulfide of excellent quality.
ここで、有機アミド溶媒としては、有機アミド溶媒の範疇に属するものであれば如何なるものも用いることが可能であり、例えばN-メチルピロリドン、N-メチルシクロヘキシル-ピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルイミダゾリジノン等を挙げることができ、その中でも特に高分子量で機械的特性に優れるポリアリーレンスルフィドがより容易に得られることからN-メチルピロリドンが好ましい。 Here, as the organic amide solvent, any solvent that falls within the category of organic amide solvents can be used, such as N-methylpyrrolidone, N-methylcyclohexyl-pyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethylimidazolidinone, etc., and among these, N-methylpyrrolidone is particularly preferred because it makes it easier to obtain polyarylene sulfide with a high molecular weight and excellent mechanical properties.
また、ポリハロゲン化芳香族化合物としては、ポリハロゲン化芳香族化合物の範疇に属するものであれば如何なる化合物を用いることも可能であり、例えばp-ジクロロベンゼン、m-ジクロロベンゼン、o-ジクロロベンゼン、p-ジブロモベンゼン、m-ジブロモベンゼン、o-ジブロモベンゼン、p,p’-ジクロロジフェニル、p,p’-ジブロモジフェニル、2,6-ジクロロナフタレン、2,6-ジブロモナフタレン、1,3,5-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼン等を挙げることができ、その中でも特に高分子量で機械的特性に優れるポリアリーレンスルフィドがより容易に得られることからp-ジクロロベンゼンが好ましい。そして、さらに高分子量のポリアリーレンスルフィドとするために1,3,5-トリクロロベンゼン、1,2,4-トリクロロベンゼンを併用することも可能である。 As the polyhalogenated aromatic compound, any compound that belongs to the category of polyhalogenated aromatic compounds can be used, such as p-dichlorobenzene, m-dichlorobenzene, o-dichlorobenzene, p-dibromobenzene, m-dibromobenzene, o-dibromobenzene, p,p'-dichlorodiphenyl, p,p'-dibromodiphenyl, 2,6-dichloronaphthalene, 2,6-dibromonaphthalene, 1,3,5-trichlorobenzene, and 1,2,4-trichlorobenzene. Among these, p-dichlorobenzene is preferred because it is easier to obtain polyarylene sulfide with a high molecular weight and excellent mechanical properties. It is also possible to use 1,3,5-trichlorobenzene and 1,2,4-trichlorobenzene in combination to obtain polyarylene sulfide with an even higher molecular weight.
アルカリ金属硫化物としては、アルカリ金属硫化物の範疇に属するものであれば如何なるものを用いることも可能であり、例えば無水硫化ナトリウム,2.8水塩硫化ナトリウム,5水塩硫化ナトリウム等の硫化ナトリウム、硫化リチウム、硫化ルビジュウム、硫化水素ナトリウム、硫化水素リチウム等を挙げることができ、その中でも特に高分子量で機械的特性に優れるポリアリーレンスルフィドがより容易に得られることから硫化ナトリウム、硫化リチウム、硫化水素ナトリウム、硫化水素リチウムが好ましい。そして、硫化水素ナトリウム、硫化水素リチウム等の硫化水素化物は、水酸化アルカリ金属塩と併用することにより硫化アルカリ金属塩として用いることも可能である。 As the alkali metal sulfide, any one that belongs to the category of alkali metal sulfides can be used, and examples thereof include sodium sulfides such as anhydrous sodium sulfide, sodium sulfide 2.8 hydrate, and sodium sulfide pentahydrate, lithium sulfide, rubidium sulfide, sodium hydrogen sulfide, and lithium hydrogen sulfide, and among these, sodium sulfide, lithium sulfide, sodium hydrogen sulfide, and lithium hydrogen sulfide are preferred because they make it easier to obtain polyarylene sulfide that has a high molecular weight and excellent mechanical properties. Hydrosulfides such as sodium hydrogen sulfide and lithium hydrogen sulfide can also be used as alkali metal sulfide salts by combining them with alkali metal hydroxide salts.
そして、重合後に得られるポリアリーレンスルフィド、副生成物であるアルカリ金属塩、4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩、オリゴマー成分及び有機アミド溶媒からなる混合物からポリフェニレンスルフィドを回収する方法としては、例えば有機アミド溶媒を回収し、その後、洗浄を行う方法を挙げることができる。 The polyphenylene sulfide can be recovered from the mixture of polyarylene sulfide obtained after polymerization, the by-product alkali metal salt, 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt, oligomer components, and organic amide solvent by, for example, recovering the organic amide solvent and then washing the mixture.
その際に有機アミド溶媒の回収方法としては、その回収の際の効率に優れることから蒸留法により回収する方法を挙げることができ、例えばフラッシュ蒸留による回収を挙げることができる。また、有機アミド溶媒の蒸留による脱溶媒操作は反応缶で行ってもよいし、反応終了後の混合物を均圧に保持された別タンクへ移槽して行ってもよい。また反応缶の内圧を利用し別タンクへ移槽と同時にフラッシュして脱溶媒を行ってもよい。 In this case, the organic amide solvent can be recovered by distillation, which is highly efficient, for example by flash distillation. The desolvation operation of the organic amide solvent by distillation may be carried out in the reaction vessel, or the mixture after the reaction may be transferred to a separate tank maintained at an equal pressure. The internal pressure of the reaction vessel may be utilized to transfer the mixture to a separate tank and simultaneously flush the mixture to remove the solvent.
そして、有機アミド溶媒を回収した後に得られるポリアリーレンスルフィド、アルカリ金属塩、4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩及びオリゴマーよりなるケーキに水又は溶媒を加え、アルカリ金属塩を溶解洗浄し、乾燥することによりポリアリーレンスルフィドを得ることができる。その際の洗浄条件を制御することにより容易に効率よく4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩の含有量を低減したポリアリーレンスルフィドを効率良く製造することができ、その際の洗浄条件は、160℃以上240℃以下、好ましくは170℃以上210℃以下、1時間以上10時間以下、好ましくは1時間以上5時間以下であり、水/グリコールエーテル=70/30~95/5(重量比)の混合溶媒を用いるものである。 After recovering the organic amide solvent, water or a solvent is added to the cake consisting of polyarylene sulfide, alkali metal salt, 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt, and oligomers, and the alkali metal salt is dissolved and washed, followed by drying to obtain polyarylene sulfide. By controlling the washing conditions, polyarylene sulfide with a reduced content of 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt can be easily and efficiently produced. The washing conditions are 160°C to 240°C, preferably 170°C to 210°C, 1 hour to 10 hours, preferably 1 hour to 5 hours, and a mixed solvent of water/glycol ether = 70/30 to 95/5 (weight ratio) is used.
この際の洗浄温度が160℃未満、又は処理時間が1時間未満である場合、オリゴマー成分等の除去が不十分となる。一方、240℃を越える、又は10時間を越える場合、ポリアリーレンスルフィドに劣化が生じる場合がある。 If the cleaning temperature is less than 160°C or the treatment time is less than 1 hour, removal of oligomer components and the like will be insufficient. On the other hand, if the temperature exceeds 240°C or the treatment time exceeds 10 hours, degradation of the polyarylene sulfide may occur.
また、洗浄の際の溶媒は、水/グリコールエーテル=70/30~95/5(重量比)の混合溶媒である。ここで、水が70/30(重量比)より低い場合、無機不純物等の洗浄効率に劣るものとなる。一方、水が95/5より高い場合、オリゴマー等の洗浄効率に劣るものとなる。その際の水としては、通常の水の範疇に属するものであり、例えばイオン交換水等が用いられる。また、グリコールエーテルとしては、エチレングリコールエーテル、プロパンジオールエーテル、プロピレングリコールエーテル、ブタンジオールエーテル、ジエチレングリコールエーテル、ジプロピレングリコールエーテル等が挙げられる。更に具体的には、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、エチレングリコールジプロピルエーテル、エチレングリコールジブチルエーテル、プロパンジオールモノメチルエーテル、プロパンジオールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピレングリコールモノプロピルエーテル、プロピレングリコールモノブチルエーテル、プロピレングリコールジメチルエーテル、ブタンジオールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジプロピルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノプロピルエーテル、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールジプロピルエーテル、ジプロピレングリコールジブチルエーテル等を例示する事ができる。 The solvent used for cleaning is a mixed solvent of water/glycol ether = 70/30 to 95/5 (weight ratio). Here, if the water ratio is less than 70/30 (weight ratio), the cleaning efficiency of inorganic impurities and the like will be poor. On the other hand, if the water ratio is more than 95/5, the cleaning efficiency of oligomers and the like will be poor. The water used in this case belongs to the category of normal water, and for example, ion-exchanged water is used. Examples of glycol ethers include ethylene glycol ether, propanediol ether, propylene glycol ether, butanediol ether, diethylene glycol ether, dipropylene glycol ether, and the like. More specifically, examples of the ethylene glycol monomethyl ether include ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monopropyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol diethyl ether, ethylene glycol dipropyl ether, ethylene glycol dibutyl ether, propanediol monomethyl ether, propanediol monoethyl ether, propylene glycol monomethyl ether, propylene glycol monoethyl ether, propylene glycol monopropyl ether, propylene glycol monobutyl ether, propylene glycol dimethyl ether, butanediol monomethyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monopropyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dipropyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, dipropylene glycol monomethyl ether, dipropylene glycol monoethyl ether, dipropylene glycol monopropyl ether, dipropylene glycol monobutyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol diethyl ether, dipropylene glycol dipropyl ether, and dipropylene glycol dibutyl ether.
ポリアリーレンスルフィドを回収する際の乾燥条件としては、水分が除去されれば良く必要以上に温度を高める必要はなく、乾燥の最終温度は100℃から150℃の範囲が好ましい。 The drying conditions for recovering polyarylene sulfide are such that the moisture is removed, and there is no need to increase the temperature more than necessary. The final drying temperature is preferably in the range of 100°C to 150°C.
本発明のポリアリーレンスルフィドの製造法においては、更に空気、あるいは窒素雰囲気下、240℃以上の雰囲気温度にて加熱硬化を行ってもよい。そして、加熱硬化に用いる装置は、特に制限はなく、例えばリボンブレンダータイプ、ロータリーキルンタイプ等に代表される焼成装置を挙げることができ、空気あるいは窒素の供給方法も、装置内部に効率的に供給できる方法であれば特に制限は無い。 In the method for producing the polyarylene sulfide of the present invention, heat curing may be further performed in an air or nitrogen atmosphere at an atmospheric temperature of 240°C or higher. The apparatus used for heat curing is not particularly limited, and examples thereof include calcination apparatuses such as ribbon blender types and rotary kiln types. There is also no particular limit to the method for supplying air or nitrogen as long as it can be efficiently supplied to the inside of the apparatus.
本発明のポリアリーレンスルフィドの製造法によるポリアリーレンスルフィドは、特に低吸水性と溶融安定性・成形加工性のバランスに優れるポリアリーレンスルフィドとなることから下記一般式(1)で示される4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩を1500ppm以下、特に300ppm以上1500ppm以下で含むものであることが好ましい。 The polyarylene sulfide produced by the polyarylene sulfide production method of the present invention is a polyarylene sulfide that is particularly well-balanced between low water absorption, melt stability, and moldability, and therefore preferably contains 1500 ppm or less, and particularly 300 ppm or more and 1500 ppm or less, of 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt represented by the following general formula (1).
上記4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩は、ポリアリーレンスルフィド製造時に副生する成分であり、その含有量を1500ppm以下と制御することにより、低吸水性と溶融安定性のバランスに優れると同時に、成形時の発生ガス量、発生ヤニ量を低減し、さらには成形時の溶融流動性の高いポリアリーレンンスルフィドとなるものである。 The above-mentioned 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate sodium salt is a by-product produced during the production of polyarylene sulfide, and by controlling its content to 1,500 ppm or less, a polyarylene sulfide is obtained that has an excellent balance between low water absorption and melt stability, while at the same time reducing the amount of gas and tar generated during molding, and furthermore has high melt fluidity during molding.
本発明の製造法におけるポリアリーレンスルフィドとしては、ポリアリーレンスルフィドと称される範疇に属するものであれば如何なるものであってもよく、例えばポリフェニレンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルフォン、ポリフェニレンスルフィドケトン、ポリフェニレンスルフィドエーテル等を挙げることができ、中でも、ポリフェニレンスルフィドであることが好ましい。 The polyarylene sulfide used in the production method of the present invention may be any polyarylene sulfide that falls within the category known as polyarylene sulfide, such as polyphenylene sulfide, polyphenylene sulfide sulfone, polyphenylene sulfide ketone, polyphenylene sulfide ether, etc., and of these, polyphenylene sulfide is preferred.
本発明の製造法においては、オリゴマー等の効率的な除去が可能となると共に、硬化後の溶融粘度の安定性にも優れるポリアリーレンスルフィドの製造が可能となることから、上記した混合溶媒による洗浄の後、さらに165℃以上245℃以下、1時間以上10時間以下の条件下、特に175℃以上215℃以下、1時間以上5時間以下の条件下、熱水にて洗浄を行うことが好ましい。その際の熱水としては、水の範疇に属するものであり、例えばイオン交換水等を挙げることができる。また、その際は混合溶媒による洗浄温度に対して、+5℃以上、特に+10℃以上の熱水とすることが好ましい。 In the manufacturing method of the present invention, it is possible to efficiently remove oligomers and the like, and to manufacture polyarylene sulfide that has excellent stability of melt viscosity after curing. Therefore, after washing with the above-mentioned mixed solvent, it is preferable to further wash with hot water under conditions of 165°C to 245°C, 1 hour to 10 hours, and particularly under conditions of 175°C to 215°C, 1 hour to 5 hours. The hot water in this case belongs to the category of water, and examples thereof include ion-exchanged water. In addition, it is preferable to use hot water at a temperature of +5°C or more, particularly +10°C or more, relative to the washing temperature with the mixed solvent.
本発明の製造法により得られるポリアリーレンスルフィドは、その吸水性が低く、優れるものとなることから吸水率1重量%以下を示すものであることが好ましい。 The polyarylene sulfide obtained by the manufacturing method of the present invention has low and excellent water absorption, and therefore preferably has a water absorption rate of 1% by weight or less.
また、本発明の製造方法により得られるポリアリーレンスルフィドは、一般的な樹脂組成物に配合されている充填材を配合することによりポリアリーレンスルフィド組成物としてもよく、該充填材としては、繊維状充填材として、例えばガラス繊維、炭素繊維、チタン酸カリウムウィスカ、酸化亜鉛ウィスカ、硼酸アルミニウムウィスカ、アラミド繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、アスベスト繊維、石コウ繊維、金属繊維等が例示でき、その中でも、特に機械的強度に優れるポリアリーレンスルフィド組成物となることから、ガラス繊維が好ましい。また、非繊維状充填材としては、例えばワラストナイト、ゼオライト、セリサイト、カオリン、マイカ、クレー、パイロフィライト、ベントナイト、タルク、アルミナシリケート等の珪酸塩;酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化鉄等の酸化物;炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイト等の炭酸塩;硫酸カルシウム、硫酸バリウム等の硫酸塩;窒化珪素、窒化硼素、窒化アルミニウム等の窒化物;ガラスフレーク、ガラスビーズ等を例示でき、その中でも、特に寸法安定性に優れるポリアリーレンスルフィド組成物となることから、マイカ、クレー、タルク、炭酸カルシウム、ガラスフレーク、ガラスビーズが好ましい。また、該充填材は、該ポリアリーレンスルフィド組成物の機械的強度が高いものとなることから、イソシアネート系化合物、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、エポキシ化合物等で表面処理したものであっても良い。 さらに、本発明により得られるポリアリーレンスルフィドは、成形品とする際の金型離型性や外観を改良するために滑剤を配合してなるポリアリーレンスルフィド組成物としてもよく、該滑剤としては、例えばカルナバワックス、カルボン酸アマイド系ワックスが挙げられる。該カルナバワックスとしては、一般的な市販品を用いることができ、例えば(商品名)精製カルナバ1号粉(日興ファインプロダクツ製)等を挙げることができる。また、該カルボン酸アマイド系ワックスとは、高級脂肪族モノカルボン酸、多塩基酸及びジアミンからなる重縮合物でありこの範疇に属するものであれば如何なるものを用いることも可能であり、例えばステアリン酸、セバシン酸、エチレンジアミンからなる重縮合物である、(商品名)ライトアマイドWH-255(共栄社化学(株)製)等を挙げることができる。 In addition, the polyarylene sulfide obtained by the manufacturing method of the present invention may be made into a polyarylene sulfide composition by blending it with a filler that is blended into a general resin composition. Examples of the filler include fibrous fillers such as glass fibers, carbon fibers, potassium titanate whiskers, zinc oxide whiskers, aluminum borate whiskers, aramid fibers, alumina fibers, silicon carbide fibers, asbestos fibers, gypsum fibers, metal fibers, etc., and among these, glass fibers are preferred because they result in a polyarylene sulfide composition that has particularly excellent mechanical strength. Examples of non-fibrous fillers include silicates such as wollastonite, zeolite, sericite, kaolin, mica, clay, pyrophyllite, bentonite, talc, and alumina silicate; oxides such as aluminum oxide, silicon oxide, magnesium oxide, zirconium oxide, titanium oxide, zinc oxide, and iron oxide; carbonates such as calcium carbonate, magnesium carbonate, and dolomite; sulfates such as calcium sulfate and barium sulfate; nitrides such as silicon nitride, boron nitride, and aluminum nitride; glass flakes, glass beads, and the like. Among these, mica, clay, talc, calcium carbonate, glass flakes, and glass beads are preferred because they provide a polyarylene sulfide composition with particularly excellent dimensional stability. Furthermore, the filler may be surface-treated with an isocyanate-based compound, a silane-based coupling agent, a titanate-based coupling agent, an epoxy compound, and the like, because they provide a polyarylene sulfide composition with high mechanical strength. Furthermore, the polyarylene sulfide obtained by the present invention may be a polyarylene sulfide composition containing a lubricant to improve the mold releasability and appearance when molded into a molded product, and examples of the lubricant include carnauba wax and carboxylic acid amide wax. As the carnauba wax, a general commercially available product can be used, and examples thereof include (product name) Refined Carnauba No. 1 Powder (manufactured by Nikko Fine Products). In addition, the carboxylic acid amide wax is a polycondensate of higher aliphatic monocarboxylic acid, polybasic acid, and diamine, and any wax that falls within this category can be used, and examples thereof include (product name) Light Amide WH-255 (manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), which is a polycondensate of stearic acid, sebacic acid, and ethylenediamine.
また、該ポリアリーレンスルフィドは、本発明の目的を逸脱しない範囲で、従来公知の熱安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、結晶核剤、発泡剤、金型腐食防止剤、難燃剤、難燃助剤、染料、顔料等の着色剤、帯電防止剤等の添加剤を1種以上併用しても良い。 The polyarylene sulfide may also contain one or more additives, such as heat stabilizers, antioxidants, ultraviolet absorbers, crystal nucleating agents, foaming agents, mold corrosion inhibitors, flame retardants, flame retardant assistants, colorants such as dyes and pigments, and antistatic agents, within the scope of the object of the present invention.
さらに、本発明のポリアリーレンスルフィドは、本発明の目的を逸脱しない範囲で、各種熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、例えばエポキシ樹脂、シアン酸エステル樹脂、フェノール樹脂、ポリイミド、シリコーン樹脂、ポリエステル、ポリアミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン等の1種以上を混合して使用することができる。 Furthermore, the polyarylene sulfide of the present invention can be used in combination with one or more of various thermosetting resins and thermoplastic resins, such as epoxy resins, cyanate ester resins, phenolic resins, polyimides, silicone resins, polyesters, polyamides, polyphenylene oxides, polycarbonates, polysulfones, polyetherimides, polyethersulfones, polyetherketones, and polyetheretherketones, within the scope of the object of the present invention.
そして、上記した充填剤、添加剤等を配合しポリアリーレンスルフィド組成物とする際には、ポリアリーレンスルフィドに配合すればよく、その配合に関して制限はなく、その中でも、特に配合の際の効率に優れることから溶融混練により製造することが好ましい。 When the above-mentioned fillers, additives, etc. are blended to prepare a polyarylene sulfide composition, they may be blended with the polyarylene sulfide without any restrictions on the blending method. Among them, it is preferable to manufacture the composition by melt kneading, since this is particularly efficient when blending.
溶融混練を行う際の装置としては、溶融混練を行うことが可能であれば如何なる装置を用いることも可能であり、例えば単軸または二軸押出機、ニーダー、ミル、ブラベンダー等による加熱溶融混練装置を挙げることができ、特に品質に優れるポリアリーレンスルフィドを効率よく製造することが可能となることから、一軸押出機又は二軸押出機を用いることが好ましい。また、溶融混練を行う際の混練温度に特に制限はなく、例えば270~400℃の中から任意に選ぶことが出来る。 As the device for melt kneading, any device capable of melt kneading can be used, for example, a single-screw or twin-screw extruder, a kneader, a mill, a Brabender, or other heating melt kneading device. It is preferable to use a single-screw extruder or twin-screw extruder, since this allows for efficient production of polyarylene sulfide with particularly excellent quality. In addition, there is no particular restriction on the kneading temperature for melt kneading, and it can be selected from the range of 270 to 400°C, for example.
ポリフェニレンスルフィドは、射出成形機、押出成形機、トランスファー成形機、圧縮成形機等の各種成形加工機を用いて任意の形状に成形することができる。 Polyphenylene sulfide can be molded into any shape using various molding machines such as injection molding machines, extrusion molding machines, transfer molding machines, and compression molding machines.
本発明は、ポリアリーレンスルフィドの本来有する耐熱性、耐薬品性、寸法安定性などを損なうこともなく、低吸水性と溶融安定性のバランスに優れると同時に、成形時の発生ガス量、発生ヤニ量を低減し、且つ成形時の溶融流動性の高いポリアリーレンンスルフィドを製造する方法に関するものであり、さらに詳しくは、電気・電子部品又は自動車電装部品などの電気・電子部品用途に特に有用なポリアリーレンスルフィドの製造法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide that has an excellent balance between low water absorption and melt stability without impairing the inherent heat resistance, chemical resistance, dimensional stability, etc. of polyarylene sulfide, while at the same time reducing the amount of gas and tar generated during molding and exhibiting high melt fluidity during molding. More specifically, the present invention relates to a method for producing polyarylene sulfide that is particularly useful for use in electrical and electronic parts such as electrical and electronic parts or automotive electrical components.
次に、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの例になんら制限されものではない。 Next, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
合成例1
攪拌機を装備する15リットルオートクレーブに、フレーク状硫化ソーダ(Na2S・2.9H2O)1842g、30%苛性ソーダ溶液(30%NaOHaq)25g及びN-メチル-2-ピロリドン3679gを仕込み、窒素気流下攪拌しながら徐々に200℃まで昇温して、375gの水を留去した。190℃まで冷却した後、p-ジクロルベンゼン2151g、N-メチル-2-ピロリドン985gを添加し、窒素気流下に系を封入した。この系を2時間かけて225℃に昇温し、225℃にて1時間重合させた後、25分かけて250℃に昇温し、さらに250℃にて2時間重合を行った。重合後、減圧下で重合スラリーからN-メチル-2-ピロリドンを蒸留操作で除去した。最終到達温度は170℃で圧力は4.7kPaであった。得られたケーキに80℃の温水を加えスラリー濃度20%とし回収し、遠心分離により固液分離しケーキを得た。得られたケーキを粗ポリアリーレンスルフィド(以下 PPS(A-1)と記す)とした。PPS(A-1)を、105℃で一昼夜乾燥することによりPPS(A-2)を得た。
Synthesis Example 1
In a 15-liter autoclave equipped with a stirrer, 1842 g of flake sodium sulfide (Na 2 S.2.9H 2 O), 25 g of 30% caustic soda solution (30% NaOHaq), and 3679 g of N-methyl-2-pyrrolidone were charged, and the temperature was gradually raised to 200° C. while stirring under a nitrogen stream, and 375 g of water was distilled off. After cooling to 190° C., 2151 g of p-dichlorobenzene and 985 g of N-methyl-2-pyrrolidone were added, and the system was sealed under a nitrogen stream. The system was heated to 225° C. over 2 hours, polymerized at 225° C. for 1 hour, then heated to 250° C. over 25 minutes, and further polymerized at 250° C. for 2 hours. After polymerization, N-methyl-2-pyrrolidone was removed from the polymerization slurry by distillation under reduced pressure. The final temperature was 170°C and the pressure was 4.7 kPa. Hot water at 80°C was added to the obtained cake to make the slurry concentration 20%, which was then recovered and centrifuged for solid-liquid separation to obtain a cake. The obtained cake was used as crude polyarylene sulfide (hereinafter referred to as PPS (A-1)). PPS (A-1) was dried overnight at 105°C to obtain PPS (A-2).
得られたポリアリーレンスルフィドの評価・測定方法を以下に示す。 The evaluation and measurement methods for the obtained polyarylene sulfide are shown below.
~4-(N-メチル-クロロフェニルアミノ)ブタノエート・ナトリウム塩(以下、SMCABと記す場合がある。)の測定~
SMCABをポリアリーレンスルフィドから溶媒で抽出し、HPLC(東ソー(株)製 (商品名)HPLC8020システム)により測定した。
Measurement of 4-(N-methyl-chlorophenylamino)butanoate, sodium salt (hereinafter sometimes referred to as SMCAB)
SMCAB was extracted from polyarylene sulfide with a solvent and measured by HPLC (HPLC8020 system (trade name) manufactured by Tosoh Corporation).
~溶融粘度測定~
直径1mm、長さ2mmのダイスを装着した高化式フローテスター((株)島津製作所製、(商品名)CFT-500)にて、測定温度315℃、荷重10kgの条件下で溶融粘度の測定を行った。得られた溶融粘度の値を、合成例1で得られたPPS(A-2)の溶融粘度の値で除した際の値を溶融粘度比とし、溶融粘度比が0.85未満であるものを流動性に優れているとした。
~Melt viscosity measurement~
The melt viscosity was measured at a measurement temperature of 315° C. and a load of 10 kg using a high-performance flow tester (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: CFT-500) equipped with a die having a diameter of 1 mm and a length of 2 mm. The melt viscosity value obtained was divided by the melt viscosity value of PPS (A-2) obtained in Synthesis Example 1 to obtain a melt viscosity ratio, and a melt viscosity ratio of less than 0.85 was determined to have excellent fluidity.
~吸水率~
射出成形によりASTM D-638の1号試験片を作製し、該試験片を、18gの水を仕込んだ2Lオートクレーブ内にいれる。該オートクレーブを、121℃のオーブンに入れ100時間静置した。100時間後、オートクレーブを室温まで冷却し、該試験片を取り出し、試験片に付着している水分を拭き取り、試験前との重量差を吸水量とし、吸水率を測定した。吸水率として、1.0重量%以下のものを低吸水性と判断した。
~Water absorption rate~
An ASTM D-638 No. 1 test piece was prepared by injection molding, and the test piece was placed in a 2 L autoclave containing 18 g of water. The autoclave was placed in an oven at 121°C and left to stand for 100 hours. After 100 hours, the autoclave was cooled to room temperature, the test piece was removed, and the moisture adhering to the test piece was wiped off. The weight difference from before the test was taken as the amount of water absorption, and the water absorption rate was measured. A water absorption rate of 1.0 wt% or less was determined to be low water absorption.
~溶融粘度測定(2)~
加熱硬化前後において、直径1mm、長さ2mmのダイスを装着した高化式フローテスター((株)島津製作所製、(商品名)CFT-500)にて、測定温度315℃、荷重10kgの条件下で溶融粘度の測定を行った。加熱硬化後の溶融粘度の値を、加熱硬化前の溶融粘度の値で除した際の値を溶融粘度比(2)とし、溶融粘度比(2)が2.00以下であるものを流動性に優れているとした。
~Melt Viscosity Measurement (2)~
Before and after heat curing, the melt viscosity was measured at a measurement temperature of 315° C. and a load of 10 kg using a high-performance flow tester (manufactured by Shimadzu Corporation, product name: CFT-500) equipped with a die having a diameter of 1 mm and a length of 2 mm. The melt viscosity ratio (2) was determined by dividing the melt viscosity value after heat curing by the melt viscosity value before heat curing, and a melt viscosity ratio (2) of 2.00 or less was determined to have excellent fluidity.
実施例1
PPS(A-1)6.2kg(内、水分2.5kg)、水11.7kg及びジエチレングリコールモノメチルエーテル1.6kgを、30リットルオートクレーブに仕込み、窒素気流下に系を封入した。この系を190℃に昇温し、2時間洗浄を行った。洗浄終了後、80℃まで冷却しポリアリーレンスルフィドを回収した。回収したポリアリーレンスルフィドを105℃で一昼夜乾燥することにより、SMCABを1200ppm含むポリアリーレンスルフィドを得た。
Example 1
6.2 kg of PPS (A-1) (including 2.5 kg of water), 11.7 kg of water, and 1.6 kg of diethylene glycol monomethyl ether were charged into a 30-liter autoclave, and the system was sealed under a nitrogen stream. The system was heated to 190°C and washed for 2 hours. After washing, the system was cooled to 80°C and polyarylene sulfide was recovered. The recovered polyarylene sulfide was dried at 105°C for 24 hours to obtain polyarylene sulfide containing 1200 ppm of SMCAB.
該ポリアリーレンスルフィドを、シリンダー温度310℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SE75)のホッパーに投入し、吸水率を測定するための試験片を成形し、評価を行った。これらの結果を表1に示した。 The polyarylene sulfide was placed in the hopper of an injection molding machine (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd., product name: SE75) with the cylinder temperature heated to 310°C, and test pieces for measuring the water absorption rate were molded and evaluated. The results are shown in Table 1.
実施例2~4
洗浄温度、洗浄時間、熱水量及び水/グリコールエーテル混合溶媒を表1に示す条件とした以外は、実施例1と同様の方法によりポリアリーレンスルフィドを作製し、実施例1と同様の方法により評価した。評価結果を表1に示した。
Examples 2 to 4
Polyarylene sulfide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cleaning temperature, cleaning time, amount of hot water, and water/glycol ether mixed solvent were set as shown in Table 1, and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 1.
得られたすべてのポリアリーレンスルフィドは、吸水率、溶融粘度比が低く、低吸水性、溶融流動性に優れていた。 All of the polyarylene sulfides obtained had low water absorption and melt viscosity ratios, and were excellent in low water absorption and melt fluidity.
比較例1~4
洗浄温度、洗浄時間熱水量及び水/グリコールエーテル混合溶媒を表2に示す条件とした以外は、実施例1と同様の方法によりポリアリーレンスルフィドを作製し、実施例1と同様の方法により評価した。評価結果を表2に示した。
Comparative Examples 1 to 4
Polyarylene sulfide was prepared in the same manner as in Example 1, except that the cleaning temperature, cleaning time, amount of hot water, and water/glycol ether mixed solvent were set as shown in Table 2, and evaluated in the same manner as in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
比較例1、3より得られたポリアリーレンスルフィドは、吸水率、溶融流動性ともに劣るものであった。 The polyarylene sulfides obtained in Comparative Examples 1 and 3 were poor in both water absorption and melt fluidity.
比較例2より得られたポリアリーレンスルフィドは、吸水率が高く吸水性に劣るものであった。 The polyarylene sulfide obtained in Comparative Example 2 had a high water absorption rate and poor water absorption.
比較例4より得られたポリアリーレンスルフィドは、溶融粘度比が高く、溶融流動性に劣るものであった。 The polyarylene sulfide obtained in Comparative Example 4 had a high melt viscosity ratio and poor melt fluidity.
実施例5
PPS(A-1)6.2kg(内、水分2.5kg)、水11.7kg及びジエチレングリコールモノメチルエーテル1.6kgを、30リットルオートクレーブに仕込み、窒素気流下に系を封入した。この系を190℃に昇温し、2時間洗浄を行った。洗浄終了後、80℃まで冷却しポリアリーレンスルフィドを回収した。次に水8.6kgを30リットルオートクレーブに仕込み、窒素気流下に系を封入した。この系を195℃に昇温し、1時間洗浄を行った。洗浄終了後、80℃まで冷却しポリフェニレンスルフィドを回収した。回収したポリアリーレンスルフィドを105℃で一昼夜乾燥することにより、SMCABを600ppm含むポリアリーレンスルフィドを得た。
Example 5
6.2 kg of PPS (A-1) (including 2.5 kg of water), 11.7 kg of water, and 1.6 kg of diethylene glycol monomethyl ether were charged into a 30-liter autoclave, and the system was sealed under a nitrogen stream. The system was heated to 190°C, and washed for 2 hours. After washing, the system was cooled to 80°C to recover polyarylene sulfide. Next, 8.6 kg of water was charged into a 30-liter autoclave, and the system was sealed under a nitrogen stream. The system was heated to 195°C, and washed for 1 hour. After washing, the system was cooled to 80°C to recover polyphenylene sulfide. The recovered polyarylene sulfide was dried at 105°C for 24 hours to obtain polyarylene sulfide containing 600 ppm of SMCAB.
更に得られたポリフェニレンスルフィドを、窒素雰囲気下240℃で加熱硬化処理を行った。 The resulting polyphenylene sulfide was then subjected to a heat curing treatment at 240°C in a nitrogen atmosphere.
該ポリアリーレンスルフィドを、シリンダー温度310℃に加熱した射出成形機(住友重機械工業製、(商品名)SE75)のホッパーに投入し、吸水率を測定するための試験片を成形し、評価を行った。これらの結果を表3に示した。 The polyarylene sulfide was placed in the hopper of an injection molding machine (manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd., product name: SE75) with the cylinder temperature heated to 310°C, and test pieces for measuring the water absorption rate were molded and evaluated. The results are shown in Table 3.
実施例6~8
工程[1]における混合溶媒洗浄温度、洗浄時間、水/グリコールエーテル混合溶媒、及び工程[2]における洗浄温度、洗浄時間、熱水量を表3に示す条件とした以外は、実施例5と同様の方法によりポリアリーレンスルフィドを作製し、実施例5と同様の方法により評価した。評価結果を表3に示した。
Examples 6 to 8
Polyarylene sulfide was prepared in the same manner as in Example 5, except that the mixed solvent washing temperature, washing time, and water/glycol ether mixed solvent in step [1], and the washing temperature, washing time, and amount of hot water in step [2] were set to the conditions shown in Table 3, and evaluated in the same manner as in Example 5. The evaluation results are shown in Table 3.
得られたすべてのポリアリーレンスルフィドは、吸水率、溶融粘度比が低く、低吸水性、溶融流動性に優れていた。 All of the polyarylene sulfides obtained had low water absorption and melt viscosity ratios, and were excellent in low water absorption and melt fluidity.
比較例5,6
工程[1]における混合溶媒洗浄温度、洗浄時間、水/グリコールエーテル混合溶媒、及び工程[2]における洗浄温度、洗浄時間、熱水量を表4に示す条件とした以外は、実施例5と同様の方法によりポリアリーレンスルフィドを作製し、実施例5と同様の方法により評価した。評価結果を表4に示した。
Comparative Examples 5 and 6
Polyarylene sulfide was prepared in the same manner as in Example 5, except that the mixed solvent washing temperature, washing time, and water/glycol ether mixed solvent in step [1], and the washing temperature, washing time, and amount of hot water in step [2] were set to the conditions shown in Table 4, and evaluated in the same manner as in Example 5. The evaluation results are shown in Table 4.
比較例6より得られたポリアリーレンスルフィドは、溶融流動性に劣るものであった。 The polyarylene sulfide obtained in Comparative Example 6 had poor melt fluidity.
比較例5より得られたポリアリーレンスルフィドは、吸水率、溶融粘度比が高く吸水性、溶融流動性に劣るものであった。 The polyarylene sulfide obtained from Comparative Example 5 had a high water absorption rate and melt viscosity ratio, but was poor in water absorption and melt fluidity.
本発明のポリアリーレンスルフィドの製造法によれば、耐熱性、耐薬品性、寸法安定性などを損なうこともなく、低吸水性と溶融安定性のバランスに優れると同時に、成形時の発生ガス量、発生ヤニ量を低減し、且つ成形時の溶融流動性の高いものであり、低ハロゲン・低電解質をも要求される電気・電子部品又は自動車電装部品などの電気・電子部品用途に特に有用なポリアリーレンスルフィドを効率良く提供することができる。 The method for producing polyarylene sulfide of the present invention can efficiently provide polyarylene sulfide that has an excellent balance between low water absorption and melt stability without compromising heat resistance, chemical resistance, dimensional stability, etc., while at the same time reducing the amount of gas and tar generated during molding and having high melt fluidity during molding, and is particularly useful for electrical and electronic parts such as electrical and electronic parts or automotive electrical parts that also require low halogen and low electrolytes.
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