KR20150139923A - 술폰화 폴리아릴 술폰을 함유하는 중합가능한 락탐 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1 이상의 중합가능한 락탐 및 1 이상의 폴리아릴 술폰을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 폴리아미드 및/또는 폴리아미드 성형체의 제조에서 상기 중합가능한 락탐 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.

Description

술폰화 폴리아릴 술폰을 함유하는 중합가능한 락탐 조성물{POLYMERIZABLE LACTAM COMPOSITION CONTAINING A SULFONATED POLYARYL SULFONE}
본 발명은 1 이상의 중합가능한 락탐 및 1 이상의 폴리아릴 술폰을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 또한 폴리아미드 및/또는 폴리아미드 성형체의 제조에서 상기 중합가능한 락탐 조성물을 사용하는 방법에 관한 것이다.
폴리아미드는 현재 본질적으로 디카르복실산 또는 이의 유도체와 디아민의 축합에 의하여 또는 락탐의 개환 중합에 의하여 제조된다. 활성화 음이온 락탐 중합에 의하여 폴리아미드를 제조하는 것도 기본적으로 공지되어 있다. 이를 위하여 락탐, 예컨대 카프로락탐, 라우릴락탐, 피페리돈, 피롤리돈 등을 염기로 촉매된 음이온 중합 반응에서 개환 중합시킨다. 이것은 일반적으로 승온에서 알칼리 촉매 및 소위 활성화제 (또는 그 밖의 공촉매 또는 개시제)를 포함하는 락탐 용융물을 중합함으로써 달성된다.
활성화 음이온 락탐 중합 공정은 폴리아미드에서의 ε-카프로락탐에 관하여 문헌[Kunststoff Handbuch, 3/4권, ISBN 3-446-16486-3, 1998, Carl Hanser Verlag, 49-52 페이지 및 Macromolecules, 32권, 23호 (1999), 7726 페이지]에 개시되어 있다.
DE-A-14 20 241호는 활성화제로서 1,6-비스(N,N-디부틸우레이도)헥산을 사용하여 알칼리 촉매의 존재하에 락탐을 음이온 중합하는 것을 개시한다.
비공개 EP 11176950.1호 및 EP 11172731.9호 문헌은 락탐 단량체, 촉매 및 활성화제를 포함하는 고체 입자를 개시한다. 이 단량체 조성물은 활성화 음이온 중합에 의한 폴리아미드의 제조에 유용하다. 당해 입자는 응집체 형성의 경우 분쇄 조작이 임의로 후속되는 분무 건조에 의하여 형성된다.
비공개 EP 12151670.9호는 락탐 단량체, 촉매 및 활성화제에 더하여 비작용화된 및/또는 말단에 히드록실기가 있는 고무를 추가로 또한 포함할 수 있는 고체 입자를 개시한다.
폴리아미드 및 폴리아릴 에테르 술폰을 포함하는 성형 재료는 선행 기술로부터 공지되어 있다. 폴리아릴 에테르 술폰은 내열성, 치수안정성 또는 물 흡수성과 같은 폴리아미드의 특성을 변성시키기 위해 사용된다. 폴리아릴 에테르 술폰과 폴리아미드간 제한된 혼화도는 수득되는 성형 조성물의 성공을 크게 제한한다.
WO 01/64792호는 피페리딘 화합물에서 유도된 말단기를 갖는 폴리아미드 및 폴리아릴 에테르 술폰을 베이스로 하는 성형 조성물을 개시한다.
WO 01/83618호는, 인성 및 액 유동성이 개선된, 에폭시 수지를 추가로 포함하는 폴리아릴 에테르 술폰/폴리아미드 블렌드를 개시한다.
WO 2011/009789호는 1 이상의 열가소성 폴리아미드, 1 이상의 폴리아릴 에테르 술폰 및 1차 입자에 대하여 0.5∼50 nm의 수 평균 직경을 갖는 금속 또는 반금속의 1 이상의 산화물 및/또는 산화물 수화물을 포함하는 나노복합재 블렌드를 개시한다.
또한, 술폰산기로 폴리아릴 술폰을 변성하는 것이 공지되어 있다. 술폰화 폴리아릴 술폰 및 이의 제조 방법은 US 2002/0091225 A1호, US 2007/0163951호 및 WO 2010/146052호에 개시되어 있다.
그러나, 언급된 문헌 중 어느 것도, 폴리아미드 또는 폴리아미드 성형체의 제조를 위한, 1 이상의 락탐 성분 및 1 이상의 술폰화 폴리아릴 에테르 술폰으로 이루어지는 중합가능한 락탐 조성물의 제공을 교시하고 있지 않다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 선행 기술에 비하여 개선된 특성을 갖는 폴리아미드 성형체를 유도하는 중합가능한 락탐 조성물을 제공하는 것이었다. 더 구체적으로, 폴리아미드 쉘의 내열성이 향상되고 및/또는 그 물 흡수성이 감소되어야 한다. 락탐 조성물의 변성에 사용되는 첨가제는 락탐 성분과 상용성이 높아야 한다. 중합가능한 락탐 조성물은 또한 간단한 방식으로 얻을 수 있어야 한다.
놀랍게도, 술폰화 폴리아릴 술폰이 이 문제에 대한 해결수단인 것으로 밝혀졌다. 술폰화 폴리아릴 술폰은 용융된 락탐 성분에서의 용해성이 양호하고 고체 상태에서도 얻어지는 폴리아미드와 양호한 상용성을 또한 가진다. 상응하는 균질한 중합가능한 조성물을 선행 기술보다 더 빠르게 얻을 수 있다. 또한, 놀랍게도 본 발명의 락탐 조성물로부터 얻어지는 폴리아미드는 선행 기술보다 물 흡수율이 낮은 것으로 밝혀졌다. 락탐 조성물을 성형 공정, 특히 회전성형에 사용하는 경우, 본 발명의 락탐 조성물에 의하면, 주형 지지체에 이미 중합된 폴리아미드가 아니라 이 락탐 조성물을 충전한 다음 인시츄로 중합을 실시하는 것이 가능하다. 이러한 프로세싱 형태는 성형체의 제조에 필요한 성분들을 일반적으로 락탐 성분의 융점보다 높은 온도로 한번 가열하기만 하면 되기 때문에 시간 뿐만 아니라 에너지도 절약한다. 따라서, 성형체로의 변환을 위해 최종 소비자에게 안정한 전구체로서 선적되는 거래 제품으로서 중합가능한 조성물을 제조하는 것이 가능해진다.
본 발명은 먼저
A) 1 이상의 중합가능한 락탐, 및
B) 아릴기 중 적어도 일부가 1 이상의 -SO3X 기(여기서, X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물)로 치환된 1 이상의 술폰화 폴리아릴 술폰
을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물을 제공한다.
본 발명은 또한
i) 상기 및 하기 정의되는 바와 같은 중합가능한 락탐 조성물을 제공하는 단계,
ii) 단계 i)에서 제공된 중합가능한 조성물을 음이온 중합시키는 단계
를 포함하는, 폴리아미드 성형체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 본 발명의 방법으로 얻을 수 있는 폴리아미드 성형체를 제공한다.
본 발명은 또한 폴리아미드 및 폴리아미드 성형체의 제조에서 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물을 사용하는 방법을 제공한다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 통상적인 조건하에 실온에서(20℃, 1013 mbar) 고체이다. 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 또한 더 고온에서 고체로 남아있다. 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 50℃ 이상의 온도, 더 바람직하게는 60℃ 이상의 온도에서 여전히 고체인 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서 폴리아릴 술폰이란 -SO2- 가교를 통하여 연결되는 아릴 반복 단위로 구성되는 중합체를 의미한다. 나아가 아릴 단위는 또한 부분적으로 산소 가교를 통해 연결될 수 있다. 폴리아릴 술폰은 예컨대 폴리에테르 술폰(PESU), 폴리술폰(PSU) 및 폴리페닐렌 술폰(PPSU)을 포함한다. 이들 플라스틱의 명명은 DIN EN ISO 1043-1:2011을 따른다. 본 발명의 폴리아릴 술폰은 술폰화 폴리아릴 술폰이다. 즉, 1 이상의 아릴 단위가 1 이상의 SO3X기(여기서, X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물임)로 치환된다. 술폰화 폴리아릴 술폰은 예컨대 술폰화 폴리에테르 술폰(sPESU), 술폰화 폴리술폰(sPSU) 및 술폰화 폴리페닐렌 술폰(sPPSU)을 포함한다.
점도수(Staudinger function, VN 또는 J로서 언급됨)는 VN = 1 / c x (η-ηs)/ηs로서 정의된다. 점도수는 폴리아미드의 평균 몰질량과 직접적인 관련이 있으며 중합체의 가공성에 대한 정보를 제공한다. 점도수는 Ubbelohde 점도계를 이용하여 EN ISO 307호에 따라 구할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 용어 "용융물"은 또한 용융된 락탐 및 여기에 용해된 술폰화 폴리아릴 술폰 B) 플러스 여기에 용해된 촉매 C) 및/또는 활성화제 D)와 같은 임의의 추가의 성분을 의미한다. 본 발명의 맥락에서, 용어 "용융"은 그 엄격한 물리화학적 의미로 이해되는 것이 아니라 유동가능한 액 상태로의 전환과 바꿔쓸 수 있는 것으로 이해된다.
본 발명의 맥락에서 "-SO3X기에 의한 술폰화 폴리아릴 술폰의 치환도"(즉, 술폰화도)는 100 g의 폴리아릴 술폰당 mmol로 -SO3X 치환의 수를 의미한다.
본 발명의 맥락에서 "하나의 양이온 등가물"은 예컨대 Li, Na, K, Mg, Ca, NH4, 바람직하게는 Na, K와 같이 단일 양전하의 하나의 양이온 또는 2 이상의 양전하를 갖는 양이온의 1 전하 등가물을 의미한다.
본 발명의 맥락에서 "첨가제"는 충전제 및/또는 섬유상 물질, 첨가물 물질 및 추가의 중합체 및 단량체를 망라한다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 락탐 A) 및 술폰화 폴리아릴 술폰 B)의 합한 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 60∼99.5 중량%, 특히 바람직하게는 75∼98 중량%의, 1 이상의 락탐 A)을 포함한다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 락탐 A) 및 술폰화 폴리아릴 술폰 B)의 합한 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 0.5 중량% 내지 40 중량%, 특히 바람직하게는 2 중량% 내지 25 중량%의, 1 이상의 폴리아릴 술폰 B)을 포함한다.
한 바람직한 실시양태는
A) 락탐 성분 및 술폰화 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 60 중량% 내지 99.5 중량%의 1 이상의 락탐, 및
B) 락탐 성분 및 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 내지 40 중량%의 1 이상의 폴리아릴 술폰
을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물이다.
한 특히 바람직한 실시양태는
A) 락탐 성분 및 술폰화 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 75 중량% 내지 98 중량%의 1 이상의 락탐, 및
B) 락탐 성분 및 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 2 중량% 내지 25 중량%의 1 이상의 폴리아릴 술폰
을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물이다.
본 발명의 락탐 조성물은 1 이상의 락탐 A)을 포함한다. 락탐 A)은 바람직하게는 ε-카프로락탐, 2-피페리돈(δ-발레로락탐), 2-피롤리돈(γ-부티로락탐), 카프릴락탐, 에난토락탐, 라우릴락탐 및 이들의 혼합물에서 선택된다. 카프로락탐, 라우릴락탐 또는 이들의 혼합물이 바람직하다. 사용되는 락탐이 배타적으로 ε-카프로락탐 또는 배타적으로 라우릴락탐인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 락탐 조성물은 1 이상의 술폰화 폴리아릴 술폰 B)을 포함한다. 술폰화 폴리아릴 술폰 및 이의 제조 방법은 기본적으로 당업자에게 공지되어 있다. 예컨대 DE 10149034호는 치환도와 관련하여 화학양론적인 술포화제의 양을 사용하는 술폰화 폴리아릴렌 에테르의 제조 방법을 개시한다. 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰의 다른 제조 방법은 US 2002/0091225 A1호 및 US 2007/0163951 A1호에 개시되어 있다.
바람직하게는, 폴리아릴 술폰 B)은 일반식 (I)의 반복 단위로 구성된다:
Figure pct00001
상기 식에서,
t 및 q는 각각 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고,
Q, T 및 Y는 각각 독립적으로 화학 결합이거나 또는 -O-, -S-, -SO2-, -S(=O)-, -C(=O)-, -N=N-, -C(Ra)=C(Rb)- 및 -C(RcRd)-에서 선택되며,
여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C12 알킬이고,
Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18이며, 여기서 Rc 및 Rd C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18 아릴은 임의로 불소 및/또는 염소 원자로 치환되고,
Rc 및 Rd는 또한 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 C3-C12 시클로알킬기를 형성하고, 여기서 상기 C3-C12 시클로알킬기는 비치환 또는 하나 이상의 C1-C6 알킬기로 치환되며,
여기서 Q, T 및 Y 중 적어도 하나는 -SO2-이고,
Ar 및 Ar1은 각각 독립적으로 C6-C18 아릴이며, 여기서 상기 C6-C18 아릴은 비치환 또는 C1-C12-알킬, C1-C12-알콕시, C6-C18-아릴, 할로겐 및 -SO3X에 선택된 1 이상의 치환기로 치환되며,
p, m, n 및 k는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4인데, 단 p, m, n 및 k의 총합은 1 이상이고,
X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물이다.
Q, T 및 Y 중 적어도 하나가 화학 결합이라는 것은 화학 결합이 이웃하는 좌우의 기를 직접적으로 함께 연결하는 것을 의미하는 것으로 이해될 수 있다.
바람직하게는, 식 (I)의 화합물에서 Q, T 및 Y 기는 각각 독립적으로 -O- 및 -SO2-에서 선택되며 Q, T 및 Y 중 적어도 하나는 -SO2-이다.
Q, T 및 Y 기 중 적어도 하나가 -C(Ra)=C(Rb)- 또는 -C(RcRd)-인 경우,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C12 알킬이고,
Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18이며, 여기서 Rc 및 Rd C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18 아릴은 임의로 불소 및/또는 염소 원자로 치환되고,
Rc 및 Rd는 또한 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 C3-C12 시클로알킬기를 형성할 수 있고, 여기서 상기 C3-C12 시클로알킬기는 비치환 또는 하나 이상의 C1-C6 알킬기로 치환된다.
바람직한 C1-C12 알킬기는 선형 및 분지형의 탄소 원자수 1∼12의 포화 알킬기를 포함한다. 이하의 모이어티가 특히 적합하다: 메틸, 에틸, n-프로필, i-프로필, n-부틸, sec-부틸, 2- 또는 3-메틸펜틸과 같은 C1-C6 알킬 또는 비분지형 헵틸, 옥틸, 노닐, 세실, 운데실, 라우릴 및 이의 단분지 또는 다분지 유사체와 같은 비교적 장쇄 모이어티.
사용되는 C1-C12 알콕시기에서 알킬 모이어티는 탄소 원자수 1∼12의 상기 정의된 알킬기를 포함한다. 바람직하게 사용되는 시클로알킬 모이어티는 특히 C3-C12 시클로알킬 모이어티, 예컨대, 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 시클로헥실, 시클로헵틸, 시클로옥틸, 시클로프로필메틸, 시클로프로필에틸, 시클로프로필프로필, 시클로부틸메틸, 시클로부틸에틸, 시클로펜틸에틸, -프로필, -부틸, -펜틸, -헥실, -시클로헥실메틸, -디메틸, -트리메틸을 포함한다.
Ar 및 Ar1은 각각 독립적으로 C6-C18 아릴이다. 후술하는 출발 물질로부터 진행되는 경우, Ar은 바람직하게는 술폰화된 또는 비술폰화된 히드로퀴논, 레조르시놀, 디히드록시나프탈렌, 특히 2,7-디히드록시나프탈렌 및 4,4'-비스페놀로 이루어지는 군에서 선택되는 친전자 공격에 매우 민감한 전자 풍부 방향족 물질로부터 유도되는 것이 바람직하다. Ar1은 바람직하게는 비치환된 C6 또는 C12 아릴렌기이다.
식 (I)의 바람직한 실시양태에서 Ar 및 Ar1은 각각 독립적으로 술폰화된 또는 비술폰화된 1,4-페닐렌, 1,3-페닐렌, 나프틸렌, 특히 2,7-디히드록시나프탈렌 및 4,4'-비스페닐렌에서 선택되는 것이 바람직하다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 하기 구조 단위 (Ia) 내지 (Io)를 갖는 폴리아릴렌 술폰을 이용한다:
Figure pct00002
Figure pct00003
상기 식에서,
l, k, m, n, o, p는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4인데, 단 l, k, m, n, o 및 p의 총 합계는 1 이상이고,
X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물이다.
바람직한 빌딩 블록 (Ia) 내지 (Io)에 더하여, 하나 이상의 술폰화 또는 비술폰화 1,4-디히드록시페닐 단위가 레조르시놀 또는 디히드록시나프탈렌으로 치환된 구조 단위도 바람직하다.
조합된 여러 구조 단위 또는 술폰화 및 비술폰화 구조 단위로 구성된 공중합체도 사용할 수 있다.
구조 단위 (Ia), (Ib), (Ig) 및 (Ik) 또는 이의 공중합체가 일반식 (I)의 반복 단위로서 특히 바람직하게 사용된다.
한 특히 바람직한 실시양태에서, Ar은 1,4-페닐렌이고, t는 1이며, T는 화학 결합이고, Y는 -SO2이며, q는 0이고, p는 0이며, m은 0이고, n은 1이며, k는 1이다. 나열된 이 구조 반복 단위로 구성되는 폴리아릴렌 에테르 술폰은 sPPSU로 표시된다.
한 특히 바람직한 실시양태에서, Ar은 1,4-페닐렌이고, t는 0이며, Y는 SO2이고, q는 0이며, n은 0이고, k는 0이다. 나열된 이 구조 반복 단위로 구성되는 폴리아릴렌 에테르 술폰은 술폰화 폴리에테르 에테르 술폰(sPEES)으로 나타내어진다.
한 유리한 실시양태에서, 술폰화 폴리아릴 술폰 B)은
하기 식 (1)의 비술폰화 반복 단위
Figure pct00004
및 하기 식(2)의 술폰화 반복 단위
Figure pct00005
를 포함한다.
특히, 술폰화 폴리아릴 술폰 B)은 배타적으로 식 (I)의 비술폰화 반복 단위 및 식(2)의 술폰화 반복 단위로 이루어진다.
매우 유리한 실시양태에서, 술폰화 폴리아릴 술폰 B)은
하기 식 (1a)의 비술폰화 반복 단위
Figure pct00006
및 하기 식 (2a)의 술폰화 반복 단위
Figure pct00007
를 포함한다.
특히, 술폰화 폴리아릴 술폰 B)는 배타적으로 식 (1a)의 비술폰화 반복 단위 및 식 (2a)의 술폰화 반복 단위로 이루어진다.
본 발명에 따라 사용되는 폴리아릴 술폰 B)의 점도수는 바람직하게는 20 ml/g 내지 80 ml/g, 바람직하게는 20 ml/g 내지 60 ml/g이다. 이 점도수는 25℃에서 N-메틸-피롤리돈(NMP)의 1% 용액 중에서 DIN EN ISO 1628-1에 따라 정량된다.
-SO3X기에 의한 술폰화 폴리아릴 술폰 B)의 치환도는 바람직하게는 100 g의 폴리아릴 술폰당 5∼200 mmol 범위, 더 바람직하게는 100 g의 폴리아릴 술폰당 10∼150 mmol 범위, 특히 100 g의 폴리아릴 술폰당 20∼100 mmol 범위내이다.
본 발명에 따르면, 중합가능한 조성물은 1 이상의 촉매 C) 및/또는 1 이상의 활성화제 D)를 포함할 수 있다.
본 발명 방법에 사용하기 적합한 촉매 C)는 음이온 중합에 통상적으로 사용되는 유형의 통상 사용되는 촉매이다. 이것은 특히 락탐 음이온의 형성을 가능하게 하는 화합물을 포함한다. 락탐 음이온 자신도 촉매로서 거동할 수 있다. 이러한 유형의 촉매는 예컨대 문헌(Polyamides, Kunststoff Handbuch, 3/4권, 1998, Carl Hanser Verlag, 52 페이지)으로부터 공지되어 있다.
촉매 C)는 바람직하게는 나트륨 카프로락타메이트, 칼륨 카프로락타메이트, 브로마이드 마그네슘 카프로락타메이트, 클로라이드 마그네슘 카프로락타메이트, 마그네슘 비스카프로락타메이트, 수소화나트륨, 나트륨, 수산화나트륨, 나트륨 메톡시드, 나트륨 에톡시드, 나트륨 프로폭시드, 나트륨 부톡시드, 수소화칼륨, 칼륨, 수산화칼륨, 칼륨 메톡시드, 칼륨 에톡시드, 칼륨 프로폭시드, 칼륨 부톡시드 및 이들의 혼합물에서 선택된다.
수소화나트륨, 나트륨 및 나트륨 카프로락타메이트에서 선택되는 촉매 C)를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 특히 나트륨 카프로락타메이트가 촉매 C)로서 사용된다. 한 유리한 실시양태에서, 카프로락탐 중 나트륨 카프로락타메이트 용액이 사용된다. 이러한 유형의 혼합물은 독일 BrueggemannChemical, L. Brueggemann Kommanditgesellschaft로부터 Brueggolen® C10의 상표명으로 구입할 수 있으며 17∼19 중량%의 나트륨 카프로락타메이트를 카프로락탐 중에 포함한다. 마찬가지로 적합한 촉매 C)는 특히 브로마이드 마그네슘 카프로락타메이트, 예컨대 독일 BrueggemannChemical사의 Brueggolen® C1이다.
락탐 A) 대 촉매 C)의 몰비는 광범위하게 달라질 수 있는데, 일반적으로 1:1 내지 10,000:1 범위, 바람직하게는 5:1 내지 1000:1 범위, 더 바람직하게는 1:1 내지 500:1 범위이다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 1 이상의 활성화제 D)를 포함한다.
음이온 중합 공정에 적합한 활성화제 D)는 친전자 모이어티로 N-치환된 락탐, 예컨대 아실락탐이다.
유용한 활성화제 D)는 또한 이러한 활성화된 N-치환 락탐의 전구체를 포함하며, 이것은 락탐과 결합하여 활성화된 락탐을 인시츄로 형성한다. 성장 사슬의 수는 활성화제 양에 따라 달라진다. 유용한 활성화제 D)는 일반적인 이소시아네이트, 산 무수물 및 아실 할로겐화물 및/또는 이것과 락탐 단량체의 반응 생성물을 포함한다.
유용한 활성화제 D)는 지방족, 시클로지방족, 방향지방족 및 방향족 디이소시아네이트를 포함한다. 유용한 지방족 디이소시아네이트는 예컨대 테트라메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 옥타메틸렌 디이소시아네이트, 데카메틸렌 디이소시아네이트, 운데카메틸렌 디이소시아네이트 및 도데카메틸렌 디이소시아네이트를 포함한다. 유용한 지방족 디이소시아네이트는 예컨대 4,4'-메틸렌비스-(시클로헥실) 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 1,4-디이소시아네이토시클로헥산을 포함한다. 유용한 방향족 디이소시아네이트는 예컨대 톨릴 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트 및 테트라메틸크실릴렌 디이소시아네이트를 포함한다.
또한 우레탄, 알로파네이트, 우레아, 비우렛, 우레트디온, 아미드, 이소시안우레이트, 카르보디이미드, 우레톤이민, 옥사디아진트리온 또는 이미노옥사디아진디온 구조를 통해 연결함으로써 상기 언급한 디이소시아네이트 또는 이들의 혼합물로부터 얻을 수 있는 폴리이소시아네이트를 사용할 수 있다. 이들은 예컨대 헥사메틸렌 디이소시아네이트의 이소시안우레이트를 포함한다. 이것은 독일 BASF SE사로부터 Basonat HI 100의 상표명으로 입수할 수 있다.
유용한 활성화제 D)는 또한 부틸렌디아실 클로라이드, 부틸렌디아실 브로마이드, 헥사메틸렌디아실 클로라이드, 헥사메틸렌디아실 브로마이드, 옥타메틸렌디아실 클로라이드, 옥타메틸렌디아실 브로마이드, 데카메틸렌디아실 클로라이드, 데카메틸렌디아실 브로마이드, 도데카메틸렌디아실 클로라이드, 도데카메틸렌디아실 브로마이드, 4,4'-메틸렌비스(시클로헥산카르보닐 클로라이드), 4,4'-메틸렌비스(시클로헥산카르보닐 브로마이드), 이소포론디아실 클로라이드, 이소포론디아실 브로마이드와 같은 지방족 디아실 할로겐화물; 및 또한 톨릴메틸렌디아실 클로라이드, 톨릴메틸렌디아실 브로마이드, 4,4'-메틸렌비스(페닐카르보닐 클로라이드), 4,4'-메틸렌비스(페닐카르보닐 브로마이드)와 같은 방향족 디아실 할로겐화물을 포함한다. 나열된 화합물의 혼합물도 활성화제 D)로서 사용될 수 있다.
지방족 디이소시아네이트, 방향족 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트, 지방족 디아실 할로겐화물 및 방향족 디아실 할로겐화물에서 선택되는 1 이상의 화합물을 포함하는 활성화제 D)를 포함하는 중합가능한 락탐 조성물이 특히 바람직하다.
바람직한 실시양태에서 사용되는 활성화제 D)는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 1,6-디카르바모일-카프로락탐(즉, 카프로락탐-블록된 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트), 이소포론 디이소시아네이트, 헥사메틸렌디아실 브로마이드, 헥사메틸렌디아실 클로라이드 및 이의 혼합물에서 선택되는 1 이상의 화합물이다. 헥사메틸렌 1,6-디카르바모일카프로락탐을 활성화제 D)로서 사용하는 것이 특히 바람직하다. 이것은 독일 BrueggemannChemical사로부터 Brueggolen® C20으로서 구입할 수 있다.
락탐 A) 대 활성화제 D)의 몰비는 광범위하게 달라질 수 있는데, 일반적으로 1:1 내지 10,000:1 범위, 바람직하게는 5:1 내지 2000:1 범위, 더 바람직하게는 20:1 내지 1000:1 범위내이다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 상기 언급한 성분 A) 및 B) 및 또한 임의로 C) 및/또는 D)에 더하여 1 이상의 추가의 다른 성분을 더 포함할 수 있다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 1 이상의 충전제 및/또는 섬유상 물질 E)을 포함한다. 용어 "충전제 및/또는 섬유상 물질"은 본 발명의 맥락에서 광의로 이해되며 입상 충전제, 섬유상 물질 및 임의의 원하는 전이 형태를 포괄한다. 입상 충전제는 분진에서 조대 입자까지 광범위의 입도를 가질 수 있다. 유기 또는 무기 충전제 및/또는 섬유상 물질이 충전제 재료로서 고려된다. 사용가능한 예는 카올린, 백악, 규회석, 탈크, 탄산칼슘, 실리케이트, 이산화티탄, 산화아연, 흑연, 유리 입자, 예컨대 유리 비드, 나노크기 충전제, 예컨대 카본 나노튜브, 카본 블랙, 나노크기 판상 실리케이트, 나노크기 알루미나(Al2O3), 나노크기 티타니아(TiO2), 그래핀, 판상 실리케이트 및 나노크기 실리카(SiO2)를 포함한다.
또한 하나 이상의 섬유상 물질을 사용할 수 있다. 이들은 바람직하게는 붕소 섬유, 유리 섬유, 탄소 섬유, 실리카 섬유, 세라믹 섬유 및 현무암 섬유와 같은 공지된 무기 보강 섬유; 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 나일론 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 울 섬유, 아마 섬유, 마펄프 및 사이잘 섬유와 같은 천연 섬유와 같은 유기 보강 섬유로부터 선택된다.
유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 붕소 섬유, 금속 섬유 또는 티탄산칼륨 섬유를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 특히 분쇄 유리 섬유(chopped glass fiber)가 사용된다. 나열된 섬유는 바람직하게는 단섬유의 형태로 본 중합가능한 조성물에 사용된다. 이들 단섬유의 평균 길이는 바람직하게는 0.1∼0.4 mm 범위이다. 장섬유의 형태로 또는 단섬유와 장섬유의 블렌드로서 섬유상 물질을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, 이 경우, 레이드 섬유 스크림(laid fiber scrim) 또는 섬유 브레이드(fiber braid)에 대해서는 후술하는 바와 같이, 주형 지지체에 직접 이들을 넣는 것이 유리하다. 적합한 섬유는 또한 평균 섬유 길이가 0.5∼1 mm 범위인 섬유 및 평균 섬유 길이가 바람직하게는 1 mm 초과, 더 바람직하게는 1∼10 mm 범위인 장섬유를 포함한다. 주형 지지체에서 직접 사용하는 경우 원칙적으로 적합한 섬유 길이의 상한은 없다. 예컨대, 레이드 섬유 스크림 또는 섬유 브레이드에서의 섬유 길이는 실제로 무한이다.
특히, 나열된 충전제 및/또는 섬유상 물질의 혼합물을 사용하는 것도 가능하다. 유리 섬유 및/또는 유리 입자, 특히 유리 비드를 충전제 및/또는 섬유상 물질 E)로서 사용하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 25∼90 중량%, 특히 바람직하게는 30∼80 중량%의 1 이상의 충전제 및/또는 섬유상 물질 E)을 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 30∼50 중량%의 1 이상의 충전제 및/또는 섬유상 물질 E)을 포함한다. 추가의 유리한 실시양태에서, 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 51∼90 중량%의 1 이상의 충전제 및/또는 섬유상 물질 E)을 포함한다.
한 유리한 실시양태에서, 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 1 이상의 첨가물 물질 F)을 포함한다. 첨가물 물질 F)은 중합체 및 추가의 첨가물 물질로부터 선택된다.
중합가능한 락탐 조성물은 하나 이상의 첨가된 중합체 F)를 포함할 수 있다. 중합체는 원칙적으로 본 발명에 따른 락탐 조성물의 중합에서 얻어지는 중합체, 그 이외의 중합체 및 이들의 혼합물로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 1 이상의 첨가된 중합체를 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 0∼40 중량%, 바람직하게는 0∼20 중량%, 더 바람직하게는 0∼10 중량%의 양으로 포함한다. 중합가능한 락탐 조성물이 1 이상의 첨가된 중합체를 포함하는 경우, 이의 양은 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 0.1 중량% 이상, 더 바람직하게는 0.5 중량% 이상이다.
중합체 F)는 바람직하게는 폴리스티렌, 스티렌 공중합체, 폴리올레핀, 폴리에스테르, 폴리에테르, 비닐 함유 단량체의 중합체 및 이들의 혼합물에서 선택된다. 한 바람직한 실시양태에서, 중합가능한 락탐 조성물은 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 스티렌-부타디엔 공중합체(SB), 고온 폴리에틸렌(HTPE), 저온 폴리에틸렌(LTPE), 폴리프로필렌, 폴리부텐-1, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리아미드, 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리프로필렌 글리콜, 폴리페닐렌 옥시드 에테르, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리스티렌, 충격 보강 폴리스티렌, 폴리비닐카르바졸, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 알콜, 폴리이소부틸렌, 폴리부타디엔 및 이들의 혼합물에서 선택되는 1 이상의 중합체를 포함한다.
중합체 F)는 바람직하게는 락탐 단량체로부터 형성되는 중합체와 블록 및/또는 그래프트 공중합체를 형성하기에 적합한 중합체로부터 더 선택된다. 이러한 기의 예는 에폭시, 아민, 카르복실, 무수물, 옥사졸린, 카르보디이미드, 우레탄, 이소시아네이트 및 락탐 기이다.
첨가된 중합체 F)는 예컨대 제품 특성 개선, 성분의 상용성 개선, 점도 개질 등의 역할을 한다.
한 유리한 실시양태에서, 중합가능한 락탐 조성물은 임의의 첨가된 중합체 F)를 함유하지 않는다.
한 유리한 실시양태에서, 중합가능한 락탐 조성물은 1 이상의 추가의 첨가물 물질 F)을 포함할 수 있다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 1 이상의 추가의 첨가물 물질을 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 0∼10 중량%, 바람직하게는 0∼5 중량%, 더 바람직하게는 0∼4 중량%의 양으로 포함한다.
추가의 첨가물 물질 F)은 예컨대 구리염과 같은 안정화제, 염료, 정전기 방지제, 이형제, 항산화제, 광안정화제, PVC 안정화제, 윤활제, 난연제, 발포제, 추진제, 충격 보강제, 조핵제 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 중합가능한 락탐 조성물이 1 이상의 추가의 첨가물 물질 F)을 포함하는 경우, 이의 양은 중합가능한 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 0.01 중량% 이상, 더 바람직하게는 0.1 중량% 이상이다.
본 발명에 따라 사용되는 중합가능한 락탐 조성물이 첨가물 물질로서 충격 보강제를 포함하는 것이 바람직하다. 중합체 화합물이 충격 보강제로서 사용되는 경우, 이것은 상기 언급된 중합체와 접촉하게 된다. 원칙적으로, 폴리디엔 중합체(예컨대, 폴리부타디엔, 폴리이소프렌)가 충격 보강제로서 사용된다. 이들은 바람직하게는 무수물 및/또는 에폭시 기를 포함한다. 폴리디엔 중합체의 유리 전이 온도는 특히 0℃ 미만, 바람직하게는 -10℃ 미만, 더 바람직하게는 -20℃ 미만이다. 폴리디엔 중합체는 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌 아크릴레이트 및/또는 폴리실록산과의 폴리디엔 공중합체를 베이스로 하며 통상적으로 이용되는 공정(예컨대, 유액 중합, 현탁 중합, 용액 중합, 가스상 중합)을 통해 얻을 수 있다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물 중의 락탐은 당업자에게 공지된 방법으로 음이온 중합될 수 있다. 이것은 일반적으로 촉매 및/또는 활성화제를 필요로 한다. 빈번히 추가의 첨가제가 일반적으로 중합 전에 유동성 액체 중합가능한 락탐 조성물(락탐 용융물)에 혼입됨으로써 첨가된다.
또한 본 중합가능한 조성물은 1 이상의 락탐 뿐만 아니라 이와 공중합 가능한 1 이상의 단량체(M)도 함유할 수 있다. 적합한 단량체(M)는 락톤 및 가교결합 단량체를 포함한다. 단량체는 바람직하게는 락톤에서 선택된다. 바람직한 락톤은 예컨대 카프로락톤 및/또는 부티로락톤을 포함한다. 여기서 단량체(M)의 양은 사용되는 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 40 중량%를 초과하지 않아야 한다. (M)의 비율은 사용되는 성분의 전체 중량을 기준으로 하여 바람직하게는 0∼30 중량% 범위, 더 바람직하게는 0.1∼20 중량% 범위내이다. 본 발명에 따라 사용되는 중합가능한 조성물은 가교결합 단량체를 포함할 수 있다. 적합한 가교결합 단량체는 락탐 단량체와 공중합할 수 있는 1 초과의 기를 갖는 화합물을 포함한다. 이러한 기의 예는 에폭시, 아민, 카르복실, 무수물, 옥사졸린, 카르보디이미드, 우레탄, 이소시아네이트 및 락탐 기이다. 유용한 가교결합 단량체는 예컨대 아미노카프로락탐, 아미노피페리돈, 아미노피롤리돈, 아미노라우릴락탐 또는 이들의 혼합물과 같은 아미노 치환된 락탐, 바람직하게는 아미노카프로락탐, 아미노피롤리돈 또는 이들의 혼합물, 더 바람직하게는 아미노카프로락탐을 포함한다.
본 발명의 한 바람직한 실시양태에서, 중합가능한 락탐 조성물은 임의의 추가의 단량체(M)를 함유하지 않는다. 이 실시양태에서는 락탐만이 단량체로서 사용된다.
매우 균질한 중합가능한 락탐 조성물을 얻기 위하여, 성분들을 집중적으로 혼합하는 것이 유리하다.
온도는 락탐 성분이 유동성 액체이도록 선택된다. 온도는 일반적으로 50℃ 내지 400℃ 범위내이다.
본 발명은 또한 상기 정의된 바와 같은 중합가능한 락탐 조성물이 제공되고 음이온 중합될 수 있는 폴리아미드 성형체의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 바람직하게는 50℃ 내지 160℃, 더 바람직하게는 50℃ 내지 140℃, 특히 50℃ 내지 100℃의 온도로 가열함으로써 유동성 액체 상태로 전환된다. 유동성 액체 중합가능한 락탐 조성물을 주형 캐비티로 도입한다. 용융된 중합가능한 락탐 조성물을 함침 장비를 이용하여 직물에 적용하는 것도 가능하다.
바람직하게는, 중합가능한 락탐 조성물의 중합은 사출 성형, 프레싱, 회전성형, 플라즈마 분무, 분말 코팅, 유동상 코팅 또는 섬유 또는 직물에의 도포를 이용하여 120∼250℃의 온도로 가열하고 적외선 또는 레이저 광선으로 용융시킴으로써 실시한다.
실온에서 고체인 중합가능한 락탐 조성물을 유동성 액체 상태로 전환하는 것은 사용되는 락탐 단량체의 용융 온도 이상의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다, 이 온도는 바람직하게는 180℃ 이하, 더 바람직하게는 160℃ 이하, 특히 120℃ 이하, 특별히 90℃ 이하이다. 온도 범위의 선택은 락탐(들)의 선택에 의존한다.
한 바람직한 실시양태에서, 중합가능한 조성물은 입자 형태이다.
중합가능한 조성물은 특히 각 입자가 성분 A), C) 및 D)를 포함하는 실질적으로 동일 조성을 갖는 입자 형태이다. 본 발명의 맥락에서 실질적으로 동일 조성은 제조 공정에서 유래하는 편차, 예컨대 입자를 형성하는 성분들의 계량 또는 측량 동안 통상 발생하는 것을 제외하고 입자의 조성이 동일함을 의미하는 것으로 이해될 수 있다. 따라서, 각 개개의 입자는 중합 반응에 필요한 모든 성분들을 포함한다. 특히 동일 조성을 갖지 않는 입자는 성분 A), C) 및 D) 중 오직 한 성분만 포함하거나 오직 두 성분만을 포함하는 것들이다. 따라서, 본 발명의 목적에서 입자 형태로 사용되는 중합가능한 조성물은 (건식 블렌드로서 알려진) 선행 기술의 공지된 건식 조제된 중합가능한 조성물과 근본적으로 상이하다.
입자의 평균 직경은 일반적으로 1∼2000 μm, 바람직하게는 10∼1000 μm, 더 바람직하게는 50∼500 μm, 가장 바람직하게는 100∼200 μm이다. 이 평균 직경은 광산란에 의하여 또는 체 분별을 통해 정량할 수 있고 체적 평균 직경이다.
본 발명의 추가의 실시양태는 상기 개시한 바와 같은 중합가능한 락탐 조성물을 회전성형기의 주형 지지체에 도입하고 이어서 가열하고 주형 지지체의 2축 회전에 의하여 중합가능한 락탐 조성물을 분배하는 것을 포함한다. 이후 중합가능한 락탐 조성물의 중합이 주형 지지체의 2축 회전과 동시에 일어난다.
추가의 실시양태는 섬유 보강 복합 재료를 제조하는 것을 포함한다. 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 추후 텍스타일 구조와 함께 회전성형기에서 경화될 수 있다. 또한, 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물은 예컨대 함침, 캐스팅, 분무 등에 의하여 텍스타일 구조에 적용될 수 있다.
텍스타일 구조는 바람직하게는 탄소와 같은 무기 광물로 구성되는 섬유, 예컨대 낮은 모듈러스 탄소 섬유 또는 높은 모듈러스 탄소 섬유, 각종 유형의 실리케이트 및 비실리케이트 유리, 붕소, 탄화규소, 티탄산칼륨, 금속, 금속 합금, 금속 산화물, 금속 질화물, 금속 탄화물 및 실리케이트, 및 또한 천연 또는 합성 중합체와 같은 유기 재료, 예컨대 폴리아크릴로니트릴, 폴리에스테르, 초고도로 인발된 폴리올레핀 섬유, 폴리아미드, 폴리이미드, 아라미드, 액정 중합체, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤, 폴리에테르이미드, 면, 셀룰로오스 및 기타 천연 섬유, 예컨대 아마, 사이잘, 양마, 대마 또는 마닐라삼을 포함한다. 고융점 재료, 예컨대 유리, 카본, 아라미드, 티탄산칼륨, 액정 중합체, 폴리페닐렌 술피드, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르 에테르 케톤 및 폴리에테르이미드가 바람직하고, 유리 섬유, 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 강철 섬유, 티탄산칼륨 섬유, 세라믹 섬유 및/또는 다른 충분히 내열성인 중합체 섬유 또는 스트랜드가 특히 바람직하다.
상기 개시된 바와 같은 본 발명의 락탐 조성물의 중합에 의하여 본 발명에 따라 얻어지는 폴리아미드 성형체는 낮은 수준의 물 흡수를 특징으로 한다. 이것은 일반적으로 습기 상태에서 더 높은 강성을 유도한다. 본 발명의 중합가능한 락탐 조성물에서 유래하는 포리아미드의 물 흡수율은 일반적으로 10% 이하, 바람직하게는 9.5% 이하, 특히 8% 이하이다.
본 발명에 따른 락탐 조성물의 중합으로 얻어지는 폴리아미드 성형체의 잔존 단량체 함량은 전체 락탐 조성을 기준으로 하여 바람직하게는 2∼5 중량% 범위, 더 바람직하게는 1∼2 중량% 범위내이다.
본 발명은 후술하는 도면 및 실시예에 의하여 더 구체적으로 설명된다. 이들 도면 및 실시예는 본 발명을 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
도 1: 폴리아릴렌 에테르 술폰과의 나일론-6(PA6) 블렌드(해상도 1:20000), PA6/PESU 블랜드(PESU 비술폰화)(= 비교 중합체)의 투과 전자 현미경 사진
도 2: 폴리아릴렌 에테르 술폰과의 나일론-6(PA6) 블렌드(해상도 1:20000), PA6/sPESU 블렌드(sPESU 20% 술폰화)의 투과 전자 현미경 사진
도 3: 폴리아릴렌 에테르 술폰과의 나일론-6(PA6) 블렌드(해상도 1:20000), PA6/sPESU 블렌드(sPESU 15% 술폰화)의 투과 전자 현미경 사진
실시예
분석 방법:
25℃에서 N-메틸피롤리돈(NMP)의 1% 용액 중에서 DIN EN ISO 1628-1에 따라 폴리아릴렌 에테르 술폰에 대하여 점도수를 측정하였다.
중합가능한 락탐 조성물의 물 흡수를 중량 측정에 의해 측정하였다. 중합된 시험편(Φ = 20 mm, 높이 4 mm)를 80℃에서 24시간 동안 수중에서 보관하였다. 24시간 후 물 흡수를 중량 측정에 의해 측정하였다.
Philips (FEI) CM120 TEM으로 투과 전자 현미경 사진을 기록하였다.
Netzsch사의 Maia DSC200F3을 이용하여 동적 주사 열량측정(DSC)을 실시하였다. 샘플 중량은 약 10 mg이고, 가열 및 냉각 속도는 20 K/분이었다.
I) 폴리아릴렌 에테르 술폰의 합성
실시예 1:
100 g의 중합체당 92.6 mmol의 SO3H를 갖는 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(P1)
1575 mL의 NMP 중 219.75 g의 K2CO3의 작용에 의한 344.59 g의 4,4'-디클로로디페닐 술폰, 279.31 g의 4,4'-디히드록시비페닐 및 147.38 g의 이나트륨 3,3'-디술포네이토-4,4'-디클로로디페닐 술폰의 친핵 방향족 중축합에 의하여 폴리아릴렌 에테르 술폰을 얻는다. 이 혼합물을 6시간 동안 질소하에서 190℃에서 유지하였다. 이후, 675 mL의 NMP를 첨가하여 회분을 희석하고, 여과에 의하여 고체 성분을 분리하고, 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰을 수중에서 석출하여 분리하였다. 물로 잘 세정한 후, 생성물을 150℃에서 감압하에 12시간 동안 건조시켰다.
점도수: 35 mL/g.
실시예 2:
100 g의 중합체당 70.75 mmol의 SO3H를 갖는 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(P2)
1575 mL의 NMP 중 219.75 g의 K2CO3의 작용에 의한 366.13 g의 4,4'-디클로로디페닐 술폰, 279.31 g의 4,4'-디히드록시비페닐 및 110.53 g의 이나트륨 3,3'-디술포네이토-4,4'-디클로로디페닐 술폰의 친핵 방향족 중축합에 의하여 폴리아릴렌 에테르 술폰을 얻는다. 이 혼합물을 6시간 동안 질소하에서 190℃에서 유지하였다. 이후, 675 mL의 NMP를 첨가하여 회분을 희석하고, 여과에 의하여 고체 성분을 분리하고, 술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰을 수중에서 석출하여 분리하였다. 물로 잘 세정한 후, 생성물을 150℃에서 감압하에 12시간 동안 건조시켰다.
점도수: 45 mL/g.
실시예 3:
중합가능한 락탐 조성물(반응 혼합물)의 합성
적당한 ε-카프로락탐 가용성 중합체의 존재하에 종래의 방식으로 ε-카프로락탐의 음이온 활성화 중합을 실시한다. 이를 위하여, 원하는 폴리아릴 술폰(B)을 먼저 160℃에서 건조 ε-카프로락탐(A)에 용해시킨다. 이어서, 촉매 C) (ε-카프로락탐 및 나트륨 카프로락타메이트, Brueggolen® C10))를 반응 혼합물에 용융시킨다. 160℃에서 활성화제 D)(ε-카프로락탐 및 N,N'-헥사메틸렌비스(카르바모일-ε-카프로락탐), Brueggolen® C20)를 첨가함으로써 중합을 개시한다.
표 1은 반응 혼합물의 조성을 나타낸다.
비술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(PESU)(P0)과의 반응을 비교를 위해 V3에서 실시하였다. 사용된 PESU(P0)의 점도수는 48 nl/g이었다. 상기 반응을 비교 시험 V4에서는 폴리아릴렌 에테르 술폰 없이 실시하였다.
Figure pct00008
표 2는 폴리아릴렌 에테르 술폰의 용해도를 나타낸다. (사용된 성분들의 총합을 기준으로 하여) 5 중량%의 폴리아릴렌 에테르 술폰을 160℃에서 1000 rpm의 회전 속도로 ε-카프로락탐에 용해시킨다.
Figure pct00009
표 3은 중합된 락탐 조성물의 물 흡수율을 나타낸다. 상기 조성물은 (사용된 성분들의 총합을 기준으로 하여) 5 중량%의 폴리아릴렌 에테르 술폰을 포함한다. 물 흡수율은 상기 개시한 바와 같이 중량 측정에 의해 측정되었다.
Figure pct00010
폴리아릴렌 에테르 술폰의 술폰화는 나일론 6과의 상용성을 증대시키고 PA6 매트릭스에서 폴리아릴렌 술폰의 미분산을 유도한다. 도 1은 5 중량%의 폴리아릴렌 에테르 술폰을 포함하는 혼합물(P1 및 P2) 대 비술폰화 폴리아릴렌 에테르 술폰(P0)의 주사 전자 현미경 사진을 나타낸다. 축척은 1:20,000이다.
수득되는 락탐 조성물의 열적 특성을 동적 주사 열량측정법(DSC)으로 조사하였고 표 4에 나타낸다. 1회 가열 곡선 및 1회 냉각 곡선을 이용하여 평가하였다.
Figure pct00011

Claims (18)

  1. A) 1 이상의 중합가능한 락탐, 및
    B) 아릴기 중 적어도 일부가 1 이상의 -SO3X 기(여기서, X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물)로 치환된 1 이상의 술폰화 폴리아릴 술폰
    을 포함하는 중합가능한 락탐 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 바람직하게는 나트륨 카프로락타메이트, 칼륨 카프로락타메이트, 브로마이드 마그네슘 카프로락타메이트, 클로라이드 마그네슘 카프로락타메이트, 마그네슘 비스카프로락타메이트, 수소화나트륨, 나트륨, 수산화나트륨, 나트륨 메톡시드, 나트륨 에톡시드, 나트륨 프로폭시드, 나트륨 부톡시드, 수소화칼륨, 칼륨, 수산화칼륨, 칼륨 메톡시드, 칼륨 에톡시드, 칼륨 프로폭시드, 칼륨 부톡시드 및 이들의 혼합물에서 선택되는 1 이상의 촉매 C)를 더 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 바람직하게는 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 브롬화헥사메틸렌디아실, 염화헥사메틸렌디아실 및 이들의 혼합물에서 선택되는 1 이상의 활성화제 D)를 더 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    E) 1 이상의 충전제 및/또는 섬유상 물질
    을 더 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    F) 바람직하게는 중합체, 안정화제, 염료, 정전기 방지제, 이형제, 항산화제, 광안정화제, PVC 안정화제, 윤활제, 난연제, 발포제, 추진제, 충격 보강제, 조핵제 및 이들의 혼합물에서 선택되는, E) 이외의 1 이상의 첨가물 물질
    을 더 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, -SO3X 기를 갖는 술폰화 폴리아릴 술폰의 치환도가 100 g의 폴리아릴 술폰당 5∼200 mmol, 바람직하게는 100 g의 폴리아릴 술폰당 10∼150 mmol, 특히 100 g의 폴리아릴 술폰당 20∼100 mmol인 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중합가능한 락탐 A)이 ε-카프로락탐, 2-피페리돈, 2-피롤리돈, 카프릴락탐, 에난토락탐, 라우릴락탐 또는 이들의 혼합물에서 선택되는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 폴리아릴 술폰 B)이 하기 일반식(I)의 반복 단위로 구성되는 것인 중합가능한 락탐 조성물:
    Figure pct00012

    상기 식에서,
    t 및 q는 각각 독립적으로 0, 1, 2 또는 3이고,
    Q, T 및 Y는 각각 독립적으로 화학 결합이거나 또는 -O-, -S-, -SO2-, -S(=O)-, -C(=O)-, -N=N-, -C(Ra)=C(Rb)- 및 -C(RcRd)-에서 선택되며,
    여기서 Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소 또는 C1-C12 알킬이고,
    Rc 및 Rd는 각각 독립적으로 수소, C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18이며, 여기서 Rc 및 Rd C1-C12 알킬, C1-C12 알콕시 또는 C6-C18 아릴은 임의로 불소 및/또는 염소 원자로 치환되고,
    Rc 및 Rd는 또한 이들이 결합하는 탄소 원자와 함께 C3-C12 시클로알킬기를 형성하고, 여기서 상기 C3-C12 시클로알킬기는 비치환 또는 하나 이상의 C1-C6 알킬기로 치환되며,
    여기서 Q, T 및 Y 중 적어도 하나는 -SO2-이고,
    Ar 및 Ar1은 각각 독립적으로 C6-C18 아릴이며, 여기서 상기 C6-C18 아릴은 비치환 또는 C1-C12-알킬, C1-C12-알콕시, C6-C18-아릴, 할로겐 및 -SO3X에서 선택된 1 이상의 치환기로 치환되며,
    p, m, n 및 k는 각각 독립적으로 0, 1, 2, 3 또는 4인데, 단 p, m, n 및 k의 총합은 1 이상이고,
    X는 수소 또는 하나의 양이온 등가물이다.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 술폰화 폴리아릴 술폰 B)이
    하기 식 (1)의 비술폰화 반복 단위
    Figure pct00013

    및 하기 식(2)의 술폰화 반복 단위
    Figure pct00014

    를 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    A) 락탐 성분 및 술폰화 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 60 중량% 내지 99.5 중량%의 1 이상의 락탐, 및
    B) 락탐 성분 및 폴리아릴 술폰의 합한 중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 내지 40 중량%의 1 이상의 폴리아릴 술폰
    을 포함하는 것인 중합가능한 락탐 조성물.
  11. i) 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 중합가능한 락탐 조성물을 제공하는 단계,
    ii) i)에서 제공된 중합가능한 조성물을 음이온 중합시키는 단계
    를 포함하는, 폴리아미드 성형체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 단계 i)에서 제공되는 중합가능한 락탐 조성물을 락탐 성분의 융점보다 1∼20℃, 바람직하게는 3∼15℃, 특히 5∼10℃ 위의 온도로 가열하여 유동성 액체 조성물을 생성하고 중합시키는 것인 방법.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 폴리아미드 성형체를 회전성형기에서 제조하는 것인 방법.
  14. 제11항 또는 제12항에 있어서, 폴리아미드 성형체를 압출기에서 제조하는 것인 방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 단계 ii)에서 제공되는 중합가능한 조성물이 입자 형태이고 상기 입자는 모두 실질적으로 동일한 조성을 가지며 각 입자가 상기 성분 A), C) 및 D)를 포함하는 것인 방법.
  16. 제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 방법으로 얻을 수 있는 폴리아미드 성형체.
  17. 제16항에 있어서, 물 흡수율이 10% 이하, 바람직하게는 9.5% 이하, 특히 8% 이하인 것인 폴리아미드 성형체.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서, 폴리아미드의 잔존 단량체 함량이 중합에 사용되는 락탐 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 5∼2 중량%, 바람직하게는 2∼1 중량% 범위인 것인 폴리아미드 성형체.
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