JP5174921B2 - 半芳香族ポリアミド、及び、半芳香族ポリアミドの調製方法 - Google Patents
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Description
手順(1):芳香族ジカルボン酸、4〜14個の炭素原子を含有する脂肪族ジアミン、
及び前回の予備重合中に発生した廃水をオートクレーブ内に加えて予備重合反応を行なう。
手順(2):手順(1)により得られたプレポリマーの固相増粘反応又は溶融増粘反応
により、半芳香族ポリアミドを得る。
手順(1)の廃水中には0.1〜5重量%の4〜14個の炭素原子を含有する脂肪族ジアミンを含有している。
そのうち、直鎖脂肪族ジアミンは、1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−デカンジアミン、1,11−ジアミノウンデカン又は1,12−ドデシルジアミン、分岐鎖脂肪族ジアミンは、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、2,4−ジメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2−メチル−1,8−ジアミノオクタン又は5−メチル−1,9−ジアミノノナン、脂環式ジアミンは、シクロヘキサンジアミン、メチルシクロヘキサンジアミン又は4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンを含んでいる。
1.本発明の半芳香族ポリアミドの調製方法では、重合中に発生した廃水を再利用することにより、廃水の排出量が大いに削減される。且つ廃水中の原料の効果的回収利用により、原料ジアミンの利用率が向上する。また、予備重合初期に廃水中に加えたジアミンは予備重合中に水の排出により流失したジアミンを補い、モノマージカルボン酸とジアミンのモル比バランスを確保している。
2.本発明において調製された半芳香族ポリアミドは、結晶化度、固有粘度及び耐熱温度が比較的高く、色相がよく、活性末端基含量が低く、加工安定性がよく、金型への腐食はない。必要に応じて、酸化防止剤、潤滑剤、核形成剤、難燃剤、着色剤、可塑剤、帯電防止剤を添加することができる。また、ガラス繊維、炭素繊維、無機充填剤を加えることにより補強することもできる。そしてその他の重合物と混合することにより重合物の混合物を調製することもできる。
実施例及び比較例中の諸特性は、すべて次の方法で測定した。
25℃の濃硫酸中で濃度0.05、0.1、0.3及び1g/dlのポリアミドの対数粘度ηinhを測定する。
ηinh = [ln(t1/t0)]/C
式中、ηinhは対数粘度(dl/g)、t0は溶剤の経過時間(sec)、t1は試料溶液の経過時間(sec)、Cは試料溶液の濃度(g/dl)を示す。
試料の固有粘度[η]を得るため、ηinhのデータを濃度が0となるまで外挿する。
全自動電位差滴定装置を用いて試料末端アミノ基含量を滴定する。重合物0.5gを取り、フェノール45ml及び無水メタノール3mlを入れ、加熱逆流し、試料を観察し、完全溶解後、室温まで冷却し、標定済み塩酸標準溶液を用いて末端アミノ基含量を滴定する。
全自動電位差滴定装置を用いて試料末端カルボキシル基含量を滴定する。重合物0.5gを取り、o−クレゾール50mlを加え、逆流溶解し、冷却後、速やかにホルムアルデヒド溶液400μLを入れ、標定済みKOH−エタノール溶液を用いて末端カルボキシル基含量を滴定する。
全自動電位差滴定装置を用いて予備重合において発生した廃水中のジアミン含量を滴定する。廃水100mlを取り、標定済み塩酸標準溶液を用いてジアミン含量を滴定する。
熱分析装置を用いて試料の融点及び融解熱量を窒素ガス雰囲気で、流速40mL/分で測定する。測定時、先ず10℃/分で340℃まで温度上昇し、340℃で2分間保持し、それから10℃/分で50℃まで冷却し、さらに10℃/分で340℃まで温度上昇し、この時の吸熱ピーク温度を融点Tmに設定し、この時の吸熱ピーク面積から融解熱量ΔHmを算出する。
X線回折法を用いて重合物の結晶化度を測定する。溶融した重合物を液体窒素を用いて急冷することにより非結晶試料を調製し、非結晶試料及び重合物試料のX線回折ピーク面積をそれぞれS1、S2とし、次の式から結晶化度を算出する。
Xc=(S2−S1)/S2×100(%)
式中、Xcは結晶化度(%)、S1は非結晶試料のX線回折ピーク面積、S2は重合物試料のX線回折ピーク面積を示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,10−デカンジアミン3446g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、脱イオン水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.14dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2361gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.7重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、PA10T樹脂が得られた。融点319℃、融解熱量67.5J/g、固有粘度[η]1.02dl/g、末端アミノ基含量14mol/t、末端カルボキシル基含量107mol/tであった。結果は、表1に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,10−デカンジアミン3446g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、比較例1中の廃水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2339gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.8重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、PA10T樹脂得られた。融点320℃、融解熱量73.5J/g、固有粘度[η] 1.38dl/g、末端アミノ基含量35mol/t、末端カルボキシル基含量43mol/tであった。結果は、表1に示す。
実施例1の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例1重合中に収集された廃水である。結果は、表1に示す。
実施例1の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例2重合中に収集された廃水である。結果は、表1に示す。
実施例1の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例3重合中に収集された廃水である。結果は、表1に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸2824g(17mol)、m−フタル酸498g(3mol)、1,10−デカンジアミン3446g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、脱イオン水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.13dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2356gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.5重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点291℃、融解熱量38.7J/g、固有粘度[η]0.97dl/g、末端アミノ基含量19mol/t、末端カルボキシル基含量112mol/tであった。結果は、表2に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸2824g(17mol)、m−フタル酸498g(3mol)、1,10−デカンジアミン3446g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、比較例2中の廃水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2386gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.8重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点292℃、融解熱量45.3J/g、固有粘度[η]1.27dl/g、末端アミノ基含量43mol/t、末端カルボキシル基含量51mol/tであった。結果は、表2に示す。
実施例5の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例5重合中に収集された廃水である。結果は、表2に示す。
実施例5の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例6重合中に収集された廃水である。結果は、表2に示す。
実施例5の調製手順を繰り返す。相違点として、加える廃水は実施例7重合中に収集された廃水である。結果は、表2に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,10−デカンジアミン2929g(17mol)、5−メチル−1,9−ジアミノノナン517g(3mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、脱イオン水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.13dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2317gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.6重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点294℃、融解熱量41.2J/g、固有粘度[η]1.07dl/g、末端アミノ基含量16mol/t、末端カルボキシル基含量96mol/tであった。結果は、表3に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,10−デカンジアミン2929g(17mol)、5−メチル−1,9−ジアミノノナン517g(3mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム6.85g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、比較例3中の廃水2283g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2395gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.7重量%とする。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点294℃、融解熱量48.3J/g、固有粘度[η]1.29dl/g、末端アミノ基含量34mol/t、末端カルボキシル基含量50mol/tであった。結果は、表3に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸1994g(12mol)、m−フタル酸1329g(8mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン2324g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム5.73g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、1909g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)脱イオン水,窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.14dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計1960gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.4重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点312℃、融解熱量34.8J/g、固有粘度[η]0.96dl/g、末端アミノ基含量17mol/t、末端カルボキシル基含量92mol/tであった。結果は、表3に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸1994g(12mol)、m−フタル酸1329g(8mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン2324g(20mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム5.73g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、比較例4中の廃水1909g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2053gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.4重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点312℃、融解熱量33.4J/g、固有粘度[η]1.32dl/g、末端アミノ基含量33mol/t、末端カルボキシル基含量39mol/tであった。結果は、表3に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン1394g(12mol)、2‐メチル‐1,5‐ペンタンジアミン930g(8mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム5.73g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、脱イオン水1909g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計2023gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.3重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点316℃、融解熱量34.2J/g、固有粘度[η]1.11dl/g、末端アミノ基含量19mol/t、末端カルボキシル基含量87mol/tであった。結果は、表3に示す。
磁力誘導攪拌機、凝縮管、気相口、試料注入口、内圧防爆口付き20Lのオートクレーブ内にp−フタル酸3323g(20mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン1394g(12mol)、2‐メチル‐1,5‐ペンタンジアミン930g(8mol)、安息香酸73.27g(0.6mol)、次亜リン酸ナトリウム5.73g(原材料に基づく総重量は0.1重量%とする)、比較例5中の廃水1909g(反応系に基づく総重量は25重量%とする)を加え、窒素ガスで吹き飛ばした後、温度を上昇させる。2時間以内の攪拌で、温度が220℃まで上昇したら、反応混合物を220℃で1時間攪拌し、さらに攪拌しながら、反応物の温度を230℃まで上昇させる。反応を230℃の恒温及び2Mpaの恒圧で2時間続け、生成された水を除去して一定の圧力を維持し、反応完了後排出し、プレポリマーを80℃の真空で24時間乾燥させ、固有粘度[η]0.15dl/gのプレポリマーが得られた。予備重合中に廃水計1987gが収集され、廃水中のジアミン含量は1.5重量%であった。プレポリマーを260℃窒素ガス雰囲気で10時間固相増粘し、半芳香族ポリアミド樹脂が得られた。融点317℃、融解熱量35.7J/g、固有粘度[η]1.43dl/g、末端アミノ基含量40mol/t、末端カルボキシル基含量49mol/tであった。結果は、表3に示す。
Claims (7)
- 芳香族ジカルボン酸、4〜14個の炭素原子を含有する脂肪族ジアミン、及び、前回の予備重合中に発生した廃水をオートクレーブ内に加えて予備重合反応を行なう手順(1)と、
前記手順(1)により得られたプレポリマーの固相増粘反応又は溶融増粘反応により、半芳香族ポリアミドを得る手順(2)と、を含み、
前記廃水中には0.1〜5重量%の4〜14個の炭素原子を含有する脂肪族ジアミンを含有していることを特徴とする半芳香族ポリアミドの調製方法。 - 前記手順(1)における脂肪族ジアミンは直鎖脂肪族ジアミン、分岐鎖脂肪族ジアミン又は脂環式ジアミン中の1種又は複数種類の混合物であることを特徴とする請求項1記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。
- 前記直鎖脂肪族ジアミンは、1,4−ブタンジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−デカンジアミン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ドデシルジアミンのいずれかであり、
前記分岐鎖脂肪族ジアミンは、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、2,4−ジメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2,2,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2,4,4−トリメチル−1,6−ヘキサメチレンジアミン、2−メチル−1,8−ジアミノオクタン、5−メチル−1,9−ジアミノノナンのいずれかであり、
前記脂環式ジアミンは、シクロヘキサンジアミン、メチルシクロヘキサンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタンのいずれかであることを特徴とする請求項2記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。 - 前記手順(1)における芳香族ジカルボン酸は、p−フタル酸、m−フタル酸、2−メチルp−フタル酸、2,5−ジクロロテレフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,4−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、2,2’−ビフェニルジカルボン酸のいずれかであることを特徴とする請求項1記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。
- 前記手順(1)における予備重合反応は、芳香族ジカルボン酸、4〜14個の炭素原子を含有する脂肪族ジアミン、水、末端封止剤、触媒をオートクレーブ内に加えて反応させ、反応温度200〜280℃、反応系圧力1〜5Mpa、反応時間1〜6時間とし、反応後期にシステム内の水を排出することにより圧力の安定性を維持し、反応終了後、プレポリマーを乾燥させることによって行われ、
水注入量は反応系全体の15〜35重量%であり、
触媒の量は原材料の0.01〜2重量%であり、
末端封止剤のモル量は芳香族ジカルボン酸の0.2〜10%であり、
前記触媒は、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸のいずれか、又はその塩、又はそのエステルであり、
前記末端封止剤は、モノカルボン酸、又はモノアミン、又はその混合物であることを特徴とする請求項1記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。 - 前記触媒は、リン酸ナトリウム、亜リン酸ナトリウム、次亜リン酸ナトリウム、亜リン酸カリウムのいずれかであり、
前記モノカルボン酸は、酢酸、プロピオン酸、酪酸、ラウリン酸、ステアリン酸、安息香酸、フェニル酢酸のいずれかであり、
前記モノアミンは、エチルアミン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、アニリン、p−トルイジンのいずれかであることを特徴とする請求項5記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。 - 前記手順(2)における固相増粘反応は、窒素ガス雰囲気下又は真空条件下で行ない、反応温度220〜280℃、反応時間3〜20時間とし、
前記手順(2)における溶融増粘反応は、空気吹き出し口付き押し出し設備で行ない、反応温度290〜350℃、反応時間1〜8分間とすることを特徴とする請求項1記載の半芳香族ポリアミドの調製方法。
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