JP7052163B2 - 樹脂組成物および流動性改善方法 - Google Patents
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Description
R2a、R2b、R2cおよびR2dはそれぞれ独立して水素原子または置換基を示し、
R3aおよびR3bはそれぞれ独立して水素原子または置換基を示し、
X1aおよびX1bはそれぞれ独立して下記式(X1)で表される基を示す
R3aおよびR3bが水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アリール基またはアラルキル基であり、
R4およびR5が、水素原子もしくはアルキル基であるか、または、R4とR5とが互いに結合して形成する複素環が、窒素原子、酸素原子および硫黄原子から選択された少なくとも1つのヘテロ原子をさらに含んでいてもよい5~7員複素環であってもよい。
R3aおよびR3bが水素原子またはメチル基であり、
R4およびR5が、水素原子もしくはC1-6アルキル基であるか、または、R4とR5とが互いに結合して形成する複素環が、ピロリジン環、ピペリジン環、ホモピペリジン環またはモルホリン環であってもよい。
本開示において、流動性改善剤(溶融流動性改善剤)として機能するフルオレン誘導体は、下記式(1)で表される化合物である。
R2a、R2b、R2cおよびR2dはそれぞれ独立して水素原子または置換基を示し、
R3aおよびR3bはそれぞれ独立して水素原子または置換基を示し、
X1aおよびX1bはそれぞれ独立して下記式(X1)で表される基を示す
前記式(1)で表される化合物の製造方法は特に制限されないが、例えば、下記式(2)で表される化合物と、下記式(3a)および(3b)で表される化合物とを反応(マイケル付加反応)させることによって調製してもよい。
上述のようにして得られるフルオレン誘導体は、結晶または非晶の形態であってもよく、結晶の形態である場合、融点は、基[-C(=O)-X1a]および[-C(=O)-X1b]が無置換アミド基である場合、例えば200~300℃程度であってもよく、好ましくは230~280℃、さらに好ましくは240~270℃であり、基[-C(=O)-X1a]および[-C(=O)-X1b]が一置換アミド基である場合、例えば150~300℃程度であってもよく、好ましくは200~270℃、さらに好ましくは220~250℃であり、基[-C(=O)-X1a]および[-C(=O)-X1b]が二置換アミド基である場合、例えば50~200℃程度であってもよく、好ましくは70~180℃、さらに好ましくは80~160℃である。
樹脂組成物が含むポリアミド系樹脂(PA)としては、慣用のポリアミド系樹脂が使用でき、例えば、脂肪族モノマー成分、脂環族モノマー成分および/または芳香族モノマー成分などで形成してもよい。
樹脂組成物は、前記式(1)で表されるフルオレン誘導体および前記ポリアミド系樹脂を少なくとも含んでいればよい。ポリアミド系樹脂に対して、添加剤として前記式(1)で表されるフルオレン誘導体を添加して樹脂組成物(熱可塑性樹脂組成物)を形成することにより、樹脂組成物の流動性、特に溶融流動性をより有効に向上できる。また、樹脂組成物の流動性が向上することにより、その成形性(加工性)をも向上させることができる。すなわち、流動性向上には成形温度(加工温度)を高くすることが考えられるが、ポリアミド系樹脂は分解温度が比較的低い傾向にあり、例えば、結晶性ポリアミド系樹脂では融点に近いことも多いため、成形温度を上げて流動性を向上することには限界がある。また、ポリアミド系樹脂は、分解温度が低い傾向のみならず、粘度の温度依存性が大きい傾向にあるため、熱分解抑制および流動性安定化などのために厳密な温度管理が必要になるが、成形温度が高温になるほど温度管理は困難になる。そのため、成形温度を高めなくても流動性を向上できる本開示の樹脂組成物は特に有用性が高い。
樹脂組成物は、機械的特性、例えば、曲げ強さ、曲げ弾性率、引張強さ、衝撃強さなどの観点から、必要に応じて繊維状補強材(繊維状強化材または繊維状充填材)を含んでいてもよい。一般的に繊維状補強材は、樹脂組成物の前記機械的特性などを大きく向上できるものの、粘度を著しく増加させてしまうため、前記機械的特性と流動性(成形性または加工性)との両立は困難である。特に、前記機械的特性が重要な用途では、繊維状補強材を高い割合で添加する必要があり、繊維状補強材の増加に伴う顕著な高粘度化のため、流動性(成形性または加工性)を犠牲にせざるを得ない場合がある。しかし、特定のフルオレン誘導体と、ポリアミド系樹脂と、繊維状補強材とを組み合わせる本開示では、繊維状補強材を含んでいても流動性を有効に向上できる。しかも、低分子化合物(フルオレン誘導体)を含むにもかかわらず、繊維状補強材に由来する高い機械的特性の低下を意外にも抑制し易く、保持または向上できる場合もあるため、高い機械的特性と高い流動性とを高いレベルで両立し易い。特に、前記フルオレン誘導体を繊維状補強材と組み合わせると、繊維状補強材を含まない場合(すなわち、繊維状補強材を含まず、かつ前記フルオレン誘導体とポリアミド系樹脂との質量割合が同じ樹脂組成物)に比べて衝撃強さを保持し易く、耐衝撃性と流動性とを両立し易いようである。
なお、樹脂組成物は、必要に応じて、ポリアミド系樹脂(または第1の熱可塑性樹脂)とは異なる他の熱可塑性樹脂(または第2の熱可塑性樹脂)を含んでいてもよく、含んでいなくてもよい。
樹脂組成物は流動性に優れているため、樹脂組成物のメルトフローレート(MFR)は、前記式(1)で表されるフルオレン誘導体を添加しない樹脂単独(以下、単にブランクともいう)のMFRを100としたとき、例えば110~500程度であってもよく、好ましくは130~450、さらに好ましくは160~400であり、特に、フルオレン誘導体として前記無置換アミド化合物を含むとより一層流動性を向上でき、樹脂組成物のMFRは、ブランクを100としたとき、180~480程度であってもよく、好ましくは、以下段階的に、200~460、250~450、300~430、330~410、350~400、370~390である。なお、ブランクのMFRは、例えば10~100g/分、好ましくは、以下段階的に、20~60g/分、25~50g/分、30~40g/分である。
樹脂組成物は流動性や機械的特性に優れるため、高い成形性(または生産性)で機械的特性に優れた成形体を形成できる。成形体の形状は、特に限定されず、用途に応じて選択でき、例えば、線状、糸状などの一次元的構造、フィルム状、シート状、板状などの二次元的構造、ブロック状、棒状、管状またはチューブ状などの中空状などの三次元的構造などであってもよい。
(HPLC)
HPLC(高性能または高速液体クロマトグラフ)装置として(株)島津製作所製「LCMS―2020」を用い、カラムとして(株)島津製作所製「KINTEX XB-C18」を用いて、移動相:アセトニトリル/水(体積比)=50/50から95/5まで10分間かけて変化させ、その後95/5で5分保持の条件で測定した。
試料を、内部標準物質としてテトラメチルシランを含む重溶媒(CDCl3)に溶解し、核磁気共鳴装置(BRUKER社製「AVANCE III HD」)を用いて、1H-NMRスペクトルを測定した。
BUCHI社製「Melting point M-565」を使用して、温度50℃から昇温速度0.5℃/分の条件で測定した。
熱重量測定-示差熱分析装置(TG-DTA)(パーキンエルマー社製「TGA-4000」)を使用して、窒素雰囲気下、測定温度範囲50~400℃、昇温速度10℃/分の条件下で、試料の質量が5質量%減少した温度を測定した。
試料と後述する表1に記載の溶剤とを、各溶剤ごとに濃度が3質量%となるようそれぞれ混合し手で10分程度振とうし、その後、室温下(温度15~25℃)で一晩静置した。試料の溶解性を確認して、以下の基準で評価した。
△:溶けるが、溶け残りが目視で確認できた
×:溶けなかった。
JIS K 7171に準じて、曲げ強さ、たわみおよび曲げ弾性率を測定した。なお、曲げ弾性率は接線法により算出した。
JIS K 7161-1,-2に準じて、試験速度5mm/分の条件で、引張強さ(最大引張強さ)および引張弾性率測定した。なお、引張弾性率は接線法により算出した。
比較例1および実施例1~6では、JIS K 7210-1 B法に準じて、保持時間5分、温度280℃、試験荷重1.2kgの条件で測定した。比較例2および実施例7~9では、JIS K 7210-1 A法に準じて、保持時間5分、温度280℃、試験荷重2.16kgの条件で測定した。
JIS K 7111に準じて測定した。
(原料)
N,N-ジエチルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製「DEAA(登録商標)」
N,N-ジメチルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製「DMAA(登録商標)」
N-イソプロピルアクリルアミド:KJケミカルズ(株)製「NIPAM(登録商標)」
N-アクリロイルモルホリン:KJケミカルズ(株)製「ACMO(登録商標)」
アクリルアミド:富士フイルム和光純薬(株)製
(その他)
DMSO:ジメチルスルホキシド、関東化学(株)製
トルエン:関東化学(株)製
TBAB:テトラブチルアンモニウムブロミド、東京化成工業(株)製
KOH:水酸化カリウム、関東化学(株)製
イソプロパノール:関東化学(株)製。
磁気撹拌子および三方コックを装着した反応器に9H-フルオレン(19.4g;0.117mol)、DMSO(30mL)、トルエン(30mL)、TBAB(0.6g;0.0019mol)、N,N-ジエチルアクリルアミド(30.5g;0.24mol)を仕込んで窒素置換した後、65℃まで昇温し、完全に溶解したことを確認した。そこに、48質量%KOH水溶液(0.56g;KOH換算で0.0048mol(4.8mmol))を投入し、90℃まで昇温し、2時間加熱撹拌した。HPLCにて、9H-フルオレンの消失を確認した時点で反応終了とした。得られた反応液を50℃まで冷却し、10質量%HCl水溶液(0.9g;HCl換算で0.0025mol(2.5mmol))およびイオン交換水(17mL)を加えて攪拌して中和処理した後、トルエン(18.1g)、および飽和食塩水(36.1g×3回)を加えて抽出操作を行った。得られた抽出液を0℃まで冷却しながら一晩静置したところ、白色の結晶物が析出したため、結晶物を濾別し、イオン交換水(37.3mL)、およびイソプロパノール(10mL)にて洗浄を行ったところ、下記式(1-1)で表される目的物(DEAA-FL、30.2g;収率61.4%)が得られた。
磁気撹拌子および三方コックを装着した反応器に9H-フルオレン(19.4g;0.117mol)、DMSO(30mL)、トルエン(30mL)、TBAB(0.6g;0.0019mol)、N,N-ジメチルアクリルアミド(23.8g;0.24mol)を仕込んで窒素置換した後、65℃まで昇温し、完全に溶解したことを確認した。そこに、48質量%KOH水溶液(0.56g;KOH換算で0.0048mol(4.8mmol))を投入し、90℃まで昇温し、2時間加熱撹拌した。HPLCにて、9H-フルオレンの消失を確認した時点で反応終了とした。得られた反応液を50℃まで冷却し、10質量%HCl水溶液(0.9g;HCl換算で0.0025mol(2.5mmol))およびイオン交換水(17mL)を加え、攪拌したところ、徐々に白色の結晶が析出し、白色の懸濁液となった。懸濁液を濾別し、熱水(77.7mL)およびイソプロパノール(15mL)にて洗浄を行ったところ、下記式(1-2)で表される目的物(DMAA-FL、30.0g;収率82.4%)が得られた。
磁気撹拌子および三方コックを装着した反応器に9H-フルオレン(19.4g;0.117mol)、DMSO(30mL)、トルエン(30mL)、TBAB(0.6g;0.0019mol)、N-イソプロピルアクリルアミド(27.2g;0.24mol)を仕込んで窒素置換した後、65℃まで昇温し、完全に溶解したことを確認した。そこに、48質量%KOH水溶液(0.56g;KOH換算で0.0048mol(4.8mmol))を投入し、90℃まで昇温し、2時間加熱撹拌した。HPLCにて、9H-フルオレンの消失を確認した時点で反応終了とした。得られた反応液を50℃まで冷却し、10質量%HCl水溶液(0.9g;HCl換算で0.0025mol(2.5mmol))およびイオン交換水(17mL)を加え、攪拌したところ、徐々に白色の結晶が析出し、白色の懸濁液となった。懸濁液を濾別し、熱水(77.7mL)およびイソプロパノール(15mL)にて洗浄を行ったところ、下記式(1-3)で表される目的物(NIPAM-FL、32.8g;収率71.4%)が得られた。
磁気撹拌子および三方コックを装着した反応器に9H-フルオレン(19.4g;0.117mol)、DMSO(30mL)、トルエン(30mL)、TBAB(0.6g;0.0019mol)、アクリルアミド(17.0g;0.24mol)を仕込んで窒素置換した後、65℃まで昇温し、完全に溶解したことを確認した。そこに、48質量%KOH水溶液(0.56g;KOH換算で0.0048mol(4.8mmol))を投入し、90℃まで昇温し、2時間加熱撹拌した。HPLCにて、9H-フルオレンの消失を確認した時点で反応終了とした。得られた反応液を50℃まで冷却し、10質量%HCl水溶液(0.9g;HCl換算で0.0025mol(2.5mmol))およびイオン交換水(17mL)を加え、攪拌したところ、徐々に白色の結晶が析出し、白色の懸濁液となった。懸濁液を濾別し、熱水(77.7mL)およびイソプロパノール(15mL)にて洗浄を行ったところ、下記式(1-4)で表される目的物(AAD-FL、31.8g;収率88.4%)が得られた。
磁気撹拌子および三方コックを装着した反応器に9H-フルオレン(19.4g;0.117mol)、DMSO(30mL)、トルエン(30mL)、TBAB(0.6g;0.0019mol)、N-アクリロイルモルホリン(33.8g;0.24mol)を仕込んで窒素置換した後、65℃まで昇温し、完全に溶解したことを確認した。そこに、48質量%KOH水溶液(0.56g;KOH換算で0.0048mol(4.8mmol))を投入し、90℃まで昇温し、2時間加熱撹拌した。HPLCにて、9H-フルオレンの消失を確認した時点で反応終了とした。得られた反応液を50℃まで冷却し、10質量%HCl水溶液(0.9g;HCl換算で0.0025mol(2.5mmol))およびイオン交換水(17mL)を加え、攪拌したところ、徐々に白色の結晶が析出し、白色の懸濁液となった。懸濁液を濾別し、熱水(77.7mL)およびイソプロパノール(15mL)にて洗浄を行ったところ、下記式(1-5)で表される目的物(ACMO-FL)が得られた。
合成例1~4で得られたフルオレン誘導体の溶解性試験の結果を表1に示す。なお、表1中、IPAはイソプロパノール、MEKはメチルエチルケトン、MIBKはメチルイソブチルケトン、ジオキサンは1,4-ジオキサン、THFはテトラヒドロフランをそれぞれ示す。
表2に記載の割合で、樹脂と添加剤とを(比較例1では添加剤を用いることなく)2軸押出機(サーモフィッシャー製「Process11 Twin Screw Extruder」、L/D=40)を用いて280℃で溶融混練し、樹脂組成物を調製した。
樹脂としてのPA66と、添加剤としてのAAD-FLとの割合を表3に記載の割合で混練して樹脂組成物を調製した。なお、混練は二軸押出機(パーカーコーポレーション社製「HK25D」、L/D=41、スクリュー径:25mm)を用いて、温度270℃、スクリュー回転数150rpm、吐出量6kg/時の条件で行った。また、樹脂組成物を糸状に押し出したサンプルを目視で確認したところ、実施例4~6のいずれにおいても白濁しておらず、実施例3と同様に樹脂と添加剤とが相溶していた。
樹脂としてのPA66と、添加剤としてのAAD-FLと、繊維状補強材としてのガラス繊維とを表4に記載の割合で混練して樹脂組成物を調製した。なお、混練は二軸押出機(東芝機械社製「TEM-26SX」)を用いて、ガラス繊維をサイドフィーダーより投入し、温度260℃の条件で行った。
Claims (9)
- 前記式(1)において、R4およびR5が水素原子である請求項1記載の樹脂組成物。
- 前記ポリアミド系樹脂が、脂肪族ポリアミド樹脂である請求項1または2記載の樹脂組成物。
- 前記式(1)で表される化合物と前記ポリアミド系樹脂との割合が、前者/後者(質量比)=1/99~10/90である請求項1または2記載の樹脂組成物。
- さらに、繊維状補強材を含む請求項1または2記載の樹脂組成物。
- 繊維状補強材が無機繊維である請求項5記載の樹脂組成物。
- 前記式(1)で表される化合物の割合が、繊維状補強材100質量部に対して、0.5~100質量部である請求項5記載の樹脂組成物。
- 請求項1記載の式(1)で表される化合物をポリアミド系樹脂に添加して、ポリアミド系樹脂の流動性を向上する方法。
- ポリアミド系樹脂の流動性を改善するための流動性改善剤であって、請求項1記載の式(1)で表される化合物からなる流動性改善剤。
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