JP4096043B2 - ポリアミド - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤が、ポリアミドのカルボキサミド基１モルに対して２．３〜１０ミリモル存在する下での出発モノマーの重合を含む、ポリアミドの製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、この方法によって得られるポリアミド、特に得られたポリアミドに関するものであり、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物が、ポリマー鎖に、ポリアミドのカルボキサミド基１モルに対して２．３〜１０ミリモルの範囲の量で、カルボキサミド基を介して化学結合しているポリアミドに関するものであり、そのようなポリアミドを含む、特にこのポリアミドからなるフィラメント、ファイバー、シート又は成型品に関するものである。
【０００３】
ポリアミドは工業的に重要な熱可塑性ポリマーであり、慣例上、溶融状態で、例えば、押出又は射出成形され、フィラメント、ファイバー、シート又は成型品へと加工される。
【０００４】
溶融状態で適切に加工するためには、ポリマーは高い溶融安定性(melt stability)を有していなければならない。溶融状態における熱ストレス(thermal stress)に起因するポリマーの変化は、慣例上、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１３３の規格に従って、溶融物の粘度変化として、定義されている。この溶融物の粘度変化は、ポリマーの分解のみならず後縮合(postcondensastion)をも示すものである。
【０００５】
加えて、上述のポリマーから得られるフィラメント、ファイバー、フィルム及びシートは、溶融点より下での熱ストレスに対しては高い抵抗性を有するものである。これは、慣例上、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １７９の規格で定義されているように熱老化後のノッチ付き衝撃強度(notched impact strength)によって測定される。
【０００６】
溶融粘度変化に関して、及びその種のポリアミドから製造された製品の溶融点未満での熱ストレスに関して、ポリアミドを安定化するために、慣例上、出発モノマーからの重合の間、又はその前に、例えばプロピオン酸等の連鎖反応制御剤を添加するのであるが、この安定化においてのより一層の改良が望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、改良された熱処理後の衝撃強さ(impact toughness)、改良された溶融安定性とを有するポリアミドを提供することにあり、さらにそのようなポリアミドを生産する方法にもある。
【０００８】
本発明者等は、これらの目的が、最初に定義したポリアミド、そのようなポリアミドの製造のための加工、及びそのようなポリアミドを含む、特にそのようなポリアミドからなるフィラメント、ファイバー、シート及び成型品によって達成されることを見いだした。
【０００９】
ここでのポリアミドは、ポリマーの主鎖に主要構成要素として反復するアミド基を有している合成長鎖ポリアミドのホモポリマー、コポリマー、ブレンド及びグラフトであると理解されるものとする。そのようなポリアミドの例としては、ナイロン−６（ポリカプロラクタム）、ナイロン−６，６（ポリヘキサメチレンアジポアミド）、ナイロン−４、６（ポリテトラメチレンアジポアミド）、ナイロン−６，１０（ポリヘキサメチレンセバシン酸アミド）、ナイロン−７（ポリエナントラクタム）、ナイロン−１１（ポリウンデカノラクタム）、ナイロン−１２（ポリドデカノラクタム）等がある。ナイロンの一般名で知られているポリアミドに加えて、ポリアミドには、アラミド（芳香族ポリアミド）、ポリ−メタ−フェニレンイソフタルアミド（登録商標ＮＯＭＥＸ ＵＳ−Ａ−３２８７３２４）又はポリ−パラ−フェニレンテレフタルアミド（登録商標ＫＥＶＬＡＲ ＵＳ−Ａ−３６７１５４２）等がある。
【００１０】
ポリアミドは、原理的には、２つの方法で製造することができる。
【００１１】
ジカルボン酸とジアミンからの重合においては、及びアミノ酸又は例えばアミノカルボニトリル、アミノカルボキサミド、アミノカルボン酸エステル又はアミノカルボン酸塩等の誘導体からの重合においても、アミノ及びカルボキシ末端基は、お互いに反応してアミド基と水を形成する。水は、引き続いて、ポリマーから取り除くことができる。カルボキサミドからの重合においては、出発モノマー又は出発オリゴマーのアミノ及びアミド末端基は、お互いに反応してアミド基とアンモニアを形成する。アンモニアは、引き続いて、ポリマーから取り除くことができる。この重合反応は、慣例上、重縮合として知られる。
【００１２】
出発モノマー又は主発オリゴマーとしてラクタムからの重合は、慣例上、重付加として知られる。
【００１３】
出発モノマーとしては、ラクタム、ω−アミノカルボン酸、ω−アミノカルボキサミド、ω−アミノカルボキシル酸塩、ω−アミノカルボン酸エステル、ジアミンとジカルボン酸の当モル混合物、ジカルボン酸／ジアミンの塩又はそれらの混合物を含む群から選択される化合物がある。
【００１４】
有用なモノマーには以下のものが含まれる。
【００１５】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１８のアリール脂肪族ラクタム、又は好ましくは脂肪族ラクタム（例、エナントラクタム、ウンデカノラクタム、ドデカノラクタム又はカプロラクタム等）のモノマー又はオリゴマーがあり、特にカプロラクタムが好ましい。
【００１６】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ３〜Ｃ１８のアミノカルボン酸（例、６−アミノヘキサン酸又は１１−アミノウンデカン酸等）のモノマー又はオリゴマー、これらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマー、及びこれらのアルカリ金属塩（例、リチウム、ナトリウム又はカリウム塩）等の塩がある。
【００１７】
Ｃ２〜Ｃ２０のアミノ酸アミド（例、６−アミノヘキサン酸アミド又は１１−アミノウンデカン酸アミド等）のモノマー又はオリゴマーがあり、及びそれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００１８】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ３〜Ｃ１８のアミノカルボン酸のエステル、好ましくはＣ１〜Ｃ４アルキルエステル（例、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル又はｓ−ブチルエステル等）があり、例えば６−アミノヘキサン酸エステル（例、６−アミノヘキサン酸メチル）、及び１１−アミノウンデカン酸エステル（例、１１−アミノウンデカン酸メチル）がある。
【００１９】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸又はアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー、及びヘキサマーがある。
【００２０】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ８〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１２を有する芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸又はテレフタル酸等）又はそれらの誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２１】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８を有するアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー、ヘキサマーがある。
【００２２】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸及びアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２３】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ８〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１２を有する芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸好ましくはイソフタル酸又はテレフタル酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２４】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２５】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸及びアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー及びヘキサマーがある。
【００２６】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸及びテレフタル酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２７】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−、又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２８】
更に、上述の出発モノマー又は出発オリゴマーの、ホモポリマー、コポリマー、混合物及びグラフトも使用可能である。
【００２９】
これらの出発モノマー又はオリゴマーで特に好ましいのは、ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−４，６、ナイロン−６，１０、ナイロン−７、ナイロン−１１及びナイロン−１２等のポリアミド、又はポリ−メタ−フェニレンイソフタル酸アミド又はポリ−パラ−フェニレンテレフタル酸アミド等のアラミド、特にナイロン６又はナイロン６６を、重合において生じるものがあり、例えばカプロラクタム、アジピン酸及びヘキサメチレンジアミン等である。
【００３０】
ラクタムは、ヒドロキシルアミンと環状ケトンとを反応させ、対応するオキシムの形成と続いて起こるベックマン転移によって得ることができ、特に二酸化チタンのような触媒の存在下における通常の方法で、重合反応前又は反応中に加水分解環化反応によって対応するアミノニトリルから得ることができる。
【００３１】
ω−アミノカルボン酸、ω−アミノカルボキサミド、ω−アミノカルボン酸塩及びω−アミノカルボン酸エステルの生産は、それ自体公知である。これらは、例えば、重合反応前又は反応中に、対応するアミノニトリルから得ることができる。
【００３２】
ジカルボン酸の製造は、それ自体公知である。これは、例えば、重合反応前又は反応中に対応するジニトリルから得ることができる。
【００３３】
ジアミンは、対応するジニトリルの水素化のような、通常の方法で製造することができる。
【００３４】
本発明によれば、出発モノマーからの重合は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００３５】
上述の化合物の混合物を使用することも可能である。
【００３６】
好ましい実施の態様において、カルボキサミド基を形成可能な官能基はアミン基である。
【００３７】
芳香族の、アリール脂肪族の、好ましくは脂肪族のアミノニトリル、特に脂肪族α，ω−アミノニトリルであって２〜２０好ましくは２〜１２の炭素原子を有するものを、好適に使用することができる。本発明のポリアミドの出発モノマーに炭素骨格が対応しているようなアミノニトリルは特に好適であり、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６の製造のための６−アミノカプロニトリルが好ましい。
【００３８】
そのようなアミノニトリルは、対応するジニトリルの部分水素化を用いる等の通常の方法で製造することができる。
【００３９】
好ましい実施の態様において、カルボキサミド基を形成可能な官能基は酸基である。
【００４０】
芳香族の、アリール脂肪族の、好ましくは脂肪族のニトリロカルボン酸、特に２〜２０好ましくは２〜１２の炭素原子を有する脂肪族α，ω−ニトリロカルボン酸を使用することが好適である。特に好適に使用されるのは、その炭素骨格が本発明のポリアミドの出発モノマーに対応するニトリロカルボン酸であり、好ましいのは、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６６の製造のための６−ニトリロアジピン酸である。
【００４１】
そのようなニトリロカルボン酸は、対応するジニトリルの部分水素化のような、通常の方法で製造することができる。
【００４２】
本発明によれば、出発モノマーの重合は、ポリアミドのカルボキサミド基の１モルに対して少なくとも２．３ミリモル、好ましくは少なくとも２．４ミリモル、特に少なくとも２．８ミリモル、特に好ましくは少なくとも３ミリモルの、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００４３】
本発明によれば、出発モノマーの重合は、ポリアミドのカルボキサミド基の１モルに対して多くとも１０ミリモル、好ましくは多くとも６ミリモル、特に多くとも４ミリモルの、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００４４】
ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を少量使用する場合において、ポリアミドは、十分に安定なものではないと観察されている。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を大量に使用する場合において、重合度は不十分であることが見いだされている。
【００４５】
本発明によって連鎖反応制御剤として使用される、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物は、通常の連鎖反応制御剤と併用することもでき、
これには、例えば、モノカルボン酸、好ましくは酢酸又はプロピオン酸のようなＣ１〜Ｃ１０−アルカンモノカルボン酸、好ましくはシクロペンタンカルボン酸又はシクロヘキサンカルボン酸のようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンモノカルボン酸、好ましくは安息香酸又はナフタレンジカルボン酸のようなベンゼン−、又はナフタレンモノカルボン酸、
例えば、ジカルボン酸、好ましくはアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸又はデカンジカルボン酸のようなＣ２〜Ｃ１０−アルカンジカルボン酸、好ましくは１，４−シクロヘキサンカルボン酸のようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸、テレフタル酸又は２，６−ナフタレンジカルボン酸のようなベンゼン−、及びナフタレンジカルボン酸、
例えば、モノアミン、好ましくはＣ１〜Ｃ１０アルカンモノアミン、好ましくはシクロペンタンアミン、シクロヘキサンアミン又は４−アミノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジンのようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンモノアミン、
例えば、アニリン又はナフタレンアミンのようなベンゼン−及びナフタレンモノアミン、
例えば、ジアミン、好ましくはヘキサメチレンジアミンのようなＣ２〜Ｃ１０−アルカンジアミン、好ましくは１，４−シクロヘキサンジアミンのようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンジアミン、好ましくはｏ−キシリレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン又はｐ−キシリレンジアミンのようなベンゼン−、ナフタレン−及びキシリレンジアミン、
又はそれらの混合物がある。
【００４６】
好適には、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む本発明によって使用される化合物と通常の連鎖反応制御剤との総計は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む本発明によって使用される化合物に対して定義した最大量を超えてはならず、さもなければ得られる重合度は不十分になるからである。
【００４７】
他の好ましい実施の態様においては、本発明の方法における重合又は重縮合は、少なくとも１種の顔料の存在下で行われる。好ましい顔料は、二酸化チタン、好ましくはアナターゼの形態の二酸化チタン、又は天然の無機又は有機の着色化合物である。顔料は好ましくはポリアミドの１００質量部に対して０〜５質量部、特に０．０２〜２質量部の量で添加される。顔料は、出発物質とともに、あるいはそれらとは独立に反応装置に添加することができる。
【００４８】
本発明のポリアミドは、ポリアミドについてのそれ自体公知の方法で、製造することができる。例えば、ポリアミドは、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物の存在下で、ＤＥ−Ａ１４９５１９８、ＤＥ−Ａ２５５８４８０、ＤＥ−Ａ４４１３１７７、「重合方法」(Polymerization Processes), Interscience, New York、１９７７年、４２４〜４６７頁、及び Handbuch der Technishen Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim、１９９３年、５４６〜５５４頁に記載されている連続法又はバッチ法によって、カプロラクタムから製造することができる。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物の存在下で、アジピン酸／ヘキサメチレンジアミンからのポリアミドの製造は、例えば、「重合方法」(Polymerization Processes), Interscience, New York、１９７７年、４２４〜４６７頁、特に４４４〜４４６頁に記載の通常のバッチ法によって、あるいは例えば、ＥＰ１２９１９６に記載の連続法によって、行うことができる。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を反応装置への添加は、出発モノマーの全部又は一部と混合して、又は別々に行うことができる。
【００４９】
本発明のポリアミドは、フィラメント、ファイバー、シート及び成型品に使用することができる。
【００５０】
フィラメント及びファイバーの場合には、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６からなるものが好適であり、高速紡糸により、すなわち４０００ｍ／分を超える引取速度により、得られた。
【００５１】
シート状及び立体成型品の製造に先だって、本発明のポリアミドは、燃焼遅延剤、グラスファイバー等の通常の添加物と、押出成形による等の通常の方法で混合される。
【００５２】
実施例
実施例１
カプロラクタム３０００ｇ（２６．５モル）、完全脱イオン水４５０ｇ及び６−アミノカプロニトリル７．３ｇ（６５モル）を、窒素充填下でオートクレーブによって内部温度２７０℃へと加熱し、その後すぐに１時間をかけて大気圧へと下げ、１５分間付加的に縮合させて、吐出した。
【００５３】
吐出したポリアミドは、ペレットにし、沸騰水で抽出してカプロラクタムとオリゴマーを除去し、それに続けて真空乾燥室で乾燥した。乾燥抽出ペレットは、固体状態で２５時間、１６０℃の状態に保たれた。
【００５４】
その後に、ポリアミドの相対溶液粘度を、９６％硫酸中で測定した。このために、溶液１００ｍｌあたりポリマー１ｇを測り取り、Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ粘度計によって純溶媒に対しての流動時間を測定した。ニトリル基の完全な取り込み(incorporation)は、ＩＲ分光器で確認した。
【００５５】
相対溶液粘度ＲＶ（１．０ｇ／ｄｌ）は、２．７３であった。
【００５６】
比較例１
６−アミノカプロニトリル７．３ｇの代わりにプロピオン酸４．８ｇ（６５ミリモル）を使用したことを除いては、実施例１と同様に行った。
【００５７】
相対溶液粘度ＲＶ（１．０ｇ／ｄｌ）は、２．７１であった。
【００５８】
実施例２
実施例１及び比較例１によって準備したポリマーを、ＩＳＯ１１３３によって流動特性について試験した。
【００５９】
このために、溶融ポリマーを、４、８、１２、１６、２０分間、２７５℃に加熱したシリンダーにおいて保持し、続けて、５ｋｇの力をかけてダイを通じて開放空間へと絞り出した。
【００６０】
この方法で得たストランドについて、実施例１による相対溶液粘度を測定した。図１に結果を示す。
【００６１】
図１から、比較例１のポリマーは溶液粘度において実質的な変化を示しており、その一方で実施例１のポリマーの溶液粘度は実質的に一定のままであることが、明らかである。
【００６２】
溶液粘度における変化は、シリンダーからの絞り出しに先立つ溶融状態における分子量の増大又は分解の証拠である。押し出されたストランドの溶液粘度が高まるほど、分子量増大も高まる。このことは、処理特性において好ましくない影響をもたらす。
【００６３】
実施例３
実施例１及び比較例１によって準備したポリマーのなかに、３０％のグラスファイバーを取り込ませ、１４０℃の循環オーブンを通じて熱老化させた。老化処理の後に、ＩＳＯ１７９／１ｅＵ（測定温度２３℃）に従って、シャルピー衝撃強度を決定した。図２に結果を図示する。
【００６４】
図２から、比較例１に従って準備したポリマーは、実施例１に従って得たものよりも、シャルピー衝撃強度においてより大きな変化をしめすことが、明らかである。
【００６５】
さらに、比較例１に従って準備したポリマーは、実施例１に従って得たものよりも、より低いシャルピー衝撃強度を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１及び比較例１のポリマーの相対溶液粘度を測定した結果を示す図である。
【図２】 実施例１及び比較例１のポリマーのシャルピー衝撃強度を決定した結果を示す図である。
本発明は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤が、ポリアミドのカルボキサミド基１モルに対して２．３〜１０ミリモル存在する下での出発モノマーの重合を含む、ポリアミドの製造方法に関する。
【０００２】
本発明は、さらに、この方法によって得られるポリアミド、特に得られたポリアミドに関するものであり、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物が、ポリマー鎖に、ポリアミドのカルボキサミド基１モルに対して２．３〜１０ミリモルの範囲の量で、カルボキサミド基を介して化学結合しているポリアミドに関するものであり、そのようなポリアミドを含む、特にこのポリアミドからなるフィラメント、ファイバー、シート又は成型品に関するものである。
【０００３】
ポリアミドは工業的に重要な熱可塑性ポリマーであり、慣例上、溶融状態で、例えば、押出又は射出成形され、フィラメント、ファイバー、シート又は成型品へと加工される。
【０００４】
溶融状態で適切に加工するためには、ポリマーは高い溶融安定性(melt stability)を有していなければならない。溶融状態における熱ストレス(thermal stress)に起因するポリマーの変化は、慣例上、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １１３３の規格に従って、溶融物の粘度変化として、定義されている。この溶融物の粘度変化は、ポリマーの分解のみならず後縮合(postcondensastion)をも示すものである。
【０００５】
加えて、上述のポリマーから得られるフィラメント、ファイバー、フィルム及びシートは、溶融点より下での熱ストレスに対しては高い抵抗性を有するものである。これは、慣例上、ＤＩＮ ＥＮ ＩＳＯ １７９の規格で定義されているように熱老化後のノッチ付き衝撃強度(notched impact strength)によって測定される。
【０００６】
溶融粘度変化に関して、及びその種のポリアミドから製造された製品の溶融点未満での熱ストレスに関して、ポリアミドを安定化するために、慣例上、出発モノマーからの重合の間、又はその前に、例えばプロピオン酸等の連鎖反応制御剤を添加するのであるが、この安定化においてのより一層の改良が望まれていた。
【０００７】
本発明の目的は、改良された熱処理後の衝撃強さ(impact toughness)、改良された溶融安定性とを有するポリアミドを提供することにあり、さらにそのようなポリアミドを生産する方法にもある。
【０００８】
本発明者等は、これらの目的が、最初に定義したポリアミド、そのようなポリアミドの製造のための加工、及びそのようなポリアミドを含む、特にそのようなポリアミドからなるフィラメント、ファイバー、シート及び成型品によって達成されることを見いだした。
【０００９】
ここでのポリアミドは、ポリマーの主鎖に主要構成要素として反復するアミド基を有している合成長鎖ポリアミドのホモポリマー、コポリマー、ブレンド及びグラフトであると理解されるものとする。そのようなポリアミドの例としては、ナイロン−６（ポリカプロラクタム）、ナイロン−６，６（ポリヘキサメチレンアジポアミド）、ナイロン−４、６（ポリテトラメチレンアジポアミド）、ナイロン−６，１０（ポリヘキサメチレンセバシン酸アミド）、ナイロン−７（ポリエナントラクタム）、ナイロン−１１（ポリウンデカノラクタム）、ナイロン−１２（ポリドデカノラクタム）等がある。ナイロンの一般名で知られているポリアミドに加えて、ポリアミドには、アラミド（芳香族ポリアミド）、ポリ−メタ−フェニレンイソフタルアミド（登録商標ＮＯＭＥＸ ＵＳ−Ａ−３２８７３２４）又はポリ−パラ−フェニレンテレフタルアミド（登録商標ＫＥＶＬＡＲ ＵＳ−Ａ−３６７１５４２）等がある。
【００１０】
ポリアミドは、原理的には、２つの方法で製造することができる。
【００１１】
ジカルボン酸とジアミンからの重合においては、及びアミノ酸又は例えばアミノカルボニトリル、アミノカルボキサミド、アミノカルボン酸エステル又はアミノカルボン酸塩等の誘導体からの重合においても、アミノ及びカルボキシ末端基は、お互いに反応してアミド基と水を形成する。水は、引き続いて、ポリマーから取り除くことができる。カルボキサミドからの重合においては、出発モノマー又は出発オリゴマーのアミノ及びアミド末端基は、お互いに反応してアミド基とアンモニアを形成する。アンモニアは、引き続いて、ポリマーから取り除くことができる。この重合反応は、慣例上、重縮合として知られる。
【００１２】
出発モノマー又は主発オリゴマーとしてラクタムからの重合は、慣例上、重付加として知られる。
【００１３】
出発モノマーとしては、ラクタム、ω−アミノカルボン酸、ω−アミノカルボキサミド、ω−アミノカルボキシル酸塩、ω−アミノカルボン酸エステル、ジアミンとジカルボン酸の当モル混合物、ジカルボン酸／ジアミンの塩又はそれらの混合物を含む群から選択される化合物がある。
【００１４】
有用なモノマーには以下のものが含まれる。
【００１５】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１８のアリール脂肪族ラクタム、又は好ましくは脂肪族ラクタム（例、エナントラクタム、ウンデカノラクタム、ドデカノラクタム又はカプロラクタム等）のモノマー又はオリゴマーがあり、特にカプロラクタムが好ましい。
【００１６】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ３〜Ｃ１８のアミノカルボン酸（例、６−アミノヘキサン酸又は１１−アミノウンデカン酸等）のモノマー又はオリゴマー、これらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマー、及びこれらのアルカリ金属塩（例、リチウム、ナトリウム又はカリウム塩）等の塩がある。
【００１７】
Ｃ２〜Ｃ２０のアミノ酸アミド（例、６−アミノヘキサン酸アミド又は１１−アミノウンデカン酸アミド等）のモノマー又はオリゴマーがあり、及びそれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００１８】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ３〜Ｃ１８のアミノカルボン酸のエステル、好ましくはＣ１〜Ｃ４アルキルエステル（例、メチル、エチル、ｎ−プロピル、ｉ−プロピル、ｎ−ブチル、ｉ−ブチル又はｓ−ブチルエステル等）があり、例えば６−アミノヘキサン酸エステル（例、６−アミノヘキサン酸メチル）、及び１１−アミノウンデカン酸エステル（例、１１−アミノウンデカン酸メチル）がある。
【００１９】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸又はアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー、及びヘキサマーがある。
【００２０】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ８〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１２を有する芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸又はテレフタル酸等）又はそれらの誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２１】
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１２のアルキルジアミン（例、テトラメチレンジアミン、又は好ましくはヘキサメチレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８を有するアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー、ヘキサマーがある。
【００２２】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸及びアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２３】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ８〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１２を有する芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸好ましくはイソフタル酸又はテレフタル酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２４】
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−フェニレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２５】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ２〜Ｃ２０好ましくはＣ２〜Ｃ１４を有する脂肪族ジカルボン酸（例、セバシン酸、ドデカン２酸及びアジピン酸等）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー及びヘキサマーがある。
【００２６】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ６〜Ｃ２０好ましくはＣ６〜Ｃ１０の芳香族ジカルボン酸（例、ナフタレン−２，６−ジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸及びテレフタル酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２７】
Ｃ７〜Ｃ２０好ましくはＣ８〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジアミン（例、ｍ−、又はｐ−キシレンジアミン等）のモノマー又はオリゴマーと、
Ｃ９〜Ｃ２０好ましくはＣ９〜Ｃ１８のアリール脂肪族ジカルボン酸（例、ｏ−、ｍ−又はｐ−フェニレン二酢酸等）又はその誘導体（例、塩化物）との組み合わせ、
及びこれらのダイマー、トリマー、テトラマー、ペンタマー又はヘキサマーがある。
【００２８】
更に、上述の出発モノマー又は出発オリゴマーの、ホモポリマー、コポリマー、混合物及びグラフトも使用可能である。
【００２９】
これらの出発モノマー又はオリゴマーで特に好ましいのは、ナイロン−６、ナイロン−６，６、ナイロン−４，６、ナイロン−６，１０、ナイロン−７、ナイロン−１１及びナイロン−１２等のポリアミド、又はポリ−メタ−フェニレンイソフタル酸アミド又はポリ−パラ−フェニレンテレフタル酸アミド等のアラミド、特にナイロン６又はナイロン６６を、重合において生じるものがあり、例えばカプロラクタム、アジピン酸及びヘキサメチレンジアミン等である。
【００３０】
ラクタムは、ヒドロキシルアミンと環状ケトンとを反応させ、対応するオキシムの形成と続いて起こるベックマン転移によって得ることができ、特に二酸化チタンのような触媒の存在下における通常の方法で、重合反応前又は反応中に加水分解環化反応によって対応するアミノニトリルから得ることができる。
【００３１】
ω−アミノカルボン酸、ω−アミノカルボキサミド、ω−アミノカルボン酸塩及びω−アミノカルボン酸エステルの生産は、それ自体公知である。これらは、例えば、重合反応前又は反応中に、対応するアミノニトリルから得ることができる。
【００３２】
ジカルボン酸の製造は、それ自体公知である。これは、例えば、重合反応前又は反応中に対応するジニトリルから得ることができる。
【００３３】
ジアミンは、対応するジニトリルの水素化のような、通常の方法で製造することができる。
【００３４】
本発明によれば、出発モノマーからの重合は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００３５】
上述の化合物の混合物を使用することも可能である。
【００３６】
好ましい実施の態様において、カルボキサミド基を形成可能な官能基はアミン基である。
【００３７】
芳香族の、アリール脂肪族の、好ましくは脂肪族のアミノニトリル、特に脂肪族α，ω−アミノニトリルであって２〜２０好ましくは２〜１２の炭素原子を有するものを、好適に使用することができる。本発明のポリアミドの出発モノマーに炭素骨格が対応しているようなアミノニトリルは特に好適であり、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６の製造のための６−アミノカプロニトリルが好ましい。
【００３８】
そのようなアミノニトリルは、対応するジニトリルの部分水素化を用いる等の通常の方法で製造することができる。
【００３９】
好ましい実施の態様において、カルボキサミド基を形成可能な官能基は酸基である。
【００４０】
芳香族の、アリール脂肪族の、好ましくは脂肪族のニトリロカルボン酸、特に２〜２０好ましくは２〜１２の炭素原子を有する脂肪族α，ω−ニトリロカルボン酸を使用することが好適である。特に好適に使用されるのは、その炭素骨格が本発明のポリアミドの出発モノマーに対応するニトリロカルボン酸であり、好ましいのは、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６６の製造のための６−ニトリロアジピン酸である。
【００４１】
そのようなニトリロカルボン酸は、対応するジニトリルの部分水素化のような、通常の方法で製造することができる。
【００４２】
本発明によれば、出発モノマーの重合は、ポリアミドのカルボキサミド基の１モルに対して少なくとも２．３ミリモル、好ましくは少なくとも２．４ミリモル、特に少なくとも２．８ミリモル、特に好ましくは少なくとも３ミリモルの、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００４３】
本発明によれば、出発モノマーの重合は、ポリアミドのカルボキサミド基の１モルに対して多くとも１０ミリモル、好ましくは多くとも６ミリモル、特に多くとも４ミリモルの、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤の存在下で、行われる。
【００４４】
ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を少量使用する場合において、ポリアミドは、十分に安定なものではないと観察されている。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を大量に使用する場合において、重合度は不十分であることが見いだされている。
【００４５】
本発明によって連鎖反応制御剤として使用される、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物は、通常の連鎖反応制御剤と併用することもでき、
これには、例えば、モノカルボン酸、好ましくは酢酸又はプロピオン酸のようなＣ１〜Ｃ１０−アルカンモノカルボン酸、好ましくはシクロペンタンカルボン酸又はシクロヘキサンカルボン酸のようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンモノカルボン酸、好ましくは安息香酸又はナフタレンジカルボン酸のようなベンゼン−、又はナフタレンモノカルボン酸、
例えば、ジカルボン酸、好ましくはアジピン酸、アゼライン酸、セバシン酸又はデカンジカルボン酸のようなＣ２〜Ｃ１０−アルカンジカルボン酸、好ましくは１，４−シクロヘキサンカルボン酸のようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンジカルボン酸、好ましくはイソフタル酸、テレフタル酸又は２，６−ナフタレンジカルボン酸のようなベンゼン−、及びナフタレンジカルボン酸、
例えば、モノアミン、好ましくはＣ１〜Ｃ１０アルカンモノアミン、好ましくはシクロペンタンアミン、シクロヘキサンアミン又は４−アミノ−２，２，６，６−テトラメチルピペリジンのようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンモノアミン、
例えば、アニリン又はナフタレンアミンのようなベンゼン−及びナフタレンモノアミン、
例えば、ジアミン、好ましくはヘキサメチレンジアミンのようなＣ２〜Ｃ１０−アルカンジアミン、好ましくは１，４−シクロヘキサンジアミンのようなＣ５〜Ｃ８−シクロアルカンジアミン、好ましくはｏ−キシリレンジアミン、ｍ−キシリレンジアミン又はｐ−キシリレンジアミンのようなベンゼン−、ナフタレン−及びキシリレンジアミン、
又はそれらの混合物がある。
【００４６】
好適には、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む本発明によって使用される化合物と通常の連鎖反応制御剤との総計は、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む本発明によって使用される化合物に対して定義した最大量を超えてはならず、さもなければ得られる重合度は不十分になるからである。
【００４７】
他の好ましい実施の態様においては、本発明の方法における重合又は重縮合は、少なくとも１種の顔料の存在下で行われる。好ましい顔料は、二酸化チタン、好ましくはアナターゼの形態の二酸化チタン、又は天然の無機又は有機の着色化合物である。顔料は好ましくはポリアミドの１００質量部に対して０〜５質量部、特に０．０２〜２質量部の量で添加される。顔料は、出発物質とともに、あるいはそれらとは独立に反応装置に添加することができる。
【００４８】
本発明のポリアミドは、ポリアミドについてのそれ自体公知の方法で、製造することができる。例えば、ポリアミドは、ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物の存在下で、ＤＥ−Ａ１４９５１９８、ＤＥ−Ａ２５５８４８０、ＤＥ−Ａ４４１３１７７、「重合方法」(Polymerization Processes), Interscience, New York、１９７７年、４２４〜４６７頁、及び Handbuch der Technishen Polymerchemie, VCH Verlagsgesellschaft, Weinheim、１９９３年、５４６〜５５４頁に記載されている連続法又はバッチ法によって、カプロラクタムから製造することができる。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物の存在下で、アジピン酸／ヘキサメチレンジアミンからのポリアミドの製造は、例えば、「重合方法」(Polymerization Processes), Interscience, New York、１９７７年、４２４〜４６７頁、特に４４４〜４４６頁に記載の通常のバッチ法によって、あるいは例えば、ＥＰ１２９１９６に記載の連続法によって、行うことができる。ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む化合物を反応装置への添加は、出発モノマーの全部又は一部と混合して、又は別々に行うことができる。
【００４９】
本発明のポリアミドは、フィラメント、ファイバー、シート及び成型品に使用することができる。
【００５０】
フィラメント及びファイバーの場合には、ナイロン６又はナイロン６６、特にナイロン６からなるものが好適であり、高速紡糸により、すなわち４０００ｍ／分を超える引取速度により、得られた。
【００５１】
シート状及び立体成型品の製造に先だって、本発明のポリアミドは、燃焼遅延剤、グラスファイバー等の通常の添加物と、押出成形による等の通常の方法で混合される。
【００５２】
実施例
実施例１
カプロラクタム３０００ｇ（２６．５モル）、完全脱イオン水４５０ｇ及び６−アミノカプロニトリル７．３ｇ（６５モル）を、窒素充填下でオートクレーブによって内部温度２７０℃へと加熱し、その後すぐに１時間をかけて大気圧へと下げ、１５分間付加的に縮合させて、吐出した。
【００５３】
吐出したポリアミドは、ペレットにし、沸騰水で抽出してカプロラクタムとオリゴマーを除去し、それに続けて真空乾燥室で乾燥した。乾燥抽出ペレットは、固体状態で２５時間、１６０℃の状態に保たれた。
【００５４】
その後に、ポリアミドの相対溶液粘度を、９６％硫酸中で測定した。このために、溶液１００ｍｌあたりポリマー１ｇを測り取り、Ｕｂｂｅｌｏｈｄｅ粘度計によって純溶媒に対しての流動時間を測定した。ニトリル基の完全な取り込み(incorporation)は、ＩＲ分光器で確認した。
【００５５】
相対溶液粘度ＲＶ（１．０ｇ／ｄｌ）は、２．７３であった。
【００５６】
比較例１
６−アミノカプロニトリル７．３ｇの代わりにプロピオン酸４．８ｇ（６５ミリモル）を使用したことを除いては、実施例１と同様に行った。
【００５７】
相対溶液粘度ＲＶ（１．０ｇ／ｄｌ）は、２．７１であった。
【００５８】
実施例２
実施例１及び比較例１によって準備したポリマーを、ＩＳＯ１１３３によって流動特性について試験した。
【００５９】
このために、溶融ポリマーを、４、８、１２、１６、２０分間、２７５℃に加熱したシリンダーにおいて保持し、続けて、５ｋｇの力をかけてダイを通じて開放空間へと絞り出した。
【００６０】
この方法で得たストランドについて、実施例１による相対溶液粘度を測定した。図１に結果を示す。
【００６１】
図１から、比較例１のポリマーは溶液粘度において実質的な変化を示しており、その一方で実施例１のポリマーの溶液粘度は実質的に一定のままであることが、明らかである。
【００６２】
溶液粘度における変化は、シリンダーからの絞り出しに先立つ溶融状態における分子量の増大又は分解の証拠である。押し出されたストランドの溶液粘度が高まるほど、分子量増大も高まる。このことは、処理特性において好ましくない影響をもたらす。
【００６３】
実施例３
実施例１及び比較例１によって準備したポリマーのなかに、３０％のグラスファイバーを取り込ませ、１４０℃の循環オーブンを通じて熱老化させた。老化処理の後に、ＩＳＯ１７９／１ｅＵ（測定温度２３℃）に従って、シャルピー衝撃強度を決定した。図２に結果を図示する。
【００６４】
図２から、比較例１に従って準備したポリマーは、実施例１に従って得たものよりも、シャルピー衝撃強度においてより大きな変化をしめすことが、明らかである。
【００６５】
さらに、比較例１に従って準備したポリマーは、実施例１に従って得たものよりも、より低いシャルピー衝撃強度を有している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施例１及び比較例１のポリマーの相対溶液粘度を測定した結果を示す図である。
【図２】 実施例１及び比較例１のポリマーのシャルピー衝撃強度を決定した結果を示す図である。
Claims (7)
- ニトリル基とカルボキサミド基を形成可能な官能基とを含む連鎖反応制御剤が、ポリアミドのカルボキサミド基１モルを形成する出発モノマー量に対して２．３〜１０ミリモル存在する下で、ラクタム、ω−アミノカルボン酸、ω−アミノカルボキサミド、ω−アミノカルボキシル酸塩、ω−アミノカルボン酸エステル、ジアミンとジカルボン酸の当モル混合物、ジカルボン酸／ジアミンの塩又はそれらの混合物を含む群から選択される出発モノマーの重合をさせるポリアミドの製造方法。
- 連鎖反応制御剤がアミノニトリルである請求項１に記載の方法。
- 請求項１又は２に記載の方法によって得ることのできるポリアミド。
- 請求項３に記載のポリアミドを含む、又は該ポリアミドのみからなるフィラメント。
- 請求項３に記載のポリアミドを含む、又は該ポリアミドのみからなるファイバー。
- 請求項３に記載のポリアミドを含む、又は該ポリアミドのみからなるシート。
- 請求項３に記載のポリアミドを含む、又は該ポリアミドのみからなる成型品。
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