JPH09176308A - 分枝したポリアミドの製造方法 - Google Patents

分枝したポリアミドの製造方法

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JPH09176308A
JPH09176308A JP8302135A JP30213596A JPH09176308A JP H09176308 A JPH09176308 A JP H09176308A JP 8302135 A JP8302135 A JP 8302135A JP 30213596 A JP30213596 A JP 30213596A JP H09176308 A JPH09176308 A JP H09176308A
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acid
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Herbert Dr Fisch
フィッシュ ヘルベルト
Gunter Pipper
ピッパー グンター
Jens Rieger
リーガー イェンス
Martin Laun
ラウン マルティン
Volker Warzelhan
ヴァルツェルハン フォルカー
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Abstract

(57)【要約】 【解決手段】 A) 40〜90ml/gの粘度数を有
するポリアミドプレポリマーの溶融物10〜99.7重
量%を、B) 遊離カルボン酸基の数nが3≦n≦10
である多官能性カルボン酸0.3〜6重量%、及びC)
他の添加剤及び加工助剤0〜80重量%と混合し、引
き続き固相中で後縮合させ、その際、成分A)〜C)の
重量%は合計で100%になることを特徴とする分枝し
たポリアミドの製造方法 【効果】 この方法により、特に制御可能で高い分子量
を有する、分枝したポリアミドが簡単な方法で得ること
ができ、このポリアミドは、全体の結晶度が得られると
同時に良好な流動性を有し、従って良好な機械特性、特
に良好な剛性を示す

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、特に高い分子量を
有する、分枝したポリアミドの改善された製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】米国特許(US−A)第4599400
号明細書及びワラコムスキ(J.M. Warakomski, Polymer
Prepints, 30 (1), S. 117-118)からポリアミド6を
ベースとする星形のポリアミド構造体は公知である。分
枝分子(brancher molecule)としてこの場合、アミノ
基を有する、特に6個のアミノ官能基を有するデンドリ
マー(dendrimer)が用いられる。
【0003】この製造は、ε−カプロラクタムのカチオ
ン性に開始される開環重合により行われ、その際、デン
ドリマーは重合の前にモノマー溶液に添加される。
【0004】ドイツ連邦共和国特許(DE−A)第43
12182号明細書から、複数の遊離カルボキシル官能
基を有する芳香族カルボン酸を用いて製造される分枝し
たポリアミドは公知である。この方法は、多官能性の分
枝分子を、モノマー、例えばε−カプロラクタムと共に
溶融縮合させることにより行われる。専らもはや加工で
きない架橋したポリマーが得られる。同様の方法が欧州
特許出願公開(EP−A)第345648号明細書から
公知である。
【0005】欧州特許出願公開(EP−A)第6727
03号明細書から、分枝分子をポリアミドと前混合し、
通常の方法で加工することは公知である。先行技術から
公知の方法の欠点は、多官能性の化合物のポリアミド鎖
中へのランダムな組込である。得られる分枝したポリア
ミドの場合、重合後に、反応性基の数に依存して、制御
できない分子量が生じる。
【0006】さらに、分枝分子のランダムな組込によ
り、ポリアミドの結晶特性が影響され、全体の結晶度
(total crystallinity)は低下する。このことは機械
的特性、特に剛性の悪化を引き起こす。
【0007】高い剛性と、加工の際の改善された流動特
性(純粋なポリアミドと比較して)との組合せが望まれ
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の課題
は、前記した欠点を回避することができる分枝したポリ
アミドの簡単に実施される製造方法を提供することであ
った。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記の課題は、請求項1
による方法により解決され、その際、 A) 40〜90ml/gの粘度数を有するポリアミド
プレポリマーの溶融物10〜99.7重量%を、 B) 遊離カルボン酸基の数nが3≦n≦10である多
官能性カルボン酸0.3〜6重量%、及び C) 他の添加剤及び加工助剤0〜80重量%と混合
し、引き続き固相中で後縮合させ、その際、成分A)〜
C)の重量%は合計で100%である。
【0010】この方法により、特に制御可能で高い分子
量を有する、分枝したポリアミドが簡単な方法で得るこ
とができ、このポリアミドは、全体の結晶度が得られる
と同時に良好な流動性を有し、従って良好な機械特性、
特に良好な剛性を示す。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明による方法の第1工程で
は、適当な可塑化装置中で、40〜80ml/g、有利
に50〜75ml/gの粘度数を有するポリアミドプレ
ポリマー10〜99.7重量%、有利に40〜99.6
重量%、特に60〜99.5重量%の溶融物を製造す
る。この粘度数は、ISO1628に従って、23℃で
濃硫酸中の0.5重量%の溶液に関して測定される。
【0012】成分A)の製造のために使用することがで
きるポリアミドとして、熱可塑性の、部分結晶性のポリ
アミドが挙げられる。
【0013】適当なポリアミドは、4〜12個の炭素原
子を有する飽和ジカルボン酸の等モル量を4〜14個の
炭素原子を有するジアミンと縮合させることによるか、
又はω−アミノカルボン酸の縮合又はラクタムの重付加
により製造することができる。
【0014】ポリアミドの例は、ポリヘキサメチレンア
ジピン酸アミド、ポリヘキサメチレンアゼライン酸アミ
ド、ポリヘキサメチレンセバシン酸アミド、ポリヘキサ
メチレンドデカン二酸アミド、ポリテトラメチレンアジ
ピン酸アミド及びラクタムの開環により得られたポリア
ミド、例えばポリカプロラクタム及びポリラウリン酸ラ
クタムである。
【0015】一般に、これらの部分結晶性ポリアミドは
線状である。
【0016】ポリテトラメチレンアジピン酸アミド、ポ
リヘキサメチレンアジピン酸アミド、ポリヘキサメチレ
ンセバシン酸アミド及びポリカプロラクタム並びにテレ
フタル酸、ヘキサメチレンジアミン及びε−カプロラク
タムからのコポリアミド、又は、50重量%より高いテ
レフタル酸/ヘキサメチレンジアミン単位を有するテレ
フタル酸、イソフタル酸、場合によりアジピン酸及びヘ
キサメチレンジアミンからのコポリアミドが特に有利で
ある;特にポリヘキサメチレンアジピン酸アミド及びポ
リカプロラクタムが有利である。しかし異なるポリアミ
ドの混合物も使用することができる。
【0017】40〜80ml/gの粘度数を有するポリ
アミド−プレポリマーの製造は、欧州特許出願公開(E
P−A)第129195号及び同第129196号明細
書に記載された方法により行うことができる。
【0018】この方法により、モノマーの水溶液を、高
めた圧力のもとで、同時に水を蒸発させながら、プレポ
リマーの形成下で250〜300℃の温度に加熱し、引
き続き、プレポリマーと蒸気とを連続的に分離し、蒸気
を精留し、連行されたジアミンを返送する。最終的にこ
のプレポリマーは重縮合区域へ導入され、1〜10ba
rの過圧下で、250〜300℃の温度で重縮合させ
る。この方法の場合、水性の塩溶液を、60秒よりも短
い滞留時間の間に1〜10barの過圧下で加熱させ、
その際、蒸発器区域の出口での転化率は少なくとも93
%及びプレポリマーの含水量は多くとも7重量%である
ことが重要である。
【0019】短い滞留時間により、トリアミンの形成が
十分に回避される。
【0020】使用した水溶液は、一般に30〜70重量
%、特に40〜65重量%のモノマー含有量を有する。
【0021】水性の塩溶液は、有利に50〜100℃の
温度で、蒸発器区域へ導入され、その際、この水性塩溶
液は、1から10、有利に2〜6barの過圧下で25
0〜330℃の温度に加熱される。適用された温度はそ
れぞれ製造されるポリアミドの融点を上回ることは自明
である。
【0022】前記したように、蒸発器区域での滞留時間
は最大で60秒、有利に10〜55秒、特に10〜40
秒であることが重要である。
【0023】蒸発器区域からの出口での転化率は、少な
くとも93%、有利に95〜98%であり、含水量は有
利に2〜5重量%、特に1〜3重量%の範囲内にある。
【0024】蒸発器区域は有利に管束として構成されて
いる。個々の管の断面が管状とスリット状とが周期的に
繰り返されるように構成されている管束が特に有利であ
る。
【0025】さらに、相分離の前のプレポリマーと蒸気
とからなる混合物を、蒸発器区域の直後に、装入部材が
備えられている管状の物質交換区域を通過させることが
有利である。その際に、蒸発器区域中で適用された温度
及び圧力条件が維持される。装入部材、例えばラッシッ
ヒリング、金属リングのような充填体又はワイヤーネッ
トからなる充填体は大面積を生じさせる。それにより、
この相、つまりプレポリマー及び蒸気が、十分に接触さ
せられる。このことが水蒸気と共に放出されるジアミン
の量を著しく減少させる。一般に、物質交換区域中では
1〜15分の滞留時間が保たれる。この物質交換区域は
有利に管束として構成されている。
【0026】蒸発器区域又は物質交換区域から搬出され
る蒸気とプレポリマーとからなる2相の混合物は、分離
される。この分離は、通常、容器中でその物理的差異に
基づき行われ、その際、容器の下側部分は有利に重合区
域として構成される。放出される蒸気は、主に、水蒸気
と、水の蒸発の際に放出されたジアミンとからなる。こ
の蒸気は塔中へ導入され、精留される。適当な塔は例え
ば充填塔、泡鐘塔又は多孔板塔であり、5〜15段の理
論的段を有する。この塔は、蒸発器区域と同様の圧力条
件下で運転されるのが有利である。この蒸気中に含まれ
るジアミンは、その際に分離され、蒸発器区域に再度搬
送される。ジアミンを後続する重合区域に搬送すること
も可能である。生じた精留された水蒸気は頭頂部で取り
出される。
【0027】その転化率に応じて主に低分子量のポリア
ミド及び場合による残留量の反応していない塩からなる
得られたプレポリマーは、重合区域中へ導入される。生
じる溶融物は、重合区域中で250〜330℃、特に2
70〜310℃の温度で、1〜10bar、特に2〜6
barの加圧下で重縮合される。有利に、その際放出さ
れる蒸気は前記の蒸気と一緒に、塔中で精留され、重縮
合区域中で5〜30分の滞留時間が維持される。一般
に、96%の硫酸中で0.5重量%の溶液に関して23
℃で測定して40〜80ml/g、有利に50〜75m
l/gの粘度数を有するこうして得られたポリアミド−
プレポリマーは、連続的に縮合区域から取り出される。
【0028】有利な運転方法により、こうして得られた
ポリアミド−プレポリマーは、溶融して搬出区域を通過
し、同時に溶融物中に含まれる残留水は除去される。適
当な搬出区域は、例えば脱ガス押出機である。こうして
水を除去した溶融物を次いでストランドに成形し、顆粒
化する。得られた顆粒を、ポリアミドの溶融点を約20
℃上回る温度(ポリヘキサメチレンアジパミドの場合は
約280℃で)、有利に二軸スクリュー押出機中で溶融
させ、カルボン酸(成分B)及び場合により成分C)と
混合させ、ストランドとして成形し、冷却し、顆粒化す
る。
【0029】特に有利な実施態様において、成分B)及
び場合により成分Cはすでに脱ガス押出機中に装填され
ていてもよく、その際、脱ガス押出機の場合には、通
常、適当な混合装置、例えばニーダーが備えられている
ことができる。引き続き、同様にストランドとして押し
出され、冷却し、顆粒化される。
【0030】この顆粒は、固相中で不活性ガスかで連続
的に又は不連続的に融点を下回る温度で、例えば170
〜240℃で、所望の粘度まで縮合される。不連続的固
相縮合にとって、偏心ドラム乾燥器を使用することがで
き、連続的固相縮合にとって、熱い不活性ガスが貫流す
る加熱管を使用することができる。連続的固相縮合が有
利であり、その際、不活性ガスとして窒素又は特に過熱
された水蒸気、有利に塔頂に生じる水蒸気が使用され
る。
【0031】96%の硫酸中の0.5重量%の溶液に関
して23℃で測定された粘度数は、固相中での後縮合の
後に、一般に100〜500ml/g、有利に120〜
200ml/gの範囲内である。
【0032】分枝化合物(成分B)として、全ての多官
能性カルボン酸が適しており、その際、遊離カルボン酸
基の数nは3≦n≦10、有利に3又は4である。
【0033】この種のカルボン酸は、ポリアミドプレポ
リマー溶融物中に0.3〜6重量%、有利に0.4〜
5.8、特に0.5〜5重量%の量で混入される。
【0034】芳香環及び/又は複素環式環を有するカル
ボン酸が有利である。この種の基の例として、例えばベ
ンジル、ナフチル、アントラセン、ビフェニル、トリフ
ェニル、並びに複素環化合物、例えばピリジン、ビピリ
ジン、ピロール、インドール、フラン、チオフェン、プ
リン、キノリン、フェナントレン、ポルフィリン、フタ
ロシアニン、ナフタロシアニンが挙げられる。
【0035】有利なカルボン酸として次のものが挙げら
れる: 3,5,3′,5′−ビフェニルテトラカルボン酸 1,3,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸 2,4,6−ピリジントリカルボン酸 3,5,3′,5′−ビピリジルテトラカルボン酸 3,5,3′,5′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸 1,3,6,8−アクリジンテトラカルボン酸 その際、 1,3,5−ベンゼントリカルボン酸(トリメシン酸)
及び 1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン酸 が特に有利である。
【0036】この種の化合物は市販されているか、又は
ドイツ連邦共和国特許出願公開(DE−A)第4312
182号明細書に記載された方法により得られる。
【0037】成分C)として他の添加物及び加工助剤、
例えば安定剤、酸化防止剤、熱分解に対する薬剤、紫外
線による分解に対する薬剤、離型剤、着色剤、例えば染
料及び顔料、繊維状及び粉末状の充填剤及び強化剤、成
核剤、可塑剤などがA)及びB)と混合することがで
き、その割合は、一般に80重量%を越えない、特に5
0重量%を越えない。
【0038】酸化防止剤及び熱安定剤の例として、熱可
塑性成形材料の重量に対して1重量%までの濃度で、周
期表のI族の金属のハロゲン化物、例えばナトリウムハ
ロゲン化物、カリウムハロゲン化物及び/又はリチウム
ハロゲン化物、場合により銅(I)ハロゲン化物と組み
合わせて、例えば塩化物、臭化物、ヨウ化物、立体障害
フェノール、ヒドロキノン、芳香族第2級アミン、例え
ばジフェニルアミン、この種のグループの多様に置換さ
れた代表物、及びこれらの混合物が挙げられる。
【0039】一般に、成形材料に対して2重量%までの
量で使用されるUV安定剤として、多様に置換されたレ
ゾルシン、サリチレート、ベンゾトリアゾール及びベン
ゾフェノンが挙げられる。
【0040】さらに、有機染料、例えばニグロシン、顔
料、例えば二酸化チタン、硫化カドミウム、セレン化カ
ドミウム、フタロシアニン、ウルトラマリンブルー及び
カーボンブラックを着色剤として添加することができ、
並びに繊維状及び粉末状の充填剤及び強化剤も添加する
ことができる。後者の例は炭素繊維、ガラス繊維、非晶
質ケイ酸、アスベスト、ケイ酸カルシウム(ウォラスト
ナイト)、ケイ酸アルミニウム、炭酸マグネシウム、カ
オリン、チョーク、粉末化された石英、雲母及び長石で
ある。この種の充填剤及び着色剤の割合は、一般に50
重量%まで、有利に20〜35重量%までである。
【0041】成核剤として、例えばタルク、フッ化カル
シウム、フェニルホスフィン酸ナトリウム、酸化アルミ
ニウム及び微細粒のポリテトラフルオロエチレンを使用
することができる。
【0042】可塑剤の例として、フタル酸ジオクチルエ
ステル、フタル酸ジベンジルエステル、フタル酸ブチル
ベンジルエステル、炭化水素油、N−(n−ブチル)ベ
ンゼンスルホンアミド及びo−及びp−トルイルエチル
スルホンアミドが挙げられる。
【0043】難燃性にさらに改善するために、ポリアミ
ドにとって全ての公知の難燃剤、特にリン化合物又は赤
リンをベースとするようなものを添加することができ
る。
【0044】本発明による方法により、簡単に、純粋の
ポリアミドと比較して加工の際に著しく改善された流動
特性を示す、特に高分子量の、分枝したポリアミドが得
られる。今まで公知の架橋したポリアミドに対して、本
発明による方法は、結晶度が十分に保たれ、その結果、
機械的特性、特に良好な剛性を達成することができる。
【0045】
【実施例】
例1〜4 欧州特許出願公開(EP−A)第129195号明細書
に記載された方法により製造したポリアミド−プレポリ
マー(この場合、等モルのアジピン酸/ヘキサメチレン
ジアミン−塩669.6kgを、80℃で水330.4
kg中に溶かし、連続的に管束反応器中で、50kg/
hのポリアミド量に相当する処理量で、283℃の温度
で、2.8barの圧力で重縮合させた。PA66プレ
ポリマーは、濃塩酸中の0.5重量%の溶液に関して2
3℃で測定(ISO1628による)して70ml/g
の粘度数を有した。
【0046】PA66プレポリマーは、2軸スクリュー
押出機で、300℃で溶融させ、表に記載した量の1,
3,5−ベンゼントリカルボン酸を溶融物に添加した。
この均質にされた溶融物を押し出し、冷却し、顆粒化し
た。この生成物を8時間水中で抽出し、未反応のベンゼ
ントリカルボン酸を除去した。引き続き、後縮合の前に
粘度数(VZ)を測定し、生成物を真空中で乾燥した。
【0047】引き続き、生成物を固相中で、固定された
加熱管(二重壁、外側を油で加熱する120mmの直径
及び1000mmの長さのガラス管)中で、窒素下で、
不連続的に200℃で、表中に記載されたVZまで後縮
合した。
【0048】例5 この方法は例1〜4に一致するが、ポリアミド−プレポ
リマーとして、次の組成の部分的に芳香族のコポリアミ
ド(PA6/6T)を使用した: ヘキサメチレンジアミン及びテレフタル酸から誘導された単位 70重量% 及びε−カプロラクタムから誘導された単位 30重量% 二次加工の際の加工温度は320℃であった。
【0049】比較例1及び2 加工方法は例1から4に一致するが、請求の範囲で請求
した範囲の量より高いか又は低い量、6.3重量%(比
較例1)及び0.2重量%(比較例2)の1,3,5−
ベンゼントリカルボン酸を添加した。
【0050】比較例3及び4 この方法は例1及び5に一致するが架橋剤を添加しなか
った。
【0051】比較例5(DE−A4312182の教示
に従う) 10lの実験室オートクレーブ中に、トリメシン酸1
9.8g及び水2100ml中の等モルのアジピン酸/
ヘキサメチレンジアミン−塩3461gからなるモノマ
ー混合物を装填した。この混合物を800mlの内容量
を有する5本のガラス管に分配した。
【0052】オートクレーブをまず1hにわたり280
℃まで加熱し、その際、生じた水蒸気圧を20barの
達成後に過剰の水蒸気の放圧により一定に保持した。引
き続き280℃で1時間の内に常圧に放圧した。次い
で、280℃でさらに2時間常圧のもとでさらに縮合さ
せ、その後、オートクレーブを3hの間に室温にまで冷
却した。
【0053】この生成物を粉砕し、引き続き水中で8h
抽出し、未反応のベンゼンカルボン酸を除去した。
【0054】規定に従ったVZ測定は不可能であった。
生成物は架橋し、従ってもやはH2SO4中には溶解しな
かった。
【0055】比較例6(DE−A4312182に従
う) 10lの実験室オートクレーブ中に、トリメシン酸13
8.7g及び水2100ml中の等モルのアジピン酸/
ヘキサメチルジアミン−塩3356.1gからなるモノ
マー混合物を装填した。この混合物を800mlの内容
量を有する5本のガラス管に分配した。
【0056】オートクレーブをまず1hにわたり280
℃まで加熱し、その際、生じた水蒸気圧を20barの
達成後に過剰の水蒸気の放圧により一定に保持した。引
き続き280℃で1時間の内に常圧に放圧した。次い
で、280℃でさらに2時間常圧のもとでさらに縮合さ
せ、その後、オートクレーブを3hの間に室温にまで冷
却した。
【0057】この生成物を粉砕し、引き続き水中で8h
抽出し、未反応のベンゼンカルボン酸を除去した。
【0058】規定に従ったVZ測定は不可能であった。
生成物は架橋し、従ってもやはH2SO4中には溶解しな
かった。
【0059】測定方法 MVIの測定はISO1133により、つまり例1〜4
及び比較例1〜3又は5及び6について265℃及び
3.8kgの荷重で、例5及び比較例4について335
℃及び5kgの荷重で行った。
【0060】結晶化度についての相対的尺度として、溶
融比熱(specific heat of fusion)Hcrystを示差走査
熱量計(DuPont社のDSC 9900)を用いて測定した。表中
に記載した溶融エンタルピーは第2の溶融曲線から測定
した(加熱速度20℃/min)。
【0061】粘度数はISO1628により測定した
(96%のH2SO4中の0.5重量%の溶液で25℃で
測定)。
【0062】E−弾性率及び引張強さはDIN5345
5により測定した。
【0063】成形材料の組成及び測定結果は表にまとめ
た。
【0064】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 イェンス リーガー ドイツ連邦共和国 ルートヴィッヒスハー フェン バートガッセ 23 (72)発明者 マルティン ラウン ドイツ連邦共和国 ルートヴィッヒスハー フェン デューラーシュトラーセ 22 (72)発明者 フォルカー ヴァルツェルハン ドイツ連邦共和国 ヴァイゼンハイム ズ ュートティローラー リング 32

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 分枝したポリアミドの製造方法におい
    て、 A) 40〜90ml/gの粘度数を有するポリアミド
    プレポリマーの溶融物10〜99.7重量%を、 B) 遊離カルボン酸基の数nが3≦n≦10である多
    官能性カルボン酸0.3〜6重量%、及び C) 他の添加剤及び加工助剤0〜80重量%と混合
    し、引き続き固相中で後縮合させ、その際、成分A)〜
    C)の重量%は合計で100%になることを特徴とする
    分枝したポリアミドの製造方法。
  2. 【請求項2】 ポリアミドが固相中での後縮合の後で、
    少なくとも100ml/gの粘度数を有する請求項1記
    載の方法。
  3. 【請求項3】 遊離カルボン酸基の数nが3又は4であ
    る請求項1又は2記載の方法。
  4. 【請求項4】 成分B)が、1,3,5−ベンゼントリ
    カルボン酸、1,2,4,5−ベンゼンテトラカルボン
    酸、3,5,3′,5′−ビフェニルテトラカルボン
    酸、1,3,5,7−ナフタレンテトラカルボン酸又は
    これらの混合物のグループから選択される請求項1から
    3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 【請求項5】 成分A)がポリアミド66又はポリアミ
    ド6/6T又はポリアミド66/6T又はこれらの混合
    物から構成される請求項1から4までのいずれか1項記
    載の方法。
  6. 【請求項6】 成分B)0.4〜5.8重量%を使用す
    る請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 【請求項7】 請求項1から6までのいずれか1項記載
    の方法により得られる熱可塑性の成形材料。
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