説明

オキシメチレンコポリマー及びその使用並びにオキシメチレンコポリマーの製造方法

【課題】オキシメチレンコポリマー及びその使用並びにオキシメチレンコポリマーの製造方法を提供すること
【解決手段】
末端アルキルエーテル基及び末端ヒドロキシアルキレン基を高い割合で有するオキシメチレンコポリマーが記載されている。これらのポリマーは高い熱安定性及び高い温水耐性で特徴付けられる。
更に、少なくとも1種のホルムアルデヒドアセタール及び少なくとも1種カチオン重合開始剤の存在下で、−CH−O−単位を形成する少なくとも1種のモノマーの重合であり、カチオン重合開始剤は、重合の開始時に存在し、−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき、10−4 mol%の以下の量で使用され、重合の出発物質は、重合
開始時において、水及び蟻酸の含有量が40ppm以下であるものを使用し、開始剤及び/又は活性なポリマー鎖は塩基含有プロトン性溶媒によるポリマーの処理により不活性化される、オキシメチレンコポリマーの製造方法が記載されている。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高い熱安定性及び温水耐性を有する新規のオキシメチレンコポリマー及びその使用に関する。更に本発明はオキシメチレンコポリマーの製造方法に関する。
【0002】
ポリオキシメチレン(“POM”)の製造は、それ自体既知のものである。例えば、1,3,5−トリオキサン(”トリオキサン”)又はテトラオキソカンなどのホルムアルデヒドの環状オリゴマーは、カチオン性開始剤の補助により重合される。重合は沈殿重合として塊中で、及び加圧下の融液中での両方で行なわれる。重合が完了した後、活性な鎖末端は塩基性化合物の添加により不活性化される。
【0003】
不活性化反応の混合物のための異なる方法は既に知られている。これらはポリマー融液を塩基性不活性化剤で処理する方法と反応混合物を塩基性不活性化剤を含有する溶媒に溶解する方法に分けられる。好適な溶媒は、例えば、メタノール、又はメタノール/水混合物などのプロトン性化合物である。
【0004】
更に、反応混合物のプロトン性化合物による不活性化で鎖の開裂が起きることも既に知られている。
結果として、この生成したポリマー両方の分子量は減少し、不安定なヘミアセタールの鎖末端を生成する。オキシメチレンホモポリマーの場合、これは、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位がポリマー鎖中に存在しないことにより、この鎖の完全な不活性化を導く。この明細書中で、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位という語は、好ましくは、式−(CH−O−(式中、mは2乃至6の整数を表す。)で表される単位の意味であると解釈される。
【0005】
重合の間、モノマー中の不純物も同様に分子量を減少させる。それゆえ精製されたモノマーを使用する。水及び蟻酸などのプロトン性の不純物の合計は、通常40ppmより低い。
【0006】
この上記した不活性化方法の例は、独国特許出願公開第4436107号明細書、米国特許第3269988号明細書、欧州特許出願公開第80656号明細書及び英国特許第1524410号明細書に記載されている。
【0007】
特開平4−114003号明細書及び特開平4−145114号明細書には、選択された酸化物の混合物とその混合物の融液の添加による、オキシメチレンポリマー混合物中の重合触媒の不活性化が記載されている。
【0008】
オキシメチレンポリマーの安定性は、例えば、末端エーテル又はエステル基を導入することによる末端基の封鎖により増大し得ることが、既に長い間知られている。この例は独国特許出願公告第1158709号明細書、米国特許第3998791号明細書、米国特許第3393179号明細書、独国特許出願公開第1445255号明細書、独国特許出願公告第1158709号明細書、米国特許第4097453号明細書及び米国特許第3161616明細書で見いだされる。
【0009】
末端エステル基で塞がれたオキシメチレンポリマーは、塩基性の環境下、上昇した温度で分解される一方、末端エーテル基で塞がれたオキシメチレンポリマーは高い安定性を特徴とする。しかしながらこれらのポリマーの製造のために提案された方法は、ポリマーを
塞ぐための独立した方法を含む(例えば米国特許第3161616号明細書を参照)。しかしながら、これらのオキシメチレンポリマーは、熱及び加水分解の安定性に悪影響を与える、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位を含有しない。
【0010】
欧州特許出願公開第504405号明細書にもまた、オキシメチレン単位に加え、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位、特にオキシエチレン単位を少ない割合で含有し、及び末端ホルミル基の含有量が少ないオキシメチレンポリマーが記載されている。オキシメチレン単位の割合に基づくオキシアルキレン単位の割合は、0.07乃至0.5mol%である。もし、定められたオキシアルキレン単位の含有量に達しない場合、不十分な熱安定性及び温水への安定性を有するポリマーが形成される。これらのポリマーは、選択された量の、触媒としてのパーフルオロアルキルスルホン酸(誘導体)の存在下製造され、少ない含有量の水及び蟻酸を有するか、又は水及び蟻酸を含まないモノマーが使用される。重合混合物の不活性化は、選択された結晶質の塩基性の吸着剤、例えば金属又はアルカリ土類金属の酸化物又は水酸化物の添加により行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
本発明の目的は、非常に高い熱安定性及び塩基に関する安定性に優れる、選択されたオキシメチレンコポリマーを提供することにある。
【0012】
本発明の更なる目的は、オキシメチレンコポリマーの単純な製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0013】
驚くべきことに、非常に少量のプロトン酸を開始剤として使用し、水の含有量が低くそして蟻酸の含有量が低い出発物質を使用した場合、少なくとも1種のホルムアルデヒドのアセタールの存在下モノマーを反応させ、その後プロトン性溶媒中で塩基性化合物による不活性化をすることにより、高い分子量を有する安定なオキシメチレンコポリマーを製造し得ることが今見出された。驚くべきことに、この結果として、高い熱安定性及び高い温水耐性を有するポリマーとなる。これは、好ましくは、オキシアルキレン基の割合が欧州特許出願公開第504405号で与えられた限度をかなり下回るポリマーを与える。
【0014】
本発明はオキシメチレン単位及び少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位並びに末端アルキルエーテル基及び少なくとも2個の炭素原子を有する末端ヒドロキシアルキレン基の部分を含むオキシメチレンコポリマーであって、該末端アルキルエーテル基の割合が、全ての末端基に基づき、少なくとも80%であり、少なくとも2個の炭素原子を有する末端ヒドロキシアルキレン基の割合が、全ての末端基に基づき、20%までである、オキシメチレンコポリマーに関するものである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
好ましいオキシメチレンコポリマーは、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位の部分を含み、オキシメチレン単位の部分に基づき、0.001mol%乃至0.05mol%、非常に特に好ましくは0.01mol%乃至0.05mol%含む。
【0016】
本発明のオキシメチレンコポリマーは更に零又は非常に少ない含有量の末端ホルミル基により特徴づけられる。これは、通常全ての末端基の0.01乃至2%である。全ての末端基1%未満の末端ホルミル基の含有量を有するオキシメチレンコポリマーが好ましい。加えて、他の慣用の末端基、例えば末端ヘミアセタール基も適切な場合、非常に少量で、例えば1%未満の量で更に存在し得る。
【0017】
本発明の通常のオキシメチレンコポリマーは式(I)
−(O−CH−(O−C2m− (I)
(式Iは、式−O−Rで表される末端アルキルエーテル基及び式−O−C2m−OHで表される末端ヒドロキシアルキレン基、及び適当ならば、式−O−Rで表される末端基を有し、
式中、xは正の整数で好ましくは10乃至10000、特に好ましくは300乃至10000を表し、
mは2乃至6の整数、好ましくは2を表し、
yは0乃至10の整数を表し、
比yar/xarは0.001乃至0.05を表し、
arはポリマー混合物中の全てのyの値の算術平均を表し、
そして、
arはポリマー混合物中の全てのxの値の算術平均を表し、
は直鎖又は枝分かれしたアルキル基を表し、
はホルミル基−CHOを表し、但し、式−OR
で表される末端アルキルエーテル基の割合は、全ての末端基に基づき少なくとも80%であり、
そして、式−O−C2m−OHで表される末端ヒドロキシアルキレン基の割合は全ての末端基に基づき20%までである。)で表されるポリマーである。
【0018】
arはポリマー混合物中の全てのyの値の算術平均を表し、
そして、xarはポリマー混合物中の全てのxの値の算術平均を表す。
arの平均値は好ましくは50乃至5000である。
及びRは好ましくは炭素原子数1乃至6のアルキル基であり、好ましくは直鎖である。
及びRは、互いに独立して、特に好ましくメチル基又はエチル基、特にはメチル基である。
【0019】
本発明は更に
a)少なくとも1種のホルムアルデヒドのアセタールの存在下、開始剤としての少なくとも1種のプロトン酸又は少なくとも1種のその誘導体による、−CH−O−単位を形成する少なくとも1種のモノマーと少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位を形成する少なくとも1種のモノマーとの重合であって、該開始剤の濃度は重合開始時に存在し且つ−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき10−4mol%より少ないところの重合
b)重合開始の際の水及び蟻酸の含有量が40ppmより少ないか又はこれに等しいところの重合開始剤の使用
c)プロトン性溶媒中、製造したポリマーを塩基性化合物で処理することによる、開始剤及び/又は活性ポリマー鎖の不活性化
という処置を含む、上述のオキシメチレンポリマー製造方法である。
【0020】
本発明はこの方法で得ることができるオキシメチレンコポリマーにも関する。
【0021】
本発明による方法の段階a)はそれ自体知られている、−CH−O−単位を形成するモノマーと少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位を形成する少なくとも1種のモノマー及び、所望により更なるコモノマー及び/又は分岐剤との重合である。この重合は均一に、好ましくは不均一に行なわれ得る。
【0022】
この目的のため、−CH−O−単位を形成するモノマーと少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位を形成するモノマー又は異なるモノマーの混合物は、カチ
オン重合の開始剤としてのプロトン酸及び調整剤としてのホルムアルデヒドのアセタールと既知の方法で反応される。この重合は、大気圧又は25barまでの適度な圧力、例えば1乃至10barの圧力で行なわれ得る。
【0023】
この重合の温度は、得られるポリマーの融点より低いことが好ましい。
通常の重合の温度は、60乃至160℃であり、好ましくは70乃至140℃である。
【0024】
メルトボリュームフローレートMVRにより特徴付けられたこれらのポリマーの分子量は、広い範囲内に調整され得る。通常のMVRの値は、0.1乃至100g/10分好ましくは1乃至80g/10分であり、EN ISO 1133の規格に従い、190℃で2.16kgの加重で測定される。
【0025】
望ましくは少量の分岐剤を使用し得る。普通、分岐剤の量は、オキシメチレンポリマーの製造のために使用されるモノマーの全量に基づき最高で1質量%まであり、好ましくは最高で0.3質量%である。好ましい分岐剤は、多官能性のエポキシド、グリシジルエーテル又は環状ホルマールである。
【0026】
好ましい連鎖移動剤(調整剤)は式(II)
−(O−CH−O−R (II)
(式中、R及びRは互いに独立して直鎖又は枝分かれしたアルキル基、特に炭素原子数1乃至6アルキル基を表し、好ましくは直鎖である。)
で表される化合物である。
【0027】
及びRは互いに独立して特に好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基又はブチル基であり、特にはメチル基である。
特に好ましい連鎖移動剤は、qが1である式IIで表される化合物であるか、非常に特に好ましくはメチラールである。
【0028】
連鎖移動剤は普通、モノマー混合物に基づき20000ppmまでの量、好ましくは100乃至5000ppm、特に好ましくは200乃至2000ppmまでの量で使用される。
【0029】
好適な開始剤は、特には、フッ素化又は塩素化されたアルカン−及びアリールスルホン酸などの強いプロトン酸であり、例えばトリフルオロメタンスルホン酸又はその誘導体、例えばプロトン酸のエステル又は無水物、特にトリフルオロメタンスルホン酸の無水物、又はアルキルエステルのようなトリフルオロメタンスルホン酸のエステルである。過塩素酸及びそのエステル及びその塩の存在下におけるプロトン酸もまた好適である。
【0030】
本発明によれば、開始剤は 10−4mol%より低い濃度で重合を開始する化合物で
ある。
【0031】
開始剤は非常に少ない量で使用される。本発明の方法によれば、開始剤は、重合の開始時に存在し且つ−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき、10−4mol%より少ないか又はこれに等しい量で、好ましくは10−6mol%乃至10−4mol%の量で使用される。
【0032】
本発明による方法では、重合の開始時に存在し且つ−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき、重合の間の水及び蟻酸の含有量が100ppmより少ない、好ましくは40ppmより少ない、精製された出発物質を重合で使用する。開始剤の精製の手段は当業者に知られている。モノマー中の水及び蟻酸の含有量の測定は、慣用の方法、例えば
、水はカールフィッシャー法により、蟻酸は酸−塩基滴定により行なわれる。
【0033】
重合後、固体又は液体の重合混合物を、少なくとも1種の塩基を含有するプロトン性溶媒を使用する段階c)に従い溶解する。結果として開始剤及び活性なポリマー鎖は不活性化される。熱的に制御された、不安定な末端基の分解が起こる。
溶解は通常130乃至200℃、好ましくは140乃至190℃の温度で行なわれる。
【0034】
カチオン重合を終了させる能力のあるこれら全ての化合物、例えば水と塩基性反応をする化合物は、塩基として使用され得る。ホルムアルデヒドとは反応しない塩基が好ましい。例えばトリエチルアミンなどの3級アミン又はリン酸水素二ナトリウムなどの2級のアルカリ金属リン酸塩、又は、ジメチルホルムアミド又はジメチルアセトアミドなどのアミド、又はメラミンなどの芳香族アミンである。
【0035】
通常の不活性化の圧力は、1乃至50bar、好ましくは2乃至30bar、特には、3乃至20barである。
【0036】
末端処理の継続時間は、温度に依存して10秒乃至2時間、好ましくは1分乃至60分である。この処理は好ましくは実質的に酸素を排除して行なわれる。
【0037】
プロトン性溶媒は好ましくは水及びメタノールを含有する混合物が使用される。水の濃度は2質量%乃至50質量%、好ましくは5質量%乃至30質量%である。メタノールの濃度は50乃至90質量、好ましくは70質量%乃至90質量%である。
【0038】
上述の、塩基化されたプロトン性溶媒中での不安定な部分の不活性化及び分解の後、ポリマーが沈殿する。沈殿は例えば溶液の冷却により行なわれる。沈殿させた後にポリマーを乾燥させる。乾燥には機械的及び/又は熱的な方法が使用され得る。これらの方法は当業者に知られている。
【0039】
従って、得られたポリマーは、安定化され、既知の添加剤により調整され得、続いて粒状化される。
【0040】
通常オキシメチレンポリマーの安定化及び/又は調整のために使用される化合物は、添加剤の混合物の成分として使用され得る。
これらは、例えば、酸化防止剤、酸捕捉剤、ホルムアルデヒド捕捉剤、UV安定化剤又は熱安定化剤である。加えて、添加剤の混合物は加工助剤例えば接着促進剤、潤滑剤、核形成剤、剥離剤、充填剤、補強材又は帯電防止剤及び成形材料に望ましい特性を与える添加剤、例えば染料及び/又は顔料及び/又は衝撃調整剤及び/又は導電性を付与する添加物;並びにこれらの添加物の混合物を、これらの例の範囲を制限することなしに含有し得る。
【0041】
従って得られたオキシメチレンコポリマーは、優れた熱安定性、温水耐性及び低温の切欠き衝撃強さに優れている。
【実施例】
【0042】
オキシメチレン基の含有量に基づき、86%の末端−OCH基、13%の末端ヒドロキシエチレン基、0.025mol%のオキシエチレン基を有し、2.5 ml/10分
のメルトボリュームレート(MVR)を有するPOMポリマーを水中95℃で8週間貯蔵した。試験標本の質量の損失は1質量%より少なく、破壊強度は70MPaで変化が無かった。
【0043】
比較として、同様のMVRを有するが末端−OCH基の割合が60乃至70%であり、末端ヒドロキシエチレン基とオキシエチレン基とを有さないPOMホモポリマーの質量損失は10質量%であり、8週間後には破壊強度は40MPa未満に減少した。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
オキシメチレン単位及び少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位並びに末端アルキルエーテル基及び少なくとも2個の炭素原子を有する末端ヒドロキシアルキレン基の部分を含むオキシメチレンコポリマーであって、該末端アルキルエーテル基の割合が、全ての末端基に基づき、少なくとも80%であり、少なくとも2個の炭素原子を有する末端ヒドロキシアルキレン基の割合が、全ての末端基に基づき、20%までである、オキシメチレンコポリマー。
【請求項2】
全ての末端基の少なくとも90%が末端アルキルエーテル基、好ましくは末端エチルエーテル基又は特にはメチルエーテル基であり、全ての末端基の10%までは、少なくとも2個の炭素原子を有する末端ヒドロキシアルキレン基、好ましくは末端ヒドロキシエチレン基である、請求項1に記載のオキシメチレンコポリマー。
【請求項3】
オキシメチレン単位の割合に基づくオキシアルキレン単位の割合が、0.001mol%乃至0.05mol%である、請求項1及び請求項2のいずれかに記載のオキシメチレン
コポリマー。
【請求項4】
オキシメチレン単位の割合に基づくオキシアルキレン単位の割合が0.01乃至0.05mol%である、請求項3に記載のオキシメチレンコポリマー。
【請求項5】
式(I)
−(O−CH−(O−C2m− (I)
を有し、そして式−O−Rで表される末端アルキルエーテル基及び式−O−C2m−OHで表される末端ヒドロキシアルキレン基、及び適当ならば、式−O−Rで表される末端基を有し、
式中、xは正の整数で好ましくは10乃至10000を表し、
mは2乃至6の整数を表し、
yは0乃至10の整数を表し、
比yar/xarは0.001乃至0.05を表し、
arはポリマー混合物中の全てのyの値の算術平均を表し、
そして、
arはポリマー混合物中の全てのxの値の算術平均を表し、
は直鎖又は枝分かれしたアルキル基を表し、そして
はホルミル基−CHOを表し、但し、式−ORで表される末端アルキルエーテル基の割合は、全ての末端基に基づき、少なくとも80%であり、そして、式−O−C2m−OHで表される末端ヒドロキシアルキレン基の割合は全ての末端基に基づき、20%までである、請求項1乃至請求項4のいずれかに記載のオキシメチレンコポリマー。
【請求項6】
指数xは300乃至10000の整数を表す請求項5に記載のオキシメチレンコポリマー。
【請求項7】
a)少なくとも1種のホルムアルデヒドのアセタールの存在下、開始剤としての少なくとも1種のプロトン酸又は少なくとも1種のその誘導体による、−CH−O−単位を形成する少なくとも1種のモノマーと、少なくとも2個の炭素原子を有するオキシアルキレン単位を形成する少なくとも1種のモノマーとの重合であって、該開始剤の濃度は重合開始時に存在し且つ−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき、10−4mol%より少ないところの重合、
b)重合開始の際の水及び蟻酸の含有量が40ppmより少ないか又はこれに等しいところの重合出発物質の使用、
c)プロトン性溶媒中、少なくとも1種の塩基性化合物で製造したポリマーを処理することによる、開始剤及び/又は活性ポリマー鎖の不活性化、
という処置を含む、請求項1に記載のオキシメチレンコポリマーの製造方法。
【請求項8】
−CH−O−単位を形成するモノマー又はモノマー類と少なくとも2個の炭素原子を有する少なくとも1種のオキシアルキレン単位を形成するモノマー又はモノマー類との重合は不均一重合として行われ、そして、開始剤及び/又は活性ポリマー鎖の不活性化は、少なくとも1種の塩基性化合物を含有するプロトン性溶媒中への製造したポリマーの溶解により行うことを特徴とする、請求項7に記載のオキシメチレンコポリマーの製造方法。
【請求項9】
ホルムアルデヒド又は好ましくはトリオキサンが−CH−O−単位を形成するモノマーとして使用されることを特徴とする、請求項7又は請求項8に記載の方法。
【請求項10】
式(II)で表される化合物
−(O−CH−O−R (II)
(式中、R及びRは、互いに独立してアルキル基、好ましくはメチル基を表し、qは1乃至100の整数を表す。)がホルムアルデヒドのアセタールとして用いられることを特徴とする、
請求項7乃至請求項9のいずれかに記載の方法。
【請求項11】
式中、qが1を表し、好ましくはメチラールである式(II)で表される化合物が、ホルムアルデヒドのアセタールとして使用される、請求項10に記載の方法。
【請求項12】
強いプロトン性の酸、好ましくはフッ素化又は塩素化したアルキル−及びアリールスルホン酸、特にはトリフルオロメタンスルホン酸、及び/又は強いプロトン酸のエステル及び/又は無水物がカチオン重合の開始剤として使用される、請求項7乃至請求項11のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
過塩素酸、フルオロアルカンスルホン酸、特にはトリフルオロメタンスルホン酸がカチオン重合の開始剤として使用される、請求項12に記載の方法。
【請求項14】
カチオン重合の開始剤が重合混合物中に、重合開始時に存在し且つ−CH−O−単位を形成するモノマーの量に基づき、10−6mol%乃至10−4mol%の量で存在する、請求項7乃至請求項13のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
製造したオキシメチレンポリマーを重合後冷却し、粉砕して粉末を得、そして該粉末は塩基−含有プロトン性溶媒中に溶解される、請求項7乃至請求項14のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
製造したオキシメチレンコポリマーを重合後直接、熱い沈殿ポリマーのように、塩基−含有プロトン性溶媒中に溶解させることを特徴とする、請求項7乃至請求項14のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
水とアルコールとの混合物、好ましくは水とメタノールとの混合物が、前記プロトン性溶媒として使用されることを特徴とする、請求項7乃至請求項16のいずれかに記載の方法。
【請求項18】
50乃至98質量%のメタノールと2乃至50質量%の水との混合物であって、好ましくは3級アミン、特に好ましくはトリエチルアミンを含有するものが、プロトン性溶媒として使用される、請求項17に記載の方法。
【請求項19】
1乃至50bar、好ましくは2乃至30bar、特には3乃至20barの圧力で不活性化が行われる、請求項7乃至請求項18のいずれかに記載の方法。
【請求項20】
造形物生産のための請求項1乃至請求項6中のいずれか1項に記載のオキシメチレンコポリマーの使用。

【公表番号】特表2011−516702(P2011−516702A)
【公表日】平成23年5月26日(2011.5.26)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−504364(P2011−504364)
【出願日】平成21年4月14日(2009.4.14)
【国際出願番号】PCT/EP2009/002712
【国際公開番号】WO2009/127385
【国際公開日】平成21年10月22日(2009.10.22)
【出願人】(505110619)ティコナ ゲーエムベーハー (4)
【Fターム(参考)】