説明

ポリアミドの製造方法

【課題】ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドを、水を留去させる工程や途中で内容物を取り出す工程を設けることなく、生産性よく製造する方法を提供する。
【解決手段】ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドの製造方法であって、以下の工程(i)〜(iii)からなるポリアミドの製造方法。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンを、融点の低い方のモノマーの融点以上で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とをおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、ポリアミドの融点未満に保ち、固相重合する工程。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、比較的融点の高いポリアミドに適した製造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
ポリアミドには、ナイロン46、ナイロン6T、ナイロン9T等、比較的融点の高いものが知られており、耐熱性を要求される分野で用いられている。例えば、ナイロン46は、その成形加工が容易であることから、産業資材用繊維、衣料用繊維に、ナイロン6T、ナイロン9Tは、低吸水性で寸法安定性が高いことから、電気・電子部品、自動車部品用成形品に用いられている。
【0003】
高融点のポリアミドの製造方法として、特許文献1では、第一段階において、水の存在下、ジカルボン酸成分とジアミン成分を、融点以下の温度で重合して低次縮合物とし、第二段階において固相重合または溶融重合により所望の重合度のポリマーを得る方法が開示されている。しかしながら、このような製造方法は、重合時に水を加えるため、低次縮合物調製後に水を留去する工程が必要である。また、水を留去した後、残った水と一緒に低次縮合物を一旦取り出し、別の反応容器で固相重合する工程も必要となる。そのため、工程が多くなるという問題点があった。また、水を加えない場合に比べて、反応装置の容量を最大限に用いることができず、得られるポリアミドの生成量に比べて容量が大きな反応装置が必要になるという問題もあった。さらに、重合時に水を大量に添加しているため、非特許文献1から示唆されるように、ポリアミド中にトリアミン構造が副生し易く、結晶性が低下したりゲル化が生じたりする問題があった。
【0004】
特許文献2には、芳香族ジアミンと芳香族カルボン酸を、段階的に昇温させ、溶媒を用いずに重合し、芳香族ポリアミドを重合する方法が開示されている。しかしながら、このような製造方法では、記載の反応温度(300〜330℃)より高い融点を有するポリアミドの重合する場合、ポリアミドが塊状化し、反応が均一に進行しないため、分子量分布が広くなるという問題があった。また、反応容器から取り出すには、アミド結合の分解が促進される350℃以上とする必要があるという問題があった。また、記載の反応温度(300〜330℃)以下の融点を有するポリアミドを重合する場合においても、ポリアミドの種類によっては、分解が促進される場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2001−348427号公報
【特許文献2】特開2009−256610号公報
【非特許文献】
【0006】
【非特許文献1】高分子化学 第25巻 第277号 318ページ(1968)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は、上記の課題を解決するものであり、ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドを、生産性よく製造する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明者等は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨は下記の通りである。
(1)ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドの製造方法であって、以下の工程(i)〜(iii)からなるポリアミドの製造方法。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンを、融点の低い方のモノマーの融点以上で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とをおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、ポリアミドの融点未満に保ち、固相重合する工程。
(2)生成するポリアミドの融点が250℃以上である(1)記載のポリアミドの製造方法。
(3)工程(i)を、原料モノマーの合計100質量部に対して、5質量部以下の水または有機溶剤の存在下でおこなう(1)または(2)記載のポリアミドの製造方法。
(4)工程(ii)において、塩および低重合体の破砕を0.02kW/kg以上の攪拌動力/仕込み量でおこなう(1)〜(3)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
(5)工程(ii)を、0.1MPa以上の圧力下でおこなう(1)〜(4)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
(6)工程(ii)において、破砕混合物の体積平均粒径が5mm以下になるように破砕する(1)〜(5)いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
【発明の効果】
【0009】
本発明の製造方法によれば、ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドを、水を留去させる工程や途中で内容物を取り出す工程を設けることなく、生産性よく製造することができる。また、重合開始から終了まで、生成するポリアミドの融点未満の温度で重合するため、色調が良好で、トリアミンが少ないポリアミドを得ることができる。さらに、破砕しながら重合するので、重合過程を通じてポリアミドが粒状に保たれる。このため、重合度斑が小さく、分子量分布の狭いポリアミドが得られる。ポリアミドは、粒状で得られるため、その後の加工などにおいて取り扱いが容易である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法が適用できるポリアミドは、ジカルボン酸とジアミンとを主成分とするポリアミドである。
【0011】
ジカルボン酸としては、脂肪族ジカルボン酸、脂環式ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等が挙げられる。脂肪族ジカルボン酸としては、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸等が挙げられる。脂環式ジカルボン酸としては、シクロヘキサンジカルボン酸等が挙げられる。芳香族ジカルボン酸としては、フタル酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸等が挙げられる。
【0012】
ジアミンとしては、脂肪族ジアミン、脂環式ジアミンが挙げられる。脂肪族ジアミンとしては、1,2−エタンジアミン、1,3−プロパンジアミン、1,4−ジアミノブタン、1,5−ジアミノペンタン、1,6−ジアミノヘキサン、1,7−ジアミノヘプタン、1,8−ジアミノオクタン、1,9−ジアミノノナン、1,10−ジアミノデカン、1,11−ジアミノウンデカン、1,12−ジアミノドデカン等が挙げられる。脂環式ジアミンとしては、シクロヘキサンジアミン等が挙げられる。
【0013】
前記モノマーの組み合わせで得られるポリアミドとしては、ナイロン46、ナイロン66、ナイロン69、ナイロン610、ナイロン612などの脂肪族ポリアミド、ナイロン612、ナイロン6T、ナイロン6I、ナイロン6N、ナイロン9T、ナイロン9I、ナイロン9N、ナイロン10T、ナイロン10I、ナイロン10N、ナイロン12T、ナイロン12I、ナイロン12N等の半芳香族ポリアミドが挙げられる。ここで、Tはテレフタル酸、Iはイソフタル酸、Nはナフタレンジカルボン酸を示す。ポリアミドは、2種以上のポリアミドが共重合されたものでもよい。
【0014】
また、本発明の製造方法は、融点が250℃以上のポリアミドに適用することが好ましく、融点が300℃以上のポリアミドに適用することがより好ましい。融点が250℃以上のポリアミドとして、ナイロン46、ナイロン6T、ナイロン9T、ナイロン10T、ナイロン12T等が挙げられる。本発明の製造方法においては、後述する工程(ii)で、破砕された塩や低重合体が破砕熱によって溶融し、これらが再固化することにより塊状となることがある。そのため、ポリアミドの融点が250℃以上であると、破砕熱によって塩や低重合体が溶融しにくく、溶融再固化による塊状物の生成が起こりにくくなり好ましい。
【0015】
次に製造方法について説明する。
本発明の製造方法は、以下の3工程から構成される。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンを、融点の低い方のモノマーの融点以上で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とをおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、ポリアミドの融点未満に保ち、固相重合する工程。
【0016】
まず、工程(i)について説明する。
工程(i)では、ジカルボン酸とジアミンを、融点の低い方のモノマーの融点以上で混合し、混合液を得る。混合温度を、融点の低い方のモノマーの融点以上とすることで、ジカルボン酸とジアミンは、一方のモノマーが他方のモノマーを溶媒として分散しているか、両方のモノマーが液状で混合している状態になる。
【0017】
混合温度は、いずれか一方のモノマーの融点以上とすることが必要であり、80℃以上150℃以下とすることが好ましく、80℃以上120℃以下とすることがより好ましい。混合温度が、融点の低い方のモノマーの融点未満の場合、両モノマーがいずれも固体であり、ジアミンとジカルボン酸の均一混合が困難となるため、続く工程(ii)において、重合度の斑が大きい塩または低重合体得られるので好ましくない。
【0018】
混合する時間としては、反応温度に達してから、0.1〜2時間が好ましく、0.1〜1.0時間がより好ましい。
【0019】
モノマーとしてテレフタル酸のような常温で粉状のものを用いる場合、粒子の体積平均粒径は、200μm以下のものを用いることが好ましく、100μm以下のものを用いることがより好ましい。体積平均粒径がこの範囲のモノマーを用いることで、続く工程(ii)において、分子量分布が狭く重合度の斑が小さいポリアミド低重合体を生成させることができる。
【0020】
なお、系内の熱斑を小さくすることを目的に、水または有機溶剤を共存させてもよいが、その添加量は、原料モノマーであるジカルボン酸とジアミンの合計100質量部に対して、5質量部以下とすることが好ましく、全く使用しないことがより好ましい。添加する水または有機溶剤の含有量をこの範囲に抑制することで、水または有機溶剤を留去する工程を設けることなくポリアミドを生成することができる。また、ゲル化の原因となるトリアミン量を抑制することができる。
【0021】
次に、工程(ii)について説明する。
【0022】
工程(ii)では、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合により得られる低重合体の生成反応をおこないながら、塩および低重合体の破砕をおこない、塩と低重合体のポリアミド破砕混合物を得る。塩が生成されるにともないジカルボン酸とジアミンが徐々に減少し、続いて、低重合体が生成されるにともない塩が徐々に減少し、工程(ii)の終了時には、塩と低重合体のポリアミド破砕混合物となる。
【0023】
反応温度としては、生成するポリアミドの融点未満とすることが必要で、150℃以上270℃以下とすることが好ましく、150℃以上250℃以下とすることがより好ましい。反応温度がポリアミドの融点以上の場合、熱分解が促進され、色調が悪くなったり、重合途中に副生するトリアミン量が多くなるので好ましくない。
【0024】
工程(ii)の反応時間としては、反応温度に達してから、0.1〜10時間が好ましく、0.1〜5時間がより好ましい。
【0025】
なお、工程(ii)は、モノマーの反応率が90%以上になることを目安に終了すればよい。
【0026】
工程(ii)において生成する塩および低重合体は、固体状であるため、均一に反応を進行させるためには、これらの固体を破砕することが必要である。破砕せずに重合した場合、生成した塩と低重合体が塊状化したり、反応の進行に斑が生じたりするため、好ましくない。工程(ii)では、系内は塩または低重合体であるため、容易に破砕することができる。
【0027】
一般に、破砕の方法としては、圧縮力粉砕、剪断力粉砕、衝撃力粉砕、摩擦力粉砕、攪拌式破砕が挙げられる。本発明においては、破砕しながら攪拌できるという点で、攪拌翼による攪拌式破砕が好ましい。撹拌翼はプロペラ型、パドル型、タービン型、アンカー型、らせん型、ダブルヘリカル型等、特に限定されず、また、これらを組み合わせたものでもよい。
【0028】
塩および低重合体の生成量によって、工程(ii)における、破砕のための撹拌動力/仕込み量は変動する。攪拌動力/仕込み量は0.02kW/kg以上とすることが好ましく、0.03kW/kg以上とすることがより好ましく、0.035kW/kg以上とすることがさらに好ましい。撹拌動力/仕込み量を0.02kW/kg以上とすることで、生成した固形物は塊状化せず、工程(iii)において、分子量分布が狭く、均一なポリアミドを固相重合することができる。攪拌動力は、撹拌翼の形状、撹拌速度、反応温度等を変更することで調整できる。
【0029】
塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とが進行することにともなって水蒸気が発生するので、系内の圧力は水の蒸気圧まで上昇する。
系内の圧力は、定量的な反応をおこなうためには、0.1MPa以上とすることが好ましく、1.0MPa以上とすることがより好ましい。圧力の上限は特に限定されず、反応容器の耐圧力の範囲内で適宜選択される。系内の圧力は、水蒸気を系外に放圧したり、窒素で加圧したりすることで制御される。工程(ii)の終了時には、放圧により常圧あるいは減圧状態にすることができる。
【0030】
工程(ii)で破砕して得られた塩と低重合体のポリアミド破砕混合物の体積平均粒径は5mm以下とすることが好ましく、2mm以下とすることがより好ましく、1mm以下とすることがさらに好ましい。破砕混合物の体積平均粒径をこの範囲とすることで、分子量分布が狭く、重合度の斑が小さいポリアミドを重合することができる。体積平均粒径は、攪拌動力/仕込み量を適宜変更することで調整することができる。
【0031】
次に、工程(iii)について説明する。
【0032】
工程(iii)では、工程(ii)で得られた塩と低重合体のポリアミド破砕混合物を、生成するポリアミドの融点未満に保ち固相重合し、所定の分子量まで高分子量化させ、ポリアミドを得る。
【0033】
工程(iii)の反応温度は、生成するポリアミドの融点未満とすることが必要で、180℃以上270℃以下とすることが好ましく、200℃以上250℃以下とすることがより好ましい。固相重合温度が生成するポリアミドの融点以上の場合、ゲル化の原因となるトリアミン量が多くなり、また、熱分解が促進され、ポリアミドの色調が悪くなるので好ましくない。
【0034】
工程(iii)は、窒素などの不活性ガス気流中でおこなってもよく、減圧下でおこなってもよい。また、静置しておこなってもよく、攪拌しながらおこなってもよい。
【0035】
工程(iii)の反応時間としては、反応温度に達してから0.5〜100時間の範囲でおこなうことができ、0.5〜24時間が好ましく、0.5〜10時間がより好ましい。
【0036】
工程(i)〜(iii)において、それぞれの反応温度まで段階的に昇温させてもよく、あるいは一段階で昇温させてもよい。
【0037】
本発明の製造方法においては、重合触媒を用いることが好ましい。触媒は、工程(i)、工程(ii)、工程(iii)いずれの工程で添加してもよいが工程(i)で添加することが好ましい。触媒としては、リン酸、亜リン酸、次亜リン酸またはそれらの塩等を用いることができる。触媒の使用量は、原料モノマーであるジカルボン酸とジアミンの合計のモル数に対して、2モル%以下が好ましい。
【0038】
また、重合度調整や分解、着色抑制等の目的で、末端封鎖剤を加えることが好ましい。末端封鎖剤としては、モノカルボン酸、モノアミンが好ましい。これらは単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。モノカルボン酸としては、酢酸、ラウリン酸、安息香酸等が挙げられ、モノアミンとしては、オクチルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン等が挙げられる。末端封鎖剤の添加量は、原料モノマーであるジカルボン酸とジアミンの合計のモル数に対して、5モル%以下が好ましい。
【0039】
本発明の製造方法を用いて製造されるポリアミドの数平均分子量は特に限定されず、目的に応じて適宜設定される。例えば、成形加工が容易なポリアミドを得ようとすれば、数平均分子量を1万以上とすることが好ましい。ポリアミドの数平均分子量は、固相重合の反応時間を調整することで適宜制御することができる。
【0040】
本発明の製造方法においては、工程(ii)において、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とをおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕して、その後、そのままの形状で固相重合するため、ポリアミドの形状を粉末とすることができる。
【0041】
本発明の製造方法においては、工程(ii)で得られる破砕混合物の粒径を制御することにより、得られるポリアミドの粒径を制御することができる。また、破砕混合物の粒径を5mm以下とすることで、重合度斑が少なく重合でき、得られるポリアミドの分子量分布を4.0以下とすることができる。
【0042】
また、本発明の製造方法においては、重合開始から終了まで生成するポリアミドの融点未満の温度で重合するため、ポリアミド中のトリアミン量を抑制することができる。ポリアミド中のトリアミン量は、従来法に対して低くすることができ、例えば、ジアミンに対して0.3モル%以下とすることもできる。
【0043】
また、本発明の製造方法においては、重合開始から終了まで生成するポリアミドの融点未満の温度で重合するため、熱分解を抑制することができ、色調が良好なポリアミドを得ることができる。具体的な指標として、ポリアミドのL値を70以上とすることもできる。
【0044】
本発明の製造方法において用いる装置としては、温度を制御でき、破砕手段を備えていれば、特に限定されない。
【0045】
ポリアミドには、必要に応じてフィラーや安定剤等の添加剤を加えてもよい。添加剤は、ポリアミドの重合時に添加しても、得られたポリアミドに溶融混練してもよい。添加剤としては、ガラス繊維や炭素繊維等の繊維状補強材、酸化チタン、カーボンブラック等の顔料、酸化防止剤、帯電防止剤、難燃剤、難燃助剤等が挙げられる。
【実施例】
【0046】
以下、本発明を実施例によって具体的に説明するが、本発明はこれらによって限定されるものではない。ポリアミドの物性測定は以下の方法によっておこなった。
【0047】
(1)モノマーの反応率
ポリアミド30mgにメタノール10mLを加え、懸濁液を作製後、1時間放置し、ディスクフィルターで濾過した試料溶液を作製した。その後、この試料溶液を質量分析計付帯のガスクロマトグラフィー装置で分析した。
原料モノマーのジアミンを標準試料として作成した検量線を用いて、ポリアミド中の未反応ジアミンを定量し、ジアミンの反応率を計算した。
【0048】
(2)体積平均粒径
レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(堀場製作所社製 LA920)を用いて測定した。なお、破砕混合物の体積平均粒径は、工程(iii)直前にサンプリングしたものを用いた。
【0049】
(3)数平均分子量、分子量分布
ポリアミド5mgに10mMトリフルオロ酢酸ナトリウム含有ヘキサフルオロイソプロパノール2mlを加え、溶解させ、ディスクフィルターで濾過した試料溶液を、示差屈折率検出器(東ソー製RI−8010)を備えたゲル浸透クロマトグラフィ装置(GPC、東ソー製)で分析した(溶離液:10mMトリフルオロ酢酸ナトリウム含有ヘキサフルオロイソプロパノール、流速0.4ml/min、温度40℃)。
ポリメチルメタクリレート(ポリマーラボラトリーズ社製)を標準試料として作成した検量線を用いて、重量平均分子量および数平均分子量を求め、重量平均分子量/数平均分子量を分子量分布とした。
【0050】
(4)融点
サンプル10mgを、パーキンエルマー社製示差走査型熱量計DSC−7を用いて、常温から350℃まで20℃/分で昇温し、5分間保持後、500℃/分で25℃まで降温し、5分間保持後、400℃まで20℃/分で昇温した。2回目の昇温時に得られた曲線の融解に由来するピークの頂点を融点温度とした。
【0051】
(5)L値
日本電色工業社製Σ90 color measuring systemを用いて、C/2光源、反射にてL値を測定した。
【0052】
(6)トリアミン量
ポリアミド10mgに47%臭化水素酸を3mL加え、130℃で20時間加熱後、蒸発乾固し、さらに80℃2時間減圧乾燥した。これにピリジン2mL、N,O−ビス(トリメチルシリル)トリフルオロアセトアミド1mLを加え、90℃で30分加熱した。冷却後、メンブランフィルターで濾過した試料溶液を、質量分析計を備えたガスクロマトグラフィー装置で分析した。
ジアミンとトリアミンを標準試料として作成した検量線を用いて、ポリアミド中のジアミンとトリアミンを定量し、ジアミンに対するトリアミンのモル比を算出した。ジアミンの標準物質は、重合に用いたジアミンを用いた。また、トリアミンの標準物質は、酸化パラジウムを触媒として用いて、オートクレーブ中にて重合に用いたジアミンを240℃で3時間加熱攪拌して反応させて得たトリアミン化合物を用いた。
【0053】
実施例1
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸586g、ジアミンとして1,6−ジアミノヘキサン410g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物1.2g、末端封鎖剤として安息香酸3.4gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、ダブルヘリカル撹拌翼を備えた容量2Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、80℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、210℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度は変更せずに、昇温し、窒素気流下、250℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0054】
実施例2
[工程(ii)]における撹拌速度を毎分5回転に変更した以外は、実施例1と同様におこなった。
【0055】
実施例3
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸510g、ジアミンとして1,9−ジアミノノナン486g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物1.0g、末端封鎖剤として安息香酸3.0gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、らせん型撹拌翼を備えた容量2Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、100℃、1時間、毎分15回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分15回転のまま、昇温し、210℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度は変更せずに、昇温し、窒素気流下、230℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0056】
実施例4
製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例3と同様におこなった。
【0057】
実施例5
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸4890g、ジアミンとして1,10−ジアミノデカン5072g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物10g、末端封鎖剤として安息香酸28gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、プロペラ型撹拌翼を備えた容量20Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、100℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、230℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度および反応温度は変更せずに、窒素気流下、230℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0058】
実施例6〜8
製造条件を表1に示すように変更した以外は、実施例5と同様におこなった。
【0059】
実施例9
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸90.3g、ジアミンとして1,12−ジアミノドデカン109.0g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.18g、末端封鎖剤として安息香酸0.52gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、アンカー型撹拌翼を備えた容量500mLのオートクレーブで、窒素雰囲気下、100℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、230℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度と反応温度は変更せずに、窒素気流下、230℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0060】
実施例10
[工程(i)]
ジカルボン酸としてアジピン酸124.1g、ジアミンとして1,12−ジアミノドデカン74.8g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.29g、末端封鎖剤として安息香酸0.82gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、タービン型撹拌翼を備えた容量500mLのオートクレーブで、窒素雰囲気下、80℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、150℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度と反応温度は変更せずに、窒素気流下、200℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0061】
比較例1
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸586g、ジアミンとして1,6−ジアミノヘキサン410g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物1.2g、末端封鎖剤として安息香酸3.4gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、ダブルヘリカル撹拌翼を備えた容量2Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、80℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、210℃で3時間保ち、破砕せずに攪拌し、塩および低重合体の塊状物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度は変更せずに、昇温し、窒素気流下、250℃に保ち、5時間、固相重合をおこなった。
【0062】
比較例2
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸510g、ジアミンとして1,9−ジアミノノナン486g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物1.0g、末端封鎖剤として安息香酸3.0gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、らせん型撹拌翼を備えた容量2Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、ジアミンモノマーの融点未満である35℃、1時間、毎分15回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分15回転のまま、昇温し、210℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度は変更せずに、昇温し、窒素気流下、230℃に保ち、5時間後、粉末状のポリアミドを得た。
【0063】
比較例3
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸4890g、ジアミンとして1,10−ジアミノデカン5072g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物10g、末端封鎖剤として安息香酸28gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、プロペラ型撹拌翼を備えた容量20Lのオートクレーブで、窒素雰囲気下、100℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、生成ポリアミドの融点以上である330℃で3時間保ち、塩および低重合体の溶融物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度と温度は変更せずに、窒素気流下、230℃に保ち、5時間、固相重合をおこなった。
【0064】
比較例4
[工程(i)]
ジカルボン酸としてテレフタル酸84.0g、ジアミンとして1,12−ジアミノドデカン115.2g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.19g、末端封鎖剤として安息香酸0.55gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比))を、アンカー型撹拌翼を備えた容量500mLのオートクレーブで、窒素雰囲気下、100℃、1時間、毎分20回転で撹拌した。
[工程(ii)]
撹拌速度は毎分20回転のまま、昇温し、230℃で3時間保ち、生成した塩および低重合体を破砕しながら攪拌し、その破砕混合物を得た。その後、反応により生じた水蒸気を放圧し、オートクレーブの圧力を常圧に戻した。
[工程(iii)]
攪拌速度と温度は変更せずに、窒素気流下、生成ポリアミドの融点以上である330℃で5時間、溶融重合をおこなった。その後、ストランドカッターを用いて、ペレット状のポリアミドを得た。
【0065】
比較例5
カルボン酸としてテレフタル酸391.2g、アミンとして1,10−ジアミノデカン405.7g、触媒として次亜リン酸ナトリウム一水和物0.8g、末端封鎖剤として安息香酸2.3g、蒸留水320gからなる混合物(ジカルボン酸:ジアミン:触媒:末端封鎖剤=50:50:0.16:0.39(モル比)、系内の水の残存量=ジカルボン酸、ジアミン、触媒、末端封鎖剤の合計100重量%に対して40重量%)を、ダブルヘリカル撹拌翼を備えた容量2Lのオートクレーブに入れ、窒素雰囲気下、1時間かけて150℃まで昇温させた後、水を120g留出させた(系内の水の残存量=ジカルボン酸、ジアミン、触媒、末端封鎖剤の合計100重量%に対して25重量%)。次いで、内部温度を240℃に昇温した後、水を72g留出させ(系内の水の残存量=ジカルボン酸、ジアミン、触媒、末端封鎖剤の合計100重量%に対して16重量%)、その後4時間攪拌しながら反応させた。その後、反応容器下部の取り出し口からノズルを介し、低重合体を吐出速度200g/分にて吐出し、このときに反応容器下部の取り出し口とノズルの間の配管へ230℃に加熱された水を15g/分の速度で添加した。得られた低重合体100gを粉砕した後、1Lの丸底フラスコに入れ、窒素置換した後、流量300mL/分で窒素を流し、攪拌しながら2時間かけて内部温度を250℃に昇温し、そのまま5時間反応させた。内容物を室温付近まで冷却した後、丸底フラスコから取り出した。
【0066】
表1、2に、使用モノマー、製造条件、およびポリアミドの特性値を示す。
【0067】
【表1】

【0068】
【表2】

【0069】
実施例1〜10は、いずれも、水を留去させる工程や、途中で内容物を取り出し破砕する工程を設けることなく、生産性よく製造することができた。得られたポリアミドは、数平均分子量が10000以上であり、分子量分布が4以下と狭いものであった。また、L値が70以上と高く、比較例5に比べてポリアミド中に含まれるトリアミン量が0.3%以下と小さかった。
実施例1〜7、9、10は、原料モノマーの合計100質量部に対して、加える水を5質量部以下としたため、ポリアミド中に含まれるトリアミン量が特に少なかった。
実施例1、3〜10は、攪拌動力を常に0.02kW/kg以上に制御したため、体積平均粒径が2mm以下の粉末状のポリアミドを得ることができた。
【0070】
比較例1は、破砕することなく重合したため、オートクレーブ中で内容物が塊状化しており、粉状に樹脂を取り出すことができなかった。ハンマーで叩いて取り出したポリアミドの分子量分布は広く、トリアミン量が多かった。
比較例2は、工程(i)の混合温度を両方のモノマーの融点未満としたため、ポリアミドの分子量分布が広かった。
比較例3は、工程(ii)の温度を生成するポリアミドの融点よりも高くしたため、オートクレーブ中で内容物が塊状化しており、粉状に樹脂を取り出すことができなかった。ハンマーで叩いて取り出したポリアミドは熱劣化が激しく、L値が低く、トリアミン量が多かった。また、粉砕しながら重合できなかったため、分子量分布が広かった。
比較例4は、工程(iii)の温度を生成するポリアミドの融点よりも高くしたため、得られたポリアミドは熱劣化が激しく、L値が低く、トリアミン量が多かった。また、分子量分布が広かった。
比較例5は、特許文献1の実施例に添って追試をおこなってみたが、得られたポリアミドは、L値が低く、トリアミン量が多かった。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
ジカルボン酸およびジアミンを主成分とするポリアミドの製造方法であって、以下の工程(i)〜(iii)からなるポリアミドの製造方法。
工程(i):モノマーとしてのジカルボン酸とジアミンを、融点の低い方のモノマーの融点以上で混合し、混合液を得る工程。
工程(ii):工程(i)で得られた混合液を、生成するポリアミドの融点未満で、塩の生成反応と、前記塩の重合による低重合体の生成反応とをおこないながら、生成した塩および低重合体を破砕し、塩および低重合体の破砕混合物を得る工程。
工程(iii):工程(ii)で得られた破砕混合物を、ポリアミドの融点未満に保ち、固相重合する工程。
【請求項2】
生成するポリアミドの融点が250℃以上である請求項1記載のポリアミドの製造方法。
【請求項3】
工程(i)を、原料モノマーの合計100質量部に対して、5質量部以下の水または有機溶剤の存在下でおこなう請求項1または2に記載のポリアミドの製造方法。
【請求項4】
工程(ii)において、塩および低重合体の破砕を0.02kW/kg以上の攪拌動力/仕込み量でおこなう請求項1〜3いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
【請求項5】
工程(ii)を、0.1MPa以上の圧力下でおこなう請求項1〜4いずれかに記載のポリアミドの製造方法。
【請求項6】
工程(ii)において、破砕混合物の体積平均粒径が5mm以下になるように破砕する請求項1〜5いずれかに記載のポリアミドの製造方法。

【公開番号】特開2012−31271(P2012−31271A)
【公開日】平成24年2月16日(2012.2.16)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−171487(P2010−171487)
【出願日】平成22年7月30日(2010.7.30)
【出願人】(000004503)ユニチカ株式会社 (1,214)
【Fターム(参考)】