説明

高分子材料を安定化させるための、HALS誘導体とカルボン酸との塩様反応生成物

本発明は、1または複数の式(I)の基を含む化合物と、および1または複数の式(II)の基を含む有機酸またはその誘導体との塩様反応生成物または予備製造混合物に関する(記号の意味は本出願の請求項1に示す通りである)。さらに本発明は、塩様反応生成物および予備製造混合物の調製方法に関する。この塩様反応生成物および予備製造混合物は、ポリマー、特にポリアミドやポリエステルなどの極性ポリマーの安定化、ならびにこれらのポリマーの加工性、耐熱性、色、光沢、表面および機械特性の改善に用いることができる。
【化11】


【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、立体障害性アミン光安定剤(HALS化合物)の群から選択される化合物とカルボン酸またはカルボン酸誘導体(以下、有機酸と誘導体とを併せて「有機酸」と称する)との新規な塩様反応生成物またはそれぞれの予備製造混合物に関する。
この塩様生成物または混合物は、ポリマー材料の熱および/または光安定化に好適であるとともに、ポリマーの加工および長期安定性の改善にも適している。
【背景技術】
【0002】
HALS化合物の安定化作用は、当業者らに知られているように、鉱酸(例えば、酸性雨、または殺生物剤もしくは難燃剤の分解物に由来するもの)に曝される間に劇的に低下する。これは主に、HALS化合物と鉱酸とから塩様の生成物が形成されることによるものと考えられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
驚くべきことに、本発明の生成物は塩様の特徴を有しているにも拘らず、ポリマーの安定化、特にポリアミドやポリエステルなどの極性ポリマーの安定化に好適であることがここに見出された。さらに、本発明の生成物によって、押出成形、射出成形、または紡糸時における流動性等の加工性が改善され、最終製品の色、光沢、表面品質および/または機械特性が改善される。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記HALS化合物は、以下の一般式(I)
【0005】
【化6】

(式中、互いに独立に、
Aは−O−または−NR’−であり、
R’はH、C〜C18−アルキルであり、
はC〜C18−アルキルであるか、または2つのR基が同じ炭素原子に結合してC〜C−シクロアルキル環を形成し、
はH、またはC〜C18−アルキル、C〜C18−アルキルアリールであり、
rは0〜3の整数であり、rは、好ましくは1または2であり、最も好ましくは1であり、および
中央のフェニル環上の2つのカルボニル基は、オルト、メタ、またはパラ位にあり、好ましくはメタまたはパラ位にあり、最も好ましくはメタ位にある。)
から選択される。
【0006】
上述した有機酸は、一般式(II)
【0007】
【化7】

(式中、互いに独立に、
はH、またはm価の脂肪族、環式脂肪族、芳香族もしくは複素芳香族の基であり、
mは0を超える整数であり、mは、好ましくは1、2、3、または4であり、より好ましくは1または2である。)
によって特徴づけられる。
【0008】
上述した有機酸の誘導体は、式(II)から誘導される、無水物、環状エステル(ラクトン)、および特に、例えばε−カプロラムタム等の環状アミド(ラクタム)などである。
後者のカルボン酸誘導体は、加水分解または開環反応すると、水性反応媒体中においてモノカルボン酸のように作用する。
【0009】
好ましいR基は、メチルである。2つのR基が同じ炭素原子に結合してC〜C−シクロアルキル環を形成したものも同様に好ましい。
【0010】
好ましいR基は、H、C〜C12−アルキルまたはベンジルである。
【0011】
好ましいR基は、C〜C100−アルキル、C〜C60−アルキレン、C〜C18−シクロアルキル、C〜C24−シクロアルキレン、C〜C18−アリール、C〜C18−アリーレン、C〜C18−ヘテロアリール、C〜C18−ヘテロアリーレン、C〜C36−アリールアルキル、C〜C36−アリールアルキレン、C〜C36−アルキルアリール、C〜C36−アルキルアリーレンである。
【0012】
本発明のより好ましい実施形態は、一般式(III)
【0013】
【化8】

(式中、
rは0〜3の整数であり、
sは(r+1)/mを表し、および
mは上述した通りである。)
を有する塩様化合物である。
【0014】
式(IV)
【0015】
【化9】

(式中、基は上記と同じである。)
は、化合物(III)の特に好ましい候補を表すものである。
【0016】
式(V)
【0017】
【化10】

(式中、rは1であり、および
基は上記と同じである。)
は、化合物(III)の最も好ましい候補を表すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0018】
本発明の生成物は、1種または複数のHALS化合物(I)を1種または複数の有機酸(II)と反応させることによって調製することができ、反応対のモル比および反応条件に応じて有機酸の完全なまたはヘミアミン塩が形成される。これらの塩は水または低級アルコール中においてある程度大幅に高い溶解性を示す。
【0019】
本発明の生成物は、溶媒(好ましくは水もしくは低級アルコール)中で合成することができ、また、溶融物中で合成することもできる。得られた溶液をそのまま使用することも、溶媒を除去することによって生成物を単離することも可能である。得られた固体を、場合によってさらに仕上げを施した後に、次の工程に用いてもよい。
【0020】
本発明の生成物は、二酸とジアミノ−またはジオール成分とからそれぞれ製造される、ポリアミド6.6、PET、またはこれと同種のものなどの縮重合ポリマーに適用すると特に有利である。これは、溶解性の良い本発明の生成物が縮重合反応中において反応混合物中に容易かつ均質に分散するためである。一方、HALS化合物自体は疎水性を有することから溶解性がより低く、したがって均質に分散させるのがより困難である。
【0021】
本発明の生成物の群の他のメンバーは極性がより低いので、ポリマーの溶融加工において使用する方がより適している。成分(I)および(II)を広い範囲から選択することによって好ましい特性に影響を及ぼし得ることが見出された。
【0022】
本発明のさらなる目的は、選択されたモル比の成分(I)および(II)から構成される予備製造された化合物の混合物(プラスチック業界においては「ブレンド」と称される)にある。したがって、このようなブレンドの製造時、またはポリマー塊に添加もしくは原料に添加する際に、式(III)の本発明の生成物が既に一部または完全に形成する可能性がある。後者は、例えば、ε−カプロラムタム(PA6の場合)、AH塩溶液(PA6.6の場合)、または二酸とジオールとの低次縮合物(ポリエステルの場合)であり得る。当業者らに既に知られているように、縮重合中にHALS化合物を用いた場合もこのような塩様生成物または混合物が形成される可能性があり、縮重合を継続する間に消失してしまう場合もある。
【0023】
本発明の予備製造混合物(ブレンド)は、選択されたモル比によって十分に定義される。これらは大規模な場合にも適用可能な技術的プロセスによって調製され、反応条件によっては式(III)の化合物が既に一部形成される場合もある。適量の成分(I)および(II)を含むこのようなブレンドを縮重合物に添加してもよい。このような予備製造混合物は、溶融物から(滴下方式の造粒法、噴射造粒、押出成形等)、圧縮(ローラーコンパクタ、打錠、ブリケッティング、加圧造粒等)により、造粒処理(噴霧、流動床造粒、ドラム造粒等)により、または単なる単純な混合により得ることができる。
【0024】
有機酸と同様に、HALS化合物は単官能性または少官能性(oligofunctional)であってもよい。1つのHALS基を有するHALS化合物および二官能性の有機酸、2つ以上のHALS基を有するHALS化合物および二官能性の有機酸、または2つ以上のHALS基を有するHALS化合物および単官能性の有機酸が好ましい。
HALS基と有機酸基とのモル比は、必要要件に応じて、1:99〜99:1、好ましくは40:60〜60:40、より好ましくは45:55〜55:45、最も好ましくは等モル比(50:50)としてよい。
【0025】
式(II)の好ましいカルボン酸は、C〜C80アルキルカルボン酸、C〜C24アルキレンジカルボン酸、C〜C18シクロアルキルカルボン酸、C〜C18シクロアルキレンジカルボン酸、C〜C18アリールカルボン酸、C〜C20アリーレンジカルボン酸、C〜C12アルキルカルボン酸無水物、C7〜18アリールカルボン酸無水物、またはC〜C18ラクタムである。
【0026】
式(II)の特に好ましいカルボン酸またはカルボン酸誘導体は、C〜C60アルキルカルボン酸、C〜C18アルキレンジカルボン酸、C〜C12シクロアルキルカルボン酸、C〜C12シクロアルキレンジカルボン酸、C12アリールカルボン酸、C〜C12アリーレンジカルボン酸、カプロラムタム、ラウリンラクタム、C〜Cアルキルカルボン酸無水物、またはC〜C18アリールカルボン酸無水物である。
【0027】
式(I)の最も好ましいHALS化合物は、1,3−ベンゾールジカルボキサミド−N,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)である(これはクラリアント(Clariant)からナイロスタブ(Nylostab)(登録商標)S−EED(登録商標)として市販されている。)。
【0028】
式(II)の特に好ましいカルボン酸は、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、安息香酸、および酢酸である。
【0029】
本発明の生成物を適用するのに好ましいポリマーは、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリアミド4.6、ポリアミド6.6、ポリアミド6.9、ポリアミド6.10、ポリアミド6.12、ポリアミド12.12などのポリアミド、およびテレフタル酸/アルキルジオールをベースとするポリエステル(例えばPET、PBT)、脂肪族ポリエステル、芳香族ポリエステル、液晶ポリエステル、ポリエーテルエステル、およびポリカーボネートなどのポリエステル、ならびにこれらのブレンドおよび共重合体である。
【0030】
特に好ましいポリマーは、ポリアミド4.6、ポリアミド6.6、ポリアミド6、ポリアミド11、ポリアミド12、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリカーボネート、これらの共重合体およびブレンドである。
【0031】
本発明の生成物の添加は、ポリマーを調製する前または途中に行っても、さらなる処理ステップの途中に行っても、いずれであってもよい。この生成物は、固体(粉体またはブレンド)、溶液(不活性または反応性溶媒中)、マスターバッチ、または濃縮物として使用することができ、分解されていない溶融性化合物の場合は溶融物として使用することもできる。
【0032】
この添加は、例えば溶融物から(滴下方式の造粒法、噴射造粒、押出成形等)、または圧縮(ローラーコンパクタ、打錠、ブリケッティング、加圧造粒等)もしくは造粒処理(噴霧、流動床造粒、ドラム造粒等)によって得られるような流動性調合物の形態で行うと特に有利である。これらの製造された形態には、本発明の生成物の混合物または当該技術分野において知られている他のポリマー添加剤もしくは着色剤との混合物(ブレンド)も含まれる。本発明の生成物とは別に、他の添加剤または着色剤(本発明の生成物を含むブレンドも含む)をポリマーに前もって、同時に、または後から添加してもよい。
【0033】
この種の他の添加剤の例として、光安定剤(さらなるHALS化合物、UV吸収剤、励起状態消光剤)、リン系または硫黄系の加工安定剤、酸化防止剤(フェノール系またはアミン系)、帯電防止剤、核剤、透明剤、難燃剤、補強材(例えば、鉱物系フィラー、ガラス繊維、中空ガラス球、カーボンファイバー、ナノスケールの補強材(例えば、ナノクレイ、カーボンナノチューブ)、滑剤、抗ブロッキング剤、着色剤(顔料および着色剤)等が挙げられる。
【0034】
以下の実施例に本発明の生成物の製造および適用を示す。
【実施例】
【0035】
(実施例1)
【0036】
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)およびアジピン酸からの塩合成
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)75.3の水250ml中懸濁液にアジピン酸24.8gを添加し、透明な溶液が形成されるまで80℃で撹拌する。水を真空下で除去した後、無色の結晶性生成物を80℃で真空乾燥する。
【0037】
(実施例2)
【0038】
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)およびテレフタル酸からの塩合成
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)72.7gおよびテレフタル酸27.3gを使用して、実施例1と同様にする。
【0039】
(実施例3)
【0040】
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)および安息香酸からの塩合成
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)64.2gおよび安息香酸35.4gを使用して、実施例1と同様にする。
【0041】
(実施例4)
【0042】
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)および酢酸からの塩合成
ナイロスタブ(登録商標)S−EED(登録商標)78.4gおよび酢酸21.2gを使用して、実施例1と同様にする。
【0043】
(実施例5)
【0044】
ナイロスタブS−EED30%とテレフタル酸70%との混合粉末をビーペックス(Bepex)ローラーコンパクタで形状変化させて安定な無色の粒状体にする。
【0045】
(実施例6)
【0046】
ナイロスタブS−EED30%とアジピン酸70%との混合粉末をビーペックスローラーコンパクタで形状変化させて安定な無色の流動性粒状体にする。
【0047】
(実施例7〜10)
【0048】
本発明の生成物のポリアミドへの適用
基本処理方法
コリン(Collin)単軸スクリュー押出機にて本発明の生成物をポリアミドと一緒に上述の使用温度で均質化する。押出機のモータ電流(トルクに対応)、ダイ圧、素材温度に加えて処理量も一定になるように装置設定に登録する。得られたポリマーストランドをペレット化し、さらに後述するように使用する。
【0049】
モータ電流がより低く、かつ/または処理量がより高いことは製造コストに直接影響する重要なデータである。ダイ圧が一定であることは流入性および送り性(intake and feeding properties)が良好であることを示し、これは最終使用物品(例えば射出成形品、なかでも非常に均一な繊維)を再現性よく調製するために重要なことである。さらに、圧力がより高い方が、加工中に鎖が破断することによるポリアミドの損傷を誘発しにくくなる。この場合、本発明の添加剤はポリマーの安定性にも寄与している。
【0050】
様々な適用によって得られた結果を以下の表にまとめる。
【0051】
【表1】

【0052】
(実施例11〜18)
【0053】
実施例1による本発明の生成物を含むポリアミドの耐候性および耐熱性:
基本処理方法
実施例7〜10において上述した粒状ポリマーを、アーブルグ(Arburg)万能射出成形機にて100×100×1mmの板状体に加工する。装置のパラメータは、各種ポリマーごとにそれぞれ一定に維持する。実施例1の本発明の化合物による光および熱安定化を示すべく、得られた板状体について試験を行った。
【0054】
(実施例11〜14)
【0055】
ISO11341A(湿/乾サイクル)またはISO11341C(乾燥状態)に従いウエザ−O−メーター(Weather−O−meter)内で曝露させた後の色の変化
【0056】
【表2】

【0057】
(実施例15〜18)
【0058】
120℃のオーブン内で劣化させた後の黄色変化
【0059】
【表3】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
1種または複数の式(I)
【化1】

(式中、互いに独立に、
Aは−O−または−NR’−であり、
R’はH、C〜C18−アルキルであり、
はC〜C18−アルキルであるか、または2つのR基が同じ炭素原子に結合してC〜C−シクロアルキル環を形成し、
はH、またはC〜C18−アルキル、C〜C18−アルキルアリールであり、rは0から3の整数である。)
の成分を含む化合物と、および
一般式(II)
【化2】

(式中、互いに独立に、
はH、またはm価の脂肪族、環式脂肪族、芳香族、もしくは複素芳香族の基であり、
mは0を超える整数である。)
で特徴づけられる1種または複数の有機酸と
を含む塩様反応生成物または予備製造混合物。
【請求項2】
一般式(III)
【化3】

(式中、
A、R、R、およびRは請求項1において定義した通りであり、
rは0から3の整数であり、
sは(r+1)/mを表し、および
mは0を超える整数である。)
の請求項1に記載の塩様反応生成物。
【請求項3】
一般式(IV)
【化4】

(式中、
rは0から3の整数であり、
sは(r+1)/mを表し、および
A、R、R、およびmは請求項1において定義した通りである。)
の請求項1に記載の塩様反応生成物。
【請求項4】
一般式(V)
【化5】

(式中、
rは1であり、
sは(r+1)/mを表し、および
A、R、R、およびmは請求項1において定義した通りである。)
の請求項1に記載の塩様反応生成物。
【請求項5】
両成分(I)および(II)を、1:99〜99:1、好ましくは40:60〜60:40、より好ましくは45:55〜55:45、最も好ましくは50:50のモル比で含む請求項1に記載の塩様反応生成物または予備製造混合物。
【請求項6】
式(I)のHALS化合物が、1,3−ベンゾールジカルボキサミド−N,N’−ビス(2,2,6,6−テトラメチル−4−ピペリジニル)であることを特徴とする請求項1に記載の塩様反応生成物または予備製造混合物。
【請求項7】
式(II)の有機酸が、アジピン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、フタル酸、安息香酸または酢酸から選択されることを特徴とする請求項1に記載の塩様反応生成物または予備製造混合物。
【請求項8】
1種または複数の一般式(I)のHALS化合物を、1種または複数の一般式(II)の有機酸と反応させる請求項2から7に記載の塩様反応生成物の調製方法。
【請求項9】
1種または複数の一般式(I)のHALS化合物と、1種または複数の一般式(II)の有機酸との組合せを、溶融物から(滴下方式の造粒法、噴射造粒、押出成形等)、圧縮(ローラーコンパクタ、打錠、ブリケッティング、加圧造粒等)により、造粒処理(噴霧、流動床造粒、ドラム造粒等)により、または単なる単純な混合により得る請求項2から7に記載の予備製造混合物の調製方法。
【請求項10】
ポリマーを光または熱による劣化に対して安定化させるための、好ましくは極性ポリマーを安定化させるための、より好ましくはポリアミドまたはポリエステルを安定化させるための、最も好ましくはポリアミドを安定化させるための、請求項1に記載の塩様反応生成物または予備製造混合物の使用。

【公表番号】特表2006−518371(P2006−518371A)
【公表日】平成18年8月10日(2006.8.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−502478(P2006−502478)
【出願日】平成16年2月19日(2004.2.19)
【国際出願番号】PCT/IB2004/000509
【国際公開番号】WO2004/074364
【国際公開日】平成16年9月2日(2004.9.2)
【出願人】(596081005)クラリアント・インターナシヨナル・リミテツド (27)
【Fターム(参考)】