JP4760149B2 - Shape memory resin having shape recovery ability and excellent shape recovery ability in two steps, and molded article comprising cross-linked product of the resin - Google Patents
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Description
本発明は、再成形可能かつ2段階に優れた形状回復能を持つ樹脂組成物に関するものである。又、本発明は、該成形樹脂組成物の架橋体からなる成形体、変形した成形体及び、これらの使用方法にも関する。 The present invention relates to a resin composition that can be remolded and has an excellent shape recovery ability in two stages. The present invention also relates to a molded product composed of a crosslinked product of the molded resin composition, a deformed molded product, and methods for using them.
形状記憶性を示す材料として従来から合金材料と樹脂材料があり、形状記憶性合金はパイプ継手や歯列矯正など、形状記憶性樹脂は熱収縮チューブ、締め付けピン、ラミネート材、ギブス等の医療用器具材などに利用されている。形状記憶性樹脂は形状記憶性合金と比べて、複雑な形状に加工できる、形状回復率が大きい、軽量である、自由に着色できる、低コストである等のメリットが挙げられ、一層の用途拡大が注目されている。 Conventionally, there are alloy materials and resin materials that show shape memory properties. Shape memory alloys are used for pipe joints and orthodontics, and shape memory resins are used for medical purposes such as heat-shrinkable tubes, clamping pins, laminates, and casts. Used for equipment. Compared to shape memory alloys, shape memory resins can be processed into complex shapes, have a high shape recovery rate, are lightweight, can be freely colored, and are low cost. Is attracting attention.
形状記憶性樹脂は、樹脂に所定の温度をかけて変形したのち、室温まで冷却することで所望の形に固定することが出来、さらに再度加熱することで、本来の形状に復元する性質を有する。形状記憶性樹脂は、物理的あるいは化学的結合部位(架橋点)から成る固定相と、ある温度以上(可逆相内部でのガラス転移温度(Tg)または融点(Tm))で流動的になる非架橋部分から成る可逆相から構成されていることを特徴とする。 Shape memory resin can be fixed to a desired shape by being deformed by applying a predetermined temperature to the resin, and then cooled to room temperature, and then restored to its original shape by heating again. . The shape memory resin is a non-phase fluid which is fluidized at a certain temperature (glass transition temperature (Tg) or melting point (Tm) inside the reversible phase) above a stationary phase consisting of physical or chemical bonding sites (crosslinking points). It is comprised from the reversible phase which consists of a bridge | crosslinking part, It is characterized by the above-mentioned.
形状記憶性樹脂のメカニズムをさらに詳細に説明するが、以下の1から3のステップによって、形状記憶の付与、成形品の変形および記憶形状の回復を実現する。又、図1に、概念図を示す。 The mechanism of the shape memory resin will be described in more detail, but the following steps 1 to 3 realize the provision of the shape memory, the deformation of the molded product, and the recovery of the memory shape. FIG. 1 is a conceptual diagram.
1.成形加工
形状記憶性樹脂を所定の方法(加熱、溶融、固化)で成形加工すると、固定相と可逆相(硬)から成る初期状態(原形)(同図(a)及び部分拡大図(b))が記憶される。
1. Molding process When the shape memory resin is molded by a predetermined method (heating, melting, solidifying), the initial state (original) consisting of a stationary phase and a reversible phase (hard) (Fig. (A) and partially enlarged view (b) ) Is stored.
2.成形品の変形
成形品を任意の形状に変形させるには、固定相は溶融させずに可逆相のみを溶融させる温度、つまり可逆相内部のTgやTm以上に加熱し可逆相(軟)に移行させ(同図(c))、この状態で外力を加えることによって変形できる(同図(d))。変形された成型品をTg未満やTm未満(またはTc(結晶化温度)以下)に冷却すると、可逆相も完全に固化して変形した状態で固定化される(同図(e))。
2. Deformation of molded product In order to transform a molded product into an arbitrary shape, the stationary phase is not melted, but only the reversible phase is melted, that is, heated to Tg or Tm above the reversible phase and shifted to the reversible phase (soft). It can be deformed by applying an external force in this state ((d)). When the deformed molded article is cooled to less than Tg or less than Tm (or less than Tc (crystallization temperature)), the reversible phase is also completely solidified and fixed in a deformed state ((e) in the figure).
3.記憶形状の回復
任意形状に変形された成形品の形状は、一時的に強制固定されている可逆相によりその変形状態が保たれている。従って加熱により可逆相のみが軟化する温度に達すると、樹脂はゴム状特性を示して安定状態となり、元の形状を回復する(同図(c))。さらにTg未満やTm未満(またはTc(結晶化温度)以下)に冷却することにより、同図(b)の初期状態の成形体に戻る。
3. Recovery of Memory Shape The shape of the molded product deformed into an arbitrary shape is maintained in its deformed state by a reversible phase that is temporarily forcedly fixed. Accordingly, when the temperature reaches a temperature at which only the reversible phase is softened by heating, the resin exhibits a rubber-like characteristic and becomes a stable state and recovers its original shape ((c) in the figure). Further, by cooling to less than Tg or less than Tm (or below Tc (crystallization temperature)), the molded body in the initial state shown in FIG.
ここで、固定相は架橋の種類によって熱硬化型と熱可塑型に分類され、それぞれに長所と短所を持つことが知られている。また、可逆相を固化する方法によりTg型とTc型に分類することができ、それぞれに特徴を持つ。 Here, it is known that the stationary phase is classified into a thermosetting type and a thermoplastic type depending on the type of cross-linking, and each has advantages and disadvantages. Moreover, it can classify | categorize into Tg type and Tc type by the method of solidifying a reversible phase, and each has the characteristic.
まず、固定相の架橋方法について述べる。熱硬化型形状記憶性樹脂の固定相は、共有結合による架橋構造から成る。熱硬化型の長所としては、樹脂の流動を防ぐ効果が高く、優れた形状回復力や寸法安定性を有し、回復速度が速い。一方、共有結合架橋のため、再成形が不可能、すなわちリサイクルできないという短所を持つ。 First, a method for crosslinking the stationary phase will be described. The stationary phase of the thermosetting shape memory resin consists of a crosslinked structure by covalent bonds. As an advantage of the thermosetting type, it has a high effect of preventing the resin from flowing, has an excellent shape recovery force and dimensional stability, and has a high recovery speed. On the other hand, due to the covalent bond crosslinking, there is a disadvantage that remolding is impossible, that is, recycling is not possible.
たとえば、従来の熱硬化型形状記憶性樹脂の具体例として、トランス−1,4−ポリイソプレン(特許文献1:特開昭62−192440号公報)が挙げられる。これはトランス−1,4−ポリイソプレンを硫黄あるいはパーオキサイド等により架橋した樹脂であり、固定相は架橋部位、可逆相はトランス−1,4−ポリイソプレンの結晶部である。この樹脂は形状回復力に優れているが、共有結合架橋のため、上述のように再成形不可能でありリサイクル性に劣る。 For example, as a specific example of a conventional thermosetting shape memory resin, trans-1,4-polyisoprene (Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-192440) can be cited. This is a resin obtained by cross-linking trans-1,4-polyisoprene with sulfur or peroxide, and the stationary phase is a cross-linked site, and the reversible phase is a crystal portion of trans-1,4-polyisoprene. Although this resin is excellent in shape recovery power, it cannot be remolded as described above and is inferior in recyclability due to covalent bond crosslinking.
一方、熱可塑型形状記憶性樹脂の固定相は、結晶部、ポリマーのガラス状領域、ポリマー同士の絡まり合い、金属架橋等から成る。これらの固定相は加熱により融解するため、再成形可能、つまりリサイクルできるという長所を持つ。しかしながら、熱可塑型の固定相の結合力は共有結合架橋である熱硬化型に比べて弱いため、熱硬化型より形状回復力に劣るといった短所を持つ。 On the other hand, the stationary phase of the thermoplastic shape memory resin is composed of a crystal part, a glassy region of a polymer, entanglement of polymers, metal cross-linking and the like. Since these stationary phases melt by heating, they have the advantage that they can be reshaped, ie recycled. However, since the bonding force of the thermoplastic stationary phase is weaker than that of the thermosetting type which is covalent bond crosslinking, it has a disadvantage that it is inferior in shape recovery power to the thermosetting type.
たとえば、従来の熱可塑型形状記憶性樹脂の例として、ポリノルボルネン(特許文献2:特開昭59−53528号公報)が挙げられる。ポリマー同士の絡まりあいが固定相、絡まりのない部位が可逆相となり、形状記憶性を持つことが記載されている。しかし、この形状記憶性樹脂は形状回復時間が長く、分子量が非常に高いため加工性が悪いという問題点がある。 For example, polynorbornene (Patent Document 2: Japanese Patent Application Laid-Open No. 59-53528) is an example of a conventional thermoplastic shape memory resin. It is described that the entanglement between the polymers is a stationary phase, and the site without the entanglement is a reversible phase and has shape memory. However, this shape memory resin has a problem that the shape recovery time is long and the molecular weight is very high, so that the processability is poor.
ポリウレタン(特許文献3:特開平2−92914号公報)の例も知られており、固定相は結晶部、可逆相は非晶部である。しかしこの形状記憶性樹脂も、形状回復時間が長い。また、引張強度が極めて弱いため、電子機器用部材に用いるのは困難である。 An example of polyurethane (Patent Document 3: Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-92914) is also known. The stationary phase is a crystalline part and the reversible phase is an amorphous part. However, this shape memory resin also has a long shape recovery time. Moreover, since tensile strength is very weak, it is difficult to use for the member for electronic devices.
スチレン−ブタジエン共重合体(特許文献4:特開昭63−179955号公報)も知られている。固定相はポリスチレンのガラス状領域、可逆相はトランスポリブタジエンの結晶部である。しかしこの形状記憶性樹脂においても、形状回復時間が長く形状回復率も低いという問題点が指摘されている。 A styrene-butadiene copolymer (Patent Document 4: JP-A 63-179955) is also known. The stationary phase is a glassy region of polystyrene, and the reversible phase is a crystal part of transpolybutadiene. However, this shape memory resin also has a problem that the shape recovery time is long and the shape recovery rate is low.
上記の熱可塑性の形状記憶性樹脂の形状記憶特性を改善する方法も提案されている。例えば、特許文献5(特許掲載公報2692195号)では、特許文献4に類似する3元系ブロック共重合体中のオレフィン性不飽和結合の80%以上を水素化することで、形状回復率、回復時間に優れた形状記憶性樹脂が提供できるとしている。しかし非特許文献1(唐牛正夫、「形状記憶ポリマーの材料開発」シーエムシー、第30〜43頁、1989年刊)で、スチレン−ブタジエン系熱可塑性の形状記憶性樹脂は、繰り返し変形することで形状記憶回復率が低下するという問題点が指摘されている。 A method for improving the shape memory characteristics of the thermoplastic shape memory resin has also been proposed. For example, in Patent Document 5 (Patent Publication No. 2692195), the shape recovery rate and recovery are achieved by hydrogenating 80% or more of the olefinic unsaturated bonds in the ternary block copolymer similar to Patent Document 4. It is said that a shape memory resin excellent in time can be provided. However, in Non-Patent Document 1 (Masao Karushi, “Material Development of Shape Memory Polymer”, CMC, pp. 30-43, published in 1989), styrene-butadiene-based thermoplastic shape memory resin is shaped by repeated deformation. It has been pointed out that the memory recovery rate decreases.
次に、可逆相の固定方法について述べる。樹脂は結晶性樹脂と非晶性樹脂に分類可能であり、Tc(結晶化温度)は結晶性樹脂特有のものであるのに対して、Tg(ガラス転移温度)は樹脂の非晶相(アモルファス相)に起因する現象であり、非晶性樹脂のみならず、結晶性樹脂の非晶部分に起因して観測されるため、何れの樹脂においても存在する。 Next, a method for fixing the reversible phase will be described. Resins can be classified into crystalline resins and amorphous resins. Tc (crystallization temperature) is specific to crystalline resins, whereas Tg (glass transition temperature) is the amorphous phase of resin (amorphous). This phenomenon is caused not only by the amorphous resin but also by the amorphous part of the crystalline resin, and is therefore present in any resin.
Tc(またはTm(結晶相溶融温度))は樹脂の結晶化による分子運動の凍結(または溶融)に起因する現象であり、Tc(またはTm)以下の温度領域で樹脂の弾性率が上昇するため、変形した形状を固定することが可能となる。弾性率の上昇度合いは、結晶性樹脂の結晶化部分の割合(結晶化度)により大きくことなるため、樹脂全体の硬さは樹脂の種類や結晶化の条件に依存する。すなわち、使用温度域でやわらかい材料を設計することが可能となる。形状記憶合金の用途としては、メガネのフレームや携帯電話のアンテナのように柔らかい特性を利用する場合も多く見受けられる。常温でやわらかい形状記憶樹脂が得られれば、安価でかつ軽量な材料として、これら形状記憶合金の代わりに用いることができる。また、Tc(またはTm)により形状固定を行った場合、一般にTgにくらべ(狭い温度幅で転移するため)転移が早いため、形状記憶樹脂としての実用性に優れ好ましい(非特許文献4 A. Lendenら、Angew. Chem. Int. Ed., 2002年号41巻、2034〜2057頁)。 Tc (or Tm (crystalline phase melting temperature)) is a phenomenon caused by freezing (or melting) of molecular motion due to crystallization of the resin, and the elastic modulus of the resin increases in a temperature range below Tc (or Tm). It becomes possible to fix the deformed shape. Since the degree of increase in the elastic modulus varies depending on the ratio of crystallized portions (crystallinity) of the crystalline resin, the hardness of the entire resin depends on the type of resin and the crystallization conditions. That is, it is possible to design a soft material in the operating temperature range. In many cases, the shape memory alloy is used for soft characteristics such as a frame of glasses or an antenna of a mobile phone. If a shape memory resin that is soft at room temperature is obtained, it can be used as an inexpensive and lightweight material instead of these shape memory alloys. In addition, when the shape is fixed by Tc (or Tm), since the transition is generally faster than that of Tg (because of transition at a narrow temperature range), it is excellent in practicality as a shape memory resin (Non-patent Document 4). Lenden et al., Angew. Chem. Int. Ed., 2002, 41, 2034-2057).
結晶化により可逆相を固定化している例としては、上述のトランス−1,4−ポリイソプレン(特許文献1:特開昭62−192440号公報)、スチレン−ブタジエン共重合体(特許文献4:特開昭63−179955号公報)が挙げられるが、リサイクル性や回復時間および回復力について課題があることは既に述べた。 Examples of immobilizing the reversible phase by crystallization include the above-mentioned trans-1,4-polyisoprene (Patent Document 1: Japanese Patent Laid-Open No. 62-192440), styrene-butadiene copolymer (Patent Document 4: JP, 63-179955, A) is mentioned, but it has already been mentioned that there are problems with recyclability, recovery time, and recovery power.
近年、環境問題に大きな関心が寄せられ、材料のリサイクル性が重要になっている。しかし、従来の形状記憶性樹脂には、上記理由によりリサイクル性と優れた形状回復力とを同時に達成するものはなかった。従って、リサイクル性および優れた形状回復力の要求される成形体、たとえば電子機器用部材等の分野において、従来の形状記憶性樹脂を使用するのは困難であった。 In recent years, there has been great interest in environmental issues, and the recyclability of materials has become important. However, none of the conventional shape memory resins achieves recyclability and excellent shape recovery force at the same time for the above reasons. Therefore, it has been difficult to use a conventional shape memory resin in the field of a molded product requiring recyclability and excellent shape recovery ability, such as a member for electronic equipment.
形状記憶性樹脂中に熱可逆的架橋構造を導入し、成形加工性及びリサイクル性を付与した例として、特許文献6(特開平2−258818号公報)がある。熱可逆性共有結合的架橋構造として、カルボキシル基等のイオン架橋基、ディールス−アルダー反応、ニトロソ基の二量化反応を使用した共有結合架橋構造が開示されている。請求項には、芳香族ビニル単量体と共役ジエン系単量体とのブロック共重合体を基体重合体とし、該基体重合体を熱可逆的に架橋させて得られる架橋体であって、該架橋体の解離重合体(前記基体重合体)のガラス転移温度(Tg)が該架橋体に含有される熱可逆的架橋の解離(開裂)温度(Td)より高く、かつ該ガラス転移温度が70℃〜140℃の範囲にあることを特徴としている。 As an example in which a thermoreversible cross-linked structure is introduced into a shape memory resin to impart molding processability and recyclability, there is JP-A-2-258818. As thermoreversible covalently crosslinked structures, covalently crosslinked structures using ionic crosslinking groups such as carboxyl groups, Diels-Alder reactions, and dimerization reactions of nitroso groups are disclosed. The claims include a cross-linked product obtained by using a block copolymer of an aromatic vinyl monomer and a conjugated diene monomer as a base polymer, and cross-linking the base polymer thermoreversibly, The glass transition temperature (Tg) of the dissociated polymer of the crosslinked product (the base polymer) is higher than the dissociation (cleavage) temperature (Td) of the thermoreversible crosslinking contained in the crosslinked product, and the glass transition temperature is It is characterized by being in the range of 70 ° C to 140 ° C.
第3頁右下欄には、「熱可逆的架橋の解離温度は解離重合体のガラス転移温度より低ければよいが、実用的には、解離温度は解離重合体のガラス転移温度より10℃以上低いことが好ましい。」と記載されている。このブロック共重合体では、スチレン−ブタジエン共重合体(特許文献4)と同様、100℃程のTgを有する芳香族系樹脂が固定相として働く。一方、芳香族系樹脂のTgより低い融点を持つ結晶性のジエンポリマーが可逆相として働く。熱可逆性共有結合的架橋構造はジエンポリマー中の二重結合部に導入されており、Td以上に加熱することで結合(架橋)が開裂し、この状態で変形させた後、Td以下に冷却することで再結合(再架橋)し形状記憶性が得られ、又、芳香族系樹脂のTg以上に加熱することで、成形性が向上し、再成形可能としている。つまり、この形状記憶性樹脂では、図2に示すように、樹脂部が固定相となり、架橋部が可逆相として機能し(同図(a))、Td以上に加熱することで、架橋が開裂し(同図(b))、さらにこの加熱状態を維持して外力を加えて変形し(同図(c))、Td未満に冷却して再架橋させることで、同図(d)に示すように形状が記憶される。形状を回復させるには、再度Td以上に加熱して架橋を開裂させることにより実施され、冷却して原形に復帰する。再成形時には芳香族系樹脂のTg以上に加熱することで、同図(e)に示すように固定相の樹脂部が流動性を有し、再成形可能となる。 In the lower right column of page 3, the dissociation temperature of thermoreversible crosslinking should be lower than the glass transition temperature of the dissociated polymer, but practically the dissociation temperature is 10 ° C. or higher than the glass transition temperature of the dissociated polymer. It is preferably low. " In this block copolymer, similarly to the styrene-butadiene copolymer (Patent Document 4), an aromatic resin having a Tg of about 100 ° C. serves as a stationary phase. On the other hand, a crystalline diene polymer having a melting point lower than the Tg of the aromatic resin works as a reversible phase. The thermoreversible covalently crosslinked structure is introduced into the double bond part in the diene polymer. When heated to Td or higher, the bond (crosslinked) is cleaved, deformed in this state, and then cooled to Td or lower. By doing so, re-bonding (re-crosslinking) and shape memory property are obtained, and by heating to Tg or more of the aromatic resin, moldability is improved and re-molding is possible. That is, in this shape memory resin, as shown in FIG. 2, the resin part becomes a stationary phase and the cross-linked part functions as a reversible phase ((a) in FIG. 2), and the cross-linking is cleaved by heating to Td or higher. (Drawing (b)), further maintaining the heating state and applying external force to deform (Drawing (c)), cooling to below Td and re-crosslinking to show in (d) The shape is stored as follows. In order to recover the shape, it is carried out by heating again to Td or higher to cleave the bridge, and then cooled to return to the original shape. By heating to Tg or more of the aromatic resin at the time of re-molding, the resin portion of the stationary phase has fluidity and can be re-molded as shown in FIG.
しかし、形状回復時には架橋が開裂していることからこの樹脂は熱可塑型であり、優れた形状回復力は得られないこと、使用可能な樹脂や熱可逆性結合的架橋構造が限定されていること、さらに、共有結合による架橋構造の解離温度は高いため(ディールス−アルダー型:120〜160℃、ニトロソ基型:70〜160℃)、実際にこの特許の条件を満たす樹脂や架橋部位が制限され、特に形状記憶時の温度マージンが極めて狭い範囲であることから、実用性に乏しい。 However, since the crosslinking is cleaved at the time of shape recovery, this resin is a thermoplastic type, and an excellent shape recovery power cannot be obtained, and usable resins and thermoreversible binding cross-linked structures are limited. In addition, since the dissociation temperature of the crosslinked structure due to the covalent bond is high (Diels-Alder type: 120 to 160 ° C., nitroso group type: 70 to 160 ° C.), there are actually restrictions on resins and crosslinking sites that satisfy the conditions of this patent. In particular, since the temperature margin during shape memory is in a very narrow range, it is not practical.
ところで、熱可逆反応を架橋に用いた例として非特許文献3(Engleら、J.Macromol.Sci.Re.Macromol.Chem.Phys.、第C33巻、第3号、第239〜257頁、1993年刊)に、ディールス−アルダー反応、ニトロソ二量化反応、エステル化反応、アイオネン化反応、ウレタン化反応、アズラクトン−フェノール付加反応が記載されている。 By the way, as an example using thermoreversible reaction for crosslinking, Non-Patent Document 3 (Engle et al., J. Macromol. Sci. Re. Macromol. Chem. Phys., Vol. C33, No. 3, pages 239-257, 1993). (Annual) describes Diels-Alder reaction, nitroso dimerization reaction, esterification reaction, ionene reaction, urethanization reaction, and azlactone-phenol addition reaction.
また、非特許文献4(中根喜則および石戸谷昌洋ら、色材、第67巻、第12号、第766〜774頁、1994年刊);非特許文献5(中根喜則および石戸谷昌洋ら、色材、第69巻、第11号、第735〜742頁、1996年刊);特許文献7(特開平11−35675号公報)には、ビニルエーテル基を利用する熱可逆架橋構造が記載されている。 Non-Patent Document 4 (Yoshinori Nakane and Masahiro Ishidoya et al., Coloring Materials, Vol. 67, No. 12, pp. 766-774, published in 1994); Non-Patent Document 5 (Yoshinori Nakane and Masahiro Ishidoya et al., Coloring materials, 69, No. 11, pp. 735-742, published in 1996); Patent Document 7 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-35675) describes a thermoreversible cross-linking structure utilizing a vinyl ether group.
また、酸無水物のエステル化反応による可逆反応を耐熱性向上とリサイクル性向上に利用した例が特許文献8(特開平11−106578号公報)などに記載されており、ビニル重合化合物にカルボン酸無水物を導入し、ヒドロキシ基を有するリンカーで架橋する手法が示されている。 In addition, an example in which a reversible reaction by an esterification reaction of an acid anhydride is used to improve heat resistance and recyclability is described in Patent Document 8 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-106578), and a carboxylic acid is added to a vinyl polymerization compound. A technique for introducing an anhydride and crosslinking with a linker having a hydroxy group is shown.
しかし、いずれも形状記憶性についての記述はなく、形状記憶性樹脂として用いられた例もない。 However, there is no description about shape memory property, and there is no example used as shape memory resin.
又、リサイクルするのではなく、廃棄することを前提として環境問題に対処するために種々の生分解性ポリマーを用いた形状記憶性樹脂も提案されている。例えば、特許文献9(特開平9−221539号公報)には、ポリ乳酸系樹脂等の脂肪族ポリエステル系樹脂から構成された生分解性の形状記憶性樹脂が開示されている。しかしながら、これらも熱可塑性樹脂である点で形状回復力、回復速度は不十分である。 Shape memory resins using various biodegradable polymers have also been proposed in order to deal with environmental problems on the premise that they are not recycled but discarded. For example, Patent Document 9 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-221539) discloses a biodegradable shape memory resin composed of an aliphatic polyester resin such as a polylactic acid resin. However, since these are also thermoplastic resins, their shape recovery force and recovery speed are insufficient.
生分解性の熱又は光硬化性樹脂を用いた形状記憶性樹脂が特許文献10(特表2002−503524号公報)に記載されている。同特許文献の図5には、光架橋による形状記憶と、熱又は光による架橋開裂による形状回復が示されている。また、複数の形状記憶については記載されているが、これは単に熱可塑性の形状記憶樹脂をブレンドすることにより得られるポリマーブレンドであり、この方法では、共有結合性架橋による優れた形状記憶性および復元性は得られない。また、該硬化性樹脂のリサイクルについては何ら記載されていない。 A shape memory resin using a biodegradable heat or photocurable resin is described in Patent Document 10 (Japanese Patent Publication No. 2002-503524). FIG. 5 of this patent document shows shape memory by photocrosslinking and shape recovery by crosslink cleavage by heat or light. In addition, although a plurality of shape memories are described, this is a polymer blend obtained by simply blending thermoplastic shape memory resins, and in this method, excellent shape memory properties due to covalent cross-linking and Restorability cannot be obtained. Further, there is no description about recycling of the curable resin.
従来の形状記憶特性に加え、さらにもう一段の形状記憶が可能となれば、一層の用途拡大が可能となる。たとえば、従来の熱収縮チューブは、加熱により記憶していた収縮形状に復元することを利用し、2本のパイプを接合するものであるが、パイプを外す際にはチューブを切断する必要があった。これに対し、2段階に形状記憶が可能な樹脂を用い、低い温度領域での加熱により収縮形状に復元し、高い温度領域での加熱により逆に膨張形状に復元するチューブを作ることが可能である。これを用いれば、一度接合に用いたチューブも、更に加熱することにより膨張し取りはずせるようになる。また、締め付けピンの場合であれば、従来は、加熱し折り曲げることによりピン締め付けに用い、再び加熱することにより元のまっすぐの形状に復元させることにより締め付けを外すだけであった。2段階形状記憶樹脂を用いれば、低い温度領域での加熱により自動的に折れ曲がり締め付けたのち、更に高い温度領域での加熱により再びピンがまっすぐにのびて取り外せるようになる。このように、従来の形状記憶合金および形状記憶樹脂にない広い応用範囲が期待できる。 In addition to the conventional shape memory characteristics, if another shape memory is possible, the application can be further expanded. For example, a conventional heat-shrinkable tube is used to join two pipes by restoring the memorized shrinkage shape by heating, but it is necessary to cut the tube when removing the pipe. It was. On the other hand, it is possible to make a tube that uses a resin capable of shape memory in two stages and restores to a contracted shape by heating in a low temperature region, and conversely restores to an expanded shape by heating in a high temperature region. is there. If this is used, the tube once used for joining can be expanded and removed by further heating. Further, in the case of a tightening pin, conventionally, it was used for pin tightening by heating and bending, and it was simply removed by restoring it to its original straight shape by heating again. If the two-stage shape memory resin is used, the pin is automatically bent and tightened by heating in a low temperature region, and then the pin is again straightened and removed by heating in a higher temperature region. In this way, a wide range of applications not found in conventional shape memory alloys and shape memory resins can be expected.
本発明は、常温で柔らかく、さらに再成形可能かつ2段階に優れた形状回復能を持つ形状記憶性樹脂および該樹脂の架橋物からなる成形体を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a shape memory resin that is soft at room temperature, can be remolded, and has a shape recovery ability excellent in two stages, and a molded body made of a crosslinked product of the resin.
本発明者は、樹脂のTgが常温以下であり、Tm(またはTc)以上の温度では共有結合架橋しており、成形温度で開裂する熱可逆的な架橋構造を有する形状記憶性樹脂が、電子機器用部材等、優れた形状回復力と再成形性を必要とする成形体に使用可能であることを見いだした。また、常温での弾性率を低く制御することにより、やわらかい材料を設計でき、Tg以下の温度にすることにより、2段階に形状記憶を行うことが可能であり硬い材料を得ることができることも見いだしている。さらに、植物由来樹脂を原料として用いることにより、さらに環境適合性に優れた材料を得ることが可能とするものである。 The present inventor believes that a shape memory resin having a thermoreversible cross-linking structure in which a resin has a Tg of normal temperature or lower, is covalently crosslinked at a temperature of Tm (or Tc) or higher, and is cleaved at a molding temperature is It has been found that it can be used for molded products that require excellent shape recovery force and re-formability, such as equipment members. It has also been found that a soft material can be designed by controlling the elastic modulus at room temperature to be low, and that a shape material can be memorized in two stages and a hard material can be obtained by setting the temperature to Tg or lower. ing. Furthermore, by using a plant-derived resin as a raw material, it is possible to obtain a material having further excellent environmental compatibility.
すなわち本発明は、以下の構成よりなる。
(1) ガラス転移温度(Tg)が−70℃以上10℃以下、結晶溶融温度(Tm)及び結晶化温度(Tc)が40℃以上200℃以下の範囲にあり、冷却により共有結合し、加熱により開裂する熱可逆性架橋構造を有する形状記憶性樹脂であって、該熱可逆性架橋構造の開裂温度(Td)が50℃以上300℃以下、Tm+10℃≦Tdの範囲にあり、第1形状の形状記憶時、形状回復時の変形温度が、Tm以上Td未満、第2形状の形状記憶時、形状回復時の変形温度が、Tg以上Tm未満であることを特徴とする、少なくとも2段階に形状記憶可能な形状記憶性樹脂。
That is, this invention consists of the following structures.
(1) Glass transition temperature (Tg) is in the range of −70 ° C. or higher and 10 ° C. or lower, crystal melting temperature (Tm) and crystallization temperature (Tc) are in the range of 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. A shape memory resin having a thermoreversible cross-linked structure that is cleaved by the above, wherein the thermoreversible cross-linked structure has a cleavage temperature (Td) in the range of 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower and Tm + 10 ° C. ≦ Td. The deformation temperature at the time of shape recovery at the time of shape recovery is not less than Tm and less than Td, and the deformation temperature at the time of shape recovery of the second shape at the time of shape recovery is not less than Tg and less than Tm. Shape memory resin capable of shape memory.
(2) 前記熱可逆性架橋構造は、ディールス−アルダー型、ニトロソ2量体型、酸無水物エステル型、ウレタン型、アズラクトン−ヒドロキシアリール型およびカルボキシル−アルケニルオキシ型からなる群より選ばれる1種以上の形式であることを特徴とする(1)の形状記憶性樹脂。 (2) The thermoreversible cross-linking structure is at least one selected from the group consisting of Diels-Alder type, nitroso dimer type, acid anhydride ester type, urethane type, azlactone-hydroxyaryl type, and carboxyl-alkenyloxy type. (1) The shape memory resin according to (1).
(3) 前記樹脂は、Td以上、樹脂の分解温度未満の温度にて再成形可能である(1)又は(2)に記載の形状記憶性樹脂。 (3) The shape memory resin according to (1) or (2), wherein the resin is remoldable at a temperature equal to or higher than Td and lower than a decomposition temperature of the resin.
(4) 前記樹脂は、生分解性を有することを特徴とする(1)ないし(3)のいずれか一項に記載の形状記憶性樹脂。 (4) The shape memory resin according to any one of (1) to (3), wherein the resin has biodegradability.
(5) 前記樹脂は、植物由来の樹脂を原料とする樹脂である(4)に記載の形状記憶性樹脂。 (5) The shape memory resin according to (4), wherein the resin is a resin derived from a plant-derived resin.
(6) 前記樹脂は、ポリブチレンサクシネートまたはポリヒドロキシアルカノエートを原料とする樹脂である(5)に記載の形状記憶性樹脂。 (6) The shape memory resin according to (5), wherein the resin is a resin using polybutylene succinate or polyhydroxyalkanoate as a raw material.
(7) 前記樹脂は、冷却状態においてポリブチレンサクシネートまたはポリヒドロキシアルカノエートのディールスアルダー型架橋物である(6)に記載の形状記憶性樹脂。 (7) The shape memory resin according to (6), wherein the resin is a Diels-Alder type cross-linked product of polybutylene succinate or polyhydroxyalkanoate in a cooled state.
(8) 前記樹脂は、Tmが40℃以上120℃以下である(1)ないし(7)のいずれか一項に記載の形状記憶性樹脂。 (8) The shape memory resin according to any one of (1) to (7), wherein the resin has a Tm of 40 ° C. or higher and 120 ° C. or lower.
(9) 前記樹脂は、1種類以上の前駆体の分子量が500以上100、000以下であることを特徴とする(1)ないし(8)のいずれか一項に記載の形状記憶性樹脂。 (9) The shape memory resin according to any one of (1) to (8), wherein the resin has a molecular weight of one or more precursors of 500 or more and 100,000 or less.
(10) 上記の形状記憶性樹脂の架橋物からなることを特徴とする成形体。 (10) A molded article comprising a cross-linked product of the shape memory resin.
(11) 上記の形状記憶性樹脂の架橋物をTd以上、樹脂の分解温度未満の温度にて記憶すべき所定の第一形状に成形し、次に、得られた成形体に、Tm以上、Td未満の温度で変形を与え、Tc以下の温度に冷却して変形形状を固定することにより第二形状を付与したことを特徴とする成型体。 (11) The cross-linked product of the shape memory resin is molded into a predetermined first shape to be memorized at a temperature of Td or higher and lower than the decomposition temperature of the resin, and then the obtained molded body is Tm or higher, A molded body characterized by imparting a second shape by applying a deformation at a temperature lower than Td, cooling to a temperature equal to or lower than Tc, and fixing the deformed shape.
(12) 上記(11)の成形体に、Tg以上、Tm未満の温度で変形を与え、Tg未満の温度に冷却して変形形状を固定することにより第三形状を付与したことを特徴とする成形体。 (12) The molded body according to (11) is imparted with a third shape by being deformed at a temperature of Tg or more and less than Tm, and cooled to a temperature of less than Tg to fix the deformed shape. Molded body.
(13) 上記(12)に記載の第三形状成形体を、Tg以上、Tm未満の温度に加熱することにより、記憶させた元の第二形状に回復させ、また、Tm以上、Td未満の温度に加熱することにより第一形状に回復させることを特徴とする形状記憶性樹脂成形体の使用方法。 (13) The third shape molded body according to the above (12) is recovered to the original second shape memorized by heating to a temperature of Tg or more and less than Tm, and Tm or more and less than Td. A method of using a shape memory resin molded product, wherein the molded product is restored to a first shape by heating to a temperature.
(14) (11)または(12)に記載の成形体を、Td以上、樹脂の分解温度未満の温度にて溶融して再成形することを特徴とする形状記憶性樹脂成形体の再生方法。 (14) A method for regenerating a shape memory resin molded product, comprising melting and remolding the molded product according to (11) or (12) at a temperature equal to or higher than Td and lower than a decomposition temperature of the resin.
本発明の形状記憶性樹脂は、形状記憶及び回復時は熱硬化型の樹脂であるため、形状回復能に優れており、一方、成形及び再成形時には熱可塑型となるため、成形及び再成形性に優れた樹脂である。そのため、室温付近で使用される電子機器用部材等の成形体として有用である。 Since the shape memory resin of the present invention is a thermosetting resin at the time of shape memory and recovery, it has excellent shape recovery ability, while it becomes a thermoplastic mold at the time of molding and remolding, so that it is molded and remolded. It is an excellent resin. Therefore, it is useful as a molded article for electronic device members used near room temperature.
具体的には、架橋部位に共有結合性の熱可逆性反応を導入した形状記憶性樹脂が提供される。熱可逆性反応とは、結合が所定の温度で開裂し、冷却時に再結合する反応をいう。樹脂を熱可逆性反応で架橋することで、熱可逆性架橋部位が固定相、樹脂が可逆相となり、形状記憶性が得られる。さらに、実用温度域では共有結合架橋しているため熱硬化型として機能し、成形、再成形時には加熱により結合が開裂して熱可塑型として機能するため、優れた形状回復力を有し、かつ成形性、リサイクル性に優れるという長所を持ち合わせた形状記憶性樹脂となる。また、冷却時に再結合し熱硬化型に戻るため、成形前と同等の形状記憶性樹脂が得られ、繰り返し変形による形状回復率の低下も起こらない。第一形状の記憶形成に結晶相ではなく共有結合による三次元架橋構造を用いるため、中温域ではゴムのような弾性率の低い材料が容易に得ることができるため、第二形状の固定には樹脂全体を強固に拘束するTgではなく結晶相のみを固定するTcを利用できる。これにより樹脂全体としてはやわらかい材料が得られ、また、更にTcよりも低い温度域にあるTgも利用可能であることから第三形状を固定することが可能になる。また、主鎖に生分解性樹脂を用いれば、更に環境負荷を低減させることができる。 Specifically, a shape memory resin in which a covalent thermoreversible reaction is introduced into a cross-linked site is provided. A thermoreversible reaction refers to a reaction in which a bond is cleaved at a predetermined temperature and recombined upon cooling. By cross-linking the resin by a thermoreversible reaction, the thermoreversible cross-linking site becomes a stationary phase and the resin becomes a reversible phase, and shape memory property is obtained. Furthermore, since it is covalently crosslinked in the practical temperature range, it functions as a thermosetting mold, and at the time of molding and remolding, the bond is cleaved by heating and functions as a thermoplastic mold. It becomes a shape memory resin with the advantages of excellent moldability and recyclability. Moreover, since it recombines at the time of cooling and returns to the thermosetting type, a shape memory resin equivalent to that before molding can be obtained, and the shape recovery rate does not decrease due to repeated deformation. Since a three-dimensional cross-linking structure using a covalent bond rather than a crystal phase is used for forming the first shape memory, a material having a low elastic modulus such as rubber can be easily obtained in the intermediate temperature range. Tc that fixes only the crystal phase can be used instead of Tg that firmly restrains the entire resin. As a result, a soft material can be obtained for the entire resin, and Tg in a temperature range lower than Tc can also be used, so that the third shape can be fixed. If a biodegradable resin is used for the main chain, the environmental load can be further reduced.
次に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail.
本発明の形状記憶性樹脂のメカニズムを詳細に説明するが、以下の1から6のステップによって、第一形状(記憶)の付与、変形加工(第二形状(記憶)の付与)、変形加工(第三形状の付与)、第二形状記憶の回復、第一形状記憶の回復および再成形を実現する。又、図3に、概念図を示す。 The mechanism of the shape memory resin of the present invention will be described in detail, but the following steps 1 to 6 give the first shape (memory), deformation processing (giving the second shape (memory)), deformation processing ( Application of the third shape), recovery of the second shape memory, recovery of the first shape memory and reshaping are realized. FIG. 3 shows a conceptual diagram.
1.成形加工
本発明の形状記憶性樹脂を熱可逆的架橋部の開裂温度(Td)以上の温度(高温域)で溶融して所定形状に成形加工すると、固定相(熱可逆的架橋部)と可逆相(樹脂結晶相:硬、樹脂非晶相:軟)から成る初期状態(原形)(同図(a))が記憶される。本発明の形状記憶性樹脂は、成形時に熱可塑性となるため、成形性に優れたものとなる。
1. Molding processing When the shape memory resin of the present invention is melted at a temperature (high temperature range) equal to or higher than the cleavage temperature (Td) of the thermoreversible cross-linked portion and molded into a predetermined shape, it is reversible with the stationary phase (thermo-reversible cross-linked portion). An initial state (original form) (phase (a)) consisting of phases (resin crystal phase: hard, resin amorphous phase: soft) is stored. Since the shape memory resin of the present invention becomes thermoplastic during molding, it is excellent in moldability.
2.変形加工(第二形状)
成形品を任意の形状に変形させるには、固定相の熱可逆的架橋部を開裂させずに可逆相のみを軟化させる温度、つまり樹脂のTm以上Td未満(中温域)に加熱し可逆相(樹脂非晶相のみ:軟)に移行させ(同図(b))、この状態で外力を加えることによって変形できる(同図(c))。変形された成型品をTc以下(常温域)に冷却すると、可逆相(結晶相部分のみ)も完全に固化して変形した状態で固定化される(同図(d))。
2. Deformation processing (second shape)
In order to deform the molded product into an arbitrary shape, the reversible phase (heated to a temperature that softens only the reversible phase without cleaving the thermoreversible cross-linked portion of the stationary phase, that is, Tm of the resin to less than Td (medium temperature range) ( The resin can be transformed by applying an external force in this state (FIG. (C)). When the deformed molded product is cooled to Tc or less (normal temperature range), the reversible phase (only the crystal phase portion) is also completely solidified and fixed in a deformed state ((d) in the figure).
3.変形加工(第三形状)
さらに、Tc(およびTm)はTgより高い温度域にあるため、成形加工により得られた第一形状を変形し結晶化により固定した第二形状をさらに変形し冷却することにより、Tgによる第三次状の固定が可能となる。すなわち、2段階の形状記憶性を持つ材料となる。
3. Deformation processing (third shape)
Further, since Tc (and Tm) is in a temperature range higher than Tg, the first shape obtained by the molding process is deformed, and the second shape fixed by crystallization is further deformed and cooled, whereby the third shape by Tg is obtained. The next state can be fixed. That is, the material has a two-stage shape memory property.
本樹脂の特徴は、常温域でも変形可能な点にある。つまり、常温域における可逆相は、軟質な非晶層を有するため、更に変形を加えることが可能である(同図(e))。この変形はTg以下の温度域(低温域)まで冷却することにより、第三形状として固定される(同図(f))。 The feature of this resin is that it can be deformed even at room temperature. That is, since the reversible phase in the normal temperature region has a soft amorphous layer, it can be further deformed ((e) in the figure). This deformation is fixed as a third shape by cooling to a temperature range (low temperature range) equal to or lower than Tg ((f) in the figure).
4.第二形状記憶の回復
第三形状は、一時的に強制固定されている可逆相(結晶相およびガラス化した非晶相)により変形状態が保たれている。したがって、加熱により可逆相のガラス化した非晶相のみが軟化する温度(Tg以上Tm未満の中温域)に達すると、樹脂の一部がゴム状特性を示して安定状態となり、元の第二形状を回復する(d)。
4). Recovery of second shape memory The third shape is kept in a deformed state by a reversible phase (crystalline phase and vitrified amorphous phase) that is temporarily forcedly fixed. Therefore, when the temperature reaches the temperature at which only the reversible phase vitrified amorphous phase is softened by heating (medium temperature range of Tg or more and less than Tm), a part of the resin exhibits a rubber-like characteristic and becomes a stable state. Restore shape (d).
5.第一形状記憶の回復
第二形状は、一時的に強制固定されている可逆相(結晶相)によりその変形状態が保たれている。従って加熱により可逆相の結晶相が軟化する温度(Tm以上Td未満の中温域)に達すると、樹脂はさらにゴム状特性を示して安定状態となり、元の第一形状を回復する(同図(b))。このとき、固定相の熱可逆的架橋部は共有結合性の架橋であるため、優れた回復力を達成することが可能である。さらにTc未満に冷却することにより、同図(a)の初期状態の成形体に固定される。
5. Recovery of first shape memory The deformed state of the second shape is maintained by a reversible phase (crystal phase) that is temporarily forcedly fixed. Accordingly, when the temperature reaches a temperature at which the crystalline phase of the reversible phase is softened by heating (intermediate temperature range of Tm or more and less than Td), the resin further exhibits rubber-like characteristics and becomes a stable state, and recovers the original first shape (see FIG. b)). At this time, since the thermoreversible cross-linked portion of the stationary phase is a covalent cross-link, it is possible to achieve an excellent recovery force. Furthermore, it cools to less than Tc, and it fixes to the molded object of the initial state of the same figure (a).
6.再成形
再成形させるには、熱可逆的架橋部のTd以上に加熱して架橋を開裂させ、樹脂を溶融状態とし、前記1と同様の手法により所望の形状に再成形する。同図(g)では熱可逆的架橋部の開裂により、樹脂部と架橋剤部とになる例を示しているが、架橋剤を用いずに樹脂部同士を直接架橋させることもできる。
6). Remolding Remolding involves heating to Td or higher of the thermoreversible cross-linked portion to cleave the cross-link, bringing the resin into a molten state, and re-molding it into the desired shape by the same method as described above. In the same figure (g), although the example which becomes a resin part and a crosslinking agent part by the cleavage of a thermoreversible crosslinking part is shown, resin parts can also be bridge | crosslinked directly, without using a crosslinking agent.
本発明の形状記憶性樹脂の応用例を図4に示す。本発明の形状記憶樹脂では、製造者が付与した割りピンの第一形状(b:伸ばした状態)をユーザーが用途にあわせて任意の形状の第二形状(cまたはd;開いた状態)を付与することが可能である。これにより、Tm以上Td未満に加熱するだけで、割りピンは元の第一状態(b)に素早くもどり、容易に抜くことが可能となる。さらに、2段階の形状記憶が可能になると、ユーザーは任意の第三形状(e)を一時的に固定することが可能となる。たとえば、第三形状を第一形状と同じく伸ばした状態にし、Tg未満に冷却することにより一時的に固定することが可能となるため、容易にピンを差し込むことが可能であり、温度が常温(Tg以上Tm未満)にもどれば、第二形状(f:開いた状態)になる。(e)に示したような閉じた容器や壁など反対側からピンを開けない場合に便利である。さらに、Tm以上Td未満に加熱すれば、第一状態(b:伸ばした状態)に戻るため、容易に解体可能となる。Td以上に加熱することにより、樹脂を溶融状態として、再成形可能となる。 An application example of the shape memory resin of the present invention is shown in FIG. In the shape memory resin of the present invention, the user can form the second shape (c or d; open state) of the arbitrary shape according to the use of the first shape (b: expanded state) of the split pin provided by the manufacturer. It is possible to grant. As a result, the split pin can quickly return to the original first state (b) and be easily pulled out only by heating to Tm or more and less than Td. Furthermore, when two-stage shape memory is possible, the user can temporarily fix an arbitrary third shape (e). For example, since the third shape is extended like the first shape and can be temporarily fixed by cooling to less than Tg, the pin can be easily inserted and the temperature is normal ( If it returns to Tg or more and less than Tm), it will become a 2nd shape (f: open state). This is convenient when the pin cannot be opened from the opposite side such as a closed container or wall as shown in (e). Furthermore, if it heats to Tm or more and less than Td, since it will return to a 1st state (b: extended state), it can disassemble easily. By heating to Td or higher, the resin can be melted and remolded.
Tgは非晶相の分子運動の凍結・溶融に起因する現象であり、Tg以下の温度領域で樹脂の弾性率が上昇するため、変形した形状を固定することが可能となる。結晶性樹脂における弾性率の上昇は、非晶相部分の割合に依存するが、TgはTc(およびTm)より低い温度域にあるため、Tg型の固定を行った場合、使用温度域における形状記憶樹脂は結晶化とガラス化により硬い樹脂となる。したがって、使用温度域で高い剛性が必要な用途には好ましい。 Tg is a phenomenon caused by freezing and melting of the molecular motion of the amorphous phase, and the elastic modulus of the resin increases in a temperature region below Tg, so that the deformed shape can be fixed. The increase in the elastic modulus of the crystalline resin depends on the ratio of the amorphous phase portion, but since Tg is in a temperature range lower than Tc (and Tm), when Tg type fixation is performed, the shape in the operating temperature range The memory resin becomes a hard resin by crystallization and vitrification. Therefore, it is preferable for applications that require high rigidity in the operating temperature range.
相転移の関係について、概念図を図5に示した。
共有結合性の熱可逆反応は、たとえば、フラン環およびマレイミド環によるディールスアルダー反応を用いた場合、結合温度(Ta)は約100℃で、解離温度は約150℃で起こる。これに対し、主鎖に用いるベース樹脂としてポリブチレンサクシネートを利用した場合、ガラス転移温度(Tg)は約−30℃で、結晶溶融温度(Tm)は約110℃、結晶化温度(Tc)は約70℃となる。150℃以上で得られる溶融状態の樹脂は、100℃以下に冷却することにより、可逆架橋による架橋が形成され、第一形状が得られる。
A conceptual diagram of the relationship of phase transition is shown in FIG.
For example, when a Diels-Alder reaction with a furan ring and a maleimide ring is used, the covalent thermoreversible reaction occurs at a binding temperature (Ta) of about 100 ° C. and a dissociation temperature of about 150 ° C. In contrast, when polybutylene succinate is used as the base resin for the main chain, the glass transition temperature (Tg) is about −30 ° C., the crystal melting temperature (Tm) is about 110 ° C., and the crystallization temperature (Tc). Is about 70 ° C. When the molten resin obtained at 150 ° C. or higher is cooled to 100 ° C. or lower, cross-linking by reversible cross-linking is formed, and a first shape is obtained.
この第一形状は常温まで冷却する際に、Tc(70℃)以下となるため、結晶化が進行するが、第一形状を保持したままである。 When this first shape is cooled to room temperature, it becomes Tc (70 ° C.) or lower, so that crystallization proceeds, but the first shape is maintained.
次に、再度加熱し、Tm(110℃)以上Td(150℃)以下にすると、ゴム状かつ非結晶状態になるため容易に第二形状に変形が可能であり、そのまま常温まで冷却することにより、Tc(70℃)以下の領域で結晶化が生じる。これにより、常温域では、第二形状を固定することが可能になる。この第二形状は、変形可能な柔軟性を有しているため、更に第三形状に変形することが可能であり、これをTg(−30℃)未満に冷却することにより、この第三形状を固定することが可能である。 Next, when heated again to Tm (110 ° C.) or higher and Td (150 ° C.) or lower, it becomes a rubbery and non-crystalline state and can be easily transformed into the second shape. , Crystallization occurs in a region below Tc (70 ° C.). Thereby, it becomes possible to fix the second shape in the normal temperature range. Since this second shape has a deformable flexibility, it can be further deformed into a third shape, and this third shape is cooled by cooling to less than Tg (−30 ° C.). Can be fixed.
この第三形状は、Tg(−30℃)以上、Tm(110℃)未満に加熱すると、第二形状に復元し、Tm(110℃)以上、Td(150℃)未満に加熱することにより、第一形状に復元する。またさらに、Td(150℃)以上に加熱することにより、溶融状態にすることが可能であり、Ta(100℃)以下に冷却することにより、異なる第一形状を得ることが可能である。 When this third shape is heated to Tg (−30 ° C.) or more and less than Tm (110 ° C.), it is restored to the second shape, and by heating to Tm (110 ° C.) or more and less than Td (150 ° C.), Restore to the first shape. Furthermore, it can be brought into a molten state by heating to Td (150 ° C.) or higher, and a different first shape can be obtained by cooling to Ta (100 ° C.) or lower.
樹脂については、導入する熱可逆反応のTd未満、電子機器用部材等成形体の使用時に耐えうる温度以上の範囲でTmを有する樹脂を選択する。使用する部材によって耐熱温度は異なるが、樹脂のTmは40℃以上200℃以下が好ましい。Tcも同様に、40℃以上200℃未満が好ましい。Tmは40℃未満では室温での剛性が低く、形態安定性が悪くなり、またTmが200℃より高い場合、成形性、加工性とも悪く、かつ多量のエネルギーが必要となるため、生産性および経済性の点から不利となる。また、樹脂のTmは40℃以上120℃以下がさらに好ましい。ユーザーが製品を形状記憶する際に、実用的な加熱手段としてドライヤーやお湯等が考えられ、特にお湯による加熱を行う場合においては、100℃以下の温度範囲で比較的正確に温度制御できることから好ましい。一方、室外で用いる用途に用いる場合、Tmは60℃以上が好ましい。また、自動車用の内装など更に高い耐熱性が必要な用途に用いる場合、Tmは80℃以上が好ましい。また、樹脂のTmがTd以上であると、樹脂が軟化する前に架橋が開裂するため形状記憶性に優れた形状記憶を達成することが出来ない。導入する熱可逆反応のTdより10℃以上低いTmを有する樹脂が好ましい。また、常温で第三形状に変形可能なやわらかい材料を得るためには、Tgは10℃以下が好ましい。また、Tgは、液体窒素を用いれば−190℃まで下げることは可能である。しかしながら、液体窒素の取り扱いには厳重な注意が必要であり、汎用性が乏しい。そこで、本発明では、ドライアイスにより容易に達成される温度で使用できるように、Tgは−75℃以上のものを使用することが望ましい。 As for the resin, a resin having a Tm of less than Td of the thermoreversible reaction to be introduced and a temperature higher than the temperature that can be withstood when a molded body such as a member for electronic equipment is used is selected. Although the heat resistant temperature varies depending on the member to be used, the Tm of the resin is preferably 40 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. Similarly, Tc is preferably 40 ° C. or higher and lower than 200 ° C. When Tm is less than 40 ° C., the rigidity at room temperature is low and the shape stability is poor, and when Tm is higher than 200 ° C., both the moldability and workability are poor and a large amount of energy is required. It is disadvantageous in terms of economy. The Tm of the resin is more preferably 40 ° C. or higher and 120 ° C. or lower. When a user memorizes the shape of a product, a dryer, hot water, or the like can be considered as a practical heating means. Especially when heating with hot water, the temperature can be controlled relatively accurately in a temperature range of 100 ° C. or lower, which is preferable. . On the other hand, when used for an outdoor use, Tm is preferably 60 ° C. or higher. Moreover, when using for the use where higher heat resistance is required, such as the interior for motor vehicles, Tm is preferably 80 ° C. or higher. In addition, when the Tm of the resin is equal to or higher than Td, the cross-linking is cleaved before the resin is softened, so that it is not possible to achieve shape memory excellent in shape memory. A resin having a Tm lower by 10 ° C. or more than the Td of the thermoreversible reaction to be introduced is preferable. In order to obtain a soft material that can be deformed into the third shape at room temperature, Tg is preferably 10 ° C. or lower. Also, Tg can be lowered to -190 ° C when liquid nitrogen is used. However, strict attention is required for handling liquid nitrogen, and versatility is poor. Therefore, in the present invention, it is desirable to use a Tg of −75 ° C. or higher so that it can be used at a temperature easily achieved by dry ice.
架橋部位に用いる熱可逆反応の結合の開裂温度(Td)は、50℃以上300℃以下の範囲とする。実用温度域では固定相および可逆相は硬化状態でなければ、電子機器用部材に使用可能な力学特性は得られない。従って、Tdが50℃未満であると、耐熱性の問題から電子機器用部材への適用は困難である。またTdが300℃を超えると、樹脂の熱分解や、作業上に問題が生じるため適切ではない。 The cleavage temperature (Td) of the thermoreversible reaction bond used for the cross-linked site is in the range of 50 ° C to 300 ° C. In the practical temperature range, the stationary phase and the reversible phase are not in a cured state, so that the mechanical properties usable for the electronic device member cannot be obtained. Therefore, when Td is less than 50 ° C., it is difficult to apply to electronic device members due to the problem of heat resistance. On the other hand, if Td exceeds 300 ° C., there is a problem in thermal decomposition of the resin and work, which is not appropriate.
次に、Tdは樹脂のTm+10℃以上とする。形状記憶時にはTm以上の温度で加熱し可逆相を軟化させて樹脂を変形させるが、この温度で固定相が架橋していなければ、樹脂の流動性を防止することができないため、形状を記憶できない。変形可能な温度範囲を広くするために、TdはTm+20℃以上が望ましい。さらに好ましくは、TdはTm+30℃以上が望ましい。 Next, Td is Tm + 10 ° C. or higher of the resin. During shape memory, the resin is deformed by heating at a temperature of Tm or higher to soften the reversible phase. However, if the stationary phase is not cross-linked at this temperature, the resin cannot be prevented from fluidity, and the shape cannot be memorized. . In order to widen the deformable temperature range, Td is desirably Tm + 20 ° C. or higher. More preferably, Td is desirably Tm + 30 ° C. or higher.
さらに、第二形状の記憶時および第一形状の回復時の温度は、Tm以上Td未満の範囲とする。Tm未満では樹脂の結晶相の溶融が起こらないため、形状記憶および回復することができない。また、Td以上では熱可逆性架橋構造の結合開裂が起こるため、樹脂の流動性を防止することができず、予め与えていた記憶が失われるためである。 Further, the temperature at the time of storing the second shape and at the time of recovering the first shape is set to a range of Tm or more and less than Td. If it is less than Tm, the crystalline phase of the resin does not melt, so that shape memory and recovery cannot be performed. Further, when Td or more, bond cleavage of the thermoreversible cross-linked structure occurs, so that the fluidity of the resin cannot be prevented, and the previously given memory is lost.
そして、再成形時の温度はTd以上の範囲とする。好ましくは、Td以上、樹脂の熱分解開始温度未満が望ましい。Td以上で熱可逆反応の結合開裂が起こり、樹脂の成形性が向上するためである。 And the temperature at the time of remolding shall be the range more than Td. Preferably, it is Td or more and less than the thermal decomposition start temperature of the resin. This is because bond cleavage of the thermoreversible reaction occurs at Td or higher, and the moldability of the resin is improved.
以上をまとめると、以下の式になる。
40℃≦Tm≦200℃ (1)
50℃≦Td≦300℃ (2)
Tm+10℃≦Td (3)
−75℃≦Tg≦10℃ (4)
40℃≦Tm≦Tt<Td≦Tf<Tdec (5)
(上記(5)式において、Ttは第一形状の形状記憶時および形状回復時の変形温度、Tfは成形、再成形温度、Tdecは樹脂の分解温度を示す。)
In summary, the following formula is obtained.
40 ° C ≦ Tm ≦ 200 ° C (1)
50 ° C. ≦ Td ≦ 300 ° C. (2)
Tm + 10 ° C. ≦ Td (3)
−75 ° C. ≦ Tg ≦ 10 ° C. (4)
40 ° C. ≦ Tm ≦ Tt <Td ≦ Tf <Tdec (5)
(In the above equation (5), Tt is the deformation temperature at the time of shape memory and shape recovery of the first shape, Tf is the molding and remolding temperature, and Tdec is the decomposition temperature of the resin.)
前記熱可逆性反応は、1種の反応形式を含んでいれば優れた形状記憶性及びリサイクル性を実現することができるが、2種以上の反応形式を含んでいても良い。2種以上の反応形式を含み、それぞれのTdが異なる場合、最も高い温度のTdをTd1,最も低い温度のTdをTd2とすると、上記(3)及び(5)式は、以下の通りとなる。 The thermoreversible reaction can realize excellent shape memory property and recyclability as long as it includes one reaction type, but may include two or more reaction types. When two or more reaction types are included and each Td is different, assuming that the highest temperature Td is Td1 and the lowest temperature Td is Td2, the above equations (3) and (5) are as follows: .
Tm+10℃≦Td2 (3’)
Tm≦Tt<Td2<Td1≦Tf<Tdec (5’)
Tm + 10 ° C ≦ Td2 (3 ')
Tm ≦ Tt <Td2 <Td1 ≦ Tf <Tdec (5 ′)
又、隣接する2つのTd間(Tda、Tdb)に10℃以上の温度差がある場合、すなわち、
Tda+10℃≦Tdb (6)
であれば、上記Ttでの形状記憶に加えて、別の形状を記憶することも可能である。別の形状記憶を行う際の変形温度をTt1とすると、以下の関係が成立する。
Tt<Tda≦Tt1<Tdb (7)
Also, when there is a temperature difference of 10 ° C. or more between two adjacent Td (Tda, Tdb), that is,
Tda + 10 ° C. ≦ Tdb (6)
If so, in addition to the shape memory at Tt, another shape can be stored. If the deformation temperature when performing another shape memory is Tt1, the following relationship is established.
Tt <Tda ≦ Tt1 <Tdb (7)
又、ポリマーブレンドによって、それぞれの成分が異なる架橋構造を形成し、いわゆる相互貫入網目構造等を形成する場合にも、複数の形状の記憶が可能となることがある。 In addition, when a polymer blend forms different cross-linked structures from each component to form a so-called interpenetrating network structure, a plurality of shapes can be stored.
本発明において、好ましい熱可逆的架橋反応は、ディールス−アルダー型、ニトロソ2量体型、酸無水物エステル型、ウレタン型、アズラクトン−ヒドロキシアリール型およびカルボキシル−アルケニルオキシ型からなる群より選ばれる1種以上の形式である。 In the present invention, the preferred thermoreversible crosslinking reaction is one selected from the group consisting of Diels-Alder type, nitroso dimer type, acid anhydride ester type, urethane type, azlactone-hydroxyaryl type and carboxyl-alkenyloxy type. It is the above format.
(樹脂の官能基導入)
共有結合性熱可逆反応に必要な官能基は、熱可逆架橋に供する樹脂材料(前駆体)の分子鎖末端に導入してもよいし、分子鎖中に導入してもよい。また、導入の方法としては、付加反応、縮合反応、共重合反応などを用いることができる。
(Introduction of resin functional groups)
The functional group necessary for the covalent thermoreversible reaction may be introduced into the molecular chain terminal of the resin material (precursor) subjected to thermoreversible crosslinking, or may be introduced into the molecular chain. Moreover, as an introduction method, an addition reaction, a condensation reaction, a copolymerization reaction, or the like can be used.
例えば、分子鎖中に官能基を導入する方法としては、ポリスチレンのカルボン酸化、ニトロ化等様々な官能基の導入方法が知られている。また、ポリスチレンのハロゲン化も知られており、アミン基への変換等、ハロゲン基の様々な化学反応を利用して、必要な官能基を導入することも可能である(参考:高分子の合成・反応(3)p.13〜 共立出版株式会社)。 For example, as a method for introducing a functional group into a molecular chain, various methods for introducing a functional group such as carboxylation or nitration of polystyrene are known. In addition, halogenation of polystyrene is also known, and it is possible to introduce necessary functional groups using various chemical reactions of halogen groups such as conversion to amine groups (Reference: Synthesis of polymers) -Reaction (3) p.13-Kyoritsu Shuppan Co., Ltd.).
主鎖に官能基を有する樹脂も利用可能である。たとえば、ポリビニルアルコール等、水酸基を有するポリマーはエステル化、エーテル化等、官能基の導入方法が知られている。また、ポリメタクリル酸等のカルボン酸基を有する樹脂は、エステル化等の様々なカルボキシル基の化学反応が可能である。また、これらの樹脂と官能基を持たない樹脂を共重合することも有効である。 Resins having a functional group in the main chain can also be used. For example, a polymer having a hydroxyl group, such as polyvinyl alcohol, has been known to introduce a functional group such as esterification or etherification. In addition, a resin having a carboxylic acid group such as polymethacrylic acid can undergo various chemical reactions of carboxyl groups such as esterification. It is also effective to copolymerize these resins and resins having no functional group.
分子鎖末端に官能基を導入する方法としては、たとえば、重合時に末端封止剤を用いて、官能基を導入することができる。たとえば、スチレンなどのリビングポリマーの末端は反応性の高いカルボアニオンであるため、炭酸ガス、エチレンオキシド、保護基で保護した官能基を有するハロゲン化アルキル誘導体などとほぼ定量的に反応し、樹脂鎖末端にカルボン酸基、水酸基、アミノ基、ビニルエーテル基などを導入することが可能である。また、官能基を有する重合開始剤を用いて、樹脂鎖末端に官能基を導入することも可能である。 As a method for introducing a functional group into the molecular chain terminal, for example, a functional group can be introduced using a terminal blocking agent during polymerization. For example, because the end of a living polymer such as styrene is a highly reactive carbanion, it reacts almost quantitatively with carbon dioxide, ethylene oxide, halogenated alkyl derivatives with functional groups protected by protecting groups, etc. It is possible to introduce a carboxylic acid group, a hydroxyl group, an amino group, a vinyl ether group, or the like. It is also possible to introduce a functional group at the end of the resin chain using a polymerization initiator having a functional group.
また、ポリアルカノエート等のポリエステル系樹脂には、エステル化反応による官能基の導入が有効である。酸やアルカリの他にカルボジイミド類などの試薬を用いてエステル化反応をすることができる。また、カルボキシル基を塩化チオニルやアリルクロライドなどを用いて酸塩化物に誘導した後、ヒドロキシル基と反応する事によりエステル化することも可能である。また、ジカルボン酸およびジオールを原料として合成されているポリエステル類については、使用する原料のジオール/ジカルボン酸のモル比率を1より多くすることにより、分子鎖の末端基をすべてヒドロキシル基にすることが可能である。 In addition, introduction of a functional group by an esterification reaction is effective for polyester resins such as polyalkanoates. In addition to acid and alkali, esterification can be carried out using a reagent such as carbodiimide. It is also possible to esterify by reacting with a hydroxyl group after derivatizing the carboxyl group into an acid chloride using thionyl chloride or allyl chloride. In addition, for polyesters synthesized using dicarboxylic acid and diol as raw materials, all the terminal groups of the molecular chain can be converted to hydroxyl groups by increasing the molar ratio of diol / dicarboxylic acid of the raw material used to more than 1. Is possible.
また、エステル交換反応により、末端をヒドロキシル基にすることが可能である。即ち、ポリエステル樹脂に対し、2つ以上のヒドロキシル基を有する化合物を用いてエステル交換することにより、末端がヒドロキシル基を有するポリエステル樹脂が得られる。 Moreover, it is possible to make a terminal into a hydroxyl group by transesterification. That is, the polyester resin having a terminal hydroxyl group is obtained by transesterifying the polyester resin with a compound having two or more hydroxyl groups.
ヒドロキシル基を持つ化合物として、3つ以上ヒドロキシル基をもつ化合物を用いれば、3次元架橋構造の架橋点を形成する事が出来るので特に望ましい。例えば、ポリヒドロキシブチロラクトンやポリヒドロキシバリレートなどのヒドロキシアルカノエート類のエステル結合をペンタエリスリトールでエステル交換することにより、分子鎖の末端にヒドロキシル基が合計で4つ存在するポリエステルが得られる。 If a compound having three or more hydroxyl groups is used as the compound having a hydroxyl group, it is particularly desirable because a crosslinking point having a three-dimensional crosslinked structure can be formed. For example, by transesterifying the ester bond of hydroxyalkanoates such as polyhydroxybutyrolactone and polyhydroxyvalylate with pentaerythritol, a polyester having a total of four hydroxyl groups at the molecular chain ends can be obtained.
2つ以上のヒドロキシル基を有する化合物として、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−および1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオールなどの3価アルコール、ペンタエリスリトール、メチルグリコシド、ジグリセリンなどの4価アルコール、トリグリセリン、テトラグリセリンなどのポリグリセリン、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールなどのポリペンタエリスリトール、テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノールなどのシクロアルカンポリオール、ポリビニルアルコールが挙げられる。また、アドニトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、タリトール、ズルシトールなどの糖アルコール、グルコース、マンノースグルコース、マンノース、フラクトース、ソルボース、スクロース、ラクトース、ラフィノース、セルロースなどの糖類が挙げられる。多価フェノールとしてはピロガロール,ハイドロキノン,フロログルシンなどの単環多価フェノール、ビスフェノールA、ビスフェノールスルフォンなどのビスフェノール類、フェノールとホルムアルデヒドの縮合物(ノボラック)などが挙げられる。 Examples of the compound having two or more hydroxyl groups include dihydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3- and 1,4-butanediol, 1,6-hexanediol, glycerin, triglyceride, and the like. Trivalent alcohols such as methylolpropane, trimethylolethane and hexanetriol, tetrahydric alcohols such as pentaerythritol, methylglycoside and diglycerin, polyglycerin such as triglycerin and tetraglycerin, and polypenta such as dipentaerythritol and tripentaerythritol Examples include erythritol, cycloalkane polyols such as tetrakis (hydroxymethyl) cyclohexanol, and polyvinyl alcohol. Examples thereof include sugar alcohols such as adonitol, arabitol, xylitol, sorbitol, mannitol, iditol, tallitol, dulcitol, and sugars such as glucose, mannose glucose, mannose, fructose, sorbose, sucrose, lactose, raffinose, and cellulose. Examples of the polyhydric phenol include monocyclic polyhydric phenols such as pyrogallol, hydroquinone and phloroglucin, bisphenols such as bisphenol A and bisphenol sulfone, and phenol / formaldehyde condensates (novolaks).
なお、末端部にカルボン酸を有する樹脂や未反応のヒドロキシル基を有する化合物は容易に精製除去可能である。 Incidentally, a resin having a carboxylic acid at a terminal part or a compound having an unreacted hydroxyl group can be easily purified and removed.
前駆体およびヒドロキシル基で修飾された前駆体にヒドロキシベンゾイックアシッドでエステル反応を行えば、ヒドロキシル基をフェノール性水酸基に変性することが可能である。 By performing an ester reaction with a hydroxybenzoic acid on the precursor and a precursor modified with a hydroxyl group, the hydroxyl group can be modified to a phenolic hydroxyl group.
カルボキシル基が必要な場合は、ヒドロキシル基に対し、2官能以上カルボン酸を有する化合物を上述のエステル化反応により結合させれば、カルボキシル基に変性する事が可能である。特に酸無水物を用いれば、容易にカルボキシル基を有する前駆体を調製する事が可能である。酸無水物としては、無水ピロメリット酸、無水トリメリット酸、無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸やこれらの誘導体を利用することが可能である。 When a carboxyl group is required, it can be modified to a carboxyl group by bonding a compound having a bifunctional or higher carboxylic acid to the hydroxyl group by the above esterification reaction. In particular, when an acid anhydride is used, a precursor having a carboxyl group can be easily prepared. As the acid anhydride, pyromellitic anhydride, trimellitic anhydride, phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, maleic anhydride, and derivatives thereof can be used.
(架橋部位の化学構造)
架橋部位は、加熱により開裂し、冷却により共有結合する2つの第1官能基および第2官能基より構成される。溶融加工温度より低温で固化している際には、第1官能基および第2官能基は共有結合により架橋を形成しており、溶融加工温度などの所定の温度以上では、第1官能基および第2官能基に開裂する。架橋部位の結合反応および開裂反応は温度変化により可逆的に進行する。なお、第1官能基および第2官能基は、異なる官能基でも良いし同じ官能基でも良い。同一の2つの官能基が対称的に結合して架橋を形成する場合、同一の官能基を第1官能基および第2官能基として使用できる。
(Chemical structure of the crosslinking site)
The crosslinking site is composed of two first functional groups and second functional groups that are cleaved by heating and covalently bonded by cooling. When solidifying at a temperature lower than the melt processing temperature, the first functional group and the second functional group form a crosslink by a covalent bond, and at a predetermined temperature or higher such as the melt processing temperature, the first functional group and Cleave to the second functional group. The binding reaction and cleavage reaction at the cross-linked site proceed reversibly with temperature changes. The first functional group and the second functional group may be different functional groups or the same functional group. When the same two functional groups are bonded symmetrically to form a crosslink, the same functional group can be used as the first functional group and the second functional group.
(1)ディールス−アルダー型反応
ディールス−アルダー[4+2]環化反応を利用する。共役ジエン及びジエノフィルを官能基として導入することにより、熱可逆反応で架橋した形状記憶性樹脂を得る。共役ジエンとしては、例えば、フラン環、チオフェン環、ピロール環、シクロペンタジエン環、1,3−ブタジエン、チオフェエン−1−オキサイド環、チオフェエン−1,1−ジオキサイド環、シクロペンタ−2,4−ジエノン環、2Hピラン環、シクロヘキサ−1,3−ジエン環、2Hピラン1−オキサイド環、1,2−ジヒドロピリジン環、2Hチオピラン−1,1−ジオキサイド環、シクロヘキサ−2,4−ジエノン環、ピラン−2−オン環およびこれらの置換体などを官能基として用いる。ジエノフィルとしては、共役ジエンと付加的に反応して環式化合物を与える不飽和化合物を用いる。例えば、ビニル基、アセチレン基、アリル基、ジアゾ基、ニトロ基およびこれらの置換体などを官能基として用いる。また、上記共役ジエンもジエノフィルとして作用する場合がある。
(1) Diels-Alder type reaction Diels-Alder [4 + 2] cyclization reaction is utilized. By introducing conjugated diene and dienophile as functional groups, a shape memory resin crosslinked by a thermoreversible reaction is obtained. Examples of the conjugated diene include a furan ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, a cyclopentadiene ring, 1,3-butadiene, a thiophene-1-oxide ring, a thiophene-1,1-dioxide ring, and a cyclopenta-2,4-dienone. Ring, 2H pyran ring, cyclohexa-1,3-diene ring, 2H pyran 1-oxide ring, 1,2-dihydropyridine ring, 2H thiopyran-1,1-dioxide ring, cyclohexa-2,4-dienone ring, pyran A 2-one ring and a substituted product thereof are used as a functional group. As the dienophile, an unsaturated compound that additionally reacts with a conjugated diene to give a cyclic compound is used. For example, a vinyl group, an acetylene group, an allyl group, a diazo group, a nitro group, or a substituted product thereof is used as a functional group. The conjugated diene may also act as a dienophile.
これらの中でも、例えば、シクロペンタジエンを架橋反応に用いることができ、Tdは150℃以上250℃以下である。ジシクロペンタジエンは共役ジエン及びジエノフィルの両作用を有する。シクロペンタジエンカルボン酸の2量体であるジシクロペンタジエンジカルボン酸は、市販のシクロペンタジエニルナトリウムから容易に得ることができる(参考:E.Rukcensteinら、J.Polym.Sci.Part A:Polym.Chem.、第38巻、第818〜825頁、2000年刊)。このジシクロペンタジエンジカルボン酸は、ヒドロキシル基を有する前駆体、ヒドロキシル基で修飾された前駆体などに、エステル化反応によりヒドロキシル基の存在している部位に架橋部位として導入される。 Among these, for example, cyclopentadiene can be used for the crosslinking reaction, and Td is 150 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Dicyclopentadiene has both conjugated diene and dienophile effects. Dicyclopentadiene dicarboxylic acid, which is a dimer of cyclopentadiene carboxylic acid, can be easily obtained from commercially available sodium cyclopentadienyl (reference: E. Ruksenstein et al., J. Polym. Sci. Part A: Polym. Chem., 38, 818-825, 2000). This dicyclopentadiene dicarboxylic acid is introduced into a site having a hydroxyl group by a esterification reaction into a precursor having a hydroxyl group, a precursor modified with a hydroxyl group, or the like.
また、例えば、3−マレイミドプロピオン酸および3−フリルプロピオン酸を用いれば、Tdが80℃の熱可逆反応となる。ヒドロキシル基を有する前駆体、ヒドロキシル基で修飾された前駆体などに、エステル化反応によりヒドロキシル基の存在している部位に容易に架橋部位を導入できる。 For example, when 3-maleimidopropionic acid and 3-furylpropionic acid are used, a thermoreversible reaction with Td of 80 ° C. is obtained. A crosslinking site can be easily introduced into a site where a hydroxyl group exists in a precursor having a hydroxyl group, a precursor modified with a hydroxyl group, or the like by an esterification reaction.
架橋部位の導入に利用する上記のエステル化反応については、酸およびアルカリ等の他にカルボジイミド類などの触媒を用いることも可能である。また、カルボキシル基を塩化チオニル又はアリルクロライド等を用いて酸塩化物に誘導した後、ヒドロキシル基と反応する事によりエステル化することも可能である。酸塩化物を用いれば、アミノ基とも容易に反応するためアミノ酸類およびその誘導体のアミノ基側にも導入できる。 For the esterification reaction used for the introduction of the crosslinking site, a catalyst such as carbodiimide can be used in addition to the acid and alkali. It is also possible to esterify by reacting with a hydroxyl group after derivatizing a carboxyl group into an acid chloride using thionyl chloride or allyl chloride. If an acid chloride is used, it easily reacts with an amino group, so that it can be introduced into the amino group side of amino acids and derivatives thereof.
ジエノフィルであるマレイミド誘導体は、一分子中に少なくとも2個以上のアミノ基を有するポリアミンから合成することができる。例えば、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、キシリレンジアミン、3,9−ビス(3−アミノプロピル)−2,4,8,10−テトラオキサスピロ[5.5]ウンデカン、ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、トリス(2−アミノエチル)アミン等の脂肪族アミン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−ジアミノジフェニルスルフイド、3,3’−ジアミノジフェニルスルフォン、2,2−ビス−(4−アミノフェニル)プロパン、ビス−(4−アミノフェニル)ジフェニルシラン、ビス−(4−アミノフェニル)メチルホスフィンオキサイド、ビス−(3−アミノフェニル)メチルホスフィンオキサイド、ビス−(4−アミノフェニル)−フェニルホスフィンオキサイド、ビス−(4−アミノフェニル)フェニラミン、1,5−ジアミノナフタレン、2,4−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノフェニルメタン、2,2’−ジメチル−4,4’−ジアミノフェニルメタン、3,3’・5,5’−テトラメチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジエチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’・5,5’−テトラエチル−4,4’−ジアミノフェニルメタン、3,3’−ジ−n−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、3,3’−ジ−tert−ブチル−4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス(3−クロロ−4−アミノフェニル)メタン、トリアミノベンゼン、トリアミノトルエン、トリアミノナフタレン、トリアミノジフェニル、トリアミノピリジン、トリアミノフェニルエーテル、トリアミノジフェニルメタン、トリアミノジフェニルスルホン、トリアミノベンゾフェノン、トリアミノフェニルオルソホスフェート、トリ(アミノフェニル)ホスフィンオキサイド、テトラアミノベンゾフェノン、テトラアミノベンゼン、テトラアミノナフタレン、ジアミノベンジジン、テトラアミノフェニルエーテル、テトラアミノフェニルメタン、テトラアミノフェニルスルホン、ビス(ジアミノフェニル)ピリジン、メラミン、等の芳香族アミン、アニリンとホルムアルデヒドとの縮合反応により得られる芳香族ポリアミン、芳香族ジアルデヒドと芳香族アミンとの反応生成物である4官能の芳香族ポリアミン、芳香族ジアルデヒドとホルムアルデヒドの混合物と芳香族アミンとから得られる芳香族ポリアミン、ビニルアニリン類の重合体、ポリアリルアミン、ポリリジン、ポリオルチニン、ポリエチレンイミン、ポリビニルアミン等の脂肪族ポリアミン、キチン、キトサン等の天然アミノ多糖類が挙げられる。天然由来のアミノ化合物は環境問題の点から樹脂材料として好ましい。 A maleimide derivative which is a dienophile can be synthesized from a polyamine having at least two amino groups in one molecule. For example, trimethylenediamine, tetramethylenediamine, hexamethylenediamine, xylylenediamine, 3,9-bis (3-aminopropyl) -2,4,8,10-tetraoxaspiro [5.5] undecane, bis ( Aliphatic amines such as 4-aminocyclohexyl) methane and tris (2-aminoethyl) amine, m-phenylenediamine, p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 4, 4'-diaminodiphenyl ether, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 2,2-bis- (4-aminophenyl) propane, bis- (4-aminophenyl) diphenylsilane Bis- (4-aminophenyl) methylphosphine oxide Bis- (3-aminophenyl) methylphosphine oxide, bis- (4-aminophenyl) -phenylphosphine oxide, bis- (4-aminophenyl) pheniramine, 1,5-diaminonaphthalene, 2,4-diaminotoluene, 2,6-diaminotoluene, 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminophenylmethane, 2,2′-dimethyl-4,4′-diaminophenylmethane, 3,3 ′ · 5,5′-tetra Methyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3′-diethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,3 ′ · 5,5′-tetraethyl-4,4′-diaminophenylmethane, 3,3 ′ -Di-n-butyl-4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,3'-di-tert-butyl-4,4'-diaminodiphenyl Tan, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis (3-chloro-4-aminophenyl) methane, triaminobenzene , Triaminotoluene, triaminonaphthalene, triaminodiphenyl, triaminopyridine, triaminophenyl ether, triaminodiphenylmethane, triaminodiphenyl sulfone, triaminobenzophenone, triaminophenyl orthophosphate, tri (aminophenyl) phosphine oxide, tetra Aminobenzophenone, tetraaminobenzene, tetraaminonaphthalene, diaminobenzidine, tetraaminophenyl ether, tetraaminophenylmethane, tetraaminophenylsulfone, bis (diaminophen Nil) aromatic amines such as pyridine and melamine, aromatic polyamines obtained by condensation reaction of aniline and formaldehyde, tetrafunctional aromatic polyamines which are reaction products of aromatic dialdehydes and aromatic amines, aromatic Aromatic polyamines obtained from mixtures of dialdehyde and formaldehyde and aromatic amines, polymers of vinylanilines, aliphatic polyamines such as polyallylamine, polylysine, polyortinin, polyethyleneimine, polyvinylamine, chitin, chitosan, etc. Aminopolysaccharides are mentioned. Naturally derived amino compounds are preferred as resin materials from the viewpoint of environmental problems.
これらの官能基、例えば、シクロペンタジエニル基同士のディールス−アルダー型反応は、以下の一般反応式(I)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。 The Diels-Alder type reaction between these functional groups, for example, cyclopentadienyl groups, forms a thermoreversible crosslinked structure as shown in the following general reaction formula (I).
(2)ニトロソ2量体型反応
一般反応式(II)においては、冷却により2つのニトロソ基がニトロソ二量体を形成して架橋となる。この架橋のTdは110℃から150℃である。
(2) Nitroso dimer type reaction In the general reaction formula (II), two nitroso groups form a nitroso dimer upon cooling to form a bridge. The Td of this cross-linking is 110 ° C. to 150 ° C.
例えば、4−ニトロソ−3,5−ベンジル酸の2量体(参考:米国特許第3,872,057号公報に、4−ニトロソ−3,5−ジクロロベンゾイルクロライドの2量体の合成方法が記載されている。)を用い、ヒドロキシル基を有する前駆体のヒドロキシル基、ヒドロキシル基で修飾された前駆体のヒドロキシル基などと反応する事により、ヒドロキシル基の存在している部位に容易に熱可逆的架橋部位を導入できる。また、酸塩化物を用いれば、アミノ基とも容易に反応するためアミノ酸類およびその誘導体のアミノ基側にも導入できる。 For example, a dimer of 4-nitroso-3,5-benzylic acid (Reference: US Pat. No. 3,872,057 discloses a method for synthesizing a dimer of 4-nitroso-3,5-dichlorobenzoyl chloride. Can be easily thermoreversible at the site where the hydroxyl group is present by reacting with the hydroxyl group of the precursor having a hydroxyl group, the hydroxyl group of a precursor modified with a hydroxyl group, etc. Cross-linking sites can be introduced. In addition, when acid chlorides are used, they can be easily introduced into the amino group side of amino acids and derivatives thereof because they easily react with amino groups.
ニトロソ基の二量体化反応は、以下の一般反応式(II)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。 The dimerization reaction of the nitroso group forms a thermoreversible crosslinked structure as shown in the following general reaction formula (II).
(3)酸無水物エステル型反応(酸無水物基と水酸基の反応)
酸無水物およびヒドロキシル基を架橋反応に用いることができる。酸無水物としては、脂肪族無水カルボン酸および芳香族無水カルボン酸などを用いる。また、環状酸無水物基および非環状無水物基のいずれも用いることができるが、環状酸無水物基が好適に用いられる。環状酸無水物基は、例えば、無水マレイン酸基、無水フタル酸基、無水コハク酸基、無水グルタル酸基が挙げられ、非環状酸無水物基は、例えば、無水酢酸基、無水プロピオン酸基、無水安息香酸基が挙げられる。中でも、無水マレイン酸基、無水フタル酸基、無水コハク酸基、無水グルタル酸基、無水ピロメリット酸基、無水トリメリット酸基、ヘキサヒドロ無水フタル酸基、無水酢酸基、無水プロピオン酸基、無水安息香酸基およびこれらの置換体などが、ヒドロキシル基と反応して架橋構造を形成する酸無水物として好ましい。
(3) Acid anhydride ester type reaction (reaction of acid anhydride group and hydroxyl group)
Acid anhydrides and hydroxyl groups can be used for the crosslinking reaction. As the acid anhydride, aliphatic carboxylic anhydride and aromatic carboxylic anhydride are used. Moreover, although both a cyclic acid anhydride group and a non-cyclic anhydride group can be used, a cyclic acid anhydride group is used suitably. Examples of the cyclic acid anhydride group include a maleic anhydride group, a phthalic anhydride group, a succinic anhydride group, and a glutaric anhydride group. Examples of the acyclic acid anhydride group include an acetic anhydride group and a propionic anhydride group. And benzoic anhydride groups. Among them, maleic anhydride group, phthalic anhydride group, succinic anhydride group, glutaric anhydride group, pyromellitic anhydride group, trimellitic anhydride group, hexahydrophthalic anhydride group, acetic anhydride group, propionic anhydride group, anhydrous A benzoic acid group and a substituted product thereof are preferable as an acid anhydride that reacts with a hydroxyl group to form a crosslinked structure.
ヒドロキシル基は、ヒドロキシル基を有する前駆体のヒドロキシル基、各種の反応によりヒドロキシル基が導入された前駆体などのヒドロキシル基を使用する。また、ジオール及びポリオール等のヒドロキシ化合物を架橋剤として用いても良い。更に、ジアミン及びポリアミンを架橋剤として用いることもできる。酸無水物として、例えば、無水ピロメリット酸のような酸無水物を2つ以上有するものを用いれば、ヒドロキシル基を有する前駆体、ヒドロキシル基で修飾された前駆体などに対し架橋剤として使用できる。 As the hydroxyl group, a hydroxyl group such as a hydroxyl group of a precursor having a hydroxyl group or a precursor into which a hydroxyl group has been introduced by various reactions is used. Moreover, you may use hydroxy compounds, such as diol and a polyol, as a crosslinking agent. Furthermore, diamines and polyamines can also be used as crosslinking agents. For example, if an acid anhydride having two or more acid anhydrides such as pyromellitic anhydride is used, it can be used as a crosslinking agent for a precursor having a hydroxyl group, a precursor modified with a hydroxyl group, etc. .
また、無水マレイン酸をビニル重合により不飽和化合物と共重合することにより2つ以上の無水マレイン酸を有する化合物が容易に得られる(参考:特開平11−106578号公報(特許文献8)、特開2000−34376号公報)。これも、ヒドロキシル基を有する前駆体、ヒドロキシル基で修飾された前駆体などに対する架橋剤として使用できる。 Further, a compound having two or more maleic anhydrides can be easily obtained by copolymerizing maleic anhydride with an unsaturated compound by vinyl polymerization (reference: JP-A-11-106578 (Patent Document 8), No. 2000-34376). This can also be used as a crosslinking agent for precursors having hydroxyl groups, precursors modified with hydroxyl groups, and the like.
以上の様な酸無水物とヒドロキシル基とは、以下の一般反応式(III)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。一般反応式(III)においては、冷却により酸無水物基と水酸基とがエステルを形成して架橋となる。この架橋のTdは260℃である。 The acid anhydride and hydroxyl group as described above form a thermoreversible cross-linked structure as shown in the following general reaction formula (III). In the general reaction formula (III), an acid anhydride group and a hydroxyl group form an ester upon cooling to form a crosslink. The Td of this crosslinking is 260 ° C.
(4)ウレタン型反応(イソシアネート基と活性水素の反応)
イソシアネートと活性水素とから熱可逆的な架橋部位を形成できる。例えば、多価イソシアネートを架橋剤として用い、前駆体およびその誘導体のヒドロキシル基、アミノ基、フェノール性水酸基と反応する。また、ヒドロキシル基、アミノ基およびフェノール性水酸基から選ばれた2つ以上の官能基を有する分子を架橋剤として加えることもできる。更に、開裂温度を所望の範囲とするために、触媒を添加することもできる。また、ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシビフェニル、フェノール樹脂などを架橋剤として加えることもできる。
(4) Urethane type reaction (reaction of isocyanate group and active hydrogen)
A thermoreversible crosslinking site can be formed from isocyanate and active hydrogen. For example, polyisocyanate is used as a crosslinking agent and reacts with the hydroxyl group, amino group, and phenolic hydroxyl group of the precursor and its derivatives. In addition, a molecule having two or more functional groups selected from a hydroxyl group, an amino group and a phenolic hydroxyl group can be added as a crosslinking agent. Further, a catalyst can be added to bring the cleavage temperature into a desired range. Moreover, dihydroxybenzene, dihydroxybiphenyl, a phenol resin, etc. can also be added as a crosslinking agent.
また、多価イソシアネートを架橋剤として用い、前駆体およびその誘導体のヒドロキシル基、アミノ基、フェノール性水酸基と反応させる。ジヒドロキシベンゼン、ジヒドロキシビフェニル、フェノール樹脂などを架橋剤として加えることもできる。多価イソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート(TDI)およびその重合体、4,4’−ジフェニルメタンシイソシアネート(MDI)、ヘキサメチレンジイソシアネート(HMDI)、1,4−フェニレンジイソシアネート(DPDI)、1,3−フェニレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、1−メチルベンゼン−2,4,6−トリイソシアネート、ナフタリン−1,3,7−トリイソシアネート、ビフェニル−2,4,4‘−トリイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4“−トリイソシアネート、トリレンジイソシアネート、リジントリイソシアネート等を用いることができる。 In addition, polyisocyanate is used as a crosslinking agent and reacted with the hydroxyl group, amino group, and phenolic hydroxyl group of the precursor and its derivative. Dihydroxybenzene, dihydroxybiphenyl, phenol resin and the like can be added as a crosslinking agent. Examples of the polyvalent isocyanate include tolylene diisocyanate (TDI) and a polymer thereof, 4,4′-diphenylmethane isocyanate (MDI), hexamethylene diisocyanate (HMDI), 1,4-phenylene diisocyanate (DPDI), 1,3- Phenylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, lysine diisocyanate, 1-methylbenzene-2,4,6-triisocyanate, naphthalene-1,3,7-triisocyanate, biphenyl-2,4,4'-triisocyanate, triphenylmethane -4,4 ', 4 "-triisocyanate, tolylene diisocyanate, lysine triisocyanate and the like can be used.
また、開裂温度を調整するために、1、3−ジアセトキシテトラブチルジスタノキサン等の有機化合物、アミン類、金属石鹸などを開裂触媒として用いても良い。 In order to adjust the cleavage temperature, organic compounds such as 1,3-diacetoxytetrabutyl distanoxane, amines, metal soaps and the like may be used as the cleavage catalyst.
以上の官能基によるウレタン化反応は、以下の一般反応式(IV)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。一般反応式(IV)においては、冷却によりフェノール性水酸基とイソシアネート基とがウレタンを形成して架橋となる。この架橋のTdは120℃以上250℃以下であり、触媒により調整可能である。 The urethanization reaction with the above functional group forms a thermoreversible crosslinked structure as shown in the following general reaction formula (IV). In the general reaction formula (IV), the phenolic hydroxyl group and the isocyanate group form urethane by cooling to be crosslinked. Td of this crosslinking is 120 ° C. or more and 250 ° C. or less, and can be adjusted by a catalyst.
(5)アズラクトン−ヒドロキシアリール型反応(アズラクトン基とフェノール性水酸基の反応)
アリール基としては、フェニル基、トリル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントリル基、フェナントリル基およびこれらの基より誘導される基が挙げられ、これらの基に結合するフェノール性のヒドロキシル基が、架橋構造を形成する基に含まれるアズラクトン構造と反応する。フェノール性のヒドロキシル基を有するものとしては、フェノール性のヒドロキシル基を有する前駆体、ヒドロキシルフェノール類で修飾された前駆体などを使用する。
(5) Azlactone-hydroxyaryl type reaction (reaction of azlactone group and phenolic hydroxyl group)
Examples of the aryl group include a phenyl group, a tolyl group, a xylyl group, a biphenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, and a group derived from these groups, and a phenolic hydroxyl group bonded to these groups. Reacts with the azlactone structure contained in the group forming the crosslinked structure. As the compound having a phenolic hydroxyl group, a precursor having a phenolic hydroxyl group, a precursor modified with hydroxylphenols, or the like is used.
アズラクトン構造としては、1,4−(4,4’−ジメチルアズラクチル)ブタン、ポリ(2−ビニル−4,4’−ジメチルアザラクトン)、ビスアズラクトンベンゼン、ビスアズラクトンヘキサン等の多価アズラクトンが好ましい。 As the azlactone structure, 1,4- (4,4′-dimethylazulactyl) butane, poly (2-vinyl-4,4′-dimethylazalactone), bisazulactone benzene, bisazlactone hexane and the like Azlactone is preferred.
また、アズラクトン−フェノール反応架橋のビスアズラクチルブタン等も使用でき、これらは、例えば、前記非特許文献1に記載されている。 Moreover, bisazulactyl butane etc. of azlactone-phenol reaction bridge | crosslinking can also be used, These are described in the said nonpatent literature 1, for example.
これらの官能基は、以下の一般反応式(V)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。一般反応式(V)においては、冷却によりアズラクトン基とフェノール性水酸基とが共有結合を形成して架橋となる。この架橋のTdは100℃以上200℃以下である。 These functional groups form a thermoreversible crosslinked structure as shown in the following general reaction formula (V). In the general reaction formula (V), the azlactone group and the phenolic hydroxyl group form a covalent bond by cooling to form a crosslink. Td of this crosslinking is 100 ° C. or more and 200 ° C. or less.
(6)カルボキシル−アルケニルオキシ型反応
カルボキシル基を有するものとしては、カルボキシル基を有する前駆体、カルボキシル基で修飾された前駆体などを使用する。また、アルケニルオキシ構造としては、ビニルエーテル、アリルエーテル及びこれらの構造より誘導される構造が挙げられ、2以上のアルケニルオキシ構造を有するものも使用できる。
(6) Carboxyl-alkenyloxy reaction As those having a carboxyl group, a precursor having a carboxyl group, a precursor modified with a carboxyl group, and the like are used. Examples of the alkenyloxy structure include vinyl ethers, allyl ethers, and structures derived from these structures, and those having two or more alkenyloxy structures can also be used.
また、ビス[4−(ビニロキシ)ブチル]アジペート及びビス[4−(ビニロキシ)ブチル]サクシネート等のアルケニルエーテル誘導体を架橋剤として用いることもできる。 Alkenyl ether derivatives such as bis [4- (vinyloxy) butyl] adipate and bis [4- (vinyloxy) butyl] succinate can also be used as a crosslinking agent.
これらの官能基は、以下の一般反応式(VI)で示す様に、熱可逆性の架橋構造を形成する。一般反応式(VI)においては、冷却によりカルボキシル基とビニルエーテル基とがヘミアセタールエステルを形成して架橋となる(参考:特開平11−35675号公報(特許文献7)、特開昭60−179479号公報)。この架橋のTdは100℃以上250℃以下であり、架橋構造により調整可能である。 These functional groups form a thermoreversible crosslinked structure as shown in the following general reaction formula (VI). In the general reaction formula (VI), a carboxyl group and a vinyl ether group form a hemiacetal ester by cooling to form a crosslink (reference: JP-A-11-35675 (Patent Document 7), JP-A-60-179479). Issue gazette). The Td of this crosslinking is 100 ° C. or more and 250 ° C. or less, and can be adjusted by the crosslinked structure.
(架橋剤)
以上で説明した様に、熱可逆的な架橋部位を形成し得る官能基を2つ以上分子中に有する化合物は架橋剤となり得る。
(Crosslinking agent)
As explained above, a compound having in the molecule two or more functional groups capable of forming a thermoreversible crosslinking site can serve as a crosslinking agent.
酸無水物基を有する架橋剤としては、例えば、ビス無水フタル酸化合物、ビス無水コハク酸化合物、ビス無水グルタル酸化合物、ビス無水マレイン酸化合物およびこれらの置換体が挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having an acid anhydride group include a bisphthalic anhydride compound, a bissuccinic anhydride compound, a bisglutaric anhydride compound, a bismaleic anhydride compound, and substituted products thereof.
水酸基を有する架橋剤としては、例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−および1,4−ブタンジオール、1,6−ヘキサンジオールなどの2価アルコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、ヘキサントリオールなどの3価アルコール、ペンタエリスリトール、メチルグリコシド、ジグリセリンなどの4価アルコール、トリグリセリン、テトラグリセリンなどのポリグリセリン、ジペンタエリスリトール、トリペンタエリスリトールなどのポリペンタエリスリトール、テトラキス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサノールなどのシクロアルカンポリオール、ポリビニルアルコールが挙げられる。また、アドニトール、アラビトール、キシリトール、ソルビトール、マンニトール、イジトール、タリトール、ズルシトールなどの糖アルコール、グルコース、マンノースグルコース、マンノース、フラクトース、ソルボース、スクロース、ラクトース、ラフィノース、セルロースなどの糖類が挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having a hydroxyl group include dihydric alcohols such as ethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,3- and 1,4-butanediol, and 1,6-hexanediol, glycerin, trimethylolpropane, Trivalent alcohols such as trimethylolethane and hexanetriol, tetrahydric alcohols such as pentaerythritol, methylglycoside and diglycerin, polyglycerins such as triglycerin and tetraglycerin, polypentaerythritol such as dipentaerythritol and tripentaerythritol, tetrakis Examples include cycloalkane polyols such as (hydroxymethyl) cyclohexanol, and polyvinyl alcohol. Examples thereof include sugar alcohols such as adonitol, arabitol, xylitol, sorbitol, mannitol, iditol, tallitol, dulcitol, and sugars such as glucose, mannose glucose, mannose, fructose, sorbose, sucrose, lactose, raffinose, and cellulose.
カルボキシル基を有する架橋剤としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸が挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having a carboxyl group include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, phthalic acid, maleic acid, and fumaric acid.
ビニルエーテル基を有する架橋剤としては、例えば、ビス[4−(ビニロキシ)ブチル]アジペート、ビス[4−(ビニロキシ)ブチル]サクシネート、エチレングリコールジビニルエーテル、ブタンジオールジビニルエーテル、2,2−ビス〔p−(2−ビニロキシエトキシ)フェニル〕プロパン、トリス[4−(ビニロキシ)ブチル]トリメリテートが挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having a vinyl ether group include bis [4- (vinyloxy) butyl] adipate, bis [4- (vinyloxy) butyl] succinate, ethylene glycol divinyl ether, butanediol divinyl ether, 2,2-bis [p -(2-vinyloxyethoxy) phenyl] propane, tris [4- (vinyloxy) butyl] trimellitate.
フェノール性水酸基を有する架橋剤としては、例えば、ジヒドロキシベンゼン、ピロガロール,フロログルシンなどの単環多価フェノール、ジヒドロキシビフェニル、ビスフェノールA、ビスフェノールスルフォンなどのビスフェノール類、レゾール型フェノール樹脂、ノボラック型フェノール樹脂が挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having a phenolic hydroxyl group include monocyclic polyphenols such as dihydroxybenzene, pyrogallol, and phloroglucin, bisphenols such as dihydroxybiphenyl, bisphenol A, and bisphenol sulfone, resol type phenol resins, and novolac type phenol resins. It is done.
イソシアネート基を有する架橋剤としては、2官能イソシアネートの例としては、2,4−トリレンジイソシアネート、2,6−トリレンジイソシアネート、4,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、2,4’−ジフェニルメタンジイソシアネート、p−フェニレンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等の脂肪族ジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート等の脂環式ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等のアリール脂肪族ジイソシアネート等が挙げられる。また、3官能イソシアネートの例としては、1−メチルベンゼン−2,4,6−トリイソシアネート、ナフタリン−1,3,7−トリイソシアネート、ビフェニル−2,4,4‘−トリイソシアネート、トリフェニルメタン−4,4’,4“−トリイソシアネート、トリレンジイソシアネートの3量体、リジントリイソシアネート等が挙げられる。 Examples of the cross-linking agent having an isocyanate group include 2,4-tolylene diisocyanate, 2,6-tolylene diisocyanate, 4,4′-diphenylmethane diisocyanate, 2,4′-diphenylmethane diisocyanate, p. -Aromatic diisocyanates such as phenylene diisocyanate, aliphatic diisocyanates such as hexamethylene diisocyanate and lysine diisocyanate, alicyclic diisocyanates such as isophorone diisocyanate, and aryl aliphatic diisocyanates such as xylylene diisocyanate. Examples of trifunctional isocyanates include 1-methylbenzene-2,4,6-triisocyanate, naphthalene-1,3,7-triisocyanate, biphenyl-2,4,4′-triisocyanate, triphenylmethane. -4,4 ', 4 "-triisocyanate, trimer of tolylene diisocyanate, lysine triisocyanate and the like.
アズラクトン基を有する架橋剤としては、例えば、ビスアズラクトンブタン、ビスアズラクトンベンゼン、ビスアズラクトンヘキサンが挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having an azlactone group include bisazulactone butane, bisazulactone benzene, and bisazulactone hexane.
ニトロソ基を有する架橋剤としては、例えば、ジニトロソプロパン、ジニトロソヘキサン、ジニトロソベンゼン、ジニトロソトルエンが挙げられる。 Examples of the crosslinking agent having a nitroso group include dinitrosopropane, dinitrosohexane, dinitrosobenzene, and dinitrosotoluene.
(架橋構造の選択)
冷却により結合して架橋部位を形成し、加熱により開裂する可逆的な反応の形式としては上述のように、ディールス−アルダー型、ニトロソ2量体型、酸無水物エステル型、ウレタン型、アズラクトン−ヒドロキシアリール型およびカルボキシル−アルケニルオキシ型などを利用できる。
(Selection of cross-linked structure)
As described above, the reversible reaction forms by bonding by cooling to form a crosslinking site and cleavage by heating, as described above, Diels-Alder type, nitroso dimer type, acid anhydride ester type, urethane type, azlactone-hydroxy Aryl and carboxyl-alkenyloxy types can be used.
しかし、熱分解および加水分解樹脂などによる主鎖の劣化や、副反応により架橋部位が失活する化学反応は避けた方がよい場合がある。たとえば、ポリ乳酸やポリカーボネート等のポリエステル樹脂は、カルボン酸により加水分解が起こるため、酸無水物エステル型架橋は適さない。ポリビニルアルコールなど水酸基を多数有する樹脂は、ウレタン型、アズラクトン−ヒドロキシアリール型およびカルボキシル−アルケニルオキシ型と硬化反応を起こすため適さない。一方、ディールス−アルダー型は疎水性であるため加水分解しやすい樹脂にも適用でき、水分等による反応基の失活も起こらないため、様々な樹脂に適用できる。エステル結合を多く有する植物由来樹脂にも好適に使用できる。 However, there are cases where it is better to avoid deterioration of the main chain due to thermal decomposition or hydrolysis resin, or chemical reaction in which the crosslinking site is deactivated by side reaction. For example, polyester resins such as polylactic acid and polycarbonate are not suitable for acid anhydride ester type crosslinking because hydrolysis occurs by carboxylic acid. A resin having a large number of hydroxyl groups such as polyvinyl alcohol is not suitable because it causes a curing reaction with urethane type, azlactone-hydroxyaryl type and carboxyl-alkenyloxy type. On the other hand, since the Diels-Alder type is hydrophobic, it can be applied to a resin that is easily hydrolyzed, and the reactive group is not deactivated by moisture or the like, so that it can be applied to various resins. It can also be suitably used for plant-derived resins having many ester bonds.
(樹脂)
(植物由来樹脂材料)
上記架橋物の樹脂として、植物由来原料となる樹脂材料は、熱可逆的な架橋構造を形成するために導入される官能基の性質を十分に考慮して選択する。
(resin)
(Plant-derived resin material)
As the resin of the cross-linked product, a resin material that is a plant-derived raw material is selected in consideration of the nature of the functional group introduced to form a thermoreversible cross-linked structure.
この様な植物由来樹脂材料としては、バイオマス原料から人工的に合成可能なモノマー、オリゴマー及びポリマー;バイオマス原料から合成可能なモノマーの誘導体、オリゴマーの変性体およびポリマーの変性体;主に天然で合成され入手できるモノマー、オリゴマー及びポリマー;主に天然で合成され入手できるモノマーの誘導体、オリゴマーの変性体およびポリマーの変性体などを使用する。 Such plant-derived resin materials include monomers, oligomers and polymers that can be artificially synthesized from biomass raw materials; monomer derivatives that can be synthesized from biomass raw materials, modified oligomers and modified polymers; Monomers, oligomers and polymers that are available and available; derivatives of monomers that are synthesized and available mainly in nature, modified oligomers, modified polymers, etc. are mainly used.
人工合成オリゴマー及びポリマーとしては、例えば、ポリ乳酸(島津製作所製、商品名:ラクティー等)、ポリグリコール酸などのポリアルファヒドロキシ酸、ポリイプシロンカプロラクトン等のポリオメガヒドロキシアルカノエート(ダイセル社製、商品名:プラクセル等)、ブチレンサクシネートの重合体であるポリアルキレンアルカノエート、ポリブチレンサクシネート等のポリエステル類、ポリ−γ−グルタメート(味の素社製、商品名:ポリグルタミン酸など)等のポリアミノ酸類などを挙げることができる。
なお、これらの人工合成オリゴマー及びポリマーの変性体も好適に使用できる。
Examples of the artificially synthesized oligomer and polymer include polylactic acid (manufactured by Shimadzu Corporation, trade name: Lacty, etc.), polyalphahydroxy acid such as polyglycolic acid, polyomegahydroxyalkanoate such as polyepsilon caprolactone (manufactured by Daicel Corporation, product) Name: Plaxel, etc.), polyalkylene alkanoates which are polymers of butylene succinate, polyesters such as polybutylene succinate, polyamino acids such as poly-γ-glutamate (manufactured by Ajinomoto Co., Inc., trade name: polyglutamic acid, etc.) And so on.
In addition, modified products of these artificially synthesized oligomers and polymers can be suitably used.
また、天然合成オリゴマー及びポリマーとしては、澱粉、アミロース、セルロース、セルロースエステル、キチン、キトサン、ゲランガム、カルボキシル基含有セルロース、カルボキシル基含有デンプン、ペクチン酸、アルギン酸などの多糖類;微生物により合成されるヒドロキシブチレート及び/又はヒドロキシバリレートの重合体であるポリベータヒドロキシアルカノエート(ゼネカ社製、商品名:バイオポール等)などを挙げることができ、中でも、澱粉、アミロース、セルロース、セルロースエステル、キチン、キトサン、微生物により合成されるヒドロキシブチレート及び/又はヒドロキシバリレートの重合体であるポリベータヒドロキシアルカノエート等が好ましい。
なお、天然合成オリゴマー及びポリマーの変性体も好適に使用できる。
Naturally synthesized oligomers and polymers include starch, amylose, cellulose, cellulose ester, chitin, chitosan, gellan gum, carboxyl group-containing cellulose, carboxyl group-containing starch, pectic acid, alginic acid and other polysaccharides; hydroxy synthesized by microorganisms Polybetahydroxyalkanoate which is a polymer of butyrate and / or hydroxyvalerate (manufactured by Zeneca, trade name: Biopol, etc.) can be mentioned, among others, starch, amylose, cellulose, cellulose ester, chitin, Chitosan, hydroxybutyrate synthesized by microorganisms and / or polybetahydroxyhydroxyalkanoate which is a polymer of hydroxyvalerate are preferred.
Naturally modified oligomers and modified polymers can also be suitably used.
更に、天然合成オリゴマー及びポリマーの変性体としては、リグニン等を使用できる。リグニンは、木材中に20〜30%含有されるコニフェリルアルコール及びシナピルアルコールの脱水素重合体で、生分解される。 Furthermore, lignin etc. can be used as a modified body of natural synthetic oligomer and polymer. Lignin is a biodegradable dehydrogenated polymer of coniferyl alcohol and sinapyr alcohol contained in wood by 20-30%.
以上の様な生分解性樹脂材料の中でも、人工合成生分解性オリゴマー及びポリマー、人工合成生分解性オリゴマー及びポリマーの変性体、天然合成生分解性オリゴマー及びポリマーの変性体が、分子間の結合力が適度であるため熱可塑性に優れ、溶融時の粘度が著しく上昇することは無く、良好な成形加工性を有するため好ましい。 Among the biodegradable resin materials as described above, artificial synthetic biodegradable oligomers and polymers, modified artificial biodegradable oligomers and polymers, natural synthetic biodegradable oligomers and modified polymers are intermolecular bonds. Since the force is moderate, it is excellent in thermoplasticity, the viscosity at the time of melting does not increase remarkably, and it is preferable because it has good moldability.
なかでも、ポリエステル類およびポリエステル類の変性体が好ましく、脂肪族ポリエステル類および脂肪族ポリエステル類の変性体が更に好ましい。また、ポリアミノ酸類およびポリアミノ酸類の変性体が好ましく、脂肪族ポリアミノ酸類および脂肪族ポリアミノ酸類の変性体が更に好ましい。また、ポリオール類およびポリオール類の変性体が好ましく、脂肪族ポリオール類および脂肪族ポリオール類の変性体が更に好ましい。 Of these, polyesters and modified products of polyesters are preferable, and aliphatic polyesters and modified products of aliphatic polyesters are more preferable. Polyamino acids and modified products of polyamino acids are preferable, and aliphatic polyamino acids and modified products of aliphatic polyamino acids are more preferable. Also, polyols and modified products of polyols are preferable, and aliphatic polyols and modified products of aliphatic polyols are more preferable.
以上の植物由来樹脂材料のうちこれを利用した樹脂組成物のTmが40℃≦Tm≦200℃の範囲にあり、Tgが−70℃≦Tg≦10℃となるものを用いることができる。例えば、ポリブチレンサクシネートはTmが約110℃であり、Tgが−30℃付近にあるため、好適に用いることが可能である。また、ポリ−4−ヒドロキシブタネート(Tg;約−34℃、Tm;約52℃)、ポリ−5−ヒドロキシバリレート(Tg;約−40℃、Tm;約57℃)、ポリ−3−ヒドロキシプロピレート(Tg;約−25℃、Tm;約102℃)などのポリヒドロキシアルカノエートなども同じく好適に用いることが可能である。 Of the above plant-derived resin materials, those having a Tm of 40 ° C. ≦ Tm ≦ 200 ° C. and a Tg of −70 ° C. ≦ Tg ≦ 10 ° C. can be used. For example, polybutylene succinate can be preferably used because Tm is about 110 ° C. and Tg is around −30 ° C. Also, poly-4-hydroxybutanate (Tg; about −34 ° C., Tm; about 52 ° C.), poly-5-hydroxyvalerate (Tg; about −40 ° C., Tm; about 57 ° C.), poly-3- Polyhydroxyalkanoates such as hydroxypropylate (Tg; about −25 ° C., Tm; about 102 ° C.) can also be suitably used.
さらに、最終的な樹脂組成物のTgやTmが上述の温度範囲に入っていればよいので、上述の植物由来樹脂から選ばれる2種類以上の樹脂をもとに、アロイや共重合体を形成してこれを用いることも可能である。例えば、ポリブチレンサクシネートやポリヒドロキシアルカノエートにデンプンを加えてもよい(TgやTmに変化はない)。 Furthermore, since the final resin composition Tg and Tm only need to be within the above temperature range, an alloy or copolymer is formed based on two or more kinds of resins selected from the above plant-derived resins. It is also possible to use this. For example, starch may be added to polybutylene succinate or polyhydroxyalkanoate (Tg and Tm are not changed).
また、単独でのTmが40℃未満の樹脂であったり、Tgが10℃以上であっても、高いTmを有する樹脂や低いTgを有する樹脂との共重合やブレンドによりTmやTgの調節が可能である。 Even if the Tm alone is less than 40 ° C. or the Tg is 10 ° C. or more, the Tm and Tg can be adjusted by copolymerization or blending with a resin having a high Tm or a resin having a low Tg. Is possible.
また、樹脂の架橋構造により結晶化度の調節が可能である。例えば、前駆体の分子量を下げたり、前駆体の官能基の数を増やしたりすることで、架橋密度が上がり樹脂の結晶化度を下げることができる。前駆体の分子量を上げたり、前駆体の官能基の数を減らしたりすることにより、架橋密度が下がり樹脂の結晶化度を上げることができる。結晶化度を下げることにより、弾性率を下げることが可能であり、第二形状を変形しやすく調整することが可能である。また、Tgについても架橋度を上げることによりTgは上昇し、架橋度を下げることによりTgは下降するため、これを調整することが可能である。 In addition, the degree of crystallinity can be adjusted by the crosslinked structure of the resin. For example, by reducing the molecular weight of the precursor or increasing the number of functional groups of the precursor, the crosslinking density can be increased and the crystallinity of the resin can be lowered. By increasing the molecular weight of the precursor or reducing the number of functional groups of the precursor, the crosslinking density can be lowered and the crystallinity of the resin can be increased. By reducing the degree of crystallinity, the elastic modulus can be lowered and the second shape can be easily deformed and adjusted. Further, Tg is increased by increasing the degree of crosslinking, and Tg is decreased by decreasing the degree of crosslinking. Therefore, it is possible to adjust Tg.
ただし、上述の植物由来樹脂材料をもとに、このように誘導された架橋樹脂前駆体の数平均分子量が下記の範囲内にありながら、結晶化度の過度の低下により、第二形状を固定できなくなる場合は、その植物樹脂材料または樹脂材料混合物は使用できない。 However, based on the plant-derived resin material described above, the number average molecular weight of the crosslinked resin precursor thus derived is within the following range, but the second shape is fixed due to excessive decrease in crystallinity. If it becomes impossible, the plant resin material or resin material mixture cannot be used.
上記前駆体の数平均分子量(以下分子量と略す)は500〜100,000の範囲で用いる。好ましくは、1,000〜10,000である。前駆体の分子量が500未満であると、樹脂の機械的特性や加工性が劣る場合がある。また、100,000を超えると、架橋密度が低くなるため、第一形状の形状記憶性に劣る場合があるが、分岐構造を取り入れて架橋密度を上げることにより更に高い分子量の前駆体を用いることも可能である。 The number average molecular weight (hereinafter abbreviated as molecular weight) of the precursor is used in the range of 500 to 100,000. Preferably, it is 1,000-10,000. If the molecular weight of the precursor is less than 500, the mechanical properties and processability of the resin may be inferior. In addition, if it exceeds 100,000, the crosslink density becomes low, so the shape memory property of the first shape may be inferior. However, by using a branched structure to increase the crosslink density, a higher molecular weight precursor should be used. Is also possible.
前駆体の種類は一種類以上用いる必要がある。また、架橋体も一種類以上複数用いることが可能である。三次元架橋構造を得るためには、前駆体または架橋体のうち少なくとも一種類は架橋部位を3つ以上持っていることが必要である。 It is necessary to use one or more kinds of precursors. One or more cross-linked bodies can be used. In order to obtain a three-dimensional cross-linked structure, at least one of the precursor or the cross-linked product needs to have three or more cross-linked sites.
また、Tm上下の温度における貯蔵剛性率G’(Pa)の比率(G’{Tm}/G’{Tm+20℃})およびTg上下の温度における貯蔵剛性率G’(Pa)の比率(G’{Tg}/G’{Tg+20℃})がともに1.0×101以上、好ましくは2.0×101以上であり、かつ(G’{Tg}/G’{Tm+20℃})が1.0×107以下の範囲、好ましくは1.0×105以下の範囲にある架橋物を用いる。G’は、Tg以上の温度では非晶相のミクロブラウン運動、Tm以上では結晶相の溶融に伴うミクロブラウン運動の活発化に伴い低下するため、TgおよびTm(または、上下の温度におけるG’の比率が変形しやすさの指標となる。この(G’{Tm}/G’{Tm+20℃})および(G’{Tg}/G’{Tg+20℃})が1.0×101未満ではTg以上の温度域でも十分なゴム性を示さなくなり変形しにくくなる。しかし、架橋密度が過度に低下した場合など形状を記憶するのに十分な網目構造を形成できなくなった場合も、熱可塑性樹脂と同様にTm以上での弾性率が大幅に低下し、形状記憶性が失われる。従って、(G’{Tg}/G’{Tm+20℃})が1.0×107以下であることが好ましい。 Further, the ratio (G ′ {Tm} / G ′ {Tm + 20 ° C.}) of the storage rigidity G ′ (Pa) at temperatures above and below Tm and the ratio (G ′ of the storage rigidity G ′ (Pa) at temperatures above and below Tg. {Tg} / G ′ {Tg + 20 ° C.} are both 1.0 × 10 1 or more, preferably 2.0 × 10 1 or more, and (G ′ {Tg} / G ′ {Tm + 20 ° C.}) is 1. A cross-linked product in a range of 0.0 × 10 7 or less, preferably 1.0 × 10 5 or less is used. G ′ decreases with the activation of the micro-Brownian motion of the amorphous phase at temperatures above Tg, and the micro-Brownian motion associated with melting of the crystal phase at temperatures above Tm, so Tg and Tm (or G ′ at the upper and lower temperatures) The ratio of (G ′ {Tm} / G ′ {Tm + 20 ° C.}) and (G ′ {Tg} / G ′ {Tg + 20 ° C.}) is less than 1.0 × 10 1. However, even if the temperature is higher than Tg, it does not exhibit sufficient rubber properties and is difficult to deform.However, even when the network structure is insufficient to memorize the shape, such as when the crosslinking density is excessively reduced, the thermoplasticity As with the resin, the elastic modulus at Tm or more is greatly reduced and the shape memory property is lost, so (G ′ {Tg} / G ′ {Tm + 20 ° C.}) is 1.0 × 10 7 or less. Is preferred.
また、本発明の形状記憶性樹脂を得るに際して、所望の特性を損なわない範囲で、無機フィラー、有機フィラー、補強材、着色剤、安定剤(ラジカル捕捉剤、酸化防止剤など)、抗菌剤、防かび材、難燃剤などを、必要に応じて併用できる。無機フィラーとしては、シリカ、アルミナ、タルク、砂、粘土、鉱滓などを使用できる。有機フィラーとしては、ポリアミド繊維や植物繊維などの有機繊維を使用できる。補強材としては、ガラス繊維、炭素繊維、ポリアミド繊維、ポリアリレート繊維、針状無機物、繊維状フッ素樹脂などを使用できる。抗菌剤としては、銀イオン、銅イオン、これらを含有するゼオライトなどを使用できる。難燃剤としては、シリコーン系難燃剤、臭素系難燃剤、燐系難燃剤、無機系難燃剤などを使用できる。 In obtaining the shape memory resin of the present invention, an inorganic filler, an organic filler, a reinforcing material, a colorant, a stabilizer (such as a radical scavenger and an antioxidant), an antibacterial agent, and the like, as long as desired properties are not impaired. An antifungal material, a flame retardant, etc. can be used together as needed. As the inorganic filler, silica, alumina, talc, sand, clay, slag and the like can be used. As the organic filler, organic fibers such as polyamide fibers and plant fibers can be used. As the reinforcing material, glass fiber, carbon fiber, polyamide fiber, polyarylate fiber, acicular inorganic material, fibrous fluororesin, or the like can be used. As the antibacterial agent, silver ions, copper ions, zeolites containing these, and the like can be used. As the flame retardant, silicone flame retardant, bromine flame retardant, phosphorus flame retardant, inorganic flame retardant and the like can be used.
以上の様な樹脂および樹脂組成物は、射出成形法、フィルム成形法、ブロー成形法、発泡成形法などの一般的な熱可塑性樹脂の成形方法により、電化製品の筐体などの電気・電子機器用途等様々な成形体に加工できる。 Resins and resin compositions such as those described above can be used for electrical and electronic equipment such as casings of electrical appliances by general thermoplastic resin molding methods such as injection molding, film molding, blow molding, and foam molding. It can be processed into various forms such as uses.
以下に実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、これらは、本発明を何ら限定するものではない。なお、以下特に明記しない限り、試薬等は市販の高純度品を用いた。なお、数平均分子量はゲルパーミエーションクロマトグラム法により測定し、標準ポリスチレンを用いて換算した。また、以下の方法で性能を評価した。 The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but these examples do not limit the present invention. Unless otherwise specified, commercially available high-purity products were used as reagents. The number average molecular weight was measured by a gel permeation chromatogram method and converted using standard polystyrene. The performance was evaluated by the following method.
結晶化温度(Tc)、ガラス転移温度(Tg)、結晶溶融温度(Tm)、開裂温度(Td):セイコーインスツルメント社製DSC測定装置(商品名:DSC6000)をもちいて、溶融温度(高温域)から降温速度10℃/分で測定をおこない、Tcを求めた。続いて昇温速度10℃/分で(低温域から)測定を行い、Tg、Tm、Tdを決定した。(概念図は図5を参照) Crystallization temperature (Tc), glass transition temperature (Tg), crystal melting temperature (Tm), cleavage temperature (Td): melting temperature (high temperature) using a DSC measuring device (trade name: DSC6000) manufactured by Seiko Instruments Inc. The temperature was measured at a temperature drop rate of 10 ° C./min. Subsequently, measurement was performed at a temperature increase rate of 10 ° C./min (from a low temperature range) to determine Tg, Tm, and Td. (See Figure 5 for a conceptual diagram)
形状記憶性:2cm×5cm×1.0mmの成型体(第一形状)を作成し、Tm+20℃で加熱し、成型体の中央を30°に折り曲げて5秒間変形後、常温まで冷却することにより第二形状を得た。この時の成型体の角度(A1)で評価した。20°≦A1≦30°を○、10°≦A1<20°を△、0°≦A1<10°を×とした。次に変形した成型体を逆方向に折り曲げて(−30°)5秒間変形後Tg以下の温度に冷却することにより第三形状を得た。この時のフィルムの変形性を角度(A2)で評価した。−20°≦A2≦−30°を○、−10°≦A2<−20°を△、0°≦A2<−10°を×とした。再び常温(Tg以上Tm未満)に加熱し、回復性を角度(A3)で評価した。0°<A3≦10°を×、10°<A3≦20°を△、20°≦A3≦30°を○とした。更に成型体をTm+20℃で60秒間加熱し、回復性を角度(A4)で評価した。20°<A4≦30°を×、10°<A4≦20°を△、0°≦A4≦10°を○とした。 Shape memory: Create a 2cm x 5cm x 1.0mm molded body (first shape), heat at Tm + 20 ° C, fold the center of the molded body to 30 °, deform for 5 seconds, and then cool to room temperature A second shape was obtained. Evaluation was made at the angle (A1) of the molded body at this time. 20 ° ≦ A1 ≦ 30 ° was evaluated as “◯”, 10 ° ≦ A1 <20 ° as “Δ”, and 0 ° ≦ A1 <10 ° as “×”. Next, the deformed molded body was bent in the opposite direction (−30 °), deformed for 5 seconds, and then cooled to a temperature equal to or lower than Tg to obtain a third shape. The deformability of the film at this time was evaluated by the angle (A2). −20 ° ≦ A2 ≦ −30 ° was evaluated as “◯”, −10 ° ≦ A2 <−20 ° as Δ, and 0 ° ≦ A2 <−10 ° as “×”. It heated again to normal temperature (Tg or more and less than Tm), and recoverability was evaluated by angle (A3). 0 ° <A3 ≦ 10 ° was taken as x, 10 ° <A3 ≦ 20 ° was taken as Δ, and 20 ° ≦ A3 ≦ 30 ° was taken as ○. Further, the molded body was heated at Tm + 20 ° C. for 60 seconds, and the recoverability was evaluated by the angle (A4). 20 ° <A4 ≦ 30 ° was evaluated as x, 10 ° <A4 ≦ 20 ° as Δ, and 0 ° ≦ A4 ≦ 10 ° as ○.
再成形性:上記成型体を200℃で加熱し、再度成形を試みた。ただし、比較例3は、250℃に加熱した。溶融できなかったものを×、できたものを○とした。ただし、溶融しても再成形前と同様の形状記憶特性を示さなかったものも×とした。 Remoldability: The molded body was heated at 200 ° C., and molding was attempted again. However, Comparative Example 3 was heated to 250 ° C. Those that could not be melted were marked with ×, and those that were melted were marked with ○. However, even if melted, those that did not show the same shape memory characteristics as before re-molding were also marked as x.
前駆体としてポリブチレンサクシネートの実施例を以下に示す。ポリブチレンサクシネートは生分解性を有し、植物由来材料として合成することが可能であるため、環境問題の面から好ましい材料である。また、結晶溶融温度(Tm)が110℃前後であり、容易に溶融可能である。結晶化温度(Tc)は70℃前後の範囲にあり、常温域より高いため、第二形状を容易に保持可能である。さらに、ガラス転移温度(Tg)が−30℃前後であることから、第三形状の固定化も容易である。ポリブチレンサクシネートに優れた形状記憶性とリサイクル性を付与するため、以下の材料設計を行った。まず、200℃以上でポリブチレンサクシネートの熱分解が起こるため、解離温度(Td)が120℃以上200℃以下の可逆架橋部位を選択した。この可逆反応としては、ディールス−アルダー型、カルボキシル−アルケニルオキシ型、ウレタン型等を利用できる。次に、ポリブチレンサクシネートに可逆架橋部位を導入し、3次元架橋した。最後に、架橋樹脂の形状記憶性とリサイクル性について検証した。 Examples of polybutylene succinate as a precursor are shown below. Since polybutylene succinate has biodegradability and can be synthesized as a plant-derived material, it is a preferable material from the viewpoint of environmental problems. Further, the crystal melting temperature (Tm) is around 110 ° C., and it can be easily melted. Since the crystallization temperature (Tc) is in the range of around 70 ° C. and higher than the normal temperature range, the second shape can be easily retained. Furthermore, since the glass transition temperature (Tg) is around −30 ° C., the third shape can be easily fixed. In order to impart excellent shape memory and recyclability to polybutylene succinate, the following materials were designed. First, since the thermal decomposition of polybutylene succinate occurs at 200 ° C. or higher, a reversible crosslinking site having a dissociation temperature (Td) of 120 ° C. or higher and 200 ° C. or lower was selected. As this reversible reaction, Diels-Alder type, carboxyl-alkenyloxy type, urethane type and the like can be used. Next, a reversible crosslinking site was introduced into the polybutylene succinate, and three-dimensional crosslinking was performed. Finally, we verified the shape memory and recyclability of the crosslinked resin.
以下、ディールス−アルダー型であるフランーマレイミド結合をポリブチレンサクシネートに導入した実施例を示す。フランーマレイミド結合の解離温度は文献(非特許文献2)において80℃あるいは140℃と記載されているが、下記の実施例で示すように、解離温度は150℃であり、ポリブチレンサクシネートベースの樹脂に対し好適な架橋部位となる。 Hereinafter, examples in which a Diels-Alder type furan-maleimide bond is introduced into polybutylene succinate are shown. The dissociation temperature of the furan-maleimide bond is described as 80 ° C. or 140 ° C. in the literature (Non-patent Document 2). As shown in the following examples, the dissociation temperature is 150 ° C., and the polybutylene succinate base is used. It becomes a suitable crosslinking site for the resin.
[実施例1]
2−フルフリルアルコール100gと、無水コハク酸112gおよびピリジン2mlをクロロホルム1Lに溶解させ、10時間還流した。これを水洗した後、溶媒を留去することで、フラン誘導体[F1]を合成した。
[Example 1]
100 g of 2-furfuryl alcohol, 112 g of succinic anhydride and 2 ml of pyridine were dissolved in 1 L of chloroform and refluxed for 10 hours. After washing this with water, the solvent was distilled off to synthesize furan derivative [F1].
攪拌機、分流コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した1Lのセパラブルフラスコに、コハク酸118g(1.0モル)、1,4−ブタンジオール95g(1.05モル)を仕込み、窒素雰囲気下180〜220℃で1時間脱水縮合を行った。続いて、クロロホルムおよびメタノールによる再沈により数平均分子量510の両末端ヒドロキシル基脂肪族ポリエステル(R1)を得た。 A 1 L separable flask equipped with a stirrer, a shunt condenser, a thermometer, and a nitrogen introduction tube was charged with 118 g (1.0 mol) of succinic acid and 95 g (1.05 mol) of 1,4-butanediol under a nitrogen atmosphere. Dehydration condensation was performed at 180 to 220 ° C. for 1 hour. Subsequently, both terminal hydroxyl group aliphatic polyester (R1) having a number average molecular weight of 510 was obtained by reprecipitation with chloroform and methanol.
クロロホルム500mlに、1−エチル−3−(3’−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロライド(WSC)21.1g(0.11モル)、ピリジン8.7g(0.11モル)、[F1]21.8g(0.11モル)、(R1)25.5g(0.05モル)を添加し、10時間還流した。これを水洗し硫酸マグネシウムで乾燥後、メタノールを用いて再沈しフラン変性ポリブチレンサクシネート[R2]を得た(分子量900)。 To 500 ml of chloroform, 21.1 g (0.11 mol) of 1-ethyl-3- (3′-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC), 8.7 g (0.11 mol) of pyridine, [F1] 21. 8 g (0.11 mol) and 25.5 g (0.05 mol) of (R1) were added and refluxed for 10 hours. This was washed with water, dried over magnesium sulfate, and reprecipitated with methanol to obtain furan-modified polybutylene succinate [R2] (molecular weight 900).
ジメチルホルムアミド(DMF)100mlに溶解したトリス(2−アミノエチル)アミン25mlを75℃に加熱後、DMF250mlに溶解したexo-3,6−エポキシ−1,2,3,6−テトラヒドロフタル酸無水物100gを1時間かけて滴下し、2時間撹拌した。さらに無水酢酸200ml、トリエチルアミン10ml、酢酸ニッケル1gを添加し、3時間撹拌した。撹拌後、水1000mlを加え、溶媒を60℃で減圧加熱後、クロロホルムに溶解し、水洗した。クロロホルムを減圧留去後、シリカゲルクロマトグラフィーで精製した。さらに窒素下トルエンで24時間還流後、再結晶により3官能マレイミド[R3](分子量386)を得た。 Exo-3,6-epoxy-1,2,3,6-tetrahydrophthalic anhydride dissolved in 250 ml of DMF after heating 25 ml of tris (2-aminoethyl) amine dissolved in 100 ml of dimethylformamide (DMF) 100 g was added dropwise over 1 hour and stirred for 2 hours. Further, 200 ml of acetic anhydride, 10 ml of triethylamine and 1 g of nickel acetate were added and stirred for 3 hours. After stirring, 1000 ml of water was added, the solvent was heated under reduced pressure at 60 ° C., dissolved in chloroform, and washed with water. Chloroform was distilled off under reduced pressure and purified by silica gel chromatography. Further, after refluxing with toluene under nitrogen for 24 hours, trifunctional maleimide [R3] (molecular weight 386) was obtained by recrystallization.
次に(R2)27g(0.03モル)および(R3)7.7g(0.02モル)を150℃で溶融混合し、金型に流し込んだ後、100℃で1時間架橋反応を行い、成形物を得た。 Next, (R2) 27 g (0.03 mol) and (R3) 7.7 g (0.02 mol) were melt-mixed at 150 ° C., poured into a mold, and then subjected to a crosslinking reaction at 100 ° C. for 1 hour. A molded product was obtained.
[実施例2]
攪拌機、分流コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した1Lのセパラブルフラスコに、コハク酸118g(1.0モル)、1,4−ブタンジオール95g(1.05モル)を仕込み、窒素雰囲気下180〜220℃で7時間脱水縮合を行った。続いて、減圧下180〜220℃で0.5時間脱グリコール反応を行い、クロロホルムおよびメタノールによる再沈により数平均分子量1600の両末端ヒドロキシル基脂肪族ポリエステル(R4)を得た。
[Example 2]
A 1 L separable flask equipped with a stirrer, a shunt condenser, a thermometer, and a nitrogen introduction tube was charged with 118 g (1.0 mol) of succinic acid and 95 g (1.05 mol) of 1,4-butanediol under a nitrogen atmosphere. Dehydration condensation was performed at 180 to 220 ° C. for 7 hours. Subsequently, a deglycolization reaction was performed at 180 to 220 ° C. under reduced pressure for 0.5 hour, and a hydroxyl group aliphatic polyester (R4) having a number average molecular weight of 1600 was obtained by reprecipitation with chloroform and methanol.
クロロホルム500mlに、1−エチル−3−(3’−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロライド(WSC)12.65g(0.066モル)、ピリジン5.21g(0.066モル)、[F1]13.08g(0.066モル)、(R4)48g(0.03モル)を添加し、10時間還流した。これを水洗し硫酸マグネシウムで乾燥後、メタノールを用いて再沈しフラン変性ポリブチレンサクシネート[R5]を得た(分子量2000)。 To 500 ml of chloroform, 12.65 g (0.066 mol) of 1-ethyl-3- (3′-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC), 5.21 g (0.066 mol) of pyridine, [F1] 13. 08 g (0.066 mol) and 48 g (0.03 mol) of (R4) were added and refluxed for 10 hours. This was washed with water, dried over magnesium sulfate, and reprecipitated with methanol to obtain furan-modified polybutylene succinate [R5] (molecular weight 2000).
次に、(R5)18.0g(0.009モル)および(R3)2.32g(0.006モル)を150℃で溶融混合し、金型に流し込んだ後、100℃で1時間架橋反応を行い、成形物を得た。 Next, (R5) 18.0 g (0.009 mol) and (R3) 2.32 g (0.006 mol) were melt-mixed at 150 ° C., poured into a mold, and then crosslinked at 100 ° C. for 1 hour. To obtain a molded product.
[実施例3]
攪拌機、分流コンデンサー、温度計、窒素導入管を付した1Lのセパラブルフラスコに、コハク酸118g(1.0モル)、1,4−ブタンジオール108g(1.2モル)を仕込み、窒素雰囲気下180〜220℃で4時間脱水縮合を行った。続いて、減圧下180〜220℃で13時間脱グリコール反応を行い、水およびビニルグリコールを留去して、数平均分子量10,600の両末端ヒドロキシル基脂肪族ポリエステル(R6)を得た。
[Example 3]
A 1 L separable flask equipped with a stirrer, a shunt condenser, a thermometer, and a nitrogen introduction tube was charged with 118 g (1.0 mol) of succinic acid and 108 g (1.2 mol) of 1,4-butanediol under a nitrogen atmosphere. Dehydration condensation was performed at 180 to 220 ° C. for 4 hours. Subsequently, a deglycolization reaction was performed at 180 to 220 ° C. under reduced pressure for 13 hours, and water and vinyl glycol were distilled off to obtain a hydroxyl group aliphatic polyester (R6) having a number average molecular weight of 10,600.
クロロホルム500mlに、1−エチル−3−(3’−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロライド(WSC)1.05g(0.0055モル)、ピリジン0.434g(0.0055モル)、[F1]1.09g(0.0055モル)、(R5)53g(0.005モル)を添加し、10時間還流した。これを水洗し硫酸マグネシウムで乾燥後、メタノールを用いて再沈しフラン変性ポリブチレンサクシネート[R7]を得た(分子量10,100)。 To 500 ml of chloroform, 1.05 g (0.0055 mol) of 1-ethyl-3- (3′-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC), 0.434 g (0.0055 mol) of pyridine, [F1] 09 g (0.0055 mol) and 53 g (0.005 mol) of (R5) were added and refluxed for 10 hours. This was washed with water, dried over magnesium sulfate, and reprecipitated with methanol to obtain furan-modified polybutylene succinate [R7] (molecular weight 10,100).
次に(R7)30g(0.003モル)および(R3)0.77g(0.002モル)を150℃で溶融混合し、金型に流し込んだ後、100℃で1時間架橋反応を行い、成形物を得た。 Next, 30 g (0.003 mol) of (R7) and 0.77 g (0.002 mol) of (R3) were melt mixed at 150 ° C., poured into a mold, and then subjected to a crosslinking reaction at 100 ° C. for 1 hour. A molded product was obtained.
[比較例1]
数平均分子量10,600の両末端ヒドロキシル基脂肪族ポリエステル(R6)32g(0.003モル)にリジントリイソシアネート(協和発酵ケミカル(株))0.534g(0.002モル)を150℃で溶融混合し、金型に流し込んだ後、150℃で1時間架橋反応を行い、成形物を得た。
[Comparative Example 1]
Melting 0.534 g (0.002 mol) of lysine triisocyanate (Kyowa Hakko Chemical Co., Ltd.) at 150 ° C. into 32 g (0.003 mol) of hydroxyl group aliphatic polyester (R6) having a number average molecular weight of 10,600. After mixing and pouring into a mold, a crosslinking reaction was performed at 150 ° C. for 1 hour to obtain a molded product.
[比較例2]
市販のPBS(昭和高分子 #1020)を金型内で200℃に加熱溶融・冷却固化して、評価用の成形物を製造した。
[Comparative Example 2]
Commercially available PBS (Showa Polymer # 1020) was heated, melted and cooled to 200 ° C. in a mold to produce a molded product for evaluation.
[比較例3]
市販の熱可塑型形状記憶性樹脂(「ディアプレックス」(商品名)、三菱重工業(株)製)を金型内で200℃に加熱溶融・冷却固化して、評価用の成形物を製造した。
[Comparative Example 3]
A commercially available thermoplastic shape memory resin (“Diaplex” (trade name), manufactured by Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.) was heated, melted and cooled to 200 ° C. in a mold to produce a molded product for evaluation. .
[比較例4]
市販の熱硬化型形状記憶性樹脂(「クラプレンHMシート」(商品名)、(株)クラレ製)を使用して、評価用の成型体を製造した。
[Comparative Example 4]
A molded product for evaluation was manufactured using a commercially available thermosetting shape memory resin (“Kuraprene HM sheet” (trade name), manufactured by Kuraray Co., Ltd.).
[比較例5]
クロロホルム500mlに、1−エチル−3−(3’−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドヒドロクロライド(WSC)42.17g(0.22モル)、ピリジン17.4g(0.22モル)、[F1]43.6g(0.22モル)、1,4−ブタンジオール90.1g(0.1モル)を添加し、10時間還流した。これを水洗し硫酸マグネシウムで乾燥後、溶媒を留去することでフラン変性ポリブチレンサクシネート[R8]を得た(分子量500)。
[Comparative Example 5]
To 500 ml of chloroform, 42.17 g (0.22 mol) of 1-ethyl-3- (3′-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (WSC), 17.4 g (0.22 mol) of pyridine, [F1] 43. 6 g (0.22 mol) and 90.1 g (0.1 mol) of 1,4-butanediol were added and refluxed for 10 hours. This was washed with water, dried over magnesium sulfate, and the solvent was distilled off to obtain furan-modified polybutylene succinate [R8] (molecular weight 500).
次に(R8)14.0g(0.03モル)および(R3)7.7g(0.02モル)を150℃で溶融混合し、金型に流し込んだ後、100℃で1時間架橋反応を行い、成形物を得た。 Next, (R8) 14.0 g (0.03 mol) and (R3) 7.7 g (0.02 mol) were melt-mixed at 150 ° C., poured into a mold, and then subjected to a crosslinking reaction at 100 ° C. for 1 hour. To obtain a molded product.
[形状記憶性]
上記、8例について形状記憶性、形状回復性、再成形性を評価した。(表1)
[Shape memory]
The above 8 examples were evaluated for shape memory property, shape recoverability, and remoldability. (Table 1)
表1より明らかに、比較例3、5以外は−75℃≦Tg≦10℃、40℃≦Tm≦200℃を満たしており、第二形状の固定および第三形状の固定を可能にするための条件を満たしている。 As apparent from Table 1, except for Comparative Examples 3 and 5, −75 ° C. ≦ Tg ≦ 10 ° C. and 40 ° C. ≦ Tm ≦ 200 ° C. are satisfied, so that the second shape and the third shape can be fixed. Meet the conditions.
表2の形状記憶性の評価結果をみると、実施例1〜3に示した材料は、何れも2段階の優れた形状記憶性を示した。比較例1,4は2段階の形状記憶を示した。しかし、比較例1は、生分解は可能であるが、非可逆架橋なので第一形状の溶融ができず再成形ができない(エネルギー効率に優れるマテリアルリサイクルは不可能である)。また、比較例4は石油系の原料を用いており、生分解ももたないことから、環境適合性に劣る材料であり、第1形状の溶融ができないことからリサイクルは不可能である。比較例2、3は、架橋構造をとっていないことから、3つの形状を保持することは不可能である。比較例5は前駆体の分子量が500程度であり、第一形状復元は可能であった。しかし、実施例に比べ分子量が小さいため、架橋度が高く変形しにくくなっていた。また、ここで用いたポリブチレンサクシネート(植物由来樹脂材料)は架橋度の上昇に伴い結晶化しなくなった(Tmも測定不可能であった)ため第二形状の固定ができない結果となった。 When the evaluation result of the shape memory property of Table 2 was seen, all of the materials shown in Examples 1 to 3 showed an excellent shape memory property in two stages. Comparative Examples 1 and 4 showed two-stage shape memory. However, Comparative Example 1 can be biodegradable, but cannot be reshaped because the first shape cannot be melted because of irreversible crosslinking (material recycling with excellent energy efficiency is impossible). Moreover, since the comparative example 4 uses the petroleum-type raw material and does not have biodegradation, it is a material inferior to environmental compatibility, and since the 1st shape cannot be melt | dissolved, it cannot recycle. Since Comparative Examples 2 and 3 do not have a crosslinked structure, it is impossible to maintain the three shapes. In Comparative Example 5, the molecular weight of the precursor was about 500, and the first shape restoration was possible. However, since the molecular weight was smaller than in the examples, the degree of crosslinking was high and deformation was difficult. Moreover, since the polybutylene succinate (plant-derived resin material) used here did not crystallize with an increase in the degree of crosslinking (Tm could not be measured), the second shape could not be fixed.
このように優れた形状記憶性を備えた本発明品は、電子機器用部材等様々な成形体に使用することが出来る。例えば電子機器(パソコンや携帯電話等)の外装材、ねじ、締め付けピン、スイッチ、センサー、情報記録装置、OA機器等のローラー、ベルト等の部品、ソケット、パレット等の梱包材、冷暖房空調機の開閉弁、熱収縮チューブ等に使用することができる。他にも、バンパー、ハンドル、バックミラー等の自動車用部材、ギブス、おもちゃ、めがねフレーム、歯科矯正用ワイヤー、床ずれ防止寝具等の家庭用部材等として、各種分野に応用することが出来る。 The product of the present invention having such excellent shape memory property can be used for various molded products such as electronic device members. For example, exterior materials for electronic devices (such as personal computers and mobile phones), screws, fastening pins, switches, sensors, information recording devices, rollers for OA equipment, parts such as belts, packing materials for sockets, pallets, etc. It can be used for on-off valves, heat-shrinkable tubes, etc. In addition, it can be applied in various fields as automobile members such as bumpers, handles, rearview mirrors, household members such as casts, toys, glasses frames, orthodontic wires, bed slip prevention bedding, and the like.
Claims (13)
A method for regenerating a shape memory resin molded article, comprising melting and remolding the molded article according to claim 10 or 11 at a temperature not lower than Td and lower than a decomposition temperature of the resin.
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