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JP6066097B2 - ラクタム組成物中でのビニルアロマート−ジエンコポリマーの使用 - Google Patents

ラクタム組成物中でのビニルアロマート−ジエンコポリマーの使用 Download PDF

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Description

本発明は、ラクタム組成物中でのビニルアロマート−ジエンコポリマーの使用に関する。本発明は、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーを含むラクタム溶融液にも関する。更に、本発明は、ラクタム溶融液の製造ならびに例えば注型ポリアミドを製造するための、有利に、ラクタムの活性化アニオン重合の範囲内での当該ラクタム溶融液の使用に関する。
様々に構成されたビニルアロマート−ジエンコポリマー、例えばスチレン−ブタジエンコポリマーは、ここ数年来、公知である。このスチレン−ブタジエンコポリマーは、添加剤として様々な成形材料の製造に使用されうる。本発明により使用される、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーは、その構造内に、ジエンおよびビニルアロマートをランダムに分配して含む、少なくとも1つの単位区間を含む。このコポリマーは、刊行物中で公知の方法により製造されてよい。例えば、欧州特許出願公開第0766706号明細書および欧州特許出願公開第0859803号明細書参照。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第4420952号明細書には、スチレンからなる硬質相を形成する、少なくとも1つのブロックAとブタジエンを有する、ゴム弾性軟質相を形成する1つのブロックBとスチレンおよびブタジエンを含む、少なくとも1つのエラストマーのブロックB/Aとからなるゴム弾性ブロックコポリマーが記載されている。その際に、ブロックA対ブロックB/Aの比は、重要である。
ポリアミドを製造するための様々な方法は、ここ数年来、公知である。典型的なポリアミドは、少なくとも5000g/molの分子量を有する、部分結晶性ポリアミド樹脂および非晶質ポリアミド樹脂であり、これらは、一般的にナイロンと呼称されている。このようなポリアミドは、例えば米国特許第2512606号明細書および米国特許第3393210号明細書中に記載されている。
ポリアミドは、一面で等モル量の飽和ジカルボン酸または芳香族ジカルボン酸を飽和ジアミンまたは芳香族ジアミンと縮合させることによって製造されてよいか、またはω−アミノカルボン酸を縮合させることによって製造されてよいか、または相応するラクタムを重付加させることによって製造されてよい。ポリアミドに対して典型的な例は、ポリヘキサメチレンアジピン酸アミド(Nylon 66)であり、ならびにラクタムを開環することによって得られるポリアミドは、ポリカプロラクタムである。
ポリアミドを製造するためのラクタムの活性化アニオン重合は、化学的に極めて敏感なプロセスであり、このプロセスは、数多くの添加剤によって妨害される。即ち、粘度に影響を及ぼすための通常の増粘剤、例えばポリアクリルアミドは、重合反応にとって不利であるか、またはラクタム溶融液中でほとんど可溶性ではない。
ラクタムの活性化アニオン重合によるポリアミド成形体の製造は、一般に既に1966年にプラスチックハンドブック(KunststoffーHandbuch)(第VI巻,Polyamide,Carl−Hanser−Verlag,1966)中に記載されている。そこでは、ポリアミド成形体の強度を改良するために、別の耐衝撃性改良剤も添加される。使用される耐衝撃性改良剤は、殊にポリアルキレングリコールである(J.L.M.van der Loos,ACS Symposium Series 1985,270,181−191)。耐衝撃性改良剤("Impact Modifier"とも呼称される)の場合、様々なタイプ、例えばポリマーの分子構造と相互作用するタイプ(例えば、ポリアルキレングリコールおよびポリエーテルアミン)、またはポリマーの分子構造と相互作用するのではなく、ポリマーとの混合物(または配合物)を形成するタイプが存在する。
意外なことに、ラクタム組成物、殊にラクタム溶融液の粘度を特別なビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)の添加によって明らかに改善しうることが見い出された。この処置によって、活性化アニオン重合は、一般に改善される。それというのも、この添加剤は、妨害をして影響を及ぼすことがない(かまたは僅かにのみ影響を及ぼす)からである。本発明によるラクタム組成物は、特に、強化されかつ充填された注型ポリアミド部品の製造に適している。殊に、前記処置は、(例えば、ガラス、炭素またはアラミドからの)繊維状強化材および/またはマット状強化材がポリアミド組成物中に混入されることによって可能である。充填材/強化材は、適当な速度で溶融液中で沈澱し、このことは、成形体中で良好で均一な分布を可能にし、かつ製品の改善された性質を生じる。
本発明の対象は、次の成分:
a)少なくとも1つのビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)、
b)少なくとも1つのラクタム成分(B)、殊にε−カプロラクタム、
c)任意に1つ以上の充填材および/または強化材(C)、
d)任意に1つ以上の添加剤(Z)
を含有する、溶融液中での改善された粘度を有するラクタム組成物、殊にラクタム溶融液である。
前記のラクタム組成物は、特に有利な密度特性も有し、その際にこの密度特性は、勿論、使用される充填材および/または強化剤の種類および量に依存する。ラクタム組成物の密度特性および強化材(例えば、アラミド繊維マット)の調整は、成形体の機械的性質にとって重要である。
本発明は、殊に、次の成分:
a)少なくとも1つのビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)3〜25質量%、有利に5〜20質量%(成分AとBの総和に対して)、その際にビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、ビニル芳香族モノマーから構成された、硬質相を形成する、少なくとも1つのブロック(S)とビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーを有する、軟質相を形成する、少なくとも1つのランダムなブロック(S/B)とからなるものとし、
b)少なくとも1つのラクタム成分(B)、殊にε−カプロラクタム75〜97質量%、有利に80〜95質量%(成分AとBの総和に対して)、
c)任意に1つ以上の充填材および/または強化材(C)、ならびに
d)任意に1つ以上の添加剤
を含有する(溶融液中での改善されたかまたは高められた粘度を有する)ラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)において、一方ではモノマーのスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレンおよび/またはp−メチルスチレンを使用し、他方ではモノマーのブタジエン、イソプレンおよび/または2,3−ジメチルブタジエンを使用することによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)がスチレンとブタジエンとから形成されていることによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)において、単数のブロックS/Bの分子量が10000〜250000[g/mol]であり、単数のブロックS(複数のブロックS)の分子量が5000〜200000[g/mol]であり、およびビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)の全分子量が80000〜300000[g/mol]の範囲内にあることによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ラクタム成分として、ε−カプロラクタム、ピペリドン、ピロリドン、ラウリルラクタムまたは記載されたモノマーの2つ以上の混合物が使用されることによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ラクタム組成物が充填材および/または強化材(C)を(全ての成分A、B、CおよびZの総和に対して)5〜80質量%の量で含有することによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ラクタム組成物が添加剤(Z)を(全ての成分A、B、CおよびZの総和に対して)1〜10質量%の量で含有することによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。
本発明は、殊に、ラクタム組成物が溶融液中で140℃で10〜1000mPa.sの粘度を有することによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。本発明は、殊に、ラクタム組成物が溶融液中で140℃で10〜500mPa.sの粘度を有することによって特徴付けられたラクタム組成物に関する。ラクタム組成物(充填材および強化材なし)の密度は、例えば1.06〜1.20g/mlである。
対象は、前記成分の混合による、記載されたラクタム組成物の製造でもある。
対象は、ラクタム溶融液を製造するための、ビニル芳香族モノマーから構成された、硬質相を形成する少なくとも1つのブロック(S)とビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーを有する、軟質相を形成する少なくとも1つのランダムなブロック(S/B)とからなるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーの使用でもある。
また、本発明は、任意に触媒(K)および/または活性剤(V)を使用して、活性化アニオン重合によりポリアミドを製造するための、上記したようなラクタム組成物の使用に関する。
本発明は、殊に、任意に触媒(K)および/または活性剤(V)を使用して、請求項1から9までのいずれか1項に記載のラクタム組成物から製造された、ポリアミド製品、殊に注型ポリアミド製品に関する。
更に、本発明は、前記ラクタム組成物を溶融された形で、任意に触媒(K)および/または活性剤(V)の存在下で、活性化アニオン重合の方法により注型ポリアミドに変換することによって特徴付けられた、上記したようにラクタム組成物を使用してポリアミドを製造する方法に関する。
本発明のさらなる対象は、殊に活性化アニオン重合によりポリアミドを製造するための、殊に強化された、および/または充填された注型ポリアミド部品を製造するための、ラクタム溶融液をもたらすラクタム組成物の使用である。また、本発明の対象は、前記ポリアミドの製造法ならびにラクタム組成物の使用によって製造されるポリアミドまたはポリアミド製品またはポリアミド部品である。
本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、殊に、ビニル芳香族モノマー(例えば、スチレン)から構成された、硬質相を形成する、少なくとも1つのブロックAとビニル芳香族モノマー(例えば、スチレン)ならびにジエン(例えば、ブタジエン)を有する(エラストマーの)、軟質相を形成する1つのブロック(B/A)とからなる。その際に、ブロックAのガラス温度Tgは、25℃を上回り、ブロックB/Aのガラス温度Tgは、25℃を下回る。ブロックA対ブロック(B/A)の相体積比は、全コポリマーに対する硬質相の割合が10〜40体積%であり、ジエンの質量割合が50質量%未満であるように選択されている。1,2−シス/トランス結合と1,4−シス/トランス結合との総和に対するポリジエンの1,2−結合の相対的割合は、たいてい15%未満である。
本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、特にビニル芳香族モノマー成分としてスチレン、α−メチルスチレンおよび/またはビニルトルエンを含む。本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーは、特にジエン成分として1,3−ブタジエンおよび/またはイソプレンを含む。ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、有利に10000〜250000[g/mol]の単数のブロックB/Aの分子量および5000〜200000[g/mol]の単数のブロックA(または複数のブロックA)の分子量を有する。
本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンコポリマーの全分子量は、しばしば80000〜300000[g/mol]、殊に120000〜290000[g/mol]の範囲内にある。
本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、たいてい、ジエン、殊にブタジエン25〜60質量%とビニル芳香族モノマー、殊にスチレン75〜40質量%とからなるモノマー組成物を有する。モノマー組成物全体は、しばしばスチレン75〜40質量%およびブタジエン25〜60質量%である。
本発明により使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、有利に35〜70%の軟質ブロック(B/A)中のブタジエンの割合および65〜30%のスチレンの割合を有し、その際に軟質相(B/A)は、殊にスチレンとブタジエンとからなるランダムコポリマーである。
前記のビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーは、しばしば、欧州特許出願公開第0859803号明細書中に記載されているような簡単な構造式
(A−(B/A))n
(A−(B/A))n−A
を有し、その際に、Aは、ここでビニル芳香族ブロック、殊にスチレンブロックを表わし、および(B/A)は、ジエン単位とビニル芳香族単位とからランダムに構成されたブロック、殊にランダムなブタジエン/スチレンブロックを表わす。係数nは、1〜10の自然数、例えば1、2または3を意味する。しかし、構造式は、より複雑であってもよい。しばしば、構造式A−(B/A)−Aを有するビニルアロマート−ジエンコポリマーが使用され、その際に(B/A)は、特にスチレンとブタジエンとからなるランダムに構成されたコポリマーである。ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)には、(より大きな)ランダムなブロック(B/A)ならびにより多くの(例えば、2つの)より小さなビニルアロマート−ブロックAが存在していてよい。
本発明は、殊に有利にスチレンおよびブタジエンをベースとするビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)の使用に関する。
さらなる好ましい実施態様において、使用されるコポリマー(A)は、60〜70質量%、殊に約65質量%のスチレンの割合を含む。
使用されるビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)は、有利に少なくとも70質量%の「軟質相」を有する。軟質相(軟質ブロック)には、スチレン単位およびブタジエン単位がランダムに分配されて存在する。適当なランダムブロックコポリマーは、例えばStyroflex 2G66(製造業者BASF SE社、Ludwigshafen在)の商品名で入手可能である。
ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、例えば欧州特許出願公開第0859803号明細書の記載により、アニオン重合により、例えば非極性溶剤中のリチウムアルキルを用いて製造され、その際に少なくとも1つの軟質相(B/A)の重合は、例えば可溶性カリウム塩、例えばカリウム−2,3−ジメチル−3−ペンタノラート、カリウム−3,7−ジメチル−3−オクタノラートまたはカリウム−3−エチル−3−ペンタノラートの存在下で行なわれる。
記載されたビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、ラクタム成分(B)中、例えばラクタム溶融液中に溶解されていてよく、その際に特に適当な耐衝撃性改良剤として機能しうる。
この本発明によるラクタム組成物は、追加の成分として、さらなる成分、例えばゴムおよび/または充填材および/または強化材(C)(殊に、繊維状充填材または粒子状充填材)ならびにさらなる添加剤(Z)を含んでいてもよい。
本発明の対象は、注型ポリアミド成形体、注型ポリアミド繊維および注型ポリアミドフィルムを製造するための反応射出成形(RIM)法における、少なくとも1つのビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)を含むラクタム溶融液の使用でもある。本発明の対象は、それによって得られる繊維、フィルムおよび成形体でもある。
ラクタム成分(B)として、殊にε−カプロラクタム、ピペリドン、ピロリドン、ラウリルラクタムならびにこれらの混合物が適している。本発明の好ましい実施態様において、ラクタム成分(B)として、ε−カプロラクタム、ラウリルラクタムおよびこれらの混合物を含む群からの物質が使用される。特に有利には、ε−カプロラクタムが使用される。
前記組成物中のラクタム成分(B)、例えばε−カプロラクタムは、公知方法によりアニオン重合されてよい。このために、たいてい触媒(K)および活性剤(V)が必要とされる。しばしば、例えば耐衝撃性の改良のために、さらになお添加物または添加剤(Z)も添加され、これらは、一般に、既に重合前にラクタム溶融液中に導入されている。
更に、数多くの使用目的のためには、注型ポリアミドの良好な機械的性質を繊維含有の強化材(C)、例えばガラス繊維の使用によって向上させることが望ましい。これに関して、使用されるラクタム溶融液の粘度は、1つの重要な判断基準である。高められるが高すぎない粘度を有する前記ラクタム溶融液は、殊に短ガラス繊維に適しており、それというのも、前記ラクタム溶融液は、当該短ガラス繊維の沈降を遅速にするかまたはむしろ妨害するからである。欧州特許出願公開第0459199号明細書には、溶解されたブロックコポリマーを含みかつ短ガラス繊維の沈降を遅速にする、高められた粘度を有するラクタム溶融液が記載されている。前記ラクタム溶融液の欠点は、当該ラクタム溶融液がガラス繊維織物の使用には不適当であることにある。ガラス繊維織物を使用する場合には、ラクタム溶融液はできるだけ低い粘度を有することが望ましい。それというのも、ガラス繊維織物は、いずれにせよ完全には含浸されず,かつRIMプロセスにおける金型の形状を完全には満たすことができないからである。
本発明による使用されるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(ランダムな軟質相を有する)は、欧州特許出願公開第0459199号明細書には、記載されていない。ガラス繊維織物で強化された注型ポリアミドの製造にも適している、殊に高められた添加剤濃度を有する添加剤含有ラクタム溶融液は、これまで殆ど知られていない。
上記したようなビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、これまでスチレンポリマーの変性に使用されている。例えば、ポリスチレンとの混合物で成形体の靭性および耐応力亀裂性は、著しく改善することができる。
ラクタム組成物は、相応するラクタム成分(B)およびビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)からこれらの成分の混合によって製造されることができ、かつ改善された粘度を有するラクタム溶融液をもたらす。前記溶融液は、有利に、ラクタムの活性化アニオン重合の範囲内で使用される(例えば、注型ポリアミドのために)。
本発明によれば、ビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)は、全組成物に対して、2〜30質量%、殊に3〜25質量%の量で、ラクタム成分(B)の70〜78質量%、殊に75〜97質量%の量と混合される。任意に、さらなる成分(例えば、0〜20質量%の量で)が添加されうる。
使用可能なビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)は、たいていビニルアロマート単位40〜75質量%およびジエン単位25〜60質量%を含有する。好ましいビニルアロマート単位は、スチレンであり、好ましいジエン単位は、ブタジエンである。
高められた粘度のラクタム溶融液は、特に、充填された注型ポリアミドの製造のために、強化材および充填材(C)の受け入れに適している。更に、前記ラクタム溶融液は、ポリアミドを製造するための方法において、充填材含有ラクタム溶融液または繊維含有ラクタム溶融液としての使用にも適している。
例えば、ε−カプロラクタムから製造された、本発明による注型ポリアミド部品は、良好な機械的性質を有する。標準射出成形部品と比較して高められた、前記注型ポリアミド部品の結晶性ならびにより高い分子量のために、数多くの機械的性質は、重縮合によって製造されたポリアミドと比較して改善されている。ビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)を含む注型ポリアミドは、魅力的な材料である。
成形品中に存在している、様々な充填材(C)および添加剤(Z)は、一般に重合前にラクタム溶融液中に導入されてよい。
好ましい実施態様において、ラクタム組成物は、少なくとも1つの充填材または強化材(C)を含む。充填材および/または強化材(C)として、有機または無機の充填材および/または強化材(F)がこれに該当する。例えば、無機充填材、例えばカオリン、白亜、ウォラストナイト、タルク、炭酸カルシウム、ケイ酸塩、二酸化チタン、酸化亜鉛、黒鉛、グラフェン(Graphene)、ガラス粒子、例えばガラスビーズ、ナノスケールの充填材、例えば炭素ナノチューブ(「カーボンナノチューブ」)、カーボンブラック、層状ケイ酸塩、ナノスケールの層状ケイ酸塩、ナノスケールの酸化アルミニウム(Al23)、ナノスケールの二酸化チタン(TiO2)およびナノスケールの二酸化ケイ素(SiO2)が使用されてよい。
更に、強化材としての繊維物質の使用は、好ましい。
充填材および/または強化材(C)は、たいてい熱可塑性樹脂の用途にとって通常の粒度の鉱物質、例えばカオリン、白亜、ウォラストナイトまたはタルクを含む群から選択される。重要な繊維物質は、炭素繊維、アラミド繊維またはガラス繊維であるが、しかし、一方向繊維、有利にガラス繊維および炭素繊維からなる相応する織物構造体(織布および不織布)でもある。
しかし、前記ラクタム組成物中には、公知の無機強化繊維、例えばホウ素繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ケイ酸繊維、セラミック繊維および玄武岩繊維;有機強化繊維、例えばアラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリエチレン繊維;および天然繊維、例えば木材繊維、亜麻繊維、麻繊維およびサイザル麻繊維から選択された、1つまたは複数の繊維物質が使用されてもよい。殊に、ガラス繊維、殊にカットガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維、金属繊維またはチタン酸カリウム繊維の使用は、好ましい。記載された繊維は、短繊維、長繊維の形で使用されてよいかまたは短繊維と長繊維との混合物として使用されてよい。これに関して、短繊維は、特に0.1〜1mmの範囲内の平均繊維長を有する。更に、0.5〜1mmの範囲内の平均繊維長を有する繊維は好ましい。使用される長繊維は、特に1mmを上回る、有利に1〜50mmの範囲内の平均繊維長を有する。好ましくは、記載された有機繊維または無機繊維からなるマットも使用される。
殊に、記載された充填材および/または強化材(C)の混合物が使用されてもよい。特に有利には、充填材および/または強化材(C)として、ガラス繊維および/またはガラス繊維マットが選択される。
上記の方法で製造されるラクタム組成物は、少なくとも1つの充填剤および/または強化材を、全組成物に対して、有利に30〜90質量%、殊に30〜80質量%、有利に30〜70質量%含有する。
好ましい実施態様において、ラクタム組成物は、さらなる添加剤(Z)を含有することができる。好ましくは、添加剤(Z)は、0〜10質量%、有利に0〜5質量%、特に有利に0.1〜4質量%の量で全組成物中に含有されている。添加剤(Z)として、例えば安定剤、例えば銅塩、着色剤、帯電防止剤、充填油、表面改良剤、乾燥剤、離型助剤、分離剤、酸化防止剤、光安定剤、PVC安定剤、滑剤、難燃剤、発泡剤、耐衝撃性改良剤および核形成助剤が添加されてよい。
好ましくは、前記組成物は、添加剤(Z)として、さらなる耐衝撃性改良剤、殊に無水物および/またはエポキシ基を含むポリジエンポリマー(例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン)を含有する。ポリジエンポリマーは、殊に0℃未満、有利に−10℃未満、特に有利に−20℃未満のガラス転移温度を有する。ポリジエンポリマーは、ポリアクリレート、ポリエチレンアクリレートおよび/またはポリシロキサンとのポリジエンコポリマーをベースとしかつ常法により製造されうる(例えば、乳化重合、懸濁重合、溶液重合、気相重合)。
充填材および/または強化材(C)およびさらなる添加剤(Z)の任意の添加は、原理的に前記組成物の製造プロセスの全ての工程で行なうことができる。
更に、本発明は、ポリアミド成形品を製造するための上記の本発明による方法によって得られた(または得ることができた)前記組成物の使用に関連する。
ポリマー成分Aは、特に、前記組成物の粘度が、そのつど充填材/強化材なしに、(140℃で)まさに8〜1000mPa.sであるような量で添加される。少なくとも約10〜500mPa.sの粘度は、一般的に種類および量に応じて充填材および強化材(C)、例えばガラス繊維の十分に安定した分散液を達成させるには十分である。他面、ラクタム溶融液(充填材/強化材なし)の粘度は、約1200mPa.sよりも高くなく、特に有利には1000mPa.sであるべきある。それというのも、いずれにせよ、加工可能性は、ますます困難になり得るからである。
本発明によるラクタム組成物またはラクタム溶融液を製造するために、例えばラクタム(B)は、ポリマー成分(A)及び充填材(C)と混合されかつ溶融されてよいかまたは成分(A)または揮発性溶剤中の同じ成分(A)の溶液は、溶融されたラクタム(B)と混合されてもよく、任意に引続き溶剤は、取り出されてよい。例えば、カプロラクタム中の成分(A)の濃厚物(マスターバッチ)が使用されてもよい。
本発明による、任意に強化された、および/または充填された注型ポリアミド部品は、原理的に常法により製造されるが、しかし、好ましくは、ラクタムの活性化アニオン重合により製造される。低粘稠なラクタム溶融液および触媒ならびに活性剤から出発する、注型ポリアミド部品の製造は、公知である(Vieweg,Mueller,Kunststoff−Handbuch 第VI巻,Carl Hanser Verlag,Muenchen 1966参照)。ポリウレタン−RIM系と比較して、前記方法の技術は、より簡単である。それというのも、例えば極めて低粘稠なラクタム溶融液のために、常圧で簡単なポンプを使用して奨励されうるかまたは反応射出成形技術によっても奨励されうるからである。
数多くの使用分野に対して、注型ポリアミド部品の良好な機械的性質、例えば硬さ、剛性および強度、しかもクリープ率もさらに向上させることが望ましい。これは、記載された強化材または充填材(C)を添加することにより行なうことができる。本発明によるラクタム溶融液の粘度は、極めて有利な結果をもたらす。それというのも、密度の差にも拘わらず、例えばガラス繊維は、急速には沈澱しないからである。このことは、ガラス繊維で強化された注型ポリアミドの製造を常法で可能にする。ラクタム溶融液の粘度は、本発明によれば、簡単に明らかに改善されうる。
本発明のさらなる課題は、解決されている。それというのも、新規のポリマー成分は、ポリアミド成形品(殊に、ガラス繊維織物を有する)の衝撃強さを高めるために使用され、その際に基礎を成しているラクタム溶融液の粘度は、明らかに高まることはなく、および/またはアニオン重合の速度は、影響を及ぼされることはないからである。
特別なビニルアロマート−ジエンコポリマー(A)は、反応射出成形(RIM)法での使用に適していることが見い出された。それというのも、前記のビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーの使用によって、アニオン重合は妨害されず、生じるポリマー配合物のガラス転移温度(Tg)は、不利な影響を及ぼされないかまたは基本的に不利な影響を及ぼされないからである。
殊に、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)中のポリスチレンの割合は、ポリアミド成分とのより高い相溶性を生じ、かつビニルアロマート−ジエンコポリマーの高められた割合の場合であっても相分離を防止する。
スチレン−ブタジエンコポリマー(A)の場合には、前記組成物にしばしば前記成分3〜25質量%、有利に5〜20質量%の量が添加され、その際に前記成分は、ラクタム成分(B)中に溶解され、かつ成形品の靭性を高めることができる。スチレンおよびブタジエンをベースとする構造のために、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーの含水量および水吸収量は、無視することができ、かつアニオン重合を妨害しない。
ラクタムのアニオン重合は、反応モールドキャスティングプロセスまたは反応射出成形プロセスにおいて行なうことができ、その際に触媒(K)およびさらなる添加剤は、ラクタム溶融液の重合プロセス中に添加される。規定された量の触媒(K)、活性剤(A)および別の添加剤は、溶融されたラクタム組成物(例えば、カプロラクタムおよびスチロフレックスをベースとする)中に攪拌混入されてよい。それによって、改善された品質を有する注型ポリアミド成形品を生じる簡単な方法が準備される。
重合の際の活性剤成分(V)として、例えば次の成分が適している:
脂肪族ジイソシアネート、例えばブチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、オクタメチレンジイソシアネート、デカメチレンジイソシアネート、ウンドデカメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、しかし、また、芳香族ジイソシアネート、例えばトルイルジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、4,4’−メチレンビス(フェニルイソシアネート)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、またはポリイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネートのイソシアヌレート、BASF SE社のBasonat(登録商標)HI 100、アロファネート、例えばエチルアロファネートまたはこれらの混合物。ヘキサメチレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネートが好ましく、特に好ましいのは、ヘキサメチレンジイソシアネートである。ジイソシアネートは、モノイソシアネートによって代用されうる。それとは別に、活性剤成分として、二酸ハロゲン化物、例えばブチレン二酸クロリド、ブチレン二酸ブロミド、ヘキサメチレン二酸クロリド、ヘキサメチレン二酸ブロミド、オクタメチレン二酸クロリド、オクタメチレン二酸ブロミド、デカメチレン二酸クロリド、デカメチレン二酸ブロミド、ドデカメチレン二酸クロリド、ドデカメチレン二酸ブロミド、しかし、また、芳香族二酸ハロゲン化物、例えばトルイレン二酸クロリド、トルイレンメチレン二酸ブロミド、イソホロン二酸クロリド、イソホロン二酸ブロミド、4,4’−メチレンビス(フェニル酸クロリド)、4,4’−メチレンビス(フェニル酸ブロミド)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシル酸クロリド)、4,4’−メチレンビス(シクロヘキシル酸ブロミド)またはこれらの混合物。ヘキサメチレン二酸クロリド、ヘキサメチレン二酸ブロミドまたはこれらの混合物が好ましく、ヘキサメチレン二酸クロリドは、特に好ましい。前記二酸ハロゲン化物は、モノ酸ハロゲン化物によって代用されうる。
重合の際の触媒成分(K)として、とりわけ次のものが適している:
ナトリウムカプロラクタメート、カリウムカプロラクタメート、ブロミドマグネシウムカプロラクタメート、クロリドマグネシウムカプロラクタメート、マグネシウムビスカプロラクタメート、水素化ナトリウム、ナトリウム金属、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシド、ナトリウムエトキシド、ナトリウムプロポキシド、ナトリウムブトキシド、水素化カリウム、カリウム金属、水酸化カリウム、カリウムメトキシド、カリウムエトキシド、カリウムプロポキシドおよびカリウムブトキシド。水酸化ナトリウム、ナトリウム金属、ナトリウムカプロラクタメートを含む群から選択された、本発明による方法のための触媒成分は、好ましく、その際にナトリウムカプロラクタメートが特に好ましい(例えば、市販の製品Bruggolen(登録商標)C 10、カプロラクタム中のナトリウムカプロラクタメート18質量%からなる溶液)。
重合の際の溶剤(L)として、次の成分が使用されてよい:
ジメチルスルホキシド、塩化メチル、塩化メチレン、ジオキサン、テトラヒドロフラン、アセトニトリル、テトラヒドロピラン、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノールまたはこれらの混合物。ジメチルスルホキシド、塩化メチル、塩化メチレン、テトラヒドロフランまたはこれらの混合物が好ましく、ジメチルスルホキシド、塩化メチレンまたはこれらの混合物が特に好ましい。
活性剤成分(V)対ラクタムBのモル比は、幅広い範囲内で変動されてよく、たいてい0.01:1〜100:1であり、有利には、0.1:1〜10:1であり、特に有利には、0.5:1〜1.5:1である。
溶剤(L)対活性剤成分(V)のモル比は、幅広い範囲内で変動されてよく、たいてい100:1〜0:1であり、有利には、50:1〜0.5:1であり、特に有利には、25:1〜1:1である。
溶剤(L)対ラクタム(B)のモル比は、幅広い範囲内で変動されてよく、たいてい100:1〜0:1であり、有利には、50:1〜0.5:1であり、特に有利には、10:1〜1:1である。
ラクタム(B)対触媒(K)のモル比は、幅広い範囲内で変動されてよく、たいてい1:1〜10000:1であり、有利には、10:1〜1000:1であり、特に有利には、100:1〜3000:1である。
活性剤(V)対触媒(K)のモル比は、幅広い範囲内で変動されてよく、たいてい10:1〜1:100であり、有利には、5:1〜1:10であり、特に有利には、2:1〜1:5である。
本発明の好ましい実施態様において、コポリマー成分(A)およびラクタム成分(B)が使用される。本発明による方法のさらなる実施態様において、厳密には触媒(K)が使用される。本発明による方法のさらなる実施態様において、厳密には開始剤(I)が使用される。
本発明による方法の特に好ましい実施態様において、厳密には、ラクタム(B)、殊にカプロラクタム、厳密には触媒(K)および厳密には開始剤(I)が使用される。
本発明による方法は、数ある中で注型重合、噴霧重合、反応押出、分散重合またはいわゆる「ロトモールディング(Rotomolding)」として実施されうる。

本発明を次の例につき詳説する。
例1、2および3(ラクタム溶融液の製造および粘度の測定)
ε−カプロラクタム100gを様々な量(5または10または20質量%)の市販のスチレン−ブタジエンランダムコポリマー(スチレン65質量%、ブタジエン35質量%;Styroflex 2G66、BASF SE)と混合し、N2雰囲気下で140℃に加熱し、コポリマーが完全に溶解するまで攪拌した(1.5〜2.5時間)。Styroflex 2G66は、ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーであり、これは、スチレンモノマーから構成された、硬質相を形成する2個のブロックとスチレンモノマーおよびブタジエンモノマーを有する、軟質相を形成するランダムな1個のブロック(S/B)とからなる。
引続き、回転粘度計Physica MCR301を用いて、前記組成物の粘度を110℃および140℃の温度で測定した。
測定された値は、第1表中にまとめられている。
Figure 0006066097
比較例5、6および7において、同様の条件下で欧州特許出願公開第0459199号明細書(Bayer社)による様々な量のスチレン−ブタジエン−ジブロックコポリマー(ランダムなブロックなし)が使用される。
この試験結果は、本発明によるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーが試験されたラクタム溶融液(ε−カプロラクタムからなる)中で、比較可能なビニルアロマート−ジエンブロックコポリマーよりも当該溶融液中での明らかに低い粘度を生じさせることを示す。これは、ラクタム組成物の改善された加工を生じる。
例8、9、10、11および12(熱量計中でのラクタム溶融液のアニオン重合)
次の重合反応を140℃で攪拌しながら乾燥窒素雰囲気中で、脂肪不含のテフロン製の栓で閉鎖されかつ熱電素子を備えた、50mlのガラス製の熱量計中で実施した。
DSC測定を通常の機器(Netzsch社のMaia DSC200F3)を用いて実施した。計量供給された量は、それぞれ約10mgであり、加熱速度および冷却速度は、20K/分であった。
例1、2および3で利用されたスチレン−ブタジエンランダムコポリマー(Styroflex 2G66)の量を、攪拌しながら2.5時間内で140℃でε−カプロラクタム7.4g中にN2雰囲気下で溶解した。
それとは別に、例1、2および3で利用された、スチレン−ブタジエンランダムコポリマー(Styroflex 2G66)とε−カプロラクタムとからなる溶融液9.4gの量を140℃でN2雰囲気下で製造した。
引続き、触媒(K)Brueggolen C10 0.4g、すなわち4質量%(カプロラクタム中のナトリウムカプロラクタム18%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)および活性剤(V)Brueggolen C20 0.2g、すなわち2質量%(カプロラクタム中のカプロラクタムでブロック化された1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート80%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)を固体として20℃で前記の溶融液の液状混合物中に添加した。
15分間の時間に亘り、内部温度の展開をサーモセンサーにより測定した。引続き、水(10℃)中で前記反応器を冷却することによって急冷した。
第2表は、例8〜12として得られたポリマー組成物を示し、その際に組成物8〜11は、スチレン−ブタジエンランダムコポリマー(Styroflex 2G66)を含有し、一方で、例12は、欧州特許出願公開第0459199号明細書(Bayer社)によるスチレン−ブタジエン−ジブロックコポリマー(ランダムなブロックなし)を含む。
Figure 0006066097
例12(比較例)
例5、6および7で利用された、欧州特許出願公開第045199号明細書(Bayer社)によるスチレン−ブタジエン−ジブロックコポリマー2.0g、すなわち20質量%を、攪拌しながら1.5時間内で140℃でε−カプロラクタム7.4g中にN2雰囲気下で溶解した。
引続き、触媒(K)Brueggolen C10 0.4g、すなわち4質量%(カプロラクタム中のナトリウムカプロラクタム18%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)および活性剤(V)Brueggolen C20 0.2g、すなわち2質量%(カプロラクタム中のカプロラクタムでブロック化された1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート80%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)を固体として20℃で前記の溶融液中に添加した。
しかし、前記溶融液の高い粘度のために、触媒(K)も活性剤(V)も前記材料中で混和することができなかった。これらの触媒(K)および活性剤(V)は、溶融液表面上に留まっていた。従って、完全な重合を実施することはできなかった。
例13(熱量計中でのラクタム溶融液の重合)
例1〜3で利用されたスチレン−ブタジエンコポリマー(Styroflex 2G66)1.0gおよび市販の耐衝撃性改良剤、ポリエーテルアミン(ポリプロピレングリコール−トリアミン、PEA、M=5000g/mol、PEA T5000、BASF社)1.0gを、攪拌しながら1.5〜2.5時間内でε−カプロラクタム7.4g中に140℃でN2雰囲気下で溶解した。
引続き、活性剤(V)Brueggolen C20 0.267g、すなわち2.67質量%(カプロラクタム中のカプロラクタムでブロック化された1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート80%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)および触媒(K)Brueggolen C10 0.4g、すなわち4質量%(カプロラクタム中のナトリウムカプロラクタム18%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)を固体として20℃で前記の溶融液の液状混合物中に添加した。
15分間の時間に亘り、内部温度の展開をサーモセンサーにより測定した。引続き、水(10℃)中で前記反応器を冷却することによって急冷した。
第3表は、例12および13として得られたポリマー組成物の性質を示す。
Figure 0006066097
この試験結果は、本発明によるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマーまたは本発明による方法が反応速度のさらなる遅延なしに、またはガラス転移温度(Tg)に影響を及ぼすことなしに、供給されることを示す。
ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー組成物中にガラス繊維マットまたはアラミド繊維マットを導入することができる。
例14(Styroflex 2G66)10%の含量を有するポリアミド成形体の製造
ポリアミド成形体の製造を、刊行物に公知のRIM法に依拠して、寸法200×50×2mmを有する、自己構築された、加熱可能な型担体中で行なった。この型担体は、テフロン製チューブを介して、電磁攪拌棒を備えた、1 lの丸底フラスコと接続されており、このフラスコ中に反応性混合物を投入した。この反応性混合物を、弱いN2過圧をフラスコに印加することにより、温度処理されかつ繊維織物で充填された型担体中で圧縮することができた。
例1〜3で利用されたスチレン−ブタジエンランダムコポリマー(Styroflex 2G66)5.0g、ステアリン酸カルシウム0.1gおよびカプロラクタム42.0gを攪拌しながら1.5時間内で140℃でN2雰囲気下で丸底フラスコ中で溶解した。
引続き、活性剤(V)Brueggolen C20 1.0g、すなわち2質量%(カプロラクタム中のカプロラクタムでブロック化された1,6−ヘキサメチレンジイソシアネート80%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)を固体として20℃で添加し、生じる溶融液状の混合物を5分間脱ガス化した。それに従って、触媒(K)Brueggolen C10 2.0g、すなわち4質量%(カプロラクタム中のナトリウムカプロラクタム18%、Brueggemann KG社、Heilbronn在)を固体として20℃で添加した。その直後に、この反応性混合物を、閉鎖された、150℃に加熱されかつ市販の繊維織物(タイプInterglass 92125の;サイズ剤FK800)の5層で充填された型担体上に、弱いN2過圧をフラスコに印加することによって導入した。前記型内で150℃で10分後、完成した成形品を離型の問題なしに当該型から取り出した。平滑な表面を有しかつ変色のないポリアミド板が得られた。

Claims (18)

  1. 次の成分:
    a)少なくとも1つのビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)3〜25質量%(成分AとBの総和に対して)、その際にビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)は、ビニル芳香族モノマーから構成された、硬質相を形成する、少なくとも1つのブロック(S)と、ビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーを有する、軟質相を形成する、少なくとも1つのランダムなブロック(S/B)のみからなるものとし、ならびに
    b)少なくとも1つのラクタム成分(B)75〜97質量%(成分AとBの総和に対して)
    を含有するラクタム組成物。
  2. ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)を(成分AとBの総和に対して)5〜20質量%含有することを特徴とする、請求項1に記載のラクタム組成物。
  3. ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)において、一方ではモノマーのスチレン、α−メチルスチレン、m−メチルスチレンおよび/またはp−メチルスチレンが使用されており、他方ではモノマーのブタジエン、イソプレンおよび/または2,3−ジメチルブタジエンが使用されていることを特徴とする、請求項1または2記載のラクタム組成物。
  4. ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)がスチレンとブタジエンとから構成されていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  5. ビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)において、単数のブロックS/Bの分子量が10000〜250000[g/mol]であり、単数のブロックS(または複数のブロックS)の分子量が5000〜200000[g/mol]であり、およびビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)の全分子量が80000〜300000[g/mol]の範囲内にあることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  6. ラクタム成分(B)を(成分AとBの総和に対して)80〜95質量%含有することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  7. ラクタム成分(B)として、ε−カプロラクタム、ピペリドン、ピロリドン、ラウリルラクタムまたは記載されたモノマーの2つ以上の混合物が使用されていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  8. ラクタム成分(B)として、ε−カプロラクタムが使用されていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  9. さらに、c)充填材および/または強化材(C)を含有することを特徴とする、請求項1から8までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  10. 前記ラクタム組成物が充填材および/または強化材(C)を(全ての成分A、B、CおよびZの総和に対して)5〜80質量%の量で含有することを特徴とする、請求項9に記載のラクタム組成物。
  11. さらに、d)添加剤(Z)を含有することを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  12. 前記ラクタム組成物が添加剤(Z)を(全ての成分A、B、CおよびZの総和に対して)1〜10質量%の量で含有することを特徴とする、請求項11に記載のラクタム組成物。
  13. 前記ラクタム組成物が溶融液中で140℃で10〜1000mPa.sの粘度を有することを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  14. 前記ラクタム組成物が溶融液中で140℃で10〜500mPa.sの粘度を有することを特徴とする、請求項1から12までのいずれか1項に記載のラクタム組成物。
  15. ラクタム溶融液を製造するための、ビニル芳香族モノマーから構成された、硬質相を形成する少なくとも1つのブロック(S)とビニル芳香族モノマーおよびジエンモノマーを有する、軟質相を形成する少なくとも1つのランダムなブロック(S/B)のみからなるビニルアロマート−ジエンランダムコポリマー(A)の使用。
  16. 活性化アニオン重合によりポリアミド(注型ポリアミド)を製造するための、あるいは触媒(K)および/または活性剤(V)を使用して、活性化アニオン重合によりポリアミド(注型ポリアミド)を製造するための請求項1から14までのいずれか1項に記載のラクタム組成物の使用。
  17. 請求項1から14までのいずれか1項に記載のラクタム組成物を使用してポリアミドを製造する方法であって、前記ラクタム組成物を溶融された形で、活性化アニオン重合の方法により注型ポリアミドに変換することを特徴とする、前記方法。
  18. 前記ラクタム組成物を、触媒(K)および/または活性剤(V)の存在下で、注型ポリアミドに変換することを特徴とする、請求項17に記載の方法。
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