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JP6397412B2 - ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物および成形品 - Google Patents

ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物および成形品 Download PDF

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Description

本発明は、他の高分子素材や充填材などとのより向上した相溶性によって優れた物性を示すポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物および成形品に関するものである。
現在、ポリアリーレンスルフィドは、代表的なエンジニアリングプラスチック(Engineering Plastic)で、高い耐熱性と耐薬品性、耐燃性(flame resistance)、電気絶縁性などによって、高温および腐食性環境で使用される各種製品や電子製品に使用される用途に需要が増大している。
このようなポリアリーレンスルフィドのうち、商業的に販売されるのは、現在、ポリフェニレンスルフィド(polyphenylene sulfide;以下、「PPS」)が唯一である。現在まで主に適用されるPPSの商業的生産工程は、パラ−ジクロロベンゼン(p−dichlorobenzene;以下、「pDCB」)と硫化ナトリウム(sodium sulfide)を原料として、N−メチルピロリドン(N−methyl pyrrolidone)などの極性有機溶媒で溶液重合反応させる方法である。この方法は、マッカラム工程(Macallum process)として知られている。
しかし、このような溶液重合方式のマッカラム工程で製造したポリアリーレンスルフィドの場合、硫化ナトリウムなどを用いた溶液重合工程によって塩形態の副産物が発生することがあり、このような塩形態の副産物または残留有機溶媒の除去のために洗浄または乾燥工程などが必要になる欠点がある。また、このようなマッカラム工程で製造されたポリアリーレンスルフィドが粉末形態を有することにより、後加工が容易でなく、作業性が低下することがある。しかも、前記マッカラム工程で製造したポリアリーレンスルフィドの場合、分子量が低いオリゴマー形態の高分子鎖を大きな含有量で含むことにより、高い精度が要求される製品を成形しようとすればバリ(flash)が相当量発生し、これを除去するための別途の工程の必要性などによって加工性が低下する問題を有していた。
これによって、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を溶融重合する方法で前記PPSなどのポリアリーレンスルフィドを製造する方法が提案された。このように製造されたポリアリーレンスルフィドは、製造過程中に塩形態の副産物などが発生せず、有機溶媒の使用が要求されないため、これらの除去のための別途の工程が要求されない。また、最終製造されたポリアリーレンスルフィドがペレット(pellet)形態を有することにより、後加工がより容易になり、作業性が良い利点がある。
しかし、前記溶融重合方式で製造されたポリアリーレンスルフィドの場合、その主鎖末端がヨードと大部分のアリール基(代表的に、ベンゼン)とからなっている。このようなポリアリーレンスルフィドの場合、主鎖構造の特性上、他の高分子素材またはガラス繊維などの各種強化材や充填材との相溶性が低下する欠点がある。
これによって、前記溶融重合方式で製造されたポリアリーレンスルフィドの場合、多様な用途に適した最適化された物性を示すようにするために他の高分子素材または充填材などとコンパウンディングすることが難しく、コンパウンディングしても所望の最適化された物性を示しにくい欠点があった。このような問題によって、従来知られているポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物の場合、各用途に合った十分な物性を示しにくく、多様な用途への適用において限界があったのが事実である。
また、高い精度が要求される製品を成形しようとするとき、バリ(flash)の発生量をより減少させることができ、より優れた加工性を示すポリアリーレンスルフィドの開発が要求され続けている。
本発明は、加工性に優れ、他の高分子素材や充填材などとのより向上した相溶性によって優れた物性を示すポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、前記ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を含み、各用途に最適化された物性を示す成形品およびその製造方法を提供する。
本発明は、主鎖の繰り返し単位中にジスルフィド繰り返し単位を含むポリアリーレンスルフィド;および熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上を含むポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を提供する。
また、本発明は、前記ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を押出す段階を含む成形品の製造方法を提供する。
本発明はさらに、前記ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を含む成形品を提供する。
以下、本発明の具体的な実施形態に係るポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物およびこれを含む成形品とその製造方法について説明する。ただし、これは、本発明の一例として提示されるもので、これによって本発明の権利範囲が限定されるものではなく、本発明の権利範囲内で実施形態に対する多様な変形が可能であることは当業者に自明である。
本明細書全体において、特別な言及がない限り、「含む」または「含有する」とは、ある構成要素(または構成成分)を特別な制限なく含むことを称し、他の構成要素(または構成成分)の付加を除くと解釈されない。
本発明の一実施形態によれば、主鎖の繰り返し単位中にジスルフィド繰り返し単位を含むポリアリーレンスルフィド;および熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上を含むポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物が提供される。
このようなポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物において、前記ジスルフィド繰り返し単位とは、下記の一般式1で表されるポリアリーレンスルフィドの一般的な繰り返し単位において、硫黄結合の代わりにジスルフィド結合(−S−S−結合)を含む、一般式2のポリアリーレンジスルフィド繰り返し単位を称することができる。
Figure 0006397412
前記一般式1および2において、Arは置換もしくは非置換のアリーレン基を示す。
このように、前記一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドがジスルフィド繰り返し単位を含むことにより、前記ポリアリーレンスルフィド中に分子量が低すぎるオリゴマー形態の高分子鎖が大きな含有量で含まれることを抑制することができる。これは、前記ジスルフィド繰り返し単位中のジスルフィド結合が、ポリアリーレンスルフィドに含まれている高分子鎖の間の硫黄交換反応を継続して起こしながら、ポリアリーレンスルフィドに含まれている高分子鎖の分子量をおおむね均一化できるからであると見られる。その結果、一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、分子量が低すぎるオリゴマー形態の高分子鎖を最小限の含有量で含むことができ、全体高分子鎖の分子量分布が均一化され、分子量分布曲線が比較的狭く、正規分布曲線に近い対称形として導出できる。したがって、このようなポリアリーレンスルフィドを含む一実施形態の樹脂組成物は、これを用いて高い精度が要求される製品を成形しようとする場合にも、バリ(flash)の発生量を大きく減少させることができ、より向上した加工性を示すことができる。
また、このようなジスルフィド繰り返し単位は、全体ポリアリーレンスルフィドに対して、約3重量%以下、あるいは約0.01〜3.0重量%、あるいは約0.1〜2.0重量%で含まれてもよい。これによって、前記ジスルフィド繰り返し単位に起因した加工性向上効果が最適化可能であり、このようなジスルフィド繰り返し単位が過度に多くなって、前記ポリアリーレンスルフィドの物性がむしろ低下することを抑制することができる。
さらに、以下により詳細に説明するが、一実施形態の樹脂組成物において、前記ポリアリーレンスルフィドは、重合中止剤の段階的投入によって製造されたものになってもよいし、より具体的には、前記ポリアリーレンスルフィドは、重合中止剤を2回以上に分けて段階的に投入しながら、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を溶融重合して製造されたものであってもよい。
本発明者らは、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を溶融重合してポリアリーレンスルフィドを製造する過程で、重合中止剤の段階的投入によって他の高分子素材や充填材などとのより優れた相溶性を示し、多様な素材とのコンパウンディングおよびこれによる各用途に合った最適化された物性の実現を可能にするポリアリーレンスルフィドが得られることを見出した。
これは、次のような技術的原理に起因すると予測される。
前記溶融重合中に重合中止剤が投入されると、高分子鎖の末端にあるヨード分子が発生するが、重合中止剤が投入される最終反応段階は300℃前後の高温下で進行するため、前記高分子鎖の末端で発生したヨードの反応性が増加し得る。したがって、このようなヨードが高分子鎖の枝構造を発生させたり架橋結合を起こしたりすることがあるが、このような重合中止剤が段階的に投入されると、重合中止剤を一度に投入するときに比べて発生するヨードをより効率的に除去することができて、前記枝構造の発生または架橋結合の発生がさらに抑制できる。その結果、前記ポリアリーレンスルフィド高分子鎖の線形性が向上できるため、他の高分子素材や充填材などとのより優れた相溶性を示し、多様な素材とのコンパウンディングおよびこれによる各用途に合った最適化された物性の実現を可能にするポリアリーレンスルフィドが得られると見られる。
一方、一実施形態の樹脂組成物において、前記ポリアリーレンスルフィドは、主鎖の末端基(End Group)のうちの少なくとも一部に、カルボキシ基(−COOH)またはアミノ基(−NH)が結合されたものになってもよい。
本発明者らの継続的な実験の結果、前記ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を溶融重合してポリアリーレンスルフィドを製造する過程で、特定の末端基の導入によって他の高分子素材や充填材などとのより優れた相溶性を示し、多様な素材とのコンパウンディングおよびこれによる各用途に合った最適化された物性の実現を可能にするポリアリーレンスルフィドが得られることを見出した。
つまり、従来溶融重合方式で製造されたポリアリーレンスルフィドの場合、その主鎖末端がヨードと大部分のアリール基(代表的に、ベンゼン)とからなっているため、主鎖末端に反応性基が実質的に存在せず、その結果、前記ポリアリーレンスルフィドが他の高分子素材またはガラス繊維などの各種強化材や充填材との相溶性が低下する欠点を有していた。
しかし、主鎖末端の少なくとも一部に、カルボキシ基(−COOH)またはアミノ基(−NH)のような反応性基が導入されたポリアリーレンスルフィドの場合、前記反応性基の存在によって、他の高分子素材や、充填材などとの優れた相溶性を示すことが確認された。その結果、このようなポリアリーレンスルフィドと共に、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーの他の高分子素材や、充填材を含む一実施形態の樹脂組成物の場合、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた耐熱性、耐薬品性および優れた機械的物性などを示しながらも、他の素材との混合(例えば、コンパウンディング)による物性の相乗効果が最適化され、多様な用途に適した優れた物性を示す成形品の提供を可能にする。したがって、一実施形態の樹脂組成物によってポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物をより多様な用途に適用することができる。
結局、一実施形態の樹脂組成物は、高い精度が要求される製品の成形時にバリをほとんど発生させずに優れた加工性を示しながらも、ポリアリーレンスルフィドおよび他の素材の間の優れた相溶性を示し、コンパウンディングに伴うより優れた相乗効果を示すことができ、多様な用途に適した物性を有する成形品の提供を可能にする。
このような一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、FT−IR分光法で分析したとき、FT−IRスペクトルにおいて、前記主鎖末端のカルボキシ基由来の約1600〜1800cm−1のピークまたはアミノ基由来の約3300〜3500cm−1のピークを示すことができる。このとき、前記1600〜1800cm−1または3300〜3500cm−1のピークの強度は、主鎖の末端基に結合されたカルボキシ基またはアミノ基の含有量に対応することができる。
一例によれば、前記一実施形態のポリアリーレンスルフィドは、FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約1600〜1800cm−1または約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度が約0.001〜10%、あるいは約0.01〜7%、あるいは約0.1〜4%、あるいは約0.5〜3.5%になってもよい。このとき、前記約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークは、ポリアリーレンスルフィドの主鎖中に含まれているフェニレンなどのアリーレン基由来のものになってもよい。前記カルボキシ基由来の約1600〜1800cm−1のピークまたはアミノ基由来の約3300〜3500cm−1のピークが、アリーレン基(例えば、フェニレン基)由来のピークの高さ強度に対して、約0.001〜10%、あるいは約0.01〜7%、あるいは約0.1〜4%、あるいは約0.5〜3%の高さ強度を示すことにより、一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、他の高分子素材または充填材などとのより優れた相溶性を示しながらも、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた物性を維持することができる。したがって、これを含む一実施形態の樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィドおよび他の高分子素材や充填材のコンパウンディングに伴うより優れた相乗効果を示すことができる。
一方、一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、融点が約265〜290℃、あるいは約270〜285℃、あるいは約275〜283℃になってもよい。このような融点範囲を有することにより、カルボキシ基またはアミノ基が導入され、溶融重合方式で得られた前記ポリアリーレンスルフィドとこれを含む一実施形態の樹脂組成物は、優れた耐熱性および難燃性を示すことができる。
また、前記ポリアリーレンスルフィドは、数平均分子量が約5,000〜50,000、あるいは約8,000〜40,000、あるいは約10,000〜30,000になってもよい。そして、前記ポリアリーレンスルフィドは、数平均分子量に対する重量平均分子量で定義される分散度が約2.0〜4.5、あるいは約2.0〜4.0、あるいは約2.0〜3.5になってもよい。一実施形態のポリアリーレンスルフィドが上述した範囲の分散度および分子量を有することにより、優れた機械的物性および加工性などを示すことができ、より多様な用途に使用可能な様々な成形品に加工できる。
そして、上述したポリアリーレンスルフィドは、回転円板粘度計によって300℃で測定した溶融粘度が約10〜50,000poise、あるいは約100〜20,000、あるいは約300〜10,000になってもよい。このような溶融粘度を示すポリアリーレンスルフィドおよびこれを含む一実施形態の樹脂組成物は、優れた加工性と共に、優れた機械的物性などを示すことができる。
例えば、一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、ASTM D638により測定した引張強度値が約100〜900kgf/cm、あるいは約200〜800kgf/cm、あるいは約300〜700kgf/cmであってもよく、ASTM D638により測定した伸び率が約1〜10%、あるいは約1〜8%、あるいは約1〜6%になってもよい。また、前記ポリアリーレンスルフィドは、ASTM D790により測定した屈曲強度値が約100〜2000kgf/cm、あるいは約500〜2000kgf/cm、あるいは約1000〜2000kgf/cmになってもよく、ASTM D256により測定した衝撃強度が約1〜100J/m、あるいは約5〜50J/m、あるいは約10〜20J/mになってもよい。このように、一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドは、優れた機械的物性などの諸物性を示すことができ、これと共に、すでに上述した他の高分子素材または充填材との優れた相溶性を示すことができるため、一実施形態の樹脂組成物は、各成分の混合に伴うより高い相乗効果および多様な用途に適した優れた物性を示すことができる。
一方、一実施形態の樹脂組成物は、主鎖末端にカルボキシ基またはアミノ基が導入された上述したポリアリーレンスルフィドと共に、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーの他の高分子素材や、充填材などを含む。このとき、一実施形態の樹脂組成物に含まれる高分子素材の例としては、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、またはポリエステル系樹脂などの多様な熱可塑性樹脂;あるいはポリ塩化ビニル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、またはポリブタジエン系エラストマーなどの多様な熱可塑性エラストマーなどが挙げられる。
また、このような樹脂組成物に含まれる充填材は、繊維、ビーズ、フレーク、または粉末形態の有機または無機充填材になってもよいし、その具体例としては、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、タルク、または炭酸カルシウムなどの多様な強化材/充填材が挙げられる。このような充填材の中でも、ガラス繊維または炭素繊維などが代表的に使用できるが、このようなガラス繊維などは、表面がシランカップリング剤などで処理されて使用されたり、未処理の形態で使用されたりしてもよい。ただし、シランカップリング剤で表面処理時、前記充填材とポリアリーレンスルフィドの凝集力または相溶性がより向上できる。
一実施形態の樹脂組成物に含まれているポリアリーレンスルフィドがこのような多様な高分子素材や充填材などと優れた相溶性を示すことにより、一実施形態の樹脂組成物は、上述した多様な他の高分子素材や充填材などと混合(例えば、コンパウンディング)されて優れた相乗効果を示すことができ、多様な用途に合った最適化された物性を示すことができる。ただし、前記に挙げられた高分子素材または充填材のほか、他の様々な高分子素材または強化材/充填材などが、一実施形態の樹脂組成物に上述したポリアリーレンスルフィドと共に含まれ、より優れた物性を示すことができるのはいうまでもない。より具体的には、樹脂組成物の機械的物性、耐熱性、耐候性または成形性などをより向上させるための多様な高分子素材または充填材などが、特別な制限なく一実施形態の樹脂組成物に含まれてもよい。
また、一実施形態の樹脂組成物は、前記ポリアリーレンスルフィドの約5〜95重量%、あるいは約50〜90重量%と、前記熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上の5〜95重量%、あるいは約10〜50重量%とを含むことができる。各成分をこのような含有量範囲で含むことにより、一実施形態の樹脂組成物は、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた物性を維持しながらも、他の成分との混合に伴う相乗効果を最適化し、多様な用途に好ましく適用可能な優れた物性を示すことができる。
一方、一実施形態の樹脂組成物は、その機械的物性、耐熱性、耐候性または成形性などを追加的に向上させるために、追加的な添加剤および/または安定剤などをさらに含むこともできる。このような添加剤などの種類は特に限定されないが、例えば、酸化安定剤、光安定剤(UV安定剤など)、可塑剤、滑剤、核剤、または衝撃補強剤などが挙げられ、これらの中から選択された2種以上をさらに含むこともできる。
これら添加剤のうち、酸化安定剤としては、一次または二次酸化防止剤を使用することができ、より具体的な例としては、ヒンダードフェノール系、アミン系、硫黄系、またはリン系酸化防止剤が挙げられる。また、前記光安定剤は、一実施形態の樹脂組成物が外装材に適用される場合に含まれてよいが、特にUV安定剤が代表的に使用され、例えば、ベンゾトリアゾールまたはベンゾフェノールなどが挙げられる。
そして、滑剤は、一実施形態の樹脂組成物を成形、加工するにあたって成形性の向上のために使用される成分であって、炭化水素系滑剤を代表的に使用することができる。このような滑剤の使用によって、樹脂組成物と金型金属との摩擦防止や、金型からの着脱などの離型性の付与が可能になる。
また、樹脂組成物の成形過程で結晶化速度の改善のために多様な核剤を使用することができ、これによって、押出、射出時、製品の固化速度の向上、製品製造時間(Cycle time)の短縮などが可能になる。
一方、上述した一実施形態の樹脂組成物は、主な樹脂成分として、主鎖末端にカルボキシ基(−COOH)またはアミノ基(−NH)が導入された溶融重合型ポリアリーレンスルフィドが含まれるが、このようなポリアリーレンスルフィドは、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を重合反応させる段階と、前記重合反応段階を進行させながら、カルボキシ基またはアミノ基を有する化合物を追加的に添加する段階とを含む方法で製造できる。また、前記ポリアリーレンスルフィドに含まれているジスルフィド繰り返し単位の含有量を適切な範囲に調節するために、例えば、前記重合反応段階を進行させながら、前記反応物に含まれている硫黄元素100重量部に対して、0.01〜30重量部の硫黄元素を追加的に加える段階をさらに含むこともできる。さらに、前記溶融重合段階の一定の時点で、重合中止剤を追加投入する段階を含むことができ、このような重合中止剤は、2段階以上に分けて段階的に投入されてもよい。
以下、このようなポリアリーレンスルフィドの製造方法について説明する。
前記ポリアリーレンスルフィドの製造方法において、前記カルボキシ基またはアミノ基を有する化合物は、目標粘度に対する現在粘度の割合で重合反応の進行程度を測定したとき、前記ジヨード芳香族化合物と硫黄元素との間の重合反応が約90%以上、あるいは約90%以上100%未満で進行したとき(例えば、重合反応後期に)に添加されてもよい。前記重合反応の進行程度は、得ようとするポリアリーレンスルフィドの分子量およびこれに応じた重合生成物の目標粘度を設定し、重合反応の進行程度に応じた現在粘度を測定して、前記目標粘度に対する現在粘度の割合として測定することができる。このとき、現在粘度を測定する方法は、反応器のスケールに応じて当業者に自明な方法で決定することができる。例えば、相対的に小型重合反応器で重合を進行させる場合、反応器で重合反応が進行中のサンプルを採取して粘度計で測定することができる。これとは異なり、大型の連続重合反応器で重合を進行させる場合、反応器自体に設けられた粘度計で連続的、リアルタイムに現在粘度が自動測定できる。
このように、前記ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を重合反応させる過程で、重合反応後期にカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物を添加して反応させることにより、ポリアリーレンスルフィド主鎖の末端基(End Group)のうちの少なくとも一部に、カルボキシ基(−COOH)またはアミノ基(−NH)が導入された溶融重合型ポリアリーレンスルフィドを製造することができる。特に、前記重合反応後期にカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物を追加的に添加して、主鎖の末端基に適切な含有量のカルボキシ基またはアミノ基が導入され、上述した他の高分子素材または充填材などとの優れた相溶性を示しながらも、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた物性を有する一実施形態のポリアリーレンスルフィドが効果的に製造できる。
また、前記ポリアリーレンスルフィドの製造方法において、前記カルボキシ基またはアミノ基を有する化合物としては、カルボキシ基またはアミノ基を有する任意のモノマー(単分子)形態の化合物を使用することができる。このようなカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物のより具体的な例としては、2−ヨード安息香酸(2−Iodobenzoic acid)、3−ヨード安息香酸(3−Iodobenzoic acid)、4−ヨード安息香酸(4−Iodobenzoic acid)、2,2’−ジチオ安息香酸(2,2’−Dithiobenzoic acid)、2−ヨードアニリン(2−Iodoaniline)、3−ヨードアニリン(3−Iodoaniline)、4−ヨードアニリン(4−Iodoaniline)、2,2’−ジチオアニリン(2,2’−Dithiodianiline)、または4,4’−ジチオアニリン(4,4’−Dithiodianiline)などが挙げられ、その他にも多様なカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物を使用することができる。
また、前記カルボキシ基またはアミノ基を有する化合物は、ジヨード芳香族化合物の約100重量部に対して、約0.0001〜5重量部、あるいは約0.001〜3重量部、あるいは約0.01〜2重量部で添加されてもよい。このような含有量でカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物を添加して、主鎖の末端基に適切な含有量のカルボキシ基またはアミノ基を導入することができ、その結果、他の高分子素材または充填材などとの優れた相溶性を示しながらも、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた物性を有するポリアリーレンスルフィドが効果的に製造できる。
また、上述したポリアリーレンスルフィドは、基本的に、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を重合反応させる方法で製造され、これによって、従来のマッカラム工程で製造されたものに比べてより優れた機械的物性などを示すことができる。
このとき、前記重合反応に使用可能なジヨード芳香族化合物としては、ジヨード化ベンゼン(diiodobenzene;DIB)、ジヨード化ナフタレン(diiodonaphthalene)、ジヨード化ビフェニル(diiodobiphenyl)、ジヨード化ビスフェノール(diiodobisphenol)、およびジヨード化ベンゾフェノン(diiodobenzophenone)からなる群より選択される1種以上が挙げられるが、これに限定されず、これらの化合物にアルキル原子団(alkyl group)やスルホン原子団(sulfone group)などが置換基で結合されていたり、芳香族基に酸素や窒素などの原子が含まれている形態のジヨード芳香族化合物も使用可能である。また、前記ジヨード芳香族化合物には、ヨード原子のついた位置に応じて様々なジヨード化合物の異性体(isomer)があるが、なかでも、パラ−ジヨードベンゼン(pDIB)、2,6−ジヨードナフタレン、またはp,p’−ジヨードビフェニルのように、パラ位にヨードの結合された化合物がより好適に使用可能である。
そして、前記ジヨード芳香族化合物と反応する硫黄元素の形態には特別な制限がない。通常、硫黄元素は常温で原子8個が連結された環形態(cyclooctasulfur;S8)で存在するが、このような形態でなくても、商業的に使用可能な固体または液体状態の硫黄であれば特別な限定なくすべて使用することができる。
また、上述したように、ポリアリーレンスルフィドに含まれているジスルフィド繰り返し単位の含有量を、例えば、約3重量%以下の適切な範囲に調節するために、前記硫黄元素は、重合反応段階中に追加的に加えられてもよい。このように追加的に加えられる硫黄元素の量は、適切なジスルフィド繰り返し単位の含有量を考慮して当業者が適切に決定することができるが、例えば、前記最初の反応物に含まれている硫黄元素100重量部に対して、0.01〜30重量部の量で加えられてもよい。このように追加的に加えられる硫黄元素は、例えば、重合反応が約50〜99%程度進行したときに加えられてもよく、上述したカルボキシ基またはアミノ基を有する化合物と別途に加えられたり、これと共に加えられてもよい。
一方、前記ポリアリーレンスルフィドの製造のための反応物には、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素のほか、重合開始剤、安定剤、またはこれらの混合物を追加的に含むことができるが、具体的に使用可能な重合開始剤としては、1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン、メルカプトベンゾチアゾール、2,2’−ジチオベンゾチアゾール、シクロヘキシルベンゾチアゾールスルフェンアミド、およびブチルベンゾチアゾールスルフェンアミドからなる群より選択される1種以上を使用することができるが、上述した例に限定されない。
そして、前記安定剤としては、通常、樹脂の重合反応に使用される安定剤であれば、その構成の限定はない。
一方、このような重合反応の途中、重合がある程度行われた時点で重合中止剤を添加することができる。このとき、使用可能な重合中止剤は、重合される高分子に含まれるヨードグループを除去して重合を中止させられる化合物であれば、その構成の限定はない。具体的には、ジフェニルスルフィド(diphenyl suldife)、ジフェニルエーテル(diphenyl ether)、ジフェニル(diphenyl)、ベンゾフェノン(benzophenone)、ジベンゾチアゾールジスルフィド(dibenzothiazole disulfide)、モノヨードアリール化合物(monoiodoaryl compound)、ベンゾチアゾール(benzothiazole)類、ベンゾトリアゾール(benzotriazole)類、ベンゾチアゾールスルフェンアミド(benzothiazolesulfenamide)類、チウラム(thiuram)類、ジチオカルバメート(dithiocarbamate)類、およびジフェニルジスルフィドからなる群より選択される1種以上であってもよい。
より好ましくは、前記重合中止剤は、ヨードビフェニル(iodobiphenyl)、ヨードフェノール(iodophenol)、ヨードアニリン(iodoaniline)、ヨードベンゾフェノン(iodobenzophenone)、2−メルカプトベンゾチアゾール(2−mercaptobenzothiazole)、2,2’−ジチオビスベンゾチアゾール(2,2’−dithiobisbenzothiazole)、2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾール(2,2’−dithiobisbenzotriazole)、N−シクロヘキシルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド(N−cyclohexylbenzothiazole−2−sulfenamide)、2−モルホリノチオベンゾチアゾール(2−morpholinothiobenzothiazole)、N,N−ジシクロヘキシルベンゾチアゾール−2−スルフェンアミド(N,N−dicyclohexylbenzothiazole−2−sulfenamide)、テトラメチルチウラムモノスルフィド(tetramethylthiuram monosulfide)、テトラメチルチウラムジスルフィド(tetramethylthiuram disulfide)、亜鉛ジメチルジチオカルバメート(Zinc dimethyldithiocarbamate)、亜鉛ジエチルジチオカルバメート(Zinc diethyldithiocarbamate)、およびジフェニルジスルフィド(diphenyl disulfide)からなる群より選択される1種以上であってもよい。
一方、重合中止剤の投入時点は、最終重合させようとするポリアリーレンスルフィドの分子量を考慮して、その時期を決定することができる。例えば、初期反応物内に含まれているジヨード芳香族化合物が約70〜100重量%反応して消耗した時点で投入することができる。
また、このような重合中止剤は、この時点で最初に投入した後に、2段階以上に分けて段階的に投入されてもよい。例えば、投入すべき重合中止剤の量が定められると、当該量を2回分以上、例えば、2〜10回分、あるいは3〜7回分に分けて、約5〜30分間隔に分けて段階的に投入した後、残りの重合段階を進行させることができる。このような重合中止剤の段階的投入によって、上述したように、ポリアリーレンスルフィドの線形性が向上して、他の高分子素材や充填材などとのより優れた相溶性を示すことができ、その結果、多様な素材とのコンパウンディングおよびこれによる各用途に合った最適化された物性の実現を可能にするポリアリーレンスルフィドを得ることができる。
そして、このような重合反応は、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物の重合が開示できる条件であれば、いずれの条件でも進行できる。例えば、前記重合反応は、昇温減圧反応条件で進行できるが、この場合、温度約180〜250℃および圧力約50〜450torrの初期反応条件から温度上昇および圧力降下を行って、最終反応条件の温度約270〜350℃および圧力約0.001〜20torrに変化させ、約1〜30時間進行させることができる。より具体的な例として、最終反応条件を温度約280〜300℃および圧力約0.1〜0.5torrとして、重合反応を進行させることができる。
一方、上述したポリアリーレンスルフィドの製造方法は、前記重合反応前に、ジヨード芳香族化合物と硫黄元素を含む反応物を溶融混合する段階を追加的に含むことができる。このような溶融混合は、上述した反応物がすべて溶融混合できる条件であれば、その構成の限定はないが、例えば、約130℃〜200℃、あるいは約160℃〜190℃の温度で進行させることができる。
このように重合反応前に溶融混合段階を進行させて、後に行われる重合反応をより容易に進行させることができる。
そして、上述したポリアリーレンスルフィドの製造方法において、重合反応は、ニトロベンゼン系触媒の存在下で進行できる。また、上述のように、重合反応前に溶融混合段階を経る場合、前記触媒は、溶融混合段階で追加されてもよい。ニトロベンゼン系触媒の種類としては、1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン、または1−ヨード−4−ニトロベンゼンなどが挙げられるが、上述した例に限定されるものではない。
上述した製造方法で、主鎖末端にカルボキシ基またはアミノ基などが導入された溶融重合型ポリアリーレンスルフィドが得られ、このようなポリアリーレンスルフィドは、他の高分子素材または充填剤などとの優れた相溶性を示すため、これを用いて一実施形態の樹脂組成物を得ることができる。
一方、発明の他の実施形態によれば、上述した一実施形態のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を含む成形品およびその製造方法が提供される。前記成形品は、前記一実施形態の樹脂組成物を押出す段階を含む方法で製造できる。
以下、このような成形品および製造方法についてより具体的に説明する。ただし、前記成形品に含まれる成分の種類および含有量については、すでに一実施形態の樹脂組成物について説明したので、これに関する追加的な具体的な説明は省略する。
他の実施形態の成形品は、カルボキシ基またはアミノ基などが導入された溶融重合型ポリアリーレンスルフィド、熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上、そして選択的に他の添加剤などを含むことになるが、これらの各成分を混合して一実施形態の樹脂組成物を得た後、これを押出して製造できる。
このような成形品は、前記ポリアリーレンスルフィドの約5〜95重量%、あるいは約50〜90重量%と、前記熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上の約5〜95重量%、あるいは約10〜50重量%とを含むことができ、前記2つの成分の含有量を合わせた100重量部に対して、約2重量部以下、例えば、約0.1〜2重量部の他の添加剤などを含むことができる。例えば、酸化安定剤または滑剤などの添加剤は、約0.1〜1重量部の含有量で含まれてもよく、硬化剤などの添加剤は、約0.1〜2重量部の含有量で含まれてもよい。前記成形品がこのような含有量範囲を満たすことにより、多様な用途に好ましく適用可能な優れた物性を示すことができる。
また、これらの各成分を含む樹脂組成物を混合および押出して成形品を製造するにあたっては、例えば、二軸押出機(Twin Screw Extruder)を用いることができ、このような二軸押出機の直径比(L/D)は、約30から50前後になってもよい。
一例によれば、先に少量添加されるその他の添加剤などをスーパーミキサーなどの混合機でポリアリーレンスルフィドと事前に混合することができ、事前に混合された一次組成物を二軸押出機の主投入口を通して投入することができる。また、熱可塑性樹脂または熱可塑性エラストマーの他の高分子素材や、充填材などは、押出機の側面に位置した投入口(side feeder)を通して別途に投入することができる。このとき、側面投入する位置は、押出機全体バレルの排出口側から約1/3〜1/2の地点になってもよい。こうすれば、前記充填材などが押出機内で押出機スクリューによる回転および摩擦によって壊れることを防止できる。
このような方式で一実施形態の樹脂組成物の各成分を混合した後、二軸押出機で押出すことにより、他の実施形態の成形品を得ることができる。
このような他の実施形態の成形品は、フィルム、シート、または繊維などの多様な形態になってもよい。また、前記成形品は、射出成形品、押出成形品、またはブロー成形品であってもよい。射出成形する場合の金型温度は、結晶化の観点で、約50℃以上、約60℃以上、あるいは約80℃以上になってもよく、試験片の変形の観点で、約190℃以下、あるいは約170℃以下、あるいは約160℃以下になってもよい。
そして、前記成形品がフィルムまたはシート形態となる場合、未延伸、一軸延伸、二軸延伸などの各種フィルムまたはシートに製造することができる。繊維としては、未延伸糸、延伸糸、または超延伸糸などの各種繊維とし、織物、編物、不織布(スパンボンド、メルトブロー、ステープル)、ロープ、またはネットとして用いることができる。
このような成形品は、コンピュータ付属品などの電気・電子部品、建築部材、自動車部品、機械部品、日用品または化学物質が接触する部分のコーティング、産業用耐薬品性繊維などとして用いることができる。
本発明において、前記記載された内容以外の事項は、必要に応じて加減が可能であるので、本発明では特に限定しない。
本発明は、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むことにより、他の高分子素材または強化材/充填材などと優れた相溶性を示しながらも、優れた加工性を示す溶融重合型ポリアリーレンスルフィドと、他の高分子素材または充填材などとを含む樹脂組成物を提供することができる。
このような樹脂組成物は、各用途に最適化された優れた物性を示しながらも、ポリアリーレンスルフィド特有の優れた物性を示すことができる。これは、樹脂組成物の各成分の相溶性が向上して、各成分の物性が相乗効果を示すことができるからであると見られる。
したがって、このような樹脂組成物は、より多様な用途に適用され、優れた物性および効果を示すことができる。
以下、本発明の理解のために好ましい実施例を提示するが、下記の実施例は本発明を例示するものに過ぎず、本発明の範囲が下記の実施例に限定されるのではない。
実施例1:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodobenzoic acidを51g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例1のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約1600〜1800cm−1のカルボキシ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約1600〜1800cm−1のピークの相対的高さ強度は約3.4%であることが確認された。
実施例2:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodoanilineを51g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約3300〜3500cm−1のアミノ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.4%であることが確認された。
実施例3:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodobenzoic acidを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約1600〜1800cm−1のカルボキシ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約1600〜1800cm−1のピークの相対的高さ強度は約2.1%であることが確認された。
実施例4:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodoanilineを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約3300〜3500cm−1アミノ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.1%であることが確認された。
実施例5:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、2,2’−dithiodibenzoic acidを51g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約1600〜1800cm−1のカルボキシ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約1600〜1800cm−1のピークの相対的高さ強度は約3.2%であることが確認された。
実施例6:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4,4’−dithiodianilineを51g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約3300〜3500cm−1アミノ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.3%であることが確認された。
実施例7:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、2,2’−dithiodibenzoic acidを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約1600〜1800cm−1のカルボキシ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約1600〜1800cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.9%であることが確認された。
実施例8:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾールを25g添加し、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4,4’−dithiodianilineを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約3300〜3500cm−1アミノ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.0%であることが確認された。
実施例9:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾール25gを5gずつ10分間隔で段階的に添加し、最終分の投入後、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodobenzoic acidを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約16001800cm−1のカルボキシ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約2.2%であることが確認された。
実施例10:カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィドの合成
反応器の内温測定が可能なサーモカップル、そして窒素充填および真空をかけられる真空ライン付き5L反応器に、パラジヨードベンゼン(p−DIB)5130g、硫黄450g、反応開始剤として1,3−ジヨード−4−ニトロベンゼン4gを含む反応物を、180℃に加熱して完全に溶融および混合した後、220℃および350Torrの初期反応条件から始めて、最終反応温度は300℃、圧力は1Torr以下まで段階的に温度上昇および圧力降下を行いながら、重合反応を進行させた。前記重合反応が80%進行した時(このような重合反応の進行程度は、「(現在粘度/目標粘度)×100%」の式で、目標粘度に対する現在粘度の相対割合として測定し、現在粘度は、重合進行中のサンプルを採取して粘度計で測定した。)、重合中止剤として2,2’−ジチオビスベンゾトリアゾール25gを5gずつ10分間隔で段階的に添加し、最終分の投入後、1時間反応を進行させた。次に、ジスルフィドの含有量を調節するために、硫黄を1時間単位で0.2gずつ3回投入した。前記重合反応が90%進行した時、4−Iodoanilineを25g添加し、10分間窒素雰囲気下で反応を進行させた後、0.5Torr以下に徐々に真空を加えて1時間反応を進行させた後、終了して、カルボキシ基またはアミノ基を主鎖末端に含むポリアリーレンスルフィド樹脂を合成した。反応が完了した樹脂を、小型ストランドカッター機を用いてペレット形態で製造した。
このような実施例10のポリアリーレンスルフィド樹脂をFT−IRで分析して、スペクトル上で、約3300〜3500cm−1アミノ基のピークの存在を確認した。また、前記FT−IRスペクトル上で、約1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記約3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は約1.3%であることが確認された。
比較例1
マッカラム工程で製造されたポリアリーレンスルフィドを用意した。(Celanese)用意された高分子は、MV2000ポイズ、Tm282℃であった。
比較例2
比較例1とは異なる会社で製造した、マッカラム工程で製造されたポリアリーレンスルフィドを用意した。(Deyang)用意された高分子は、MV2300ポイズ、Tm281℃であった。
比較例3
マッカラム工程で製造されたポリアリーレンスルフィドと、エラストマーとがコンパウンディングされたDIC社のZ200製品を入手して、比較例3とした。
試験例1:ポリアリーレンスルフィドの基本物性評価
実施例1〜10、比較例1および2のポリアリーレンスルフィドの諸物性を、次の方法で評価した。
融点(Tm)
示差走査熱量分析器(Differential Scanning Calorimeter;DSC)を用いて、30℃から320℃まで10℃/minの速度で昇温後、30℃まで冷却した後に、再び30℃から320℃まで10℃/minの速度で昇温しながら、融点を測定した。
数平均分子量(Mn)および分子量分布(PDI)
1−chloronaphthaleneに、0.4wt%の濃度で、250℃で25分間撹拌溶解したサンプルを、高温GPC(Gel permeation chromatography)システム(210℃)で1−chloronaphthaleneを1mL/minの流速で流しながら、分子量の異なるポリアリーレンスルフィドを順次にカラム内で分離しながら、RI detectorを用いて、分離されたポリアリーレンスルフィドの分子量別強度(Intensity)を測定し、予め分子量を知っている標準試料(Polystyrene)で検量線を作成して、測定サンプルの相対的な数平均分子量(Mn)および分子量分布(PDI)を計算した。
溶融粘度(Poise)
溶融粘度(melt viscosity、以下、「MV」)は、回転円板粘度計(rotating disk viscometer)によって300℃で測定した。Frequency sweep方法で測定するにあたり、angular frequencyを0.6から500rad/sまで測定し、1.84rad/sでの粘度を溶融粘度(M.V.)として定義した。
高分子の流れ性の測定
反応重合された高分子の流れを測定するために、普遍的に使用されるスパイラルテスト(spiral test)方法が使用された。下記のテスト進行のために、すべての重合試料に対して、重合反応器から反応器の外部に出る間、直径1〜2mm、長さ2〜4mm程度の一定のペレットタイプの形態に切断し、射出機内に最大射出圧、射出充填量、射出速度、射出時の圧力および保圧の大きさを一定にし、射出時の温度はバレル(barrel)基準、320℃に固定した。スパイラルテスト後、金型から分離された成形品の最終長さを測定し、測定値は表1に示す通りである。
成形品の製作時に形成されたバリの測定
一方、比較例および実施例の高分子を用いて、スパイラルテスト(spiral test)方法が使用され、バリは、スパイラルテストに使用されたモールドの主な形態を除いて、モールドの前板と後板との間に挟み込んだ薄い部分に対して切断し、重量で測定した。
このような方法で測定された物性を、下記の表1にまとめて示した。
Figure 0006397412
前記表1を参照すれば、製造過程中に硫黄が追加投入され、ポリアリーレンジスルフィド繰り返し単位を含むように得られた実施例のポリアリーレンスルフィドは、流れ性が最適化され、バリの発生量が少なく、特に高い精度が要求される製品の成形時に優れた加工性を示すことが確認された。これに対し、比較例1および2のポリアリーレンスルフィドは、バリの発生量が相対的に多く、実施例に比べて加工性に劣ることが確認された。
試験例2:ポリアリーレンスルフィドの機械的物性評価
実施例1〜10、比較例1および2のポリアリーレンスルフィドの機械的物性を、次の方法で評価した。
引張強度および伸び率
ASTM D638法により、実施例1〜10、比較例1および2によって製造されたポリアリーレンスルフィド試験片の引張強度および伸び率を測定した。
屈曲強度
ASTM D790法により、実施例1〜10、比較例1および2によって製造されたポリアリーレンスルフィド試験片の屈曲強度を測定した。
衝撃強度(Izod)
ASTM D256法により、実施例1〜10、比較例1および2によって製造されたポリアリーレンスルフィド試験片の衝撃強度を測定した。
このような方法で測定された機械的物性を、下記の表2にまとめて示した。
Figure 0006397412
次の方法により、実施例1〜10、比較例1および2のポリアリーレンスルフィドを他の成分とコンパウンディングした試験片を製造した。
ポリアリーレンスルフィドとGF(ガラス繊維)とのコンパウンディング
重合した樹脂をそれぞれ乾燥し、小型二軸押出機を用いて、押出Dieの温度330℃、Screw rpm200の条件下で、前記樹脂60重量部にGlass Fiber40重量部を添加し、コンパウンディングを実施した。
ポリアリーレンスルフィドとElastomerとのコンパウンディング
押出Dieの温度300℃、Screw rpm200の条件下で、前記樹脂90重量部にエラストマーのLotader(Grade AX−8840、Arkema製)を10重量部添加し、混合押出を実施した。
前記コンパウンディング試験片の機械的物性を、ポリアリーレンスルフィド試験片に対してと同様の方法で評価して、下記の表3にまとめて示した。また、このような機械的物性を、比較例3の商用化されたコンパウンディング試験片と比較して共に示した。
Figure 0006397412
前記表2および3によれば、主鎖末端にカルボキシ基またはアミノ基が導入された実施例1〜10のポリアリーレンスルフィドを熱可塑性エラストマーとコンパウンディングすることにより、伸び率および衝撃強度が大きく向上することが確認された。また、実施例1〜10のポリアリーレンスルフィドをガラス繊維とコンパウンディングすることにより、引張強度が大きく向上することが確認された。さらに、重合中止剤を段階的に投入して製造した実施例9のポリアリーレンスルフィドを熱可塑性エラストマーとコンパウンディングすることにより、伸び率および衝撃強度が大きく向上することが確認された。また、実施例10のポリアリーレンスルフィドをガラス繊維とコンパウンディングすることにより、引張強度および衝撃強度が大きく向上することが確認された。このようなコンパウンディングに伴う物性の向上から、実施例のポリアリーレンスルフィドが多様な他の高分子素材や充填材などと優れた相溶性を示し、これによって、コンパウンディングされた樹脂組成物が優れた相乗効果を示すことができることが確認された。
これに対し、比較例のポリアリーレンスルフィドは、他の高分子素材や充填材との相溶性に劣り、コンパウンディングに伴う相乗効果がそれほど大きくないことが確認された。

Claims (15)

  1. 主鎖の繰り返し単位中にジスルフィド繰り返し単位を含むポリアリーレンスルフィド;および
    熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上を含み、
    前記ジスルフィド繰り返し単位は、全体ポリアリーレンスルフィドに対して、0.1〜2.0重量%で含まれ、
    前記ポリアリーレンスルフィドは、主鎖の末端基(End Group)のうちの少なくとも一部に、カルボキシ基(−COOH)またはアミノ基(−NH)が結合されてい
    ることを特徴とする、
    ポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  2. 前記ポリアリーレンスルフィドは、1600〜1800cm−1または3300〜3500cm−1のピークを示すことを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  3. 前記ポリアリーレンスルフィドのFT−IRスペクトル上で、1400〜1600cm−1で現れる芳香環伸縮(Ring stretch)ピークの高さ強度を100%としたとき、前記1600〜1800cm−1または3300〜3500cm−1のピークの相対的高さ強度は0.001〜10%であることを特徴とする、
    請求項に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  4. 前記熱可塑性樹脂は、ポリビニルアルコール系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択された1種以上であることを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  5. 前記熱可塑性エラストマーは、ポリ塩化ビニル系エラストマー、ポリオレフィン系エラストマー、ポリウレタン系エラストマー、ポリエステル系エラストマー、ポリアミド系エラストマー、およびポリブタジエン系エラストマーからなる群より選択された1種以上であることを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  6. 前記充填材は、繊維、ビーズ、フレーク、または粉末形態の有機または無機充填材であることを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  7. 前記充填材は、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、ガラスビーズ、ガラスフレーク、タルク、および炭酸カルシウムからなる群より選択された1種以上であることを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  8. 前記ポリアリーレンスルフィドは、数平均分子量が5,000〜50,000であることを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  9. 前記ポリアリーレンスルフィドの5〜95重量%と、前記熱可塑性樹脂、熱可塑性エラストマー、および充填材からなる群より選択された1種以上の5〜95重量%とを含むことを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  10. 酸化安定剤、光安定剤、可塑剤、滑剤、核剤、および衝撃補強剤からなる群より選択された1種以上の添加剤をさらに含むことを特徴とする、
    請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物。
  11. 請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を押出す段階を含むことを特徴とする、
    成形品の製造方法。
  12. 前記押出は、二軸押出機で進行することを特徴とする、
    請求項11に記載の成形品の製造方法。
  13. 請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド系樹脂組成物を含むことを特徴とする、
    成形品。
  14. フィルム、シート、または繊維形態であることを特徴とする、
    請求項13に記載の成形品。
  15. 自動車内装部品、自動車外装部品、電気部品、電子部品、または産業材として使用されることを特徴とする、
    請求項13に記載の成形品。
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