JP2002531663A

A high barrier amorphous polyamide-clay nanocomposite and a process for preparing same

Abstract

(57) [Summary] The present invention relates to polyamide-clay nanocomposites, products made from nanocomposites, and methods for preparing polyamide-clay nanocomposites. Polyamide-clay nanocomposites are contained in (a) (i) amorphous matrix polyamides containing dicarboxylic acid component residues containing at least two diacids and (ii) diamine component residues and (b) matrix polyamides. Includes dispersed layered clay material.

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    【特許請求の範囲】 【請求項1】 (a)(i)少なくとも1つのジ酸を含むジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含む非晶質マトリックスポリアミド並びに (b)層状クレイ材料 を含んでなり、該クレイ材料がマトリックスポリアミド中に分散している、ポリアミド-クレイナノ複合材料。 【請求項2】 前記成分(i)が8~14個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸、4~12個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸、および8~12個の炭素原子を有する環状脂肪族ジカルボン酸からなる群から選択されるジカルボン酸を含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項3】 前記成分(i)がフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、シクロヘキサン二酢酸、ジフェニル-4,4’-ジカルボン酸、セバシン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、イミノ二酢酸、オキシ二酢酸、チオ二酢酸、1,4-フェニレンジオキシ二酢酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項4】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項5】 前記成分(ii)が1,2-エチレンジアミン、1,3-プロピレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,12-ドデシレンジアミン、1,4-シクロヘキサンビスメチルアミン、ピペラジン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンまたはその混合物を含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項6】 前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項7】 0より多く~約25重量%までの量で層状クレイ材料を含んでなる請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項8】 約0.5~約15重量%の層状クレイ材料を含んでなる請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項9】 前記層状クレイ材料がモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、雲母、バーミキュライト、ベントナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコイト、マガダイト、ケニヤイトまたはその混合物を含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項10】 前記層状クレイ材料がワイオミング型ナトリウムモンモリロナイト又はワイオミング型ナトリウムベントナイトを含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項11】 前記層状クレイ材料が約0.9~約1.5meq/gの陽イオン交換能を有する易流動性粉体である請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項12】 前記非晶質マトリックスポリアミド中、少なくとも50%の層状クレイ材料が個々の小板状粒子の形態で分散し、タクトイドの厚さが30nm又はそれ以下である請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項13】 前記クレイ材料を水溶性または水不溶性ポリマー、有機試薬またはモノマー、シラン化合物、金属、有機金属、陽イオン交換用有機陽イオン、またはその組み合わせで処理する請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項14】 前記有機陽イオンがオニウム塩化合物に由来する請求項13に記載のナノ複合材料。 【請求項15】 前記オニウム塩化合物がアンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物またはその混合物を含む請求項14に記載のナノ複合材料。 【請求項16】 前記有機陽イオンがアルキルアンモニウムイオン、アルキルホスホニウムイオン、ポリアルコキシル化アンモニウムイオンまたはその混合物を含む請求項13に記載のナノ複合材料。 【請求項17】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含み、前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含み、前記層状クレイ材料が陽イオン交換用有機陽イオンで処理したワイオミング型ナトリウムモンモリロナイトまたはワイオミング型ナトリウムベントナイトを含む請求項1に記載のナノ複合材料。 【請求項18】 請求項1に記載のナノ複合材料から調製した製品。 【請求項19】 フィルム、シート、パイプ、繊維、押し出し製品、成型製品または成型コンテナの形態の請求項18に記載の製品。 【請求項20】 ボトル形態の請求項18に記載の製品。 【請求項21】 クレイを含まないポリアミドから形成した製品よりも少なくとも10%ガス透過率が低い請求項18に記載の製品。 【請求項22】 少なくとも1層が請求項1に記載のナノ複合材料から形成されている複数層を有する製品。 【請求項23】 前記ナノ複合材料が2つの他の層の間に配置されている請求項22に記載の製品。 【請求項24】 1層またはそれ以上の層の構造ポリマーを有する請求項22に記載の製品。 【請求項25】 (a)(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含む非晶質マトリックスポリアミド並びに (b)層状クレイ材料 を含み、前記クレイ材料が非晶質マトリックスポリアミド適合性オリゴマー樹脂中に分散し、前記クレイ-オリゴマー樹脂ディスパージョンが前記非晶質マトリックスポリアミドに組み込まれているポリアミド-クレイナノ複合材料。 【請求項26】 前記オリゴマー樹脂および高分子量のマトリックスポリアミドが同一のモノマー単位を有する請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項27】 前記成分(i)がフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、シクロヘキサン二酢酸、ジフェニル-4,4’-ジカルボン酸、セバシン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、イミノ二酢酸、オキシ二酢酸、チオ二酢酸、1,4-フェニレンジオキシ二酢酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項28】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項29】 前記成分(ii)が1,2-エチレンジアミン、1,3-プロピレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,12-ドデシレンジアミン、1,4-シクロヘキサンビスメチルアミン、ピペラジン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンまたはその混合物を含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項30】 前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項31】 0より多く約25重量%までの量で層状クレイ材料を含んでなる請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項32】 前記層状クレイ材料がモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、雲母、バーミキュライト、ベントナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコイト、マガダイト、ケニヤイトまたはその混合物を含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項33】 前記層状クレイ材料がワイオミング型ナトリウムモンモリロナイトまたはワイオミング型ナトリウムベントナイトを含む請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項34】 前記クレイ材料を水溶性または水不溶性ポリマー、有機試薬またはモノマー、シラン化合物、金属、有機金属、陽イオン交換用有機陽イオン、またはその組み合わせで処理する請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項35】 前記有機陽イオンがオニウム塩化合物に由来する請求項34に記載のナノ複合材料。 【請求項36】 前記オニウム塩化合物がアンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物、またはその混合物を含む請求項35に記載のナノ複合材料。 【請求項37】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含み、前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含み、前記層状クレイ材料が、陽イオン交換用有機陽イオンで処理したワイオミング型ナトリウムモンモリロナイトまたはワイオミング型ナトリウムベントナイトを含み、前記オリゴマー樹脂および高分子量のマトリックスポリアミド同一のモノマー単位を有する請求項25に記載のナノ複合材料。 【請求項38】 請求項25に記載のナノ複合材料から調製した製品。 【請求項39】 フィルム、シート、パイプ、繊維、押し出し製品、成型製品または成型コンテナの形態の請求項38に記載の製品。 【請求項40】 ボトル形態の請求項38に記載の製品。 【請求項41】 (a)層状クレイ材料とマトリックスポリアミド適合性オリゴマー樹脂とを融解混合してオリゴマー樹脂-クレイ複合材料を形成する工程と、 (b)前記オリゴマー樹脂-クレイ複合材料と(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分を含むジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含む高分子量の非晶質マトリックスポリアミドとを混合して、前記オリゴマー樹脂-クレイ複合材料の分子量を増加させ、ナノ複合材料を製造する工程 を含んでなる、非晶質ポリアミド-クレイナノ複合材料の調製法。 【請求項42】 前記工程(b)を回分混合法または融解配合押出法によって行なう請求項41に記載の方法。 【請求項43】 前記オリゴマー樹脂および高分子量の非晶質マトリックスポリアミドが同一のモノマー単位を有する請求項41に記載の方法。 【請求項44】 前記オリゴマー樹脂がオリゴマーポリアミドである請求項41に記載の方法。 【請求項45】 請求項41の方法によって製造されたナノ複合材料。 【請求項46】 請求項45に記載のナノ複合材料から調製した製品。 【請求項47】 フィルム、シート、パイプ、繊維、押し出し製品、成型製品または成型コンテナの形態の請求項46に記載の製品。 【請求項48】 ボトル形態の請求項46に記載の製品。 【請求項49】 非変性ポリマーよりも少なくとも10%ガス透過率が低い請求項46に記載の製品。 【請求項50】 (a)(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分と(ii)非晶質ポリアミドのジアミン成分(b)との混合物に層状クレイ材料を混合する工程と、 (b)前記クレイ材料の存在下に、成分(i)および(ii)の重縮合重合を行う 工程とを含んでなる非晶質ポリアミド-クレイナノ複合材料の製法。 【請求項51】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸またはフェニルインダンジカルボン酸を含む請求項50に記載の方法。 【請求項52】 前記成分(ii)が1,2-エチレンジアミン、1,3-プロピレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,12-ドデシレンジアミン、1,4-シクロヘキサンビスメチルアミン、ピペラジン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンまたはその混合物を含む請求項50に記載の方法。 【請求項53】 前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含む請求項50に記載の方法。 【請求項54】 前記層状クレイ材料がモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、雲母、バーミキュライト、ベントナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコイト、マガダイト、ケニヤナイトまたはその混合物を含む請求項50に記載の方法。 【請求項55】 前記層状クレイ材料がワイオミング型ナトリウムモンモリロナイトまたはワイオミング型ナトリウムベントナイトを含む請求項50に記載の方法。 【請求項56】 前記クレイ材料を水溶性または水不溶性ポリマー、有機試薬またはモノマー、シラン化合物、金属、有機金属、陽イオン交換用有機陽イオンまたはその組み合わせで処理する請求項50に記載の方法。 【請求項57】 前記有機陽イオンがオニウム塩化合物に由来する請求項56に記載の方法。 【請求項58】 前記オニウム塩化合物がアンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物またはその混合物を含む請求項57に記載の方法。 【請求項59】 請求項50に記載の方法によって製造されるナノ複合材料。 【請求項60】 請求項59に記載のナノ複合材料から製造した製品。 【請求項61】 (i)少なくとも1つのジ酸を含むジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含む非晶質ポリアミドを挿入した層状クレイ材料を含んでなるポリアミド-クレイ挿入物質。 【請求項62】 前記成分(i)が8~14個の炭素原子を有する芳香族ジカルボン酸、4~12個の炭素原子を有する脂肪族ジカルボン酸および8~12個の炭素原子を有する環状脂肪族ジカルボン酸からなる群から選択されるジカルボン酸を含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項63】 前記成分(i)がフタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、シクロヘキサン二酢酸、ジフェニル-4,4’-ジカルボン酸、セバシン酸、コハク酸、アジピン酸、グルタル酸、アゼライン酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、イミノ二酢酸、オキシ二酢酸、チオ二酢酸、1,4-フェニレンジオキシ二酢酸、フェニルインダンジカルボン酸、およびその混合物からなる群から選択されるジカルボン酸を含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項64】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、フェニルインダンジカルボン酸およびその混合物からなる群から選択されるジカルボン酸を含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項65】 前記成分(ii)が1,2-エチレンジアミン、1,3-プロピレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,12-ドデシレンジアミン、1,4-シクロヘキサンビスメチルアミン、ピペラジン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンまたはその混合物を含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項66】 前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項67】 約5重量%~約85重量%のポリアミドが前記層状クレイ材料に挿入されている請求項61に記載の挿入物質。 【請求項68】 約30重量%~約50重量%のポリアミドが前記層状クレイ材料に挿入されている請求項61に記載の挿入物質。 【請求項69】 前記層状クレイ材料がモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、雲母、バーミキュライト、ベントナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコイト、マガダイト、ケニヤイトまたはその混合物を含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項70】 前記層状クレイ材料がスメクタイトクレイを含む請求項61に記載の挿入物質。 【請求項71】 前記層状クレイ材料が約0.9~約1.5meq/gの陽イオン交換能を有する易流動性粉体であり、ナトリウムモンモリロナイト、ナトリウムベントナイト、カルシウムモンモリロナイト、カルシウムベントナイト、およびその混合物からなる群から選択される請求項61に記載の挿入物質。 【請求項72】 前記挿入物質を剪断して複数の個々の小板状粒子を形成し、タクトイドの厚さが30nm以下である請求項61に記載の挿入物質。 【請求項73】 前記クレイ材料を水溶性または水不溶性ポリマー、有機試薬またはモノマー、シラン化合物、金属、有機金属、陽イオン交換用有機陽イオン、またはその組み合わせで処理する請求項61に記載の挿入物質。 【請求項74】 前記有機陽イオンがオニウム塩化合物に由来する請求項73に記載の挿入物質。 【請求項75】 前記オニウム塩化合物がアンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物又はその混合物からなる群から選択される請求項74に記載の挿入物質。 【請求項76】 前記有機陽イオンがアルキルアンモニウムイオン、アルキルホスホニウムイオン、ポリアルコキシル化アンモニウムイオン及びその混合物からなる群から選択される請求項73に記載のナノ挿入物質。 【請求項77】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、フェニルインダンジカルボン酸およびその混合物からなる群から選択され、前記成分(ii)が、m-キシリレンジアミンを含み、前記層状クレイ材料が、陽イオン交換用有機陽イオンで処理したナトリウムモンモリロナイト、ナトリウムベントナイト及びその混合物からなる群から選択される請求項61に記載の挿入物質。 【請求項78】 請求項61に記載の挿入物質の剪断によって得られた複数の個々の小板を含む剥離物質。 【請求項79】 クレイを含まないポリアミドから形成した製品よりも少なくとも10%ガス透過率が低いナノ複合材料を形成するために、成分(ii)のマトリックスポリマーと混合することができる請求項61に記載の挿入物質。 【請求項80】 層状クレイ材料を含むポリアミド-クレイ挿入物質であって、前記クレイ材料が(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含む非晶質マトリックスポリアミド適合性オリゴマー樹脂が挿入されているポリアミド-クレイ挿入物質。 【請求項81】 層状クレイ材料と(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分の残基および(ii)少なくとも1つのジアミン成分の残基を含むポリアミド適合性オリゴマー樹脂とを溶融混合してオリゴマー樹脂-クレイ挿入物質を形成させる工程を含んでなる非晶質ポリアミド-クレイ挿入物質の製造方法。 【請求項82】 回分混合法または融解配合押し出し法によって行われる請求項81に記載の方法。 【請求項83】 前記オリゴマー樹脂がオリゴマーポリアミドである請求項81に記載の方法。 【請求項84】 請求項81に記載の方法によって製造された挿入材料。 【請求項85】 高分子量の非晶質マトリックスポリアミドに添加した場合、非変性ポリマーよりも少なくとも10%低いガス透過率を有するナノ複合材料が製造される請求項81に記載の方法。 【請求項86】 (a)層状クレイ材料を、(i)少なくとも1つのジカルボン酸成分と(ii)非晶質ポリアミドのジアミン成分との混合物に添加して前記層状クレイ材料の隣接層の間に前記ジカルボン酸及び前記ジアミン成分を挿入させる工程と、 (b)挿入中に成分(i)および(ii)の重縮合重合を行う工程 を含む非晶質ポリアミドクレイ挿入物質の製法。 【請求項87】 前記成分(i)がアジピン酸、ナフタレン-2,6-ジカルボン酸、イソフタル酸、テレフタル酸、1,3-フェニレンジオキシ二酢酸、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸およびフェニルインダンジカルボン酸からなる群から選択される請求項86に記載の方法。 【請求項88】 前記成分(ii)が1,2-エチレンジアミン、1,3-プロピレンジアミン、1,6-ヘキサメチレンジアミン、1,12-ドデシレンジアミン、1,4-シクロヘキサンビスメチルアミン、ピペラジン、p-キシリレンジアミン、m-キシリレンジアミンおよびその混合物からなる群から選択される請求項86に記載の方法。 【請求項89】 前記成分(ii)がm-キシリレンジアミンを含む請求項86に記載の方法。 【請求項90】 前記層状クレイ材料がモンモリロナイト、サポナイト、ヘクトライト、雲母、バーミキュライト、ベントナイト、ノントロナイト、バイデライト、ボルコンスコイト、マガダイト、ケニヤナイトおよびその混合物からなる群から選択されるクレイ材料を含む請求項86に記載の方法。 【請求項91】 前記層状クレイ材料がナトリウムモンモリロナイト、ナトリウムベントナイトおよびその混合物からなる群から選択される請求項86に記載の方法。 【請求項92】 前記層状クレイ材料をポリマー、有機試薬、有機モノマー、シラン化合物、金属、有機金属陽イオン、有機陽イオンおよびその組み合わせからなる群から選択される材料に接触させる請求項86に記載の方法。 【請求項93】 前記有機陽イオンがオニウム塩化合物に由来する請求項92に記載の方法。 【請求項94】 前記オニウム塩化合物がアンモニウム塩化合物、ホスホニウム塩化合物およびその混合物からなる群から選択される請求項93に記載の方法。 【請求項95】 請求項86に記載の方法によって製造される挿入材料。 【請求項96】 請求項86に記載の方法によって製造した挿入物質の剪断によって得られた複数の個々の小板を含む剥離物質。