JP5818349B2 - High pressure gas transfer hose - Google Patents
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Description
本発明は、高圧水素等の高圧ガス移送用ホースに関し、特に自動車用の燃料電池へ水素ガスを供給するのに用いられる水素ガス供給用ホース等の高圧ガス移送用ホースに関する。 The present invention relates to a high-pressure gas transfer hose such as high-pressure hydrogen, and more particularly to a high-pressure gas transfer hose such as a hydrogen gas supply hose used to supply hydrogen gas to an automobile fuel cell.
水素ガスステーション等から燃料電池へ水素ガスを供給する水素ガス供給用ホースとしては、従来、金属パイプが主に検討されていたが、金属パイプは柔軟性がなく、取り扱い性が面倒であることや、水素脆化の問題があるため、近年、ゴム製や樹脂製のホースの開発が進められている。ゴム製や樹脂製ホースを用いる場合、水素ガスが漏れ出ないように、且つ耐久性確保のために、一般に、ガスバリア層、補強層などを積層した多層構造のホースが用いられている。 Conventionally, metal pipes have been mainly studied as a hose for supplying hydrogen gas from a hydrogen gas station to a fuel cell. However, metal pipes are not flexible and handleability is troublesome. Since there is a problem of hydrogen embrittlement, development of rubber or resin hoses has been promoted in recent years. When a rubber or resin hose is used, a hose having a multilayer structure in which a gas barrier layer, a reinforcing layer, etc. are laminated is generally used so that hydrogen gas does not leak out and ensures durability.
ここで、ガスバリア層としては、例えば、特開平2007−15279号公報(特許文献1)、特開2009−19717号公報(特許文献2)では、エチレン・ビニルアルコール共重合体(EVOH樹脂)層が用いられている。尚、ホースとしては、内面層に、耐水性を有するオレフィン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂を使用し、補強層として有機繊維又は金属線を編組みしたシートをスパイラルに巻き付けたものが用いられている。 Here, as the gas barrier layer, for example, in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2007-15279 (Patent Document 1) and Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-19717 (Patent Document 2), an ethylene / vinyl alcohol copolymer (EVOH resin) layer is used. It is used. As the hose, a water-resistant olefin-based resin or polyethylene terephthalate-based resin is used for the inner surface layer, and a sheet in which organic fibers or metal wires are braided is used as a reinforcing layer. .
また、特開2006−168358号公報(特許文献3)では、フッ素系ポリマーからなる内層、EVOH樹脂からなるガスバリア層、ポリアミドからなる外層を含む、水素移送用の多層チューブが開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2006-168358 (Patent Document 3) discloses a multilayer tube for hydrogen transfer including an inner layer made of a fluorine-based polymer, a gas barrier layer made of EVOH resin, and an outer layer made of polyamide.
また、液化プロパンガスの供給設備用の高圧ホースについては、特開2007−218338号公報(特許文献4)では、ポリアミド樹脂からなるガスバリア層を使用し、補強層として、有機繊維又は金属ワイヤのスパイラル層を使用し、ホース自体に柔軟性を与えるために、内面に加硫ゴム層を用いた高圧ホースが開示されている。 As for a high-pressure hose for a liquefied propane gas supply facility, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-218338 (Patent Document 4) uses a gas barrier layer made of polyamide resin and a spiral of organic fiber or metal wire as a reinforcing layer. A high-pressure hose using a vulcanized rubber layer on the inner surface is disclosed in order to use the layer and give the hose itself flexibility.
また、特開2010−31993号公報(特許文献5)には、内面層に90℃における乾燥水素ガスのガス透過係数が1×10-8cc・cm/cm2・sec・cmHg以下である熱可塑性樹脂を使用し、補強層としてポリパラフェニレンベンズビスオキサゾール(PBO)繊維を編み組させたブレード構造を用いたものが提案されている。ここで、ガスバリア層として用いられる上記熱可塑性樹脂の具体例としては、ナイロン、ポリアセタール、EVOH樹脂が挙げられ(段落番号0011)、実施例ではナイロンが用いられている。補強層を、PBO繊維で形成することにより、水素脆化を回避するとともに、70〜80MPa程度の使用内圧に耐えることができると説明されている(段落番号0021)。 Japanese Patent Laid-Open No. 2010-31993 (Patent Document 5) discloses a heat in which the gas permeability coefficient of dry hydrogen gas at 90 ° C. is 1 × 10 −8 cc · cm / cm 2 · sec · cmHg or less on the inner surface layer. A material using a blade structure in which a plastic resin is used and a polyparaphenylene benzbisoxazole (PBO) fiber is braided as a reinforcing layer has been proposed. Here, specific examples of the thermoplastic resin used as the gas barrier layer include nylon, polyacetal, and EVOH resin (paragraph number 0011). In the examples, nylon is used. It is described that by forming the reinforcing layer with PBO fibers, hydrogen embrittlement can be avoided and an internal pressure of about 70 to 80 MPa can be withstood (paragraph number 0021).
以上のように、ガスバリア層、補強層などを組み合わせた多層構造にすることで、柔軟性、ガスバリア性を付与しているが、以下のような理由から、ガスバリア層の水素バリア性のさらなる向上が求められている。
水素は酸素よりも分子サイズが小さいために、樹脂層に溶解・浸透し易い。また、近年、車載用燃料電池への水素ガス供給に用いられるホースについては、車載水素タンクのコンパクト化及び現在のガソリン車並みの走行距離が可能な量を一回で充填するために、高圧(35〜80MPa)の水素ガスが移送・充填される。このようなことから、高圧水素ガス供給用ホースについては、高圧水素に対する高度なガスバリア性と低い水素溶解性が求められる。
As described above, by providing a multi-layer structure in which a gas barrier layer, a reinforcing layer, and the like are combined, flexibility and gas barrier properties are imparted, but the hydrogen barrier properties of the gas barrier layer can be further improved for the following reasons. It has been demanded.
Since hydrogen has a smaller molecular size than oxygen, it is easy to dissolve and penetrate into the resin layer. In recent years, hoses used for supplying hydrogen gas to in-vehicle fuel cells have a high-pressure ( 35 to 80 MPa) of hydrogen gas is transferred and filled. For this reason, the high-pressure hydrogen gas supply hose is required to have a high gas barrier property against high-pressure hydrogen and low hydrogen solubility.
さらに、高圧水素ガス供給用ホースでは、不使用時、ホース内で高圧から常圧に戻される際(脱圧時)に、樹脂層中に溶解した水素ガスが膨張して、膨れや亀裂が発生する場合もあることがわかり、高圧ガス供給、脱圧の繰り返しに対する耐久性も求められるようになっている。 Furthermore, when the high pressure hydrogen gas supply hose is not in use, the hydrogen gas dissolved in the resin layer expands when the pressure is returned from the high pressure to the normal pressure in the hose (at the time of depressurization), and blisters and cracks occur. In some cases, durability against repeated high-pressure gas supply and depressurization is also required.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高度なガスバリア性と低い水素溶解性を有し、さらに高圧ガスの供給、停止に伴う変化に対して優れた耐久性を有する高圧ガス移送用ホースを提供することにある。 The present invention has been made in view of such circumstances, and the object of the present invention is to have a high gas barrier property and low hydrogen solubility, and further against changes accompanying the supply and stop of high-pressure gas. An object of the present invention is to provide a high-pressure gas transfer hose having excellent durability.
本発明者らは、ガスバリア層の原料として、従来よりガスバリア層に用いられているポリアミド樹脂、EVOH樹脂よりもガスバリア性が高い樹脂として知られているPVA樹脂を利用すべく、種々の検討を試みた。
PVA樹脂は、通常、溶融成形が困難であること、また硬質で可撓性、伸びに乏しいことから、ホースの構成材料として用いるためには、これらの問題を解決する必要がある。溶融成形性に関しては、特定構造のPVA系樹脂を用いることで解決可能であるとの知見の下、この特定構造のPVA系樹脂を使用し、さらに伸び、柔軟性については、ガスバリア性をある程度有し、且つ伸び、柔軟性に優れているポリアミド樹脂を混合することにより解決できるとの考えに達し、検討を進めた。ところが、高圧ガスの供給・停止(脱圧)の繰り返しサイクルに伴う亀裂やブリスターの発生は、単にガスが透過しにくいという意味でのガスバリア性の向上だけでは解決できないことが判明した。
The present inventors tried various studies to use a polyamide resin conventionally used for a gas barrier layer and a PVA resin known as a resin having a higher gas barrier property than an EVOH resin as a raw material of the gas barrier layer. It was.
Since PVA resin is usually difficult to melt-mold, and is hard, flexible, and poor in elongation, it is necessary to solve these problems in order to use it as a constituent material of a hose. With the knowledge that the melt-formability can be solved by using a PVA resin having a specific structure, the PVA resin having this specific structure is used, and the elongation and flexibility have some gas barrier properties. However, the inventors reached the idea that the problem can be solved by mixing a polyamide resin that is excellent in elongation and flexibility, and proceeded with studies. However, it has been found that the generation of cracks and blisters associated with repeated cycles of high-pressure gas supply / stop (depressurization) cannot be solved simply by improving the gas barrier property in the sense that the gas is difficult to permeate.
そこで、本発明者らは、特定構造のPVA系樹脂及びポリアミド樹脂を含有する樹脂組成物について、更なる検討を進めた結果、本発明に到達した。
すなわち、本発明の高圧ガス移送用ホースは、下記一般式(1)で表わされる構造単位を含有するポリビニルアルコール系樹脂(A)、及び溶解度パラメータが22〜28MPa1/2であるポリアミド樹脂(B)を含有する樹脂組成物からなる層を少なくとも1層有する。
Then, the present inventors arrived at this invention as a result of a further examination about the resin composition containing PVA-type resin and polyamide resin of a specific structure.
That is, the hose for high-pressure gas transfer of the present invention includes a polyvinyl alcohol resin (A) containing a structural unit represented by the following general formula (1), and a polyamide resin (B) having a solubility parameter of 22 to 28 MPa 1/2. At least one layer made of a resin composition.
〔式中、R1〜R6はそれぞれ独立して水素原子又は有機基を表し、Xは単結合又は結合鎖を示す〕
[Wherein R 1 to R 6 each independently represents a hydrogen atom or an organic group, and X represents a single bond or a bond chain]
前記ポリビニルアルコール系樹脂(A)とポリアミド樹脂(B)との含有重量比(A/B)が90/10〜75/25であることが好ましく、前記ポリアミド樹脂(B)の溶融粘度は、200〜2500Pa・secであることが好ましい。
また、前記ポリビニルアルコール系樹脂(A)における上記一般式(1)の含有率は、2〜15モル%であることが好ましい。
The content weight ratio (A / B) of the polyvinyl alcohol resin (A) and the polyamide resin (B) is preferably 90/10 to 75/25, and the melt viscosity of the polyamide resin (B) is 200. It is preferably ˜2500 Pa · sec.
Moreover, it is preferable that the content rate of the said General formula (1) in the said polyvinyl alcohol-type resin (A) is 2-15 mol%.
また、前記ポリビニルアルコール系樹脂(A)は、前記(1)式で表される構造単位及びビニルエステル系モノマーのケン化物由来の構造単位以外の構造単位の含有率が50モル%以下であることが好ましい。またさらに、前記樹脂組成物からなる層を内層とすることが好ましい。
本発明の高圧ガス移送用ホースは、水素ガス移送用ホースとして好適である。
The polyvinyl alcohol-based resin (A) has a content of structural units other than the structural unit represented by the formula (1) and a structural unit derived from a saponified vinyl ester monomer, of 50 mol% or less. Is preferred. Furthermore, it is preferable that the layer made of the resin composition is an inner layer.
The high-pressure gas transfer hose of the present invention is suitable as a hydrogen gas transfer hose.
ここで、溶解度パラメータ(SP値)とは、分子の凝集エネルギー密度の平方根をいい、通常、プラスチック材料の耐有機溶剤性の指標に用いられている。 Here, the solubility parameter (SP value) refers to the square root of the cohesive energy density of molecules, and is usually used as an index of organic solvent resistance of plastic materials.
側鎖1,2−ジオール含有ポリビニルアルコール系樹脂を用いることで、ポリビニルアルコール本来の優れたガスバリア性と35〜80MPaの高圧水素下での極めて低い水素溶解量(4〜10ppm)を保持しつつ、溶融成形が可能となり、さらに特定のポリアミド樹脂を用いることで、高圧水素ガスの供給、脱圧の繰り返し下でも、ガスバリア層におけるブリスターの発生や機械的特性の低下を抑制することができる。
By using a
以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定されるものではない。
はじめに本発明の高圧ガス移送用ホースのガスバリア層の原料となる樹脂組成物について説明する。
The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not limited to these contents.
First, the resin composition as a raw material for the gas barrier layer of the high-pressure gas transfer hose of the present invention will be described.
<ガスバリア層用樹脂組成物>
本発明のホースのガスバリア層は、以下のような樹脂組成物により構成される。その樹脂組成物とは、特定構造を有するポリビニルアルコール系樹脂(A)、及び溶解度パラメータが22〜28MPa1/2であるポリアミド樹脂(B)を含有する樹脂組成物である。
<Resin composition for gas barrier layer>
The gas barrier layer of the hose of the present invention is composed of the following resin composition. The resin composition is a resin composition containing a polyvinyl alcohol resin (A) having a specific structure and a polyamide resin (B) having a solubility parameter of 22 to 28 MPa 1/2 .
〔(A)PVA系樹脂〕
上記特定構造を有するポリビニルアルコール(PVA)系樹脂とは、下記一般式(1)で示される側鎖1,2−ジオール単位を有するポリビニルアルコール(以下「側鎖1,2−ジオール含有PVA」という)系樹脂をいう。
[(A) PVA resin]
The polyvinyl alcohol (PVA) resin having the specific structure is a polyvinyl alcohol having a
上記一般式(1)において、R1〜R6はそれぞれ独立して水素原子又は有機基を表す。R1〜R6は、すべて水素原子であることが望ましいが、樹脂特性を大幅に損なわない程度の量であれば有機基であってもよい。該有機基としては特に限定しないが、例えばメチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基等の炭素数1〜4のアルキル基が好ましく、必要に応じてハロゲン基、水酸基、エステル基、カルボン酸基、スルホン酸基等の置換基を有していてもよい。 In the general formula (1), R 1 to R 6 each independently represent a hydrogen atom or an organic group. R 1 to R 6 are preferably all hydrogen atoms, but may be organic groups as long as the resin properties are not significantly impaired. Although it does not specifically limit as this organic group, For example, C1-C4 alkyl groups, such as a methyl group, an ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, are preferable, You may have substituents, such as a halogen group, a hydroxyl group, an ester group, a carboxylic acid group, and a sulfonic acid group, as needed.
上記一般式(1)中、Xは単結合又は結合基であり、結晶性の向上や非晶部におけるフリーボリューム(分子間空隙)低減の点から単結合であることが好ましい。上記結合鎖としては、特に限定しないが、アルキレン、アルケニレン、アルキニレン、フェニレン、ナフチレン等の炭化水素(これらの炭化水素は、フッ素、塩素、臭素等のハロゲン等で置換されていてもよい)の他、−O−、−(CH2O)m−、−(OCH2)m−、−(CH2O)mCH2−、−CO−、−COCO−、−CO(CH2)mCO−、−CO(C6H4)CO−、−S−、−CS−、−SO−、−SO2−、−NR−、−CONR−、−NRCO−、−CSNR−、−NRCS−、−NRNR−、−HPO4−、−Si(OR)2−、−OSi(OR)2−、−OSi(OR)2O−、−Ti(OR)2−、−OTi(OR)2−、−OTi(OR)2O−、−Al(OR)−、−OAl(OR)−、−OAl(OR)O−等が挙げられるが(Rは各々独立して任意の置換基であり、水素原子、アルキル基が好ましく、またmは自然数である)が挙げられる。なかでも、製造時の粘度安定性や耐熱性等の点で、炭素数6以下のアルキレン基、特にメチレン基、あるいは−CH2OCH2−が好ましい。 In the general formula (1), X is a single bond or a linking group, and is preferably a single bond from the viewpoint of improving crystallinity and reducing free volume (intermolecular void) in an amorphous part. The bonding chain is not particularly limited, but other hydrocarbons such as alkylene, alkenylene, alkynylene, phenylene, naphthylene (these hydrocarbons may be substituted with halogen such as fluorine, chlorine, bromine, etc.) , -O -, - (CH 2 O) m -, - (OCH 2) m -, - (CH 2 O) mCH 2 -, - CO -, - COCO -, - CO (CH 2) mCO -, - CO (C 6 H 4) CO -, - S -, - CS -, - SO -, - SO 2 -, - NR -, - CONR -, - NRCO -, - CSNR -, - NRCS -, - NRNR- , -HPO 4 -, - Si ( OR) 2 -, - OSi (OR) 2 -, - OSi (OR) 2 O -, - Ti (OR) 2 -, - OTi (OR) 2 -, - OTi ( OR) 2 O -, - Al (OR) -, - OAl (OR) -, - OAl (O ) Although O- and the like (R is an optional substituent each independently, a hydrogen atom, an alkyl group are preferred, and m is a natural number) and the like. Among these, an alkylene group having 6 or less carbon atoms, particularly a methylene group, or —CH 2 OCH 2 — is preferable from the viewpoint of viscosity stability during production, heat resistance, and the like.
上記一般式(1)で表される1,2−ジオール構造単位における最も好ましい構造は、R1〜R6がすべて水素原子であり、Xが単結合である。すなわち、下記構造式(1a)で示される構造単位が最も好ましい。 In the most preferable structure of the 1,2-diol structural unit represented by the general formula (1), R 1 to R 6 are all hydrogen atoms, and X is a single bond. That is, the structural unit represented by the following structural formula (1a) is most preferable.
このような側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂は、特に限定しないが、(i)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(2)で示される化合物との共重合体をケン化する方法、(ii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(3)で示されるビニルエチレンカーボネートとの共重合体をケン化及び脱炭酸する方法、(iii)ビニルエステル系モノマーと下記一般式(4)で示される2,2−ジアルキル−4−ビニル−1,3−ジオキソランとの共重合体をケン化及び脱ケタール化する方法などにより、製造することができる。
(2)(3)(4)式中、R1〜R6は、いずれも(1)式の場合と同様である。R7及びR8は、それぞれ独立して水素またはR9−CO−(式中、R9は、炭素数1〜4のアルキル基である)。R10及びR11は、それぞれ独立して水素原子又は有機基である。
(i)、(ii)、及び(iii)の方法については、例えば、特開2006−95825に説明されている方法を採用できる。
(2) In the formulas (3) and (4), R 1 to R 6 are the same as those in the formula (1). R 7 and R 8 are each independently hydrogen or R 9 —CO— (wherein R 9 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms). R 10 and R 11 are each independently a hydrogen atom or an organic group.
For the methods (i), (ii), and (iii), for example, the method described in JP-A-2006-95825 can be employed.
なかでも、共重合反応性及び工業的な取扱いにおいて優れるという点で(i)の方法が好ましく、特にR1〜R6が水素、Xが単結合、R7、R8がR9−CO−であり、R9がアルキル基である3,4−ジアシロキシ−1−ブテンが好ましく、その中でも特にR9がメチル基である3,4−ジアセトキシ−1−ブテンが好ましく用いられる。 Among them, the method in terms of excellent in copolymerization reactivity and industrial handling (i) are preferred, R 1 to R 6 are hydrogens, X a single bond, R 7, R 8 is R 9 -CO- 3,4-diasiloxy-1-butene in which R 9 is an alkyl group is preferred, and among these, 3,4-diacetoxy-1-butene in which R 9 is a methyl group is particularly preferred.
上記ビニルエステル系モノマーとしては、ギ酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、バレリン酸ビニル、酪酸ビニル、イソ酪酸ビニル、ピバリン酸ビニル、カプリン酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、バーサチック酸ビニル等が挙げられるが、経済的にみて中でも酢酸ビニルが好ましく用いられる。 Examples of the vinyl ester monomers include vinyl formate, vinyl acetate, vinyl propionate, vinyl valelate, vinyl butyrate, vinyl isobutyrate, vinyl pivalate, vinyl caprate, vinyl laurate, vinyl stearate, vinyl benzoate, versatic. Although vinyl acid acid etc. are mentioned, vinyl acetate is preferably used especially from an economical viewpoint.
また上述のモノマー(ビニルエステル系モノマー、一般式(2)〜(4)で示される化合物)の他に、ガスバリア性に影響与えない範囲(通常、50モル%以下、好ましくは33モル%以下、より好ましくは高圧下での水素溶解量に影響を与えない10モル%以下)であれば、共重合成分として、エチレンやプロピレン等のα−オレフィン;3−ブテン−1−オール、4−ペンテン−1−オール等のヒドロキシ基含有α−オレフィン類;さらにビニレンカーボネート類やアクリル酸等の不飽和酸類あるいはその塩あるいはモノ又はジアルキルエステル、アクリロニトリル等のニトリル類、メタクリルアミド等のアミド類、エチレンスルホン酸、アリルスルホン酸、メタアリルスルホン酸等のオレフィンスルホン酸あるいはその塩などの化合物が共重合されていてもよい。なかでも、ビニルアルコール構造単位と共晶を形成するエチレンが特に好ましい。 In addition to the above-mentioned monomers (vinyl ester monomers, compounds represented by the general formulas (2) to (4)), a range that does not affect the gas barrier properties (usually 50 mol% or less, preferably 33 mol% or less, More preferably, it is 10 mol% or less that does not affect the amount of hydrogen dissolved under high pressure). As a copolymer component, an α-olefin such as ethylene or propylene; 3-buten-1-ol, 4-pentene- Hydroxyl group-containing α-olefins such as 1-ol; further unsaturated acids such as vinylene carbonates and acrylic acid or salts thereof, mono- or dialkyl esters, nitriles such as acrylonitrile, amides such as methacrylamide, ethylene sulfonic acid , Olefin sulfonic acids such as allyl sulfonic acid and methallyl sulfonic acid or salts thereof. It may be copolymerized. Among these, ethylene that forms a eutectic with a vinyl alcohol structural unit is particularly preferable.
ビニルエステル系モノマーと上記一般式(2),(3),又は(4)の重合は、公知の任意の重合法、例えば、溶液重合、懸濁重合、エマルジョン重合などにより行うことができる。 The polymerization of the vinyl ester monomer and the general formula (2), (3), or (4) can be performed by any known polymerization method such as solution polymerization, suspension polymerization, emulsion polymerization, and the like.
得られた共重合体のケン化も公知の方法、ケン化方法としては、側鎖1,2−ジオールを含有しないPVAで、従来より行われている公知のケン化方法を採用することができる。すなわち共重合体をアルコール又は水/アルコール溶媒に溶解させた状態で、アルカリ触媒又は酸触媒を用いて行うことができる。前記アルカリ触媒としては、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメチラート、ナトリウムエチラート、カリウムメチラート、リチウムメチラート等のアルカリ金属の水酸化物やアルコラートを用いることができる。
As the saponification of the obtained copolymer, as a known method and saponification method, a conventionally known saponification method which is a conventional PVA containing no
ケン化反応の反応温度は、20℃〜60℃とすることが好ましい。反応温度が低すぎると、反応速度が小さくなり反応効率が低下し、高すぎると反応溶媒の沸点以上となる場合があり、製造面における安全性が低下する。なお、耐圧塔式連続ケン化塔などを用いて高圧下でケン化する場合には、より高温、例えば、80〜150℃でケン化することが可能であり、少量のケン化触媒も短時間、高ケン化度のものを得ることが可能である。 The reaction temperature of the saponification reaction is preferably 20 ° C to 60 ° C. If the reaction temperature is too low, the reaction rate is reduced and the reaction efficiency is lowered. In addition, when saponifying under high pressure using a pressure tower type continuous saponification tower or the like, saponification can be performed at a higher temperature, for example, 80 to 150 ° C., and a small amount of saponification catalyst can be used for a short time. It is possible to obtain a saponification degree.
以上のような側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂における重合度は、通常250〜1000、好ましくは300〜650、より好ましくは400〜500である。重合度が高くなりすぎると、溶融粘度が高くなりすぎて、押出機に負荷がかかり、成形しにくくなる。また、溶融混練時のせん断発熱により、樹脂温度が高くなり、樹脂が劣化するおそれがある。一方、重合度が低くなりすぎると、成形品がもろくなるため、ガスホースにおいて、ガスバリア層にクラックが入りやすく、水素ガスバリア性が低下する傾向にある。
The degree of polymerization in the
また、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂におけるビニルエステル部分のケン化度は、JIS K6726に基づいて測定した値で、通常98〜100モル%、好ましくは99〜99.9モル%、より好ましくは99.5〜99.8モル%である。ケン化度が低くなりすぎると、OH基の含有量が少なくなることを意味し、水素ガスバリア性が低下する傾向にある。一方、高ケン化度、完全ケン化のPVA系樹脂は、工業的に生産が困難になる傾向がある。
The saponification degree of the vinyl ester moiety in the
上記式(1)で表わされる構造単位の含有率(側鎖1,2−ジオール含有率)は、通常2〜15モル%、好ましくは4〜12モル%、さらに好ましくは5〜8モル%である。側鎖1,2−ジオール含有率が高くなりすぎると、ガラス転移温度が高くなり、水素溶解性を低減させるという点では好ましいが、PVAの生産性が低下する傾向がある。一方、側鎖1,2−ジオール含有率が低すぎると、PVA系樹脂の融点と分解点が近づき、溶融成形が困難となる。さらに、水素ガスバリア性が不十分となり、水素溶解性が増大する。
The content of the structural unit represented by the above formula (1) (
以上のような側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂は、溶融成形できることに加えて、さらに、EVOH樹脂、未変性PVA系樹脂と比べても、水素ガスバリア性と低水素溶解性に優れる傾向にある。一般に、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂は、側鎖1,2−ジオール部分が結晶化を乱すことから、未変性PVAと比べて結晶性が低いことが知られている。このことから、側鎖1,2−ジオール含有PVAは、未変性PVAよりもガスバリア性が劣っていると予想されるが、本発明者らの研究により、水素のような小さい分子のガスバリア性については、側鎖1,2−ジオール含有PVAの方が未変性PVAよりも優れる傾向にあるという予想に反することが見出された。このことは、アモルファス部分において、側鎖1,2ジオール部分が一級水酸基の存在により、通常のPVA系樹脂よりも強固な水素結合による緻密なネットワークを形成し、非晶部分におけるフリーボリュームを小さくすることができるためではないかと考えられる。
さらに、好ましいことに、側鎖1,2−ジオール含有PVAは、未変性PVAよりも結晶のラメラサイズが小さいため、低融点、低結晶化度となり、溶融成形性に優れているという利点がある。
The
Further, preferably, the
〔(B)ポリアミド樹脂〕
本発明で使用されるポリアミド樹脂は、主鎖中にアミド結合を有する樹脂で、SP値(MPa1/2)22〜28、好ましくは24〜26のポリアミド樹脂である。ここで、溶解度パラメータ(SP値)とは、分子の凝集エネルギー密度の平方根をいい、通常、プラスチック材料の耐有機溶剤性の指標に用いられている。
[(B) Polyamide resin]
The polyamide resin used in the present invention is a resin having an amide bond in the main chain, and is a polyamide resin having an SP value (MPa 1/2 ) of 22 to 28, preferably 24 to 26. Here, the solubility parameter (SP value) refers to the square root of the cohesive energy density of molecules, and is usually used as an index of organic solvent resistance of plastic materials.
ポリアミド樹脂のSP値は、ポリアミドの構造(構成モノマーユニット)に依存する。本発明で用いることができるポリアミド樹脂は、SP値(MPa1/2)22〜28であればよく、構成モノマーの種類、組成、重合度等は、特に限定しない。
SP値(MPa1/2)22〜28のポリアミド樹脂としては、例えば、ポリカプラミド(ナイロン6,SP値25.7)、ポリヘキサメチレンアジパミド(ナイロン66、SP値27.5)、カプロラクタム/ヘキサメチレンジアミンアジペート共重合体(ナイロン6/66、共重合比80/20の共重合体のSP値25.8)、カプロラクタム/ラウリルラクタム共重合体(ナイロン6/12、共重合比80/20の共重合体のSP値24.4)などが挙げられる。
The SP value of the polyamide resin depends on the polyamide structure (constituent monomer unit). The polyamide resin that can be used in the present invention may have an SP value (MPa 1/2 ) of 22 to 28, and the type, composition, polymerization degree, and the like of the constituent monomers are not particularly limited.
Examples of polyamide resins having an SP value (MPa 1/2 ) of 22 to 28 include polycapramide (nylon 6, SP value 25.7), polyhexamethylene adipamide (nylon 66, SP value 27.5), caprolactam / Hexamethylenediamine adipate copolymer (nylon 6/66, SP value 25.8 of copolymer with copolymerization ratio 80/20), caprolactam / lauryl lactam copolymer (nylon 6/12, copolymerization ratio 80/20) SP value of the copolymer of 24.4) and the like.
ポリアミド樹脂は、ポリビニルアルコール系樹脂と比べるとガスバリア性に劣るが、柔軟性、伸びに優れており、ポリアミド樹脂を配合することで、ポリビニルアルコール系樹脂に、可撓性と、伸びを付与することが可能であると考えられる。
一方、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂のSP値は、重合度、ケン化度、1,2−ジオール含有率により変わるが、一般に、44〜47程度である。従って、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂とポリアミド樹脂とは、SP値の差から推定されるように相溶性がなく、混合の自由エネルギーがプラス側に働き、両者の混合物である樹脂組成物は、主成分である側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂をマトリックス樹脂とする海島構造を構成する。
Polyamide resin is inferior in gas barrier properties compared to polyvinyl alcohol resin, but is excellent in flexibility and elongation, and by adding polyamide resin, flexibility and elongation are imparted to polyvinyl alcohol resin. Is considered possible.
On the other hand, the SP value of the
SP値が大きいポリアミド樹脂は、一般に融点が高くなる傾向にあることから、PVA樹脂との溶融ブレンド工程の温度を上げざるを得ず、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂の劣化の原因となり、工業的生産性の低下をもたらす。一方、ポリアミド樹脂のSP値が小さすぎると、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂とのSP値の差が大きくなりすぎて、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂との濡れ性が低下するためか、高圧水素ガスの供給後、脱圧時にブリスターが発生し易くなり、ひいてはホースの耐久性が低下する。このブリスターの発生は、PVA系樹脂単独からなるガスバリア層、ポリアミド樹脂単独のポリアミド層では見られなかった現象で、ポリアミド樹脂とPVA系樹脂の混合系の樹脂組成物を用いたガスバリア層、特にその表層部分で発生する現象である。また、水素ガス透過量や水素溶解量が少ない場合であっても、発生し得る現象であることがわかった。本発明者らが検討した結果、PVA系樹脂とポリアミド樹脂との混合系において、両者のSP値がかけ離れている場合、分散性が低下するだけでなく、PVA系樹脂とポリアミド樹脂との界面における結合(親和性)も緩やかとなるためか、この界面部分に、水素のような小さいガス分子が侵入しやすくなったのではないかと考えられる。そして、一旦、侵入した水素ガスは、本来のPVA系樹脂自体が有するガスバリア性に基づき、排斥されにくくなり、ガスバリア層内にとどまることになり、この取り込まれた水素分子が、脱圧時にPVA系樹脂とポリアミド樹脂の海島界面で分子運動することが可能となって、膨張(いわゆるブリスター発生)し易くなるのではないかと考えられる。一方、SP値(MPa1/2)22〜28のポリアミド樹脂を用いることで、SP値差が小さくなったとしても、相溶性を確保するには至らないので、海島構造を取ることについては変わらない。しかしながら、海島構造の界面での濡れ性が向上し、高圧水素脱圧時の水素膨張に耐えることが可能になったものと考えられる。
Since the polyamide resin having a large SP value generally tends to have a high melting point, the temperature of the melt blending process with the PVA resin has to be increased, and the deterioration of the
本発明で用いられるポリアミド樹脂の220℃、せん断速度122sec-1での溶融粘度は、通常、200〜2500Pa・s、好ましくは500〜1800Pa・s、より好ましくは1000〜1500Pa・sである。溶融粘度が高すぎると、PVA系樹脂(A)との溶融混合性が悪くなり、PVA系樹脂とポリアミド樹脂で形成される海島構造中の島成分(ポリアミド樹脂)のサイズが大きくなりすぎる。溶融粘度が低すぎると、PVA系樹脂(A)との溶融混合性が悪くなり、ポリアミド樹脂の均質な分散が不十分となり、ポリアミド樹脂配合による柔軟性付与等の効果が十分得られない。 The melt viscosity of the polyamide resin used in the present invention at 220 ° C. and a shear rate of 122 sec −1 is usually 200 to 2500 Pa · s, preferably 500 to 1800 Pa · s, and more preferably 1000 to 1500 Pa · s. If the melt viscosity is too high, the melt-mixability with the PVA resin (A) becomes poor, and the size of the island component (polyamide resin) in the sea-island structure formed by the PVA resin and the polyamide resin becomes too large. If the melt viscosity is too low, the melt-mixability with the PVA resin (A) becomes poor, the homogeneous dispersion of the polyamide resin becomes insufficient, and effects such as imparting flexibility by blending the polyamide resin cannot be sufficiently obtained.
ポリアミド樹脂は、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)とポリアミド樹脂(B)との含有重量比(A/B)として、通常、95/5〜60/40であり、好ましくは90/10〜70/30、より好ましくは90/10〜75/25である。含有量比A/Bが大きくなりすぎると、すなわち、PVA系樹脂含有率が多くなりすぎると、耐久性、耐屈曲疲労性、伸縮性が乏しくなる。A/Bが小さくなりすぎると、すなわち、PVA系樹脂含有率が小さいと、PVA系樹脂による水素ガスバリア効果が不十分となる。
The polyamide resin is usually 95/5 to 60/40 as the weight ratio (A / B) of the
〔(C)その他の添加物〕
本発明で用いられるガスバリア層用樹脂組成物には、上記側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)、ポリアミド樹脂(B)の他、必要に応じて、本発明の効果を損なわない限り(例えば、樹脂組成物全体の5重量%未満にて)、SP値が22〜28の範囲外のポリアミド樹脂;上記一般式(1)の構造単位を有しない未変性PVA系樹脂;他の熱可塑性樹脂;エチレングリコール、グリセリン、ヘキサンジオール等の脂肪族多価アルコール等の可塑剤;飽和脂肪族アミド(例えばステアリン酸アミド等)、不飽和脂肪酸アミド(例えばオレイン酸アミド等)、ビス脂肪酸アミド(例えばエチレンビスステアリン酸アミド等)、低分子量ポリオレフィン(例えば分子量500〜10000程度の低分子量ポリエチレン、又は低分子量ポリプロピレン)等の滑剤;アンチブロッキング剤;酸化防止剤;着色剤;帯電防止剤;紫外線吸収剤;抗菌剤;不溶性無機塩(例えば、ハイドロタルサイト等);充填材(例えば無機フィラー等);酸素吸収剤(例えば、ポリオクテニレン等のシクロアルケン類の開環重合体や、ブタジエン等の共役ジエン重合体の環化物等);界面活性剤、ワックス;分散剤(ステアリン酸モノグリセリド等)、熱安定剤、光安定剤、乾燥剤、難燃剤、架橋剤、硬化剤、発泡剤、結晶核剤、防曇剤、生分解用添加剤、シランカップリング剤、共役ポリエン化合物などの公知の添加剤を適宜配合することができる。
[(C) Other additives]
The resin composition for a gas barrier layer used in the present invention does not impair the effects of the present invention, if necessary, in addition to the
〔ガスバリア層用樹脂組成物の調製〕
ガスバリア層用樹脂組成物は、上記側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)、ポリアミド樹脂(B)、さらに必要に応じて添加される添加物(C)を、所定量配合し、溶融混練することにより調製できる。
[Preparation of resin composition for gas barrier layer]
The resin composition for a gas barrier layer is formulated with a predetermined amount of the
溶融混練は、押出機、バンバリーミキサー、ニーダールーダー、ミキシングロール、ブラストミル等の公知の混練機を用いることができる。例えば、押出機の場合、単軸または二軸の押出機等が挙げられる。溶融混練後、樹脂組成物をストランド状に押出し、カットしてペレット化する方法が採用され得る。 For the melt-kneading, a known kneader such as an extruder, a Banbury mixer, a kneader ruder, a mixing roll, or a blast mill can be used. For example, in the case of an extruder, a single screw or a twin screw extruder may be used. After melt-kneading, a method of extruding the resin composition into a strand shape, cutting and pelletizing can be employed.
溶融混練温度は、上記側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)、ポリアミド樹脂(B)の種類に応じて適宜選択されるが、通常215〜230℃、好ましくは220〜235℃である。
The melt kneading temperature is appropriately selected according to the types of the
<高圧ガス移送用ホース>
本発明の高圧ガス移送用ホースは、上記ガスバリア層用樹脂組成物からなる層を少なくとも1層含むもので、好ましくは多層構造からなるホースのうち、内層又は中間層、より好ましくは中間層、特に内層より中間層に含むものである。ガスバリア層が中間層となる場合、ホース最内層には、耐水性、水分不透過性の熱可塑樹脂層が好ましく用いられる。また、最外層、あるいは中間層に、補強層を設けることが好ましい。
<High pressure gas transfer hose>
The hose for high-pressure gas transfer of the present invention includes at least one layer composed of the resin composition for the gas barrier layer, and is preferably an inner layer or an intermediate layer, more preferably an intermediate layer, particularly a hose having a multilayer structure. It is included in the intermediate layer from the inner layer. When the gas barrier layer is an intermediate layer, a water-resistant, moisture-impermeable thermoplastic resin layer is preferably used for the innermost hose layer. Moreover, it is preferable to provide a reinforcing layer in the outermost layer or the intermediate layer.
ホースの内径は、特に限定しないが、通常、4.5〜12mm程度であり、外径は7〜15mm程度であり、その厚さは、1〜10mm程度に設定される。
ガスバリア層の厚みは、特に限定しないが、ホースの厚さの5〜15%、特に8〜12%の範囲で選択される。
Although the internal diameter of a hose is not specifically limited, Usually, it is about 4.5-12 mm, an outer diameter is about 7-15 mm, and the thickness is set to about 1-10 mm.
The thickness of the gas barrier layer is not particularly limited, but is selected in the range of 5 to 15%, particularly 8 to 12% of the thickness of the hose.
水分不透過性の熱可塑性樹脂層に用いられる熱可塑性樹脂としては、例えば、疎水性熱可塑性樹脂が好ましく用いられる。例えば具体的には、直鎖状低密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−α−オレフィン(炭素数4〜20のα−オレフィン)共重合体、エチレン−アクリル酸エステル共重合体、ポリプロピレン、プロピレン−α−オレフィン(炭素数4〜20のα−オレフィン)共重合体、ポリブテン、ポリペンテン等のオレフィンの単独又は共重合体、環状ポリオレフィン、或いはこれらのオレフィンの単独又は共重合体を不飽和カルボン酸又はそのエステルでグラフト変性したもの等の広義のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアミド、共重合ポリアミド等のポリアミド樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、アクリル系樹脂、ポリ酢酸ビニル等のビニルエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、テトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン/パーフルオロ(アルキルビニルエーテル)共重合体、エチレン/テトラフルオロエチレン共重合体、テトラフルオロエチレン/ヘキサフルオロプロピレン共重合体等のフッ素系重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン等の熱可塑性樹脂が挙げられる。 As the thermoplastic resin used for the moisture-impermeable thermoplastic resin layer, for example, a hydrophobic thermoplastic resin is preferably used. For example, linear low density polyethylene, low density polyethylene, medium density polyethylene, high density polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ionomer, ethylene-propylene copolymer, ethylene-α-olefin (carbon number) 4-20 α-olefin) copolymer, ethylene-acrylate copolymer, polypropylene, propylene-α-olefin (α-olefin having 4 to 20 carbon atoms) copolymer, polybutene, polypentene, and other olefins. Homologous polyolefin resins such as homo- or copolymers, cyclic polyolefins, or homo- or copolymers of these olefins grafted with unsaturated carboxylic acids or esters thereof, polystyrene resins, polyamides, copolymer polyamides, etc. Polyamide resin, polyvinyl chloride, poly salt Vinylidene, acrylic resins, vinyl ester resins such as polyvinyl acetate, polyurethane resins, tetrafluoroethylene, tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymers, ethylene / tetrafluoroethylene copolymers, tetrafluoroethylene / Fluoropolymers such as hexafluoropropylene copolymer, and thermoplastic resins such as chlorinated polyethylene and chlorinated polypropylene.
補強層としては、ホースの可撓性、伸びを損なわない限り、例えば、不織布、布、金属箔などを用いることができる。好ましくは、ポリパラフェニレンべンズビスオキサゾール(PBO)繊維、アラミド繊維等の高強度樹脂繊維を編み組したシート層又は当該シートをスパイラルに巻き付けてなる層で構成することが好ましい。 As the reinforcing layer, for example, a nonwoven fabric, a cloth, a metal foil, or the like can be used as long as the flexibility and elongation of the hose are not impaired. Preferably, the sheet layer is formed of braided high-strength resin fibers such as polyparaphenylene bisbisoxazole (PBO) fibers and aramid fibers, or a layer formed by winding the sheet in a spiral.
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例の記載に限定されるものではない。
尚、例中「部」とあるのは、断りのない限り重量基準を意味する。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to description of a following example.
In the examples, “part” means a weight basis unless otherwise specified.
〔測定評価方法〕
はじめに、以下の実施例で採用した測定評価方法について説明する。
(1)水素ガスバリア性(水素ガス透過量)
厚み20μmのフィルム試験片を、図1に示す水素透過度測定装置のサンプル部分にセットし、41℃、水素圧0.5MPaで加圧水素をフィルムサンプルに向けて加圧水素を送り、透過した水素を回収し、透過量(cc・20μm/m2・day・atm)を測定した。
[Measurement evaluation method]
First, the measurement evaluation method employed in the following examples will be described.
(1) Hydrogen gas barrier property (hydrogen gas permeation)
A film test piece having a thickness of 20 μm is set in the sample portion of the hydrogen permeability measuring apparatus shown in FIG. 1, and pressurized hydrogen is sent toward the film sample at 41 ° C. and a hydrogen pressure of 0.5 MPa, and the permeated hydrogen is removed. The amount of permeation (cc · 20 μm / m 2 · day · atm) was measured.
(2)引張破断伸び(%)
図2に示すサイズの厚み2mmのダンベル状試験片を用いて、引張試験機で、長さ30%伸長させた。30%伸長するまでに破断した場合には、破断したときの伸びを測定値とし、30%伸長しても破断しなかった場合には、測定値を30%超とした。
(2) Tensile elongation at break (%)
Using a dumbbell-shaped test piece having a thickness of 2 mm shown in FIG. 2, the tensile tester was used to extend the length by 30%. When it broke before extending 30%, the elongation at break was taken as the measured value, and when it did not break even after 30% elongation, the measured value was over 30%.
(3)高圧水素ガス曝露−脱圧サイクル試験(耐久性)
図3に示すように構成された水素高圧ガス設備を用いて、試験体とある部分に、図2に示すサイズの厚み2mmのダンベル状試験片をセットして、図4に示す圧力パターン(70MPaの高圧水素を20時間曝露し、脱圧後0.5時間静置を1サイクルとして、20サイクル繰り返した(合計曝露時間400時間)。
高圧水素ガス曝露−脱圧サイクル試験後、試験片を取り出し、試験片の状態を目視で観察し、特にブリスターの発生の有無(通常、ダンベル部分に発生)を観察した。
(3) High-pressure hydrogen gas exposure-decompression cycle test (durability)
Using a hydrogen high-pressure gas facility configured as shown in FIG. 3, a dumbbell-shaped test piece having a thickness of 2 mm as shown in FIG. The high pressure hydrogen was exposed for 20 hours, and after standing for 0.5 hours after depressurization, 20 cycles were repeated (total exposure time 400 hours).
After the high-pressure hydrogen gas exposure-depressurization cycle test, the test piece was taken out and the state of the test piece was visually observed. In particular, the presence or absence of blisters (usually generated in the dumbbell portion) was observed.
〔樹脂組成物の調製〕
(1)側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)
還流冷却器、攪拌機を備えた反応容器に、酢酸ビニル68.0部、メタノール23.8部、3,4−ジアセトキシ−ブテン8.2部を仕込み、アゾビスイソブチロニトリルを0.3モル%(対仕込み酢酸ビニル)投入し、攪拌しながら窒素気流下で温度を上昇させ、重合を開始した。酢酸ビニルの重合率が90%となった時点で、m−ジニトロベンゼンを添加して重合を終了し、続いて、メタノール蒸気を吹き込む方法により未反応の酢酸ビニルモノマーを系外に除去し、共重合体のメタノール溶液とした。
次いで、上記メタノール溶液を、さらにメタノールで希釈し、濃度45%に調整して、ニーダーに仕込み、溶液温度を35℃に保ちながら、水酸化ナトリウムの2%メタノール溶液を共重合体中の酢酸ビニル構造単位及び3,4−ジアセトキシ−1−ブテン構造単位の合計量1モルに対して11.5ミリモルとなる割合で加えてケン化を行った。
ケン化が進行するとともに、ケン化物が析出し、粒子状となった時点で濾別した。得られたケン化物をメタノールでよく洗浄して熱風乾燥機で乾燥し、上記(1a)式の側鎖1,2−ジオール構造単位を有するPVA系樹脂(A1)を得た。
(Preparation of resin composition)
(1)
A reaction vessel equipped with a reflux condenser and a stirrer was charged with 68.0 parts of vinyl acetate, 23.8 parts of methanol, and 8.2 parts of 3,4-diacetoxy-butene, and 0.3 mol of azobisisobutyronitrile. % (Vs. vinyl acetate charged) was added and the temperature was raised under a nitrogen stream while stirring to initiate polymerization. When the polymerization rate of vinyl acetate reaches 90%, m-dinitrobenzene is added to terminate the polymerization, and then unreacted vinyl acetate monomer is removed from the system by blowing methanol vapor. A methanol solution of the polymer was used.
Next, the methanol solution was further diluted with methanol, adjusted to a concentration of 45%, charged into a kneader, and while maintaining the solution temperature at 35 ° C., a 2% methanol solution of sodium hydroxide was added to vinyl acetate in the copolymer. Saponification was performed by adding 11.5 mmol with respect to 1 mol of the total amount of the structural unit and 3,4-diacetoxy-1-butene structural unit.
As saponification progressed, the saponified product precipitated and became particulate, and was filtered off. The obtained saponified product was thoroughly washed with methanol and dried with a hot air dryer to obtain a PVA resin (A1) having a
得られた側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂のケン化度は、残存酢酸ビニル及び3,4−ジアセトキシ−1−ブテンの加水分解に要するアルカリ消費量にて分析したところ、99.9モル%であった。また、平均重合度は、JIS K6726に準じて分析を行ったところ、450であった。また、一般式(1a)で表わされる1,2−ジオール構造単位の含有量は1H−NMR(300MHzプロトンNMR、d6−DMSO溶液、内部標準物質:テトラメチルシラン)にて測定した積分値より算出したところ、6モル%であった。また、MFR(210℃、荷重2160g)は、5.5g/10分、溶融粘度(220℃、せん断速度122sec-1)は1148Pa・sであった。
The saponification degree of the obtained
(2)ポリアミド樹脂(B)
下記ポリアミド樹脂B1又はB2を用いた。
B1:ナイロン6/66、三菱エンジニアリング社製の「Novamid2420J」(SP値25.8)を用いた。溶融粘度(220℃、せん断速度122sec-1)は1368Pa・sである。
B2:ナイロン11、エムスケミース・ジャパン社の「Rilsan P40」(SP値20.8)を用いた。溶融粘度(220℃、せん断速度122sec-1)は1557Pa・sである。
(2) Polyamide resin (B)
The following polyamide resin B1 or B2 was used.
B1: Nylon 6/66, “Novamid 2420J” (SP value 25.8) manufactured by Mitsubishi Engineering Corporation was used. The melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) is 1368 Pa · s.
B2: Nylon 11, “Rilsan P40” (SP value 20.8) manufactured by EMS Chemies Japan Ltd. was used. The melt viscosity (220 ° C., shear rate 122 sec −1 ) is 1557 Pa · s.
(3)樹脂ペレット及び試験片No.1−4の作製
PVA系樹脂(A)とポリアミド樹脂(B)とを、表1に示す重量比でドライブレンドし、二軸押出機(テクノベル社製)を用いて、下記条件でペレット化した。
スクリュー径:15mm
L/D=60mm
回転方向:同方向
スクリューパターン:3か所練り
スクリーンメッシュ:90/90メッシュ
スクリュー回転数 :200rpm
温度パターン:C1/C2/C3/C4/C5/C6/C7/C8/D=180/195/210/210/215/220/220/220/220℃
吐出量:15kg/hr
(3) Resin pellet and test piece No. Preparation of 1-4 PVA-based resin (A) and polyamide resin (B) were dry blended at a weight ratio shown in Table 1, and pelletized under the following conditions using a twin screw extruder (manufactured by Technobel). .
Screw diameter: 15mm
L / D = 60mm
Rotation direction: Same direction Screw pattern: Kneaded in 3 places Screen mesh: 90/90 mesh Screw rotation speed: 200 rpm
Temperature pattern: C1 / C2 / C3 / C4 / C5 / C6 / C7 / C8 / D = 180/195/210/210/215/220/220/220/220 ℃
Discharge rate: 15 kg / hr
作製した試験片を用いて、上記測定評価方法に基づき、水素ガスバリア性、柔軟性、耐久性を測定評価した。結果を表1に示す。 Using the prepared test piece, hydrogen gas barrier properties, flexibility, and durability were measured and evaluated based on the above-described measurement evaluation method. The results are shown in Table 1.
表1のNo.3とNo.4の比較から、ポリアミド樹脂単独の水素ガス透過量は、側鎖1,2−ジオール含有PVAの透過量の約4000倍であった。この点、No.1−3のの比較から、PVA樹脂の20%程度をポリアミドに置換したときの水素ガス透過量は、PVA樹脂単独の場合と比べて増加しているものの、2倍未満であった。一方、伸びについては、ポリアミドの配合により増大し、SP値が高いポリアミドB1(側鎖1,2−ジオールPVA系樹脂との親和性が高いと考えられるポリアミド樹脂)の方が、破断伸びの向上効果は大きかった。
No. in Table 1 3 and no. From the comparison of 4, the hydrogen gas permeation amount of the polyamide resin alone was about 4000 times the permeation amount of the
No.1とNo.2とを比較した場合、いずれも側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂の20%をポリアミド樹脂に置換した場合に該当し、水素ガス透過量については、差異はほとんどなかったにもかかわらず、高圧水素ガス曝露−脱圧サイクル試験の耐久性については、No.2ではブリスターの発生が認められた。一方、水素ガス透過量が4000倍も多いポリアミド樹脂単独の場合(No.4)では、ブリスターの発生は認められなかった。このことから、高圧水素ガス曝露−脱圧サイクル試験に関しては、ガス透過量が少なくても発生し得る現象であり、各樹脂成分単独では起こらないにもかかわらず、混合物となったときに初めて発生する現象であることがわかる。
No. 1 and No. 2 is a case where 20% of the
従って、ブリスターの発生原因は、PVA系樹脂とポリアミド樹脂の界面に起因するものであると推測され、SP値が20.8であるポリアミド11では、ポリアミドとPVAの界面の相互作用が弱いために、発生したのではないかと考えられる。一方、SP値が25.8のポリアミド66/6では、界面における結びつき(一級水酸基によるプロトンドナーとアミド結合部のプロトンアクセプターの関係)が強くなり、側鎖1,2ジオール含有PVA系樹脂で構成される海、ポリアミド樹脂で構成される島部分だけでなく、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂とポリアミド樹脂との界面の濡れ性が強く、その結果、脱圧繰り返しサイクルにおいても、水素ガス膨張によるブリスターの発生が抑制されたのではないかと考えられる。
Therefore, it is presumed that the cause of blistering is caused by the interface between the PVA resin and the polyamide resin. In the polyamide 11 having an SP value of 20.8, the interaction between the polyamide and the PVA interface is weak. It is thought that it occurred. On the other hand, in polyamide 66/6 with SP value of 25.8, the bond at the interface (the relationship between the proton donor by the primary hydroxyl group and the proton acceptor at the amide bond) becomes stronger, and the PVA resin containing
なお、No.1のダンベル状試験片について、耐久性試験前後で、固体NMRを測定した。測定条件は、下記のとおりである。耐久性試験前後の測定結果において、分子間水素結合に起因する共鳴、及び分子内水素結合に起因する共鳴線について、大きな変化は認められなかった。このことは、側鎖1,2−ジオール含有PVA系樹脂(A)と溶解度パラメータが22〜28MPa1/2であるポリアミド樹脂(B)とを含有する樹脂組成物からなる層(ガスバリア層)では、高圧水素ガスの曝露、脱圧によって、水素ガスの取り込みはほとんどなく、固体構造に大きな変化がないと言える。
In addition, No. About 1 dumbbell-shaped test piece, solid NMR was measured before and after the durability test. The measurement conditions are as follows. In the measurement results before and after the durability test, there was no significant change in the resonance caused by intermolecular hydrogen bonds and the resonance line caused by intramolecular hydrogen bonds. This is because a layer (gas barrier layer) comprising a resin composition containing a
・装置:Bruker AVANCEIII 400WB
・プローブ:4mmΦ CPMAS
・温度:22℃
・試料管回転数:5000Hz
・測定手法:Inversion Recovery
・1H 90°パルス幅:4.2μsec×44W
・13C90°パルス幅:4.2μsec×124W
・Contact time 350μsec
・1H decoupling sequence TPPM15
・1H decoupling power 44W(70kHz)
・ Device: Bruker AVANCEIII 400WB
・ Probe: 4mmΦ CPMAS
・ Temperature: 22 ℃
・ Sample tube rotation speed: 5000 Hz
・ Measurement method: Inversion Recovery
・1 H 90 ° pulse width: 4.2μsec × 44W
・13 C90 ° pulse width: 4.2μsec × 124W
・ Contact time 350μsec
・1 H decoding sequence TPPM15
・1 H decoupling power 44W (70 kHz)
本発明の高圧ガス移送用ホースは、水素のような小さな分子のガスに対して高度なガスバリア性を有し、しかも伸び、柔軟性にも優れているので、ガスステーションにおいて、燃料電池への水素ガス供給に用いるような、高圧水素ガス供給用のホースとして有用である。 The hose for high-pressure gas transfer of the present invention has a high gas barrier property against a small molecule gas such as hydrogen, and also has excellent elongation and flexibility. It is useful as a hose for supplying high-pressure hydrogen gas such as that used for gas supply.
Claims (7)
〔式中、R1〜R6はそれぞれ独立して水素原子又は有機基を表し、Xは単結合又は結合鎖を示す〕 At least a layer composed of a resin composition containing a polyvinyl alcohol resin (A) containing a structural unit represented by the following general formula (1) and a polyamide resin (B) having a solubility parameter of 22 to 28 MPa 1/2. High pressure gas transfer hose with one layer.
[Wherein R 1 to R 6 each independently represents a hydrogen atom or an organic group, and X represents a single bond or a bond chain]
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