JP2002511513A - 低粘度液晶ポリマー組成物 - Google Patents
低粘度液晶ポリマー組成物Info
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Abstract
Description
(LCP)に関する。
々の用語で知られている。LCPは、液晶性を持たない類似のポリマーと比較し
て、例外的に高い引張り強度と引張り係数を持つことで知られている。LCPは
、さまざまな電子部品の成形用樹脂を含む多くの用途、さらにフィルムなどのそ
の他の用途において有用である。LCPは困難な成形条件において流動可能であ
ることで知られているが、電子部品をカプセル封入するためなどのある場合にお
いて、標準的な成形グレードのLCPの溶融粘度は高すぎる。
の分子量に最も影響を受け、分子量が小さくなればなるほど溶融粘度は低くなる
。低分子量のLCPは縮重合により直接合成することができるが、この方法はい
くつかの欠点を持つことがある。生成されたポリマーは、溶融縮合プロセスが継
続することにより溶融加工の間に分子量(MW)が増加する傾向を持つことがあ
る。50パスカル以下の水準の極端に低い粘度ではこれらのLCPは非常に脆い
。加えて、成形グレードのポリマーを作るために設計されたプロセスにおいて、
そのような低分子量のポリマーの取扱いは問題が多いことがある。
00から7000、好ましくは1000〜4000の低分子量LCP1〜100
部、好ましくは10〜40部を混合することによる、比較的低い溶融粘度を有す
るLCPの調製方法について記述している。MWが1000から7000の範囲
の低分子量LCP材料は容易に入手できないため、この方法には特殊な装置を使
用して特殊な低分子量のLCPを生産する必要がある。
、好ましくは1000分子量未満の低いMWの液晶化合物との改良された溶融加
工可能な配合物について記述している。その液晶化合物は、溶融配合物中でポリ
オレフィンおよびポリエステル成分と化学的に反応しない。ポリオレフィンまた
はポリエステル90重量部に液晶化合物10重量部を添加することによって、2
5%から75%の溶融粘度の低下が得られた。
ならびに親のLCP本来の強度、堅牢性、および伸長特性を維持しながら、より
低い加工温度において、厚みの小さいあるいは複雑な形状を持つ製品を効率的に
作ることが可能な、改良された溶融粘度や流動性を持つLCP樹脂組成物を提供
することである。
ック液晶ポリマーと、官能基がヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレート
、エステル、および第1または第2アミンからなる群から選択される官能化合物
を、液晶ポリマー1キログラム当たり約5から約250ミリ当量を含む組成物。
物約5から約250ミリ当量の割合で液晶ポリマーと官能化合物とを化合させる
ことにより、低い溶融粘度のサーモトロピック液晶ポリマーを製造する実用的な
方法に関する。官能化合物はヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレート、
エステル、および第1または第2アミンからなる群から選択される。
から約250ミリ当量の、官能基がヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレ
ート、エステル、および第1または第2アミンからなる群から選択される官能化
合物とを、前記官能化合物と前記液晶ポリマーとの反応を引き起こすのに十分な
温度において、かつ1000秒-1のずり速度で測定したときに前記液晶ポリマー
の溶融粘度の少なくとも10%の低下を引き起こすのに十分な時間化合させるこ
とによって液晶ポリマーの流動性を改良する方法に関する。
」を含む種々の用語で知られている。液晶ポリマーは、一般的に分子の軸に沿っ
て長く平坦でそしてかなり堅いモノマーから調製され、同軸または平行のいずれ
かである分子鎖を拡張する連結基を有する。ポリマーが液晶状態であるかどうか
は、光学異方性を測定する既知の方法によって決めることができる。溶融状態に
おいて、偏光顕微鏡を使って交差した偏光子の間で検査したときに、もし光を透
過するならばポリマーは光学異方性である。ここでサーモトロピック液晶ポリマ
ーはその従来の意味が与えられており、参照として本明細書に組み込まれる米国
特許第4075262号に記載されているTOT試験によるLCPである。本発
明に有用なLCPポリマーには、ポリエステル、ポリ(エステル−アミド)、ポ
リ(エステル−イミド)、ポリ(エステル−アミド−イミド)、ポリアゾメチン
、またはそれらの混合物が含まれる。いかなるサーモトロピックLCPもこれら
の組成物中およびプロセス中で使用することができる。
ド)であり、ポリエステルまたはポリ(エステル−アミド)が部分的にまたは全
体に芳香族であると特に好ましい。芳香族ポリエステルとは、エステル連結基の
炭素原子および酸素原子、−C(O)O−(この式中の太字)が芳香族環の一部
である炭素原子に結合していることを意味している。
定の官能化合物でも、1つより多くの官能基が存在する場合は、官能基は同じ官
能基であることが好ましい。官能基は芳香族環の炭素原子に直接結合することも
また好ましい。添加される官能化合物の総量がLCP1キログラム当たり約5か
ら約250ミリ当量(meq/kg)の範囲内であれば、1つを超える官能化合
物を使用してもよい。LCP粘度を低下させるプロセスを妨害しない置換基であ
れば、そのような他の置換基が官能化合物に含まれていても良い。
、1,6−ヘキサンジアミンカルバマート、テレフタル酸、トリメシン酸、2,
6−ナフタレンジカルボン酸、1−ナフトエ酸、安息香酸ナトリウム、テレフタ
ル酸ジメチル、二酢酸ヒドロキノン、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、4−ア
ミノフェノール、アジピン酸ヘキサメチレンジアンモニウム、1,4−シクロヘ
キサンジカルボン酸、シクロヘキサン酸、1,12−ドデカンジカルボン酸、4
,4′−ビフェノール、1,6−ヘキサンジアミン、4−スルホイソフタル酸、
およびイソフタル酸が含まれる。好ましい官能基はヒドロキシルおよびアミンで
あり、ヒドロキシルおよびカルボキシルは当量ベースで驚くほどより効果的に粘
度を低下させるために特に好ましい。好ましい官能化合物は一官能性または二官
能性であり、二官能性がより好ましい。しかしまた、粘度を低下させる間に分岐
または架橋をLCP中に導入することが望まれる場合、三官能性またはそれ以上
の官能化合物が使用される。好ましくは、官能化合物は1モル当たり約100か
ら約300グラムの分子量を有する。
ある適当な官能基を容易に生成する化合物もまた有用な群の定義に含まれる。例
えば、アミンカルバマートは一般的に容易に対応するアミンに熱分解し、そのた
めここではアミンとみなされる。
を使用することができるが、選択する官能化合物はあまり揮発性が高すぎず、処
理条件において蒸気圧が低いことが好ましい。溶融粘度を低下させるプロセスに
とって致命的ではないが、比較的揮発性の官能化合物の揮発は歩留まり損失とな
り、従来の押出し成形機内で粘度を低下させる官能化合物の「実際の効率」を低
下させる。もし化合物が比較的揮発性であれば、揮発による消失を避けるために
予防措置を取らなければならず、さもなくば官能化合物の一部は大気中に「失わ
れて」しまうであろう。
が好ましい。ここで当量とは、プロセスまたは組成物に添加する官能基(例、ヒ
ドロキシルなど)の「モル」数のことを意味する。
なうことなしに、その中に充填剤、補強剤、顔料、潤滑剤、離型剤、抗酸化剤、
および通常熱可塑性組成物中に見られる他の材料などの他のタイプの成分を任意
に有していてもよい。
均一に混合することが必要である。これは、官能化合物とLCPのエステル基の
間で反応が起こる温度に混合物をさらすステップの前またはそれと同時に、LC
Pと官能化合物を溶融混合することによってなされる。これは、一軸または二軸
のスクリュー押出し成形機、または混練機などの典型的なポリマー溶融混合装置
中でそのプロセスを行うことによって、最も好都合になされる。このタイプのプ
ロセスは、環境への放出物があったとしても、ほとんど放出しない。
な量で単にドライブレンドすることによって、新規の組成物を作ることができる
。ドライブレンドはタンブルブレンドで実施することが可能である。配合された
混合物はその後、適当な溶融混合機に送り込むことができる。その代わりに、通
常はペレットの形状であるポリマーと官能化合物を別々に溶融混合装置に計量し
ながら供給し、その中でポリマー(および、おそらく官能化合物)を溶融させて
いる最中に混合させることができる。
すべきである。この温度は典型的には約200℃から約400℃の溶融温度の範
囲であり、好ましくは約275℃から約360℃である。使用する温度、官能化
合物、およびLCPに依存して、有用な溶融粘度の低下は典型的には約30秒か
ら約10分で、好ましくは約45秒から約3分で得られる。この時間範囲は、ポ
リマー溶融混合装置中での典型的な滞留時間である。
添加される: 1.LCPの粘度を低下させた後に成分を添加する。LCPの溶融粘度の低下
は、官能化合物との反応の前後、および成分を添加する前の「純粋な」LCPの
粘度を比較することにより測定される。
能化合物との反応の前後の組成物(添加された成分を含む)を基に測定される。
/または反応するのと本質的に同時に、添加された成分が溶融混合される。これ
は、粘度低下と他の成分の混入を1つのステップで完遂することができるため、
多くの場合において好ましい。粘度低下は、同じ方法で混合された追加の成分を
含むが官能化合物が存在しないポリマーの、前の粘度と後の粘度を比較すること
によって測定される。
成形の適用で使用するために成形することができる。代わりに、組成物は成形機
中で直接調製して、成形部品を成形することができる。
たときに、下記に示すように元の粘度から少なくとも10%低下する: 最終粘度≦初期粘度−0.10(初期粘度) ほとんどの場合、LCPの最終粘度は初期粘度より少なくとも50%低く測定
される。特定の適用例では、本発明のLCP組成物は出発物質のLCPの温度水
準よりも低い温度水準で加工することができる。ほとんどの実際の適用例では、
粘度低下は好ましくは少なくとも50%である。ある場合には、最終粘度は原料
のLCPの初期粘度から1または2程度の大きさで低下する。この約10パスカ
ル以下の低い粘度水準では、最終的なLCPは熱硬化性の低粘度特性を有する熱
可塑性物質であり、カプセル封入および複合材料などの熱硬化性の適用に使用す
ることができる。
粘度が安定していることが見出される。いくつかの熱可塑性材料、すなわちスプ
ルおよびランナは慣例的に再生されるため、粘度安定性は商用への適用において
重要な要素である。リサイクルプロセスにおいて未使用の材料との混合を可能に
するように、溶融プロセス時間(15分以上)の妥当な期間中、スプルおよびラ
ンナの粘度を安定に保つことは重大なことである。改良された流動性であっても
、最終的なLCPは驚くべきことに親のLCPの高い強度と堅牢性と良好な伸長
特性を保持する。
、RD#3、Box30、E.Main St.,Honeybrook、PA
19344 U.S.A.)で測定した。一般的にKayenessレオメー
タは、1000 l/sにおいて約50パスカルまでの溶融粘度を容易に日常的
に測定することができる。しかし、この50パスカルの値以下の粘度を測定する
には大きな注意を払う必要がある。
さの0.5mm(0.02インチ)の半径の穴を持つ金型を使用して、360秒
の溶融時間を使って得られた。表IIIの実施例の溶融粘度は、3.48cm(
1.2インチ)の長さの0.20mm(0.0078インチ)の半径の穴を持つ
実験的な金型を使用して得られた。この小さな径の金型は、市販のEDMタイプ
のドリルを使用して特注で作られた。この小さな0.20mmの金型は、0.5
mmの半径の金型より10パスカル未満の粘度のより正確な測定を提供し、0.
4パスカルの水準の粘度を約±0.1パスカルの正確さで測定することができる
。両方の金型において、(複数のサンプルの粘度を測定する場合に)粘度値のば
らつきを最小限に食い止めるために、サンプル間で少なくとも5分間、好ましく
は約30分間の予熱時間を必要とする。
分の間に金型からのサンプルの垂れ落ちのために、粘度の測定は非常に難しい。
その垂れ落ちは、予熱の間および測定の合間(複数の測定は通常1つのKaye
ness試験でなされる)に開口部に手動で栓をすることにより効果的に非常に
減少させることできる。
の溶融体はKayenessピストンおよびシリンダーの間に滲み出る傾向にあ
る。これらの測定のばらつきは、安定した状態の粘度に到達するまで(溶融体が
それ以上ピストンとシリンダー壁の間に滲み出ることはないということを示す)
1つのずり速度にて複数の測定を行うことによって減少させることができる。
ーは50/50/70/30/270/50のモル比のヒドロキノン/4,4′
−ビフェノール/テレフタル酸/2,6−ナフタレンジカルボン酸/4−ヒドロ
キシ安息香酸/6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸の組成を有する。LCPポリマ
ーは、ASTM D3414−82を用いて25℃/分の加熱速度で測定した場
合に231℃の融点を有し、ASTM D648を用いて1.8MPaにおいて
測定した場合に120℃の加熱たわみ温度(HDT)を有する。LCPポリマー
は容易に適用できる方法または当業者によく知られた方法、例えばモノマー中の
炭素環状の酸と縮合させたヒドロキシル基の酢酸エステルによって作ることがで
きる。
比のヒドロキノン/4,4′−ビフェノール/テレフタル酸/2,6−ナフタレ
ンジカルボン酸/4−ヒドロキシ安息香酸の組成を有する。このポリマーは、当
業者によく知られた標準的な重縮合技術により適当なモノマーから調製すること
ができる。この重縮合プロセス中に集積される副生物の量によって示されるよう
に重合がほぼ完了したとみなされた時点で、溶解したかたまりを真空中に置き、
より高い温度に加熱して重合を完了させ、残留する副生物を除去する。
あり、重合プロセスが短縮されることを除いては本質的に同じ方法で調整される
。成分(967.6グラム)は765.3ミリリットルの無水酢酸と混合し、1
70℃で40分間環流した。無水酢酸はその後の3時間で温度を325℃に上昇
させる間に除去された。この時点で、50分かけて50mmまで、さらに20分
かけて1mmまで徐々に減圧し、その後さらに85分間一定に保った。その結果
得られる脆い生成物が表III中のプレポリマーである。
ナフタレンジカルボン酸、テレフタル酸ジメチル、ヒドロキノン、二酢酸ヒドロ
キノン、トリメシン酸、1−ナフトエ酸、2,6−ジヒドロキシナフタレン、1
−ナフトール、ビスフェノールA、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、および4
,4′−ビフェノールは全て実験用品店を含む種々の場所で市販されており容易
に入手できる。アジピン酸ヘキサメチレンジアンモニウムはRhone−Pou
lencまたはBASFから入手できる。ヘキサメチレンジアミンカルバマート
(Diak(登録商標)#1)はDuPont−Dow Elastmers、
Wilmington、DE、U.S.Aから入手できる。
er & Pfleiderer 28mm二軸押出し成形機の後方に送り込ん
だ。押出し成形機は200〜300rpmで作動するバレルとともに作動し、表
Iおよび表II中の実施例では290℃に、表III中の実施例では340℃に
セットされた。
。ペレットは80〜100℃で一晩中真空乾燥(600〜1200Pa、無水、
窒素ブリード)させた。非常に低い溶融粘度の組成物を調製する場合、ストラン
ドを下方の水急冷浴の中に斜めに動かし、溶融体が金型表面にこびりつくのを効
果的に避けるために、押出し成形機上で45°の金型を使用するのが好都合であ
った。
,OH 43338,U.S.A.)の171g(6オンス)のHPM射出成形
機(HPM社 200−TP 6.5−6.5オンス 射出成形機)を使って射
出成形させた。その機械には一般用のタイプのスクリューが装着されていた。こ
の組成物のためにバレルとノズルの温度は典型的には290℃に設定され、金型
は80〜90℃に温水加熱された。
m(0.2インチ)/minのクロスヘッド速度で、3.2mm(1/8インチ
)の厚さの引張り試験片上で測定した。伸び率を正確に測定するために歪みゲー
ジを使用した。
チ)の厚さの曲げ試験片上で測定した。
た粘度を有するLCPの最終粘度は驚くほど安定であることがわかった。
の最終粘度がほとんどの場合に初期の粘度より少なくとも50%少なくなってい
ることを示している。
空ポートから昇華した。したがって生成物中の実際のヒドロキノンの量は200
meq/kgより幾分か少なくなりがちであると思われる。b 非常に低い粘度。5パスカル未満の値が単純に非常に低い粘度の尺度である
。
比較していて、本発明の新規LCP組成物の靭性と低い溶融粘度特性の驚くべき
組合せを示している。本発明のLCPは、直接重合させたプレポリマーと比較し
て、2つの素材の溶融粘度が非常に似ているという事実にもかかわらず、押出し
成形の際のストランド形成の容易さによって示されるように驚くべきほど強靱で
ある。プレポリマーはベルト上で扱わねばならず切断に際し破砕しなくてはなら
ないのに対し、最終的なLCPのストランドは、容易に押し出され、ペレットに
切断される。
ミルで簡単に微粉末に粉砕されるのに対し、本発明のLCPは繊維状の物質を形
成し、連続的な粉砕において伸長し続けた。この特性は、プレポリマーと官能化
合物群を加えたLCP組成物の粉砕生成物のかさ密度を反映している。表に示し
たLCP組成物の低い密度は、繊維状の特質を示している。粉砕された生成物を
比較した50倍の倍率の写真は、本発明のLCP組成物の繊細な繊維状の特質を
実証し、本質的に粒状に研ぎ出されたプレポリマー組成物とははっきりと対比さ
れた。
範な本発明の特定の実施形態に関するものに過ぎない。本発明の形式を例示し記
述してきたが、本発明の精神および範囲から逸脱することなく変更することがで
きる。したがって、本発明がそれによって限定されるものではない。
Claims (10)
- 【請求項1】 a.液晶ポリマーと、 b.官能基がヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレート、エステル、お
よび第1または第2アミンからなる群から選択される官能化合物と を含む組成物であって、前記官能化合物が前記液晶ポリマーの重量1kg当た
り約5から約250ミリ当量であることを特徴とする組成物。 - 【請求項2】 前記ポリマーが液晶ポリエステルであることを特徴とする請
求項1に記載の組成物。 - 【請求項3】 前記官能化合物がヒドロキシルであることを特徴とする請求
項1に記載の組成物。 - 【請求項4】 前記官能化合物と前記液晶ポリマーとの反応を引き起こすの
に十分な温度において、かつ1000秒-1のずり速度で測定したときに前記液晶
ポリマーの粘度の少なくとも10%の低下を引き起こすのに十分な時間で溶融加
工を受けることができることを特徴とする請求項1に記載の組成物。 - 【請求項5】 250℃以下の温度において溶融加工を受けることができる
ことを特徴とする請求項4に記載の組成物。 - 【請求項6】 請求項1に記載の組成物から作られることを特徴とする成形
品。 - 【請求項7】 ポリマーブレンドを作る方法であって、 a.芳香族ポリエステル、ポリ(エステル−アミド)、ポリ(エステル−イミ
ド)、ポリ(エステル−アミド−イミド)、またはそれらの混合物であるサーモ
トロピック液晶ポリマー成分を調製するステップ、および b.反応条件下において、前記液晶ポリマー成分と官能基がヒドロキシル、カ
ルボキシル、カルボキシレート、エステル、および第1または第2アミンからな
る群から選択される官能化合物とを、前記サーモトロピック液晶ポリマー1kg
当たり約5から約250ミリ当量の水準で接触させるステップと を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項8】 前記官能化合物がヒドロキシルであることを特徴とする請求
項7に記載の方法。 - 【請求項9】 前記反応が約200℃から約400℃の温度で行われること
を特徴とする請求項7に記載の方法。 - 【請求項10】 液晶ポリマー組成物の粘度を低下させる方法であって、液
晶ポリマーと官能基がヒドロキシル、カルボキシル、カルボキシレート、エステ
ル、および第1または第2アミンからなる群から選択される官能化合物とを、前
記液晶ポリマー1kg当たり約5から約250ミリ当量の水準で、前記官能化合
物と前記液晶ポリマーとの反応を引き起こすのに十分な温度において、かつ10
00秒-1のずり速度で測定したときに組成物の溶融粘度の少なくとも10%の低
下を引き起こすのに十分な時間で接触させることを含むことを特徴とする方法。
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