JP2004269874A

JP2004269874A - 芳香族液晶ポリエステル溶液組成物

Info

Publication number: JP2004269874A
Application number: JP2004043996A
Authority: JP
Inventors: Shiro Katagiri; 史朗片桐; Satoshi Okamoto; 敏岡本
Original assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2004-09-30

Abstract

【課題】より容易にフィルムを製造し得る芳香族液晶ポリエステル溶液組成物を提供すること。
【解決手段】下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノールと、下記一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとからなる溶媒、および芳香族液晶ポリエステルを含有してなり、該溶媒１００重量部に対する該芳香族液晶ポリエステルの割合が０．５〜１００重量部である芳香族液晶ポリエステル溶液組成物。

（式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよい。）

（式中、Ｂはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｊはＢの個数であって１〜３の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＢは互いに同一でも異なっていてもよい。）
【選択図】なし

Description

本発明は、芳香族液晶ポリエステル溶液組成物に関する。

芳香族液晶ポリエステルは、優れた低吸湿性、高周波特性、耐熱性、機械的強度を示すことから、射出成形により得られるコネクターなどの精密電子部品を中心に広く用いられている。近年、芳香族液晶ポリエステルをＴダイ成形やインフレーション成形などの押出成形によりフィルム化して、多層プリント基板やフレキシブルプリント基板の絶縁膜に使用することが検討されている。
しかしながら、押出成形により得られる従前の芳香族液晶ポリエステルフィルムは、成形時の異方性が大きく、成形時の流動方向に垂直な方向の引裂強度が非常に弱く、フィルムの取り扱い中に破損が起こるという問題があった。
この問題を解決するために、芳香族液晶ポリエステルとハロゲン置換フェノールを含有する溶媒とを含有してなる溶液を流延させた後、溶媒を除去して得られる芳香族液晶ポリエステルフィルムが提案されている（特許文献１参照）。

特開２００２−１１４８９４号公報

特許文献１で得られる芳香族液晶ポリエステルフィルムは異方性が小さく、成形時の流動方向に垂直な方向の引裂強度には優れているものの、やや流延させにくいという点で、なお改善の余地が残されていた。本発明の目的は、より容易にフィルムを製造し得る芳香族液晶ポリエステル溶液組成物を提供することにある。

即ち本発明は、下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノールと、下記一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとからなる溶媒、および芳香族液晶ポリエステルを含有してなり、該溶媒１００重量部に対する該芳香族液晶ポリエステルの割合が０．５〜１００重量部である芳香族液晶ポリエステル溶液組成物にかかるものである。

（式中、Ｂはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｊはＢの個数であって１〜３の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＢは互いに同一でも異なっていてもよい。）

本発明によれば、溶液粘度が低いためより容易にフィルムを製造し得る芳香族液晶ポリエステル溶液組成物が提供される。

本発明で使用される芳香族液晶ポリエステルは、４５０℃以下の温度で異方性溶融体を形成するものである。４５０℃以下の温度で光学的に異方性を示す溶融体を形成するものである。

芳香族液晶ポリエステルとしては、例えば、
（１）芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールの組み合わせを重合して得られるもの、
（２）異種の芳香族ヒドロキシカルボン酸を重合して得られるもの、
（３）芳香族ジカルボン酸と芳香族ジオールとの組み合わせを重合して得られるもの、
（４）ポリエチレンテレフタレートなどの結晶性ポリエステルに芳香族ヒドロキシカルボン酸を反応させたもの
などが挙げられる。
なお、これらの芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸または芳香族ジオールの代わりに、それらのエステル形成性誘導体を使用してもよい。

カルボン酸のエステル形成性誘導体としては、例えば、カルボキシル基が、ポリエステル生成反応を促進するような、酸塩化物、酸無水物などの反応性が高い誘導体となっているもの、カルボキシル基が、エステル交換反応によりポリエステルを生成するようなアルコール類やエチレングリコールなどとエステルを形成しているものなどが挙げられる。
また、フェノール性水酸基のエステル形成性誘導体としては、例えば、エステル交換反応によりポリエステルを生成するように、フェノール性水酸基がカルボン酸類とエステルを形成しているものなどが挙げられる。

また、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸および芳香族ジオールは、エステル形成性を阻害しない程度であれば、塩素原子、フッ素原子などのハロゲン原子、メチル基、エチル基などのアルキル基、フェニル基などのアリール基などで置換されていてもよい。

該芳香族液晶ポリエステルの繰り返し構造単位としては、下記のものを例示することができるが、これらに限定されるものではない。

芳香族ヒドロキシカルボン酸に由来する繰り返し構造単位：

上記の繰り返し構造単位は、ハロゲン原子またはアルキル基で置換されていてもよい。

芳香族ジカルボン酸に由来する繰り返し構造単位：

上記の繰り返し構造単位は、ハロゲン原子、アルキル基またはアリール基で置換されていてもよい。

芳香族ジオールに由来する繰り返し構造単位：

なお、上記のアルキル基としては、炭素数１〜１０のアルキル基が好ましく、メチル基、エチル基またはブチル基がより好ましい。上記のアリール基としては、炭素数６〜２０のアリール基が好ましく、フェニル基がより好ましい。

耐熱性、機械物性のバランスから芳香族液晶ポリエステルは、前記Ａ_１式で表される繰り返し単位を少なくとも３０モル％含むことが好ましい。
繰り返し構造単位の好ましい組み合わせとしては、例えば、下記（ａ）〜（ｆ）が挙げられる。
（ａ）：
前記繰り返し構造単位（Ａ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、
前記繰り返し構造単位（Ａ_２）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、
前記繰り返し構造単位（Ａ_１）、（Ｂ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ、または、
前記繰り返し構造単位（Ａ_２）、（Ｂ_１）、（Ｂ_２）および（Ｃ_３）の組み合わせ。
（ｂ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_１）に置換した組み合わせ。
（ｃ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_２）に置換した組み合わせ。
（ｄ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_４）に置換した組み合わせ。
（ｅ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ｃ_３）の一部または全部を（Ｃ_４）と（Ｃ_５）の混合物に置換した組み合わせ。
（ｆ）：前記（ａ）の組み合わせのそれぞれにおいて、（Ａ_１）の一部を（Ａ₂）に置換した組み合わせ。

該芳香族液晶ポリエステルとしては、耐熱性の観点から、ｐ−ヒドロキシ安息香酸および２−ヒドロキシ−６−ナフトエ酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位３０〜８０ｍｏｌ％、ヒドロキノンおよび４，４’−ジヒドロキシビフェニルからなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位１０〜３５ｍｏｌ％、テレフタル酸およびイソフタル酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の化合物に由来する繰り返し構造単位１０〜３５ｍｏｌ％からなることが好ましい。

また、芳香族液晶ポリエステルの重量平均分子量は、特に限定されないが、１００００〜１０００００であることが好ましい。

本発明に用いられる芳香族液晶ポリエステルの製造方法は、特に限定されないが、例えば、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジオールからなる群から選ばれる少なくとも１種を過剰量の脂肪酸無水物によりアシル化してアシル化物を得、得られたアシル化物と、芳香族ヒドロキシカルボン酸および芳香族ジカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも１種とをエステル交換（重縮合）することにより溶融重合する方法が挙げられる。アシル化物としては、予めアシル化して得た脂肪酸エステルを用いてもよい。

アシル化反応においては、脂肪酸無水物の添加量がフェノール性水酸基の１．０〜１．２倍当量であることが好ましく、より好ましくは１．０５〜１．１倍当量である。脂肪酸無水物の添加量が少ないと、エステル交換（重縮合）時にアシル化物や芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸などが昇華し、反応系が閉塞し易い傾向があり、また、多すぎると、得られる芳香族液晶ポリエステルの着色が著しくなる傾向がある。

アシル化反応は、１３０〜１８０℃で５分間〜１０時間反応させることが好ましく、１４０〜１６０℃で１０分間〜３時間反応させることがより好ましい。

アシル化反応に使用される脂肪酸無水物は，特に限定されないが、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、無水イソ酪酸、無水吉草酸、無水ピバル酸、無水２エチルヘキサン酸、無水モノクロル酢酸、無水ジクロル酢酸、無水トリクロル酢酸、無水モノブロモ酢酸、無水ジブロモ酢酸、無水トリブロモ酢酸、無水モノフルオロ酢酸、無水ジフルオロ酢酸、無水トリフルオロ酢酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸、無水β−ブロモプロピオン酸などが挙げられ、これらは２種類以上を混合して用いてもよい。価格と取り扱い性の観点から、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸、または無水イソ酪酸が好ましく用いられ、より好ましくは、無水酢酸が用いられる。

エステル交換においては、アシル化物のアシル基がカルボキシル基の０．８〜１．２倍当量であることが好ましい。

エステル交換は、１３０〜４００℃で０．１〜５０℃／分の割合で昇温しながら行なうことが好ましく、１５０〜３５０℃で０．３〜５℃／分の割合で昇温しながら行なうことがより好ましい。

アシル化して得た脂肪酸エステルとカルボン酸とをエステル交換させる際、平衡を移動させるため、副生する脂肪酸と未反応の脂肪酸無水物は、蒸発させるなどして系外へ留去することが好ましい。

なお、アシル化反応、エステル交換は、触媒の存在下に行なってもよい。該触媒としては、従来からポリエステルの重合用触媒として公知のものを使用することができ、例えば、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、酢酸カリウム、三酸化アンチモンなどの金属塩触媒、Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノピリジン、Ｎ−メチルイミダゾールなどの有機化合物触媒などを挙げることができる。該触媒は、通常、モノマー類の投入時に投入され、アシル化後も除去することは必ずしも必要ではなく、該触媒を除去しない場合にはそのままエステル交換を行なうことができる。

エステル交換による重縮合は、通常、溶融重合により行なわれるが、溶融重合と固層重合とを併用してもよい。固相重合は、溶融重合工程からポリマーを抜き出し、その後、粉砕してパウダー状もしくはフレーク状にした後、公知の固相重合方法により行うことが好ましい。具体的には、例えば、窒素などの不活性雰囲気下、２０〜３５０℃で、１〜３０時間固相状態で熱処理する方法などが挙げられる。固相重合は、攪拌しながらでも、攪拌することなく静置した状態で行ってもよい。なお適当な攪拌機構を備えることにより溶融重合槽と固相重合槽とを同一の反応槽とすることもできる。固相重合後、得られた芳香族液晶ポリエステルは、公知の方法によりペレット化し、成形してもよい。
芳香族液晶ポリエステルの製造は、例えば、回分装置、連続装置等を用いて行うことができる。

本発明の芳香族液晶ポリエステル溶液組成物は、溶媒および上記した芳香族液晶ポリエステルを含有してなり、該溶媒として、下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノールと、下記一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとからなる溶媒が用いられる。

ここで、式（Ｉ）中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わす。ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられ、フッ素原子、または塩素原子が好ましく、塩素原子が特に好ましい。
ハロゲン原子がフッ素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、ペンタフルオロフェノール、テトラフルオロフェノール等が挙げられる。
ハロゲン原子が塩素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノールが挙げられ、溶解性の観点からｐ−クロロフェノールが好ましい。

トリハロゲン化メチル基のハロゲンとしては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられる。
トリハロゲン化メチル基のハロゲンがフッ素原子である一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物の例としては、３，５−ビストリフルオロメチルフェノールが挙げられる。

一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノール化合物としては、価格と入手性の観点から、ｏ−クロロフェノール、ｐ−クロロフェノールなどの塩素置換フェノール化合物が好ましく使用され、溶解性の観点から、ｐ−クロロフェノールがより好ましく使用される。

式（II）中、Ｂはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｊははＢの個数であって１〜３の整数を表わす。ｊが２以上の場合に複数あるＢは互いに同一でも異なっていてもよいが、同一であることが好ましい。

ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられ、フッ素原子、または塩素原子が好ましく、塩素原子が特に好ましい。
ハロゲン原子がフッ素原子である一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとしては、例えば、モノフルオロベンゼン、ジフルオロベンゼン、トリフルオロベンゼン等が挙げられる。
ハロゲン原子が塩素原子である一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとしては、例えば、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等が挙げられる。

トリハロゲン化メチル基のハロゲンとしては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子が挙げられ、フッ素原子が好ましい。
トリハロゲン化メチル基のハロゲンがフッ素原子である一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとしては、例えば、３，５−ビストリフルオルベンゼン等が挙げられる。

一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとしては、モノクロロベンゼン、ジクロロベンゼン、またはトリクロロベンゼンが好ましく、中でもモノクロロベンゼンまたはジクロロベンゼンが特に好んで使用される。

該溶媒における該ハロゲン置換フェノールと該ハロゲン置換ベンゼンの使用量比は、実際の製造現場における条件で、溶液の粘度が十分に下がって流延しやすくなる範囲で適宜調整すればよいが、重量比で該ハロゲン置換フェノール：該ハロゲン置換ベンゼン＝５０：５０〜９０：１０の範囲であることが好ましく、該ハロゲン置換フェノール：該ハロゲン置換ベンゼン＝６０：４０〜８０：２０の範囲であることがより好ましい。
該ハロゲン置換ベンゼンの量が少ないと溶液粘度を低下させる効果が得られない傾向があり、多すぎると芳香族液晶ポリエステルが溶解しにくくなる傾向がある。

本発明においては、本発明の目的を損なわない範囲で、該溶媒に、該ハロゲン置換フェノールおよび該ハロゲン置換ベンゼン以外の溶媒成分が含まれていてもよい。

本発明の芳香族液晶ポリエステル溶液組成物は、該溶媒１００重量部に対する芳香族液晶ポリエステルの割合は０．５〜１００重量部である。作業性あるいは経済性の観点から、該割合は１〜５０重量部であることが好ましく、３〜１０重量部であることがより好ましい。該割合が少なすぎると、生産効率が低下し、多いと芳香族液晶ポリエステルの溶解が困難になる。

該溶液組成物は、必要に応じて、フィルターなどによってろ過して溶液中に含まれる微細な異物を除去することが好ましい。

また、該溶液組成物には、本発明の目的を損なわない範囲で、シリカ、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムなどの無機フィラー、硬化エポキシ樹脂、架橋ベンゾグアナミン樹脂、架橋アクリルポリマーなどの有機フィラー、ポリアミド、ポリエステル、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルケトン、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリフェニルエーテルおよびその変性物、ポリエーテルイミド等の熱可塑性樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、シアネート樹脂等の熱硬化性樹脂、シランカップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤などの各種添加剤の一種または二種以上が添加されていてもよい。

本発明の芳香族液晶ポリエステル溶液組成物から芳香族液晶ポリエステルフィルムを製造する方法としては、例えば、該溶液組成物をガラスや金属等の表面平滑な基板上に流延し、溶媒を除去する方法などが挙げられる。

溶媒除去の方法は、特に限定されないが、溶媒の蒸発により行うことが好ましい。溶媒を蒸発させる方法としては、加熱、減圧、通風などの方法が挙げられる。

得られた芳香族液晶ポリエステルフィルムには、必要に応じて熱処理を行ってもよい。

該溶液組成物を用いると、その溶液粘度が低いことからより均一に流延させることが可能であり、芳香族液晶ポリエステルフィルムを容易に製造することが可能となる。
また、該溶液組成物は、常温下で凝固しにくく、溶液組成物の保存時または流延時に芳香族液晶ポリエステルが析出することも少ない。
さらに、該溶液組成物を流延し、溶媒を除去して得られる芳香族液晶ポリエステルフィルムは、異方性が小さく、成形時の流動方向に垂直な方向の引裂強度に優れている。

このようにして得られる芳香族液晶ポリエステルフィルムは、成形時の流動方向に垂直な方向の引裂強度に優れ、芳香族液晶ポリエステルの持つ低吸湿性、高周波特性などの優れた特性を有することから、近年注目されているビルドアップ工法などにより得られる半導体パッケージやマザーボード用の多層プリント基板、フレキシブルプリント配線板、テープオートメーテッドボンディング用フィルム、その他８ミリビデオテープの基材、業務用デジタルビデオテープの基材、透明導電性（ＩＴＯ）フィルムの基材、偏光フィルムの基材、各種調理食品用、電子レンジ加熱用の包装フィルム、電磁波シールド用フィルム、抗菌性フィルム、気体分離用フィルムなどに好適に使用することができる。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明が実施例により限定されるものでないことは言うまでもない。

実施例１
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計および還流冷却器を備えた反応器に、ｐ−ヒドロキシ安息香酸１４１ｇ（１．０２モル）、４，４’−ジヒドロキシビフェニル６３．３ｇ（０．３４モル）、イソフタル酸５６．５ｇ（０．３４モル）および無水酢酸１９１ｇ（１．８７モル）を仕込んだ。反応器内を十分に窒素ガスで置換した後、窒素ガス気流下で１５分かけて１５０℃まで昇温し、温度を保持して３時間還流させた。
その後、留出する副生酢酸および未反応の無水酢酸を留去しながら１７０分かけて３２０℃まで昇温し、トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、内容物を取り出した。得られた固形分は室温まで冷却し、粗粉砕機で粉砕後、窒素雰囲気下２５０℃で３時間保持し、固層で重合反応を進め、芳香族液晶ポリエステル粉末を得た。得られた粉末は３５０℃で偏向顕微鏡により液晶相に特有のシュリーレン模様が観察された。

得られた芳香族液晶ポリエステル粉末０．４ｇを、１００ｋｇ荷重下、２５０℃で１０分間、島津製作所（株）製フローテスタＣＦＴ−５００を用いて圧縮成形し、厚さ３ｍｍの円盤状の試験片を得た。この試験片を用いて、東洋製作所製の恒温恒湿機ＡＤＶＡＮＴＥＣＡＧＸ型により８５℃／８５％ＲＨ・１６８時間における吸水率を測定した結果、吸水率は０．１％以下であることを確認した。また、ヒューレット・パッカ−ド製ＨＰインピーダンスアナライザーを用いて誘電正接を測定したところ、０．００４（１ＧＨｚ）であった。

上記工程により得られた芳香族液晶ポリエステル粉末１．４ｇをハロゲン置換フェノール化合物（ｐ−クロロフェノール）とハロゲン置換ベンゼン化合物（ｏ−ジクロルベンゼン）を７０／３０重量％の配合比で混合した溶媒８．６ｇに加え、１２０℃に加熱した結果、完全に溶解し透明な溶液が得られることを確認した。得られた芳香族液晶ポリエステル溶液は、室温に冷却しても芳香族液晶ポリエステルが析出することもなかった。更に、溶液粘度をトキメック製のＢ型粘度計を用いて測定したところ、溶液粘度は４８０ポイズ（２５℃）であった。
この溶液をガラス板上に流延し、ホットプレートにより設定温度１００℃、１時間の条件で溶媒を蒸発させ、更に熱風式乾燥機により２５０℃、１時間熱処理を行った結果、厚み２５μの芳香族液晶ポリエステルフィルムを得た。溶液は流延性に優れ、得られたフィルムには厚み斑もなくその表面性は良好であった。また、得られた芳香族液晶ポリエステルフィルムについて、王子測定機器製ＭＯＡ−５０１２簡易分子配向計により配向パターンを測定した結果、縦方向と横方向の比が１であり異方性がないことを確認した。

比較例１
実施例１で得られた芳香族液晶ポリエステル粉末１．４ｇをハロゲン置換フェノール化合物（ｐ−クロロフェノール）８．６ｇに加え、１２０℃に加熱した結果、完全に溶解し透明な溶液が得られることを確認した。得られた溶液の粘度は９２０ポイズ（２５℃）であった。
この溶液をガラス板上に流延させ製膜を試みたが、溶液粘度が高いために流延性が悪く、得られたフィルムには厚み斑が見られた。

Claims

下記一般式（Ｉ）で示されるハロゲン置換フェノールと、下記一般式（II）で示されるハロゲン置換ベンゼンとからなる溶媒、および芳香族液晶ポリエステルを含有してなり、該溶媒１００重量部に対する該芳香族液晶ポリエステルの割合が０．５〜１００重量部である芳香族液晶ポリエステル溶液組成物。

（式中、Ａはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｉはＡの個数であって１〜５の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＡは互いに同一でも異なっていてもよい。）

（式中、Ｂはハロゲン原子またはトリハロゲン化メチル基を表わし、ｊはＢの個数であって１〜３の整数を表わし、ｉが２以上の場合に複数あるＢは互いに同一でも異なっていてもよい。）
ハロゲン置換フェノールとハロゲン置換ベンゼンとの重量比が、ハロゲン置換フェノール：ハロゲン置換ベンゼン＝５０：５０〜９０：１０である請求項１記載の溶液組成物。