JP2007023132A - Liquid crystalline polyester - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐熱性、難燃性および溶融成形性に優れた液晶性コポリエステルに関するものである。 The present invention relates to a liquid crystalline copolyester excellent in heat resistance, flame retardancy and melt moldability.
従来、耐熱性高分子として芳香族ポリエステルが知られている。しかしながら、芳香族ポリエステルの大部分な加工困難な物質であり、用途が限られている。 Conventionally, aromatic polyesters are known as heat resistant polymers. However, most of the aromatic polyesters are difficult to process and have limited applications.
また、一般に、芳香族ポリエステルは、難燃性に優れているとされているが、後述する限界酸素指数では高々40程度であって、十分な難燃性とはいい難く、さらに、非常に融点が高く、同時に溶融粘度が高いため、高温高圧で加工しなければならないという極めて不都合なものである。そして、高温に長時間暴露することは、ポリエステルの分解の面から見ても得策ではなく、経済的にも不利である。 In general, aromatic polyesters are said to be excellent in flame retardancy, but the critical oxygen index described later is about 40 at most, and it is difficult to say that they are sufficiently flame retardant. The melt viscosity is high, and at the same time, it is extremely inconvenient because it must be processed at high temperature and pressure. In addition, exposure to high temperatures for a long time is not advantageous from the standpoint of polyester degradation, and is economically disadvantageous.
そこで、耐熱性、難燃性および溶融加工性に優れた液晶性の芳香族ポリエステルの開発に関心が注がれ、多くの提案がなされてきた。 Therefore, much attention has been paid to the development of liquid crystalline aromatic polyesters excellent in heat resistance, flame retardancy and melt processability, and many proposals have been made.
例えば、特許文献1や特許文献2で特定の含リン芳香族ジオール、芳香族ジカルボン酸および芳香族ヒドロキシカルボン酸からのコポリエステルが優れた耐熱性および難燃性を有するとともに、溶融加工性も良好であることを見出されている。しかしながら、これらのコポリエステルでも、まだ耐熱性が不十分であるため、より耐熱性が高く、難燃性、溶融加工性に優れたコポリエステルが求められていた。 For example, the specific polyester-containing aromatic diols, aromatic dicarboxylic acids and copolyesters from aromatic hydroxycarboxylic acids described in Patent Document 1 and Patent Document 2 have excellent heat resistance and flame retardancy and good melt processability Has been found to be. However, these copolyesters are still insufficient in heat resistance, and therefore copolyesters having higher heat resistance, excellent flame retardancy and melt processability have been demanded.
このような状況下、本発明の課題は難燃性および溶融成形性に優れ、より耐熱性が高い液晶性ポリエステルを提供しようとするものである。 Under such circumstances, an object of the present invention is to provide a liquid crystalline polyester having excellent flame retardancy and melt moldability and higher heat resistance.
本発明者らは、前記の課題を解決するため鋭意研究した結果、下記構造式(1)であらわされる構成単位を特定量含有すれば耐熱性、難燃性および溶融成形性に優れた液晶性コポリエステルとなることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that liquid crystallinity excellent in heat resistance, flame retardancy, and melt moldability when a specific amount of a structural unit represented by the following structural formula (1) is contained. The present invention was completed by finding a copolyester.
本発明は前記の目的を達成するもので、その要旨は、次のとおりである。 The present invention achieves the above object, and the gist thereof is as follows.
下記構造式(1)〜(3)で表される構成単位から主としてなり、(1)と(2)のモル比が実質的に等しく、(1)と(3)のモル比が5/95〜95/5の範囲である液晶性ポリエステル。 It is mainly composed of structural units represented by the following structural formulas (1) to (3), the molar ratio of (1) and (2) is substantially equal, and the molar ratio of (1) and (3) is 5/95. Liquid crystalline polyester in the range of ~ 95/5.
−OC−Ar1−CO− (2)
−O−Ar2−CO− (3)
〔上記構造式(1)〜(3)において、A1、A2は、アルキル基またはアルコキシ基であり、同じ基でも異なる基でもよい。Ar1、Ar2は2価の芳香族基であり、同じ基でも異なる基でもよく、芳香環は置換基を有していてもよい。〕
—OC—Ar 1 —CO— (2)
—O—Ar 2 —CO— (3)
[In the above structural formulas (1) to (3), A 1 and A 2 are alkyl groups or alkoxy groups, and may be the same group or different groups. Ar 1 and Ar 2 are divalent aromatic groups, which may be the same group or different groups, and the aromatic ring may have a substituent. ]
本発明によれば、耐熱性、難燃性高分子として優れた物性を有する新規な液晶性ポリエステルが提供され、このポリエステルは、高度の耐熱性、難燃性を要求される用途に使用されるフィルム、繊維、成形用素材として有用である。 According to the present invention, a novel liquid crystalline polyester having excellent physical properties as a heat-resistant and flame-retardant polymer is provided, and this polyester is used for applications requiring high heat resistance and flame retardancy. It is useful as a material for film, fiber and molding.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明におけるポリエステルを構成する第一の構成単位は、前記構造式(1)で表される含リン芳香族ジオール残基である。 The first structural unit constituting the polyester in the present invention is a phosphorus-containing aromatic diol residue represented by the structural formula (1).
含リン芳香族ジオール残基の具体例としては、1,4−シクロヘキシルホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,4−シクロペプチル−ホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,4−シクロオクチルホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,4−シクロノニルホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,3−シクロヘキシルホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,3−シクロペプチル−ホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,5−シクロオクチルホスホニル−1,4−ベンゼンジオール、1,5−シクロノニルホスホニル−1,4−ベンゼンジオールおよびそれらの混合体が挙げられるが、特に1,4−シクロオクチルホスホニル−1,4−ベンゼンジオールと1,5−シクロオクチルホスホニル−1,4−ベンゼンジオールの約50:50の混合体が日本化学工業社から商品名「CPHO−HQ」として販売されており、工業的に入手しやすく好適である。 Specific examples of the phosphorus-containing aromatic diol residue include 1,4-cyclohexylphosphonyl-1,4-benzenediol, 1,4-cyclopeptyl-phosphonyl-1,4-benzenediol, and 1,4-cyclooctylphospho. Nyl-1,4-benzenediol, 1,4-cyclononylphosphonyl-1,4-benzenediol, 1,3-cyclohexylphosphonyl-1,4-benzenediol, 1,3-cyclopeptyl-phosphonyl-1, Examples include 4-benzenediol, 1,5-cyclooctylphosphonyl-1,4-benzenediol, 1,5-cyclononylphosphonyl-1,4-benzenediol, and mixtures thereof. -Cyclooctylphosphonyl-1,4-benzenediol and 1,5-cyclooctylphosphonyl-1,4-ben About 50:50 mixture of Njioru are sold under the trade name "CPHO-HQ" from Nippon Chemical Industrial Co., Ltd., is suitable industrially easily available.
ポリエステルを構成する第二の構成単位は前記構造式(2)で表される芳香族ジカルボン酸残基である。 The second structural unit constituting the polyester is an aromatic dicarboxylic acid residue represented by the structural formula (2).
芳香族ジカルボン酸の具体例としては、テレフタル酸(TPA)、イソフタル酸(IPA)、4,4′−ジカルボキシジフェニル、2,6−ナフタレンジカルボン酸等が挙げられるが、特にTPAおよびIPAが好適であり、 TPAとIPAとをモル比で100/0〜0/100、好ましくは100/0〜50/50、最適には100/0〜70/30の割合で用いるのが適当である。 Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid include terephthalic acid (TPA), isophthalic acid (IPA), 4,4′-dicarboxydiphenyl, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid, etc., and TPA and IPA are particularly preferable. It is appropriate to use TPA and IPA in a molar ratio of 100/0 to 0/100, preferably 100/0 to 50/50, and most preferably 100/0 to 70/30.
ポリエステルを構成する第三の構成単位は前記構造式(3)で示される芳香族ヒドロキシカルボン酸残基である。 The third structural unit constituting the polyester is an aromatic hydroxycarboxylic acid residue represented by the structural formula (3).
芳香族ヒドロキシカルボン酸の具体例としては4−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、3−フェニル−4−ヒドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸等が挙げられるが、特に4−ヒドロキシ安息香酸が好ましい。 Specific examples of the aromatic hydroxycarboxylic acid include 4-hydroxybenzoic acid, 3-hydroxybenzoic acid, 3-phenyl-4-hydroxybenzoic acid, 2-hydroxy-6-naphthoic acid, and the like. Benzoic acid is preferred.
構成単位(1)と(2)とは実質的に等モルであることが必要であり、この要件が満足されないと高重合度のポリエステルが得られない。また、構成単位(1)と(3)とのモル比は、5/95〜95/5、好ましくは10/90〜80/20、最適には15/85〜50/50である。構成単位(1)と(3)とのモル比が5/95よりも小さいと難燃性が向上しないので好ましくない。また、95/5よりも大きいと液晶性が得られないので好ましくない。 The structural units (1) and (2) must be substantially equimolar, and if this requirement is not satisfied, a polyester having a high degree of polymerization cannot be obtained. The molar ratio between the structural units (1) and (3) is 5/95 to 95/5, preferably 10/90 to 80/20, and most preferably 15/85 to 50/50. If the molar ratio between the structural units (1) and (3) is less than 5/95, the flame retardancy is not improved, which is not preferable. On the other hand, if it is larger than 95/5, liquid crystal properties cannot be obtained, which is not preferable.
本発明のポリエステルは、液晶性を示す。ここで液晶性とは、固体状態のポリマーを偏光顕微鏡下で加熱したとき、ポリマーが溶融する際に透過光量が変化する性質である。 The polyester of the present invention exhibits liquid crystallinity. Here, the liquid crystallinity is a property that when a solid polymer is heated under a polarizing microscope, the amount of transmitted light changes when the polymer melts.
本発明のポリエステルは、流動開始温度が通常330℃以下で、成形し易いポリエステルである。 The polyester of the present invention is a polyester that has a flow initiation temperature of usually 330 ° C. or less and is easy to mold.
本発明のポリエステルは、耐熱性や各種の物理的、化学的特性の面から、極限粘度〔η〕が0.5以上であることが好ましく、さらに好ましくは0.6〜5.0、最適には0.7〜3.0である。なお、〔η〕が5.0より大きいと溶融粘度が高くなりすぎて成形性、流動性等が損なわれたりして好ましくないときがある。 The polyester of the present invention preferably has an intrinsic viscosity [η] of 0.5 or more, more preferably 0.6 to 5.0, optimally from the viewpoint of heat resistance and various physical and chemical properties. Is 0.7-3.0. If [η] is greater than 5.0, the melt viscosity becomes too high, and the moldability and fluidity may be impaired, which is not preferable.
本発明のポリエステルには、その効果を損なわない範囲で、必要に応じて硬化剤、各種添加剤、酸化チタン、亜鉛華、カーボンブラック等の顔料、染料、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン樹脂、アクリル樹脂、アルキド樹脂、セルロース誘導体等を配合することができる。また、本発明のポリエステルには、必要に応じて、顔料分散剤、紫外線吸収剤、離型剤、顔料分散剤、滑剤等の添加剤を配合することができる。 In the polyester of the present invention, a curing agent, various additives, pigments such as titanium oxide, zinc white, and carbon black, dyes, polyester resins, urethane resins, olefin resins, acrylics, as long as the effects are not impaired. Resins, alkyd resins, cellulose derivatives and the like can be blended. The polyester of the present invention can be blended with additives such as a pigment dispersant, an ultraviolet absorber, a release agent, a pigment dispersant, and a lubricant as necessary.
次に、本発明のポリエステルの製造法について説明する。 Next, the manufacturing method of polyester of this invention is demonstrated.
本発明のポリエステルは、常法に従って製造することができる。例えば、全モノマー成分と無水酢酸を不活性雰囲気下で120〜150℃でアセチル化をおこない、続いて、200〜300℃でエステル化反応をおこない、さらに、常圧もしくは減圧下、好ましくは1.3ヘクトパスカル以下の高減圧下に、280℃以上の温度で、10〜120分間程度反応させ、所望の分子量に達するまで重縮合反応を進めてポリエステル樹脂を得る方法等を挙げることができる。 The polyester of the present invention can be produced according to a conventional method. For example, all monomer components and acetic anhydride are acetylated at 120 to 150 ° C. in an inert atmosphere, followed by esterification at 200 to 300 ° C., and further under normal pressure or reduced pressure, preferably 1. Examples thereof include a method in which a polyester resin is obtained by reacting at a temperature of 280 ° C. or higher for about 10 to 120 minutes under a high reduced pressure of 3 hectopascals or less and proceeding a polycondensation reaction until a desired molecular weight is reached.
なお、ポリエステルを製造する際には、通常、重縮合触媒が用いられるが、重縮合触媒としては、各種金属化合物あるいは有機スルホン酸化合物の中から選ばれた1種以上の化合物を用いることができる。 In the production of polyester, a polycondensation catalyst is usually used. As the polycondensation catalyst, one or more compounds selected from various metal compounds or organic sulfonic acid compounds can be used. .
以下、実施例により、本発明をさらに詳しく説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail by way of examples.
なお、例中の特性値等の測定法は、次のとおりである。 In addition, the measuring methods, such as a characteristic value in an example, are as follows.
(1)元素分析
1H−NMR分析(バリアン社製,300MHz)より求めた。
(1) Elemental analysis
It calculated | required from < 1 > H-NMR analysis (The product made by a Varian, 300MHz).
(2)極限粘度〔η〕
フェノール/1,1,2,2−テトラクロロエタン=6/4(質量比)の混合溶媒中、20℃で測定した溶液粘度から求めた。
(2) Intrinsic viscosity [η]
It calculated | required from the solution viscosity measured at 20 degreeC in the mixed solvent of phenol / 1,1,2,2-tetrachloroethane = 6/4 (mass ratio).
(3)ガラス転移点
ポリエステル10mgをサンプルとし、DSC(示差走査熱量測定)装置(パーキンエルマー社製 DSC7)を用いて昇温速度10℃/分の条件で測定をおこない、得られた昇温曲線中のガラス転移に由来する2つの折曲点温度の中間値を求め、これをガラス転移温度(Tg)とした。Tgは160℃以上であれば好ましい。
(3) Glass transition point Using 10 mg of polyester as a sample, using a DSC (Differential Scanning Calorimetry) apparatus (DSC7 manufactured by PerkinElmer Co., Ltd.), measurement was performed at a temperature increase rate of 10 ° C./min, and the resulting temperature increase curve An intermediate value of two bending point temperatures derived from the glass transition in the middle was determined, and this was taken as the glass transition temperature (Tg). Tg is preferably 160 ° C. or higher.
(4)流動開始温度
フローテスター(島津製作所製CFT−500型)を用い、直径0.5mm、長さ2.0mmのダイで、荷重を9.8MPa(100kgf/cm2)とし、初期温度200℃より昇温速度10℃/分で昇温して行き、ポリマーがダイから流出し始める温度(Tf)として求めた。Tfが300℃以上の場合、耐熱性があると判断した。
(5)難燃性
JIS K7201規格に準拠し、1/16インチの厚みの試料についてLOI(限界酸素指数)を測定した。LOIが50以上の場合、難燃性があると判断した。
(6)液晶性
ホットステージ付Leitz偏光顕微鏡で確認した。固体状態のポリマーを偏光顕微鏡下で温度をかけたとき、ポリマーが溶融する際に透過光量が変化するものを液晶性がある場合として○、変化しない場合を×とした。
(4) Flow start temperature Using a flow tester (CFT-500 type manufactured by Shimadzu Corporation), a die having a diameter of 0.5 mm and a length of 2.0 mm, a load of 9.8 MPa (100 kgf / cm 2 ), and an initial temperature of 200 The temperature was increased from 10 ° C. at a rate of temperature increase of 10 ° C./minute, and the temperature (Tf) at which the polymer began to flow out of the die was obtained. When Tf was 300 ° C. or higher, it was judged that there was heat resistance.
(5) Flame retardance Based on JIS K7201 standard, LOI (limit oxygen index) was measured about the sample of thickness of 1/16 inch. When the LOI was 50 or more, it was judged to be flame retardant.
(6) Liquid crystallinity It confirmed with the Leitz polarizing microscope with a hot stage. When a polymer in a solid state was subjected to temperature under a polarizing microscope, the change in the amount of transmitted light when the polymer melted was indicated as ◯ when the liquid crystallinity was present, and the case where it did not change was indicated as ×.
実施例1
反応装置に、日本化学工業社製CPHO−HQ、TPA、4−ヒドロキシ安息香酸(POB)および無水酢酸(Ac2O)をモル比で30:30:70:156となるように仕込み、触媒としてオクチル酸スズを生成ポリエステル(理論量)のエステル結合1モルに対して4×10-4モル加え、窒素雰囲気下、常圧、140℃で2時間混合しながら反応させた。この反応物をさらに常圧下、200℃で2時間、さらに、280℃で2時間反応させた。その後減圧、昇温して反応を行い、最終的に320℃、1.3ヘクトパスカル以下の減圧下で2時間反応させて、〔η〕1.5のポリエステルを得た。
Example 1
To the reaction apparatus, CPHO-HQ, TPA, 4-hydroxybenzoic acid (POB) and acetic anhydride (Ac 2 O) manufactured by Nippon Chemical Industry Co., Ltd. were charged in a molar ratio of 30: 30: 70: 156 as a catalyst. 4 × 10 −4 mol of tin octylate was added to 1 mol of the ester bond of the produced polyester (theoretical amount), and the mixture was reacted in a nitrogen atmosphere at 140 ° C. for 2 hours while mixing. This reaction product was further reacted under normal pressure at 200 ° C. for 2 hours and further at 280 ° C. for 2 hours. Thereafter, the reaction was carried out under reduced pressure and elevated temperature, and finally the reaction was carried out under reduced pressure of 320 ° C. and 1.3 hectopascal or less for 2 hours to obtain a polyester of [η] 1.5.
得られたポリエステルは、Tgが175℃、Tfが312℃であり、耐熱性が高い液晶性ポリエステルであった。 The obtained polyester was a liquid crystalline polyester having a Tg of 175 ° C. and a Tf of 312 ° C. and high heat resistance.
この液晶性ポリエステルの赤外線吸収スペクトルを図1に示す。 The infrared absorption spectrum of this liquid crystalline polyester is shown in FIG.
また、このポリエステルのNMR測定による元素分析の結果は、C=68.0%(理論値68.0%)、H=4.5%(理論値4.5%)、O=22.9%(理論値22.9%)、P=4.6%(理論値4.6%)であった。 The results of elemental analysis of this polyester by NMR measurement are as follows: C = 68.0% (theoretical value 68.0%), H = 4.5% (theoretical value 4.5%), O = 22.9% (Theoretical value 22.9%) and P = 4.6% (theoretical value 4.6%).
実施例2〜5、比較例1、2
実施例1において、CPHO−HQ、TPA(IPA)、POBの割合を表1に示したように変更した以外は、実施例1と同様の操作を行ってポリエステルを得た。
Examples 2 to 5, Comparative Examples 1 and 2
In Example 1, polyester was obtained by performing the same operation as Example 1 except having changed the ratio of CPHO-HQ, TPA (IPA), and POB as shown in Table 1.
これに対して、各比較例では次のような不具合があった。 On the other hand, each comparative example had the following problems.
比較例1では、POBが含まれていないので液晶性が示されず、急激にTfが下がり、耐熱性が低下した。 In Comparative Example 1, since no POB was contained, liquid crystallinity was not shown, Tf was drastically lowered, and heat resistance was lowered.
比較例2では、CPHO−HQが全く含まれていないので、難燃性の向上が見られなかった。 In Comparative Example 2, since no CPHO-HQ was contained, no improvement in flame retardancy was observed.
Claims (5)
−O−Ar2−CO− (3)
〔上記構造式(1)〜(3)において、A1、A2は、アルキル基またはアルコキシ基であり、同じ基でも異なる基でもよい。Ar1、Ar2は2価の芳香族基であり、同じ基でも異なる基でもよく、芳香環は置換基を有していてもよい。〕 It is mainly composed of structural units represented by the following structural formulas (1) to (3), the molar ratio of (1) and (2) is substantially equal, and the molar ratio of (1) and (3) is 5/95. Liquid crystalline polyester in the range of ~ 95/5.
—O—Ar 2 —CO— (3)
[In the above structural formulas (1) to (3), A 1 and A 2 are alkyl groups or alkoxy groups, and may be the same group or different groups. Ar 1 and Ar 2 are divalent aromatic groups, which may be the same group or different groups, and the aromatic ring may have a substituent. ]
The liquid crystalline polyester according to claim 1, having a limiting oxygen index of 50 or more.
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Cited By (2)
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