JP2010077397A - 液晶ポリエステル粒子及びそれを用いる改質液晶ポリエステル粒子の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】高耐熱性の改質液晶ポリエステル粒子を工業的に収率良く製造することを可能とする液晶ポリエステル粒子を提供する。
【解決手段】レーザー回折散乱法で測定される体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%以下である液晶ポリエステル粒子とする。この液晶ポリエステル粒子は、レーザー回折散乱法で測定される体積平均粒径が5.5〜30μmであるのがよく、流動開始温度が200〜270℃である液晶ポリエステルからなるのがよい。
【選択図】なし

Description

本発明は、液晶ポリエステル粒子及び当該液晶ポリエステル粒子を用いる改質液晶ポリエステル粒子の製造方法に関する。
液晶ポリエステルは、耐熱性、機械特性及び成形加工性に優れることから、高機能のエンジニアリング材料として期待されている。また、液晶ポリエステルを粉砕して粒子(マイクロパウダー)化し、粉体塗装等により薄膜化することも試みられている。
ところで、高耐熱性の液晶ポリエステルは、比較的剛性が高くなるという傾向があり、このような液晶ポリエステルを粉砕して粒子化するといった方法では、効率的に液晶ポリエステル粒子を製造しにくいという問題があった。
本出願人は、かかる問題の改善策として、比較的低温の流動開始温度を有し、したがって高耐熱性ではない液晶ポリエステル粒子を予め製造し、該液晶ポリエステル粒子を加熱処理して、液晶ポリエステル自体の流動開始温度を上昇させるという液晶ポリエステルマイクロパウダーの製造方法を開示している(特許文献1参照)。
特開2003−268121号公報
しかしながら、本発明者らがさらなる検討を行ったところ、特許文献1に開示している製造方法では、必ずしも液晶ポリエステルマイクロパウダーの収率(製造歩留まり)が十分であるとはいえず、工業的にはさらなる改善が必要であることが判明した。
そこで、本発明の目的は、高耐熱性の改質液晶ポリエステル粒子を工業的に収率良く製造することを可能とする液晶ポリエステル粒子を提供し、当該液晶ポリエステル粒子を用いて工業的に収率良く改質液晶ポリエステル粒子を製造しうる方法を提供することにある。
本発明者らは、前記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の<1>を提供する。
<1>:液晶ポリエステルからなる粒子であって、レーザー回折散乱法で測定される体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%以下である液晶ポリエステル粒子。
さらに、本発明は上記<1>に係る好適な実施態様として、以下の<2>、<3>を提供する。
<2>:レーザー回折散乱法で測定される体積平均粒径が5.5〜30μmである<1>の液晶ポリエステル粒子。
<3>:前記液晶ポリエステルの流動開始温度が200〜270℃である<1>又は<2>の液晶ポリエステル粒子。
前記の液晶ポリエステル粒子は加熱処理によって、該液晶ポリエステル粒子に含有される液晶ポリエステルを高分子量化することにより、高耐熱性の改質液晶ポリエステル粒子を工業的に収率良く製造し得る。そこで、本発明は以下の<4>〜<6>の改質液晶ポリエステル粒子の製造方法を提供する。
<4>:<1>〜<3>の何れかの液晶ポリエステル粒子を加熱処理して、前記液晶ポリエステルの流動開始温度より高い流動開始温度を有する改質液晶ポリエステルからなる粒子とする改質液晶ポリエステル粒子の製造方法。
<5>:前記加熱処理後、さらに解砕処理する<4>の製造方法。
<6>:前記解砕処理が、ジェットミルを用いた機械粉砕によるものである<5>の製造方法。
<7>:前記改質液晶ポリエステルの流動開始温度が280℃以上である<4>〜<6>の何れかの製造方法。
本発明の液晶ポリエステル粒子によれば、高耐熱性の改質液晶ポリエステル粒子を工業的に収率良く製造することができる。そして、本発明の製造方法にて得られた改質液晶ポリエステル粒子は、高耐熱性であり、粉体塗装等によって薄膜状成形体を容易に得ることもできるため、電気・電子部品の製造用材料として好適であり、工業的価値は極めて高い。
<液晶ポリエステル粒子>
本発明の液晶ポリエステル粒子は、液晶ポリエステルからなる粒子であって、レーザー回折散乱法で測定される体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%以下であることを特徴とする。該液晶ポリエステル粒子は、実質的に液晶ポリエステルのみからなる粒子であることが好ましく、該液晶ポリエステル粒子に占める液晶ポリエステルの割合は、好ましくは98重量%以上、より好ましくは99重量%以上である。まず、該液晶ポリエステル粒子を構成する液晶ポリエステルについて説明する。
液晶ポリエステルは、光学的異方性を有する溶融相を形成し、液晶特性を示すポリエステルであり、芳香環がエステル結合(−CO−O−又は−O−CO−)により連結してなる全芳香族ポリエステル、又は該全芳香族ポリエステルのエステル結合の一部がアミド結合(−CO−NH−又は−NH−CO−)に置き換わった全芳香族ポリ(エステル−アミド)が好ましいものである。このような全芳香族ポリエステル又は全芳香族ポリ(エステル−アミド)は、後述する改質液晶ポリエステル粒子から得られる成形体の機械強度や耐熱性をより良好とする点で有利である。
好適な液晶ポリエステルとしては、例えば、以下のものが挙げられる。
(I):芳香族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位、芳香族ジカルボン酸由来の構造単位及び芳香族ジオール由来の構造単位の組み合わせからなるもの。
(II):複数種の芳香族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位からなるもの。
(III):芳香族ジカルボン酸由来の構造単位と芳香族ジオール由来の構造単位との組み合わせからなるもの。
(IV):ポリエチレンテレフタレート等の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。
(V):(I)の芳香族ジオール由来の構造単位の一部又は全部を、フェノール性水酸基を有する芳香族アミン由来の構造単位ないし芳香族ジアミン由来の構造単位に置き換えたもの。
(VI):(I)又は(V)の芳香族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位の一部を、芳香族アミノカルボン酸由来の構造単位に置き換えたもの。
なお、構造単位を誘導するモノマー、すなわち、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族アミノカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族ジアミン又はフェノール性水酸基を有する芳香族アミンは、液晶ポリエステルを製造する際に、そのエステル形成性誘導体やアミド形成性誘導体に変換してから使用してもよい。
芳香族ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、p−ヒドロキシ安息香酸、m−ヒドロキシ安息香酸、2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸、2−ヒドロキシ−3−ナフトエ酸、1−ヒドロキシ−4−ナフトエ酸、4−ヒドロキシ−4’−カルボキシジフェニルエ−テル、2,6−ジクロロ−4−ヒドロキシ安息香酸、2−クロロ−4−ヒドロキシ安息香酸、2,6−ジフルオロ−4−ヒドロキシ安息香酸、4−ヒドロキシ−4’−ビフェニルカルボン酸を挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
芳香族ジオールとしては、例えば、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン、メチルハイドロキノン、クロロハイドロキノン、ニトロハイドロキノン、1,4−ジヒドロキシナフタレン、1,5−ジヒドロキシナフタレン、1,6−ジヒドロキシナフタレン、2,6−ジヒドロキシナフタレン、2,7−ジヒドロキシナフタレン、2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)プロパン、2,2−ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)プロパン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジブロモフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−メチルフェニル)メタン、ビス(4−ヒドロキシ−3−クロロフェニル)メタン、1,1−ビス(4−ヒドロキシフェニル)シクロヘキサン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジメチルフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシ−3,5−ジクロロフェニル)ケトン、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド、ビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホンを挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
芳香族ジカルボン酸としては、例えば、テレフタル酸、イソフタル酸、2,6−ナフタレンジカルボン酸、1,5−ナフタレンジカルボン酸、4,4’−ビフェニルジカルボン酸、メチルテレフタル酸、メチルイソフタル酸、ジフェニルエ−テル−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルスルホン−4,4’−ジカルボン酸、ジフェニルケトン−4,4’−ジカルボン酸、2,2’−ジフェニルプロパン−4,4’−ジカルボン酸を挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
芳香族アミノカルボン酸としては、例えば、p−アミノ安息香酸、m−アミノ安息香酸、2−アミノ−6−ナフトエ酸、2−アミノ−3−ナフトエ酸、1−アミノ−4−ナフトエ酸、2−クロロ−4−アミノ安息香酸を挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、フェノール性水酸基を有する芳香族アミンとしては、例えば、p−アミノフェノール、m−アミノフェノール、p−N−メチルアミノフェノール、3−メチル−4−アミノフェノール、2−クロロ−4−アミノフェノールを挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
芳香族ジアミンとしては、例えば、1,4−フェニレンジアミン、1,3−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルを挙げることができる。液晶ポリエステル製造用として、これらは単独で用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
上記に例示したモノマ−の中でも、より耐熱性に優れる成形体が得られる点と経済性の点からは、芳香族ヒドロキシカルボン酸としては、p−ヒドロキシ安息香酸及び/又は2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸が好ましく、芳香族ジオ−ルとしては、4,4’−ジヒドロキシビフェニル、ハイドロキノン、レゾルシン及び2,6−ジヒドロキシナフタレンからなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジオ−ルが好ましく、芳香族ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフタル酸及び2,6−ナフタレンジカルボン酸からなる群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジカルボン酸が好ましく、芳香族アミノカルボン酸としては、p−アミノ安息香酸及び/又は2−アミノ−6−ナフトエ酸が好ましい。
とりわけ好ましい液晶ポリエステルとしては、以下のものが挙げられる。
(1):p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位及びイソフタル酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(2):p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(3):p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(4):2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位、p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位及びテレフタル酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(5):2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位、4,4’−ジヒドロキシビフェニル由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(6):2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位、ハイドロキノン由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(7):2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位、2,6−ジヒドロキシナフタレン由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(8):2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位、2,6−ジヒドロキシナフタレン由来の構造単位、テレフタル酸由来の構造単位及び2,6−ナフタレンジカルボン酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
(9):p−ヒドロキシ安息香酸由来の構造単位及び2−ヒドロキシ−6−ナフトエ酸由来の構造単位からなる全芳香族液晶ポリエステル。
さらに好適な全芳香族液晶ポリエステルとしては、耐熱性に特に優れるといった点から、該全芳香族液晶ポリエステルを構成する構造単位の合計に対して、芳香族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位を30〜70モル%の範囲で含むことが好ましく、40〜65モル%の範囲で含むとさらに好ましく、50〜60モル%の範囲で含むと特に好ましい。
次に、液晶ポリエステルの製造方法について説明する。まず、上記モノマーは液晶ポリエステル製造の際に、そのエステル形成性誘導体やアミド形成性誘導体に変換して使用することが好ましく、かかるエステル形成性誘導体やアミド形成性誘導体(以下、総じて「エステル形成性・アミド形成性誘導体」ということもある)について詳細に説明する。
芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジカルボン酸等のカルボキシル基を有するモノマーである場合、そのエステル形成性・アミド形成性誘導体としては、例えば、該カルボキシル基が、エステル生成反応又はアミド生成反応を促進するような、酸塩化物、酸無水物となっているもの、該カルボキシル基が、エステル交換・アミド交換反応によりポリエステル又はポリアミドを生成するように、アルコール類やエチレングリコール等とエステルを形成しているものを挙げることができる。
芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族ジオール等のフェノール性水酸基を有する化合物である場合、そのエステル形成性・アミド形成性誘導体としては、例えば、エステル交換・アミド交換反応によりポリエステル又はポリアミドを生成するように、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を挙げることができる。また、フェノール性水酸基を有する芳香族アミン等のアミノ基を有する化合物である場合、そのエステル形成性・アミド形成性誘導体としては、例えば、エステル交換・アミド交換反応によりポリエステル又はポリアミドを生成するように、アミノ基が、カルボン酸類とアミドを形成しているものを挙げることができる。
芳香族ジオール由来の構造単位、芳香族アミノカルボン酸由来の構造単位及び芳香族ジアミン由来の構造単位と、芳香族ジカルボン酸由来の構造単位とは、芳香族ヒドロキシカルボン酸由来の構造単位との共重合により液晶性を発現させる構造単位であるが、これらの構造単位の共重合モル比は、[芳香族ジオール由来の構造単位、芳香族アミノカルボン酸由来の構造単位及び芳香族ジアミン由来の構造単位の合計]/[芳香族ジカルボン酸由来の構造単位]で表して、85/100〜100/85の範囲が好適である。
液晶ポリエステルの製造方法は、エステル形成性・アミド形成性誘導体を使用する公知の手段が適用できるが、例えば、芳香族ヒドロキシカルボン酸、芳香族アミノカルボン酸、芳香族ジオール、芳香族ジアミン及び芳香族アミノカルボン酸からなる群から選ばれる、アミノ基又はフェノール性水酸基を有するモノマーを脂肪酸無水物でアシル化してアシル化物を得、該アシル化物のアシル基とカルボキシル基を有するモノマーのカルボキシル基とが、エステル交換するかアミド交換するように重縮合せしめて液晶ポリエステルを製造する方法が好適である。
使用される脂肪酸無水物としては、例えば、無水酢酸、無水プロピオン酸等の低級脂肪酸無水物が挙げられるが、経済性及び取扱い性の観点からは無水酢酸が好ましい。フェノール性水酸基及び/又はアミノ基をアシル化する際の脂肪酸無水物の使用量は、フェノール性水酸基とアミノ基の合計に対して1.05〜1.1モル倍であることが好ましい。アシル化反応は、130〜180℃で30分〜20時間反応させることが好ましく、140〜160℃で1〜5時間反応させることがより好ましい。エステル交換・アミド交換による重縮合反応は、130〜400℃の範囲で0.1〜50℃/分の割合で昇温させながら反応させることが好ましく、150〜350℃の範囲で0.3〜5℃/分の割合で昇温させながら反応させることがより好ましい。
重縮合反応後の液晶ポリエステルは、その流動開始温度を200〜270℃とすることが好ましい。重縮合反応後の液晶ポリエステルの流動開始温度をこのような範囲にすると、該液晶ポリエステルを機械粉砕することにより、より容易に液晶ポリエステル粒子を製造できる傾向がある。また、重縮合反応後に反応釜から液晶ポリエステルを抜出する際の作業性が良好になるという利点もある。
なお、流動開始温度とは、内径1mm、長さ10mmのダイスを取付けた毛細管型レオメーターを用い、9.8MPa(100kg/cm2)の荷重下において昇温速度4℃/分で液晶ポリエステルをノズルから押出すときに、溶融粘度が4800Pa・s(48000ポイズ)を示す温度であり、当該分野で周知の液晶ポリエステルの分子量を表す指標である(例えば、小出直之編、「液晶性ポリマー合成・成形・応用−」、95〜105頁、シーエムシー、1987年6月5日発行を参照)。上記の製造方法においては、エステル交換・アミド交換による重縮合反応の条件をコントロールすることで、好適な流動開始温度の液晶ポリエステルを得ることができる。
このようにして得られた液晶ポリエステルは通常塊状であり、この塊状の液晶ポリエステルを、機械粉砕して、レーザー回折散乱法で測定される体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%以下となるような液晶ポリエステル粒子とする。該累積度は35%以下であると好ましく、30%以下であるとさらに好ましい。
このような液晶ポリエステル粒子を得るには、例えば以下のようにすればよい。まず、該液晶ポリエステル粒子は、比較的大きな体積平均粒径の粗粉砕粒子を製造し、かかる粗粉砕粒子を微粉砕するといった2段階の粉砕処理を行って製造することが好ましく、さらに微粉砕後の微粉砕粒子から極めて体積平均粒径の小さい微粉を除去することが好ましい。
このような粗粉砕と微粉砕とを用いた好適な粉砕処理に関して説明する。粗粉砕では、重縮合後の塊状の液晶ポリエステルを、体積平均粒径0.2〜5mm程度の粗粉砕粒子とする。かかる粗粉砕には、例えば、ジョークラッシャー、ジャイレトリークラッシャー、コーンクラッシャー、ロールクラッシャー、ロールクラッシャー、インパクトクラッシャー、ハンマークラッシャー、粗砕カッターを用いる方法が適用できるが、中でも粗砕カッター型粉砕機を用いることが好ましい。
微粉砕の方法としては、例えば、ロッドミル、ボールミル、振動ロッドミル、振動ボールミル、パンミル、ローラミル、インパクトミル、円盤形ミル、攪拌摩砕ミル、流体エネルギーミル、ジェットミルを用いる方法が挙げられるが、中でもジェットミルを用いると好適である。
このジェットミルを用いた場合について微粉砕に係る粉砕条件としては、ノズル圧を0.5〜0.8MPa程度の範囲になるようにすることが好ましい。また、粉砕処理速度は、該ジェットミルとして、例えば(株)セイシン企業製「STJ−200」を用いた場合においては、2.5kg/Hr以上になるようにすると好ましい。このようにして微粉砕を行うことにより液晶ポリエステルからなる微粉砕粒子が得られる。
次いで、得られた微粉砕粒子を分級処理することで微粉を除去することができる。具体的には、体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が所望の範囲になるようにして、分級処理を行えばよい。このような分級処理を行うことにより、塊状の液晶ポリエステルを機械粉砕して得られる液晶ポリエステル粒子では、粒径5.0μm以下の累積度が通常40%を越えるものしか得られ難いことに対し、液晶ポリエステル粒子の累積度を所望の範囲にコントロールすることが容易となる。かかる分級処理には、例えば、コアンダ効果利用型分級機等の慣性分級機、自由渦利用型分級機、半自由渦利用型分級機、強制渦利用型分級機、自由渦及び強制渦利用型分級機等の遠心分級機が好ましく使用される。これらの中でも、多量の微粉砕粒子を分級処理できるという点で、遠心分級機を使用することが好ましい。なお、この場合、遠心分級機の分級ローターの回転数と風量調節とを適宜調整して、除去する微粉の粒径と、微粉の除去量とをコントロールすることで、所望の累積度を有する液晶ポリエステル粒子を得ることができる。
このようにして得られた液晶ポリエステル粒子について、レーザー回折散乱法によって体積基準の累積粒径分布を測定する。本発明においては、レーザー回折散乱粒度分布測定装置((株)セイシン企業製「LMS−30」)を用い、水を測定溶媒として0.1〜700μmの範囲で体積基準の累積粒径分布を測定する。次いで、粒径5.0μm以下の範囲の累積度を求める。なお、かかる測定において、測定溶媒である水に適当な分散剤を添加してもよい。
体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度を40%以下にするには、同じ累積粒径分布において累積度50%のときの粒径、すなわち体積平均粒径を5.5〜30μm程度にすることを目安にすると好ましい。なお、この場合においても、上述したような粗粉砕及び微粉砕からなる粉砕処理と、続く分級処理に係る処理条件を適宜調整することで実施することができる。該液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径は5.7〜25μmであるとより好ましく、5.9〜20μmであるとさらに好ましい。該液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径がこの範囲である場合、より容易に上記累積度を所定の範囲に制御できるだけでなく、後述する改質液晶ポリエステル粒子の製造において、加熱処理の前後での液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径と改質液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径との差がほとんどないことを本発明者らは見出している。すなわち、液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径をコントロールすることで、得られる改質液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径をコントロールすることに繋がることとなる。また、該液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径が上記下限より小さいと、累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%を越え易くなって、結果として改質液晶ポリエステル粒子製造時の収率低下を冗長する傾向がある。一方、該液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径が上記上限を超えると、得られる改質液晶ポリエステル粒子の体積平均粒径も大になる。このような体積平均粒径が比較的大きい改質液晶ポリエステル粒子は、例えば充填剤を併用して成形体を成形することが困難となる傾向にある。
<改質液晶ポリエステル粒子の製造方法>
上記のようにして得られる液晶ポリエステル粒子は、さらに加熱処理を行うことで、該液晶ポリエステル粒子を構成する液晶ポリエステルよりも高い流動開始温度の改質液晶ポリエステルからなる改質液晶ポリエステル粒子にすることができる。
加熱処理の方法としては、例えば、ビフェニルとジフェニルエーテルの混合物やジフェニルスルホン等の高沸点溶媒中で該微粉砕品を150℃〜350℃の温度で攪拌した後、使用した高沸点溶媒を除去する方法、不活性気体雰囲気下又は減圧下に、150℃〜350℃の温度で1〜20時間熱処理する方法が挙げられる。加熱処理の温度が150℃未満では、流動開始温度の向上効果が低下する傾向があり、350℃を超える温度で熱処理すると、液晶ポリエステル自体の分解反応が生じる場合がある。該不活性気体としては、例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、炭酸ガスが挙げられる。また、熱処理に使用する装置としては、例えば、乾燥機、反応機、イナートオーブン、混合機、電気炉が挙げられる。
本発明の液晶ポリエステル粒子を用いれば、上述のような加熱処理によって、改質液晶ポリエステル粒子を工業的に収率良く製造することが可能となる。かかる効果が発現される原因は必ずしも明らかではないが、本発明者らは以下のように推定している。すなわち、本発明の液晶ポリエステル粒子は加熱処理中において、液晶ポリエステル粒子同士が融着することを良好に防止することができる。そして、このような融着の防止により、加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子が、たとえ部分的に付着して一部が集合体になっていたとしても、加熱処理後の解砕処理等により該集合体が再粒子化し易くなっている。このような融着の防止と解砕処理等による再粒子化によって、改質液晶ポリエステル粒子の収率向上が達成されると推定され、かかる効果は、本発明者等の独自の知見に基づくものである。また、このような融着の発生は、加熱処理による流動開始温度の向上を著しく妨げるという不都合も生じるので、本発明の液晶ポリエステル粒子は改質液晶ポリエステル粒子の製造用として特に有益である。
次に、加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子において、上記集合体が生成した場合に実施する解砕処理(軽度の粉砕処理)に関し、簡単に説明しておく。かかる解砕処理としても機械粉砕が好ましく、特に粉砕処理に係るコストや生産性の観点から、ジエットミルを使用することが好ましい。かかるジェットミルを使用する場合、そのノズル圧は、前記の微粉砕の場合とほぼ同等程度にすればよい。また、粉砕処理速度は、前記微粉砕の場合の粉砕処理速度よりも速くすると好ましい。こうすることにより、当該解砕処理の後に得られる改質液晶ポリエステル粒子の累積度や体積平均粒径は、加熱処理前の液晶ポリエステル粒子とほぼ同等になる傾向がある。
本発明の液晶ポリエステル粒子の加熱処理は、上述のように当該液晶ポリエステル粒子を構成する液晶ポリエステル自身の流動開始温度を向上させる。そして、このように比較的低温の流動開始温度の液晶ポリエステルからなる液晶ポリエステル粒子を、より高温の流動開始温度の改質液晶ポリエステルからなる改質液晶ポリエステル粒子にするという製造方法によれば、高剛性であって粉砕し難い塊状の液晶ポリエステルを機械粉砕することを良好に回避して、好適な特性の改質液晶ポリエステル粒子を得ることができる。
液晶ポリエステル粒子を構成する液晶ポリエステルの流動開始温度は200〜270℃程度が好ましいものであり、かかる液晶ポリエステル粒子を加熱処理により、より高温の流動開始温度を有する改質液晶ポリエステルとする。かかる改質液晶ポリエステルの流動開始温度は280℃以上とすることが好ましく、285℃〜420℃とすることが好ましく、290〜400℃とすることがさらに好ましい。改質液晶ポリエステルの流動開始温度がこのような範囲であると、改質液晶ポリエステル粒子から得られる成形体が、耐熱性及び機械強度がともに優れたものとなる。特に、該成形体を電気・電子用部品等に使用する際、このような部品がはんだリフロー等のプロセスに曝露されたとしても、ブリスター等の膨れ状欠陥が生じ難くなる傾向がある。
このようにして得られる改質液晶ポリエステル粒子は、そのまま成形体の製造に用いることもできるし、静電塗装用の粉体塗料、絶縁用有機フィラー、摺動材の原料としても好適に使用できる。
また、該改質液晶ポリエステル粒子は、適切な充填剤とを併用して成形体を得ることもできる。該充填剤としては、無機充填剤、有機充填剤ともに使用可能であり、その形状も繊維状、粒子状、板状のいずれでもよい。
無機の繊維状充填剤としては、例えば、ガラス繊維、アスベスト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、炭素繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸炭素繊維、ウォラストナイトの如き珪酸塩の繊維、硫酸マグネシウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、更にステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属からなる繊維状物が挙げられる。
一方、無機の粒子状充填剤としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、シリカ、ポーラスシリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ミルドガラスファイバー、ガラスバルーン、ガラス粉、硅酸カルシウム、硅酸アルミニウム、カオリン、クレー、硅藻土、ウォラストナイトの如き硅酸塩、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、誘電体セラミック粉末、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、ニッケル酸化物、三酸化アンチモン、酸化マグネシウム、酸化珪素、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、マンガン亜鉛フェライト、ニッケル亜鉛フェライト、バリウムフェライト、ストロンチウムフェライト等のフェライト、炭化硅素、窒化硅素、窒化硼素、鉄、ニッケル等の各種金属粉末及びそれらの金属を含有する合金粉末が挙げられる。
また、無機の板状充填剤としては、例えば、マイカ、ガラスフレーク、タルク、板状アルミナ、各種の金属箔が挙げられる。
有機充填剤としては、例えば、芳香族ポリエステル繊維、液晶性ポリマー繊維、芳香族ポリアミド、ポリイミド繊維等の耐熱性高強度合成繊維が挙げられる。また、ポリアミド、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂等の高融点有機質繊維状物質も使用することができる。
該改質液晶ポリエステル粒子と充填剤との併用は、とりわけ電気・電子部品に係る好適な成形体を得ることを可能とする。
以下、実施例によって本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれによって限定されるものではない。
体積基準の累積粒径分布の測定
分散剤(花王(株)製ノニオン界面活性剤「エマルゲン」)を数十ppm程度の濃度となるように溶解させた水を測定溶媒として用い、この測定溶媒に測定対象の粒子を加えて、超音波により軽く解す程度に分散処理を行ったものについて、レーザー回折散乱粒度分布測定機((株)セイシン企業製「LMS−30」)を用いて、体積基準の累積粒径分布を測定した。そして、得られた累積粒径分布曲線上の粒径5.0μmの点の累積度、すなわち、累積粒径分布における粒径5.0μm以下の累積度(以下、「体積粒径5.0μm以下の累積度」という)を求めた。また、得られた累積粒径分布曲線上の累積度50%の点の粒径、すなわち、体積平均粒径を求めた。
製造例1
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸911g(6.6モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル409g(2.2モル)、テレフタル酸274g(1.65モル)、イソフタル酸91g(0.55モル)及び無水酢酸1235g(12.1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、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50分かけて300℃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、溶融状態で内容物をバットの中に取り出して冷却した。得られた液晶ポリエステルの収量は1430gであった。室温程度まで冷却した液晶ポリエステルを竪型粉砕機((株)セイシン企業製「オリエントVM−16」)で、その体積平均粒径が1mm以下になるまで粗粉砕した。粗粉砕後の粗粉砕粒子Aの流動開始温度を測定したところ253℃であり、280℃以上の温度では光学異方性を呈する溶融状態を示した。この粗粉砕粒子Aの体積平均粒径は249μmであった。
製造例2
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸995g(7.2モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル447g(2.4モル)、テレフタル酸239g(1.44モル)、イソフタル酸159g(0.96モル)及び無水酢酸1348g(13.2モル)を加え、これらを攪拌した。次に、攪拌後の混合物中に1−メチルイミダゾール0.18gを添加し、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1時間還流させた。その後、1−メチルイミダゾール0.18gを添加した後、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50分かけて320℃まで昇温した。トルクの上昇が認められる時点を反応終了とみなし、溶融状態で内容物をバットの中に取り出して冷却した。室温程度まで冷却した液晶ポリエステルを竪型粉砕機((株)セイシン企業製「オリエントVM−16」)で、その平均粒径が1mm以下になるまで粗粉砕した。粗粉砕後の粗粉砕粒子Bの流動開始温度を測定したところ242℃であり、280℃以上の温度では光学異方性を呈する溶融状態を示した。この粗粉砕粒子Bの体積平均粒径は255μmであった。
製造例3
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸690g(5.0モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル465g(2.5モル)、テレフタル酸394g(2.375モル)、イソフタル酸21g(0.125モル)及び無水酢酸1122g(11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、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50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、溶融状態で内容物をバットの中に取り出して冷却した。得られた液晶ポリエステルの収量は1280gであった。室温程度まで冷却した液晶ポリエステルを竪型粉砕機((株)セイシン企業製「オリエントVM−16」)で、その体積平均粒径が1mm以下になるまで粗粉砕した。粗粉砕後の粗粉砕粒子Cの流動開始温度を測定したところ257℃であり、280℃以上の温度では光学異方性を呈する溶融状態を示した。この粗粉砕粒子Cの体積平均粒径は250μmであった。
製造例4
攪拌装置、トルクメータ、窒素ガス導入管、温度計及び還流冷却器を備えた反応器に、p−ヒドロキシ安息香酸911g(6.6モル)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル409g(2.2モル)、テレフタル酸274g(1.65モル)、イソフタル酸91g(0.55モル)及び無水酢酸1235g(12.1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、留出する副生酢酸及び未反応の無水酢酸を留去しながら2時間50分かけて300℃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、溶融状態で内容物をバットの中に取り出して冷却した。得られた液晶ポリエステルの収量は1400gであった。室温程度まで冷却した液晶ポリエステルを竪型粉砕機((株)セイシン企業製「オリエントVM−16」)で、その体積平均粒径が1mm以下になるまで粗粉砕した。粗粉砕後の粗粉砕粒子Dの流動開始温度を測定したところ266℃であり、280℃以上の温度では光学異方性を呈する溶融状態を示した。この粗粉砕粒子Dの体積平均粒径は260μmであった。
実施例1
製造例1で得られた粗粉砕粒子A(平均粒径249μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を3.0kg/hrの条件で微粉砕した後、分級機((株)セイシン企業製「N−50」)を用いて粒径3.0μm以下の微粉を取り除いた結果、体積平均粒径6.0μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が32%の液晶ポリエステル粒子Aが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Aを窒素雰囲気下に、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から285℃まで5時間かけて昇温し、さらに285℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径6.5μm、流動開始温度328℃の改質液晶ポリエステル粒子Aが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Aの収量と、液晶ポリエステル粒子Aの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Aの収率を求めた結果、92%であった。
実施例2
製造例2で得られた粗粉砕粒子B(平均粒径255μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を3.5kg/hrの条件で微粉砕した後、分級機((株)セイシン企業製「N−50」)を用いて粒径3.0μm以下の微粉を取り除いた結果、体積平均粒径7.3μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が27%の液晶ポリエステル粒子Bが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Bを窒素雰囲気下に、室温から200℃まで1時間かけて昇温し、次いで200℃から242℃まで5時間かけて昇温し、さらに242℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径8.3μm、流動開始温度290℃の改質液晶ポリエステル粒子Bが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Bの収量と、液晶ポリエステル粒子Bの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Bの収率を求めた結果、90%であった。
実施例3
製造例3で得られた粗粉砕粒子C(平均粒径250μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を3.0kg/hrの条件で微粉砕した後、分級機((株)セイシン企業製「N−50」)を用いて粒径3.0μm以下の微粉を取り除いた結果、体積平均粒径7.0μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が29%の液晶ポリエステル粒子Cが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Cを窒素雰囲気下に、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から325℃まで5時間かけて昇温し、さらに325℃に到達した後、同温度で5時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径7.0μm、流動開始温度377℃の改質液晶ポリエステル粒子Cが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Cの収量と、液晶ポリエステル粒子Cの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Cの収率を求めた結果、93%であった。
実施例4
製造例4で得られた粗粉砕粒子D(平均粒径260μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を3.0kg/hrの条件で微粉砕した後、分級機((株)セイシン企業製「N−50」)を用いて粒径3.0μm以下の微粉を取り除いた結果、体積平均粒径6.5μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が29%の液晶ポリエステル粒子Dが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Dを窒素雰囲気下に、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から280℃まで5時間かけて昇温し、さらに280℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径6.5μm、流動開始温度330℃の改質液晶ポリエステル粒子Dが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Dの収量と、液晶ポリエステル粒子Dの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Dの収率を求めた結果、88%であった。
比較例1
製造例1で得られた粗粉砕粒子A(平均粒径249μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を1.0kg/hrの条件で微粉砕した結果、体積平均粒径3.0μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が79%の液晶ポリエステル粒子Eが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Eを窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から286℃まで5時間かけて昇温し、さらに286℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径4.5μm、流動開始温度325℃の改質液晶ポリエステル粒子Eが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Eの収量と、液晶ポリエステル粒子Eの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Eの収率を求めた結果、35%であった。
比較例2
製造例2で得られた粗粉砕粒子B(平均粒径255μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を1.5kg/hrの条件で微粉砕した結果、体積平均粒径4.4μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が57%の液晶ポリエステル粒子Fが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Fを窒素雰囲気下に、室温から200℃まで1時間かけて昇温し、次いで200℃から244℃まで5時間かけて昇温し、さらに244℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を、冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径4.8μm、流動開始温度286℃の改質液晶ポリエステル粒子Fが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Fの収量と、液晶ポリエステル粒子Fの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Fの収率を求めた結果、44%であった。
比較例3
製造例1で得られた粗粉砕粒子A(平均粒径249μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を3.0kg/hrの条件で微粉砕した結果、体積平均粒径5.9μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が46%の液晶ポリエステル粒子Gが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Gを窒素雰囲気下に、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から286℃まで5時間かけて昇温し、さらに286℃に到達した後、同温度で3時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(粉砕処理)した結果、平均粒径6.5μm、流動開始温度325℃の改質液晶ポリエステル粒子Gが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Gの収量と、液晶ポリエステル粒子Gの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Gの収率を求めた結果、49%であった。
比較例4
製造例3で得られた粗粉砕粒子C(平均粒径250μm)を、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、ノズル圧を0.7MPa、粉砕処理量を1.0kg/hrの条件で微粉砕した結果、体積平均粒径4.5μm、体積粒径5.0μm以下の累積度が57%の液晶ポリエステル粒子Hが得られた。
得られた液晶ポリエステル粒子Hを窒素雰囲気下、室温から250℃まで1時間かけて昇温し、次いで250℃から325℃まで5時間かけて昇温し、さらに325℃に到達した後、同温度で5時間加熱するといった加熱処理を行った。加熱処理後の改質液晶ポリエステル粒子を冷却して取り出した後、ジェットミル((株)セイシン企業製「STJ−200」)を用い、解砕処理(ノズル圧0.7MPa)した結果、体積平均粒径5.8μm、流動開始温度376℃の改質液晶ポリエステル粒子Hが得られた。改質液晶ポリエステル粒子Hの収量と、液晶ポリエステル粒子Hの使用重量とから、改質液晶ポリエステル粒子Hの収率を求めた結果、50%であった。

Claims (7)

  1. 液晶ポリエステルからなる粒子であって、レーザー回折散乱法で測定される体積基準の累積粒径分布において粒径5.0μm以下の累積度が40%以下であることを特徴とする液晶ポリエステル粒子。
  2. レーザー回折散乱法で測定される体積平均粒径が5.5〜30μmである請求項1に記載の液晶ポリエステル粒子。
  3. 前記液晶ポリエステルの流動開始温度が200〜270℃である請求項1又は2に記載の液晶ポリエステル粒子。
  4. 請求項1〜3の何れかに記載の液晶ポリエステル粒子を加熱処理して、前記液晶ポリエステルの流動開始温度より高い流動開始温度を有する改質液晶ポリエステルからなる粒子とすることを特徴とする改質液晶ポリエステル粒子の製造方法。
  5. 前記加熱処理後、さらに解砕処理する請求項4に記載の製造方法。
  6. 前記解砕処理が、ジェットミルを用いた機械粉砕によるものである請求項5に記載の製造方法。
  7. 前記改質液晶ポリエステルの流動開始温度が280℃以上である請求項4〜6の何れかに記載の製造方法。
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