JP2013502476A - ハロゲンの少ないポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法 - Google Patents

ハロゲンの少ないポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、ハロゲンの少ないポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法、こうして得ることができるポリビフェニルスルホンポリマー、400ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量を有するポリビフェニルスルホンポリマー、前記のポリビフェニルスルホンポリマーを含有する熱可塑性成形材料、並びに成形体、繊維、フィルム、メンブラン又は発泡体を製造するためのそれらの使用に関する。

Description

本発明は、ハロゲンの少ないポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法、こうして得ることができるポリビフェニルスルホンポリマー、400ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量を有するポリビフェニルスルホンポリマー、前記のポリビフェニルスルホンポリマーを含有する熱可塑性成形材料、並びに成形体、繊維、フィルム、メンブラン又は発泡体を製造するためのそれらの使用に関する。
ポリビフェニルスルホンポリマーは、ポリアリーレンエーテルの群、ひいては高性能熱可塑性プラスチックの種類に属する。高い熱変形温度(Waermeformbestaendigkeit)に加え、ポリビフェニルスルホンポリマーは、優れたノッチ付き衝撃強さ及び卓越した燃焼挙動を有する。
ポリビフェニルスルホンポリマーの製造は、例えば、独国特許(DE)第1957091号、欧州特許(EP)第000361号及び欧州特許(EP)第EP 0 347 669号から知られている。国際公開(WO)第2000/018824号には、低い割合の環状オリゴマーを有するポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法が開示されている。欧州特許(EP)第1272547号明細書には、微粒状カリの存在下での4,4′−ジヒドロキシビフェニル及び4,4′−ジクロロジフェニルスルホンのモノマーの縮合により得られた、特に低い固有色を有するポリビフェニルスルホンポリマーが記載されている。技術水準においては、出発物質は通常、等モル量で使用される。
公知の方法から生じる、ポリビフェニルスルホンポリマー中のポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量は、しかしながら多くの用途にとって高過ぎ、かつしばしば防火要件を満足しない。例えばスイッチ、ケーシング、シート(Folie)のような電子工学の分野における用途のためには、しばしば極めて低い塩素含量が必要とされる。そのうえ、技術水準により得ることができるポリビフェニルスルホンポリマーの固有色は、しばしば満足のいくものではない。特に低い固有色を有するポリビフェニルスルホンポリマーはそれゆえ望ましいであろう。技術水準から知られたポリビフェニルスルホンポリマーは、さらにまた、多くの場合に不十分な破断伸び(Reissdehnung)を有する。
J.E. McGrath et. al., Polymer 25 (1984), 1827からは、ビスフェノールAをベースとするポリアリーレンスルホンの縮合の際に分子量がどのようにして制御されることができるかは当業者に知られている。市販のポリアリーレンエーテル、例えばSumika Excel(登録商標)は、主に塩素末端基を有する。過剰量の芳香族ジヒドロキシ化合物を使用し、かつ水及び/又は金属水酸化物の存在下でポリビフェニルスルホンポリマーを製造する方法は、これまで知られていない。
本発明のポリビフェニルスルホンポリマーは、前記の欠点を有するべきでないか又はより少ない程度で有するべきである。特に、本発明の課題は、分子量を良好に制御しながら製造することができるポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法を提供することであった。ポリビフェニルスルホンポリマーは、さらにまた、低いせん断速度でも低い粘度を有するべきであり、かつ特に金型中で良好に流動するべきである。
本発明の課題は、特に、優れた機械的性質を有し、ポリマーに結合した低い割合のハロゲン、特に塩素を含有し、そのうえ技術水準に比べて低下した残留溶剤割合を有する、ポリビフェニルスルホンポリマーを提供することにあった。400ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量を有するポリビフェニルスルホンポリマーは、技術水準からはこれまで知られていない。前記ポリビフェニルスルホンポリマーはさらにまた、低い固有色を有するべきである。
当該課題は、
(a)少なくとも1種の芳香族ジヒドロキシ化合物からなる成分(a1)及び2個のハロゲン置換基を有する少なくとも1種の芳香族スルホン化合物からなる成分(a2)を準備し、その際に成分(a1)が4,4′−ジヒドロキシビフェニルを含み、引き続き
(b)成分(a2)を、モル過剰量の成分(a1)と溶剤中で反応させ、その際に前記反応中又は前記反応後に、水及び/又は金属水酸化物を添加する
ことを含むポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法によって解決される。
好ましい実施態様は、特許請求の範囲及び以下の明細書から読み取ることができる。好ましい実施態様の組合せは、特に次に説明される工程(a)及び(b)の好ましい実施態様の組合せに関して言えば、本発明の範囲を逸脱するものではない。
工程(a)
本発明による方法の工程(a)により、少なくとも1種の芳香族ジヒドロキシ化合物からなる成分(a1)及び2個のハロゲン置換基を有する少なくとも1種の芳香族スルホン化合物からなる成分(a2)の準備が行われ、その際に成分(a1)は4,4′−ジヒドロキシビフェニルを含む。
ポリビフェニルスルホンポリマーは、モノマー単位として4,4′−ジヒドロキシビフェニルを含むポリアリーレンエーテルスルホンであると理解されるべきである。従って、ポリビフェニルスルホンポリマーという概念は、とりわけポリビフェニルスルホンホモポリマー及びポリビフェニルスルホンコポリマーを含む。ポリアリーレンエーテルスルホンは、アリーレン単位が酸素橋並びにスルホン橋を介して結合して存在するポリマーであると理解される。専ら4,4′−ジハロゲンジフェニルスルホン及び4,4′−ジヒドロキシビフェニルのモノマー単位から構成されているポリビフェニルスルホンポリマーは、ポリビフェニルスルホン(PPSU)と呼ばれる。
本発明の範囲内で、ポリビフェニルスルホンポリマーの構造のキャラクタリゼーションのために、使用されるモノマー単位が関連付けられる。当業者には、ポリマー中のモノマー単位が反応された形で存在し、かつ求核的芳香族重縮合によるモノマー単位の反応が、脱離基としてハロゲン化水素の単位が理論上脱離しながら行われることは明らかである。従って、生じるポリマーの構造は、脱離基の厳密な性質から独立している。
本発明によれば、成分(a1)は、少なくとも1種の芳香族ジヒドロキシ化合物からなり、かつ4,4′−ジヒドロキシビフェニルを含む。さらにまた、成分(a1)は特に次の化合物を含むことができる:
・ジヒドロキシベンゼン、特にヒドロキノン及びレソルシノール;
・ジヒドロキシナフタレン、特に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、1,7−ジヒドロキシナフタレン、及び2,7−ジヒドロキシナフタレン;
・4,4′−ジヒドロキシビフェニル以外のジヒドロキシビフェニル、特に2,2′−ジヒドロキシビフェニル;
・ビスフェニルエーテル、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル及びビス(2−ヒドロキシフェニル)エーテル;
・ビスフェニルプロパン、特に2,2−ビス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン、2,2−ビス(3−メチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン、及び2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)プロパン;
・ビスフェニルメタン、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン
・ビスフェニルシクロヘキサン、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)−2,2,4−トリメチルシクロヘキサン;
・ビスフェニルスルホン、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)スルホン;
・ビスフェニルスルフィド、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド;
・ビスフェニルケトン、特にビス(4−ヒドロキシフェニル)ケトン;
・ビスフェニルヘキサフルオロプロパン、特に2,2−ビス(3,5−ジメチル−4−ヒドロキシフェニル)ヘキサフルオロプロパン;及び
・ビスフェニルフルオレン、特に9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン。
好ましくは、成分(a1)は、4,4′−ジヒドロキシビフェニルを少なくとも50質量%、特に少なくとも60質量%、特に好ましくは少なくとも80質量%含有する。極めて特に好ましくは、成分(a1)は、4,4′−ジヒドロキシビフェニルである。
成分(a2)の範囲内で適した、2個のハロゲン置換基を有する芳香族スルホン化合物は、当業者には原則的に知られている。好ましい化合物(a2)は、特に、ジハロゲンジフェニルスルホン、例えば4,4′−ジクロロジフェニルスルホン、4,4′−ジフルオロジフェニルスルホン、4,4′−ジブロモジフェニルスルホン、ビス(2−クロロフェニル)スルホン、2,2′−ジクロロジフェニルスルホン及び2,2′−ジフルオロジフェニルスルホンである。4,4′−ジクロロジフェニルスルホン及び4,4′−ジフルオロジフェニルスルホンが特に好ましい。極めて特に好ましくは、4,4′−ジクロロジフェニルスルホンである。
成分(a1)としての4,4′−ジヒドロキシビフェニル及び成分(a2)としての4,4′−ジハロゲンジフェニルスルホンの反応が殊に好ましく、これらからポリビフェニルスルホン(PPSU)が生成物として生じる。
工程(b)
本発明によれば、ポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法は、成分(a2)を、モル過剰量の成分(a1)と溶剤中で反応させることを含み、その際に成分(a1)及び(a2)の反応中又は反応後に、水及び/又は金属水酸化物が添加される。
以下に、前記の水及び/又は金属水酸化物に、一般的に"水酸化物源"と関係付けられる。
過剰量の成分(a1)の使用は、水酸化物源の使用との組合せで、高い転化率での水酸化物源の添加と特に結び付いて、ポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量を減少させることに寄与する。
ポリビフェニルスルホンポリマーへの成分(a1)及び(a2)の反応は、温度、溶剤及び期間に関して、それ自体として当業者に知られている。出発化合物(a1)及び(a2)の反応は、80〜250℃、好ましくは100〜220℃の温度で実施され、その際に温度の上限は、溶剤の沸点により制限される。前記反応は、好ましくは2〜12h、特に3〜8hの時間間隔で行われる。
成分(a2)に対する成分(a1)のモル比は、好ましくは1.005〜1.2、特に1.005〜1.1である。特に好ましい一実施態様において、成分(a2)に対する成分(a1)のモル比は、1.005〜1.08、特に1.01〜1.05、極めて特に好ましくは1.015〜1.04である。これにより、ポリマーに結合した生じるハロゲン含量、特に塩素含量に同時に有利な影響を及ぼしながら、分子量が特に効果的に調節及び制御されることができる。
水酸化物源、すなわち水、金属水酸化物又は水と金属水酸化物との混合物は、成分(a1)及び(a2)100質量部を基準として、好ましくは0.1〜10質量部の量で、特に0.5〜6質量部の量で、特に好ましくは1〜5質量部の量で添加される。
水酸化物源として、特に水、アルカリ金属水酸化物及びアルカリ土類金属水酸化物並びにそれらの混合物及び/又は水溶液が考慮に値する。好ましい水酸化物源は、水及びアルカリ金属水酸化物である。好ましいアルカリ金属水酸化物はLiOH、NaOH及びKOHである。前記の金属水酸化物の水溶液、特に前記のアルカリ金属水酸化物の水溶液が特に好ましい。それゆえ、水酸化物源がアルカリ金属水酸化物、特にLiOH、NaOH及び/又はKOHを含む場合が特に有利である。
水酸化物源の添加は、多様な方法により行われることができる。好ましくは、添加は希釈された形で行われ、その際に水酸化物源の添加すべき量は、好ましくは反応が実施される溶剤中に予備溶解される。
水酸化物源の添加の時点は、同様に変えることができる。本発明によれば、反応はまず最初に、水酸化物源の存在なしで開始される。それゆえ、工程(b)により、まず最初に前反応又は反応が溶剤中で実施され、引き続き水酸化物源が添加されるので、成分(a1)及び(a2)のさらなる反応中又は反応後に、水酸化物源が存在している。
特に好ましい一実施態様において、重縮合が進行する反応は、水酸化物源の添加の時点に本質的には終了している。この場合に、水及び/又は金属水酸化物の添加は、成分(a1)及び(a2)の反応に引き続いて、すなわち重縮合に引き続いて行われる。この実施変法により、分子量の減成は効果的に回避される。
成分(a1)及び(a2)の反応は、ポリビフェニルスルホンポリマーの形成下での重縮合であると理解されるべきである。前反応の場合に、水酸化物源の添加の時点に、なお反応する混合物が存在する。
水酸化物源の添加は、好ましくは少なくとも90%、特に少なくとも95%、極めて特に好ましくは少なくとも98%の転化率で行われる。転化率は、本発明の範囲内で原則的に、成分(a2)の反応及び未反応のハロゲン基の全量に対する成分(a2)の反応したハロゲン基のモルである。前記の転化率で、重縮合は本質的には終了している。さらなる反応(後反応)中の温度は、好ましくは100〜200℃、特に130℃〜180℃である。後反応の正確な温度を、当業者は選択された溶剤に応じて選択する。
反応条件を、工程(b)の終了時の転化率が、少なくとも95%、特に好ましくは少なくとも98%、特に少なくとも99%であるように選択することが本発明には有利である。最終生成物は、場合によりオリゴマーを含め、多少幅広い分子量分布を有し、その際に末端基は、ハロゲン基又はヒドロキシ基、もしくはさらなる反応の場合にアルキルオキシ基又はアリールオキシ基であり、かつ計算上100%とは異なる転化率に相当する。
好ましい一実施態様において、水酸化物源の添加の直前、それと同時に又はその直後に温度は低下され、成分(a1)及び(a2)の反応の際の温度、すなわち重縮合中の温度に比べて特に好ましくは15〜80℃、殊に20〜45℃だけ低下される。反応混合物の温度は、水酸化物源が、低い温度、特に室温を有する適した量の溶剤で希釈されて添加されることによって、効果的に低下されることができる。
水酸化物源の添加後の後反応の期間は、幅広い範囲にわたって変えることができる。通常、水酸化物源との後反応の期間は15分〜8時間、特に30分〜4時間、特に好ましくは1〜3時間である。
水酸化物源の本発明による添加が、ポリマーに結合したハロゲン、特に塩素の割合を低下させながらハロゲン末端基の置換を引き起こすことが考えられるが、これに限定されるものではない。
本発明によれば、成分(a1)及び(a2)の反応は溶剤中で行われる。好ましい溶剤は、極性非プロトン性溶剤である。適した溶剤はその際に80〜320℃、特に100〜280℃、好ましくは150〜250℃の範囲内の沸点を有する。適した極性非プロトン性溶剤は、特に高沸点のエーテル、エステル、ケトン、非対称ハロゲン化炭化水素、アニソール、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、スルホラン、N−エチル−2−ピロリドン及びN−メチル−2−ピロリドン(N−メチルピロリドン、NMP)並びに前記の溶剤の混合物である。
意外なことに、溶剤としてN−メチルピロリドンを含むものが使用される場合に、ポリマーに結合したハロゲン、殊に塩素の特に低い含量が得られることが見出された。N−メチルピロリドンは溶剤として極めて特に好ましい。N−メチルピロリドンは、同時に成分(a1)及び(a2)の高い転化率に寄与する、それというのも、本発明により使用されるモノマーの反応が特に効率的に進むからである。
成分(a1)及び(a2)の反応は、出発化合物(a2)のハロゲン置換基に対する反応性を高めるために、好ましくは塩基(B)の存在下に行われる。前記の芳香族ジヒドロキシ化合物(a1)から出発して、塩基(B)の添加によりそれらの二カリウム塩又は二ナトリウム塩を製造し、かつ成分(a2)と反応させることが好ましい。適した塩基(B)は当業者に知られている。
好ましい塩基(B)は、特にアルカリ金属炭酸塩である。塩基(B)としてのアルカリ金属炭酸塩の使用及び本方法の特許の保護の請求された実施の組合せは、固有色、機械的性質及びポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量に関して特に好都合な性質をもたらす。
好ましくは前記塩基は無水である。適した塩基は、特に無水アルカリ金属炭酸塩、好ましくは炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム又はそれらの混合物であり、その際に炭酸カリウムが極めて特に好ましく、殊にクロロベンゼン/スルホラン(60/40質量割合)の混合物中の懸濁液中で粒度測定装置を用いて測定された150μm未満の体積重み付きの平均粒度を有する炭酸カリウムである。特に好ましい組合せは、溶剤としてN−メチル−2−ピロリドン及び塩基(B)として無水炭酸カリウムである。
そのうえ、工程(b)の範囲内でポリビフェニルスルホンポリマーの量を、ポリビフェニルスルホンポリマー及び溶剤の混合物の全質量を基準として、10〜70質量%、好ましくは15〜50質量%に調節することが有利であると判明している。
好ましい一実施態様において、工程(b)による反応中又は反応後に、少なくとも1種の芳香族有機モノクロロ化合物が成分(a3)として添加される。
芳香族有機モノクロロ化合物が連鎖調節剤として機能することが考えられるが、これに限定されるものではない。好ましくは、芳香族有機モノクロロ化合物は、工程(b)における反応の範囲内で成分(a2)に類似の反応性を有する。
好ましくは、成分(a3)は、芳香族モノクロロスルホン、特に4−モノクロロジフェニルスルホンである。好ましい一実施態様において、過剰量の成分(a1)は、成分(a1)及び(a2)の反応の条件下で反応性の塩素基を有する有機モノクロロ化合物(a3)により補われる。
成分(a3)のモル量は好ましくは、成分(a3)のモル量に対する比で成分(a2)のモル量に対する成分(a1)の過剰量のモル量の2倍が、0.98〜1.02、特に0.99〜1.01であるように選択される。それに応じて、2×((a1)−(a2))/(a3)は、好ましくは0.98〜1.02、特に0.99〜1.01であり、ここで(a1)、(a2)及び(a3)は、それぞれの成分の使用されるモル量を反映する。比((a1)−(a2)/(a3))の2倍は、その際に好ましくは1である。
前記の実施態様と有利に結び付けられることができる、さらに好ましい一実施態様において、工程(b)に引き続いて、工程(c)により、少なくとも1種の脂肪族有機ハロゲン化合物との反応が行われる。これにより、前記ポリマーを安定化させる反応性のヒドロキシ末端基はさらに反応され、こうしてとりわけ、さらなる加工の範囲内でのポリマー鎖のさらなる増成が防止される。
好ましい脂肪族有機ハロゲン化合物は、ハロゲン化アルキル、特に炭素原子1〜10個を有する線状又は分枝鎖状のアルキル基を有する塩化アルキル、特に第一級塩化アルキル、特に好ましくはハロゲン化メチル、特に塩化メチルである。
工程(c)による反応は、好ましくは90℃〜160℃、特に100℃〜150℃の温度で実施される。期間は、幅広い期間にわたって変えることができ、かつ通常少なくとも5分、特に少なくとも15分である。好ましくは、工程(c)による反応の期間は、15分〜8時間、特に30分〜4時間である。
脂肪族有機ハロゲン化合物の添加は、多様な方法を通じて行われることができる。さらにまた、脂肪族有機ハロゲン化合物の添加は、化学量論的に又は過剰量で行われてよく、その際に過剰量は例えば5倍までであってよい。好ましい一実施態様において、脂肪族有機ハロゲン化合物の添加は連続的に、特にガス流として連続的に供給することにより、行われる。
工程(b)もしくは工程(c)に引き続いて、ポリマー溶液のろ過を実施することが有利であることが判明している。これにより、重縮合の際に形成された塩含分並びに場合により形成されるゲル体が除去される。
ポリビフェニルスルホンポリマー
本発明のさらなる対象は、本発明による方法により得ることができるポリビフェニルスルホンポリマー、並びに400ppm未満、特に300ppm未満、特に好ましくは200ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量を有するポリビフェニルスルホンポリマーである。
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーは、好ましくは400ppm未満、特に300ppm未満、特に好ましくは200ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量を有する。ポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量の下限は、方法に制約されて、通常少なくとも10ppm、特に少なくとも20ppmである。
得ることができるポリマーのハロゲン含量は、ハロゲン末端基の含量に相当し、かつ本発明の範囲内で原子分光法を用いて測定される。ポリマーに結合したハロゲン、特に塩素含量は、本発明の範囲内で原則的に質量割合に基づいており、かつ選択的にポリマーの秤量分1kgあたりのmgで記載されることができる。
本発明による方法により得ることができるポリマー組成物は、特に好ましくは400ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量、殊に塩素含量及び同時に300ppm未満の残存溶剤の割合を有する。
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーは、さらにまた50%を超える引張試験における破断伸びにより傑出している。
本発明のさらなる対象は、本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーを含有する熱可塑性成形材料である。
本発明の熱可塑性成形材料は、本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーに加えて、さらに、ポリアリーレンエーテルスルホン(本発明によるポリビフェニルスルホンポリマー以外)、特にポリエーテルスルホン(PES)及び/又はポリスルホン(PSU)、並びにポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド又はポリ−p−フェニレンから選択される少なくとも1種のポリマーを含有していてよい。
本発明による成形材料は、さらにまた、充填剤、特に繊維、特に好ましくはガラス繊維を含有していてよい。相応する充填剤は当業者に知られている。
充填剤が使用される場合には、これらは好ましくは、ポリマー100質量部を基準として5〜150質量部の量で添加される。
本発明による熱可塑性成形材料において、特に当業者に知られ、かつ熱可塑性成形材料における使用に適した全てのガラス繊維が存在していてよい。これらのガラス繊維は、当業者に知られた方法により製造され、かつ場合により表面処理されてよい。ガラス繊維は、マトリックス材料とのより良好な相溶性のために、例えば独国特許(DE)第10117715号明細書に記載されるように、サイズ剤で処理されていてよい。
好ましい一実施態様において、5〜15μm、好ましくは7〜13μm、特に好ましくは9〜11μmの直径を有するガラス繊維が使用される。
ガラス繊維の配合は、チョップドガラス繊維の形で並びにエンドレスストランド(ロービング)の形で行われることができる。使用可能なガラス繊維の長さは通例、チョップドガラス繊維として熱可塑性成形材料への配合前に、典型的には4〜5mmである。他の成分とのガラス繊維の加工により、例えば同時押出しにより、ガラス繊維は通常、100〜400μm、好ましくは200〜350μmの平均長で存在する。
本発明による成形材料は、別の成分Kとして、助剤、特に加工助剤、顔料、安定剤、防炎加工剤又は異なる添加剤の混合物を含有していてよい。常用の添加剤は、例えば、酸化遅延剤、熱分解及び紫外線による分解に対する薬剤、滑剤及び離型剤、染料及び可塑剤でもある。
本発明による成形材料中の別の成分Kの割合は特に、熱可塑性成形材料の全質量を基準として0〜30質量%まで、好ましくは0〜20質量%まで、特に0〜15質量%である。
成分Kが安定剤である場合には、これらの安定剤の割合は通常、熱可塑性成形材料の全質量を基準として、2質量%まで、好ましくは0.01〜1質量%、特に0.01〜0.5質量%である。
顔料及び染料は、熱可塑性成形材料の全質量を基準として、一般的に0〜10質量%、好ましくは0.05〜7質量%及び特に0.1〜5質量%の量で含まれている。
熱可塑性プラスチックを着色するための顔料は、一般的に知られている、例えばR. Gaechter und H. Mueller, Taschenbuch der Kunststoffadditive, Carl Hanser Verlag, 1983, pp.494-510参照。顔料の好ましい第一群として、白色顔料、例えば酸化亜鉛、硫化亜鉛、鉛白[2PbCO3・Pb(OH)2]、リトポン、アンチモン白及び二酸化チタンを挙げることができる。二酸化チタンの最も一般に使われている2種の結晶変態(ルチル型及びアナターゼ型)のうち、特にルチル形が本発明による成形材料の白色着色のために使用される。本発明により使用されることができる黒色有色顔料は、鉄黒(Fe34)、スピネル黒[Cu(Cr,Fe)24]、マンガン黒(二酸化マンガン、二酸化ケイ素及び酸化鉄の混合物)、コバルト黒及びアンチモン黒並びに特に好ましくはカーボンブラックであり、カーボンブラックはたいていファーネスブラック又はガスブラックの形で使用される。これについてはG. Benzing, Pigmente fuer Anstrichmittel, Expert-Verlag (1988), p.78以降参照。
特定の色調に調節するために、無機有彩色顔料、クロムグリーン又は有機有彩色顔料、例えばアゾ顔料又はフタロシアニンが使用されることができる。この種の顔料は、一般的に商業的に入手可能である。
本発明による熱可塑性成形材料に添加されることができる酸化遅延剤及び熱安定剤は、例えば周期表の第I族の金属のハロゲン化物、例えばハロゲン化ナトリウム、ハロゲン化カリウム、ハロゲン化リチウム、例えば塩化物、臭化物又はヨウ化物である。さらに、フッ化亜鉛及び塩化亜鉛が使用されることができる。さらに、立体障害フェノール類、ヒドロキノン、この群の置換されたもの、第二級芳香族アミンが、場合により含リン酸もしくはそれらの塩と組み合わせて、かつこれらの化合物の混合物が、熱可塑性成形材料の全質量を基準として、好ましくは1質量%までの濃度で、使用可能である。
UV安定剤の例は、多様な置換されたレソルシノール、サリチラート、ベンゾトリアゾール及びベンゾフェノンであり、これらは一般的に2質量%までの量で使用される。
熱可塑性成形材料の全質量を基準として通例1質量%までの量で添加される、滑剤及び離型剤は、ステアリルアルコール、ステアリン酸アルキルエステル及びステアリン酸アミド並びにペンタエリトリトールと長鎖脂肪酸とのエステルである。ジアルキルケトン、例えばジステアリルケトンも、使用されることができる。
好ましい成分として、本発明による成形材料は、ステアリン酸及び/又はステアリン酸塩を0.1〜2質量%、好ましくは0.1〜1.75質量%、特に好ましくは0.1〜1.5質量%及び殊に0.1〜0.9質量%(熱可塑性成形材料の全質量を基準として)含有する。原則的には、ステアリン酸のエステルのような他のステアリン酸誘導体も使用されることができる。
ステアリン酸は好ましくは、脂肪の加水分解により製造される。その際に得られる生成物は通常、ステアリン酸及びパルミチン酸の混合物である。故に、そのような生成物は、生成物の組成に応じて、幅広い軟化範囲、例えば50〜70℃の軟化範囲を有する。好ましくは、20質量%を超える、特に好ましくは25質量%を超えるステアリン酸の割合を有する生成物が使用される。純ステアリン酸(>98質量%)も使用されることができる。
さらに、本発明による成形材料は、ステアリン酸塩も含有していてよい。ステアリン酸塩は、相応するナトリウム塩を金属塩溶液(例えばCaCl2、MgCl2、アルミニウム塩)と反応させることによるか又は脂肪酸を金属水酸化物と直接反応させることにより製造されることができる(例えばBaerlocher Additives, 2005参照)。好ましくは、トリステアリン酸アルミニウムが使用される。
本発明による熱可塑性成形材料の成分が混合される順序は任意である。
本発明による成形材料は、それ自体として知られた方法、例えば押出しにより、製造されることができる。本発明による成形材料は、例えば、出発成分を、常用の混合装置、例えばスクリュー押出機、好ましくは2軸スクリュー押出機、ブラベンダーミキサー又はバンバリーミキサー並びにニーダー中で混合し、引き続き押し出すことによって、製造されることができる。押出し後に、押出物は冷却され、かつ粉砕される。成分の混合の順序は変えることができ、例えば二成分又は場合により三成分が予備混合されることができるが、しかしまた全ての成分が一緒に混合されることもできる。
できるだけ均質な混合を得るために、強力混合が有利である。そのためには、280〜380℃、好ましくは290〜370℃の温度で0.2〜30分の平均混合時間が一般的に必要である。押出し後に、押出物は通例冷却され、かつ粉砕される。
本発明による成形材料は、前記の利点に加えて、良好な流動性、高い靭性及び低い固有色にも傑出している。本発明による成形材料は、故に、家庭用品、電気部品又は電子部品用の成形品の製造に並びに車両分野用の成形品に適している。
本発明による熱可塑性成形材料は、有利に、成形体、繊維、フィルム、メンブラン又は発泡体を製造するのに使用されることができる。本発明のさらなる対象は、本発明による熱可塑性成形材料を含有する、成形体、繊維、フィルム、メンブラン及び発泡体である。
次の実施例は、本発明をより詳細に説明するが、本発明を限定するものではない。
実施例
ポリビフェニルスルホンポリマーの粘度数を、N−メチル−ピロリドンの1%溶液中で25℃で測定した。
得られたポリビフェニルスルホンポリマーを、370℃の材料温度で2軸スクリュー押出機(ZSK 18)中で造粒した。試験体への加工は、375℃の材料温度及び160℃の金型温度で行った。
生成物の固有色を、ASTM D 1925に従い厚さ2mmの射出成形したプレート(375℃の材料温度、160℃の金型温度)での黄色度(YI)の測定により決定した。
使用されたモノマー(4,4′−ジクロロジフェニルスルホン、4,4′−ジヒドロキシビフェニル)は、99.5%を上回る純度を有していた。
異なる品質の無水K2CO3(カリ)を使用した。平均粒度は、粒子直径の体積重み付き平均値であると理解されるべきであり、Mastersizer 2000 粒子測定装置を用いて、クロロベンゼン/スルホラン(60/40質量割合)の混合物中の粒子の懸濁液で決定した。
カリA:61μmの平均粒度
カリB:120μmの平均粒度。
比較実験1
ポリアリーレンエーテルを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリA)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で6時間保持した。その後、バッチをNMP 1000mlの添加により希釈した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離した。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は71.2ml/gであり、ガラス温度は225℃であった。
比較実験2
ポリアリーレンエーテルを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリA)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で6時間保持した。その後、バッチをNMP 1000mlの添加により希釈した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離した。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は72.0ml/gであり、ガラス温度は225℃であった。
比較実験3
ポリアリーレンエーテルを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリA)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で8時間保持した。その後、バッチをNMP 1000mlの添加により希釈した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離した。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は69.6ml/gであり、ガラス温度は225℃であった。
比較実験4
ポリアリーレンエーテルを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリA)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で10時間保持する。その後、バッチをNMP 1000mlの添加により希釈する。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離する。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥する。生成物の粘度数は64.6ml/gであり、ガラス温度は223℃であった。
実験5
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリB)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で4時間保持した。その後、バッチを、NMP 500ml/脱塩水30mlの添加により希釈し、160℃でさらに2h後撹拌した。引き続き、さらにNMP 500mlを添加した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離した。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は71.5ml/gであり、ガラス温度は225℃であった。
実験6
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリB)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で4時間保持した。その後、バッチを、NMP 500ml/脱塩水30mlの添加により希釈し、160℃でさらに1h後撹拌した。その後、さらにNMP 500mlを添加した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離する。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は71.5ml/gであり、ガラス温度は225℃であった。
実験7
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリB)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で4時間保持した。その後、バッチを、NMP 500mlと脱塩水0.78ml中に溶解したNaOH 0.78gとの混合物の添加により希釈し、160℃でさらに1時間後撹拌した。その後、NMPをさらに500ml添加した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離する。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は69.4ml/gであり、ガラス温度は224℃であった。
実験8
本発明によるポリビフェニルスルホンポリマーを、NMP 2100ml中の炭酸カリウム(カリB)286.09g(2.07モル)の作用下にジクロロジフェニルスルホン574.16g(2.000モル)、ジヒドロキシビフェニル379.87g(2.040モル)の求核的芳香族重縮合により製造した。この混合物を190℃で4時間保持した。引き続き、バッチを、NMP 500mlと脱塩水1.56ml中に溶解したNaOH 1.56gとの混合物の添加により希釈し、160℃でさらに1時間後撹拌した。その後、さらにNMP 500mlを添加した。この懸濁液を、ついで130℃で1時間、塩化メチル(15l/h)と反応させた。80℃に冷却した後に、懸濁液を排出し、固体成分をろ過により分離し、このポリマーをNMP/水 1/9中での沈殿により単離した。水で注意深く洗浄した後に、生成物を真空中で120℃で12h乾燥させた。生成物の粘度数は68.5ml/gであり、ガラス温度は224℃であった。
実験V1〜V4及び5〜8のポリビフェニルスルホンポリマーの特性及び引き続き前記のような押出しの特性は、第1表にまとめられている。
第1表:
Figure 2013502476
Radel (登録商標) 5000、73.2ml/gの粘度数(RTでのNMP中1質量%)を有するポリビフェニルスルホンの比較値は次の通りである:Cl含量:2900ppm;溶剤含量:2000ppm並びにYI:67。
本発明による成形材料は、それゆえ、極めて低いポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量、低い残留溶剤含量及び良好な固有色の組合せに特に傑出している。

Claims (21)

  1. ポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法であって、
    (a)少なくとも1種の芳香族ジヒドロキシ化合物からなる成分(a1)及び2個のハロゲン置換基を有する少なくとも1種の芳香族スルホン化合物からなる成分(a2)を準備し、その際に成分(a1)が4,4′−ジヒドロキシビフェニルを含み、引き続き
    (b)成分(a2)を、モル過剰量の成分(a1)と溶剤中で反応させ、その際に前記反応中又は前記反応後に、水及び/又は金属水酸化物が添加される
    ことを含む、ポリビフェニルスルホンポリマーの製造方法。
  2. 成分(a2)が4,4′−ジクロロジフェニルスルホンである、請求項1記載の方法。
  3. 工程(b)により、水及び/又は金属水酸化物の添加が、少なくとも90%の転化率で行われる、請求項1又は2記載の方法。
  4. 金属水酸化物がアルカリ金属水酸化物である、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 溶剤がN−メチルピロリドンを含む、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 成分(a2)に対する成分(a1)のモル比が1.005〜1.2である、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
  7. 成分(a1)が4,4′−ジヒドロキシビフェニルを少なくとも50質量%含有する、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 成分(a1)が4,4′−ジヒドロキシビフェニルである、請求項1から7までのいずれか1項記載の方法。
  9. 工程(b)による反応中又は反応後に、少なくとも1種の芳香族有機モノクロロ化合物が成分(a3)として添加される、請求項1から8までのいずれか1項記載の方法。
  10. 成分(a3)が4−モノクロロジフェニルスルホンである、請求項9記載の方法。
  11. ((a1)−(a2))/(a3)の比の2倍が、0.98〜1.02であり、ここで(a1)、(a2)及び(a3)は、使用される成分(a1)、(a2)及び(a3)のモル量を表す、請求項9又は10記載の方法。
  12. ((a1)−(a2))/(a3)の比の2倍が1である、請求項11記載の方法。
  13. 工程(b)に引き続き、工程(c)により、少なくとも1種の脂肪族有機ハロゲン化合物との反応が行われる、請求項1から12までのいずれか1項記載の方法。
  14. 工程(b)に引き続き、工程(c)により、少なくとも1種の塩化アルキルとの反応が行われる、請求項1から13までのいずれか1項記載の方法。
  15. 塩化アルキルが塩化メチルである、請求項14記載の方法。
  16. 請求項1から15までのいずれか1項に従って得られるポリビフェニルスルホンポリマー。
  17. 400ppm未満のポリマーに結合したハロゲン含量、特に塩素含量を有するポリビフェニルスルホンポリマー。
  18. 請求項16又は17記載のポリビフェニルスルホンポリマーを含有する熱可塑性成形材料。
  19. さらに、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリスルホン(PSU)、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド及びポリ−p−フェニレンから選択される少なくとも1種のポリマーを含有する、請求項18記載の熱可塑性成形材料。
  20. 請求項18又は19記載の熱可塑性成形材料から得られる、成形体、繊維、フィルム、メンブラン又は発泡体。
  21. 成形体、繊維、フィルム、メンブラン又は発泡体を製造するための、請求項18又は19記載の熱可塑性成形材料又は請求項16又は17記載のポリビフェニルスルホンポリマーの使用。
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