JP2021020972A - ポリアリーレンエーテルケトン樹脂及びその製造方法、並びに成形体 - Google Patents

ポリアリーレンエーテルケトン樹脂及びその製造方法、並びに成形体 Download PDF

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Abstract

【課題】高いガラス転移温度を有し、低融点化が可能で良好な成形加工性を有する耐衝撃性に優れたポリアリーレンエーテルケトン樹脂の提供。【解決手段】一般式(1−1)で表される繰り返し単位と、一般式(2−1)で表される繰り返し単位とを有するポリアリーレンエーテルケトン樹脂。(式中、Ar1およびAr2はジフェニルエーテルを繰り返し単位とする2価の有機基であり、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数。)【選択図】なし

Description

本発明は、ポリアリーレンエーテルケトン樹脂及びその製造方法、並びに成形体に関する。
ポリアリーレンエーテルケトン樹脂(以下「PAEK樹脂」と略すことがある。)は、耐熱性、耐薬品性、強靭性等に優れ、高温で連続使用可能な結晶性スーパーエンプラとして、電気電子部品、自動車部品、医療用部品、繊維、フィルム用途等に幅広く利用されている。
従来、PAEK樹脂としては、4,4’−ジフルオロベンゾフェノンとハイドロキノンの2つのモノマーを、ジフェニルスルホン中で炭酸カリウムを用いた芳香族求核置換型溶液重縮合反応(例えば、特許文献1参照)により製造される、1つの繰り返し単位中に2つのエーテル基と1つのケトン基を持つポリエーテルエーテルケトン樹脂(以下「PEEK樹脂」と略すことがある。)がよく知られている。
また、ハイドロキノンの代わりに、4,4’−ジヒドロキシベンゾフェノンを使用することで製造される、1つの繰り返し単位中にエーテル基、ケトン基を1つずつ持つポリエーテルケトン樹脂(以下「PEK樹脂」と略すことがある。)や、1つの繰り返し単位中に1つのエーテル基、2つのケトン基を有するポリエーテルケトンケトン樹脂(以下「PEKK樹脂」と略すことがある。)もある。
しかしながら、これらのPAEK樹脂の製造に用いられている芳香族求核置換型溶液重縮合反応は、モノマーに高価な4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを使用するため原料費が高く、かつ、反応温度が300℃以上で製造工程費も高いという欠点があり、樹脂の価格が高くなる傾向にある。
そこで、モノマーに4,4’−ジフルオロベンゾフェノンを用いることなく、かつ、温和な重合条件で、PAEK樹脂を製造する芳香族求電子置換型溶液重縮合反応が知られている。
芳香族求電子置換型溶液重縮合反応を用いた例として、4−フェノキシ安息香酸クロリドをフッ化水素−三フッ化ホウ素の存在下で反応させる方法によるPEK樹脂(例えば、特許文献2参照)、テレフタル酸クロリドとジフェニルエーテルをルイス酸の存在下で反応させる方法によるPEKK樹脂(例えば、特許文献3参照)、4−フェノキシ安息香酸をメタンスルホン酸と五酸化二リンの混合物存在下で反応させる方法によるPEK樹脂(例えば、特許文献4参照)等がある。
米国特許第4320224号明細書 米国特許第3953400号明細書 米国特許第3065205号明細書 特開昭61−247731号公報
上述した従来のPEEK樹脂、PEK樹脂、PEKK樹脂等のPAEK樹脂は、部分結晶性のポリマーであり、そのガラス転移温度は140℃以上と高く、耐熱性に優れるものの、結晶融点も340〜350℃以上と高く、成形加工に高い温度や圧力を要して、成形加工性が劣るという欠点がある。
そこで、本発明は、耐熱性に優れ高いガラス転移温度を有するとともに、低融点化が可能で、良好な成形加工性を有する耐衝撃性に優れたポリアリーレンエーテルケトン樹脂を提供することを目的とする。また、本発明は、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造に好適な製造方法を提供することを目的とする。
PAEK樹脂などのスーパーエンプラは、高い耐熱性を実現するため、できるだけ不純物のない均一構造のポリマーが望ましいものとされていた。したがって、従来、PAEK樹脂としては単一の繰り返し単位を有するポリマーの開発が中心であった。しかし単一の繰り返し単位構造では結晶融点などの熱物性の調整が難しく、成形加工性の改良が困難であった。
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、剛直かつ靭性成分である下記繰り返し単位(1−1)と屈曲構造かつエーテル結合を有する柔軟成分である下記繰り返し単位(2−1)とを共重合させたPAEK樹脂は、繰り返し単位(1−1)と繰り返し単位(2−1)との割合を調整することにより、結晶融点を低下させることが可能で、良好な成形加工性及び耐衝撃性を発現できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、以下の態様を包含するものである。
[1]下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1−1)と、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位(2−1)とを有するポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
Figure 2021020972
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(式中、ArおよびArは下記一般式(3−1)で表される2価の有機基(3−1)であり、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
Figure 2021020972
(式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
[2]前記繰り返し単位(1−1)と前記繰り返し単位(2−1)との割合が、モル比で、95:5〜5:95の範囲である、前記[1]に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
[3]前記繰り返し単位(1−1)が下記繰り返し単位(1−1−A)であり、前記繰り返し単位(2−1)が下記繰り返し単位(2−1−A)である、前記[1]又は[2]に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
Figure 2021020972
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[4]下記一般式(1−2)で表されるモノマー(1−2)と、下記一般式(2−2)で表されるモノマー(2−2)と、下記一般式(3−2)で表されるモノマー(3−2)とを、有機スルホン酸及び五酸化二リンの存在下で反応させる、前記[1]から[3]のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造方法。
Figure 2021020972
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(式中、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
Figure 2021020972
(式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
[5]前記モノマー(1−2)が下記モノマー(1−2−A)であり、前記モノマー(2−2)が下記モノマー(2−2−A)であり、前記モノマー(3−2)が下記モノマー(3−2−A)である、前記[4]に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造方法。
Figure 2021020972
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[6]前記[1]から[3]のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂を含む成形体。
本発明は、耐熱性に優れ高いガラス転移温度を有するとともに、低融点化が可能で、良好な成形加工性及び耐衝撃性を有するポリアリーレンエーテルケトン樹脂を提供することができる。また、本発明は、このポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造に好適な製造方法を提供することができる。
以下、本発明のPAEK樹脂、及び該PAEK樹脂の製造方法について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の一実施態様としての一例であり、これらの内容に特定されるものではない。
(ポリアリーレンエーテルケトン樹脂(PAEK樹脂))
本発明のPAEK樹脂は、下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1−1)と、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位(2−1)とを有する。
Figure 2021020972
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(式中、ArおよびArは下記一般式(3−1)で表される2価の有機基(3−1)であり、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
Figure 2021020972
(式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
本発明のPAEK樹脂は、剛直かつ靭性成分である繰り返し単位(1−1)の他に、屈曲構造かつエーテル結合を有する柔軟成分である繰り返し単位(2−1)を有するので、繰り返し単位(1−1)と繰り返し単位(2−1)との割合を調整することにより、結晶融点を制御することができる。本発明のPAEK樹脂は、結晶融点を低くすることができる。本発明のPAEK樹脂は、高い分子量を示し、良好な成形加工性を示すとともに、優れた耐衝撃性を示す。
繰り返し単位(2−1)は、PAEK樹脂の分子鎖に屈曲構造を与える役割を有しており、そのこともPAEK樹脂の結晶融点を低くすることに有効に働いていると考えられる。
本発明のPAEK樹脂において、繰り返し単位(1−1)と繰り返し単位(2−1)との割合は、モル比で、95:5〜5:95の範囲であることが好ましく、92:8〜48:52の範囲であることがより好ましく、90:10〜50:50の範囲であることがさらに好ましい。この割合の範囲で、繰り返し単位(2−1)のモル量に対する、繰り返し単位(1−1)のモル量の比の値を大きくすることで、ガラス転移温度(Tg)を高く調整することができ、結晶化度及び結晶融点(Tm)を高くすることができて、耐熱性に優れたPAEK樹脂とすることができる。また、この割合の範囲で、繰り返し単位(2−1)のモル量に対する、繰り返し単位(1−1)のモル量の比の値を小さくすることで、結晶融点(Tm)を比較的低くすることができ、成形性に優れたPAEK樹脂とすることができる。
この割合を調整することで、本発明のPAEK樹脂のガラス転移温度(Tg)を120℃以上、好ましくは135℃以上、より好ましくは140℃以上に調整することができる。より具体的には、120〜160℃、好ましくは125〜150℃、より好ましくは135〜150℃に調整することができる。
また、本発明のPAEK樹脂の結晶融点(Tm)を350℃以下、好ましくは346℃以下、より好ましくは340℃以下に調整することができる。より具体的には、260〜350℃、好ましくは275〜350℃、より好ましくは290〜346℃に調整することができる。
繰り返し単位(1−1)と繰り返し単位(2−1)との割合を最適化することで、耐熱性と成形性の両者に優れるPAEK樹脂とすることができる。
本発明のPAEK樹脂の好ましい実施態様としては、上記繰り返し単位(1−1)が下記繰り返し単位(1−1−A)であり、上記繰り返し単位(2−1)が下記繰り返し単位(2−1−A)であるPAEK樹脂が挙げられる。
Figure 2021020972
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(ポリアリーレンエーテルケトン樹脂(PAEK樹脂)の製造方法)
本発明のPAEK樹脂の製造方法の一の態様は、下記式(1−2)で表されるモノマー(1−2)と、下記一般式(2−2)で表されるモノマー(2−2)と、下記一般式(3−2)で表されるモノマー(3−2)とを、有機スルホン酸及び五酸化二リンの存在下で反応させる、PAEK樹脂の製造方法である。
Figure 2021020972
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(式中、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
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(式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
上記一般式(1−2)で表されるモノマーとしては、4、4’−オキシビス安息香酸(m1=1)、1,4−ビス(4−カルボキシフェノキシ)ベンゼン(m1=2)、4,4’−ビス(p−カルボキシフェノキシ)ジフェニルエーテル(m1=3)が挙げられる。
上記一般式(2−2)で表されるモノマーとしては、3、4’−オキシビス安息香酸(m2=1)、3−[4−(4−カルボキシフェノキシ)フェノキシ]安息香酸(m2=2)、3−{4−[4−(4−カルボキシフェノキシ)フェノキシ]フェノキシ}安息香酸(m2=3)が挙げられる。
上記一般式(3−2)で表されるモノマーとしては、ジフェニルエーテル(n=0)、1、4−ジフェノキシベンゼン(n=1)、4,4’−オキシビス(フェノキシベンゼン)(n=2)が挙げられる。
本発明のPAEK樹脂の製造方法の好ましい実施態様としては、上記モノマー(1−2)が、m1=1の場合の下記モノマー(1−2−A)であり、上記モノマー(2−2)が、m2=1の場合の下記モノマー(2−2−A)であり、上記モノマー(3−2)が、n=1の場合の下記モノマー(3−2−A)である、PAEK樹脂の製造方法が挙げられる。
Figure 2021020972
Figure 2021020972
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芳香族求電子置換型溶液重縮合反応であるので、温和な重合条件で反応させることができ、具体的には、有機スルホン酸及び五酸化二リンを20〜100℃で1〜40時間で混合してから、この混合液に、前記モノマー(1−2)、前記モノマー(2−2)及び前記モノマー(3−2)を添加し、混合し、昇温させてから、例えば、40〜80℃で1〜100時間、一括して反応させることで、前記PAEK樹脂を製造することができる。
有機スルホン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、脂肪族スルホン酸、芳香族スルホン酸等が挙げられる。中でも、脂肪族スルホン酸が好ましい。より具体的には、有機スルホン酸として、例えば、メタンスルホン酸、エタンスルホン酸、トリフルオロメタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸(トシル酸)等が挙げられる。
有機スルホン酸の添加量と、五酸化二リンの添加量との割合は、質量比で、100:25〜100:1の範囲であることが好ましく、100:20〜100:2の範囲であることが好ましく、100:15〜100:5の範囲であることが好ましい。
前記モノマー(1−2)、前記モノマー(2−2)及び前記モノマー(3−2)の合計の添加量と、有機スルホン酸及び五酸化二リンの合計の添加量との割合は、質量比で、1:100〜40:100の範囲であることが好ましく、2:100〜30:100の範囲であることが好ましく、5:100〜20:100の範囲であることが好ましい。
本発明のPAEK樹脂の製造において、有機スルホン酸(例えば、特にメタンスルホン酸)及び五酸化二リンを用いることにより、良好な特性を示すPAEK樹脂を製造することができる。例えば、有機スルホン酸と五酸化二リンを用いる代りに、無水塩化アルミニウムを用いてPAEK樹脂を製造しようとすると、重合速度が速すぎて、ポリマーシーケンスの制御が困難になる。
前記モノマー(2−2)の添加量と、前記モノマー(3−2)の添加量との割合は、モル比で、3:100〜55:100の範囲であることが好ましく、5:100〜50:100の範囲であることがより好ましく、10:100〜50:100の範囲であることが特に好ましい。
前記モノマー(1−2)及び前記モノマー(2−2)の合計の添加量と、前記モノマー(3−2)の添加量との割合は、モル比で、85:100〜115:100の範囲であることが好ましく、90:100〜110:100の範囲であることが好ましく、92:100〜108:100の範囲であることが好ましい。
<ポリアリーレンエーテルケトン樹脂(PAEK樹脂)を含有する樹脂組成物>
本発明に係るPAEK樹脂は、他の配合物と合わせて樹脂組成物を作製することができる。
他の配合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、例えば、無機フィラー、有機フィラー等が挙げられる。
フィラーの形状としては、特に限定はなく、例えば、粒子状、板状、繊維状等のフィラーが挙げられる。
PAEK樹脂を含有する樹脂組成物は、フィラーとしては繊維状フィラーを含有することがより好ましい。繊維状フィラーの中でも、カーボン繊維とガラス繊維は、産業上利用範囲が広いため、好ましい。
<ポリアリーレンエーテルケトン樹脂(PAEK樹脂)を含む成形体>
本発明に係るPAEK樹脂は、耐熱性に優れ高いガラス転移温度(Tg)を有するとともに、低融点化が可能で、良好な成形加工性及び優れた耐衝撃性を有する。そのため、ニートレジンとしての使用や、ガラス繊維、炭素繊維、フッ素樹脂等のコンパウンドとしての使用が可能である。そして、本発明に係るPAEK樹脂を成形することで、ロッド、ボード、フィルム、フィラメント等の一次加工品や、各種射出加工品、各種切削加工品、ギア、軸受、コンポジット、インプラント、3D成形品等の二次加工品を製造することができ、これらの本発明に係るPAEK樹脂を成形してなる成形品は、自動車、航空機、電気電子、医療用部材等の利用が可能である。
(ガラス転移点(Tg)および結晶融点(Tm))
パーキンエルマー製DSC装置(Pyris Diamond)を用いて、50mL/minの窒素流下、20℃/minの昇温条件で40〜400℃まで測定を行い、ガラス転移点(Tg)および結晶融点(Tm)を求めた。
(還元粘度(PAEK樹脂の分子量相当)dL/g)
キャノンフェンスケ粘度計(柴田科学株式会社製)を用いて、25℃において、溶媒、及び、溶媒100mL中にポリマー0.3gを溶解したポリマー溶液の流出時間を測定し、次式で還元粘度を算出した。なお溶媒には、クロロホルムとトリフルオロ酢酸を4:1の質量比で混合した溶液を用いた。
還元粘度(dL/g)=(t−t0)/(c×t0)
ここで、t0は溶媒の流出時間、tはポリマー溶液の流出時間、cはポリマー溶液中のポリマー濃度(g/dL)を示す。
(アイゾット(Izod)衝撃強度の測定)
ノッチなしの短冊状テストピース(長さ70mm×幅5mm×厚さ2mm)をJISK7110に準拠して衝撃強度を測定した。
(実施例1)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.819gと3,4’−オキシビス安息香酸0.091gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例2)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.728gと3,4’−オキシビス安息香酸0.182gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込みポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例3)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.637gと3,4’−オキシビス安息香酸0.273gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例4)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.637gと3,4’−オキシビス安息香酸0.273gとを仕込み、100℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例5)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.637gと3,4’−オキシビス安息香酸0.273gとを仕込み、60℃まで昇温後、46時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例6)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.546gと3,4’−オキシビス安息香酸0.364gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例7)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.546gと3,4’−オキシビス安息香酸0.364gとを仕込み、100℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例8)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.546gと3,4’−オキシビス安息香酸0.364gとを仕込み、60℃まで昇温後、46時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例9)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.455gと3,4’−オキシビス安息香酸0.455gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例10)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.455gと3,4’−オキシビス安息香酸0.455gとを仕込み、100℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例11)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、4,4’−オキシビス安息香酸0.455gと3,4’−オキシビス安息香酸0.455gとを仕込み、60℃まで昇温後、46時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
(実施例12)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、ジフェニルエーテル0.649g、4,4’−オキシビス安息香酸0.455gと3,4’−オキシビス安息香酸0.455gとを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させた。そして、析出したポリマーを濾過した。
更に析出したポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、固液分離し、濾過した洗浄ケーキを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
実施例1〜12に係るPAEK樹脂のガラス転移温度(Tg)、結晶融点(Tm)、還元粘度(dL/g)、及びアイゾット(Izod)衝撃強度を測定した。結果を表1−1〜表1−3に示す。
(比較例1)
比較例1に係るPEK樹脂として、ビクトレックス社製:VICTREX HTを準備し、そのガラス転移温度(Tg)、結晶融点(Tm)、還元粘度(dL/g)、及びアイゾット(Izod)衝撃強度を測定し、結果を表2に示した。
(比較例2)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸20.4gと五酸化二リン2.04gを仕込み、40℃に昇温し、2時間撹拌した。その後、1,4−ジフェノキシベンゼン1.00g、3,4’−オキシビス安息香酸0.900gを仕込み、60℃まで昇温後、22時間反応させた。反応開始後において粘性は低いままであり、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、濾過した結果、重合生成物はわずかであった。
(比較例3)
窒素導入管、温度計、還流冷却器、および撹拌装置を備えた4つ口のセパラブルフラスコに、メタンスルホン酸818gと五酸化二リン82gを仕込み、窒素雰囲気下の室温で20時間撹拌した。その後、イソフタル酸12.4gとジフェニルエーテル42.5gを仕込み、60℃まで昇温後、10時間反応させた。その後、4,4’−オキシビス安息香酸45.1gを添加し、更に40時間反応させた。室温まで冷却後、反応溶液を強撹拌したメタノール中に注ぎ込み、ポリマーを析出させ、濾過した。更にポリマーをメタノールで2回洗浄した。次に、イオン交換水で2回洗浄した。その後、ポリマーを真空下の180℃で10時間乾燥させることにより、ポリマーを得た。
比較例3に係るPAEK樹脂のガラス転移温度(Tg)、結晶融点(Tm)、還元粘度(dL/g)、及びアイゾット(Izod)衝撃強度を測定し、結果を表2に示した。
Figure 2021020972
Figure 2021020972
Figure 2021020972
Figure 2021020972
但し、上記表2中、比較例3については、繰り返し単位(2−1)は、イソフタル酸の繰り返し単位に読み替えてモル%を表示している。
実施例1〜12のPAEK樹脂は、表1−1〜表1−3に示されるように、ガラス転移温度(Tg)を140℃以上に調整することができ、市販のPEK樹脂(比較例1)と同等の耐熱性に優れた樹脂であることがわかる。また、実施例1〜12のPAEK樹脂は、このように優れた耐熱性を保持したまま、350℃以下、より好ましくは340℃以下、さらに好ましくは、290〜338℃の結晶融点(Tm)に制御することが可能であり、この結晶融点(Tm)は市販のPEK樹脂(比較例1)の結晶融点(Tm)(373℃)よりも低いので、良好な成形加工性を有し、また、PEK樹脂(比較例1)と同程度もしくは、70kJ/m以上と優れた耐衝撃性を示し、比較例3と比較し、エーテル結合の比率が増加しているため、耐衝撃性が優れていることがわかる。

Claims (6)

  1. 下記一般式(1−1)で表される繰り返し単位(1−1)と、下記一般式(2−1)で表される繰り返し単位(2−1)とを有するポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
    Figure 2021020972
    Figure 2021020972
    (式中、ArおよびArは下記一般式(3−1)で表される2価の有機基(3−1)であり、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
    Figure 2021020972
    (式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
  2. 前記繰り返し単位(1−1)と前記繰り返し単位(2−1)との割合が、モル比で、95:5〜5:95の範囲である、請求項1に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
  3. 前記繰り返し単位(1−1)が下記繰り返し単位(1−1−A)であり、前記繰り返し単位(2−1)が下記繰り返し単位(2−1−A)である、請求項1又は2に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂。
    Figure 2021020972
    Figure 2021020972
  4. 下記一般式(1−2)で表されるモノマー(1−2)と、下記一般式(2−2)で表されるモノマー(2−2)と、下記一般式(3−2)で表されるモノマー(3−2)とを、有機スルホン酸及び五酸化二リンの存在下で反応させる、請求項1から3のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造方法。
    Figure 2021020972
    Figure 2021020972
    (式中、m1及びm2は、それぞれ1〜3のいずれかの整数である。)
    Figure 2021020972
    (式中、nは0〜2のいずれかの整数である。)
  5. 前記モノマー(1−2)が下記モノマー(1−2−A)であり、前記モノマー(2−2)が下記モノマー(2−2−A)であり、前記モノマー(3−2)が下記モノマー(3−2−A)である、請求項4に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂の製造方法。
    Figure 2021020972
    Figure 2021020972
    Figure 2021020972
  6. 請求項1から3のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテルケトン樹脂を含む成形体。
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