JP2022500525A - ポリアリーレンエーテル - Google Patents

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Abstract

A)少なくとも1種の三官能価以上の化合物と、B)イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物とを重合形態で含むポリアリーレンエーテルであって、ポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンである、ポリアリーレンエーテル、その製造法、およびコーティング、フィルム、繊維、発泡体、膜または成形物品の製造においてそれを使用する方法。

Description

本発明は、無水糖に由来するジオールをベースとするポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンに関する。
ポリアリーレンエーテルスルホンおよびポリアリーレンエーテルケトンは、高性能熱可塑性樹脂として分類される。いくつかの科学出版物では、バイオベースのジオールに由来するポリアリーレンエーテルスルホンおよびポリアリーレンエーテルケトンの製造および特性が開示されている(Kricheldorfら、J Polm.Sci.Part A:Polymer Chemistry、33巻、2667〜2671頁(1995年);Chattiら、High Performance Polymers、21巻:105〜118頁、2009年;Abderrazakら、Macromol.Chem.Phys.2013年、214巻、1423〜1433頁;Belgacemら、Designed Monomers and Polymers、2016年、19巻、3号、248〜255頁)。1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールに由来するポリアリーレンエーテルスルホンもまた、WO2014/072473およびUS2017/0240708(A1)に開示されている。改善された溶融安定性を有し、かつ1,1,1−トリス(4−ヒドロキシフェニル)エタンに由来する最大で10質量%の単位を含有するポリアリーレンエーテルスルホンを最大で20質量%(wt%)を含む組成物が、US7,163,987(B2)から公知である。
WO2014/072473 US2017/0240708(A1) US7,163,987(B2)
Kricheldorfら、J Polm.Sci.Part A:Polymer Chemistry、33巻、2667〜2671頁(1995年) Chattiら、High Performance Polymers、21巻:105〜118頁、2009年 Abderrazakら、Macromol.Chem.Phys.2013年、214巻、1423〜1433頁 Belgacemら、Designed Monomers and Polymers、2016年、19巻、3号、248〜255頁
本開示が対処する課題は、少なくとも1個の−SO−基または−CO−基を含み、かつイソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物に由来する新規なポリアリーレンエーテルを提供することである。さらに、前記ポリアリーレンエーテルは、高温熱耐性があり、かつ良好な化学耐性を有する、コーティング、繊維、フィルム、発泡体および成形物品の製造を支持するはずである。1つの目的は、膜の製造に好適な新規ポリアリーレンエーテルを提供することであった。高いフラックス回収率および高い透過性を有する膜は、水、体液または食品生産における液体と接触して使用することを特に目的としていた。さらに、工業的に許容される反応時間内で前記新規なポリアリーレンエーテルを良好な収率で製造する方法が提供されるはずである。
本明細書では、
A) 少なくとも1種の三官能価以上の化合物と、
B) イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物と
を重合形態で含むポリアリーレンエーテルであって、ポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンである、ポリアリーレンエーテルが開示されている。
さらに、ポリアリーレンエーテルを製造するための、a)少なくとも1種の三官能価以上の化合物、およびb)イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物と、c)ジクロロジアリールスルホン、ジクロロジアリールケトンまたはそれらの混合物を含む少なくとも1種の二官能価化合物とを反応させる工程を含む方法が開示されている。コーティング、繊維、フィルム、発泡体、膜または成形物品、および前記もしくはそのようにして得られたポリアリーレンエーテルの少なくとも1種を含む繊維または膜の製造において、またはそれらを製造するための、それぞれそのように得られた前記ポリアリーレンエーテルの少なくとも1種を使用する方法が同様に開示されている。さらに、前記膜の少なくとも1種を含む少なくとも1つの物品が開示されている。さらに、水、体液または食品生産における液体と接触して前記膜を使用する方法が開示されている。
以下では、「少なくとも1種の」は、一般に、1種または2種以上、例えば、3種または4種または5種以上を意味し、この場合、以上とは、複数または不可算であることを意味することができる。例えば、「少なくとも1種の」は、1種、または2種以上の混合物を意味することができる。「少なくとも1種」は、化学化合物と関連して使用される場合、それらの化学構成、すなわち化学性質が異なる1種または2種以上の化学化合物が記載されているという意味で、意図されている。
以下では、「ポリマー」は、ホモポリマーもしくはコポリマー、またはそれらの混合物を意味することができる。当業者は、いずれのポリマー(それは、本来、ホモポリマーであってもよくまたはコポリマーであってもよい)も、通常、例えば、鎖長、分岐度または末端基の性質が異なる個々のポリマーの混合物であることを理解している。この事実はまた、分布として説明されることが多い。したがって、以下では、ポリマーへの接頭語としての「少なくとも1種の」とは、様々なタイプのポリマーが包含され得、これにより、各タイプは、上で述べたある特定の分布を有することがあることを意味する。
当業者は、いずれのポリマーも、モノマーもしくはオリゴマー、またはそれらの混合物に由来し、このポリマーは、次に、反応した重合形態でモノマーもしくはオリゴマーを含むことをさらに理解している。
以下では、
化合物Aは、少なくとも1種の三官能価以上の化合物であり、
化合物Bは、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物であり、
ジオールC1は、化合物Bではない、2個のヒドロキシ基を有する少なくとも1種の化合物であり、
化合物C2は、少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンもしくはジクロロジアリールケトン、またはそれらの混合物を含む少なくとも1種(least one)の化合物であり、
出発化合物は、重合される前には、化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1であり、
化合物Dは、ポリマー鎖中の反応性基に対して反応性がある1個の官能基を有する少なくとも1種の化合物であり、
溶媒Lは、少なくとも1種の溶媒である。
原理的に、任意の構造のポリアリーレンエーテルは、本開示により包含され、ただし、該ポリアリーレンエーテルは、化合物Aおよび化合物Bを含むことを条件とし、さらに該ポリアリーレンエーテルは、ポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンであることを条件とする。
ポリアリーレンエーテルに含まれる少なくとも1種の三官能価以上の化合物(化合物A)は、公知であるか、またはそれ自体、公知でない場合、当業者に公知の方法によって製造することができる。化合物Aは、分岐状ポリアリーレンエーテルをもたらすことができる。したがって、化合物Aは、分岐剤であってもよい。開示されているポリアリーレンエーテルは、分岐状であり得るが、通常、架橋化されていない。化合物Aが架橋化されている場合、大部分からわずか、または非常にわずかしか延びていない。化合物Aは、モノマーまたはオリゴマーであってもよい。化合物Aは、3個以上の官能基を有する。化合物Aの官能基の数およびその性質、ならびに量は、ポリアリーレンエーテルの分岐に影響を及ぼし得る。少なくとも1種の化合物Aが、3〜6個のこのような官能基を有することが好ましいことが多い。分岐がより少ないポリアリーレンエーテルが目的とされる場合、化合物Aは、3個または4個の官能基を有することが一層好ましくあり得る。少ない分岐が望ましい場合、少なくとも1種の化合物Aは、三官能価化合物であることが特に有利であり得る。官能基により、少なくとも1種の三官能価以上の化合物は、ポリアリーレンエーテルビルディング化合物と反応することができる。化合物C2、または化合物C2とジオールC1との混合物は、このようなポリアリーレンエーテルビルディング化合物とすることができる。化合物Aは、化合物Bと反応することもできる。
典型的な好適な官能基、例えば、ヒドロキシ、ニトロまたはハロゲン基は、ポリアリーレンエーテルの製造の条件下では、置換が可能である。化合物Aは、異なる性質の官能基を有することができる。官能基の様々な反応性によって分岐を制御することが望ましい場合、上記のことが有利であり得る。化合物Aの官能基がすべて、同じであることも可能である。これらは、等しい反応性を示すことがあるが、前記官能基は、重合反応中、化合物Aの化学構成に応じて、それらの反応性がやはり異なり得る。ヒドロキシ基および/またはハロゲン基が、好ましくあり得る。ハロゲン基の間では、塩素が特に好ましい。3〜6個、具体的には3個または4個のヒドロキシおよび/またはハロゲン(特に、塩素)基を有する化合物Aが、最も好ましい可能性がある。化合物Aが、3個のヒドロキシ基を有し、したがって、トリオールであることは非常に好ましくあり得る。
化合物Aは、芳香族化合物とすることができる。ポリアリーレンエーテルが、高温耐熱性のおよび/または滅菌可能なコーティング、フィルム、繊維、発泡体、膜または成形物品の生産向けである場合、芳香族化合物が好ましくあり得る。
3個または3個より多いヒドロキシ基を含有する芳香族化合物のタイプである化合物Aとして、フロログルシン、4,6−ジメチル−2,4,6−トリ−(4−ヒドロキシ−5フェニル)−ヘプテン−2(イソプロペニルフェノール三量体)、4,6−ジメチル−2,4,6−(4−ヒドロキシフェニル)−ヘプタン(水素化イソプロペニルフェノール三量体)、1,3,5−トリ−(4−ヒドロキシフェニル)−ベンゼン、1,1,1−トリス−(4−ヒドロキシフェニル)−エタン、1,1,1−トリス−(4−ヒドロキシフェニル)−プロパン、テトラ−(4−ヒドロキシフェニル)−メタン、1,4−ビス−(4’,4”−ジヒドロキシトリフェニル)−メチル]−ベンゼンおよび2,2−ビス−[4,4’−ビス−(4−ヒドロキシフェニル)−シクロヘキシル]−プロパンを言及することができる。O位が無置換のp−アルキル置換モノフェノールとホルムアルデヒドまたはホルムアルデヒドを生成する化合物との反応によって製造することができる三価または三価より高いフェノール、例えば、p−クレゾールおよびホルムアルデヒドからのトリスフェノール、すなわち2,6−ビス−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルベンジル)−4−メチルフェノールもまた、好適であり得る。好適な芳香族化合物の他の例には、2,6−ビス−(2’−ヒドロキシ−5’−イソプロピル−1−ベンジル)−4−イソプロペニル1−フェノールおよびビス−ヒドロキシ−3−(2’−ヒドロキシ−5’−メチルベンジル−5−メチルフェニル]−メタンが挙げられる。
塩素基を有する芳香族化合物のタイプである化合物Aの例は、1,3,5−トリス−(4−クロロフェニル−スルホニル)−ベンゼン、2,4,4’−トリクロロジフェニルスルホン、1−クロロ−2,6−ビス−(4−クロロフェニル−スルホニル)−ベンゼンである。
1,1,1−トリスヒドロキシフェニルエタン(THPE)は、芳香族化合物であること、ポリアリーレンエーテルの製造の条件下で反応が容易であること、および工業的利用性の観点から、特に関心が持たれ得る。THPEは、化合物Bと化合物Cとの間の重合の進行を促進することができ、この理由のため、非常に有利であり得る。さらに、健康上の安全性の観点が重要な分野で、例えば、食品産業または医療分野における、水または液体と接触して、使用するためのポイルアリーレン(poylarylene)エーテルでは、THPEの使用が有利であり得る。
分岐の質を様々にするため、様々な三官能価以上の化合物の混合物が、ポリアリーレンエーテルに含まれ得る。したがって、例えば、2〜5種、例えば、2〜4種の三官能価以上の化合物が含まれ得る。2種または3種の三官能価以上の化合物が含まれることが好ましくあり得る。工業的生産の複雑さの観点から、2種の三官能価以上の化合物、特に1種の三官能価以上の化合物しかそれぞれ含まれないことがさらに好ましくあり得る。
化合物Aの量は、様々になり得る。少なすぎる量の化合物Aが含まれる場合、一般に、ポリアリーレンエーテルの分子量は、大抵の用途にとって余りにも小さすぎる範囲に留まる。さらに、分子量の向上が、効率的な工業的生産にとって十分速く起こらないことがある。量が多すぎると、ポリアリーレンエーテルのようなゲルの形成をもたらす恐れがある。このことはまた、ポリアリーレンエーテルの適用性の範囲の観点から望ましいことではないことがある。したがって、一般に、ポリアリーレンエーテルは、ポリアルリエン(polyarlyene)エーテルに含まれる化合物AおよびBならびにジオールC1の総量に対して、0.5〜5mol%の化合物A、例えば、0.5mol%、1mol%、1.5mol%、2mol%、2.5mol%、3mol%、3.5mol%、4mol%、4.5mol%または5mol%の化合物Aを含むのが有利である。したがって、ポリアリーレンエーテルは、ポリアルリエンエーテル(polyarlyene ether)に含まれる化合物AおよびBならびにジオールC1の総量に対して、0.5〜4mol%の化合物Aを含むことが好ましいものとなり得る。ポリアリーレンエーテルは、ポリアルリエンエーテルに含まれる化合物AおよびBならびにジオールC1の総量に対して、0.1〜3mol%の化合物Aを含むことが最も好ましくあり得る。
ポリアリーレンエーテル中に含まれる化合物Bは、イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物である。化合物Bは、当業者に公知である。イソソルビド、イソマンニドおよびイソイジドは、1,4:3,6−ジアンヒドロヘキシトールのファミリーに属し、式I:
Figure 2022500525
である。
ガラス転移温度およびその調節などの所望の特性に応じて、ポリアリーレンエーテルは、化合物Bとして、1種、または前記ジアンヒドロヘキシトールのうちの2つもしくは3つのすべてからなる混合物を含むことができる。したがって、例えば、ポリアリーレンエーテルは、イソソルビドとイソマンニド、イソソルビドとイソイジドまたはイソマンニド、とイソイオジド(isoiodide)を含むことができる。イソソルビド、イソマンニドまたはイソイオジドしか含まれないことが好ましいことがある。イソソルビドが、例えば、市販されていること、およびイソソルビドがポリアリーレンエーテルに付与することができる熱安定性が理由で最も好ましい可能性がある。イソイジドは、反応が容易という点で、有利であり得る。
ポリアリーレンエーテルは、唯一のジオールとして、化合物Bを含むことができる。さらに、ポリアリーレンエーテルは、二官能価であり、かつ2個のヒドロキシ基を有する少なくとも1種のさらなる化合物、すなわちジオールであって、化合物Bではなく(ジオールC1)、かつ重合形態でポリアリーレンエーテルに含まれているジオールに由来することも可能である。ポリアリーレンエーテルは、化合物BおよびジオールC1の出発原料の総質量に対して、5〜100mol%の化合物Bに由来することが可能であり得る。ポリアリーレンエーテルは、化合物BおよびジオールC1の出発原料の総質量に対して、25〜100mol%、最も好ましくは50〜100mol%の化合物Bに由来することがより好ましくあり得る。特に、ポリアリーレンエーテルが、食品生産または医療分野において、水、液体に接触する製品の製造のために、より詳細には、前記分野における中空繊維または膜の生産のために探し求められる場合、ポリアリーレンエーテルは、化合物Bを唯一のジオールとして含むことが有利であり得る。
ジオールC1は、脂肪族または芳香族化合物とすることができる。一般に、ジオールC1は、好ましくは芳香族化合物とすることができる。例えば、ジオールC1は、ジヒドロキシアリーレンスルホンまたはジヒドロキシアリーレンケトンであってもよい。以下の化合物が、好ましいものであり得るジオールC1の例である:
− ジヒドロキシベンゼン、とりわけヒドロキノンおよびレゾルシノール;
− ジヒドロキシナフタレン、とりわけ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および2,7−ジヒドロキシナフタレン;
− ジヒドロキシビフェニル、とりわけ4,4’−ビフェノールおよび2,2’−ビフェノール;
− ビスフェニルエーテル、とりわけビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテルおよびビス(2−ヒドロキシフェニル)エーテル;
− ビスフェニルプロパン、とりわけ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)プロパンおよび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、とりわけビス(4−ヒドロキシフェニル)メタン;
− ビスフェニルスルホン、とりわけビス(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、とりわけビス(4−ヒドロキシフェニル)スルフィド;
− ビスフェニルケトン、とりわけビス(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、とりわけ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;および
− ビスフェニルフルオレン、とりわけ9,9−ビス(4−ヒドロキシフェニル)フルオレン。
ジオールC1は、好ましくは、ヒドロキノン、レゾルシノール、ジヒドロキシナフタレン、とりわけ2,7−ジヒドロキシナフタレン、4,4’−ビフェノールまたはそれらの混合物であることができる。
ジオールC1として、2種以上のジオールの混合物が、ポリアリーレンエーテルに含まれ得るが、1種しか含まず、この1種は、最も好ましくは、ヒドロキノンまたは4,4’−ビフェノールであることができることが好ましいことがある。ある種の態様では、ジオールC1がジヒドロキシジフェニルスルホンであることも有利であり得る。
ポリアリーレンエーテルは、ポリアリーレンエーテルケトンまたはポリアリーレンエーテルスルホンである。一般に、ポリアリーレンエーテルケトンは、アリーレン基に連結する−O−基および−CO−基を含む。ポリアリーレンエーテルケトンは、−O−基および−CO−基しか含まなくてよい。ポリアリーレンエーテルケトンは、アリーレン基に連結するさらなる基を含むことも可能である。アリーレン基に連結するこのようなさらなる基の例は、−S−基、−NN−基またはアルキレン基である。したがって、ある特定の量の−SO−基またはある特定の量の−SO−基、および少なくとも1個のさらなる基を含むポリアリーレンエーテルケトンが、本開示に含まれる。この場合、ポリアリーレンエーテルケトンに存在する理論的に可能な−CO−基の50mol%未満が、−SO−基により置き換えられている。一般に、ポリアリーレンエーテルケトンに存在する理論的に可能な−CO−基の約30〜40mol%以下が、−SO−基により置き換えられている。ポリアリーレンエーテルケトンに存在する場合、通常、ポリアリーレンエーテルケトンに存在する理論的に可能な−CO−基の1mol%以上、好ましくは5mol%以上が、−SO−基により置き換えられ得る。したがって、例えば、ポリアリーレンエーテルケトンに存在する理論的に可能な−CO−基の1〜20mol%が、−SO−基により置き換えられ得る。
同様に、ポリアリーレンエーテルスルホンは、アリーレン基に連結する−O−基および−SO−基しか含まなくてもよい。ポリアリーレンエーテルスルホンは、アリーレン基に連結するさらなる基を含むことも可能である。−S−、−NN−またはアルキレン基などの基が、その例として言及することができる。したがって、ある特定の量の−CO−基またはある特定の量の−SO−基、および少なくとも1個のさらなる基を含むポリアリーレンエーテルスルホンが、本開示に含まれる。この場合、ポリアリーレンエーテルスルホンに存在する理論的に可能な−SO−基の50mol%未満が、−CO−基により置き換えられている。一般に、ポリアリーレンエーテルスルホンに存在する理論的に可能な−SO−基の約30〜40%以下が、−CO−基により置き換えられている。ポリアリーレンエーテルスルホンに存在する場合、通常、ポリアリーレンエーテルスルホンに存在する理論的に可能な−SO−基の1mol%以上、好ましくは5mol%以上が、−CO−基により置き換えられていてもよい。したがって、例えば、ポリアリーレンエーテルスルホンに存在する理論的に可能な−SO−基の1〜20mol%が、−CO−基により置き換えられていてもよい。
ポリアリーレンエーテルは、一般式II(単位U1)である少なくとも1個の単位
Figure 2022500525
および単位U1および化合物Aに由来する少なくとも1個の単位(単位U2)
(式中、記号t、q、Q、T、Y、ArおよびArの定義は、以下の通りである:
r:0または1であり
t、q:互いに独立して、0または1または2または3であり
Q、T、Y:互いに独立して、各場合において、化学結合、または−O−、−S−、−SO−、S=O、C=O、−N=N−および−CR−(式中、RおよびRは、互いに独立して、各場合において、水素原子またはC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシ、C3〜C12−シクロアルキルもしくはC6〜C18−アリール基である)から選択される基であり、Q、TおよびYの少なくとも1個は、−SO−または−CO−であり、
Z:ISOSO、ISOMAまたはISOIDに由来する基であり、
ArおよびAr:互いに独立して、6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基である)
を含むことが好ましくあり得る。
上述の前提条件の範囲内で、Q、TまたはYが化学結合である場合、これは、左側にある隣接基および右側にある隣接基が、化学結合を介して互いに直接連結して存在することを意味する。
しかし、式II中のQ、TおよびYは、−O−および−SO−から互いに独立して選択されるのが好ましくあり得るが、ただし、Q、TおよびYからなる基の少なくとも1個は、−SO−である。
Q、TまたはYが、−CR−である場合、RおよびRは、互いに独立して、各場合において、水素原子、またはC1〜C12−アルキル、C1〜C12−アルコキシまたはC6〜C18−アリール基である。
C1〜C12−アルキルは、1〜12個の炭素原子を有する線状および分岐状の飽和アルキル基を含むことが好ましくあり得る。以下の部分:C1〜C6−アルキル部分、例えば、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル、sec−ブチル、2−または3−メチルペンチルおよびさらに長い鎖部分、例えば、非分岐状ヘプチル、オクチル、ノニル、デシル、ウンデシル、ラウリル、およびそれらの1個の分岐のあるまたは複数の分岐のある類似体を特に言及することができる。
上述のC1〜C12−アルコキシ基に使用することができるアルキル部分は、例えば、1〜12個の炭素原子を有する、上で定義したアルキル部分である。
C3〜C12−シクロアルキルは、特に、C3〜C8シクロアルキル、例えば、シクロプロピル、シクロブチル、シクロペンチル、シクロヘキシル、シクロヘプチル、シクロオクチル、シクロプロピルメチル、シクロプロピルエチル、シクロプロピルプロピル、シクロブチルメチル、シクロブチルエチル、シクロペンチルエチル、−プロピル、−ブチル、−ペンチル、−ヘキシル、シクロヘキシルメチル、−ジメチルおよび−トリメチルを含むことができる。
ArおよびArは、互いに独立して、二官能価C6〜C18−アリーレン基である。それぞれ、上記または下記の出発原料から始めて、Arは好ましくは、求電子攻撃に非常に反応性の高い電子豊富芳香族物質に由来することができ、Arは、ヒドロキノン、レゾルシノール、ジヒドロキシ−ナフタレンとすることができ、特に、Arは、2,7−ジヒドロキシナフタレンまたは4,4’−ビフェノールとすることができる。Arは、好ましくは、無置換の二官能価C6−またはC12−アリーレン基とすることができる。
二官能価C6〜C18−アリーレン基ArおよびArは、フェ二レン基であり、互いに独立して、例えば、1,2−、1,3−および1,4−フェニレン、ナフチレン基、例えば、1,6−、1,7−、2,6−または2,7−ナフチレンであり、またはアントラセン、フェナントレンもしくはナフタセンに由来する二官能価アリーレン基でもあることが特に好ましくあり得る。
ArおよびArは、互いに独立して、1,4−フェニレン、1,3−フェニレン、ナフチレン、特に、2,7−ジヒドロキシナフチレンまたは4,4’−ビフェニレンであることが好ましくあり得る。
ポリアリーレンエーテルは、以下の繰り返し単位IIa〜IIdの少なくとも1個を含むことが好ましくあり得る:
Figure 2022500525
(式中、xは、0.05〜1であり、nは1である)
ポリアリーレンエーテルスルホンは、繰り返し単位を特に好ましくは有していてもよく、Arは、1,4−フェニレンであり、tは1であり、qは0であり、TおよびYはSOである。このポリアリーレンエーテルスルホンは、ポリエーテルスルホン(PESU)型ポリアリーレンエーテル(それぞれ、式IIaまたはIIb)と呼ぶことができる。
ポリアリーレンエーテルスルホンは、繰り返し単位を特に好ましくは有していてもよく、Arは、1,4−フェニレンであり、tは1であり、qは0であり、TはC(CHであり、YはSOである。このポリアリーレンエーテルスルホンは、ポリスルホン(PSU)型ポリアリーレンエーテル(式IIc)と呼ぶことができる。
ポリアリーレンエーテルスルホンは、繰り返し単位を特に好ましくは有していてもよく、Arは、1,4−フェニレンであり、tは1であり、qは0であり、Tは化学結合であり、YはSOである。このポリアリーレンエーテルスルホンは、ポリフェニレンスルホン(PPSU)型ポリアリーレンエーテル(式IId)と呼ぶことができる。
本開示の目的のため、PPSU、PESUおよびPSUなどの略称は、DIN EN ISO1043−1:2001に準拠する。
当業者は、少なくとも1個の単位U2は、上記の単位U1および上記の化合物Aを、それらの可能な組合せのいずれかで構造的に組み込むことを認識しているであろう。
したがって、ポリアリーレンエーテルの分子構造は、例えば、繰り返し単位IIbを含むPESU型ポリアリーレンエーテルに関して、式IIa1および/またはIIa2の単位を含むと概略的に表すことができ、化合物Aは、1,1,1−トリスヒドロキシフェニルエタンである。
Figure 2022500525
当業者は、少なくとも1個の単位U1と少なくとも1個の単位U2とのモル比は、上記のポリアリーレンエーテル内の化合物Aの量に依存することを認識しているであろう。
任意に、ポリアリーレンエーテルは、少なくとも1種の追加の繰り返し単位U3をさらに含むことができる。前記少なくとも1個の追加の繰り返し単位U3は、好ましくは、以下の式IIIa〜IIIoとすることができる:
Figure 2022500525
特に好ましくあり得る一般式IIIの単位U3は、単位IIIa、IIIgおよび/またはIIIkである。
ポリアリーレンエーテルは、統計学的に、単位U1、U2および/またはU3を含むことができる。
ポリアリーレンエーテルの末端基の性質は、特に限定されない。一般に、末端基は、反応性末端基または非反応性末端基が、末端基として望ましいかどうかに依存し得る。反応性末端基は、例えば、ポリアリーレンエーテルを少なくとも1種のさらなるモノマーまたはポリマーと重合させて、ブロックコポリマーまたはポリマーネットワークなどのコポリマーを生成することが意図されている場合に好ましくあり得る。可能な末端基は、フェノール性OH末端基またはフェノレート末端基、フェノール性アルコキシ末端基(これらの中で、−OCH末端基が好ましくあり得る)、アミノ末端基(これらの中で−NHが好ましくあり得る)、塩素末端基である。Clは、末端基のうちで、最も好ましくあり得る。末端基は、フェノール性無水末端基であることも可能である。末端基は、1つのタイプとすることができるか、または互いに異なることができる。一般に、末端基は、Cl−、OH−および/または−OCHであることが好ましくあり得る。多くの場合、不活性末端基は、反応性末端基をキャップすることにより利用可能である。ポリアリーレンエーテルが、溶液からの生成方法、例えば、溶液紡糸または溶液からキャストによって利用可能な用途が意図されている場合、キャップは、必要としないことがある。キャップされていないポリアリーレンエーテルは、膜生成と関連して特に有用であり得る。この場合、Clおよび/またはOH末端基を有するポリアリーレンエーテルが有利であり得る。
ポリアリーレンエーテルは、好ましくは、0.20〜1.30dl/g、とりわけ0.30〜0.95の相対粘度を有することができる。ポリアリーレンエーテルの溶解度によれば、相対粘度は、フェノールおよびジクロロベンゼンの混合物中、1質量%のN−メチルピロリドン溶液中で、または96%硫酸中で、各場合において20℃または25℃で測定することができる。
ポリアリーレンエーテルは、GPCによって決定すると、2000〜75000g/mol、とりわけ5000〜45000g/molの範囲の平均分子量Mn(数平均)を好ましくは有することができる。
ポリアリーレンエーテルの質量−平均モル質量Mwは、80℃で操作した4本のカラム(プレカラム、ポリエステルコポリマーに基づく3本の分離用カラム)を使用して、標準品として狭い分布のポリメタクリル酸メチル(800〜1820000g/molの間に較正)に対する溶媒としてジメチルアセトアミド中、ゲル浸透クロマトグラフィーにより決定すると、好ましくは、10000〜200000g/molとすることができ、特に、Mwは、15000〜150000g/molとすることができ、Mwは、特に好ましくは、18000〜100000g/molとすることができる。流速は、1ml/分に設定し、注入量は100μlとした。検出は、RI検出器を使用して行った。
開示されたポリアリーレンエーテルは、
a)少なくとも1種の三官能価以上の化合物(化合物A)、および
b)イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物(化合物B)

c)少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンもしくはジクロロジアリールケトン、またはそれらの混合物を含む少なくとも1種の二官能価化合物(化合物C2)と
反応させる工程を含む方法により有利なことに製造され得る。
化合物Aおよび化合物Bは、上に記載されている。
化合物C2は、公知であるか、またはそれ自体が公知でない場合、当業者に公知の方法によって製造されてもよい。化合物C2は、二官能価化合物である。「二官能価」とは、二官能価化合物が、化合物A、B、および存在する場合、ジオールC1に対して反応性がある2個の官能基であって、フッ素または臭素ではない2個の官能基を有することを意味する。一般に、化合物C2は、基本的な制限をなんら受けず、ただし、求核芳香族置換内に十分な反応性があることを条件とする。
化合物C2は、少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンもしくはジクロロジアリールケトン、またはそれらの混合物を含む。さらに、化合物C2は、二官能価であり、−S−、S=O、−N=N−および/または−CR−基を含むポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンの製造を可能にする少なくとも1種の化合物を例えば含むことができる。
ポリアルリエンエーテルケトン化合物の製造に関して、C2は、少なくとも1種である、例えば1種または複数のジクロロジアリールケトン、例えば1〜3種のジクロロジアリールケトンであることができ、この場合、1種または2種、特に1種のジクロロジアリールケトンが好ましくあり得る。化合物C2は、少なくとも50mol%の少なくとも1種のジクロロジアリールケトンと50mol%未満の少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンとの混合物であることも可能である。例えば、化合物C2は、50mol%、例えば60mol%〜80mol%以上、例えば90mol%の少なくとも1種のジクロロジアリールケトンと、残りの、少なくとも1種の、例えば、1〜3種のジクロロジアリールスルホン(1種または2種、特に1種が、好ましいジクロロジアリールスルホンであり得る)との混合物であることができる。
ポリアリーレンエーテルスルホンの製造に関して、化合物C2は、少なくとも1種である、例えば1種または複数のジクロロジアリールスルホン、例えば1〜3種のジクロロジアリールスルホンであることができ、この場合、1種または2種、特に1種のジクロロジアリールスルホンが好ましくあり得る。化合物C2は、少なくとも50mol%の少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンと50mol%未満の少なくとも1種のジクロロジアリールケトンとの混合物であることも可能である。例えば、化合物C2は、50mol%、例えば60mol%から80mol%以上、例えば90mol%の少なくとも1種のジクロロジアリールスルホンと、残りの、少なくとも1種の、例えば1〜3種のジクロロジアリールケトン(1種または2種、特に1種のジクロロジアリールケトンが好ましくあり得る)との混合物であることができる。
ポリアリーレンエーテルスルホンの製造に関して、好適な化合物C2は、とりわけ、少なくとも1種の、好ましくは1種であり得る、ジクロロ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、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であり得、特に好ましいのは、4,4’−ジクロロジフェニルスルホンとすることができる。PESUが探し求められる場合、4,4’−ジクロロジフェニルスルホン(DCDPS)を使用することができる。本明細書において開示されているポリアリーレンエーテルスルホンは、同等の分子量を有する対応する線状ポリマーに比べて、より低い溶液粘度を一般に示す。この理由のため、ポリアリーレンエーテルスルホンは、同等の分子量を有する対応する線状ポリマーよりも、特に膜の製造の場合に、溶液から一般に良好に加工可能である。
モノマー化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1から始めた方法が、大抵の場合、好ましく、これは、この反応が、好ましくは、プレポリマーから始めるのではなく、モノマーから始めて行うことができることを意味する。
出発化合物は、重縮合反応に入り、ポリアリーレンエーテルコポリマーを与え、これは、通常、少なくとも触媒量の塩基の存在下で行うことができる。重縮合反応は、溶媒Lの非存在下で行ってもよく、また場合により、溶媒Lの存在が好ましくあり得る。反応混合物が形成される。反応混合物の構成成分は、一般に、同時に反応させる。個々の構成成分は、上流工程で混合されて、続いて反応させることができる。個々の構成成分を反応器に供給することも可能であり、この反応器内で、これらの構成成分が混合されて、次に、反応する。反応は一段階で行われるのが好ましくあり得る。これは、化合物B、ならびに存在する場合、OH基を有するジオールC1およびAの脱プロトン化、さらにまた化合物C2とのそれらの縮合反応が、中間生成物の単離なしに単一の反応段階で起こることを意味する。
末端基の同時制御を伴うポリアリーレンエーテルの製造は、当業者に一般に知られており、より詳細には、以下に詳述されている。ポリアリーレンエーテルコポリマーの場合、製造は、重合の前に、すなわち出発化合物として、化合物A、B、C、ならびに存在する場合、Dおよび/またはEが有する、それらの官能基の量を制御することによって例えば、実現することができる。使用される出発化合物の比は、ハロゲン化水素、例えば、塩化水素の理論上の脱離と共に進行する、重縮合反応の化学量論から原理的に導かれ、当業者によって公知の方法で確立されている。
互いに反応性がある出発化合物の官能基のモル比が制御または調節されることが一般に好ましい。したがって、塩素基と、塩素に対して反応性がある官能基、例えば、多くの場合、ヒドロキシ基とのモル比は、末端基の制御または反応速度および分子量の制御などの因子に応じて、様々になり得る。モル比は、等モル濃度とすることができる。代替では、塩素基のモル比は、塩素に対して反応性がある官能基、例えば、多くの場合、ヒドロキシ基のモル比よりも高くすることができるか、またはその反対とすることができる。したがって、例えば、フェノレート末端基を含むポリアリーレンエーテルスルホンであるポリアリーレンエーテルの分子量は、出発化合物BとC2との間の化学量論比の規定した補正を使用して調節することができる。一般に、そのモル比は、約3:1〜約1:3以下、例えば、約2:1〜約1:2である。より高い分子量を得ることに関して、モル比は、大抵の場合、より等比に近い分子比である。
上で議論した通り、化合物AおよびジオールC1は、塩素に対して反応性のある官能基を有することができる。化合物Aは、塩素官能基を有してもよい。同様に、化合物C2は、2個の塩素基を有するか、または1個の塩素基および塩素に反応性のある1個の基を有する。したがって、このように、出発化合物の比、およびそれらに伴い官能基の比が選択されなければならない。
例えば、フェノール性OH末端基の数を増大させるためには、過剰のOH末端基が好ましい。塩素末端基とフェノール性OH末端基との比は、ヒドロキシ官能基を有する過剰の出発化合物の設定を制御することによって調節されることが好ましくあり得る。モル数に基づくと、OH基と塩素基の比は、この場合、1.005〜1.2、とりわけ1.01〜1.15、最も好ましくは1.02〜1.1とすることができる。
一層安定な末端基が探し求められる場合、塩素末端基の数、特にフェニル塩素の数を増加させることが好ましくあり得、したがって、過剰の塩素末端基が好ましい。好ましい実施形態では、官能基と末端基との比、例えば多くの場合、好ましいヒドロキシ基と塩素末端基との比は、過剰の塩素含有化合物の設定を制御することにより調節される。好ましくは、この場合、モル数に基づくと、塩素とOH基の比は、1.005〜1.2、とりわけ1.01〜1.15、最も好ましくは1.02〜1.1とすることができる。
好ましくは、重縮合における変換率は、少なくとも0.9であり、これは、十分に高い分子量を確実にする。
原理的に、本方法は、溶媒の非存在下で行うことができる。特に、ポリアリーレンエーテルの非常に薄い色調が目的とされる場合、本方法は、少なくとも1種の溶媒(溶媒L)の存在下で、大抵の場合、一層有利に行うことができる。
本発明の文脈では、好ましくあり得る溶媒Lは、有機の、とりわけ非プロトン性極性溶媒である。好適な溶媒Lはまた、80〜320℃、とりわけ100〜280℃、好ましくは150〜250℃の範囲の沸点を有することができる。好適な非プロトン性極性溶媒は、例えば、高沸点エーテル、エステル、ケトン、非対称塩素化炭化水素、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、ジメチルアセトアミド(DMAC)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)またはN−エチル−2−ピロリドン(NEP)またはそれらの任意の組合せである。溶解度を増大させるため、溶媒Lは、例えば、2〜3種の溶媒の混合物とすることができる。大部分の場合、2種、またはより好ましくは1種の溶媒だけを使用するのが十分であり得る。
溶媒Lは、とりわけ、DMAC、NMPまたはNEP、または任意のそれらの混合物とすることができる。
好ましくは、本方法は、化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1を、言及した少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒中、例えば、DMAC、NMPまたはNEPまたは任意のそれらの混合物中で反応させる工程を含み、とりわけ、N−メチル−2−ピロリドンが好ましくあり得る。したがって、出発化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1の混合物から進行させることが好ましくあり得る。ブロックコポリマーの形成を促進するため、ある種の化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1を、反応中、様々な時間で添加することも当然ながら可能である。少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒中、例えば、DMAC、NMPまたはNEPまたは任意のそれらの混合物(NMPがとりわけ好ましくあり得る)中で、1種の化合物A、1種の化合物B、1種のジオールC1、および1種の化合物C2からなる混合物から出発することが特に好ましくあり得る。本方法を行う好ましい様式の例は、少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒中で、例えば、DMAC、NMPもしくはNEPまたは任意のそれらの混合物(とりわけNMP中があり得る)中で、1種の化合物A、1種の化合物Bおよび1種の化合物C2を反応させることである。
反応中に放出される水を分離するため、トルエンまたはクロロベンゼンのような共沸混合物形成性共溶媒が使用されてもよい。通常、このような共沸混合物形成性共溶媒を使用しないことが好ましくあり得る。加熱過程の間に、溶媒Lと共に水を分離することが、一般に、好ましくあり得る。溶媒Lの喪失は、例えば、より多量の溶媒Lを用いて開始することによって、または反応中に溶媒Lを添加することによって補うことができる。反応中の粘度上昇の制御はまた、ポリアリーレンエーテルの分子量を制御する手段であり得る。
開示されている方法は、化合物A、B、C2、および存在する場合、ジオールC1を、少なくとも1種の塩基の存在下で反応させることを一般に含むことができる。当業者は、化合物C2の塩素置換基に対する反応性を増大させるため、OH基、例えばフェノール性OH基などの官能基が、少なくとも1種の塩基の存在下で好ましくは反応することを認識している。
前記少なくとも1種の塩基は、通常、水酸化物、炭酸塩または炭酸水素塩とすることができる。したがって、塩基は、少なくとも1種の水酸化物と少なくとも1種の炭酸塩との混合物、または少なくとも1種の炭酸塩と少なくとも1種の炭酸水素塩との混合物であってもよい。したがって、少なくとも1種の無水炭酸アルカリ金属塩が好ましくあり得る。異なる水酸化物または異なる炭酸塩または異なる炭酸水素塩の混合物を例えば使用することも可能であり得る。1種の塩基を使用するのが好ましくあり得る。1種の塩基が、1種の炭酸アルカリ金属塩であることが好ましくあり得る。特に、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムまたはそれらの混合物が、好ましくあり得、非常に特には、炭酸カリウムが塩基として使用されるのが好ましくあり得る。反応速度の観点から、および非常に薄く着色したポリアリーレンエーテルが目的とされる場合、とりわけ、100マイクロメートル未満、例えば、5〜80μm、好ましくは10〜60μm、例えば、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μmまたは55μmの体積加重平均粒子サイズを有する、または5〜100μmの間の任意の不揃いのμmサイズを有する炭酸カリウムが、Malvern Mastersizer2000機器を使用して、クロロベンゼン/スルホラン60/40中の固体の懸濁液で決定される。
特に好ましくあり得る組合せは、溶媒としてDMAC、NMPもしくはNEP、または任意のそれらの混合物、および塩基として炭酸カリウム、とりわけ100μm未満のサイズの炭酸カリウムである。特に好ましくあり得る組合せの1つは、溶媒としてNMP、および塩基として炭酸カリウム、とりわけ、上記の通りに決定した、100μm未満、例えば、5〜80μm、好ましくは10〜60μm、例えば、20μm、25μm、30μm、35μm、40μm、45μm、50μmまたは55μmのサイズ、または5〜100μmの間の任意の不揃いのμmサイズの炭酸カリウムである。
化合物A、B、C2、および存在する場合、C1の反応は、この反応が許容される速さで進行する温度で行うことができ、所望の分子量および分子量分布を有するなどの許容される品質のポリアリーレンエーテルをもたらす。一般に、本方法は、80〜250℃、好ましくは100〜220℃の温度で行う(carried at out)ことができる。本方法が溶媒Lの存在下、および周囲圧で行われる場合、温度の上限は、溶媒Lの沸点により通常、決定される。特に、本方法が溶媒の非存在下で行われる場合、反応剤の安定性が、反応温度を限定する因子であり得る。
当業者が、生成する特定のポリアリーレンエーテルに反応温度および時間を適応させてもよいが、180〜205℃の範囲の反応温度が適用可能であり得、185〜195℃の温度が好ましくあり得る。後者の温度では、本反応は、2〜20時間、例えば、3〜18時間、例えば5〜15時間、かかり得る。特に、本方法がNMPなどの溶媒L中で行われる場合、前記条件が好ましい条件であり得る。
本方法において、ポリマー鎖に含まれている反応性基に対して反応性がある1個の官能基を有する少なくとも1種の化合物(化合物D)を使用することが可能であり得る。1種の化合物Dが使用されることが好ましくあり得る。したがって、ポリアリーレンエーテルコポリマーの鎖長を制御することが可能であり得る。一般に、重縮合反応後、例えば、少なくとも0.9の転化率に到達した後の化合物Dとの反応が好ましくあり得る。化合物Dが、少なくとも1種の脂肪族有機塩素であることが好ましくあり得る。結果は、反応性基のさらなる反応であり、この反応性基は、末端基、特にヒドロキシ末端基とすることができる。次に、ポリアリーレンエーテルコポリマーは、反応した形態で化合物Dを含む。このようなポリアリーレンエーテルコポリマーは、とりわけ、さらなる加工の過程の間にポリマー鎖がさらに延びることに対して、通常、安定化されている。
好ましい少なくとも1種の脂肪族有機のハロゲン化合物は、少なくとも1種のハロゲン化アルキル、特に、1〜10個の炭素原子を有する線状または分岐状アルキル基を有する塩化アルキルであり、これは、特に、一級塩化アルキル、特に好ましくはハロゲン化メチル、特に塩化メチルとすることができる。
化合物Dとの反応は、90°〜160℃、特に、100℃〜150℃の温度で好ましくは行われ得る。時間は、幅広く変わり得、通常、少なくとも5分間、特に少なくとも15分間である。反応時間は、一般に、好ましくは15分間〜8時間、特に30分間〜4時間とすることができる。
化合物D、より詳細には少なくとも1種の脂肪族有機塩素の反応に様々な方法を使用することができる。化合物D、より詳細には少なくとも1種の脂肪族有機塩素化合物の使用される量は、さらに、化学量論であるかまたは過剰を表すことができ、この場合、過剰とは、例として、最大で5倍過剰であることができる。例えば、少なくとも1種の脂肪族有機塩素が、連続的に、特に、ガス流の形態での連続導入により添加されるのが好ましくあり得る。
化合物Dとの反応は、個別の工程ユニットで行うことができるか、または場合により、重縮合反応器で直接行うのが好ましくあり得る。
本方法は、溶媒Lの存在下で行われた場合には、反応が完了した後、例えば、溶媒Lとすることができるさらなる溶媒L(この場合、反応は、DMAC、NMP、NEPまたは任意のそれらの混合物などで行われ、NMPが好ましくあり得る)が、通常、添加されて、反応混合物を冷却する。例えば、この反応混合物は、化合物Dが個別のユニットでまたは上記の重縮合反応器でポリアリーレンエーテルと反応させることができる温度範囲まで冷却することができる。この後、この反応混合物は、必要な場合、さらに冷却されてもよく、約80℃が好ましくあり得る。ポリアリーレンエーテルが、化合物Dと反応しない場合、反応混合物が、約80℃まで冷却されるのが好ましくあり得る。この温度では、通常、分散液である反応混合物は、通常、反応容器を備える個々の反応ユニットから採取されて、少なくとも1個の分離ユニットに移される。前記分離ユニットは、反応中に形成する塩、例えば反応混合物から塩化カリウムを分離するろ過ユニットを好ましくは備えてもよい。分散液の粘度に応じて、本方法は、数分から数時間、例えば、30分〜24時間かかり得る。この時間の間、ろ液はまた、周囲温度(23℃)まで冷却させてもよい。次に、生成物は、非溶媒の添加により、沈殿などを介して単離されてもよい。これは、例えば、水と少なくとも1種の非プロトン性極性溶媒との混合物とすることができる。水と、DMAC、NMP、NEPまたは任意のそれらの混合物などの溶媒Lとの混合物を使用するのが好ましくあり得、NMPが好ましくあり得る。したがって、DMAC、NMP、NEPまたは任意のそれらの混合物などの溶媒Lよりも多い量の水を小分けにして一般に使用することができ、NMPが好ましくあり得る。水/NMP混合物(質量基準で80/20)中での沈殿が、最も好ましくあり得る。沈殿はまた、酸を含む水/NMP混合物中などの酸性媒体中とすることができる。好適な酸は、例えば、有機酸または無機酸、例えば、酢酸、プロピオン酸、コハク酸またはクエン酸などのカルボン酸、および塩酸、硫酸またはリン酸などの無機酸である。得られた粉末を採集して、通常、ろ過し、次に、通常、洗浄して最後に乾燥し、真空中80〜150℃の温度が使用され得る。
上記の開示に加えて、当業者は、当業者の一般的な知識の適用によって、当業者に利用可能な方法を使用することができる。ポリアリーレンエーテルスルホンをもたらす生成方法は、例として、Herman F.Mark、「Encyclopedia of Polymer Science and Technology」、第3版、4巻、2003年、「Polysulfones」章、2〜8頁に、さらにまたHans R.Kricheldorf、「Aromatic Polyethers」、Handbook of Polymer Synthesis、第2版、2005年、427〜443頁に記載されている。OHが末端のポリアリーレンエーテルスルホンの合成に関するさらなる詳細は、例えば、R.Viswanathan,B.C.Johnson,J.E.McGrath、Polymer 25巻(1984年)1827頁に示されている。分子量の制御に関する情報は、例えば、A.Noshay、M.Matzner、C.N.Merriam、J.Polym.Sci.A−1 9巻(1971年)3147頁に開示されている。
本明細書において開示されている方法は、化合物Bのポリアリーレンエーテルスルホンへの組み込み率が、高い、または非常に高いという一般的な利点を有する。さらに、フッ素含有モノマーを使用する必要なしに、高分子量ポリアリーレンエーテルスルホンが入手可能である。したがって、高分子量ポリアリーレンエーテルスルホンは、環境的に一層優しく、またより安価に生成することができる。
本開示内にあり、上記の方法により製造され得るポリアリーレンエーテルスルホンおよびポリアリーレンエーテルケトンであって、それらの中で好ましいものとなり得るポリアリーレンエーテルスルホンおよびポリアリーレンエーテルケトンのいくつかの例が、以下の表1に示されている。
Figure 2022500525
コーティング、繊維、フィルム、発泡体、成形品および/または膜の生成のための、本明細書において開示されているまたは本明細書において開示されている方法により得ることができる、少なくとも1種のポリアリーレンエーテル、例えば、PPSU、PESUまたはPSUタイプのポリアリーレンエーテルを使用する方法であって、ポイルアリーレンエーテルがTHPE、イソソルビド、およびDCDPSを重合形態で含むことが最も好ましくあり得る、方法もまた、本明細書において開示されている。
コーティングは、例えば、担体物質の表面に固定した層、とりわけその表面の接着を意味すると理解される。コーティングは、DIN8580に準拠した製造工程によって塗布することができる。本出願の文脈におけるコーティングは、薄層または厚層であってもよく、または他には、1層または複数の本質的に密着した層であってもよい。使用される担体物質は、ほぼすべてが公知の物質、例えば、金属、絶縁体、半導体、結晶性物質またはアモルファス物質、布地(織布、不織布、ニット)またはフィルムであってもよい。
繊維は、例えば、長さに関して細長い、多少なりとも可撓性の構造体である。繊維は、圧縮または中空とすることができる。繊維は、丸い、もしくはほとんど丸いものとすることができるか、または様々な断面形状を有することができる。繊維は、例えば、平坦とすることができる。繊維はまた、チューブ様とすることができる。繊維は、滑らかな表面を有してもよく、または細孔もしくは孔を有してもよい。繊維は、例えば、押出法によって得ることができる。少なくとも1種のポリアリーレンエーテルからの繊維(一般に、1種のポリアリーレンエーテルが好ましい)は、紡糸法により得られることが一層好ましくあり得る。溶液からの紡糸は、少なくとも1種のポリアリーレンエーテルにかかる熱的応力が懸念される場合、有利であり得る。いくつかの場合では、溶媒L、例えば、DMAC、NMP、NEPまたは任意のそれらの混合物を含む、またはこれらからなる、紡糸用の溶媒を使用するのが有利であり得る。本方法が溶媒Lの存在下で行われる場合では、紡糸法は、例えば、塩からのポリアリーレンエーテルの分離後、直接、行われ得る。ポリアリーレンエーテルを最初に単離して、次に、紡糸に使用するための溶媒にポリアリーレンエーテルを溶解することも可能である。繊維の機械特性を改善するため、磁気電界紡糸法を含めた電界紡糸法により、溶液から少なくとも1種のポリアリーレンエーテルを紡糸するのが有利であり得、この場合、一般に、1種のポリアリーレンエーテルが好ましい(場合により、好ましくあり得る)。電界紡糸は、例えば、ナノ繊維である繊維の生成の場合に最も好ましくあり得る。磁気電界紡糸法は、少なくとも1種のポリアリーレンエーテルからの不織布の生成のために使用することができ、一般に、1種のポリアリーレンエーテルが好ましい。電界紡糸法は、溶融体または溶液が導電性であること(これが、好ましくあり得る)を必要とするので、反応後の反応混合物から塩をすべてまたは塩の実質的にすべてを分離することを必要としないことがある。単一ジオールとして化合物Bを含むポリアリーレンエーテルは、電界紡糸法による繊維の生成にとって好ましくあり得る。
膜は、例えば、分離層である。膜は、非透過性膜、部分的な非透過性膜、または選択的透過性膜、または一方向に透過性の膜、または透過性膜を意味することが理解され得る。膜のタイプは、一般に、限定されない。同様に、膜は、例えば、逆浸透(RO)膜、正浸透(FO)膜、ナノろ過(NF)膜、限外ろ過(UF)膜、またはマイクロろ過(MF)膜とすることができる。多くの例では、膜が、UF膜、NF膜またはMF膜であることが好ましくあり得る。
本明細書において開示されているポリアリーレンエーテルは、異なるフィルター膜の幾何学形状で使用することができる。例えば、ポリアリーレンエーテルは、平坦な膜および/または毛細管様中空繊維膜で使用することができる。これらの膜への流れは、行き止まりの流れまたは交差流れの形態をとることができる。
膜は、少なくとも1種のポリアリーレンエーテルを使用して生成することができ、1種のポリアリーレンエーテルから生成することが好ましくあり得る。通常、膜は、当業者に公知の方法に従い製造することができる。膜は、例えば、溶液からキャスト法によって製造することができる。したがって、溶媒L、例えば、DMAC、NMP、NEPまたは任意のそれらの混合物(NMPが好ましくあり得る)中、少なくとも1種のポリアリーレンエーテルのキャスト溶液を製造することができる。ジメチルラクタミド(DML)は、別の好ましい溶媒Lである。前記キャスト溶液は、通常、膜からの洗浄によって除去され得る、多数の場合において好ましいのであるが少なくとも1種の、化合物を含有する。前記化合物は、細孔形成剤と呼ばれることも多い。少なくとも1種のポリアリーレンエーテルから膜を製造するために、ポリビニルピロリドンおよび/またはポリエチレングリコール(PEG)が、キャスト溶液中、細孔形成剤として使用され得ることが多い。
膜は、水、体液または食品生産における液体と接触して使用され得る。ある種の態様では、膜はまた、ガスの分離に使用することもできる。
したがって、膜は、固体の分離または医療技術などの水処理に関連して使用することができる。医薬分野または工業分野では、膜は、例えば、発酵用ブロスからのワクチンまたは抗生物質の回収、実験室グレードの水の精製、水の殺菌(ウイルスの除去、エンドクリン(endocrin)または殺有害生物剤の除去を含む)に使用することができる。膜は、例えば、透析などの血液処理と関連して使用することができる。血液処理デバイスの製造に例えば使用することができる。
食品生産における液体は、例えば、本明細書において開示されている膜によってきれいにされ得る飲料、例えば、アルコール飲料または非アルコール飲料、例えば、フルーツジュースもしくはビールなどのなどの飲料であることができる。同様に、膜は、牛乳、または牛乳に由来する製品の加工に使用することができる。
少なくとも1枚の膜を備える物品は、例えば、透析フィルター装置、モジュール列(module row)またはモジュールラックなどのろ過システムとすることができる。
成形物品は、実質的に、例えば、成形プロセス(molding processes)、射出成形、押出、カレンダー加工、回転成形、発泡、ブロー成形法、形成プロセス(forming processes)または接合プロセスによって生成することができる、固形の幾何体とすることができる。
以下の実施例は、本発明のさらなる説明を提示するが、これらを限定するものではない。
定義および略称:
反応時間: 反応混合物が、190℃で維持されている間の時間。
DCDPS: 4,4’−ジクロロジフェニルスルホン
DHDPS 4,4’−ジヒドロキシジフェニルスルホン
BP: 4,4’−ジヒドロキシビフェニル
ISOSO: イソソルビド
THPE 1,1,1−トリスヒドロキシフェニルエタン(trishydroxyphenylethan)
NMP: N−メチル−2−ピロリドン
PVP: ポリビニルピロリドン
PEG: ポリエチレングリコール(polyethylene glycole)
PWP 純粋な水の浸透度
MWCO 分子量のカットオフ
炭酸カリウムの粒子サイズは、上記の通りに、Malvern Mastersizer2000機器を使用して、クロロベンゼン/スルホラン60/40中、固体の懸濁液で決定した。
例C1〜16:ポリアリーレンエーテルの製造
一般手順
撹拌器、ディーン−スターク−トラップ、窒素導入口および温度制御器(control)を備えた容器中、モノマーおよび本発明による実験に関してはさらにTHPEならびに炭酸カリウムをNMP中、窒素雰囲気下で懸濁した。撹拌下で、この混合物を1時間以内に190℃まで加熱した。反応中に形成した水を、蒸留により連続的に除去した。補う溶媒の潜在的喪失をモニタリングした。窒素をこの混合物にパージし、この混合物を縮合時間の間、190℃で維持する。この時間の後、窒素下でNMPを加えて、混合物を室温まで冷却した(1時間以内)。形成した塩化カリウムを除去するため、反応混合物をろ過した。次に、得られたポリマー溶液を水中に沈殿させて、得られたポリマービーズを分離し、次に、熱水(85℃)で20時間、抽出した。次に、ビーズを120℃で24時間、減圧して(<100mbar)乾燥した。
比較例C1
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
580.06g(2.02mol)のDCDPS、292.28g(2.00mol)のISOSO、304.05g(2.20mol)の炭酸カリウム(32.4μmの体積平均粒子サイズ)を1050mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:9時間
1950mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C2
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
435,047g(1,515mol)のDCDPS、219.21g(1.50mol)のISOSOおよび269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を790mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1460mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
本発明による実験3
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
435,047g(1,515mol)のDCDPS、212,852g(1,4565mol)のISOSO、9.19g(0.03mol)のTHPE、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を790mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:13時間
1460mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
本発明による実施例4
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
435,047g(1,515mol)のDCDPS、210,441g(1.44mol)のISOSO、12,254g(0.04mol)のTHPEおよび269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を790mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:13時間
1460mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C5
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、219.21g(1.50mol)のISOSO、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を790mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1460mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C6
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、219.21g(1.50mol)のISOSO、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を室温まで冷却した。
比較例C7
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、153.48g(1.05mol)のISOSO、112.63g(0.45mol)のDHDPS、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C8
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、175.37g(1.20mol)のISOSO、75.08g(0,3mol)のDHDPS、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
実施例9
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、153.48g(1.05mol)のISOSO、101.36g(0.405mol)のDHDPS、9.19g(0.03mol)のTHPE、269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:11時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
実施例10
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、175.37g(1.20mol)のISOSO、63.82g(0.255mol)のDHDPS、9.19g(0.03mol)のTHPEおよび269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
12時間の縮合時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C11
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、218.18g(1,493mol)のISOSO、1.37g(0.0045mol)のTHPEおよび269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C12
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
432.91g(1,5075mol)のDCDPS、201.67g(1.38mol)のISOSO、24.51g(0.08mol)のTHPEおよび269.51g(1.95mol)の炭酸カリウム(8.7μmの体積平均粒子サイズ)を650mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:14時間
1600mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
これらの実験の結果が、表1に示されている。
比較例C13
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
577.16g(2.01mol)のDCDPS、146.14g(1.00mol)のISOSO、186.21g(1.00mol)のBPおよび317.88g(2.30mol)の炭酸カリウム(32.7μmの体積平均粒子サイズ)を1050mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:11時間
1500mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
比較例C14
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
577.16g(2.01mol)のDCDPS、204.59g(1.40mol)のISOSO、111.73g(0.60mol)のBPおよび317.88g(2.30mol)の炭酸カリウム(32.7μmの体積平均粒子サイズ)を1050mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:13時間
1500mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
本発明による実施例15
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
577.16g(2.01mol)のDCDPS、146.14g(1.00mol)のイソソルビド、175.04g(0.94mol)のBP、12.25g(0.04mol)のTHPEおよび317.88g(2.30mol)の炭酸カリウム(32.7μmの体積平均粒子サイズ)を1050mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:6時間
1500mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
本発明による実施例16
以下の細目を用いる一般手順に従いこの製造を行った:
577.16g(2.01mol)のDCDPS、204.59g(1.40mol)のISOSO、100.55g(0.54mol)のBP、12.25g(0.04mol)のTHPEおよび317.88g(2.30mol)の炭酸カリウム(32.7μmの体積平均粒子サイズ)を1050mlのNMP中に懸濁した。
縮合時間:7.5時間
1500mlのNMPを加えて、この混合物を冷却した。
これらの実験の結果が、表2に示されている。
ポリアリーレンエーテルの単離および試験
得られたポリマーを、ろ過した反応混合物を液滴に分割して、沈殿用浴にこの液滴を移送することによって単離した。沈殿溶媒は、室温で脱塩水とした。沈殿高さは、0.5mとした。処理能力は、約2.5l/時であった。次に、そのようにして得られたビーズを85℃で20時間、水で抽出した(水の処理能力は160l/時)。この後、ビーズをガラス転移温度(Tg)未満の温度において減圧下で乾燥し、残留水分を0.5質量%未満にした。
溶液粘度(V.N.)は、25℃でNMP中、0.01g/mlのポリマーの溶液を使用して決定した(DIN EN ISO1628−1(2012年10月))。
ポリアリーレンエーテル中のイソソルビドおよびトリスヒドロキシ−フェニルエタンの含有量は、CDCl溶液のH−NMR分析によって決定した。
ポリマーのTgは、第2の加熱工程において、10k/分の加熱速度でDSC測定により決定した。
膜ドープ用溶液の粘度は、以下の組成:19質量%の個々のポリマー(poymer)、6質量%のポリビニルピロリドン(Luvitec K90、BASF SE)および75質量%のNMPを有する溶液を使用し、60℃、20rpmでBrookfieldレオメータを用いて測定した。
Figure 2022500525
Figure 2022500525
本発明によるポリアリーレンエーテルは、線状ポリマーに比べて、より高い粘度数を示す。さらに、収率が改善された。同様に、ISOSOの組み込み率は高かった。特に、組み込み率は、より短い縮合時間でより高くなった。さらに、より高い収率が、より短い縮合時間で得られた。
膜の製造例MC1〜M5
キャスト溶液および膜の製造:
磁気撹拌器を備える3つ口フラスコの中に、78mlのNMP、5gのPVP(Luvitec(登録商標)K40)および17gのポリアリーレンエーテルを加えた。均一な濁りのない高粘度溶液が得られるまで、穏やかな撹拌下でこの混合物を60℃に加熱した。この溶液を室温で一晩、脱気した。この後、膜溶液を60℃で2時間、再加熱して、キャスト用ナイフ(300ミクロン)を使用し、5mm/分の速度で操作したErichsenコーティング機器を使用し、60℃でガラスプレートにキャストした。この膜フィルムを30秒間、休ませた後、25℃で10分間、水浴中に浸漬した。
膜をガラスプレートから剥がした後、この膜を注意深く、12時間、水浴に移送した。この後、2500ppmのNaOClを含有する浴槽に、50℃で4.5時間、移送し、PVPを除去した。その工程の後、膜を60℃で水により、および0.5質量%の亜硫酸水素ナトリウム溶液により1回、洗浄して、活性塩素を除去した。水での数回の洗浄工程後、物性評価を開始するまでこの膜を湿潤状態で保管した。
大部分の場合、少なくとも10×15cmのサイズの寸法を有するUF膜のマイクロ構造特徴を有する平らなシートの連続フィルムを得る。この膜は、上側の薄い表面層(1〜3ミクロン)および下側の多孔質層(厚さ:100〜150ミクロン)がある。
膜の物性評価:
直径60mmを有する圧力セルを使用して、膜のPWPを超純水(Millipore UFシステムによりろ過した塩不含水)を使用して試験した。その後の試験において、1000から1,000,000g/molの範囲の分子量(Mw)に及ぶ様々なPEG標準品の溶液(水中のPEG/PEOが0.1質量%の濃度)を0.15barの圧力でろ過した。フィードおよび透過液のGPC測定により、分子量カットオフを決定した。GPC測定に関して、得られたまま/製造したままの溶液を使用した。固定相としてヒドロキシル化PMMAを有する2本のカラム、およびRI検出器システムを使用し、0.8mL/分の流速において、35℃でGPC測定を行った。
Figure 2022500525
ISOSOを含む分岐状ポリアリーレンエーテルから製造した膜は、高い透過性を示した。
MWCOを決定するためのPEO溶液のろ過後、膜に超純水500mlの分量を2回、勢いよく流した。この後、PWPを再度、測定した(PWP2)。本明細書において開示されているポリアリーレンエーテルから製造した膜は、より高いフラックス回収率を示した。

Claims (16)

  1. A)少なくとも1種の三官能価以上の化合物と、
    B)イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物と
    を重合形態で含むポリアリーレンエーテルであって、ポリアリーレンエーテルスルホンまたはポリアリーレンエーテルケトンである、ポリアリーレンエーテル。
  2. A)少なくとも1種の三官能価化合物
    を含む、請求項1に記載のポリアリーレンエーテル。
  3. A)少なくとも1種のトリオール
    を含む、請求項1または2に記載のポリアリーレンエーテル。
  4. A)1,1,1−トリスヒドロキシフェニルエタン
    を含む、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。
  5. B)イソソルビド
    を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテル。
  6. 化合物Bではない、2個のヒドロキシ基を有する少なくとも1種の化合物、ジオールC1)を含む、請求項1から5のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテル。
  7. A)ポリアリーレンエーテルに含まれる化合物AおよびBならびにジオールC1の総量に対して、0.5から5mol%の少なくとも1種の三官能価以上の化合物
    を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテル。
  8. 一般式II
    Figure 2022500525
    (式中、記号t、q、Q、T、Y、ArおよびArの定義は、以下の通りである:
    t、q:互いに独立して、0、1、2または3であり、
    Q、T、Y:互いに独立して、各場合において、化学結合、または−O−、−S−、−SO−、S=O、C=O、−N=N−および−CR−(式中、RおよびRは、互いに独立して、各場合において、水素原子またはC〜C12−アルキル、C〜C12−アルコキシもしくはC〜C18−アリール基である)から選択される基であり、Q、TおよびYの少なくとも1個は、−SO−または−CO−であり、
    Z:イソソルビド、イソマンニド、イソイジドに由来する基であり、
    ArおよびAr:互いに独立して、6〜18個の炭素原子を有するアリーレン基である)
    の少なくとも1個の単位を含む、請求項1から7のいずれか一項に記載のポリアリーレンエーテル。
  9. ポリアリーレンエーテルを製造する方法であって、
    a)少なくとも1種の三官能価以上の化合物、および
    b)イソソルビド、イソマンニド、イソイジドまたはそれらの混合物

    c)少なくとも1種のジクロロジアリールスルホン、ジクロロジアリールケトンまたはそれらの混合物を含む二官能価化合物
    と反応させる工程を含む、方法。
  10. 非プロトン性極性溶媒の存在下、共沸混合物を形成する化合物の非存在下でモノマーを反応させる工程を含む、請求項9に記載の方法。
  11. コーティング、フィルム、繊維、発泡体、膜または成形物品の製造において、請求項1から8のいずれか一項に記載のまたは請求項9もしくは10に記載の方法から得られたポリアリーレンエーテルを使用する方法。
  12. 膜の製造における、請求項11に記載の使用する方法。
  13. 請求項1から8のいずれか一項に記載のまたは請求項9もしくは10に記載の方法から得られたポリアリーレンエーテルを含む繊維。
  14. 請求項1から8のいずれか一項に記載のまたは請求項9もしくは10に記載の方法から得られたポリアリーレンエーテルを含む膜。
  15. 請求項14に記載の膜を含む物品。
  16. 水、体液または食品生産における液体と接触して、請求項14に記載の膜または請求項15に記載の物品を使用する方法。
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