JP2023087072A - ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法 - Google Patents

ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】高い結晶化温度Tcを有するポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法を提供する。【解決手段】下記式(1)で表される繰り返し単位を含み、結晶化温度Tcが255℃以上であり、下記条件(A)及び(B)の一方又は両方を満たす、ポリエーテルエーテルケトン。(A)フッ素原子の含有量aが2mg/kg未満である。(B)塩素原子の含有量bが2mg/kg以上である。TIFF2023087072000007.tif24154【選択図】なし

Description

本発明は、ポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法に関する。
具体的には、本発明は、高い結晶化温度Tcを有するポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法に関する。
エンジニアリングプラスチックの代表樹脂として、ポリエーテルエーテルケトン(以下、ポリエーテルエーテルケトンを「PEEK」と称する場合がある。)が知られている。
一般的に、PEEKを製造する際には、反応性が高いとされている4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと、ハイドロキノンとが原料として用いられている。
一方、特許文献1は、PEEKを製造する際に、芳香族スルホン100質量部と、沸点が270~330℃の溶媒1~20質量部との混合溶媒を用いることを必須の条件として、4,4’-ジクロロベンゾフェノンと、ハイドロキノンとを原料として用いている。
また、特許文献2は、PEEKを製造する際に、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム及びフッ化セシウムからなる群から選択される1種以上のアルカリ金属フッ化物の存在下であることを必須の条件として、4,4’-ジクロロベンゾフェノンと、ハイドロキノンとを原料として用いている。
特開平3-122120号公報 特開昭64-65129号公報
しかしながら、特許文献1、2をはじめとする従来の技術には、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとの反応によって製造されるPEEKの結晶化温度Tcを向上する観点でさらなる改善の余地が見出された。
本発明の目的の1つは、高い結晶化温度Tcを有するポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法を提供することである。
本発明者らは鋭意検討の結果、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとを、反応混合物の最高温度を280~320℃とする条件で反応させることによって製造されるPEEKが高い結晶化温度Tcを有することを見出し、本発明を完成した。
本発明によれば、以下のポリエーテルエーテルケトン等を提供できる。
1.下記式(1)で表される繰り返し単位を含み、結晶化温度Tcが255℃以上であり、下記条件(A)及び(B)の一方又は両方を満たす、ポリエーテルエーテルケトン。
Figure 2023087072000001
(A)フッ素原子の含有量aが2mg/kg未満である。
(B)塩素原子の含有量bが2mg/kg以上である。
2.原料に4,4’-ジクロロベンゾフェノンを含む、1に記載のポリエーテルエーテルケトン。
3.メルトフローインデックスが100g/10min以下である、1又は2に記載のポリエーテルエーテルケトン。
4.還元粘度ηsp/cが0.40~1.50dl/gである、1~3のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトン。
5.4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとを、反応混合物の最高温度を260~320℃とする条件で反応させることを含む、ポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
6.前記反応混合物を150℃以上に昇温した後、温度保持することを含む、5に記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
7.前記反応混合物を150℃以上に昇温した後、昇温と温度保持とを複数回繰り返すことを含む、5又は6に記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
8.前記反応混合物を180~220℃において0.5~2時間保持することを含む、5~7のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
9.前記反応混合物を230~270℃において0.5~2時間保持することを含む、5~8のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
10.前記反応混合物を280~320℃において1~8時間保持することを含む、5~9のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
11.前記反応混合物の温度が150℃に達した時点から前記最高温度に達する時点までの時間が2.0~10時間である、5~10のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
12.製造されるポリエーテルエーテルケトンの結晶化温度Tcが255℃以上である、5~11のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
13.製造されるポリエーテルエーテルケトンのメルトフローインデックスが100g/10min以下である、5~12のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
14.製造されるポリエーテルエーテルケトンの還元粘度ηsp/cが0.40~1.00dl/gである、5~13のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
15.前記最高温度が290℃超である、5~14のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
16.前記反応混合物が、溶媒として1種の溶媒のみを含む、5~15のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
17.前記反応混合物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム及びフッ化セシウムのいずれも含まない、5~16のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
本発明によれば、高い結晶化温度Tcを有するポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法を提供することができる。
以下、本発明のポリエーテルエーテルケトン及びポリエーテルエーテルケトンの製造方法について詳述する。
尚、本明細書において、「x~y」は「x以上、y以下」の数値範囲を表すものとする。数値範囲に関して記載された上限値及び下限値は任意に組み合わせることができる。
また、以下において記載される本発明に係る態様の個々の実施形態のうち、互いに相反しないもの同士を2つ以上組み合わせることが可能であり、2つ以上の実施形態を組み合わせた実施形態もまた、本発明に係る態様の実施形態である。
1.ポリエーテルエーテルケトン
本発明の一態様に係るPEEKは、下記式(1)で表される繰り返し単位を含み、結晶化温度Tcが255℃以上であり、下記条件(A)及び(B)の一方又は両方を満たす。
Figure 2023087072000002
(A)フッ素原子の含有量aが2mg/kg未満である。
(B)塩素原子の含有量bが2mg/kg以上である。
本態様に係るPEEKは、高い結晶化温度Tcを有し、引張強度等のような機械的強度に優れる効果を奏する。そのため、本態様に係るPEEKは、機械的強度が求められる用途にも好適に用いられる。
一実施形態において、PEEKの結晶化温度Tcは、255℃以上、256℃以上、257℃以上、258℃以上、259℃以上又は260℃以上である。PEEKがこのような高い結晶化温度Tcを有することによって、例えば、融解させたPEEKを加工(例えば金型による成形)する際に、結晶化を十分に進めるための温度保持時間を短縮でき、成形サイクルを短縮できる。これにより、加工物(例えば成形体)の生産性を高め、加工物の加工性に優れ、かつ加工物に結晶性樹脂としての特徴を良好に付与できる。
PEEKの結晶化温度Tcの上限は格別限定されず、例えば、300℃以下、295℃以下、290℃以下、285℃以下又は280℃以下であり得る。これにより、例えば、融解させたPEEKを加工する際に、加工の途中(例えば金型への充填の途中)で結晶化が開始されることを好適に防止できる。また、成形温度(例えば金型の温度)を低くすることもできる。
PEEKの結晶化温度Tcは、260℃以上であることが好ましい。また、PEEKの結晶化温度Tcは、例えば255~300℃、好ましくは258~290℃、より好ましくは260~280℃である。
尚、PEEKの結晶化温度Tcは、実施例に記載の示差走査熱量測定(DSC)により測定される値である。
PEEKのフッ素原子の含有量a及び塩素原子の含有量bは、実施例に記載の燃焼イオンクロマトグラフ法により測定される値である。
一実施形態において、PEEKのフッ素原子の含有量aは、2mg/kg未満である。これにより、本発明の効果が良好に発揮される。下限は格別限定されず、例えば0mg/kgであってもよい。
ここで、フッ素原子の含有量aは、PEEKの分子構造中に含まれるフッ素原子の含有量a1と、PEEKの分子構造中に含まれない成分(遊離成分)として含まれるフッ素原子の含有量a2との合計である。
一実施形態において、PEEK合成時においてフッ素原子を含む原料(例えば4,4’-ジフルオロベンゾフェノン等)を用いないか又はPEEK合成時におけるフッ素原子を含む原料の使用量を減らすことによって、PEEKのフッ素原子の含有量aを2mg/kg未満にすることができる。
一実施形態において、フッ素原子の含有量a2における前記遊離成分は、フッ化カリウム及び4,4’-ジフルオロベンゾフェノンの一方又は両方である。
一実施形態において、PEEKの塩素原子の含有量bは、2mg/kg以上、10mg/kg以上、100mg/kg以上、500mg/kg以上、700mg/kg以上、1000mg/kg以上、2000mg/kg以上、33000mg/kg以上又は4000mg/kg以上である。これにより、本発明の効果が良好に発揮される。上限は格別限定されず、例えば10000mg/kg以下、9000mg/kg以下、8000mg/kg以下、7000mg/kg以下又は6000mg/kg以下であり得る。
また、PEEKの塩素原子の含有量bは、例えば2~10000mg/kg、好ましくは700~9000mg/kg、より好ましくは1000~8000mg/kgである。
ここで、塩素原子の含有量bは、PEEKの分子構造中に含まれる塩素原子の含有量b1と、PEEKの分子構造中に含まれない成分(遊離成分)として含まれる塩素原子の含有量b2との合計である。
一実施形態において、PEEK合成時の原料に4,4’-ジクロロベンゾフェノンを含むことにより、PEEKの塩素原子の含有量bを2mg/kg以上にすることができる。また、PEEK合成時の原料として、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとを用い、ハイドロキノンの使用量に対する4,4’-ジクロロベンゾフェノンの使用量の割合を大きくすることによって、PEEKの塩素原子の含有量bを2mg/kg以上の範囲で大きくすることができる。
一実施形態において、塩素原子の含有量b1は、0mg/kg以上、100mg/kg以上、200mg/kg以上、又は400mg/kg以上である。上限は格別限定されず、例えば、10000mg/kg以下、9000mg/kg以下、8000mg/kg以下又は7000mg/kg以下であり得る。
一実施形態において、塩素原子の含有量b2は、0mg/kg以上、2mg/kg以上、5mg/kg以上又は10mg/kg以上である。上限は格別限定されず、例えば500mg/kg以下、400mg/kg以下又は300mg/kg以下であり得る。
一実施形態において、前記塩素原子の含有量b2における前記遊離成分は、塩化カリウム及び4,4’-ジクロロベンゾフェノンの一方又は両方である。
PEEKに遊離成分である塩化カリウムとして含まれる塩素原子は、以下の方法により定量する。
<PEEKに遊離成分である塩化カリウムとして含まれる塩素原子の測定方法>
固体試料(PEEK)をブレンダーで粉砕してアセトン、水の順で洗浄し、180℃の防爆乾燥機で乾燥する。尚、PEEKを生成する反応の直後の反応混合物(生成物)を試料として用いる場合は、反応終了後、生成物を冷却固化して上記固体試料とする。使用するブレンダーは格別限定されず、例えばワーリング社製7010HSを用いることができる。
乾燥した試料約1gを秤量し、そこに超純水100ml(l:リットル)を加え、液温50℃において20分間撹拌し、放冷後、濾過することで、固形分と水溶液とに分離する。水溶液をイオンクロマトグラフィーで分析し、水溶液中の塩化物イオンを、既知濃度のリファレンスから作成した検量線に基づいて定量する。イオンクロマトグラフの条件は下記のとおりである。
<イオンクロマトグラフ>
分析装置:Metrohm 940 IC Vario
カラム:ガードカラムとして(Metrosep A Supp 5 Guard)及び分離カラムとして(Metrosep A Supp 4)を連結して使用(カラムは共にMetrohm社製)
溶離液:NaCO(1.8mmol/l)+NaHCO(1.7mmol/l)
流速:1.0ml/min
カラム温度:30℃
測定モード:サプレッサ方式
検出器:電気伝導度検出器
PEEKに遊離成分である4,4’-ジクロロベンゾフェノンとして含まれる塩素原子は、以下の方法により定量する。
<PEEKに遊離成分である4,4’-ジクロロベンゾフェノンとして含まれる塩素原子の測定方法>
固体試料(PEEK)をブレンダーで粉砕してアセトン、水の順で洗浄し、180℃の防爆乾燥機で乾燥する。尚、PEEKを生成する反応の直後の反応混合物(生成物)を試料として用いる場合は、反応終了後、生成物を冷却固化して上記固体試料とする。使用するブレンダーは格別限定されず、例えばワーリング社製7010HSを用いることができる。
乾燥した試料約1gをナスフラスコに秤量し、そこにアセトン10mlと沸騰石を加えウォーターバスで5時間加熱還流する。室温に放冷後、濾過により固形分を除去する。得られたアセトン溶液をエバポレーターにて乾固させたのち、ホールピペットでアセトン10mlを加えて再溶解する。これをガスクロマトグラフィーで測定することで、試料中の4,4’-ジクロロベンゾフェノンの量(mg/kg)を算出する。PEEKに遊離成分である4,4’-ジクロロベンゾフェノンとして含まれる塩素原子の量(mg/kg)は、以下の計算式より換算する。
PEEKに遊離成分である4,4’-ジクロロベンゾフェノンとして含まれる塩素原子の量(mg/kg)=試料中の4,4’-ジクロロベンゾフェノンの量(mg/kg)÷251.11(4,4’-ジクロロベンゾフェノンの分子量)×35.45(塩素の原子量)×2
4,4’-ジクロロベンゾフェノンの定量値は、既知濃度のリファレンスから作成した検量線を元に求める。以下に測定条件を示す。
<ガスクロマトグラフ>
分析装置:Agilent Technologies 7890B
GCカラム:Agilent Technologies DB-5MS(長さ30m、内径0.25mm、膜厚0.25μm)
注入口温度:250℃
オーブン温度:100℃(1min)→30℃/min→250℃(10min)
流速:1ml/min
注入量:1μl
スプリット比:40:1
検出器:FID
検出器温度:250℃
式(1)で表される繰り返し単位は、下記式(2)で表される構造単位と下記式(3)で表される構造単位との連結体である。
Figure 2023087072000003
一実施形態に係るPEEKにおいて、式(2)で表される構造単位が分子鎖の1以上の末端に配置される。この場合、該構造単位に結合する末端構造は塩素原子(Cl)であり得る。
一実施形態に係るPEEKにおいて、式(3)で表される構造単位が分子鎖の1以上の末端に配置される。この場合、該構造単位に結合する末端構造は例えば水素原子(H)等であり得る(末端構造が水素原子(H)であるとき、該構造単位中の酸素原子(O)と共に水酸基が形成される。)。
PEEKの末端構造は、例えば、上述した塩素原子(Cl)や水酸基が水素原子(H)等に置き換わった構造等であってもよい。尚、末端構造はこれらの例に限定されず、任意の構造であり得る。
一実施形態において、PEEKは、式(1)で表される繰り返し単位以外の他の構造単位を含まない。但し、分子鎖の末端には上述したように末端構造を有することができる。
一実施形態において、PEEKは、式(2)及び式(3)で表される構造単位以外の他の構造単位を含まない。但し、分子鎖の末端には上述したように末端構造を有することができる。
一実施形態において、PEEKは、本発明の効果を損なわない範囲で、式(2)及び式(3)で表される構造単位以外の他の構造単位を含む。
一実施形態において、反応に供される全モノマーを基準として、全モノマーに含まれる式(2)及び式(3)で表される構造単位の合計の割合(質量%)が、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、97質量%以上、99質量%以上、99.5質量%以上又は100質量%である。
一実施形態において、PEEKにおいて、式(2)で表される構造単位と、式(3)で表される構造単位とのmol比([1A]:[2A])は、47.5:52.5~52.5:47.5、48.0:52.0~52.0:48.0、48.5:51.5~51.5:48.5、49.0:51.0~51.0:49.0又は49.5:50.5~50.5:49.5である。
式(2)で表される構造単位のmol数は、式(3)で表される構造単位のmol数より大きくても、小さくても、同じでもよい。
PEEKを構成する全モノマーに含まれる式(2)及び式(3)で表される構造単位の合計の割合が100質量%であれば、通常、上記のmol比は1:1である。
一実施形態において、PEEKのメルトフローインデックス(略称「MI」:ASTM D 1238-13に記載のメルトフローレート(略称「MFR」)と同義である)は、1500g/10min以下、1000g/10min以下、500g/10min以下、300g/10min以下、200g/10min以下、100g/10min以下、80g/10min以下又は60g/10min以下であり、また、0.0001g/10min以上、0.0005g/10min以上又は0.001g/10min以上である。
また、PEEKのメルトフローインデックスは、例えば0.0001~1500g/10min、好ましくは0.0005~500g/10min、より好ましくは0.001~100g/10minである。
PEEKのメルトフローインデックスは100g/10min以下であることが好ましい。メルトフローインデックスが100g/10min以下であるPEEKは、十分に高分子量化されており、例えば押出機によるペレタイズを好ましく適用できる。
PEEKのメルトフローインデックスは、実施例に記載の方法により測定される値である。
PEEKのメルトフローインデックスは、反応混合物の温度条件(最高温度、温度保持時間、昇温速度など)や反応混合物における原料(4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンなど)の比率により調整できる。
尚、PEEKのメルトフローインデックスは、下記の測定方法によっても測定でき、この測定方法で測定する場合においても、好ましい範囲等は上記の通りである。
PEEKのメルトフローインデックスを、株式会社立山科学ハイテクノロジーズ製メルトインデクサ(L-220)を用いて、JIS K 7210-1:2014(ISO 1133-1:2011)に準拠し、下記の測定条件で測定する。
[測定条件]
・測定温度(樹脂温度):380℃
・測定荷重:2.16kg
・シリンダ内径:9.550mm
・ダイ内径:2.095mm
・ダイ長さ:8.000mm
・ピストンヘッドの長さ:6.35mm
・ピストンヘッドの直径:9.474mm
・ピストン重量:110.0g(上記測定荷重はピストン重量を含む)
・操作:
試料は事前に150℃で2時間以上乾燥する。試料をシリンダに投入し、ピストンを差し込み6分間予熱する。荷重を加え、ピストンガイドを外してダイから溶融した試料を押し出す。ピストン移動の所定範囲および所定時間(t[s])で試料を切り取り、重量を測定する(m[g])。次式からMIを求める。MI[g/10min]=600/t×m
一実施形態において、PEEKの還元粘度ηsp/cは、0.34dl/g以上、0.36dl/g以上、0.36dl/g超、0.37dl/g以上、0.38dl/g以上、0.39dl/g以上、0.40dl/g以上、0.46dl/g以上又は0.48dl/g以上であり、また、1.50dl/g以下、1.30dl/g以下又は1.20dl/g以下である。
また、PEEKの還元粘度ηsp/cの好適範囲は、例えば、0.36~1.50dl/g、0.36超1.50dl/g以下、0.37~1.50dl/g、0.40~1.50dl/g、0.46~1.30dl/g又は0.48~1.20dl/gである。これにより、成形時の適切な溶融流動性を確保しつつ、十分な強度を示す成形材料が得られる。
PEEKの還元粘度ηsp/cは、実施例に記載の方法によって測定される値である。この実施例に記載の方法において、測定用の硫酸溶液(試料溶液)におけるPEEK濃度は0.1g/dlである。
PEEKの還元粘度ηsp/cは、反応混合物の温度条件(最高温度、温度保持時間、昇温速度など)や反応混合物における原料(4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンなど)の比率により調整できる。下記還元粘度η’sp/cも同様である。
尚、PEEKの還元粘度ηsp/cは、下記の測定方法によっても測定でき、この測定方法で測定する場合においても、好ましい範囲等は上記の通りである。
PEEKを120℃で6時間、真空乾燥する。次いで、このPEEKを濃硫酸(純度98質量%)に溶解し、PEEKの濃度C[g/dl]が0.1g/dlとなるようにメスフラスコで調製し、試料溶液を得る。次いで、JIS K 7367-5:2000(ISO 1628-5:1998)に準拠して、25℃の恒温水槽(動粘度測定用恒温槽(トーマス科学器械(株)TV-5S))及びウベローデ粘度計(No.2)を用いて、溶媒(濃硫酸(純度98質量%))の流下時間t[s]と、試料溶液の流下時間t[s]とを測定し、次式から還元粘度ηsp/cを求める。還元粘度ηsp/c[dl/g]=(t-t)/(t×C)
一実施形態において、PEEKは、このPEEKを0.5g/dlの濃度で濃硫酸に溶解した硫酸溶液(試料溶液)について25℃で測定される還元粘度η’sp/c(実施例に記載の方法により測定される還元粘度ηsp/cではない)が、0.36dl/g超、0.37dl/g以上、0.38dl/g以上、0.39dl/g以上、0.40dl/g以上、0.46dl/g以上、0.48dl/g以上、0.50dl/g以上又は0.52dl/g以上であり、また、1.50dl/g以下、1.30dl/g以下又は1.20dl/g以下である。
PEEKの還元粘度η’sp/cの好適範囲は、例えば、0.36超1.50dl/g以下、0.37~1.50dl/g、0.40~1.50dl/g、0.46~1.30dl/g又は0.48~1.20dl/gである。これにより、成形時の適切な溶融流動性を確保しつつ、十分な強度を示す成形材料が得られる。
尚、PEEKの還元粘度は、測定用の試料溶液におけるPEEK濃度が高いほど大きくなる傾向がある。例えば同じPEEKについて測定した場合、還元粘度η’sp/c(PEEK濃度0.5g/dl)の値は、還元粘度ηsp/c(PEEK濃度0.1g/dl)の値より大きくなる傾向がある。例えば、PEEKの還元粘度ηsp/cが0.36dl/gであった場合、還元粘度η’sp/cは0.36dl/gより大きいと推定される。
一実施形態において、PEEKの固有粘度ηinhは、0.47dl/g以上、0.48dl/g以上、0.49dl/g以上又は0.50dl/g以上であり、また、2.00dl/g以下、1.80dl/g以下、1.50dl/g以下、1.30dl/g以下又は1.20dl/g以下である。
また、PEEKの固有粘度ηinhの好適範囲は、例えば、0.47~2.00dl/g、0.47~1.50dl/g、0.48~1.30dl/g又は0.50~1.20dl/gである。これにより、成形時の適切な溶融流動性を確保しつつ、十分な強度を示す成形材料が得られる。
尚、PEEKの固有粘度ηinhは、下記の測定方法により測定される値である。
PEEKを120℃で6時間、真空乾燥する。次いで、このPEEKを濃硫酸(純度95質量%以上)に溶解し、PEEKの濃度C[g/dl]を変えた複数の試料溶液を得る。その後、JIS K 7367-5:2000(ISO 1628-5:1998)に準拠して、25℃の恒温水槽(動粘度測定用恒温槽(トーマス科学器械(株)TV-5S))及びウベローデ粘度計(No.2)を用いて、溶媒(濃硫酸(純度95質量%以上))の流下時間t[s]と、試料溶液の流下時間t[s]とを測定し、次式から還元粘度ηsp/cを求める。還元粘度ηsp/c[dl/g]=(t-t)/(t×C)
各試料溶液の濃度C[g/dl]を横軸、還元粘度ηsp/cを縦軸として二次元プロットして一次相関式を求め、濃度ゼロ(切片)における還元粘度ηsp/cの値を固有粘度ηinhとして求めることができる。
PEEKの固有粘度ηinhは、反応混合物の温度条件(最高温度、温度保持時間、昇温速度など)や反応混合物における原料(4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンなど)の比率により調整できる。
一実施形態において、PEEKの引張強度は、48MPa以上、50MPa以上、52MPa以上、54MPa以上、56MPa以上、58MPa以上、60MPa以上、62MPa以上、64MPa以上又は66MPa以上である。これにより、PEEKを、機械的強度が求められる用途により好適に用いることができる。上限は格別限定されず、例えば、200MPa以下、150MPa以下又は100MPa以下である。
PEEKの引張強度は、例えば48~200MPa、好ましくは54~150MPa、より好ましくは60~100MPaである。
PEEKの引張強度は、実施例に記載の方法により測定される値である。
本態様に係るPEEKを用いて、例えば、該PEEKを含むペレットを製造することができる。このペレットを耐熱性、耐溶剤性、絶縁性等を必要とする各種成形材料として用いることができる。このペレットを用いて、例えば金型を用いた射出成形等の成形方法により、成形体を製造することができる。また、このペレットを用いて、例えば押出成形、プレス成形、シート成形、フィルム成形等の成形方法により成形体を製造することができる。
本態様に係るPEEKの用途は格別限定されない。PEEKは、例えば、航空宇宙用途、ギア、ベアリング等のような摺動部材、各種樹脂組成物等として好適である。
本態様に係るPEEKを含む成形体は、例えば、航空宇宙用成形体、摺動部材用成形体、3Dプリンター用フィラメントとして好適である。また、該PEEKを含む成形体は、例えば、航空宇宙用射出成形体、摺動部材用射出成形体として好適である。
2.ポリエーテルエーテルケトンの製造方法
本発明の一態様に係るPEEKの製造方法は、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとを、反応混合物の最高温度を260~320℃とする条件で反応させることを含む。
本態様に係るPEEKの製造方法によれば、高い結晶化温度Tcを有するPEEKを製造することができる。その理由は必ずしも明らかではないが、以下のことが理由の一つとして推定される。通常は、モノマーとして用いられる4,4’-ジクロロベンゾフェノンは反応性が低く、またラジカル反応による副反応が進行し易い。ところが、温度条件等の最適化によって、ラジカル反応による副反応が抑制されると共に、求核置換反応(この求核置換反応の結果、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとがエーテル結合によって結合する)が好適に進行すること等が考えられ、そのことが高い結晶化温度Tcを有するPEEKを製造できる理由の一つとして推定される。本態様に係るPEEKの製造方法によって製造されるPEEKは、上述した本発明の一態様に係るPEEKであり得る。
4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンは、PEEKを重合するためのモノマーである。
4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンを反応させる工程を経て、これら化合物(モノマー単位)の共重合体として、PEEKを得ることができる。
4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンは、容易に合成でき、また市販品としても入手可能である。
本明細書において、「反応混合物」とは、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとの反応の開始から反応の完了までの反応系であり、好ましくは、これらのモノマーに加えて後述する溶媒を含む溶液の形態である。反応混合物の組成は、反応の進行に伴って変化し得る。通常、反応の進行に伴って、反応混合物における反応物(4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノン)の濃度は減少し、生成物(PEEK)の濃度は上昇する。
本明細書において、反応混合物の「最高温度」とは、4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとの反応の開始から反応の完了までの過程において反応混合物が到達する最高温度(最高到達温度)である。
一実施形態において、反応混合物の最高温度は、260℃以上、265℃以上、270℃以上、275℃以上、280℃以上、285℃以上、290℃以上、290℃超又は295℃以上であり得、また、320℃以下、315℃以下、310℃以下又は305℃以下であり得る。反応混合物の最高温度が、上記の範囲内で300℃に近いほど、製造されるPEEKが高分子量化する(言い換えれば、製造されるPEEKのメルトフローインデックスが低下する)効果が得られる。反応混合物の最高温度は、例えば260~320℃、好ましくは290℃超320℃以下、より好ましくは295~315℃である。
反応混合物の最高温度は、上記の例に限定されず、例えば、300℃未満、295℃以下、290℃以下、285℃以下、280℃以下、275℃以下、270℃以下又は265℃以下であり得、あるいは、300℃超、305℃以上、310℃以上又は315℃以上であり得る。これらの範囲においては、PEEKが高分子量化する効果が得られにくい場合においても、結晶化温度Tcが向上し、引張強度が向上する効果が得られる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物を150℃以上に昇温した後、温度保持することを含む。温度保持する際の温度は格別限定されず、例えば150~320℃であり得る。温度保持する時間は格別限定されず、例えば0.1~12時間であり得る。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物を150℃以上に昇温した後、昇温と温度保持とを1回ずつ行うことを含むか、又は昇温と温度保持とを複数回繰り返すことを含む。繰り返しの回数は格別限定されず、例えば、2、3、4、5、6、7、8、9又は10回であり得る。
昇温と温度保持とを複数回繰り返すことによって、反応を効率的に進行させることができる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物を180~220℃において0.5~2時間、好ましくは0.6~1.8時間、より好ましくは0.7~1.5時間、保持すること(以下、「温度保持(i)」ともいう)を含む。これにより、原料の揮発を抑制しながら反応を促進することができ、より高分子量のPEEKを得ることができる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物を230~270℃において0.5~2時間、好ましくは0.6~1.8時間、より好ましくは0.7~1.5時間、保持すること(以下、「温度保持(ii)」ともいう)を含む。これにより、原料の揮発を抑制しながら反応を促進することができ、より高分子量のPEEKを得ることができる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物を280~320℃において1~8時間、好ましくは1~6時間、より好ましくは1~4時間、保持すること(以下、「温度保持(iii)」ともいう)を含む。これにより、所望の分子量のPEEKを得ることができる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、上記の温度保持(i)~(iii)からなる群から選択される2つ又は3つを含むことができる。2つ又は3つの温度保持は、温度が低いものから順に実施することが好ましい。2つ又は3つの温度保持の間には、反応混合物を昇温することを含むことができる。
反応混合物を昇温する際の昇温速度は格別限定されず、例えば0.1~15℃/min、0.1~10℃/min、0.1~5℃/min又は0.1~3℃/minであり得る。これにより、原料の揮発を抑制しながら反応を促進することができ、より高分子量のPEEKを得ることができる。
一実施形態において、本態様に係るPEEKの製造方法は、反応混合物の温度が150℃に達した時点から最高温度に達する時点までの時間が2.0~10時間である。
一実施形態において、反応混合物は溶媒を含む。溶媒を含む反応混合物は、溶液の形態であり得る。溶液は、溶媒に溶解された4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンを含み得る。
溶媒は格別限定されず、例えば、中性極性溶媒を用いることができる。中性極性溶媒としては、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジエチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N,N-ジエチルアセトアミド、N,N-ジプロピルアセトアミド、N,N-ジメチル安息香酸アミド、N-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-2-ピロリドン、N-イソプロピル-2-ピロリドン、N-イソブチル-2-ピロリドン、N-n-プロピル-2-ピロリドン、N-n-ブチル-2-ピロリドン、N-シクロへキシル-2-ピロリドン、N-メチル-3-メチル-2-ピロリドン、N-エチル-3-メチル-2-ピロリドン、N-メチル-3,4,5-トリメチル-2-ピロリドン、N-メチル-2-ピペリドン、N-エチル-2-ピペリドン、N-イソプロピル-2-ピペリドン、N-メチル-6-メチル-2-ピペリドン、N-メチル-3-エチルピペリドン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、1-メチル-1-オキソスルホラン、1-エチル-1-オキソスルホラン、1-フェニル-1-オキソスルホラン、N,N’-ジメチルイミダゾリジノン、ジフェニルスルホン等が挙げられる。
一実施形態において、反応混合物は、芳香族スルホンを含み、前記芳香族スルホン100質量部に対して、沸点が270~330℃である溶媒の含有量が0質量部以上1質量部未満である。これにより、反応温度の制御が容易になる。
反応混合物は、1種又は2種以上の溶媒を含むことができる。特に、反応混合物が溶媒として一種の溶媒のみ(単一溶媒)を含むことが好ましく、これによりプロセスを簡素化できる。
一実施形態において、反応混合物は炭酸カリウムを含む。これにより、反応が促進される。
一実施形態において、炭酸カリウムは、下記条件(A)及び(B)の少なくとも一つを満たす。これにより、得られるPEEKを高分子量化できる。
(A)炭酸カリウムの嵩密度が1.2g/ml(l:リットル)以下である。
(B)炭酸カリウムの平均粒子径をD(μm)、比表面積をS(m/g)としたとき、D/S≦600を満たす。
一実施形態において、炭酸カリウムの嵩密度は、1.2g/ml以下、1.1g/ml以下又は1.0g/ml以下であり、また、0.05g/ml以上又は0.10g/ml以上である。
また、炭酸カリウムの嵩密度は、例えば、0.05g/ml~1.2g/ml、0.05g/ml~1.1g/ml、0.05g/ml~1.0g/ml、0.10g/ml~1.2g/ml、0.10g/ml~1.1g/ml、又は0.10g/ml~1.0g/mlであり得る。
炭酸カリウムの嵩密度が1.2g/ml以下であることによって、得られるPEEKを高分子量化できる。
炭酸カリウムの嵩密度は、下記の方法によって測定される値である。
0.1質量%の精度で秤量した約50gの炭酸カリウム(質量m(g))を圧密せずに、乾燥させた100mlメスシリンダー(最小目盛単位:1ml)に静かに入れる。粉体層の上面を圧密せずに注意深くならし、ゆるみ嵩体積V(ml)を最小目盛単位まで読み取り、下記式より嵩密度を算出する。
嵩密度(g/ml)=m/V
尚、ゆるみ嵩体積Vが100mlを超える場合は、試料とする炭酸カリウムの質量mを減じて、ゆるみ嵩体積Vが100ml以下の容量になるよう調整して、ゆるみ嵩体積Vを読み取り、嵩密度を算出する。
一実施形態において、炭酸カリウムの平均粒子径をD(μm)、比表面積をS(m/g)としたとき、D/Sの値は、600以下、550以下又は500以下であり、また、0.1以上、0.2以上又は0.5以上である。
また、D/Sの値は、例えば、1~600、1~550、1~500、2~600、2~550、2~500、5~600、5~550、又は5~500であり得る。
D/S≦600であることによって、得られるPEEKを高分子量化できる。
炭酸カリウムの平均粒子径D(μm)は、以下に記載の方法によって測定される値である。
マイクロトラック・ベル(株)製のCAMSIZERを用いて、乾式法により粒度分布測定を行う。試料(炭酸カリウム)を振動フィーダーで測定部に落として、カメラで粒子を撮影して粒子径を測定する。観察した画像を処理する際に、粒子画像の短径からのデータを処理した数値を用いて、測定装置に具備されたプログラムによる自動計算により平均粒子径Dを算出する。
炭酸カリウムの比表面積S(m/g)は、以下に示す方法によって測定される。
(i)前処理
試料(炭酸カリウム)の前処理として、マイクロトラック・ベル社製のBELPREP vacIIを用いて、100℃、1時間以上の加熱真空排気を実施し、真空度が10Pa(75mTorr)に到達したら前処理完了とする。
(ii)測定
マイクロトラック・ベル社製のBELSORP-miniIIを用いて、液体窒素温度での窒素吸着法による比表面積測定を行う。窒素導入量の設定は、本装置の「簡易モード」で行い、目標相対圧は、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30とする。
(iii)解析
解析ソフトとしてBEL Masterを用いた。解析方法はJIS Z 8830:2013に準拠し、相対圧が高い方の測定結果から4点以上を用いて、BET多点法により比表面積Sを算出する。
一実施形態において、炭酸カリウムは、上記の測定により、例えば、嵩密度0.90[g/ml]、平均粒子径D=460[μm]、比表面積S=1.51[m/g]、D/S=305となるものなどを用いることができる。
一実施形態において、反応混合物は、炭酸カリウム以外の他のアルカリ金属炭酸塩、アルカリ金属炭酸水素塩等のアルカリ金属塩を含む。これらのアルカリ金属塩は、炭酸カリウムと併用してもよい。例えば、炭酸カリウムと炭酸ナトリウムとを併用してもよい。
アルカリ金属炭酸塩としては、炭酸リチウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウム等が挙げられる。
炭酸カリウムと併用可能なアルカリ金属炭酸水素塩としては、例えば、炭酸水素リチウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウム等が挙げられる。
これらのアルカリ金属塩は、1種を単独で使用しても、2種以上を併用してもよい。
反応混合物におけるアルカリ金属塩(炭酸カリウム及び上述した他のアルカリ金属塩を含む)の合計の濃度は格別限定されない。
一実施形態において、反応混合物におけるアルカリ金属塩の合計の配合量は、反応混合物に配合するハイドロキノン100mol部に対して、100mol部以上であり、また、180mol部以下、160mol部以下、140mol部以下又は120mol部以下である。アルカリ金属塩の合計の配合量が、100mol部以上であれば、反応時間を短縮できる。アルカリ金属塩の合計の配合量が、180mol部以下であれば、ゲル成分の生成を抑制できる。また、反応混合物におけるアルカリ金属塩の合計の配合量は、反応混合物に配合するハイドロキノン100mol部に対して、例えば100~180mol部、好ましくは100~140mol部、より好ましくは100~120mol部である。
一実施形態において、アルカリ金属塩として炭酸カリウムを上記の配合量で配合する。
一実施形態において、反応混合物は、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム及びフッ化セシウムのいずれも含まない。本態様においては、これらの化合物を含まなくても高分子量のPEEKを得ることができる。また、これらの化合物を含まないことにより、得られるPEEK中にこれらの化合物が残留することを回避でき、精製コストを削減できる。これにより、高い結晶化温度Tcを有するPEEKを低コストで製造することができる。
反応に供される4,4’-ジクロロベンゾフェノン(DCBP)と、ハイドロキノン(HQ)とのmol比([DCBP]:[HQ])は格別限定されない。
mol比([DCBP]:[HQ])は、得られるPEEKの分子量を制御する等の目的で適宜調整できる。
一実施形態において、mol比([DCBP]:[HQ])は、47.5:52.5~52.5:47.5、48.0:52.0~52.0:48.0、48.5:51.5~51.5:48.5、49.0:51.0~51.0:49.0又は49.5:50.5~50.5:49.5である。
4,4’-ジクロロベンゾフェノン(DCBP)のmol数は、ハイドロキノン(HQ)のmol数より大きくても、小さくても、同じでもよい。
一実施形態において、反応混合物における4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンの合計の濃度(配合量基準)は格別限定されず、例えば、1.0mol/l以上、1.2mol/l以上、1.3mol/l以上、1.4mol/l以上又は1.5mol/l以上であり、また、6.0mol/l以下、5.0mol/l以下又は4.0mol/l以下である。また、反応混合物における4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンの合計の濃度(配合量基準)は、例えば1.0~6.0mol/l、好ましくは1.3~5.0mol/l、より好ましくは1.5~4.0mol/lである。
一実施形態において、上述した反応に供されるモノマーとして、4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノン以外の他のモノマーを用いない。
一実施形態において、上述した反応には、本発明の効果を損なわない範囲で、4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノン以外の他のモノマーが併用される。
一実施形態において、反応に供される全モノマーを基準として、4,4’-ジクロロベンゾフェノン及びハイドロキノンの合計の割合(質量%)は、50質量%以上、60質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、97質量%以上、99質量%以上、99.5質量%以上又は100質量%である。
本態様において、反応混合物の容量は格別限定されない。
一実施形態において、反応混合物の容量は、0.1l以上、0.2l以上、0.3l以上、0.5l以上、1l以上、2l以上、5l以上、10l以上である。上限は格別限定されない。
一実施形態において、反応開始時における反応混合物の70質量%以上、80質量%以上、90質量%以上、95質量%以上、99質量%以上、99.5質量%以上、99.9質量%以上又は実質的に100質量%が、
4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキノン、アルカリ金属塩及び溶媒であるか、
4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキノン、炭酸カリウム及び炭酸ナトリウムからなる群から選択される1種以上のアルカリ金属塩並びにジフェニルスルホンであるか、又は
4,4’-ジクロロベンゾフェノン、ヒドロキノン、炭酸カリウム及びジフェニルスルホンである。
尚、「実質的に100質量%」の場合、不可避不純物を含んでもよい。
4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとの反応は、不活性ガス雰囲気で実施することができる。不活性ガスは格別限定されず、例えば窒素、アルゴンガス等が挙げられる。
以下に本発明の実施例を説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されない。
(実施例1)
撹拌機、温度計、窒素導入管及び冷却管に接続した水回収容器を備えた300mlの四口フラスコに、4,4’-ジクロロベンゾフェノン40.572g(0.162mol)、ヒドロキノン17.787g(0.162mol)、炭酸カリウム25.699g(0.186mol)及びジフェニルスルホン139.60gを入れ、窒素ガスを流通させた。
反応混合物を下記の温度制御下で反応させた。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から260℃に昇温
(6)260℃において2時間保持
反応終了後、生成物をブレンダー(ワーリング社製7010HS)で粉砕し、アセトン、水の順に洗浄を行ってから、180℃の乾燥機で乾燥し、粉末状のPEEKを得た。
得られたPEEKを下記(1)~(4)の測定に供した。
(1)メルトフローインデックス(MI)
PEEKのメルトフローインデックスを、株式会社立山科学ハイテクノロジーズ製メルトインデクサ(L-227)を用いて、ASTM D 1238-13に準拠し、樹脂温度380℃、荷重2.16kgにおいて測定した。
(2)示差走査熱量測定(DSC)
PEEK5mgをアルミニウム製のパンに計り取り、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製「DSC8500」)を用いて温度走査測定を行った。温度走査は20℃から420℃まで20℃/分での昇温、420℃から20℃まで-20℃/分での降温の順で行い、降温時に観測された結晶化の発熱ピークを読み取って結晶化温度Tcを求めた。
(3)燃焼イオンクロマトグラフ
燃焼イオンクロマトグラフ法により、PEEKにおけるフッ素原子の含有量a及び塩素原子の含有量bを測定した。
具体的には、試料を燃焼炉内に導入し、酸素を含む燃焼ガス中で燃焼させ、発生したガスを吸収液に捕集させた後、その吸収液をイオンクロマトグラフにて分離定量した。定量値は、既知濃度のリファレンスから作成した検量線を元に求めた。以下に測定条件を示す。
<試料燃焼>
燃焼装置:株式会社三菱化学アナリテック製AQF-2100H
燃焼炉設定温度:前段800℃、後段1100℃
アルゴン流量:400ml/min
酸素流量:200ml/min
吸収液:過酸化水素水
<イオンクロマトグラフ>
分析装置:サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製Integrion
カラム:ガードカラムとして(Dionex IonPac AG12A)及び分離カラムとして(Dionex IonPac AS12A)を連結して使用(カラムは共にDIONEX社製)
溶離液:NaCO(2.7mmol/l)+NaHCO(0.3mmol/l)
流速:1.5ml/min
カラム温度:30℃
測定モード:サプレッサ方式
検出器:電気伝導度検出器
尚、上記の測定方法におけるフッ素原子及び塩素原子の検出限界は2mg/kgである。これらの原子が検出限界未満の場合は、表1中、「<2」(mg/kg)と表記する(後の表2も同様である。)。
(4)還元粘度ηsp/c
濃硫酸(純度95質量%以上)に、PEEKを濃度が0.1g/dlとなるように溶解して得られた溶液について、25℃においてJIS K7367-5:2000に準拠しウベローデ粘度計を用いて還元粘度ηsp/cを測定した。
以上の結果を表1に示す。
(実施例2)
実施例1において、温度制御を下記に変更したこと以外は実施例1と同様にして、粉末状のPEEKを得た。得られたPEEKを実施例1と同様の測定に供した結果を表1に示す。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から280℃に昇温
(6)280℃において2時間保持
(実施例3)
実施例1において、温度制御を下記に変更したこと以外は実施例1と同様にして、粉末状のPEEKを得た。得られたPEEKを実施例1と同様の測定に供した結果を表1に示す。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から300℃に昇温
(6)300℃において2時間保持
(実施例4)
実施例1において、温度制御を下記に変更したこと以外は実施例1と同様にして、粉末状のPEEKを得た。得られたPEEKを実施例1と同様の測定に供した結果を表1に示す。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から320℃に昇温
(6)320℃において2時間保持
(比較例1)
実施例1において、温度制御を下記に変更したこと以外は実施例1と同様にして、粉末状のPEEKを得た。得られたPEEKを実施例1と同様の測定に供した結果を表1に示す。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から340℃に昇温
(6)340℃において2時間保持
Figure 2023087072000004
<評価>
表1より、本発明に係るPEEKの製造方法によれば、高い結晶化温度Tc(具体的には255℃以上)を有するPEEKが得られることがわかる。また、反応混合物の最高温度が300℃に近い程、メルトフローインデックス(MI)が低下しており、PEEKが高分子量化していることがわかる。
(実施例5)
撹拌機、温度計、窒素導入管及び冷却管に接続した水回収容器を備えた300mlの四口フラスコに、4,4’-ジクロロベンゾフェノン41.224g(0.164mol)、ヒドロキノン17.803g(0.162mol)、炭酸カリウム25.717g(0.186mol)及びジフェニルスルホン140.00gを入れ、窒素ガスを流通させた。
反応混合物を下記の温度制御下で反応させた。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から280℃に昇温
(6)280℃において2時間保持
反応終了後、生成物をブレンダー(ワーリング社製7010HS)で粉砕し、アセトン、水の順に洗浄を行ってから、180℃の乾燥機で乾燥し、粉末状のPEEKを得た。
得られたPEEKを実施例1と同様の測定及下記引張強度の測定に供した。
<引張強度>
PEEKを、井元製作所製真空プレスを用いて380℃で2mm厚にプレス成形し、200℃でアニールし、プレス成形板を得た。このプレス成形板を、JIS K7161に規定するダンベル状5A形に切削して試験片とした。得られた試験片について、試験速度5mm/分、チャック間距離50mmで引張試験を行い、引張強度を測定した。
以上の結果を表2に示す。
(実施例6)
実施例5において、温度制御を下記に変更したこと以外は実施例5と同様にして、粉末状のPEEKを得た。得られたPEEKを実施例5と同様の測定に供した結果を表2に示す。
<温度制御>
(1)150℃に昇温した後、30分間かけて200℃に昇温
(2)200℃において1時間保持
(3)30分間かけて200℃から250℃に昇温
(4)250℃において1時間保持
(5)30分間かけて250℃から300℃に昇温
(6)300℃において2時間保持
表2には、上述した比較例1で得られたPEEKを上述した引張強度の測定に供した結果も示す。
Figure 2023087072000005
<評価>
表2より、高い結晶化温度Tcを有するPEEKは、引張強度に優れる傾向を示すことがわかる。
上記に本発明の実施形態及び/又は実施例を幾つか詳細に説明したが、当業者は、本発明の新規な教示及び効果から実質的に離れることなく、これら例示である実施形態及び/又は実施例に多くの変更を加えることが容易である。従って、これらの多くの変更は本発明の範囲に含まれる。
この明細書に記載の文献、及び本願のパリ条約による優先権の基礎となる出願の内容を全て援用する。

Claims (17)

  1. 下記式(1)で表される繰り返し単位を含み、結晶化温度Tcが255℃以上であり、下記条件(A)及び(B)の一方又は両方を満たす、ポリエーテルエーテルケトン。
    Figure 2023087072000006
    (1)
    (A)フッ素原子の含有量aが2mg/kg未満である。
    (B)塩素原子の含有量bが2mg/kg以上である。
  2. 原料に4,4’-ジクロロベンゾフェノンを含む、請求項1に記載のポリエーテルエーテルケトン。
  3. メルトフローインデックスが100g/10min以下である、請求項1又は2に記載のポリエーテルエーテルケトン。
  4. 還元粘度ηsp/cが0.40~1.50dl/gである、請求項1~3のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトン。
  5. 4,4’-ジクロロベンゾフェノンとハイドロキノンとを、反応混合物の最高温度を260~320℃とする条件で反応させることを含む、ポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  6. 前記反応混合物を150℃以上に昇温した後、温度保持することを含む、請求項5に記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  7. 前記反応混合物を150℃以上に昇温した後、昇温と温度保持とを複数回繰り返すことを含む、請求項5又は6に記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  8. 前記反応混合物を180~220℃において0.5~2時間保持することを含む、請求項5~7のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  9. 前記反応混合物を230~270℃において0.5~2時間保持することを含む、請求項5~8のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  10. 前記反応混合物を280~320℃において1~8時間保持することを含む、請求項5~9のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  11. 前記反応混合物の温度が150℃に達した時点から前記最高温度に達する時点までの時間が2.0~10時間である、請求項5~10のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  12. 製造されるポリエーテルエーテルケトンの結晶化温度Tcが255℃以上である、請求項5~11のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  13. 製造されるポリエーテルエーテルケトンのメルトフローインデックスが100g/10min以下である、請求項5~12のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  14. 製造されるポリエーテルエーテルケトンの還元粘度ηsp/cが0.40~1.00dl/gである、請求項5~13のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  15. 前記最高温度が290℃超である、請求項5~14のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  16. 前記反応混合物が、溶媒として1種の溶媒のみを含む、請求項5~15のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。
  17. 前記反応混合物が、フッ化ナトリウム、フッ化カリウム、フッ化ルビジウム及びフッ化セシウムのいずれも含まない、請求項5~16のいずれかに記載のポリエーテルエーテルケトンの製造方法。

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023080151A1 (ja) * 2021-11-02 2023-05-11 出光興産株式会社 芳香族ポリエーテル、組成物、フィルム、粉体、ペレット、複合材料の製造方法及び複合材料

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1586972A (en) * 1977-02-01 1981-03-25 Ici Ltd Production of aromatic polyethers
JPS6465129A (en) * 1987-09-04 1989-03-10 Mitsubishi Gas Chemical Co Production of aromatic polyether
DE3730690A1 (de) * 1987-09-12 1989-03-23 Bayer Ag Verfahren zur herstellung von aromatischen polyetherketonen
JPH01178520A (ja) * 1988-01-08 1989-07-14 Idemitsu Kosan Co Ltd 芳香族ポリエーテルケトンの製造方法
DE3840617A1 (de) * 1988-07-23 1990-02-01 Bayer Ag Verfahren zur herstellung von aromatischen polyetherketonen
DE3907474A1 (de) * 1989-03-08 1990-09-13 Bayer Ag Verfahren zur herstellung von aromatischen polyetherketonen
JP2745727B2 (ja) * 1989-10-04 1998-04-28 住友化学工業株式会社 芳香族ポリエーテル重合体の製造方法
JP3122120B2 (ja) 1990-08-31 2001-01-09 クラリオン株式会社 Ff・rew機構
EP0528266A3 (en) * 1991-08-20 1993-05-05 Basf Aktiengesellschaft Method for the production of polyarylethers
WO2011010116A2 (en) * 2009-07-24 2011-01-27 Invista Technologies S.À.R.L. Synthesis method using ionic liquids
AU2010337613B2 (en) 2009-12-28 2013-08-01 Toray Industries, Inc. Cyclic polyphenylene ether ether ketone composition and method for producing the same

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