JP2507735B2 - サ−モトロピツク液晶性コポリエステルの製造法 - Google Patents

サ−モトロピツク液晶性コポリエステルの製造法

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JP2507735B2 JP9823587A JP9823587A JP2507735B2 JP 2507735 B2 JP2507735 B2 JP 2507735B2 JP 9823587 A JP9823587 A JP 9823587A JP 9823587 A JP9823587 A JP 9823587A JP 2507735 B2 JP2507735 B2 JP 2507735B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は,主として含リン芳香族ジオール成分,芳香
族ジカルボン酸成分及び芳香族ヒドロキシカルボン酸成
分とからポリエステルを製造するに際し,これらの成分
にビス−ω−ヒドロキシアルキルテレフタレート又はそ
の重合体(AT成分という)を添加して反応させることに
よりサーモトロピック液晶性コポリエステルを製造する
方法に関するものである。
(従来の技術) 従来,耐熱性高分子として芳香族ポリエステルがよく
知られている。しかしながら,芳香族ポリエステルの大
部分は成形困難な物質であり,用途が限られている。
一般に,耐熱性の芳香族ポリエステルは難燃性に優れ
ているとされているが,後述する限界酸素指数では高々
40程度であって,十分な難燃性とは言い難く,また,非
常に融点が高く,同時に溶融粘度が高いため,高温高圧
で成形しなければならないという極めて不都合なもので
ある。その上,高温に長時間暴露することは,ポリエス
テルの分解の面から見ても得策ではなく,経済的にも不
利である。したがって,難燃性と溶融成形性に優れた液
晶ポリエステルの開発に関心が注がれ,多くの提案がな
されて来たのである。
本発明者らは,特定の含リン芳香族ジオール成分,芳
香族ジカルボン酸成分及び芳香族ヒドロキシカルボン酸
成分とから得られる芳香族ポリエステルが,優れた耐熱
性を有するとともに,良好な溶融成形性を有することを
見出し,先に提案した〔特願昭61−51691号(特開昭62
−174228号)〕。
このポリエステルにおいて,含リン芳香族ジオール成
分の割合が少ない方が製造コスト面で有利であるが,こ
の成分が少ない場合,芳香族ヒドロキシカルボン酸成分
だけがブロック状に重縮合して,生成ポリエステルが高
融点化し,サーモトロピック液晶性を示さなくなって,
溶融成形性が悪くなるという問題があった。
(発明が解決しようとする問題点) 本発明は,このような含リン芳香族ジオール成分,芳
香族ジカルボン酸成分及び芳香族ヒドロキシカルボン酸
成分とから得られる,含リン芳香族ジオール成分の割合
が少ない芳香族ポリエステルにおける問題点を解消し,
サーモトロピック液晶性を示して溶融成形性が良く,難
燃性に優れ,耐熱性が良好で高温で使用する成形品に特
に適するコポリエステルを製造する方法を提供しようと
するものである。
(問題点を解決するための手段) 本発明は,上記の目的を達成するもので,その要旨
は,次のとおりである。
下記構造式で示される構成単位〜から主としてな
り,各構成単位が,ととが実質的に等モルで,と
とが5/95〜25/75のモル比であるポリエステルを製造
するに際し,単位を形成する含リン芳香族ジオール成
分,単位を形成する芳香族ジカルボン酸成分及び単位
を形成する芳香族ヒドロキシカルボン酸成分からなる
原料成分に,生成ポリエステルに対してアルキレンテレ
フタレート単位として1〜20モル%となる量のAT成分を
添加し,共重合させることを特徴とするサーモトロピッ
ク液晶性コポリエステルの製造法。
−O−Ar2−CO− (式において,Ar1は3価の芳香族基,Ar2は2価の芳香族
基を示す。ただし,芳香環は置換基を有していてもよ
い。) 本発明の方法で得られるコポリエステルは,流動開始
温度が,通常,300℃以下,好ましくは270℃以下で溶融
成形性が良く,かつ耐熱性,難燃性及び機械的特性の良
好なサーモトロピック液晶性コポリエステルである。
サーモトロピック液晶性とは,溶融相においてポリエ
ステルの分子が規則的に一方向に配列してネマティック
相といわれる液晶を生成する性質のことをいい,直交偏
光子を用いた常用の偏光技術により確認できる。
本発明におけるコポリエステルの第一の必須構成単位
は前記式で示される含リン芳香族ジオール残基であ
る。式におけるAr1としては,ベンゼン環及びナフタ
リン環が好ましい。また,式における芳香環の水素原
子は,炭素原子数1〜20のアルキル基,アルコキシ基,
炭素原子数6〜20のアリール基,アリロキシ基もしくは
ハロゲン原子で置換されていてもよい。
式の構成単位を形成する含リン芳香族ジオールの具
体例としては,次の式(a)〜(d)で表されるものが
挙げられる。
第二の必須構成単位は前記式で示される芳香族ジカ
ルボン酸残基である。
芳香族ジカルボン酸としては,テレフタル酸(TPA)
及びイソフタル酸(IPA)が好適であり,TPAとIPAとをモ
ル比で100/0〜0/100,好ましくは100/0〜50/50,最適には
100/0〜80/20の割合で用いるのが適当である。
また,第三の必須構成単位は前記式で示される芳香
族ヒドロキシカルボン酸残基であり,具体的には,4−ヒ
ドロキシ安息香酸,3−ヒドロキシ安息香酸,3−フェニル
−4−ヒドロキシ安息香酸,2−ヒドロキシ−6−ナフト
エ酸等の残基が挙げられるが,特に4−ヒドロキシ安息
香酸の残基が好ましい。
構成単位ととは,実質的に等モルであることが必
要で,この要件が満足されないと高重合度のコポリエス
テルが得られない。
そして,本発明の方法で対象とするポリエステルは,
構成単位ととが5/95〜25/75のモル比のものであ
り,構成単位〜からなるポリエステルでは,サーモ
トロピック液晶性を示し難い組成のものである。このモ
ル比がこの範囲より大きい組成では,容易に安定してサ
ーモトロピック液晶性ポリエステルが得られるので,AT
成分を導入する必要がない。
また,構成単位〜からなるコポリエステルに導入
するAT成分の量は,アルキレンテレフタレート単位とし
て,生成ポリエステルの1〜20モル%,好ましくは1〜
15モル%,最適には2〜10モル%である。AT成分の量が
あまり少なければこの成分を導入する効果が不十分であ
り,多すぎると安定してサーモトロピック液晶性コポリ
エステルを得ることができず,溶融成形性,耐熱性,成
形物の耐衝撃性等が低下したりして,好ましくない。
AT成分としては,ビス−β−ヒドロキシエチルテレフ
タレート又はその重合体が好ましく用いられ,特にテレ
フタル酸とエチレングリコールとのエステル化反応で得
られる低重合体が好適である。
また,上記コポリエステルの効果を損なわない範囲で
上記以外の成分を共重合してもよく,そのような共重合
成分としては,例えば,レゾルシン,ハイドロキノン,
4,4′−ジヒドロキシジフェニル,エチレングリコー
ル,シクロヘキサンジメタノール,ペンタエリスリトー
ル,2,6−ナフタレンジカルボン酸,ナフタル酸,4,4′−
ジカルボキシジフェニル,2,2−ビス(4′−カルボキシ
フェニル)プロパン,ビス(4−カルボキシフェニル)
メタン,ビス(4−カルボキシフェニル)エーテル等が
好適である。
本発明の方法においては,構成単位〜からなるポ
リエステルを形成する原料にAT成分を添加して反応(共
重合)させる。
構成単位を形成する含リン芳香族ジオール成分及び
構成単位を形成する芳香族ヒドロキシカルボン酸成分
は,低級脂肪酸の酸無水物と反応させて,ヒドロキシル
基を低級脂肪酸のエステル基に変換した形で用いるか,
ヒドロキシル基と当量以上の低級脂肪酸の酸無水物と併
用して用いられる。
低級脂肪酸の酸無水物としては,無水酢酸,無水プロ
ピオン酸,無水吉草酸,無水ピバル酸,無水トリクロル
酢酸等が用いられるが,沸点と価格の点で,無水酢酸が
最も好ましい。
本発明の方法の好ましい一例として,含リン芳香族ジ
オール成分が前記一般式(a)で表される化合物である
9,10−ジヒドロ−9−オキサ−10−(2′,5′−ジヒド
ロキシフェニル)ホスファフェナントレン−10−オキシ
ド(PHQ),芳香族ジカルボン酸成分がTPA/IPA,芳香族
ヒドロキシカルボン酸成分が4−ヒドロキシ安息香酸
(4HBA)であるコポリエステルの製造法について,具体
的に説明する。
イPHQ,TPA/IPA,4HBAをヒドロキシル基とカルボキシル
基とが当量となる量,さらにヒドロキシル基の量と当量
以上(好ましくは1.05〜1.25倍当量)の無水酢酸(Ac
2O)及びAT成分,もしくはロPHQのジアセテート(PHQ−
A),TPA/IPA,4HBAのアセテート(4HBA−A)をヒドロ
キシル残基とカルボキシル基とが当量となる量(好まし
くは,ヒドロキシル残基の量に対して0.05〜0.25倍当量
のAc2Oとともに)及びAT成分を反応機に仕込み,常圧
下,150℃程度の温度で,約2時間程度酸交換反応もしく
はエステル化反応させる。その後順次昇温し,必要なら
減圧しながら酢酸を溜出させ,酸交換反応させた後,280
℃程度に昇温する。
その後,最終的に通常,280〜350℃の温度で,1トル未
満の高域圧下に数十分〜数時間,溶融相で重縮合反応さ
せる。
本発明において重縮合反応は,コポリエステルの極限
粘度〔η〕が0.5以上,好ましくは0.6〜10.0,最適には
0.7〜3.0となるように行われる。〔η〕が0.5より小さ
いと耐熱性を始めとする各種の機械的特性が劣り,
〔η〕が10.0より大きいと溶融粘度が高くなり過ぎて成
形性,流動性などが損なわれたりして好ましくないとき
がある。
なお,通常重縮合反応には触媒が用いられるが,本発
明においては,例えば,各種金属化合物及び有機スルホ
ン酸化合物の中から選ばれた1種以上の化合物が用いら
れる。
金属化合物としては,アンチモン,チタン,ゲルマニ
ウム,スズ,亜鉛,アルミニウム,マグネシウム,カル
シウム,マンガン,コバルト,カリウム,ナトリウムな
どの化合物が用いられ,一方,有機スルホン酸化合物と
しては,スルホサリチル酸,o−スルホ安息香酸無水物な
どの化合物が用いられるが,ジメチルスズマレエートや
o−スルホ安息香酸無水物が特に好適に用いられる。
触媒の添加量としては,ポリエステルの繰り返し単位
1モルに対し,通常,0.1×10-4〜100×10-4モル,好ま
しくは0.5×10-4〜50×10-4モル,最適には1×10-4〜1
0/10-4モル用いられる。
(実施例) 次に,実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明す
る。
ポリマーの極限粘度〔η〕は,フェノールと四塩化エ
タンとの等重量混合溶媒中,20℃で測定した溶液粘度か
ら求めた。
ガラス転移点Tgは,パーキンエルマー社製示差走査熱
量計DSC−2型を用い,昇温速度20℃/分で測定した。
流動開始温度Tfは,島津製作所製フローテスターCFT
−500型を用い,荷重100kg/cm2,ノズル径0.5mmの条件
で,200℃から10℃/分の割合で昇温して行き,ポリマー
が流出し始める温度として求めた。
アイゾット衝撃強度IZは,ASTM D256規格に準拠して,1
/8インチの厚みで,ノッチ付で測定した。
難燃性は,JIS K7201規格による限界酸素指数LOIを1/1
6インチの厚みの試料について求めて判定した。
また,本発明のコポリエステルのサーモトロピック液
晶性はホットステージ付Leitz偏光顕微鏡で確認した。
実施例1 ビス−β−ヒドロキシエチルテレフタレート及びその
低重合体(BHET)の存在するエステル化反応装置にモル
比1/1.6のTPAとEGとのスラリーを連続的に供給し,温度
260℃,圧力0.05kg/cm2 G,滞留時間6時間の条件で反応
させ,〔η〕0.1のBHETを得た。
反応装置に,PHQ−A,TPA,4HBA−A及びAc2Oをモル比で
20:20:80:10となる量及び上記BHETをエチレンテレフタ
レート単位として生成ポリエステルの5モル%となる量
で仕込み,触媒としてジメチルスズマレエートをポリエ
ステルの繰り返し単位1モルに対し4×10-4モル加え,
窒素雰囲気下,常圧150℃で2時間混合しながら反応さ
せた。この反応物をさらに常圧下,200℃で2時間,さら
に280℃で2時間反応させた。その後,徐々に減圧,昇
温して反応を行い,最終的に320℃,1トル以下の減圧下
で2時間反応させた。
得られたポリエステルは,〔η〕2.71,Tg179℃,Tf268
℃,IZ31.4kg f・cm/cm,LOI54で,色調の優れたサーモト
ロピック液晶性コポリエステルであった。
比較例1 実施例1において,BHETを用いなかった以外は実施例
1と同様にしてポリエステルを製造した。
得られたポリエステルは,溶媒に不溶,Tg186℃,Tf305
℃,IZ6.2Kg f・cm/cm,LOI52で,サーモトロピック液晶
性を示さないコポリエステルであった。
実施例2〜4 PHQ−Aの代わりに第1表に示した含リン芳香族ジオ
ールのジアセテートを用い,実施例1とほぼ同様にして
得たコポリエステルの特性値を第1表に示す。
なお,第1表における(b),(c)及び(d)は,
それぞれ前述の構造式(b),(C)及び(d)を有す
る含リン芳香族ジオールのジアセテートを示す。
実施例5〜11及び比較例2〜6 第2表に示したモル部のPHQ,TPA,IPA,4HBAとAc2O144
モル部及び第2表に示した量(生成ポリエステルに対す
るエチレンテレフタレート単位としてのモル%)の実施
例1のBHETを使用し,実施例1とほぼ同様にしてポリエ
ステルを製造した。
得られたコポリエステルの特性値を第2表に示す。
実施例12 実施例1のBHETをバッチ式重縮合反応装置に仕込み,
触媒としてジメチルスズマレエートをポリエステルの繰
り返し単位1モルに対し2×10-4モル加え,1トル以下の
減圧下,280℃で2時間10分反応させ,〔η〕0.7のポリ
エチレンテレフタレートを得た。
実施例8において,BHETの代わりに上記ポリエチレン
テレフタレートを生成ポリエステルに対してエチレンテ
レフタレート単位として8モル%となる量で用いた以外
は実施例8とほぼ同様にしてポリエステルを製造した。
得られたポリエステルは,〔η〕1.99,Tg160℃,Tf256
℃,IZ28.7kg f・cm/cm,LOI52で,色調の優れたサーモト
ロピック液晶性コポリエステルであった。
(発明の効果) 本発明によれば,含リン芳香族ジオール成分,芳香族
ジカルボン酸成分及び芳香族ヒドロキシカルボン酸成分
とから得られる,含リン芳香族ジオール成分の割合が少
ない芳香族ポリエステルにおいて,AT成分の導入によ
り,生成ポリエステルの高融点化が防止され,サーモト
ロピック液晶性コポリエステルを安定して製造すること
が可能になり,溶融成形性が良く,難燃性に優れ,耐熱
性が良好で高温で使用する成形品に特に適するコポリエ
ステルを容易に製造することが可能となる。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記構造式で示される構成単位〜から
    主としてなり,各構成単位が,ととが実質的に等モ
    ルで,ととが5/95〜25/75のモル比であるポリエス
    テルを製造するに際し,単位を形成する含リン芳香族
    ジオール成分,単位を形成する芳香族ジカルボン酸成
    分及び単位を形成する芳香族ヒドロキシカルボン酸成
    分からなる原料成分に,生成ポリエステルに対してアル
    キレンテレフタレート単位として1〜20モル%となる量
    のビス−ω−ヒドロキシアルキルテレフタレート又はそ
    の重合体を添加し,共重合させることを特徴とするサー
    モトロピック液晶性コポリエステルの製造法。 −O−Ar2−CO− (式において,Ar1は3価の芳香族基,Ar2は2価の芳香族
    基を示す。ただし,芳香環は置換基を有していてもよ
    い。)
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