JP2614431B2 - カルボキシル化フェニレンエーテル樹脂の製造法 - Google Patents

カルボキシル化フェニレンエーテル樹脂の製造法

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JP2614431B2
JP2614431B2 JP7197304A JP19730495A JP2614431B2 JP 2614431 B2 JP2614431 B2 JP 2614431B2 JP 7197304 A JP7197304 A JP 7197304A JP 19730495 A JP19730495 A JP 19730495A JP 2614431 B2 JP2614431 B2 JP 2614431B2
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08L71/10—Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives from phenols
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はフェニレンエーテル
樹脂、およびより詳細にはカルボキシル官能性をもつフ
ェニレンエーテル樹脂を製造するための改良法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】ポリフェニレンエーテル樹脂（ＰＰＥ）
は以前から高温熱可塑性樹脂として用いることが知られ
ている。たとえばＰＰＯすなわちポリ（２，６−ジメチ
ル−１，４−フェニレンエーテル）は米国特許第３，１
３４，７５３号および第３，３０６，８７４号明細書に
記載されている。より最近では米国特許第４，０１１，
２００号明細書に、改良された熱安定性をもつフェニレ
ンエーテルコポリマー樹脂が記載されている。これらの
樹脂は、特に他のポリマー、たとえばスチレン樹脂とさ
らにブレンドして使用するものとして、大幅に受入れら
れた（たとえば米国特許第４，３５６，７６１号、第
３，３８３，４３５号および第４，０３８，５４３号明
細書に記載されている）。ポリフェニレンエーテルは実
質的に無極性であり、従ってより極性の高い大部分の樹
脂、たとえばポリアミドおよびポリエステルとブレンド
するのが困難である。さらに各種の一般的強化材、たと
えばガラス繊維に対するＰＰＥ樹脂の付着性がしばしば
乏しく、ＰＰＥ樹脂を適切に強化するためには、この種
の材料の表面を改質する必要があろう。
【０００３】ＰＰＥ樹脂の無極性を改質する方法は、知
られている。官能性コモノマーの使用、ならびに金属
化、スルホン化、クロロメチル化およびこれに類する方
法の採用が、この種の樹脂に反応性官能基を導入するた
めに報告されている。あらかじめ製造されたポリフェニ
レン樹脂を、スチレン系モノマーおよび無水マレイン酸
の組合せにより、遊離基開始剤の存在下で処理すること
が、米国特許第４，０９７，５５６号明細書に、ポリフ
ェニレンエーテル−スチレン−無水マレイン酸グラフト
コポリマーを提供するものとして示されており、これら
はポリアミドのブレンドに有用であると述べられてい
る。無水マレイン酸を過酸化物の存在下で直接にフェニ
レンエーテル樹脂に結合させる方法が、特開昭５９−６
６４５２号および５９−５９７２４号公報に示されてい
る。これらのマレエート化フェニレンエーテル樹脂とポ
リアミドのブレンドもそこに示されており、これらのカ
ルボキシル化樹脂はガラスに対する親和性が改良されて
いると述べられている。
【０００４】フェニレンエーテル樹脂およびポリアミド
のカルボキシル化に用いられる方法は有効であると思わ
れるが、さらに改良する必要がある。官能性コモノマー
の使用によるか、または反応後におけるフェニレンエー
テル樹脂の化学的改質には付加的な、また経費のかかる
処理工程を必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】フェニレンエーテル樹
脂の直接改質に関して、現在知られている方法は、一般
に溶融処理温度において長い混合時間を必要とし、およ
び／または遊離基化合物を使用する必要がある。これら
は樹脂の架橋および／または劣化を促進する傾向をもつ
条件である。高温で長期間混合することはエネルギー消
費も高め、生産費を増大させる。処理時間が実質的に短
縮され、樹脂の架橋および分解が最小限に抑えられる、
フェニレンエーテル樹脂を直接カルボキシル化するため
の改良法が求められている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明方法は、フェニレ
ンエーテル樹脂およびエチレン性不飽和カルボキシル化
合物の混合物を溶融処理することよりなる、フェニレン
エーテル樹脂をカルボキシル化するための改良法であ
る。
【０００７】本発明の目的に有用なフェニレンエーテル
樹脂（すなわちＰＰＥ樹脂）には、２，６−ジアルキル
フェノールの酸化カップリングにより製造されるホモポ
リマー（たとえば米国特許第３，３０６，８７４号明細
書に示されるもの）、および２，６−ジアルキルフェノ
ールと２，３，６−トリアルキルフェノールのコポリマ
ー（米国特許第４，０１１，２００号明細書に記載され
るもの）の双方が含まれる。一般に２，６−ジアルキル
フェノール（たとえば２，６−ジメチルフェノール）
を、または２，６−ジアルキルフェノールと２，３，６
−トリアルキルフェノール（たとえば２，３，６−トリ
メチルフェノール）との混合物を酸化カップリングする
ことにより製造される。本発明の実施に適したコポリマ
ーを製造するには、２，３，６−トリアルキルフェノー
ルの割合は総ポリフェニレンエーテルに対し約２〜約５
０重量％の範囲であろう。しかし、好ましいコポリマー
は約２〜２０重量％、より好ましくは約２〜１０重量％
の２，３，６−トリアルキルフェノール、およびこれに
対応して約９８〜約８０重量％、より好ましくは約９８
〜約９０重量％の２，６−ジアルキルフェノールからな
るであろう。これらのホモポリマーおよびコポリマーを
種々の酸化カップリング法により合成することが当技術
分野で周知であり、この種のポリマーが当技術分野で商
業的に入手できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】フェニレンエーテル樹脂のカルボ
キシル化は、フェニレンエーテル樹脂とイタコン酸を溶
融混合することにより行われる。フェニレンエーテル樹
脂とイタコン酸は合わせて、一般の溶融配合装置、たと
えば配合押出機などにより溶融処理されるであろう。少
なくとも概念上は、フェニレンエーテル樹脂を溶融混合
し、次いでこれにイタコン酸を添加することが可能では
あるが、最も実用的で好都合な処理法は、これらの成分
を粉末および／またはペレットとして十分にドライブレ
ンドして、これらの成分の十分に混合された完全な分散
物を得たのち、このドライブレンドを溶融混合すること
であろう。外部加熱と共に高い剪断力を施すことによっ
て、さらに十分な各成分の混合および樹脂成分の溶融が
達成され、イタコン酸と樹脂の相互作用が行われるのに
必要な条件が与えられる。
【０００９】本発明方法のカルボキシル化工程を実施す
る際には、長い混合時間を避けるべきである。フェニレ
ンエーテル樹脂は溶融温度が高い材料であり、十分に溶
融混合するのが困難である。６００〜７５０°Ｆ（約３
１６〜３９９℃）の範囲の高い素材温度が、ＰＰＥ配合
操作に際し一般に用いられる。従って高剪断力混合装
置、たとえば一軸または二軸スクリュー型配合押出機
が、有効な溶融処理のために一般に好ましい。この種の
装置、特に二軸スクリュー型配合押出機は、高い剪断力
および十分な混合により、ＰＰＥ樹脂を迅速に溶融処理
することができ、このため滞留時間が短縮され、従っ
て、苛酷な加熱条件に暴露される程度が低くなる。すな
わち、樹脂の熱履歴が、最小限に抑えられる。加熱ロー
ルミリ、バンバリーミキサーなどをこれらの樹脂の配合
に用いると長い混合時間を必要とし、これにより樹脂の
熱履歴が高まり、フェニレンエーテル樹脂が架橋、ゲル
化および／または酸化される可能性がある。従って、こ
のような不利な結果を避ける注意が払われるならば、こ
れらの装置を本発明の目的に用いてもよいが、これらの
装置は好ましくはない。
【００１０】この処理工程で製造されたカルボキシル化
フェニレンエーテル樹脂はそのままで、たとえばポリア
ミドとのアロイの調製に使用できる。しかし、カルボキ
シル化合物としてＰＰＥ樹脂の相互作用が不完全であっ
て、このためカルボキシル化ポリフェニレンエーテル
が、実質的な割合の未結合カルボキシル化合物を未反応
カルボキシル化合物として、または低分子量の反応副生
物として含有する可能性がある。低分子量イタコン酸
は、縮合ポリマー（たとえばポリエステルまたはポリア
ミド）と溶融ブレンド条件下で不都合に相互作用し、こ
れらのポリマーを架橋させ、および／または鎖の分断も
しくはグラフト架橋反応によりポリアミドの分子量を変
える可能性がある。また低分子量のイタコン酸が存在す
る場合、これらはこの種の樹脂と共に一般に用いられる
可塑剤、抗酸化剤その他の添加物と相互作用し、これに
よりそれらの有効性を低下させ、または破壊する可能性
すらある。
【００１１】従って、低分子量のイタコン酸が残存する
場合、これらを除去することが望ましい。未結合の低分
子量化合物が、溶融処理に必要な温度で揮発性であるな
らば、これらの化合物はカルボキシル化工程の途中また
はのちに、好ましくはベント式または真空ベント式押出
機により、溶融物を脱蔵させることによって容易に除去
できる。あるいは、未結合イタコン酸が存在する場合、
これらを別個の処理工程で、たとえば適切な溶剤を用い
て抽出するか、または樹脂を適切な溶剤に溶解したの
ち、樹脂を再沈澱させることにより除去することができ
る。
【００１２】従って、イタコン酸の使用量は、一部は選
ばれた個々のカルボキシル化合物に、またカルボキシル
化工程に用いられる溶融処理条件および装置に依存する
であろう。一般にフェニレンエーテル樹脂に結合したイ
タコン酸の水準は、フェニレンエーテル樹脂に対し約
０．０５〜２重量％、好ましくは０．０５〜約１．０重
量％、より好ましくは０．１〜約０．５重量％の範囲に
ある。この範囲以下の水準ではほとんど効果が認められ
ず、一方０．７５重量％よりもはるかに高い水準、特に
１．０重量％を越える水準では、生成物から調製される
ポリアミドアロイの物理的特性が実質的に低下し、ＰＰ
Ｅ樹脂の劣化が若干認められる場合がある。採用した溶
融処理条件が、カルボキシル化の促進にきわめて有効で
ある場合、装入されるカルボキシル化合物の水準は、カ
ルボキシル化ＰＰＥにおいて目的とするものとほぼ等し
いであろう。より効果が低いカルボキシル化処理条件を
採用する場合、特に脱蔵その他の処理工程を採用し、生
成した未結合の低分子量イタコン酸をこれにより除去す
る場合、より高い水準のイタコン酸が装入されるであろ
う。ある種の目的のためには、よりいっそう高い水準の
ＰＰＥカルボキシル化を行い、次いで得られたカルボキ
シル化樹脂を、後続のブレンディングのために、望まし
いカルボキシル化度をもつ樹脂を得るのに十分な非カル
ボキシル化ＰＰＥ樹脂と、溶融ブレンドする別法も望ま
しいであろう。
【００１３】本発明方法により製造されたカルボキシル
化フェニレンエーテル樹脂は、特にポリアミドとのアロ
イの調製に有用である。これらのアロイは、カルボキシ
ル化フェニレンエーテル樹脂を、ポリアミド樹脂とさら
に配合することによって調製できる。この種のアロイの
調製に有用なポリアミドには、ナイロン樹脂として広く
知られている、一般の射出成形可能なポリアミド樹脂が
含まれる。これには脂肪族ポリラクタム、たとえばポリ
カプロラクタム（ナイロン６）、およびより高級の同族
体、たとえばナイロン１１およびナイロン１２、ならび
に脂肪族ジアミンと脂肪族ジカルボン酸から製造される
ポリアミド、たとえばポリヘキサメチレンセバクアミド
（ナイロン６，１０）、ポリヘキサメチレンアジポアミ
ド（ナイロン６，６）などが共に含まれる。有用なポリ
アミドの他の例には非晶質および結晶質の変種、強化ポ
リアミド、ならびに芳香族−脂肪族コポリマー、ターポ
リマーおよびテトラポリマーが含まれる。これらの多種
多様なナイロン樹脂は周知であり、広く市販されてい
る。
【００１４】カルボキシル化フェニレン樹脂とポリアミ
ドの混合は、一般の溶融ブレディング法のいずれによっ
て行うこともでき、これには配合押出機、バンバリーミ
キサー、ロールミルなどの使用が含まれる。粉末状また
はペレット状の樹脂をドライブレンドし、次いで処理装
置に供給するか、あるいは樹脂成分の１種を溶融処理装
置中で溶融させ、次いで残りの樹脂成分を所望により耐
衝撃制改良剤、追加の顔料、色素、充填材、安定材、抗
酸化剤、滑剤、可塑剤などと共に、熱可塑性樹脂配合技
術の分野で慣用されている実際に従って、添加すること
により混和することができる。
【００１５】得られたアロイは著しいデラミネーション
を示さない、溶融加工しやすい熱可塑性樹脂である。従
って、これらの組成物は高度に架橋しておらず、なおか
つフェニレンエーテル樹脂とナイロンの単純な混合およ
び成形により得られる不相溶性混合物がもつ特性をいず
れも示さない。この組成物がこの時点で高度に相溶性の
成分のアロイであるか、あるいはナイロンとポリフェニ
レン成分のグラフトからなるグラフト樹脂であるかは分
かっていない。これらの組成物は有用な熱可塑性樹脂で
ある。これらは成形技術の分野で周知であり、かつ実施
されているように、充填材、強化繊維、顔料、難燃剤、
酸化防止剤、安定剤、可塑剤、加工助剤などの添加によ
りさらに改質できる。特に有用なものは、適切な耐衝撃
性改良剤（特にポリフェニレンエーテル樹脂の耐衝撃性
改良につき周知であり、慣用されるもの）の添加により
さらに改質された組成物、たとえば耐衝撃性改良された
スチレン樹脂、ブロックコポリマーエラストマー樹脂、
オレフィンポリマーなどである。これらの組成物は適切
な樹脂、たとえばスチレン樹脂をさらに配合することに
より、またポリアミド、ポリフェニレンエーテルなどを
さらに添加することにより、拡張することもできる。
【００１６】本発明は、以下の例を考慮に入れることに
よって、より良く理解されるであろう。これらは本発明
を説明するためのものであって、その限定を意味するも
のではない。各例において下記の略号および用語を用い
る。ＰＥＣ＝２，６−ジメチルフェノール（９５％）と
２，３，６−トリメチルフェノール（５％）のコポリマ
ー、実質的に米国特許第４，０１１，２００号方法によ
り製造、Ｈ−ＰＰＥ＝２，６−ジメチルフェノールのホ
モポリマー、実質的に米国特許第４，０１１，２００号
方法により製造、ＨＤＴ＝２６４ｐｓｉ(約１８．６ｋ
ｇ／ｃｍ2)におけるたわみ温度、ＡＳＴＭ Ｄ−６４
８、衝撃強さ＝アイゾット衝撃強さ、ｆｔ・ｌｂｓ／ｉ
ｎ（ｋｇ−ｍ／ｃｍ）ノッチ付、ＡＳＴＭ Ｄ−２５６
Ａ（室温）、滑 剤＝プルロニック Ｆ８８、エチレン
オキシド／プロピレンオキシドコポリマー、ワイアンド
ッテ・ケミカル社から入手。
【００１７】参考例１〜７ ポリフェニレンエーテル樹脂のカルボキシル化：粉末状
ＰＥＣ樹脂と種々の水準の無水マレイン酸のドライブレ
ンドを、各成分をヘンシェルブレンダー中で５分間十分
に混合することにより調製した。次いでこのドライブレ
ンドを、１3/4インチ（約４．４ｃｍ）一軸スクリュー
配合押出機にスクリュー速度５０ｒｐｍならびにバレル
およびダイ温度６００〜６２０°Ｆ（約３１６〜３２７
℃）ならびに素材温度６００〜６２５°Ｆ（約３１６〜
３２９℃）で供給し、混合物を溶融処理した。樹脂のア
リコート試料をクロロホルムに溶解したのちイソプロパ
ノールで再沈澱させ、乾燥させ、ＦＴＩＲにより分析し
て、結合無水マレイン酸の存在を証明した。Ｌ／Ｃ法に
よる分析を採用して、カルボキシル化樹脂中の遊離無水
マレイン酸水準を測定した。表１に参考例１〜７のカル
ボキシル化ポリフェニレンエーテル組成物を、比較例Ａ
のもの、すなわち無水マレイン酸の不在下に同じ配合処
理工程で処理したＰＥＣ樹脂と共にまとめる。
【００１８】
【表１】 低水準の無水マレイン酸を用いたＰＥＣのカルボキシル
化が、遊離基発生剤の不在下で、予想外に有効であるこ
とは明らかであろう。しかし、無水マレイン酸の（装
入）水準が高まると共に、遊離の無水マレイン酸水準
が、実質的に高まるのが認められる。２重量部以上の水
準では、得られる樹脂中の遊離無水マレイン酸量が実質
的になる。
【００１９】参考例８〜１４ ポリアミドとカルボキシル化ポリフェニレンエーテル樹
脂のアロイ：参考例１〜７のカルボキシル化ＰＥＣ樹脂
を等重量のナイロン６，６と、１3/4インチ（約４．４
ｃｍ）の配合押出機中で、ペレット化樹脂のドライブレ
ンドの溶融混合により溶融ブレンドした。押出物を細断
し、３オンス（約８５ｇ）のファン・ドルンスクリュー
射出成形機により射出成形して試験片を得た。これらの
アロイの組成、および物理的特性を表２にまとめる。
【００２０】
【表２】 ペレット化した試料をまず９０％蟻酸で抽出し、次いで
熱（１００℃）トルエンで抽出して、極性および非極性
の可溶性樹脂成分を共に除去することにより、各組成物
の不溶性成分を測定した。残りの不溶性残渣（ナイロン
６，６およびＰＥＣを含む架橋組成物と思われる）はさ
らに溶融加工できず、フィルムに溶融プレスすることが
できなかった。
【００２１】不溶分の水準は、無水マレイン酸（装入）
水準約０．７５より下（参考例８〜１０）ではきわめて
低く、この水準以上では急激に高まる。アロイの衝撃特
性は、無水マレイン酸わずか０．２５重量部の水準で最
大に達し、最高（３．０重量部）の水準では著しく低下
する。従って、本発明方法により、フェニレンエーテル
樹脂に取込まれた低水準の無水マレイン酸が、合金で有
用な特性を与え、０．１重量部程度の少量で、衝撃強さ
に著しい改善が得られることが明らかである。
【００２２】比較例Ｃ−Ｆ 以下の比較例においては無水マレイン酸によるＰＥＣ樹
脂のカルボキシル化を実質的には参考例１〜７の方法に
より、ただし遊離基発生剤としての過酸化ジクミルを含
めて行った。次いで得られた組成物をナイロン６，６お
よびクラトン（Ｋｒａｔｏｎ）Ｇ１６５１耐衝撃性改良
剤と、参考例８〜１５の方法により溶融ブレンドした。
組成およびそれらの物理的特性を表３にまとめる。 参考例１６ 本発明方法によりカルボキシル化したフェニレンエーテ
ル樹脂から調製された合金を比較のために示す。
【００２３】
【表３】
【００２４】これらデータから、遊離基発生剤を比較例
Ｃ−Ｅの場合のようにカルボキシル化工程で、または比
較例Ｆの場合のようにポリアミドとのブレンドに際して
使用することは衝撃特性に不利な影響を与え、比較的高
い過酸化物水準では著しい分解が生じることが明らかで
あろう。本発明方法により製造されたカルボキシル化Ｐ
ＰＥ樹脂は、カルボキシル化工程で遊離基開始剤を用い
る特開昭５９−６６４５２号および５９−５８７２４号
公報の方法により製造されたものと比較して、実質的に
改良された特性を示す、ポリアミドとのアロイを与える
ことが明らかであろう。
【００２５】参考例１７ 米国特許第４，０１１，２００号明細書に記載された重
合法により製造された２，６−ジメチルフェノールのホ
モポリマー（Ｈ−ＰＰＥ）を参考例１〜７で採用した方
法に従って、Ｈ−ＰＰＥ１００重量部および無水マレイ
ン酸０．５重量部を用いてカルボキシル化した。次いで
カルボキシル化Ｈ−ＰＰＥ４７．５重量部を、４７．５
重量部のナイロン６，６および５．０重量部の耐衝撃性
改良剤クラトンＧと、参考例１５〜２１の方法により溶
融ブレンドした。押出機は平滑かつ延性であり、射出成
形試験片は２．５ｆｔ・ｌｂｓ／ｉｎ（０．１３６ｋｇ
・ｍ／ｃｍ）（ノッチ付）のアイゾット衝撃値を備えて
いた。
【００２６】実施例 ＰＥＣ樹脂１００重量部およびイタコン酸１．０重量部
をドライブレンドし、１3/4インチ（約４．４ｃｍ）の
一軸スクリュー押出機中で溶融配合した。得られたカル
ボキシル化ＰＥＣ樹脂５０重量部を、次いで配合押出機
中で５０重量部のナイロン６，６と溶融ブレンドし、平
滑な延性の押出物を得た。この押出物を射出成形して、
アイゾット衝撃値０．５０ｆｔ・ｌｂｓ／ｉｎ（０．０
２７ｋｇ・ｍ／ｃｍ）をもつ試験片を得た。
【００２７】比較例Ｇ イタコン酸の代わりに無水コハク酸１．０重量部を用い
て、実施例の方法を繰返した。カルボキシル化ＰＥＣ樹
脂とナイロン６，６のブレンドは、一軸スクリュー押出
機で配合した際に相溶性の乏しい混合物を与えたにすぎ
ず、これを成形することはできなかった。２８ｍｍの二
軸スクリュー押出機中で配合することによりわずかに改
善され、アイゾット衝撃強さ０．２１ｆｔ・ｌｂｓ／ｉ
ｎ（０．０１１ｋｇ・ｍ／ｃｍ）（ノッチ付）の試験片
が得られた。ＰＥＣ１００重量部当り無水コハク酸１．
０重量部および過酸化ジクミル０．５重量部を用いてこ
の処理を繰返した。この材料とナイロン６，６のブレン
ドは二軸スクリュー押出機で配合した際にきわめて粗
な、もろい押出物を与えた。
【００２８】従って、エチレン性不飽和カルボキシル化
合物のみが、ＰＰＥ樹脂のカルボキシル化に有効である
ことは明らかであろう。飽和同族体、たとえば過酸化化
合物と共に用いた場合ですら無効である。従って本発明
は、本質的にフェニレンエーテル樹脂１００重量部、お
よびイタコン酸０．０５〜約２．０重量部、好ましくは
０．１〜約１．０重量部からなる混合物を溶融混合する
ことによるカルボキシル化フェニレンエーテル樹脂製造
のための改良法、ならびに本発明方法により製造された
カルボキシル化フェニレンエーテル樹脂であることは認
められるであろう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595111217 Ｐａｒｋｅｒｓｂｕｒｇ Ｃｅｎｔｅ ｒ，５ｔｈ ＆ Ａｖｅｒｙ Ｓｔｒｅ ｅｔｓ，Ｐａｒｋｅｒｓｂｕｒｇ，Ｗｅ ｓｔＶｉｒｇｉｎｉａ 26102，Ｕｎｉ ｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒ ｉｃａ (72)発明者 トーマス・スタンレー・グラント アメリカ合衆国ウエスト・バージニア州 26105，ヴィエンナ，ホワイテッド・ド ライブ 4403 (56)参考文献 特開 昭59−59724（ＪＰ，Ａ) 特許2563285（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 本質的にフェニレンエーテル樹脂１００
    重量部およびイタコン酸０．０５〜１．０重量部よりな
    る混合物を、溶融混合してカルボキシル化フェニレンエ
    ーテル樹脂となすことからなる、カルボキシル化フェニ
    レンエーテル樹脂の製造法。
JP7197304A 1985-12-05 1995-08-02 カルボキシル化フェニレンエーテル樹脂の製造法 Expired - Lifetime JP2614431B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US804947 1985-12-05
US06/804,947 US4654405A (en) 1985-12-05 1985-12-05 Carboxylated phenylene ether resins

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