JP2629837B2 - ポリフェニレンスルフィドケトン重合体の製造法 - Google Patents

ポリフェニレンスルフィドケトン重合体の製造法

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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、熱安定性の良好なポリフェニレンスルフィ
ドケトン重合体の製造法に関するものである。
本発明の樹脂は熱可塑性であり、特に耐熱性、難燃
性、耐薬品性に優れている。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] 一般式 で示されるポリフェニレンスルフィドケトン(以下PPSK
と略)は、ガラス転移点137℃、結晶融点352℃と優れた
耐熱性を有するため、電気・電子、自動車等幅広い分野
への応用が期待される。
このPPSKの合成法としては、例えばジハロ芳香族化合
物とアルカリ金属硫化物より極性有機溶媒中で製造する
方法が挙げられ、これはインディアン ジャーナル オ
ブ ケミストリー,21,501(1982)及び特開昭60−5843
5号公報に記載されている。しかし、前者においては170
〜180℃と重合温度が低い上に1段階の昇温で反応を行
っている。その結果得られたものの溶媒粘度は0.26/dl
(H2SO4,0.5g/dl,28℃)と低い。また後者は極性有機溶
媒中で加熱によりアルカリ金属硫化物の遊離水や水和水
を除去した後、さらに2段階の昇温で重合を行っている
が、融点は低くまた得られた成形物も非常に脆い。
このPPSKは、結晶性で高い融点を有するが故に加工温
度が高く成形を行うにあたってはその熱安定性が重要な
問題となる。しかしながら、これまでPPSKの熱安定性に
関する検討は行われていない。
[課題を解決するための手段] 本発明者らはこれらの要望に答えるべく鋭意研究を重
ねた結果、重合条件の改良、具体的には加熱によりアル
カリ金属硫化物の遊離水や水和水を除去を行わず、未反
応ジハロゲン化合物の残存率が少なくとも2%以下にな
るまでの重合初期においては低温で反応を行うことによ
り、これまでの製造法より熱安定性のよいPPSKが得られ
ることを見出し、本発明に至ったものである。
本発明は、一般式 (X,X′はそれぞれフッ素、塩素、臭素又はヨウ素を示
し、ぞれぞれ同一あるいは異なっていてもよい)で示さ
れるジハロゲン化合物とアルカリ金属硫化物の極性溶媒
中での反応において、重合前に極性溶媒中でアルカリ金
属硫化物の遊離水や水和水の除去を行わず、かつ未反応
ジハロゲン化合物の残存率が少なくとも2%以下になる
までの重合初期においては80〜170℃の範囲で、それ以
後は200〜345℃の範囲で反応を行うことを特徴とするポ
リフェニレンスルフィドケトン重合体の製造方法にあ
る。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明で使用されるジハロゲン化合物としては、例え
ば、4,4′−ジフルオロベンゾフェノン、4,4′−ジクロ
ロベンゾフェノン、4,4′−ジブロモベンゾフェノン、
4,4′−ジヨードベンゾフェノン等が挙げられる。
これら化合物は耐熱性の面ではすべてパラ位の結合か
ら成ることが好ましいが、得られるスルフィドケトン重
合体の溶解性、及び成形性の向上を目的としてメタ位及
び/又はオルト位の結合を導入するため30モル%未満好
ましくは10モル%未満の範囲で、2,4′−ジフルオロベ
ンゾフェノン、3,3′−ジフルオロベンゾフェノン、3,
4′−ジフルオロベンゾフェノン、2,4′−ジクロロベン
ゾフェノン、3,3′−ジクロロベンゾフェノン、3,4′−
ジクロロベンゾフェノン、2,4′−ジブロモベンゾフェ
ノン、3,3′−ジブロモベンゾフェノン、3,4′−ジブロ
モベンゾフェノン等を共重合させることができる。
また繰返し単位の30モル%未満好ましくは10モル%未
満の共重合可能なその他の成分としてはパラ結合 メタ結合 オルト結合 エーテル結合 スルホン結合 ビフェニル結合 置換フェニルスルフィド結合 ここでRはアルキル基、ニトロ基、フェニル基、アルコ
キシ基、アミノ基、シアノ基、アルボン酸基、またはカ
ルボン酸の金属塩を示す)、3官能結合 が挙げられ、これらを含有していても、ポリマーの結晶
性に大きく影響を及ぼさない程度であれば構わない。
有機極性溶媒としては非プロトン性で高温でアルカリ
に対して安定な溶媒が好ましい。例えば、N,N−ジメチ
ルアセトアミド(DMA)、N−エチル−2−ピロリド
ン、ヘキサメチルホスホルトリアミド(HMPA)、ジメチ
ルスルホキシド(DMSO)、N−メチル−2−ピロリドン
(NMP)、1,3−ジメチルイミダゾリジノン等が挙げられ
る。
本発明で使用されるアルカリ金属硫化物としては例え
ば硫化リチウム、硫化ナトリウム、硫化カリウム、硫化
セシウムおよびこれらの混合物を挙げることができる。
これらのアルカリ金属硫化物は無水物の形で使用しても
水和物(0.5〜10モル等量)の形で使用してもよい。こ
れらのアルカリ金属硫化物の中では硫化ナトリウムが最
も安価であって工業的には好ましい。
またこれらのアルカリ金属硫化物はジハロゲン化合物
の重合系内への添加に先立って系内でその場で調製され
ても、系外で調製されたものを添加してもさしつかえな
い。
重合時には、相間移触媒として知られているクラウン
エーテル化合物や、リン塩,アンモニウム塩化合物の使
用や、アルカリ金属カルボキシレート等の助剤を使用す
ると得られるポリマーの分子量向上に有効な場合もあ
る。
また重合の前に加熱等によりアルカリ金属硫化物の遊
離水や水和水を除去しないことが熱安定性改良に効果的
である理由は現在のところ明らかではないが、熱履歴に
よるアルカリ金属硫化物の分解を防ぎ、モル等量比のず
れや副反応を抑止するためであると考えられる。
重合は未反応ジハロゲン化合物の残存率が少なくとも
2%以下になるまでの重合初期においては80〜170℃の
範囲で行う。さらにそれ以後の重合後期には200〜345
℃、好ましくは230℃〜280℃の範囲で重合を行い反応を
完結させる。その延べ重合時間は0.5〜24時間、好まし
くは1〜12時間攪はん下に行われる。
本発明において使用されるジハロゲン化合物とアルカ
リ金属硫化物とのモル比は0.9〜1.1:1.0の範囲が好まし
く、溶媒の量は重合中に生成するポリマーの量が系の5
〜50重量%、好ましくは5〜30重量%になるように調節
して使用することができる。
得られたポリマーは公知の回収法を用いることがで
き、例えば減圧蒸溜、フラッシュ法や水あるいは有機溶
剤による再沈澱により単離され、水や有機溶媒により洗
浄後乾燥する。本発明のポリフェニレンスルフィドケト
ン重合体は好ましくは30℃濃硫酸中0.5g/dlの濃度で測
定した還元粘度が0.10〜2.00のものであり、0.10未満で
あると加工を行った際、成形品は非常に脆いものとな
る。
本発明におけるポリフェニレンスルフィドは空気中な
どの酸化性の雰囲気下で加熱することにより鎖伸長や架
橋、分岐などを生じさせることができる。
以上のようにして得られた熱安定性のよいポリフェニ
レンスルフィドケトンは、必要に応じてガラス繊維、炭
素繊維、アルミナ繊維等のセラミック繊維、アラミド繊
維、全芳香族ポリエステル繊維、金属繊維、チタン酸カ
リウムウィスカー等の補強用充てん剤や炭酸カルシウ
ム、マイカ、タルク、シリカ、硫酸バリウム、硫酸カル
シウム、カオリン、クレー、パイロフェライト、ペント
ナイト、セリサイト、ゼオライト、ネファリンシナイ
ト、アタパルジャイト、ウォラストナイト、フェライ
ト、ケイ酸カルシウム、炭酸マグネシウム、ドロマイ
ト、三酸化アンチモン、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マ
グネシウム、酸化鉄、二硫化モリブデン、黒鉛、石こ
う、ガラスビーズ、ガラスパウダー、ガラスバルーン、
石英、石英ガラス等の無機充填剤や有機、無機顔料を配
合することもできる。
また、芳香族ヒドロキシ誘導体などの離型剤、シラン
系、チタネート系のカップリング剤、滑剤、耐熱安定
剤、耐候性安定剤、結晶核剤、発泡剤、防錆剤、イオン
トラップ剤、難燃剤、難燃助剤等を必要に応じて添加し
てもよい。
さらに必要に応じて、ポリエチレン、ポリブタジエ
ン、ポリイソプレン、ポリクロロプレン、ポリスチレ
ン、ポリブテン、ポリα−メチルスチレン、ポリ酢酸ビ
ニル、ポリ塩化ビニル、ポリアクリル酸エステル、ポリ
メタクリル酸エステル、ポリアクリロニトリル、ナイロ
ン6、ナイロン66、ナイロン610、ナイロン12、ナイロ
ン11、ナイロン46等のポリアミド、ポリエチレンテレフ
タレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアリレー
ト等ポリエステル、ポリウレタン、ポリアセタール、ポ
リカーボネート、ポリフェニレンオキシド、ポリフェニ
レンスルフィド、ポリフェニレンスルフィドスルホン、
ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアリルスル
ホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケト
ン、ポリイミド、ポリアミドイミド、シリコーン樹脂、
フェノキシ樹脂、フッ素樹脂などの単独重合体、ランダ
ムまたはブロック、グラフト共重合体の一種以上を混合
して使用することもできる。
[実施例] 以下、本発明を実施例により本発明の実施について更
に詳しく説明するがそれらは本発明の範囲をなんら制限
するものではない。
なお本発明で得られたPPSKは濃硫酸のような特殊溶媒
に溶けるのみで、一般の有機溶媒には不溶であるので平
均分子量を求めることは困難である。従って還元粘度及
び溶融粘度でその分子量の尺度とする。
ここで還元粘度[η]は30℃で濃硫酸中0.5g/dlの濃
度で測定し、次式還元粘度[η]=(相対粘度−1)/
ポリマー濃度に従い算出した値である。
溶融粘度は島津製作所製高化式フロテスター(ダイ
ス;φ=0.5mm,L=2mm、荷重;10kg)を用いて365℃で測
定した値である。
また熱安定性の評価も高化式フロテスターを用いて行
った。その具体的な方法としては融点+約30℃の380℃
における溶融粘度(ダイス;φ=0.5mm,L=2mm、荷重;5
0kg)の時間変化(加熱時間5分及び15分)を測定し
た。
未反応のジハロゲン化合物の残存量の決定は島津製作
所製ガスクロマトグラフィーGC−12A(検出器FID、カラ
ムSilicone OV−17 2%)を用いて決定した。
実施例1 撹拌機を装備する内容積15のオートクレーブにN−
メチル−2−ピロリドン 7000ml、硫化ナトリウム(Na
2S・60.4wt%)678g(5.26モル)、4,4′−ジクロロベ
ンゾフェノン1331g(5.36モル)を仕込み攪はん下150℃
で3時間、さらに260℃で3時間反応させた。1段目反
応終了後のジハロゲン化合物残存量は1.02%、2段目終
了後では0.21%であった。
反応終了後、室温まで冷却し、遠心分離機でろ過し、
ポリマーとろ液を分離した。
ポリマーは水7とともに180℃で洗浄し、遠心分離
機でろ過し、ポリマーと水を分離した。
次に、100℃で1晩乾燥し、1070g(収率96%)のPPSK
を得た。DSCの測定より、このポリマーの融点は350℃、
ガラス転移点137℃であった。還元粘度は[η]=0.48
(H2SO4・0.5g/dl,30℃)であった。高化式フロテスタ
ーを用いて測定した溶融粘度(365℃)は92Pa.sであっ
た。
このPPSKの加熱時間5分及び15分における溶融粘度の
時間変化を測定した。その結果を第1表に示す。
比較例1 特開昭60−58435号公報に記載されている実施例にも
とずいて硫化ソーダの水和水を加熱により除去後、PPSK
を合成した。
撹拌機を装備する内容積15のオートクレーブ中に酢
酸リチウム841g(12.01モル)、N−メチル−2−ピロ
リドン6000ml、Na2S・9H20 2885g(12.01モル)を仕込
み、窒素気流下に200℃まで加熱して脱水した。主とし
て水からなる留出液1680gを得た。反応系を120℃まで冷
却後、3016g(12.01モル)の4,4′−ジクロロベンゾフ
ェノンとN−メチル−2−ピロリドン1000mlを添加し攪
はん下230℃で2時間、さらに250℃で1時間反応させ
た。
反応物を冷却後水中に投入し、水洗い・アセトン洗浄
を繰返した後、100℃で乾燥して1016g(収率91%)の粉
末状ポリマーを得た。還元粘度は[η]=0.36(H2SO4,
0.5g/dl,30℃)、溶融粘度は52Pa.s(365℃)であっ
た。
このPPSKの加熱時間5分及び15分における溶融粘度の
時間変化を測定した。15分では溶融状態で硬化反応が進
行したため測定不可能であった。その結果を第1表に示
す。
比較例2 重合を1段階の昇温で、260℃、3時間で行った以外
は実施例1と同様の方法で行い1061g(収率95%)のPPS
Kを得た。途中、170℃に到達時のジハロゲン化合物残存
率は3.50%、反応終了後は0.24%であった。還元粘度は
[η]=0.24(H2SO4,0.5g/dl,30℃)、溶融粘度は22P
a.s(365℃)であった。このPPSKの加熱時間5分及び15
分に於ける溶融粘度の時間変化を測定した。15分では硬
化反応が進行し、著しい溶融粘度の上昇が見られた。そ
の結果を第1表に示す。
比較例3 重合条件を200℃で3時間、さらに260℃で3時間とし
た以外は実施例1と同様の方法を用い、1095g(収率98
%)のPPSKを得た。
1段目反応終了後のジハロゲン化合物残存量は0.66
%、2段目終了後では0.15%であった。
ポリマーの還元粘度は[η]=0.25(H2SO4,0.5g/dl,
30℃)、溶融粘度は18Pa.s(365℃)であった。
また、380℃に於ける溶融粘度の時間変化を第1表に
示した。実施例1に比べて5分から15分の溶融粘度上昇
率は大きかった。
[発明の効果] 以上の説明から明らかなように本発明によれば、本来
優れた耐熱性、難燃性、耐溶剤性、機械的性質を有する
ポリフェニレンスルフィドケトン重合体の熱安定性を向
上させ、より幅広い分野への応用を可能とすることが期
待され、その工業的価値は高い。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式 (X,X′はそれぞれフッ素、塩素、臭素又はヨウ素を示
    し、ぞれぞれ同一あるいは異なっていてもよい)で示さ
    れるジハロゲン化合物とアルカリ金属硫化物の極性有機
    溶媒中での反応において、重合前に極性有機溶媒中でア
    ルカリ金属硫化物の遊離水や水和水の除去を行わず、か
    つ未反応ジハロゲン化合物の残存率が少なくとも2%以
    下になるまでの重合初期においては80〜170℃の範囲
    で、それ以後は200〜345℃の範囲で反応を行うことを特
    徴とするポリフェニレンスルフィドケトン重合体の製造
    方法。
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