JP6412296B1 - 全芳香族ポリエステル及びポリエステル樹脂組成物 - Google Patents

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Abstract

【課題】熱安定性の高い、耐加水分解性が良好な全芳香族ポリエステル、及びこのポリエステル樹脂組成物を提供する。
【解決手段】6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸が60〜85モル%、4−ヒドロキシ安息香酸が12〜40モル%、1,4−フェニレンジカルボン酸または4,4’−ジヒドロキシビフェニルが0.1〜3モル%からなる全芳香族ポリエステルを用いることにより、上記課題を解決する。
【選択図】なし

Description

本発明は、熱安定性の高い、耐加水分解性が良好な全芳香族ポリエステル、及びこのポリエステル樹脂組成物に関する。
液晶性ポリエステル樹脂に代表される液晶性ポリマーは、優れた流動性、機械強度、耐熱性、耐薬品性、電気的性質等をバランス良く有するため、高機能エンジニアリングプラスチックスとして好適に広く利用されている。
特許文献1には、所定鎖長の熱安定性サーモトロピツク液晶性ポリエステルの改良製造法が開示されている。この文献では、液晶性ポリエステルに少量の1,4−フェニレンジカルボン酸を含有させることで熱安定性を向上させている。しかしながらこの液晶性ポリエステルの熱安定性は、必ずしも十分ではない。
特許文献2にもまた、所定鎖長の熱安定性サーモトロピツク液晶性ポリエステルの製造法が開示されている。この文献では、液晶性ポリエステルに少量の2,6−ジヒドロキシナフタレンまたは4,4’−ジヒドロキシビフェニルを含有させることで熱安定性を向上させている。しかしながらこの液晶性ポリエステルの熱安定性も、必ずしも十分ではない。
特許文献3には、絶縁材料用液晶性芳香族ポリエステルおよびその樹脂組成物が開示されている。この文献では、液晶性芳香族ポリエステルに多量の6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸を含有させることで、低誘電正接を達成させている。しかしながらこの液晶性芳香族ポリエステルは、反応性の高いヒドロキシカルボン酸のみの組成であり、熱安定性が悪く、分解ガスが多いという問題がある。
また、これらの液晶性ポリエステルは耐加水分解性という点でも必ずしも十分ではなく、ポリエステル樹脂組成物を成形して得られるポリエステル成形品を、高温多湿下などの湿熱環境下で使用すると、加水分解が促進され、耐熱性や機械強度が著しく低下するという問題があった。
特開昭60−040127号公報 特開昭60−245631号公報 特開2004−250620号公報
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、熱安定性の高い、耐加水分解性が良好な全芳香族ポリエステル、及びこのポリエステル樹脂組成物を提供することを課題とする。
本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸が60〜85モル%、4−ヒドロキシ安息香酸が12〜40モル%、1,4−フェニレンジカルボン酸または4,4’−ジヒドロキシビフェニルが0.1〜3モル%からなる全芳香族ポリエステルを用いることにより、上記の課題を解決できることを見出し、本発明者らは本発明を完成させるに至った。より具体的には、本発明は以下のものを提供する。
(1)必須の構成成分として、下記構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)からなり、
全構成単位に対して構成単位(I)の含有量は60〜85モル%であり、
全構成単位に対して構成単位(II)の含有量は12〜40モル%であり、
全構成単位に対して構成単位(III)または(IV)の含有量は0.1〜3モル%であり、
全構成単位に対して構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)の合計の含有量は100モル%である、
全芳香族ポリエステル。
Figure 0006412296
(2)全芳香族ポリエステルの融点よりも10〜30℃高い温度における溶融粘度が1000Pa・s以下である、(1)に記載の全芳香族ポリエステル。
(3)全芳香族ポリエステルの融点よりも10〜30℃高い温度における溶融粘度が3〜500Pa・sである、(1)または(2)に記載の全芳香族ポリエステル。
(4)融点が380℃以下である、(1)から(3)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
(5)融点が250〜370℃である、(1)から(4)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
(6)結晶化熱量が2.5J/g以上である、(1)から(5)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
(7)[融点−結晶化温度]の値が20℃以上である、(1)から(6)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
(8)(1)から(7)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステルを含有するポリエステル樹脂組成物。
(9)(1)から(8)のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステルまたはポリエステル樹脂組成物を成形して得られるポリエステル成形品。
本発明によれば、熱安定性の高い、耐加水分解性が良好な全芳香族ポリエステル、及びこのポリエステル樹脂組成物を提供することができる。
以下、本発明の一実施形態について詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜変更を加えて実施することができる。
[全芳香族ポリエステル]
本発明に係る全芳香族ポリエステルは、必須の構成成分として、下記構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)からなり、全構成単位に対して構成単位(I)の含有量は60〜85モル%であり、全構成単位に対して構成単位(II)の含有量は12〜40モル%であり、全構成単位に対して構成単位(III)または(IV)の含有量は0.1〜3モル%であり、全構成単位に対して構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)の合計の含有量は100モル%である。
Figure 0006412296
構成単位(I)は、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸(以下、「HNA」ともいう。)から誘導される。本発明の全芳香族ポリエステルは、全構成単位に対して構成単位(I)を60〜85モル%含む。構成単位(I)の含有量が60モル%未満であると、融点が低下し、耐熱性が不足する。構成単位(I)の含有量が85モル%を超えると、重合時に固化が発生し、ポリマーが得られない。構成単位(I)の含有量は、好ましくは63〜85モル%、より好ましくは63〜83モル%、更に好ましくは65〜83モル%、より更に好ましくは65〜80モル%、最も好ましくは68〜80モル%である。
構成単位(II)は、4−ヒドロキシ安息香酸(以下、「HBA」ともいう。)から誘導される。本発明の全芳香族ポリエステルは、全構成単位に対して構成単位(II)を12〜40モル%含む。構成単位(II)の含有量が12モル%未満であると、製造時にポリマーが重合容器内で固化し、ポリマーを排出できない。構成単位(II)の含有量が40モル%を超えると、融点が低下し、耐熱性が不足する。融点と重合性の観点から、構成単位(II)の含有量は、好ましくは15〜40モル%、より好ましくは15〜35モル%、更に好ましくは18〜35モル%、より更に好ましくは18〜30モル%、最も好ましくは20〜30モル%である。
構成単位(III)は、1,4−フェニレンジカルボン酸(以下、「TA」ともいう。)から誘導され、構成単位(IV)は、4,4’−ジヒドロキシビフェニル(以下、「BP」ともいう。)から誘導される。本発明の全芳香族ポリエステルは、全構成単位に対して構成単位(III)または構成単位(IV)を0.1〜3モル%含む。構成単位(III)または構成単位(IV)の含有量が0.1モル%未満であると、熱安定性が低下する。構成単位(III)または構成単位(IV)の含有量が3モル%を超えると、分子量(溶融粘度)が上昇しない。熱安定性と分子量の観点から、構成単位(III)または構成単位(IV)の含有量は、好ましくは0.2〜2.5モル%、より好ましくは0.2〜2モル%、更に好ましくは0.3〜2モル%、より更に好ましくは0.3〜1.5モル%、最も好ましくは0.4〜1.5モル%である。
以上の通り、本発明の全芳香族ポリエステルは、特定の構成単位である(I)〜(IV)を、全構成単位に対して特定の量含有するため、発生ガスが少なく、熱安定性が高い上、耐加水分解性が良好である。なお、本発明の全芳香族ポリエステルは、全構成単位に対して構成単位(I)〜(IV)を合計で100モル%含む。
次いで、全芳香族ポリエステルの性質について説明する。本発明の全芳香族ポリエステルは、溶融時に光学的異方性を示す。溶融時に光学的異方性を示すことは、本発明の全芳香族ポリエステルが液晶性ポリマーであることを意味する。
本発明において、全芳香族ポリエステルが液晶性ポリマーであることは、全芳香族ポリエステルが熱安定性と易加工性を併せ持つ上で不可欠な要素である。上記構成単位(I)〜(IV)から構成される全芳香族ポリエステルは、構成成分及びポリマー中のシーケンス分布によっては、異方性溶融相を形成しないものも存在するが、本発明のポリマーは溶融時に光学的異方性を示す全芳香族ポリエステルに限られる。
溶融異方性の性質は直交偏光子を利用した慣用の偏光検査方法により確認することができる。より具体的には溶融異方性の確認は、オリンパス社製偏光顕微鏡を使用しリンカム社製ホットステージにのせた試料を溶融し、窒素雰囲気下で150倍の倍率で観察することにより実施できる。液晶性ポリマーは光学的に異方性であり、直交偏光子間に挿入したとき光を透過させる。試料が光学的に異方性であると、例えば溶融静止液状態であっても偏光は透過する。
ネマチックな液晶性ポリマーは融点以上で著しく粘性低下を生じるので、一般的に融点又はそれ以上の温度で液晶性を示すことが加工性の指標となる。融点は、でき得る限り高い方が耐熱性の観点からは好ましいが、ポリマーの溶融加工時の熱劣化や成形機の加熱能力等を考慮すると、380℃以下であることが好ましい目安となる。なお、融点はより好ましくは250〜370℃であり、更に好ましくは270〜370℃であり、より更に好ましくは270〜350℃であり、最も好ましくは290〜350℃である。
本発明の全芳香族ポリエステルの融点より10〜30℃高い温度、かつ、剪断速度1000/秒における前記全芳香族ポリエステルの溶融粘度は、好ましくは1000Pa・s以下であり、より好ましくは3〜500Pa・sであり、更により好ましくは3〜250Pa・sである。上記溶融粘度が上記範囲内であると、前記全芳香族ポリエステルそのもの、又は、前記全芳香族ポリエステルを含有する組成物は、その成形時において、流動性が確保されやすく、充填圧力が過度になりにくい。なお、本明細書において、溶融粘度とは、ISO11443に準拠して測定した溶融粘度をいう。
本発明の全芳香族ポリエステルの結晶化熱量は、好ましくは2.5J/g以上であり、より好ましくは2.5〜4.4J/gである。示差熱量測定により求められるポリマーの結晶化状態を示す結晶化熱量が2.5J/g未満であると、結晶性が低くなり、耐加水分解性が悪化する。また、結晶化熱量が4.4J/gを超えると、靱性が低くなり、好ましくない。
なお、結晶化熱量とは示差熱量測定において、ポリマーを室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、(Tm1+40)℃の温度で2分間保持した後、20℃/分の降温条件で測定した際に観測される発熱ピーク温度のピークより求められる発熱ピークの熱量を指す。
また、本発明における全芳香族ポリエステルは、融点から結晶化温度を引いた値である、[融点−結晶化温度]の値が20℃以上であることが好ましく、30〜90℃であることがより好ましい。[融点−結晶化温度]の値が上記範囲内であると、前記全芳香族ポリエステルそのもの、又は、前記全芳香族ポリエステルを含有する組成物は、その成形時において、流動性が確保されやすく、充填圧力が過度になりにくい。
次いで、本発明の全芳香族ポリエステルの製造方法について説明する。本発明の全芳香族ポリエステルは、直接重合法やエステル交換法等を用いて重合される。重合に際しては、溶融重合法、溶液重合法、スラリー重合法、固相重合法等、又はこれらの2種以上の組み合わせが用いられ、溶融重合法、又は溶融重合法と固相重合法との組み合わせが好ましく用いられる。
本発明では、重合に際し、重合モノマーに対するアシル化剤や、酸塩化物誘導体として末端を活性化したモノマーを使用できる。アシル化剤としては、無水酢酸等の脂肪酸無水物等が挙げられる。
これらの重合に際しては種々の触媒の使用が可能であり、代表的なものとしては、酢酸カリウム、酢酸マグネシウム、酢酸第一錫、テトラブチルチタネート、酢酸鉛、酢酸ナトリウム、三酸化アンチモン、トリス(2,4−ペンタンジオナト)コバルト(III)等の金属塩系触媒、N−メチルイミダゾール、4 − ジメチルアミノピリジン等の有機化合物系触媒を挙げることができる。触媒の使用量は一般にはモノマーの全質量に基づいて約0.001〜1質量%、特に約0.003〜0.2質量%が好ましい。
[ポリエステル樹脂組成物]
上記の本発明の全芳香族ポリエステルには、使用目的に応じて各種の繊維状、粉粒状、板状の無機及び有機の充填剤を配合することができる。
本発明のポリエステル樹脂組成物に配合される、無機充填剤としては、繊維状、粒状、板状のものがある。
繊維状無機充填剤としてはガラス繊維、ミルドガラスファイバー、アスベスト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化硼素繊維、窒化珪素繊維、硼素繊維、チタン酸カリ繊維、ウォラストナイトの如き珪酸塩の繊維、硫酸マグネシウム繊維、ホウ酸アルミニウム繊維、更にステンレス、アルミニウム、チタン、銅、真鍮等の金属の繊維状物等の無機質繊維状物質が挙げられる。特に代表的な繊維状充填剤はガラス繊維である。
また、粉粒状無機充填剤としてはカーボンブラック、黒鉛、シリカ、石英粉末、ガラスビーズ、ガラスバルーン、ガラス粉、硅酸カルシウム、硅酸アルミニウム、カオリン、クレー、硅藻土、ウォラストナイトの如き硅酸塩、酸化鉄、酸化チタン、酸化亜鉛、三酸化アンチモン、アルミナの如き金属の酸化物、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムの如き金属の炭酸塩、硫酸カルシウム、硫酸バリウムの如き金属の硫酸塩、その他フェライト、炭化硅素、窒化硅素、窒化硼素、各種金属粉末等が挙げられる。
また、板状無機充填剤としてはマイカ、ガラスフレーク、タルク、各種の金属箔等が挙げられる。
本発明のポリエステル樹脂組成物に配合される、有機充填剤の例を示せば、芳香族ポリエステル繊維、液晶性ポリマー繊維、芳香族ポリアミド、ポリイミド繊維等の耐熱性高強度合成繊維等である。
これらの無機及び有機充填剤は一種又は二種以上を併用することができる。繊維状無機充填剤と粒状又は板状無機充填剤との併用は、機械的強度と寸法精度、電気的性質等を兼備する上で好ましい組み合わせである。特に好ましくは、繊維状充填剤としてガラス繊維、板状充填剤としてマイカ及びタルクであり、その配合量は、全芳香族ポリエステル100質量部に対して120質量部以下、好ましくは20〜80質量部である。ガラス繊維をマイカ又はタルクと組み合わせることで、ポリエステル樹脂組成物は、熱変形温度、機械的物性等の向上が特に顕著である。
これらの充填剤の使用にあたっては必要ならば収束剤又は表面処理剤を使用することができる。
本発明のポリエステル樹脂組成物は、上述の通り、必須成分として、本発明の全芳香族ポリエステル、及び必要に応じて無機又は有機充填剤を含むが、本発明の効果を害さない範囲であれば、その他の成分が含まれていてもよい。ここで、その他の成分とは、どのような成分であってもよく、例えば、その他の樹脂、酸化防止剤、安定剤、顔料、結晶核剤等の添加剤を挙げることができる。
また、本発明のポリエステル樹脂組成物の製造方法は特に限定されず、従来公知の方法で、ポリエステル樹脂組成物を調製することができる。
[ポリエステル成形品]
本発明のポリエステル成形品は、本発明の全芳香族ポリエステル又はポリエステル樹脂組成物を成形してなる。成形方法としては、特に限定されず一般的な成形方法を採用することができる。一般的な成形方法としては、射出成形、押出成形、圧縮成形、ブロー成形、真空成形、発泡成形、回転成形、ガスインジェクション成形、インフレーション成形等の方法を例示することができる。
本発明の全芳香族ポリエステル等を成形してなるポリエステル成形品は、耐熱性に優れる。また、本発明のポリエステル樹脂組成物を成形してなるポリエステル成形品は、耐熱性に優れるとともに、必要に応じて無機又は有機充填剤を含むため、機械的強度等が更に改善される。
また、本発明の全芳香族ポリエステル、ポリエステル樹脂組成物は、成形性に優れるため、種々の立体成形品、繊維、フィルム等に加工できる。
以上のような性質を有する本発明のポリエステル成形品の好ましい用途としては、コネクター、CPUソケット、リレースイッチ部品、ボビン、アクチュエータ、ノイズ低減フィルターケース、電子回路基板又はOA機器の加熱定着ロール等が挙げられる。
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
<実施例1>
撹拌機、還流カラム、モノマー投入口、窒素導入口、減圧/流出ラインを備えた重合容器に、以下の原料モノマー、脂肪酸金属塩触媒、アシル化剤を仕込み、窒素置換を開始した。
(I)6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸1.44モル(76モル%)(HNA)
(II)4−ヒドロキシ安息香酸0.44モル(23.3モル%)(HBA)
(III)テレフタル酸0.1モル(0.7モル%)(TA)
酢酸カリウム触媒22.5mg
無水酢酸196g(HNAとHBAの合計の水酸基当量の1.02倍)
原料を仕込んだ後、反応系の温度を140℃に上げ、140℃で2時間反応させた。その後、更に340℃まで4.1時間かけて昇温し、そこから15分かけて10Torr(即ち1330Pa)まで減圧にして、酢酸、過剰の無水酢酸、その他の低沸分を留出させながら重縮合を行った。撹拌トルクが所定の値に達した後、窒素を導入して減圧状態から常圧を経て加圧状態にして、重合容器の下部からポリマーを排出した。
<評価>
実施例1の全芳香族ポリエステルについて、融点、結晶化温度、結晶化熱量、溶融粘度、熱安定性、及び耐加水分解性の評価を以下の方法で行った。評価結果を表1に示す。
[融点]
示差走査熱量計(DSC、パーキンエルマー社製)にて、全芳香族ポリエステルを室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、(Tm1+40)℃の温度で2分間保持した後、20℃/分の降温条件で室温まで一旦冷却した後、再度、20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピークの温度を測定した。
[結晶化温度]
示差走査熱量計(DSC、パーキンエルマー社製)にて、全芳香族ポリエステルを室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、(Tm1+40)℃の温度で2分間保持した後、20℃/分の降温条件で測定した際に観測される発熱ピーク温度を測定した。
[結晶化熱量]
示差走査熱量計(DSC、パーキンエルマー社製)にて、全芳香族ポリエステルを室温から20℃/分の昇温条件で測定した際に観測される吸熱ピーク温度(Tm1)の観測後、(Tm1+40)℃の温度で2分間保持した後、20℃/分の降温条件で測定した際に観測される発熱ピーク温度のピークより求められる発熱ピークの熱量を測定した。
[溶融粘度]
(株)東洋精機製作所製キャピログラフを使用し、全芳香族ポリエステルの融点よりも10〜30℃高い温度で、内径0.5mm、長さ30mmのオリフィスを用いて、剪断速度1000/秒で、ISO11443に準拠して、全芳香族ポリエステルの溶融粘度を測定した。
[熱安定性]
示差熱熱重量同時測定装置(TG/DTA、セイコーインスツル(株)製)を使用し、全芳香族ポリエステル10mgを窒素気流下にて、370℃で、30分保持した際の重量減少を発生ガス量として測定した。なお、発生ガス量が15000ppm未満であれば良好と判断した。
[耐加水分解性]
全芳香族ポリエステルについて121℃、湿度100%、2気圧条件下でプレッシャークッカーテストを100時間行い、その全芳香族ポリエステルについて溶融粘度の測定を行い、初期値に対する保持率を求めた。なお、初期値に対する保持率が90%以上であれば良好と判断した。
<実施例2>
原料モノマーの種類、仕込み比率(モル%)を表1に示す通りとした以外は、実施例1と同様にしてポリマーを得た。得られたポリマーを、窒素雰囲気下で室温から290℃まで20分かけて昇温し、3時間保持した後、放冷し、更なるポリマーを得た。また、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を表1に示す。
<実施例3>
撹拌機、還流カラム、モノマー投入口、窒素導入口、減圧/流出ラインを備えた重合容器に、以下の原料モノマー、脂肪酸金属塩触媒、アシル化剤を仕込み、窒素置換を開始した。
(I)6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸1.51モル(81モル%)(HNA)
(II)4−ヒドロキシ安息香酸0.34モル(18モル%)(HBA)
(IV)4,4’−ジヒドロキシビフェニル0.02モル(1モル%)(BP)
酢酸カリウム触媒22.5mg
無水酢酸196g(HNAとHBAとBPの合計の水酸基当量の1.02倍)
原料を仕込んだ後、反応系の温度を140℃に上げ、140℃で2時間反応させた。その後、更に370℃まで4.7時間かけて昇温し、そこから15分かけて10Torr(即ち1330Pa)まで減圧にして、酢酸、過剰の無水酢酸、その他の低沸分を留出させながら重縮合を行った。撹拌トルクが所定の値に達した後、窒素を導入して減圧状態から常圧を経て加圧状態にして、重合容器の下部からポリマーを排出した。また、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を表1に示す。
<実施例4〜8、比較例1〜8>
原料モノマーの種類、仕込み比率(モル%)を表1及び表2に示す通りとした以外は、実施例1と同様にしてポリマーを得た。また、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を表1及び表2に示す。なお、比較例4については、製造時にポリマーが重合容器内で固化し、ポリマーを排出できなかった。
Figure 0006412296

Figure 0006412296

Claims (9)

  1. 必須の構成成分として、下記構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)からなり、
    全構成単位に対して構成単位(I)の含有量は60〜85モル%であり、
    全構成単位に対して構成単位(II)の含有量は12〜40モル%であり、
    全構成単位に対して構成単位(III)または(IV)の含有量は0.1〜3モル%であり、
    全構成単位に対して構成単位(I)、(II)、及び(III)または(IV)の合計の含有量は100モル%である、
    全芳香族ポリエステル。
    Figure 0006412296
  2. 全芳香族ポリエステルの融点よりも10〜30℃高い温度における溶融粘度が1000Pa・s以下である、請求項1に記載の全芳香族ポリエステル。
  3. 全芳香族ポリエステルの融点よりも10〜30℃高い温度における溶融粘度が3〜500Pa・sである、請求項1または2に記載の全芳香族ポリエステル。
  4. 融点が380℃以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
  5. 融点が250〜370℃である、請求項1から4のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
  6. 結晶化熱量が2.5J/g以上である、請求項1から5のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
  7. [融点−結晶化温度]の値が20℃以上である、請求項1から6のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステル。
  8. 請求項1から7のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステルを含有するポリエステル樹脂組成物。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の全芳香族ポリエステルまたはポリエステル樹脂組成物を成形して得られるポリエステル成形品。
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