JP6412329B2 - 熱硬化性芳香族エステルの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の熱硬化性芳香族エステルの製造方法は、下記式(I)で表される熱硬化性芳香族エステルの製造方法であり、芳香族ジオール又はそのモノカルボン酸(モノ又はジ)エステルである成分(A)と芳香族ヒドロキシカルボン酸である成分(B)とを少なくとも含むモノマー成分と、分子内に水酸基及び/又はアシルオキシ基と反応する反応性官能基及び下記式(c1)〜(c6)で表される熱重合性官能基のいずれかを有する化合物である成分(C)と、を溶融重合させることを特徴とする。
本発明の成分(A)である芳香族ジオール又はそのモノカルボン酸(モノ又はジ)エステルは、芳香族ジオール、芳香族ジオールのモノカルボン酸モノエステル、芳香族ジオールのモノカルボン酸ジエステルからなる群より選ばれる少なくとも1つの化合物である。
本発明の成分(B)は、芳香族ヒドロキシカルボン酸である。上記芳香族ヒドロキシカルボン酸としては、例えば、4−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸、4'−ヒドロキシ[1,1'−ビフェニル]−4−カルボン酸、及びこれらの誘導体などが挙げられる。上記誘導体としては、例えば、上記芳香族ヒドロキシカルボン酸の芳香環(芳香族環)に、炭素数0〜20(好ましくは炭素数0〜10)の置換基が置換した化合物等が挙げられる。上記置換基としては、芳香族ジオールにおける置換基と同様のものが例示される。なお、成分(B)は、芳香族ヒドロキシカルボン酸を1種有するものであってもよいし、2種以上を有するものであってもよい。
本発明の熱硬化性芳香族エステルの製造方法では、上記成分(A)及び成分(B)以外にも、その他のモノマー成分を含んでもよい。その他のモノマー成分としては、例えば、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジアミン及びフェノール性水酸基を有する芳香族アミン又は芳香族アミドなどが挙げられる。
本発明の成分(C)は、分子内(一分子中)に、水酸基及び/又はアシルオキシ基と反応する反応性官能基及び熱重合性官能基を有する化合物である。成分(C)は、分子内(一分子中)に、上記反応性官能基を1つ以上と上記熱重合性官能基(熱硬化性官能基)を1つ以上有する化合物である。成分(C)の反応性官能基と反応する上記の水酸基及び/又はアシルオキシ基は、成分(A)又は成分(B)由来のものである。
本発明の熱硬化性芳香族エステルは、下記式(I)で表される熱硬化性芳香族エステルであることを特徴とする。
本発明の熱硬化性芳香族エステルの製造方法により得られた熱硬化性芳香族エステルを加熱によって硬化させることにより、硬化物(「本発明の硬化物」と称する場合がある)が得られる。加熱によって主に熱重合性官能基同士の反応(架橋反応)が進行し、硬化物が形成される。熱硬化性芳香族エステルを加熱によって硬化させる際に、後述する金属触媒、硬化促進剤、架橋剤、添加剤などを添加してもよい。なお、加熱の手段としては、公知乃至慣用の手段を利用することができ、特に限定されない。
本発明の熱硬化性芳香族エステルを硬化する際には、熱重合性官能基の重合反応(硬化反応)の硬化開始温度を下げるために、金属触媒を添加してもよい。金属触媒は、特に芳香族エステルの熱重合性基としてフェニルエチニル基を導入した場合は、フェニルエチニル基の三重結合に作用し、硬化開始温度(硬化可能温度)を下げる働きが大きい。
本発明の硬化物を製造する際には、硬化反応を促進し、熱硬化開始温度を下げるために、硬化促進剤を用いても良い。硬化促進剤には、後述するラジカル発生剤も含まれるものとする。
上記ラジカル発生剤としては、光又は熱ラジカル発生剤として下記のものを用いることができる。
また、熱硬化開始温度を下げる働きをする架橋剤を用いてもよい。上記架橋剤としては、熱硬化性芳香族エステルの分子末端基である熱重合性官能基と加熱により反応し得る官能基(反応性官能基)と熱重合可能な官能基(熱重合性官能基)を有する化合物であればよく、特に限定されないが、マレイミド誘導体、無水マレイン酸誘導体などが挙げられる。これらの架橋剤は、1種を単独で使用することもできるし、2種以上を組み合わせて使用することもできる。
本発明の熱硬化性芳香族エステルの製造方法は、硬化物の性能を目的(用途)に応じて調整するため、無機フィラーなどの添加剤を含めることができる。中でも、添加剤としては、無機フィラーが好ましく用いられる。
[末端の少なくとも一方にフェニルエチニル基を有する熱硬化性芳香族エステルE(10量体)の製造及びその硬化物の製造]
コンデンサーと攪拌機を取り付けた500mLのフラスコに、表1に示すように、4−ヒドロキシ安息香酸73.6g(0.533mol)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸80.3g(0.426mol)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル19.9g(0.107mol)、4−フェニルエチニル安息香酸47.4g(0.213mol)、無水酢酸122.1g(1.20mol)、及び酢酸カリウム10.0mg(0.10mol)を入れ、窒素雰囲気下で140℃まで徐々に温度を上げた後、温度を維持しながら3時間反応させてアセチル化反応を完結させた。次いで、0.8℃/分の速度で300℃まで昇温した後、温度を30分間維持しながら、酢酸及び未反応の無水酢酸を留去した。その後、フラスコ内を徐々に1Torrまで減圧して揮発成分を留去することで、芳香族ユニット(芳香族化合物に由来する構成単位)のみからなる分子鎖の末端の少なくとも一方にフェニルエチニル基を有する芳香族エステルEを得た。なお、得られた芳香族エステルEは、芳香族エステルEの末端数の算出(特開平5−271394号公報に記載のアミン分解HPLC法による)、及びGPC測定の結果、単量体の10量体であると見積もられた。
得られた熱硬化性芳香族エステルE100gに金属触媒として、ニッケロセン2.0gを加え、170℃で10分間溶融混合し均一な組成物を得た後、その組成物を金属板に挟んでホットプレスで240℃にて4時間圧縮加熱して硬化を進行させ、均一な硬化物を得た。得られた組成物の溶融粘度及び発熱ピーク温度、及び得られた硬化物のガラス転移温度、5%重量減少温度(Td5)及び固体粘弾性の結果は、表2に示す通りであった。
[末端の少なくとも一方にスチリル基を有する熱硬化性芳香族エステルF(10量体)の製造及びその硬化物の製造]
コンデンサーと攪拌機を取り付けた500mLのフラスコに、表1に示すように、4−ヒドロキシ安息香酸73.5g(0.532mol)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸80.1g(0.426mol)、4,4'−ジヒドロキシビフェニル19.8g(0.106mol)、4−スチルベンカルボン酸47.7g(0.213mol)、無水酢酸121.9g(1.19mol)、及び酢酸カリウム10.0mg(0.10mol)を入れ、窒素雰囲気下で140℃まで徐々に温度を上げた後、温度を維持しながら3時間反応させてアセチル化反応を完結させた。次いで、0.8℃/分の速度で340℃まで昇温しながら、酢酸及び未反応の無水酢酸を留去した。その後、フラスコ内を徐々に1Torrまで減圧して揮発成分を留去することで、芳香族ユニット(芳香族化合物に由来する構成単位)のみからなる分子鎖の末端の少なくとも一方にスチリル基を有する芳香族エステルFを得た。なお、得られた熱硬化性芳香族エステルFは、芳香族エステルFの末端数の算出(特開平5−271394号公報に記載のアミン分解HPLC法による)、及びGPC測定の結果、単量体の10量体であると見積もられた。
得られた熱硬化性芳香族エステルF100gに架橋剤として、4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミドを33.5g加え、170℃で60分間溶融混合し均一な組成物を得た後、その組成物を金属板に挟んでホットプレスで240℃にて4時間圧縮加熱して硬化を進行させ、均一な硬化物を得た。得られた組成物の溶融粘度及び発熱ピーク温度、及び得られた硬化物のガラス転移温度、5%重量減少温度(Td5)及び固体粘弾性の結果は、表2に示す通りであった。
[末端の少なくとも一方にシンナモイル基を有する熱硬化性芳香族エステルG(10量体)の製造及びその硬化物の製造]
コンデンサーと攪拌機を取り付けた500mLのフラスコに、表1に示すように、4−ヒドロキシ安息香酸80.0g(0.579mol)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸87.1g(0.463mol)、4,4’−ジヒドロキシビフェニル21.6g(0.116mol)、けい皮酸(3−フェニル−2−プロペン酸)34.3g(0.232mol)、無水酢酸132.60g(1.30mol)、酢酸カリウム10.0mg(0.10mol)としたこと以外は実施例1と同様の操作を行い、芳香族ユニット(芳香族化合物に由来する構成単位)のみからなる分子鎖の末端の少なくとも一方にシンナモイル基を有する芳香族エステルGを得た。なお、得られた熱硬化性芳香族エステルGは、芳香族エステルの末端数の算出(特開平5−271394号公報に記載のアミン分解HPLC法による)、及びGPC測定の結果、単量体の10量体であると見積もられた。
得られた芳香族エステルG100gに架橋剤として、4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミドを33.5g加え、170℃で60分間溶融混合し均一な組成物を得た後、その組成物を金属板に挟んでホットプレスで240℃にて4時間圧縮加熱して硬化を進行させ、均一な硬化物を得た。得られた組成物の溶融粘度及び発熱ピーク温度、及び得られた硬化物のガラス転移温度、5%重量減少温度(Td5)及び固体粘弾性の結果は、表2に示す通りであった。
BP : 4,4'−ジヒドロキシビフェニル
HBA : 4−ヒドロキシ安息香酸
HNA : 6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸
PEBA : 4−フェニルエチニル安息香酸
SCA : 4−スチルベンカルボン酸
CNA : けい皮酸(3−フェニル−2−プロペン酸)
レオメーター(粘弾性測定装置)(商品名「MCR−302」、アントンパール社製)を用い、試料を昇温温度20℃/分で加熱しながら溶融させ、溶融後、粘度が最低となったときの温度と粘度を測定した。
DSC(示差走査熱量測定)装置(商品名「DSC6200」、エスアイアイナノテクノロジー社製)を用い、窒素気流下(50ml/分)、昇温温度10℃/分にて、試料(5mg)を加熱して、発熱ピーク温度及びガラス転移温度(Tg)を測定した。
TG−DTA(熱重量測定・示差熱分析)装置(商品名「EXSTAR6300」、エスアイアイナノテクノロジー社製)を用い、窒素気流下(300ml/分)、昇温温度10℃/分にて、試料(約5mg)を加熱して、重量が5%減少したときの温度を測定した。なお、リファレンスには、アルミナを用いた。
DMA(動的粘弾性測定)装置(商品名「RSA−III」、ティー・エイ・インスツルメント社製)を用い、固体粘弾性及びゴム状平坦領域の有無を測定した。
Claims (10)
- 芳香族ジオールである成分(A)と芳香族ヒドロキシカルボン酸である成分(B)とを少なくとも含み、芳香族ジカルボン酸、芳香族ジアミン、又は、フェノール性水酸基を有する芳香族アミン又は芳香族アミドを含んでもよいモノマー成分と、分子内に水酸基及び/又はアシルオキシ基と反応する反応性官能基及び下記式(c1)又は(c2)で表される熱重合性官能基を有する化合物である成分(C)と、を溶融重合させることを特徴とし、前記モノマー成分の全化合物において、水酸基とカルボキシル基との官能基比(前者/後者)が、1.02以上である下記式(I)で表される熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記成分(C)における熱重合性官能基の硬化開始温度が350℃以上である請求項1に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記成分(C)が、フェニルエチニル安息香酸、4−スチルベンカルボン酸、及びけい皮酸からなる群より選択される少なくとも1つの化合物である請求項1〜3のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記成分(A)が、4,4'−ジヒドロキシビフェニル、ヒドロキノン、レゾルシノール、2,6−ナフタレンジオール、1,5−ナフタレンジオール、[1,1'−ビフェニル]−4,4'−ジオール、4,4'−ジヒドロキシジフェニルエーテル、ビス(4−ヒドロキシフェニル)メタノン、ビスフェノールA、ビスフェノールF、ビスフェノールS、(フェニルスルホニル)ベンゼン、[1,1'−ビフェニル]−2,5−ジオールである請求項1〜4のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記芳香族ヒドロキシカルボン酸が、4−ヒドロキシ安息香酸、3−ヒドロキシ安息香酸、1−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、3−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、5−ヒドロキシ−1−ナフトエ酸、4'−ヒドロキシ[1,1'−ビフェニル]−4−カルボン酸からなる群より選択される少なくとも1つの化合物である請求項1〜5のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記成分(A)と前記成分(B)の総量に対する成分(A)の割合が、3〜25モル%である請求項1〜6のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記溶融重合時の温度が250〜400℃である請求項1〜7のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記熱硬化性芳香族エステルの平均重合度が、1〜50である請求項1〜8のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
- 前記熱硬化性芳香族エステルの融点が250℃以下である請求項1〜9のいずれか1項に記載の熱硬化性芳香族エステルの製造方法。
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