JPH0813879B2 - 芳香族コポリエステル - Google Patents

芳香族コポリエステル

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JPH0813879B2
JPH0813879B2 JP4402087A JP4402087A JPH0813879B2 JP H0813879 B2 JPH0813879 B2 JP H0813879B2 JP 4402087 A JP4402087 A JP 4402087A JP 4402087 A JP4402087 A JP 4402087A JP H0813879 B2 JPH0813879 B2 JP H0813879B2
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高之 今村
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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ボン酸成分
とから得られる耐熱性と難燃性に優れた芳香族コポリエ
ステル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。
また,芳香族ポリエステルは,一般に,難燃性が優れ
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,十分な難燃性とはいい難く,さらに,
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。
例えば,特公昭56-18016号公報には,ポリアルキレン
テレフタレート単位と4−ヒドロキシ安息香酸残基単位
とからなるサーモトロピック液晶性コポリエステルが提
案されており,このコポリエステルは,比較的安価で,
溶融成形性も良好であるが,耐熱性及び難燃性が十分で
ない。
一方,米国特許第4,161,470号明細書には,4−ヒドロ
キシ安息香酸残基単位と2−ヒドロキシ−6−ナフトエ
酸残基単位とからなるサーモトロピック液晶性コポリエ
ステルが提案されており,このコポリエステルは,耐熱
性は良好であるが,高価であり,かつ溶融成形性が良好
でなく,難燃性も不十分である。
(発明が解決しようとする問題点) このように,従来,耐熱性,難燃性,機械的特性及び
溶融成形性のすべての面で満足のいく芳香族ポリエステ
ルを得ることは極めて困難であった。
本発明は,溶融成形性が良く,高度な難燃性を有し,
高温で使用するのに適する耐熱性芳香族コポリエステル
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) 本発明者らは,上記の目的を達成するために鋭意研究
の結果,特定の構造を有する含リン芳香族コポリエステ
ルが極めて優れた性質を有することを見出し,本発明に
到達した。
すなわち,本発明の要旨は,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,各構成単位のモル比が,ととが実質的に等し
く,ととが95/5〜5/95のモル比で不規則に配列した
極限粘度0.5以上の芳香族コポリエステル。
-OC-Ar2-CO- -O-Ar3-CO- (式において,Ar1は3価の芳香族基,Ar2及びAr3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。) 本発明のコポリエステルは,共重合組成によって,結
晶性,非晶性あるいはサーモトロピック液晶性を示す
が,耐熱性及び溶融成形性がともに非常に良好である点
で,サーモトロピック液晶性のものが好ましい。そし
て,流動開始温度が350℃以下,好ましくは330℃以下と
なるように共重合組成を選定することが好ましい。
サーモトロピック液晶性とは,溶融相においてコポリ
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。
本発明のコポリエステルを構成する第一の構成単位
は,前記構造式で示される含リン芳香族ジオールの残
基である。
構造式におけるAr1としては,ベンゼン環及びナフ
タレン環が好ましい。また,構造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。
含リン芳香族ジオールの具体例としては,次の式
(a)〜(d)で表される化合物が挙げられるが,特に
(a)又は(b)の化合物が好ましい。
第二の構成単位は,前記構造式で表される芳香族ジ
カルボン酸の残基である。
構造式におけるAr2としては,ベンゼン環が好まし
く,式と同様な置換基を有していてもよい。
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
100/0〜70/30の割合で用いるのが適当である。
TPA及びIPAのほか,2,6−ナフタレンジカルボン酸,等
を使用することもできる。
また,第三の構成単位は,前記構造式で表される芳
香族ヒドロキシカルボン酸の残基である。
構造式におけるAr3としては,ベンゼン環又はナフ
タレン環が好ましく,式と同様な置換基を有していて
もよい。
芳香族ヒドロキシカルボン酸の具体例としては,4−ヒ
ドロキシ安息香酸,6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸酸等
が挙げられるが,特に4−ヒドロキシ安息香酸が好まし
い。
また,コポリエステルの耐熱性等を損なわない範囲内
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,ナフタル酸,トリ
メリット酸、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,エチレングリ
コール,1,4−ブタンジオール,2−ブテン−1,4−ジオー
ル,シクロヘキサンジメタノール,ペンタエリスリトー
ル等が挙げられる。
式の単位との単位とは,実質的に等モルであるこ
とが必要であり,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。
また,式の単位と式の単位との比率は,モル比で
95/5〜5/95,好ましくは80/20〜10/90,サーモトロピック
液晶性とするためには,50/50〜10/90とするのがよい。
これらの範囲を外れて,式の単位が多くなると強度や
耐熱性が低下し,式の単位が多くなると融解温度が高
くなり過ぎたり,難燃性に劣るようになる。
また,本発明のコポリエステルは,その極限粘度
〔η〕が,0.5以上であることが必要であり,好ましくは
0.6〜10,最適には0.7〜3.0であることが望ましい。
〔η〕が0.5より小さいと耐熱性を始めとする各種の物
理的,機械的,化学的特性が劣り,好ましくない。しか
し,〔η〕があまり大きいと溶融粘度が高くなりすぎて
溶融成形性が損なわれたりして好ましくないときがあ
り,10以下が望ましい。
次に,本発明のコポリエステルを経済的に製造し得る
好ましい一例として,第一の構成単位が前記式(a)で
表される化合物であるジフェニル(2,5−ジヒドロキシ
フェニル)ホスフィンオキシド(PPQ)の残基,第二の
構成単位がTPA/IPAの残基,第三の構成単位が4−ヒド
ロキシ安息香酸(4HBA)の残基であるコポリエステルに
ついて,その製造法を具体的に説明する。
(イ)PPQのジアセテート体(PPQ-A),TPA/IPA及び4HBA
のアセテート体(4HBA-A)をヒドロキシル残基とカルボ
キシル基とが等量となる量,及び好ましくはヒドロキシ
ル残基の0.05〜0.25倍当量の無水酢酸(Ac2O)と共に,
もしくは (ロ)PPQとTPA/IPAとをヒドロキシル基とカルボキシル
基とが当量となる量及びヒドロキシル基と当量以上,好
ましくは1.05〜1.25倍当量のAc2Oを反応機に仕込み,常
圧下,150℃程度の温度で約2時間,酸交換反応又はエス
テル化反応させる。その後,順次昇温し,必要ならば減
圧して酢酸を留出させながら反応させる。
次いで,順次昇温,減圧し,最終的に240〜350℃,1ト
ル以下の高減圧下,数十分〜数十時間溶融相又は固相で
重縮合反応させることによりコポリエステルを得ること
ができる。
本発明のコポリエステルを製造するには,通常,重縮
合触媒が得られるが,重縮合触媒としては各種金属化合
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
の化合物を用いることができる。
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,カリウム,ナトリウム,マンガンあるいはコバ
ルトなどの化合物が用いられ,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及
びo−スルホ安息香酸無水物が特に好適に用いられる。
触媒の添加量は,ポリエステルの繰返し単位1モルに
対し通常0.1×10-4〜100×10-4モル,好ましくは0.5×1
0-4〜50×10-4モル,最適には1×10-4〜10×10-4モル
が適当である。
(実施例) 次に,実施例をあげて本発明をさらに詳しく説明す
る。
なお,特性値の測定法は,次のとおりである。
極限粘度〔η〕 フェノールと四塩化エタンとの等重量混合溶媒を使用
し,20℃で測定した溶液粘度から求めた。
流動開始温度(Tf) フローテスター(島津製作所製CFT-500型)を用い,
直径0.5mm,長さ2.0mmのダイで,荷重を100kg/cm2とし,
初期温度200℃より昇温速度10℃/minで昇温して行き,
ポリマーがダイから流出し始める温度として求めた。
難燃性 JIS K7201規格による限界酸素指数(L0I)を,厚さ1/
16インチの試料について求めた。
アイゾット衝撃強度(IZ) ASTM D256規格に準拠して,厚さ1/8インチ,ノッチ付
で測定した。
なお,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偏光顕微鏡により確認した。
実施例1 反応装置にPPQ-A,4HBA-A及びTPAをモル比で25:75:25
となるように仕込み,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返し単位1モルに対し4×10-4
ル加え,窒素雰囲気下,常圧,150℃で2時間,さらに20
0℃で2時間混合しながら反応させた。
その後,順次昇温し,280℃となった時点で,減圧を開
始し,さらに昇温して,最終的に320℃,1トル以下の減
圧下で,2時間溶融重合した。
得られたコポリエステルは,第1表に示した特性値を
有する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。
このコポリエステルの赤外線吸収スペクトルを第1図
に示す。
実施例2〜24 実施例1において,原料の仕込みモル比を第1表のよ
うに変更した以外は,実施例1とほぼ同様にしてコポリ
エステルを製造した。
得られたコポリエステルは,実施例22〜24では非晶
性,実施例12〜13では結晶性,その他ではサーモトロピ
ック液晶性であった。
実施例1〜24の結果を第1表に示す。
比較例1〜2 実施例1において,PPQ-Aと4HBA-Aとの仕込みモル比を
1:99(比較例1)又は99:1(比較例2)に変更したとこ
ろ,得られたコポリエステルは,比較例1では,融点が
極めて高く,450℃から分解し始め,溶融成形が困難であ
り,比較例2では,融点が407℃と高いとともに極めて
脆いもので,実用に供することができないものであっ
た。
実施例25〜27 PPQ-Aの代わりに前記式(b),(c)又は(d)の
含リンジオール化合物のジアセテート体を用いた以外は
実施例1と同様にしてコ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。
なお,第2表中における(b),(c)及び(d)
は,それぞれ前記式(b),(c)及び(d)の化合物
のジアセテート体を示す。
実施例28 反応装置にPPQ,4HBA,TPA及びAc2Oをモル比で25:75:2
5:150となるように仕込み,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時間エス
テル化反応させた。その後,200℃で2時間,さらに280
℃で2時間反応させた。
その後,順次昇温,減圧して反応を行い,最終的に32
0℃,1トル以下の減圧下で,2時間溶融重合した。
得られたコポリエステルは,〔η〕1.89,Tf 258℃,IZ
14.1kgf・cm/cm,L0I 61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。
実施例29 反応装置にPPQ,4HBA,TPA及びAc2Oをモル比で25:75:2
5:150となるように仕込み,触媒としてジメチルスズマ
レートをポリエステルの繰返し単位1モルに対し4×10
-4モル加え,窒素雰囲気下,常圧,150℃で2時間反応さ
せた。その後,常圧,200℃で2時間,さらに50トルの減
圧下,280℃で2時間反応させた。
得られた反応物を固化粉砕した後,1トルの減圧下で,1
50℃で反応を始め,順次昇温し,最終的に280℃まで温
度を上げて,合計24時間固相重合を行った。
得られたコポリエステルは,〔η〕1.56,Tf 315℃,IZ
14.1kgf・cm/cm,L0I 61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,次のような耐熱性,難燃性高分子と
して優れた特性を有する新規なコポリエステルが提供さ
れ,このコポリエステルは,高度の耐熱性,難燃性を要
求される用途に使用されるフィルム,繊維,成形用素材
として,あるいは難燃剤等の改質剤として有用である。
(1)側鎖に特定の含リン構造単位を有しているので,
高温で使用しても分解が起こらないだけでなく,成形品
としたときにも高度の難燃性を有している。
(2)主鎖が主として特定の芳香族基で構成されている
のでサーモトロピック液晶性を形成し易く,機械的特性
に優れており,同時に好ましい流動開始温度を示し,耐
熱性及び成形性に優れている。
【図面の簡単な説明】
第1図は,実施例1で得られたコポリエステルの赤外線
吸収スペクトルを示す図である。

Claims (4)

    【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,各構成単位のモル比が,ととが実質
    的に等しく,ととが95/5〜5/95のモル比で不規則に
    配列した極限粘度0.5以上の芳香族コポリエステル。 -OC-Ar2-CO- -O-Ar3-CO- (式において,Ar1は3価の芳香族基,Ar2及びAr3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。)
  2. 【請求項2】コポリエステルがサーモトロピック液晶性
    ポリエステルである特許請求の範囲第1項記載のコポリ
    エステル。
  3. 【請求項3】コポリエステルが下記式で示される構成単
    位からなるものである特許請求の範囲第1項又は第2項
    記載のコポリエステル。
  4. 【請求項4】コポリエステルが下記式で示される構成単
    位からなるものである特許請求の範囲第1項又は第2項
    記載のコポリエステル。
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