JPH10500443A - 液晶ポリ(エステル−イミド) - Google Patents

液晶ポリ(エステル−イミド)

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JPH10500443A JP7529744A JP52974495A JPH10500443A JP H10500443 A JPH10500443 A JP H10500443A JP 7529744 A JP7529744 A JP 7529744A JP 52974495 A JP52974495 A JP 52974495A JP H10500443 A JPH10500443 A JP H10500443A
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Abstract

(57)【要約】 繰り返し単位の一部として置換されたヒドロキノンおよび無水トリメリット酸、並びに他のモノマーを含有するポリ(エステル−イミド)は、成形用樹脂として有用である。このポリマーは、高いガラス転移温度を有し、および良好な耐摩耗性を要求する用途において特に有用である。

Description

【発明の詳細な説明】 液晶ポリ(エステル−イミド) 関連出願への相互参照 本出願は、1994年5月17日に出願され、液晶ポリ(エステル−イミド) と題された米国特許出願第08/245,288号の一部継続出願である。 発明の背景 サーモロトピック液晶ポリマーは多くの目的のために有用であり、特に電子コ ネクタおよび自動車用などの機械部品を製造するための成形用樹脂として有用で ある。このようなポリマーの組成物は多くのものが知られているが、所望の特性 の組み合わせを備え、かつ低コストである新規組成物は、常に要望されている。 米国特許第4,727,129号および同第4,728,714号、並びに特 公平4−66259号は、芳香族の繰り返し単位だけを含有し、それらの単位の いくつかは無水トリメリット酸およびt−ブチルヒドロキノンから誘導された単 位であるポリマーを記載している。 本発明は、t−ブチルヒドロキノンと無水トリメリット酸、および他のモノマ ーから誘導された繰り返し単位を含有する新規なサーモトロピック液晶ポリ(エ ステル−イミド)に関する。これらのポリマーは、成形用樹脂として有用であり 、そしてポリテトラフルオロエチレンと配合すると、耐摩耗性用途の成形用樹脂 として有用である。 発明の要旨 本発明は、以下の式の繰り返し単位を備える液晶ポリマーに関する: および のいずれかまたは両方、並びに随意に および の1または2以上であり、 (I)+(II)の量は、前記繰り返し単位の約10から約30モルパーセントであり ;(III)+(IV)+(V)の量は、前記繰り返し単位の0から約70モルパーセントで あり;Yはp−フェニレンまたは であり;Rは塩素、フェニル、または1から4個の炭素原子を含有するアルキル であり;そして、Zは −O−、−C(O)−、−S−、−C(CH32−、または−SO2−である 。 詳細な説明 ここに開示された液晶ポリマーは、置換されたヒドロキノン、無水トリメリッ ト酸(TMA)、および他のモノマーから誘導されたポリ(エステル−イミド) である。単位(I)および(II)は、置換されたヒドロキノンと反応しているイミド 基を含有しているジカルボン酸モノマーの(式上)一部分としてTMAを含む。 当業者は、上記に示された単位のすべてにおいて置換されたヒドロキノンの“R ”基が(繰り返し単位の他の部分に関連して)ベンゼン環上のいずれの位置に付 いていてもよいことがわかる。(I)のジカルボン酸はTMAとp−アミノ安息香 酸との反応により作られ、他方、(II)のジカルボン酸は2モルのTMAと、例え ば、4,4′−オキシジアニリンおよびp−フェニレンジアミンのような適当な ジアミンとの反応により作られる。p−ヒドロキシ安息香酸(PHBA)から誘 導された繰り返し単位(V)を除いて、すべての他の繰り返し単位は適当なジカル ボン酸と置換されたヒドロキノンとを結合しているエステル結合を含む。繰り返 し単位(III)および(IV)においては、ジカルボン酸はそれぞれテレフタル酸と2 ,6−ナフタレンジカルボン酸である。 いくつかの好ましいポリマーにおいて、繰り返し単位(I)または(II)が繰り返 し単位の100%である。他の好ましいポリマーにおいては、単位(III)、(IV) または(V)のただ一つが存在し、そして(I)、(II)、または(I)+(II)の量は、場 合に応じて、ポリマーの約50から100モルパーセントである。好ましいポリ マーにおいて、Yは であり、かつ好ましくはZは −O− である。 好ましいポリマーにおいて、繰り返し単位(I)および(II)が繰り返し単位の10 0%を構成している。他の好ましいポリマーにおいて、Rはメチルまたはt−ブ チル、より好ましくはt−ブチルである。 本発明のポリ(エステル−イミド)は、当該技術分野において良く知られてい る方法により作られる。例えば、適当なジカルボン酸、置換されたヒドロキノン および、存在する場合にはPHBA、が混合されて重合混合物を形成する。置換 されたヒドロキノンおよびPHBAのヒドロキシ基は、その重合混合物に添加さ れるときに、アセテートのような低級アルキルエステルの形態となるか、または 低級アルキルエステルは無水酢酸のような低級無水アルキルカルボン酸の理論量 との反応によりその場で形成される。アセテートを形成した後、温度が上げられ 、モノマーをポリマーに縮合し、および酢酸のような低級カルボン酸の副生成物 を蒸留する。通常、重合の終わりに向かって、減圧が適用され、最終ポリマーを 所望の分子量あるいは粘度にする。最終仕上げ温度は、代表的には約300℃か ら約360℃である。酢酸カリウムのような触媒が重合を促進するために添加さ れてもよい。 本発明のポリマーは、顔料、着色剤、酸化防止剤、難燃剤、潤滑剤、強化剤、 並びに、ガラス、無機質(例えば、クレーやタルク)、カーボンブラック、およ び炭素繊維を含む充填材などのポリマーコンパウンディングに対して慣用の材料 と混合されてもよい。さらに、本発明のポリマーは他のポリマーと混合されても よい。当業者には了解されるように、上記の慣用添加剤の簡単なリストは単なる 例示であり、本発明のポリマーと混合してもよい全ての材料を具体的に挙げるも のではない。 本発明のポリマーは、電気コネクタ用、自動車部品用、および他の用途のため の成形用樹脂として有用である。通常、それらは高いガラス転移温度を有し、そ してテトラフルオロエチレンポリマーとの配合物として摩擦ベアリングのような 良好な摩耗特性を要求される部品用に特に有用である。 本発明のポリマーがテトラフルオロエチレンポリマーと配合されるとき、テト ラフルオロエチレンポリマーは、その中の繰り返し単位の約90%またはそれ以 上がテトラフルオロエチレンから誘導される、すなわち、構造 −CF2CF2− を有するポリマーである。 テトラフルオロエチレンポリマーにおけるいかなる他のコモノマーも全フッ素化 されることが好ましい。特に好ましいテトラフルオロエチレンポリマーは、テト ラフルオロエチレンのホモポリマー(すなわち、ポリテトラフルオロエチレン( PTFE))である。 テトラフルオロエチレンポリマーは、種々のグレードで市販されている。テト ラフルオロエチレンポリマーは微粉体、顆粒、または繊維の形状であることがで きる。繊維形状で使用されるなら、繊維長は小さく、好ましくは0.4mmまた はそれより小さく、かつその繊維は10デニール/フィラメントより小さいこと が好ましい。テトラフルオロエチレンポリマーがPTFEであるなら、顆粒およ び粉体のような種々のグレードが使用できる。粉体が好ましい。PTFEの製造 者は、耐摩耗性が重要である配合物における使用が推奨される特別なグレードを 有しているが、それらのグレードは、本発明の液晶ポリマーとの配合に適当であ る。 テトラフルオロエチレンポリマーを用いた配合物は、ポリ(エステル−イミド )とテトラフルオロエチレンポリマーの総重量に基づいて、約3から約50重 量パーセント、より好ましくは約10から約40重量パーセント、そして最も好 ましくは約20から約35重量パーセントのテトラフルオロエチレンポリマーを 含有することが好ましい。 実施例 実施例において、次の略語が使用される: “AA”−無水酢酸 “DSC”−示差走査熱量計 “HM”−J/gで表した融解熱 “2,6−N”−2,6−ナフタレンジカルボン酸 “T”−テレフタル酸 “Tg”−ガラス転移温度 “Tm”−融点 “TBHQ”−t−ブチルヒドロキノン “TMB”−次の構造を有するジカルボン酸 “TMO”−次の構造を有するジカルボン酸 実験1−TMBの調製 200グラムの無水トリメリット酸と145gのp−アミノ安息香酸と1リッ トルのN,N−ジメチルホルムアミド(“DMF”)を、2リットルの4つ首の 丸底フラスコに添加した。冷却器、機械的撹拌機、および温度計をフラスコに取 り付け、そしてフラスコの内容物を撹拌し、かつ電気加熱マントルにより加熱し た。内容物を撹拌し、そして4.5時間にわたり加熱し、ついで溶液を室温まで 冷却した。ついで1リットルのメタノールを撹拌しながら添加し撹拌を5分間続 けた。ついで、固体と液体の混合物である得られた沈殿をブフナー漏斗を使用し て濾過し、そしてその固体を1リットルのメタノールで洗浄した。ついで2リッ トルの蒸留水を4リットルのビーカーにおいて沸騰するまで加熱し、そして洗浄 した固体を撹拌しながら添加し撹拌を5分間続けた。ついで、得られた混合物を ブフナー漏斗を使用して濾過し、そして再びその固体を1リットルのメタノール で洗浄した。その固体生成物を窒素ブリードの真空オーブンにおいて約170℃ で約18時間にわたり乾燥した。実験2−TMOの調製 299グラムの無水トリメリット酸を、硫酸カルシウム乾燥塔、機械的撹拌機 、温度計、還流冷却器、および目盛付き添加漏斗を備えた4つ首の丸底フラスコ において、500mlのDMF中で溶解した。この無水物溶液を50℃に加熱し た。350mlのDMF中の4−アミノフェニルエーテル(150g)の溶液を 約1時間にわたり上述の無水物溶液に添加漏斗を経て滴下により添加した。その 後、得られた溶液を加熱し3時間にわたり還流し、ついで室温まで冷却した。1 リットルのメタノールを反応内容物に添加し、そして生成物を減圧下で濾過によ り回収した。回収された黄色の固体を2リットルの沸騰水中で数分間にわたって 撹拌し、減圧下で濾過し、そして1リットルのメタノールで再度洗浄した。固体 生成物を窒素パージの真空オーブンにおいて約100℃で約24時間にわたり乾 燥した。生成物は380℃のDSC Tmを有し、および未反応の無水物または 部分的に反応したアミド−酸は検出されなかった。実施例1−7 実施例1−7のすべてのポリマーを同一の基本手順により作成した。表1に挙 げられた重合成分を撹拌機を備えた重合がまに添加し、そして窒素下で液体金属 浴により加熱した。浴を加熱して約170℃で還流した。還流を1時間にわたっ て行い、その後、金属浴の温度を約2.5時間にわたって約310℃まで徐々に 上げながら酢酸を蒸留した。その温度をゆっくり約350℃から360℃まで上 げ、ついでその圧力を1から2時間にわたって約133−1330Paに達する までゆっくり下げた。圧力は下げたが、金属浴を350℃から360℃に保持し た。その温度を(撹拌機モーターの電流引き下げにより測定された)所望の粘度 に達するまで低圧で維持した。これは4時間まで要した。その後、撹拌を停止し 、そしてそのポリマーを重合がまから除去した。ポリマーが冷却した後、DSC 分析を行った。 各実施例においてポリマーを作成するために使用した成分は、ポリマーの特性 と共に表1に見出される。 すべての実施例において、TgおよびTmを25℃/分の加熱速度でDSCに より測定した。報告したTgおよびTmは、ポリマーの最初の加熱のものである 。Tgを転移の中間点とし、Tmを融解吸熱量の最大値とした。実施例8 このメチルヒドロキノン含有ポリマーを作成するために使用した装置は、実施 例1−7のものと同一であった。酢酸を40分間還流した後、除去を開始した。 温度が約190℃に達したとき、反応混合物は練り物のようになり、そして撹拌 を停止した。浴の温度を最終的に330℃にセットし、その温度で反応混合物が 溶融し、そして撹拌を再開した。温度を340℃に上げ、そして酢酸の除去を再 開した。減圧下の仕上げは340℃で行い、減圧は実施例1−7に記載したよう に適用した。 ポリマーを作成するために使用した成分は、ポリマーの特性とともに表1にお いて見出される。実施例9および10 実施例9および10において、ポリ(エステル−イミド)とポリテトラフルオ ロエチレンの配合物を作成し、そして耐摩耗性を試験した。実施例9においては 実施例1のポリ(エステル−イミド)を使用し、そして実施例10においては同 一である実施例4および5のポリ(エステル−イミド)を混合し、使用した。 実施例9および10において使用したポリテトラフルオロエチレンは、平均粒 度が20ミクロンであり、潤滑および耐摩耗性用に推奨される(E.I.du Pont de Nemours and Companyから入手可能な)Teflon(登録商標)微粉体MP 1500 PTFEであった。以下、MP1500と称する。 実施例9および10のLCP−PTFE配合物を調製するに際して、下記の手 順に従った。 乾燥ペレットのLCPをMP1500と混合し、70重量パーセントのLCP と30重量パーセントのMP1500を含有する混合物を得た。その混合物を、 標準混合スクリュー、混合ゾーンに取り付けた減圧アダプター、および直径4. 8mmのサーキュラーダイを備えた Werner-Pfleiderer 28mm二軸スクリュ ー押出機において溶融混合した。バレルおよびダイの温度を適当な(すなわち、 混合物におけるLCPのTgおよびTmより高い)温度に、スクリューを150 rpmにセットし、そしてその混合物を5.8kg/時の速度で押し出した。配 合物をペレットにし、乾燥し、ついでその配合物において使用したLCPのTg およびTmより高くセットしたバレル温度、および100℃にセットした金型温 度を使用して170gの射出成形機において射出成形を行った。その配合物をA STM D790に従って成形し3.2mm厚の屈曲バーにした。 摩耗試験のために、(3.2mm厚で)6.35mm平方の“ピン”を屈曲バ ーの中央の縁から切った。3つのピンを、平均直径2.38cmの取り付け円に 対して接線方向に屈曲バーの当初の長軸を向けて、外径3.18cmの円形ホル ダーに120°の間隔で取り付けた。American Iron and Steel Institute の1 018炭素鋼製の0.40mm(AA)粗さに仕上げられた外径3.18cmお よび内径1.59cmのスチールワッシャーに対して圧力Pで軸方向にピンに荷 重をかけた。このワッシャーを、その平均直径(2.38cm)で測定した速度 Vで回転させた。ワッシャーの温度を測定し、この温度をLCP−PTFE配合 物の表面の温度であるとみなした。 摩耗データを以下の表2にまとめた。圧力(P)および/または速度(V)が 高くなるほど、この試験および摩耗をより厳しくするようである。KはPVによ り割られた容量摩耗割合であり、ここでは(cm2/kg)×108の単位で示さ れる。Kの値が低くなるほど、この配合物の摩耗は良くなる。℃でのワッシャー 温度(W.温度)も表2に示した。実施例9および10の配合物は両方とも優れ た耐摩耗性を示した。
【手続補正書】特許法第184条の8 【提出日】1996年4月29日 【補正内容】 明細書 液晶ポリ(エステル−イミド) 関連出願への相互参照 本出願は、1994年5月17日に出願され、液晶ポリ(エステル−イミド) と題された米国特許出願第08/245,288号の一部継続出願である。 発明の背景 サーモロトピック液晶ポリマーは多くの目的のために有用であり、特に電子コ ネクタおよび自動車用などの機械部品を製造するための成形用樹脂として有用で ある。このようなポリマーの組成物は多くのものが知られているが、所望の特性 の組み合わせを備え、かつ低コストである新規組成物は、常に要望されている。 米国特許第4,727,129号および同第4,728,714号、並びに特 公平4−66259号は、芳香族の繰り返し単位だけを含有し、それらの単位の いくつかは無水トリメリット酸およびt−ブチルヒドロキノンから誘導された単 位であるポリマーを記載している。 本発明は、t−ブチルヒドロキノンと無水トリメリット酸、および他のモノマ ーから誘導された繰り返し単位を含有する新規なサーモトロピック液晶ポリ(エ ステル−イミド)に関する。これらのポリマーは、成形用樹脂として有用であり 、そしてポリテトラフルオロエチレンと配合すると、耐摩耗性用途の成形用樹脂 として有用である。 発明の要旨 本発明は、以下の式の繰り返し単位を備える液晶ポリマーに関する: および のいずれかまたは両方、並びに随意に および の1または2以上であり、 (I)+(11)の量は、前記繰り返し単位の約30から約100モルパーセントであ り;(111)+(IV)+(V)の量は、前記繰り返し単位の0から約70モルパーセント であり;Yはp−フェニレンまたは であり;Rはt−ブチルであり;そして、Zは −O−、−C(O)−、−S−、−C(CH32−、または−SO2−である 。 詳細な説明 ここに開示された液晶ポリマーは、置換されたヒドロキノン、無水トリメリッ ト酸(TMA)、および他のモノマーから誘導されたポリ(エステル−イミド) である。単位(I)および(II)は、置換されたヒドロキノンと反応しているイミド 基を含有しているジカルボン酸モノマーの(式上)一部分としてTMAを含む。 当業者は、上記に示された単位のすべてにおいて置換されたヒドロキノンの“R ”基が(繰り返し単位の他の部分に関連して)ベンゼン環上のいずれの位置に付 いていてもよいことがわかる。(I)のジカルボン酸はTMAとp−アミノ安息香 酸との反応により作られ、他方、(II)のジカルボン酸は2モルのTMAと、例え ば、4,4′−オキシジアニリンおよびp−フェニレンジアミンのような適当な ジアミンとの反応により作られる。p−ヒドロキシ安息香酸(PHBA)か ら誘導された繰り返し単位(V)を除いて、すべての他の繰り返し単位は適当なジ カルボン酸と置換されたヒドロキノンとを結合しているエステル結合を含む。繰 り返し単位(III)および(IV)においては、ジカルボン酸はそれぞれテレフタル酸 と2,6−ナフタレンジカルボン酸である。 いくつかの好ましいポリマーにおいて、繰り返し単位(I)または(II)が繰り返 し単位の100%である。他の好ましいポリマーにおいては、単位(III)、(IV) または(V)のただ一つが存在し、そして(I)、(II)、または(I)+(II)の量は、場 合に応じて、ポリマーの約50から100モルパーセントである。好ましいポリ マーにおいて、Yは であり、かつ好ましくはZは −O− である。 好ましいポリマーにおいて、繰り返し単位(I)および(II)が繰り返し単位の10 0%を構成している。 本発明のポリ(エステル−イミド)は、当該技術分野において良く知られてい る方法により作られる。例えば、適当なジカルボン酸、置換されたヒドロキノン および、存在する場合にはPHBA、が混合されて重合混合物を形成する。置換 されたヒドロキノンおよびPHBAのヒドロキシ基は、その重合混合物に添加さ れるときに、アセテートのような低級アルキルエステルの形態となるか、または 低級アルキルエステルは無水酢酸のような低級無水アルキルカルボン酸の理論量 との反応によりその場で形成される。アセテートを形成した後、温度が上げられ 、モノマーをポリマーに縮合し、および酢酸のような低級カルボン酸の副生成物 を蒸留する。通常、重合の終わりに向かって、減圧が適用され、最終ポリマーを 所望の分子量あるいは粘度にする。最終仕上げ温度は、代表的には約300℃か ら約360℃である。酢酸カリウムのような触媒が重合を促進するために添加 されてもよい。 本発明のポリマーは、顔料、着色剤、酸化防止剤、難燃剤、潤滑剤、強化剤、 並びに、ガラス、無機質(例えば、クレーやタルク)、カーボンブラック、およ び炭素繊維を含む充填材などのポリマーコンパウンディングに対して慣用の材料 と混合されてもよい。さらに、本発明のポリマーは他のポリマーと混合されても よい。当業者には了解されるように、上記の慣用添加剤の簡単なリストは単なる 例示であり、本発明のポリマーと混合してもよい全ての材料を具体的に挙げるも のではない。 本発明のポリマーは、電気コネクタ用、自動車部品用、および他の用途のため の成形用樹脂として有用である。 請求の範囲 1.液晶ポリマーであって、 および のいずれかまたは両方の繰り返し単位を備え、並びに随意に および の1または2以上の繰り返し単位を備え、 (I)+(II)の量は、前記繰り返し単位の30〜100モルパーセントであり;(II )+(IV)+(V)の量は、前記繰り返し単位の0から70モルパーセントであり;Y はp−フェニレンまたは であり;Rはt−ブチルであり;そして、Zは −O−、−C(O)−、−S−、−C(CH32−、または−SO2−である ことを特徴とする液晶ポリマー。 2.前記繰り返し単位の100モルパーセントが(I)および(II)であるか、また は前記繰り返し単位の100モルパーセントが(I)または(II)であることを特徴 とする請求項1の液晶ポリマー。 3.(I)または(II)のいずれかが存在することを特徴とする請求項2の液晶ポリ マー。 4.(III)、(IV)または(V)の1つが存在することを特徴とする請求項1の液晶ポ リマー。 5.(I)または(II)が前記繰り返し単位の50から100モルパーセントである ことを特徴とする請求項4の液晶ポリマー。 6.(I)または(II)、並びに(I)および(II)のいずれかまたは両方を備えた繰り返 し単位であることを特徴とする請求項1の液晶ポリマー。 7.Yが であることを特徴とする請求項1、4または6の液晶ポリマー。 8.テトラフルオロエチレンポリマーと配合されたことを特徴とする請求項1、 4、6または7の液晶ポリマー。 9.前記テトラフルオロエチレンポリマーが、前記液晶ポリマーと前記テトラフ ルオロエチレンポリマーの総重量の3から50重量パーセントであることを特徴 とする請求項8の液晶ポリマー。 10.前記テトラフルオロエチレンポリマーがポリテトラフルオロエチレンであ ることを特徴とする請求項8の液晶ポリマー。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M C,NL,PT,SE),CA,JP,MX,SG

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.液晶ポリマーであって、 および のいずれかまたは両方の繰り返し単位を備え、並びに随意に および の1または2以上の繰り返し単位を備え、 (I)+(II)の量は、前記繰り返し単位の約30〜100モルパーセントであり;( III)+(IV)+(V)の量は、前記繰り返し単位の0から約70モルパーセントであ り;Yはp−フェニレンまたは であり;Rは塩素、フェニル、または1から4個の炭素原子を含有するアルキル であり;そして、Zは −O−、−C(O)−、−S−、−C(CH32−、または−SO2であるこ とを特徴とする液晶ポリマー。 2.前記繰り返し単位の100モルパーセントが(I)および(II)であるか、また は前記繰り返し単位の100モルパーセントが(I)または(II)であることを特徴 とする請求項1の液晶ポリマー。 3.(I)は(II)のいずれかが存在することを特徴とする請求項2の液晶ポリマー 。 4.(III)、(IV)または(V)の1つが存在することを特徴とする請求項1の液晶ポ リマー。 5.(I)または(II)が前記繰り返し単位の約50から100モルパーセントであ ることを特徴とする請求項3の液晶ポリマー。 6.(I)または(II)が前記繰り返し単位の少なくとも約50モルパーセントであ ることを特徴とする請求項3の液晶ポリマー。 7.(I)または(II)、並びに(III)および(IV)のいずれかまたは両方を備えた繰り 返し単位であることを特徴とする請求項1の液晶ポリマー。 8.Yが であり、およびRがメチルまたはt−ブチルであることを特徴とする請求項1の 液晶ポリマー。 9.Yが であり、およびRがメチルまたはt−ブチルであることを特徴とする請求項4の 液晶ポリマー。 10.Yが であり、およびRがメチルまたはt−ブチルであることを特徴とする請求項6の 液晶ポリマー。 11.Rがt−ブチルであることを特徴とする請求項1の液晶ポリマー。 12.ポリテトラフルオロエチレンと配合されたことを特徴とする請求項1の液 晶ポリマー。 13.前記ポリテトラフルオロエチレンが、前記液晶ポリマーと前記ポリテトラ フルオロエチレンの配合物の総重量の約10から約50重量パーセントであるこ とを特徴とする請求項12の液晶ポリマー。
JP52974495A 1994-05-17 1995-05-16 液晶ポリ(エステル−イミド) Expired - Fee Related JP3546056B2 (ja)

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