JPS62502407A - ポリアリ−ルエ−テルスルホン重合体 - Google Patents

ポリアリ−ルエ−テルスルホン重合体

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JPS62502407A JP61501268A JP50126886A JPS62502407A JP S62502407 A JPS62502407 A JP S62502407A JP 61501268 A JP61501268 A JP 61501268A JP 50126886 A JP50126886 A JP 50126886A JP S62502407 A JPS62502407 A JP S62502407A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ボリアリールエーテルスルホン重合体 [技術分野] 本発明は以下の繰り返し単位を含む新規なボリアIJ +ルエーテルスルホン重 合体類に関する。
(m)次のものの一つ以上 式中Rはso2. so、 o、 co又は直接結合である。
[発明の背景] 4.4−ビス(p−ハロフェニルスルホニル)ビフエニJb力)ら誘導される単 位を含有するボリアリールエーテノしスルホン類の選ばれた部類は、この技術で 記述されて0る。
合衆国特許第3,647,751号は、次式の重合体類を3己述し式中A「はジ フェニレン又はナフチレン基、又もよ式の二価の多核基として定義され、ここで Zはt−S個の炭素原子又は−Q−、−5−、−5o−、−502−又は−CO −を含有する二価の脂肪族、脂環式、又は芳香脂肪族基である。合衆国特許第3 ,647,751号の実施例3は、4,4−ビス(p−ハロベンゼンスルホニル )ビフェニルから誘導される重合体の唯一の実施例であるが、次の構造を表わし ている。
合衆国特許第3,634,355号は、4.4′−ビス(4−クロロフェニルス ルホニル)ビフェニルからつくれらる幾つかの重合体を記述している。実施例5 に次の重合体が提供さ実施例16には、次の重合体が記載されている。
(80モル%) 及び (20モル%) 実施Pi1117には、同じ構造が示されているが、但し両車位■と■は50モ ル%の量になっている。
合衆国特許第4,009,149号は、その唯一の重合体として、次式をもつ繰 り返し単位からなる芳香族ポリスルホンを記述している。
重合体は非晶質で、約260℃のガラス転移温度(Tg)をもつと記述されてい る。しかし、出願人らはこの重合体をつくり(第1表の対照例Bを参照)、これ がわずかに結晶質で、非晶質ではないことを見出した。
英国特許明細書第1,295,584号は第1表で、ヒドロキノンと4,4′− ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニルからつくられる重合体を記述 している。この重合体は上記の合衆国特許第4,009,149号の重合体と構 造的に同じである。しかし、英国特許明細書では重合体は350℃の結晶融点を もつ点で結晶質と記述している。また英国特許明細書の第1表には、ジチオヒド ロキノンと4 、’4 ’ −ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニ ルから、及びモノチオヒドロキノンと4,4′−ビス(4−クロロフェニルスル ホニル)ジフェニルからつくられる重合体類が記述されている。後者の重合体は 非晶質と記述されている。
4′−ジクロロジフェニルスルホン及び4,4′−ビス(4−クロロフェニルス ルホニル)ビフェニルからの重合体調製を記述している。
合衆国特許第4.008,203号は、多数のポリスルホン類を広範囲に明らか にしている。しかし、この特許は4,4+−ビス(ハロフェニルスルホニル)ビ フェニルから誘導される重合体類を特定的に開示ないし記述していないが、その 中に広く定義された繰り返し単位が4,4′−ビス(ハロフェニルスルホニル) ビフェニルから誘導される単位をもつものとみなす者もいよう。
合衆国特許第4,009.149号と英国特許明細書第1 、295 。
584号に記述されたとおりにヒドロキノンと4,4′−ビス(4−クロロフェ ニルスルホニル)ジフェニルからつくられる先行技術の重合体類は、N−メチル ピロリドンのような普通の溶媒に簡単には溶けないため、フィルムに流延できな いという欠点がある。合衆国特許第3,647,751号に記述されている4、 4′−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ジフェニルとビフェノールからつ くられる重合体類は、270℃のTgをもつ結晶性重合体類である。これらはN −メチルピロリジノンのような普通の溶媒に簡単には溶けず、フィルムへの流延 も、中空ファイバーへの紡糸も困難である。
更に、本発明の重合体類は溶液からの結晶化に対する良を可能としている。ポリ アリールエーテルスルホン合成において、凝固又は脱可溶化に先立って反応混合 物のろ過により塩副生物を除去するのが通例である。塩除去は電気的性質を改良 し、透明度を高め、溶融安定性を改良する。ヒドロキノンと4,4′−ビス(4 −クロロフェニルスルホニル)ビフェニルからの共重合体のスルホラン反応溶液 をろ過する試みは、副生物の塩溶解度を最小限に抑える温度で重合体が結晶化す るため成功しなかった。4゜4′−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)ビフ ェニル、ヒドロキシン及びビフェノール(100:30ニア0)からつくられる 重合体は、任意付加的にクロロベンゼンを含有し得る室温のスルホラン溶液から 結晶化しない。ろ過し、凝固によフて回収されると、重合体はく50百万分率( pp+o)(50ppmより小さい)の重合体塩含有量をもち、はぼ定量的収率 で得られる。ろ過なしては、>500 ppm(500ppmより大きい)の塩 濃度が定常的に見られる。
[発明] 本発明の重合体は、下に示す少なくとも三つの繰り返し構造単位を含んでいる。
重合体は非晶質で処理が容易である0本発明重合体類のTgは、含まれる単位を 変えることによフて調整できる。このため、他の方法では処理の困難なこれらの 構造からなる重合体類が、構造の比率を変えることによって処理可能なものにで きる。更に本発明の重合体類はN−メチルピロリジノンに可溶であり、この溶媒 でフィルムに流延できる。最も重要な点としては、本発明の重合体類は良好な機 械的性質の組合せをもっている。
本発明は次の繰り返し単位を含むボリアリールエーテルスルホン重合体類に関す る。
(III)次のものの一つ以上 式中RはSO2,So、 0. CG又は直接結合である。
好ましい重合体は次の繰り返し単位を含んでいる。
当然、上の単位に示す末端酸素原子が単位のいずれかの末端にあり、各単位がエ ーテル酸素によフてのみ相互に連結されることは自明である。
重合体は典型的には、4,4′−ビス(p−ハロフェニルスルホニル)ビフェニ ルから誘導される単位約10ないし約90モル%、好ましくは約30ないし約7 0モル%;ビフェノールから誘導される単位約5ないし約50モル%、好ましく は約20ないし約30モル%;及び他の単位約5ないし約50モル%、好ましく は約5ないし約30モル%を含有し、全体は常に100モル%に等しい。少なく とも3単位が重合体中に存在する。
本発明の重合体類は、ビスフェノール(又はそのジアルカリ金属塩)をジハロベ ンゼノイド化合物と反応させる上記の特許中に記載の方法によってつくることが できる。ビスフェノール類は次式をもつ。
式中Rは上に定義されたとおりのもの、又はこれらのアルカリ金属塩である。ジ ハロベンゼノイド化合物は次式又は任意に 式中XとX′はハロゲン原子で、好ましくは同じものであり、また好ましくは塩 素又はフッ素である。
別の態様で、本発明の重合体類は、構造(IX)の加水分解で得られるビスフェ ノールを使用してもつくることが(×1)をビフェノール及び4,4′−ジクロ ロジフェニルスルホンと縮合させると、好ましい構造の一つ、すなわち(1v) 、(V)、及び(vl)を含有するものができる。
本発明の更に一つの態様は、(IX)の部分加水分解生成物、すなわち(Xl+ )、 ブロック構造の興味ある材料を生ずる本発明重合体類の一成分としての別の態様 は、(1x)を加水分解して以下のようなオリゴマー中間体を得るものである。
又は (XV) 式中間は1〜100の整数である。オリゴマー(Xll+)〜(XV)を上記の ように縮合させると、次の単位のブロックを含有する重合体類を生ずる。
本発明の重合体類で可能な種々の組合せと置換は極めて多い、これらは当業者に 自明である。
本発明の重合体類は25℃のN−メチルピロリジノン(0,2g/100 ml )中での測定で、約0.2ないし約1.0、好ましくは約0.4ないし約0.7  dl/gの換算粘度をもつ0重合体類は実質的に非結晶質で、約230ないし 約290℃、好ましくは約250ないし約270℃のTgをもつ。
本発明の重合体類は好ましくは、実質的に等モル量のヒドロキシ含有化合物類[ 式(Vl +))と(Vll+)で示すもの]及びハロ含有化合物類[式(IX )で示すもの]と、ヒドロキシル基のモル当たり約0.5ないし約1.0モルの アルカリ金属炭酸塩とを、極性の非プロトン性溶媒及び、重合中に実質的に無水 条件下に反応媒体を保持するために水との共沸混合物を形成するような溶媒を含 む溶媒混合物中で接触させることによってつくられる。
反応混合物の温度を約120ないし約180℃に約1時間ないし約5時間保持し 、次に約200ないし約250’C1好ましくは約210ないし約230℃に上 げ、約1−10時間保持する。
反応は常圧で不活性雰囲気、例えば窒素下に実施されるが、それより高圧あるい は低圧も使用できる。
次にボリアリールスルホンは凝固、溶媒蒸発等の慣用技術によって回収される。
溶媒混合物は、水と共沸混合物を形成する溶媒と極性の非プロトン性溶媒とを含 む。水と共沸物を形成する溶媒はベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼ ン、ホン類の製造技術で一般に知られたものであり、式%式% [式中各R5は、好ましくは約8個に満たない炭素原子を含有し脂肪族不飽和を 含んでいない一価の低級炭化水素基を表わし、−緒に結合された時は二価のアル キレン基を表わし、bは1ないし2の整数である]のものなとの硫黄含有溶媒を 包含する。このように、これらの溶媒全部ですへての酸素と2個の炭素原子は硫 黄原子に結合される。
本発明用に考えられるのは、式 [式中R6は独立にメチル、エチル、プロピル、ブチル等の低級アルキル、及び フェニルのようなアリール基、及びトリル基のようなアルキルフェニル基である コをもった溶媒、並びにテトラヒドロチオフェンオキシドやジオなどの二価のア ルキレン架橋のように、R6基が相互連結された場合のものである。特定的には 、これらの溶媒はジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、ジフェニルスルホ ン、ジエチルスルホキシド、ジエチルスルホン、ジイソプロピルスルホン、テト ラヒドロチオフェン−1,1−ジオキシド(一般にテトラメチレンスルホン又は スルホランと呼ばれるもの)及びテトラヒドロチオフェン−lモノオキシドを包 含する。
更に窒素を含有する非プロトン性溶媒を使用できる。
これらはジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミド及びN−メチルピロリド ンを包含する。
共沸混合物形成溶媒と極性の非プロトン性溶媒は、約l:10ないし約1:1. 好ましくは約1=5ないし約1=3の重量比で使用される。
反応中、ヒドロキシ含有化合物は、アルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩と反応させ ることによって、そのアルカリ塩にその場で徐々に転化される。アルカリ金属炭 酸塩又は重炭酸塩は、炭酸カリウム又は重炭酸カリウムであるのが好ましい。カ リウム及びナトリウムの炭酸塩又は重炭酸塩のような炭酸塩類の混合物も使用で きる。
重合中、実質的に無水条件が保持されるように、水を共沸混合物形成溶媒との共 沸混合物として絶えず反応塊ましくは0.5重量%に満だない水を含むようにす るのがよい、 本発明の重合体類は白亜、方解石、及びドロマイトを含めた炭酸 塩;雲母、滑石、ウオラストナイトを含めた珪酸塩、二酸化珪素、ガラス球、ガ ラス粉末、アルミニウム、粘土、石英等のような鉱物性充填剤を包含できる。ま た、ガラス繊維、炭素繊維等の強化用繊維も使用できる。重合体類はまた、二酸 化チタン、熱安定剤、紫外線安定剤、可塑剤等のような添加剤を包含できる。
本発明の重合体類は任意所望の形態、すなわち成型品、塗膜、フィルム又は繊維 に二次加工することができる。
[実施例コ 以下の実施例は本発明実施の特定的な例示を与えるものであるが、いかなる形に おいても本発明の範囲を限定する意図はない。
実施例1一般的重合手順 重合装置は窒索人口管、機械的かきまぜ機、及びクライゼン・アダプターを備え た1リツトル四つ首丸底フラスコからなる。アダプターの一つの首に熱調節装置 に連結された熱電対を置き、他方の首に冷却器付きのディージ・スターク・トラ ップフィルターを置いた。フラスコに4.セービス(4−クロロフェニルスルホ ニル)ビフェニル45.31 g(0,09モル)、ビフェノール12.48  g(0,067モル)、ジヒドロキシジフェニルスルホン5.51 g(0,0 22モル)、p−フェニルフェノール0.34 g(0,002モル)、炭酸カ リウム14.93 g(0,108モル)、スルホラン110g及びクロロベン ゼン110gを加えた。窒素を30分吹込んで混合物を脱と(約90%)を留去 した後、追加ろうとをフラスコに取り付け、ゆるやかな環流を維持するのに十分 な速度でクロロベンゼンを部属した。加熱を4時間続け、この時点で混合物は極 めて粘性であった。これを130℃まで冷却し、クロロベンゼン558を加え、 続いて水21中に水酸化ナトリウム0.25 gを加え、塩化メチルを溶液に3 0分吹込んだ。この期間の終わりにクロロベンゼン901を加え、反応混合物を 室温に冷却し、次に粗い多孔質の焼結ガラスろうとに通してろ過した。ろ過過程 は1−4時間を要した。重合体溶液をメタノール中で凝固させ、重合体をろ過に よって単離した。これをメタノール中で再びかきまぜ、ブレンダーで再粉砕し、 再びろ過した。最後にこれを條酸5重量%中で3時間沸騰させ、真空炉内で90 ℃で乾燥した。25℃でN−メチルピロリドン中0.2 g/dlの濃度で測定 される換算粘度は0.57 dl/gであった。共重合体の全部に対して同じ装 置及び手順を使用した。
実施例2−7 対照例A−に れらの実施例と対照例で実施例1の手順を正確に繰り返した。反応中に使用され る4、4′−ビス(4−クロロフェニルスルホニル)、ビフェニル、ビフェノー ル、ジヒドロキシジフェニルスルホン及びヒドロキノンのモルを第1表に示す。
第1表 モル クロロフエニ ジヒドロキ ルスルホニル)シジフエニ ビフェ ヒドロ1史1 ゛ エニル L^止圭12 ム:ニ匹 もLス2 0.09 0.022 0.0675 −一3 、0.0 9 0.0675 0.02254+ 0.09 0.068 0.0225+  0.09 0.0225 0.06756 0.09 0.045 0.04 5 ・7 0.09 0.0045 0.0855対照例AI 0.09 0. 09 対照例81 0.09 0.09 註IlI O,−0,− 1)メタノール中で凝固後、これらの重合体類のX線回折を測定した。対照例C は実質的に結晶質であることを示した。対照例Bはやや結晶質であった。対照例 A及び実施例4と5は非晶質であった。
実施例8−14 ;対照例D−F 実施例及び対照例の重合体類をつくるために、実施例1の手順を正確に繰り返し た。第2表は、重合体をつくるために使用されたヒドロキノン、ジヒドロキシジ フェニルスルホン、及びビフェノールのモル%を示す、また実施例8−17と対 照例D−Gの重合体類を380℃のキャビティ金型で4x4x0.020インチ のブラックに成型した。加熱定盤をもつサウスベンド油圧プレスで成型を行なフ た。ブラックをプレス後、定盤に水を通して金型を約5分間に室温まで冷却した 。成型ブラックを輻1/8インチの切片にせん断した。これらの切片をASTM  D−638に類似した手順による1%割線モジュラス、ASTM D−638 による引張り強さと破断点伸び、及び振子型衝撃強さについて試験した[振子型 衝撃強さを次のように測定する。直径0.83インチの円筒形で重さ1.562 ボンドの鋼鉄性振り子を使用する。振り子のほぼ上部に据えられる打撃片は直径 0.3インチの円筒である。長さ4インチ、輻0.125インチ及び厚さ約1− 30ミルのフィルム標本を試験機のジョーの間に締めつけ、ジョーが互いに1イ ンチ離れるようにする。
0.12’5インチ幅のフィルムを垂直に取り付ける。標本に対して1.13フ ートボンドを加えるために振り子を一定の高さに上げる。Sり子を放すと、円筒 形の打撃片がその平らな末端で標本を打ち、フィルムを破)て、反対側の測定さ れる高さまで移動する。復帰高さの差(すなわち最大上揺れ地点における振り子 の位置エネルギーの差)が破断中の標本に吸収されるエネルギーを表わす。立方 インチ当たりフートボンドで表わされる衝撃強さは、振り子のエネルギー損失を 標本容積で割ることによって得られる。]重合体類の溶融流れをASTMロー6 35によって測定した。また重合体のガラス転移温度をオラビシ(Olabis i)らの「ポリマー/ポリマー・ミシビリティ」(アカデミツクブレス社、ニュ ーヨーク(1979年)、 126−127頁)に記述された方法によって測定 した。第2表に結果を示す。
第2表 ヒドロキノン 100 25 50 ビフエノール 75 75 50 ジヒドロキシジフエ 25 ニルスルホン 引張り強さくpS、i) 13,600 +2.300 11.000 +2, 700降伏伸び(χ) なし なし 9.8 10破断点伸び(χ) 10 1 1 9.5 13tX割線モジ:L 282 246 211 259ラス(、 p s i ) 振子型衝撃強さ 98 90 112 108(ft、lbs/1n2) 溶融流れ(dl/g) 380℃ MF+a 2.7 2.1 2.5 1.2MFsO/MF+o O,71,0 0,90,4■ −目一 −ニー 」よ −月一 ヒドロキノン 7525 ビフェノール 25 75 75 ジヒドロキシジフエ 75 25 25ニルスルホン 引張り強さくpsi) 12,100 12.TOO11,Boo 11,30 0降伏伸び(X) 10.3 なし 11.5 10.6破断点伸び($) 1 1 9.8 17.8 231℃割線モジ:L 246 253 233 27 2ラス(psi) 振子衝撃強さ 78 89 145 124(ft、Ibs/1n2) 溶融流れ(dl/g) 380℃ MF+o 14(IOP) 3.4 2.01 +2MFaO/MF+o O, 70,460,760,85ヒドロキノン 100 60 ビフエノール 5075 ジヒドロキシジフエ 40 50 25ニルスルホン 引張り強さくpsi) 11,800 12,400 11.600 11.6 00降伏伸び(z) なし なし 10 ’88破断伸び(X) 9.3 10 .5 13 9H割線モジュ265 211 227 246ラス(psi) 振子型衝撃強さ 106 86 104 132(ft、Ibs/1n2) 溶融流れ(di/g) 380℃ MF+o 1.11 1.1? 0.78(IOP)1.11.2 MF30/MFIOO,550,840,551,0ビフエノール 100 ジヒドロキジシフェ 100 ニルスルホン 引張り強さくpsi) to、800 13,300降伏伸び(X) なし な し 破断点伸び($) 8.5 9.0 11割線モジュ 24B 275 ラス(psD 振子衝撃強さ 105 105 (ft、lbs/1n2) 溶融流れ(di/g) 380℃ MF+o O,764,2 F30/MFIOO,950,83 実施例+5−20;対照例G−H 実施例及び対照例の重合体頚をつくるために、実施例1の手順を正確に繰り返し た。第3表は重合体をつくるために使用されたヒドロキノン、ジヒドロキシジフ ェニルスルホン及びビフェノールのモル%を示す。また、試験標本(幅1/8イ ンチ、厚さ25ミル、圧縮成型試料から注型)を第2表に示す応力下に置いた。
第3表で確認される化学環境で飽和させた綿棒を試験標本の中心にくっつけた。
標本が破断する時間を記録した。結果を第3表に示す。第3表から明らかなよう に、(存在する全ジヒドロキシ単量体に基づいて)50モル%未満のヒドロキノ ンをもつビフェノール/ヒドロキノンターポリマーと、25モル%未満のビスフ ェノールをもつビフェノール/ジヒドロキシジフェニルスルホンターポリマーは 、アセトンに対して大幅に改良された環境応力亀裂抵抗をもっている。更にこれ らのターポリマーはビフェノール共重合体すなわち対照例Iよりアセトンに対し て著しく高い抵抗力をもっている。
第3表 1夫l −遍一 −■−17JJ □ ビフェノール 75 50 50 25ヒドロキノン 5075 ジヒドロキシジフエ 252550 ニルスルホン アセトン中ESCR22時間3.4時間 3o秒R30秒R1000psi N CNB NCNB Rl(dl/g) 0.42 0.4B 0.47 0.48溶融流れ(380 ℃) 1.1− 9.8b 00.78814b(6g1分) 支隻上 計!」し 一旦一 ユし 1旦」」址L ビフェノール 100 ヒドロキノン 100 60 25 ジヒドロキシジフエ −4075 ニルスルホン アセトン中ESCR30秒R9秒R30FJR0,26時間尺1000 psi RV*(dl/g) 溶解せず 0.43 0.55 0.51**0.48 溶融K h (380℃) 1.1’ 1.2” ?、6b O,76’@R: 破断 NCNB=Not crazed、 not brittle (ひびなし、脆 さなし)a、@44 psi。
b、 @ 444 psi。
*25℃のN−メチルピロリジノン100 if中0.2gで測定し た換算粘 度。
零キ 凝固した材料は溶解できなかった。換算粘度を成型したブラック上で測定 した。換算粘度をN−メチルピロリジノン中、25℃、0.2 g/100 m lで測定した。溶解を行なうために試料を180℃に加熱せねばならなかフた。
国際調を報告 ANNEX To THE INTERNATIONAL SEA:’LC!( REPORT ON

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.以下の繰り返し単位を含有するポリアリールエーテルスルホン重合体。 (I)▲数式、化学式、表等があるます▼(II)▲数式、化学式、表等がある ます▼及び(III)次のものの一つ以上 ▲数式、化学式、表等があるます▼ [式中RはSO2,SO,O,CO又は直接結合である]。 2.以下の繰り返し単位を含有する請求の範囲第1項に定義された重合体。 (IV)▲数式、化学式、表等があるます▼(V)▲数式、化学式、表等がある ます▼及び(VI)▲数式、化学式、表等があるます▼3.単位(1)が繰り返 し単位のブロックである、請求の範囲第1項の重合体。 4.約40ないし約60モル%の単位(1)を含有する、請求の範囲第1項で定 義された重合体。 5.約5ないし約45モル%の単位(II)を含有する、請求の範囲第1項で定 義された重合体。 6.約5ないし約45モル%の単位(III)を含有する、請求の範囲第1項で 定義された重合体。
JP61501268A 1985-02-13 1986-02-12 ポリアリ−ルエ−テルスルホン重合体 Granted JPS62502407A (ja)

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