WO2005042618A1 - 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー、および樹脂組成物 - Google Patents

主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー、および樹脂組成物 Download PDF

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WO2005042618A1
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polymer
group
general formula
resin composition
ether bond
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PCT/JP2004/006338
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Taishi Shigematsu
Chikara Manabe
Masaki Hirakata
Kentaro Kishi
Miho Watanabe
Hiroyuki Watanabe
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Fuji Xerox Co. Ltd.
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    • C08G65/34Macromolecular compounds obtained by reactions forming an ether link in the main chain of the macromolecule from hydroxy compounds or their metallic derivatives
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L71/00Compositions of polyethers obtained by reactions forming an ether link in the main chain; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L71/08Polyethers derived from hydroxy compounds or from their metallic derivatives

Definitions

  • the present invention relates to a novel aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in a main chain used as a constituent material of a composition represented by, for example, engineering plastics, and a resin composition containing the same.
  • Plastic has been applied in various ways as a stable and industrially-producible organic material.
  • the so-called engineering plastic is different from general plastics such as polyethylene and polystyrene in that it has excellent mechanical strength and heat resistance and can substitute for metal materials.
  • general plastics such as polyethylene and polystyrene
  • it has been used as an excellent functional material in all aspects of industry.
  • engineer plastics polyamide, polyethylene terephthalate, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene ether, etc. are called general-purpose engineer plastics, and they have reasonable performance and are inexpensive. Is used a lot.
  • Special engineering plastics include polyimides, polysulfones, wholly aromatic polyesters, liquid crystalline polyesters, polyketones, cyanates, and polyphenylene sulfides.
  • polyketones are polymers having a ketone group in the main chain.
  • the main ones are polyether ketone (hereinafter abbreviated as PEK), polyether ether ketone (hereinafter abbreviated as PEEK), polyether ketone ketone (hereinafter abbreviated as PEKK), and polyallyl ether ketone, aliphatic polykeet as a composite Etc.
  • PEK polyether ketone
  • PEEK polyether ether ketone
  • PEKK polyether ketone ketone
  • polyallyl ether ketone aliphatic polykeet as a composite Etc.
  • Polyallyl ether ketone is a heat-resistant polymer that can be injection molded, but the ratio of rigid ketone groups to flexible ether bonds is a factor that determines the heat resistance of the polymer.
  • PEK and PEEK which have a high ratio of ketone groups, have high heat resistance, and have a heat distortion temperature of about 300 ° C to 350 ° C and a continuous use temperature of 200 ° C to 260 ° C. It has the highest heat resistance among the plastics it has.
  • PEEK has a melting point of 334 ° C and has high hydrolysis resistance, chemical resistance, radiation resistance, and flame retardancy, and is used in aircraft, nuclear power, computers and other electronic equipment, cable coating materials, and connectors. Used in automotive engine peripheral parts, hot water pump housings, etc.
  • PEK has higher heat resistance, chemical resistance, flame resistance, and radiation resistance than PEEK, and is used in nuclear power generation and aircraft-related parts.
  • Condensed engineering plastics containing an aromatic ring in the main chain have been synthesized by a condensation reaction between bifunctional groups.However, in recent years, synthesis by new methods such as ring-opening polymerization of macrocyclic compounds and direct dehydrogenation polymerization has been developed. It is reported one after another.
  • Aliphatic polyketone (trade name “Ca1 iron”) developed and manufactured by Shell Sekiyu Co., Ltd. does not contain an aromatic ring in the molecule, is a cheap raw material, and uses olefins such as ethylene and CO as raw materials. Therefore, the use of special engineer plastic can be expanded. Applications are attracting attention in the fields of packaging, containers, electrical components, electronic components, automotive components, building materials, gears, sliding characteristics components, adhesives, and fibers.
  • aliphatic polyketones are mainly synthesized by a method of copolymerizing olefins such as ethylene and propylene with carbon monoxide using metal complexes such as palladium, nickel, and cobalt as catalysts (for example, United States Patent 483 5 250).
  • aliphatic polyketones are expected to have many uses.
  • Aliphatic polyethers Aliphatic polymers having ketone groups and ether bonds in the main chain, such as terketones and aliphatic polyetheretherketones There is no report on the synthesis of Disclosure of the invention
  • the present invention solves the conventional problems and achieves the following objects. That is, the present invention provides an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain, which can be used as a constituent material of a composition represented by an engineering plastic.
  • the present invention also provides a resin composition containing, as a constituent, an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in a main chain.
  • the present invention relates to an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in a main chain, which is composed of structural units represented by the following general formulas (1) and (2). .
  • General formula (1) a general formula represented by the following general formulas (1) and (2).
  • R a and R b each independently represent a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group; and R c represents a substituted or unsubstituted divalent aliphatic having an ether bond at a terminal.
  • R a and R b each independently represent a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group; and R c represents a substituted or unsubstituted divalent aliphatic having an ether bond at a terminal.
  • n 1 represents an integer of 1 or more;
  • n 2 represents 0 or more And nl + n2 is in the range of 2 to 1000.
  • the present invention also provides the polymer, wherein in the structural units represented by the general formulas (1) and (2), Ra and Rb are CH 2 and R c is a single bond. .
  • R a and R b are CH 2
  • R c is represented by — (CH 2 ) ffl — ⁇ —, Wherein m is an integer of 1 to 20.
  • the present invention also provides the polymer, wherein the weight average molecular weight is in the range of 74 to 1,000,000.
  • the terminal group is selected from the group consisting of —OH, _CO_H, —COOR, —COX, —NH 2 and NCO, wherein R represents a substituted or unsubstituted hydrocarbon group; Represents a halogen atom.
  • the present invention also provides the polymer having a crosslinked structure.
  • the present invention also provides the above polymer, wherein the ratio of the ether bond to the ketone group represented by the ether bond Z ketone group is in the range of 0.01 to 100.
  • the present invention also provides the polymer, which is substantially constituted by using the structural unit represented by the general formula (1) as a repeating unit.
  • the present invention also provides the above polymer, which is obtained by polymerizing a polyhydric alcohol as a raw material in the presence of a catalyst.
  • the present invention provides the polymer, which is constituted by structural units represented by the general formula (1), the general formula (2), and the following general formula (3).
  • General formula (3) is constituted by structural units represented by the general formula (1), the general formula (2), and the following general formula (3).
  • 1 & and 13 ⁇ 413 each independently represent a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group
  • R c represents a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group
  • R 2 represents N 1, k, and 1 are each independently an integer of 1 or more, n 2 is an integer of 0 or more; and n 1 + n 2 and 1 are each independently 1 ⁇ 100.
  • the present invention provides a resin composition comprising the structural unit represented by the general formula (1) as a constituent element.
  • the present invention further provides the above resin composition, further comprising a conductive powder.
  • the present invention provides the resin composition, wherein the conductive powder is metal fine particles.
  • the present invention provides the resin composition, wherein the conductive powder is a carbon nanotube.
  • the present invention provides the resin composition, wherein the conductive powder is a carbon nanotube modified with a functional group capable of undergoing a polymerization reaction with an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in a main chain. I do.
  • the present invention provides the above resin composition, wherein the functional group is a carboxylic acid.
  • the resin composition of the present invention can be used as an engineer plastic, and can be made conductive by including a conductive powder.
  • the resin composition can have flexibility.
  • a carbon nanotube modified with a functional group that undergoes a polymerization reaction with an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain is used, a resin composition that is more densely composited is obtained.
  • FIG. 1 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of a mixture of glycerin and sulfuric acid in Example 1.
  • FIG. 2 is a diagram showing an infrared absorption spectrum of the aliphatic polyether ketone obtained in Example 1.
  • Figure 3 shows the infrared absorption spectrum of the aliphatic polyetheretherketone obtained in Example 2. It is a figure which shows a vector.
  • FIG. 4 is a diagram showing an infrared spectrum of a block copolymer of an aliphatic polyester ketone and a polyether obtained in Example 3.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention is composed of two structural units represented by the following general formulas (1) and (2) as a basic skeleton. It is a polymer containing no aromatic ring.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention has, for example, a ketone group having a role of curing the polymer and an ether bond having a role of softening the polymer.
  • shaku & and shaku 13 each independently represent a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group, and RC represents a substituted or unsubstituted terminal having an ether bond at the terminal.
  • nl is an integer of 1 or more
  • n2 is an integer of 0 or more
  • nl + n2 indicates 2 to 1,000,000.
  • nl + n2 which corresponds to the number of constituent units of the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention, is more preferably from 2 to 100. Is preferably 2 to 50.
  • divalent aliphatic hydrocarbon group examples include aliphatic hydrocarbon groups having 1 to 20 carbon atoms, and may be any of linear, branched, and cyclic aliphatic hydrocarbon groups. It is preferably an aliphatic hydrocarbon group. Specific examples include an alkyl chain having 1 to 20 carbon atoms. Examples of the divalent aliphatic hydrocarbon group having an ether bond at a terminal include those having an ether bond (1 O 1) at the terminal of these aliphatic hydrocarbon groups.
  • the substituents that can be substituted on the divalent aliphatic hydrocarbon group include one COOR, -COX, one MgX, —X, -OR, -NR'R 2 , one NCO, —NCS , One C ⁇ OH, one OH, one 0, one NH 2 , — SH, — SO s H, -R 'CHOH, one CHO, one CN, -CO SH, — SR, — S i R' 3 etc.
  • R a and R b are a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group. Specifically, for example, —CH 2 —, one CHNH 2 —, —C (NH 2 ) 2 —, — CHCN—,-C (CN) 2 —, one CHOH—, one C (OH) 2- , one CO—, — CHSH—, — C (SH) 2 —, — CHC OOH—, one C (COOH ) 2 —, — CHX—, — C ⁇ 2 —, and these may be repeated or a combination thereof.
  • X represents a halogen.
  • R c include, in addition to a single bond, a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group having an ether bond at the terminal represented by one R c ′ —O—;
  • R c ′ —O—;
  • R c — CH 2 —, _ CH 2 —, — one CHNH 2 —, — C (NH 2 ) 2 —, — CHCN —, — C (CN) 2 —, — CHOH —, — C ( OH) 2- , — CHS H-, one C (SH) 2 —, one CHCOOH—,-C (COOH) 2 —, one CHX—, one CX 2 — May be combined.
  • Rc'-O- repetition or a single Rc'- ⁇ -structure composed of different Rc's may be combined.
  • X represents a halogen.
  • the structural units represented by the general formulas (1) and (2) include, for example, structural units represented by the following structural formulas (1) and (2). Are preferred.
  • Structural formula (1) Structural formula (2)
  • a structural unit represented by the following structural formula (3) is also suitable.
  • m is an integer of 1 to 20. The other structural unit is omitted because it is a structural formula in which a ketone group is replaced by a hydroxyl group.
  • the structural unit represented by the general formula (1) includes a structural unit represented by the following structural formula. Since the structural unit represented by the general formula (2) is obtained by replacing the ketone group in the general formula (1) with a hydroxyl group, the description is omitted here.
  • ml, m2, and m3 are each independently an integer of 1 to 20, and n1 is the sum of n2 and the number of structural formulas in which the omitted ketone groups are replaced with hydroxyl groups.
  • n 2 is 2 or more;
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention has, as its terminal groups, one OH, —COOH, —COOR (R represents a substituted or unsubstituted hydrocarbon group), —COX (X is a halogen atom), — can be selected from the group consisting of NH 2 and NCO.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention preferably has a weight average molecular weight of 74 or more and 1,000,000 or less, more preferably 74 or more and 100,000 or less. And more preferably 74 or more and 500 or less.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain composed of the structural formulas (1) and (2) preferably has a weight average molecular weight of 74 or more and 80,000 or less. It is more preferably 74 or more and 800 or less, and even more preferably 74 or more and 400 or less.
  • An aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain composed of a structure in which a ketone group in structural formulas (3) and (3) is replaced with a hydroxyl group has a weight average molecular weight of 230 to 25 It is preferably 0, 000 or less, more preferably
  • the ratio of the ether bond to the ketone group is preferably from 0.01 to 100, more preferably 0.0 to 25.
  • a ketone group improves the hardness of the polymer
  • an ether group improves the flexibility of the polymer, as described below. Therefore, by adjusting the number of ketone groups and the number of ether groups in the resin composition of the present invention, it is possible to control the mechanical strength of the composition.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention is composed of two structural units represented by the general formulas (1) and (2). However, it may be configured such that only the general formula (1) is used as a repeating unit. Further, a polymer in which only the structural unit having the same structure is constituted as a repeating structural unit may be used, or a structural unit represented by general formula (1) having different structures of Ra, Rb, and Rc may be used. It may be a polymer.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention includes a structural unit represented by the general formula (1) and the general formula (2) and another structural unit (not including an aromatic group). (Structural unit).
  • a polymer specifically, a polymer composed of a structural unit represented by the general formula (1) and the general formula (2) and a polyether represented by the following general formula (3), And block copolymers having these as elements (a block copolymer composed of a polyether ketone moiety, a moiety in which a ketone group of a polyether ketone is replaced with a hydroxyl group, and a polyether moiety).
  • n 1, k and 1 are each independently an integer of 1 or more
  • n 2 is an integer of 0 or more.
  • Nl + n2 is an integer of 1 to 100 (preferably an integer of 1 to 500), and 1 is an integer of 1 to 100 (preferably an integer of 1 to 500).
  • R and R 2 are each independently H or an alkyl group.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention may have a crosslinked structure.
  • a crosslinked structure combining a ketone group and an ether bond it is possible to obtain a composition that is more mechanically and thermally stable.
  • a cross-linked body obtained by cross-linking the structural unit represented by the general formula (1) with glycerin or an aliphatic diol is exemplified.
  • a cross-linked body obtained by cross-linking the structural unit represented by the structural formula (1) with glycerin or an aliphatic diol compound is exemplified.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention becomes a chemically extremely stable polymer as it approaches a state containing no hydroxyl group.
  • having a hydroxyl group results in a stable water-soluble gel polymer (polymer gel).
  • This gel-like polymer is viscous and does not flow during application or formation, making it suitable for making films and structures.
  • a resin composition comprising a polymer having a cross-linked structure can be easily obtained while being easily cured into a desired shape.
  • the hydroxyl group may be chemically modified with a molecule having a functional group capable of reacting with the hydroxyl group.
  • This hydroxyl group can be in a state where a hydroxyl group not completely synthesized as a ketone group remains in the structural unit represented by the general formula (1). That is, the aliphatic polymer of the present invention having a ketone group and an ether bond in the main chain can have a structural unit represented by the following general formula (4) in a chain constituting the polymer. Since the hydroxyl group remains without being completely synthesized as a ketone group, the structural unit represented by the following general formula (4) is partially replaced by the structural unit represented by the general formula (1). Having and becoming oi.
  • R a and R b are each independently a substituted or unsubstituted divalent aliphatic hydrocarbon group
  • R c is a substituted or unsubstituted divalent aliphatic group having an ether bond at a terminal. Shows a hydrocarbon group or a single bond.
  • Ra, Rb, and Rc in the general formula (5) have the same meanings as Ra, Rb, and Rc in the general formula (1).
  • the hydroxyl group may be contained in the structural unit represented by the general formula (1) and another structural unit constituting the block copolymer.
  • a block copolymer of polyetherketone and polyether composed of the structural unit represented by the structural formula (2) (represented by the general formula (1)) (A polymer of a structural unit represented by the general formula (3) and a structural unit represented by the general formula (3)).
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention described above can be used as a constituent material typified by engineering plastics, and a resin composition containing this polymer is also suitable. Can be used.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention can be obtained, for example, by conducting a polymerization reaction using a polyhydric alcohol as a raw material in the presence of a catalyst. Since polyhydric alcohol can be used instead of petroleum, it can be obtained by a production method suitable for industrial production.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention is subjected to a dehydration reaction. And obtained by a polymerization reaction involving the oxidation reaction is a catalyst to cause such a reaction, sulfuric acid, nitric acid, hydrogen peroxide, Na 2 C r 2 0 7 , C r 0 3 C 1, and N You can choose from aOC1.
  • sulfuric acid it is preferable to use sulfuric acid as a catalyst because the dehydration reaction and the oxidation reaction easily occur easily, and it is inexpensive and has excellent handleability.
  • the amount (addition amount) of this catalyst is preferably from 0.1 to 10 mg, more preferably from 0.5 to 80 mg, based on the raw material lg. Yes, and more preferably 5 mg to 50 mg. If the amount of the catalyst is too small, the polymerization reaction hardly occurs, while if the amount is too large, the obtained plastic may foam. Conversely, when using as plastic in the fired state, it is sufficient to increase the catalyst.
  • the polyhydric alcohol as a raw material is preferably a polyhydric alcohol having a secondary alcohol and a primary alcohol in one molecule.
  • examples of such a polyhydric alcohol include glycerin, 1, 3, 5 -Tri hy drox yp entane, 1, 2, 4-Tri hy dro xyb utane, 1, 2, 6-T rihydroxyhexane
  • the ketone group improves the hardness of the polymer
  • the ether group improves the flexibility of the polymer. Therefore, it is possible to control the mechanical properties such as hardness of the polymer composition by adjusting the respective numbers. In other words, increasing the ratio of ether bonds in the polymer increases the flexibility of the polymer composition, and conversely, increasing the ratio of ketone groups increases the hardness of the polymer composition.
  • ketone groups are formed only from the starting polyhydric alcohol.
  • a polyhydric alcohol and a diol compound for example, ethylene glycol
  • only ether bonds are generated from the diol compound.
  • the ratio can be increased. Therefore, the flexibility of the polymer composition can be controlled by changing the mixing ratio of the polyhydric alcohol and the diol compound.
  • polyhydric alcohol and the diol compound are converted as shown in the following reaction formula. If polymerized alternately, polyetheretherketone can be obtained.
  • a water-soluble and stable gel-like substance can be obtained as an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain as described above. It becomes.
  • nitric acid or the like when used as a catalyst, since the boiling point of nitric acid is 120 ° C, it is heated at a temperature of 120 or more to completely feed the raw material (for example, glycerin diol).
  • the raw material for example, glycerin diol.
  • the above-mentioned catalyst In order to cause a polymerization reaction, it is preferable to use the above-mentioned catalyst and to heat it.
  • the means for the heat treatment is not particularly limited, but heating by an electromagnetic wave is preferable in that the polymerization reaction can be efficiently caused.
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention can be obtained by the following reaction mechanism when explained using specific examples.
  • the reaction proceeds by a dehydration condensation reaction between primary alcohols and an oxidation reaction of secondary alcohols as shown in the following reaction formula.
  • the H 2 ⁇ molecule is eliminated from the two primary alcohols of the glycerin molecule by the dehydration of sulfuric acid, and an ether bond is formed.
  • the oxidation reaction two hydrogen atoms are eliminated from the secondary alcohol H—C—OH to form a ketone group.
  • the product at this time is an aliphatic polyether ketone.
  • an unreacted hydroxyl group may be present as described above.
  • this hydroxyl group is chemically modified with a molecule having a functional group capable of reacting with the hydroxyl group. It may be decorated. Further, dehydration condensation may be performed between a primary alcohol and a secondary alcohol, and further dehydration condensation may be performed between secondary alcohols.
  • an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain which can be used as a constituent material of a resin composition represented by engineering plastics, can be easily synthesized from inexpensive raw materials.
  • the resin composition of the present invention contains a structural unit represented by the general formula (1) as a constituent element.
  • a resin composition containing an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain, an aliphatic resin having a ketone group and an ether bond in a gel-like main chain having a hydroxyl group It is a resin composition comprising a crosslinked structure cured by applying or molding a polymer (or a mixture with glycerin or aliphatic diol).
  • the resin composition of the present invention can be used as various engineering plastics by changing the ratio between the ketone group and the ether group as described above.
  • the shape is not particularly limited, and may be a molded article of any shape or a film.
  • a film having a thickness of 1 nm to 1 mm for example, can be easily formed by applying an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond to a gel-like main chain having a hydroxyl group and then cross-linking the substrate. .
  • the resin composition of the present invention may contain a conductive powder.
  • the conductive powder may be contained in the resin composition, but is preferably contained in the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain. By incorporating conductive powder, it can be used for electrodes (including electrodes for electrochemical measurements), electromagnetic shields, films, and other electrical components. Can.
  • the conductive powder for example, fine metal particles of copper, gold, silver, and the like can be appropriately used.
  • the conductive powder is not limited to a mode in which the conductive powder is uniformly dispersed in the resin composition.
  • the concentration of the surface may be higher than that of other portions.
  • carbon nanotubes can also be used as the conductive powder.
  • Carbon nanotubes have not only high electrical conductivity but also thermal conductivity, and have both toughness and flexibility because they are gauge materials. For this reason, by including carbon nanotubes in the resin composition of the present invention, improvement in conductivity and flexibility can be obtained, and the resin composition can be applied to more various uses.
  • a carbon nanotube in which a functional group that undergoes a polymerization reaction with an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain is mixed with a polyhydric alcohol as a raw material of the polymer to form a polymer.
  • the polyhydric alcohol When used as a raw material of a resin composition, when forming the polymer, the polyhydric alcohol is copolymerized and the substitution remaining between the polyhydric alcohol and the functional groups bonded to the carbon nanotubes or in the polymer. Polymerization can also occur between groups. Therefore, the formed polymer forms a resin composition having a complex structure of an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain, a carbon nanotube, and a polymer of a polyhydric alcohol.
  • As a conductive powder, it has been modified with a functional group that undergoes a polymerization reaction with an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain. Using carbon nanotubes. " Then, the resin composition thus obtained is in a state in which the polymer and the carbon nanotube are composited, so that it has high flexibility and high heat resistance.
  • the functional groups that modify the carbon nanotube include one C ⁇ OR, one COX, —NCO (R is substituted or unsubstituted) And X represents a halogen atom.) If CO ⁇ H, which is relatively easy to modify carbon nanotubes, is selected, polymerization will occur densely and a structure with a higher degree of compounding can be formed. And the characteristics can be improved.
  • carbon nanotubes even a single-walled carbon nanotube, The above multi-walled carbon nanotubes may be used. Which of the carbon nanotubes to use or the mixture of both may be appropriately selected.
  • a variety of single-walled carbon nanotubes such as carbon nanohorns (horn-type ones whose diameter is continuously increased from one end to the other end), carbon nanocoils (a spiral shape as a whole)
  • the outer periphery is covered with carbon nanobeads (having a tube at the center and penetrating spherical beads made of amorphous carbon, etc.), power-stacked nanotubes, and carbon nanohorn-diamorphic carbon.
  • Carbon nanotubes that do not have a strictly tubular shape, such as carbon nanotubes, can also be used as carbon nanotubes.
  • a carbon nanotube contains a metal or the like, and a metal-encapsulated nanotube, a fullerene, or a peapod nanotube in which a metal-encapsulated fullerene is contained in a carbon nanotube.
  • Bonn nanotubes can also be used as carbon nanotubes.
  • any form of carbon nanotubes, such as variants thereof, variously modified carbon nanotubes, and the like, is problematic in view of its reactivity. Can be used without. Therefore, the “carbon nanotube” in the present invention includes all of these in its concept.
  • carbon nanotubes are dispersed in, for example, a polyhydric alcohol (eg, glycerin) as a raw material, and a catalyst (eg, sulfuric acid) is added.
  • a polyhydric alcohol eg, glycerin
  • a catalyst eg, sulfuric acid
  • the purpose is to improve the dispersibility of the carbon nanotubes in the raw material polyhydric alcohol (hereinafter, glycerin is used as a representative raw material), and the polymer molecules and the carbon nanotubes form a chemical bond.
  • glycerin is used as a representative raw material
  • a functional group that undergoes a polymerization reaction with a polyhydric alcohol such as COOH or an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain was added to the carbon nanotube. It is better to use one.
  • the functional group is one COOR (R is a substituted or unsubstituted hydrocarbon group), and when glycerin is used as the polymer raw material, If two hydroxyl groups contribute to the chemical bond with the carbon nanotube— ⁇ 3 ⁇ 0112 2 ? 1011 ⁇ 11 2 0. 0_Pull is 00 CH 2 CH (OCO—) CH 2 OH, and if three hydroxyl groups contribute to crosslinking or chemical bonding with carbon nanotubes, COOCH 2 CH ( OCO—) CH 2 OCO—
  • the chemical structure of the cross-linking site may be any chemical structure selected from the group consisting of the above two.
  • a coating film of the mixed solution is formed on the entire surface of the substrate or a part of the surface.
  • the applied film after this application is thermally cured to form a carbon nanotube film constituting a composite structure in which a plurality of carbon nanotubes and the polymer of the present invention are cross-linked to each other.
  • the film-shaped carbon nanotube-containing resin composition layer is patterned into a pattern suitable for the purpose.
  • the structure of the resin composition layer containing the carbon nanotubes has already been stabilized in the polymerization step, and the carbon nanotubes have been scattered in the powdering step in order to perform patterning in this state. It is possible to pattern into a pattern according to the purpose without fear that a trouble will occur.
  • the patterning step includes the following two embodiments A and B.
  • Aspect A The carbon nanotube-containing resin composition layer in a region other than the intended pattern on the substrate surface is dry-etched to remove the carbon nanotube structure layer in the region,
  • the patterning step further includes a step of forming a mask layer (preferably, a photoresist or the like) on the carbon nanotube-containing resin composition layer in the region of the pattern according to the purpose.
  • a mask forming step of providing a resin layer or a metal mask of the type described above, and dry etching is performed on the surface of the base on which the carbon nanotube-containing resin composition layer and the mask layer are laminated (preferably, radicals of oxygen molecules are removed). By irradiating the oxygen molecules with ultraviolet rays, the oxygen molecules generate oxygen radicals, which can be utilized.)
  • the carbon nanotube-containing radicals that are exposed in regions other than the above regions can be used.
  • the method further includes a resin layer peeling step of peeling the resin layer.
  • the carbon nanotube-containing resin composition layer thus formed can be exposed.
  • the operation of patterning into a pattern according to the purpose includes: ionizing gas molecules into the carbon nanotube-containing resin composition layer in a region other than the pattern according to the purpose on the substrate surface.
  • Embodiment B A liquid obtained by dispersing carbon nanotubes in glycerin or the like on the surface of a substrate and adding a dehydration catalyst such as sulfuric acid (hereinafter referred to as a carbon nanotube dispersion liquid), or A printing step of dispersing carbon nanotubes in the gel polymer and adding a dehydration catalyst such as sulfuric acid to form a gel (hereinafter referred to as a carbon nanotube dispersion gel) and printing it on a pattern according to the purpose; A thermosetting step of thermosetting the liquid or the gel dispersed in the tube.
  • a dehydration catalyst such as sulfuric acid
  • a or B may be used.
  • the resin composition of the present invention may be constituted by blending another polymer (for example, polyether) in addition to the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention. Moreover, the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention having a different structure (a structure having different R a, R b, and R c in the general formula (1)) may be blended. .
  • another polymer for example, polyether
  • the aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain of the present invention having a different structure a structure having different R a, R b, and R c in the general formula (1)
  • the decomposition temperature is preferably from 300 ° C. to 600 ° C., and more preferably from 350 ° C. to 600 ° C.
  • the decomposition temperature can be measured by thermogravimetric analysis.
  • the elastic modulus is preferably from 0.1 GPa to 1000 GPa, more preferably from 1 GPa to 100 GPa.
  • the elastic modulus can be measured by applying stress to the sample to determine the stress and then determining the strain.
  • the conductivity 1 0- 15 SZcm ⁇ 1 0 0 S / cm and is more preferably 1 0- 1D S / cm ⁇ 1 00 S / cm.
  • the conductivity can be obtained by measuring the current-voltage characteristics of the sample and the cross-sectional area of the sample.
  • Example 1 an aliphatic polyetherketone in which carbon nanotubes were dispersed was prepared in the same manner as in Example 1 except that 0.15 g of a carboxylic acid-modified carbon nanotube was used as a raw material. obtain.
  • a carboxylic acid-modified carbon nanotube is synthesized as follows. Multi-layer carbon nanotube powder (purity 90%, average diameter 30 nm, average length 3 m; manufactured by Science Laboratory) 30 mg is added to concentrated nitric acid (60 mass% aqueous solution, manufactured by Kanto Kagaku) 20 ml and the temperature is 120 ° C Reflux for 20 hours under the conditions described above to synthesize carbon nanotube carboxylic acid.
  • Example 2 was repeated in the same manner as in Example 2 except that 0.15 g of a carboxylic acid-modified carbon nanotube (a carbon nanotube produced in the same manner as in Example 11) was used as a raw material.
  • a carboxylic acid-modified carbon nanotube a carbon nanotube produced in the same manner as in Example 11
  • Example 2 an aliphatic polyetheretherketone in which carbon nanotubes are dispersed is obtained.
  • Example 3 is the same as Example 3 except that 0.15 g of a carboxylic acid-modified carbon nanotube (a carbon nanotube prepared in the same manner as in Example 1-1) is used as a raw material.
  • a block copolymer comprising aliphatic polyether ketone and polyether in which carbon nanotubes are dispersed is obtained.
  • Example 3-1 in place of concentrated sulfuric acid, in the same manner as in Example 3 except that concentrated nitric acid (60% by mass aqueous solution, manufactured by Kanto Kagaku) was used, a block copolymer consisting of an aliphatic polyether ketone, an OH-containing polyester and obtain.
  • This block copolymer is a gel-like substance.
  • the aliphatic polyether ketone moiety in the block copolymer has a structure in which a ketone group is partially replaced with a hydroxyl group (a structure represented by the general formula (5)).
  • the gel-like substance After applying this gel-like substance on a substrate, the gel-like substance is heated at 150 ° C. to obtain a film-like plastic structure. This makes it possible to easily obtain a film-shaped plastic structure having the same characteristics as in Example 3-1.
  • an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in a main chain that can be used as a constituent material of a composition represented by an engineering plastic. Further, a resin composition containing an aliphatic polymer having a ketone group and an ether bond in the main chain can be provided.

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Description

明細書
主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー、 および樹脂組成物 技術分野
本発明は、 例えば、 エンジニアプラスチックに代表される組成物の構成材料と して利用される新規な主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー、 及びこれを含む樹脂組成物に関する。 背景技術
プラスチックは、 安定かつ工業生産可能な有機素材として、 様々な応用がなさ れてきた。
特に、 いわゆるエンジニアプラスチックと呼ばれるプラスチックは、 ポリェチ レンやポリスチレン等の一般的なプラスチックとは異なり、 機械的強度や耐熱性 に優れて、 金属材料の代替ができるようなプラスチックである。 近年では、 すぐ れた機能素材として産業のあらゆる場面で活用されている。 エンジニアプラスチ ックの中で、 ポリアミ ド、 ポリエチレンテレフタレー卜、 ポリカーボネート、 ポ リアセタール、 ポリフエ二レンエーテルなどは、 汎用エンジニアプラスチックと 呼ばれ、 手ごろな性能を有し、 価格も安いため、 産業での使用量が多い。
これら以外の、 並外れた機械的強度や耐熱性を有するものが特殊エンジニアプ ラスチックないしはスーパーエンジニアプラスチックと呼ばれるものであり、 価 格や成形性の関係で用途は限られている。
特殊エンジニアプラスチックには、 ポリイミ ド系、 ポリサルフォン系、 全芳香 族ポリエステル系、 液晶性ポリエステル、 ポリケトン系、 シァネート系、 ポリフ ェニレンスルフィ ド系等がある。
エンジニアリングプラスチックの中でも、 ポリケトン系は、 主鎖にケトン基を 有するポリマーである。 主要なものは、 ポリエーテルケトン (以下 P E Kと略) 、 ポリエーテルエーテルケトン (以下 P E E Kと略) 、 ポリエーテルケトンケトン (以下 P E K Kと略) 、 その複合としてポリアリルエーテルケトン、 脂肪族ポリ ケ卜ン等がある。 ポリアリルエーテルケトンは、 射出成型可能な耐熱性ポリマ一であるが、 剛直 なケトン基と柔軟なエーテル結合の比率がポリマ一の耐熱性を決定する要因であ る。 また、 ケトン基の比率が高い P EKや P EEKは耐熱性が高く、 熱変形温度 は、 300 °Cから 3 5 0°C程度、 連続使用温度は 200°Cから 260 であり、 熱可塑性を有するプラスチックの中では、 最も優れた耐熱性を有する。 PEEK は、 融点が 3 34°Cであり、 高い耐加水分解性、 耐薬品性、 耐放射線性、 難燃性 を有し、 航空機、 原子力発電、 コンピュータ等の電子機器、 ケーブル被覆材、 コ ネクター、 自動車エンジン周辺部品、熱水ポンプハウジング等に使用されている。 PEKは、 PEEKより耐熱性、 耐薬品性、 難燃性、 耐放射線性が高く、 原子力 発電や航空機関連部品に使用されている。
しかし、 これらは、 高価なモノマーを原料としているため、 コストダウンの余 地が少なく 将来的にも大型市場を形成することは難しいと予想される。
主鎖に芳香環を含む縮合系エンジニアプラスチックは、 従来から二官能基間の 縮合反応によって合成されてきたが、 近年では大環状化合物の開環重合や脱水素 直接重合などの新しい手法による合成が相次いで報告されている。
また、 一方で、 分子内に芳香環を含まないポリケトンいわゆる脂肪族ポリケト ン類も注目されている。 シェル石油社で開発 ·製造された脂肪族ポリケトン (商 品名 「カリ ロン (C a 1 i r o n) 」 ) は、 分子内に芳香環を含まず、 原料の安 い, エチレンなどォレフィンと COを原料としているため、 特殊エンジニアブラ スチックであっても、 利用拡大が望める。 用途としては、 包装、 容器、 電気部材、 電子部品, 自動車部材, 建築素材、 ギヤ, 摺動特性部品、 接着剤、 繊維等の分野 で注目を浴びている。
現在、 旨肪族ポリケトン類は、 エチレンやプロピレンなどのォレフィンと一酸 化炭素をパラジウム、 ニッケル、 コバルトなどの金属錯体を触媒にして共重合さ せるという手法で主に合成されている(例えば、 Un i t e d S t a t e s P a t e n t 483 5 2 50参照) 。
しかしながら、 これらの金属錯体の合成は極めて困難を伴うのが現状である。 例えば、 C. B i a n c h i n i e t . a l .,Ma c r omo l e c u l e s 3 2, 41 8 3 -41 9 3 ( 1 9 99 ) には、 パラジウム錯体の合成法が開示され ている。
しかし、 上記合成には 5ステップ以上もの複雑な反応過程を経る必要があると いった問題がある。 このように、 安定な脂肪族ポリケトン類を合成する技術は、 未だ開発途上段階である。
—方で、 脂肪族ポリケトン類の中でも多くの用途が期待される、 脂肪族ポリエ —テルケトン、 脂肪族ポリエーテルエーテルケトンなどに代表される、 主鎖にケ トン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーの合成については、 未だ報告例が 無い状況である。 発明の開示
本発明は、 前記従来における諸問題を解決し、 以下の目的を達成する。 即ち、 本発明は、 エンジニアプラスチックに代表される組成物の構成材料に利用可能な 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーを提供する。
また、 本発明は、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーを構 成成分として含む樹脂組成物を提供する。
すなわち本発明は、 下記一般式 ( 1 ) 及び下記一般式 (2 ) で表される構造単 位から構成されることを特徴とする主鎖にケ卜ン基とエーテル結合を有する脂肪 族ポリマーに関する。 一般式 ( 1 )
Figure imgf000005_0001
—般式 (2 )
Figure imgf000005_0002
式中、 R a及び R bは、 それぞれ独立に、 置換或いは未置換の 2価の脂肪族炭 化水素基を示し ; R cは末端にエーテル結合を有する置換或いは未置換の 2価の 脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示し ; n 1は 1以上の整数を示し ; n 2は 0以 上の整数を示し ;かつ、 n l +n 2が 2〜 1 0 00の範囲にある。
また本発明は、 前記一般式 (1) 及び (2) で表される構造単位において、 R a及び Rbが CH2であり、 R cが単結合であることを特徴とする前記ポリマーを 提供する。
また本発明は、 前記一般式 (1) 及び (2) で表される構造単位において、 R aおよび R bが CH2であり、 R cが— (CH2) ffl—〇—で示され、 ここで式中 m は 1〜20 の整数であることを特徴とする前記ポリマーを提供する。
また本発明は、 重量平均分子量が 74〜 1, 000, 000の範囲にあること を特徴とする前記ポリマーを提供する。
また本発明は、 末端基が、 — OH、 _CO〇H、 — COOR、 -COX, — N H2及び N C Oよりなる群から選ばれ、 ここで Rは置換又は未置換の炭化水素基を 表し、 Xはハロゲン原子を表すことを特徴とする、 前記ポリマーを提供する。 また本発明は、 架橋構造を有することを特徴とする前記ポリマ一を提供する。 また本発明は、 エーテル結合 Zケトン基で示される、 エーテル結合とケトン基 との比率が、 0. 0 1〜 1 0 0の範囲にあることを特徴とする前記ポリマーを提供 する。
また本発明は、 前記一般式 (1 ) で表される構造単位を繰り返し単位として実 質的に構成されることを特徴とする前記ポリマーを提供する。
また本発明は、 触媒存在下で、 原料として多価アルコールを重合反応させて得 られることを特徴とする前記ポリマーを提供する。
また本 明は、 前記一般式 (1) 、 前記一般式 (2) 及び下記一般式 (3) で 表される構造単位から構成されることを特徴とする前記ポリマーを提供する。 一般式( 3 )
Figure imgf000006_0001
一般式 ( 1 ) 〜 (3) 中、 1 &及び1¾13は、 それぞれ独立に、 置換或いは未置 換の 2価の脂肪族炭化水素基を示し ; R cは末端にエーテル結合を有する置換或 いは未置換の 2価の脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示し; 及び R2は、 それ ぞれ独立に Hまたはアルキル基であり ; n 1、 k、 1はそれぞれ独立に 1以上の 整数、 n 2は 0以上の整数であり ;かつ、 n 1 + n 2および 1はそれぞれ独立に 1 〜 1 0 0 0を示す。
またある実施態様において本発明は前記一般式 (1 ) で表される構造単位を構 成要素として含むことを特徴とする樹脂組成物を提供する。
本発明は、 さらに、 導電粉体を含むことを特徴とする前記樹脂組成物を提供す る。
また本発明は、 前記導電粉体が、 金属微粒子であることを特徴とする前記樹脂 組成物を提供する。
また本発明は、 前記導電粉体が、 カーボンナノチューブであることを特徴とす る前記樹脂組成物を提供する。
また本発明は、 前記導電粉体として、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する 脂肪族ポリマーと重合反応する官能基で修飾されたカーボンナノチューブを用い ることを特徴とする前記樹脂組成物を提供する。
また本発明は、 前記官能基が、 カルボン酸であることを特徴とする前記樹脂組 成物を提供する。
本発明の樹脂組成物は、 エンジニアブラスチックとして用いることができ、 導 電性紛体を含めることで導電性を持たせることができる。 また導電粉体として、 カーボンナノチューブを充填剤として用いることで、 樹脂組成物に柔軟性を持た せることができる。 このとき、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポ リマ一と重合反応する官能基で修飾されたカーボンナノチューブを用いると、 よ り高密度に複合した樹脂組成物となる。 図面の簡単な説明
図 1は、 実施例 1における、 グリセリンと硫酸との混合物の赤外吸収スぺクト ルを示す図である。
図 2は、 実施例 1で得られた脂肪族ポリエーテルケトンの赤外吸収スぺクトル を示す図である。
図 3は、 実施例 2で得られた脂肪族ポリエーテルエーテルケトンの赤外吸収ス ぺク トルを示す図である。
図 4は、 実施例 3で得られた脂肪族ポリェ一テルケトンとポリエーテルとのブ 口ック共重合体の赤外線スぺクトルを示す図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本突明を詳細に説明する。
主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 基本骨格 として、 下言己一般式 ( 1) 及び一般式 (2) で表される 2つの構造単位から構成 されており、 芳香環を含まないポリマーである。 本発明の主鎖にケトン基とエー テル結合を有する脂肪族ポリマ一は、 例えば、 ポリマ一を硬化させる役割のケト ン基と、 ポリマ一を軟化させる役割のエーテル結合と、 が存在するために、 それ ぞれの数を調整することで、 熱的に安定を保ったまま、 ポリマーの硬度等の力学 的性質を制 卸することが可能であり、 エンジニアプラスチックに代表される組成 物の構成材料として有用な材料である。
一般式 ( 1 )
Figure imgf000008_0001
一般式 (2)
Figure imgf000008_0002
一般式 ( 1 ) 及び (2) 中、 尺 &及び尺 13は、 それぞれ独立に、 置換或いは未 置換の 2価の脂肪族炭化水素基を示し、 R Cは末端にエーテル結合を有する置換 或いは未置換の 2価の脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示す。 n lは 1以上の整 数、 n 2は 0以上の整数で、 n l +n 2は 2〜: 1 00 0を示す。
なお、 本究明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマ一の構成 単位の数にネ目当する、 n l +n 2の値としては、 2〜 1 00がより好ましく、 更 に 2〜 5 0が好ましい。
上記 2価の脂肪族炭化水素基としては、 炭素数 1〜 2 0の脂肪族炭化水素基が 挙げられ、 直鎖状、 分岐状、 環状のいずれの脂肪族炭化水素基でもよいが、 直鎖 状の脂肪族炭化水素基であることが好ましい。 具体的には、 例えば、 炭素数 1〜 2 0のアルキル鎖が挙げられる。 また、 末端にエーテル結合を有する 2価の脂肪 族炭化水素基としては、 これらの脂肪族炭化水素基の末端にエーテル結合 (一 O 一) を有するものが挙げられる。
また、 上記 2価の脂肪族炭化水素基に置換され得る置換基としては、 一 COO R、 - COX, 一 M g X、 — X、 -OR, -NR'R2, 一 NCO、 — NC S、 一 C〇OH、 一 OH、 一 0、 一 NH2、 — S H、 — S OsH、 - R ' CHOH、 一 C H O、 一 CN、 - CO S H, — S R、 — S i R' 3等が挙げられる。 ここで、 は ハロゲンを示し、 R、 RK R2及び R'は、 それぞれ独立に、 置換又は未置換の炭 化水素基を示す。
上記 R a及び R bは、 置換又は未置換の 2価の脂肪族炭化水素基であり、 具体 的には、 例えば、 — CH2—、 一 CHNH2—、 — C (NH2) 2—、 — CHCN—、 - C (CN) 2—、 一 CHOH—、 一 C (OH) 2 -、 一 C O—、 — CHS H―、 - C (S H) 2—、 — CHC OOH—、 一 C (COOH) 2—、 — CHX—、 — C χ2—、 が挙げられ、 これらの繰り返しあるいはこれらの組合せでもよい。 ここで、 Xはハロゲンを示す。
一方、 R cの具体例としては、 単結合の他、 一 R c '— O—で表現される末端に エーテル結合を有する置換或いは未置換の 2価の脂肪族炭化水素基で、 R c 'とし ては、 例えば、 — CH2—、 _ CH2—、 —一 CHNH2—、 — C (NH2) 2—、 - CHCN -、 — C (C N) 2—、 — CHOH -、 — C (OH) 2 -、 — CHS H -、 一 C (S H) 2—、 一 CHCOOH—、 - C (COOH) 2—、 一 CHX—、 一 C X2—が挙げられ、 これら R c 'の繰り返しやこれらの組合せでもよい。 また、 一 R c '一 O—の繰り返しや、異なる R c 'からなる一 R c '—〇—構造を組み合わせ ても良い。 ここで、 Xはハロゲンを示す。
上記一般式 (1 ) 及び (2 ) で表される構造単位としては、 具体的には、 例え ば、 下記構造式 (1 ) および構造式 (2 ) で表される構造単位で構成されること が好適に挙げられる。 構造式 (1)
Figure imgf000010_0001
構造式 (2)
Figure imgf000010_0002
また、 下記構造式 (3) で示される構造単位も好適である。 ここで、 mは 1〜2 0の整数である。 なお、 もう一方の構造単位はケトン基が水酸基に置き換わった 構造式であるので省略する。
構造式 (3)
Figure imgf000010_0003
その他、 一般式 (1) で表される構造単位としては、 下記構造式で表される構 造単位も挙げられる。 なお、 一般式 (2) で表される構造単位は、 一般式 (1) のケトン基を水酸基に置き換えたものであるのでここでの記載は省略する。 ここ で、 下記構造式中、 ml、 m2、 m 3はそれぞれ独立に 1〜20の整数であり、 n 1は省略したケトン基を水酸基に置き換えた構造式の個数 n 2との和 n 1 +n 2が 2〜; L 0 00である。
口牛 EJfザ BTT 丄 0. UU
Figure imgf000011_0001
Figure imgf000011_0002
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマ一は、 その末端 基として、 一 OH、 — COOH、 - COOR (Rは、 置換又は未置換の炭化水素 基を表す) 、 —COX (Xはハロゲン原子) 、 — NH2及び NCOよりなる群から 選択することができる。
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 重量平均 分子量が 74以上 1 , 000 , 0 0 0以下であることが好ましく、 より好ましく は 74以上 1 0 0, 0 00以下であり、 さらに好ましくは 74以上 50 00以下 である。
特に、 構造式 (1 ) と構造式 (2) から構成される主鎖にケトン基とエーテル 結合を有する脂肪族ポリマ一は、 重量平均分子量が 74以上 80, 0 0 0以下で あることが好ましく、 より好ましくは 74以上 8 0 0 0以下であり、 さらに好ま しくは 74以上 40 0 0以下である。
また、 構造式 (3) と構造式 (3) のケトン基が水酸基に置き換わった構造で 構成される主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 重量平均 分子量が 23 0以上 2 5 0, 0 0 0以下であることが好ましく、 より好ましくは
2 3 0以上 1 3 0, 0 0 0以下であり、 さらに好ましくは 2 3 0以上 7 0, 0 0
0以下である。 本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 エーテル 結合とケトン基との比率 (エーテル結合/ケトン基) が 0. 0 1〜 1 00である ことが好ましく、 より好ましくは 0. 04〜25である。
なお、 後述するが一般に、 ケトン基は、 ポリマーの硬度を向上させ、 エーテル 基はポリマーの柔軟性を向上させる。 従って、 本発明の樹脂組成物においてケト ン基の数とエーテル基の数を調整することで組成物の力学的強度を制御すること が可能である。
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 一般式 (1 ) 及び一般式 (2) で表される 2つの構造単位から構成される。 ただし、 一 般式 (1) のみを繰り返し単位として構成したものであってもよい。 また、 同じ 構造の当該構造単位のみが繰り返し構造単位として構成される重合体であっても よいし、 R a、 Rb、 R cが異なる構造の一般式 (1) で表される構造単位同士 の重合体であってもよい。
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 一般式 (1 ) および一般式 (2) で表される構造単位と、 他の構造単位 (但し、 芳香族 基を含まない構造単位) との重合体であってもよい。
このような重合体として、 具体的には、 一般式 (1) 及び一般式 (2) で表さ れる構造単位と下記一般式 (3) で表されるポリエーテルとで構成される重合体 や、 これらを要素とするブロック共重合体 (ポリエーテルケトン部位と、 ポリエ —テルケトンのケトン基を水酸基に置き換えた部位と、 ポリエーテル部位とから なるブロック共重合体) が挙げられる。 これら重合体によるポリマーは、 一般式 (1 ) 、 (2) および (3) 中で、 n 1、 k、 1はそれぞれ独立に 1以上の整数 で、 n 2は 0以上の整数であり、 kは:!〜 20の整数、 n l +n 2は 1〜1 0 0 0の整数 (好ましくは 1〜 500の整数) 、 1は 1〜 1 0 00の整数 (好ましく は 1〜50 0の整数) である。 ここで、 一般式 (3) 中、 Rい R2は、 それぞれ 独立に Hまたはアルキル基である。 -般式 ( 3 )
Figure imgf000013_0001
本発明の主鎖にケ卜ン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 架橋構造 を有していてもよい。 ケトン基とエーテル結合を組み合わせた架橋構造をとるこ とにより、 より力学的にも熱的にも安定な組成物を得ることが可能となる。 例え ば、 一般式 (1 ) で表される構造単位を、 例えば、 グリセリンや、 脂肪族ジォ一 ルで架橋した架橋体が挙げられる。 具体的には、 下記構造で示されるように、 構 造式 (1 ) で表される構造単位を、 グリセリンや、 脂肪族ジオール化合物で架橋 した架橋体が挙げられる。
Figure imgf000013_0002
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 水酸基を 含まない状態に近づくと化学的に極めて安定なポリマーとなる。 一方、 水酸基を 有することで、 水溶性の安定したゲル状のポリマー (高分子ゲル) となる。 この ゲル状のポリマーは、 粘性を持ち、 塗布時や形成時に流動しないので、 フィルム や構造物を作製するのに適している。 塗布や形成後、 加熱を施すことで、 簡便に 所望の形状に硬化すると共に、 架橋構造を形成したポリマーからなる樹脂組成物 を得ることができる。 なお、 この水酸基が、 水酸基と反応できる官能基を持つ分 子で化学修飾されていてもよい。
この水酸基は、 一般式 ( 1 ) で表される構造単位において、 完全にケトン基と して合成されていない水酸基が残っている状態とすることができる。 つまり、 本 発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 当該ポリマー を構成する鎖中に、 下記一般式(4 ) で表される構造単位を有することができる。 なお、 完全にケトン基として合成せずに水酸基が残された状態とするので、 下記 一般式 (4) で表される構造単位は、 一般式 ( 1) で表される構造単位に部分的 に有することと oiなる。
—般式(4)
-Ra— C一 Rb—— O ~ Rc-
一般式 (4) 中、 R a及び Rbは、 それぞれ独立に、 置換或いは未置換の 2価 の脂肪族炭化水素基、 R cは末端にエーテル結合を有する置換或いは未置換の 2 価の脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示す。 なお、 一般式 (5) における R a、 Rb、 及び R cは、 一般式 (1) における R a、 Rb、 及び R cと同義である。 また、 水酸基は、 一般式 (1) で表される構造単位とプロック共重合体を構成 する他の構造単位に有していてもよい。 具体的には、 例えば、 下記構造に示すよ うに、 構造式 (2) で表される構造単位で構成されるポリエーテルケトンとポリ エーテルとのプロック共重合体 (一般式 ( 1) で表される構造単位と一般式 (3) で表される構造単位との重合体) におけるポリエーテル部位に水酸基を有するこ とができる。
Figure imgf000014_0001
以上、 説明した本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマ —は、 エンジニアリングプラスチックに代表される構成材料として利用すること ができるほか、このポリマーを含んだ樹脂組成物も好適に利用することができる。 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーの製造方法
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 例えば、 触媒の存在下で、 多価アルコールを原料として、 重合反応させることで得ること が可能であり、 安価で、 原料として石油ではなく多価アルコールを用いることが できるので、 工業生産に適した製造方法により得ることができる。
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 脱水反応 及び酸化反応を伴う重合反応により得られ、 このような反応を生じさせる触媒と しては、 硫酸、 硝酸、 過酸化水素水、 Na2C r 207、 C r 03C 1、 及び N aOC 1から選択することができる。 特に、 触媒として、 硫酸を用いることが効率よく 脱水反応及び酸化反応が生じやすく、安価で取り扱い性に優れるため好適である。
この触媒の使用量 (添加量) は、 高密度の強靭なプラスチックとする場合には、 原料 l gに対して 0. lmg〜 1 0 Omgであることが好ましく、 より好ましく は 0. 5mg〜80mgであり、 さらに好ましくは 5 m g〜 50 m gである。 触 媒の量が少なすぎると重合反応が生じにくくなつたり、 逆に多すぎると得られる プラスチックが発泡してしまうことがある。 逆に発砲状態のプラスチックとして 利用する場合は、 これより触媒を増やせばよい。
原料としての多価アルコールとしては、 二級アルコールと一級アルコールとを 一分子内に有する多価アルコールであることが好適であり、 このような多価アル コールとしては、 グリセリン、 1 , 3, 5 -T r i hy d r o x yp e n t a n e、 1, 2 , 4-T r i hy d r o xyb u t a n e, 1 , 2 , 6 - T r i h y d r o x y h e x a n e力挙け、られる。
ここで、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマ一において、 一 般に、 ケトン基はポリマーの硬度を向上させ、 エーテル基はポリマーの柔軟性を 向上させる。 従って、 それぞれの数を調整することで、 ポリマーからなる組成物 の硬度等の力学的性質を制御することが可能である。 つまりポリマー中のエーテ ル結合の比率を増やせばポリマーからなる組成物の柔軟性は向上し、 逆にケトン 基の比率を増やせばポリマーからなる組成物の硬度は増す。
しかし、 ケトン基は原料である多価アルコールからしか生成しない。 このため、 原料として、多価アルコールにジオール化合物 (例えばエチレングリコールなど) を混ぜた混合物を用いて重合させると、 ジオール化合物からはェ一テル結合しか 生まれないので、 ポリマ一分子中のエーテル結合の比率を増やすことができる。 従って、 多価アルコールとジオール化合物との混合比率を変えれば、 ポリマーか らなる組成物の柔軟性を制御することができる。
具体的には、 例えば、 多価アルコールとしてグリセリンとジオール化合物とを 重合した場合、 下記反応式で示すように、 多価アルコールとジオール化合物とが 交互に重合すれば、 ポリエーテルエーテルケトンを得ることができる。
HO -C
h
Figure imgf000016_0001
— r-c― c― c― o— 1-CH2-†-O- rig また、 多価アルコールとしてグリセリン m個を重合させた後に、 ジオール化合 物 k個が重合すると、 ポリエーテルケトンとポリエーテルのブロック共重合体と なる。
また、 重合反応は、 水酸基が残されるように行うことで、 例えば、 上述のよう に主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーとして水溶性の安定し たゲル状物質を得ることが可能となる。
具体的には、 例えば、 触媒として硝酸等を用いた場合、 硝酸の沸点は 1 2 0 °C なので、 1 2 0 以上の温度で加熱して、 完全に原料 (例えばグリセリンゃジォ ール) が重合する前に触媒である硝酸を消失させることで、 ケトン基として合成 されず— O Hが部分的に残るゲル状態の高分子を得ることができる。
また、 重合反応を生じさせるには、 上記触媒を用いると共に、 加熱することが 好適である。 加熱処理の手段をしては、 特に制限はないが、 電磁波による加熱が 効率よく重合反応を生じさせることができる点で好適である。
本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーは、 具体例を 用いて説明すると、 次のような反応機構により得られる。 例えば、 原料にグリセ リン、 脱水触媒に硫酸を用いた場合、 下記反応式に示すように、 一級アルコール 間の脱水縮合反応と二級アルコールの酸化反応で進行する。 脱水縮合反応では、 硫酸の脱水作用でグリセリン分子の 2つの一級アルコールから H2〇分子が脱離 し、 エーテル結合が生成する。 酸化反応では二級アルコールである H— C— O H から水素原子が二つ脱離し、 ケトン基ができる。 このときの生成物は脂肪族ポリ エーテルケトンとなる。 このとき、 上述のように未反応の水酸基が存在していて もよい。 さらには、 この水酸基が水酸基と反応できる官能基を持つ分子で化学修 飾されていてもよい。 また、 一級アルコールと二級アルコール間で脱水縮合して 、 さらには、 二級アルコール間で脱水縮合してもよい。
Figure imgf000017_0001
このように、 エンジニアプラスチックに代表される樹脂組成物の構成材料に利 用可能な主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーを、 安価な原料 で且つ簡便に合成できる。
樹脂組成物
本発明の樹脂組成物は、 一般式 (1 ) で示される構造単位を構成要素として含 むものである。 具体的には、 例えば、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂 肪族ポリマーを含んで構成された樹脂組成物、 水酸基を有するゲル状の主鎖にケ トン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマ一 (或いはグリセリンや、 脂肪族ジ オールとの混合物) を塗布或いは成形後に硬化させた架橋構造体からなる樹脂組 成物などである。
本発明の樹脂組成物は、 上述のようにケトン基とエーテル基のとの比率を変え ることで、 種々のエンジニアリングプラスチックとして利用することができる。 また、 その形状は特に制限はなく、 任意の形状の成形体でもよいし、 フィルムで あってもよい。 特に、 水酸基を有するゲル状の主鎖にケトン基とエーテル結合を 有する脂肪族ポリマ一を基板上に塗布後に架橋させることで、 例えば厚さ 1 n m 〜 1 mmのフィルムを簡易に成形可能である。
本発明の樹脂組成物には、 導電粉体を含んでいてもよい。 導電粉体は樹脂組成 物中に含んでいればよいが、 上記主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族 ポリマー中に含まれることがよい。 導電粉体を含ませることで、 電極 (電気化学 測定用電極も含む) や、 電磁シ一ルド、 フィルムなどの電気的用途の部材に供す ることができる。
導電粉体としては、 例えば、 銅、 金、 銀、 等の金属微粒子が適宜使用できる。 この導電粉体は樹脂組成物中に一様に分散している態様に限らず、 例えば表面の 濃度が他の部分より高くてもよい。
また、 導電粉体としては、 力一ボンナノチューブを用いることもできる。 力一 ボンナノチューブは、 高い電気伝導性を有するだけでなく熱伝導性も有し、 ゲー ジ物質である故に強靭性と柔軟性を併せ持つ。 このため、 カーボンナノチューブ を本発明の樹脂組成物中に含ませることで、 伝導性の向上や柔軟性の向上が得ら れ、 より多様な用途に適用することができるようになる。 主鎖にケトン基とエー テル結合を有する脂肪族ポリマーと重合反応する官能基が結合されたカーボンナ ノチューブを、 ポリマーの原料となる多価アルコールと混合して、 ポリマーを形 成し、 これを樹脂組成物の原料とする'場合には、 該ポリマ一形成に際し、 多価ァ ルコール同士の共重合と共に、 多価アルコールとカーボンナノチューブに結合さ れた官能基間、あるいはポリマー中に残存する置換基との間でも重合が生じ得る。 従って、 形成されるポリマーは、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪 族ポリマ一とカーボンナノチューブと多価アルコールの重合体との複合的な構造 を有する樹脂組成物を形成することとなる。 このため、 その化学構造式を特定し て表現することは困難を伴うため、 「導電粉体として、 主鎖にケトン基とエーテ ル結合を有する脂肪族ポリマーと重合反応する官能基で修飾されたカーボンナノ チューブを用いた」 と表現する。 そして、 これにより得られた樹脂組成物は、 ポ リマーとカーボンナノチューブが複合した状態となるため、 高い柔軟性を持つ一 方で、 高い耐熱性を有するものとなる。
このように、 ポリマーの原料となる多価アルコールとの間で重合を生じさせる ために、 カーボンナノチューブに修飾する官能基としては、 一 C〇O R、 一 C O X、 — N C O ( Rは置換又は未置換の炭化水素基、 Xはハロゲン原子を示す) が 挙げられ、 カーボンナノチューブを比較的修飾しやすい一 C O〇Hを選択すると 重合が密に発生し、 より複合度合いの高い構造を形成することが可能となり、 特 性を向上させることができる。
なお、 力一ボンナノチューブとしては、 単層カーボンナノチューブでも、 二層 以上の多層カーボンナノチューブでも構わない。 いずれのカーボンナノチューブ を用いるか、 あるいは双方を混合するかは、 適宜、 選択すればよい。 また、 単層 カーボンナノチューブの変種であるカーボンナノホーン (一方の端部から他方の 端部まで連続的に拡径しているホーン型のもの) 、 カーボンナノコイル (全体と してスパイラル状をしているコイル型のもの) 、 カーボンナノビーズ (中心にチ ユーブを有し、 これがアモルファスカーボン等からなる球状のビーズを貫通した 形状のもの) 、 力ップスタック型ナノチューブ、 カーボンナノホーンゃァモルフ ァスカーボンで外周を覆われたカーボンナノチューブ等、 厳密にチューブ形状を していないものも、 力一ボンナノチューブとして用いることができる。
さらに、 カーボンナノチューブ中に金属等が内包されている金属内包ナノチュ —プ、 フラーレン又は金属内包フラーレンがカーボンナノチューブ中に内包され るピーポッドナノチューブ等、 何らかの物質を力一ボンナノチューブ中に内包し た力一ボンナノチューブも、 カーボンナノチューブとして用いることができる。 以上のように、 本発明においては、 一般的なカーボンナノチューブのほか、 そ の変種や、 種々の修飾が為されたカーボンナノチューブ等、 いずれの形態のカー ボンナノチューブでも、 その反応性から見て問題なく使用することができる。 し たがって、 本発明における 「カーボンナノチューブ」 には、 これらのものが全て、 その概念に含まれる。
一方、 従来、 カーボンナノチューブを寄せ集めて相互に接触させることで、 力 —ボンナノチューブ間の相互作用の効果を狙った構造体は、 樹脂などで封止する などしなければカーボンナノチューブの集積物が飛散してしまい安定な構造体を 製造することができなかった。 また、 樹脂で封止する際には樹脂の塗布により、 パターニングをする以前にカーボンナノチューブが流動してしまうとともに、 力
—ボンナノチューブ相互の接触部位の間に樹脂が流入するため接続が失われてし まい、 結局カーボンナノチューブの有効性を利用することができなかった。
また、 予め樹脂溶液中にカーボンナノチューブを分散させた分散液を塗布した 場合には、 カーボンナノチューブの濃度をかなり高くしない限り、 カーボンナノ チューブ相互の接触は局所的あるいは分散した状態となってしまう。
そこで、 上記主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマーの合成時 において、 例えば原料である多価アルコール (例えばグリセリン) 中に、 カーボ ンナノチューブを分散させ、 触媒 (例えば硫酸) を添加する。 この状態で前記方 法で重合を開始すれば、 カーボンナノチューブが高密度に充填された構造体が製 造できる。
このとき、 原料である多価アルコール (以下、 代表的な原料としてグリセリン で代用する) 中でのカーボンナノチューブの分散率を向上させる目的と、 前記ポ リマー分子とカーボンナノチューブが化学的結合を行い、 カーボンナノチューブ とポリマーの結合力を向上させる目的で、 カーボンナノチューブに一 CO OH基 等の多価アルコールあるいは主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリ マーと重合反応する官能基を付加させたものを用いることがよい。
複数のカーボンナノチューブとポリマー分子が相互に結合する結合部位は、 前 記官能基が一 COOR (Rは、 置換又は未置換の炭化水素基) であり、 前記ポリ マー原料としてグリセリンを用いた場合、 水酸基 2つがカーボンナノチューブと の化学結合に寄与すれば— <3〇〇0112 ?1011〇1120。0_ぁるぃは—じ00 CH2CH (OCO—) CH2OHとなり、 水酸基 3つが架橋又はカーボンナノチ ュ一ブとの化学結合に寄与すれば— COOCH2CH (OCO—) CH2OCO— となる。 架橋部位の化学構造は上記 2つからなる群より選ばれるいずれかの化学 構造であっても構わない。
特に、 カーボンナノチューブを含む樹脂組成物のフィルムを製造する場合、 基 体の表面に、 室温で硫酸を適量添加したグリセリンに、 官能基を有する力一ボン ナノチューブを分散させた混合液を供給する供給工程で、 基体の全面あるいはそ の表面の一部に、 混合液による塗布膜を形成する。 そして、 続く重合工程で、 こ の塗布後による塗布膜を熱硬化して、 複数の力一ボンナノチューブと本発明のポ リマ一とが相互に架橋した複合構造を構成するカーボンナノチューブフィルムを 形成する。
そして、 このフィルム状のカーボンナノチューブ含有樹脂組成物層を目的に応 じたパターンにパ夕一ニングする。 この段階では既に上記重合工程で力一ポンナ ノチューブ含有樹脂組成物層の構造自体が安定化しており、 この状態でパター二 ングをするため、 パ夕一ニング工程においてカーボンナノチューブが飛散してし まうといつた不具合が生じる懸念が無く目的に応じたパターンにパターニングす ることが可能となる。
このパターニング工程としては、 以下 A及び Bの 2つの態様を挙げることがで さる。
態様 A:前記基体表面における目的に応じたパターン以外の領域のカーボンナ ノチューブ含有榭脂組成物層に、 ドライエッチングを行うことで、 当該領域の力 一ボンナノチューブ構造体層を除去し、 前記カーボンナノチューブ含有樹脂組成 物層を目的に応じたパターンにパターニングする工程である態様。
目的に応じたパターンにパ夕一ニングする操作としては、 前記パターニングェ 程がさらに、 目的に応じたパターンの領域のカーボンナノチューブ含有樹脂組成 物層の上に、 マスク層 (好ましくは、 フォトレジスト等の樹脂層もしくは金属マ スク) を設けるマスク形成工程と、 前記基体の前記カーボンナノチューブ含有樹 脂組成物層及びマスク層が積層された面に、 ドライエッチングを行う (好ましく は、 酸素分子のラジカルを照射。 当該酸素分子のラジカルは、 酸素分子に紫外線 を照射することにより、酸素ラジカルを発生させ、これを利用することができる。) ことで、 前記領域以外の領域で表出しているカーボンナノチューブ含有樹脂組成 物層を除去する除去工程と、 の 2つの工程に分かれている態様が挙げられる。 こ の場合、 除去工程に引き続いてさらに、 マスク層形成工程で設けられたマスク層 が前記フォトレジスト等の樹脂層である場合には、 樹脂層を剥離する樹脂層剥離 工程を含むことで、 パターニングされたカーボンナノチューブ含有樹脂組成物層 を表出させることができる。
また、 この態様においては、 目的に応じたパターンにパターニングする操作と しては、 前記基体表面における目的に応じたパターン以外の領域のカーボンナノ チューブ含有樹脂組成物層に、 ガス分子のイオンをイオンビームにより選択的に 照射することで、 当該領域のカーボンナノチューブ含有樹脂組成物層を除去し、 前記カーボンナノチューブ含有樹脂組成物層を目的に応じたパターンにパター二 ングする態様が挙げられる。
態様 B:基体表面において、カーボンナノチューブをグリセリン等に分散させ、 硫酸等の脱水触媒を添加した液(以下カーボンナノチューブ分散液) 、 もしくは、 前記ゲル状のポリマーにカーボンナノチューブを分散させ硫酸等の脱水触媒を添 加したゲル (以下カーボンナノチューブ分散ゲル) を作製し、 目的に応じたパ夕 —ンに印刷する印刷工程と、 カーボンナノチューブ分散液、 もしくは力一ポンナ ノチューブ分散ゲルを熱硬化させる熱硬化工程と、 を含む工程である態様。
なお、 パターニングするには、 A, Bいずれの態様でもかまわない。
本発明の樹脂組成物は、 上記本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する 脂肪族ポリマーの他に、 他のポリマー (例えば、 ポリエーテルなど) をブレンド して構成してもよい。 また、 異なる構成 (一般式 (1) における R a、 Rb、 R cが異なる構成) の上記本発明の主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族 ポリマー同士をブレンドして構成してもよい。
以下、 本発明の樹脂組成物の好適な各種特性を示すが、 これに限定されるわけ ではない。
まず、 分解温度は、 300 °C〜 6 00 °Cが好ましく、 より好ましくは 3 5 0 X: 〜 6 0 0 °Cである。 ここで、分解温度は熱重量分析により測定することができる。 弾性率としては、 0. 1 GP a〜 1 0 00 GP aが好ましく、 より好ましくは l GP a〜 1 0 00 GP aである。 ここで弾性率は、 試料に付加加重をかけて応 力を求め, その時のひずみを求めることにより測定することができる。
導電率としては、 1 0— 15SZcm〜 1 0 0 S/cmが好ましく、 より好ましく は 1 0— 1DS/cm〜 1 00 S/cmである。 ここで、 導電率は、 試料の電流ー電 圧特性及び試料の断面積を測定することで求めることができる。
その他、 特性としては、 常温 ·常圧下で、 水、 アルコール、 アセトン、 ケトン、
'溶媒などの溶媒に不溶であることが挙げられる。 実施例
以下、 本発明を、 実施例を挙げてさらに具体的に説明する。 ただし、 これら各 実施例は、 本発明を制限するものではない。
実施例 1
原料として、 グリセリン (関東化学製) 1m l と濃硫酸 (60質量%水溶液、 関東化学製) 1 00 1を混ぜよく撹拌する。 この混合液 lm 1をガラス基板上 に滴下し、 1 6 0"€で 1 5分間加熱する。 このようにして得られる生成物の赤外 吸収スペクトル (図 1参照) では、 加熱前の赤外吸収スペクトル (図 2参照) に は見られない 1 7 3 7 c nr1のカルポニル基の吸収、 1 1 20 c m—1のェ一テル基 の吸収が観測されることから、 構造式 (2) で表される構造単位で構成される脂 肪族ポリエーテルケトン (n : 1 0、 重量平均分子量: 7 20、 エーテル基 ケ トン基との比率 1 Z 1 ) が得られることが確認される。 さらに、 元素分析を行つ た結果、 C : 5 1w t %、 H : 8w t %、 O : 41 w t %から構成されることが わかる。 これらの値は構造式 (2) からの計算値、 C : 50w t %、 H: 6 %、 〇 : 44%とよく一致することからも、 構造式 (1) で表される構造単位で構成 される脂肪族ポリエーテルケトンが得られたことが確認される。
この脂肪族ポリエーテルケトンからなるプラスチックの各種特性を以下に示す 弾性率: 1 G P a
熱分解温度: 3 8 0 °C
導電率: 1 0— 1()S Z c m
実施例 1一 1
実施例 1において、 さらに、 原料として、 カルボン酸修飾カーボンナノチュー ブを 0. 1 5 g使用する以外は、 実施例 1と同様にして、 力一ボンナノチューブ が分散された脂肪族ポリエーテルケトンを得る。 カルボン酸修飾カーボンナノチ ユーブは、 以下のように合成する。 多層力一ボンナノチューブ粉末 (純度 90 %、 平均直径 3 0 nm、 平均長さ 3 m;サイエンスラボラトリー製) 30mgを濃 硝酸 (60質量%水溶液、 関東化学製) 20m lに加え、 1 20°Cの条件で還流 を 20時間行い、 カーボンナノチューブカルボン酸を合成する。 溶液の温度を室 温に戻したのち、 50 0 0 r pmの条件で 1 5分間の遠心分離を行い、 上澄み液 と沈殿物とを分離する。 回収した沈殿物を純水 1 0m 1に分散させて、 再び 50 0 0 r pmの条件で 1 5分間の遠心分離を行い、 上澄み液と沈殿物とを分離する (以上で、 洗浄操作 1回) 。 この洗浄操作をさらに 5回繰り返し、 最後に沈殿物 を回収することでカルボン酸修飾カーボンナノチューブを得る。
このカーボンナノチューブ分散脂肪族ポリェ一テルケトンからなるプラスチッ クの各種特性を以下に示す。 弾性率: 5 GP a
熱分解温度: 3 8 0
導電率: 1 0—2S/c m
実施例 2
グリセリン (関東化学製) 1 m l と 1, 1 0—デカンジオール (関東化学製) 4m 1 と濃硫酸 (9 6質量%水溶液、 関東化学製) 1 0 0 1を混ぜよく撹拌す る。 この混合液 l m 1をガラス基板上に滴下し、 1 6 0°Cで 1 5分間加熱する。 このようにして得られる生成物の赤外吸収スペクトル (図 3参照) では、 1 7 3 7 c m—1のカルポニル基の吸収、 1 1 1 8 c m—1のエーテル基の吸収が観測される ことから、 構造式 (3 ) で表される構造単位で構成される脂肪族ポリエ一テルエ ーテルケトン (m: 4 0、 n : 5、 重量平均分子量: 9 0 0 0、 エーテル基ノケ 卜ン基との比率 2 / 1 ) が得られることが確認される。
この脂肪族ポリエーテルエーテルケトンからなるプラスチックの各種特性を以 下に示す。
弾性率: 1 G P a
熱分解温度: 3 8 0 °C
導電率: 1 0 "10S c m
実施例 2— 1
実施例 2において、 さらに、 原料として、 カルボン酸修飾カーボンナノチュー ブ (実施例 1 一 1と同様にして作製されるカーボンナノチューブ) を 0. 1 5 g 使用する以外は、 実施例 2と同様にして、 カーボンナノチューブが分散された脂 肪族ポリエーテルエ一テルケトンを得る。
この力一ボンナノチューブ分散脂肪族ポリエーテルエーテルケトンからなるプ ラスチックの各種特性を以下に示す。
弾性率: 5 G P a
熱分解温度: 3 8 0で
導電率: 1 0_2S /c m
実施例 3
グリセリン (関東化学製) 1 m l と濃硫酸 (9 6質量%水溶液、 関東化学製) 1 00 1を混ぜよく撹拌する。 この混合液を、 1 5 0でで 5分間加熱する (こ れを混合液 Aとする) 。 また、 エチレングリコール (関東化学製) 1m l と濃硫 酸 (9 6質量%水溶液、 関東化学製) 1 00 t 1を混ぜよく撹拌する。 この混合 液を、 1 5 0°Cで 5分間加熱する (これを混合液 Bとする) 。 次に、 混合液 A 1 m 1 と混合液 B lm 1を混ぜよく撹拌したのち、ガラス基板上に滴下し、 1 90 °C で 1 5分間加熱する。 このようにして得られた生成物の赤外吸収スペクトル (図 4参照) では、 1 7 3 3 cm— 1のカルポニル基の吸収、 1 1 20 cm— 1のエーテル 基の吸収が観測されることから、 構造式 (2) で表される構造単位で構成される 脂肪族ポリエーテルケトンとポリエーテルとからなるプロック共重合体 (一般式 (1) で表される構造単位と一般式 (3) で表される構造単位とのブロック共重 合体 (n l : 60、 l : 40、 k : 2、 及び R2: H、 重量平均分子量: 6 1 0 0、 エーテル基 Zケトン基との比率: 1 0 0Z40) ) が得られることが確認 される。
このブロック共重合体からなるプラスチックの各種特性を以下に示す。
弾性率: 1 G P a
熱分解温度: 3 8 0
導電率: 1 0— 1DS/cm
実施例 3— 1
実施例 3において、 さらに、 原料として、 カルボン酸修飾カーボンナノチュー ブ (実施例 1 _ 1と同様に作製された力一ボンナノチューブ) を 0. 1 5 g使用 する以外は、 実施例 3と同様にして、 力一ボンナノチューブが分散された脂肪族 ポリエーテルケトンとポリエーテルとからなるブロック共重合体を得る。
この力一ボンナノチューブ分散ブロック共重合体からなるプラスチックの各種 特性を以下に示す。
弾性率: 5 G P a
熱分解温度: 3 8 0
導電率: 1 0— 2SZcm
実施例 3— 2
実施例 3— 1において、 混合液 A及び Bにおける触媒として、 濃硫酸の代わり に濃硝酸 (6 0質量%水溶液、 関東化学製) を使用する以外は、 実施例 3と同様 にして脂肪族ポリエーテルケトンと、 O Hを有するポリエ一テルと、 からなるプ ロック共重合体を得る。 このブロック共重合体はゲル状物質である。 但し、 この プロック共重合体における脂肪族ポリエーテルケトン部位には部分的に、 ケトン 基が水酸基に置き換わった構造 (一般式 (5 ) で表される構造) を有している。
このゲル状物質を、 基板上に塗布した後、 1 5 0 °Cで加熱してフィルム状のプ ラスチック構造体を得る。 これにより、 容易に、 上記実施例 3— 1と同様の特性 を有するフィルム状のプラスチック構造体を得ることができる。
産業上の利用性
以上のように、 本発明によれば、 エンジニアプラスチックに代表される組成物 の構成材料に利用可能な主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー を提供することができる。 また、 この主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂 肪族ポリマーを含む樹脂組成物を提供することができる。

Claims

請求の範囲
1. 下記一般式 (1) 及び下記一般式 (2) で表される構造単位から構成され ることを特徴とする主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポリマー :
-般式 ( 1 )
Figure imgf000027_0001
一般式 (2)
Figure imgf000027_0002
式中、 1 3及び1^13は、 それぞれ独立に、 置換或いは未置換の 2価の脂肪族炭 化水素基を示し ; R cは末端にエーテル結合を有する置換或いは未置換の 2価の 脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示し ; n 1は 1以上の整数を示し ; n 2は 0以 上の整数を示し ; かつ、 n l +n 2力 2〜 1 000の範囲にある。
2. 前記一般式 (1) 及び (2) で表される構造単位において、 &及び 13 が CH2であり、 R cが単結合であることを特徴とする請求項 1に記載のポリマー c
3. 前記一般式 (1) ,及ぴ (2) で表される構造単位において、 R aおよび R bが CH2であり、 R cがー (CH2) n— O—で示され、 ここで式中 mは:!〜 2 0 の整数であることを特徴とする請求項 1に記載のポリマー。
4. 重量平均分子量が 74〜 1, 0 0 0 , 000の範囲にあることを特徴とす る請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載のポリマ一。
5. 末端基が、 —〇H、 — C〇OH、 — COOR、 -COX, — NH2及び NC 〇よりなる群から選ばれ、 ここで Rは置換又は未置換の炭化水素基を表し、 Xは ハロゲン原子を表すことを特徴とする、 請求項 1〜4のいずれか 1項に記載のポ リマー。
6. 架橋構造を有することを特徴とする請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載の ポリマー。
7. エーテル結合/ケトン基で示される、 エーテル結合とケ卜ン基との比率が、 0. 0 1〜 1 0 0であることを特徵とする請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載の ポリマー。
8. 前記一般式 ( 1 ) で表される構造単位を繰り返し単位として実質的に構成 されることを特徵とする請求項 1〜7のいずれか 1項に記載のポリマー。
9. 触媒存在下で、 原料として多価アルコールを重合反応させて =られること を特徴とする請求項 1〜 8のいずれか 1項に記載のポリマー。
1 0. 下記一般式 (1 ) 、 下記一般式 (2) 及び下記一般式 (3) で表される 構造単位から構成されることを特徴とする主鎖にケトン基とエーテル結合を有す る脂肪族ポリマー : 一般式 ( 1 )
Figure imgf000028_0001
一般式 (2)
? Η
-Ra— C- -Rb- Rc一
n2
-般式 ( 3 )
Figure imgf000028_0002
式中、 1 &及び]¾ 13は、 それぞれ独立に、 置換或いは未置換の 2価の脂肪族炭 化水素基を示し ; R cは末端にエーテル結合を有する置換或いは未置換の 2価の 脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示し ; 1^及び R2は、 それぞれ独立に Hまたは アルキル基であり ; n l、 k、 1はそれぞれ独立に 1以上の整数、 1: 2は0以上 の整数であり ;かつ、 n 1 +n 2および 1はそれぞれ独立に 1〜 1 00 0を示す。
1 1. 下記一般式 ( 1) で表される構造単位を構成要素として含むことを特徴 とする樹脂組成物 : 一般式 ( 1 )
Figure imgf000029_0001
式中、 1¾ &及び]¾ 1)は、 それぞれ独立に、 置換或いは未置換の 2価の脂肪族炭 化水素基を示し ; R cは末端にエーテル結合を有する置換或いは未置換の 2価の 脂肪族炭化水素基、 又は単結合を示し ; n 1は 1以上の整数であり ; かつ、 η 1 は 2〜: 1 0 0 0を示す。
1 2. さらに、 導電粉体を含むことを特徴とする請求項 1 1に記載の樹脂組成 物。
1 3. 前記導電粉体が、 金属微粒子であることを特徴とする請求項 1 2に記載 の樹脂組成物。
14. 前記導電粉体が、 カーボンナノチューブであることを特徴とする請求項 1 2に記載の樹脂組成物。
1 5. 前記導電粉体として、 主鎖にケトン基とエーテル結合を有する脂肪族ポ リマーと重合反応する官能基で修飾されたカーボンナノチューブを用いることを 特徴とする請求項 1 2に記載の樹脂組成物。
1 6. 前記官能基が、 カルボン酸であることを特徴とする請求項 1 5に記載の 樹脂組成物。
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