JPH0341092B2 - - Google Patents
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- JPH0341092B2 JPH0341092B2 JP61502506A JP50250686A JPH0341092B2 JP H0341092 B2 JPH0341092 B2 JP H0341092B2 JP 61502506 A JP61502506 A JP 61502506A JP 50250686 A JP50250686 A JP 50250686A JP H0341092 B2 JPH0341092 B2 JP H0341092B2
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Description
請求の範囲
1 式
〔式中nは2〜25であり、yは100mlの溶液中
に1gの重合体を含有する濃硫酸溶液につき25℃
で測定される重合体の換算粘度0.8〜2.0dl/gを
与える値であり、重合体の末端基はハロゲン、ヒ
ドロキシ、メチル、t−ブチル及び4−(p−ク
ロロフエニルスルホニル)フエニル等からなる群
から選ばれる。〕の繰返し単位からなるポリ(ア
リールエテールケトン)。 2 (a) 過剰のヒドロキノンを塩基の存在下で中
性溶媒中で1,4−ビス−(p−ハロベンゾイ
ル)ベンゼンと反応させてヒドロキシ末端中間
体を生じ、 (b) 段階(a)で得た中間体を、中性溶媒中で塩基の
存在下で4,4′−ジハロベンゾフエノンで鎖延
長し、 (c) 必要なら、重合体を中性溶媒中で塩化メチ
ル、塩化t−ブチル、及び4,4′−ジクロロジ
フエニルスルホン等と反応させることからな
る、 式 〔式中nは2〜25であり、yは100mlの溶液中
に1gの重合体を含有する濃硫酸溶液につき25℃
で測定される重合体の換算粘度0.8〜2.0dl/gを
与える値であり、重合体の末端基はハロゲン、ヒ
ドロキシ、メチル、t−ブチル及び4−(p−ク
ロロフエニルスルホニル)フエニル等からなる群
から選ばれる。〕の繰返し単位のポリ(アリール
エテールケトン)の製法。 発明の分野 本発明は、結晶性ポリ(アリールエーテルケト
ン)のセグメントを含有する、新規の結晶性で、
分子鎖を延長された重合体に関する。この新規物
質は容易に調製され、優秀な靭性と加工性および
非常に良好な耐高温性と耐溶剤性とを示す。 発明の背景 従来、ポリ(アリールエーテル)(以下
“PAE”と記す)の形成と性質とに関する膨大な
特許や他の文献が開発されて来た。幾つかの最も
初期の著作、例えばBonner米国特許第3065205号
は、芳香族ジアシルハロゲン化合物と置換されて
いない芳香族化合物、例えばジフエニル エーテ
ルとの求電子芳香族置換反応(例えば、フリーデ
ルクラフト(Friedel−Crafts)接触反応)を包
含している。ジヨンソン(Johnson)その他、
Journal of Polymer Science、A−1、5巻、
1967年、2415−2427頁、ジヨンソン(Johnson)
その他、米国特許第4108837及び4175175号により
これらはもつと広範囲のPAEへ展開された。
Johnsonその他は、非常に広範囲のPAEが活性化
された芳香族ジハロゲン化物と芳香族ジオールと
の求核芳香族置換反応(縮合反応)によつて形成
できることを示した。この方法により、ジヨンソ
ン(Johnson)その他は広い部類のポリ(アリー
ルエーテルケトン)(以下“PAEK”と記す)を
含む多数の新しいPAEを創り出した。 近年、ダール(Dahl)、米国特許第3953400号、
ダール(Dahl)その他、米国特許第3956240号、
ダール(Dahl)、米国特許第4247682号、ローズ
(Rose)その他、米国特許第4247682号、ローズ
(Rose)その他、米国特許第4320224号、マレス
カ(Maresca)、米国特許第4339568号、アトウツ
ド(Atwood)その他、Polymer、1981年、22
巻、8月号、1096−1103頁、ブランデル
(Blundell)その他、Polymer、1983年、24巻、
8月号、953−958頁、アトウツド(Atwood)そ
の他、Polymer Preprints、20巻、1号、4月
号、1979年、191−194頁、ルエダ(Rueda)その
他、Polymer Communications、1983年、24巻、
9月号、258−260頁によつて明示されるように
PAEKに対する関心が高まつている。1970年代初
期〜半ばにおいては、レイケムコーポレーシヨン
(Raychem Corp)が商業的に「STILANTM」と
稱する「PAEK」を導入した。その重合物の頭字
語は「PEK」であり、各エーテル基とケト基と
は1,4−フエニレン単位で分離されている。
1978年、Imperial Chemical Industries PLC
(ICI)は商標「Victrex peek」の下で「PAEK」
を商業化した。「PAEK」がポリ(アリールエー
テルケトン)の頭字語である如く、「PEEK」は、
その構造式中の1,4−フエニレン単位を持つポ
リ(エーテル エーテル ケトン)の頭字語であ
る。 このようにPAEKは周知である。それは種々な
出発材料から合成でき、種々な融点や分子量にで
きる。そのPAEKは結晶性であり、Dahlおよび
Dahlその他の特許、(上記)によつて示されるよ
うに、充分に高い分子量では強靭であり得る。即
ち、引張り−衝撃試験(ASTM D−1822)にお
いて高い値(>50ft−lbs/in2)を示す。それは
廣い利用範囲をもつ可能性はあるが、その製造に
多額な費用がかかる故に、それは高価な重合物で
ある。その好ましい性質はそれをエンジニアリン
グ樹脂の上位の階層に分類している。 PAEKは例えば、米国特許第3065205号に記載
の如く、芳香族ジアシルハロゲン化物と置換され
ていない芳香族化合物例えばジフエニル エーテ
ルとのフリーデルクラフト(Fiedel−Crafts)接
触反応によつて生産してもよい。この方法は一般
には安価な方法であるが、この方法で生産した重
合物は砕けやすく、熱的に不安定であるとダール
(Dahl)その他(上記)は述べている。ダール
(Dahl)の特許(上記)はフリーデルクラフト
(Fiedel−Crafts)触媒で優れたPAEKをつくる
ための、より高価な方法を述べていると云われ
る。それに対して、求核的芳香族置換反応により
つくられるPAEK例えばPEEKは一般に良好な強
靭さと認定されうる機械的性質を示す。 発明 本発明は分子鎖が延長されているポリ(アリー
ルエーテルケトン)重合体に関する。出発ポリ
(アリールエーテルケトン)セグメントの調製と
それらの続いてのジフエノールとのカツプリング
の両方とも求核経路によつて行なわれる。即ち塩
基と中性溶媒を使つて行なわれる。優秀な靭性、
良好な加工性および優れた耐溶剤性と耐熱性とを
もつ生成物が得られる。 本発明の重合物は次の反応式で示される方法に
より調製される。 中間体(3)は、任意所望の分子量でつくられる
が、nは2〜25である。ハイドロキノン反応体が
過剰であればある程得られる前駆体の分子量が低
い。第2段階でジヒドロキシ末端の前駆体(3)は、
違つた活性化ジハロ芳香族化合物との縮合によつ
て所望の高い分子量のポリ(アリールエーテルケ
トン(5)に延長されうる。即ち 上式でXは、塩素又は弗素又は臭素の様なハロ
ゲン又はニトロを表わし、Arは4,4′−ジハロ
ベンゾフエノンの残基である。 反応式()と()で画かれている段階は中
間体(3)の単離で又は前駆体の調製に続いてこれを
最終共重合体(5)へカツプリングさせるワン−ポツ
ト運転でのいずれかで行われうる。 4,4′−ジハロベンゾフエノンはハロゲン基に
対してオルソ及びパラの位置の少なくとも1つに
於いて電子吸引基を有する、ベンゼン環に結合し
た2ケのハロゲンを有する。弗素と塩素の置換ベ
ンゼノイド反応体が好ましい。弗素化合物は、速
い反応性のため塩素化合物はそれらが廉価である
から好ましい。弗素置換ベンゼノイド化合物が最
も好ましい。特に重合反応系に痕跡の水が存在す
る時にそうである。しかしこの水含量は、約1%
以下にそして最良の結果に対しては0.5%以下に
好ましくは維持されるべきである。 電子吸引基がこれらの化合物中に活性化基とし
て使用される。それは勿論反応条件下で不活性で
あるべきであるが、それ以外の点に関しては、そ
の構造は臨界的でない。活性化基は2つの違つた
環上のハロゲン置換基を活性化できるカルボン基
−CO−である。 好ましいカツプリング剤は式(6)で表わされる。 前駆体(3)の分子量はダイマー(即ちn=2の
時)から約10000迄変りうる。 本反応は、上記モノマー又は前駆体(又は前駆
体類)の混合物を適当なモノマーと共に約100か
ら約400℃の温度で加熱することによつて行われ
る。反応はアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の存
在下で行われる。好ましくはアルカリ金属炭酸塩
又は重炭酸塩の混合物が使われる。アルカリ金属
炭酸塩又は重炭酸塩の混合物が使われる時、混合
物は炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム及び第
2のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩からなり、
その場合第2の炭酸塩又は重炭酸塩のアルカリ金
属はナトリウムの原子番号より高い原子番号をも
つ。第2のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の量
は、ナトリウムのグラム原子当り第2アルカリ金
属が0.001から0.20グラム原子ある様な量である。 より高級のアルカリ金属炭酸塩又は、重炭酸塩
はかくしてカリウム、ルビジウム及びセシウムの
炭酸塩及び、重炭酸塩からなる群から選ばれる。
好ましい組合わせは炭酸カリウム又は炭酸セシウ
ムを伴つた炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム
である。 アルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩は無水である
べきであるが、もし水和塩が使用されるなら重合
温度が比較的低い、例えば100乃至250℃である場
合、水は重合温度に達する前に例えば減圧下の加
熱によつて除かれるべきである。 高い重合温度(>250℃)が使われる場合、ど
んな水も、それが重合反応の経過中悪影響を与え
うる前に、迅速に追い出されるので先に炭酸塩又
は重炭酸塩を脱水する必要はない。使われるアル
カリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の全量は、各フエノ
ール基に対してアルカリ金属の少なくとも1原子
がある様な量であるべきである。従つて本発明の
モノマーの又はオリゴマーのジフエノールを使う
時、芳香族ジオールのモル当り少なくとも炭酸塩
が1モル、又は重炭酸塩が2モルあるべきであ
る。 炭酸塩又は重炭酸塩の過剰が使われうる。従つ
てフエノール基当りアルカリ金属1乃至1.2原子
あり得る。炭酸塩又は重炭酸塩の過剰を使用する
とより早い反応を生ずるが、特に高温度及び/又
はより活性の炭酸塩を使用する時生ずる重合体の
解裂を伴うという危険がある。 上記した様に、使われる第2の(より高級の)
アルカリ金属の炭酸塩又は重炭酸塩の量は、ナト
リウムのグラム原子当りより高い原子番号のアル
カリ金属0.001乃至約0.2グラム原子が存在するよ
うな量である。 かくして炭酸塩の混合物例えば炭酸ナトリウム
と炭酸セシウムを使う時、炭酸ナトリウム100モ
ル当り炭酸セシウムが0.1乃至約20モルあるべき
である。同様に重炭酸ナトリウムと炭酸カリウム
の様な重炭酸塩と炭酸塩の混合物を使うときは、
重炭酸ナトリウム100モル当り炭酸カリウム0.05
乃至10モルがあるべきである。 例えば、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの様な
混合炭酸塩を第2のアルカリ金属炭酸塩として使
用しうる。この場合、混合炭酸塩のアルカリ金属
原子の一つがナトリウムである場合、混合炭酸塩
中のそのナトリウムの量を使用すべき混合炭酸塩
の量を決めるときに、炭酸ナトリウム中のナトリ
ウムの量に加えるべきである。 好ましくはナトリウムのグラム原子当り第2の
アルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩のアルカリ金属
0.005から0.1グラム原子迄が使われる。 オリゴマーのビスフエノール又はオリゴマーの
ジハロベンゼノイド化合物が使われる場合、これ
らはモノマーの連鎖延長剤に関して実質的に等モ
ル量で使用されるべきである。過剰で使用する
と、低分子量生成物が製造されてしまう。しか
し、反応体の任意のものを僅かに過剰即ち5モル
%迄を所望により使用しうる。 反応は、不活性溶媒の存在下で行われる。 好ましくは、使用される溶媒は次式の脂肪族又
は芳香族スルホキシド又はスルホンである。 R−S(O)x−R′ 式中xは1又は2であり、R及びR′はアルキ
ル又は、アリール基であつて同じか又は違つたも
のである。RとR′は、一緒に2価のラジカルを
形成しうる。好ましい溶媒にはジメチルスルホキ
シド、ジメチルスルホン、スルホラン(1,1−
ジオキソチオラン)又は式 の芳香族スルホンが含まれる。式中R2は、直接
の結合又は、酸素原子又は2個の水素原子(各々
ベンゼン環にくつつけられたもの)であり、R3
とR3′は、同じ又は異つたものであり、水素原子
とアルキル又はフエニル基である。上記芳香族ス
ルホンの例にはジフエニルスルホン、ジベンゾチ
オフエンジオキシド、フエノキサチインジオキシ
ド及び4−フエニルスルホニルビフエニルが含ま
れるジフエニルスルホンが好ましい溶媒である。
使われうる他の溶媒には、N,N′−ジメチルア
セトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド及び
N−メチル−2−ピロリドンが含まれる。 重合温度は、約100℃から約400℃迄の範囲にあ
り、反応体ともし使用されるとして溶媒の性質に
依存する。好ましい温度は、270℃以上である。
反応は概して大気圧下で行われる。しかしより高
い又はより低い圧力も使用されうる。 ある重合体製造に対して一つの温度例えば200
℃と250℃の間で重合を始め、重合が続くにつれ、
温度を増すことが望ましいかも知れない。この事
は、特に溶剤に低い溶解度しか持たない重合体を
造る時に必要である。かくして分子量が増すにつ
れ、重合体を溶液中に保つため温度を前進的に増
加させることが望ましい。 分裂反応を最小限にするため、最高重合温度が
350℃以下であることが好ましい。 重合反応は、適当な末端キヤツピング剤、例え
ば塩化メチル、塩化第3−ブチル又は4,4−ジ
クロロジフエニルスルホンを重合温度で反応混合
物と混合し、重合温度で1時間迄の期間加熱し、
次いで重合を中断することによつて停止すること
が出来る。 この発明は、又弗化カリウムのみ又は炭酸ナト
リウム又は重炭酸ナトリウムと第2の原子番号の
より高いアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の組合
せを使うよりも全体として比較的短い反応時間の
内に連鎖延長された重合体をつくるための改良さ
れた方法にも関する。 特にこの方法は(前駆体を造るための)ハイド
ロキノン及び1,4−ビス(パラ−フルオロベン
ゾイル)ベンゼンの混合物の反応によりポリ(ア
リールエーテルケトン)前駆体と連鎖延長された
重合体をつくること、又は炭酸ナトリウム及び/
又は重炭酸ナトリウム及びカリウム、ルビジユー
ム又はセシウムのフルオライド又はクロライド又
はそれらの組合せから選ばれるアルカリ金属ハラ
イドの存在下で一方又は両方の連鎖延長重合体を
つくるための前駆体の反応に関する。 反応はモノマーの反応体又はブロツクの前駆体
及び、本明細書に記載されたモノマーのカツプリ
ング剤の混合物を約100から約400℃迄の温度で加
熱することによつて行われる。反応は加えられた
炭酸ナトリウム及び/又は、重炭酸ナトリウム及
びカリウム、ルビジウム、又はセシウムの弗化物
又は塩化物の存在下で行われる。炭酸ナトリウム
又は重炭酸ナトリウム及び上記塩化物と弗化物の
塩は無水であるべきである。もつとも水和塩が使
われ反応温度が比較的低く例えば100乃至250℃の
場合、水は例えば反応温度に達する前に減圧下で
加熱することによつて除くべきである。 高い反応温度(>250℃)が使われる場合、炭
酸塩又は重炭酸塩を先ず脱水する必要がない。な
ぜならば、どんな水もそれが反応の過程に悪影響
を与え得る前に、すみやかに追い出されるからで
ある。任意付加的に例えば、トルエン、キシレン
及びクロロベンゼンなどの共沸有機媒体を反応か
ら水を除くために使うことが出来る。 使用される炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウ
ム、及びカリウム又はルビジウム又はセシウムの
弗化物又は、塩化物、又はそれらの混合物の全量
はアニオンに係りなく(炭酸塩、重炭酸塩又は塩
化物に係りなく)、各フエノール基に対して全ア
ルカリ金属が少なくとも1原子あるような量であ
るべきである。 好ましくは、各フエノール基に対し、ナトリウ
ム約1から約1.2原子が使われる。他の好ましい
具体例では各フエノール基に対して0.001から約
0.5原子のアルカリ金属(より高原子番号のアル
カリ金属の塩化物から誘導されるもの)が使われ
る。 炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム、及びフ
ツ化カリウムは、ナトリウムに対するカリウムの
比が約0.001から約0.5迄、好ましくは約0.01から
約0.25迄、最も好ましくは約0.02から約0.20であ
る割合で使われる。 アルカリ金属の合計は、過剰で使われてもよ
い。従つてフエノール基当りアルカリ金属約1乃
至約1.7原子存在出来る。大過剰のアルカリ金属
を使用するとより早い反応を生じうるが、得られ
る重合体が分裂する危険が伴なう。特に高い温度
及び/又はより活性のアルカリ金属塩を使う時そ
うである。勿論セシウムがより活性の金属でカリ
ウムがより活性の少さい金属であることが当業者
によく知られているので、より少量のセシウムと
より多量のナトリウムが使われる。更に塩化物塩
が弗化物塩より活性が少いので、より多量の塩化
物とより少量の弗化物が使われる。 連鎖延長工程において、最大分子量を求めると
きは、ビスフエノール及びジハロベンゼノイド
(又はジニトロベンゼノイド)化合物(その1つ
はオリゴマーのもの)を実質上等モル量で使用す
る。しかしながら、反応体の任意のものの僅かの
過剰(5モル%迄)を、所望により使用してもよ
い。他方に対して一方のものの過剰は低分子量生
成物の生産を導くことになる。 反応は、不活性溶媒の存在下で実施される。 反応温度は、約100℃から約400℃の範囲にあり
反応体と溶媒の性質に依存する。好ましい温度は
250℃以上である。反応は環境圧力で実施される
のが好ましい。しかし、より高いか又はより低い
圧力も又使用されうる。反応は、一般に不活性雰
囲気中で実施される。 ある連鎖−延長重合体の生産には反応を一つの
温度、例えば、200℃と250℃の間で始め、反応が
続いて起るにつれ温度を上昇させることが望まし
い。これは、溶媒中で低い溶解度しか持たない比
較的高い分子量の重合体をつくる時に特に必要で
ある。かくして重合体の分子量が増加するにつれ
溶液中に重合体を保持するため、すこしづつ温度
を上昇させることが望ましい。 本発明の重合体は、白亜、方解石及び白雲石
(ドロマイト)を含めた炭酸塩;雲母、滑石及び
ウオルストナイトを含めた珪酸塩;二酸化シリコ
ン;硝子球;硝子粉末;アルミニウム;粘土およ
び石英などの無機質充填剤を含んでいてもよい。
また、硝子繊維、炭素繊維等の補強繊維を使用し
てもよい。重合体は又二酸化チタン、熱安定剤、
紫外線安定剤および可塑剤などの添加剤をも含み
うる。 本発明の重合体はポリアリーレート、ポリスル
ホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、
ポリイミド、ポリフエニレンサルフアイド、ポリ
エステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ
ヒドロキシエーテルなどの1つ又はそれ以上の他
の重合体と混合されうる。 本発明の重合体は、所望の形状、即ち成形品、
被膜、フイルム又は繊維に2次加工されうる。こ
れらは電気導体用の電気絶縁に使うのに特に望ま
しい。 又重合体は単繊維の糸に紡糸され、米国特許
4359501によつて例示される様にこの技術でよく
知られた方法によつてこれを次に工業用の繊物に
形成し得る。更に重合体はモールドギヤー、ベア
リングなどに使用出来る。 実施例 次の実施例は、本発明の実施について特定の説
明を与える役目をするが、決して本発明の範囲を
限定することを意図しているものではない。 実施例 1 ヒドロキシル−末端オリゴマー(3)の調製 クライゼンアームを備えた傾斜サイドアーム、
窒素入口管、熱電対プローブ、凝縮器及びステン
レス鋼かくはん器を有する250ml入り、3頚フラ
スコに1.4−ビス(パラ−フルオロベンゾイル)−
ベンゼン(0.1104モル、35.58g)、ハイドロキノ
ン(0.115モル、12.66g)、炭酸ナトリウム
(0.1173モル、12.43g、粉砕して乾燥したもの)、
無水弗化カリウム(0.0293モル、1.70g)及び、
ジフエニルスルフオン(100g)を仕込んだ。装
置を脱気し、凝縮器の頂上に連結されたフアイヤ
ストン弁によつてアルゴンを充填する。高純度窒
素の流れを開始させフアイヤストン弁への連結を
バブラーと取り換える。フラスコの内容物を注意
深く加熱マントルと温度調節器によつて加熱しジ
フエニルスルフオンを融かす。反応混合物をかく
はんし、200℃に加熱し、その温度で30分保つ。
次いでそれを250℃で1時間保ち、最終に270℃で
2時間保つ。反応混合物を反応フラスコから注
ぎ、冷却し、細かい粉末に砕き試料を2回続いて
アセトンで還流させ、2%塩酸で一度、水で一度
行い、そしてアセトンで十分に洗滌する。次いで
それを真空(約20mm)下で120℃で一定の重さに
なる迄乾燥する。反応体の化学量論に基づいて、
このオリゴマーは上に画かれた構造(3)を有してい
た。 実施例 2 ヒドロキシ−末端オリゴマー(3)の高分子重合体
へのカツプリング 実質的に先の実施例に記載される様にしてオリ
ゴマーをつくる。270℃の2時間の加熱期間が終
了した時、4,4′−ジフルオロベンゾフエノン
(0.0058モル、1.27g)をジフエニルスルホン8.0
gと共にかくはんした反応混合物に加える。反応
混合物をついで290℃に加熱し、30分保持し、次
いで、320℃に加熱する。1.6時間後、粘性の反応
混合物をフラスコから除き、冷却して磨砕する。
反応生成物を次々(500ml、1時間)アセトン
(2回)、水、2%塩酸、水、及びアセトンと共に
還流させ、真空オーブン中で一夜(約15時間)
110〜120℃で乾燥する。 重合体を圧縮成形し、フイルム(20ミル)を抗
強力と弾性率については、ASTM−D−638に従
つて、降伏伸びと破断点伸びについてはASTM
−D−638に従つて、振子型衝撃強さについては、
ASTM−D−256に従つて試験する。すぐれた品
質が記録される。 参考例 1〜5 ハロゲン−末端前駆体の調製とジフエノールと
のカツプリング 実験方法は上の実施例で使われたものと同じで
ある。結果は表1に要約されている。
に1gの重合体を含有する濃硫酸溶液につき25℃
で測定される重合体の換算粘度0.8〜2.0dl/gを
与える値であり、重合体の末端基はハロゲン、ヒ
ドロキシ、メチル、t−ブチル及び4−(p−ク
ロロフエニルスルホニル)フエニル等からなる群
から選ばれる。〕の繰返し単位からなるポリ(ア
リールエテールケトン)。 2 (a) 過剰のヒドロキノンを塩基の存在下で中
性溶媒中で1,4−ビス−(p−ハロベンゾイ
ル)ベンゼンと反応させてヒドロキシ末端中間
体を生じ、 (b) 段階(a)で得た中間体を、中性溶媒中で塩基の
存在下で4,4′−ジハロベンゾフエノンで鎖延
長し、 (c) 必要なら、重合体を中性溶媒中で塩化メチ
ル、塩化t−ブチル、及び4,4′−ジクロロジ
フエニルスルホン等と反応させることからな
る、 式 〔式中nは2〜25であり、yは100mlの溶液中
に1gの重合体を含有する濃硫酸溶液につき25℃
で測定される重合体の換算粘度0.8〜2.0dl/gを
与える値であり、重合体の末端基はハロゲン、ヒ
ドロキシ、メチル、t−ブチル及び4−(p−ク
ロロフエニルスルホニル)フエニル等からなる群
から選ばれる。〕の繰返し単位のポリ(アリール
エテールケトン)の製法。 発明の分野 本発明は、結晶性ポリ(アリールエーテルケト
ン)のセグメントを含有する、新規の結晶性で、
分子鎖を延長された重合体に関する。この新規物
質は容易に調製され、優秀な靭性と加工性および
非常に良好な耐高温性と耐溶剤性とを示す。 発明の背景 従来、ポリ(アリールエーテル)(以下
“PAE”と記す)の形成と性質とに関する膨大な
特許や他の文献が開発されて来た。幾つかの最も
初期の著作、例えばBonner米国特許第3065205号
は、芳香族ジアシルハロゲン化合物と置換されて
いない芳香族化合物、例えばジフエニル エーテ
ルとの求電子芳香族置換反応(例えば、フリーデ
ルクラフト(Friedel−Crafts)接触反応)を包
含している。ジヨンソン(Johnson)その他、
Journal of Polymer Science、A−1、5巻、
1967年、2415−2427頁、ジヨンソン(Johnson)
その他、米国特許第4108837及び4175175号により
これらはもつと広範囲のPAEへ展開された。
Johnsonその他は、非常に広範囲のPAEが活性化
された芳香族ジハロゲン化物と芳香族ジオールと
の求核芳香族置換反応(縮合反応)によつて形成
できることを示した。この方法により、ジヨンソ
ン(Johnson)その他は広い部類のポリ(アリー
ルエーテルケトン)(以下“PAEK”と記す)を
含む多数の新しいPAEを創り出した。 近年、ダール(Dahl)、米国特許第3953400号、
ダール(Dahl)その他、米国特許第3956240号、
ダール(Dahl)、米国特許第4247682号、ローズ
(Rose)その他、米国特許第4247682号、ローズ
(Rose)その他、米国特許第4320224号、マレス
カ(Maresca)、米国特許第4339568号、アトウツ
ド(Atwood)その他、Polymer、1981年、22
巻、8月号、1096−1103頁、ブランデル
(Blundell)その他、Polymer、1983年、24巻、
8月号、953−958頁、アトウツド(Atwood)そ
の他、Polymer Preprints、20巻、1号、4月
号、1979年、191−194頁、ルエダ(Rueda)その
他、Polymer Communications、1983年、24巻、
9月号、258−260頁によつて明示されるように
PAEKに対する関心が高まつている。1970年代初
期〜半ばにおいては、レイケムコーポレーシヨン
(Raychem Corp)が商業的に「STILANTM」と
稱する「PAEK」を導入した。その重合物の頭字
語は「PEK」であり、各エーテル基とケト基と
は1,4−フエニレン単位で分離されている。
1978年、Imperial Chemical Industries PLC
(ICI)は商標「Victrex peek」の下で「PAEK」
を商業化した。「PAEK」がポリ(アリールエー
テルケトン)の頭字語である如く、「PEEK」は、
その構造式中の1,4−フエニレン単位を持つポ
リ(エーテル エーテル ケトン)の頭字語であ
る。 このようにPAEKは周知である。それは種々な
出発材料から合成でき、種々な融点や分子量にで
きる。そのPAEKは結晶性であり、Dahlおよび
Dahlその他の特許、(上記)によつて示されるよ
うに、充分に高い分子量では強靭であり得る。即
ち、引張り−衝撃試験(ASTM D−1822)にお
いて高い値(>50ft−lbs/in2)を示す。それは
廣い利用範囲をもつ可能性はあるが、その製造に
多額な費用がかかる故に、それは高価な重合物で
ある。その好ましい性質はそれをエンジニアリン
グ樹脂の上位の階層に分類している。 PAEKは例えば、米国特許第3065205号に記載
の如く、芳香族ジアシルハロゲン化物と置換され
ていない芳香族化合物例えばジフエニル エーテ
ルとのフリーデルクラフト(Fiedel−Crafts)接
触反応によつて生産してもよい。この方法は一般
には安価な方法であるが、この方法で生産した重
合物は砕けやすく、熱的に不安定であるとダール
(Dahl)その他(上記)は述べている。ダール
(Dahl)の特許(上記)はフリーデルクラフト
(Fiedel−Crafts)触媒で優れたPAEKをつくる
ための、より高価な方法を述べていると云われ
る。それに対して、求核的芳香族置換反応により
つくられるPAEK例えばPEEKは一般に良好な強
靭さと認定されうる機械的性質を示す。 発明 本発明は分子鎖が延長されているポリ(アリー
ルエーテルケトン)重合体に関する。出発ポリ
(アリールエーテルケトン)セグメントの調製と
それらの続いてのジフエノールとのカツプリング
の両方とも求核経路によつて行なわれる。即ち塩
基と中性溶媒を使つて行なわれる。優秀な靭性、
良好な加工性および優れた耐溶剤性と耐熱性とを
もつ生成物が得られる。 本発明の重合物は次の反応式で示される方法に
より調製される。 中間体(3)は、任意所望の分子量でつくられる
が、nは2〜25である。ハイドロキノン反応体が
過剰であればある程得られる前駆体の分子量が低
い。第2段階でジヒドロキシ末端の前駆体(3)は、
違つた活性化ジハロ芳香族化合物との縮合によつ
て所望の高い分子量のポリ(アリールエーテルケ
トン(5)に延長されうる。即ち 上式でXは、塩素又は弗素又は臭素の様なハロ
ゲン又はニトロを表わし、Arは4,4′−ジハロ
ベンゾフエノンの残基である。 反応式()と()で画かれている段階は中
間体(3)の単離で又は前駆体の調製に続いてこれを
最終共重合体(5)へカツプリングさせるワン−ポツ
ト運転でのいずれかで行われうる。 4,4′−ジハロベンゾフエノンはハロゲン基に
対してオルソ及びパラの位置の少なくとも1つに
於いて電子吸引基を有する、ベンゼン環に結合し
た2ケのハロゲンを有する。弗素と塩素の置換ベ
ンゼノイド反応体が好ましい。弗素化合物は、速
い反応性のため塩素化合物はそれらが廉価である
から好ましい。弗素置換ベンゼノイド化合物が最
も好ましい。特に重合反応系に痕跡の水が存在す
る時にそうである。しかしこの水含量は、約1%
以下にそして最良の結果に対しては0.5%以下に
好ましくは維持されるべきである。 電子吸引基がこれらの化合物中に活性化基とし
て使用される。それは勿論反応条件下で不活性で
あるべきであるが、それ以外の点に関しては、そ
の構造は臨界的でない。活性化基は2つの違つた
環上のハロゲン置換基を活性化できるカルボン基
−CO−である。 好ましいカツプリング剤は式(6)で表わされる。 前駆体(3)の分子量はダイマー(即ちn=2の
時)から約10000迄変りうる。 本反応は、上記モノマー又は前駆体(又は前駆
体類)の混合物を適当なモノマーと共に約100か
ら約400℃の温度で加熱することによつて行われ
る。反応はアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の存
在下で行われる。好ましくはアルカリ金属炭酸塩
又は重炭酸塩の混合物が使われる。アルカリ金属
炭酸塩又は重炭酸塩の混合物が使われる時、混合
物は炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム及び第
2のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩からなり、
その場合第2の炭酸塩又は重炭酸塩のアルカリ金
属はナトリウムの原子番号より高い原子番号をも
つ。第2のアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の量
は、ナトリウムのグラム原子当り第2アルカリ金
属が0.001から0.20グラム原子ある様な量である。 より高級のアルカリ金属炭酸塩又は、重炭酸塩
はかくしてカリウム、ルビジウム及びセシウムの
炭酸塩及び、重炭酸塩からなる群から選ばれる。
好ましい組合わせは炭酸カリウム又は炭酸セシウ
ムを伴つた炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム
である。 アルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩は無水である
べきであるが、もし水和塩が使用されるなら重合
温度が比較的低い、例えば100乃至250℃である場
合、水は重合温度に達する前に例えば減圧下の加
熱によつて除かれるべきである。 高い重合温度(>250℃)が使われる場合、ど
んな水も、それが重合反応の経過中悪影響を与え
うる前に、迅速に追い出されるので先に炭酸塩又
は重炭酸塩を脱水する必要はない。使われるアル
カリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の全量は、各フエノ
ール基に対してアルカリ金属の少なくとも1原子
がある様な量であるべきである。従つて本発明の
モノマーの又はオリゴマーのジフエノールを使う
時、芳香族ジオールのモル当り少なくとも炭酸塩
が1モル、又は重炭酸塩が2モルあるべきであ
る。 炭酸塩又は重炭酸塩の過剰が使われうる。従つ
てフエノール基当りアルカリ金属1乃至1.2原子
あり得る。炭酸塩又は重炭酸塩の過剰を使用する
とより早い反応を生ずるが、特に高温度及び/又
はより活性の炭酸塩を使用する時生ずる重合体の
解裂を伴うという危険がある。 上記した様に、使われる第2の(より高級の)
アルカリ金属の炭酸塩又は重炭酸塩の量は、ナト
リウムのグラム原子当りより高い原子番号のアル
カリ金属0.001乃至約0.2グラム原子が存在するよ
うな量である。 かくして炭酸塩の混合物例えば炭酸ナトリウム
と炭酸セシウムを使う時、炭酸ナトリウム100モ
ル当り炭酸セシウムが0.1乃至約20モルあるべき
である。同様に重炭酸ナトリウムと炭酸カリウム
の様な重炭酸塩と炭酸塩の混合物を使うときは、
重炭酸ナトリウム100モル当り炭酸カリウム0.05
乃至10モルがあるべきである。 例えば、炭酸ナトリウムと炭酸カリウムの様な
混合炭酸塩を第2のアルカリ金属炭酸塩として使
用しうる。この場合、混合炭酸塩のアルカリ金属
原子の一つがナトリウムである場合、混合炭酸塩
中のそのナトリウムの量を使用すべき混合炭酸塩
の量を決めるときに、炭酸ナトリウム中のナトリ
ウムの量に加えるべきである。 好ましくはナトリウムのグラム原子当り第2の
アルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩のアルカリ金属
0.005から0.1グラム原子迄が使われる。 オリゴマーのビスフエノール又はオリゴマーの
ジハロベンゼノイド化合物が使われる場合、これ
らはモノマーの連鎖延長剤に関して実質的に等モ
ル量で使用されるべきである。過剰で使用する
と、低分子量生成物が製造されてしまう。しか
し、反応体の任意のものを僅かに過剰即ち5モル
%迄を所望により使用しうる。 反応は、不活性溶媒の存在下で行われる。 好ましくは、使用される溶媒は次式の脂肪族又
は芳香族スルホキシド又はスルホンである。 R−S(O)x−R′ 式中xは1又は2であり、R及びR′はアルキ
ル又は、アリール基であつて同じか又は違つたも
のである。RとR′は、一緒に2価のラジカルを
形成しうる。好ましい溶媒にはジメチルスルホキ
シド、ジメチルスルホン、スルホラン(1,1−
ジオキソチオラン)又は式 の芳香族スルホンが含まれる。式中R2は、直接
の結合又は、酸素原子又は2個の水素原子(各々
ベンゼン環にくつつけられたもの)であり、R3
とR3′は、同じ又は異つたものであり、水素原子
とアルキル又はフエニル基である。上記芳香族ス
ルホンの例にはジフエニルスルホン、ジベンゾチ
オフエンジオキシド、フエノキサチインジオキシ
ド及び4−フエニルスルホニルビフエニルが含ま
れるジフエニルスルホンが好ましい溶媒である。
使われうる他の溶媒には、N,N′−ジメチルア
セトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド及び
N−メチル−2−ピロリドンが含まれる。 重合温度は、約100℃から約400℃迄の範囲にあ
り、反応体ともし使用されるとして溶媒の性質に
依存する。好ましい温度は、270℃以上である。
反応は概して大気圧下で行われる。しかしより高
い又はより低い圧力も使用されうる。 ある重合体製造に対して一つの温度例えば200
℃と250℃の間で重合を始め、重合が続くにつれ、
温度を増すことが望ましいかも知れない。この事
は、特に溶剤に低い溶解度しか持たない重合体を
造る時に必要である。かくして分子量が増すにつ
れ、重合体を溶液中に保つため温度を前進的に増
加させることが望ましい。 分裂反応を最小限にするため、最高重合温度が
350℃以下であることが好ましい。 重合反応は、適当な末端キヤツピング剤、例え
ば塩化メチル、塩化第3−ブチル又は4,4−ジ
クロロジフエニルスルホンを重合温度で反応混合
物と混合し、重合温度で1時間迄の期間加熱し、
次いで重合を中断することによつて停止すること
が出来る。 この発明は、又弗化カリウムのみ又は炭酸ナト
リウム又は重炭酸ナトリウムと第2の原子番号の
より高いアルカリ金属炭酸塩又は重炭酸塩の組合
せを使うよりも全体として比較的短い反応時間の
内に連鎖延長された重合体をつくるための改良さ
れた方法にも関する。 特にこの方法は(前駆体を造るための)ハイド
ロキノン及び1,4−ビス(パラ−フルオロベン
ゾイル)ベンゼンの混合物の反応によりポリ(ア
リールエーテルケトン)前駆体と連鎖延長された
重合体をつくること、又は炭酸ナトリウム及び/
又は重炭酸ナトリウム及びカリウム、ルビジユー
ム又はセシウムのフルオライド又はクロライド又
はそれらの組合せから選ばれるアルカリ金属ハラ
イドの存在下で一方又は両方の連鎖延長重合体を
つくるための前駆体の反応に関する。 反応はモノマーの反応体又はブロツクの前駆体
及び、本明細書に記載されたモノマーのカツプリ
ング剤の混合物を約100から約400℃迄の温度で加
熱することによつて行われる。反応は加えられた
炭酸ナトリウム及び/又は、重炭酸ナトリウム及
びカリウム、ルビジウム、又はセシウムの弗化物
又は塩化物の存在下で行われる。炭酸ナトリウム
又は重炭酸ナトリウム及び上記塩化物と弗化物の
塩は無水であるべきである。もつとも水和塩が使
われ反応温度が比較的低く例えば100乃至250℃の
場合、水は例えば反応温度に達する前に減圧下で
加熱することによつて除くべきである。 高い反応温度(>250℃)が使われる場合、炭
酸塩又は重炭酸塩を先ず脱水する必要がない。な
ぜならば、どんな水もそれが反応の過程に悪影響
を与え得る前に、すみやかに追い出されるからで
ある。任意付加的に例えば、トルエン、キシレン
及びクロロベンゼンなどの共沸有機媒体を反応か
ら水を除くために使うことが出来る。 使用される炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウ
ム、及びカリウム又はルビジウム又はセシウムの
弗化物又は、塩化物、又はそれらの混合物の全量
はアニオンに係りなく(炭酸塩、重炭酸塩又は塩
化物に係りなく)、各フエノール基に対して全ア
ルカリ金属が少なくとも1原子あるような量であ
るべきである。 好ましくは、各フエノール基に対し、ナトリウ
ム約1から約1.2原子が使われる。他の好ましい
具体例では各フエノール基に対して0.001から約
0.5原子のアルカリ金属(より高原子番号のアル
カリ金属の塩化物から誘導されるもの)が使われ
る。 炭酸ナトリウム又は重炭酸ナトリウム、及びフ
ツ化カリウムは、ナトリウムに対するカリウムの
比が約0.001から約0.5迄、好ましくは約0.01から
約0.25迄、最も好ましくは約0.02から約0.20であ
る割合で使われる。 アルカリ金属の合計は、過剰で使われてもよ
い。従つてフエノール基当りアルカリ金属約1乃
至約1.7原子存在出来る。大過剰のアルカリ金属
を使用するとより早い反応を生じうるが、得られ
る重合体が分裂する危険が伴なう。特に高い温度
及び/又はより活性のアルカリ金属塩を使う時そ
うである。勿論セシウムがより活性の金属でカリ
ウムがより活性の少さい金属であることが当業者
によく知られているので、より少量のセシウムと
より多量のナトリウムが使われる。更に塩化物塩
が弗化物塩より活性が少いので、より多量の塩化
物とより少量の弗化物が使われる。 連鎖延長工程において、最大分子量を求めると
きは、ビスフエノール及びジハロベンゼノイド
(又はジニトロベンゼノイド)化合物(その1つ
はオリゴマーのもの)を実質上等モル量で使用す
る。しかしながら、反応体の任意のものの僅かの
過剰(5モル%迄)を、所望により使用してもよ
い。他方に対して一方のものの過剰は低分子量生
成物の生産を導くことになる。 反応は、不活性溶媒の存在下で実施される。 反応温度は、約100℃から約400℃の範囲にあり
反応体と溶媒の性質に依存する。好ましい温度は
250℃以上である。反応は環境圧力で実施される
のが好ましい。しかし、より高いか又はより低い
圧力も又使用されうる。反応は、一般に不活性雰
囲気中で実施される。 ある連鎖−延長重合体の生産には反応を一つの
温度、例えば、200℃と250℃の間で始め、反応が
続いて起るにつれ温度を上昇させることが望まし
い。これは、溶媒中で低い溶解度しか持たない比
較的高い分子量の重合体をつくる時に特に必要で
ある。かくして重合体の分子量が増加するにつれ
溶液中に重合体を保持するため、すこしづつ温度
を上昇させることが望ましい。 本発明の重合体は、白亜、方解石及び白雲石
(ドロマイト)を含めた炭酸塩;雲母、滑石及び
ウオルストナイトを含めた珪酸塩;二酸化シリコ
ン;硝子球;硝子粉末;アルミニウム;粘土およ
び石英などの無機質充填剤を含んでいてもよい。
また、硝子繊維、炭素繊維等の補強繊維を使用し
てもよい。重合体は又二酸化チタン、熱安定剤、
紫外線安定剤および可塑剤などの添加剤をも含み
うる。 本発明の重合体はポリアリーレート、ポリスル
ホン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、
ポリイミド、ポリフエニレンサルフアイド、ポリ
エステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリ
ヒドロキシエーテルなどの1つ又はそれ以上の他
の重合体と混合されうる。 本発明の重合体は、所望の形状、即ち成形品、
被膜、フイルム又は繊維に2次加工されうる。こ
れらは電気導体用の電気絶縁に使うのに特に望ま
しい。 又重合体は単繊維の糸に紡糸され、米国特許
4359501によつて例示される様にこの技術でよく
知られた方法によつてこれを次に工業用の繊物に
形成し得る。更に重合体はモールドギヤー、ベア
リングなどに使用出来る。 実施例 次の実施例は、本発明の実施について特定の説
明を与える役目をするが、決して本発明の範囲を
限定することを意図しているものではない。 実施例 1 ヒドロキシル−末端オリゴマー(3)の調製 クライゼンアームを備えた傾斜サイドアーム、
窒素入口管、熱電対プローブ、凝縮器及びステン
レス鋼かくはん器を有する250ml入り、3頚フラ
スコに1.4−ビス(パラ−フルオロベンゾイル)−
ベンゼン(0.1104モル、35.58g)、ハイドロキノ
ン(0.115モル、12.66g)、炭酸ナトリウム
(0.1173モル、12.43g、粉砕して乾燥したもの)、
無水弗化カリウム(0.0293モル、1.70g)及び、
ジフエニルスルフオン(100g)を仕込んだ。装
置を脱気し、凝縮器の頂上に連結されたフアイヤ
ストン弁によつてアルゴンを充填する。高純度窒
素の流れを開始させフアイヤストン弁への連結を
バブラーと取り換える。フラスコの内容物を注意
深く加熱マントルと温度調節器によつて加熱しジ
フエニルスルフオンを融かす。反応混合物をかく
はんし、200℃に加熱し、その温度で30分保つ。
次いでそれを250℃で1時間保ち、最終に270℃で
2時間保つ。反応混合物を反応フラスコから注
ぎ、冷却し、細かい粉末に砕き試料を2回続いて
アセトンで還流させ、2%塩酸で一度、水で一度
行い、そしてアセトンで十分に洗滌する。次いで
それを真空(約20mm)下で120℃で一定の重さに
なる迄乾燥する。反応体の化学量論に基づいて、
このオリゴマーは上に画かれた構造(3)を有してい
た。 実施例 2 ヒドロキシ−末端オリゴマー(3)の高分子重合体
へのカツプリング 実質的に先の実施例に記載される様にしてオリ
ゴマーをつくる。270℃の2時間の加熱期間が終
了した時、4,4′−ジフルオロベンゾフエノン
(0.0058モル、1.27g)をジフエニルスルホン8.0
gと共にかくはんした反応混合物に加える。反応
混合物をついで290℃に加熱し、30分保持し、次
いで、320℃に加熱する。1.6時間後、粘性の反応
混合物をフラスコから除き、冷却して磨砕する。
反応生成物を次々(500ml、1時間)アセトン
(2回)、水、2%塩酸、水、及びアセトンと共に
還流させ、真空オーブン中で一夜(約15時間)
110〜120℃で乾燥する。 重合体を圧縮成形し、フイルム(20ミル)を抗
強力と弾性率については、ASTM−D−638に従
つて、降伏伸びと破断点伸びについてはASTM
−D−638に従つて、振子型衝撃強さについては、
ASTM−D−256に従つて試験する。すぐれた品
質が記録される。 参考例 1〜5 ハロゲン−末端前駆体の調製とジフエノールと
のカツプリング 実験方法は上の実施例で使われたものと同じで
ある。結果は表1に要約されている。
【表】
ベンゾフエノン
すべての場合良好な品質をもつた重合体が得ら
れる。
すべての場合良好な品質をもつた重合体が得ら
れる。
1 繰り返し単位として、
(ここで、X、X′は、水素原子、炭素数が1
から20までの炭化水素基、該炭化水素基に結合し
たカルボニル基またはスルホニル基、及びハロゲ
ン原子の中から選ばれた1種または2種以上の基
または原子を示し、R、R′は、炭素数が3から
20までの2価の芳香族炭化水素基を示し、Zは、
炭素数が1から20までの2価の炭化水素基を示
し、数平均重合度は2から250である。)を有する
ジアセチレン基含有芳香族性ポリアミド。
から20までの炭化水素基、該炭化水素基に結合し
たカルボニル基またはスルホニル基、及びハロゲ
ン原子の中から選ばれた1種または2種以上の基
または原子を示し、R、R′は、炭素数が3から
20までの2価の芳香族炭化水素基を示し、Zは、
炭素数が1から20までの2価の炭化水素基を示
し、数平均重合度は2から250である。)を有する
ジアセチレン基含有芳香族性ポリアミド。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US75793285A | 1985-07-23 | 1985-07-23 | |
| US757932 | 1985-07-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63500666A JPS63500666A (ja) | 1988-03-10 |
| JPH0341092B2 true JPH0341092B2 (ja) | 1991-06-21 |
Family
ID=25049794
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61502506A Granted JPS63500666A (ja) | 1985-07-23 | 1986-05-01 | 分子類を延長されたポリ(アリ−ルエ−テルケトン) |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0231198A1 (ja) |
| JP (1) | JPS63500666A (ja) |
| CA (1) | CA1272344A (ja) |
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