JPH08509020A - 液晶ポリマー組成物 - Google Patents
液晶ポリマー組成物Info
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Abstract
(57)【要約】
本発明は、(I)ヒドロキノンおよび/または4,4’−ビフェノールおよび/またはビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル、(II)テレフタル酸、(III)2,6−ナフタレンジカルボン酸および/または4,4’−ビ安息香酸、(IV)4−ヒドロキシ安息香酸、(V)6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸および任意の(VI)脂肪族ジオールを指定した比率で用いて誘導した液晶ポリマー類(LCP類)に関する。このLCP類は、非常に強靭なフィルムを生じることに加えて、成形用樹脂として有用であるか或は他の熱可塑性ポリマー類と一緒にブレンドするに有用である。
Description
【発明の詳細な説明】
液晶ポリマー組成物
発明の背景
本発明は、融点が組成範囲に渡って幅広く変化する新規な液晶ポリマー組成物
に関する。このような融点に関する特性から、この組成物は他のポリマー類とブ
レンドするに特に有効である。
液晶ポリマー類(「LCP類」)は本技術分野で公知であり、これには、多様
な芳香族ジオール類、二酸類およびヒドロキシ酸類から製造される液晶ポリマー
類が含まれる。LCP類が示す物性、例えば融点(有していれば)、熱たわみ温
度、引張り強度などは多様である。これらの特性に応じて、LCP類は数多くの
用途、例えば成形用樹脂、半透膜、ブレンド物、フィルムなどで有用である。本
発明は、ヒドロキノン(「HQ」)および/または4,4’−ビフェノール(「
BP」)および/またはビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル(「POP」
)、テレフタル酸(「TPA」)、2,6−ナフタレンジカルボン酸(「NPA
」)および/または4,4’−ビ安息香酸(「BB」)、4−ヒドロキシ安息香
酸(「HBA」)、6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸(「NHA」)、および任
意の脂肪族ジオールおよび別の芳香族二酸を特定の比率で用いて製造したLCP
類に関する。このLCP類は、典型的なLCP熱互変用途、例えばフィルムおよ
び成形用樹脂などで有用性を示す。加うるに、このLCP類は、上述した融点範
囲を示すことから、他のポリマー類と一緒にブレンドするに有用である。
発明の要約
本発明は液晶ポリマー含有組成物に関係しており、この液晶ポリマー
は、下記の繰り返し単位:
(I)
から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、
(II)
(III)
から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、
(IV)
(V)
(VI)
を含んでおり、ここで、
各Arは、独立して、二価の芳香族基であり、そして各Rは、独立して、2から
10個の炭素原子を有するアルキレン基であり、そして更にここで、(II):
(III)のモル比は25:75から90:10の範囲であり、(I):(II
)+(III)のモル比は本質的に1:1であり、(IV):(V)のモル比は
97:3から50:50の範囲であり、(IV)と(V)を足したモル数は(I
)100モル当たり100から600の範囲であるが、但し
の時、(V)のモル数が下記の方程式:
を満足させることを条件とすると共にまた、
であることを条件とし、ここで、(I)、(II)、(III)、(IV)、(
V)および(VI)をモルの単位で表す。本出願全体を通して、(I)のモル数
は(IA)と(IB)と(IC)を足した総モルであり、そして(III)の全
モル数は(IIIA)と(IIIB)を足した総モルである。
詳細な説明
本発明は、上に示した繰り返し単位で構成されているLCPを含む組成物に関
する。繰り返し単位(IA):(IB):(IC)のモル比は0:0:100か
ら0:100:0から100:0:0の範囲である。好適には、(IA):(I
B)のモル比が1:99から99:1の範囲になるように繰り返し単位(IA)
と(IB)を存在させる。より好適なLCPでは、(IA):(IB)のモル比
が75:25から25:75の範囲になるように繰り返し単位(IA)と(IB
)を存在させる。
好適なLCPでは、(II):(III)のモル比を30:70から85:1
5にする。(IV):(V)のモル比の好適な範囲は50:50から90:10
である。(I)100モル当たりの(IV)+(V)のモル数の好適な範囲は2
00から500の範囲である。
高い分子量を有するLCPの製造を容易にするにはLCPを形成するモノマー
類の重合で存在させるジオール類[即ち(IA)、(IB)および/または(I
C)]と二酸類[即ち(II)および(IIIA)および/または(IIIB)
]のモル比を約1:1にすべきであることを技術者は理解する。この比率から若
干逸脱させることは可能であるが、
大きく逸脱させると分子量を比較的高くするのが通常妨げられるか或は重合がゆ
っくりになることから、通常大きく逸脱させるべきでない。
本LCP類の中に存在させる(V)のモル数は、
である時、下記の方程式A:
を満足させ、ここで、(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)および
(VI)をモルの単位で表す。
好適および最も好適なLCP類の場合、(V)のモル数は、それぞれ下記の方
程式BおよびC:
を満足させる。
更に、
である時、また、方程式A、BまたはCで(V)の量を調節するのが好適である
。
上の方程式において、(IV)および(V)のモル数は、(I)+(II)+
(111)の全モル数が200であることを基準にしている。
他の好適なLCP類の場合、
および/または
である。
本発明のポリマー類は単位(I)−(V)を含んでいてもよい。このポリマー
類はまた、形式的に式
を基とする繰り返し単位(VI)を含んでいてもよく、これは、部分芳香族ポリ
エステルの繰り返し単位と見なすことができる。「部分芳香族ポリエステル」は
、2から10個の炭素原子を有する1種以上のグリコール類と芳香族ジカルボン
酸(例えばカルボキシル基が芳香族環に直接結合している二酸など)を基とする
ポリエステルを意味している。そのようなグリコール類にはエチレングリコール
、1,4−ブタンジオールおよび1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキ
サンが含まれる。有効な芳香族ジカルボン酸にはテレフタル酸、イソフタル酸、
4,4’−ビ安息香酸および2,6−ナフタレンジカルボン酸が含まれる。
好適な部分芳香族ポリエステル類の場合、Arが1,4−フェニレンでRがエ
チレンである[ポリ(エチレンテレフタレート)から誘導される]か、或はAr
が1,4−フェニレンでRが1,4−ブチレンである[ポリ(ブチレンテレフタ
レート)から誘導される]か、或はArが2,
6−ナフタレンジカルボン酸でRがエチレンである[ポリ(エチレン2,6−ナ
フタレンジオエート)から誘導される]か、或はArが1,4−ブチレンである
[ポリ(ブチレンテレフタレート)から誘導される]。これらの単位を本発明の
液晶ポリマーの中に組み込んでもこの単位のArとR部分は必ずしも一緒に結合
しない可能性があり、この液晶ポリマーを通してランダムに分布する可能性があ
ることを理解すべきである。
このポリマー内の繰り返し単位(VI)量(モルで表す)は方程式
で支配される。(I)、(II)、(III)、(IV)、(V)および(VI
)の量をモルの単位で表す。好適な液晶ポリマーの場合、(VI)の量は、方程
式
で支配される。
技術者によく知られている方法を用いて繰り返し単位(VI)をLCPの中に
組み込むことができる。例えば、繰り返し単位(VI)を形式的に誘導する基と
なる部分芳香族ポリエステルを、他の繰り返し単位をそのモノマー類(或はそれ
らの適切な誘導体)から重合させている重合に加えてもよい。また、2軸押出し
機などの如き適切なミキサーの中で行う溶融エステル交換により、既に生じさせ
たLCPに(VI)を組み込むことも可能である。エステル交換触媒を用いるの
が好適である。このLCPおよび部分芳香族ポリエステルが示す元の融点(この
部分芳香族ポリエステルが融点を示すと仮定して)を示差走査熱量計で検出する
ことができなくなった時(ASTM D3418−82を修飾した方法を用いて
測定した時、以下を参照)、充分なエステル交換が生じたと見なす。
本発明のLCP類は、電気コネクタ、フィルムなどを成形するための成形用樹
脂として有用であり、特に他のポリマー類と一緒にブレンドするに有用である。
一般的に言って、2種のポリマー類を一緒にブレンドする場合、より低い温度で
加工されるであろうポリマーの通常の加工温度を大きく越えさせるのは望ましく
ない。例えば、結晶性ポリマーを用いる場合、これの通常の加工温度はしばしば
それの融点よりも10−30℃高い温度であろう。加工温度に関するこのような
制限は必要である、と言うのは、例えばこのポリマーの高温安定性には限界があ
り得るからである。図1に示すように、本LCP類の組成を変えると、特にHB
AおよびHNAの量を変えると、このLCPの融点が大きく変化する。本LCP
類が示す融点範囲は一般に200−300℃であり、この範囲は、通常に用いら
れている数多くのポリマー類の加工温度範囲である。本LCP類を用いたポリマ
ーブレンド物は、例えば成形用樹脂として有用であると共にフィルムで有用性を
示す。本LCP類は良好な物性、例えば引張り伸び、引張り強度、曲げ強度など
を示す。
本分野の技術者によく知られているか或は容易に利用できる方法を用いて本L
CPを製造することができる。例えば、出発材料の中に存在しているヒドロキシ
ル基の酢酸エステルをそのモノマー類の中に存在しているカルボン酸と一緒に縮
合させる(これは、本明細書の実施例の中で用いた方法である)か、或はこのモ
ノマー類の中に存在しているカルボキシル基のフェニルエステルをこのモノマー
類の中に存在しているヒド
ロキシル基と一緒に縮合させてもよい。
LCP類への添加またはコンパンド化(compounded)で知られてい
る他の添加剤、材料および改質剤、例えばこれらに限定するものでないが、充填
材(例えばガラスなど)、炭素繊維、触媒、核形成剤(nucleant)、顔
料、抗酸化剤、安定剤、可塑剤、滑剤、タフナー(toughner)、鉱物、
カーボンブラック、相乗剤、ガラス補強材、メタケイ酸カルシウム、炭酸カルシ
ウム、タルク、二酸化チタンおよび焼成ケイ酸アルミニウムなどを、上に記述し
たLCP類に含めるか或はこれと一緒にコンパンド化してもよい。
本LCP類から作られるフィルムは、簡単な押出しを含む通常の方法で製造可
能である。米国特許第4,963,428号および4,973,442号(特に
図3および6)[これの開示は引用することによって本明細書に組み入れられる
]に記述されている装置を用いた押出しを行うと特に良好なフィルムが得られる
。好適なフィルムは、機械方向および/または横方向で少なくとも12%の引張
り伸びを示すフィルムである。より好適な態様において、機械方向および/また
は横方向で少なくとも12%の引張り伸びを示すフィルムはまた機械方向および
/または横方向で少なくとも3.45GPa(500,000psi)、より好
適には5.51GPa(800,000psi)の引張り応力を示す。
押出し条件(ダイスに関する変数を含む)を適切に選択することで、フィルム
状態の本LCPが示す相対的な全配向を変化させることができ、機械方向と横方
向の特性が比較的均衡しているフィルムを得ることができる。更に、主要な配向
が機械方向または横方向になるように分子配向を調節することができる。「特性
が均衡している」は、個々のフィルム
が示す引張り強度、引張り応力および引張り伸びの少なくとも2つで各物性が機
械方向と横方向で互いに20%以内(相対的に)にあることを意味している。
実施例
本実施例で用いる種々のモノマー類の省略形は下記の通りである:
「HQ」=ヒドロキノン、
「BP」=4,4’−ビフェノール,
「TPA」=テレフタル酸、
「NPA」=2,6−ナフタレンジカルボン酸、
「HBA」=4−ヒドロキシ安息香酸(これはカリウムを1,000−1,60
0ppm含んでいる)、
「NHA」=6−ヒドロキシ−2−ナフトエ酸、
「BB」=4,4’−ビ安息香酸、
「POP」=ビス(4−ヒドロキシフェニル)エーテル。
本実施例でLCPを製造する時に用いる各モノマーの量(相対的モルで表す)
を以下の表2に示す。ASTM D3418−82に従い25℃/分の加熱速度
で融点(Tm)を測定した。製造したままのポリマー(第一加熱)に関してTm
を測定した。ASTM D648に従い1.8MPaで熱たわみ温度(HDT)
を測定した。
全ての重合で、存在しているヒドロキシル基を基準にして3から10モル%過
剰量で無水酢酸を存在させた。
実施例1−14 LCPの製造
以下に示す実施例では以下に記述する如くLCP類の製造を行ったが、
ここで、X1からX4の値を以下の表1に示し、そして反応体およびそれの量を
以下の表2に示す。Vigreauxカラム、コンデンサおよび撹拌機(撹拌速
度を125RPMに設定した)が備わっている反応容器の中に反応体を窒素雰囲
気下で仕込んだ。その生じる反応混合物を還流温度に加熱した。約150℃のポ
ット温度で還流が始まった。この反応混合物を一定温度で約40分間還流させた
。次の50分間で、そのポット温度をゆっくりと上昇させて約X1にし、この間
に、副生成物である酢酸を除去した。その後、次の約X2分かけて圧力を約13
3Pa(絶対)に下げながら、撹拌速度を20RPMに下げると共にポット温度
を高くして約X3にした。材料を仕込んだ後約X4時間で重合を停止させた。す
くい出す道具を用いて、生じた生成物をその反応容器から取り出し、急冷して室
温にした後、それの粉砕を行う。ガラス繊維を用いたLCPのコンパンド化
実施例1−4のLCP各々をガラス繊維と一緒にしてコンパンドを生じさせた
。通常の輸送機素、混練りまたは混合機素を有するゾーンと共にポリマー溶融物
から何らかの揮発物を真空排気する低圧ゾーンとダイスが備わっている28mm
のWerner and Pfleiderer2軸押出し機を用いてコンパン
ド化を実施した。このコンパンド化したLCP組成物がそのダイスを出た時点で
、これを水噴霧で急冷した後、通常の標準カッターを用いて切断してペレット状
にした。この押出し機のバレル温度とダイス温度をそれぞれ約290−320℃
と300−320℃に維持した。試験棒材を生じさせるためのLCP組成物の成形
成形を行うに先立って、LCPペレットを真空オーブンの中に入れ窒
素パージしながら100−130℃で約16時間に渡って一晩乾燥させた。42
.5gのArburg成形機を用いるか或は170gのHPM成形機を用い、バ
レル温度を330−360℃に設定し、注入圧力を27−41MPaに設定して
、その乾燥させたポリマーペレットの成形を行うことにより、ASTM D63
8に従って要求される如き引張り特性測定用の標準試験棒材を生じさせた。実施
例1−4にはガラス繊維を30%含有させた。実施例5−14は混ぜ物なしのポ
リマーであった。結果
このLCP類を試験したが、融点(Tm)に関しては製造したままのポリマー
を用い、そしてHDTに関しては、成形したポリマー棒材を用いた。その結果を
以下の表2に示す。
図1および2は、実施例6から14で得られた融点とHDT値を統計学的に解
析した結果を示している。Windows、Version5でSYSTATと
呼ばれているプログラム(SYSTAT,Inc.、Evanston、IL、
USAから入手)および等高プロット操作手順を用いてデータを解析してプロッ
トした。図1の等高線は、LCP類の中のHBAとHNAの量を変化させた時の
等融点線(示す如き値を有する)である。図2は、用いる値がHDT(混ぜもの
なしのLCPが示す)である以外は同様な図である。
実施例15−19
上の実施例6と同じ組成を有するポリマーからフィルムを製造した。このポリ
マーの融点は約266℃であり、これには充填材を含有させなかった。
フィルムの製造で2つの異なるダイスを用いた。実施例15では、米国特許第
4,973,442号の図8に示されているのと同様なダイスであるが熱互変L
CP類に適するように米国特許第4,963,428号(’428)のコラム9
の57行からコラム10の55行に記述されている如く改良を行ったダイスを用
いた。このダイスは’428の表IIの中に「Xydar Die」として与え
られている寸法を有していた。25mmのBerstorff同方向回転2軸押
出し機を用い、ダイス1回転当たり0.6mLの割合でポリマーをそのダイスの
中に供給した。この押出し機の加熱ゾーンを260、271、279、274お
よび274℃に設定した(後ろから前に向かって)。ダイスの温度を279℃に
設定した。このダイスを出た後のポリマー管を膨らませて(空気で)直径を20
.3cmにした。その結果として生じるフィルム管を裂いて、機械方向および横
方向で試験した。この押出し条件に関する追加的データを表3に示し、そしてフ
ィルムの物性を表4に示す。
実施例16−19では、WO 90/15706の図1に示されているのと同
様なダイスを用いてフィルムの製造を行った。パート32、34および36の寸
法は’428の表2に示されているのと同じである。
25mmのBerstorff同方向回転2軸押出し機を用い、ダイス1回転
当たり0.6mLの割合でポリマーをそのダイスの中に供給した。この押出し機
の加熱ゾーンおよびダイスを実施例15と同じにした。
このダイスを出た後のポリマー管を膨らませて(空気で)直径を7.6cmにし
た。その結果として生じるフィルム管を裂いて、機械方向および横方向で試験し
た。この押出し条件に関する追加的データを表3に示し、そしてフィルムの物性
を表4に示す。
ASTM D882に従い、試験速度が1分当たり初期ゲージ長の10%にな
るようにして引張り特性を測定した。この初期ゲージ長を7.62cmにし、そ
してこのサンプルの幅を0.508cmにした。機械方向(MD)および横方向
(TD)の両方で特性を測定した。
実施例20
実施例20で用いるポリマーのHQ/BP/TPA/NPA/HBA/HNA
モル比は50/50/70/30/270/50であり、融点は約276℃であ
った。厚さが約0.9mmのフイルムが得られるように調節したスリットを有し
ている幅が25.4cmの調節可能スリットダイスが備わっている28mmのW
erner & Pfleiderer2軸押出し機を用いて、上記ポリマーの
サンプルを押出した。後方ゾーンを220℃に設定する以外は全てのバレル加熱
ゾーンを270℃に設定した。このダイスを出た時点でフィルムを若干引き伸ば
した。その結果として得られるフィルムは機械方向および横方向の両方で比較的
強靭であった。
実施例21−23
実施例21−23のLCP組成物では各々、Vigreuxカラム、
コンデンサおよび撹拌機(速度を50rpmに設定した)が備わっている反応容
器に、部分芳香族ポリエステルを含む反応体を仕込んだ。最初に仕込んだ反応体
を表5に挙げる。その結果として生じる反応混合物を加熱して還流させた。15
5℃から160℃のポット温度で還流が始まった。この反応混合物を約170℃
の一定ポット温度で約40分間還流させた。この還流全体が終了した後、ポット
温度を高めて190℃にすると、副生成物である酢酸の除去が始まった。その後
、酢酸の除去を継続しながら、温度が305℃に到達するまで20分毎に20℃
の増分で温度を高くした。次に、真空をかけて圧力を約80kPa(絶対)に下
げた。圧力が16.7kPaに到達するまで更に圧力を10分毎に16.7kP
aの減分で下げた。その後、次の10分毎の間隔で3回圧力を下げて6.7kP
a、2.7kPaおよび最終的に最大真空度(13.3Pa絶対未満)にした。
粘度が高くなってきたことで、撹拌速度を下げて約30rpmにした。365℃
および1000秒-1せん断速度における溶融粘度が25Pa・sに等しいか或は
それ以上になった時点で重合を停止させた。これらの成分を最初に反応容器に仕
込んだ後の全反応時間は約7−8時間であった。その結果として得られるポリマ
ーの融点を表5に示す。
実施例24−26
実施例21−23で用いたのと同じ方法で実施例24−26のポリマーを製造
した。この重合で用いたモノマー類を、これらのポリマーが示す融点と一緒に表
6に示す。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FR,GB,GR,IE,IT,LU,M
C,NL,PT,SE),CA,JP
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1. 液晶ポリエステル(LCP)含有組成物において、この液晶ポリエステ ルが、下記の繰り返し単位: (I) から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、 (II) (III) から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、 (IV) (V) (VI) [ここで、 各Arは、独立して、二価の芳香族基であり、そして各Rは、独立して、2から 10個の炭素原子を有するアルキレン基であり、そして更にここで、(II): (III)のモル比は25:75から90:10の範囲であり、(I):(II )+(III)のモル比は本質的に1:1であり、(IV):(V)のモル比は 97:3から50:50の範囲であり、(IV)と(V)を足したモル数は(I )100モル当たり100から600の範囲であるが、但し の時、(V)のモル数が下記の方程式: を満足させることを条件とすると共にまた、 であることを条件とし、ここで、(I)、(II)、(III)、(IV)、( V)および(VI)をモルの単位で表す] を含んでいる組成物。 2. 液晶ポリエステル(LCP)含有組成物において、この液晶ポリエステル が、下記の繰り返し単位: (I) から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、 (II) (III) から成る群から選択される少なくとも1種の繰り返し単位、 (IV) (V) (VI) [ここで、 各Arは、独立して、二価の芳香族基であり、そして各Rは、独立して、2から 10個の炭素原子を有するアルキレン基であり、そして更にここ で、(II):(III)のモル比は25:75から90:10の範囲であり、 (I):(II)+(III)のモル比は本質的に1:1であり、(IV):( V)のモル比は97:3から50:50の範囲であり、(IV)と(V)を足し たモル数は(I)100モル当たり100から600の範囲であるが、但し の時、(V)のモル数が下記の方程式: を満足させることを条件とすると共にまた、 であることを条件とし、ここで、(I)、(II)、(III)、(IV)、( V)および(VI)をモルの単位で表す] から本質的に成る組成物。 3. である請求の範囲2の組成物。 4. (IA)と(IB)の両方が存在しておりそして(IA): (IB)のモル比が99:1から1:99の範囲である請求の範囲3の組成物。 5. (IA):(IB)のモル比が75:25から25:75の範囲である 請求の範囲4の組成物。 6. (II):(III)のモル比が30:70から85:15の範囲であ る請求の範囲3の組成物。 7. (IV):(V)のモル比が50:50から90:10の範囲である請 求の範囲3の組成物。 8. (IV)+(V)のモル数が(I)100モル当たり200から500 である請求の範囲3の組成物。 9. (IA)と(IB)の両方が存在しておりそして(IA):(IB)の モル比が75:25から25:75の範囲であり、(II):(III)のモル 比が30:70から85:15の範囲であり、そして(IV):(V)のモル比 が50:50から90:10の範囲である請求の範囲8の組成物。 10. (V)の量が下記の方程式: を満足させる請求の範囲2の組成物。 11. (V)の量が下記の方程式: を満足させる請求の範囲3の組成物。 12. 充填材、炭素繊維、触媒、核形成剤、顔料、抗酸化剤、安定剤、可塑 剤、滑剤、タフナー、鉱物、カーボンブラック、相乗剤、ガラ ス補強材、メタケイ酸カルシウム、炭酸カルシウム、タルク、二酸化チタンおよ び焼成ケイ酸アルミニウムの少なくとも1種を更に含んでいる請求の範囲2の組 成物。 13. 存在している(VI)の量が下記の方程式: を満足させる請求の範囲2の組成物。 14. Arを1,4−フェニレンまたは2,6−ナフタレンから選択しそし てRをエチレンまたは1,4−ブチレンから選択する請求の範囲2の組成物。 15. Arを1,4−フェニレンまたは2,6−ナフタレンから選択しそし てRをエチレンまたは1,4−ブチレンから選択する請求の範囲13の組成物。 16. 請求の範囲1の組成物を含むフィルム。 17. 請求の範囲2の組成物を含むフィルム。 18. 請求の範囲3の組成物を含むフィルム。
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