JPH0925419A - 微粒子分散型分子複合材 - Google Patents

微粒子分散型分子複合材

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JPH0925419A
JPH0925419A JP19794895A JP19794895A JPH0925419A JP H0925419 A JPH0925419 A JP H0925419A JP 19794895 A JP19794895 A JP 19794895A JP 19794895 A JP19794895 A JP 19794895A JP H0925419 A JPH0925419 A JP H0925419A
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copolymer
composite material
aromatic
polymer
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JP19794895A
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Koji Akita
浩司 秋田
Hiroto Kobayashi
啓人 小林
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 補強高分子である剛直芳香族ポリマーが、マ
トリックスポリマー中に微細に均一に良好に分散し、加
熱成形段階での補強高分子の凝集などもなく、もって機
械的強度などに優れた分子複合材を提供する。 【解決手段】 マトリックスポリマーと微粒子分散型構
造を形成する芳香族複素環コポリマーとからなる微粒子
分散型分子複合材。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マトリックスポリ
マーと芳香族複素環コポリマーとからなる分子複合材に
関するものであって、特に機械的特性などに優れ、航空
機や自動車、宇宙機器などの構造材料として使用するの
に適した微粒子分散型分子複合材に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、航空機や自動車などの軽量化の目
的で、機械的性質や耐熱性などに優れた、いわゆるエン
ジニアリングプラスチックが広く使われるようになって
いる。また、強度や剛性を向上するために、プラスチッ
ク材とカーボンファイバーなどの高強度高弾性の繊維と
を組み合わせたFRPなどの複合材料の開発も盛んに行
われるようになり、広く実用に供されている。
【0003】これらの複合材の強度は、マトリックスと
なるプラスチック、および補強材として用いた繊維自身
の強度のほかに、繊維とマトリックス樹脂との界面接着
性に大きく影響されることが知られている。また、繊維
強化プリフォームへのマトリックス樹脂の含浸性の良不
良も、製造の観点のみならず製品の強度に影響してく
る。このような事情から、材料として高強度、高弾性を
示す繊維または樹脂を用いても、必ずしも強度、剛性に
優れた複合材を得ることができるとは限らない。
【0004】そこで、芳香族ポリアミドなどのいわゆる
剛直ポリマーを、マトリックス樹脂となるポリマー中に
分子レベルまで微細に分散させることにより、いわゆる
ポリマーブレンド系複合材(分子複合材)として上記の
問題を克服し、高強度の複合材を得ようとする試みが提
案され、その研究が行われている。
【0005】分子複合材に好適に使用される芳香族高分
子としては、例えばチアゾール環、イミダゾール環、オ
キサゾール環、オキサジノン環などの複素環を繰り返し
単位内に有するものがあり、中でもチアゾール環を有す
るポリチアゾールは、その優れた機械的強度により、分
子複合材の補強高分子として有望視されている。
【0006】ところで、芳香族チアゾールなどの補強高
分子とマトリックスポリマーとを単純に混合して分子複
合材を製造しようとしても、補強高分子の有する剛直性
のために、補強高分子とマトリックスポリマーとの相溶
性が一般に良好とはならず、補強高分子のマトリックス
ポリマー中への均一な分散を得ることは難しい。補強高
分子がマトリックスポリマー中に均一に分散しなけれ
ば、機械的特性に優れた分子複合材を得ることはできな
い。そのために、これまで種々の試みがなされている。
【0007】例えば、特開平1−287167号公報
は、実質的に棒状骨格を有するポリチアゾールからなる
補強高分子(A)と融着性を有するマトリックスポリマ
ー(B)とを主として含有する高分子溶液を凝固浴中に
導入し、製膜することからなる高分子複合体の製造法で
あって、上記高分子溶液が光学的異方性を呈し、上記高
分子溶液が凝固浴中に浸漬後、見掛け上、光学的等方性
相を経由したのち、凝固させる方法を開示している。
【0008】また、特公平2−7976号公報は、実質
的に棒状骨格を有するポリチアゾールからなる補強高分
子(A)と、200℃以上のガラス転移温度および50
0℃以下の流動開始温度を有し、かつガラス転移温度と
流動開始温度との間の温度でそのものを5時間以内の任
意の時間保持したとき、形成される見掛けの結晶サイズ
が25Å以下である難結晶性芳香族コポリアミドからな
るマトリックス高分子(B)とが、(A)/〔(A)+
(B)〕=0.15〜0.70(重量基準)の割合で含
有される高分子組成物を開示している。
【0009】しかしながら、特開平1−287167号
公報に示される高分子複合体の製造方法、および特公平
2−7976号公報に開示の高分子組成物を用いた複合
材の製造では、補強高分子とマトリックスポリマーとの
均一な分散がそれほど期待できず、得られる分子複合材
の機械的強度などが大きく向上しない。これは、剛直性
を示す補強高分子とマトリックスとの相溶性が良くない
ため、補強高分子のマトリックスポリマー中への分散が
充分とならないためであると思われる。
【0010】そこで、剛直芳香族ポリマーとマトリック
スポリマーとを混合するのではなく、剛直芳香族ポリマ
ーの前駆物質と、マトリックスポリマーまたはその前駆
物質とを有機溶媒中で均一に混合し、有機溶媒を除去後
に加熱して前駆物質を剛直芳香族ポリマーとする方法が
提案されている(特開昭64−1760号公報および特
開昭64−1761号公報)。上記の方法によれば、機
械的強度などが比較的良好な分子複合材を製造すること
ができるようになる。
【0011】しかしながら、本発明者らの研究によれ
ば、例えば分子複合材の熱圧成形を目的としてマトリッ
クスポリマーに熱可塑性樹脂を用い、これと芳香族ポリ
チアゾール前駆物質とを用いて、上述の特開昭64−1
760号公報または特開昭64−1761号公報に示さ
れた方法により分子複合材を製造しようとすると、マト
リックスポリマーと前駆物質との均一混合物の加熱成形
段階で、チアゾール閉環反応により形成される芳香族ポ
リチアゾールが凝集してしまい、その結果、分子複合材
の機械的特性が低下することが分かった。また、芳香族
ポリチアゾールは、マトリックスポリマーと水素結合な
どの相互作用に乏しいため、得られる分子複合材の伸び
が小さい。これは、構造材などに用いる場合の欠点とな
る。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術的課題を背景になされたものであり、本発
明の目的は、上記の問題を解決し、補強高分子である剛
直芳香族ポリマーが、マトリックスポリマー中に微細に
均一に良好に分散し、加熱成形段階での補強高分子の凝
集などもなく、もって機械的強度などに優れた分子複合
材を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、マトリックス
ポリマーと微粒子分散型構造を形成されてなる芳香族複
素環コポリマーとからなる微粒子分散型分子複合材を提
供するものである。また、本発明は、マトリックスポリ
マーと芳香族複素環コポリマーの前駆体を有機溶媒中で
相溶し、脱溶媒して凝固させ、これらの複合材を得たの
ち、熱処理することにより芳香族複素環コポリマーの前
駆体の閉環反応を起こし、マトリックスポリマーと芳香
族複素環コポリマーの複合材を得、この複合材を金型ホ
ットプレス成形することを特徴とする微粒子分散型分子
複合材の製造方法を提供するものある。
【0014】
【発明の実施の形態】本発明の微粒子分散型分子複合材
は、マトリックスリッチ相を島とし、強化ポリマー(芳
香族複素環コポリマー)リッチ相を海とした2相複合材
料であり、強化ポリマーリッチ相には、強化材が微粒子
として均一に分散している。
【0015】本発明においてマトリックスポリマーとし
ては、ポリアミド、ポリイミド、ポリアミドイミド、ア
ラミド系樹脂(芳香族ポリアミド)、ポリエーテルスル
ホン、ポリエーテルイミドなどが挙げられる。これらの
マトリックスポリマーは、芳香族複素環コポリマーとの
相溶性が良好であり、機械的強度に優れた分子複合材を
与えることができる。マトリックスポリマーとしては、
特に芳香族ポリアミドが好ましい。
【0016】次に、芳香族複素環コポリマーについて説
明する。本発明において、分子複合材の補強高分子とな
る芳香族複素環コポリマーは、複合材中で微粒子分散型
構造を形成している。微粒子は、その最大径(φ)が1
00nm以下で均一に分散しており、もって本発明の複
合材は、優れた機械的特性を有するのである。このよう
な芳香族複素環コポリマーとしては、ポリベンゾチアゾ
ール(PBT)あるいはポリベンゾオキサゾール(PB
O)のランダムあるいはブロックコポリマーが挙げられ
る。
【0017】本発明においては、マトリックスポリマー
とこれらの芳香族複素環コポリマーの複合は、マトリッ
クスポリマーと芳香族複素環コポリマーの前駆体を混合
し複合材とし、これを所定の温度で加熱して閉環反応を
起こし、もって最終的にマトリックスポリマーと芳香族
複素環コポリマーの複合材とする。そして、さらにこれ
を金型ホットプレスにて成形することにより、本発明の
複合材成形品を得ることができる。
【0018】従って、まずPBTコポリマーの前駆体に
ついて説明する。PBT前駆体コポリマーの製造 本発明において、分子複合材の補強高分子となるPBT
コポリマーの前駆体は、下記式(化1)
【0019】
【化1】
【0020】(ただし、ArおよびAr′は芳香族残基
であり、Rは置換または無置換のアルキル基であり、X
はジカルボン酸誘導体の残基であり、mおよびnはとも
に整数であり、m:nは0.01:99.99〜99.
99:0.01である)で表される。
【0021】この前駆体コポリマーは、(a)チオール
基の水素原子を、置換または無置換のアルキル基で置換
した芳香族ジアミノジチオール化合物、(b)芳香族ジ
アミノ化合物および(c)ジカルボン酸誘導体とから製
造することができる。
【0022】(a)チオール基の水素原子を、置換また
は無置換のアルキル基で置換した芳香族ジアミノジチオ
ール化合物 本発明において、(a)チオール基の水素原子を、置換
または無置換のアルキル基で置換した芳香族ジアミノジ
チオール化合物〔以下「化合物(a)」と呼ぶ〕は、下
記一般式(化2)
【0023】
【化2】
【0024】(ただし、Arは芳香族残基であり、Rは
置換または無置換のアルキル基である)で表されるもの
である。ここで、芳香族残基Arは、ベンゼン環に限ら
ず2つ以上のベンゼン環が縮合した芳香族環でもよく、
またビフェニルなどのように2つ以上のベンゼン環が結
合したものでもよい。また、両側のアミノ基およびチオ
エーテル基の位置は、芳香族残基を中心として左右対称
でも点対称でもよい。この化合物(a)の具体例として
は、(化3)などが挙げられる。
【0025】
【化3】
【0026】この化合物(a)は、芳香族残基の両側に
それぞれアミノ基およびチオール基を有する化合物であ
る芳香族ジアミノジチオール化合物より合成することが
できる。芳香族ジアミノジチオール化合物としては、上
述した(化3)に示す各化合物のアルキル基Rを水素原
子で置き換えたものを使用することができるが、この芳
香族ジアミノジチオール化合物は、劣化を防ぐためには
塩酸塩などの塩の形で使用する。
【0027】芳香族ジアミノジチオール化合物のチオー
ル基に結合するアルキル基Rは、置換または無置換のア
ルキル基である。無置換のアルキル基としては、イソプ
ロピル基、エチル基、n−プロピル基、n−ブチル基、
sec−ブチル基、tert−ブチル基などが挙げられ
る。アルキル基としては、2級および3級のアルキル基
が特に好ましい。
【0028】また、置換アルキル基としては、カルボキ
シル基、エステル基、シアノ基またはベンゼン基などに
より置換されたアルキル基が好適である。なお、このよ
うな置換基を有する場合には、アルキル基は特に2級の
ものである必要はない。置換基を有するアルキル基とし
ては、例えば(化4)などが挙げられる。
【0029】
【化4】
【0030】なお、上記の6つの置換アルキル基のう
ち、上位に示す2つのエステル基を置換したものにおい
ては、エステル結合中の酸素原子に結合するアルキル基
がメチル基に限らず、炭素数2〜10のアルキル基であ
ってもよい。
【0031】特に、芳香族ジアミノジチオール化合物の
チオール基の水素原子を、シアノ基を有するアルキル基
またはエステル基を有するアルキル基で置換しておく
と、前駆体コポリマー〔上記した(化1)のポリマー〕
の、Nメチル−2−ピロリドンなどの有機溶媒への溶解
度が向上する。
【0032】上記したアルキル基は、そのハロゲン化物
であるアルキルハライドとして用い、これと、さきに述
べた芳香族ジアミノジチオール化合物(の塩)とから、
以下に示す方法により化合物(a)を合成する。なお、
ハロゲン化物としては、上記したアルキル基の臭素化
物、塩化物、ヨウ化物などが使用できる。
【0033】化合物(a)の合成では、上述した芳香族
ジアミノジチオール化合物の塩およびアルキルハライド
とをアルカリ性水溶液中で反応させる。使用するアルカ
リ性水性溶媒としては、水、または水とアルコール(エ
タノールおよび/またはメタノール)との混合溶媒に、
水酸化ナトリウムなどの塩基性塩を溶解したものを使用
することができる。溶媒をアルカリ性とすることで、芳
香族ジアミノジチオール化合物の塩を容易に溶解するこ
とができる。また、チオール基の求核性を増大させ、置
換反応を助長する。なお、アルカリ性水性溶媒のアルカ
リ濃度は、モノマーの2等量以上、4等量以下がよい。
平衡反応であり、2等量未満では反応が充分に進行せ
ず、一方4等量を超えるとアルカリ性水性溶媒を除去す
るのが面倒で、作業性が落ちる。
【0034】この置換反応は、0℃〜100℃の範囲で
行うことができる。温度が0℃未満であると、反応速度
が遅くなり好ましくない。一方、100℃を超えると、
副反応が起こってしまい好ましくない。より好ましい反
応温度は、0〜95℃である。反応時間は特に制限はな
いが、一般に2〜24時間程度でよい。なお、反応速度
を高めるために、溶液の攪拌を行うことが好ましい。ま
た、アルキルハライドの量を過剰にすることで、反応速
度を高めることができる。
【0035】さらに、セチルトリメチルアンモニウムク
ロライド、臭化n−ブチルトリフェニルホスホニウム、
臭化テトラフェニルホスホニウム、18−クラウン−6
などを相間移動触媒として加えると、反応速度を高める
ことができる。このような相間移動触媒は、芳香族ジア
ミノジチオール化合物の塩とアルキルハライドとの反応
を速やかに進行させる。
【0036】以上の条件で置換反応を行うことにより、
芳香族ジアミノジチオール化合物の塩のチオール基の水
素原子をアルキル基で置換したモノマー〔化合物
(a)〕を得ることができる。
【0037】化合物(a)を合成する反応において、芳
香族ジアミノジチオール化合物の塩とアルキルハライド
との反応は、以下(化5)のとおり進行する。ここで、
芳香族ジアミノジチオール化合物の塩の例として、2,
5−ジアミノ−1,4−ベンゼンジチオール二塩酸塩を
用いる。また、式中、X−Rは、アルキルハライドを表
す。
【0038】
【化5】
【0039】(b)芳香族ジアミノ化合物 本発明で用いる芳香族ジアミノ化合物としては、屈曲可
能な構造を有する芳香族ジアミノ化合物が好ましく、ジ
フェニルエーテル、ビフェニルなどの芳香族残基を有す
るジアミンを好適に用いることができる。芳香族ジアミ
ノ化合物としては、具体的には(化6)で表される芳香
族残基を有するものを使用することができる。
【0040】
【化6】
【0041】上記した(化6)中の芳香族残基のうち、
上位に示すジフェニルエーテル基、トリフェニルエーテ
ル基が好ましい。このようなジフェニルエーテル基を用
いれば、得られる前駆体コポリマーに充分な屈曲性を付
与することができる。なお、芳香族複素環コポリマーと
マトリックスとなるポリマーとの相溶性を向上させるた
めに、この化合物(b)として、混合相手となるマトリ
ックスポリマーの一部と同一または類似の構造を有する
ものを選択するのがよい。
【0042】(c)ジカルボン酸誘導体 また、本発明において使用するジカルボン酸の誘導体と
しては、各カルボキシル基を以下の(化7)のように置
換したものが挙げられる。
【0043】
【化7】
【0044】また、上記ジカルボン酸誘導体の残基とし
ては、比較的短鎖(炭素数2〜10)のアルキレン基
や、以下のような(化8)で表される芳香族系残基が挙
げられる。なお、ジカルボン酸の例としては、芳香族系
のジカルボン酸が好ましい。
【0045】
【化8】
【0046】なお、芳香族残基には、ハロゲン、および
/または低級アルキル基、低級アルコキシル基もしくは
フェニル基などの置換基を付加し得る。このような置換
基を導入することによって、反応性、溶媒への溶解性を
向上させることができる。
【0047】このような芳香族ジカルボン酸誘導体の中
では、特にテレフタル酸ジクロリド、またはそのハロゲ
ン置換体、イソフタル酸ジクロリドが好ましく、具体的
には2−クロロテレフタル酸ジクロリド、および2,5
−ジクロロテレフタル酸ジクロリドなどを好適に用いる
ことができる。なお、これらの芳香族ジカルボン酸誘導
体は、単独で用いても、あるいは2種以上混合して用い
てもよい。
【0048】(1)PBT前駆体ランダムコポリマーの
製造 次に、前駆体ランダムコポリマーの製造方法について説
明する。ランダムコポリマーを製造する場合は、化合物
(a)、(b)および(c)を所望の配合比で有機溶媒
に溶解し、この三者を共重合する。好ましくは化合物
(a)と化合物(b)との均一溶液をまず調製し、これ
に(c)ジカルボン酸誘導体を加える。
【0049】有機溶媒を用いた溶液中の化合物(a)と
化合物(b)の量の比は、最終的に得られるPBT前駆
体ランダムコポリマーにおいて、剛直鎖部位に変化する
部分と柔軟な鎖部分となる部分との比率〔すなわち、上
記した(化1)におけるmとnの比〕となるが、PBT
前駆体ランダムコポリマーの使用目的に合わせて、化合
物(a)と化合物(b)の量を適宜決定する。本発明に
おいては、m:nが0.01:〜99.99〜99.9
9:0.01となるように化合物(a)と化合物(b)
を配合する。
【0050】また、(c)ジカルボン酸誘導体の量は、
化合物(a)と化合物(b)の合計モル量と等量または
それ以上とする。また、有機溶媒中における化合物
(a)、化合物(b)および化合物(c)の合計量の濃
度は、0.1〜5モル/リットル程度とするのがよい。
濃度が5モル/リットルを超す濃度となると、各成分の
溶解が難しくなり、好ましくない。
【0051】有機溶媒としては、アミド系有機溶媒を好
適に用いることができる。アミド系有機溶媒としては、
N−メチル−2−ピロリドン、ヘキサメチルフォスフォ
リックトリアミド、N,N−ジメチルアセトアミドなど
が挙げられ、これらの単独または混合溶液を使用するこ
とができる。また、溶解性を高めるために、3〜20重
量%のLiCl、CaCl2 などの塩化物を添加しても
よい。
【0052】化合物(a)、(b)および(c)とを重
合し、前駆体ランダムコポリマーを製造するが、このと
きの重合反応温度は、−20〜50℃とするのがよい。
重合温度が−20℃未満では、充分な重合反応が起こら
ず、また得られる前駆体ランダムコポリマーの重合度も
低くなる。一方、250℃程度の温度では、チアゾール
閉環反応が起こる可能性があるので、安全をみて重合反
応の温度の上限は50℃とする。より好ましくは、−2
0〜30℃の範囲である。
【0053】上記の重合反応では、その反応速度を高め
るために、溶液の攪拌を行うことが好ましい。また、反
応時間は特に制限はないが、一般に1〜24時間程度で
よい。以上の条件で重合反応を行うことにより、チアゾ
ール閉環反応を起こすことなく、大きな重合度を有する
前駆体ランダムコポリマーが得られる。得られる前駆体
ランダムコポリマーの固有粘度ηinh (N−メチル−2
−ピロリドン、30℃、0.5g/dl)は、0.4以
上が好ましく、さらに好ましくは0.8〜1.6程度で
ある。
【0054】この重合反応は、以下のとおり進行するも
のと考えられる。なお、下記の反応式(化9)におい
て、化合物(a)の例として、2,5−ジアミノ−1,
4−ベンゼンジチオール二塩酸塩のアルキル基置換体を
用い、化合物(b)の例として4,4′−ジアミノジフ
ェニルエーテル(4−アミノ−p−フェノキシアニリ
ン)を用い、(c)ジカルボン酸誘導体の例として2−
クロロテレフタル酸ジクロライドを用いている。また、
mおよびnは、重合度を表す。
【0055】
【化9】
【0056】得られた前駆体ランダムコポリマーは、公
知の方法により洗浄および乾燥することができる。
【0057】(2)PBT前駆体ブロックコポリマーの
製造 本発明において、前駆体ブロックコポリマーは、上記の
ランダムコポリマーと同様に上記の(化1)で表され、
上記と同様の(a)チオール基の水素原子を置換または
無置換のアルキル基で置換した芳香族ジアミノジチオー
ル化合物、(b)芳香族ジアミノ化合物および(c)ジ
カルボン酸誘導体とから製造することができる。
【0058】具体的には、前駆体ブロックコポリマー
は、(i)化合物(a)および(b)をそれぞれ、別々
に有機溶媒中で(c)ジカルボン酸誘導体と反応させる
ことにより、2種類のオリゴマーを合成し、(ii)得ら
れた2種類のオリゴマーを有機溶媒中で反応させること
により製造することができる。
【0059】ここで、説明を簡単にするため、化合物
(a)と(c)ジカルボン酸誘導体とを反応させて得ら
れるオリゴマーをオリゴマー(I)と呼び、化合物
(b)と(c)ジカルボン酸誘導体とを反応させて得ら
れるオリゴマーをオリゴマー(II)と呼ぶ。
【0060】(2)−1PBT前駆体ブロックコポリマ
ー用のオリゴマーの合成 (a)芳香族ジアミノジチオール化合物と(c)ジカル
ボン酸誘導体とを有機溶媒に溶解し、所定の温度で攪拌
してオリゴマー(I)を製造する。オリゴマー(I)の
合成において、化合物(a)のモル量と(c)ジカルボ
ン酸誘導体のモル量とは基本的には等量とするが、オリ
ゴマー(I)の分子量を適切なものとし、また後述する
オリゴマー(II) との反応を良好にするために、(c)
ジカルボン酸誘導体の量を多少調節してもよい。
【0061】また、有機溶媒中における化合物(a)と
(c)ジカルボン酸誘導体の合計量の濃度は、0.1〜
5モル/リットル程度とするのがよい。濃度が5モル/
リットルを超えると、各成分の溶解が難しくなり好まし
くない。有機溶媒としては、ランダムコポリマーの製造
の際に用いられるものと同様のものが挙げられる。
【0062】(a)芳香族ジアミノジチオール化合物と
(c)ジカルボン酸誘導体とを重合してオリゴマー
(I)を合成する時の重合反応温度は、−20〜200
℃とするのがよい。反応温度が−20℃未満であると、
充分な重合反応が起こらない。一方、250℃程度の温
度では、チアゾール閉環反応が起こる可能性があるの
で、重合反応の温度の上限は200℃とする。好ましく
は、−20〜80℃、さらに好ましくは−10〜50℃
の範囲とする。
【0063】上記のオリゴマー(I)の製造において
は、反応速度を高めるために、溶液の攪拌を行うことが
好ましい。また、反応時間は、1〜120分程度とする
のがよい。化合物(a)と(c)ジカルボン酸誘導体と
の重合反応は、以下のとおり進行するものと考えられ
る。なお、下記の反応式(化10)において、化合物
(a)の例として、2,5−ジアミノ−1,4−ベンゼ
ンジチオール二塩酸塩のアルキル基置換体を用い、
(c)ジカルボン酸誘導体の例として2−クロロテレフ
タル酸ジクロライドを用いている。なお、mは、重合度
を表す。オリゴマー(I)の固有粘度ηinh (N−メチ
ル−2−ピロリドン、30℃、0.5g/dl)は、
0.1〜0.7程度である。
【0064】
【化10】
【0065】また、オリゴマー(II) も、上述したオリ
ゴマー(I)の合成方法と同様にして合成することがで
きる。オリゴマー(II) の合成の場合も、(c)ジカル
ボン酸誘導体の量は基本的には化合物(b)のモル量と
等量とするが、オリゴマー(I)の合成時の(c)ジカ
ルボン酸誘導体の量の調節に合わせて、オリゴマー(I
I) の合成における(c)ジカルボン酸誘導体の量も調
節するのがよい。
【0066】有機溶媒中における化合物(b)および
(c)ジカルボン酸誘導体の合計量の濃度は0.5〜5
モル/リットル程度とするのがよい。また、重合反応温
度は、−20℃〜400℃、好ましくは−20〜200
℃とするのがよい。温度が−20℃未満であると、充分
な重合反応が起こらない。一方、400℃程度の温度で
は、熱分解が生じる。より好ましくは、−10〜50℃
の範囲である。
【0067】なお、オリゴマー(II) の合成において用
いる有機溶媒としては、上述のオリゴマー(I)の合成
に用いたものと同様のものが挙げられる。反応時間は特
に制限はないが、一般に1〜120分程度とするのがよ
い。
【0068】化合物(b)と(c)ジカルボン酸誘導体
との重合反応は、以下のとおり進行するものと考えられ
る。なお、下記の反応式(化11)において、化合物
(b)の例として4,4′−ジアミノジフェニルエーテ
ル(4−アミノ−p−フェノキシアニリン)を用い、
(c)ジカルボン酸誘導体の例として2−クロロテレフ
タル酸ジクロライドを用いている。なお、nは重合度を
表す。オリゴマー(II) の固有粘度ηinh (N−メチル
−2−ピロリドン、30℃、0.5g/dl)は、0.
1〜0.4程度である。
【0069】
【化11】
【0070】(2)−2PBT前駆体ブロックコポリマ
ーの製造 上述した方法により得られたオリゴマー(I)とオリゴ
マー(II) とを有機溶媒中で反応させ、前駆体ブロック
コポリマーを合成する。有機溶媒としては、上記のオリ
ゴマー(I)あるいは(II) の合成で用いたものを使用
することができる。
【0071】具体的には、オリゴマー(I)を溶解した
有機溶媒とオリゴマー(II) を溶解した有機溶媒を混合
し、−10〜50℃で攪拌して前駆体ブロックコポリマ
ーを合成する。−10℃未満では、重合が進まない。な
お、250℃を超す温度とするとチアゾール閉環反応が
進行してしまう。
【0072】以上の条件で重合反応を行うことにより、
チアゾール閉環反応を起こすことなく、大きな重合度を
有する前駆体ブロックコポリマーが得られる。得られる
PBT前駆体ブロックコポリマーの固有粘度ηinh (N
−メチル−2−ピロリドン、30℃、0.5g/dl)
は、0.4〜1.5程度である。
【0073】オリゴマー(I)とオリゴマー(II) との
重合反応は、以下(化12)のとおりに進行し、前駆体
ブロックコポリマーが得られる。ここで、オリゴマー
(I)として先に(化10)で示した反応により得られ
たものを用い、オリゴマー(II) としては(化11)で
示したものを用いているが、本発明はこれに限定される
ものではない。
【0074】
【化12】
【0075】なお、mおよびnは、重合度を示してい
る。本発明においては、1つのコポリマー中のmの合計
(上記式でmによって括られている部位の前駆体コポリ
マー中における合計の重合度)とnの合計(上記式でn
によって括られている部位の前駆体コポリマー中におけ
る合計の重合度)との比m:nは、0.01:〜99.
99〜99.99:0.01の範囲をとる。
【0076】得られる前駆体ブロックコポリマーは、公
知の方法により洗浄および乾燥することができる。
【0077】PBO前駆体コポリマーの製造 本発明において、PBO前駆体コポリマーは、下記式
(化13)で表される。
【0078】
【化13】
【0079】(ただし、Arは芳香族残基であり、mお
よびnはともに整数であり、m:nは0.01:99.
99〜99.99:0.01である。)
【0080】このPBO前駆体コポリマーは、(d)ア
ミノ基および/またはヒドロキシル基の水素原子を置換
または無置換した芳香族ジアミノジヒドロキシ化合物、
(e)アミノ基の水素原子を置換または無置換した芳香
族ジアミノ化合物および(c)ジカルボン酸誘導体とか
ら製造することができる。
【0081】(d)アミノ基および/またはヒドロキシ
ル基の水素原子を置換または無置換した芳香族ジアミノ
ジヒドロキシ化合物 本発明における芳香族ジアミノヒドロキシ化合物は、芳
香族残基の両側にそれぞれアミノ基、ヒドロキシル基を
有する化合物であり、芳香族残基はベンゼン環に限らず
2つ以上のベンゼン環が縮合した芳香族環でもよく、ま
たビフェニルなどのように2つ以上のベンゼン環が結合
したものでもよい。また、両側のアミノ基およびヒドロ
キシル基の位置関係は、芳香族残基を中心として左右対
称でも点対称でもよい。このような芳香族ジアミノジヒ
ドロキシ化合物の例としては、(化14)などが挙げら
れる。
【0082】
【化14】
【0083】なお、本発明において、(d)芳香族ジア
ミノジヒドロキシ化合物は、そのアミノ基および/また
はヒドロキシル基の水素原子が置換されたものでもよ
い。水素基がシリル基で置換されたシリル化物により前
駆体コポリマーを製造すると、高分子量のものを高い収
率で得ることができ好ましい。
【0084】また、上述した(d)芳香族ジアミノジヒ
ドロキシ化合物において、その芳香族残基にClなどの
置換基を有したものを用いてもよい。これらの芳香族ジ
アミノジヒドロキシ化合物は、劣化を防ぐために塩酸塩
などの塩の形で使用するのがよい。芳香族ジアミノジヒ
ドロキシ化合物としては、特に4,6−ジアミノ−1,
3−ジヒドロキシベンゼン(またはその塩)、そのシリ
ル化物が好適に用いられる。
【0085】(e)アミノ基の水素原子を置換または無
置換した芳香族ジアミノ化合物 本発明で用いる芳香族ジアミノ化合物としては、屈曲可
能な構造を有する芳香族ジアミノ化合物が好ましく、ジ
フェニルエーテル、ビフェニルなどの芳香族残基を有す
るジアミンを好適に用いることができる。芳香族ジアミ
ノ化合物としては、具体的には上記の(化6)で表され
る芳香族残基を有するものを使用することができるが、
これらの芳香族ジアミノ化合物のアミノ基の水素原子
は、置換されたものであってもよい。特に、シリル化さ
れたものが好ましい。上記した(化6)中の芳香族残基
のうち、上位に示すジフェニルエーテル基、トリフェニ
ルエーテル基が好ましい。このようなジフェニルエーテ
ル基を用いれば、得られる前駆体コポリマーに充分な屈
曲性を付与することができる。
【0086】なお、前駆体コポリマーと、マトリックス
となるポリマーとの相溶性を向上させるために、この化
合物(e)として、混合相手となるマトリックスポリマ
ーの一部と同一または類似の構造を有するものを選択す
るのがよい。
【0087】本発明のPBO前駆体コポリマーは、上記
の化合物(d)、(e)、(c)より得られるものであ
るが、コポリマーはブロックコポリマーであっても、ラ
ンダムコポリマーであってもどちらでも構わない。以下
に、これらの製造方法について説明する。
【0088】(3)PBO前駆体ランダムコポリマーの
製造 PBO前駆体ランダムコポリマーを製造するには、化合
物(d)として、芳香族ジアミノジヒドロキシ化合物の
アミノ基およびヒドロキシル基をシリル化した芳香族ジ
アミノジヒドロキシ化合物を用い、化合物(e)とし
て、アミノ基をシリル化した芳香族ジアミノ化合物を用
い、これらと(c)ジカルボン酸誘導体と反応させるの
がよい。上述したように、このように化合物(d)、
(e)としてシリル化を行った化合物を用いコポリマー
を製造すると、高分子量のものを高い収率で得ることが
できる。
【0089】芳香族ジアミノジヒドロキシ化合物のアミ
ノ基およびヒドロキシル基をシリル化するには、芳香族
ジアミノジヒドロキシ化合物またはその塩、特に塩酸塩
を、チッ素含有シリル化剤を用いて、有機溶媒中または
溶媒なしで、80℃〜140℃で6〜72時間処理す
る。
【0090】このようなシリル化反応に有効なチッ素含
有シリル化剤としては、ヘキサメチルジシラザン、N,
N−ジエチルアミノトリメチルシラン、N,O−ビス
(トリメチルシリル)カーバメイト、N−トリメチルシ
リルイミダゾールなどが挙げられる。
【0091】また、シリル化反応を行う有機溶媒とし
て、テトラヒドロフラン、四塩化炭素、N,N−ジメチ
ルアセトアミドなどを用いることができるが、有機溶媒
を省略することもできる。シリル化温度が80℃より低
いと、反応性が充分でなく、一方140℃より高いと、
アミン塩酸塩の分解が起こり、好ましくない。
【0092】同様にして、(e)芳香族ジアミノ化合物
も、シリル化することができる。上記の条件でシリル化
物を製造したならば、次に上記の化合物(d)、(e)
および(c)を所望の配合比で有機溶媒に溶解し、−1
0〜40℃で6〜24時間攪拌して、この3者を共重合
する。好ましくは、化合物(d)と化合物(e)との均
一溶液をまず調製し、これに(c)ジカルボン酸誘導体
を加える。重合温度は、−20℃未満では重合が進ま
ず、一方250℃を超す温度とするとオキサゾール閉環
反応が進行してしまう。
【0093】以上の条件で重合反応を行うことにより、
オキサゾール閉環反応を起こすことなく、大きな重合度
を有する前駆体ランダムコポリマーが得られる。得られ
るPBO前駆体ランダムコポリマーの固有粘度η
inh ((N−メチル−2−ピロリドン、30℃、0.5
g/dl)は、0.4〜1.2程度である。
【0094】有機溶媒を用いた溶液中の化合物(d)と
化合物(e)の量の比は、最終的に得られるランダムコ
ポリマーにおいて、剛直鎖部位に変化する部分と柔軟な
鎖部分となる部分との比率〔すなわち、上記した(化1
3)におけるmとnの比〕となるが、前駆体ランダムコ
ポリマーの使用目的に合わせて、化合物(d)と化合物
(e)の量を適宜決定する。本発明においては、m:n
は、0.01:〜99.99〜99.99:0.01の
範囲をとることができる。
【0095】また、(c)ジカルボン酸誘導体の量は、
化合物(d)と化合物(e)の合計モル量と等量または
それ以上とする。また、有機溶媒中における化合物
(d)、化合物(e)および化合物(c)の合計量の濃
度は、0.5〜5モル/リットル程度とするのがよい。
濃度が、0.5モル/リットル未満では重合反応が進行
し難く、一方5モル/リットルを超す濃度となると、各
成分の溶解が難しくなり、好ましくない。
【0096】有機溶媒としては、例えばN,N−ジメチ
ルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−
メチル−2−ピロリドンなどのアミド系溶媒、ピリジン
などの芳香族アミン系溶媒、ジメチルスルホキシド、テ
トラメチルスルホンなどのイオウ系溶媒、ベンゼン、ト
ルエン、アニソール、ジフェニルエーテル、ニトロベン
ゼン、ベンゾニトリルなどのベンゼン系溶媒、テトラヒ
ドロフラン、1,4−ジオキサンなどのエーテル系溶
媒、クロロホルム、トリクロルエタン、四塩化炭素など
のハロゲン化炭化水素などの中性溶媒(aprotic
solvent)を挙げることができる。得られたラ
ンダムコポリマーは、公知の方法により洗浄および乾燥
することができる。
【0097】(4)PBO前駆体ブロックコポリマーの
製造 本発明において、PBO前駆体ブロックコポリマーは、
上記のランダムコポリマーと同様に上記の(化13)で
表され、上記と同様なシリル化した(d)芳香族ジアミ
ノジヒドロキシ化合物、シリル化した(e)芳香族ジア
ミノ化合物、および(c)ジカルボン酸誘導体とから製
造することができる。
【0098】具体的には、PBO前駆体ブロックコポリ
マーは、(i)化合物(d)および(e)をそれぞれ、
別々に有機溶媒中で(c)ジカルボン酸誘導体と反応さ
せることにより、2種類のオリゴマーを合成し、(ii)
得られた2種類のオリゴマーを有機溶媒中で反応させる
ことにより製造することができる。ここで、説明を簡単
にするため、化合物(d)と(c)ジカルボン酸誘導体
とを反応させて得られるオリゴマーをオリゴマー(III)
と呼び、化合物(e)と(c)ジカルボン酸誘導体とを
反応させて得られるオリゴマーをオリゴマー(IV)と呼
ぶ。
【0099】(4)−1PBO前駆体ブロックコポリマ
ー用のオリゴマーの合成 上述の条件でシリル化芳香族ジアミノジヒドロキシ化合
物を製造したならば、次にこの(d)シリル化芳香族ジ
アミノヒドロキシ化合物と(c)ジカルボン酸誘導体と
を反応させて、オリゴマー(III)を製造する。(d)シ
リル化芳香族ジアミノジヒドロキシ化合物と(c)ジカ
ルボン酸誘導体との反応は、有機溶媒中で、実質的に無
水、無酸素の条件下、乾燥チッ素またはアルゴンガス下
で、使用する溶媒により多少異なるが、−10℃〜80
℃にて、5分〜2時間行えばよい。反応温度が、−20
℃未満であると反応性が充分でなく、一方100℃を超
えると上記反応物の酸化などが起こる恐れがある。好ま
しくは、反応温度を−10〜30℃とする。
【0100】化合物(d)のモル量と(c)ジカルボン
酸誘導体のモル量とは、基本的には等量とするが、化合
物(d)に対し(c)ジカルボン酸誘導体のモル量を適
宜増減するのがよい。この化合物(c)ジカルボン酸誘
導体の量の調節については後述する。また、有機溶媒中
における化合物(d)と(c)ジカルボン酸誘導体の合
計量の濃度は、0.5〜5モル/リットル程度とするの
がよい。濃度が5モル/リットルを超えると、各成分の
溶解が難しくなり、好ましくない。
【0101】有機溶媒としては、ランダムコポリマーの
製造の際に用いられるものと同様のものが挙げられる。
化合物(d)と(c)ジカルボン誘導体との重合反応
は、以下のとおり進行するものと考えられる。なお、下
記の反応式(化15)において、(d)シリル化芳香族
ジアミノヒドロキシ化合物としては、ジアミノジヒドロ
キシベンゼンをシリル化したものを用いている。
【0102】
【化15】
【0103】(ただし、式中、Arは芳香族残基、Xは
ハロゲン、Meはメチル基を表す。) オリゴマー(IV) の合成も、上述したオリゴマー(III)
の合成と同様にし、化合物(e)として芳香族ジアミノ
化合物をシリル化したものを用い、これを(c)ジカル
ボン酸誘導体と反応させて行うことができる。
【0104】オリゴマー(IV) の合成の場合も、(c)
ジカルボン酸誘導体の量は基本的には化合物(e)のモ
ル量と等量とするが、オリゴマー(III)の合成時の
(c)ジカルボン酸誘導体の量の調節に合わせて、オリ
ゴマー(IV) の合成における(c)ジカルボン酸誘導体
の量も調節するのがよい。これについては後述する。
【0105】有機溶媒中における化合物(e)および
(c)ジカルボン酸誘導体の合計量の濃度は、0.5〜
5モル/リットル程度とするのがよい。濃度が5モル/
リットルを超えると、各成分の溶解が難しくなり、好ま
しくない。また、重合反応は、−10〜80℃にて、5
分〜2時間行えばよい。反応温度が、−20℃未満であ
ると、反応性が充分でなく、一方100℃を超えると上
記反応物の酸化などが起こる恐れがある。好ましくは、
反応温度を−10〜30℃とする。
【0106】なお、オリゴマー(IV) の合成に用いる有
機溶媒としては、上述のオリゴマー(III)の合成に用い
たものと同様のものが挙げられる。化合物(e)と
(c)ジカルボン誘導体との重合反応は、以下のとおり
進行するものと考えられる。なお、下記の反応式(化1
6)において、(e)シリル化芳香族ジアミノ化合物と
しては、3,4′−ジアミノジフェニルエーテルをシリ
ル化したものを用いている。
【0107】
【化16】
【0108】(ただし、式中、Arは芳香族残基、Xは
ハロゲン、Meはメチル基を表す。) 次に、オリゴマー(III)およびオリゴマー(IV) の合成
における(c)ジカルボン酸誘導体の量の調節について
説明する。それぞれのオリゴマーの合成においては、化
合物(d)または化合物(e)のモル量とジカルボン酸
誘導体のモル量は基本的には等量とするが、以下の理由 オリゴマー(III)と、オリゴマー(IV) とが良好に反
応できるように、オリゴマー(III)、オリゴマー(IV)
のうちの一方における末端を−COClとし、他方のオ
リゴマーの末端を−NH2 とするため、および オリゴマー(III)あるいは(IV) の分子量を適切なも
のとするために、化合物(d)あるいは化合物(e)に
対して(c)ジカルボン酸誘導体のモル量を適宜増減す
るのがよい。
【0109】本発明者らの研究によれば、後述する前駆
体コポリマーの製造において、オリゴマー(III)を比較
的多く用いる場合には(すなわち、最終的に得られるP
BOコポリマー中に、ジヒドロキシル基を有する剛直部
位を多く導入する場合には)、オリゴマー(III)の合成
における(c)ジカルボン酸誘導体の量を化合物(d)
のモル数より多少多めにするのがよい。一方、前駆体コ
ポリマーの製造において、オリゴマー(III)の量をオリ
ゴマー(IV) の量より少なくする場合には、オリゴマー
(III)の合成における(c)ジカルボン酸誘導体の量を
化合物(d)のモル数よりわずかに少なめにするのがよ
い。ただし、一方のオリゴマーの合成において、(c)
ジカルボン酸誘導体の量を少々減じた場合には、その減
じた分だけ、他方のオリゴマーの合成において(c)ジ
カルボン酸誘導体の量を増やす。
【0110】(4)−2PBOブロックコポリマーの製
上述した方法により得られるオリゴマー(III)とオリゴ
マー(IV) とを有機溶媒中で反応させ、ブロックコポリ
マーを合成する。有機溶媒としては、上記のオリゴマー
(III)あるいは(IV) の合成で用いたものを使用するこ
とができる。
【0111】具体的には、オリゴマー(III)を溶解した
有機溶媒とオリゴマー(IV) を溶解した有機溶媒を混合
し、−10〜40℃で2〜24時間攪拌してブロックコ
ポリマーを合成する。−20℃未満では、重合が進ま
ず、一方250℃を超す温度とすると、オキサゾール閉
環反応が進行してしまう。
【0112】以上の条件で重合反応を行うことにより、
オキサゾール閉環反応を起こすことなく、大きな重合度
を有するブロックコポリマーが得られる。得られるPB
O前駆体ブロックコポリマーの固有粘度ηinh (N−メ
チル−2−ピロリドン、30℃、0.5g/dl)は、
0.4〜1.5程度である。
【0113】オリゴマー(III)とオリゴマー(IV) との
重合反応は、以下(化17)のとおりに進行し、ブロッ
クコポリマーが得られる。ここで、オリゴマー(III)と
して先に(化15)で示した反応により得られたものを
用い、オリゴマー(IV) としては(化16)で示したも
のを用いているが、本発明はこれに限定されるものでは
ない。
【0114】
【化17】
【0115】ここで、mおよびnは、重合度を示してい
る。m:nは、0.01:〜99.99〜99.99:
0.01の範囲をとることができる。得られたブロック
コポリマーは、公知の方法により洗浄および乾燥するこ
とができる。
【0116】分子複合材の製造方法 本発明の微粒子分散型分子複合材を得るには、まず上述
のマトリックスポリマーと上記のようにして得られた芳
香族複素環コポリマー前駆体とを両者が良好に溶解する
有機溶媒中に溶解し相溶させたのち、脱溶媒して凝固さ
せ、マトリックスポリマーと前駆体コポリマーとからな
る分子複合材を得る。
【0117】このような有機溶媒としては、N−メチル
−2−ピロリドン、ジメチルスルフォキサイド、N,N
−ジメチルアセトアミドなどのアミド系の有機溶媒を好
適に用いることができる。
【0118】前駆体コポリマーとマトリックスポリマー
との配合において、前駆体コポリマーの配合量が極めて
少なくても補強効果はあるが、最終的に芳香族複素環コ
ポリマーとマトリックスポリマーとの配合比が重量比で
1:99〜90:10の範囲となるように設定するのが
好ましい。補強高分子である芳香族複素環コポリマーの
配合比が多くなりすぎると、その存在が密になりすぎ、
芳香族複素環コポリマーどうしが凝集して分子レベルで
の分散が悪くなり、それが分子複合材の機械的強度を低
下させると考えられる。より好ましい配合比は、3:9
7〜80:20である。
【0119】前駆体コポリマーとマトリックスポリマー
の溶解は、均一溶液となる限りいかなる方法で行っても
よい。例えば、前駆体コポリマーおよびマトリックスポ
リマーの溶液をそれぞれ調製し、次にこれらを混合して
均一溶液としてもよいし、前駆体コポリマーを溶解した
溶液にマトリックスポリマーを加え均一溶液としてもよ
い。また、両者を一度に1種類の溶媒に溶解させてもよ
い。最終的な溶液の濃度は、1〜40重量%が好まし
い。さらに好ましくは3〜30重量%である。1重量%
未満では、薄すぎて実用的でなく、一方40重量%を超
えると、溶解性が低下する。
【0120】混合時間は、用いるマトリックスポリマー
および溶媒によって多少異なるが、6時間〜30日程度
がよい。また、混合の温度は、−15〜150℃とする
のがよいが、好ましくは室温〜80℃であり、さらに好
ましくは室温〜60℃である。前駆体コポリマーとマト
リックスポリマーの溶液の調製および混合は、チッ素ガ
ス、アルゴンガスなどの不活性ガス雰囲気下、または真
空中で行うのがよい。
【0121】脱溶媒の方法としては、マトリックスポリ
マーと芳香族複素環コポリマー前駆体との相溶溶液を、
両者のポリマーの非溶媒中に投入する、あるいは乾燥し
てキャストフィルムにするなどの方法がある。
【0122】非溶媒としては、メタノール、エタノール
などのアルコール、蒸留水などが挙げられる。投入方法
は、どのような方法でもよく、ポリマー溶液を、噴霧、
滴下、繊維状に流し込む、板上に広げて非溶媒中、ある
いは加熱、減圧により脱溶媒して凝固させるなどの方法
があるが、これらに限定されるものではない。なかで
も、噴霧する方法が好ましい。
【0123】なお、PBO前駆体コポリマーを用いる場
合、化合物(d)、(e)としてシリル化物を用いた場
合には、メチルアルコールなどのアルコール中で数時間
攪拌し、アルコール洗浄を繰り返すことにより、下記反
応式(化18)に例示するように脱シリル化反応処理を
施す。なお、式中、Arは、芳香族残基である。
【0124】
【化18】
【0125】次に、上記で得られた前駆体コポリマーと
マトリックスポリマーとの複合体を加熱し、前駆体コポ
リマー中においてチアゾールあるいはオキサゾール閉環
反応を起こし、芳香族複素環コポリマーの複合材を得
る。
【0126】この加熱において、PBT前駆体コポリマ
ーであればアルキル基R、PBO前駆体コポリマーであ
れば水素が離脱するとともに、その部位でチアゾール
環、あるいはオキサゾール環が形成され、芳香族複素環
コポリマーが形成される。前駆体コポリマーとして上述
の(化12)に示す反応式で得られたもの(PBT前駆
体コポリマー)を用いれば、下記構造式(化19)の芳
香族複素環コポリマーが形成される。
【0127】
【化19】
【0128】また、前駆体コポリマーとして上述の(化
18)に示す反応式で得られたもの(PBO前駆体コポ
リマー)を用いれば、下記構造式(化20)の芳香族複
素環コポリマーが形成される。
【0129】
【化20】
【0130】前駆体コポリマーとマトリックスポリマー
との均一混合物の加熱温度は、用いるマトリックスポリ
マーの種類によって異なるが、一般には250℃〜40
0℃とする。250℃未満の温度では、チアゾール環あ
るいはオキサゾール環の形成は見られない。一方、40
0℃を超えると、ポリマーの分解が始まり好ましくな
い。PBTの場合、330℃、30分程度で行うのが、
最適である。また、PBOの場合、350℃、30分程
度で行うのが最適である。加熱は、一定の加熱温度によ
るものだけでなく、段階的に温度を変える加熱プログラ
ムによるものでもよい。また、加熱は、真空中で行うこ
とが好ましい。
【0131】このようにして得られたマトリックスポリ
マーと芳香族複素環コポリマーの複合材を金型ホットプ
レス法にて成形することにより、本発明の複合材成形品
を得ることができる。成形温度は、200〜400℃が
好ましい。200℃未満では、成形流動性が小さく、一
方400℃を超えるとポリマーの分解が始まり好ましく
ない。また、圧力は、60〜300kgf/cm2 が好
ましく、より好ましくは80〜150kgf/cm2
ある。60kgf/cm2 未満では、成形品にボイドが
生じやすく、一方300kgf/cm2 を超えると、残
留応力の問題が生じやすい。なお、金型ホットプレス成
形は、アルゴン雰囲気グローブボックス中で行うことが
好ましい。
【0132】上述した方法によれば、マトリックスポリ
マー中に分子レベルで均一に分散した前駆体コポリマー
がそのまま芳香族複素環コポリマーになるので、芳香族
複素環コポリマーはマトリックスポリマー中に微細に均
一に分散することになり、良好な機械的特性を有する分
子複合材となる。
【0133】このようにして得られる本発明の複合材
は、微細にナノメーター単位で複合されている。図1
に、本発明の複合材の状態を表す模式図を示す。マトリ
ックスリッチ相を島とし、強化材である芳香族複素環コ
ポリマーを海としており、その強化材リッチ相には強化
材が最大径(φ)100nm以内の微粒子として均一に
分散している。これは、図2に示す本発明の複合材の電
子顕微鏡写真(倍率;40,000倍)により明らかで
ある。本発明の複合材は、このように強化材である芳香
族複素環コポリマーが微粒子分散構造を形成しており、
一般的な溶融成形が可能となり、成形時にも強化材ポリ
マーの凝集などがなく、大きな相分離を生じない。これ
により、本発明の複合材は、優れた機械的物性を有す
る。
【0134】
【作用】芳香族複素環ポリマーは、その高い剛直性のた
めに一般に溶解性に乏しく、強酸にのみ可溶であり、熱
により溶融することがなく、また相溶性にも劣り、成形
加工が困難であり、マトリックスポリマーと複合材料と
する際においても問題がある。
【0135】本発明では、このような欠点を解決する手
段として、芳香族複素環ポリマーにマトリックスポリマ
ーと同一または類似のフラグメントを導入し共重合体と
し、マトリックスポリマーとの相溶性を向上させたもの
である。そして、補強材である芳香族複素環コポリマー
を、微細にナノメーター単位でマトリックスポリマー中
に良好に均一に分散させ、複合させたものである。かく
て、一般的な溶融成形が可能となり、成形時にも大きな
相分離を生じず、芳香族複素環コポリマーの凝集もな
く、機械的特性に優れた分子複合材を得ることができ
る。
【0136】
【実施例】以下、実施例により、本発明をさらに詳しく
説明する。 実施例1(1) PBT前駆体ランダムコポリマーの合成 下記式(化21)
【0137】
【化21】 で表される化合物(a)8ミリモルと、下記式(化2
2)
【0138】
【化22】
【0139】で表される化合物(b)2ミリモルとを、
アルゴン雰囲気下、N−メチル−ピロリドン(以下「N
MP」と呼ぶ)15mlに溶解し、均一な溶液を調製し
た。この溶液を容器ごと氷冷し、化合物(c)として2
−クロロテレフタル酸ジクロライド10ミリモルを加え
た。溶液を攪拌しながら、徐々に温度を上げて行き、室
温に達したところで温度を保ち、さらに6時間反応させ
た。得られたエメラルドグリーンの溶液を大量のメタノ
ール中に注いだ。なお、この操作は、メタノールを攪拌
しながら行った。
【0140】30分間攪拌を続けたのち、ろ過し、さら
に水−メタノール溶液で一晩還流し、溶媒を除去した。
得られたポリマーを真空中、100℃で24時間乾燥し
た。収量は、99.8%であった。このポリマーの固有
粘度ηinh は、1.4であった。なお、固有粘度の測定
は、NMP中で、ポリマー濃度を0.5g/dlとし、
30℃にてウベローデ法により行った。得られたランダ
ムコポリマーの構造は、以下の(化23)のとおりであ
ると推定される。
【0141】
【化23】
【0142】なお、このポリマーにおいて、m:nは、
8:2となる。(2)分子複合材の製造 上記のようにして得られた前駆体ランダムコポリマー1
8.35gとマトリックスポリマーとして下記の式(化
24)で表される芳香族ポリアミド〔東レ(株)製、T
X−1〕21.64gをNMP160mlに溶解し、室
温〜80℃で1週間攪拌して混合し、均一な茶褐色の溶
液を得た。
【0143】
【化24】
【0144】この溶液を大量のエタノール中にスプレー
して、凝固粉を得た。これをろ過し、得られた凝固粉を
100℃で真空乾燥した。この真空乾燥した粉体を真空
中330℃で30分間熱処理し、前駆体ランダムコポリ
マーを閉環しPBTコポリマーとした。PBTの含有量
は、30重量%となる。
【0145】このようにして得られた複合材を図14に
示す金型に充填し、金型ホットプレス法にて、15×5
0×2t(mm)の成形品T/Pを得た。このときの金
型の加熱プログラムを、図3に示す。圧力は、100k
gf/cm2 であった。
【0146】得られた成形品の曲げ物性は、弾性率が6
44kgf/mm2 、強度が6.8kgf/mm2 であ
った。また、成形品の透過電子顕微鏡(超薄切片法)写
真を図2に示す。この写真より、成形品は、島状の部分
とこれを含んだ海状の部分の2相からなり、しかも海状
の部分中には最大径(φ)10〜50nmの粒子が均一
に分散していることが分かる。
【0147】この写真を模式化したものが図1である
が、この図の海状の部分および島状の部分のEDXスペ
クトルをとり、それぞれ図4〜5に示す。海状の部分は
S、Clが含まれるが、島状の部分にはこれらが含まれ
ず、海状の部分がポリベンゾチアゾールリッチ相、島状
の部分がマトリックスリッチ相だということが分かる。
【0148】このように、本発明の複合材料は、マトリ
ックスリッチ相を島とし、強化ポリマーリッチ相を海と
した2相複合材料であり、強化ポリマーリッチ相には、
強化材が微粒子として均一に分散している。
【0149】比較例1 実施例1において用いたマトリックスポリマーのみか
ら、金型ホットプレス法により、100kgf/cm2
の条件で、50×15×2t(mm)の成形品T/Pを
得た。なお、図6に加熱プログラムを示す。得られた成
形品の曲げ物性は、弾性率が479kgf/mm2 、強
度が20.4kgf/mm2 であった。実施例1と比較
例1の物性の比較を表1に示す。
【0150】
【表1】
【0151】なお、表中、アイゾット衝撃は、室温でノ
ッチなしで測定した。また、実施例1と比較例1の高温
時の曲げ弾性率を、図7に示す。以上により、微細複合
化によって、少量の補強成分添加でも、剛性、耐衝撃
性、硬度、高温物性が大幅に向上し、熱膨張も低下した
ことが分かる。
【0152】実施例2 前駆体ランダムコポリマーとマトリックスポリマーの混
合比を変化させ、結果としてのPBTの含有量を6〜5
0重量%の範囲とした以外は、実施例1と同様にして成
形品を得、これらの成形品の曲げ弾性率を調べた。PB
T含有量と曲げ弾性率の関係を図8に示す。
【0153】実施例3〜8 mが6、nが4となるようにした以外は、実施例1と同
様にして前駆体ランダムコポリマーを得た。このポリマ
ーの固有粘度ηinh は、1.2であった。なお、固有粘
度の測定は、NMP中で、ポリマー濃度を0.5g/d
lとし、30℃にてウベローデ法により行った。このよ
うにして得られた前駆体ランダムコポリマー6.5gと
実施例1と同様のマトリックスポリマー4.34gを、
表2に示す量のNMPに溶解し、実施例1と同様の方法
で成形品を得た。これらの成形品のPBTの含有量は、
いずれも30重量%であった。
【0154】
【表2】
【0155】これらの成形品の曲げ物性を、比較例1の
結果とともに、以下の表3に示す。また、相溶時のポリ
マー溶液濃度と曲げ弾性率の関係を示すグラフを図9に
示す。
【0156】
【表3】
【0157】実施例9〜13 実施例1の前駆体コポリマーと同様の構造式で示され
る、前駆体ブロックコポリマーを以下のようにして製造
した。(1) オリゴマー(I)およびオリゴマー(II) の合成 乾燥したアルゴン気流下で、よく乾燥した50mlのフ
ラスコにNMP5mlを採り、これに、上記の(化2
1)で表される化合物(a)8ミリモル(2.227
g)を加えて溶解し、均一なNMP溶液を調製した。
【0158】この溶液を容器ごと氷冷した状態で、さら
に化合物(c)として2−クロロテレフタル酸ジクロラ
イド8.2ミリモル(1.947g)を加えて5分間攪
拌し、オリゴマー(I)を合成した。
【0159】上記したオリゴマー(I)の合成と同時
に、乾燥したアルゴン気流下で、よく乾燥した50ml
のフラスコにNMP10mlを入れ、これに上記の(化
22)で表される化合物(b)2ミリモル(0.400
4g)を加えて溶解し、均一なNMP溶液を調製した。
【0160】この溶液を容器ごと氷冷した状態で、さら
に化合物(c)として2−クロロテレフタル酸ジクロラ
イド1.8ミリモル(0.427g)を加えて5分間攪
拌し、オリゴマー(II) を合成した。
【0161】(2)PBT前駆体ブロックコポリマーの
合成 上記の操作で得られたオリゴマー(I)のNMP溶液
を、オリゴマー(II) のNMP溶液に加えた。なお、オ
リゴマー(I)のNMP溶液を、オリゴマー(II) のN
MP溶液に加えたのち、オリゴマー(I)のNMP溶液
のフラスコをさらに2mlのNMPで洗い、この洗った
NMPもオリゴマー(II) のNMP溶液に加えた。
【0162】混合したオリゴマー溶液を氷冷したまま1
時間攪拌し、さらに攪拌しながら温度を室温まで上げて
行き、室温に保持してさらに4時間攪拌を続けた。得ら
れた溶液を、大量のメタノール中に注いだ。なお、この
操作は、メタノールを攪拌しながら行った。
【0163】次に、このメタノール溶液をろ過し、得ら
れた沈澱(ポリマー)を真空中、100℃で24時間乾
燥した。収率は99.8%であった。このポリマーの固
有粘度ηinh は、1.2であった。なお、固有粘度の測
定は、NMP中でポリマー濃度を0.5g/dlとし、
30℃にてウベローデ法により行った。
【0164】なお、このポリマーにおいて、オリゴマー
(I)に由来し、剛直性を発現する部位の重合度mと、
オリゴマー(II) に由来し、柔軟性を発現する部位の重
合度nの分子全体における比(m:n、ここでmおよび
nはそれぞれポリマー全体での合計をとる)は、8:2
となる。
【0165】(3)分子複合材の製造 上記の方法により得られた前駆体ブロックコポリマー
5.0gと実施例1と同様のマトリックスポリマー5.
71gを、表4に示す量のNMPに溶解し、実施例1と
同様の方法で成形品を得た。これらの成形品のPBTの
含有量は、いずれも30重量%であった。
【0166】
【表4】
【0167】成形品の曲げ物性を、比較例1の結果とと
もに、以下の表5に示す。また、相溶時のポリマー溶液
濃度と曲げ弾性率の関係を示すグラフを図10に示す。
【0168】
【表5】
【0169】実施例14〜15 化合物(c)としてイソフタル酸ジクロライドを用いた
以外は、実施例1と同様にして前駆体ランダムコポリマ
ーを得た。固有粘度ηinh は、1.4であった。なお、
固有粘度の測定は、NMP中で、ポリマー濃度を0.5
g/dlとし、30℃にてウベローデ法により行った。
得られたランダムコポリマーの構造は、以下の(化2
5)のとおりであると推定される。
【0170】
【化25】
【0171】得られたランダムコポリマーと実施例1と
同様のマトリックスポリマーを表6に示す量、NMP4
00mlに溶解し、実施例1と同様の方法で成形品を得
た。これらの成形品のPBT含有量を、表6に示す。
【0172】
【表6】
【0173】成形品の曲げ物性を、比較例1の結果とと
もに、以下の表7に示す。また、PBT含有量と曲げ弾
性率の関係を、示すグラフを図11に示す。
【0174】
【表7】
【0175】実施例16〜18、比較例2 化合物(b)として下記式(化26)
【0176】
【化26】
【0177】で示される化合物を用いた以外は、実施例
1と同様にして、前駆体ランダムコポリマーを得た。こ
のポリマーの固有粘度ηinh は、0.88であった。な
お、固有粘度の測定は、NMP中でポリマー濃度を0.
5g/dlとし、30℃にてウベローデ法により行っ
た。得られたランダムコポリマーの構造は、以下の(化
27)のとおりであると推定される。
【0178】
【化27】
【0179】なお、このポリマーにおいて、m:nは、
8:2となる。上記の(化26)で示される化合物40
ミリモルをNMP60mlに溶解し、均一なNMP溶液
を調製した。この溶液を容器ごと氷冷した状態で2−ク
ロロテレフタル酸ジクロライド40ミリモルを加えて、
12時間攪拌し、マトリックスポリマーを合成した。こ
のポリマーの固有粘度ηinh は、0.55であった。な
お、固有粘度の測定は、NMP中でポリマー濃度を0.
5g/dlとし、30℃にてウベローデ法により行っ
た。得られたポリマーの構造は、以下の(化28)のと
おりであると推定される。
【0180】
【化28】
【0181】上記の方法により得られた前駆体ランダム
コポリマーとマトリックスポリマーを、表8に示す量、
NMP400mlに溶解し、実施例1と同様の方法で成
形品を得た。これらの成形品のPBT含有量を、表8に
示す。
【0182】
【表8】
【0183】また、比較例2として、マトリックスポリ
マーのみを成形した。このときの成形温度は、図12に
示す加熱プログラムによった。圧力は、10kgf/c
2であった。これらの成形品の曲げ物性を、以下の表
9に示す。また、PBT含有量と弾性率との関係を示す
グラフを図13に示す。
【0184】
【表9】
【0185】実施例19(1)モノマー合成 i)下記の式(化29)
【0186】
【化29】
【0187】で示される4,6−ジアミノレゾルシン2
塩酸塩50g(0.357モル)をアルゴン雰囲気に
て、1,1,1,3,3,3−ヘキサメチルジシラザン
123ml(0.58モル)に混合した。130℃で6
時間還流し、反応させた。その後、減圧蒸留を行い、1
0Torrにてオイルバス温度200〜210℃の留分
を得た。このようにして下記の式(化30)
【0188】
【化30】
【0189】で示されるモノマーAを得た。収率は60
%であった。なお、Meは、メチル基である。 ii)上記の(化22)で表される化合物(b)10g
(0.05モル)をアルゴン雰囲気にて、1,1,1,
3,3,3−ヘキサメチルジシラザン50ml(0.2
4モル)に混合した。130℃で6時間還流し、反応さ
せた。その後、減圧蒸留を行い、10Torrにてオイ
ルバス温度200℃の留分を得た。このようにして下記
の式(化31)
【0190】
【化31】
【0191】で示されるモノマーBを得た。収率は、7
0%であった。なお、Meは、メチル基である。(2) PBO前駆体ランダムコポリマーの合成 上記のようにして得られたモノマーA16ミリモルとモ
ノマーB4ミリモルとを、アルゴン雰囲気下、NMP2
0mlに溶解させた。これを氷冷しながら攪拌しつつ、
2−塩化テレフタロイルジクロリド20ミリモルを加
え、0℃〜室温で6時間攪拌した。80℃、減圧下で溶
媒を除き、下記の(化32)で示される前駆体ランダム
コポリマーを得た。このポリマーの固有粘度ηinh は、
0.98であった。なお、固有粘度の測定は、NMP中
でポリマー濃度を0.5g/dlとし、30℃にてウベ
ローデ法により行った。なお、このポリマーにおいて、
m:nは、8:2となる。
【0192】
【化32】
【0193】このようにして得られたPBO前駆体ラン
ダムコポリマー5.56gと実施例1と同様のマトリッ
クスポリマー6.14gをNMP46.8mlに溶解さ
せ、室温で1週間攪拌した。その後、この溶液をスプレ
ーにて多量のエタノール中に吹き込み、急速凝固粉を得
た。この凝固粉を、メタノール/水(1:1)混合液中
で2時間還流させて脱シリル化し、100℃で真空乾燥
した。脱シリル化後のポリマーの構造式を(化33)に
示す。
【0194】
【化33】
【0195】脱シリル化した凝固粉を真空中で350℃
にて30分間熱処理し閉環反応を行い、PBOコポリマ
ーとした。実施例1と同様に金型ホットプレス法により
50×15×2tの成形品を得た。この成形品の曲げ物
性は、弾性率が604kgf/mm2 、強度は2.5k
gf/mm2 であった。
【0196】
【発明の効果】本発明の方法では、補強高分子である芳
香族複素環ポリマーにマトリックスポリマーと同一また
は類似のフラグメントを導入し共重合体とし、補強高分
子とマトリックスポリマーとの相溶性を向上させること
ができる。そして、補強材である芳香族複素環コポリマ
ーを微細に、ナノメーター単位でマトリックスポリマー
中に良好に均一に分散させ、複合させることができる。
かくて、一般的な溶融成形が可能となり、成形時にも大
きな相分離を生じず、芳香族複素環コポリマーの凝集も
なく、機械的特性に優れた分子複合材を得ることができ
る。
【0197】このような微細複合化によって、少量の補
強成分添加でも、剛性、耐衝撃性、硬度、高温物性を大
幅に向上させ、熱膨張も低下させることができる。本発
明の分子複合材は、良好な機械的強度を有するために、
自動車部品、航空部品、宇宙機器を始めとして、幅広く
利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の微粒子分散型分子複合材の複合状態を
示す模式図である。
【図2】実施例1における電子顕微鏡写真(粒子構造、
倍率=40,000倍)である。
【図3】実施例1における加熱プログラムである。
【図4】実施例1の成形品における海状の部分のEDX
スペクトルである。
【図5】実施例1の成形品における島状の部分のEDX
スペクトルである。
【図6】比較例1における加熱プログラムである。
【図7】実施例1、比較例1における温度と曲げ弾性率
との関係を表すグラフである。
【図8】実施例2におけるPBT含有量と曲げ弾性率と
の関係を示すグラフである。
【図9】実施例3〜8における溶液濃度と曲げ弾性率と
の関係を表すグラフである。
【図10】実施例9〜13における溶液濃度と曲げ弾性
率との関係を表すグラフである。
【図11】実施例14〜15におけるPBT含有量と曲
げ弾性率との関係を示すグラフである。
【図12】比較例2における加熱プログラムである。
【図13】実施例16〜18におけるPBT含有量と曲
げ弾性率との関係を示すグラフである。
【図14】実施例で用いられる金型の構成図であり、
(a)は組み立て構成図、(b)は分解構成図である。
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成7年10月9日
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図7
【補正方法】変更
【補正内容】
【図7】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マトリックスポリマーと微粒子分散型構
    造を形成されてなる芳香族複素環コポリマーとからなる
    微粒子分散型分子複合材。
  2. 【請求項2】 マトリックスポリマーが芳香族ポリアミ
    ド、芳香族複素環コポリマーがポリベンゾチアゾールコ
    ポリマーである請求項1記載の微粒子分散型分子複合
    材。
  3. 【請求項3】 マトリックスポリマーと芳香族複素環コ
    ポリマーの前駆体を有機溶媒中で相溶し、脱溶媒して凝
    固させ、これらの複合材を得たのち、熱処理することに
    より芳香族複素環コポリマーの前駆体の閉環反応を起こ
    し、マトリックスポリマーと芳香族複素環コポリマーの
    複合材を得、この複合材を金型ホットプレス成形するこ
    とを特徴とする微粒子分散型分子複合材の製造方法。
  4. 【請求項4】 マトリックスポリマーが芳香族ポリアミ
    ド、芳香族複素環コポリマーがポリベンゾチアゾールコ
    ポリマーである請求項3記載の微粒子分散型分子複合材
    の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4いずれか1項記載の製造方
    法によって得られる微粒子分散型分子複合材成形品。
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