JPH0676486B2 - 耐熱性樹脂及びその製造方法 - Google Patents

耐熱性樹脂及びその製造方法

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JPH0676486B2
JPH0676486B2 JP9669886A JP9669886A JPH0676486B2 JP H0676486 B2 JPH0676486 B2 JP H0676486B2 JP 9669886 A JP9669886 A JP 9669886A JP 9669886 A JP9669886 A JP 9669886A JP H0676486 B2 JPH0676486 B2 JP H0676486B2
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晴幸 米田
伊三郎 府川
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旭化成工業株式会社
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規な非晶性芳香族ポリエーテルケトン及びそ
の製造方法に関するものである。さらに詳しくいえば、
本発明は、エーテル基及びケトン基を交互に介してフエ
ニレン基が連結され、かつフエニレン基の一部がフエニ
ル基で置換されている化学構造を有する、耐熱性、耐溶
剤性、低吸湿性、低誘電率、難燃性、機械的性質などに
優れた新規な重合体及びそれを工業的に製造するための
方法に関するものである。
従来の技術 耐熱性樹脂には結晶性のものと非晶性のものとがあり、
これらはそれぞれ長所と短所とを有していて、用途に応
じた使い分けがなされている。
非晶性耐熱樹脂としては、例えばポリスルホン、ポリエ
ーテルスルホン、ポリエーテルイミドなどがあり、これ
らは分子中に極性基としてスルホン基やイミド基をもつ
ため、極性溶媒に侵されやすく、かつ吸湿しやすいとい
う欠点を有している。
一方、結晶性耐熱樹脂としては、例えばポリフエニレン
スルフイド、ポリエーテルケトンなどが知られており、
これらは極性溶倍に侵されにくく、かつ強い極性基が含
まれていないために吸湿性も低いという長所を有してい
るが、その反面、前記の非晶性樹脂に比べ、ガラス転移
温度が低く、この温度以上では剛性が低下するという欠
点を有している。
発明が解決しようとする問題点 本発明の目的は、従来の結晶性耐熱樹脂における欠点を
改良し、極性溶媒に侵されにくく、かつ吸湿性が低いと
いう結晶性耐熱樹脂が本来有する長所に加え、さらにガ
ラス転移温度が高いという利点を示す耐熱性樹脂を提供
することにある。
問題点を解決するための手段 本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、原料として4−ハ
ロゲノ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシベンゾフエ
ノン又はそのアルカリ金属塩を用い、重合させて得られ
た新規なフエニル置換芳香族ポリエーテルケトンは、意
外にも非晶性であり、これによつて前記目的を達成しう
ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成する
に至つた。
すなわち、本発明は、式 で表わされる繰り返し単位から成り、かつ0.15以上の極
限粘度を有するフエニル置換芳香族ポリエーテルケトン
を提供するものであり、このものは、一般式 (式中のXはハロゲン原子である) で表わされるフエニル置換芳香族ハロフエノールをアル
カリの存在下に重合するか、又は前記一般式(II)で表
わされるフエニル置換芳香族ハロフエノールのアルカリ
金属塩を重合することによつて製造することができる。
本発明において、原料単量体として用いられる前記一般
式(II)で表わされるフエニル置換芳香族ハロフエノー
ルは新規化合物であり、例えばp−ハロゲノベンゾイル
クロリドとo−フエニルフエノールとを塩化アルミニウ
ムなどの触媒を用いてフリーデルクラフト反応させるこ
とによつて製造することができるし、また2−フエニル
−フエニル−4′−ハロゲノベンゾエートのフリース転
位によつても製造することができる。
また、本発明において用いられるもう一つの原料単量体
である、一般式 (式中のXはハロゲン原子、Mはアルカリ金属である) で表わされるフエニル置換芳香族ハロフエノールのアル
カリ金属塩は、例えば前記一般式(II)で表わされるフ
エニル置換芳香族ハロフエノールとアルカリ金属の水酸
化物とを反応させることによつて製造することができ
る。
前記一般式(II)で表わされる原料単量体としては、例
えば4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシ
ベンゾフエンや4−クロロ−3′−フエニル−4′−ヒ
ドロキシベンゾフエノンなどがある。本発明のポリエー
テルケトンの製造に際しては、これらをそれぞれ単独で
用いてもよいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。
また、前記一般式(III)で表わされる原料単量体とし
ては、例えば4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒ
ドロキシベンゾフエノンのナトリウム塩やカリウム塩、
4−クロロ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシベンゾ
フエノンのナトリウム塩やカリウム塩などがあり、これ
らはそれぞれ単独で用いてもよいし、2種以上組み合わ
せて用いてもよい。
また、これらの単量体の中で、4−フルオロ−3′−フ
エニル−4′−ヒドロキシベンゾフエノン及びそのアル
カリ金属塩は反応性に富み、かつ熱安定性の良好な重合
体が得られるので好ましい。さらに、本発明において
は、得られる重合体の特性を損わない範囲で、少量の4
−フルオロ−3′,5′−ジフエニル−4′−ヒドロキシ
ベンゾフエノン又はそのアルカリ金属塩を、前記4−フ
ルオロ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシベンゾフエ
ノン又はそのアルカリ金属塩にそれぞれ組み合わせて用
いることもできる。
本発明においては、重合反応は溶媒の存在下又は不在下
に行うことができるが、一般に溶倍の存在下に行うこと
が望ましい。この際使用する溶媒としては、例えばキサ
ントン、ベンゾフエノン、フエノキシベンゾフエノン、
ジベンゾイルベンゼンなどのケトン化合物、ジフエニル
スルホン、ジトリルスルホン、スルホランなどのスルホ
ン化合物などが、特に芳香族系化合物が好ましい。
本発明において用いるアルカリとしては、アルカリ金属
炭酸塩、アルカリ金属重炭酸塩、アルカリ金属水酸化物
などが挙げられるが、この中でも特にアルカリ金属炭酸
塩及びアルカリ金属重炭酸塩が好ましい。このような化
合物の例としては、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭
酸ルビジウム、炭酸セシウム、炭酸水素ナトリウム、炭
酸水素カリウム、炭酸水素ルビジウム、炭酸水素セシウ
ムなどが挙げられる。これらはそれぞれ単独で用いても
よいし、2種以上組み合わせて用いてもよい。これらの
中で、特に炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸水素ナ
トリウム、炭酸水素カリウムが好ましい。
これらのアルカリは、前記一般式(II)で表わされる単
量体1モルに対し、アルカリ金属原子の量が0.3〜2グ
ラム原子、好ましくは0.5〜1.2クラム原子になるような
割合で用いられる。該アルカリを過剰に使用すると、反
応が激しくなりすぎて、有害な副反応の原因となる上
に、コスト面でも不利になるからできるだけ少ない量の
使用が望ましい。しかし、アルカリ金属原子の量が0.3
グラム原子未満になると、反応速度が遅くて所望の高分
子量の重合体が得られにくくなる。
次に、本発明における重合について、好ましい実施態様
の例を示すと、所望の溶媒中に前記一般式(II)で表わ
される単量体とアルカリとを所定量添加した混合物、又
は所望の溶媒中に前記一般式(III)で表わされる単量
体の所定量を添加した混合物を、例えば窒素、アルゴン
などの不活性ガス雰囲気下で加熱し、200〜400℃、好ま
しくは250〜350℃の範囲の温度において重合反応を行
う。反応温度が200℃未満では高分子量の重合体が得ら
れにくく、一方400℃を越えると生成した重合体の劣化
による着色が著しくなるので好ましくない。
重合時の昇温は徐々に行い、また重合系が均一な温度に
保たれるように工夫することが、ゲルや着色のない良好
な重合体を得るために重要である。また、高分子量の重
合体を得るためには、重合温度は最終的には200℃以上
にすることが必要であるが、それ以下の温度で予備重合
することも有利な方法である。
一般式(II)で表わされる単量体をアルカリの存在下重
合する場合、重合中に水分が発生するが、この水分は系
外に除去することが好ましい。除去する方法としては、
重合系に乾燥した不活性ガスを導入又はガス相を該不活
性ガスで置換する方法、水と共沸する溶媒を重合系に加
えて、これと共に系外へ留去する方法などがある。
重合反応は適当な末端停止剤、例えば単官能又は多官能
ハロゲン化物、具体的にはジクロロジフエニルスルホ
ン、ジフルオロベンゾフエノン、モノフルオロベンゾフ
エノン、塩化メチルなどを反応系に添加、反応させるこ
とにより停止させることができ、またこれによつて、ポ
リマー鎖の末端を安定化できる。
このようにして得られた本発明の重合体は、式 で表わされる繰り返し単位から成る非晶性の高分子量重
合体である。
本発明の重合体は極限電野が0.15以上のものであり、特
にフイルムを得るためには0.3以上のものが好適であ
る。この極限粘度が0.15未満のものは重合体としての特
性を示さず不適当である。
発明の効果 本発明の芳香族ポリエーテルケトンは、エーテル基及び
ケトン基を介してフエニレン基が連結され、かつフエニ
レン基の一部がフエニル基で置換されている化学構造を
有する新規な非晶性の重合体であつて、従来の芳香族ポ
リエーテルケトンに比べ、ガラス転移温度が高く、かつ
ポリスルホンやポリエーテルスルホンなどが侵される極
性溶媒には侵されにくいという特徴を有している。ま
た、該ポリエーテルケトンは結合基を除き、すべてベン
ゼン環で構成されており、熱に不安定なアルキル基を一
切含有していないことから、耐熱性は置換基を含まない
芳香族ポリエーテルケトン並に優れている。
したがつて、本発明のフエニル置換芳香族ポリエーテル
ケトンは高温の厳しい条件で使用される成形材料として
好適である。この重合体は任意の所望の形状、例えば成
形品、被覆、フイルム繊維などにして用いることがで
き、さらに各種のエンジニアリングプラスチツク、ポリ
エーテルケトン、ポリエーテルスルホンなどの耐熱性樹
脂、ガラス繊維、炭素繊維、無機質などと混合し、アロ
イ化やコンポジツト化して使用することができる。
実施例 次に本発明により本発明をさらに詳細に説明するが、本
発明はこれらの例によつてなんら限定されるものではな
い。
なお、本発明の重合体は、一般の有機溶媒には不溶であ
るので、均一分子量を求めることが困難である。したが
って、極限粘度をもつて分子量の尺度とする。
また、重合体の物性は次のようにして測定した。
(1) 極限粘度 密度1.84g/cm3の濃硫酸を使用し、溶液100cm3当り重合
体0.1gを含む溶液と溶液100cm3当り重合体0.5gを含む溶
液を調製し、その粘度を25℃で測定し、式 極限粘度={(ηrel−1)/C}c→o 〔ただし、ηrelは相対粘度、cは濃度(g/100ml)であ
り、c→oは(ηrel−1)/Cの値を濃度Cが0の点に
外挿したことを意味する〕 を用いて求めた。
(2) ガラス転移温度(Tg) DSC(示差走査熱量計)により昇温速度10℃/minで測定
した。
参考例1 4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒド
ロキシベンゾフエノンの製造 1の三つ口フラスコに、ニトロベンゼン200ml、p−
フルオロベンゾイルクロリド16.3g(103ミリモル)及び
塩化アルミニウム15.1g(113ミリモル)を投入し、反応
系を窒素置換したのち、o−フエニルフエノール17.5g
(103ミリモル)を徐々に添加し、80℃で8時間反応さ
せた。反応終了後、塩酸を加え、反応混合物を水蒸気蒸
留してニトロベンゼンを留去し、次いで、水蒸気蒸留残
液より固形物をろ別し、アセトン洗浄後トルエンで再結
晶して精製した。このものは、融点が200.0〜201.0℃で
あり、元素分析、IRスペクトル(第1図)、NMRスペク
トルより、4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒド
ロキシベンゾフエノンであることを確認した。
元素分析結果 C H O F 実測値(%) 77.9 4.4 11.1 6.6 計算値(%) 78.1 4.5 10.9 6.5 (C19H13O2Fとして) 参考例2 4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒド
ロキシベンゾフエノンのカリウム塩の製造 4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシベン
ゾフエノンを等モルの水酸化カリウムを含む1規定のKO
H水溶液に溶解したのち、エバポレーターで水分を留去
し、次いで90℃で10時間真空乾燥して、4−フルオロ−
3′−フエニル−4′−ヒドロキシベンゾフエノンのカ
リウム塩を得た。
実施例1 かきまぜ機、窒素導入管及び冷却器を備えたセパラブル
フラスコに、4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒ
ドロキシベンゾフエノン17.5g(0.06モル)、無水炭酸
カリウム4.2g(0.03モル)及びベンゾフエノン30gを投
入し、窒素雰囲気下に加熱を開始し、系中の水分を窒素
ガスにより系外へ除去しながら300℃まで昇温し、その
温度で6時間重合を行つたのち、この温度において4,
4′−ジフルオロベンゾフエノン2gを添加して、30分間
反応させた。
反応終了後、冷却して得られた固形物を粉砕し、温アセ
トンで2回、温湯で2回、さらに温アセトンで1回洗浄
して収率93%で重合体粉末を得た。
得られた重合体は濃硫酸に完全に溶解し、ゲルは含ま
ず、その極限粘度は0.70であつた。この重合体を320℃
でいつたん溶融後、急冷して得たフイルムを用いて、ガ
ラス転移温度(Tg)を測定したところ、Tgは178℃であ
り、晶温結晶化による吸熱ピークや結晶融点は認められ
ず、このものは非晶性ポリマーであつた。また、この重
合体のX線回折チヤートには、結晶によるピークは認め
られなかつた。
この重合体のX線回折チヤートには、結晶によるピーク
は認められなかつた。
この重合体のIR分析チヤートを第2に示す。
また元素分析結果は C H O 実測値(%) 83.8 4.4 11.8 計算値(%) 83.7 4.6 11.7 (C19H12O2として) であり、このものは の構造をもつものであることが確められた。
この重合体は、非晶性の耐熱樹脂である市販のポリスル
ホン(登録商標名Udel、UCC社製)やポリエーテルスル
ホン(登録商標名Victrex PES、ICI社製)を室温で溶
解したり、侵したりするメチレンクロリドやベンゼン、
あるいはアセトン、ジメチルアセトアミド、N−メチル
ピロリドンなどの極性溶媒に全く溶解せず、かつ侵され
なかつた。
この重合体を340℃で4分間プレスして得られたフイル
ムは繰り返しの折り曲げに対して極めて強く、フイルム
の引張り強度は910Kg/cm3、破断時伸びは100%であつた
(測定法ASTM D882)。
また、この重合体の熱減量を測定したところ、501℃ま
では減量を示さず、5重量%熱減量温度は552℃であつ
た。さらに、この重合体の吸水率(24時間40%RH)は0.
14%で良好であつた。
実施例2〜5 単量体、アルカリ、重合溶媒、重合温度、重合時間につ
いては、次表に示す条件で重合を行い、その他の条件は
実施例1と同様な方法で重合を行つた。得られた重合体
の極限粘度とガラス転移温度を該表に示す。
実施例6 4−フルオロ−3′−フエニル−4′−ヒドロキシベン
ゾフエノンのカリウム塩19.8g(0.06モル)及びジフエ
ニルスルホン40gをセパラブルフラスコに仕込み、実施
例1と同様な方法により、300℃で6時間反応させ、末
端停止反応を行つたのち、生成した重合体を分離した。
得られた重合体は、極限粘度が0.85、Tgが182℃であつ
た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に用いられる4−フルオロ−3′−フエ
ニル−4′−ヒドロキシベンゾフエノンのIRスペクトル
チヤート、第2図は本発明重合体の実施例のIRスペクト
ルチヤートである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式 で表わされる繰り返し単位から成り、かつ0.15以上の極
    限粘度を有するフエニル置換芳香族ポリエーテルケト
    ン。
  2. 【請求項2】アルカリの存在下、一般式 (式中のXはハロゲン原子である) で表わされるフエニル置換芳香族ハロフエノールを重合
    させることを特徴とする、式 で表わされる繰り返し単位から成り、かつ0.15以上の極
    限粘度を有するフエニル置換芳香族ポリエーテルケトン
    の製造方法。
  3. 【請求項3】一般式 (式中のXはハロゲン原子、Mはアルカリ金属である) で表わされるフエニル置換芳香族ハロフエノールのアル
    カリ金属塩を重合させることを特徴とする、式 で表わされる繰り返し単位から成り、かつ0.15以上の極
    限粘度を有するフエニル置換芳香族ポリエーテルケトン
    の製造方法。
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