JP6658960B2 - ポリアリーレンスルフィド共重合体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
1. 示差走査熱量測定によるガラス転移点を95℃以上190℃以下に有し、融点を300℃以下に有する、または融点を有さないポリアリーレンスルフィド共重合体であって、該ポリアリーレンスルフィド共重合体がアリーレンスルフィド単位および共重合成分を含有し、該共重合成分が下記式(a)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、および(j)から選ばれる少なくとも一つの構造を含有し、該アリーレンスルフィド単位の数平均分子量Mnが1000以上10000以下であり、アリーレンスルフィド単位と共重合成分とがイミド基で連結されることを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド共重合体。
2.1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法であって、数平均分子量Mnが1000以上10000以下である(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと(B)下記式(a’)、(c’)、(d’)、(e’)、(f’)、(h’)、(i’)、および(j’)から選ばれる少なくとも一つの化合物を混合し、さらに加熱するポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
3.(A)アリーレンスルフィドプレポリマーが、酸無水物基から得られるカルボキシル基、アミノ基、および酸無水物基から選ばれる少なくとも一つの官能基を有する上記2に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
4.前記(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの有する官能基と前記(B)化合物の有する置換基Xとの組み合わせが、酸無水物基とアミノ基である、上記2または3に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
5.ポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法であって、加熱を実質的に無溶媒条件で行う上記2〜4のいずれかに記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
6.上記1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体を含む樹脂組成物。
7.上記1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体、または上記6に記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。
8.前記成形品が宇宙航空用部材である上記7に記載の成形品。
共重合成分としてポリアリーレンスルフィド共重合体に含有される構造としては、芳香環を含む構造が例示され、好ましくは下記式(a)〜(j)に示される構造であり、より好ましくは下記式(a)〜(e)、(i)および(j)に示される構造である。
ポリアリーレンスルフィド共重合体中の−(Ar−S)−の繰り返し単位からなるアリーレンスルフィド単位と共重合成分は、これらが各繰り返し単位以外の構造を介して連結されていても、繰り返し単位に由来する末端基同士が直接連結していてもよいが、スルフィド基、スルホニル基、スルフィニル基、エステル基、アミド基、イミド基、エーテル基、ウレア基、ウレタン基、およびシロキサン基から選択されるいずれかが好ましい結合基として例示される。−(Ar−S)−の繰り返し単位からなるアリーレンスルフィド単位と共重合成分とがイミド基で連結されたものは高温において高い剛性が発現するため、より好ましい。結合基の量はポリアリーレンスルフィド共重合体中の硫黄原子に対して1モル%以上が好ましく、2モル%以上がより好ましく、4モル%以上がさらに好ましい。また、30モル%以下が好ましく、40モル%以下がより好ましい。結合基の量は下記する共重合成分の量の2倍の値であり、計算によって求めることができる。
本実施形態における(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの分子量(数平均分子量)の下限値は、1000以上の範囲が選択され、好ましくは1500以上である。アリーレンスルフィドプレポリマーの分子量がこの範囲よりも大きいことで、ポリアリーレンスルフィド共重合体の耐薬品性が十分に得られるため、好ましい。また、アリーレンスルフィドプレポリマーの分子量(数平均分子量)の上限値は、10000以下の範囲が選択され、好ましくは6000以下であり、より好ましくは4000以下である。アリーレンスルフィドプレポリマーの数平均分子量が10000以下であることで共重合成分の主鎖構造への導入量が十分に行え、高温における剛性低下の抑制を十分に行えるため好ましい。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられるスルフィド化剤とは、ジハロゲン化芳香族化合物にスルフィド結合を導入できるものであればよく、例えばアルカリ金属硫化物、アルカリ金属水硫化物、および硫化水素が挙げられる。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられるジハロゲン化芳香族化合物としては、p−ジクロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン、m−ジクロロベンゼン、p−ジブロモベンゼン、o−ジブロモベンゼン、m−ジブロモベンゼン、1−ブロモ−4−クロロベンゼン、1−ブロモ−3−クロロベンゼンなどのジハロゲン化ベンゼン、および1−メトキシ−2,5−ジクロロベンゼン、1−メチル−2,5−ジクロロベンゼン、1,4−ジメチル−2,5−ジクロロベンゼン、1、3−ジメチル−2,5−ジクロロベンゼン、2、5−ジクロロ安息香酸、3、5−ジクロロ安息香酸、2、5−ジクロロアニリン、3,5−ジクロロアニリンなどのハロゲン以外の置換基を含むジハロゲン化芳香族化合物などを挙げることができる。なかでも、p−ジクロロベンゼンに代表されるp−ジハロゲン化ベンゼンを主成分とするハロゲン化芳香族化合物が好ましい。特に好ましくは、p−ジクロロベンゼンを80〜100モル%含むものであり、さらに好ましくは90〜100モル%含むものである。また、異なる2種類以上のジハロゲン化芳香族化合物を組み合わせて用いることも可能である。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられる有機極性溶媒として、有機アミド溶媒が好ましく例示できる。具体例としては、N−メチル−2−ピロリドン、N−エチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンなどのN−アルキルピロリドン類、N−メチル−ε−カプロラクタムなどのカプロラクタム類、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、N、N−ジメチルアセトアミド、N、N−ジメチルホルムアミド、ヘキサメチルリン酸トリアミドなどに代表されるアプロチック有機溶媒およびこれらの混合物などが反応の安定性が高いために好ましく使用される。これらのなかでもN−メチル−2−ピロリドン、1、3−ジメチル−2−イミダゾリジノンが好ましく、N−メチル−2−ピロリドンがより好ましく用いられる。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられるモノハロゲン化化合物は、下記式(I)で表される反応性官能基Wを有するモノハロゲン化化合物であれば如何なるものでもよいが、反応性官能基Wとしてヒドロキシル基、カルボキシル基、シラノール基、スルホン酸基、アミノ基、酸無水物基、アセトアミド基、スルホンアミド基、シアノ基、イソシアネート基、アルデヒド基、アセチル基、エポキシ基、およびアルコキシシラン基から選ばれる官能基を有するものが好ましく、なかでも、アミノ基または酸無水物基を有するものが特に好ましい。これらの官能基を選択することで(A)アリーレンスルフィドプレポリマー中に効率良く官能基が導入される傾向にある。
このようなモノハロゲン化化合物の具体例としては、2−クロロ安息香酸、3−クロロ安息香酸、4−クロロ安息香酸、2−アミノ−4−クロロ安息香酸、4−クロロ−3−ニトロ安息香酸、4−クロロベンゾフェノン−2−カルボン酸、2−クロロアニリン、3−クロロアニリン、4−クロロアニリン、2−クロロフェノール、3−クロロフェノール、4−クロロフェノール、3−クロロフタル酸、4−クロロフタル酸などのモノハロゲン化化合物を挙げることができる。これらのなかでも重合時の反応性や汎用性などの観点から3−クロロフタル酸、4−クロロフタル酸、2−クロロアニリン、3−クロロアニリン、4−クロロアニリンがより好ましく例示できる。また、これらのモノハロゲン化化合物は1種類単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合わせて用いても問題ない。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられる(a)環式ポリフェニレンスルフィドとは、式、−(Ph−S)−の繰り返し単位を主要構成単位とし、好ましくは当該繰り返し単位を80モル%以上含有する下記式(II)のごとき環式化合物の単量体または混合物であり、式(II)の環式化合物を少なくとも50重量%以上含むことが好ましく、さらに好ましくは70重量%以上、より好ましくは80重量%以上、特に好ましくは90重量%以上である。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの合成に用いられるスルフィド化合物とは、下記一般式(III)で表される反応性官能基を有するスルフィド化合物(以下、スルフィド化合物(III)と略す場合もある)である。
次に(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの好ましい製造方法につき詳細を記す。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの好ましい製造方法として、少なくともスルフィド化剤、ジハロゲン化芳香族化合物、有機極性溶媒、および反応性官能基を有するモノハロゲン化化合物を含む混合物を加熱する製造方法が挙げられる。
本発明の(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの好ましい製造方法として、(a)環式ポリフェニレンスルフィドを、スルフィド化合物(III)の存在下に加熱する方法が挙げられ、この方法によれば容易に前記した特性を有する(A)アリーレンスルフィドプレポリマーを得ることができる。
(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの好ましい別の製造方法として、少なくともポリフェニレンスルフィド、有機極性溶媒、およびスルフィド化剤を含む混合物を加熱して反応(A3−1)を行い、得られる反応混合物に反応性官能基を有するモノハロゲン化化合物を添加して反応(A3−2)を行う製造方法が挙げられる。以下、反応(A3−1)、(A3−2)について詳細に述べる。
反応(A3−1)では少なくともポリフェニレンスルフィド、有機極性溶媒、およびスルフィド化剤を含む混合物を加熱して反応させる。
反応(A3−2)では、反応(A3−1)で得られた反応混合物に反応性官能基を有するモノハロゲン化化合物を添加して反応を行う。
(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの好ましい別の製造方法として、ポリフェニレンスルフィドに、スルフィド化合物(III)を添加して加熱する方法が挙げられ、この方法によれば容易に前記した特性を有する(A)アリーレンスルフィドプレポリマーを得ることができる。
本発明で用いられる、共重合体の構造単位を構成する化合物は、本発明のポリアリーレンスルフィド共重合体における構造単位の一つを構成する化合物である。共重合体の構造単位を構成する化合物は、(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと反応によって連結することができる反応性官能基を一分子内に2つ以上持つ化合物である。この時、共重合体の構造単位を構成する化合物が有する官能基は互いに異なっていても同じであってもよいが、反応の均一性の面から同じ官能基であることが好ましい。また、化学・物理的な安定性の面から芳香環を含有する化合物であることが好ましい。
本発明において、ポリアリーレンスルフィド共重合体は、(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと(B)化合物を混合し、さらに加熱して製造することができる。(B)化合物の配合量の下限値は(A)アリーレンスルフィドプレポリマー中の硫黄原子に対して0.5モル%以上が好ましく、1モル%以上がより好ましく、2モル%以上がさらに好ましい。上限値は(A)アリーレンスルフィドプレポリマー中の硫黄原子に対して30モル%以下が好ましく、20モル%以下がより好ましく、15モル%以下がさらに好ましい。添加量が上記の下限値以上であることで、得られるポリアリーレンスルフィド共重合体の高温における剛性低下を十分に抑制することができる。また、(B)化合物の配合量が多くなると、得られるポリアリーレンスルフィド共重合体の耐薬品性が低下する傾向にあるが、(B)化合物の添加量を上記範囲とすることで十分な機械物性や耐薬品性を発現するポリアリーレンスルフィド共重合体を容易に製造することができる。ここで、加熱の温度は200℃以上が選択され、230℃以上が好ましく、250℃以上がより好ましい。加熱温度の上限としては400℃以下が例示でき、好ましくは380℃以下、より好ましくは360℃以下である。加熱温度を200℃以上とすることで容易に前記(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと(B)化合物との反応を促進することができ、前記(A)アリーレンスルフィドプレポリマーが溶融解する温度以上とすることでより短時間で反応を完結することができるため好ましい。なお、(A)アリーレンスルフィドプレポリマーが溶融解する温度は、(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの組成や分子量、また、加熱時の環境により変化するため、一意的に示すことはできないが、例えば(A)アリーレンスルフィドプレポリマーを示差走査型熱量計で分析することで溶融解温度を把握することが可能である。但し、温度が高すぎるとアリーレンスルフィドプレポリマー間などでの架橋反応や分解反応に代表される好ましくない副反応が生じやすくなる傾向にあり、得られるポリアリーレンスルフィド共重合体の特性が低下する場合がある。このため、このような好ましくない副反応が顕著に生じる温度は避けることが望ましい。前記加熱を行う時間は(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの組成や分子量、また、加熱時の環境により変化するため、一意的に示すことはできないが、前記した好ましくない副反応がなるべく起こらないように設定することが好ましい。加熱時間としては0.01〜100時間が例示でき、0.1〜20時間が好ましく、0.1〜10時間がより好ましい。0.01時間未満では(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと(B)化合物の反応が不十分になりやすく、100時間を超えると好ましくない副反応による得られるポリアリーレンスルフィド共重合体の特性への悪影響が顕在化する可能性が高くなる傾向にあるのみならず、経済的にも不利益を生じる場合がある。
本発明のポリアリーレンスルフィド共重合体は、充填材およびその他添加剤を配合してポリアリーレンスルフィド樹脂組成物として使用することができる。樹脂組成物の製造における配合の方法は特に限定されるものではないが、単軸または2軸の押出機、バンバリーミキサー、ニーダー、およびミキシングロールなど公知の溶融混練機に供給して、ポリアリーレンスルフィド共重合体の融解ピーク温度+5〜100℃の加工温度の温度で混練する方法などを代表例として挙げることができる。
・非晶フィルム
プレス非晶フィルムの作製条件を下記する。
試料としては、ポリアリーレンスルフィドおよびポリアリーレンスルフィド共重合体を用いた。ポリイミドフィルムに試料とスペーサー(約0.3mmのアルミ板)を挟んだ。ポリイミドフィルムごと試料の融点以上に加熱したプレスの金型に挟み、1分間加圧を行った。1分間加圧し試料を滞留させた後、ポリイミドフィルムごと取出し、用意した水へ漬けて急冷することで非晶フィルムを得た。
・結晶化フィルム
試料としては、ポリアリーレンスルフィドおよびポリアリーレンスルフィド共重合体を用いた。ポリイミドフィルムに試料とスペーサー(約0.3mmのアルミ板)を挟んだ。ポリイミドフィルムごと試料の融点+30℃に加熱したプレスの金型に挟み、1分間加圧を行った。1分間加圧し試料を滞留させた後、ポリイミドフィルムごと取出し、ガラス転移点+30℃に加熱した金属板に挟み、5分間加圧して結晶化を行い、結晶化フィルムを得た。
上記の方法でポリアリーレンスルフィドおよびポリアリーレンスルフィド共重合体の非晶フィルム(厚み:0.3mm)を作製し、示差走査熱量計(パーキンエルマー社製DSC7)により、ガラス転移点(Tg)、及び融点(Tm)を測定した。
・前記方法で得られた非晶フィルムを、20℃/分の速度で0℃から340℃まで昇温した。その際に検出されるベースラインシフトの変曲点をガラス転移点とした。
・前記方法で得られた非晶フィルムを、20℃/分の速度で0℃から340℃まで昇温した。その後、340℃で1分保持し、20℃/分の速度で100℃まで降温した。その後、100℃で1分保持し、20℃/分の速度で100℃から340℃まで昇温した。その際に検出される融解ピーク温度の値を融点とした。
上記の方法で作成した結晶化フィルムを1cm×1cmに切り出し、80℃に加温したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)100g中に浸漬した。20分間液温を80℃に保った後、フィルムの溶解状態を目視で確認した。結果は以下の記号によって示す。
A・・・不溶。
B・・・一部可溶または膨潤。
C・・・可溶。
ポリアリーレンスルフィド、ポリアリーレンスルフィド共重合体、及びアリーレンスルフィドプレポリマーの数平均分子量Mn、重量平均分子量Mwは、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)の一種であるゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により、ポリスチレン換算で算出した。GPCの測定条件を以下に示す。
装置:センシュー科学 SSC−7110
カラム名:Shodex UT806M×2
溶離液:1−クロロナフタレン
検出器:示差屈折率検出器
カラム温度:210℃
プレ恒温槽温度:250℃
ポンプ恒温槽温度:50℃
検出器温度:210℃
流量:1.0mL/min
試料注入量:300μL。
ポリアリーレンスルフィドおよびポリアリーレンスルフィド共重合体の貯蔵弾性率温度依存性の測定は粘弾性測定装置を用いて以下の条件で行った。
装置:DMS6100(セイコーインスツル製)
測定モード:引張モード
周波数:1.0Hz
サンプリングレート:3.0s
サンプル:前記の方法で作成した結晶化フィルムを8mm×20mmに切り出して作成した。
雰囲気:窒素気流下(100mL/min)
測定条件:プログラム温度を50℃から250℃に昇温。この際の昇温速度2℃/min
貯蔵弾性率E’が50℃における値の90%となる温度をT90とし、貯蔵弾性率が低下する温度の指標とした。
ポリアリーレンスルフィドおよびポリアリーレンスルフィド共重合体は、住友重機械工業製射出成形機(SE75DUZ−C250)を用い、樹脂温度:310℃、金型温度130℃にて、ISO527−2−1Aダンベル試験片を成形した。
射出成形して得られたISO 527−2−1Aダンベル試験片を、島津製作所製AG−50kNx万能試験機を用い、試験速度5mm/min、雰囲気温度100℃乾熱の条件下、ISO527−1にしたがって引張強度を測定し、3回測定した平均値を求めた。
射出成形して得られたISO 527−2−1Aダンベル試験片を、島津製作所製AG−50kNx万能試験機を用い、試験速度2mm/min、雰囲気温度100℃乾熱の条件下、ISO178にしたがって曲げ弾性率を測定し、3回測定した平均値を求めた。
撹拌機および底栓弁付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8.27kg(70.0モル)、96%水酸化ナトリウム3.14kg(75.5モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11.45kg(115.50モル)及びイオン交換水5.50kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら225℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水9.82kgおよびNMP0.28kgを留出した時点で加熱を終え冷却を開始した。この時点での仕込みアルカリ金属水硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.01モルであった。また、硫化水素の飛散量は1.4モルであったため、本工程後の系内のスルフィド化剤は68.6モルであった。
参考例1のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−1)4g(末端酸無水物:2.0ミリモル)、4、4’−ジアミノジフェニルスルホン(DDS)0.25g(1.0ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら20分間加熱したあと、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルより、得られた重合物がフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基およびスルホニル基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合に含まれる共重合成分は2.5モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例1のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−1)4g(末端酸無水物:2.0ミリモル)、4、4’−ジアミノベンゾフェノン(DAB)0.21g(1.0ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら20分間加熱したあと、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基およびケトン基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は2.3モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例1のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−1)4g(末端酸無水物:2.0ミリモル)、2、7−ジアミノフルオレン(DAF)0.20g(1.0ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら20分間加熱したあと、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は2.4モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
撹拌機および底栓弁付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8.27kg(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2.91kg(69.80モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11.45kg(115.50モル)、及びイオン交換水10.5kgを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14.78kgおよびNMP0.28kgを留出した後、反応容器を200℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.37g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2957.21g(70.97モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11434.50g(115.50モル)、酢酸ナトリウム2583.00g(31.50モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14780.1gおよびNMP280gを留出した後、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
参考例2のPPS−1を80gと4,4’−チオジアニリン(TDA)20gを撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま340℃に温調して、撹拌しながら60分間加熱を行った。試験管を320℃に温調して撹拌しながら15分間減圧して残留TDAの除去を行い、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−2)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマーのガラス転移点は58.9℃、融点は270.7℃、数平均分子量は2400であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−2)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、アミノ基が導入されていることを確認した。
参考例3のPPS−2を80gと4,4’−チオジアニリン(TDA)12gを撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま340℃に温調して、撹拌しながら180分間加熱を行ってアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマーのガラス転移点は59.1℃、融点は271.3℃、数平均分子量は2500であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、アミノ基が導入されていることを確認した。
参考例3のPPS−2を80gと3、3’、4、4’−チオジフタル酸二無水物(TPDA)18gを撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま340℃に温調して、撹拌しながら180分間加熱を行ってアリーレンスルフィドプレポリマー(A−4)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマーのガラス転移点は61.3℃、融点は269.1℃、数平均分子量は2600であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−4)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、酸無水物基が導入されていることを確認した。
参考例2のPPS−1を80gと4,4’−チオジアニリン(TDA)25gを撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま340℃に温調して、撹拌しながら180分間加熱を行ってアリーレンスルフィドプレポリマー(A−5)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマーのガラス転移点は56.7℃、融点は271.2℃、数平均分子量は1100であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−5)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、アミノ基が導入されていることを確認した。
参考例4のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−2)4g(末端アミノ基:4.8ミリモル)、ピロメリット酸無水物(PDA)0.52g(2.4ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.3モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、ピロメリット酸無水物(PDA)0.48g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.4モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物(BTDA)0.71g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.2モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(BPDA)0.65g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.3モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)0.79g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.4モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。また、このポリフェニレンスルフィド共重合体は明確な融点を示さなかった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、9、9−ビス(3、4ーカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)1.01g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.3モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。また、このポリフェニレンスルフィド共重合体は明確な融点を示さなかった。
参考例6のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−4)4g(末端酸無水物基:4.2ミリモル)、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン(DDS)0.52g(2.1ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.2モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例7のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−5)4g(末端アミノ基:7.6ミリモル)、9、9−ビス(3、4ーカルボキシフェニル)フルオレン二酸無水物(BPAF)1.74g(3.8ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は8.0モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.37g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2957.21g(70.97モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11434.50g(115.50モル)、酢酸ナトリウム3158.54g(38.50モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14780.1gおよびNMP280gを留出した後、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
参考例8のPPS−3を80gと4,4’−チオジアニリン(TDA)12gを撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま340℃に温調して、撹拌しながら180分間加熱を行ってアリーレンスルフィドプレポリマー(A−6)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマーのガラス転移点は59.3℃、融点は270.7℃、数平均分子量は2500であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−6)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、アミノ基が導入されていることを確認した。
120℃で乾燥するかわりに、真空乾燥機を用いて30℃で4時間乾燥すること以外、参考例1と同様にして乾燥アリーレンスルフィドプレポリマー(A−7)を得た。アリーレンスルフィドプレポリマー(A−7)のガラス転移点は80.1℃、融点は272.5℃、数平均分子量は4500であった。FT−IRのスペクトルより、アリーレンスルフィドプレポリマー(A−7)がフェニレンスルフィド単位を構成単位として有しており、カルボキシル基が導入されていることを確認した。
参考例9のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−6)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、ピロメリット酸無水物(PDA)0.48g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.3モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、ピロメリット酸(PA)0.56g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.4モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
参考例10のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−7)4g(末端カルボキシル基:4.0ミリモル)、4、4’−ジアミノジフェニルスルホン(DDS)0.25g(1.0ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら20分間加熱したあと、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルより、得られた重合物がフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基およびスルホニル基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合に含まれる共重合成分は2.5モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
[参考例11]
参考例5のアリーレンスルフィドプレポリマー(A−3)4g(末端アミノ基:4.3ミリモル)、4、4’−チオジ安息香酸(TDBA)0.60g(2.2ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら5分間加熱した後、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルよりこれがフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のアミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は4.2モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。
撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.37g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2957.21g(70.97モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11434.50g(115.50モル)、酢酸ナトリウム2583.00g(31.50モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14780.1gおよびNMP280gを留出した後、反応容器を160℃に冷却した。仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たりの系内残存水分量は、NMPの加水分解に消費された水分を含めて1.06モルであった。また、硫化水素の飛散量は、仕込みアルカリ金属硫化物1モル当たり0.02モルであった。
下記式Vに表されるジアミン2.16g(5.0ミリモル)、と3、3’、4、4’−チオジフタル酸二無水物(TPDA)1.63g(5.0ミリモル)を撹拌翼付きの減圧・窒素置換可能なガラス製の試験管に仕込んだ後、試験管内の減圧、窒素置換を3回繰り返した。試験管内を窒素雰囲気で満たしたまま320℃に温調して撹拌しながら20分間加熱したあと、室温まで冷却して重合物を得た。FT−IRスペクトルより、重合物がフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は22モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。なお、結晶化フィルムを作成する際に十分に結晶化したフィルムを得ることができなかった。
TPDAの代わりに3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物(DSDA)1.79g(5.0ミリモル)を用いたこと以外、比較例2と同様に合成した。FT−IRスペクトルより、重合物がフェニレンスルフィド単位を構造単位として含有しており、共重合成分由来のイミド基およびスルホニル基が導入されていることを確認した。また、得られたポリフェニレンスルフィド共重合体に含まれる共重合成分は21モル%であった。重量平均分子量、ガラス転移点、融点、貯蔵弾性率低下温度、耐溶剤性試験の結果は表1に示す通りであった。なお、結晶化フィルムを作成する際に十分に結晶化したフィルムを得ることができなかった。
撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、撹拌機付きの70リットルオートクレーブに、47.5%水硫化ナトリウム8267.37g(70.00モル)、96%水酸化ナトリウム2957.21g(70.97モル)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)11434.50g(115.50モル)、酢酸ナトリウム2583.00g(31.50モル)、及びイオン交換水10500gを仕込み、常圧で窒素を通じながら245℃まで約3時間かけて徐々に加熱し、水14780.1gおよびNMP280gを留出した後、反応容器を160℃に冷却した。次にp−ジクロロベンゼン10235.46g(69.63モル)、NMP9009.00g(91.00モル)を加え、反応容器を窒素ガス下に密封し、240rpmで撹拌しながら、0.6℃/分の速度で238℃まで昇温した。238℃で180分反応を行った後、160℃に冷却した。次に4,4′−ジクロロベンゾフェノン8800g(35.00モル)、47.5%水硫化ナトリウム3436.9g(29.1モル)、NMP7623g(77.0モル)を加え、反応容器を窒素ガス下に密封し、240rpmで撹拌しながら、0.6℃/分の速度で238℃まで昇温した。238℃で90分間反応させた後、0.8℃/分の速度で270℃まで昇温した。270℃で100分反応を行った後、1260g(70モル)の水を15分かけて圧入しながら250℃まで1.3℃/分の速度で冷却した。その後200℃まで1.0℃/分の速度で冷却してから、室温近傍まで急冷した。
Claims (8)
- 示差走査熱量測定によるガラス転移点を95℃以上190℃以下に有し、融点を300℃以下に有する、または融点を有さないポリアリーレンスルフィド共重合体であって、該ポリアリーレンスルフィド共重合体がアリーレンスルフィド単位および共重合成分を含有し、該共重合成分が下記式(a)、(c)、(d)、(e)、(f)、(h)、(i)、および(j)から選ばれる少なくとも一つの構造を含有し、該アリーレンスルフィド単位の数平均分子量Mnが1000以上10000以下であり、アリーレンスルフィド単位と共重合成分とがイミド基で連結されることを特徴とする、ポリアリーレンスルフィド共重合体。
- 請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法であって、数平均分子量Mnが1000以上10000以下である(A)アリーレンスルフィドプレポリマーと(B)下記式(a’)、(c’)、(d’)、(e’)、(f’)、(h’)、(i’)、および(j’)から選ばれる少なくとも一つの化合物を混合し、さらに加熱するポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
- (A)アリーレンスルフィドプレポリマーが、酸無水物基から得られるカルボキシル基、アミノ基、および酸無水物基から選ばれる少なくとも一つの官能基を有する請求項2に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
- 前記(A)アリーレンスルフィドプレポリマーの有する官能基と前記(B)化合物の有する置換基Xとの組み合わせが、酸無水物基とアミノ基である、請求項2または3に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
- ポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法であって、加熱を実質的に無溶媒条件で行う請求項2〜4のいずれかに記載のポリアリーレンスルフィド共重合体の製造方法。
- 請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体を含む樹脂組成物。
- 請求項1に記載のポリアリーレンスルフィド共重合体、または請求項6に記載の樹脂組成物を成形してなる成形品。
- 前記成形品が宇宙航空用部材である請求項7に記載の成形品。
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