説明

液晶ポリカーボネート及びその製造方法

(a)活性化ジアリールカーボネート、(b)レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン(特に2,6、1,5及び2,7異性体を含む)、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノン(アントラフラビン酸)の中から選択される2種以上の芳香族ジオール、並びに(c)任意には最大量10モル%のビスフェノールAを含む反応混合物を調製し、溶融エステル交換反応で反応混合物を処理して液晶ポリカーボネートを製造することで、液晶ポリカーボネートが製造される。生成組成物は、カーボネート結合用の供与体部分としてジフェニルカーボネートを使用して製造される組成物と同じ総合特性を有するが、活性化ジアリールカーボネートから導かれる中間残基又は末端封鎖残基の組込みが限定されているので分析的に識別できる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、液晶ポリカーボネート及びかかる材料の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶材料は、液体状態で異方性(即ち、規則的な分子配列)を示す材料である。ポリマー材料の場合、液体状態は一般にポリマーが整列している融液であるが、整列が溶解状態で起こる若干のリオトロピックポリマーも知られている。液晶ポリマーの商業的用途のほとんどは、ポリエステル又はポリアミド(例えば、Kevlar(登録商標))に基づいている。
【0003】
米国特許第4,831,105号は、ジフェニルカーボネート(DPC)とメチルヒドロキノン及び4,4′−ジヒドロキシビフェニルの混合物との溶融エステル交換で製造される液晶ポリカーボネートを記載している。米国特許第5,102,975号は、DPCと4,4′−ジヒドロキシビフェニル及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの混合物との溶融エステル交換で製造される液晶ポリカーボネートを記載している。これらの液晶ポリカーボネートは、高い耐熱性、顕著な寸法安定性及び優れた耐溶剤性のため、成形組成物として使用するのに望ましい性質を有する。しかし、これらの材料の製造方法が難しいことが、実質的な商業開発を妨げていた。したがって、液晶ポリカーボネートを製造するための一層容易な改良方法に対するニーズが存在している。本願はかかる方法を提供し、さらにこの方法で製造される組成物を提供する。
【特許文献1】米国特許第4,831,105号公報
【特許文献2】米国特許第5,102,975号公報
【特許文献3】米国特許出願公開第2003/0149223号公報
【非特許文献1】KRICHELDORF ET AL.,Polymers of carbonic acid,1:Synthesis of thermotropic aromatic polycarbonates by means of bis(trichloromethyl) carbonate,Makromol.Chem.,Rapid Commun.,1989,Page(s) 383−386,Volume 10,Number 8
【非特許文献2】KRICHELDORF ET AL.,Polymers of Carbonic Acid,3.Thermotropic Polycarbonates Derived from 4,4′−Dihydroxybiphenyl and Various Diphenols,Macromolecules,1990,Page(s) 2656−2666,Volume 23,Number 10
【非特許文献3】SUN ET AL.,Studies on the Thermotropic Liquid Crystalline Polycarbonates.II.Synthesis and Properties of Fully Aromatic Liquid Crystalline Polycarbonates,Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,1993,Page(s) 2237−2243,Volume 31,Publisher:John Wiley & Sons,Inc.
【非特許文献4】SUN ET AL.,Studies on the Thermotropic Liquid Crystalline Polycarbonates.III.Synthesis and Properties of Fully Aromatic Liquid Crystalline Polycarbonates,Journal of Polymer Science:Part A:Polymer Chemistry,1993,Page(s) 2711−2719,Volume 31,Publisher:John Wiley & Sons,Inc.
【非特許文献5】SUN ET AL.,Thermotropic Liquid Crystalline Polycarbonates VI.Synthesis and Properties of Fully Aromatic Liquid Crystalline Polycarbonates by Interfacial or Solution Polycondensation,Polymer Journal,1997,Page(s) 25−32,Volume 29,Number 1
【発明の開示】
【0004】
本発明に従えば、
(a)活性化ジアリールカーボネート、
(b)レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン(特に2,6、1,5及び2,7異性体を含む)、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノン(アントラフラビン酸)からなる群から選択される2種以上の芳香族ジオール、並びに
(c)任意には最大量10モル%のビスフェノールA
を含む反応混合物を調製する段階、並びに
溶融エステル交換反応で反応混合物を処理して液晶ポリカーボネートを製造する段階
を含んでなる方法によって液晶ポリカーボネートが製造される。
【0005】
本発明はさらに、この方法で製造される組成物を提供する。これらの組成物はカーボネート結合用の供与体部分としてDPCを使用して製造される組成物と同じ総合特性を有するが、活性化ジアリールカーボネートから導かれるエステルカーボネート残基の組込みが限定されているので分析的に識別できる。かくして本願は、
レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン(特に2,6、1,5及び2,7異性体を含む)、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノン(アントラフラビン酸)からなる群から選択される2種以上の芳香族ジオールの残基、並びに
活性化ジアリールカーボネートから導かれる残基
を含んでなる液晶ポリカーボネート組成物にも関する。
【0006】
図面の簡単な説明
図1は、本発明に係る組成物中におけるエステルカーボネート残基の生成を示す。
【0007】
図2は、80℃のテトラクロロエタン−d中における65/35 MeHQ/BPコポリマーの110〜170ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。
【0008】
図3は、80℃のテトラクロロエタン−d中における65/35 MeHQ/BPコポリマーの140〜115ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
本願の明細書及び特許請求の範囲中の数値、特にポリマー組成物に関する数値は、異なる特性の個別ポリマーを含み得る組成物についての平均値を表す。さらに、かかる数値は、同じ有効数字桁数に換算した場合に同一となる数値、及びその値を求めるために本願で使用する測定技術の実験誤差未満だけ記載の値と異なる数値も包含するものと理解すべきである。
【0010】
本願の明細書及び特許請求の範囲中で使用する「液晶ポリカーボネート」という用語は、カーボネート残基を介して結合された2種以上の芳香族ジオールから導かれる残基を有するポリマーをいう。組成物は、(例えば、直交偏光子の下でホットステージ顕微鏡を用いる)融液中での複屈折の観測、ポリマーストランドのフィブリル化の観測、及び/又は生成物表面での乳光の観測によって液晶ポリマーと認めることができる。
【0011】
本発明で使用する「活性化カーボネートを表す構造単位」という用語は、ビスメチルサリチルカーボネート(BMSC)のような活性化カーボネートのフラグメントを組み込むことで生じるコポリカーボネート中の内部「キンク」又は末端基を意味する。
【0012】
液晶ポリマーの重要な特性には、その熱的性質がある。熱的性質の評価に際しては、下記のパラメーターを測定することができる。
【0013】
固体から液晶への転移温度であるTm(融解温度)。ただ1つの平面内での秩序状態(ネマチック状態)を示す液晶を記述する際には、これはTs−n(固体からネマチック状態への転移が起こる温度)と同一であると見なすことができる。
【0014】
一般に(例えば)20℃/分の速度での走査温度変化を用いて測定されるTc(結晶化温度)。
【0015】
Tm−Tc。Tm−Tcは、ナイロン又はPBTのような通常の結晶性材料における結晶化速度の急速結晶化材料であるPBTは、(20℃/分での下方走査に際して)約40℃のTm−Tcを有する。液晶ポリマーに関しては、この結晶化速度はそれほど重要でない。しかし、ある種の用途にとっては75℃未満(例えば、60℃未満)のTm−Tc値を有するのが望ましい場合がある。
【0016】
本発明に従えば、
(a)活性化ジアリールカーボネート、
(b)レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン(特に2,6、1,5及び2,7異性体を含む)、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノン(アントラフラビン酸)からなる群から選択される2種以上の芳香族ジオール、並びに
(c)任意には最大量10モル%のビスフェノールA
を含む反応混合物を調製する段階、並びに
溶融エステル交換反応で反応混合物を処理して液晶ポリカーボネートを製造する段階
を含んでなる方法によって液晶ポリカーボネートが製造される。
【0017】
反応混合物を調製する段階は、若干の方法のいずれかで実施できる。反応混合物中に含めるべき反応体を予め溶融してから混合物することができ、或いはこれらを固体状態(例えば、ペレット又は粉末状態)で混合してから溶融することができ、或いはこれらの組合せを使用することができる。エステル交換反応での反応混合物の処理中に反応体を反応混合物に添加することも、本発明の技術的範囲から逸脱せずに実施できる。
【0018】
本発明で使用する「活性化ジアリールカーボネート」という用語は、エステル交換反応に対してジフェニルカーボネートより反応性の高いジアリールカーボネートとして定義される。かかる活性化ジアリールカーボネートは、通例、下記の式(III)を有する。
【0019】
【化1】

式中、Arは6〜30の炭素原子を有する置換芳香族基である。好ましい活性化カーボネートは、下記のさらに具体的な一般式(IV)を有する。
【0020】
【化2】

式中、Q及びQ′は各々独立に活性化基である。A及びA′は、置換基Q及びQ′がカーボネート基に結合した環上に存在することを条件にして、各々独立に芳香環又はナフタレンのような複合環である。芳香環はその置換基の数及び位置に応じて同一のもの又は異なるものであってよく、a及びa′は0からそれぞれ芳香環A及びA′上に存在する置換可能な水素基の数に等しい最大値までの整数であり、a+a′≧1である。好ましい実施形態では、置換基はカーボネート基に対する2つのオルト位及び/又はカーボネート基に対するパラ位に位置している。R及びR′は各々独立に、アルキル、置換アルキル、シクロアルキル、アルコキシ、アリール、アルキルアリール、シアノ、ニトロ又はハロゲンのような置換基であり、或いは一緒になってシクロアルキル又はスピロのような基を形成し得る。数bは0から(芳香環A上の置換可能な水素原子の数)−(数a)に等しい最大値までの整数であり、数b′は0から(芳香環A′上の置換可能な水素原子の数)−(数a′)に等しい最大値までの整数である。芳香環上のR及びR′置換基の数、種類及び位置は、活性化基及び不活性化基の総合効果がジフェニルカーボネートより反応性の低いカーボネートを生じるようなものでない限り、特に限定されない。実際、ただ1つの置換基が単独でカーボネートに対して不活性化効果を及ぼすこともあるが、非常に強力な活性化基でこれに打ち勝つことも可能である。
【0021】
活性化基Q及びQ′の非限定的な例は、下記に示す構造を有するアルコキシカルボニル基、ハロゲン、ニトロ基、アミド基、スルホン基、スルホキシド基及びイミン基である。
【0022】
【化3】

式中、
X=ハロゲン又はNO
Z=O、N
M=N−ジアルキル、アルキル、
=(n=1のときに)アルキル又はアリール
n=0又は1
活性化カーボネートの非限定的な具体例には、ビス(o−メトキシカルボニルフェニル)カーボネート、ビス(o−クロロフェニル)カーボネート、ビス(o−ニトロフェニル)カーボネート、ビス(o−アセチルフェニル)カーボネート、ビス(o−フェニルケトンフェニル)カーボネート、ビス(o−ホルミルフェニル)カーボネートがある。A及びA′上の置換基の数及び種類が異なるこれらの構造の非対称的な組合せも、本発明で使用することが可能である。活性化カーボネートに関する好ましい構造は、次式の構造(X)を有するエステル置換ジアリールカーボネートである。
【0023】
【化4】

式中、R12は各々独立にC〜C20アルキル基、C〜C20シクロアルキル基又はC〜C20芳香族基であり、R13は各々独立にハロゲン原子、シアノ基、ニトロ基、C〜C20アルキル基、C〜C20シクロアルキル基、C〜C20芳香族基、C〜C20アルコキシ基、C〜C20シクロアルコキシ基、C〜C20アリールオキシ基、C〜C20アルキルチオ基、C〜C20シクロアルキルチオ基、C〜C20アリールチオ基、C〜C20アルキルスルフィニル基、C〜C20シクロアルキルスルフィニル基、C〜C20アリールスルフィニル基、C〜C20アルキルスルホニル基、C〜C20シクロアルキルスルホニル基、C〜C20アリールスルホニル基、C〜C20アルキルカルボニル基、C〜C20シクロアルキルカルボニル基、C〜C20アリールカルボニル基、C〜C60アルキルアミノ基、C〜C60シクロアルキルアミノ基、C〜C60アリールアミノ基、C〜C40アルキルアミノカルボニル基、C〜C40シクロアルキルアミノカルボニル基、C〜C40アリールアミノカルボニル基又はC〜C20アシルアミノ基であり、cは各々独立に0〜4の整数である。置換基CO12の1以上は、好ましくは式(X)のカーボネート基に対してオルト位に結合している。
【0024】
好ましいエステル置換ジアリールカーボネートの例には、特に限定されないが、ビス(メチルサリチル)カーボネート(CAS登録番号82091−12−1)(BMSC又はビス(o−メトキシカルボニル)カーボネートとしても知られる)、ビス(エチルサリチル)カーボネート、ビス(プロピルサリチル)カーボネート、ビス(ブチルサリチル)カーボネート、ビス(ベンジルサリチル)カーボネート、ビス(メチル−4−クロロサリチル)カーボネートなどがある。通例、分子量が低くて蒸気圧が高い点で、ビス(メチルサリチル)カーボネートが溶融ポリカーボネートの合成で使用するのに好ましい。
【0025】
カーボネート基に対してオルト位に存在する場合、活性化カーボネートを生じないと予想される非活性化基の若干の非限定的な例は、アルキル基、シクロアルキル基及びシアノ基である。非活性化カーボネートの若干の非限定的な具体例は、ビス(o−メチルフェニル)カーボネート、ビス(p−クミルフェニル)カーボネート、ビス(p−(1,1,3,3−テトラメチル)ブチルフェニル)カーボネート及びビス(o−シアノフェニル)カーボネートである。これらの構造の非対称的な組合せも、非活性化カーボネートを生じると予想される。
【0026】
1つのアリール基が活性化されていると共に、1つのアリール基が不活性化又は脱活性化されている非対称的なジアリールカーボネートも、活性化基が該ジアリールカーボネートにジフェニルカーボネートよりなお高い反応性を付与するならば、本発明で有用である。
【0027】
あるジアリールカーボネートが活性化されるかされないかを判定するための一方法は、あるジアリールカーボネートとp−(1,1,3,3−テトラメチル)ブチルフェノールのようなフェノールとの間でモデルエステル交換反応を実施(し、同一条件下でジアリールカーボネートの反応性をジフェニルカーボネートの反応性と比較)するである。このフェノールが好ましいのは、それがただ1つの反応部位を有し、低い揮発性を有し、ビスフェノールAに類似した反応性を有するからである。モデルエステル交換反応は、通常は水酸化ナトリウム又はナトリウムフェノキシドの水溶液であるエステル交換触媒の存在下において、あるジアリールカーボネート及びp−(1,1,3,3−テトラメチル)ブチルフェノールの融点より高い温度で実施される。エステル交換触媒の好ましい濃度は、フェノール又はシアリールカーボネートのモル数を基準にして約0.001モル%である。また、好ましい反応温度は200℃である。しかし、好都合な反応速度を得るため、条件及び触媒濃度の選択は反応体の反応性及び反応体の融点に応じて調整できる。反応温度に対する唯一の制約は、その温度が反応体の分解温度より低くなければならないことである。
【0028】
反応温度が反応体を揮発させて反応体のモルバランスに影響を及ぼす場合には、封管が使用できる。反応体の平衡濃度の測定は、反応の進行中に反応混合物の試料を採取し、次いでHPLC(高圧液体クロマトグラフィー)のような当業者に公知の検出方法を用いて反応混合物を分析することで行う。成分の酸化を回避するため、反応は適宜に不活性雰囲気(例えば、窒素)の下で実施する。反応器から試料を取り出した後に反応が継続しないよう、適宜に注意を払う。これは、揮発性成分の除去によって平衡がシフトし、反応混合物の組成が変化することがあるからである。これは、例えば氷浴中に浸すことで試料を手早く冷却すると共に、HPLC溶媒系の水相中に酢酸のような反応停止酸を使用することで達成される。反応混合物を冷却することに加え、反応混合物中に反応停止酸を直接導入することが望ましい場合もある。HPLC溶媒系の水相中の酢酸の好ましい濃度は0.05モル%である。平衡定数は、平衡に達したときの反応体及び生成物の濃度から求められる。反応混合物の試料採取に際して反応混合物中の成分の濃度がほとんど又は全く変化しない一点に達した場合、平衡に達したものと考える。平衡定数は、当業者に公知の方法により、平衡時における生成物の濃度と濃度との比として求めることができる。1を超える相対平衡定数(K(ジアリールカーボネート)/K(ジフェニルカーボネート))を有するジアリールカーボネートは、ジフェニルカーボネートより高い反応性を有すると見なされ、活性化カーボネートである。他方、1以下の平衡定数を有するジアリールカーボネートは、ジフェニルカーボネートと同じ反応性又はそれより低い反応性を有すると見なされ、活性化されていないと見なさる。一般に、エステル交換反応を実施する場合には、ジフェニルカーボネートに比べて反応性が高いか又は非常に高い活性化カーボネートを使用することが好ましい。好ましいのは、ジフェニルカーボネートの平衡定数の100倍以上、さらに好ましくは1000倍以上の平衡定数を有する活性化カーボネートである。
【0029】
活性化ジアリールカーボネートに加えて、本発明の方法で調製される反応混合物は2種以上の芳香族ジオールも含んでいる。好適な芳香族ジオールは、レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン(特に2,6、1,5及び2,7異性体を含む)、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノン(アントラフラビン酸)のような、概して平らな分子である。2種以上の芳香族ジオールの存在が必要な理由は、この種の個々のジオールのホモポリカーボネートは実用的な加工のためには高すぎる融点を有するポリマーを与えることにある。このような高い融点(例えば、370℃を超える融点)を回避するには、ただ1種のモノマーがモノマー全体の80モル%を超えないこと、好ましくは70モル%以下をなすことが望ましい。芳香族ジオールの具体的な組合せには、特に限定されないが、
レゾルシノールと4,4′−ビフェノール、
レゾルシノールとヒドロキノン、
レゾルシノールとメチルヒドロキノン、
4,4′−ビフェノールとヒドロキノン、
4,4′−ビフェノールとメチルヒドロキノン、
4,4′−ビフェノールと4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、
ヒドロキノンと4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、
メチルヒドロキノンとヒドロキノン、
4,4′−ビフェノールとヒドロキノンとメチルヒドロキノン、
4,4′−ビフェノールとヒドロキノンと4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、
4,4′−ビフェノールとヒドロキノンとレゾルシノール
がある。
【0030】
反応混合物の組成は、ビスフェノールA(BPA)のような他の芳香族ジオールを含むことができる。かかる分子は、製造コストを低減させると共に、低い融点を維持するために望ましい。しかし、平らでないこのような化学種を添加する際には、追加の芳香族レベルの量を、得られるポリカーボネートの液体性を破壊しないレベルに保つように注意すべきである。BPAの場合には、5モル%の量を成功裡に含めることができるが、10モル%を超える量は液体性を破壊しやすい。加えて、ポリカーボネート中のモノマーの総合組成を選択する際には、主鎖中にキンクを生じ得るレゾルシノールのようなモノマーの過大な量を回避するように注意すべきである。この点に関しては、後記実施例中で、ヒドロキノン及び4,4′−ビフェニルのような平らで乱れのない分子と共に高いレゾルシノールレベル(例えば15%)を用いてポリマーが製造されていることに注意されたい。これは、同じ譲受人に譲渡された米国特許出願公開第2003−0149223号の実施例19及び20に記載された、レゾルシノール、ヒドロキノン及びメチルヒドロキノンを20/20/60又は20/40/40の比で含むコポリマーと比較することができる。これらの組成物は液晶性を示さない。いかなる特定の機構によっても束縛されるつもりはないが、これは、メチルヒドロキノンのメチル基が環をカーボネート平面からわずかに回転させることで、レゾルシノールのようなねじれ分子と組み合わせた場合にLCPの性質を制限するためであると考えられる。
【0031】
活性化ジアリールカーボネートは、芳香族ジオールの量に対してほぼ化学量論的な量で反応混合物中に含まれる。これは、芳香族ジオール1モルについて、約1モルの活性化ジアリールカーボネートが存在することを意味する。例えば、0.9〜1.1モル、さらに好ましくは0.95〜1.05モルの活性化ジアリールカーボネートが存在し、最も好ましくはジオールとジアリールカーボネートとの比が0.96〜約0.99となるようなわずかに過剰のモル量でジアリールカーボネートが存在する。
【0032】
反応混合物は溶融エステル交換反応で処理される。当技術分野で公知の通り、溶融エステル交換反応は加熱反応器(例えば、押出機或いは(特に限定されないが)ワイプトフィルム蒸発器や水平攪拌型蒸発器やディスクリング型重合器のような他の反応器)内においてエステル交換触媒の存在下で実施される。本発明の反応混合物は100〜400℃、さらに好ましくは150〜370℃の温度に適宜に加熱される。本発明の液晶ポリカーボネートを製造する際には、二重パス押出操作を使用するのが望ましいことがある。加えて、分子量増加段階を通じて溶媒として作用するように保持されるメチルサリチレートの量を調節できるようにベント量が制限される押出機を使用するのが望ましいこともある。
【0033】
本発明の方法で使用する特定の触媒は重要でない。好適な触媒の例には、1種以上のアルカリ土類金属イオン源又はアルカリ金属イオン源、及び/又は1種以上の第四アンモニウム化合物、第四ホスホニウム化合物又はこれらの混合物がある。前記アルカリ土類金属イオン源又はアルカリ金属イオン源は、反応混合物中に存在するアルカリ土類金属又はアルカリ金属イオンの量が使用する芳香族ジオール化合物1モル当たり約10−5〜約10−8モルの範囲内にあるような量で使用される。
【0034】
第四アンモニウム化合物は、下記の式VIを有する有機アンモニウム化合物の群から選択される。
【0035】
【化5】

式中、R20〜R23は独立にC〜C20アルキル基、C〜C20シクロアルキル基又はC〜C20アリール基であり、Xは有機又は無機陰イオンである。本発明の一実施形態では、陰イオンXは水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、硫酸イオン、ギ酸イオン、炭酸イオン及び重炭酸イオンからなる群から選択される。
【0036】
構造VIを有する好適な有機アンモニウム化合物は、水酸化テトラメチルアンモニウム、水酸化テトラブチルアンモニウム、酢酸テトラメチルアンモニウム、ギ酸テトラメチルアンモニウム及び酢酸テトラブチルアンモニウムで例示される。
【0037】
第四ホスホニウム化合物は、下記の式VIIを有する有機ホスホニウム化合物の群から選択される。
【0038】
【化6】

式中、R24〜R27は独立にC〜C20アルキル基、C〜C20シクロアルキル基又はC〜C20アリール基であり、Xは有機又は無機陰イオンである。本発明の一実施形態では、陰イオンXは水酸化物イオン、ハロゲン化物イオン、カルボン酸イオン、スルホン酸イオン、硫酸イオン、ギ酸イオン、炭酸イオン及び重炭酸イオンからなる群から選択される。構造VIIを有する好適な有機ホスホニウム化合物は、水酸化テトラメチルホスホニウム、酢酸テトラメチルホスホニウム、ギ酸テトラメチルホスホニウム、水酸化テトラブチルホスホニウム及び酢酸テトラブチルホスホニウムで例示される。
【0039】
が炭酸イオン又は硫酸イオンのような多価陰イオンである場合、構造VI及びVII中の正電荷及び負電荷は適当にバランスされることは言うまでもない。例えば、構造VI中のR20〜R23の各々がメチル基であり、Xが炭酸イオンである場合、Xは1/2(CO−2)を表すことは言うまでもない。
【0040】
好適なアルカリ土類金属イオン源には、水酸化マグネシウム及び水酸化カルシウムのようなアルカリ土類金属水酸化物がある。好適なアルカリ金属イオン源には、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムで例示されるアルカリ金属水酸化物がある。他のアルカリ土類金属及びアルカリ金属イオン源には、酢酸ナトリウムのようなカルボン酸の塩、及びEDTA四ナトリウム塩やEDTAマグネシウム二ナトリウム塩のようなエチレンジアミン四酢酸(EDTA)の誘導体がある。
【0041】
ビスメチルサリチルカーボネートのような活性化カーボネートの使用は、芳香族ジオール残基間の結合の大部分がカーボネート結合であるポリマー生成をもたらす。少ない程度ではあるが、活性化カーボネートを表す構造単位も生成される。例えば、0.2〜1モル%の内部カーボネートエステル結合を生成することができる。図1は、これが起こり得る過程を示している。図示のように、主反応の副生物として生成したメチルサリチレートが成長するポリマーの末端と反応する。その場合、次の芳香族ジオールとのカーボネート結合の形成に際し、サリチレート基の遊離ヒドロキシル基がヒドロキシル末端基として役立つ。その結果として連鎖中にキンクを生じるが、これは活性化カーボネートとしてのBMSC又は類似のジアリールカーボネートの使用に特有のものである。活性化ジアリールカーボネートから導かれる末端封鎖基(例えば、BMSCの場合のメチルサリチル末端封鎖基)も、少ない程度でポリマー中に組み込むことができる。
【0042】
キンクの存在及び活性化カーボネート由来の末端封鎖基の存在は、13C NMRで検出できる。図2は、80℃のテトラクロロエタン−d中における、カーボネート源としてBMSCを用いて製造した65/35 MeHQ/BPコポリマーの110〜170ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。図3は、80℃のテトラクロロエタン−d中における同じ65/35 MeHQ/BPコポリマーの140〜115ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。BMSC以外の化学種を活性化カーボネートとして使用し、MeHQ及びBP以外の化学種をジヒドロキシ芳香族化合物として使用した場合にも、同等な余分のピークが出現する。これらのピークの存在は、活性化ジアリールカーボネートの残基の存在を表している。本発明のさらに別の態様は、活性化カーボネートを表す構造単位を含む液晶ポリカーボネート組成物である。好ましい実施形態では、これらの構造単位はBMSCの残基である。本発明の液晶組成物は、特に耐熱性、寸法安定性及び耐溶剤性が重要である用途のための成形製品の製造に際して有用である。かかる組成物は、高い熱容量、化学安定性及び寸法安定性を有すると共に、薄くて複雑な部分を容易に充填することを可能にする高い流量を有している。本発明の組成物は、無鉛はんだを用いて金属導体を接合する装置上のコネクターであり得る。若干の用途については、液晶ポリカーボネートには、例えば50重量%までの充填材が充填される。特定の実施形態では、充填材の量は30重量%までである。好適な充填材には、特に限定されないが、ガラス、鉱物又は炭素繊維充填材のような充填材がある。充填材は、樹脂の異方性に原因する直交流れ方向の性質の低下を軽減することで液晶の性質を向上させる。加えて、充填材は製造コストを低減させる。
【0043】
本発明のさらに別の実施形態に従えば、成形物品の製造方法であって、
(a)本明細書中に記載したような液晶ポリカーボネートを溶融する段階、
(b)物品の形状を規定する型の中に溶融液晶ポリカーボネートを導入する段階、及び
(c)溶融液晶ポリカーボネートを型の中で凝固させて成形物品を形成する段階
を含んでなる方法が提供される。任意には、溶融液晶ポリカーボネート組成物は充填材を含み得る。こうして製造された成形物品は、それ自体が本発明の一態様であるが、続いて型から取り出すことができる。溶融液晶ポリカーボネートを型の中に導入するためには、射出成形技術が使用できる。本発明に従って製造できる具体的な成形物品には、特に限定されないが、電線又は回路板用の電気コネクターがある。本発明の液晶組成物はまた、高強度繊維に紡糸することもできる。
【実施例】
【0044】
次に、以下の非限定的実施例に関して本発明をさらに詳しく説明する。
【0045】
実施例1
45%HQ−45%BP−10%DHPEを用いたLCPの製造(小規模)
段階1:オリゴマーの製造
機械的攪拌機、温度制御プローブ、及び減圧蒸留のための凝縮器/受け器に連結されたアダプターを備えた三つ口丸底フラスコ内に、15.408g(0.14モル)のヒドロキノン、6.289g(0.031モル)の4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、26.060g(0.140モル)のビフェノール及び104.705g(0.317モル)のBMSCの混合物を配置した。この混合物に、620μlの1×10−3M NaOH水溶液及び78μlの1.0M水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液を添加した。次いで、混合物を200℃の油浴内に浸し、固形分の一部が融解した約15分後に攪拌を開始した。約10〜15分間の攪拌後、反応生成物は透明な溶液になった。内温はこの時点で193℃であった。反応生成物はさらに5分後に曇り始め、ゆっくりと乳濁すると共に粘稠になった。一般に、粘稠な乳濁混合物は凝固し、攪拌は混合物の中心部でのみ行われた。攪拌機の速度は低下した。混合物をこの温度(約190℃)に保って全部で1.5時間にわたり平衡させ、次いで減圧を開始して反応中に生成したメチルサリチレートを蒸留で除去した。全部で63.86g(約70%)のメチルサリチレートが受け器内に捕集された時点で蒸留を停止した。オリゴマーを冷却し、次いでオフホワイトの固体としてフラスコから取り出した。重量は84.38gであった。
【0046】
段階2:LCPオリゴマーのMW増加
40.2gの上記オリゴマーを円筒形反応管内に配置した。この管を、凝縮装置、真空源、及びステンレス鋼製攪拌機と定速駆動電動機を備えた反応系に連結した。反応系に窒素ブランケットを施した。固体を電熱アルミニウムブロックで加熱し、温度を310℃に設定した。加熱装置が310℃に達したとき、設定点を340℃に上昇させた。オリゴマーが融解し始めた後、攪拌機を定速で始動し、減圧を開始して圧力をゆっくりと1ミリバール未満に低下させた。徐々に、攪拌機速度を180RPMに上昇させた。次いで、反応系を約40〜45分間にわたって高真空に保った。この操作中に、残留メチルサリチレートが留出し、受け管内に捕集された(12.2g)。反応終了時に減圧を停止し、系を窒素でフラッシュした。反応管を系から取り外した。淡褐色のLCPを羽根からかき取り、残りは冷却後に反応管から取り出した。LCPの熱的性質をDSCで求めたところ、Tm=289℃、Tc=247℃であり、Tgは認められなかった。
【0047】
実施例2
50/50モル%ビフェノール/ヒドロキノン液晶コポリカーボネートの製造(大規模)
装置:6インチフランジ付きヘッドアセンブリ、ステンレス鋼製攪拌機軸といかり型攪拌機、及び高トルク定速攪拌機モーターを備えた12リットル反応フラスコ。ヘッドには、受けフラスコの付いた凝縮器アセンブリ、窒素入口、及び融液温度測定用の熱電対プローブが備わっていた。フラスコは、温度調整のために使用する2つの可変電圧調節器を備えた二重帯域加熱マントルで加熱した。
【0048】
仕込反応体:ヒドロキノン−660.8グラム(6.000モル)、ビフェノール−1117.3グラム(6.000モル)及びビス(メチルサリチル)カーボネート−4042.9グラム(12.240モル)。
【0049】
仕込触媒:1.0モル濃度の水酸化テトラメチルアンモニウム水溶液3.0ml及び0.02モル濃度の水酸化ナトリウム水溶液1.2ml。
【0050】
開始:窒素ブランケットを施した容器にヒドロキノン、ビフェノール及びビス(メチルサリチル)カーボネートを仕込んだ。反応プロフィル及びコメントは下記の通りである。
【0051】
【表1】


得られた「湿潤固体」を1晩放冷し、翌朝にフランジ付きの上蓋を取り除いてから容器をさかさにすることで固体を取り出した。収量は約5500グラムの粉末であった。粉末を160℃の減圧乾燥炉内に配置し、水銀柱100mmの減圧を20時間加えた。「乾燥」粉末の重量は2568グラムであった。得られた乾燥粉末を、バレルセクションを約340〜345℃に加熱した真空ベント式二軸押出機に供給した。押出機から出てきたポリマーストランドを細断した。ポリマーはすべての普通溶剤に不溶であった。ポリマーのDSC走査は331℃での溶融転移を示し、明らかなTgを示さず、20℃/分での下方走査で294℃のTcを示した。ポリマー融液は不透明であって、生成物の液晶性を表していた。
【0052】
実施例3
下記表の最後の縦欄に示すように、本明細書中に記載した実施例1、2又は4の方法の1つを用いて、下記表中に略示した様々な組成物の試料を調製した。直交偏光子の間で融液を顕微鏡検査して複屈折を観測することで、すべての組成物が液晶材料であることを確認した。表中のTmは示差走査熱量測定法で測定し、固体から流動液晶への転移の温度はホットステージ顕微鏡を用いて測定した。
【0053】
【表2】


実施例4
30ガロンのチタン内張りジャケット付き容器に、以下の成分、即ちBMSC−16965グラム(51.41モル)、ヒドロキノン−3000グラム(27.27モル)(54モル%)、4,4′−ビフェノール−3381グラム(18.18モル)(36モル%)及びレゾルシノール−556グラム(5.05モル)(10モル%)を添加した。添加した触媒は、2.0×10−4モルの水酸化ナトリウム及び1.26×10−3モルの水酸化テトラメチルアンモニウムであった。
【0054】
混合物を攪拌しながら205℃に加熱し、次いでその温度に2.5時間保った。次に、不透明な溶液を真空ベント式二軸押出機に直接供給し、そこでメチルサリチレートを減圧下で除去した。不透明な流体として押出機から出てきたポリマーを、ストランド化して細断した。生成物は346℃での融点を示すと共に、20℃/分での下方走査で270℃のTcを示した。
【0055】
実施例1の小規模処理で製造した同一組成物については323℃のTmが観測されたことを考えると、この実施例は大型の処理装置を用いると高いTm値、したがって大きいMW増加を達成し得ることを示している。
【図面の簡単な説明】
【0056】
【図1】本発明に係わる組成物中におけるエステルカーボネート残基の生成を示す。
【図2】80℃のテトラクロロエタン−d中における65/35 MeHQ/BPコポリマーの110〜170ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。
【図3】80℃のテトラクロロエタン−d中における65/35 MeHQ/BPコポリマーの140〜115ppm範囲内の13C NMRスペクトルを示す。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
液晶ポリカーボネートの製造方法であって、
(a)活性化ジアリールカーボネート、及び
(b)レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノンからなる群から選択される2種以上の芳香族ジオールモノマー
を含む反応混合物を調製する段階、並びに
溶融エステル交換反応で反応混合物を処理して液晶ポリカーボネートを製造する段階
を含んでなる方法。
【請求項2】
活性化ジアリールカーボネートがジエステルカーボネートである、請求項1記載の方法。
【請求項3】
活性化ジアリールカーボネートが、ビス(メチルサリチル)カーボネート、ビス(エチルサリチル)カーボネート、ビス(プロピルサリチル)カーボネート、ビス(ブチルサリチル)カーボネート、ビス(ベンジルサリチル)カーボネート及びビス(メチル4−クロロサリチル)カーボネートからなる群から選択される、請求項2記載の方法。
【請求項4】
活性化ジアリールカーボネートがビス(メチルサリチル)カーボネートである、請求項2記載の方法。
【請求項5】
触媒が、(a)1種以上のアルカリ土類金属源又はアルカリ金属源、(b)1種以上の第四アンモニウム化合物又は第四ホスホニウム化合物或いはこれらの混合物、或いは(c)(a)及び(b)の混合物からなる、請求項4記載の方法。
【請求項6】
触媒が、(a)1種以上のアルカリ土類金属源又はアルカリ金属源、(b)1種以上の第四アンモニウム化合物又は第四ホスホニウム化合物或いはこれらの混合物、或いは(c)(a)及び(b)の混合物からなる、請求項2記載の方法。
【請求項7】
反応混合物が2種だけの芳香族ジオールを含む、請求項1記載の方法。
【請求項8】
いずれの芳香族ジオールも反応混合物中のモノマーの80モル%を超えない、請求項7記載の方法。
【請求項9】
活性化ジアリールカーボネートがジエステルカーボネートである、請求項8記載の方法。
【請求項10】
活性化ジアリールカーボネートが、ビス(メチルサリチル)カーボネート、ビス(エチルサリチル)カーボネート、ビス(プロピルサリチル)カーボネート、ビス(ブチルサリチル)カーボネート、ビス(ベンジルサリチル)カーボネート及びビス(メチル4−クロロサリチル)カーボネートからなる群から選択される、請求項9記載の方法。
【請求項11】
活性化ジアリールカーボネートがビス(メチルサリチル)カーボネートである、請求項9記載の方法。
【請求項12】
触媒が、(a)1種以上のアルカリ土類金属源又はアルカリ金属源、(b)1種以上の第四アンモニウム化合物又は第四ホスホニウム化合物或いはこれらの混合物、或いは(c)(a)及び(b)の混合物からなる、請求項11記載の方法。
【請求項13】
触媒が、(a)1種以上のアルカリ土類金属源又はアルカリ金属源、(b)1種以上の第四アンモニウム化合物又は第四ホスホニウム化合物或いはこれらの混合物、或いは(c)(a)及び(b)の混合物からなる、請求項9記載の方法。
【請求項14】
いずれの芳香族ジオールも反応混合物中のモノマーの80モル%を超えない、請求項1記載の方法。
【請求項15】
レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノンからなる群から選択される2種以上の芳香族ジオールの残基、並びに
活性化ジアリールカーボネートを表す構造単位
を含んでなる液晶ポリカーボネート組成物。
【請求項16】
活性化ジアリールカーボネートがジエステルカーボネートである、請求項15記載の組成物。
【請求項17】
活性化ジアリールカーボネートが、ビス(メチルサリチル)カーボネート、ビス(エチルサリチル)カーボネート、ビス(プロピルサリチル)カーボネート、ビス(ブチルサリチル)カーボネート、ビス(ベンジルサリチル)カーボネート及びビス(メチル4−クロロサリチル)カーボネートからなる群から選択される、請求項16記載の組成物。
【請求項18】
活性化ジアリールカーボネートがビス(メチルサリチル)カーボネートである、請求項16記載の組成物。
【請求項19】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及び4,4′−ビフェノールの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項20】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及びヒドロキノンの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項21】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項22】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項23】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及びヒドロキノンの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項24】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項25】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項26】
芳香族ジオールの残基がヒドロキノン及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項27】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項28】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項18記載の組成物。
【請求項29】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びレゾルシノールからなる、請求項18記載の組成物。
【請求項30】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びビスフェノールAからなる、請求項18記載の組成物。
【請求項31】
成形物品の製造方法であって、
(a)レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノンからなる群から選択される2種以上の芳香族ジオールの残基と、活性化ジアリールカーボネートから導かれる残基とを含む液晶ポリカーボネートを溶融する段階、
(b)物品の形状を規定する型の中に溶融液晶ポリカーボネートを導入する段階、並びに
(c)溶融液晶ポリカーボネートを型の中で凝固させて成形物品を形成する段階
を含んでなる方法。
【請求項32】
活性化ジアリールカーボネートがジエステルカーボネートである、請求項31記載の方法。
【請求項33】
活性化ジアリールカーボネートが、ビス(メチルサリチル)カーボネート、ビス(エチルサリチル)カーボネート、ビス(プロピルサリチル)カーボネート、ビス(ブチルサリチル)カーボネート、ビス(ベンジルサリチル)カーボネート及びビス(メチル4−クロロサリチル)カーボネートからなる群から選択される、請求項32記載の方法。
【請求項34】
活性化ジアリールカーボネートがビス(メチルサリチル)カーボネートである、請求項32記載の方法。
【請求項35】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及び4,4′−ビフェノールの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項36】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及びヒドロキノンの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項37】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項38】
芳香族ジオールの残基がレゾルシノール及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項39】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及びヒドロキノンの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項40】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項41】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項42】
芳香族ジオールの残基がヒドロキノン及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項43】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及び4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテルの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項44】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びメチルヒドロキノンの残基からなる、請求項34記載の方法。
【請求項45】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びレゾルシノールからなる、請求項34記載の方法。
【請求項46】
芳香族ジオールの残基が4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン及びビスフェノールAからなる、請求項34記載の方法。
【請求項47】
溶融液晶ポリカーボネートと共に充填材が型の中に導入される、請求項31記載の方法。
【請求項48】
請求項31記載の方法で製造される成形物品。
【請求項49】
液晶ポリカーボネートを含んでなる成形物品であって、前記液晶ポリカーボネートが、
レゾルシノール、4,4′−ビフェノール、ヒドロキノン、メチルヒドロキノン、4,4′−ジヒドロキシフェニルエーテル、ジヒドロキシナフタレン、4,4′−ジヒドロキシベンゾフェノン及び2,6−ジヒドロキシアントラキノンからなる群から選択される2種以上の芳香族ジオールの残基、並びに
活性化ジアリールカーボネートから導かれる残基
を含む、成形物品。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公表番号】特表2007−525586(P2007−525586A)
【公表日】平成19年9月6日(2007.9.6)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−500987(P2007−500987)
【出願日】平成17年2月24日(2005.2.24)
【国際出願番号】PCT/US2005/005990
【国際公開番号】WO2005/085319
【国際公開日】平成17年9月15日(2005.9.15)
【出願人】(390041542)ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】GENERAL ELECTRIC COMPANY
【Fターム(参考)】