JP2025001688A - Polyether ether ketone compound and method for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポリエーテルエーテルケトン化合物及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a polyether ether ketone compound and a method for producing the same.
近年、情報通信量の増大に伴い、5Gという次世代通信システムが使用され、高周波数帯域(26GHz~80GHzのミリ波領域)での情報通信が盛んに行われるようになってきた。電子機器においてもより高い性能が求められ、使用される絶縁材料には更なる低比誘電率化、低誘電正接化が求められている。 In recent years, with the increase in the amount of information and communication, the next-generation communication system known as 5G has come into use, and information and communication in the high-frequency band (the millimeter wave region of 26 GHz to 80 GHz) has become more common. Higher performance is also required in electronic devices, and the insulating materials used are required to have even lower relative dielectric constants and dielectric loss tangents.
絶縁材料としては特許文献1や2に示された、エポキシ樹脂、特定のフェノール系硬化剤、フェノキシ樹脂、ゴム粒子及びポリビニルアセタール樹脂などを含むエポキシ樹脂組成物が知られているが、これらの材料では5Gというキーワードを代表とした高周波帯用途として満足しないことがわかってきた。それに対し、特許文献3では、エポキシ樹脂、活性エステル化合物及びトリアジン含有クレゾールノボラック樹脂を含有するエポキシ樹脂組成物が低誘電正接化に有効であると報告されているが、この材料でも高周波用途としてはより低誘電化が必要である。 As insulating materials, epoxy resin compositions containing epoxy resin, a specific phenol-based hardener, phenoxy resin, rubber particles, polyvinyl acetal resin, etc., as shown in Patent Documents 1 and 2, are known, but it has become clear that these materials are not satisfactory for high-frequency band applications, such as those represented by the keyword 5G. In contrast, Patent Document 3 reports that an epoxy resin composition containing epoxy resin, an active ester compound, and a triazine-containing cresol novolac resin is effective in lowering the dielectric tangent, but even this material needs to have a lower dielectric constant for high-frequency applications.
一方、特許文献4では、非エポキシ系の材料として長鎖アルキル基を有するビスマレイミド樹脂及び硬化剤を含有する樹脂組成物からなる樹脂フィルムが、誘電特性に優れることが報告されているが、実質的に長鎖アルキル基を有するビスマレイミド樹脂と硬質の低分子の芳香族系マレイミドの組合せであり、基板用途で求められる100℃以上の高いガラス転移温度(Tg)を達成するのは非常に困難である。また、長鎖アルキル基を有するビスマレイミド樹脂は、熱膨張係数(CTE)が大きいという課題もある。 On the other hand, Patent Document 4 reports that a resin film made of a resin composition containing a bismaleimide resin having a long-chain alkyl group as a non-epoxy material and a curing agent has excellent dielectric properties. However, this is essentially a combination of a bismaleimide resin having a long-chain alkyl group and a hard low-molecular aromatic maleimide, and it is very difficult to achieve the high glass transition temperature (Tg) of 100°C or more required for substrate applications. In addition, bismaleimide resins having long-chain alkyl groups have the problem of a large coefficient of thermal expansion (CTE).
また、優れた耐熱性や機械強度を有し、低誘電特性を示すスーパーエンジニアリングプラスチックの使用も注目されており、液晶ポリマー(LCP)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルイミド(PEI)等を使用した基板についても提案されている(特許文献5)。
しかしながら、スーパーエンジニアリングプラスチックを使用した場合、加工性に課題があることが多い。例えば、PEEKは、耐熱性に優れ連続使用温度が260℃であり誘電特性に優れる一方で、融点が300℃以上と高く、さらに溶剤への溶解性が悪いことから成形が難しい。
In addition, the use of super engineering plastics that have excellent heat resistance and mechanical strength and exhibit low dielectric properties has also attracted attention, and substrates using liquid crystal polymers (LCPs), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyether ether ketone (PEEK), polyetherimide (PEI), and the like have been proposed (Patent Document 5).
However, when using super engineering plastics, there are often problems with processability. For example, PEEK has excellent heat resistance, a continuous use temperature of 260°C, and excellent dielectric properties, but it has a high melting point of 300°C or more and poor solubility in solvents, making it difficult to mold.
非特許文献1では、ある程度の分子量を有するPEEKの末端にマレイミド基を導入し熱硬化性を付与した例が示されている。また、これを用いた組成物はワニス化して成形可能であり優れた誘電特性を有することが報告されている(特許文献6)。 Non-Patent Document 1 shows an example of introducing a maleimide group to the end of PEEK with a certain molecular weight to impart thermosetting properties. It has also been reported that a composition using this can be made into a varnish and molded, and has excellent dielectric properties (Patent Document 6).
しかしながら、特許文献6に記載のマレイミド基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物の製造は、ジフルオロベンゾフェノンとジオールを反応させて主鎖を合成した後、末端をアミンにするためにアミノフェノールをさらに反応させ、次いでマレイミド化するため、工程が多く反応時間が長いという課題があった。
従って、本発明は、合成が容易で、加工性に優れ、誘電特性に優れ(低比誘電率、低誘電正接であり)、高い耐熱性を有し、低吸湿性であるポリエーテルエーテルケトン化合物を提供することを目的とする。
However, the production of a polyether ether ketone compound having a maleimide group described in Patent Document 6 involves a process in which difluorobenzophenone is reacted with a diol to synthesize a main chain, and then aminophenol is further reacted to convert the terminal into an amine, followed by maleimide formation. This process requires many steps and takes a long reaction time.
Therefore, an object of the present invention is to provide a polyether ether ketone compound which is easy to synthesize, has excellent processability, excellent dielectric properties (low relative dielectric constant and low dielectric tangent), high heat resistance, and low moisture absorption.
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、下記ポリエーテルエーテルケトン化合物が、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of extensive research to solve the above problems, the inventors discovered that the following polyether ether ketone compound can achieve the above objective, and thus completed the present invention.
即ち、本発明は、下記ポリエーテルエーテルケトン化合物及びその製造方法を提供するものである。
<1>
下記式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物。
<2>
式(1)中、R1及びR2がそれぞれ独立に炭素数6~30の芳香族構造を有する基である<1>記載のポリエーテルエーテルケトン化合物。
<3>
式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物の数平均分子量が700~50000である<1>又は<2>に記載のポリエーテルエーテルケトン化合物。
<4>
4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと、
下記式(2)
で表される化合物と、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させて両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物を得る工程A、及び
工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
下記式(3)
で表される化合物と、
を塩基存在下で反応させる工程B、又は、
工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンと、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させる工程B’
を有する<1>~<3>のいずれか1項に記載のポリエーテルエーテルケトン化合物の製造方法。
<5>
工程Aにおいて、4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと式(2)で表される化合物とを、モル比で、4,4’-ジフルオロベンゾフェノン/式(2)で表される化合物=1/1.01~2.0で反応させる<4>に記載のポリエーテルエーテルケトン化合物の製造方法。
That is, the present invention provides the following polyether ether ketone compound and a method for producing the same.
<1>
A polyether ether ketone compound represented by the following formula (1):
<2>
In the formula (1), R 1 and R 2 each independently represent a group having an aromatic structure having 6 to 30 carbon atoms.
<3>
The polyether ether ketone compound according to <1> or <2>, wherein the polyether ether ketone compound represented by formula (1) has a number average molecular weight of 700 to 50,000.
<4>
4,4'-difluorobenzophenone,
The following formula (2)
and a compound represented by the formula:
in the presence of an alkali metal carbonate to obtain a polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends; and
the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A;
The following formula (3)
and a compound represented by the formula:
Step B: reacting in the presence of a base; or
the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A;
2,3,4,5,6-pentafluorostyrene,
in the presence of an alkali metal carbonate.
The method for producing a polyether ether ketone compound according to any one of <1> to <3>,
<5>
The method for producing a polyether ether ketone compound according to <4>, wherein in step A, 4,4'-difluorobenzophenone and the compound represented by formula (2) are reacted in a molar ratio of 4,4'-difluorobenzophenone/compound represented by formula (2)=1/1.01 to 2.0.
本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物は、少ない工程数で比較的容易に合成でき、加工性に優れる。また、これを含む樹脂組成物が誘電特性に優れ(低比誘電率、低誘電正接であり)、高い耐熱性を有し、低吸湿性である硬化物となる。したがって、本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物は、高周波数帯域で使用される電子機器の絶縁材料として有用である。 The polyether ether ketone compound of the present invention can be synthesized relatively easily with a small number of steps and has excellent processability. In addition, a resin composition containing the compound has excellent dielectric properties (low relative dielectric constant, low dielectric tangent), high heat resistance, and a cured product with low moisture absorption. Therefore, the polyether ether ketone compound of the present invention is useful as an insulating material for electronic devices used in high frequency bands.
以下に、本発明を詳細に説明する。
ポリエーテルエーテルケトン化合物
本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物は、下記式(1)で示されるものである。
The present invention will be described in detail below.
Polyether ether ketone compound The polyether ether ketone compound of the present invention is represented by the following formula (1).
式(1)中、R1及びR2はそれぞれ独立に置換又は非置換の芳香族基を表し、R’はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子を表し、A1及びA2は互いに独立に単結合又は炭素数1~4のアルキレン基を表し、nは1~100の数である。 In formula (1), R1 and R2 each independently represent a substituted or unsubstituted aromatic group, R' each independently represent a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom, A1 and A2 each independently represent a single bond or an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, and n is a number from 1 to 100.
式(1)中、R1及びR2で表される置換又は非置換の芳香族基としては、炭素数6~30の芳香族構造を有する基が好ましく、炭素数10~25の芳香族構造を有する基がより好ましい。また、R1及びR2はそれぞれ異なっていても、同一であってもよい。以下、R1及びR2の構造を例示するが、これらは代表例であり、これらに限定されるものではない。
これらの中でも、式(1)中のR1及びR2で表される芳香族基としては下記の基が好ましい。
式(1)中、R’はそれぞれ独立に水素原子、炭素数1~6のアルキル基又はハロゲン原子である。炭素数1~6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基が挙げられる。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。
後記の製造方法における原料化合物から、R’がすべて水素原子である場合又はR’がすべてフッ素原子である場合のいずれかが好ましい。
In formula (1), R' are each independently a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, or a halogen atom. Examples of the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms include a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group. Examples of the halogen atom include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.
In the starting compounds in the production method described below, it is preferable that all of the R' are hydrogen atoms or all of the R' are fluorine atoms.
式(1)中、A1及びA2は単結合又は炭素数1~4のアルキレン基である。炭素数1~4のアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基及びテトラメチレン基等が挙げられ、A1及びA2としては、単結合又はメチレン基が好ましい。 In formula (1), A1 and A2 are a single bond or an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms. Examples of the alkylene group having 1 to 4 carbon atoms include a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, and a tetramethylene group, and A1 and A2 are preferably a single bond or a methylene group.
式(1)中、nは1~100の数であり、5~60の数であることが好ましい。nが100を超えると、得られるポリエーテルエーテルケトン化合物の融点が高くなりすぎたり、溶剤溶解性が悪くなったりするため好ましくない。 In formula (1), n is a number from 1 to 100, and preferably a number from 5 to 60. If n exceeds 100, the melting point of the resulting polyether ether ketone compound will be too high or the solvent solubility will be poor, which is not preferable.
ポリエーテルエーテルケトン化合物の数平均分子量(Mn)としては特に制限はないが、好ましくは700~50000であり、1500~40000がより好ましく、3000~35000が更に好ましい。この範囲であれば、本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物の融点や溶剤溶解性が良好であり成形性が向上する。 The number average molecular weight (Mn) of the polyether ether ketone compound is not particularly limited, but is preferably 700 to 50,000, more preferably 1,500 to 40,000, and even more preferably 3,000 to 35,000. Within this range, the polyether ether ketone compound of the present invention has a good melting point and solvent solubility, and the moldability is improved.
本明細書中で言及する数平均分子量(Mn)とは、下記条件で測定したGPCによるポリスチレンを標準物質とした数平均分子量である。
[GPC測定条件]
展開溶媒:テトラヒドロフラン(THF)
流量:0.35mL/min
検出器:示差屈折率検出器(RI)
カラム:TSK Guardcolumn SuperH-L
TSKgel SuperHZ4000(4.6mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperHZ3000(4.6mmI.D.×15cm×1)
TSKgel SuperHZ2000(4.6mmI.D.×15cm×2)
(いずれも東ソー社製)
カラム温度:40℃
試料注入量:5μL(濃度0.2質量%のTHF溶液)
The number average molecular weight (Mn) referred to in this specification is the number average molecular weight measured by GPC under the following conditions using polystyrene as the standard.
[GPC measurement conditions]
Developing solvent: tetrahydrofuran (THF)
Flow rate: 0.35mL/min
Detector: Refractive index detector (RI)
Column: TSK Guard column Super H-L
TSKgel SuperHZ4000 (4.6mm I.D. x 15cm x 1)
TSKgel SuperHZ3000 (4.6mm I.D. x 15cm x 1)
TSKgel SuperHZ2000 (4.6mm I.D. x 15cm x 2)
(Both manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40°C
Sample injection volume: 5 μL (THF solution with a concentration of 0.2% by mass)
ポリエーテルエーテルケトン化合物の製造方法
本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物の合成方法は特に限定されないが、例えば、以下に示す方法により効率的に製造することができる。
Method for Producing Polyether Ether Ketone Compound The method for synthesizing the polyether ether ketone compound of the present invention is not particularly limited, but for example, the compound can be efficiently produced by the method shown below.
4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと、
下記式(2)
で表される化合物と、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させて両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物を得る工程A、及び
前記工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
下記式(3)
で表される化合物と、
を塩基存在下で反応させる工程B、又は、
前記工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンと、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させる工程B’
を有するポリエーテルエーテルケトン化合物の製造方法である。
4,4'-difluorobenzophenone,
The following formula (2)
A compound represented by the formula:
in the presence of an alkali metal carbonate to obtain a polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends; and
The following formula (3)
A compound represented by the formula:
Step B: reacting in the presence of a base; or
the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A;
2,3,4,5,6-pentafluorostyrene,
in the presence of an alkali metal carbonate.
The present invention relates to a method for producing a polyether ether ketone compound having the formula:
上記製造方法において、各工程は、ポリエーテルエーテルケトン主鎖の合成と、その末端変性に大別することができる。以下、詳細を説明する。 In the above manufacturing method, each step can be broadly divided into synthesis of the polyether ether ketone main chain and its terminal modification. The details are explained below.
工程Aでは、例えば4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと式(2)で表される特定の芳香族ジオールとの芳香族求核置換重合が使用できる。この反応は、一般には有機溶媒(例えば、非極性溶媒、高沸点非プロトン性極性溶媒等)中、アルカリ金属炭酸塩存在下で、130~140℃で加熱し、さらに170~180℃に加熱することで進行する。 In step A, for example, aromatic nucleophilic substitution polymerization of 4,4'-difluorobenzophenone with a specific aromatic diol represented by formula (2) can be used. This reaction generally proceeds in an organic solvent (e.g., a non-polar solvent, a high-boiling aprotic polar solvent, etc.) in the presence of an alkali metal carbonate by heating at 130 to 140°C and then further heating to 170 to 180°C.
式(2)中、Rとしては、上記式(1)中のR1及びR2で例示した基と同様の基が挙げられる。式(2)で表される化合物としては、1,3-ジヒドロキシベンゼン、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン、1,3-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン、1,4-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼンが好ましい。 In formula (2), R may be the same as the groups exemplified for R 1 and R 2 in formula (1) above. Preferred compounds represented by formula (2) are 1,3-dihydroxybenzene, 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 1,3-bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzene, and 1,4-bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzene.
アルカリ金属炭酸塩としては、特に限定されないが、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸ルビジウム、炭酸セシウムなどが挙げられる。 Examples of alkali metal carbonates include, but are not limited to, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, rubidium carbonate, and cesium carbonate.
有機溶媒としては、トルエン、キシレン、アニソール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of organic solvents include toluene, xylene, anisole, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N,N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. These may be used alone or in combination of two or more.
4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと特定の芳香族ジオールのモル比は、4,4’-ジフルオロベンゾフェノン/芳香族ジオール=1/1.01~2.0とすることが好ましく、1/1.02~1.80とすることがより好ましく、1/1.03~1.50とすることがさらに好ましい。
4,4’-ジフルオロベンゾフェノンと特定の芳香族ジオールとをこの比で配合することで、結果的に両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトンを合成することができる。
The molar ratio of 4,4'-difluorobenzophenone to the specific aromatic diol, 4,4'-difluorobenzophenone/aromatic diol, is preferably 1/1.01 to 2.0, more preferably 1/1.02 to 1.80, and even more preferably 1/1.03 to 1.50.
By mixing 4,4'-difluorobenzophenone and a specific aromatic diol in this ratio, it is possible to synthesize polyether ether ketone having hydroxyl groups at both ends.
工程Aの後、任意に公知の方法で精製してもよい。精製方法としては、例えば、工程A後の混合物に水を加えて攪拌し静置することで有機溶剤と水溶液を分離する方法や、工程A後の混合物を貧溶媒に投入して沈殿物を回収した後に水で洗浄する方法等が挙げられる。工程Aで得られる化合物は、工程Aで使用した有機溶媒のワニスとして取り出してもよく、貧溶媒に投入して沈殿物を回収し固体として取り出すこともできる。
以上の工程Aにより、両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物を得ることができる。
After step A, the mixture may be purified by any known method. Examples of the purification method include a method in which water is added to the mixture after step A, the mixture is stirred, and the mixture is allowed to stand to separate the organic solvent from the aqueous solution, and a method in which the mixture after step A is poured into a poor solvent to recover a precipitate and then washed with water. The compound obtained in step A may be taken out as a varnish of the organic solvent used in step A, or it may be taken out as a solid by pouring the mixture into a poor solvent to recover a precipitate.
By the above-mentioned step A, a polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends can be obtained.
工程Aの後、工程B又は工程B'により、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物の両末端の水酸基を変性する。 After step A, the hydroxyl groups at both ends of the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A are modified in step B or B'.
工程Bでは、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトンと下記式(3)
で表される化合物とを塩基存在下で反応させる。工程Bの反応条件としては特に制限されないが、例えば、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と式(3)で表される化合物とを塩基の存在下、有機溶媒と水との混合溶媒中で60℃~100℃で反応させる方法が挙げられる。
In step B, the polyether ether ketone having hydroxyl groups at both ends obtained in step A is reacted with a compound represented by the following formula (3):
The reaction conditions for step B are not particularly limited, but an example thereof includes a method in which the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A is reacted with the compound represented by formula (3) in the presence of a base in a mixed solvent of an organic solvent and water at 60° C. to 100° C.
式(3)中、R’で表される炭素数1~6のアルキル基としては、前記式(1)のR’の炭素数1~6のアルキル基同様、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基及びヘキシル基が挙げられ、ハロゲン原子としては、前記式(1)のR’のハロゲン原子と同様、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられる。式(3)中のR’は、生成物である式(1)のR’に対応し、水素原子であることが好ましい。
式(3)中、Aで表される炭素数1~4のアルキレン基としては、前記式(1)のA1及びA2と同様、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基及びテトラメチレン基等が挙げられる。式(3)中のAは、生成物である式(1)のA1及びA2に対応し、メチレン基であることが好ましい。
式(3)で表される化合物のビニル基と「-A-X」で示される基との位置関係は特に限定されず、式(3)で表される化合物として例えば、p-ビニルベンジルハロゲン化物、m-ビニルベンジルハロゲン化物及びこれらの混合物が挙げられ、より具体的には、p-ビニルベンジルクロリド、m-ビニルベンジルクロリド、p-ビニルベンジルクロリドとm-ビニルベンジルクロリドとの混合物、p-ビニルベンジルブロミド、m-ビニルベンジルブロミド、p-ビニルベンジルブロミドとm-ビニルベンジルブロミドとの混合物、p-ビニルベンジルヨージド、m-ビニルベンジルヨージド、p-ビニルベンジルヨージドとm-ビニルベンジルヨージドの混合物等を挙げることができる。
上記p-ビニルベンジルハロゲン化物とm-ビニルベンジルハロゲン化物との混合物におけるこれらの組成比に特に制限はないが、モル比でp-体/m-体=90/10~10/90であることが好ましく、75/25~25/75であることがより好ましく、60/40~40/60であることが更に好ましい。
In formula (3), the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R' includes, like the alkyl group having 1 to 6 carbon atoms represented by R' in formula (1), a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a pentyl group, and a hexyl group, and the halogen atom includes, like the halogen atom represented by R' in formula (1), a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. R' in formula (3) corresponds to R' in formula (1) which is the product, and is preferably a hydrogen atom.
In formula (3), the alkylene group having 1 to 4 carbon atoms represented by A includes, like A 1 and A 2 in formula (1), a methylene group, an ethylene group, a trimethylene group, a tetramethylene group, etc. A in formula (3) corresponds to A 1 and A 2 in formula (1) which is the product, and is preferably a methylene group.
The positional relationship between the vinyl group and the group represented by "-A-X" in the compound represented by formula (3) is not particularly limited, and examples of the compound represented by formula (3) include p-vinylbenzyl halides, m-vinylbenzyl halides, and mixtures thereof. More specific examples include p-vinylbenzyl chloride, m-vinylbenzyl chloride, a mixture of p-vinylbenzyl chloride and m-vinylbenzyl chloride, p-vinylbenzyl bromide, m-vinylbenzyl bromide, a mixture of p-vinylbenzyl bromide and m-vinylbenzyl bromide, p-vinylbenzyl iodide, m-vinylbenzyl iodide, a mixture of p-vinylbenzyl iodide and m-vinylbenzyl iodide, and the like.
The composition ratio of the mixture of p-vinylbenzyl halide and m-vinylbenzyl halide is not particularly limited, but the molar ratio of p-isomer/m-isomer is preferably 90/10 to 10/90, more preferably 75/25 to 25/75, and even more preferably 60/40 to 40/60.
塩基としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及びこれらの混合物等のアルカリ金属水酸化物が挙げられる。
アルカリ金属水酸化物は、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物の水酸基/アルカリ金属水酸化物=1/1.1~15であることが好ましく、1/1.5~10であることがより好ましく、1/2~5であることが更に好ましい。
Bases include, for example, alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, and mixtures thereof.
The alkali metal hydroxide preferably has a hydroxyl group/alkali metal hydroxide ratio of 1/1.1 to 15, more preferably 1/1.5 to 10, and even more preferably 1/2 to 5, in the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A.
工程Bにおいて、反応速度を向上させるために、相間移動触媒を使用することもできる。相間移動触媒としては、例えば、四級アンモニウム化合物などが挙げられる。具体的には、テトラメチルアンモニウムクロライド、テトラエチルアンモニウムブロマイド、テトラブチルアンモニウムブロマイド、ベンジルトリエチルアンモニウムクロライド、ベンジルトリエチルアンモニウムブロマイド等が挙げられる。相間移動触媒は、反応促進の面から、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物に対して0.1~1質量%添加することが好ましい。 In step B, a phase transfer catalyst can be used to improve the reaction rate. Examples of phase transfer catalysts include quaternary ammonium compounds. Specific examples include tetramethylammonium chloride, tetraethylammonium bromide, tetrabutylammonium bromide, benzyltriethylammonium chloride, and benzyltriethylammonium bromide. In terms of promoting the reaction, it is preferable to add 0.1 to 1% by mass of the phase transfer catalyst to the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A.
工程Bにおいて使用する有機溶媒としては、トルエン、キシレン、アニソール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Organic solvents used in step B include toluene, xylene, anisole, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N,N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. These may be used alone or in combination of two or more.
工程Bにより上記式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物が得られる。式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物は、工程Bで使用した有機溶媒のワニスとしてそのまま所望の用途に使用してもよいし、工程Bの後、任意に公知の方法で、例えば工程Bの後の混合物に貧溶媒を加えることで再沈殿などにより、精製、単離することで固体粉末として所望の用途に使用してもよい。 The polyether ether ketone compound represented by the above formula (1) is obtained by step B. The polyether ether ketone compound represented by formula (1) may be used for a desired application as it is in the form of a varnish of the organic solvent used in step B, or after step B, it may be purified and isolated by any known method, for example, by reprecipitation by adding a poor solvent to the mixture after step B, and used for a desired application as a solid powder.
工程B’では、工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンとの芳香族求核置換反応が使用できる。本工程B’の水酸基と2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンとの反応は、例えば、Liquid Crystals、2021年、Vol.48(5)、p.672-688を参考とすることができ、有機溶媒(例えば、非極性溶媒又は高沸点非プロトン性極性溶媒)中、アルカリ金属炭酸塩存在下、40~50℃で反応が進行する。 In step B', an aromatic nucleophilic substitution reaction between the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A and 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene can be used. The reaction between the hydroxyl group and 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene in step B' can be described, for example, in Liquid Crystals, 2021, Vol. 48(5), pp. 672-688, and the reaction proceeds in an organic solvent (e.g., a nonpolar solvent or a high-boiling aprotic polar solvent) in the presence of an alkali metal carbonate at 40 to 50°C.
有機溶媒としては、トルエン、キシレン、アニソール、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)等が挙げられる。これらは、1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用してもよい。 Examples of organic solvents include toluene, xylene, anisole, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), N,N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. These may be used alone or in combination of two or more.
アルカリ金属炭酸塩としては、特に限定されないが、炭酸リチウム、炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸セシウム、炭酸リチウムなどが挙げられる。 Examples of alkali metal carbonates include, but are not limited to, lithium carbonate, sodium carbonate, potassium carbonate, cesium carbonate, and lithium carbonate.
両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンとのモル比は、ポリエーテルエーテルケトン化合物の水酸基/2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン=1/1.1~10とすることが好ましく、1/1.5~6とすることがより好ましく、1/2~4とすることが更に好ましい。 The molar ratio of the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends to 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene is preferably hydroxyl groups of the polyether ether ketone compound/2,3,4,5,6-pentafluorostyrene=1/1.1 to 10, more preferably 1/1.5 to 6, and even more preferably 1/2 to 4.
工程B’により上記式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物が得られる。式(1)で表されるポリエーテルエーテルケトン化合物は、工程B’で使用した有機溶媒のワニスとしてそのまま所望の用途に使用してもよいし、工程B’の後、任意に公知の方法で、例えば工程B’の後の混合物に貧溶媒を加えることで再沈殿などにより、精製、単離してもよく、得られた固体粉末を所望の用途に使用してもよい。 By step B', a polyether ether ketone compound represented by the above formula (1) is obtained. The polyether ether ketone compound represented by formula (1) may be used for a desired application as a varnish of the organic solvent used in step B', or after step B', it may be purified and isolated by any known method, for example, by reprecipitation by adding a poor solvent to the mixture after step B', and the obtained solid powder may be used for a desired application.
以下、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。なお、実施例及び比較例中において、「室温」は25℃を意味する。 The present invention will be specifically explained below with examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples. In the examples and comparative examples, "room temperature" means 25°C.
実施例1 ポリエーテルエーテルケトン化合物A-1の合成
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、4、4’-ジフルオロベンゾフェノン52.37g(0.24モル)、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン68.49g(0.30モル)、炭酸カリウム74.63g、N-メチル-2-ピロリドン300g及びトルエン150gを加え、130~140℃で4時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら10時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、メタノールに投入して沈殿物を回収し、純水とメタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し白色粉末を収率93%で得た。生成物の1H-NMRスペクトルを図1にFT-IRスペクトルを図2に示す。これらの結果から、生成物は下記構造で表される両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6000)であることが分かった。
以下に1H-NMRスペクトルのピーク帰属を示す。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ=1.68(s、2H、-CH3)、δ1.73(s、6H、-CH3)、6.7-7.8(m、21H、Ar-H)
Example 1 Synthesis of polyether ether ketone compound A-1 52.37 g (0.24 mol) of 4,4'-difluorobenzophenone, 68.49 g (0.30 mol) of 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 74.63 g of potassium carbonate, 300 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 150 g of toluene were added to a 1 L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser, and a thermometer, and the toluene was refluxed at 130 to 140°C for 4 hours. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180°C, and stirred for 10 hours while distilling off the toluene. After the reaction was completed, the mixture in the flask was cooled to room temperature, and then poured into methanol to recover the precipitate, which was washed several times with pure water and methanol, and then dried in a dryer at 100°C for 12 hours to obtain a white powder with a yield of 93%. The 1 H-NMR spectrum of the product is shown in FIG. 1, and the FT-IR spectrum is shown in FIG. 2. From these results, it was found that the product was a polyether ether ketone compound (number average molecular weight: 6000) having hydroxyl groups at both ends and represented by the following structure.
The peak assignments of the 1 H-NMR spectrum are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ = 1.68 (s, 2H, -CH 3 ), δ 1.73 (s, 6H, -CH 3 ), 6.7-7.8 (m, 21H, Ar-H)
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物15.00g、2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン11.68g(0.06モル)、炭酸カリウム20.78g及びN,N-ジメチルホルムアミド100gを加えて40~50℃で12時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、該フラスコにトルエンを加え、純水で数回洗浄し、メタノールに投入した。沈殿物を回収し、50℃で12時間乾燥させることで、白茶色粉末として収率93%で生成物を得た。生成物の1H-NMRスペクトルを図3にFT-IRスペクトルを図4に示す。これらの結果から、生成物は下記構造で表される両末端にフルオロスチリル基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6700)であることが分かった。
以下に1H-NMRスペクトルのピーク帰属を示す。
1H-NMR(400MHz、CDCl3)δ=1.71(s、2H、-CH3)、δ1.73(s、6H、-CH3)δ5.74(d、0.3H、-CH=CH)、δ6.13(d、0.3H、-CH=CH)、δ6.71(m、0.3H、-CH=CH)、δ6.91-7.81(m、25H、Ar-H)
In a 1L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser and a thermometer, 15.00 g of the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained above, 11.68 g (0.06 mol) of 2,3,4,5,6-pentafluorostyrene, 20.78 g of potassium carbonate and 100 g of N,N-dimethylformamide were added and stirred at 40 to 50 ° C for 12 hours. After the reaction was completed, the mixture in the flask was cooled to room temperature, and then toluene was added to the flask, washed several times with pure water, and poured into methanol. The precipitate was collected and dried at 50 ° C for 12 hours to obtain a product as a white-brown powder with a yield of 93%. The 1 H-NMR spectrum of the product is shown in FIG. 3 and the FT-IR spectrum is shown in FIG. 4. From these results, it was found that the product was a polyether ether ketone compound (number average molecular weight: 6700) having fluorostyryl groups at both ends represented by the following structure.
The peak assignments of the 1 H-NMR spectrum are shown below.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) δ = 1.71 (s, 2H, -CH 3 ), δ 1.73 (s, 6H, -CH 3 ) δ5.74 (d, 0.3H, -CH=CH), δ6.13 (d, 0.3H, -CH=CH), δ6.71 (m, 0.3H, -CH=CH), δ6.91-7.81 (m, 25H, Ar-H)
図2及び図4の両スペクトルを比較すると、図2において見られた3500cm-1付近の水酸基に由来する吸収が消失し、1700cm-1付近に新たなC=Cに由来するシグナルが確認された。 Comparing the spectra in FIG. 2 and FIG. 4, the absorption attributable to the hydroxyl group near 3500 cm −1 seen in FIG. 2 disappeared, and a new signal attributable to C═C was confirmed near 1700 cm −1 .
実施例2 ポリエーテルエーテルケトン化合物A-2の合成
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、4、4’-ジフルオロベンゾフェノン52.37g(0.24モル)、1,3-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン103.94(0.30モル)、炭酸カリウム74.63g、N-メチル-2-ピロリドン300g及びトルエン150gを加え、130~140℃で4時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら10時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、メタノールに投入して沈殿物を回収し、純水とメタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し白色粉末を収率95%で得た。生成物の1H-NMRスペクトルから、生成物は下記構造で表される両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6000)であることが分かった。
n≒11(平均値)
Example 2 Synthesis of polyether ether ketone compound A-2 52.37 g (0.24 mol) of 4,4'-difluorobenzophenone, 103.94 g (0.30 mol) of 1,3-bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzene, 74.63 g of potassium carbonate, 300 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 150 g of toluene were added to a 1 L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser, and a thermometer, and the toluene was refluxed at 130 to 140 ° C. for 4 hours. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180 ° C., and stirred for 10 hours while distilling off the toluene. After the reaction was completed, the mixture in the flask was cooled to room temperature, and then poured into methanol to recover the precipitate, which was washed several times with pure water and methanol, and then dried in a dryer at 100 ° C. for 12 hours to obtain a white powder with a yield of 95%. From the 1 H-NMR spectrum of the product, it was found that the product was a polyether ether ketone compound (number average molecular weight: 6000) having hydroxyl groups at both ends and represented by the following structure.
n ≒ 11 (average value)
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物15.00g、2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン11.68g(0.06モル)、炭酸カリウム20.78g及びN,N-ジメチルホルムアミド100gを加えて40~50℃で12時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、該フラスコにトルエンを加え、純水で数回洗浄し、メタノールに投入した。沈殿物を回収し、50℃で12時間乾燥させることで、白茶色粉末として収率92%で生成物を得た。生成物の1H-NMRスペクトルの結果から、下記構造で表される両末端にフルオロスチリル基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6900)であることが分かった。
実施例3 ポリエーテルエーテルケトン化合物A-3の合成
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、4、4’-ジフルオロベンゾフェノン45.82g(0.21モル)、1,3-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン77.96g(0.23モル)、炭酸カリウム107.80g、N-メチル-2-ピロリドン450g及びトルエン170gを加え、130~140℃で4時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら10時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、メタノールに投入して沈殿物を回収し、純水とメタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し、両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(白色粉末、数平均分子量:18000、n≒33(平均値))を得た。
Example 3 Synthesis of polyether ether ketone compound A-3 45.82 g (0.21 mol) of 4,4'-difluorobenzophenone, 77.96 g (0.23 mol) of 1,3-bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzene, 107.80 g of potassium carbonate, 450 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 170 g of toluene were added to a 1 L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser, and a thermometer, and the toluene was refluxed for 4 hours at 130 to 140° C. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180° C., and stirred for 10 hours while distilling off the toluene. After completion of the reaction, the mixture in the flask was cooled to room temperature and then poured into methanol to recover the precipitate. The precipitate was washed several times with pure water and methanol and then dried in a dryer at 100° C. for 12 hours to obtain a polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends (white powder, number average molecular weight: 18,000, n≒33 (average value)).
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物15.00g、2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン1.51g(0.008モル)、炭酸カリウム2.68g及びN,N-ジメチルホルムアミド100gを加えて40~50℃で12時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、該フラスコにトルエンを加え、純水で数回洗浄し、メタノールに投入した。沈殿物を回収し、50℃で12時間乾燥させることで、淡黄色粉末として収率93%で生成物を得た。生成物の1H-NMRスペクトルから、生成物は下記構造で表される末端にフルオロスチリル基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:19000)であることが分かった。
実施例4 ポリエーテルエーテルケトン化合物A-4の合成
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、4、4’-ジフルオロベンゾフェノン45.82g(0.21モル)、1,3-ビス[2-(4-ヒドロキシフェニル)-2-プロピル]ベンゼン75.36g(0.22モル)、炭酸カリウム107.80g、N-メチル-2-ピロリドン450g及びトルエン170gを加え、130~140℃で4時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら10時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、メタノールに投入して沈殿物を回収し、純水とメタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し、末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(白色粉末、数平均分子量:30000、n≒59(平均値))を得た。
Example 4 Synthesis of polyether ether ketone compound A-4 45.82 g (0.21 mol) of 4,4'-difluorobenzophenone, 75.36 g (0.22 mol) of 1,3-bis[2-(4-hydroxyphenyl)-2-propyl]benzene, 107.80 g of potassium carbonate, 450 g of N-methyl-2-pyrrolidone, and 170 g of toluene were added to a 1 L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser, and a thermometer, and the toluene was refluxed for 4 hours at 130 to 140° C. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180° C., and stirred for 10 hours while distilling off the toluene. After completion of the reaction, the mixture in the flask was cooled to room temperature and then poured into methanol to recover the precipitate. The precipitate was washed several times with pure water and methanol and then dried in a dryer at 100° C. for 12 hours to obtain a polyether ether ketone compound having a hydroxyl group at its terminal (white powder, number average molecular weight: 30,000, n≒59 (average value)).
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物15.00g、2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレン0.77g(0.004モル)、炭酸カリウム1.37g及びN,N-ジメチルホルムアミド100gを加えて40~50℃で12時間攪拌した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、該フラスコにトルエンを加え、純水で数回洗浄し、メタノールに投入した。沈殿物を回収し、50℃で12時間乾燥させることで、淡黄色粉末として収率92%で生成物を得た。生成物の1H-NMRスペクトルから、生成物は下記構造で表される末端にフルオロスチリル基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:31000)であることが分かった。
実施例5 ポリエーテルエーテルケトン化合物A-5の合成
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、実施例2で合成した末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物15.00g、テトラ-n-ブチルアンモニウムブロマイド0.006g(0.02ミリモル)、トルエン30g及び50%水酸化ナトリウム水溶液1gを加え室温で30分攪拌した。次いで、該フラスコにビニルベンジルクロリド(p-体:m-体=45~55:45~55)1.06g(0.007モル)を滴下して65℃で12時間反応した。反応終了後、室温まで冷却した後、水洗を5回繰り返し、メタノールに投入した。沈殿を濾別により回収し、70℃の乾燥機で12時間乾燥することで、生成物(淡黄色粉末)を収率92%で得た。生成物の1H-NMRスペクトルから、生成物は下記構造で表される末端にビニルベンジルエーテル基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6800)であることが分かった。
比較例1
(A’-1)
撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、4、4’-ジフルオロベンゾフェノン65.46g(0.30モル)、2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパン54.79g(0.24モル)、炭酸カリウム74.63g、N-メチル-2-ピロリドン300g及びトルエン150gを加え、130~140℃で4時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら10時間攪拌した。フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、4-アミノフェノール13.10g(0.12モル)、炭酸カリウム1.0g、N-メチル-2-ピロリドン30g及びトルエン15gを加えて130~140℃で3時間トルエンを還流させた。次いで、フラスコ内の混合物を170~180℃に昇温し、トルエンを留去しながら4時間反応した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却した後、メタノールに投入して沈殿物を回収し、純水とメタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し、両末端にアミノ基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(白色粉末)を得た。
Comparative Example 1
(A'-1)
In a 1L glass four-neck flask equipped with a stirrer, a Dean-Stark tube, a cooling condenser and a thermometer, 65.46 g (0.30 mol) of 4,4'-difluorobenzophenone, 54.79 g (0.24 mol) of 2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, 74.63 g of potassium carbonate, 300 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 150 g of toluene were added, and the toluene was refluxed at 130 to 140 ° C for 4 hours. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180 ° C, and stirred for 10 hours while distilling off the toluene. After cooling the mixture in the flask to room temperature, 13.10 g (0.12 mol) of 4-aminophenol, 1.0 g of potassium carbonate, 30 g of N-methyl-2-pyrrolidone and 15 g of toluene were added, and the toluene was refluxed at 130 to 140 ° C for 3 hours. Next, the mixture in the flask was heated to 170 to 180°C and reacted for 4 hours while distilling off toluene. After the reaction was completed, the mixture in the flask was cooled to room temperature and then poured into methanol to recover the precipitate, which was washed several times with pure water and methanol and then dried in a dryer at 100°C for 12 hours to obtain a polyether ether ketone compound having amino groups at both ends (white powder).
次に、撹拌機、ディーンスターク管、冷却コンデンサー及び温度計を備えた1Lのガラス製4つ口フラスコに、上記で得られた末端にアミノ基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物30g、無水マレイン酸2.17g(0.02モル)及びアニソール100gを加えて室温で1時間攪拌してアミック酸を合成した後、150℃に昇温し、5時間反応した。反応終了後、フラスコ内の混合物を室温まで冷却し、メタノールに投入して沈殿物を回収し、メタノールで数回洗浄した後、100℃の乾燥機で12時間乾燥し生成物(白色粉末)を収率93%で得た。生成物の1H-NMRスペクトルから、生成物は下記構造で表される両末端にマレイミド基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物(数平均分子量:6600)であることが分かった。
(A’-2):液状ビスフェノールA型エポキシ樹脂(エポキシ当量180、ジャパンエポキシレジン(株)製「jER828EL」) (A'-2): Liquid bisphenol A type epoxy resin (epoxy equivalent 180, "jER828EL" manufactured by Japan Epoxy Resins Co., Ltd.)
(A’-3):下記式で表されるビスマレイミド化合物(SLK-3000、信越化学工業製、数平均分子量:7200)
n≒5(平均値)
(A'-3): Bismaleimide compound represented by the following formula (SLK-3000, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., number average molecular weight: 7200)
n ≒ 5 (average value)
<ポリエーテルエーテルケトンの溶剤溶解性>
ポリエーテルエーテルケトン化合物(A-1)、(A-2)、(A-3)、(A-4)及び(A-5)並びに比較用化合物としてPEEK(市販PEEKパウダー、ポリエーテルエーテルケトン、VICTREX151G、融点343℃、Tg147℃)の各種溶剤に対する溶解性の評価を行い、評価結果を表2に記載した。
溶剤溶解性の評価方法としては、評価対象の化合物に対して、不揮発分が50質量%になるように各溶剤を添加し、
均一に溶解し(不溶物なし)、流動する場合を〇、
溶解しなかった場合(不溶物あり)又は流動しない場合を×
とした。使用した溶剤は、クロロホルム、THF(テトラヒドロフラン)、トルエン、DMSO(ジメチルスルホキシド)及びNMP(N-メチル-2-ピロリドン)である。
<Solubility of polyetheretherketone in solvents>
The solubility of the polyether ether ketone compounds (A-1), (A-2), (A-3), (A-4) and (A-5) as well as PEEK (commercially available PEEK powder, polyether ether ketone, VICTREX151G, melting point 343°C, Tg 147°C) as a comparative compound in various solvents was evaluated, and the evaluation results are shown in Table 2.
The solvent solubility was evaluated by adding each solvent to the compound to be evaluated so that the non-volatile content was 50% by mass.
If the solution is uniformly dissolved (no insoluble matter) and flows, it is considered to be ok.
If it does not dissolve (contains insoluble matter) or does not flow, mark it as "X".
The solvents used were chloroform, THF (tetrahydrofuran), toluene, DMSO (dimethylsulfoxide), and NMP (N-methyl-2-pyrrolidone).
<硬化樹脂フィルムの作製>
ポリエーテルエーテルケトン化合物(A-1)、(A-2)、(A-3)、(A-4)及び(A-5)並びに比較用の(A’-1)、(A’-2)及び(A’-3)をそれぞれトルエンに溶解し、不揮発分65質量%のトルエンワニスを調製した。
(A-1)、(A-2)、(A-3)、(A-4)、(A-5)、(A’-1)又は(A’-3)を含有するトルエンワニスに、固形分10gに対し、0.2gのジクミルパーオキシド(パークミルD、日油(株)製)を加えて、室温でよく撹拌し、ワニス状の組成物を得た。
(A’-2)を含有するトルエンワニスに、固形分10gに対し、0.1gの2-エチル-4-メチルイミダゾール(2E4MZ:四国化成ホールディングス(株)製)を加えて同様にワニス状の組成物を得た。
各例のワニス状の組成物を厚さ38μmのPETフィルムからなる支持フィルム上にローラーコーターで塗布し、100℃で10分間乾燥させて溶剤を除去し、未硬化樹脂フィルムを得た。直径200mm、200μm厚の枠を用意し、上記未硬化樹脂フィルムを厚さ50μmの離型処理がされたPETフィルム(E7006、東洋紡製)で挟み込んで、真空プレス機(ニッコーマテリアルズ製)を用いて160℃で5分、4.5kgf/cm2の条件で成形し、180℃で3時間ポストキュアすることで硬化物(硬化樹脂フィルム)を得た。
<Preparation of Cured Resin Film>
The polyether ether ketone compounds (A-1), (A-2), (A-3), (A-4) and (A-5) as well as the comparative compounds (A'-1), (A'-2) and (A'-3) were each dissolved in toluene to prepare a toluene varnish having a non-volatile content of 65% by mass.
To a toluene varnish containing (A-1), (A-2), (A-3), (A-4), (A-5), (A'-1) or (A'-3), 0.2 g of dicumyl peroxide (Percumyl D, manufactured by NOF Corp.) was added per 10 g of solid content, and the mixture was thoroughly stirred at room temperature to obtain a varnish-like composition.
To the toluene varnish containing (A'-2), 0.1 g of 2-ethyl-4-methylimidazole (2E4MZ: manufactured by Shikoku Kasei Holdings Co., Ltd.) was added per 10 g of solids to obtain a varnish-like composition in the same manner.
The varnish-like composition of each example was applied to a support film made of a PET film with a thickness of 38 μm using a roller coater, and the solvent was removed by drying at 100° C. for 10 minutes to obtain an uncured resin film. A frame with a diameter of 200 mm and a thickness of 200 μm was prepared, and the uncured resin film was sandwiched between a PET film (E7006, manufactured by Toyobo Co., Ltd.) with a thickness of 50 μm that had been subjected to a release treatment, and molded using a vacuum press machine (manufactured by Nikko Materials Co., Ltd.) under conditions of 160° C. for 5 minutes and 4.5 kgf/cm 2 , and post-cured at 180° C. for 3 hours to obtain a cured product (cured resin film).
<誘電特性>
上記で作製した硬化樹脂フィルムを用いて、ネットワークアナライザ(キーサイト社製 E5063-2D5)とストリップライン(キーコム株式会社製)を接続し、上記硬化樹脂フィルムの周波数10GHzにおける比誘電率と誘電正接を測定した。比誘電率をDk、誘電正接をDfとして結果を表3に記載した。
<Dielectric properties>
Using the cured resin film prepared above, a network analyzer (E5063-2D5 manufactured by Keysight Corporation) was connected to a strip line (manufactured by Keycom Corporation) to measure the relative dielectric constant and dielectric loss tangent of the cured resin film at a frequency of 10 GHz. The relative dielectric constant was designated Dk and the dielectric loss tangent was designated Df, and the results are shown in Table 3.
<吸湿性>
上記で作製した硬化樹脂フィルムを85℃85%の条件下で24時間保管し、保管後の硬化樹脂フィルムを用いてネットワークアナライザ(キーサイト社製 E5063-2D5)とストリップライン(キーコム株式会社製)を接続し、上記硬化樹脂フィルムの周波数10GHzにおける比誘電率と誘電正接を測定した。結果を表3に記載した。
<Moisture absorption>
The cured resin film prepared above was stored for 24 hours under conditions of 85°C and 85% humidity, and the cured resin film after storage was used to connect a network analyzer (E5063-2D5 manufactured by Keysight) and a strip line (manufactured by Keycom Corporation) to measure the relative dielectric constant and dielectric loss tangent of the cured resin film at a frequency of 10 GHz. The results are shown in Table 3.
<耐熱性>
上記で作製した硬化樹脂フィルムを150℃の条件下で1000時間保管し、保管後の硬化樹脂フィルムを用いてネットワークアナライザ(キーサイト社製 E5063-2D5)とストリップライン(キーコム株式会社製)を接続し、上記硬化樹脂フィルムの周波数10GHzにおける比誘電率と誘電正接を測定した。結果を表3に記載した。
<Heat resistance>
The cured resin film prepared above was stored for 1000 hours under the condition of 150° C., and the cured resin film after storage was used to connect a network analyzer (E5063-2D5 manufactured by Keysight) and a strip line (manufactured by Keycom Corporation) to measure the relative dielectric constant and dielectric loss tangent of the cured resin film at a frequency of 10 GHz. The results are shown in Table 3.
<熱膨張係数(CTE)>
前記硬化樹脂フィルムの熱膨張係数(CTE)をTAインスツルメント製TMA-Q400により測定した。熱膨張係数は0~40℃の範囲の値から算出した。結果を表3に記載した。
<Coefficient of Thermal Expansion (CTE)>
The coefficient of thermal expansion (CTE) of the cured resin film was measured using a TMA-Q400 made by TA Instruments Co., Ltd. The coefficient of thermal expansion was calculated from values in the range of 0 to 40° C. The results are shown in Table 3.
上記結果から、本発明のポリエーテルエーテルケトン化合物は、優れた誘電特性を有し(低比誘電率かつ低誘電正接であり)、高い耐熱性を有し、低吸湿性を有することが分かった。
比較例1の末端にマレイミド基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物は、優れた誘電特性を有し、高い耐熱性を有し、低吸湿性を有する一方で、表1に示すように合成ステップが多く反応時間が長くなるなどの製造上のデメリットがあった。比較例2の化合物は、CTEは低いものの誘電特性が不十分であった。比較例3の化合物では、優れた誘電特性を示すものの、CTEが高い値となった。
From the above results, it was found that the polyether ether ketone compound of the present invention has excellent dielectric properties (low relative dielectric constant and low dielectric tangent), high heat resistance, and low moisture absorption.
The polyether ether ketone compound having a maleimide group at its end in Comparative Example 1 had excellent dielectric properties, high heat resistance, and low moisture absorption, but had disadvantages in production such as many synthesis steps and long reaction times as shown in Table 1. The compound in Comparative Example 2 had a low CTE but insufficient dielectric properties. The compound in Comparative Example 3 showed excellent dielectric properties but a high CTE value.
Claims (5)
下記式(2)
で表される化合物と、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させて両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物を得る工程A、及び
工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
下記式(3)
で表される化合物と、
を塩基存在下で反応させる工程B、又は、
工程Aで得られた両末端に水酸基を有するポリエーテルエーテルケトン化合物と、
2,3,4,5,6-ペンタフルオロスチレンと、
をアルカリ金属炭酸塩存在下で反応させる工程B’
を有する請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のポリエーテルエーテルケトン化合物の製造方法。 4,4'-difluorobenzophenone,
The following formula (2)
A compound represented by the formula:
in the presence of an alkali metal carbonate to obtain a polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends; and
the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A;
The following formula (3)
A compound represented by the formula:
Step B: reacting in the presence of a base; or
the polyether ether ketone compound having hydroxyl groups at both ends obtained in step A;
2,3,4,5,6-pentafluorostyrene,
in the presence of an alkali metal carbonate.
The method for producing the polyether ether ketone compound according to any one of claims 1 to 3, comprising:
Priority Applications (1)
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