JPS62116632A - 架橋コポリアミドイミドの製造方法 - Google Patents

架橋コポリアミドイミドの製造方法

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本出願は1983年9月15日付の米国出願箱532.
325号に関連しており、この米国出願の開示内容は全
て引用によって本明細書中に含むものとする。
本発明は新規な重合体とその製法に係り、より特定的な
意味では以下にさらに詳細に規定されるように本発明は
コポリアミドイミド、その製造法と架橋法、およびこれ
らの製造中間体である末端にカルボキシをもつポリイミ
ドプレポリマーに係る。
ポリカルボン酸およびその官能性誘導体をポリアミドお
よび/またはポリイソシアネートと反応させて製造され
る種々のポリアミドとポリイミドが業界で公知である。
たとえば、英国公告出願節2.080,316号には、
1種以上の二無水物と三塩基酸無水物の混合物をジアミ
ン、ジイソシアネートまたはこれらの混合物と反応させ
てアミド結合とイミド結合を双方とも含有するポリマー
を製造することが開示されている。ジアミンとポリカル
ボン酸無水物の他の反応が米国特許第3゜975.34
5号に開示されている。ジカルボン酸、トリカルボン酸
およびテトラカルボン酸ならびにこれらの無水物をさま
ざまに組み合わせてジイソシアネートと反応させること
が米国特許第3゜843.587号、第3.929.6
91号および第4,061,622号に開示されている
米国特許第4,331,799号によると、二無水物お
よびトリメリド酸無水物のようなカルボキシ無水物の酸
塩化物の混合物をジアミンと反応させることによってア
ミド部分とイミド部分を両方とも含有するポリマーを製
造することができる。
この反応と上述の他の反応ではランダムであまり制御で
きない構造と特性のポリマーが生成し、中でも非常に熱
変形しやすく、しかもガラス転移温度が低いという結果
になることもある。さらに、前駆体として酸塩化物を用
いるとポリマー中に塩素が残留することがあるがこれは
ある種の用途(たとえば電気絶縁体)では許されない状
況である。
したがって、本発明の主たる目的は新規なコポリアミド
イミドとその中間体を提供することである。
もう1つの目的は、ガラス転移温度がかなり高く熱変形
に対して抵抗性のあるコポリアミドイミドを提供するこ
とである。
もう1つ別の目的は、」−記のようなコポリアミドイミ
ドを製造するための比較的簡単な方法を提供することで
ある。
さらに他の目的は上記のようなコポリアミドイミドに変
換することができる新規なプレポリマーを提供すること
である。
またさらに別の目的は、架橋可能なコポリアミドイミド
、その架橋方法、およびこれから製造された架橋生成物
を提供することである。
その他の目的の一部は明らかであり、一部は以下で述べ
る。
本発明には3つの主要な面があり、1つは末端にカルボ
キシを有するポリイミドプレポリマーに係り、もう1つ
はこのプレポリマーから製造された架橋可能なコポリア
ミドイミドに係り、最後の1つは架橋された生成物に係
る。このプレポリマーは次0方法で製造される。すなわ
ち、反応で生成する水が全て除去される条件下で以下の
試薬Aを試薬BとCに反応させる。
(A)次式を有する少なくとも1種のポリアミン。
(1)H2N−R1−NH2、 ここでR1は炭化水素ベースの基である。
(B)次式を有する少なくとも1種のカルボキシ無水物
ここでR2は三価で炭化水素ベースの基である。
(C)次式を有する少なくとも1種の二無水物。
ここでR3は四価で炭化水素ベースの基である。
この反応では、試薬C対試薬Bのモル比は少なくともお
よそ0,25:1とし、試薬Aの当量対試薬BとCの合
計無水物当量の比はおよそ1:1とする。
本発明のコポリアミドイミドを製造するには、(D)前
記のプレポリマーまたはこれと下記式(IV)を有する
ジカルボン酸もしくはその官能性誘導体の少なくとも1
種との混合物を、(E)下記式(V)を有するポリイソ
シアネート類と下記式(Vl)を存するポリアミン類と
のうちの少なくとも1種と 反応させる。
(IV)HOOC−R7−COOH。
ここでR7は炭素原子を約3〜12個含有する二価で炭
化水素ベースの基である。
(V)OCN−R4−NCO (Vl)R5NH−R4−NHR6、 ここで R4は二価の炭化水素ベースの基かポリマー残
基であり、R5とR6は各々独立に水素か低級炭化水素
ベースの基である。
本明細書中で使用する「炭化水素ベースの基」という用
語は、アセチレン性不飽和を含まず、通常はエチレン性
不飽和も含有せず、分子の残部に直接結合した炭素原子
をもち、本発明における炭化水素特性を主に有する基を
意味する。このような基としては以下のものが挙げられ
る。
(1)炭化水素基。すなわち、脂肪族基、脂環式基、芳
香族基、脂肪族または脂環式で置換した芳香族基、芳香
族で置換した脂肪族基および脂環式基、等。このような
基は当業者に公知であり、たとえばメチル、エチル、プ
ロピル、ブチル、デシル、シクロペンチル、シクロヘキ
シル、フェニル、トリル、キシリル、α−ナフチル、β
−ナフチル、およびビフェニリル(異性体は全て包含す
る)がある。
(2)置換炭化水素基。すなわち、本発明においていう
主に炭化水素であるこの基の特性を変えることのない非
炭化水素置換基を含有する基である。適切な置換基は当
業者にはすぐわかるであろうが、例としてはハロ、アル
コキシ(特に低級アルコキシ)、カルボアルコキシ、ニ
トロ、シアノおよびアルキルスルホンがある。
(3)へテロ基。すなわち、本発明の意味における主に
炭化水素である特性を有してはいるが、他の構成は炭素
原子で成されている鎖や環の中に炭素以外の原子が存在
する基である。適切なヘテロ原子は当業者に自明であろ
うが、たとえば窒素、酸素、イオウおよびケイ素がある
多くの場合、置換基またはへテロ原子は炭化水素ベース
の基中の炭素原子10個に対して3個以下で存在する。
ケイ素かへテロ原子である分子は例外であり、これはた
とえば炭素原子4個程度に対してヘテロ原子を3個含有
する。
本発明における試薬Aは式Iを有する少なくとも1種の
ポリアミンであり、通常はジアミンかトリアミンである
。式I中のR1基は、炭素原子を約6〜20個含有する
芳香族炭化水素基もしくはアミノ置換芳香族炭化水素基
もしくはこれらのハロゲン化誘導体、炭素原子を約2〜
20個含有するアルキレン基、シクロアルキレン基もし
くはアミノ置換したアルキレン基もしくはシクロアルキ
レン基、またはビス−アルキレンポリ(ジアルキルシロ
キサン)基であることが最も多い。炭化水素基、特に芳
香族炭化水素基が好ましい。
式Iの適切なジアミンの例として、エチレンジアミン、
プロピレンジアミン、トリメチレンジアミン、ジエチレ
ントリアミン、トリエチレンテトラミン、ヘプタメチレ
ンジアミン、オクタメチレンジアミン、2.11−ドデ
カンジアミン、1゜12−オクタデカンジアミン、3−
メチルへブタメチレンジアミン、4.4−ジメチルへブ
タメチレンジアミン、5−メチルノナメチレンジアミン
、2.5−ジメチルへキサメチレンジアミン、2゜2−
ジメチルプロピレンジアミン、N−メチル−ビス(3−
アミノプロピル)アミン、3−メトキシへキサメチレン
ジアミン、1.2−ビス(3−アミノプロポキシ)エタ
ン、ビス(3−アミノプロピル)スルフィド、1,4−
シクロヘキサンジアミン、ビス(4−アミノシクロヘキ
シル)メタン、m−フェニレンジアミン、p−フェニレ
ンジアミン、2.4−ジアミノトルエン、2,6−ジア
ミノトルエン、m−キシリレンジアミン、p−キシリレ
ンジアミン、ベンジジン、3.3’ −ジメチルベンジ
ジン、3,3′−ジメトキシベンジジン、1.6−ジア
ミツナフタレン、4.4’ −ジアミノジフェニルメタ
ン、4.4’ −ジアミノジフェニルプロパン、2.4
−ビス−(β−アミノ−t−ブチル)トルエン、ビス(
p−β−メチル−〇−アミノペンチル)ベンゼン、1,
3−ジアミノジフェニルエーテルおよびビス(3−アミ
ノプロピル)テトラメチルジシロキサンがある。
これらのジアミンの混合物、ならびにトリアミンに関し
て後述するものに類似の官能性誘導体も使用できる。特
に好ましいのは芳香族ジアミン、とりわけm−フェニレ
ンジアミン、m−)ルエンジアミンおよび4.4′−ジ
アミノジフェニルメタンであり、この場合R1基は次式
のいずれかになる。
式■が好ましい。
試薬Aとしては少なくとも1種のトリアミン、すなわち
R1がアミノ置換された基である少なくとも1種の化合
物を用いることも本発明の範囲内である。トリアミンの
例としては2.4−ビス(p−アミノベンジル)アニリ
ン、メラミン、シアヌル酸トリス(2−アミノエチル)
、インシアヌル酸トリス(2−アミノエチル)、および
イソシアヌル酸トリス(3−アミノ−4−メチルフェニ
ル)がある。またトリアミン類の官能性誘導体も宵月で
ある。たとえば、モベイ・ケミカル社(Mobay C
hemical Company)が[モンダー(Mo
ndur)SHJという商標で販売している製品があり
、この主な活性成分はイソシアヌル酸トリス(3−アミ
ノ−4−メチルフェニル)のトリス(フェニルカルバメ
ート)誘導体である。トリアミンが存在する場合これは
試薬Aの約6f)ffiQ%までを占めてもよく、約1
〜40%とするのが好ましい。
トリアミンを使用すると架橋したプレポリマーが生成し
、これは後述の方法で架橋ポリアミドイミドに変換でき
る。
式■で定義される試薬B(カルボキシ無水物)にあって
R2は通常炭素原子を約2〜20個含有する三価の脂肪
族基か炭素原子を約6〜20個含有する三価の芳香族基
であり、後者が好ましい。
カルボキシ無水物の例としてはトリメリド酸無水物、5
−クロロトリメリド酸無水物、ベンゼン−1,2,3−
トリカルボン酸無水物およびカルボキシコハク酸無水物
がある。好ましいカルボキシ無水物はR2が芳香族、特
に芳香族炭化水素基のものである。トリメリド酸無水物
が最も好ましいが、このときR2は次式ををする。
式■で定義される試薬C(二無水物)でR3は四価の基
であり、これは典型的な場合R1とR2に関して既に記
載したものと同様である。適切な二無水物の例は米国特
許第4,061,622号の第5〜6欄と米国特許第4
,331,799号に開示されている。これら両特許の
開示内容は引用によって本明細書に含むことにする。
式■の二無水物の特に好ましいグループはR3が次式を
もつものである。
ここでR7は酸素、イオウ、−SO,−1低級アルキレ
ン(すなわち炭素原子が7個までのアルキレン)または
−〇−R8−0−であり、最後のものか最も望ましく、
R8は二価で芳香族の炭化水素ベースの基である。R8
はベンゼンもしくは置換ベンゼン、ビフェニルもしくは
置換ビフェニル、または一方もしくは両方の芳香族基上
に置換基を含有していてもよいジフェニルアルカンから
誘導された二価の基であることが最も多い。R8として
好ましい基は次式のものである。
二こで、各R9はそれぞれ独立して水素かメチルであり
、R10は炭素原子を1〜5個含存する直鎖か分枝のア
ルキレン基で、イソプロピリデン基であることが最も多
く、各Yはそれぞれ独立して水素かハロゲン(通常塩素
か臭素)である。以上の式の組合せも使用できる。最も
好ましいのはビスフェノールA[すなわち、2.2−ビ
ス(4−ヒドロキシフェニル)プロパン]のヒドロキシ
基を両方とも除去することによって誘導される次式の基
である。
ただしRIGはイソプロピリデン、各Yは水素である。
すなわち、試薬Cとして使用するのに最も好ましい二無
水物は2,2−ビス[4−(3,4−ジカルボキシフェ
ノキシ)フェニル]プロパンニ無水物であり、以後これ
を「ビスフェノールA二無水物」とよぶ。この場合R3
は次式を有している。
本発明のプレポリマーを生成する反応は通常、単に試薬
A、B、Cをブレンドし、この反応が生起する温度に加
熱することで実施される。2種の無水物との反応は同時
(すなわち試薬BとCを一緒に用いる)かまたは逐次(
すなわち最初に試薬Cを加え、次に試薬Bを添加する)
でよいが、通常逐次添加に特別な利点はないので同時反
応が好ましい。
反応温度はほぼ100〜200℃の範囲内が典型であり
、反応の水を全て除去し、形成したアミド酸を全て完全
にイミド化するのには少なくとも部分的に約160℃を
上回る。この反応は実質的に不活性な有機希釈剤中で行
なうのが通常有利である。典型的な希釈剤はベンゼン、
トルエン、キシレン、O−ジクロロベンゼン、ジメチル
ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホ
キシドまたはN−メチルピロリドンのような非プロトン
性溶媒である。
プレポリマーの生成における1つの要因は分子内無水物
とカルボン酸基の試薬Aに対する反応性の差である。ジ
アミンの反応はカルボン酸基に対するよりも分子内無水
物基に対する方がずっと速い。この選択性のために末端
がカルボキシのプレポリマーが確実に生成する。
反応混合物中に少なくとも1種の第三級アミンを触媒量
で含ませると好ましいことが多い。このアミンは脂肪族
、脂環式または模索環式でよい。
適切なアミン類はトリエチルアミン、N−メチルピペリ
ジンおよび4−ジメチルアミノピリジンがある。第三級
アミンの必要量は少;であり、試薬A、B、Cの合計を
基準にして約0.05〜0゜5重量%が典型である。
プレポリマー中間体の分子量は反応混合物中の試薬Cと
試薬Bの分子比に大きく依存し、試薬Cの割合が増大す
るにつれてより高分子量のプレポリマーが得られる。少
なくとも約0.25:1のモル比が本発明の範囲内であ
る。少なくとも0゜5:1の比が好ましい。なぜならば
、比がこれより低いと分子種のいくらかが試薬AとBだ
けから誘導された部分を含有するプレポリマーが生成す
るからである。このモル比には上限はないようである。
もっとも、約5:1より大きい値にしても特に利点は得
られない。
反応混合物中の試薬Aの割合は末端にカルボキシをもつ
プレポリマーが生成するように決定する。
これは、試薬Aの当量対試薬BとCの合計無水物当量の
比をほぼ1:1、特にほぼ0,95〜1゜05:1にす
ることで実施される。本明細書中で使用する「無水物当
量」という用語は1分子につき理論的に存在する無水物
基の数に基づくものであり、遊離のカルボン酸基は考慮
に入れない。すなわち試薬BとCの1モルはそれぞれ1
無水物当量と2無水物当量である。試薬Aの1モルは1
分子当りに存在するアミノ基の数に対応する当量数であ
る。これらの条件下で、無水物基のみが試薬Aと反応し
、遊離のカルボキシ基はプレポリマー中の末端基になる
構造に関するデータによると、試薬Aが全部ジアミンで
ある場合本発明のプレポリマーは次の式%式% ここでR1−3は既に定義したとおりである。この式で
nの値は理論的に成分C対成分Bのモル化の倍である。
したがって、このモル比が0.25:1から5:1まで
変わるのであるがらnの平均値は0.5から10まで変
わる。好ましいnの平均値は少なくとも1である。式X
■のプレポリマーは本発明のひとつの具体例である。す
なわち、試薬Aが少なくとも1種のトリアミンも含んで
いれば対応する架橋したプレポリマーが得られる。
次の実施例で本発明のプレポリマーの製造を例示する。
部は全てiMmである。
実施例1〜6 トリメリト酸無水物(試薬B) 19. 2g (0゜
1モル)、ビスフェノール八二無水物(試薬C)、試薬
BとCの無水物当ごに対して化学ニー量のm−フェニレ
ンジアミン(MPD)が4,4′−ジアミノジフェニル
メタン(MDA)(試薬A)、4−ジメチルアミノピリ
ジン0.01部、N−メチルピロリドン30部およびト
ルエン47部の混合物をゆっくりと130℃に加熱した
。この間に混合物は均一になり、トルエン−水の共I4
混合物が蒸留し始めた。蒸留で水を除きながらおよそ1
80℃になるまで加熱を続けた。所望のプレポリマー溶
液が残った。
実施例1〜6に関する試薬、割合、その他のデータを表
工に示す。
表  I モル比 実施例    二土乞    ε1l I        MPD       0. 52 
       MPD      0. 253   
     MPD      1. 04      
  MDA      0. 55        M
DA      1. 06        MDA 
     1.5本発明のポリアミドイミドを生成させ
るには上記のプレポリマーかその官能性誘導体(試薬D
)を試薬Eと反応させる。試薬Eはポリイソシアネート
でもポリアミンでもよい。試薬りがプレポリマー自体で
あればポリアミドイミド生成反応は試薬Eがポリイソシ
アネートである場合に最も有効に進行し、カルボン酸基
1当量がインシアネート基1当量と縮合してアミド結合
ができると共に二酸化炭素が1モル脱離する。これに対
応するカルボン酸−アミン反応はやや遅くて困難である
ので試薬Eがポリアミンの場合には試薬りとしてプレポ
リマーの酸塩化物のような官能性誘導体を使用するのが
好ましい。しかしポリアミドイミドを電気用途に使う場
合ハロゲンイオンが残留するとを害であったりするし、
生産工程の簡略化という意味からもプレポリマーとポリ
イソシアネートの反応が好ましい。以後試薬Eとしてポ
リイソシアネートに言及することが多くなるが適当な条
件下では代わりにポリアミンを用いることができると理
解されたい。
試薬りとしては、プレポリマーまたはその官能性誘導体
と弐■をもつ少なくとも1種のジカルボン酸またはその
官能性誘導体との混合物も本発明の範囲内である。遊離
の酸を使うかその誘導体を使うかについては、いずれも
同じ官能基をもつので、プレポリマーの構造に依って決
められる。弐■中のR7基は炭素原子を約3〜12個含
有する二価の炭化水素ベースの基、たとえばトリメチレ
ン、テトラメチレン、ヘキサメチレン、デカメチレン、
m−フェニレン、p−フェニレン、p−トリレン、p−
クロロフェニレンまたは1.4−ナフチレンである。炭
素原子を3〜6個含冑するアルキレン基と芳香族炭化水
素基が好ましく、特に後者が好ましい。最も好ましいの
はR7がm−フェニレンとp−フェニレン基のうちの少
なくとも1種であるときである。
一般に、試薬り中にジカルボン酸が存在する場合、ジカ
ルボン酸対プレポリマーのモル比は2:1種度に高くし
てもよいがおよそ1.5:1までが好ましい。この比に
下限があるわけではないがおよそo、i:tより小さい
値にしても殆んど何の利点もない。最も好ましい値はお
よそ0.4:1〜およそ1.25:1である。
試薬Eとして適したポリイソシアネートとポリアミンは
それぞれ弐Vと■をもっており、通常はジーもしくはト
リイソシアネートかジーもしくはトリアミンである。R
4基は式1のR1に類似している二価の炭素水素基また
はアミノもしくはイソシアネートで置換された炭化水素
基であり、R1と同じでも異なっていてもよい。試薬E
がアミンの場合、R5とR6は各々水素でも低級の炭化
水素ベースの基でもよいが、炭化水素基が好ましく、低
級アルキル(特にメチル)がさらに好ましい。R5かR
6が水素以外のものである場合これがプレポリマー中の
酸基と反応するとN−置換したアミド結合が生成する。
このような結合は試薬Eがイソシアネートの場合にはも
ちろん形成されない。
試薬Eとして使用するのに適したジアミンの例としては
試薬Aについて既に述べたものや、たとえばそれに対応
するN、 N’ −ジメチル化合物がある。ジイソシア
ネートの例としてはp−フェニレンジイソシアネート、
2.4−)ルエンジイソシアネート(2,4−TDI)
、2.6−トルエンジイソシアネート(2,6−TDI
)、キシレンジイソシアネート、メシチレンジイソシア
ネート、ジュレンジイソシアネート、4−メトキシ−1
,3−フェニレンジイソシアネート、4−クロロ−1,
3−フェニレンジイソシアネート、4−イツプロビル−
1,3−フ二二レンジイソシアネ−ト、トリジンジイソ
シアネート類、ジアニシジンジイソシアネート、4.4
’  −メチレンビス(フェニルイソシアネート)(M
DI) 、4゜4′−メチレンビス(0−トリルイソシ
アネート)、4.4’−メチレンビス(シクロヘキシル
イソシアネート)、1.5−ナフタレンジイソシアネー
ト、4.4’−ビス(イソシアナトフェニル)エーテル
、2.4’  ビス(インシアナトフェニル)エーテル
、および4,4′−ビス(イソシアナトフェニル)スル
ホンがある。以りのイソシアネートの混合物も使用でき
る。また、トリイソシアネートとトリアミンについて後
述するものに似た官能性誘導体もa用である。入手容易
性、低価格および本発明の架橋可能なポリアミドイミド
の製造に特に適していることの点から好ましいジイソシ
アネートはMDI、2.4−TDIおよび2.6−TD
 Iであり、後者の2つが最も好ましい。
試薬Eの中にトリアミンかトリイソシアネートが存在す
る場合これらは通常約60重量%までであり、約1〜4
0%が好ましい。このような化合物の官能性誘導体、た
とえば」二連した「モンダー(Mondur) S H
Jのようなものも使うことができる。このようなトリイ
ソシアネートやトリアミンを用いると架橋したポリマー
が生成する。一般に、トリアミンかトリイソシアネート
が少しでも存在する場合これらは試薬AとEの一方だけ
に存在する。
試薬Eはポリアミドやポリウレタンのようにイソシアネ
ートかアミンを末端にもつポリマーでもよく、この場合
R4はポリマー残基であり、生成物はアミド結合で結ば
れたポリイミドブロックとポリアミド、ポリウレタンま
たは類似のブロックをもったブロックコポリマーである
コポリアミドイミドを製造するには通常試薬りとEの混
合物を二酸化炭素の放出が完了するまでおよそ150〜
225℃の範囲内の温度に加熱する。この反応は、プレ
ポリマーの製造に関して既に挙げたような実質的に不活
性のを機希釈剤中で実施できる。ポリマー生成にとって
好ましい希釈剤はジメチルホルムアミド、ジメチルアセ
トアミド、ジメチルスルホキシドおよびN−メチルピロ
リドンのような両性の非プロトン性溶媒である。
試薬りと試薬Eの当量比(各試薬の当量重量は試薬Eが
全部ジアミンの場合には各々の分子量の半分であり、試
薬Eの当量重量は試薬Eを部分的にトリアミンにするに
つれて小さくなる)はポリマーの所望の分子量に応じて
変化しつる。一般におよそO,S:tとおよそ2:1の
間の比を使う。
この比の値は少なくとも2個のプレポリマーかジイソシ
アネートに由来する単位を含有する生成物が得られる最
小と最大の値である。およそ0.67:1からおよそ1
.5;1までの比にすると分子量が大きめの生成物が得
られるので好ましい。
最も好ましい比はほぼ1:1である。試薬り、!:Hの
反応は通常完全に進行することはないので、試薬Eとの
最初の反応の後で反応混合物中の遊離の酸基を分析し、
その後残留酸含量をほぼ1%未満に減らすのに有効な量
の試薬Eを追加することがしばしば推奨される。この目
的には最初の試薬Eの量のおよそ10重−%までが必要
なことが最も多い。すなわち、試薬り対試!5Eの当量
比はおよそ0.9:1とおよそ1:1の間が特に好まし
い。
反応混合物中に少量の連鎖停止剤すなわち末端キャップ
用試薬を入れることも考えられ、このような試薬はフェ
ニルイソシアネートのようなモノイソシアネート、アニ
リンのようなモノアミン、安息香酸のようなモノカルボ
ン酸、または無水フタル酸のようなモノ無水物が典型で
ある。
試薬Aがほとんどジアミンである本発明のコポリアミド
イミドは次式を有する構造単位によって特徴付けられる
と考えられる。
また、試薬り中にジカルボン酸を使った場合には次式の
構造単位を特徴としてもっと思われる。
R5R& ただし、R1−7とnは既に定義したとおりである。
しかし、この構造については多少不確実な点があるので
これらを定義するにはその製造方法も用いるのが適切で
ある。
本発明のコポリアミドイミドは通常重量平均分子量が約
30.000〜約150.000である。
ジメチルホルムアミド中25℃でtlPJ定した固有粘
度は約0. 2〜0.9dl/gの範囲である次の実施
例で本発明のコポリアミドイミドの製造を例示する。
実施例7 実施例1のプレポリマーと2.4−TDIの当量混合物
を室温で調製し、3時間に亘ってゆっくりとほぼ180
℃まで加熱した。この間二酸化炭素が激しく放出された
。溶液の粘度はこの間に著るしく上昇した。溶液を冷却
し、ジメチルホルムアミドに溶かし、メタノールに注入
して沈殿させた。コポリアミドイミドを枦取し真空オー
ブンで乾燥した。固有粘度は0. 33dl/g、ガラ
ス転移温度は265℃であった。
実施例8〜17 実施例1〜6のプレポリマー各0. 1当量に、0−ジ
クロロベンゼン50m1にジイソシアネートθ、1当量
を溶かした溶液を150〜190℃でゆっくり加えた。
二酸化炭素の放出が完了した後混合物を滴定して遊離酸
の存在を判定し、この遊離酸を中和するように計算した
量のジイソシアネートを追加した。その後実施例7と同
様にしてポリマーを沈殿させて乾燥した。
実施例8〜17の生成物の組成の詳細と特性を表Hに示
す。パーセントは全て重量による。熱変形温度(HDT
)はASTM  D648法に従って、またff1JX
t平均分子量はゲル透過クロマトグラフィーで測定した
表■ プレポリマ       固有 −を製造  ジイソシ  粘度      11DT因
礁烈 旦ム害施烈 アネートdlム  ]ユ! ]  
 〜8    1   2.4−TDI    O,4
5265−−9165%2.4−ToIO,432B2
   −   −35%2.8−TDl 10    1    MDI      0.30 
 245   −   [i5.00011    2
   2.4−TDI    0.4(i   275
   −   −12    3   2.4−701
   0.44  248  215   −13  
  3    MDI      O,22229−7
0,0001442,4−TDI    O,4γ  
254   −  52.00015    4   
 MDI      0.79  244   −12
7.00016    5   2.4−TDI   
 0.34  230   −  72.00017 
    B    2.4−701   0.44  
225   −  83,000実施例18〜2゜ 実施例1のプレポリマー0.1当量に測定した量のジカ
ルボン酸を加えた。トルエンを全て蒸留除去した後、混
合物の温度を150〜190’Cに上げ、0−ジクロロ
ベンゼン50m1に溶かした当量の2.4−TDIの溶
液を1時間に亘って加えた。二酸化炭素の放出が完了し
た後、混合物を滴定して遊離の酸の存在を判定し、この
遊離酸を中和するように計算した量のジイソシアネート
を追加した。溶液を冷却し、ジメチルホルムアミドに溶
解し、メタノールに注ぎ入れて沈殿させた。コポリアミ
ドイミドを一過で取り出し、真空オーブン中で乾燥した
実施例18〜20の生成物の組成の詳細と特性を表■に
示す。固有粘度はジメチルホルムアミド中25℃で測定
した。
表■ 実施例            18     19 
     20ジカルボン酸       アジピン酸
 イソフタル酸 イソフタル酸酸:プレポリマーのモル
比  1:l     l:l       O,5:
1固有粘度(di/g)        0.28  
  0.31      0.24Tg (’C)  
         228    254      
255本発明のコポリアミドイミドは梱包や包装用のフ
ィルムにしたり、成形材料(コンパウンド)ニしたりで
きる。また、銅、アルミニウムなどでできた電気伝導体
、特に電線に絶縁コーティングとして溶液塗布するのに
も有用である。所望によってこのような絶縁導体にさら
にポリアミド、ポリエステル、シリコーン、ポリビニル
ホルマール、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリテトラフ
ルオロエチレンなどの保護膜を設けてもよい。
用途によっては、たとえばモーター、変圧器などで使用
される絶縁磁石線などのようなある種の用途では、これ
らのデバイスは従来の熱可塑性コーティングのクリープ
点より高い温度で作動することが多く、このコーティン
グが劣化し、時にはこれら電気器具の機能が停止したり
するため、これらのコーティングの高耐熱性が望ましい
。したがって、本発明のもう1つ別の面は耐熱性の高い
架橋ポリアミドイミドにある 本発明のこの一面の具体例の1つは、トリアミンかその
官能性誘導体を試薬Aに混ぜるかあるいはトリアミン、
トリイソシアネートもしくはこれらの官能性誘導体を試
薬Eに混ぜることによって得られる既に述べた架橋材料
がある。特に重要な別の具体例は、試薬Aが全部ジアミ
ンであって、コポリアミドイミドがアルキルまたは脂環
式の置換基を少なくとも1個もっている芳香族基を少な
くとも1個含有する構造単位を含んでいる場合にa用で
ある。このようなコポリアミドイミドを架橋する方法は
、このコポリアミドイミドを酸化剤と接触させ、このコ
ポリアミドイミドをそのガラス転移温度(Tg )から
その分解温度のすぐ下までの範囲内の温度に加熱するこ
とからなる。
架橋可能な構造単位はジアミノトルエン類のようなジア
ミンから、TDIのようなジイソシアネートから、ある
いはアルキルもしくは脂環式基で置換した二無水物もし
くはカルボキシ無水物から得られる。芳香族基に結合し
たアルキルまたは脂環式基はこのポリマーの酸化的架橋
反応において官能部位として機能する。
芳香族基のいずれかに結合した適切なアルキルまたは脂
環式置換基の例としてはメチル、エチル、プロピル、ペ
ンチル、イソプロピル、イソブチル、シクロヘキシルな
どがある。これらの置換基はこれらに結合した広範囲の
有機および無機置換基、たとえばハロゲン、ニトリル、
カルボン酸、カルボニル、イオウ含有基などをもってい
てもよい。
置換基は炭素原子を約6個まで存するのが好ましく、特
に、いくつかの例では他の置換基より酸化的架橋が速く
なりうるのでメチル基が好ましい。
アルキルまたは脂環式置換基が長めの炭素鎖を含何する
と架橋に必要な時間は長めになろう。もっともこの場合
架橋に要する時間を短縮するために高めの架橋温度を使
用することができる。
アルキルまたは脂環式置換基が存在するためにこのポリ
マーを酸化的に架橋できるようになる。
このポリマーを本明細書に記載した酸化条件にさらすと
アルキルまたは脂環式置換基の少なくともいくらかが酸
化されてアルデヒド型の基が生成し、これが遊離のアミ
ン官能基と縮合してイミン基となり、このイミン基がポ
リマー中に架橋結合を形成すると考えられる。もしこの
ポリマーをそのTgより低い温度かあるいはTgから分
解温度のすぐ下までの範囲内の温度のどちらかで酸化剤
に接触させるのでなければ、このポリマーは熱的に安定
であり、酸化的架橋は起こらないであろう。
未架橋状態のコポリアミドイミドは磁石線のような金属
製電気導体上に直接押し出して製品とすることができる
。なおこのような物品は本発明の別の一面である。した
がって、トリアミンかトリイソシアネートを試薬Eに入
れることで架橋を行なった場合には、たとえばゲルの生
成などとして現われるような実質的な架橋が起こる前に
コポリアミドイミドの生成を中断させてポリマーを導体
上に押し出す必要がある。一方、酸化的に架橋可能なコ
ポリアミドイミドは押し出す前に充分重合でき、押し出
した後に充分架橋できる。
このタイプのvL覆用の押出技術は業界でよく知られて
おり、詳細に述べる必要はない。典型的な場合、ヒータ
ーを備えたエクストルーダーまたは射出成形機に固体の
ポリマーを供給する。ポリマーはその軟化点近くまで熱
せられると成形機からこのポリマーの流れに対して垂直
にこの機械の中かその近くを通る導体たとえば銅線上へ
流動する。
この方法によって銅線の全表面が覆われ、その後この導
体が成形機を離れるにつれてポリマーは冷えて銅線に密
着する。一般に押し出しの間にポリマーに接する空気の
量は早期の酸化的架橋を引き起こす程ではないが、所望
とあらばエクストルーダーのバレルの近くに窒素やその
他の不活性ガスの雰囲気を作って空気の侵入を防ぐこと
ができる。
酸化的に架橋できるコポリアミドイミドを上記のように
導線のコーテイング材として用いる場合空気のような酸
化剤を含む常用の対流オーブンやワイヤータワーに彼覆
線を通してもよい。架橋温度はポリマーのTgから分解
温度のすぐ下の温度までの範囲でよい。この範囲に相当
する典型的な架橋温度はおよそ225〜325℃であり
、およそ275〜320℃が好ましい範囲である。これ
より温度を高くするとポリマーの架橋は速くなる。
もっとも、オーブン通過時間を長くすれば温度の低さを
償うことができる。ポリマーを架橋雰囲気にさらす時間
は、フィルムの厚さ、オーブンの温度およびポリマーに
結合しているアルキルまたは脂環式置換基の数に応じて
広く変化しつる。所望であればポリマー全体を架橋して
もよいが、電線被覆に優れた溶剤耐性を与えるにはポリ
マーの表面領域だけを架橋するのが適切である。通常、
オーブン温度がおよそ320℃のとき表面領域が酸素か
空気に接して架橋するのにはほぼ60分未満を要する。
表面領域は広く規定すると厚さが約1゜0ミルの硬化し
たポリマーコーティングで大体1ミルの十分のいくつか
であろう。また所望により、数時間か数ケ月さえもこの
酸化的架橋工程を遅らせることも可能である。
好ましい架橋法では、前もってポリマーを酸化剤に接触
させるかどうかに係わりなく、ポリマーが架橋温度範囲
内に加熱されている時にポリマーを酸素か空気(この方
が好ましい)に接触させる。
あるいは、所望であれば未架橋のポリマーで物品を被覆
し、その後室温かまたは未架橋のポリマーのTgより低
い任意の所望温度で過マンガン酸カリウムのような酸化
剤と接触させてもよい。その後このポリマーを、空気か
不活性雰囲気中、または真空中で、ポリマーのTgから
その分解温度のすぐ下までの温度で適切な熱源によって
加熱して少なくともポリマーの表面領域で架橋を行なわ
せることができる。この後者の方法でポリマー全体を架
橋したければ、ポリマーを架橋温度範囲内に加熱しなが
ら空気のみを使う必要があろう。
未架橋状態のポリマーは、酸化的架橋の前に標準的な技
法で電線に溶媒塗布することもできる。
通常O−ジクロロベンゼンのような適切な塩素化溶剤に
ポリマーを溶解する。その後、標準的なワイヤータワー
装置に繰り返し通すことによって溶液を塗布してコーテ
ィングを形成する。このコーティングを酸素か空気の中
で上述の温度範囲内に加熱すると溶媒が蒸発して酸化的
架橋が起こる。
この方法で作られる絶縁コーティングは上述の押し出し
コーティングと同じ改良された物性をもっている。さら
に別の変形として、窒素雰囲気中で電線を溶融ポリマー
中に通してもよい。電線上のコーティングは後に上述の
ようにして酸化的に架橋する。
本発明の架橋ポリマーが金属導体上に存在すると、高度
の溶剤耐性と熱安定性をもつ絶縁コーティングとして機
能する。これら改良された特性は架橋が起こった後にポ
リマーのTgが上昇していることに部分的に起因する。
したがって、上述のプロセスで被覆された電線はたまた
ま高温環境中を通過され擦過されてもショートする危険
性が減少する。
本発明の架橋コポリアミドイミドの製造を以下の実施例
で例示する。
実施例21 実施例11の方法でコポリアミドイミドを製造するが次
の点は変える。2.4−TDIの代わりに2.4−TD
Iと「モンダー(Mondur) S HJの5:1 
(重量)混合物を同じ重量割合で用いる。
(ゲルが形成されることでわかる)架橋が起こる前に反
応混合物の加熱を止め、流動性をよくするために炭化水
素溶剤を加える。こうして得られた溶液を、底が250
°Cで頂部が400℃に加熱されている長さ15フイー
トの実験室用ワイヤータワー中で銅線に塗布する。この
エナメルは組型を用いて4回通過させて電線に塗布する
。電線の通過速度は11〜17フイ一ト/分とする。電
線をタワーに通している間にエナメルが硬化して固体の
架橋絶縁コーティングになる。
実施例22〜23 実施例8と12のコポリアミドイミドを用い、実験室用
プレスのプラテン上270〜290℃、500psiで
1−1/2分間アルミ箔上でポリマー粉末を加熱してプ
レート状にプレスした。得られたプレート(厚さ15〜
50ミル)を切断した試片を空気中で225℃に加熱し
た。周期的にサンプルを取りジメチルホルムアミドに対
する溶解性を調べた。どちらのポリマーも4時間以内に
架橋していた。これはこの時間後に不溶性になっていた
ことで確かめた。これらは実施例21の手順を適当に変
えて用いて電線被覆用塗料として使うことができた。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)反応の水が全て除去される条件下で、(A)式 ( I )H_2N−R^1−NH_2、 [式中、R^1は二価の、炭素原子を約6〜20個含有
    する芳香族炭化水素基もしくはそのハロゲン化誘導体、
    炭素原子を約2〜20個含有するアルキレン基もしくは
    シクロアルキレン基、またはビス−アルキレンポリ(ジ
    アルキルシロキサン)基である]を有する少なくとも1
    種のポリアミンを、(B)式 (II)▲数式、化学式、表等があります▼、 [式中、R^2は三価の、炭素原子を約2〜20個含有
    する脂肪族基、または炭素原子を約6〜20個含有する
    芳香族基である]を有する少なくとも1種のカルボキシ
    無水物、および (C)式 (III)▲数式、化学式、表等があります▼、 [式中、R^3は四価の、炭素原子を約2〜20個含有
    する脂肪族基、または炭素原子を約6〜20個含有する
    芳香族基である]を有する少なくとも1種の二無水物と
    反応させることからなり、試薬C対試薬Bのモル比を少
    なくとも約0.25:1とし、試薬Aの当量対試薬Bと
    Cの合計無水物当量の比を約1:1とする、末端にカル
    ボキシをもつプレポリマーの製造方法。
  2. (2)試薬Aが少なくとも1種のジアミンであり、R^
    2が芳香族炭化水素基であり、R^3が式(X I )▲
    数式、化学式、表等があります▼ [式中、R^7は酸素、イオウ、−SO_2−、低級ア
    ルキレンまたは−O−R^8−O−(ただし、R^8は
    ベンゼンもしくは置換ベンゼン、ビフェニルもしくは置
    換ビフェニル、または一方もしくは両方の芳香族基上に
    置換基を含有していてもよいジフェニルアルカンから誘
    導された二価の基である)である]を有しており、かつ
    反応混合物が少なくとも1種の第三級アミンを触媒量で
    含有していることを特徴とする特許請求の範囲第1項に
    記載の方法。
  3. (3)試薬Bがトリメリト酸無水物であり、試薬Cがビ
    スフェノールA二無水物であり、試薬C対試薬Bのモル
    比が少なくとも約0.1:1であることを特徴とする特
    許請求の範囲第2項に記載の方法。
  4. (4)R^1が芳香族炭化水素基であることを特徴とす
    る特許請求の範囲第3項に記載の方法。
  5. (5)試薬Aがm−フェニレンジアミン、m−トルエン
    ジアミンまたは4,4′−ジアミノジフェニルメタンで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第4項に記載の方
    法。
  6. (6)特許請求の範囲第1項に記載の方法によって製造
    された末端にカルボキシをもつプレポリマー。
  7. (7)特許請求の範囲第5項に記載の方法によって製造
    された末端にカルボキシをもつプレポリマー。
  8. (8)式 (XVI)▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、R^1は二価の、炭素原子を約6〜20個含有
    する芳香族炭化水素基もしくはそのハロゲン化誘導体、
    炭素原子を約2〜20個含有するアルキレン基もしくは
    シクロアルキレン基、またはビス−アルキレンポリ(ジ
    アルキルシロキサン)基であり、R^2は三価の、炭素
    原子を約2〜20個含有する脂肪族基または炭素原子を
    約6〜20個含有する芳香族基であり、R^3は四価の
    、炭素原子を約2〜20個含有する脂肪族基または炭素
    原子を約6〜20個含有する芳香族基であり、nの平均
    値は少なくとも0.5である]を有する、末端にカルボ
    キシをもつプレポリマー。
  9. (9)R^2が芳香族炭化水素基であり、R^3が式 (X I )▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、R^7は酸素、イオウ、−SO_2−、低級ア
    ルキレンまたは−O−R^8−O−(ただし、R^8は
    ベンゼンもしくは置換ベンゼン、ビフェニルもしくは置
    換ビフェニル、または一方もしくは両方の芳香族基上に
    置換基を含有していてもよいジフェニルアルカンから誘
    導された二価の基である)である]を有することを特徴
    とする特許請求の範囲第8項に記載のプレポリマー。
  10. (10)R^2が式 (X)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、R^3が式 (XV)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、nの平均値が少なくとも1であることを
    特徴とする特許請求の範囲第9項に記載のプレポリマー
  11. (11)R^1が芳香族炭化水素基であることを特徴と
    する特許請求の範囲第10項に記載のプレポリマー。
  12. (12)R^1が次式 (VII)▲数式、化学式、表等があります▼ (VIII)▲数式、化学式、表等があります▼ (IX)▲数式、化学式、表等があります▼ の1つを有することを特徴とする特許請求の範囲第11
    項に記載のプレポリマー。
  13. (13)約150〜225℃の範囲内の温度で、(D)
    特許請求の範囲第1項に記載のプレポリマーまたはその
    官能性誘導体を、(E)式 (V)OCN−R^4−NCO、 を有するポリイソシアネート類、式 (VI)R^5NH−R^4−NHR^6、 を有するポリアミン類およびこれらの官能性誘導体[た
    だし式中、R^4は二価の、ポリマー残基、炭素原子を
    約6〜20個含有する芳香族炭化水素基もしくはそのハ
    ロゲン化誘導体、炭素原子を約2〜20個含有するアル
    キレン基もしくはシクロアルキレン基、またはビス−ア
    ルキレンポリ(ジアルキルシロキサン)基であり、R^
    5とR^6の各々はそれぞれ独立に水素か低級炭化水素
    基である]で構成される群から選択された少なくとも1
    種の化合物と反応させることからなるコポリアミドイミ
    ドの製造方法。
  14. (14)試薬Eが少なくとも1種のジイソシアネートと
    少なくとも1種のトリイソシアネートまたはその官能性
    誘導体との混合物であることを特徴とする特許請求の範
    囲第13項に記載の方法。
  15. (15)R^1とR^4の各々が芳香族炭化水素基であ
    り、試薬Dが前記プレポリマーであり、試薬Eが少なく
    とも1種のジイソシアネートであり、R^2が式 (X)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、R^3が式 (XV)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、試薬D対試薬Eの当量比が約0.67:
    1〜約1.5:1であることを特徴とする特許請求の範
    囲第13項に記載の方法。
  16. (16)試薬Eが2,4−トルエンジイソシアネート、
    2,6−トルエンジイソシアネートおよび4,4′−メ
    チレンビス(フェニルイソシアネート)のうちの少なく
    とも1種であることを特徴とする特許請求の範囲第15
    項に記載の方法。
  17. (17)特許請求の範囲第13項に記載の方法によって
    製造されたコポリアミドイミド。
  18. (18)本質的に、式 (XVII)▲数式、化学式、表等があります▼ [式中、R^1とR^4の各々はそれぞれ独立して二価
    の、炭素原子を約6〜20個含有する芳香族炭化水素基
    もしくはそのハロゲン化誘導体、炭素原子を約2〜20
    個含有するアルキレン基もしくはシクロアルキレン基、
    またはビス−アルキレンポリ(ジアルキルシロキサン)
    基であり、R^2は三価の、炭素原子を約2〜20個含
    有する脂肪族基または炭素原子を約6〜20個含有する
    芳香族基であり、R^3は四価の、炭素原子を約2〜2
    0個含有する脂肪族基または炭素原子を約6〜20個含
    有する芳香族基であり、R^5とR^6の各々はそれぞ
    れ独立に水素か炭化水素基であり、nの平均値は少なく
    とも0.5である]を有する単位から成るコポリアミド
    イミド。
  19. (19)R^1とR^4が各々芳香族炭化水素基であり
    、R^2が前記式Xを有しており、R^3が式(XV)
    ▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、R^5とR^6が各々水素であり、nの
    平均値が少なくとも1であることを特徴とする特許請求
    の範囲第18項に記載のコポリアミドイミド。
  20. (20)R^4が2,4−トリレン、2,6−トリレン
    および4,4′−メチレンビス−フェニル基のうちの少
    なくとも1種であることを特徴とする特許請求の範囲第
    19項に記載のコポリアミドイミド。
  21. (21)式 (XVII)▲数式、化学式、表等があります▼ (XVIII)▲数式、化学式、表等があります▼、 [式中、R^1とR^4の各々はそれぞれ独立して二価
    の、炭素原子を約6〜20個含有する芳香族炭化水素基
    もしくはそのハロゲン化誘導体、炭素原子を約2〜20
    個含有するアルキレン基もしくはシクロアルキレン基、
    またはビス−アルキレンポリ(ジアルキルシロキサン)
    基であり、R^2は三価の、炭素原子を約2〜20個含
    有する脂肪族基または炭素原子を約6〜20個含有する
    芳香族基であり、R^3は四価の、炭素原子を約2〜2
    0個含有する脂肪族基または炭素原子を約6〜20個含
    有する芳香族基であり、R^5とR^6の各々はそれぞ
    れ独立して水素か炭化水素基である]を有する構造単位
    からなり、前記式XVIIの構造単位が少なくとも1個の
    アルキルまたは脂環式置換基を有する芳香族基を少なく
    とも1個含有しているコポリアミドイミドから架橋ポリ
    マーを製造する方法であって、前記コポリアミドイミド
    を酸化剤に接触させ、前記コポリアミドイミドをそのガ
    ラス転移温度からその分解温度のすぐ下までの範囲内の
    温度に加熱することからなる方法。
  22. (22)コポリアミドイミドを酸素または空気と共にほ
    ぼ225〜325℃の範囲内の温度に加熱することを特
    徴とする特許請求の範囲第21項に記載の方法。
  23. (23)R^1が芳香族炭化水素基であり、R^2が式 (X)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、R^3が式 (XV)▲数式、化学式、表等があります▼ を有しており、R^4が2,4−トリレンおよび2,6
    −トリレン基の少なくとも1種であり、R^5とR^6
    の各々が水素であることを特徴とする特許請求の範囲第
    22項に記載の方法。
  24. (24)特許請求の範囲第22項に記載の方法によって
    製造された架橋ポリマー。
  25. (25)特許請求の範囲第23項に記載の方法によって
    製造された架橋ポリマー。
  26. (26)金属製電気導体上の少なくとも1部に特許請求
    の範囲第17項に記載のポリマーからなる絶縁コーティ
    ングを有する物品。
  27. (27)金属製電気導体上の少なくとも1部に特許請求
    の範囲第24項に記載のポリマーからなる絶縁コーティ
    ングを有する物品。
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