CN101679632A - 芳族聚酰亚胺及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有极高硬度和极高不透气性的芳族聚酰亚胺，其由四羧酸组分和二胺组分制备，所述四羧酸组分基本上由25mol％至97mol％的3，3’，4，4’－联苯四羧酸和75mol％至3mol％的4，4’－二苯醚二甲酸组成，基于四羧酸组分总量的100％，所述二胺组分基本由对苯二胺组成。

Description

芳族聚酰亚胺及其制造方法
技术领域
本发明涉及具有特定化学组成的芳族聚酰亚胺，所述芳族聚酰亚胺具有极高的硬度和极高的不透气性，本发明还涉及所述芳族聚酰亚胺的制造方法。芳族聚酰亚胺可适于用作电动和电子设备、影印机等装置的元件，这类元件需要具有较高硬度，还适于用作薄膜、中空珠等材料，这类材料需要极高的不透气性。
背景技术
芳族聚酰亚胺具有出色的特性，诸如耐热性、耐化学腐蚀性和机械特性，因此其已被用作电动和电子部件等。由于芳族聚酰亚胺的低线性膨胀系数和高机械强度，特别是由3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐和对苯二胺制备的芳族聚酰亚胺已经适当地被用于TAB的柔性基片、影印机的定影带等需要尺寸稳定性和机械强度的场合。
专利文件1公开了与由3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐和对苯二胺制备的常规无缝带相比具有提高的长期耐性的芳族聚酰亚胺，以与作为各种精密仪器的旋转运动传导部件的无缝管的较高速度旋转相配合，所述机密仪器诸如电动和电子设备、电子影印机等。所述芳族聚酰亚胺包括作为二胺成份的3，4’-二胺基二苯醚，其含量优选为5mol％或更多，特别优选为20mol％至80mol％，且该芳族聚酰亚胺具有低断裂强度。
专利文件2公开一种具有不透气性的聚酰亚胺薄膜以解决如下问题：层压在聚酰亚胺薄膜上的金属层的退化，所述退化是由于在对金属层高温加热的步骤中(诸如将芯片安装在所述金属层的步骤)穿过聚酰亚胺薄膜的氧气和/或湿气造成的，及因此而导致的聚酰亚胺薄膜和金属层之间的剥离强度显著降低。具有不透气性的聚酰亚胺薄膜在其一侧面上形成有SiOx层——其具有不透气性。
专利文件3公开了一种聚酰亚胺共聚物，其由4，4’-二苯醚二酐(ODPA)和3，4，3’，4’-联苯四羧酸二酐(s-BPDA)，及4，4’-二氨基二苯醚(ODA)或对苯二胺制备，该共聚物作为待用作绝缘材料的聚酰亚胺。实施例6中公开了由对苯二胺制备的聚酰亚胺和由s-BPDA和ODPA(s-BPDA：75％，ODPA：25％)制备的聚酰亚胺。但是，使用苯二甲酸作为封端剂以及在最高加热温度300℃下进行亚胺化反应的热处理时制造聚酰亚胺。所述聚酰亚胺不具有足够的物理特性。
专利文件4和5公开了由3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐和对苯二胺制备芳族聚酰亚胺薄膜的方法，该聚酰亚胺薄膜用作影印机的定影带。
此外，专利文件6公开了提高树脂中空颗粒的中空部分中的压力的方法，该树脂中空颗粒用来填充轮胎的空气腔。
专利文件1：日本专利特许公开2006-307114
专利文件2：日本专利特许公开2004-255845
专利文件3：日本专利特许公开1991-157428
专利文件4：日本专利特许公开2003-89125
专利文件5：日本专利特许公开2007-240845
专利文件6：日本专利特许公开2007-69818
发明内容
发明所解决的技术问题
本发明是为满足对以上所述芳族聚酰亚胺更严格要求所进行的各种研究的成果。本发明的目的是提供具有特定化学组成的芳族聚酰亚胺及其制造方法，所述聚酰亚胺具有极高的硬度和极高的不透气性。
技术方案
本发明涉及如下几项：
(1)一种薄膜形式的芳族聚酰亚胺，其断裂拉伸强度为400MPa或更高，断裂拉伸延伸率为35％或更高，并包括由如下通式(1)表示的重复单元：
Figure G2008800182430D00031
通式(1)
其中25mol％至97mol％的A是由如下通式(2)表示的四价单元，且75mol％至3mol％的A是由如下通式(3)表示的四价单元；以及
B是由如下通式(4)表示的二价单元。
Figure G2008800182430D00032
通式(2)
Figure G2008800182430D00033
通式(3)
Figure G2008800182430D00034
通式(4)
(2)根据以上第(1)项的薄膜形式的芳族聚酰亚胺的断裂拉伸强度为500MPa或更高，断裂拉伸延伸率为40％或更高。
(3)根据以上第(1)和(2)中任一项的薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有145MJ/m3或更高的断裂拉伸能。
(4)根据以上第(1)至(3)中任一项的薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有不透气性，即水蒸气透过率(40℃，90％RH)为0.04g·mm/m2·24h或更少。
(5)用于制造芳族聚酰亚胺的方法，其包括如下步骤：
在325℃或更高温度下加热一芳族聚酰胺酸，其包括由以下通式(5)表示的重复单元。
通式(5)
其中，25mol％至97mol％的A是由以上通式(2)表示的四价单元，及75mol％至3mol％的A是由以上通式(3)表示的四价单元；以及
B是由以上通式(4)表示的二价单元。
(6)通过将芳族聚酰胺酸溶解于有机溶剂中获得的溶液组合物，所述芳族聚酰胺酸包括由以上通式(5)表示的重复单元。
(7)主要由根据以上第(1)至(3)中任一项所述的芳族聚酰亚胺组成的无缝带。
(8)根据以上第(7)项所述的无缝带，其用作电子影印设备的中间传递无缝带、定影无缝带或传输无缝带。
(9)主要由根据以上第(4)项所述的芳族聚酰亚胺组成的包装材料或密封材料。
(10)主要由根据以上第(4)项所述的芳族聚酰亚胺组成的聚酰亚胺中空珠。
(11)根据以上第(10)项所述的聚酰亚胺中空珠，其填充有高压气体。
(12)根据以上第(10)项所述的聚酰亚胺中空珠，其填充有氮气。
发明效果
根据本发明，可以提供一种具有特定化学组成的芳族聚酰亚胺及其制造方法，所述芳族聚酰亚胺具有极高的硬度和极高的不透气性。
本发明所述的芳族聚酰亚胺包括衍生自3，3’，4，4’-联苯四羧酸的组成单元(通式(2))、衍生自4，4’-二苯醚二甲酸(4，4’-oxydiphthalic acid)的组成单元(通式(3))和衍生自对苯二胺的组成单元(通式(4))，所述芳族聚酰亚胺包括的衍生自4，4’-二苯醚二甲酸的组成单元的含量在75mol％至3mol％的范围内，以四羧酸组分(3，3’，4，4’-联苯四羧酸和4，4’-二苯醚二甲酸)总量的100％计。因此，其可以提高硬度和不透气性。此外，根据本发明，亚胺化反应的加热温度优选地是325℃或更高温度，特别优选350℃或更高温度。当在上述高温下进行热处理时，可以获得如上所述的具有出色性能的聚酰亚胺。所述加热温度优选地是500℃或更低温度，特别优选450℃或更低温度。
本发明的芳族聚酰亚胺具有极高的硬度，因此其可以适用于诸如电动和电子设备和影印机等各种精密仪器的部件，例如，如影印机等电子影印设备的中间传递无缝带、定影无缝带或传输无缝带。
此外，本发明所述芳族聚酰亚胺具有极高的不透气性，因此其可以适用于食品、药品等的包装材料、诸如显示元件等电子设备的包装材料、密封材料、基片材料，以及用于中空珠等的隔离气体材料。
实施本发明的最佳实施方式
本发明的芳族聚酰亚胺包括由上述通式(1)表示的重复单元。换言之，本发明所述的芳族聚酰亚胺由四羧酸组分和二胺组分制备，所述四羧酸组分基本上由25mol％至97mol％，优选30mol％至95mol％，更优选40mol％至85mol％的3，3’，4，4’-联苯四羧酸和75mol％至3mol％，优选70mol％至5mol％，更优选60mol％至15mol％的4，4’-二苯醚二甲酸组成(以四羧酸组分总量的100％计)，所述二胺组分基本上由对苯二胺组成。
此处，四羧酸包括用作聚酰亚胺的四羧酸组分的衍生物，诸如四羧酸及其二酐和酯类。同时，二胺包括用作聚酰亚胺的二胺组分的衍生物，诸如二胺和二异氰酸酯。只要不损害本发明的效果，这些组分可以包括其它四羧酸或二胺，但这些组分中的每一种通常包括含量为10mol％或更少，优选5mol％或更少，更优选3mol％或更少的其它四羧酸或二胺。
由于如上所述的特定化学组成，本发明的芳族聚酰亚胺具有极高的硬度和极高的不透气性。
在本发明中，薄膜形式的每体积单元的拉伸断裂的断裂能被用作硬度的一个指标(index)。本发明的芳族聚酰亚胺每单元体积的断裂能极高。换言之，本发明的芳族聚酰亚胺当对其施加外力时不易断裂。此外，在本发明中，拉伸弹性模量、断裂拉伸强度和断裂拉伸延伸率被用作硬度的其它指标。本发明所述芳族聚酰亚胺在这些机械特性方面也是尤为出色的。上述极高的硬度可以通过本发明的特定化学组成实现。当使用其它组分作为四羧酸组分和二胺组分时，不能实现这种极高的硬度。
此外，令人惊喜的是，本发明所述芳族聚酰亚胺，是一种其中衍生自3，3’，4，4’-联苯四羧酸和对苯二胺的片段和衍生自4，4’-二苯醚二甲酸和对苯二胺的片段以特定比例共聚的芳族聚酰亚胺，这种聚酰亚胺的硬度既比由衍生自3，3’，4，4’-联苯四羧酸和对苯二胺的片段组成的芳族聚酰亚胺的硬度高，也比衍生自4，4’-二苯醚二甲酸和对苯二胺的片段组成的芳族聚酰亚胺硬度高。在本发明的芳族聚酰亚胺中，上述片段可以是嵌段共聚的或无规共聚的。
本发明的薄膜形式的芳族聚酰亚胺的断裂拉伸强度为400MPa或更高，优选450MPa或更高，更500MPa或更高，断裂拉伸延伸率为35％或更高，优选40％或更高。具有上述高断裂拉伸强度和高断裂拉伸延伸率的芳族聚酰亚胺在如下情况下被适当地制备：通式(1)中的A由25mol％至97mol％，优选30mol％至95mol％，更优选40mol％至85mol％的通式(2)和75mol％至3mol％，优选70mol％至5mol％，更优选60mol％至15mol％的通式(3)组成。
此外，本发明所述薄膜形式的芳族聚酰亚胺的断裂拉伸能为145MJ/m3或更高，更优选150MJ/m3或更高。具有上述高断裂拉伸强能的芳族聚酰亚胺在如下情况下被适当地制备：通式(1)中的A由25mol％至97mol％，优选30mol％至95mol％，更优选30mol％至85mol％，特别优选40mol％至85mol％的通式(2)和75mol％至3mol％，优选70mol％至5mol％，更优选70mol％至15mol％，特别优选60mol％至15mol％的通式(3)组成。
如上所述，本发明的芳族聚酰亚胺具有极高的硬度，因此其可以适用于诸如电动和电子设备和影印机等各种精密仪器的部件，例如，如影印机等电子影印设备的中间传递无缝带、定影无缝带或传输无缝带。
本发明的无缝带由本发明的芳族聚酰亚胺组成，且可以包括其它必要的添加剂组分。本发明的无缝带可以在其上具有另外的树脂层和/或金属层。
本发明的无缝带的厚度可以适当地根据预期的用途来选择，其厚度通常可以是约20μm至约200μm。
本发明所述的无缝带可以适当地通过常规已知的方法制造，例如通过旋转成型法，即在旋转模具的同时，通过在作为基底的圆柱形模具表面上(内侧或外侧)形成聚酰胺酸溶液组合物(本发明溶液组合物)的涂敷薄膜；在相对低的温度下加热薄膜以使溶剂挥发，因此形成自支撑薄膜(所述薄膜处于不流动状态；进行聚合作用和部分亚胺化反应，以及去除溶剂)；之后加热处于基底上的所述自支撑薄膜，或可替换地，如必要将所述自支撑薄膜从基底上剥离。
当无缝带用于影印机的中间传递带时，可以优选地添加诸如炭黑等传导性材料，使得所述无缝带则具有1×1010Ω/m2至1×1014Ω/m2的表面电阻率。同时，当无缝带用于定影带时，可以优选地添加诸如二氧化硅、氮化硼和氧化铝等填充剂，或者可以优选地将金属箔层压到所述无缝带上，使得所述无缝带能够被赋予较高的热传导性。
此外，本发明所述薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有不透气性；具体地是0.04g·mm/m2·24h或更少，优选0.03g·mm/m2·24h或更少的水蒸气透过率(40℃，90％RH)。具有上述不透气性的芳族聚酰亚胺在如下情况下可以被适当地制备：通式(1)中的A由30mol％至85mol％，优选40mol％至85mol％，更优选40mol％至75mol％的通式(2)和70mol％至15mol％，优选60mol％至15mol％，更优选60mol％至25mol％的通式(3)组成。
本发明所述的芳族聚酰亚胺具有对于诸如氧气、氮气和二氧化碳气等其它气体和水蒸气的出色的不透气性。没有常规的树脂材料可以具有这样出色的不透气性。
此外，令人惊喜的是本发明所述芳族聚酰亚胺，是一种其中衍生自3，3’，4，4’-联苯四羧酸和对苯二胺的片段和衍生自4，4’-二苯醚二甲酸和对苯二胺的片段以特定比例共聚的芳族聚酰亚胺，这种聚酰亚胺的不透气性既比由衍生自3，3’，4，4’-联苯四羧酸和对苯二胺的片段组成的芳族聚酰亚胺的不透气性更好，也比衍生自4，4’-二苯醚二甲酸和对苯二胺的片段组成的芳族聚酰亚胺的不透气性更好。在本发明的芳族聚酰亚胺中，上述片段可以是嵌段共聚的或无规共聚的。
如上所述，本发明所述芳族聚酰亚胺具有极高的不透气性。因此其可以适用于(但不限于)食品、药品等的包装材料、诸如显示元件等电子设备的包装材料、密封材料、基片材料等。
此外，本发明的芳族聚酰亚胺既具有极高的硬度也具有极高的不透气性。因此，其可以适用于，例如中空部分填充有常压至高压气体的聚酰亚胺中空珠。本发明所述聚酰亚胺中空珠不易于爆裂，且即使填充有高压气体时，其中空部分中的压力也通常不会在短时间内降低，这是因为聚酰亚胺既具有极高硬度也具有极高的不透气性。本发明的聚酰亚胺中空珠可以具有极高的稳定性。各种气体根据预期的用途可适用于填充聚酰亚胺中空珠，且例如惰性气体，特别是氮气可以被优选地使用。
本发明的聚酰亚胺中空珠可以通过常规的已知方法制造。例如，如下方法可以适当地被采用：
在一种方法中，在树脂中的含有发泡剂的热膨胀颗粒被加热，借此使其膨胀(例如，日本公告专利公开No.S42-26525，日本专利特许公开S60-19033，日本专利特许公开2006-213930等)。
在一种方法中，树脂溶液中产生了作为核心的精细泡沫，所述精细泡沫的气-液界面上形成了树脂薄膜(例如，日本专利特许公开2007-21315等)。
在一种方法中，气体和树脂溶液被排出并从多个管口被挤出为管型，同时以高频率振动，从而形成包含有气体的树脂微滴，之后所述树脂在固化溶液中被固化(例如，日本专利特许公开H10-328556、日本专利特许公开H06-55060等)，及
在一种方法中，提供一种含有在树脂中的液体的微囊，随后从微囊中去除所述液体，进而形成中空的微囊(例如，美国专利号5,741,478等)。
本发明的聚酰亚胺中空珠的平均颗粒尺寸根据其预期的用途可以适当地进行选择，所述尺寸通常从约100nm至约10mm，优选地从约1μm至约5mm。
聚酰亚胺中空珠可以适当地用于各种用途。例如，其可以被填充到漏气轮胎中以便保持轮胎的行驶性能；其可以被添加到树脂组合物中，例如其可以被添加到油墨组合物中以便改善图像的透明度和质量；其可以被添加到诸如地板材料等泥浆建筑材料组合物中以便实现减重并提高耐久性。
本发明的芳族聚酰亚胺可以适当地对由上述通式(5)表示的芳族聚酰胺酸进行亚胺化来制造。
所述芳族聚酰胺酸可以通过使四羧酸组分和二胺组分反应而简易地制备，所述四羧酸组分包括25mol％至97mol％，优选30mol％至95mol％，更优选30mol％至85mol％，特别优选40mol％至85mol％的3，3’，4，4’-联苯四羧酸和75mol％至3mol％，优选70mol％至5mol％，更优选70mol％至15mol％，特别优选60mol％至15mol％的4，4’-二苯醚二甲酸，所述二胺组分包括作为主要组分的对苯二胺，制备条件是过量的亚胺化反应可以被抑制。
四羧酸二酐优选地用作四羧酸组分，二胺优选地用作二胺组分，因为当使用它们的时候所述反应易于进行。由通式(5)表示的芳族聚酰胺酸可以容易地制备，通过使给定量的四羧酸二酐和二胺在有机溶剂里反应，反应条件是可以形成酰胺酸结构且过量的亚胺化反应可以被抑制，特别是在100℃或更低，优选80℃或更低，更优选70℃或更低的反应温度下。即使亚胺化反应可以部分地进行，过量的亚胺化反应仍需要被抑制以便产物能够均匀地溶解在有机溶剂中。当亚胺化反应过量地进行时，产物可能被沉淀，且因此可能制备出不均匀的组合物，也就是说，很难获得本发明的芳族聚酰亚胺。
或者，在本发明中，由通式(5)表示的芳族聚酰胺酸可以通过制备聚酰胺酸溶液获得，所述聚酰胺酸的制备通过使给定量的3，3’，4，4’-联苯四羧酸和对苯二胺在有机溶剂里反应；通过单独地使给定量的4，4’-二苯醚二甲酸和对苯二胺在有机溶剂里反应制备聚酰胺酸溶液；之后混合这些聚酰胺酸溶液，且如果必要使它们反应。
在本发明中，重要的在于四羧酸组分和二胺组分的摩尔比(四羧酸组分/二胺组分)是基本上等摩尔的，特别地是0.95至1.05，优选地是0.97至1.03。当摩尔比超出上述范围时，所获得的聚酰亚胺在诸如硬度等性质上可能是较差的，且因此可能难于获得本发明所述的芳族聚酰亚胺。
用于制备本发明芳族聚酰胺酸的有机溶剂的实例包括：酰胺溶剂，诸如N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮和N-甲基己内酰胺；含有硫原子的溶剂，诸如二甲基亚砜、六甲基硫代甲酰胺(hexamethylsulfoformamide)、二甲基砜、四亚甲基砜和二甲基四亚甲基砜；苯酚溶剂，诸如甲酚、苯酚和二甲苯酚；二甘醇二甲醚溶剂，诸如二乙二醇二甲基醚(二甘醇二甲醚)、三乙二醇二甲基醚(三甘醇二甲醚)和四乙二醇二甲醚；内酯溶剂，诸如γ-丁内酯；酮类溶剂，诸如异佛尔酮、环己酮和3，3，5-三甲基环己酮；其它溶剂，诸如吡啶、乙烯乙二醇、二恶烷和四甲基脲；如有需要，还可以包括：芳烃溶剂，诸如苯、甲苯和二甲苯。这些溶剂可以单独使用，或可以两种或更多种溶剂混合使用。
本发明所述溶液组合物通过将如此获得的由通式(5)表示的芳族聚酰胺酸溶解在有机溶剂中而得到。
本发明所述的溶液组合物可以适当地含有(如必要)诸如二氧化硅、氮化硼、氧化铝和炭黑等有机或无机填充物、添加剂、防泡剂、色素、及燃料等。
本发明所述芳族聚酰亚胺可以适当地通过将由通式(5)表示的芳族聚酰胺酸均匀地溶解在有机溶剂(本发明的溶液组合物)里获得的溶液组合物施加到支撑物上来制造；随后对其进行加热以实现溶剂去除、聚合作用和亚胺化反应。在热处理中，最高的加热温度可以优选地是275℃或更高，更优选300℃或更高，更优选325℃或更高，特别优选350℃或更高。当最高加热温度低于275℃时，所获得的芳族聚酰亚胺可能不具有充分高的硬度。尤其当最高加热温度是325℃或更高，更优选350℃或更高，进一步优选400℃或更高，特别优选高于400℃时，所获得的芳族聚酰亚胺可以具有极高的硬度。
本发明所述芳族聚酰亚胺可以适当地通过将由通式(5)表示的芳族聚酰胺酸均匀地溶解在有机溶剂里获得的溶液组合物(本发明的溶液组合物)施加到支撑物上来制造；随后在200℃或更低的温度对其加热以使溶剂挥发，从而形成自支撑薄膜(所述薄膜处于不流动状态；进行聚合作用和部分亚胺化反应，以及溶剂的去除)；随后在275℃或更高，更优选在325℃或更高的温度下加热自支撑薄膜，如果必要，在自支撑薄膜从支撑物上被剥离后施加适当的拉伸力到所述自支撑薄膜上。
所用的支撑物可以是用于连续生产的带状基底材料、电子部件(其表面)、圆柱形模具(其内部和外部表面)，这种圆柱形模具广泛用于无缝带及相似物的制造。在旋转圆柱形模具的时候产生适当的离心力，从而形成无缝带。
聚酰亚胺无缝带或聚酰亚胺中空珠的制造中的热处理可以用与以上所述的聚酰亚胺薄膜制造的热处理相同的方式进行。
实施例
本发明参照实施例在下文中更具体地进行描述。但是本发明不限于以下举例。
用于以下实施例中的化合物的缩写如下：
s-BPDA：3，3’，4，4’-联苯四羧酸二酐，
a-BPDA：2，3’，3，4’-联苯四羧酸二酐，
ODPA：4，4’-二苯醚二酐，
PMDA：均苯四甲酸二酐，
PPD：对苯二胺，
ODA：4，4’-二氨基二苯醚
(断裂拉伸能的测量)
根据ASTM D882测量断裂拉伸能(tensile energy at break)，使用拉力检测器(RTC-1225A，由海计测特公司(Orientec Co.，Ltd)制造)。根据ASTM D882的A2.1中的“测量断裂拉伸能的方法”来计算断裂拉伸能。
(断裂拉伸强度的测量方法)
根据ASTM D882测量断裂拉伸强度(tensile strength at break)，使用拉力检测器(RTC-1225A，由Orientec Co.，Ltd制造)。
(断裂拉伸延伸率的测量方法)
根据ASTM D882测量断裂拉伸延伸率(tensile elongation at break)，使用拉力检测器(RTC-1225A，由Orientec Co.，Ltd制造)。
(拉伸弹性模量的测量方法)
根据ASTM D882测量拉伸弹性模量，使用拉力检测器(RTC-1225A，由Orientec Co.，Ltd制造)。
(溶液组合物的固有粘度)
固有粘度(ηinh)被测量如下。获得的聚酰胺酸溶液被溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮中以制备具有0.5g/100ml溶剂浓度的聚酰胺酸的均匀的聚酰胺酸溶液。此后，所得溶液和溶剂的溶液粘度在30℃下测量，通过如下等式计算固有粘度(ηinh)。
Figure G2008800182430D00131
(固体成分浓度)
聚酰胺酸溶液的固体成分浓度如以下来测量。在350℃下干燥聚酰胺酸溶液30分钟。之后，由其干燥前重量(W1)和其干燥后重量(W2)通过以下等式计算固体成分浓度。
固体成分浓度(wt％)＝{(W1-W2)/W1}×100
(溶液粘度)
在30℃下测量溶液粘度，使用E型粘度计，由东机美(Tokimec)公司制造。
(水蒸气透过率测量)
聚酰亚胺薄膜由聚酰胺酸溶液制备。根据JIS K7129B测量所获得的聚酰亚胺薄膜的水蒸气透过率(每单位面积和单位时间水蒸气的穿透量)，在40℃和90％RH条件下测量水蒸气。随后，通过使用聚酰亚胺薄膜的厚度将测量值换算为每单位厚度水蒸气的透过率。
(氮气透过率系数的测量)
由聚酰胺酸溶液制备的聚酰亚胺薄膜的氮气透过率系数根据JIS K71261GC在23℃下测量。
(氧气透过率系数的测量)
由聚酰胺酸溶液制备的聚酰亚胺薄膜的氧气透过率系数根据JIS K71261B在23℃下测量。
(二氧化碳气透过率系数的测量)
由聚酰胺酸溶液制备的聚酰亚胺薄膜的二氧化碳气透过率系数根据波式方法(Permatran method)在23℃下测量，使用透过率检测仪(PERMATRANC-IV)(膜康(MOCON)公司)。
(聚酰胺酸溶液组合物的溶液稳定性)
聚酰胺酸溶液的溶液稳定性由具有20％单体浓度的聚酰胺酸溶液的溶液粘度的变化来计算。在30℃下使用E型粘度计测量溶液粘度。具体的，溶液粘度的变化率由刚制备的聚酰胺酸溶液的溶液粘度(P1)和在5℃下于大气环境中贮存90天后的聚酰胺酸溶液的溶液粘度(P2)通过如下等式来计算。聚酰胺酸溶液的溶液粘度变化率在±10％的范围之内的，以o标记，聚酰胺酸溶液的溶液粘度变化率在±10％的范围之外的，以×标记。
变化率(％)＝{(P2-P1)/P1}×100
实施例1
体积500ml的玻璃反应容器，其装配有搅拌器和氮气入口/出口管，在该反应装置中放入给定量的N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂。26.77g(0.248mol)的PPD、65.55g(0.223mol)的s-BPDA和7.68g(0.025mol)的ODPA被加入到所述溶剂中，所得混合物在50℃下搅拌10小时，以获得固体成分浓度为18.7wt％，溶液粘度为97.5Pa·s，且固有粘度为1.13的聚酰胺酸溶液。
这样获得的聚酰胺酸溶液组合物的溶液稳定性评估为○。
借助刮棒涂布器将聚酰胺酸溶液组合物施加到玻璃平板(作为支撑物)上，所得薄膜进行消泡，并在减压条件下于25℃预干燥30分钟，于80℃预干燥30分钟，于100℃预干燥20分钟，于130℃预干燥60分钟。此后，将干燥薄膜从玻璃平板上剥离并置于针板拉幅器上。随后，在常压下，将薄膜在热风干燥器中于100℃、150℃、200℃、250℃和400℃下各加热3分钟，以获得厚度50μm的聚酰亚胺薄膜。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例2
使用与实施例1中所述相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.67g(0.246mol)的PPD、58.03g(0.197mol)的s-BPDA和15.30g(0.049mol)的ODPA。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例3
使用与实施例1中所述相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.56g(0.246mol)的PPD、50.58g(0.172mol)的s-BPDA和22.86g(0.074mol)的ODPA。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例4
使用与实施例1中所述相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.46g(0.245mol)的PPD、43.19g(0.147mol)的s-BPDA和30.36g(0.098mol)的ODPA。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例5
使用与实施例1中所述相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.36g(0.244mol)的PPD、35.85g(0.122mol)的s-BPDA和37.80g(0.122mol)的ODPA。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例6
使用与实施例1中所述相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.15g(0.242mol)的PPD、21.34g(0.073mol)的s-BPDA和52.51g(0.169mol)的ODPA。
所获得聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例7
体积500ml的玻璃反应容器，其装配有搅拌器和氮气入口/出口管，在该反应装置中放入给定量的N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂。26.88g(0.249mol)的PPD和73.12g(0.249mol)的s-BPDA被加入到所述溶剂中，所得混合物在50℃下搅拌10小时，以获得固体成分浓度为18.4wt％，，溶液粘度为100.0Pa·s，且固有粘度为1.15的聚酰胺酸溶液组合物(A)。
体积500ml的玻璃反应容器，其装配有搅拌器和氮气入口/出口管，在该反应装置中放入给定量的N-甲基-2-吡咯烷酮作为溶剂。25.85g(0.239mol)的PPD和74.15g(0.239mol)的ODPA被加入到所述溶剂中，所得混合物在50℃下搅拌10小时，以获得固体成分浓度为18.5wt％，溶液粘度为105.0Pa·s，且固有粘度为1.31的聚酰胺酸溶液组合物(B)。
以重量比95∶5混合聚酰胺酸溶液组合物(A)和(B)。混合后，溶液组合物中的聚酰胺酸包括s-BPDA、ODPA和PPD的摩尔比(mol％)为s-BPDA/ODPA/PPD＝94.93/5.07/100。
借助刮棒涂布器将聚酰胺酸溶液组合物施加到玻璃平板(作为支撑物)上，所得薄膜进行消泡并在减压条件下于25℃预干燥30分钟，于80℃预干燥30分钟，于100℃预干燥20分钟，于130℃预干燥60分钟。此后将干燥薄膜从玻璃板上剥离并置于针板拉幅器上。随后，在常压下，将薄膜在热风干燥器中于100℃、150℃、200℃、250℃和400℃下各加热3分钟，以获得厚度50μm的聚酰亚胺薄膜。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例8
使用与实施例7中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了聚酰胺酸溶液组合物(A)和(B)以重量比70∶30混合。
所得到的聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例9
使用与实施例7中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了聚酰胺酸溶液组合物(A)和(B)以重量比50∶50混合。
所得到的聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例10
使用与实施例7中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了聚酰胺酸溶液组合物(A)和(B)以重量比30∶70混合。
所得到的聚酰亚胺薄膜的特性在表1中示出。
实施例11
使用与实施例1相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了聚酰胺酸组合物采用与实施例3相同的方式制备并使用，且如表2所示的改变最高加热温度。随后，测量所获得的聚酰亚胺薄膜的断裂拉伸强度、断裂拉伸延伸率和拉伸弹性模量。
结果如表2中所示。
实施例12
无缝带的制造
向使用与实施例3中相同的方式制备的30.0g聚酰胺酸溶液组合物中加入25.0g N-甲基-2-吡咯烷酮。随后，充分混合所得到的组合物以获得稀释溶液。将这样获得的聚酰胺酸溶液组合物注射到圆柱形模具的内表面上，所述模具的内部直径是250mm，宽度是140mm，并且在以40rpm的转速下旋转模具的同时使用刮刀将所述溶液组合物均匀施加到模具内表面上。随后，使模具在室温下以200rpm的转速旋转1分钟以将聚酰胺酸溶液组合物厚度均匀地流动铸型到所述内表面上，然后以200rpm的转速旋转模具，通过借助远红外线陶瓷加热器在氮氛中使模具表面温度升高到120℃并维持在120℃达30分钟。随后，模具转移到热风干燥器中，并在120℃下加热5分钟，150℃下加热5分钟，190℃下加热80分钟，250℃下加热10分钟以及400℃下加热10分钟。冷却后，从模具上取下无缝带。此无缝带均匀，不带有泡沫(膨胀)，并且其厚度为40μm。
对比实施例1
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.88g(0.249mol)的PPD和73.12g(0.249mol)的s-BPDA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
此实施例对应于如上所述实施例7中的聚酰胺酸溶液组合物(A)。
对比实施例2
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用25.85g(0.239mol)的PPD和74.15g(0.239mol)的ODPA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
此实施例对应于如上所述实施例7中的聚酰胺酸溶液组合物(B)。
对比实施例3
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用25.95g(0.240mol)的PPD、7.06g(0.024mol)的s-BPDA和66.99g(0.216mol)的ODPA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
对比实施例4
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用26.56g(0.246mol)的PPD、50.58g(0.172mol)的a-BPDA和22.86g(0.074mol)的ODPA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
对比实施例5
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用30.56g(0.283mol)的PPD、43.14g(0.198mol)的PMDA和26.30g(0.085mol)的ODPA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
对比实施例6
使用与实施例1中相同的方式获得聚酰亚胺薄膜，除了本实施例中使用40.11g(0.200mol)的ODA、41.25g(0.140mol)的s-BPDA和18.64g(0.060mol)的ODPA。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表3中示出。
对比实施例7
封端剂和加热温度对聚酰亚胺特性的效果通过以下实施例证实。
具体地，根据专利文件3中的实施例6，将16.34g对苯二胺溶解在348g的二甲基乙酰胺中，随后向所得溶液中加入33.10g的s-BPDA、11.63g的ODPA和0.33g的苯二甲酸并进行反应。
如此获得的聚酰胺酸溶液的固有粘度是1.60，固体成分浓度是13.9％，30℃下的溶液粘度是23.8Pa·s。
使用此聚酰胺酸溶液组合物，采用与专利文件3中实施例6相同或与本说明书中实施例1(最高加热温度是300℃或400℃)相同的方式来获得聚酰亚胺薄膜。
所获得的聚酰亚胺薄膜的特性在表4中示出。
从表4中可见，在使用封端剂的情况下，即使最高加热温度更高，所获得的所有聚酰亚胺薄膜仍然具有低断裂拉伸强度和低断裂拉伸延伸率。
Figure G2008800182430D00201
Figure G2008800182430D00211
Figure G2008800182430D00221
Figure G2008800182430D00241
工业实用性
根据本发明能够提供一种具有特定化学组成的芳族聚酰亚胺，其具有极高硬度和极高的不透气性，还提供所述芳族聚酰亚胺的制造方法。本发明所述的芳族聚酰亚胺具有极高硬度，从而适于用作诸如电动和电子设备和影印机等各种精密仪器的部件，例如，如影印机等电子影印设备的中间传递无缝带、定影无缝带或传输无缝带。此外，本发明所述芳族聚酰亚胺具有极高的不透气性，因此其可以适于用作食品、药品等的包装材料、诸如显示元件等电子设备的包装材料、密封材料、基片材料和用于中空珠等的材料。此外，本发明所述芳族聚酰亚胺既具有极高硬度及极高的不透气性，并因此可以特别适用于，例如填充有氮气等高压气体的聚酰亚胺中空珠。

Claims (12)

1、一种芳族聚酰亚胺，其中，所述芳族聚酰亚胺为薄膜形式，具有400Mpa或更高的断裂拉伸强度及35％或更高的断裂拉伸延伸率，并包括由如下通式(1)表示的重复单元：
Figure A2008800182430002C1
通式(1)
其中25mol％至97mol％的A是由如下通式(2)表示的四价单元，以及75mol％至3mol％的A是由如下通式(3)表示的四价单元；及
B是由如下通式(4)表示的二价单元。
Figure A2008800182430002C2
通式(2)
Figure A2008800182430002C3
通式(3)
Figure A2008800182430002C4
通式(4)
2、根据权利要求1所述的芳族聚酰亚胺，其中所述薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有500MPa或更高的断裂拉伸强度以及40％或更高的断裂拉伸延伸率。
3、根据权利要求1或2所述的芳族聚酰亚胺，其中所述薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有145MJ/m3或更高的断裂拉伸能。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的芳族聚酰亚胺，其中所述薄膜形式的芳族聚酰亚胺具有不透气性，即0.04g·mm/m2·24hr或更少的水蒸气透过率(40℃，90％RH)。
5、一种制造芳族聚酰亚胺的方法，其包括如下步骤：
于325℃或更高的温度下加热包括由如下通式(5)表示的重复单元的芳族聚酰胺酸，
Figure A2008800182430003C1
通式(5)
其中，25mol％至97mol％的A是由以上通式(2)表示的四价单元，以及75mol％至3mol％的A是由以上通式(3)表示的四价单元；及
B是由以上通式(4)表示的二价单元。
6、一种通过将包括由以上通式(5)表示的重复单元的芳族聚酰胺酸溶解在有机溶剂中而获得的溶液组合物。
7、一种主要由根据权利要求1至3中任一项所述的芳族聚酰亚胺组成的无缝带。
8、根据权利要求7所述的无缝带，其中，所述无缝带用作电子影印设备的中间传递无缝带、定影无缝带或传输无缝带。
9、一种主要由根据权利要求4所述的芳族聚酰亚胺组成的包装材料或密封材料。
10、一种主要由根据权利要求4所述的芳族聚酰亚胺组成的聚酰亚胺中空珠。
11、根据权利要求10所述的聚酰亚胺中空珠，其中，所述聚酰亚胺中空珠中填充有高压气体。
12、根据权利要求10所述的聚酰亚胺中空珠，其中，所述聚酰亚胺中空珠中填充有氮气。
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