JP2000204133A - 新規ポリカルボジイミド及びその製造方法 - Google Patents

新規ポリカルボジイミド及びその製造方法

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JP2000204133A
JP2000204133A JP11003568A JP356899A JP2000204133A JP 2000204133 A JP2000204133 A JP 2000204133A JP 11003568 A JP11003568 A JP 11003568A JP 356899 A JP356899 A JP 356899A JP 2000204133 A JP2000204133 A JP 2000204133A
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Japan
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polycarbodiimide
isocyanate
isocyanatophenoxybiphenyl
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bis
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Yoshi Ikeda
歓 池田
Takuya Saeki
卓哉 佐伯
Naoki Sato
直樹 佐藤
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Mitsui Chemicals Inc
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Mitsui Chemicals Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 新規なポリカルボジイミドの提供。 【解決手段】 式(1) (nは1以上の整数)で表される構造を含有することを
特徴とするポリカルボジイミド及び式(3) で表される4,4’−ビス(イソシアナトフェノキシビ
フェニル)を必須原料とし、末端封止剤の存在下または
非存在下、カルボジイミド化触媒の存在下に重合するポ
リカルボジイミドの製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なポリカルボ
ジイミド及びその製造方法に関する。詳しくは、取り扱
いの安全性が高く、且つ、貯蔵安定性に優れた特定の芳
香族ジイソシアネートを必須原料とし、更に重合後も保
存安定性に優れたポリカルボジイミド及びその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】分子中
に−N=C=N−という構造を有するポリカルボジイミ
ドは、高い耐熱性その他の優れた性質を有することで知
られており、例えば熱プレス等の方法により加工するこ
とのできる熱硬化性樹脂として様々な分野で有用されて
いる。
【0003】従来、ポリカルボジイミドとしては、トリ
レンジイソシアネート(以下、TDIと記す)、メチレ
ンジフェニルジイソシアネート(以下、MDIと記す)
等のイソシアネート化合物から製造できるポリカルボジ
イミドが知られている。
【0004】しかしがら、これらの汎用イソシアネート
は、その物性や取り扱い及び作業性に少なからぬ問題を
有している。例えば、TDIは常温で液体の化合物で特
有の刺激臭を有し、通常の取り扱い条件である常温から
100℃前後の温度の範囲でも比較的大きな蒸気圧を持
っており、蒸気を吸入した場合には、鼻、咽喉、肺や目
を刺激し、毒性障害を招くことが知られている。このた
め、TDIを含有するイソシアネート組成物を使用する
場合には、作業環境に特に留意しなければならないとい
う欠点がある。
【0005】また、MDIについては、TDIと比較し
て常温で固体であるため、より安全である利点を有して
いる。しかし、固体状態で長期間保存すると、難溶性の
ダイマーを生成して溶解時や使用時に白濁等の品位低下
を招いたり、メチレン基が酸化された物質の生成による
経時着色現象を招いたりする問題がある。
【0006】一方、これらのジイソシアネートから製造
される従来のポリカルボジイミドは、カルボジイミド基
の反応性が高いために長期間保存するとゲル化したり、
品質に変化が生じるような欠点があった。
【0007】以上のような背景から、安全で保存安定性
に優れる原料から製造することができ、且つ、反応後も
安定であり、耐熱性樹脂としても十分な物性を有するポ
リカルボジイミドの開発が望まれている。本発明は、こ
れらの課題を解決する新規なポリカルボジイミド及びそ
の製造方法を提供することを課題とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記問題
を解決するため鋭意検討した結果、新規ポリカルボジイ
ミド及びその製造方法を発明するに至った。
【0009】即ち、本発明は、式(1)
【化5】 (nは1以上の整数)で表される構造を含有することを
特徴とするポリカルボジイミドであり、式(2)
【化6】 (nは1以上の整数)で表される構造を含有することを
特徴とするポリカルボジイミドであり、式(3)
【化7】 で表される4,4’−ビス(イソシアナトフェノキシビ
フェニル)を必須原料とし、末端封止剤の存在下または
非存在下、カルボジイミド化触媒の存在下に重合するポ
リカルボジイミドの製造方法であり、式(4)
【化8】 で表される4,4’−ビス(3−イソシアナトフェノキ
シビフェニル)を必須原料とし、末端封止剤の存在下ま
たは非存在下、カルボジイミド化触媒の存在下に重合す
るポリカルボジイミドの製造方法であり、末端封止剤が
モノイソシアネート化合物であることを特徴とする、該
ポリカルボジイミドの製造方法である。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明を詳細に説明す
る。本発明に使用される原料は、式(3)で表される
4,4’−ビス(イソシアナトフェノキシビフェニル)
を必須成分とする。特に4,4’−ビス(3−イソシア
ナトフェノキシビフェニル)が好ましい。4,4’−ビ
ス(イソシアナトフェノキシビフェニル)は、通常粉体
として得られ、また、他のジイソシアネート化合物と比
較して、極めて安定であるため、取り扱いも安全に行う
ことができる。
【0011】本発明で使用する原料は、必須原料である
4,4’−ビス(イソシアナトフェノキシビフェニル)
以外に、原料として他の化合物を含んでいてもよい。そ
の必須原料以外の化合物には、ジイソシアネート化合物
が好ましいが、コポリマーとすることにより様々な物性
を有するポリカルボジイミドを実現できる観点からも特
に制限はなく、任意の化合物を1種または複数種使用す
ることができる。
【0012】本発明においては、末端封止剤を使用する
ことができる。末端封止剤には、モノイソシアネート化
合物が特に好ましいが、特に制限はない。モノイソシア
ネート化合物としては、具体的には例えば、n−ブチル
イソシアネート、tert―ブチルイソシアネート、イ
ソブチルイソシアネート、エチルイソシアネート、n−
プロピルイソシアネート、イソプロピルイソシアネー
ト、シクロヘキシルイソシアネート、n−オクタデシル
イソシアネート等の脂肪族イソシアネートを挙げること
ができる。また、例えば、フェニルイソシアネート、ベ
ンジルイソシアネート、o−トリルイソシアネート、m
−トリルイソシアネート、p−トリルイソシアネート、
3−メトキシフェニルイソシアネート等の芳香族イソシ
アネートも挙げることができるが、安価で入手が容易で
あることからフェニルイソシアネートが好ましい。これ
らモノイソシアネートの添加量は、添加しないことも含
め任意に変えることができる。
【0013】本発明においては、得られるポリカルボジ
イミドが各種溶媒に不溶である場合が多いため、その分
子量を測定することは困難であるが、末端封止剤を使用
する場合には、原料のジイソシアネートと末端封止剤と
のモル比により調節することができる。また、下記計算
式(5)により、その平均繰り返し単位数(nav)を
計算することができる。
【数1】nav=X/(Y/2) (5) (Xはジイソシアネート化合物のモル数。Yは末端封止
剤のモル数。)
【0014】本発明において、得られるポリカルボジイ
ミドの分子量及び/又はnの計算値は、その用途に応じ
て様々に変えるため、特に制限はない。
【0015】本発明で使用できるカルボジイミド化触媒
としては、例えば、3−メチル−1−フェニル−3−ホ
スホレン−1−オキシド、1−フェニル−2−ホスホレ
ン−1−オキシド、3−メチル−2−ホスホレン−1−
オキシド、1−エチル−3−メチル−2−ホスホレン−
1−オキシド、1−エチル−2−ホスホレン−1−オキ
シド、或いはこれらの3−ホスホレン異性体等のホスホ
レンオキシドを使用することができるが、カルボジイミ
ド化が進行すればよく、特に制限はない。カルボジイミ
ド化触媒の使用量は、原料のイソシアネート化合物に対
して0.001〜1重量%の範囲で添加することができ
るが、重合速度と経済性を考慮して、イソシアネート化
合物に対して0.01〜0.5重量%の範囲が好まし
く、0.05〜0.3重量%の範囲がより好ましい。
【0016】本発明における重合は、通常有機溶媒の存
在下に行われる。使用できる有機溶媒としては、ベンゼ
ン、トルエン、キシレン、クロロベンゼン、o−ジクロ
ロベンゼン、p−ジクロロベンゼン、塩化メチレン、ク
ロロホルム、1,2−ジクロロエタン、テトラクロロエ
タン、テトラクロロエチレン、テトラヒドロフラン、
1,4−ジオキサン、ジメチルホルムアミド、ジメチル
アセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、1,3−
ジメチル2−イミダゾリジノン等が挙げられるが、イソ
シアネートに対して不活性であればよく、特に制限はな
い。
【0017】本発明において、重合温度は0〜200℃
の範囲で行うことができるが、低温では重合速度が遅
く、また、高温では反応が激しくなる場合があるため、
重合時間と安全を考慮して、50〜160℃が好まし
く、70〜140℃がより好ましい。
【0018】以上の方法により、4,4’−ビス(イソ
シアナトフェノキシビフェニル)、特に4,4’−(3
−イソシアナトフェノキシビフェニル)を重合して本発
明のポリカルボジイミドを得ることができる。該ポリカ
ルボジイミドは、耐熱性、耐薬品性に優れており、熱プ
レス等の方法により公知の熱硬化性耐熱性樹脂と同様に
成形物とすることができる。
【0019】本発明のポリカルボジイミドは、成形加工
したり、各種樹脂や金属等と混合したり、複合化するな
どして様々な用途に使用することができる。例えば、耐
熱絶縁テープ、耐熱粘着テープ、高密度磁気記録ベー
ス、コンデンサー、フレキシブルプリント配線板(FP
C)用のフィルム等の製造に用いられる。また、例え
ば、フッ素樹脂や炭素繊維で強化した構造部材、小型コ
イルのボビン、スリーブ、端末絶縁用チューブ等の絶縁
材や成形品の構造に用いられる。また、パワートランジ
スターの絶縁スペーサ、磁気ヘッドスペーサ、パワーリ
レーのスペーサ等の積層材の製造に用いられる。また、
電線・ケーブル絶縁被覆用、太陽電池、低温貯蔵タン
ク、宇宙断熱材、集積回路、スロットライナー等のエナ
メルコーティング材の製造に用いられる。また、限外濾
過膜、逆浸透膜、ガス分離膜の製造に用いられる。ま
た、耐熱性を有する糸、織物、不織布等の製造にも用い
られる。また、耐熱性接着剤、ポリカルボジイミドパル
プ等にも用いられる。更に、ポリカルボジイミド特有の
性質である易炭化性樹脂としての性質を利用してシリコ
ンカーバイドや他の炭素化物等の製造にも用いられる。
【0020】
【実施例】以下に実施例を示すが、本発明はこれに限定
されるものではない。
【0021】赤外分光分析(以下IR) IR分析は、日本分光製IR REPORT−100を
用いて、KBr錠剤法により行った。
【0022】示差熱分析(以下DSC)、熱重量分析
(以下TG/DTA) DSC及びTG/DTAは、セイコー電子工業製、DS
C220C及びTG/DTA220を用いて、熱挙動及
び熱重量変化を測定した。
【0023】実施例1 4,4’−ビス(3−イソシアナトフェノキシビフェニ
ル)(以下、3IPBPと記す)15g(35.7mm
ol)とフェニルイソシアネート1.29g(10.8
mmol)(仕込みモル比よりnav=6.6)、トル
エン134gを300mlセパラブルフラスコに装入
し、70℃で溶解した。溶解後、3−メチル−1−フェ
ニル−3−ホスホレン−1−オキシドの5%トルエン溶
液を0.5g添加し、120℃に昇温して6時間重合を
継続した。昇温後、30分位で溶液が白濁し始め、1時
間後にはほぼ完全にポリカルボジイミド粉末が析出した
スラリー状態になった。重合終了後冷却し、濾過後、ト
ルエン300mlで洗浄し、窒素気流下、80℃/1
3.3kPaの条件で一昼夜乾燥して、白色のポリカル
ボジイミド粉末12.59gを得た。収率93.7%で
あった。DSC及びTG/DTAの測定結果より、この
ポリカルボジイミドの融点は311℃であり、架橋発熱
ピークの頂点は420℃であった。また、空気中におけ
る5%重量減少温度は513℃であり、耐熱性は良好で
あった。
【0024】実施例2 フェニルイソシアネートを85.8mg(0.72mm
ol)(仕込みモル比よりnav=99.1)とした以
外は実施例1と同様に行った。得られたポリカルボジイ
ミド粉末の収量は12.61g、収率93.8%であっ
た。
【0025】実施例3 フェニルイソシアネートを1%トルエン溶液として0.
86g(0.072mmol)(仕込みモル比よりna
v=991)にした以外は実施例1と同様に重合を行っ
た。重合の途中から、ポリカルボジイミドの塊が析出し
た。重合終了後、トルエン中ホモジナイザーを用いてポ
リカルボジイミドを粉砕し、その後実施例1と同様に洗
浄及び乾燥した。収量は12.68g、収率94.4%
であった。
【0026】実施例4 フェニルイソシアネートを添加しない以外は、実施例3
と同様に行った。収量は12.14g、収率90.3%
であった。元素分析を行ったところ、C79.02%、
H4.41%、N7.73%(計算値はC79.10
%、H4.43%、N7.69%)であった。得られた
ポリカルボジイミドのIRチャートを図1に示した。原
料である3IPBPのイソシアネート基2310cm-1
の吸収帯が消失して、代わりにカルボジイミド基215
0cm-1の吸収帯が検出された。得られたポリカルボジ
イミドのDSCチャートを図2に示した。138.3℃
にガラス転移点、220.3℃と414.7℃に発熱、
311.3℃に融点の吸熱が観測された。TG/DTA
の測定では、空気中における5%重量減少温度は513
℃であり、耐熱性は良好であった。このポリカルボジイ
ミドを2ヶ月間室温で保存したところ、元素分析結果、
DSC、TG/DTAのいずれも変化がなく、安定であ
った。
【0027】比較例 2,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート(以
下、MDIと記す)15gとフェニルイソシアネート
2.14g(nav=7.4)をトルエン135gに溶
解し、120℃で6時間重合を行った。重合終了後冷却
し、実施例と同様に洗浄及び乾燥を行った。収量は1
2.14g、収量98.3%であった。得られたポリカ
ルボジイミドはTG/DTA測定を行ったところ、空気
中における5%重量減少温度は448℃であり、実施例
1と比較して65℃も低かったことから、本発明のポリ
カルボジイミドは汎用ジイソシアネートから得られるポ
リカルボジイミドに比較して耐熱性に優れることが判っ
た。
【0028】
【発明の効果】本発明は、新規なポリカルボジイミド及
びその製造方法であり、更に詳しくは、安全性が高く、
取り扱いの容易な原料から得られるポリカルボジイミド
及びその製造法であって、該ポリカルボジイミドは耐熱
性、保存安定性共に優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例4で得られたポリカルボジイミドのIR
チャートである。
【図2】実施例4で得られたポリカルボジイミドのDS
Cチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4J034 AA01 AA05 HA01 HA04 HA06 HA07 HA13 HA14 HB11 HC11 HC12 HC63 HC65 HC67 HC68 HC70 HC71 JA02 JA12 KA01 KB02 KB03 KD14 KE02 QA05 QB03 QC07 QC08 RA04 RA06 RA08 RA09 RA11 RA14

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 式(1) 【化1】 (nは1以上の整数)で表される構造を含有することを
    特徴とするポリカルボジイミド。
  2. 【請求項2】 式(2) 【化2】 (nは1以上の整数)で表される構造を含有することを
    特徴とするポリカルボジイミド。
  3. 【請求項3】 式(3) 【化3】 で表される4,4’−ビス(イソシアナトフェノキシビ
    フェニル)を必須原料とし、末端封止剤の存在下または
    非存在下、カルボジイミド化触媒の存在下に重合するポ
    リカルボジイミドの製造方法。
  4. 【請求項4】 式(4) 【化4】 で表される4,4’−ビス(3−イソシアナトフェノキ
    シビフェニル)を必須原料とし、末端封止剤の存在下ま
    たは非存在下、カルボジイミド化触媒の存在下に重合す
    るポリカルボジイミドの製造方法。
  5. 【請求項5】末端封止剤がモノイソシアネート化合物で
    ある請求項3または4記載のポリカルボジイミドの製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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