JP2002284993A - 耐熱性樹脂組成物及び塗料 - Google Patents
耐熱性樹脂組成物及び塗料Info
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Abstract
環境の悪化がなく、安全衛生面に対して有利であり、か
つ塗料及び塗膜特性が良好な耐熱性樹脂組成物及びこれ
を塗膜成分としてなる塗料を提供する。 【解決手段】 (A)塩基性極性溶媒中で、ジイソシア
ネート化合物又はジアミン化合物と三塩基酸無水物又は
三塩基酸無水物クロライドとを反応させて得られるポリ
アミドイミド樹脂と(B)塩基性化合物と(C)水とを
配合してなり、(B)成分の塩基性化合物が(A)成分
のポリアミドイミド樹脂中に含まれるカルボキシル基及
びポリアミドイミド樹脂中の酸無水物基を開環させたカ
ルボキシル基を合わせた酸価に対して、1〜20当量配
合されている耐熱性樹脂組成物。
Description
及び塗料に関する。
耐薬品性、機械的特性を有することは良く知られてお
り、耐熱電線用塗料、金属表面保護塗料等として広く実
用に供されている。ポリアミドイミド樹脂の一般的な製
造法についても公知(例えば特公昭44−19274号
公報)であるが、従来、この樹脂は一般の溶剤類には不
溶性のためN−メチル−2−ピロリドン、ジメチルアセ
トアミド、ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシ
ド等の高価な極性型の有機溶剤類に溶解し、有機溶剤型
樹脂溶液として実用に供していた。
熱及び乾燥工程において多量の溶剤を放出するため、大
気汚染や水質汚染等の環境汚染や、人体への有害性や作
業環境の悪化等の安全衛生面等で大きな問題となってい
る。
め、有機溶剤の多量な使用により樹脂溶液が高価になる
という経済性の問題もある。さらに、これら極性溶媒は
親水性であるがゆえに、塗装作業中に吸湿して部分的に
樹脂が析出したり、場合によってはゲル化して、塗装作
業性に支障をきたすような問題もある。
機溶剤に代わり媒体に水を使用する水性樹脂溶液が注目
されている。媒体に無害で安価な水を使用することは、
環境汚染や安全衛生面だけでなく、経済性にも非常に有
効である。また、親水性溶媒の一部又は全部を水で置換
すれば、最初から組成物中に水分を含むわけであるか
ら、吸湿の問題を回避することができ、したがって吸湿
に起因する上述したような既存のポリアミドイミド組成
物の欠点をなくすことができる。
としては、樹脂末端に残存するカルボキシル基と塩基性
化合物を作用させることは良く知られている(例えば特
公昭60−6367号公報、特公昭60−6366号公
報等)。しかしながら、上記方法で得られた組成物は安
定的な製造が困難であり、かつ、経日にてゲル化等の不
具合が生じるため、実用化に至っていない。
溶剤含有量を低減させ、環境汚染や作業環境の悪化がな
く、安全衛生面に対して有利であり、かつ塗料及び塗膜
特性が良好な耐熱性樹脂組成物及びこれを塗膜成分とし
てなる塗料を提供することにある。
極性溶媒中で、ジイソシアネート化合物又はジアミン化
合物と三塩基酸無水物又は三塩基酸無水物クロライドと
を反応させて得られるポリアミドイミド樹脂と(B)塩
基性化合物と(C)水とを配合してなり、(B)成分の
塩基性化合物が(A)成分のポリアミドイミド樹脂中に
含まれるカルボキシル基及びポリアミドイミド樹脂中の
酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わせた酸価
に対して、1〜20当量配合されている耐熱性樹脂組成
物に関する。
(A)成分、(B)成分及び(C)成分の合計量に対し
て、5〜99重量%配合されている耐熱性樹脂組成物に
関する。また、本発明は、前記のポリアミドイミド樹脂
の数平均分子量が5,000〜50,000で、かつ、
カルボキシル基及び酸無水物基を開環させたカルボキシ
ル基を合わせた酸価が10〜100である耐熱性樹脂組
成物に関する。
性化合物がアルキルアミン又はアルカノールアミンであ
る耐熱性樹脂組成物に関する。
物を塗膜成分としてなる塗料に関する。
ミド樹脂は、一般式(I)で示される繰り返し構造単位
を有するものが好ましい。
機基を表し、nは整数を表す。] R1としては、芳香環を有する炭素数6〜20の3価の
有機基が好ましく、R 2としては、芳香環を有する炭素
数6〜20の2価の有機基が好ましい。nは繰り返し構
造単位(I)の数であり、R1及びR2の構造によって
異なるが、一般的に10〜200とするのが好ましい。
このようなポリアミドイミド樹脂は、塩基性極性溶媒中
でジイソシアネート化合物又はジアミン化合物と三塩基
酸無水物又は三塩基酸無水物クロライドとを反応させて
得ることができる。塩基性極性溶媒としては、N−メチ
ル−2−ピロリドン等の高沸点溶媒を用いるのが好まし
い。また、使用量に特に制限はないが、ジイソシアネー
ト化合物又はジアミン化合物と三塩基酸無水物の総量1
00重量部に対して100〜500重量部とするのが好
ましい。反応温度は、通常、80〜180℃である。
物と三塩基酸無水物又は三塩基酸無水物クロライドは、
それぞれ芳香族化合物を使用することが好ましい。上記
製造法に用いられる代表的な化合物を次に列挙する。ま
ず、ジイソシアネート化合物としては、4,4′−ジフ
ェニルメタンジイソシアネート、キシリレンジイソシア
ネート、3,3′−ジフェニルメタンジイソシアネー
ト、パラフェニレンジイソシアネート等が挙げられる。
また、ジアミンとしては、4,4′−ジアミノジフェニ
ルエーテル、4,4′−ジアミノジフェニルスルホン、
3,3′−ジアミノジフェニルスルホン、キシリレンジ
アミン、フェニレンジアミン等が挙げられる。
ット酸無水物等が挙げられ、三塩基酸無水物クロライド
としては、トリメリット酸無水物クロライド等が挙げら
れる。ポリアミドイミド樹脂を合成する際に、ジカルボ
ン酸、テトラカルボン酸二無水物等をポリアミドイミド
樹脂の特性を損なわない範囲で同時に反応させることが
できる。ジカルボン酸としては、テレフタル酸、イソフ
タル酸、アジピン酸等が挙げられ、テトラカルボン酸二
無水物としては、ピロメリット酸二無水物、ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸二無水物、ビフェニルテトラカル
ボン酸二無水物等が挙げられる。
化合物と三塩基酸無水物又は三塩基酸無水物クロライド
と必要に応じて使用するジカルボン酸及びテトラカルボ
ン酸二無水物の使用量は、生成されるポリアミドイミド
樹脂の分子量、架橋度の観点から酸成分の総量1.0モ
ルに対してジイソシアネート化合物又はジアミン化合物
を0.8〜1.1モルとすることが好ましく、0.95
〜1.08モルとすることがより好ましく、特に、1.
0〜1.08モル使用されることが好ましい。また、酸
成分中、ジカルボン酸及びテトラカルボン酸二無水物
は、これらの総量が0〜50モル%の範囲で使用される
のが好ましい。
量は、樹脂合成時にサンプリングしてゲルパーミエーシ
ョンクロマトグラフ(GPC)により、標準ポリスチレ
ンの検量線を用いて測定し、目的の数平均分子量になる
まで合成を継続することにより上記範囲に管理される。
は、数平均分子量が5,000〜50,000のものが
好ましい。数平均分子量が5,000未満では、塗膜と
したときの、塗膜の耐熱性や機械的特性等の諸特性が低
下する傾向があり、50,000を超えると、塗料とし
て適正な濃度で溶媒に溶解したときに粘度が高くなり、
塗装時の作業性に劣る傾向がある。このことから、数平
均分子量は10,000〜30,000とすることが好
ましく、15,000〜25,000とすることが特に
好ましい。
環させたカルボキシル基を合わせた酸価が10〜100
であることが好ましく、10未満であると塩基性化合物
と反応するカルボキシル基が不足するため、水溶化が困
難となり、100を超えると最終的に得られる耐熱性樹
脂組成物が経日にてゲル化しやすくなる。このことか
ら、カルボキシル基及び酸無水物基を開環させたカルボ
キシル基を合わせた酸価が20〜80とすることがより
好ましく、30〜60とすることが特に好ましい。
ル基及び酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わ
せた酸価は、以下の方法で得ることができる。ます、ポ
リアミドイミド樹脂を約0.5gとり、これに1,4−
ジアザビシクロ[2,2,2]オクタンを約0.15g
加え、さらにN−メチル−2−ピロリドンを約60g及
びイオン交換水を約1ml加え、ポリアミドイミド樹脂
が完全に溶解するまで攪拌する。これを0.05モル/
lエタノール性水酸化カリウム溶液を使用して電位差滴
定装置で滴定し、ポリアミドイミド樹脂のカルボキシル
基及び酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わせ
た酸価を得る。
リエチルアミン、トリブチルアミン、トリエチレンジア
ミン、N−メチルモルフォリン等のアルキルアミン、メ
チルアニリン、ジメチルアニリン等のアルキルアニリ
ン、モノエタノールアミン、ジエタノールアミン、トリ
エタノールアミン、ジプロパノールアミン、トリプロパ
ノールアミン、N−エチルエタノールアミン、N,N−
ジメチルエタノールアミン、シクロヘキサノールアミ
ン、N−メチルシクロヘキサノールアミン、N−ベンジ
ルエタノールアミン等のアルカノールアミン類が適して
いるが、これら以外の塩基性化合物、例えば水酸化ナト
リウムや水酸化カリウム等の苛性アルカリ又はアンモニ
ア水等を使用してもよく特に制限はない。好ましくは、
トリエチルアミン、N−メチルモルフォリン、トリエチ
レンジアミン、N,N−ジメチルエタノールアミンが使
用される。
させて得られるポリアミドイミド樹脂中に含まれるカル
ボキシル基及び開環させた酸無水物基を合わせた酸価に
対して、1〜20当量用いられる。1当量未満では樹脂
の水溶化が困難となり、20当量を越えると樹脂の加水
分解が促進され、長期の保存により粘度又は特性低下を
きたすことがある。このことから、カルボキシル基及び
酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わせた酸価
に対して、2〜10当量とすることが好ましく、3〜8
当量とすることが特に好ましい。
端にあるカルボキシル基と塩を形成して親水性基とな
る。塩形成に際しては水の共存下に行ってもよいし、塩
基性化合物を添加した後、水を加えてもよい。塩を形成
させる温度は0℃〜200℃、好ましくは40℃〜13
0℃の範囲で行われる。
によって、得られる水性樹脂組成物の形態はエマルジョ
ン状、半透明溶液、透明溶液等となるが、貯蔵安定性、
塗装作業性の点から、半透明あるいは透明溶液にするこ
とが好ましい。水としてはイオン交換水が好ましく用い
られ、(A)成分、(B)成分、(C)成分の合計量に
対して好ましくは5〜99重量%、より好ましくは20
〜60重量%配合される。この配合量が5重量%未満で
は含有する水が少ないことから一般に水溶性ポリマーと
して称されず、99重量%を超えると塗料として機能し
なくなる傾向がある。
は使用する際に必要に応じて適当な濃度に希釈される。
希釈溶媒としては、水、ジメチルホルムアミド、ジメチ
ルアセトアミド、ジメチルスルフォキシド、N−メチル
−2−ピロリドン等の極性溶媒の他に、助溶媒として、
ポリオール類、これらの低級アルキルエーテル化物、ア
セチル化物等を用いてもよい。例えば、エチレングリコ
ール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコー
ル、テトラエチレングリコール、グリセリン、トリメチ
ロールプロパン、イソプロピルアルコール、又はそれら
のモノメチルエーテル化物、モノエチルエーテル、モノ
イソプロピルエーテル化物、モノブチルエーテル化物、
ジメチルエーテル化物及びこれらのモノアセチル化物等
が使用される。
脂組成物は耐熱性、電気絶縁性、耐摩耗性及び耐薬品性
等の諸特性に優れ、コイル含浸ワニス、ワイヤエナメ
ル、ワニスクロス類等の電気絶縁用ワニスや、顔料又は
充填剤等と混合して耐熱性電気絶縁用塗料、又は表面仕
上げ剤等の用途に用いることができる。特に、塗料の塗
膜成分として好ましい。
発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、発明
の主旨に基づいたこれら以外の多くの実施態様を含むこ
とは言うまでもない。
ルメタンジイソシアネート1455.8g、N−メチル
−2−ピロリドン2562.0gを温度計、攪拌機、冷
却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で
攪拌しながら約2時間かけて徐々に昇温して130℃ま
で上げた。反応により生ずる炭酸ガスの急激な発泡に注
意しながら130℃を保持し、このまま約6時間加熱を
続けた後反応を停止させ、ポリアミドイミド樹脂溶液を
得た。
(200℃−2h)は約50重量%で、粘度(30℃)
は約85.0Pa・sであった。また、ポリアミドイミ
ド樹脂の数平均分子量は約17,000で、カルボキシ
ル基及び酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わ
せた酸価は約40であった。なお、数平均分子量は次の
条件にて測定した。 機種:日立 L6000 検出器:日立 L4000型UV 波長:270nm データ処理機:ATT 8 カラム:Gelpack GL−S300MDT−5×2 カラムサイズ:8mmφ×300mm 溶媒:DMF/THF=1/1(リットル)+リン酸0.06M
+臭化リチウム0.06M 試料濃度:5mg/1ml 注入量:5μl 圧力:49kgf/cm2(4.8×106Pa) 流量:1.0ml/min
gを温度計、攪拌機、冷却管を備えたフラスコに入れ、
乾燥させた窒素気流中で攪拌しながら徐々に昇温して5
0℃まで上げた。50℃に達したところでトリエチルア
ミンを447.1g(4当量)添加し、50℃に保ちな
がら十分に攪拌した後、攪拌しながら徐々にイオン交換
水を加えた。最終的にイオン交換水が1348.8g
(30重量%)となるまで加えて、透明で均一な耐熱性
樹脂組成物を得た。
ルメタンジイソシアネート503.9g、N−メチル−
2−ピロリドン886.8gを温度計、攪拌機、冷却管
を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で攪拌
しながら約1時間かけて徐々に昇温して80℃まで上げ
た。反応により生ずる炭酸ガスの急激な発泡に注意しな
がら80℃を保ち、加熱開始から約7時間加熱を続けた
後反応を停止させ、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
このポリアミドイミド樹脂溶液の不揮発分(200℃−
2h)は約50重量%で、粘度(30℃)は約80.0
Pa・sであった。また、ポリアミドイミド樹脂の数平
均分子量は約15,000で、カルボキシル基及び酸無
水物基を開環させたカルボキシル基を合わせた酸価は約
50であった。このポリアミドイミド樹脂溶液200g
を温度計、攪拌機、冷却管を備えたフラスコに入れ、乾
燥させた窒素気流中で攪拌しながら徐々に昇温して90
℃まで上げた。90℃に達したところでN−メチルモル
ホリンを70.8g(8当量)添加し、90℃に保ちな
がら十分に攪拌した後、攪拌しながら徐々にイオン交換
水を加えた。最終的にイオン交換水が180.5g(4
0重量%)となるまで加えて、透明で均一な耐熱性樹脂
組成物を得た。
テトラカルボン酸98.0g、4,4′−ジフェニルメ
タンジイソシアネート384.6g、N−メチル−2−
ピロリドン1671.6gを温度計、攪拌機、冷却管を
備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中で攪拌し
ながら約1時間かけて徐々に昇温して120℃まで上げ
た。反応により生ずる炭酸ガスの急激な発泡に注意しな
がら徐々に昇温して150℃まで上げ、加熱開始から5
時間加熱を続けた後反応を停止させ、ポリアミドイミド
樹脂溶液を得た。このポリアミドイミド樹脂溶液の不揮
発分(200℃−2h)は約30重量%で、粘度(30
℃)は約2.1Pa・sであった。また、ポリアミドイ
ミド樹脂の数平均分子量は約23,000で、カルボキ
シル基及び酸無水物基を合わせた酸価は約30であっ
た。このポリアミドイミド樹脂溶液200gを温度計、
攪拌機、冷却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒
素気流中で攪拌しながら徐々に昇温して110℃まで上
げた。110℃に達したところでN,N−ジメチルエタ
ノールアミンを17.6g(6当量)添加し、110℃
に保ちながら十分に攪拌した後、攪拌しながら徐々にイ
オン交換水を加えた。最終的にイオン交換水が217.
6g(50重量%)となるまで加えて、透明で均一な耐
熱性樹脂組成物を得た。
ルメタンジイソシアネート1153.8g、N−メチル
−2−ピロリドン4,738.3gを温度計、攪拌機、
冷却管を備えたフラスコに入れ、乾燥させた窒素気流中
で攪拌しながら約1時間かけて徐々に昇温して110℃
まで上げた。反応により生ずる炭酸ガスの急激な発泡に
注意しながら徐々に昇温して120℃まで上げた。加熱
開始から約8時間加熱を続けた後反応を停止させ、ポリ
アミドイミド樹脂溶液を得た。このポリアミドイミド樹
脂溶液の不揮発分(200℃−2h)は約30重量%
で、粘度(30℃)は約1.8Pa・sであった。ま
た、ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は約21,0
00で、カルボキシル基及び酸無水物基を開環させたカ
ルボキシル基を合わせた酸価は約35であった。
較例1に記載のポリアミドイミド樹脂の樹脂特性(外観
及び粘度)及び塗膜特性(強度、弾性率、伸び率、耐熱
性)を調査し比較した。塗膜特性の強度、弾性率及び伸
び率は以下の方法で試験を行った。実施例1、2及び3
記載の耐熱性樹脂組成物及び比較例1記載のポリアミド
イミド樹脂溶液をガラス板上に塗布し、100℃で10
分間加熱し、さらに400℃で15分間加熱して硬化さ
せ、ガラス板から剥離させて塗膜を得た(塗膜厚約15
μm)。この塗膜を室温にて試験速度が5mm/min
で塗膜の機械的特性を評価し、塗膜の強度、弾性率及び
伸び率を比較した。
行った。実施例1、2及び3記載の耐熱性樹脂組成物及
び比較例1記載のポリアミドイミド樹脂溶液をガラス板
上に塗布し、100℃で10分間加熱し、さらに400
℃で15分間加熱して硬化させ、ガラス板から剥離させ
て塗膜を得た。この塗膜で熱重量分析(サンプル量10
mg、昇温速度10℃/分、窒素30ml/分)を行
い、それぞれの塗膜の耐熱性を比較した。試験の結果を
表1に示す。
施例1、2及び3)は、比較例1と比較して、イオン交
換水を含有しているにもかかわらず、塗料及び塗膜特性
がほぼ同等に良好であることが分かる。
耐熱性樹脂組成物は、イオン交換水含有により有機溶剤
量を低減させたため、環境汚染や作業環境の悪化等の安
全衛生面に対して有利であり、かつ、塗料及び塗膜特性
が良好であることから、各種基材への絶縁皮膜をはじめ
保護コート等の各種耐熱塗料用途にも好適に利用するこ
とができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 (A)塩基性極性溶媒中で、ジイソシア
ネート化合物又はジアミン化合物と三塩基酸無水物又は
三塩基酸無水物クロライドとを反応させて得られるポリ
アミドイミド樹脂と(B)塩基性化合物と(C)水とを
配合してなり、(B)成分の塩基性化合物が(A)成分
のポリアミドイミド樹脂中に含まれるカルボキシル基及
びポリアミドイミド樹脂中の酸無水物基を開環させたカ
ルボキシル基を合わせた酸価に対して、1〜20当量配
合されている耐熱性樹脂組成物。 - 【請求項2】 (C)成分の水が(A)成分、(B)成
分及び(C)成分の合計量に対して、5〜99重量%配
合されている請求項1記載の耐熱性樹脂組成物。 - 【請求項3】 ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量が
5,000〜50,000で、かつ、カルボキシル基及
び酸無水物基を開環させたカルボキシル基を合わせた酸
価が10〜100である請求項1又は2記載の耐熱性樹
脂組成物。 - 【請求項4】 (B)成分の塩基性化合物がアルキルア
ミン又はアルカノールアミンである請求項1又は2記載
の耐熱性樹脂組成物。 - 【請求項5】 請求項1、2、3又は4記載の耐熱性樹
脂組成物を塗膜成分としてなる塗料。
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2001
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