JP2003082100A - 発泡ポリイミドおよびその製法 - Google Patents
発泡ポリイミドおよびその製法Info
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Abstract
制御した発泡ポリイミドを提供する。 【解決手段】 ガラス転移温度が300℃より高いポリ
イミドからなり、発泡倍率が20倍以上(密度67.5
kg/m3以下に相当する。)である発泡ポリイミドを
圧縮加工して発泡倍率を1.5〜100倍(密度900
〜13.5kg/m3に相当する。)に制御してなる発
泡ポリイミド、および、ガラス転移温度が300℃より
高いポリイミドからなり、発泡倍率が1.5〜100倍
(密度900〜13.5kg/m3に相当する。)であ
り、厚みが0.1〜50mmのシ−ト状の発泡ポリイミ
ドを提供する。
Description
法に関し、さらに詳しくはガラス転移温度(Tg)が3
00℃より高いポリイミドからなり発泡ポリイミドを圧
縮加工して発泡倍率をより小さく制御した発泡ポリイミ
ドおよびその好適な製法に関する。この発明の発泡ポリ
イミドは、耐熱性が必要とされる保温材料(例えば、航
空機、ロケット用材料)や、耐放射線性に優れた特長を
活かした原子力発電所の保温材料等に好適と考えられ、
またこれらの分野に限らず耐熱性であり且つ難燃性断熱
材、クッション材として広く使用することができる。
スチレン系、ポリオレフィン系のものがよく知られてい
るが、いずれも100℃程度の耐熱性しかない。耐熱性
発泡体としてはポリイミド系が種々検討されており、米
国特許第4241193号、特開昭61−195126
号、特開平1−313537号、特開平2−24326
号、特開平4−211440号などの各公報に記載され
ている。
ポリイミドは耐熱温度の指標となるTgが最高300℃
を上限としており、さらなる耐熱性要求がある場合には
不十分であった。従って、この発明の目的は、ガラス転
移温度(Tg)が高く、発泡倍率を制御した発泡ポリイ
ミドを提供することである。
温度が300℃より高いポリイミドからなり、発泡倍率
が20倍以上(密度67.5kg/m3以下に相当す
る。)である発泡ポリイミドを圧縮加工して発泡倍率を
1.5〜100倍(密度900〜13.5kg/m3に
相当する。)に制御してなる発泡ポリイミドに関する。
また、この発明は、ガラス転移温度が300℃より高い
ポリイミドからなり、発泡倍率が1.5〜100倍(密
度900〜13.5kg/m3に相当する。)であり、
厚みが0.1〜50mmのシ−ト状の発泡ポリイミドに
関する。
0℃より高いポリイミドからなり、発泡倍率が20倍以
上(密度67.5kg/m3以下に相当する。)である
発泡ポリイミドを一軸プレスによって圧縮加工して、発
泡倍率を1.5〜100倍(密度900〜13.5kg
/m3に相当する。)に制御する発泡ポリイミドの製法
に関する。さらに、この発明は、2,3,3’,4’−
ビフェニルテトラカルボン酸成分を必須成分とし炭素数
4以下の低級一級アルコ−ルによって一部モノエステル
化および/またはジエステル化された芳香族テトラカル
ボン酸成分と芳香族ジアミンおよびアミン成分中0.1
〜10モル%のジアミノシロキサンを必須成分とするア
ミン化合物混合体とを、テトラカルボン酸成分に対して
アミノ基総量が略2:1となる割合で分子分散した固体
状態のモノマ−塩であるポリイミド前駆体を加熱してイ
ミド化および発泡させた後、一軸プレスによって圧縮加
工して、発泡倍率を1.5〜100倍(密度900〜1
3.5kg/m3に相当する。)に制御するする発泡ポ
リイミドの製法に関する。
す。 1)ポリイミドが、テトラカルボン酸として2,3,
3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸を必須成分と
して得られたものである前記の発泡ポリイミド。 2)ポリイミドが、ジアミンとしてアミノ基が2個のジ
アミンあるいは場合によりジアミンとアミノ基が3個以
上のものとの混合体とジアミノシロキサンとからなるジ
アミン化合物を使用して得られたものである前記の発泡
ポリイミド。
下の温度で行う前記の発泡ポリイミドの製法。 4)圧縮加工する前の発泡倍率が20〜200倍(密度
67.5〜6.75kg/m3に相当する。)で、圧縮
加工後の発泡倍率が1.5〜100倍(密度675〜1
3.5kg/m3以下に相当する。)である前記の発泡
ポリイミドの製法。
50〜100モル%が2,3,3’,4’−ビフェニル
テトラカルボン酸成分であってテトラカルボン酸とその
炭素数4以下の低級一級アルコ−ルのモノおよび/また
はジエステルとの混合体であり、テトラカルボン酸成分
中の少なくとも一部がエステル化されたものを用いる前
記の発泡ポリイミドの製法。 6) アミン化合物混合体が、分子内に1または2個の
ベンゼン環を有する芳香族ジアミン70〜99.9モル
%、分子内に3個以上のアミノ基を有するアミン化合物
0〜29.9モル%、およびジアミノシロキサン0.1
〜10モル%からなるものである前記の発泡ポリイミド
の製法。
化された割合が25〜50%である前記の発泡ポリイミ
ドの製法。 8) 固体状態のポリイミド前駆体の加熱を、発泡のた
めの加熱と熱固定(高分子量化)のための加熱の2段階
とする前記の発泡ポリイミドの製法。 9) 発泡のための加熱を、加熱均一性向上のためにマ
イクロ波加熱によって行う前記の発泡ポリイミドの製
法。 10) 熱固定(高分子量化)のための加熱を、発泡ポ
リイミドのガラス転移温度(Tg)以上の温度で行う前
記の発泡ポリイミドの製法。
リイミドは、好適には次の工程によって得ることができ
る。すなわち、先ず2,3,3’,4’−ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物(以下、a−BPDAと略記す
ることもある。)のハ−フエステルとジアミン、例え
ば、p−フェニレンジアミン(以下、PPDと略記する
こともある。)、4,4’−ジアミノジフェニルエ−テ
ル(以下、ODAと略記することもある。)等を主と
し、発泡均一化のための成分、例えばジアミノジシロキ
サンおよびさらに必要ならばテトラアミノビフェニルの
ような分子内に3個以上のアミノ基を有するアミン化合
物、例えば芳香族トリアミン化合物または芳香族テトラ
アミン化合物をポリイミド(高分子量のイミド樹脂を意
味する)になるような組成比でエステル化溶媒、例えば
メタノ−ル、エタノ−ル、n−プロパノ−ル、n−ブタ
ノ−ルなどの低級一級アルコ−ル、好適にはメタノ−ル
あるいはエタノ−ルと均一混合し、溶解する第一の工程
からなる。この際に、各成分の濃度はジアミン類等の溶
解度限界までは可能であるが、全量中の不揮発成分量は
10%〜50%程度までである。
ゾ−ル、ベンズイミダゾ−ル、イソキノリン、置換ピリ
ジンなどのイミド化触媒を加えてもよい。また、他の公
知の添加剤、例えば、無機フィラ−、無機あるいは有機
顔料などを加えてもよい。
を行う工程からなる。実験室的にはエバポレ−タ、工業
的にはスプレ−ドライヤ−などで行う。この蒸発温度は
100℃未満好ましくは80℃以下の状態が保たれるこ
とが好ましい。高温乾燥では発泡性が極端に低下する。
乾燥の際、常圧でも、加圧下でも、あるいは減圧下でも
よい。
からなる。例えば、室温での圧縮成形、スラリ−溶液と
して流延乾固、マイクロ波に不活性な容器への充填を行
う。この際に、蓋はしなくともよい(すなわち、完全に
固める必要はない。)。概略均一な状態のグリ−ン体で
あれば、発泡時の均一化は達成できる。
加熱する。この際に、一般的には2.45GHzで行
う。これは日本の国内法(電波法)に基く。粉末重量当
たりのマイクロ波出力を目安とすることが好ましい。こ
れは実験を重ねることによって定義すべきである。例え
ば、100g/1kW程度で約1分で発泡を開始し、2
〜3分で発泡は収束する。この状態では非常に脆い発泡
体である。
℃程度から徐々に昇温する(一応の目安として、100
℃/10分程度の昇温速度)。最終はTg+αの温度に
て5〜60分間、好適には10分間程度加熱する。上記
の各工程によって加熱発泡することによって、形状は不
定形とはなるが、均一な発泡状態の弾力性がありかつ復
元力に優れた発泡体が得られる。適当な形状に切断する
事により各種用途向けの部材となり得る。
が50%以上であることが好ましい。酸成分として、
3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物(以下、s−BPDAと略記することもある)ある
いは、ピロメリット酸二無水物(以下、PMDAと略記
することもある)を単独使用しても発泡しない。従っ
て、a−BPDAを主成分とし、他の酸成分、例えばs
−BPDA、PMDA、3,3’,4,4’−ベンゾフ
ェノンテトラカルボン酸二無水物(以下、BTDAと略
記することもある)、ビス(3,4−ジカルボキシフェ
ニル)エ−テル二無水物、2,3,6,7−ナフタレン
テトラカルボン酸二無水物、1,2,5,6−ナフタレ
ンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−ナフタ
レンテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフ
タレンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(2,
5−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、1,1
−ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)エタン二無水
物、1,1−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)ス
ルホン二無水物、1,3−ビス(3,4−ジカルボキシ
フェニル)−1,1,3,3−テトラメチルジシロキサ
ン二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物を好
適には酸成分100モル%中に副原料として0〜50モ
ル%程度の量で、得られるポリイミドのTgの調整、発
泡倍率(使用量が増大すると低下する)の調整などを目
的として使用する。Tgが大幅に変化しない限り一般的
に使用されている酸成分はすべて使用可能である。
を主成分とすることが好ましく、これによって発泡ポリ
イミドのTg300以上を達成するためことが容易にな
る。多置換アミン成分は高温での発泡の収縮防止、発泡
強度(発泡中に割れにくい)増大のために、必須なもの
ではないが一部含まれている方が好ましい。ジアミノジ
シロキサンは界面活性剤的に作用し、発泡均一化のため
に0.1〜10モル%の範囲、好ましくは0.2〜5モ
ル%は必要である。少量では発泡が均一化しづらく、多
量ではTg低下および熱安定性の低下をまねく。ジアミ
ノポリシロキサンでも発泡の均一性は達成されるが海島
構造をとり、高温下では分解しやすく耐熱性が低下し好
ましくない。
前駆体の加熱を、発泡のための加熱と熱固定(高分子量
化)のための加熱の2段階とすることが好ましい。ま
た、前記の発泡ポリイミドの製法において、発泡のため
の加熱を、加熱均一性向上のためにマイクロ波加熱によ
って行うことが好ましい。この発泡の際に、ガスが通過
する遮蔽版を置いて圧縮力を加えることにより、機械的
緻密化を併せて行い発泡倍率を制御することが好まし
い。そして、熱固定(高分子量化)のための加熱を、発
泡ポリイミドのガラス転移温度(Tg)以上の温度で行
うことが好ましい。
ポリイミドは、唯一の発泡ポリイミド(SOLIMIDE:INSPE
C社販売)市販品のサンプル(Tg=250℃)と比較
して、Tgで少なくとも50℃高く、引張り強度で10
倍程度、復元力がかなり良好という明瞭な特長がある。
ド、好適には発泡倍率が50以上(密度27kg/m3
以下に相当する。)、特に100〜200倍(密度1
3.5〜6.75kg/m3に相当する。)の発泡ポリ
イミドを圧縮加工して、発泡倍率を1.5〜100倍
(密度900〜13.5kg/m3に相当する。)に制
御することができる。
ドを一軸プレスによって行うことが好ましい。前記の圧
縮加工は、300℃以上450℃以下の温度で行うこと
が好ましい。
0℃より高いポリイミドからなり、発泡倍率が1.5〜
100倍(密度900〜13.5kg/m3に相当す
る。)であり、任意の形状を有する発泡ポリイミド、好
適には厚みが0.1〜50mmのシ−ト状の発泡ポリイ
ミドを得ることができる。
泡ポリイミドに、直接あるいは有機系または無機系接着
剤を介して金属材料、セラミック材料などの他種の材料
を積層して、あるいは単に重ねて巻くことによって、保
温材料(例えば、航空機、ロケット用材料)や、耐放射
線性に優れた特長を活かした原子力発電所の保温材料等
に好適に使でき、またこれらの分野に限らず耐熱性であ
り且つ難燃性断熱材、クッション材として広く使用する
ことができる。
下に示す。ガラス転移温度:DSC(セイコ−電子工業
社製、DSC220C)を用い、N2雰囲気下、20℃
/分の昇温速度にて測定。 発泡倍率:真密度/見かけ密度より算出。 真密度は、同組成のポリイミドフィルムを常法により作
製し、密度勾配管を用いて測定した値を用いた。見かけ
密度は、立方体または四角形シ−ト状に切断したものを
ノギスにより計測して体積を求め、また天秤により質量
を計測し、質量/体積により求めた。 ガ−レ−値:B型ガ−レ−式デン−ソ−メ−タ(東洋精
機製)を用い、87.9gf/cm2の圧力で100c
cの気体が透過する時間(sec)を測定。 曲げ弾性率:テンシロン(東洋測器製UTM−5T)を
用い、JISK7171により測定。
を意味する。 a−BPDA:2,3,3’,4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物 BTDA:3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラ
カルボン酸二無水物 PPD:p−フェニレンジアミン ODA:4,4’−ジアミノジフェニルエ−テル DADSi:1,3−ビス(3−アミノプロピル)テト
ラメチルジシロキサン DMZ:1,2−ジメチルイミダゾ−ル
(160ミルモル)、BTDA12.9g(40ミリモ
ル)、MeOH75g、触媒としてDMZ2.5gを仕
込み、90℃オイルバス中で還流させながら60分間加
熱攪拌を行い均一溶液とした。次に、この反応液を30
℃まで冷却した後、PPD21.4g(198ミリモ
ル)、DADSi0.5g(2ミリモル)、MeOH7
7.1gを加え均一溶液とした。この溶液をエバポレ−
タ−で濃縮し、更に、40℃減圧乾燥器を用い乾燥し固
形物を得た。更に、この固形物を、乳鉢を用いて粉砕し
て原料粉末とした。
用し、圧縮成型機(S−37.5 株式会社神藤金属工
業所製)により、室温で圧縮成型し、この成型体を電子
レンジ(MOH:ミクロ電子製)を用い、3000W、
5分間のマイクロ波加熱を行い、発泡体を得た。次に、
180℃に設定した加熱オ−ブンで5分間加熱後、36
0℃まで36分かけて昇温し、30分間加熱した。得ら
れた発泡体は、発泡倍率150倍、見かけ密度9.0k
g/m3、ガラス転位温度(Tg)373℃であった。
機を用い、2mmのスペ−サ−を使用し、360℃、圧
力7MPa、2分の加圧時間で圧縮加工して、発泡倍率
49倍(密度27.6kg/mm3)の発泡ポリイミド
を得た。物性をまとめて表1に示す。
ポリイミドを得た。物性をまとめて表1に示す。
(100ミルモル)、MeOH75g、触媒としてDM
Z1.5gを仕込み、90℃オイルバス中で還流させな
がら60分間加熱攪拌を行い均一溶液とした。次に、こ
の反応液を30℃まで冷却した後、PPD10.8g
(100ミリモル)、MeOH77.1gを加え均一溶
液とした。上記以外は、実施例1と同様に処理を行っ
た。得られた発泡体は、発泡倍率50倍、見かけ密度2
6.8kg/m3、ガラス転位温度(Tg)405℃で
あった。しかし、見かけのきめは細かいものではなく、
非常に硬いものであった。
(100ミルモル)、水50g、触媒としてDMZ2.
4gを仕込み、110℃オイルバス中で還流させながら
60分間加熱攪拌を行い均一溶液とした。次に、この反
応液を30℃まで冷却した後、ODA19.6g(98
ミリモル)、DADSi0.6g(2ミリモル)、Me
OH200.0gを加え均一溶液とした。この溶液は、
温度が下がるとタ−ル状物が沈殿し、原料粉末として得
られなかった。
版を置いて発泡倍率を制御(機械的緻密化)して、発泡
倍率60倍の発泡ポリイミドを得た後、厚み12mmに
カットした発泡体を同様に圧縮加工して、発泡倍率10
倍(密度135kg/mm3)の発泡ポリイミドを得
た。結果をまとめて表1に示す。実施例1〜7で得られ
た発泡ポリイミドはガス透過性を有している。実施例1
〜3、7の圧縮加工発泡体は柔かく、曲げ弾性率が数値
として得るれなかった。
g)が高く、しかも制御された発泡倍率を有する発泡ポ
リイミドを得ることができる。また、この発明の方法に
よれば、簡単な操作で前記の特長を有する発泡ポリイミ
ドを製造することができる。
Claims (14)
- 【請求項1】 ガラス転移温度が300℃より高いポリ
イミドからなり、発泡倍率が20倍以上(密度67.5
kg/m3以下に相当する。)である発泡ポリイミドを
圧縮加工して発泡倍率を1.5〜100倍(密度900
〜13.5kg/m3に相当する。)に制御してなる発
泡ポリイミド。 - 【請求項2】 ポリイミドが、テトラカルボン酸として
2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸を必
須成分として得られたものである請求項1記載の発泡ポ
リイミド。 - 【請求項3】 ポリイミドが、ジアミンとしてアミノ基
が2個のジアミンあるいは場合によりジアミンとアミノ
基が3個以上のものとの混合体とジアミノシロキサンと
からなるジアミン化合物を使用して得られたものである
請求項1記載の発泡ポリイミド。 - 【請求項4】 ガラス転移温度が300℃より高いポリ
イミドからなり、発泡倍率が1.5〜100倍(密度9
00〜13.5kg/m3に相当する。)であり、厚み
が0.1〜50mmのシ−ト状の発泡ポリイミド。 - 【請求項5】 ガラス転移温度が300℃より高いポリ
イミドからなり、発泡倍率が20倍以上(密度67.5
kg/m3以下に相当する。)である発泡ポリイミドを
一軸プレスによって圧縮加工して、発泡倍率を1.5〜
100倍(密度900〜13.5kg/m3に相当す
る。)に制御する発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項6】2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカ
ルボン酸成分を必須成分とし炭素数4以下の低級一級ア
ルコ−ルによって一部モノエステル化および/またはジ
エステル化された芳香族テトラカルボン酸成分と芳香族
ジアミンおよびアミン成分中0.1〜10モル%のジア
ミノシロキサンを必須成分とするアミン化合物混合体と
を、テトラカルボン酸成分に対してアミノ基総量が略
2:1となる割合で分子分散した固体状態のモノマ−塩
であるポリイミド前駆体を加熱して発泡およびイミド化
させた後、一軸プレスによって圧縮加工して、発泡倍率
を1.5〜100倍(密度900〜13.5kg/m3
に相当する。)に制御する発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項7】 圧縮加工を、300℃以上450℃以下
の温度で行う請求項5あるいは6に記載の発泡ポリイミ
ドの製法。 - 【請求項8】 圧縮加工する前の発泡倍率が20〜20
0倍(密度67.5〜6.75kg/m3以下に相当す
る。)で、圧縮加工後の発泡倍率が1.5〜100倍
(密度900〜13.5kg/m3以下に相当する。)
である請求項5あるいは6に記載の発泡ポリイミドの製
法。 - 【請求項9】 テトラカルボン酸成分として、その50
〜100モル%が2,3,3’,4’−ビフェニルテト
ラカルボン酸成分であってテトラカルボン酸とその炭素
数4以下の低級一級アルコ−ルのモノおよび/またはジ
エステルとの混合体であり、テトラカルボン酸成分中の
少なくとも一部がエステル化されたものを用いる請求項
5あるいは6に記載の発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項10】アミン化合物混合体が、分子内に1また
は2個のベンゼン環を有する芳香族ジアミン70〜9
9.9モル%、分子内に3個以上のアミノ基を有するア
ミン化合物0〜29.9モル%、およびジアミノシロキ
サン0.1〜10モル%からなるものである請求項6に
記載の発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項11】 テトラカルボン酸成分中のエステル化
された割合が25〜50%である請求項6あるいは9に
記載の発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項12】 固体状態のポリイミド前駆体の加熱
を、発泡のための加熱と熱固定(高分子量化)のための
加熱の2段階とする請求項6に記載の発泡ポリイミドの
製法。 - 【請求項13】 発泡のための加熱を、加熱均一性向上
のためにマイクロ波加熱によって行う請求項12に記載
の発泡ポリイミドの製法。 - 【請求項14】 熱固定(高分子量化)のための加熱
を、発泡ポリイミドのガラス転移温度(Tg)以上の温
度で行う請求項12に記載の発泡ポリイミドの製法。
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