JP2007099969A - 可溶性末端変性イミドオリゴマーおよびワニス並びにその硬化物 - Google Patents
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Abstract
Description
一方、芳香族ポリイミドは一般に加工性に乏しく、特に溶融成形や繊維強化複合材料のマトリックス樹脂として用いることは不向きである。このため、末端を熱架橋基で変性したイミドオリゴマーが提案されている。なかでも、末端を4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸で変性したイミドオリゴマーが成形性、耐熱性、力学特性のバランスに優れているとされ、例えば、特許文献1、特許文献2および非特許文献1、非特許文献2において紹介されている。その特許文献1には硬化物の耐熱性および機械的特性が良好で、実用性の高い末端変性イミドオリゴマーおよびその硬化物を提供することを目的とし、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン化合物と4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸とを反応させて得られ、対数粘度が0.05〜1である末端変性イミドオリゴマーおよびその硬化物が開示されている。そして、その発明の効果として、実用性の高い新規な末端変性イミドオリゴマーを得ることができること、また、耐熱性や弾性率、引張強度および伸び等の機械的特性が良好な新規な末端変性ポリイミドの硬化物を得ることができると記載されている。
又、本発明は、式(1)で表される末端変性イミドオリゴマーまたはそのワニスを加熱硬化して得られる硬化物を提供する。
本発明の末端変性イミドオリゴマーは、例えば、前記の3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸類(特に、この酸二無水物)を含む芳香族テトラカルボン酸類化合物と、9,9−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)フルオレンを含む芳香族ジアミン類と、4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸とが、全成分の酸無水基(または隣接するジカルボン酸基)の全量とアミノ基の全量とがほぼ等量になるように使用して、各成分を、前述の溶媒中で、約100℃以下、特に80℃以下の反応温度で重合させて、「アミド−酸結合を有するオリゴマー」を生成し、次いで、そのアミド酸オリゴマー(アミック酸オリゴマーともいう)を、約0〜140℃の低温でイミド化剤を添加する方法によるか、あるいは140〜275℃の高温に加熱する方法によるかして、脱水・環化させて、末端に4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸残基を有するイミドオリゴマーを得ることができる。
試験方法
(1)赤外分光分析(IR):日本分光製FT/IR610型を用いて、KBr錠剤法により測定した。
(2)熱重量分析:セイコーインスツルメンツ製TGA−6300型熱重量分析装置(TGA)を用い、アルゴン気流下、10℃/min.の昇温速度により測定した。
(3)ガラス転移温度:セイコーインスツルメンツ製DSC−6200型示差走査熱量計(DSC)を用い、アルゴン気流下、10℃/min.の昇温速度により測定した。
(4)レオロジー測定:TAインスツルメンツ製AR2000型レオメーターを用い、25mmパラレルプレートで4℃/min.の昇温速度により測定した。
(5)引張試験:オリエンテック社製TENSILON/UTM−II−20を用い、室温にて、引張速度5mm/minで行った。試験片形状は、長さ20mm、幅3mm、厚さ100−120μmのフィルムとした。
温度計、攪拌子、窒素導入管を備えた3つ口の100mLフラスコに、9,9−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)フルオレン2.663g(5mmol)とN−メチル−2−ピロリドン8.8mLを加え、溶解後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.177g(4mmol)を入れ、窒素気流下、室温で2.5時間、60℃で1.5時間、さらに室温で1時間重合反応させアミド酸オリゴマーを生成した。この反応溶液に4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸0.497g(2mmol)を入れ、窒素気流下、室温で18時間反応させ末端変性し、続けて175℃で5時間攪拌しイミド結合させた。得られた末端変性イミドオリゴマーは、前記一般式(1)において、R1がフルオレニリデンジフェニルエーテル基で表され、平均としてm=4、n=0である。冷却後、反応液を200mLのイオン交換水に投入し、析出した粉末を濾別した。80mLのメタノールで30分洗浄し、濾別して得られた粉末を60℃で1日間減圧乾燥し、生成物を得た。
収量:4.120g(99%)。
IR(KBr,cm-1):3482、2211、1775、1720、1685、1615、1597、1560、1542、1498、1446、1420、1374、1290、1239、1170、1112、1085、1014、942、915、876、826、779、739、691、673
上記で得られた末端変性イミドオリゴマーの未硬化物は、NMP溶媒に室温で30%以上可溶であり、1ヵ月後もゲル化はみられなかった。硬化前の最低溶融粘度は3260ポイズ(347℃)であった。この末端変性イミドオリゴマーをホットプレスを用いて370℃で1時間加熱して得られたフィルム状の硬化物(厚さ119μm)は、Tgが321℃(DSC)、TGAによる5%重量減少温度は551℃であった。また、このフィルム形状の硬化物の引張試験による力学的性質は、弾性率が2.78GPa、破断強度が110MPa、破断伸びが10.2%であった。
温度計、攪拌子、窒素導入管を備えた3つ口の100mLフラスコに、9,9−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)フルオレン2.663g(5mmol)とN−メチル−2−ピロリドン8.8mLを加え、溶解後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物0.883g(3mmol)とビス(3,4−カルボキシフェニル)エーテル二無水物0.310g(1mmolを入れ、窒素気流下、室温で2.5時間、60℃で1.5時間、さらに室温で1時間重合反応させアミド酸オリゴマーを生成した。この反応溶液に4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸0.497g(2mmol)を入れ、窒素気流下、室温で18時間反応させ末端変性し、続けて175℃で5時間攪拌しイミド結合させた。得られた末端変性イミドオリゴマーは、前記一般式(1)において、R1およびR2がフルオレニリデンジフェニルエーテル基で、R3がジフェニルエーテル基で表され、平均としてm=3、n=1である。冷却後、反応液を200mLのイオン交換水に投入し、析出した粉末を濾別した。80mLのメタノールで30分洗浄し、濾別して得られた粉末を60℃で1日間減圧乾燥し、生成物を得た。
収量:4.252g(98%)。
IR(KBr,cm-1):3483、2212、1775、1720、1614、1597、1542、1498、1446、1421、1374、1289、1239、1171、1113、1086、1014、942、915、876、826、740、690、674
上記で得られた末端変性イミドオリゴマーの未硬化物は、NMP溶媒に室温で30%以上可溶であり、1ヵ月後もゲル化はみられなかった。硬化前の最低溶融粘度は2490ポイズ(346℃)であった。この末端変性イミドオリゴマーをホットプレスを用いて370℃で1時間加熱して得られたフィルム状の硬化物(厚さ104μm)は、Tgが319℃(DSC)、TGAによる5%重量減少温度は552℃であった。また、このフィルム形状の硬化物の引張試験による力学的性質は、弾性率が2.78GPa、破断強度が112MPa、破断伸びが10.4%であった。
温度計、攪拌子、窒素導入管を備えた3つ口の100mLフラスコに、9,9−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フェニル)フルオレン2.131g(4mmol)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル0.200g(1mmol)とN−メチル−2−ピロリドン8.1mLを加え、溶解後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物1.177g(4mmol)を入れ、窒素気流下、室温で2.5時間、60℃で1.5時間、さらに室温で1時間重合反応させアミド酸オリゴマーを生成した。この反応溶液に4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸0.497g(2mmol)を入れ、窒素気流下、室温で18時間反応させ末端変性し、続けて175℃で5時間攪拌しイミド結合させた。得られた末端変性イミドオリゴマーは、前記一般式(1)において、R1がフルオレニリデンジフェニルエーテル基で、R2がジフェニルエーテル基で、R3がビフェニル基で表され、平均としてm=3、n=1である。冷却後、反応液を200mLのイオン交換水に投入し、析出した粉末を濾別した。80mLのメタノールで30分洗浄し、濾別して得られた粉末を60℃で1日間減圧乾燥し、生成物を得た。
収量:3.910g(98%)。
IR(KBr,cm-1):3481、2211、1775、1720、1615、1597、1542、1498、1447、1420、1374、1290、1239、1171、1112、1086、1014、942、915、876、828、740、690、674
上記で得られた末端変性イミドオリゴマーの未硬化物は、NMP溶媒に室温で30%以上可溶であり、1ヵ月後もゲル化はみられなかった。硬化前の最低溶融粘度は2330ポイズ(343℃)であった。この末端変性イミドオリゴマーをホットプレスを用いて370℃で1時間加熱して得られたフィルム状の硬化物(厚さ106μm)は、Tgが326℃(DSC)、TGAによる5%重量減少温度は553℃であった。また、このフィルム形状の硬化物の引張試験による力学的性質は、弾性率が2.74GPa、破断強度が111MPa、破断伸びが11.1%であった。
温度計、攪拌子、窒素導入管を備えた3つ口の100mLフラスコに、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル2.002g(10mmol)とN−メチル−2−ピロリドン16mLを加え、溶解後、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物2.354g(8mmol)を加えて窒素気流下、室温で2.5時間、60℃で1.5時間、さらに室温で1時間重合反応させアミド酸オリゴマーを生成した。この反応溶液に4−(2−フェニルエチニル)無水フタル酸0.993g(4mmol)を入れ、窒素気流下、室温で18時間反応させ末端変性し、続けて175℃で5時間攪拌しイミド結合させた。イミド化反応中にイミドオリゴマーの析出が見られた。冷却後、反応液を120mLのイオン交換水に投入し、析出した粉末を濾別した。60mLのメタノールで30分洗浄し、濾別して得られた粉末を60℃で1日間減圧乾燥し、生成物を得た。
収量:4.834g(97%)
IR(KBr,cm-1):3482、2212、1774、1719、1616、1559、1542、1500、1458、1420、1376、1290、1241、1171、1116、1087、1015、943、880、832、762、740、690、673
上記で得られた末端変性イミドオリゴマーの未硬化物は、NMP溶媒に不溶であった。この末端変性イミドオリゴマーは300℃以上においても溶融流動性を示さなかったため、良好な成形体(フィルム状硬化物)を得ることができなかった。
Claims (7)
- N−メチル−2−ピロリドンに対し室温で固形分濃度30重量%以上溶解可能な請求項1に記載の末端変性イミドオリゴマー。
- 請求項1または2に記載の末端変性イミドオリゴマーを有機溶媒に溶解してなるワニス。
- 請求項1または2に記載の末端変性イミドオリゴマーを加熱硬化して得られる硬化物。
- 請求項3に記載のワニスを加熱硬化して得られる硬化物。
- ガラス転移温度(Tg)が300℃以上である請求項4または5に記載の硬化物。
- フィルム形状での引張破断伸びが10%以上である請求項4または5に記載の硬化物。
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