JP2012224703A - ポリアミドイミド樹脂、その製造方法、熱硬化性樹脂組成物、絶縁塗料及び絶縁電線 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 トリカルボン酸無水物若しくはその誘導体、
【化1】
〔ただし、一般式(V)中、2個のR1は、それぞれ独立に、水素又は置換基を示し、R2は−CH2−、−CO−、−SO2−又は−O−を示し、Yはイソシアネート基またはアミノ基を示す。〕で表されるジイソシアネート化合物若しくはジアミノ化合物及び芳香族ジカルボン酸化合物(これらは非イオン性で不活性な置換基を有していてもよい)を反応させて得られ、数平均分子量が5000〜18600で、アミド結合比〔(アミド結合)/(アミド結合+イミド結合)比(モル比)〕が0.5を超えるように有するポリアミドイミド樹脂。
【選択図】 なし
Description
一方、ポリアミドイミド樹脂材料の運搬、厚塗り塗装若しくは少ない塗り回数等の取り扱い性等の観点からポリアミドイミド樹脂を高濃度に溶解した有機溶剤溶液が望まれ、一つの手法として、ポリアミドイミド樹脂の低分子量化が望まれる。この矛盾した内容(耐熱性の向上と低分子量化)をどの様に解決するかが重要な問題である。
一方で、樹脂合成においては攪拌効率などの制約から合成中は粘度の制限を受ける。従って、かかるポリアミドイミド樹脂の合成は一般的な極性溶媒を用いた場合、合成時の反応物濃度は10〜50重量%と低く、良溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン(NMP)を用いても合成時の反応物濃度はおおよそ50重量%が限界である(例えば特許文献1参照)。従って、高分子量のポリアミドイミド樹脂を合成する場合、このNMPを多量に使用せざるを得ずコストや環境上問題となっている。
1. 数平均分子量が5000〜18600で、構造式(I)
2. 数平均分子量が5000〜18600でトリカルボン酸無水物若しくはその誘導体、一般式(V)
3. 数平均分子量が5000〜18600で、アミド結合比〔(アミド結合)/(アミド結合+イミド結合)比(モル比)〕が0.5を超え、加熱硬化後の5%重量減少温度が450℃以上になるように硬化可能なポリアミドイミド樹脂。
4. アミド結合比が0.6以上0.75以下である項1〜3のいずれかに記載のポリアミドイミド樹脂。
5. トリカルボン酸無水物若しくはその誘導体、一般式(V)
6. 項1〜4のいずれかに記載のポリアミドイミド樹脂を主成分として含有してなる熱硬化性樹脂組成物。
7. ポリアミドイミド樹脂が有機溶剤に溶解されている項6記載の熱硬化性樹脂組成物。
8. 項6又は項7のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物を含有して成る絶縁塗料。
9. 項8に記載の絶縁塗料を導電体上に塗布、焼付けてなる絶縁電線。
また、本発明に係るポリアミドイミド樹脂は、そのなかで相対的に高分子量であっても、ワニス化した時に(熱硬化性樹脂組成物として)低粘度であるために、使用溶剤を減らすことができ、厚塗りや輸送に便利になるなど取り扱い性がよくなり、また、その製造に際しては、従来よりも高濃度での反応が可能になる。
本発明に係るポリアミドイミド樹脂を含む絶縁塗料は、高濃度化が可能であり、その取扱性が向上す、その硬化塗膜は耐熱性が優れる。また、本発明に係る絶縁電線は、焼き付け硬化してなる絶縁皮膜は、高架橋な被膜構造となるため、耐熱性が優れ、エナメル線としての絶縁特性が向上すると考えられる。
本発明に係るポリアミドイミド樹脂は、塗料用、さらに絶縁塗料用として、特に有用である。
なお、本明細書において、樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定し、標準ポリスチレンの検量線を用いて換算した値とする。
非イオン性で不活性な置換基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基等のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、i−ブトキシ基、t−ブトキシ基等のアルコキシ基等がある。アルキル基及びアルコキシ基としては、それぞれ炭素数1〜4のものが好ましい。これらの炭素数が大きすぎると、反応を阻害することがあり、また、得られるポリアミドイミド樹脂の耐熱性に良い影響を与えない。
イオン性の基の存在は、電気絶縁性を阻害し、活性な基は、ポリアミドイミド樹脂の合成反応を阻害するので好ましくない。
これらの任意成分は、使用するとしても、本発明に係るポリアミドイミド樹脂の特性を著しく損なわない範囲で使用される。
合成時の原料濃度は、高濃度合成という観点からは、30〜70重量%であることが好ましい。
なお、本明細書において、樹脂の数平均分子量は、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定し、標準ポリスチレンの検量線を用いて換算した値とする。測定時、ポリアミドイミド樹脂は、分子末端が適当なマスク剤によりマスクされていてもよい。
上記範囲内への数平均分子量の調整は、適当な温度(好ましくは90〜150℃)で必要な時間、合成を継続するように管理することにより行うことができる。
上記の熱硬化性樹脂組成物は、絶縁塗料とすることができ、また、本発明に係るポリアミドイミド樹脂は、前記の合成溶媒と同様の溶媒に溶解、または、該溶媒で希釈され、適当な粘度に調整して絶縁塗料とすることができる。このような絶縁塗料の作製には、本発明に係るポリアミドイミド樹脂の合成溶液を使用してもよい。
上記難燃剤としては特に制限はないが、臭素系、リン系、金属水酸化物等の難燃剤が好適に用いられる。より具体的には、臭素系難燃剤としては、臭素化ビスフェノールA型エポキシ樹脂、臭素化フェノールノボラック型エポキシ樹脂等の臭素化エポキシ樹脂、ヘキサブロモベンゼン、ペンタブロモトルエン、エチレンビス(ペンタブロモフェニル)、エチレンビステトラブロモフタルイミド、1,2−ジブロモ−4−(1,2−ジブロモエチル)シクロヘキサン、テトラブロモシクロオクタン、ヘキサブロモシクロドデカン、ビス(トリブロモフェノキシ)エタン、臭素化ポリフェニレンエーテル、臭素化ポリスチレン、2,4,6−トリス(トリブロモフェノキシ)−1,3,5−トリアジン等の臭素化添加型難燃剤、トリブロモフェニルマレイミド、トリブロモフェニルアクリレート、トリブロモフェニルメタクリレート、テトラブロモビスフェノールA型ジメタクリレート、ペンタブロモベンジルアクリレート、臭素化スチレン等の不飽和二重結合含有の臭素化反応型難燃剤が挙げられる。
上述の難燃剤は1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び熱電対を備えた300ミリリットル四つ口フラスコにトリメリット酸無水物26.1g(0.14モル)、イソフタル酸5.7g(0.03モル)、4,4′−ジフェニルメタンジイソシアネート(「MDI」という)43.0g(0.17モル)及びN−メチル−2−ピロリドン74.7gを仕込み110℃まで昇温し、約3時間撹拌下に反応させて加熱を停止した後、N,N−ジメチルアセトアミド64.5gを仕込みポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
化合物 配合量
トリメリット酸無水物 0.14モル
イソフタル酸 0.03モル
MDI 0.17モル
N−メチル−2−ピロリドン(「NMP」という) 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド 不揮発分(Nv)35重量%に調整
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.12モル
イソフタル酸 0.05モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.10モル
イソフタル酸 0.07モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.09モル
イソフタル酸 0.09モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
実施例1において、化合物の配合量を以下のようにし、110℃まで昇温し、約4時間撹拌下に反応させて加熱を停止し、N,N−ジメチルアセトアミドを仕込み、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.09モル
イソフタル酸 0.09モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
実施例1において各化合物の配合量を以下のようにし、120℃まで昇温し、約4時間撹拌下に反応させて加熱を停止した後、N,N−ジメチルアセトアミドを仕込み変性ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 2.27モル
イソフタル酸 0.97モル
MDI 3.28モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv45重量%に調整
〔ポリアミド樹脂の合成(アミド結合比1.00)〕
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして行い、ポリアミド樹脂溶液を得た。
イソフタル酸 0.17モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.12モル
イソフタル酸 0.05モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv45重量%に調整
各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、実施例1と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.12モル
イソフタル酸 0.05モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv45重量%に調整
実施例1において各化合物の配合量を以下のようにし、110℃まで昇温し、約3.5時間撹拌下に反応させて加熱を停止した後、N,N−ジメチルアセトアミドを仕込み、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.12モル
イソフタル酸 0.05モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv45重量%に調整
実施例1において各化合物の配合量を以下のようにし、120℃まで昇温し、約3.5時間撹拌下に反応させて加熱を停止した後、N,N−ジメチルアセトアミドを仕込み、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.12モル
イソフタル酸 0.05モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv45重量%に調整
〔アミド結合比が0.50のポリアミドイミド樹脂(低分子量タイプ)の合成〕
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び熱電対を備えた300ミリリットル四つ口フラスコにトリメリット酸無水物32.6g(0.17モル)、4,4′−ジイソシアナトジフェニルメタン42.9g(0.17モル)及びN−メチル−2−ピロリドン75.4gを仕込み110℃まで昇温し、約3時間撹拌下に反応させて加熱を停止した後、N,N−ジメチルアセトアミド61.3gを仕込み、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
化合物 配合量
トリメリット酸無水物 0.17モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
〔アミド結合比が0.50のポリアミドイミド樹脂の合成〕
比較例2において、110℃まで昇温し、約3時間撹拌下に反応させて加熱を停止し、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.17モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
〔アミド結合比が0.50のポリアミドイミド樹脂の高濃度合成〕
比較例2において各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、比較例21と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 0.17モル
MDI 0.17モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して66重量部
〔アミド結合比が0.50のポリアミドイミド樹脂の大スケール合成〕
比較例2において各化合物の配合量を以下のようにしたこと以外は、比較例2と同様にして、ポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
トリメリット酸無水物 2.27モル
MDI 2.27モル
NMP 上記原料合計量100重量部に対して100重量部
N,N−ジメチルアセトアミド Nv35重量%に調整
〔アジピン酸を用いたアミド結合比が0.65のポリアミドイミド樹脂の合成〕
攪拌機、冷却管、窒素導入管及び熱電対を備えた300ミリリットル四つ口フラスコにトリメリット酸無水物30.5g(0.16モル)、4,4′−ジイソシアナトジフェニルメタン57.3g(0.23モル)、アジピン酸9.9g(0.07モル)及びNMP97.7gを仕込み110℃まで昇温し、約3時間撹拌下に反応させて加熱を停止し、N,N−ジメチルアセトアミド20.0gを仕込みポリアミドイミド樹脂溶液を得た。
実施例1〜10および比較例1〜6で得られたポリアミドイミド樹脂溶液又はポリアミド樹脂溶液を用いて、合成された樹脂の数平均分子量(Mn:ポリスチレン換算)を測定した。
測定カラムとしては、GL−S300MDT−5(日立化成工業(株)製)を2本直列させたものを用いた。溶離液としては、液体クロマトグラフィー用ジメチルホルムアミド1Lに、リチウムブロマイド一水和物0.03mol及びリン酸0.06molを加えて溶解させた後、更に液体クロマトグラフィー用テトラヒドロフラン1Lを加えたものを用いた。
実施例1〜4及び比較例1で得たポリアミドイミド樹脂溶液を、卓上塗工機(PI−1210 FILMCOATER、自動塗工装置I型、テスター産業製)を用いて表面が平滑な銅箔BHY−22B−T(日鉱マテリアルズ製、商品名)にアプリケータで塗工し、すぐに温風循環型防爆乾燥機(TABAI SAFETY OVEN SPH−200、TABAI ESPEC CORP.製)に入れて130℃で15分間乾燥し、溶媒を揮発させた。
その後、さらに180℃で1時間乾燥した。さらに高温乾燥機トランジャーオーブン(TRO−52型、カトー(株)製)に入れて250℃で1時間、さらに350℃で1時間加熱し、樹脂を硬化させた。これを過硫酸アンモニウム10重量%水溶液に浸漬し、銅箔をエッチング除去した。水洗後、100℃で1時間乾燥し、硬化膜を得た。
得られた硬化膜の5%重量減少温度を測定した。5%重量減少温度は、熱重量分析/示差走査熱分析により行い、マックサイエンス社製TG/DTA−2000型を用いて、窒素気流下で、室温から800℃まで昇温速度10℃/分で加熱しながら各硬化膜の重量変化を測定した。測定の結果を表1に示す。
実施例5と比較例3で得たポリアミドイミド樹脂溶液の粘度を、東京計器(株)製のEMD型粘度計を用いて、30℃の条件で測定した。測定の結果を表2に示す。
この結果より、アミド結合を増加させたポリアミドイミドは高濃度で合成できる。
実施例6で得られたポリアミドイミド樹脂溶液で得られたポリアミドイミド樹脂溶液を用いて下記に示す焼付け条件に従って直径1.0mmの銅線に塗布し、焼付けを行い、エナメル線を製造した。
(焼付条件)
塗装回数:ダイス8回
焼付け炉:熱風式竪炉(炉長5m)
炉温:入口/出口=320℃/430℃
線速:16m/分
なお、エナメル線皮膜の特性は次の方法により試験した。
(1)外観:目視により、樹脂組成物ワニスの外観及び塗膜の濁り、表面の肌荒れを調べた。
(2)可とう性:JIS C3003.7.1(1)に準じて調べた。
これは、また、一般に、ポリアミドイミド樹脂は、分子量が増加すると粘度が高くなるため高濃度における加工性が悪化する傾向にあるが、本発明に係るポリアミドイミド樹脂は、アミド結合の増加により低粘度であるため、高濃度での使用が可能になったことを示す。
Claims (9)
- 数平均分子量が5000〜18600で、構造式(I)
- 数平均分子量が5000〜18600でトリカルボン酸無水物若しくはその誘導体、一般式(V)
- 数平均分子量が5000〜18600で、アミド結合比〔(アミド結合)/(アミド結合+イミド結合)比(モル比)〕が0.5を超え、加熱硬化後の5%重量減少温度が450℃以上になるように硬化可能なポリアミドイミド樹脂。
- アミド結合比が0.6以上0.75以下である請求項1〜3のいずれかに記載のポリアミドイミド樹脂。
- トリカルボン酸無水物若しくはその誘導体、一般式(V)
- 請求項1〜4のいずれかに記載のポリアミドイミド樹脂を主成分として含有してなる熱硬化性樹脂組成物。
- ポリアミドイミド樹脂が有機溶剤に溶解されている請求項6記載の熱硬化性樹脂組成物。
- 請求項6又は7のいずれかに記載の熱硬化性樹脂組成物を含有してなる絶縁塗料。
- 請求項8に記載の絶縁塗料を導電体上に塗布、焼付けてなる絶縁電線。
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