JP2013256731A - Method for producing polyimide fiber - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a polyimide fiber which can provide a polyimide fiber having excellent characteristics such as thermal resistance and is low in production cost and low in environmental load, and to provide a polyimide precursor solution and a polyimide precursor fiber used for the same.SOLUTION: The method for producing a polyimide fiber comprises: obtaining a polyimide precursor fiber by spinning using a polyimide precursor solution; and imidizing the obtained polyimide precursor fiber, in which a) the polyimide precursor is a polyamide acid having a carboxylate structure in a part of the molecular structure and b) the solution viscosity of the polyimide precursor solution is 0.1 to 170 Pa s at 30°C.

Description

本発明は、製造コストが低く、環境負荷も小さいポリイミド繊維の製造方法およびこれに用いられるポリイミド前駆体溶液、ポリイミド前駆体繊維に関する。   The present invention relates to a method for producing a polyimide fiber having a low production cost and a low environmental load, and a polyimide precursor solution and a polyimide precursor fiber used therefor.

従来、耐熱性が要求される用途、例えば宇宙・航空分野、電気分野においては、その素材としてアラミド繊維、ポリイミド繊維がその優れた性能に起因して主として用いられてきた。具体的には、テレフタル酸クロリドとp−フェニレンジアミンとから合成されるパラ型アラミド繊維やイソフタル酸クロリドとm−フェニレンジアミンとから合成されるメタ型アラミド繊維が代表として挙げられる。しかしながら、これらは酸性溶媒等によりポリマーを溶解し、紡出後抽出固化する、いわゆる湿式紡糸法で製造するものであり、溶媒回収や公害対策等の特殊な設備が必要となり、また作業は極めて煩雑なものとなる。また、ポリイミド繊維については、例えば、宇宙・航空分野あるいは電子材料分野に有用なポリイミド繊維(例えば特許文献1参照)、耐熱性バグフィルターとしてのポリイミド不織布(例えば特許文献2参照)が提案されている。   Conventionally, aramid fibers and polyimide fibers have been mainly used as materials for applications requiring heat resistance, such as space / aviation and electrical fields, due to their excellent performance. Specific examples include para-type aramid fibers synthesized from terephthalic acid chloride and p-phenylenediamine, and meta-type aramid fibers synthesized from isophthalic acid chloride and m-phenylenediamine. However, these are manufactured by a so-called wet spinning method, in which a polymer is dissolved in an acidic solvent and extracted and solidified after spinning. Special equipment such as solvent recovery and pollution control is required, and the work is extremely complicated. It will be something. For polyimide fibers, for example, polyimide fibers useful in the space / aviation field or the electronic materials field (see, for example, Patent Document 1) and polyimide nonwoven fabrics (see, for example, Patent Document 2) as heat-resistant bag filters have been proposed. .

一方、近年、ナノオーダーの繊維径を有する繊維(ナノファイバー)が広く検討されている(例えば、特許文献3〜6参照)。繊維径の小さい繊維の集合体を製造する方法として、複合紡糸法、高速紡糸法、電界紡糸(エレクトロスピニング)法などが挙げられる。これらの中で、電界紡糸法は、他の方法より簡便に、少ない工数で紡糸することが可能である。即ち、液体(例えば繊維を形成する高分子を含有する溶液、溶融させた高分子)に高電圧をかけることで液体に電荷を与え、液体を対極物質に向かって曳かせ、繊維を形成させるものである。通常、繊維を形成する高分子は溶液から曳き出され、対極物質に捕捉されるまでの間に繊維を形成する。繊維形成は、例えば、繊維を形成する高分子を含有する溶液を用いた場合は、溶媒蒸発によって、溶融させた高分子を用いた場合は冷却によって、または、化学的硬化(硬化用蒸気による処理)により行われる。また、得られる繊維は、必要に応じ配置した捕集体上に捕集して積層して積層体を得ることもできるし、必要であればそこから剥離し、繊維の集合体として利用することも可能である。また、不織布状の繊維の集合体を直接得ることが可能なため、他の方法のように、一旦繊維を紡糸した後、繊維の集合体を形成する必要がなく、操作が簡便である。   On the other hand, in recent years, fibers (nanofibers) having a nano-order fiber diameter have been widely studied (see, for example, Patent Documents 3 to 6). Examples of a method for producing an aggregate of fibers having a small fiber diameter include a composite spinning method, a high-speed spinning method, and an electrospinning method. Among these, the electrospinning method can perform spinning more easily and with fewer man-hours than other methods. That is, by applying a high voltage to a liquid (for example, a solution containing a polymer that forms a fiber, a molten polymer), the liquid is charged, and the liquid is made to flow toward the counter electrode material to form a fiber. It is. Usually, the polymer forming the fiber is spun out of the solution and forms the fiber until it is captured by the counter electrode material. For example, when a solution containing a polymer that forms a fiber is used, the fiber is formed by solvent evaporation, when a molten polymer is used, by cooling, or by chemical curing (treatment with a curing vapor). ). In addition, the obtained fiber can be collected on a collector arranged as necessary and laminated to obtain a laminate, and if necessary, it can be peeled off and used as an aggregate of fibers. Is possible. Further, since it is possible to directly obtain an aggregate of non-woven fibers, there is no need to form an aggregate of fibers after spinning the fibers once as in other methods, and the operation is simple.

かかる電界紡糸法により、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸の微細繊維を作製し、得られたポリアミド酸不織布を高温加熱処理することにより脱水閉環させ、ポリイミド不織布を製造することが提案されている(例えば特許文献5参照)。また、安定性に優れるポリイミド溶液を用い、高耐熱なポリイミド微細繊維を製造することが提案されている(例えば特許文献6参照)。しかしながら、高耐熱性を有するポリイミド及び、そのポリイミド前駆体であるポリアミド酸は、溶解性に劣るため、一般にN−メチル−2−ピロリドンやN,N−ジメチルホルムアミドなどの高沸点なアミド系溶媒に溶解する必要がある。このため、繊維の製造工程で実質350℃以上の高温加熱処理を必要とし、またアミド系溶媒が環境中へ排出されるという問題があった。   It has been proposed to produce a polyimide nonwoven fabric by producing polyamic acid microfibers as a polyimide precursor by such an electrospinning method, and subjecting the obtained polyamide acid nonwoven fabric to high temperature heat treatment to cause dehydration and ring closure (for example, (See Patent Document 5). It has also been proposed to produce highly heat-resistant polyimide fine fibers using a polyimide solution having excellent stability (see, for example, Patent Document 6). However, the polyimide having high heat resistance and the polyamic acid which is the polyimide precursor are inferior in solubility, and therefore generally used as a high-boiling amide solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone and N, N-dimethylformamide. Need to dissolve. For this reason, there has been a problem that a high-temperature heat treatment of substantially 350 ° C. or more is required in the fiber production process, and the amide solvent is discharged into the environment.

上述のとおり、ポリイミド繊維の製造において、耐熱性等の優れた特性が発現可能で且つ、低製造コスト、低環境負荷な製造方法は見出せていないのが現状である。   As described above, in the production of polyimide fibers, it is the present situation that an excellent characteristic such as heat resistance can be expressed and a production method with low production cost and low environmental load has not been found.

特公平7−42611号公報Japanese Patent Publication No. 7-42611 特開平9−52308号公報JP 9-52308 A 特公昭48−1466号公報Japanese Patent Publication No. 48-1466 特開2008−202169号公報JP 2008-202169 A 特開2009−167571号公報JP 2009-167571 A 特開2011−132651号公報JP 2011-132651 A

本発明は、耐熱性等の優れた特性を有するポリイミド繊維を得ることが可能で、且つ、製造コストが低く、環境負荷も小さいポリイミド繊維の製造方法およびこれに用いるポリイミド前駆体溶液、ポリイミド前駆体繊維を提供することを目的とする。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is capable of obtaining a polyimide fiber having excellent characteristics such as heat resistance, and has a low production cost and a low environmental load, and a polyimide precursor solution and a polyimide precursor used therefor The object is to provide fibers.

本発明は、以下の各項に関する。
1.ポリイミド前駆体溶液を用いて紡糸することによってポリイミド前駆体繊維を得た後、これをイミド化するポリイミド繊維の製造方法であって、
a)ポリイミド前駆体が、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸である、
b)ポリイミド前駆体溶液の30℃における溶液粘度が0.1〜170Pa・sである、
ことを特徴とするポリイミド繊維の製造方法。
2.さらに、
c)溶媒として、水、アルコール類または多価アルコール類から選ばれた、少なくとも一種を50質量%以上含有する、
ことを特徴とするポリイミド繊維の製造方法。
3.分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸が、下記一般式(1)で表されるポリアミド酸であることを特徴とする前項1〜2いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。
(一般式(1)中、Aは4価の芳香族基、Bは2価の芳香族基であり、X、Xは、いずれか一方または両方が塩基性化合物である。)
4.前記一般式(1)中の塩基性化合物がアミン化合物またはアルカリ金属であることを特徴とする前項3に記載のポリイミド繊維の製造方法。
5.前記一般式(1)中のAが、4価のフェニル基またはビフェニル基であることを特徴とする前項3〜4いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。
6.前記一般式(1)中のBが、2価のフェニル基またはオキシジベンゼン基であることを特徴とする前項3〜5いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。
7.下記特性を有する、繊維、耐熱フィルター、耐熱不織布、耐熱フェルトまたは耐熱セパレータ製造用のポリイミド前駆体溶液。
a)ポリイミド前駆体が、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸である。
b)ポリイミド前駆体溶液の30℃における溶液粘度が0.1〜170Pa・sである。
The present invention relates to the following items.
1. After obtaining a polyimide precursor fiber by spinning using a polyimide precursor solution, a polyimide fiber manufacturing method for imidizing this,
a) The polyimide precursor is a polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure.
b) The solution viscosity of the polyimide precursor solution at 30 ° C. is 0.1 to 170 Pa · s.
A method for producing a polyimide fiber, characterized in that:
2. further,
c) As a solvent, 50 mass% or more of at least 1 type chosen from water, alcohol, or polyhydric alcohol is contained,
A method for producing a polyimide fiber, characterized in that:
3. 3. The method for producing a polyimide fiber according to any one of items 1 to 2, wherein the polyamic acid having a carboxylate structure in a part of the molecular structure is a polyamic acid represented by the following general formula (1).
(In General Formula (1), A is a tetravalent aromatic group, B is a divalent aromatic group, and one or both of X 1 and X 2 are basic compounds.)
4). 4. The method for producing a polyimide fiber according to item 3, wherein the basic compound in the general formula (1) is an amine compound or an alkali metal.
5. A in the said General formula (1) is a tetravalent phenyl group or a biphenyl group, The manufacturing method of the polyimide fiber in any one of the preceding clauses 3-4 characterized by the above-mentioned.
6). B in the said General formula (1) is a bivalent phenyl group or an oxydibenzene group, The manufacturing method of the polyimide fiber in any one of the preceding clauses 3-5 characterized by the above-mentioned.
7). A polyimide precursor solution for producing fibers, heat-resistant filters, heat-resistant nonwoven fabrics, heat-resistant felts or heat-resistant separators having the following characteristics.
a) The polyimide precursor is a polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure.
b) The solution viscosity of the polyimide precursor solution at 30 ° C. is 0.1 to 170 Pa · s.

本発明のポリイミド繊維の製造方法は、製造コストが低く、製造時の環境負荷も低い。また、本発明により得られるポリイミド繊維は、耐熱性等の優れた特性を有し、耐熱フィルター、耐熱不織布、耐熱フェルトおよび耐熱セパレータとして好適に用いることができる。   The method for producing a polyimide fiber of the present invention has a low production cost and a low environmental load during production. Moreover, the polyimide fiber obtained by this invention has the outstanding characteristics, such as heat resistance, and can be used suitably as a heat resistant filter, a heat resistant nonwoven fabric, a heat resistant felt, and a heat resistant separator.

電界紡糸装置の一例An example of an electrospinning device

本発明は、ポリイミド前駆体溶液からポリイミド前駆体繊維を得た後、これをイミド化するポリイミド繊維の製造方法に関し、ポリイミド前駆体として、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸を用いることおよびポリイミド前駆体溶液の溶液粘度を特定の範囲とすることを特徴とする。   The present invention relates to a method for producing a polyimide fiber in which a polyimide precursor fiber is obtained from a polyimide precursor solution and then imidized. As a polyimide precursor, a polyamic acid having a carboxylate structure in a part of a molecular structure is used. It is used, and the solution viscosity of the polyimide precursor solution is set within a specific range.

本発明における、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸とは、ポリアミド酸の分子構造の少なくとも一部に、カルボン酸が塩基性化合物と中和塩を形成した構造を有するポリアミド酸であり、例えば、ポリアミド酸の分子構造の少なくとも一部に、下記一般式(1)で表される構造単位を含むものである。
(一般式(1)中のAは4価の基、Bは2価の基であり、X、Xは、いずれか一方または両方が塩基性化合物である。)
In the present invention, the polyamic acid having a carboxylate structure in a part of the molecular structure means a polyamic acid having a structure in which a carboxylic acid forms a neutral salt with a basic compound in at least a part of the molecular structure of the polyamic acid. For example, the structural unit represented by the following general formula (1) is included in at least a part of the molecular structure of the polyamic acid.
(A in the general formula (1) is a tetravalent group, B is a divalent group, and one or both of X 1 and X 2 are basic compounds.)

上記一般式(1)中の塩基性化合物は、好ましくは、アミン化合物またはアルカリ金属であり、より好ましくは、イミダゾール化合物または3級アミン化合物である。イミダゾール化合物としては、例えば、1,2−ジメチルイミダゾール、2−エチル−4−メチルイミダゾール、4−エチル−2−メチルイミダゾール、及び1−メチル−4−エチルイミダゾールなどが挙げられ、3級アミン化合物としては、例えば、トリエチレンジアミン、トリエチルアミン、N,N,N’,N”,N”−ペンタメチルジエチレントリアミン、N,N,N’,N’−テトラメチルプロパンジアミン、1,4−ジメチルピペラジン、1,4−ジエチルピペラジン、N,N−ジメチルシクロヘキシルアミン、エチレンジアミン四酢酸、N,N−ジメチルアミノエタノール、トリメチルアミン等が挙げられる。これらは、単独で用いても2種以上を混合しても用いてもよい。塩基性化合物を用いることにより、ポリイミド前駆体が、水、アルコール類、多価アルコール類など多様な溶媒に溶けるようになり、また、イミド化反応の触媒となるため、低温焼成が可能となる。   The basic compound in the general formula (1) is preferably an amine compound or an alkali metal, and more preferably an imidazole compound or a tertiary amine compound. Examples of the imidazole compound include 1,2-dimethylimidazole, 2-ethyl-4-methylimidazole, 4-ethyl-2-methylimidazole, and 1-methyl-4-ethylimidazole. Tertiary amine compounds For example, triethylenediamine, triethylamine, N, N, N ′, N ″, N ″ -pentamethyldiethylenetriamine, N, N, N ′, N′-tetramethylpropanediamine, 1,4-dimethylpiperazine, 1 , 4-diethylpiperazine, N, N-dimethylcyclohexylamine, ethylenediaminetetraacetic acid, N, N-dimethylaminoethanol, trimethylamine and the like. These may be used alone or in admixture of two or more. By using the basic compound, the polyimide precursor can be dissolved in various solvents such as water, alcohols and polyhydric alcohols, and can be fired at a low temperature because it becomes a catalyst for imidization reaction.

また、ポリアミド酸分子構造の中に占めるカルボン酸塩構造の割合としては、ポリアミド酸に含まれるカルボン酸の官能基総モル数に対し、カルボン酸塩として存在する官能基モル数の比(カルボン酸塩として存在する官能基モル数/ポリアミド酸に含まれるカルボン酸の官能基総モル数)として、0.01以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、特に好ましくは0.8以上である。0.01以上とすることによって、低温でのイミド化反応が進行し易くなり、更に0.1以上、特に0.8以上とすることによってポリイミド前駆体の溶解性が良好となる。この官能基の比率は、使用する塩基化合物の添加量(モル数)により、調整可能であり、また、中和滴定、NMR測定、FT−IR測定により、その比率を求めることができる。   The ratio of carboxylate structure in the polyamic acid molecular structure is the ratio of the number of moles of functional groups present as carboxylate to the total number of moles of functional groups of carboxylic acid contained in the polyamic acid (carboxylic acid The number of moles of functional groups present as a salt / the total number of moles of functional groups of carboxylic acid contained in the polyamic acid) is 0.01 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and particularly preferably 0.8. 8 or more. By setting it to 0.01 or more, the imidization reaction at a low temperature can easily proceed, and by setting it to 0.1 or more, particularly 0.8 or more, the solubility of the polyimide precursor is improved. The ratio of this functional group can be adjusted by the addition amount (number of moles) of the base compound used, and the ratio can be determined by neutralization titration, NMR measurement, and FT-IR measurement.

前記一般式(1)中のAは、ポリアミド酸を構成するテトラカルボン酸類から4つのカルボン酸を除いた残基を表す。本発明で用いることができるテトラカルボン酸類に特に制限はないが、Aが芳香族基である芳香族テトラカルボン酸類が好ましい。その様なテトラカルボン酸類としては、3,3,4’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸類、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸類、2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸類、ピロメリット酸類、オキシジフタル酸類、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸類、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸類、m−ターフェニル−3,3’,4,4’−テトラカルボン酸類、4,4’−(2,2−ヘキサフルオロイソプロピレン)ジフタル酸類、2,2’−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン類、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸類、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸類、(1,1’:3’,1”−ターフェニル)−3,3”,4,4”−テトラカルボン酸類、4,4’−(ジメチルシラジイル)ジフタル酸類、4,4’−(1,4−フェニレンビス(オキシ))ジフタル酸類などが挙げられる。中でも、耐熱性に優れることから、Aがビフェニル基である3,3,4’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸類、2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸類または2,2’,3,3’−ビフェニルテトラカルボン酸類、もしくは、Aがフェニル基であるピロメリット酸類がより好ましい。これらテトラカルボン酸類は、複数を組み合わせて使用することもできる。なお、前記テトラカルボン酸類には、テトラカルボン酸の他、テトラカルボン酸二無水物、テトラカルボン酸のエステル化物などのテトラカルボン酸誘導体が含まれる。   A in the general formula (1) represents a residue obtained by removing four carboxylic acids from the tetracarboxylic acids constituting the polyamic acid. The tetracarboxylic acids that can be used in the present invention are not particularly limited, but aromatic tetracarboxylic acids in which A is an aromatic group are preferred. Such tetracarboxylic acids include 3,3,4 ', 4'-biphenyltetracarboxylic acids, 2,3,3', 4'-biphenyltetracarboxylic acids, 2,2 ', 3,3'-biphenyl Tetracarboxylic acids, pyromellitic acids, oxydiphthalic acids, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic acids, 3,3 ′, 4,4′-diphenylsulfone tetracarboxylic acids, m-terphenyl-3,3 ', 4,4'-tetracarboxylic acids, 4,4'-(2,2-hexafluoroisopropylene) diphthalic acids, 2,2'-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propanes, 1,4 , 5,8-Naphthalenetetracarboxylic acids, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic acids, (1,1 ′: 3 ′, 1 ″ -terphenyl) -3,3 ″, 4,4 ″- Examples include tracarboxylic acids, 4,4 ′-(dimethylsiladiyl) diphthalic acid, 4,4 ′-(1,4-phenylenebis (oxy)) diphthalic acid, etc. Among them, A 3,3,4 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic acids, 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic acids or 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic acids, in which is a biphenyl group, Alternatively, pyromellitic acids in which A is a phenyl group are more preferable, and these tetracarboxylic acids may be used in combination.The tetracarboxylic acids include tetracarboxylic acids and tetracarboxylic acid dicarboxylic acids. Tetracarboxylic acid derivatives such as anhydrides and esterified products of tetracarboxylic acid are included.

一方、前記一般式(1)中のBは、ポリアミド酸を構成するジアミン類から2つのアミンを除いた残基を表す。本発明で用いることができるジアミン類に特に制限はないが、Bが芳香族基である芳香族ジアミン類が好ましい。その様なジアミン類としては、パラフェニレンジアミン、メタフェニレンジアミン、4,4’−オキシジアニリン、3,4’−オキシジアニリン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、2,4−トルエンジアミン、3,3’−ジヒドロキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、ビス(4−アミノ−3−カルボキシフェニル)メタン、2,4−ジアミノトルエンなどが挙げられる。中でも、得られるポリイミドが優れた特性を有するので、Bがフェニル基であるパラフェニレンジアミンまたはメタフェニレンジアミン、もしくは、Bがオキシジベンゼン基である4,4’−オキシジアニリンまたは3,4’−オキシジアニリンが好ましい。特に、耐熱性の観点からパラフェニレンジアミン、4,4’−オキシジアニリンまたは3,4’−オキシジアニリンが好ましい。これらジアミン類は、複数を組み合わせて使用することもできる。なお、前記ジアミン類には、ジアミンの他、ジアミン塩、シリル化ジアミンなどのジアミン誘導体が含まれる。 On the other hand, B in the general formula (1) represents a residue obtained by removing two amines from diamines constituting the polyamic acid. The diamines that can be used in the present invention are not particularly limited, but aromatic diamines in which B is an aromatic group are preferred. Such diamines include paraphenylene diamine, metaphenylene diamine, 4,4′-oxydianiline, 3,4′-oxydianiline, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 2,4-toluenediamine, 3 , 3′-dihydroxy-4,4′-diaminobiphenyl, bis (4-amino-3-carboxyphenyl) methane, 2,4-diaminotoluene and the like. Among them, since the obtained polyimide has excellent characteristics, B is paraphenylenediamine or metaphenylenediamine in which a phenyl group is used, or 4,4′-oxydianiline or 3,4 ′ in which B is an oxydibenzene group. -Oxydianiline is preferred. In particular, paraphenylenediamine, 4,4'-oxydianiline or 3,4'-oxydianiline is preferable from the viewpoint of heat resistance. These diamines can also be used in combination. In addition to the diamine, the diamines include diamine derivatives such as diamine salts and silylated diamines.

一般に用いられるポリイミド前駆体溶液の溶媒としては、例えば、水、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド類、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、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、グリセリン、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、メチルプロパンジオールなどの多価アルコール類、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、ジプロピルエーテル、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジエチレングリコール、ジエチレングリコールジメチルエーテル、トリエチレングリコールなどのエーテル類、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸イソブチル、プロピレングリコールメチルアセテート、エチルセロソルブ、プチルセロソルブ、2−メチルセロソルブアセテート、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、δ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、ε−カプロラクトン、α−メチル−γ−ブチロラクトンなどのエステル類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロへキサノン、アセトフェノン等のケトン類、ジエチルカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート類、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素類、フェノール、m−クレゾール、p−クレゾール、3−クロロフェノール、4−クロロフェノール等のフェノール類、その他、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルホオキシド、スルホラン、ジメチルスターペン、ミネラルスピリット、石油ナフサ系溶媒などが挙げられる。   Examples of generally used solvents for polyimide precursor solutions include water, amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone, methanol, ethanol, propanol, butanol, and the like. Alcohols, ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, glycerin, propylene glycol, dipropylene glycol, methylpropanediol and other polyhydric alcohols, dimethyl ether, diethyl ether, dipropyl ether, dibutyl ether, tetrahydrofuran, diethylene glycol, diethylene glycol dimethyl ether , Ethers such as triethylene glycol, butyl acetate, ethyl acetate, isobutyl acetate, propylene glycol methyl alcohol Tate, ethyl cellosolve, ptyl cellosolve, 2-methyl cellosolve acetate, ethyl cellosolve acetate, butyl cellosolve acetate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, δ-valerolactone, γ-caprolactone, ε-caprolactone, α-methyl-γ-butyrolactone Esters such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, ketones such as acetophenone, carbonates such as diethyl carbonate, propylene carbonate, hexane, heptane, octane, benzene, toluene, Hydrocarbons such as xylene, phenols such as phenol, m-cresol, p-cresol, 3-chlorophenol, 4-chlorophenol, etc. , 3-dimethyl-2-imidazolidinone, dimethyl sulfoxide, sulfolane, dimethyl star pen, mineral spirit, petroleum naphtha solvent and the like.

しかし、揮発した場合の環境負荷の観点から、特に、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドンなどのアミド結合を有する溶媒を可能な限り使用しないことが好ましく、本発明においては、水、アルコール類または多価アルコール類から選ばれた少なくとも一種を50質量%以上含む溶媒、特に、実質的に、水、アルコール類、多価アルコール類のみからなる溶媒を用いるのが好ましい。さらに、これらのうち、低温での焼成を容易にするため、沸点が200℃以下であるものが好ましく、150℃以下であるものがより好ましい。また、溶液の安定性が優れるため、沸点が60℃以上であるものが好ましく、80℃以上であるものがより好ましく、100℃以上であるものがさらに好ましい。   However, from the viewpoint of environmental burden when volatilized, in particular, a solvent having an amide bond such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl-2-pyrrolidone should not be used as much as possible. Preferably, in the present invention, a solvent containing 50% by mass or more of at least one selected from water, alcohols or polyhydric alcohols, particularly a solvent consisting essentially of water, alcohols and polyhydric alcohols. It is preferable to use it. Further, among these, in order to facilitate firing at a low temperature, those having a boiling point of 200 ° C. or lower are preferable, and those having a boiling point of 150 ° C. or lower are more preferable. Moreover, since the stability of a solution is excellent, what has a boiling point of 60 degreeC or more is preferable, what is 80 degreeC or more is more preferable, and what is 100 degreeC or more is more preferable.

ポリイミド前駆体溶液は、例えば、以下の方法で合成することができる。
i)溶媒にジアミンを溶解させ、この溶液にテトラカルボン酸二無水物を、攪拌しながら徐々に添加し、さらに、温度0〜100℃の範囲で攪拌してポリアミド酸を得た後、塩基性化合物を添加する方法。
ii)あらかじめ、溶媒に塩基性化合物とジアミンを溶解させ、この溶液にテトラカルボン酸二無水物を、攪拌しながら徐々に添加し、さらに、温度0〜100℃の範囲で攪拌する方法。
特に、ii)の方法は、直接、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸が合成されるため、溶媒への溶解性が優れ、好ましい。
The polyimide precursor solution can be synthesized, for example, by the following method.
i) A diamine is dissolved in a solvent, and a tetracarboxylic dianhydride is gradually added to this solution while stirring. Further, a polyamic acid is obtained by stirring in a temperature range of 0 to 100 ° C. A method of adding a compound.
ii) A method in which a basic compound and a diamine are dissolved in a solvent in advance, and tetracarboxylic dianhydride is gradually added to this solution while stirring, and the mixture is further stirred in a temperature range of 0 to 100 ° C.
In particular, the method ii) is preferable because the polyamic acid having a carboxylate structure as a part of the molecular structure is directly synthesized, so that the solubility in a solvent is excellent.

ポリイミド前駆体溶液の固形分濃度は、実施例記載の方法で求められるものであり、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは3〜45質量%、さらに好ましくは5〜40質量%である。固形分濃度が1質量%未満では、繊維の生産性が十分でない場合があり、50質量%を超えると、溶液の流動性が劣るため製造安定性に問題が生じる場合がある。   The solid content concentration of the polyimide precursor solution is determined by the method described in the examples, and is preferably 1 to 50% by mass, more preferably 3 to 45% by mass, and still more preferably 5 to 40% by mass. If the solid content concentration is less than 1% by mass, the fiber productivity may not be sufficient. If it exceeds 50% by mass, the fluidity of the solution may be inferior, resulting in a problem in production stability.

ポリイミド前駆体(分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸)の対数粘度は、実施例記載の方法で求められるものであり、0.2以上、好ましくは0.4以上、より好ましくは0.6以上、さらに好ましくは0.8以上、特に好ましくは1.0以上が好適である。また、ポリイミド前駆体のGPCで求められる重量平均分子量は、1,000〜1,000,000、好ましくは、5,000〜500,000である。これら対数粘度および分子量は、用いるテトラカルボン酸成分とジアミン成分のモル比を調整することで任意に設定できる。   The logarithmic viscosity of the polyimide precursor (polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure) is determined by the method described in the examples, and is 0.2 or more, preferably 0.4 or more, more preferably Is 0.6 or more, more preferably 0.8 or more, and particularly preferably 1.0 or more. Moreover, the weight average molecular weight calculated | required by GPC of a polyimide precursor is 1,000-1,000,000, Preferably, it is 5,000-500,000. These logarithmic viscosities and molecular weights can be arbitrarily set by adjusting the molar ratio of the tetracarboxylic acid component to be used and the diamine component.

ポリイミド前駆体溶液の溶液粘度は、実施例記載の方法で求められるものであり、好ましくは0.1〜170Pa・s、より好ましくは0.5〜150Pa・s、さらに好ましくは1〜100Pa・sである。溶液粘度をこの範囲とすることによって、曳糸性に優れ、安定した製造が可能となる。溶液粘度は固形分濃度、並びに、ポリイミド前駆体の対数粘度および分子量を調整することにより所望の範囲に設定できる。   The solution viscosity of the polyimide precursor solution is determined by the method described in the examples, preferably 0.1 to 170 Pa · s, more preferably 0.5 to 150 Pa · s, and still more preferably 1 to 100 Pa · s. It is. By setting the solution viscosity within this range, the spinnability is excellent and stable production becomes possible. The solution viscosity can be set in a desired range by adjusting the solid content concentration and the logarithmic viscosity and molecular weight of the polyimide precursor.

ポリイミド前駆体溶液には、必要に応じて、触媒、化学イミド化剤(無水酢酸などの酸無水物や、ピリジン、イソキノリンなどのアミン化合物)、酸化防止剤、フィラー、染料、顔料、シランカップリング剤、難燃材、消泡剤、レベリング剤、レオロジーコントロール剤(流動制御目的の添加剤)、剥離剤などを添加することができる。   For the polyimide precursor solution, catalyst, chemical imidization agent (acid anhydride such as acetic anhydride, amine compound such as pyridine and isoquinoline), antioxidant, filler, dye, pigment, silane coupling, if necessary Agents, flame retardants, antifoaming agents, leveling agents, rheology control agents (additives for flow control purposes), release agents and the like can be added.

本発明のポリイミド繊維の製造方法における紡糸工程は、前記のポリイミド前駆体溶液を用いて紡糸する工程であれば、特に限定されず、公知の紡糸方法を用いることができる。例えば、特開2010−180494号公報記載の湿式紡糸法及び乾式紡糸法や、特開2009−167571号公報や特開2011−132651号公報記載の電界紡糸法が好適である。本発明の製造方法は、繊維径が0.001〜10μm、特に、0.01〜5μmの繊維を好適に製造することができる。   The spinning step in the method for producing a polyimide fiber of the present invention is not particularly limited as long as it is a step of spinning using the polyimide precursor solution, and a known spinning method can be used. For example, the wet spinning method and the dry spinning method described in JP2010-180494A, and the electrospinning method described in JP2009-167571A and JP2011-132651A are preferable. The production method of the present invention can suitably produce fibers having a fiber diameter of 0.001 to 10 μm, particularly 0.01 to 5 μm.

一例として、図1に示す電界紡糸装置を用いて電界紡糸を行う場合について以下に説明する。
図1に示す電界紡糸装置において、1は、筒状の溶液保持槽2に保持された電界紡糸用ドープ(ポリイミド前駆体溶液)3を吐出する吐出手段(注射器)、4は、注射器のオリフィス、5は、オリフィス4に設置されたノズル、6は繊維状物質捕集電極、7は高電圧発生器である。
As an example, a case where electrospinning is performed using the electrospinning apparatus shown in FIG. 1 will be described below.
In the electrospinning apparatus shown in FIG. 1, 1 is a discharge means (syringe) for discharging an electrospinning dope (polyimide precursor solution) 3 held in a cylindrical solution holding tank 2, 4 is an orifice of the syringe, 5 is a nozzle installed in the orifice 4, 6 is a fibrous material collecting electrode, and 7 is a high voltage generator.

ノズル5の先端と繊維状物質捕集電極6との間が適切な距離となるように、吐出手段1と繊維状物質捕集電極6とを配置する。高電圧発生器7によりノズル5に電圧をかける。吐出手段1により電界紡糸用ドープ3をノズル5の先端まで導き、電界紡糸用ドープ3を静電場中の適切な位置に置き、電界によって、ノズル5から繊維状物質捕集電極6に向けて曳糸する。電界紡糸用ドープ3は、ノズル5の先端と繊維状物質捕集電極6との間にて溶媒が蒸発して繊維化され、ポリイミド繊維・不織布が、繊維状物質捕集電極6上に設置された捕集基板上に捕集される。なお、本装置において、ノズルの個数は1個に限定されるものではなく、複数個のノズルを設けるなどしてポリイミド繊維・不織布の生産速度を上げることも可能である。   The discharge means 1 and the fibrous substance collecting electrode 6 are arranged so that the distance between the tip of the nozzle 5 and the fibrous substance collecting electrode 6 is an appropriate distance. A voltage is applied to the nozzle 5 by the high voltage generator 7. The discharge means 1 guides the electrospinning dope 3 to the tip of the nozzle 5, places the electrospinning dope 3 at an appropriate position in the electrostatic field, and the electric field causes the nozzle 5 to move toward the fibrous material collecting electrode 6. Yarn. The dope 3 for electrospinning is made into a fiber by evaporating the solvent between the tip of the nozzle 5 and the fibrous material collecting electrode 6, and a polyimide fiber / nonwoven fabric is placed on the fibrous material collecting electrode 6. Collected on the collecting substrate. In the present apparatus, the number of nozzles is not limited to one, and it is possible to increase the production rate of polyimide fiber / nonwoven fabric by providing a plurality of nozzles.

曳糸する温度が室温程度であれば、通常、ポリイミド繊維・不織布が捕集基板上に捕集されるまでの間に、有機溶媒は蒸発する。有機溶媒の蒸発の程度は、繊維形状が保たれて容易に取り扱うことができる程度であれば特に問題はない。また有機溶媒の蒸発の程度は、後加工での必要に応じて調整される。有機溶媒の蒸発が不十分な場合は、曳糸後に乾燥処理してもよい。
曳糸する温度は、溶媒の蒸発挙動や電界紡糸用ドープの粘度に依存するが、通常は0〜50℃、好ましくは20〜50℃である。また、湿度は、有機溶媒を安定かつ効率よく蒸発させるために低いほど好ましく、湿度50%以下が好ましい。
If the spinning temperature is about room temperature, the organic solvent usually evaporates before the polyimide fiber / nonwoven fabric is collected on the collection substrate. The degree of evaporation of the organic solvent is not particularly problematic as long as the fiber shape is maintained and can be easily handled. Further, the degree of evaporation of the organic solvent is adjusted as necessary in the post-processing. When evaporation of the organic solvent is insufficient, a drying treatment may be performed after spinning.
The spinning temperature depends on the evaporation behavior of the solvent and the viscosity of the electrospinning dope, but is usually 0 to 50 ° C., preferably 20 to 50 ° C. Further, the humidity is preferably as low as possible in order to evaporate the organic solvent stably and efficiently, and the humidity is preferably 50% or less.

電界紡糸用ドープの溶液粘度は、紡糸工程の生産性を左右することがあり、所望の繊維が安定して製造できるよう適宜調整される。本発明においては、好ましくは0.1〜170Pa・s、より好ましくは0.5〜150Pa・s、さらに好ましくは1〜110Pa・sである。溶液粘度がこの範囲より低いと、ドープを繊維形状を保持し難い場合があり、また、溶液粘度がこの範囲より高いと、流動性に劣るために良好な繊維形状で吐出するのが難しい場合がある。   The solution viscosity of the dope for electrospinning may affect the productivity of the spinning process, and is appropriately adjusted so that a desired fiber can be produced stably. In this invention, Preferably it is 0.1-170 Pa.s, More preferably, it is 0.5-150 Pa.s, More preferably, it is 1-110 Pa.s. If the solution viscosity is lower than this range, it may be difficult to maintain the fiber shape of the dope, and if the solution viscosity is higher than this range, it may be difficult to discharge in a good fiber shape due to poor fluidity. is there.

また、電界紡糸用ドープの固形分濃度は、曳糸性に影響を与えることがあり、さらに紡糸速度などと共にポリイミド微細繊維の径を直接的に決める要因になるので、所望する繊維径などを考慮して選定される。本発明においては、好ましくは1〜50質量%、より好ましくは3〜45質量%、さらに好ましくは5〜40質量%である。ポリイミド濃度が前記範囲外になると、ドープの溶液粘度の調整が難しくなったり、曳糸性が低下したりすることがある。   In addition, the solid content concentration of the dope for electrospinning may affect the spinnability, and further determines the diameter of the polyimide fine fiber as well as the spinning speed. To be selected. In this invention, Preferably it is 1-50 mass%, More preferably, it is 3-45 mass%, More preferably, it is 5-40 mass%. When the polyimide concentration is out of the above range, it may be difficult to adjust the solution viscosity of the dope or the spinnability may be lowered.

本発明において、ポリイミド繊維は、ポリイミド前駆体溶液を用いて紡糸を行うことにより、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸の繊維を得た後、これをイミド化して製造する。イミド化工程は特に限定されず、ポリイミド前駆体からポリイミドを得るための公知のイミド化法、例えば、熱イミド化法、化学イミド化法を用いることができる。熱イミド化法では、ポリイミド前駆体繊維もしくはその不織布を、空気もしくは窒素中、常圧もしくは減圧下で、最高温度150℃〜500℃、好ましくは200℃〜400℃、より好ましくは200℃〜350℃で、特に好ましくは200℃〜250℃で、0.1〜60分間、好ましくは0.1〜20分間、更に好ましくは0.5〜5分間、熱処理するとよい。本発明のポリイミド繊維の製造方法では、ポリイミド前駆体(ポリアミド酸)の繊維中に、塩基性化合物を含有するため、低温、短時間でイミド化が完了でき、また、従来のアミド系溶媒に比べ、低沸点の溶媒を用いることができるので、低温、短時間で溶媒を除去することができる。   In the present invention, the polyimide fiber is produced by spinning using a polyimide precursor solution to obtain a polyamic acid fiber having a carboxylate structure in a part of its molecular structure, and then imidizing it. The imidization step is not particularly limited, and a known imidization method for obtaining a polyimide from a polyimide precursor, for example, a thermal imidization method or a chemical imidization method can be used. In the thermal imidization method, a polyimide precursor fiber or a nonwoven fabric thereof is subjected to a maximum temperature of 150 ° C. to 500 ° C., preferably 200 ° C. to 400 ° C., more preferably 200 ° C. to 350 ° C. in air or nitrogen under normal pressure or reduced pressure. It is good to heat-process at 200 degreeC, Especially preferably at 200 to 250 degreeC for 0.1 to 60 minutes, Preferably it is 0.1 to 20 minutes, More preferably, it is 0.5 to 5 minutes. In the method for producing a polyimide fiber of the present invention, since the polyimide precursor (polyamic acid) fiber contains a basic compound, imidization can be completed at a low temperature in a short time, and compared to conventional amide solvents. Since a low boiling point solvent can be used, the solvent can be removed at a low temperature in a short time.

本発明により得られるポリイミド繊維は、耐熱フィルター、耐熱不織布、耐熱フェルト、耐熱セパレータとして好適に用いることができる。   The polyimide fiber obtained by this invention can be used suitably as a heat resistant filter, a heat resistant nonwoven fabric, a heat resistant felt, and a heat resistant separator.

以下、本発明を実施例及び比較例により更に具体的に説明するが、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further more concretely, this invention is not limited to these Examples.

以下の例で用いた測定方法を以下に示す。
<固形分濃度>
ポリイミド前駆体溶液(その質量をw1とする)を、熱風乾燥機中120℃で10分間、250℃で10分間、次いで350℃で30分間加熱処理して、加熱処理後の質量(その質量をw2とする)を測定する。固形分濃度[質量%]は、次式によって算出した。
The measurement methods used in the following examples are shown below.
<Concentration of solid content>
The polyimide precursor solution (whose mass is w1) is heat-treated in a hot air dryer at 120 ° C. for 10 minutes, 250 ° C. for 10 minutes, and then at 350 ° C. for 30 minutes. w2). Solid content concentration [mass%] was computed by the following formula.

<対数粘度>
ポリイミド前駆体溶液を、固形分濃度に基づいて濃度が0.5g/dl(溶媒は水)になるように希釈した。この希釈液を、30℃にて、キャノンフェンスケNo.100を用いて流下時間(T1)を測定した。対数粘度は、ブランクの水の流下時間(T0)を用いて、次式から算出した。
<Logarithmic viscosity>
The polyimide precursor solution was diluted so that the concentration was 0.5 g / dl (solvent was water) based on the solid content concentration. This diluted solution was added to Cannon Fenceke No. The flow-down time (T1) was measured using 100. The logarithmic viscosity was calculated from the following formula using the flow time (T0) of blank water.

<溶液粘度(回転粘度)>
ポリイミド前駆体溶液の溶液粘度は、東機産業株式会社製コーンプレートのE型粘度計を用いて、標準ローター、回転速度 10rpmもしくは1rpm(せん断速度 38.3/sもしくは3.83/s)、サンプル温度 30℃の条件で測定した。
<Solution viscosity (rotational viscosity)>
The solution viscosity of the polyimide precursor solution is a standard rotor using a cone plate E-type viscometer manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd., a rotation speed of 10 rpm or 1 rpm (shear speed 38.3 / s or 3.83 / s), The sample temperature was measured at 30 ° C.

<ポリイミドフィルムサンプルの作成>
得られたポリイミド前駆体溶液を、基材のガラス板上にバーコーターによって塗布し、その塗膜を、減圧下25℃で30分間、脱泡及び予備乾燥した後で、常圧下、熱風乾燥器に入れて、80℃で30分間、120℃で30分間、200℃で10分間、次いで250℃で10分間加熱処理して、厚さが50μmのポリイミドフィルムを形成した。
このポリイミドフィルムを用いて特性を評価した。
<Preparation of polyimide film sample>
The obtained polyimide precursor solution was applied onto a glass plate of a substrate by a bar coater, and the coating film was defoamed and pre-dried at 25 ° C. for 30 minutes under reduced pressure, and then a hot air dryer under normal pressure. And heated at 80 ° C. for 30 minutes, 120 ° C. for 30 minutes, 200 ° C. for 10 minutes, and then 250 ° C. for 10 minutes to form a polyimide film having a thickness of 50 μm.
Properties were evaluated using this polyimide film.

<ガラス転移温度測定>
TAインスツルメンツ(株)製 固体粘弾性アナライザー RSAIII(圧縮モード
動的測定、周波数62.8rad/sec(10Hz)、歪量はサンプル高さの3%に設
定)を用い、雰囲気窒素気流中、−140℃から450℃まで温度ステップ3℃で、各温
度到達後30秒後に測定を行ない次の温度に昇温して測定を繰り返す方法で、損失弾性率
(E'')の極大点を求め、その温度をガラス転移点(Tg)として求めた。
<Glass transition temperature measurement>
TA Instruments Co., Ltd. Solid Viscoelasticity Analyzer RSAIII (compression mode)
Using dynamic measurement, frequency 62.8 rad / sec (10 Hz), strain amount set to 3% of sample height), each temperature reached from -140 ° C to 450 ° C at a temperature step of 3 ° C in an atmospheric nitrogen stream The measurement was performed 30 seconds later, the temperature was raised to the next temperature, and the measurement was repeated to determine the maximum point of loss elastic modulus (E ″), and the temperature was determined as the glass transition point (Tg).

<曳糸性>
図1に示す電界紡糸装置を用いた電界紡糸法によるポリイミド前駆体の繊維形成をレーザ顕微鏡写真又は走査型電子顕微鏡にて評価した。繊維形成が可能であった場合を○、繊維は得られたが、製造の安定性に乏しい場合を△、繊維形成が不可であった場合を×と記した。
<Spinning>
The fiber formation of the polyimide precursor by the electrospinning method using the electrospinning apparatus shown in FIG. 1 was evaluated with a laser micrograph or a scanning electron microscope. The case where fiber formation was possible was marked as ◯, the fiber was obtained, but the production stability was poor, Δ, and the case where fiber formation was impossible was marked as x.

<繊維径>
ポリイミド前駆体繊維を加熱イミド化得られたポリイミド繊維をレーザ顕微鏡写真又は走査型電子顕微鏡写真から任意の10箇所の繊維径を測定し、繊維径(平均繊維径)を求めた。
<Fiber diameter>
The polyimide fiber obtained by heating imidization of the polyimide precursor fiber was measured for the fiber diameter at any 10 locations from a laser micrograph or a scanning electron micrograph, and the fiber diameter (average fiber diameter) was determined.

以下の例で使用した化合物の略号について説明する。
s−BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニル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ーテル
1,2−DMZ:1,2−ジメチルイミダゾ−ル
TEA:トリエチルアミン
DABCO:1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン
PG:プロピレングリコール
EtOH:エタノール
DMAc:N,N−ジメチルアセトアミド
The abbreviations of the compounds used in the following examples are described.
s-BPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride PPD: p-phenylenediamine ODA: 4,4′-diaminodiphenyl ether 1,2-DMZ: 1,2-dimethylimidazole TEA: Triethylamine DABCO: 1,4-diazabicyclo [2.2.2] octane PG: Propylene glycol EtOH: Ethanol DMAc: N, N-dimethylacetamide

〔参考例1〕
攪拌機、窒素ガス導入・排出管を備えた内容積500mLのガラス製の反応容器に、溶媒として水を、目標濃度となる量(予めPPD及びs−BPDAの投入量から所定の濃度となるよう計算された量。ここでは、9質量%の450g)を加え、これにジアミンとしてPPDを、0.124モル(13.44g)と、1,2−DMZの0.31モル(29.87g ジアミンに対して2.5倍モル)とを加え25℃で1時間攪拌し、溶解させた。この溶液にまず、s−BPDAを、0.118モル(34.73g ジアミンに対して0.95倍モル)を加え、25℃で8時間撹拌した。さらに、目標の溶液粘度(ここでは、5Pa・s)、固形分濃度(ここでは、9質量%)となるように、s−BPDAを段階的に加え(実質的にジアミンと等モルとなる)、必要に応じ、溶媒で希釈した。さらに、2時間攪拌し、均一なポリイミド前駆体溶液を得た。得られたポリイミド前駆体溶液の特性を表1に示した。
[Reference Example 1]
In a glass reaction vessel with an internal volume of 500 mL equipped with a stirrer and nitrogen gas inlet / outlet pipe, water as a solvent is calculated to a target concentration (previously calculated from the input amount of PPD and s-BPDA to a predetermined concentration). In this case, 9% by weight of 450 g) was added, and to this was added PPD as a diamine, 0.124 mol (13.44 g) and 1,2-DMZ of 0.31 mol (29.87 g diamine). 2.5 moles) was added and stirred at 25 ° C. for 1 hour to dissolve. First, 0.118 mol (0.95 times mol of 34.73 g diamine) of s-BPDA was added to this solution, and the mixture was stirred at 25 ° C. for 8 hours. Further, s-BPDA is added stepwise so that the target solution viscosity (here 5 Pa · s) and solid content concentration (here 9 mass%) are obtained (substantially equimolar with diamine). Dilute with solvent if necessary. Furthermore, it stirred for 2 hours and obtained the uniform polyimide precursor solution. The characteristics of the obtained polyimide precursor solution are shown in Table 1.

〔参考例2〜11〕
表1に記載したジアミン成分、アミン類、溶媒を用いた以外は、参考例1と同様にして、ポリイミド前駆体溶液を得た。得られたポリイミド前駆体溶液の特性を表1に示した。なお、実施例4では、溶媒として、水/エタノール(質量比:15/85)で混合した溶媒を用いた。
参考例8、9は、不溶な成分があり、不均一な溶液であった。
[Reference Examples 2 to 11]
A polyimide precursor solution was obtained in the same manner as in Reference Example 1 except that the diamine component, amines, and solvent described in Table 1 were used. The characteristics of the obtained polyimide precursor solution are shown in Table 1. In Example 4, a solvent mixed with water / ethanol (mass ratio: 15/85) was used as the solvent.
Reference Examples 8 and 9 had insoluble components and were non-uniform solutions.

〔実施例1〕
図1に示す電界紡糸装置を用いた電界紡糸法により、次のようにして参考例1で得られたポリイミド前駆体溶液を用いたポリイミド繊維を製造した。
ポリイミド前駆体溶液を高電圧25kVが印加された、0.7mmの細孔を有するノズルより空気中に吐出量0.1cc/Hで吐出し、電気的に接地された捕集電極上に、基材として、アルミ箔(厚さ12μm)、ガラス基板もしくはポリイミドフィルムを用い紡糸した。ノズルから捕集電極までの距離は110mmとした。適時、ノズルと捕集電極の位置を移動させることでポリイミド前駆体の繊維(不織布)を製造した。
得られたポリイミド前駆体の繊維(不織布)は、熱風循環オーブンを用い、空気中200℃、1時間の加熱処理をおこない、ポリイミドの繊維(不織布)を得た。(FT−IRにて、イミド化が完了していることを確認した。)
ポリイミド繊維製造の評価結果を表1に示した。
[Example 1]
A polyimide fiber using the polyimide precursor solution obtained in Reference Example 1 was produced by the electrospinning method using the electrospinning apparatus shown in FIG.
A polyimide precursor solution was discharged into the air at a discharge rate of 0.1 cc / H from a nozzle having 0.7 mm pores to which a high voltage of 25 kV was applied, and the substrate was electrically grounded on a collecting electrode. As a material, an aluminum foil (thickness 12 μm), a glass substrate or a polyimide film was used for spinning. The distance from the nozzle to the collecting electrode was 110 mm. A polyimide precursor fiber (nonwoven fabric) was produced by moving the position of the nozzle and the collecting electrode at appropriate times.
The obtained polyimide precursor fiber (nonwoven fabric) was subjected to heat treatment at 200 ° C. for 1 hour in air using a hot air circulating oven to obtain polyimide fibers (nonwoven fabric). (It was confirmed by FT-IR that imidization was completed.)
The evaluation results of the polyimide fiber production are shown in Table 1.

〔実施例2〜7、比較例1〜4〕
実施例1と同様にして、実施例2〜7では、参考例2〜7のポリイミド前駆体溶液を用い、比較例1〜4では、参考例8〜11のポリイミド前駆体溶液を用いポリイミド繊維を製造した。なお、紡糸状態を見て、ノズルからの吐出量は、0.1〜1cc/Hの範囲、ノズルから捕集電極までの距離は110〜200mmの範囲、印加する高電圧は15〜25kVの範囲で調整した。ポリイミド繊維製造の評価結果を表1に示した。
なお、実施例5では、長時間連続で紡糸した際、ノズル先端で時より固まりが生じるため、必要に応じ、それを除去する必要があった。
一方、比較例1及び2では溶液中に不溶な成分があるため、ノズルの目詰まりが生じ、ポリイミド繊維を製造できず、比較例3では溶液粘度が高く、高電圧条件でも曳糸できなかった。
[Examples 2-7, Comparative Examples 1-4]
In the same manner as in Example 1, in Examples 2-7, the polyimide precursor solutions of Reference Examples 2-7 were used, and in Comparative Examples 1-4, the polyimide precursor solutions of Reference Examples 8-11 were used. Manufactured. In view of the spinning state, the discharge amount from the nozzle is in the range of 0.1 to 1 cc / H, the distance from the nozzle to the collecting electrode is in the range of 110 to 200 mm, and the applied high voltage is in the range of 15 to 25 kV. Adjusted. The evaluation results of the polyimide fiber production are shown in Table 1.
In Example 5, when spinning continuously for a long time, the tip of the nozzle was hardened more than before, so it was necessary to remove it as necessary.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 2, since there were insoluble components in the solution, the nozzles were clogged, and polyimide fibers could not be produced. In Comparative Example 3, the solution viscosity was high, and stringing was not possible even under high voltage conditions. .

表1に示した結果から分かるとおり、本発明のポリイミド繊維の製造方法では、微細な繊維が得られ、且つポリイミド前駆体溶液に使用する溶媒として、有機溶媒やアミド系溶媒を含まないことから、繊維製造の際発生する揮発成分として、有機溶媒やアミド系溶媒が低減可能である。一方、比較例1〜3では、ポリイミド繊維の製造で不具合が生じた。また、比較例4では、ポリイミド繊維の製造は可能であったが、ポリイミド前駆体の溶解性が乏しいため、溶媒にアミド系溶媒を用いる必要があった。   As can be seen from the results shown in Table 1, in the method for producing a polyimide fiber of the present invention, fine fibers are obtained, and the solvent used for the polyimide precursor solution does not include an organic solvent or an amide solvent. Organic solvents and amide-based solvents can be reduced as volatile components generated during fiber production. On the other hand, in Comparative Examples 1 to 3, problems occurred in the production of polyimide fibers. In Comparative Example 4, it was possible to produce a polyimide fiber, but it was necessary to use an amide solvent as the solvent because the solubility of the polyimide precursor was poor.

1 吐出手段(注射器)
2 筒状の溶液保持槽
3 電界紡糸用ドープ(ポリイミド前駆体溶液)
4 オリフィス
5 ノズル
6 繊維状物質捕集電極
7 高電圧発生器
1 Discharge means (syringe)
2 Cylindrical solution holding tank 3 Dope for electrospinning (polyimide precursor solution)
4 Orifice 5 Nozzle 6 Fibrous material collecting electrode 7 High voltage generator

Claims (7)

ポリイミド前駆体溶液を用いて紡糸することによってポリイミド前駆体繊維を得た後、これをイミド化するポリイミド繊維の製造方法であって、
a)ポリイミド前駆体が、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸である、
b)ポリイミド前駆体溶液の30℃における溶液粘度が0.1〜170Pa・sである、
ことを特徴とするポリイミド繊維の製造方法。
After obtaining a polyimide precursor fiber by spinning using a polyimide precursor solution, a polyimide fiber manufacturing method for imidizing this,
a) The polyimide precursor is a polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure.
b) The solution viscosity of the polyimide precursor solution at 30 ° C. is 0.1 to 170 Pa · s.
A method for producing a polyimide fiber, characterized in that:
さらに、
c)溶媒として、水、アルコール類または多価アルコール類から選ばれた、少なくとも一種を50質量%以上含有する、
ことを特徴とする請求項1に記載のポリイミド繊維の製造方法。
further,
c) As a solvent, 50 mass% or more of at least 1 type chosen from water, alcohol, or polyhydric alcohol is contained,
The manufacturing method of the polyimide fiber of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸が、下記一般式(1)で表されるポリアミド酸であることを特徴とする請求項1〜2いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。
(一般式(1)中、Aは4価の芳香族基、Bは2価の芳香族基であり、X、Xは、いずれか一方または両方が塩基性化合物である。)
3. The method for producing a polyimide fiber according to claim 1, wherein the polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure is a polyamic acid represented by the following general formula (1): .
(In General Formula (1), A is a tetravalent aromatic group, B is a divalent aromatic group, and one or both of X 1 and X 2 are basic compounds.)
前記一般式(1)中の塩基性化合物がアミン化合物またはアルカリ金属であることを特徴とする請求項3に記載のポリイミド繊維の製造方法。 The method for producing a polyimide fiber according to claim 3, wherein the basic compound in the general formula (1) is an amine compound or an alkali metal. 前記一般式(1)中のAが、4価のフェニル基またはビフェニル基であることを特徴とする請求項3〜4いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。 The method for producing a polyimide fiber according to any one of claims 3 to 4, wherein A in the general formula (1) is a tetravalent phenyl group or a biphenyl group. 前記一般式(1)中のBが、2価のフェニル基またはオキシジベンゼン基であることを特徴とする請求項3〜5いずれかに記載のポリイミド繊維の製造方法。 B in said general formula (1) is a bivalent phenyl group or an oxydibenzene group, The manufacturing method of the polyimide fiber in any one of Claims 3-5 characterized by the above-mentioned. 下記特性を有する、繊維、耐熱フィルター、耐熱不織布、耐熱フェルトまたは耐熱セパレータ製造用のポリイミド前駆体溶液。
a)ポリイミド前駆体が、分子構造の一部にカルボン酸塩構造を有するポリアミド酸である。
b)ポリイミド前駆体溶液の30℃における溶液粘度が0.1〜170Pa・sである。
A polyimide precursor solution for producing fibers, heat-resistant filters, heat-resistant nonwoven fabrics, heat-resistant felts or heat-resistant separators having the following characteristics.
a) The polyimide precursor is a polyamic acid having a carboxylate structure as part of the molecular structure.
b) The solution viscosity of the polyimide precursor solution at 30 ° C. is 0.1 to 170 Pa · s.
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