JP2517628B2 - 新規成形用ド―プ - Google Patents

新規成形用ド―プ

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JP2517628B2 JP62273988A JP27398887A JP2517628B2 JP 2517628 B2 JP2517628 B2 JP 2517628B2 JP 62273988 A JP62273988 A JP 62273988A JP 27398887 A JP27398887 A JP 27398887A JP 2517628 B2 JP2517628 B2 JP 2517628B2
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Artificial Filaments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、耐熱性及び力学的性質の優れたポリイミド
成形体、特に繊維、フィルム、パルプ状粒子を製造する
際に有用な成形用原液となり得る流動複屈折性を示す新
規な新規成形用ドープに関する。
(従来の技術) 従来、ポリイミドは耐熱性、機械的特性、電気的特
性、耐候性等の優れた繊維、フィルム、その他の成形品
の原料として有用であることが知られている。例えば、
4,4′−ジアミンジフェニルエーテルとピロメリット酸
ジ酸無水物から製造されるポリイミドからは優れた耐熱
性を有するフィルムが得られ、電気絶縁用途等に広く使
用されている。また、耐熱性繊維・フィルムの分野で
は、アラミド系の繊維や合成紙、ポリイミド系のフィル
ム等が使用されているが、宇宙・航空機用途の先端素材
の高度化等によって、より高い耐熱性と高強力・高モジ
ュラス等の機械的特性を有するものが近年要求されるよ
うになっている。
耐熱性繊維の分野でも、近年、比較的剛直な骨格を有
するポリイミド繊維の報告がなされている。特公昭57−
37687号公報には、ポリアミド酸溶液を1価、2価もし
くは3価アルコールもしくはそれらの混合物又は極性溶
媒の水溶液中に紡出し、得られたゲル繊維を延伸・乾燥
・熱処理することにより、耐炎性で高強力・高モジュラ
スの繊維を製造する技術が記載されている。また、繊維
学会誌、40、T−480(1984)及び特開昭59−157319号
公報等には、ポリアミド酸の一部をポリイミドに閉環す
ることにより湿式凝固性の改良された紡糸原液となし、
これを同様に湿式紡糸して得た糸状体を無水酢酸/ピリ
ジン系に浸漬してイミド化を促進し、乾燥後に熱処理し
て、さらに力学特性の優れたポリイミド繊維を得ること
が記載されている。しかしながら、いずれの方法によっ
て得られる繊維もその力学特性は、高性能繊維として満
足できるレベルには達していない。これは、一般に剛直
骨格を有するポリマーで、かつ溶液成形により高度な力
学特性を得る場合、成形用ドープが、ポリ−p−フェニ
レンアミドの製造方法に代表される様に流動複屈折性、
更には光学異方性を示すことが重要な条件となってい
る。これは、ポリマー分子鎖がドメインと呼ばれる集合
体組織を形成することにより、極めて配向しやすい状態
が成形前に予め作られ、その結果、高度に配向の促進し
た成形体を得ることができるからである。剛直骨格ポリ
ミイドの場合、成形用ポリアミド酸ドープが、流動複屈
折性、更には光学異方性を示すことはないばかりか、最
終的に得られるポリイミドが剛直であっても、その成形
用前駆体であるポリアミド酸は、下記の如く、 (Arは剛直骨格ジアミン残基) (1)の様なp−配向体と(2)の様なm−配向体とが
混在する骨格を持ち、従ってポリマー分子鎖は直線でな
く、折れまがった針金の様な状態となる。従って、成形
時の配向促進が困難で、得られる力学特性も満足な値を
示さない。これに対し、特開昭60−65112号公報等に示
される如く、ポリイミド骨格をややフレキシブルなもの
とし、溶媒可溶性のポリイミドを得、これを成形するこ
とにより高強力繊維を得る方法が提案されているが、こ
の場合は骨格がフレキシブルな故、高モジュラス化は達
成されない。
(発明の目的) 本発明の主たる目的は、上述の如き先行技術の問題点
を解決し、耐熱性及び力学的性質の優れたポリイミド成
形体、特に繊維、フィルムパルプ状粒子等を製造する際
に有用な新規な成形用ドープ、就中、ポリイミド成形用
ドープとしては従来にない流動複屈折性を示し、成形時
に高度に配向しやすい成形用ドープを提供することにあ
る。
(発明の構成) 本発明の、新規成形用ドープは、構成単位が下記
(I)式で表され、少なくとも1.0の固有粘度を有する
ポリマーと、該ポリマーの10%以上の高濃度溶液を形成
し得る溶媒とからなり、かつ流動複屈折性を示すことを
特徴とする新規成形用ドープ [R1、R2は、炭素数が1から18の脂肪族アルコール残
基、炭素数が7から18の芳香族アルコール残基、炭素数
が6から18の脂環族アルコール残基より選ばれ、同一ま
たは異なっていてもよい。
R3は、鎖伸長結合が同軸であるp−フェニレンジアミ
ン、ベンジジン及び4,4″−ジアミノ−p−ターフェニ
ルの群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジアミン残
基を表わす。] である。
上記(I)式よりなるポリマーは、下記(a)、
(b)を原料として用い、重縮合することにより製造さ
れる。
H2N−R3−NH2 ……(b) ここにR1、R2、R3は前記に定義した通りである。
(a)の製造法の一例を示すと、工業化学雑誌、71巻,9
号,1560,(1968)等に記載されている如く、 (i)ピロメリット酸二無水物を、アルコールと反応さ
せる。ここで用いるアルコールとしては、炭素数が1か
ら18の脂肪族アルコール、炭素数が7から18の芳香族ア
ルコール、または炭素数が6から18の脂環族アルコール
が使用され、特に炭素数が1から12の脂肪族アルコー
ル、炭素数が6から12の脂環族アルコールが好ましく、
中でも1級または2級のアルコールが好ましい。これら
は、特に1種だけでなく、併用して良い。この反応は、
単にピロメリット酸二無水物をアルコール中で室温〜還
流温度で反応させれば良い。但し、この際、水分をでき
るだけ少なくする事が高分子量のポリマーを得るのに好
ましい。
(ii)かくして得られるピロメリット酸ジエステルに塩
化チオニルを加えカルボン酸を塩化物とし、再結晶によ
り(a)を得る。(a)と(b)とを溶媒中で反応させ
ることにより、ポリマー(I)が得られる。ここで、
(b)として用いられるジアミンは、鎖伸長結合が同軸
に伸びているいわゆる剛直構造の芳香族ジアミンで、p
−フェニレンジアミン、ベンジジン及び4,4″−ジアミ
ノ−p−ターフェニルの群から選ばれる少なくとも1種
の芳香族ジアミンであり、これらは核置換基を有してい
ても良い。これらのジアミンは単独あるいは2種以上の
混合物として重合に供する。反応溶媒については、上記
の如き原料モノマー(a)、(b)を溶解し、かつそれ
らと実質的に非反応性であり、好ましくは固有粘度が少
なくとも1.0以上、より好ましくは1.2以上のポリマーを
得ることが可能なものであれば如何なる溶媒も使用でき
る。例えば、N,N,N′,N′−テトラメチル尿素(TMU)、
N,N−ジメチルアセトアミド(DMAC)、N,N−ジエチルア
セトアミド(DEAC)、N,N−ジメチルプロピオンアミド
(DMPR)、N,N−ジメチルブチルアミド(NMBA)、N,N−
ジメチルイソブチルアミド(NMIB)、N−メチルピロリ
ドン−2(NMP)、N−エチルピロリドン−2(NEP)、
N−メチルカプロラクタム(NMC)、N,N−ジメチルメト
キシアセトアミド、N−アセチルピロリジン(NAPR)、
N−アセチルピペリジン、N−メチルピペリドン−2
(NMPD)、N,N′−ジメチルエチレン尿素、N,N′−ジメ
チルプロピレン尿素、N,N,N′,N′−テトラメチルマロ
ンアミド、N−アセチルピロリドン等のアミド系溶媒、
p−クロルフェノール、フェノール、m−クレゾール、
p−クレゾール、2,4−ジクロルフェノール等のフェノ
ール系溶媒もしくはこれらの混合物をあげることができ
る。ポリマーの製造は、前記モノマー(a)、(b)を
脱水した上記の溶媒中で通常のポリアミドの溶液重合法
と同様に製造する。この際の反応温度は80℃以下、好ま
しくは60℃以下とする。温度が高すぎるとイミド化反応
が起こることがあるためである。また、この時の濃度は
モノマー濃度として1〜20wt%程度が好ましい。ここ
で、得られたポリマーは、上記溶媒には高濃度で溶解し
ないため(一般には、数%程度)、目的とする流動複屈
折性を示す新規成形用ドープは得られない。そこで重合
後、ポリマーを単離し硫酸またはメタンスルホン酸、好
ましくは濃度98wt%以上の濃硫酸またはメタンスルホン
酸あるいは発煙硫酸に溶解することにより、目的とする
流動複屈折性を示す成形用ドープが得られる。ここでい
う流動複屈折性とは、例えば2枚のガラス板間でドープ
をはさみ、若干のずり変形を与えた時に光学異方性が観
察される状態をいう。静止下で光学異方性を示すものも
当然の如く含まれる。ドープが流動複屈折性を示すため
には、ポリマーが高濃度で溶解していることが必要であ
り、10wt%以上が好ましく、15wt%以上がより好まし
い。
また、ポリマーを溶解する前に、溶解性が損なわれな
い程度に部分的にイミド化せしめておいてもよい。イミ
ド化は、加熱脱水あるいは無水酢酸/ピリジンによる化
学環化等の通常の方法が適用できる。
以上の如き成形用ドープは、成形性にすぐれ、湿式法
あるいはドライジェット湿式法により繊維、フィルム、
パルプ状粒子等に成形することができる。
(発明の作用・効果) 本発明が対象とする剛直骨格ポリミイドの場合、流動
複屈折性を示すような成形用ポリアミド酸ドープはこれ
まで提案されておらず、また該ポリアミド酸は前述の如
くp−配向体とm−配向体との混在タイプで成形時の配
向促進も殆ど期待し得なかった。この点、本発明は、エ
ステル化したポリアミド酸を採用し、且つこれに対して
特殊な溶媒を選択してドープを形成したので、このドー
プの成形時には高度な配向状態が形成され、従って耐
熱、及び力学的特性のすぐれたポリイミド成形体を得る
ことが可能となる。特に本発明のドープから紡糸した繊
維は、耐熱性繊維として、又、高強度高モジュラス繊維
として、ロープ、ベルト、絶縁布、濾布、ハニカム構造
材料等の分野や、タイヤ等のゴム製品、熱硬化性又は熱
可塑性樹脂の補強材、さらには防護衣料等の分野に広く
使用することができる。
(実施例) 以下、本発明を実施例を挙げて説明する。実施例中固
有粘度(ηinh)は、ポリマー濃度0.5g/dlで30℃におい
て測定した値である。
実施例1 無水ピロメリット酸(PMDA)とメタノールとを混合、
反応させた後、メタノールを留出乾固したジメチルエス
テルを塩化チオニル中で還流反応させた。得られた反応
物を冷却後沈澱物を濾別し、トルエンで再結晶して得ら
れる酸塩化物はNMR、赤外分析の結果、2,5−ジカルボメ
トキシテレフタル酸塩化物(A)であることを確認し
た。300℃で脱水乾燥した塩化カルシウムをN−メチル
ピロリドン(NMP)に2wt%溶解し、更にモレキュラーシ
ブスで脱水した溶液を重合溶媒としパラフェニレンジア
ミン2.46gを上記溶媒150ml中に乾燥窒素気流中で溶解し
た。このアミン溶液を外部冷却により−10℃に保ち上述
の酸塩化物(A)を7.31g添加し、重合反応せしめた。
酸塩化物(A)が完全に溶解し、溶液が徐々に粘稠と
なったところでピリジン5mlを添加し、かつ温度を50℃
に上昇させると反応は急速に進行し、溶液が粘稠となる
とともに一部重合物の析出が見られた。更に撹拌を2時
間続行し重合反応を終了した。反応終了後、常温に戻し
大量のメタノール中に投入し重合体を析出させた。得ら
れた重合体を濾別し、更にメタノール、アセトンで洗浄
後、真空乾燥した。
上記重合体を濃硫酸に20wt%の濃度で溶解したところ
非常に高粘度の溶液となった。得られた溶液を顕微鏡に
よりクロスニコル下で観察すると静置下では光学異方性
は観察されなかったが、若干のずり変形により光の透過
が見られ流動複屈折性を有していた。更に該溶液を共軸
二重円筒式レオメータを用い常温で剪断速度と定常流粘
性との関係を調べたところ、剪断速度の増大とともに粘
性の急激な低下が見られ、かつニュートン領域が明瞭に
は存在しなかったことから液晶ライクな構造が溶液中に
形成されていると判断された。なお、濃硫酸溶液で測定
したηinhは2.0であった。該溶液を成形用ドープとして
用い、エアギャップ10mmのドライジェット紡糸を行い、
水中で凝固、延伸したところ下記表−Iに示した如く高
度な力学特性を有する繊維(as spun)が得られた。更
に該繊維を乾燥後、250℃、500℃と2段熱処理を緊張下
で実施したところ、これも表−Iに示したが更に高度な
力学特性を有する耐熱性繊維が得られた。
実施例2 実施例1における酸塩化物(A)の代わりに2,5−ジ
カルボフェノキシテレフタル酸塩化物(B)を、パラフ
ェニレンジアミンの代わりに2−クロルパラフェニレン
ジアミンをそれぞれ用い同様に重合せしめ、得られた重
合体を濃硫酸に22wt%となるよう溶解したところ溶液は
流動複屈折性を示した。該溶液は良好な成形性を示し
た。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】構成単位が下記(I)式で表され、少なく
    とも1.0の固有粘度を有するポリマーと、該ポリマーの1
    0%以上の高濃度溶液を形成し得る溶媒とからなり、こ
    れにより流動複屈折性を示すことを特徴とする新規成形
    用ドープ。 [R1、R2は、炭素数が1から18の脂肪族アルコール残
    基、炭素数が7から18の芳香族アルコール残基、炭素数
    が6から18の脂環族アルコール残基より選ばれ、同一ま
    たは異なっていてもよい。 R3は、鎖伸長結合が同軸であるp−フェニレンジアミ
    ン、ベンジジン及び4,4″−ジアミノ−p−ターフェニ
    ルの群から選ばれる少なくとも1種の芳香族ジアミン残
    基を表わす。]
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