JP2615002B2 - ポリイミドフィルムからなる耐熱性接着剤 - Google Patents

ポリイミドフィルムからなる耐熱性接着剤

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、耐熱性に優れたポリイミドフィルムからな
る耐熱性接着剤に関する。
〔従来の技術〕
エレクトロニクス、宇宙航空機器、輸送機器等の分野
に於いては各種工業材料の高性能、軽量化が計られ、そ
のため、より高温特性に優れた材料が求められている。
従来、構造用接着剤、成形材或いは複合材の材料とし
て用いられているエポキシ系、変性エポキシ系、フェノ
リック系等の樹脂は、耐熱性に著しい欠点がある。
この欠点を改良した材料としてポリイミド系樹脂が用
いられている。然し、通常のポリイミド樹脂は完全に環
化し、ポリイミド状態になると溶融流動性が非常に乏し
く使用には限界があった。溶剤や多くのアミド酸等が残
っている状態では、溶融流動性は良くなるが、環化の際
発生する水分或いは溶剤により空隙が発生し、物性を低
下させるので好ましくない。
溶融流動性を改良したポリイミド樹脂として3,3′,4,
4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、無水
ピロメリット酸等のテトラカルボン酸二無水物と、3,
3′−ジアミノベンゾフェノン等のジアミン化合物を有
機溶剤中で反応させて得られるポリアミド酸を加熱イミ
ド化して得られるポリイミド樹脂が米国航空宇宙局(NA
SA)により開発された。(例えば、米国特許第4,065,34
5号、米国特許第4,094,862号) 然しこのポリイミド樹脂とてまだ溶融流動性は充分満
足できるものではなく、使用にあたっては制限が多いと
いう問題があった。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の課題は、上記したNASA開発のポリイミドを宇
宙航空機、エレクトロニクス、輸送機器等の分野で使用
できる耐熱性に優れた耐熱性接着剤として提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者等は前記課題を解決するために鋭意検討した
結果、 式(I) 〔式中、R1から成る群より選ばれた基を表し、R2から成る群より選ばれた基を表し、Zは、 −CH2−、 −O−、 −SO2−及び−S− から成る群より選ばれた基を表し、R3はアルキル基及び
アリール基から成る群より選ばれた基を表し、Yは水素
原子、アルキル基及びアリール基からなる群より選ばれ
た基を表す。〕で表される繰り返し単位を有するポリア
ミド酸の有機溶剤溶液を支持体上に流延した後、脱水イ
ミド化剤と反応させて化学イミド化し成形してなる実質
的に式(II) 〔式中、R1、R2は式(I)のR1、R2と同一である。〕で
表される繰り返し単位を有するポリイミドフィルムを披
着材の間に挿入して、加圧状態で該ポリイミドのガラス
転移点以上に加熱して接着すると、高い接着強度が得ら
れることを見出し、本発明を完成した。
本発明に於いては、まずポリアミド酸の有機溶剤溶液
を製造する。一般的にはテトラカルボン酸二無水物とジ
アミン化合物をポリアミド酸可溶性の有機溶剤の中で、
公知の方法で反応させる。具体的には、例えばジアミン
化合物を有機溶剤に溶解或いは懸濁させてテトラカルボ
ン酸二無水物を徐々に添加することにより、或いはその
逆にテトラカルボン酸二無水物溶液にジアミン化合物を
徐々に添加することにより製造する。
使用するテトラカルボン酸二無水物としては、無水ピ
ロメリット酸、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカ
ルボン酸二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニ
ル)エーテル二無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェ
ニル)スルボン二無水物、ビス(3,4−ジカボキシフェ
ニル)メタン二無水物等が好ましい。特に好適なテトラ
カルボン酸二無水物は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。)であ
る。
これらのテトラカルボン酸二無水物は単独でも2種以
上混合して用いても何ら問題はない。
使用するジアミン化合物としては、3,3′−ジアミノ
ベンゾフェノン、3,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,
3′−ジアミノジフェニルスルホン、3,4′−ジアミノジ
フェニルスルホン、3,3′−ジアミノジフェニルメタ
ン、3,4′−ジアミノジフェニルメタン、3,3′−ジアミ
ノジフェニルスルフィド、3,4′−ジアミノジフェニル
スルフィド、3,3′−ジアミノジフェニルエーテル、3,
4′−ジアミノジフェニルエーテル等が挙げられる。
これら3,3′−又は3,4′−位にジアミノ基を有する化
合物を使用することが本発明の優れた加工性と高い接着
強度を有するポリイミドフィルムを得るために望まし
い。中でも特に好ましいジアミン化合物は、3,3′−ジ
アミノベンゾフェノン(以下、3,3′−DABPと略記す
る。)である。
これらのジアミン化合物は、単独でも2種以上混合し
て用いても何ら問題はない。
使用する有機溶剤としては、N,N−ジメチルアセトア
ミド、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホ
ルムアミド、ジエチレングリコールジメチルエーテル等
があげられ、脱水イミド化反応操作の点からはN,N−ジ
メチルアセトアミド等の極性非プロトン溶剤が好まし
い。
得られたポリアミド酸溶液は通常の4〜45%の樹脂分
を含むものが溶液の取り扱い易さから好ましい。尚、ポ
リアミド酸溶液の粘度としてはブルックフィールド粘度
計により測定した粘度で表して25℃で50〜50,000センチ
ポイズの範囲であることが望ましい。
また、ポリアミド酸の固有粘度は0.2〜2.0dl/gの範囲
であることが得られるポリイミド樹脂の機械的強度、溶
融流動性、耐熱性等から好ましい。
尚、固有粘度は次の式で算出する。
ηinh=(1/C)・ln(η/η) (上式に於いて、 ln=自然対数 η=N,N−ジメチルアセトアミド100ml中にポリアミド酸
0.5gを溶かした溶液の粘度(35℃) η=N,N−ジメチルアセトアミドの粘度(35℃) C=溶剤100ml当たりポリアミド酸のgで表された重合
体溶液濃度である。) 得られたポリアミド酸の製膜及び化学イミド化は、ポ
リアミド酸溶液を支持体上に流延した後、脱水イミド化
剤と反応させて化学イミド化する方法で行われる。具体
的には、ポリアミド酸溶液を支持体上に流延した後、脱
水イミド化剤に浸漬する方法が一般的である。
断水イミド化剤としては、例えば無水酢酸、無水プロ
ピオン酸、無水イソ酪酸、無水酪酸から選ばれた単独或
いは混合物を用いる。
また、脱水イミド化剤の使用量はポリアミド酸に存在
するカルボキシル基に対して1当量以上を用いるのが好
ましい。尚、脱水イミド化剤は溶剤で希釈して使用して
差し支えない。
希釈溶剤は、後のフィルムの乾燥操作で容易に除去で
きるものが好ましく、ポリアミド酸溶液に含まれる溶剤
より沸点の低いものが望ましい。
尚、イミド化触媒を同時に添加することも可能で、触
媒の例としてはトリメチルアミン、トリエチルアミン、
トリブチルアミン、ピリジン、α−ピコリン、β−ピコ
リン、γ−ピコリン、ルチジン等の第3級アミン類が挙
げられる。触媒を用いる場合には、ポリアミド酸に存在
するカルボキシル基に対して0.05当量以上、好ましくは
0.1〜1.5当量を使用する。
尚、脱水イミド化剤、イミド化触媒、希釈溶剤は流延
した液膜からポリアミド酸溶液中の溶剤の抽出も同時に
行うものである。化学イミド化は−20℃〜50℃の範囲の
温度で行なうことが好ましい。
尚、流延はドクターナイフ、コーター、アプリケータ
ー、T−ダイ等を用いて行なう。また、支持体は金属、
樹脂のベルト、ドラム或いはプレートまたはガラス板等
を用いる。流延した樹脂溶液は脱水イミド化剤と接触さ
せる。
得られたポリイミドフィルムは原料モノマー又は製造
方法にもよるが、淡黄色から褐色の透明なフィルム或い
は黄白色から黄色の不透明フィルムである。
尚、このポリイミド中に物性に大きな影響を及ぼさな
い範囲の未環化のアミド酸基が残っていても、また化学
イミド化によらないイミド化部分が存在しても何ら差し
支えない。また、フィルム中の残存揮発分は後の接着操
作の際、ブリスターを発生する等のトラブルを引き起こ
すので少ない方が好ましく、通常12重量%以下であるこ
とが望ましい。
本発明のポリイミドフィルムを用いて接着を行なうに
は、接着材の間に該ポリイミドフィルムを挿入して加圧
下に該ポリイミドのガラス転移点以上に加熱する。加熱
又は加圧方法は熱プレス、熱ロール、高周波による誘導
加熱、ダブルベルトプレス、オートクレープ等の公知の
方法が可能である。また、接着圧力は0〜500kg/cm2
特に0.1〜20kg/cm2の範囲が望ましい。
以上の操作で得られた接着体は高温に於いても優れた
接着強度を示す。
〔実施例〕 本発明を実施例及び比較例により具体的に説明する。
実施例−1 (a) 重合 500ml四つ口フラスコにN,N−ジメチルアセトアミド30
0ml及びBTDA48.33g(0.15モル)を入れ、3,3′−DABP粉
末31.85g(0.15モル)を徐々に添加した。添加に従って
溶液の粘度が増大する。添加終了後も更に4時間撹拌を
続けて反応を終了させた。得られたポリアミド酸溶液は
淡褐色透明であり、ポリアミド酸の固有粘度は0.74dl/g
(0.5g/10mml N,N−ジメチルアセトアミド溶液、35℃)
であった。
(b) 製膜及びイミド化 (a)で得られたポリアミド酸溶液を250μmの厚さ
にドクターナイフを用いてガラス板上に流延した。液膜
はガラス板ごと無水酢酸250g(33重量%)、トリエチル
アミン125g(17重量%)及びN,N−ジメチルアセトアミ
ド375g(50重量%)からなる溶液に10分間浸漬した。更
にフィルムをガラス板上に付着させたまま120℃で1時
間乾燥した。次にガラス板から剥離して、端部を固定し
て更に150℃で1時間、180℃で1時間、220℃で30分間
加熱乾燥して、黄色のフィルムを得た。得られたフィル
ムの引張強度は7.1kg/mm2(23℃)、伸びは4.2%(23
℃)であった。
(c) 接着試験 (b)で得られたポリイミドフィルムを2枚の冷間圧
延鋼板(JIS G−3141、SPCC、SD、サイズ1.6×25×10
0mm)に挿入し、熱プレスで330℃、5kg/cm2で接着し
た。得られた接着体の引張剪断接着強さは室温で260kg/
cm2、250℃で184kg/cm2であった。(測定方法はJIS K
−6848及びK−6850による。)また、得られた接着体の
180゜剥離接着強度は室温で17.5kg/25mm、250℃で12kg/
25mmであった。(測定方法はJIS K−6848及びK−685
4による。) また前記(a)で得られたポリアミド酸溶液を室温で
1日放置して、前記(c)と同様の接着試験を行った。
その結果、引張剪断接着強さは室温で265kg/cm2、250℃
で183kg/cm2であった。また、180゜剥離接着強度は室温
で17.5kg/25mm、250℃で13kg/25mmであった。
比較例−1 実施例−1と同様にして実施して調製した(b)のポ
リアミド酸溶融全量に、ひき続き無水酢酸45.94kg(0.0
9モル)、β−ピリコン8.4g(0.09モル)およびN,N−ジ
メチルアストアミド40gからなる溶液を乾燥窒素気流下
で撹拌しながら滴下した。得られた溶液を室温で1日放
置して、実施例−1の(c)と同様の接着試験を行っ
た。その結果、引張剪断接着強さは室温で130kg/cm2、2
50℃で100kg/cm2であった。また、180゜剥離接着強度は
室温で3kg/25mm、250℃で1kg/25mmであった。
実施例−2〜6 各種テトラカルボン酸二無水物及びジアミン化合物を
用いて実施例−1と同様の方法で重合を行い、得られた
ポリイミドフィルムを用いて接着試験を行い、表−1の
結果を得た。
比較例−2 実施例−1(a)と同一条件で重合を行い、固有粘度
0.72dl/g(0.5g/100ml N,N−ジメチルアセトアミド溶
媒、35℃)のポリアミド酸溶液を得た。この溶液を250
μmの厚さのドクターナイフを用いてガラス板上に流延
した。これを120℃で1時間、150℃で1時間乾燥させた
後、ガラス板から剥離して、端部を固定して更に180℃
で1時間、220℃で30分乾燥して、加熱イミド化及び揮
発分の除去を行い黄色のフィルムを得た。
得られたフィルムの引張強度は8.4kg/cm2(23℃)、
伸びは4.5%(23℃)であった。
接着試験 実施例−1(c)と同様の方法で接着し、得られた接
着体の引張剪断接着強さは室温で139kg/cm2、250℃で10
8kg/cm2であった。また180゜剥離接着強度は室温で6.6k
g/25mm、250℃で4.1kg/25mmであった。
実施例−7 (a) 重合 500ml四つ口フラスコに、N,N−ジメチルアセトアミド
300ml及び3,3′−DABP15.92g(0.075モル)及び3,4′−
ジアミノベンゾフェニン15.92g(0.075モル)を入れ、1
5℃,乾燥窒素気流下で撹拌している中にBTDA粉末48.33
g(0.15モル)を徐々に添加した。添加に従って溶液の
粘度が増大する。添加終了後も更に4時間撹拌を続けて
反応を終了させた。得られたポリアミド酸溶液は淡褐色
透明であり、ポリアミド酸の固有粘度は0.74dl/g(0.5g
/100ml、N,N−ジメチルアセトアミド溶媒、35℃)であ
った。
(b) 製膜及びイミド化 (a)で得られたポリアミド酸溶液を実施例−1の
(b)の同様の方法で製膜及びイミド化を行い、黄色の
フィルムを得た。
得られたフィルムの引張強度は7.0kg/mm2(23℃)、
伸びは4.1%(23℃)であった。
(c) 接着試験 (b)で得られたポリイミドフィルムを冷間圧延鋼板
(JIS G−3141、SPCC、SD、サイズ1.6×25×100mm)
に挿入し、335℃、5kg/cm2で接着した。引張剪断接着強
度は室温で221kg/cm2、250℃で172kg/cm2であった。ま
た、180゜剥離接着強度は室温で14.9kg/25mm、250℃で
9.6kg/25mmであった。
実施例−8〜10及び比較例3〜4 実施例−7と同様の方法で各種テトラカルボン酸二無
水物及びジアミン化合物を用いて重合を行い、得られた
ポリイミドフィルムを用いて接着試験を行い、表−2の
結果を得た。
比較例−5 実施例−1の場合と同様の方法で得られたポリアミド
酸溶液を直接冷間案延鋼板に塗布した。塗布された鋼板
を180℃で1時間加熱し、更に減圧下に230℃で12時間加
熱してイミド化を行い鋼板上にポリイミド層を形成させ
た。このポリイミド層を挟むように別の鋼板を重ね実施
例−1と同様に330℃、5kg/cm2の接着条件で接着を行っ
た。
このものの引張剪断強度は室温で96kg/cm2、250℃
で、強度は68kg/cm2であった。
本願のポリイミドフィルムを用いる接着にくらべ引張
剪断強さは著しく劣る。
〔発明の効果〕 本発明のポリイミドフィルムからなる耐熱性接着剤
は、耐熱性及び溶融流動性にも優れた高い接着強度を持
ち、極めて有用である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中嶋 久恵 町田市忠生2−17―1 (56)参考文献 特公 昭37−97(JP,B1) 米国特許4065345(US,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) 〔式中、R1から成る群より選ばれた基を表し、R2から成る群より選ばれた基を表し、Zは −CH2−、 −O−、 −SO2−及び−S− から成る群より選ばれた基を表し、R3はアルキル基及び
    アリール基から成る群より選ばれた基を表し、Yは水素
    原子、アルキル基及びアリール基からなる群から選ばれ
    た基を表す。〕で表される繰り返し単位を有するポリア
    ミド酸の有機溶剤溶液を支持体上に流延した後、脱水イ
    ミド化剤と反応させて化学イミド化し成形してなる実質
    的に式(II) 〔式中、R1、R2は式(I)のR1、R2と同一である。〕で
    表される繰り返し単位を有するポリイミドフィルムから
    なることを特徴とする耐熱性接着剤。
  2. 【請求項2】ポリアミド酸溶液が、3,3′−ジアミノベ
    ンゾフェノンと3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカ
    ルボン酸二無水物を有機溶剤中で反応させて得られたも
    のである特許請求の範囲第1項記載の耐熱性接着剤。
  3. 【請求項3】脱水イミド化剤が、無水酢酸、無水プロピ
    オン酸、無水イソ酪酸、無水酪酸から選ばれた1種以上
    である特許請求の範囲第1項記載の耐熱性接着剤。
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