JP4118649B2 - Method for producing mixed solution of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid - Google Patents

Method for producing mixed solution of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法に関するものである。より詳しくは、芳香族ポリアミドと芳香族ポリイミドとを複合化させた繊維あるいはフィルム等の成形体を製造する際の前駆体に好適な安定した芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法を提供するものである。
【0002】
【従来の技術】
芳香族ポリアミド樹脂は、剛直な芳香族環をアミド結合で連結させた構造をとり、耐熱性、機械特性、耐薬品性等に優れた素材として、繊維あるいはフィルムの形態で電気絶縁材料、各種補強剤、防弾繊維等、幅広く利用されており工業的に極めて価値の高い素材の一つである。一方、芳香族環の結合部位がイミド構造である芳香族ポリイミド樹脂も、その優れた耐熱性や機械特性を生かして電子実装用途を始めとする薄層電子部品の構成材料等への実用化が行われている。このように、近似した化学構造をとる両ポリマーはそれぞれの分野で用途展開が進んでいるものの、両ポリマーからなる樹脂組成物や分子レベルで複合化させた複合化物については、ほとんど検討されていない。芳香族ポリアミドが用いられる各種用途では、さらに高いヤング率が好まれている分野は多いにもかかわらず、ポリアミドよりさらに剛直で理論弾性率の高い芳香族ポリイミドを補強剤として、ポリアミドと複合化して用いようとする試みはこれまでほとんど報告されていなかった。
【0003】
その原因の一つとして、製造方法の困難さがあるものと思われる。一般に、芳香族ポリイミド樹脂は溶媒に不溶である。従って、ポリイミドは通常、N−メチル−2−ピロリドン(以下、NMPと略する)等のアミド系溶媒の存在下、芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸二無水物とを反応させて得られる芳香族ポリアミック酸溶液をその前駆体として利用しており、例えばそれを溶液キャストした後、加熱によりアミック酸を脱水閉環してポリイミドのフィルムを得る、というプロセスをとる。かかるように、前駆体であるポリアミック酸はポリアミドと同じくアミド系溶媒の溶液として得られるため、ポリアミド/ポリイミド複合体を得るには前駆体溶液の状態で芳香族ポリアミド溶液と混合させることが容易に考えられる。ポリアミドとポリアミック酸の混合溶液については、これまでいくつか報告されているが(特許文献1あるいは特許文献2)、いずれも芳香族ポリアミドに関しては単離したもの溶媒に溶解してポリアミド溶液として用いている。というのもポリアミドもNMP等のアミド系溶媒の存在下、芳香族ジアミンと芳香族ジカルボン酸クロライドとを反応させて得られるが、そのまま得られた溶液をポリアミック酸と混合させた場合、該溶液同士はお互いよく混じり合い均一溶液となるものの、単純に混ぜ合わせただけでは得られる混合溶液が不安定になるという問題があった。高温状態にするあるいは室温状態でも、時間の経過により溶液粘度が低下してしまう。これは混合溶液中に存在する水によりポリアミック酸が加水分解を受けるためと推定されるが、その水分は主として芳香族ポリアミド溶液に由来するものである。一般にポリアミドの重合の際に発生する塩酸は水酸化カルシウムや水酸化リチウム等の無機アルカリ塩により中和処理されるため、その結果生成する一定量の水がポリアミド溶液中に存在しているからである。
【0004】
上記の事情により、通常得られる芳香族ポリアミド溶液を用いて、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の安定した混合溶液を得るには、溶液中の水分を除去することが必要である。水の除去方法にはいくつかの方法があるが、水と共沸する溶媒を加えて共沸蒸留により取り除く方法が知られている。例えば芳香族ポリアミック酸を、溶液状態で加熱イミド化させる際に生成する水を除去する方法として、ポリアミック酸溶液に新たに共沸溶媒を加えて加熱閉環させる方法が報告されている(例えば非特許文献1参照)。またポリアミド溶液の場合でも、共沸溶媒を用いた例が報告されている(特許文献3参照)。このように芳香族ポリアミド溶液、または芳香族ポリアミック酸溶液単独の場合では、共沸溶媒を用いた例はあるものの、両者の混合溶液を製造する方法は未だかつて報告されておらず、いかにして安定した混合溶液を製造するかその探索が必要とされていた。
【0005】
【非特許文献1】
Andrew E.Feiringら Macromolecules 1993,26,2779での2781ページ、Solution Polyimide欄
【0006】
【特許文献1】
特公平01−29383号公報 第2項
【0007】
【特許文献2】
特開平09−143282号公報 第5項
【0008】
【特許文献3】
特開昭60−35946号公報 第1頁
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸からなる溶液において、高温状態でも溶液粘度の低下が抑制された安定した混合溶液の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、芳香族ポリアミド溶液と芳香族ポリアミック酸溶液の混合方法をいろいろと検討した。その結果、それぞれのポリマー溶液に水と共沸する溶媒を加えた混合物を、加熱して蒸留しながら攪拌混合する方法が最も効率よく安定した両者の混合溶液を製造できることを見出し、本発明に到達した。
【0011】
すなわち本発明は、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液を調製する際に、それぞれのポリマー溶液および水と共沸する溶媒からなる混合物を加熱蒸留して系内の水および溶媒を留去しながら攪拌混合することを特徴とする、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法である。
【0012】
かかる際の好ましい芳香族ポリアミック酸として、実質的にp−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物の反応で得られたものが挙げられる。また、水と共沸する溶媒としてN−シクロヘキシル−2−ピロリドンを好ましく挙げることが出来る。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳述する。
【0014】
本発明にて用いられる芳香族ポリアミドとは、芳香族環をアミド結合で連結させたものである。ポリアミドは通常アミド系溶媒の存在下、芳香族ジカルボン酸クロライドと芳香族ジアミンとを反応させる溶液重合法により合成される。
【0015】
芳香族ジカルボン酸クロライドとして具体的には、テレフタル酸クロライド、イソフタル酸クロライド、2,6−ナフタレンジカルボン酸クロライドなどが挙げられる。
【0016】
芳香族ジアミンとして具体的には、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,4−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、3,4'−ジアミノジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,4'−ジアミノジフェニルメタン、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、3,4'−ジアミノジフェニルスルホン、4,4'−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フィド、4,4'−ジアミノジフェニルスルフィドなどが挙げられる。
【0017】
これらの組合せのうち、コスト面、得られるポリマーの溶解性、物性面のバランスを考慮すると、ジカルボン酸クロライド成分としてテレフタル酸クロライドを用い、ジアミン成分として、p−フェニレンジアミン単独あるいはp−フェニレンジアミンと3,4'−ジアミノジフェニルエーテルとの組成物を用いた芳香族ポリアミドを好ましく挙げることが出来る。
【0018】
芳香族ポリアミドの分子量は、重合に用いるジアミンとジカルボン酸クロライドの比により制御できるが、ジアミンに対するジカルボン酸クロライドのモル比で、0.90〜1.10、より好ましくは0.95〜1.05の範囲で、用いることが好ましい。
【0019】
また、かかる重合反応の際に用いられる溶媒としては、NMP、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミドおよびこれらの混合溶媒を挙げることが出来るが、実用上NMPが好ましく用いられる。ポリマー濃度としては、1〜30重量%、好ましくは2〜20重量%である。
【0020】
該重合反応では、結果として塩酸を生じるので重合反応後、通常中和剤として水酸化カルシウム、水酸化リチウム等の無機アルカリ塩を加えて中和反応を行い、その結果所定量の水が生成する。
【0021】
本発明で用いられる芳香族ポリアミック酸とは、芳香族環がアミック酸の形で結合されたものであり、アミド系溶媒の存在下、芳香族テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンとを反応させることにより得られる。
【0022】
上記の芳香族テトラカルボン酸二無水物として具体的には、ピロメリット酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3',4,4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3',4'−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5,6−ピリジンテトラカルボン酸二無水物、2,3,4,5−チオフェンテトラカルボン酸二無水物、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、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)メタン二無水物などが挙げられる。また芳香族ジアミンとして具体的には、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、1,4−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン、2,6−ジアミノナフタレン、3,4'−ジアミノジフェニルエーテル、4,4'−ジアミノジフェニルエーテル、3,4'−ジアミノジフェニルメタン、4,4'−ジアミノジフェニルメタン、3,4'−ジアミノジフェニルスルホン、4,4'−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フィド、4,4'−ジアミノジフェニルスルフィドなどが挙げられる。これらの組合せの中でも、p−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物の反応で得られる芳香族ポリアミック酸が、剛直性が極めて高いという物性面および経済性の両面で優れており、芳香族ポリアミドとの複合化という点から好ましく挙げることが出来る。
【0023】
重合により得られる芳香族ポリアミック酸の分子量は、これらジアミンとテトラカルボン酸二無水物の比により制御できるが、ジアミンに対するテトラカルボン酸二無水物のモル比で、0.90〜1.10、より好ましくは0.95〜1.05の範囲で、用いることが好ましい。
【0024】
芳香族ポリアミック酸は、芳香族ポリアミドと同様にアミド系溶媒の存在下、溶液重合により得られる。かかる際に用いる溶媒としては、NMP、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミドおよびこれらの混合溶媒を挙げることが出来るが、実用上NMPが好ましく用いられる。ポリマー濃度としては、0.5〜30重量%、好ましくは1〜15重量%である。重合は発熱反応であり、低温で行われる。
【0025】
混合溶液内の芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の組成は特に制限はなく、任意の割合で両ポリマーの混合溶液を作成することが可能であるが、剛直なポリイミドと複合化することによりポリアミドの機械特性を強化することを考えた場合、芳香族ポリアミック酸成分が、ポリマー成分全体の2〜50重量%、より好ましくは5〜30重量%である混合溶液を好ましく挙げることが出来る。
【0026】
本発明では両ポリマーの混合溶液を製造するにあたり、まずポリアミド溶液とポリアミック酸溶液に、水と共沸する溶媒を加えた混合物を作ることになる。両ポリマーそれぞれの溶液は、同一の溶媒であることが好ましく、どちらもNMPであることがさらに好ましい。
【0027】
水と共沸する溶媒として、具体的にはベンゼン、トルエン、キシレン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドン、クロロホルム、塩化メチレン、四塩化炭素、o−ジクロロベンゼン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソランなどを例示することが出来る。これらの中でもN−シクロヘキシル−2−ピロリドンは、それ自身がアミド系溶媒でもあるので溶液に添加してもポリマーの溶解性を妨げず、また水と相溶性があるので、該混合溶液を湿式製膜あるいは湿式紡糸にかける場合、通常水とNMPからなる凝固浴にも容易に溶解するため好ましい溶媒と言える。
【0028】
水と共沸する溶媒の添加量は、溶液内に存在する水の量や溶媒の種類により異なり特に制限はないが、共沸により完全に水を取り除ける量でかつ、両ポリマーが析出しない範囲であり、通常ポリアミド溶液とポリアミック酸溶液をあわせた溶液量に対して1〜150重量%、好ましくは5〜50重量%の範囲で選ばれる。
【0029】
本発明の、ポリアミド溶液、ポリアミック酸溶液、水と共沸する溶媒からなる混合物を作る際は、ポリアミック酸の分解を抑制するため不活性ガス雰囲気下で出来る限り低い温度で混合することが好ましい。実用性も考慮すると0〜30℃の範囲で行うことが好ましい。一般にポリアミド溶液、ポリアミック酸溶液はどちらも極めて粘度が高く、かかる低温で混ぜて単に攪拌するだけでは両者の溶液を完全に相溶させるのは困難であるが、本発明ではこの状態でさらに上記共沸溶媒を加え、低温から徐々に加熱しながら攪拌混合させ、同時に蒸留により水および溶媒を留去する。この方法により、ポリアミド溶液中に存在する水分だけでなく、ポリアミック酸溶液由来の水分も同時に完全に除くことが出来るので、混合後も加水分解による溶液粘度低下が抑制された、極めて安定した混合溶液を作成することが可能である。
【0030】
蒸留は不活性ガス雰囲気下、常圧で行うことも可能ではあるが、ポリアミック酸の分解を抑制するために出来る限り温度を上げずに速やかに水を留去することが好ましく、従って減圧下で行うことが好ましい。かかる際あまり温度を上げすぎるとポリアミック酸のイミド化反応が進行し、溶媒に不溶化することにより析出あるいはゲル化を引き起こすことがあるので好ましくなく、それとは逆に温度をあまり上げないと、蒸留による水の除去が充分に進まず好ましくない。具体的には蒸留しながら攪拌混合する際の系内の混合物の温度としては、60℃以上150℃以下であることが好ましく、60℃以上120℃以下であることがより好ましい。また、この際留分として共沸混合物の後にもともとのアミド系溶媒、例えばNMP自体が一部留去することになっても何ら差し支えなく、従って留去量によりポリマー濃度を調整することも可能である。
【0031】
かくして得られた混合溶液における全ポリマー濃度は、1〜30重量%、好ましくは2〜20重量%、より好ましくは4〜15重量%である。
【0032】
【実施例】
以下に実施例により本発明を詳述する。但し、本発明はこれら実施例に何ら限定されるものではない。
【0033】
製造例および実施例で用いた溶媒であるN−メチル−2−ピロリドン、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンは、蒸留精製を行い充分に乾燥したものを用いた。テレフタル酸クロライド、ピロメリット酸二無水物は、試薬として購入したものをそのまま用いた。p−フェニレンジアミン、3,4'−ジアミノジフェニルエーテルは、試薬として購入したものを蒸留精製して用いた。
【0034】
実施例及び比較例で行った溶液粘度は以下のようにして測定した。
溶液粘度: 東機産業(株)製のB型粘度計(VTB−250,B8U型)を用いた。カップに溶液を加え窒素雰囲気下、回転数0.5rpmで測定した。
【0035】
[製造例1]
窒素雰囲気下でp−フェニレンジアミン5.41g、3,4'−ジアミノジフェニルエーテル10.01gをN−メチル−2−ピロリドン490mLに溶解し、この溶液を0℃まで冷却した後、激しく攪拌しながらテレフタル酸クロライドの粉末20.30gを加えた。溶液は発熱しながら徐々に粘度が上昇していき透明な高粘度溶液となった。テレフタル酸クロライドを加えてから3時間後から昇温を開始し、オイルバス温度が70℃に達してからさらに2時間攪拌した。この後、水酸化カルシウム7.41gをNMP20gに分散させたスラリーを添加してさらに70℃で1時間攪拌し、副生した塩酸を中和した後、室温まで冷却した。かくして得られた芳香族ポリアミド溶液の溶液粘度は、30℃で37,000ps(ポイズ)であった。
【0036】
[製造例2]
窒素雰囲気下でp−フェニレンジアミン5.41gをN−メチル−2−ピロリドン380mLに溶解し、この溶液を0℃まで冷却した後、激しく攪拌しながら無水ピロメリット酸二無水物の粉末10.91gを加えた。溶液は発熱しながら徐々に粘度が上昇していき透明な高粘度溶液となった。0℃に冷却したまま、無水ピロメリット酸二無水物を添加後3時間攪拌した。かくして得られた芳香族ポリアミック酸溶液の溶液粘度は、30℃で3,000psであった。
【0037】
[実施例1]
製造例1で得られたポリアミド溶液300gと製造例2で得られたポリアミック酸溶液125gを窒素雰囲気下、25℃で混合し、これにさらにN−シクロヘキシル−2−ピロリドン100mLを加えた。かかる混合物を、約15〜20mmHgの減圧状態になるよう真空ポンプで減圧にしながら攪拌し、同時に25℃から昇温を開始した。昇温開始して40分後にオイルバスの温度は100℃に達し、そのまま100℃でさらに1時間攪拌してポリアミド/ポリアミック酸=75/25(重量比)の均一透明な混合溶液を得た。この間、蒸留により留去した溶媒量は31.5gであった。この混合溶液の溶液粘度は、30℃で11,200psであった。さらに窒素雰囲気下、100℃においてB型粘度計のカップ内に測定溶液を入れてローターを攪拌しながら溶液粘度の経時変化を測定したところ、測定開始後30分後で320ps、2時間後でも310psでほとんど変化がなく、高温でも安定な溶液であることが分かった。
【0038】
[実施例2]
ポリアミド溶液量を360g、ポリアミック酸溶液量を50gに変更した他は、実施例1と同様にして、混合および減圧蒸留を行いポリアミド/ポリアミック酸=90/10の(重量比)の均一透明溶液を得た。この間、蒸留により留去した溶媒量は36.2gであった。この混合溶液の溶液粘度は、30℃で18,000psであった。さらに実施例1と同じく窒素雰囲気下、100℃での溶液粘度の経時変化を測定したところ、測定開始後30分後で540ps、2時間後でも540psでほとんど変化がなく、高温でも安定な溶液であることが分かった。
【0039】
[比較例1]
実施例1と同様に、製造例1で得られたポリアミド溶液300gと製造例2で得られたポリアミック酸溶液125gを窒素雰囲気下、25℃で混合した。この後は実施例1と異なり、そのまま窒素雰囲気下25℃の状態で2時間攪拌し、ポリアミド/ポリアミック酸=75/25(重量比)の均一透明な混合溶液を得た。この混合溶液の溶液粘度は、30℃で14,800psであった。さらに実施例1と同じく窒素雰囲気下、100℃においてローターを攪拌しながら溶液粘度の経時変化を測定したところ、測定開始後30分後で160psと低く、さらに2時間後には70psとなり、高温での粘度低下が顕著であることが分かった。
【0040】
[比較例2]
実施例1にて最初に加えたN−シクロヘキシル−2−ピロリドン100mLをN−メチル−2−ピロリドン100mLに変更した他は、実施例1と同様にして、混合および減圧蒸留を行いポリアミド/ポリアミック酸=75/25(重量比)の均一透明溶液を得た。この間、蒸留により留去した溶媒量は25.6gであった。この混合溶液の溶液粘度は、30℃で2700psと実施例1に比べて大幅に低下してしまい、繊維紡糸用の溶液として不適当なものであった。
【0041】
【発明の効果】
本発明により、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の安定した混合溶液を得ることが出来る。該溶液は、高温においてもポリアミック酸の加水分解による溶液粘度の低下が抑えられるため、芳香族ポリアミドと芳香族ポリイミドとを複合化させた繊維あるいはフィルム等の成形体を製造する際に、その前駆体溶液として有効である。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing a mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid. More specifically, a method for producing a stable mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid suitable as a precursor for producing a molded article such as a fiber or film in which an aromatic polyamide and an aromatic polyimide are combined. Is to provide.
[0002]
[Prior art]
Aromatic polyamide resin has a structure in which rigid aromatic rings are connected by amide bonds, and is an excellent material with excellent heat resistance, mechanical properties, chemical resistance, etc. It is one of the most valuable industrial materials that are widely used such as chemicals and bulletproof fibers. On the other hand, an aromatic polyimide resin having an imide structure at the aromatic ring bonding site has also been put to practical use as a constituent material for thin-layer electronic components such as electronic packaging, taking advantage of its excellent heat resistance and mechanical properties. Has been done. As described above, although both polymers having similar chemical structures are being used in various fields, resin compositions composed of both polymers and composites combined at the molecular level have hardly been studied. . In various applications where aromatic polyamides are used, even though there are many fields where higher Young's modulus is preferred, aromatic polyimides that are stiffer and have higher theoretical elastic modulus than polyamides can be combined with polyamides as reinforcing agents. There have been very few attempts to use it so far.
[0003]
One of the causes seems to be the difficulty of the manufacturing method. In general, an aromatic polyimide resin is insoluble in a solvent. Accordingly, a polyimide is usually an aromatic obtained by reacting an aromatic diamine with an aromatic tetracarboxylic dianhydride in the presence of an amide solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter abbreviated as NMP). A polyamic acid solution is used as a precursor thereof. For example, a solution film is cast, and then amic acid is dehydrated and closed by heating to obtain a polyimide film. Thus, since the precursor polyamic acid is obtained as a solution of an amide solvent in the same manner as the polyamide, it can be easily mixed with an aromatic polyamide solution in the state of the precursor solution in order to obtain a polyamide / polyimide composite. Conceivable. Several mixed solutions of polyamide and polyamic acid have been reported so far (Patent Document 1 or Patent Document 2), and all of them are isolated from aromatic polyamides and used as a polyamide solution after being dissolved in a solvent. Yes. This is because polyamide is also obtained by reacting an aromatic diamine with an aromatic dicarboxylic acid chloride in the presence of an amide solvent such as NMP, but when the solution obtained as such is mixed with polyamic acid, Although they mixed well with each other to form a uniform solution, there was a problem that the resulting mixed solution became unstable when simply mixed. Even at high temperature or at room temperature, the viscosity of the solution decreases with time. This is presumably because the polyamic acid is hydrolyzed by the water present in the mixed solution, but the water is mainly derived from the aromatic polyamide solution. In general, the hydrochloric acid generated during the polymerization of polyamide is neutralized by inorganic alkali salts such as calcium hydroxide and lithium hydroxide, and as a result, a certain amount of water is present in the polyamide solution. is there.
[0004]
Due to the above circumstances, in order to obtain a stable mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid using an usually obtained aromatic polyamide solution, it is necessary to remove water in the solution. There are several methods for removing water, but a method of adding a solvent azeotropic with water and removing it by azeotropic distillation is known. For example, as a method of removing water generated when an aromatic polyamic acid is heated and imidized in a solution state, a method of adding a azeotropic solvent to a polyamic acid solution and carrying out heat ring closure has been reported (for example, non-patent) Reference 1). Even in the case of a polyamide solution, an example using an azeotropic solvent has been reported (see Patent Document 3). As described above, in the case of the aromatic polyamide solution or the aromatic polyamic acid solution alone, although there is an example using an azeotropic solvent, a method for producing a mixed solution of the two has not yet been reported. There was a need to search for a stable mixed solution.
[0005]
[Non-Patent Document 1]
Andrew E.E. Feiring et al., Macromolecules 1993, 26, 2779, page 2781, Solution Polyimide column [0006]
[Patent Document 1]
Japanese Examined Patent Publication No. 01-29383, paragraph 2 [0007]
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 09-143282, paragraph 5
[Patent Document 3]
JP-A-60-35946, page 1 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
The objective of this invention is providing the manufacturing method of the stable mixed solution by which the fall of the solution viscosity was suppressed even in the high temperature state in the solution which consists of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have studied various methods for mixing an aromatic polyamide solution and an aromatic polyamic acid solution. As a result, the inventors found that the method of stirring and mixing a mixture obtained by adding a solvent azeotropic with water to each polymer solution can produce the most efficient and stable mixed solution by heating and distilling. did.
[0011]
That is, in the present invention, when preparing a mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid, a mixture of each polymer solution and a solvent azeotroped with water is distilled by heating to distill off the water and the solvent in the system. It is a manufacturing method of the mixed solution of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid characterized by carrying out stirring mixing.
[0012]
Preferable aromatic polyamic acid in this case is substantially obtained by reaction of p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride. Moreover, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone can be mentioned preferably as a solvent azeotropic with water.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0014]
The aromatic polyamide used in the present invention is obtained by connecting aromatic rings with amide bonds. Polyamide is usually synthesized by a solution polymerization method in which an aromatic dicarboxylic acid chloride and an aromatic diamine are reacted in the presence of an amide solvent.
[0015]
Specific examples of the aromatic dicarboxylic acid chloride include terephthalic acid chloride, isophthalic acid chloride, and 2,6-naphthalenedicarboxylic acid chloride.
[0016]
Specific examples of the aromatic diamine include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4, 4'-diaminodiphenyl ether, 3,4'-diaminodiphenylmethane, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 3,4'-diaminodiphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenylsulfone, 3,4'-diaminodiphenylsulfide, 4 , 4'-diaminodiphenyl sulfide and the like.
[0017]
Among these combinations, considering the balance of cost, solubility of the resulting polymer, and physical properties, terephthalic acid chloride is used as the dicarboxylic acid chloride component, and p-phenylenediamine alone or p-phenylenediamine is used as the diamine component. An aromatic polyamide using a composition with 3,4'-diaminodiphenyl ether can be preferably exemplified.
[0018]
The molecular weight of the aromatic polyamide can be controlled by the ratio of the diamine and dicarboxylic acid chloride used in the polymerization, but the molar ratio of the dicarboxylic acid chloride to the diamine is 0.90 to 1.10, more preferably 0.95 to 1.05. It is preferable to use in the range of.
[0019]
Examples of the solvent used in the polymerization reaction include NMP, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, tetramethylurea, hexamethylphosphoramide, and mixed solvents thereof. In practice, NMP is preferably used. The polymer concentration is 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight.
[0020]
In the polymerization reaction, hydrochloric acid is produced as a result, and after the polymerization reaction, an inorganic alkali salt such as calcium hydroxide or lithium hydroxide is usually added as a neutralizing agent to carry out a neutralization reaction. As a result, a predetermined amount of water is generated. .
[0021]
The aromatic polyamic acid used in the present invention is an aromatic ring bonded in the form of an amic acid, and reacts an aromatic tetracarboxylic dianhydride with an aromatic diamine in the presence of an amide solvent. Is obtained.
[0022]
Specific examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl. Tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4 ′ -Benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ', 4'-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,5,6-pyridinetetracarboxylic dianhydride, 2,3,4,5 -Thiophenetetracarboxylic dianhydride, 2,2-bis (3,4-dicarboxyphenyl) propane dianhydride, bis (3,4-dicarboxyphenyl) ether dianhydride, bis (3,4-di Carboxyphenyl) methane Things and the like. Specific examples of the aromatic diamine include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 1,4-diaminonaphthalene, 1,5-diaminonaphthalene, 2,6-diaminonaphthalene, 3,4'-diaminodiphenyl ether, 4 , 4′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 3,4′-diaminodiphenylsulfone, 4,4′-diaminodiphenylsulfone, 3,4′-diaminodiphenylsulfide, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide and the like. Among these combinations, the aromatic polyamic acid obtained by the reaction of p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride is excellent in both physical properties and economy that the rigidity is extremely high. Preferably, it can be mentioned in terms of the composite.
[0023]
Although the molecular weight of the aromatic polyamic acid obtained by polymerization can be controlled by the ratio of these diamines and tetracarboxylic dianhydrides, the molar ratio of tetracarboxylic dianhydrides to diamines is 0.90 to 1.10. It is preferably used in the range of 0.95 to 1.05.
[0024]
The aromatic polyamic acid is obtained by solution polymerization in the presence of an amide solvent in the same manner as the aromatic polyamide. Examples of the solvent used in this case include NMP, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, tetramethylurea, hexamethylphosphoramide, and mixed solvents thereof, but NMP is preferable for practical use. Used. The polymer concentration is 0.5 to 30% by weight, preferably 1 to 15% by weight. The polymerization is an exothermic reaction and is performed at a low temperature.
[0025]
The composition of the aromatic polyamide and the aromatic polyamic acid in the mixed solution is not particularly limited, and it is possible to prepare a mixed solution of both polymers at an arbitrary ratio, but by combining with a rigid polyimide, the polyamide In consideration of enhancing the mechanical properties, a mixed solution in which the aromatic polyamic acid component is 2 to 50% by weight, more preferably 5 to 30% by weight of the whole polymer component can be preferably exemplified.
[0026]
In the present invention, in producing a mixed solution of both polymers, a mixture is first prepared by adding a solvent azeotropic with water to a polyamide solution and a polyamic acid solution. The solutions of both polymers are preferably the same solvent, and more preferably both are NMP.
[0027]
Specific examples of solvents azeotropic with water include benzene, toluene, xylene, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, chloroform, methylene chloride, carbon tetrachloride, o-dichlorobenzene, 1,4-dioxane, 1,3- Examples include dioxolane. Among these, N-cyclohexyl-2-pyrrolidone itself is also an amide solvent, so even if it is added to the solution, it does not interfere with the solubility of the polymer, and is compatible with water. When subjected to membrane or wet spinning, it can be said to be a preferred solvent because it is easily dissolved in a coagulation bath usually composed of water and NMP.
[0028]
The amount of the solvent azeotroped with water varies depending on the amount of water present in the solution and the type of solvent, and is not particularly limited, but it is an amount that can completely remove water by azeotropy and does not precipitate both polymers. In general, it is selected in the range of 1 to 150% by weight, preferably 5 to 50% by weight, based on the combined amount of the polyamide solution and the polyamic acid solution.
[0029]
When the mixture of the present invention comprising a polyamide solution, a polyamic acid solution, and a solvent azeotroped with water is preferably mixed at the lowest possible temperature in an inert gas atmosphere in order to suppress decomposition of the polyamic acid. In consideration of practicality, it is preferably performed in the range of 0 to 30 ° C. In general, both the polyamide solution and the polyamic acid solution have extremely high viscosities, and it is difficult to achieve complete compatibility between the two solutions by simply mixing at such a low temperature and simply stirring. Add boiling solvent, stir and mix gradually from low temperature, and simultaneously distill off water and solvent by distillation. By this method, not only the water present in the polyamide solution but also the water derived from the polyamic acid solution can be completely removed at the same time, so that a very stable mixed solution in which a decrease in solution viscosity due to hydrolysis is suppressed even after mixing. Can be created.
[0030]
Although distillation can be carried out under an inert gas atmosphere and at normal pressure, it is preferable to distill water off as quickly as possible without increasing the temperature in order to suppress decomposition of the polyamic acid. Preferably it is done. In such a case, if the temperature is raised too much, the imidization reaction of the polyamic acid proceeds and is not preferable because it may cause precipitation or gelation by insolubilization in the solvent. The removal of water does not proceed sufficiently, which is not preferable. Specifically, the temperature of the mixture in the system when stirring and mixing while distillation is preferably 60 ° C or higher and 150 ° C or lower, and more preferably 60 ° C or higher and 120 ° C or lower. In this case, there is no problem even if a part of the original amide solvent such as NMP itself is distilled off after the azeotrope as a fraction, and therefore the polymer concentration can be adjusted by the amount of distillation. is there.
[0031]
The total polymer concentration in the mixed solution thus obtained is 1 to 30% by weight, preferably 2 to 20% by weight, more preferably 4 to 15% by weight.
[0032]
【Example】
The present invention is described in detail below with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[0033]
N-methyl-2-pyrrolidone and N-cyclohexyl-2-pyrrolidone, which are the solvents used in the production examples and the examples, were purified by distillation and sufficiently dried. As terephthalic acid chloride and pyromellitic dianhydride, those purchased as reagents were used as they were. As p-phenylenediamine and 3,4′-diaminodiphenyl ether, those purchased as reagents were distilled and used.
[0034]
Solution viscosities carried out in Examples and Comparative Examples were measured as follows.
Solution viscosity: A B-type viscometer (VTB-250, B8U type) manufactured by Toki Sangyo Co., Ltd. was used. The solution was added to the cup and measured under a nitrogen atmosphere at a rotation speed of 0.5 rpm.
[0035]
[Production Example 1]
Under a nitrogen atmosphere, 5.41 g of p-phenylenediamine and 10.01 g of 3,4′-diaminodiphenyl ether were dissolved in 490 mL of N-methyl-2-pyrrolidone, and this solution was cooled to 0 ° C. 20.30 g of acid chloride powder was added. The solution gradually increased in viscosity while generating heat, and became a transparent high-viscosity solution. The temperature increase was started 3 hours after the addition of terephthalic acid chloride, and the mixture was further stirred for 2 hours after the oil bath temperature reached 70 ° C. Thereafter, a slurry in which 7.41 g of calcium hydroxide was dispersed in 20 g of NMP was added, and the mixture was further stirred at 70 ° C. for 1 hour to neutralize by-produced hydrochloric acid, and then cooled to room temperature. The solution viscosity of the aromatic polyamide solution thus obtained was 37,000 ps (poise) at 30 ° C.
[0036]
[Production Example 2]
Under nitrogen atmosphere, p-phenylenediamine (5.41 g) was dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (380 mL), and the solution was cooled to 0 ° C., and then pyromellitic dianhydride powder (10.91 g) was vigorously stirred. Was added. The solution gradually increased in viscosity while generating heat, and became a transparent high-viscosity solution. While cooling to 0 ° C., pyromellitic dianhydride anhydride was added and stirred for 3 hours. The solution viscosity of the aromatic polyamic acid solution thus obtained was 3,000 ps at 30 ° C.
[0037]
[Example 1]
300 g of the polyamide solution obtained in Production Example 1 and 125 g of the polyamic acid solution obtained in Production Example 2 were mixed at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere, and 100 mL of N-cyclohexyl-2-pyrrolidone was further added thereto. The mixture was stirred while being reduced in pressure by a vacuum pump so as to be in a reduced pressure state of about 15 to 20 mmHg, and at the same time, the temperature was raised from 25 ° C. After 40 minutes from the start of temperature increase, the temperature of the oil bath reached 100 ° C., and the mixture was further stirred at 100 ° C. for 1 hour to obtain a uniform transparent mixed solution of polyamide / polyamic acid = 75/25 (weight ratio). During this time, the amount of the solvent distilled off by distillation was 31.5 g. The solution viscosity of this mixed solution was 11,200 ps at 30 ° C. Furthermore, when the measurement solution was placed in a B-type viscometer cup at 100 ° C. in a nitrogen atmosphere and the change in the solution viscosity over time was measured while stirring the rotor, it was 320 ps after 30 minutes and 310 ps after 2 hours. It was found that the solution was stable at high temperatures.
[0038]
[Example 2]
Except for changing the amount of polyamide solution to 360 g and the amount of polyamic acid solution to 50 g, mixing and vacuum distillation were carried out in the same manner as in Example 1 to obtain a homogeneous transparent solution of polyamide / polyamic acid = 90/10 (weight ratio). Obtained. During this time, the amount of the solvent distilled off by distillation was 36.2 g. The solution viscosity of this mixed solution was 18,000 ps at 30 ° C. Further, when the change in solution viscosity with time at 100 ° C. was measured in the same nitrogen atmosphere as in Example 1, the solution was stable at 540 ps 30 minutes after the start of measurement and 540 ps after 2 hours, and stable even at high temperatures. I found out.
[0039]
[Comparative Example 1]
Similarly to Example 1, 300 g of the polyamide solution obtained in Production Example 1 and 125 g of the polyamic acid solution obtained in Production Example 2 were mixed at 25 ° C. in a nitrogen atmosphere. Thereafter, unlike Example 1, the mixture was stirred for 2 hours in a nitrogen atmosphere at 25 ° C. to obtain a uniform transparent mixed solution of polyamide / polyamic acid = 75/25 (weight ratio). The solution viscosity of this mixed solution was 14,800 ps at 30 ° C. Furthermore, when the change in the viscosity of the solution with time was measured while stirring the rotor at 100 ° C. in a nitrogen atmosphere as in Example 1, it was as low as 160 ps 30 minutes after the start of the measurement, and further 70 ps after 2 hours. It was found that the viscosity drop was significant.
[0040]
[Comparative Example 2]
Polyamide / polyamic acid was mixed and distilled under reduced pressure in the same manner as in Example 1 except that 100 mL of N-cyclohexyl-2-pyrrolidone initially added in Example 1 was changed to 100 mL of N-methyl-2-pyrrolidone. = 75/25 (weight ratio) uniform transparent solution was obtained. During this time, the amount of the solvent distilled off by distillation was 25.6 g. The solution viscosity of this mixed solution was 2700 ps at 30 ° C., which was significantly lower than that of Example 1, and was inappropriate as a fiber spinning solution.
[0041]
【The invention's effect】
According to the present invention, a stable mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid can be obtained. Since the solution can suppress a decrease in solution viscosity due to hydrolysis of polyamic acid even at a high temperature, the precursor thereof is used when a molded body such as a fiber or a film in which an aromatic polyamide and an aromatic polyimide are combined is produced. It is effective as a body solution.

Claims (3)

芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液を調製する際に、それぞれのポリマー溶液および水と共沸する溶媒からなる混合物を加熱蒸留して、系内の水および溶媒を留去しながら攪拌混合することを特徴とする、芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法。When preparing a mixed solution of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid, the mixture of each polymer solution and a solvent azeotroped with water is heated and distilled to stir and mix while distilling off the water and solvent in the system. A method for producing a mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid. 芳香族ポリアミック酸が、実質的にp−フェニレンジアミンとピロメリット酸二無水物の反応で得られたものであることを特徴とする請求項1に記載の芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法。The mixture of aromatic polyamide and aromatic polyamic acid according to claim 1, wherein the aromatic polyamic acid is substantially obtained by the reaction of p-phenylenediamine and pyromellitic dianhydride. A method for producing a solution. 水と共沸する溶媒として、N−シクロヘキシル−2−ピロリドンを加えることを特徴とする請求項1または2に記載の芳香族ポリアミドと芳香族ポリアミック酸の混合溶液の製造方法。The method for producing a mixed solution of an aromatic polyamide and an aromatic polyamic acid according to claim 1 or 2, wherein N-cyclohexyl-2-pyrrolidone is added as a solvent azeotropic with water.
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