JP6024859B1 - ポリイミド樹脂 - Google Patents
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Abstract
下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、所定の条件を満たすポリイミド樹脂である。(R1は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。R2は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X1及びX2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
Description
本発明は熱可塑性ポリイミド樹脂に関する。
ポリイミド樹脂は分子鎖の剛直性、共鳴安定化、強い化学結合によって、高熱安定性、高強度、高耐溶媒性を有する有用なエンジニアリングプラスチックであり、幅広い分野で応用されている。また結晶性を有しているポリイミド樹脂はその耐熱性、強度、耐薬品性をさらに向上させることができることから、金属代替等としての利用が期待されている。しかしながらポリイミド樹脂は高耐熱性である反面、熱可塑性を示さず、成形加工性が低いという問題がある。
ポリイミド成形材料としては高耐熱樹脂ベスペル(登録商標)等が知られているが(特許文献1)、高温下でも流動性が極めて低いため成形加工が困難であり、高温、高圧条件下で長時間成形を行う必要があることからコスト的にも不利である。これに対し、結晶性樹脂のように融点を有し、高温での流動性がある樹脂であれば容易にかつ安価で成形加工が可能である。
そこで近年、熱可塑性を有するポリイミド樹脂が報告されている。熱可塑性ポリイミド樹脂はポリイミド樹脂が本来有している耐熱性に加え、成形加工性にも優れる。そのため熱可塑性ポリイミド樹脂は、汎用の熱可塑性樹脂であるナイロンやポリエステルは適用できなかった過酷な環境下で使用される成形体への適用も可能である。
熱可塑性のポリイミド樹脂としては、Aurum(登録商標)等が知られている(非特許文献1)。しかしながらAurumは融点が高く、成形温度は通常400℃以上となるため使用できる装置が制限される。
ポリイミド樹脂の成形加工性を向上させる方法、すなわちポリイミド樹脂の融点を低くする方法の一つとしては、原料ジアミンとして長直鎖の脂肪族ジアミンを使用する方法がある(非特許文献2)。これによりポリイミド樹脂の剛直性が低下するため、融点も低くなる。しかしながらこの方法では、融点の低下とともにガラス転移温度も低下し、特に高温時の強度低下が起こる懸念がある。更に、脂肪族ジアミンを主成分とする原料ジアミンを用いたポリイミド樹脂の合成は困難であるという問題もある。
上記問題を鑑みて、成形加工性と耐熱性を両立したポリイミド樹脂及び該ポリイミド樹脂を含む組成物が開発されている(特許文献5,6)。
"オーラム技術資料/G−06 AURUMの射出成形条件"、[online]、2004年1月15日、[平成25年6月28日検索]、インターネット<URL:http://jp.mitsuichem.com/info/aurum/aurum_pdf/G_06.pdf>
Macromol.Rapid.Commun.,885,26,2005
日本ポリイミド・芳香族系高分子研究会編「新訂 最新ポリイミド 基礎と応用」、株式会社エヌ・ティー・エス、2010年8月発行、p.175−176
しかしながら、熱可塑性ポリイミド樹脂を用いて薄肉のフィルムや平板状の成形体、あるいは小型部品などに加工する際には、耐熱性を付与しつつ成形加工性をさらに向上させることが望まれる。
さらに、ポリイミド樹脂は高耐熱性であるという性質を活かし、各種電子部品や電線、プリント基板の材料としても有用であるが、この場合、ポリイミド樹脂材料にははんだリフロー工程に耐え得る性能(以下「はんだリフロー耐性」ともいう)が要求される。近年では環境に対する配慮から、鉛フリーはんだリフローが主流となっているが、その際のリフロー温度は260℃以上となるため、高い耐熱性が必要となる。しかしながら、融点やガラス転移温度が高い熱可塑性ポリイミド樹脂でも鉛フリーはんだリフロー耐性(以下「鉛フリーはんだリフロー耐性」を単に「はんだリフロー耐性」という)が十分でない場合がある。
本発明の課題は、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好であり、さらに高いはんだリフロー耐性を有する、新規なポリイミド樹脂を提供することにある。
本発明者らは、特定の異なるポリイミド構成単位を、特定の比率で組み合わせ、かつ特定の条件を満たすポリイミド樹脂が、上記課題を解決できることを見いだした。
すなわち本発明は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位:
すなわち本発明は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位:
(R1は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。R2は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X1及びX2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすポリイミド樹脂を提供する。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量が17.0mJ/mg以上
を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすポリイミド樹脂を提供する。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量が17.0mJ/mg以上
本発明のポリイミド樹脂は、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好であり、さらに高いはんだリフロー耐性を有する。本発明のポリイミド樹脂は特に高い成形加工性を有することから、少なくとも一部に薄肉部を有するフィルム、平板、あるいは小型部品等の成形体の製造に好適に用いられる。また、該ポリイミド樹脂を含む成形体は耐熱性に優れるだけでなく、はんだリフロー工程に供しても変形や強度低下が少なく、優れたはんだリフロー耐性を有する。
[ポリイミド樹脂]
本発明のポリイミド樹脂は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位:
本発明のポリイミド樹脂は、下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位:
(R1は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。R2は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基である。X1及びX2は、それぞれ独立に、少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とする。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量が17.0mJ/mg以上
本発明のポリイミド樹脂は、特定の異なるポリイミド構成単位を、上記の特定の比率で組み合わせてなり、かつ、所定の特性を満たすものであるため、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好であり、特に高いはんだリフロー耐性を有する。
を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とする。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量が17.0mJ/mg以上
本発明のポリイミド樹脂は、特定の異なるポリイミド構成単位を、上記の特定の比率で組み合わせてなり、かつ、所定の特性を満たすものであるため、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好であり、特に高いはんだリフロー耐性を有する。
式(1)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
R1は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。ここで、脂環式炭化水素構造とは、脂環式炭化水素化合物から誘導される環を意味し、該脂環式炭化水素化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、単環であっても多環であってもよい。
脂環式炭化水素構造としては、シクロヘキサン環等のシクロアルカン環、シクロヘキセン等のシクロアルケン環、ノルボルナン環等のビシクロアルカン環、及びノルボルネン等のビシクロアルケン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはシクロアルカン環、より好ましくは炭素数4〜7のシクロアルカン環、さらに好ましくはシクロヘキサン環である。
R1の炭素数は6〜22であり、好ましくは8〜17である。
R1は脂環式炭化水素構造を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
R1は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含む炭素数6〜22の2価の基である。ここで、脂環式炭化水素構造とは、脂環式炭化水素化合物から誘導される環を意味し、該脂環式炭化水素化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、単環であっても多環であってもよい。
脂環式炭化水素構造としては、シクロヘキサン環等のシクロアルカン環、シクロヘキセン等のシクロアルケン環、ノルボルナン環等のビシクロアルカン環、及びノルボルネン等のビシクロアルケン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはシクロアルカン環、より好ましくは炭素数4〜7のシクロアルカン環、さらに好ましくはシクロヘキサン環である。
R1の炭素数は6〜22であり、好ましくは8〜17である。
R1は脂環式炭化水素構造を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
R1は、好ましくは下記式(R1−1)又は(R1−2)で表される2価の基である。
(m11及びm12は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。m13〜m15は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。)
R1は、特に好ましくは下記式(R1−3)で表される2価の基である。
なお、上記の式(R1−3)で表される2価の基において、2つのメチレン基のシクロヘキサン環に対する位置関係はシスであってもトランスであってもよく、またシスとトランスの比は如何なる値でもよい。
X1は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環である。
X1の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
X1は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
X1の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
X1は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
X1は、好ましくは下記式(X−1)〜(X−4)のいずれかで表される4価の基である。
(R11〜R18は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基である。p11〜p13は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0である。p14、p15、p16及びp18は、それぞれ独立に、0〜3の整数であり、好ましくは0である。p17は0〜4の整数であり、好ましくは0である。L11〜L13は、それぞれ独立に、単結合、エーテル基、カルボニル基又は炭素数1〜4のアルキレン基である。)
なお、X1は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基であるので、式(X−2)におけるR12、R13、p12及びp13は、式(X−2)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(X−3)におけるL11、R14、R15、p14及びp15は、式(X−3)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択され、式(X−4)におけるL12、L13、R16、R17、R18、p16、p17及びp18は、式(X−4)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
なお、X1は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基であるので、式(X−2)におけるR12、R13、p12及びp13は、式(X−2)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(X−3)におけるL11、R14、R15、p14及びp15は、式(X−3)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択され、式(X−4)におけるL12、L13、R16、R17、R18、p16、p17及びp18は、式(X−4)で表される4価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
X1は、特に好ましくは下記式(X−5)又は(X−6)で表される4価の基である。
次に、式(2)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
R2は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基であり、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10である。ここで、鎖状脂肪族基とは、鎖状脂肪族化合物から誘導される基を意味し、該鎖状脂肪族化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよく、酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
R2は、好ましくは炭素数5〜16のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数6〜14、更に好ましくは炭素数7〜12のアルキレン基であり、なかでも好ましくは炭素数8〜10のアルキレン基である。前記アルキレン基は、直鎖アルキレン基であっても分岐アルキレン基であってもよいが、好ましくは直鎖アルキレン基である。
R2は、好ましくはオクタメチレン基及びデカメチレン基から選ばれる少なくとも1種であり、特に好ましくはオクタメチレン基である。
R2は炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基であり、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10である。ここで、鎖状脂肪族基とは、鎖状脂肪族化合物から誘導される基を意味し、該鎖状脂肪族化合物は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよく、酸素原子等のヘテロ原子を含んでいてもよい。
R2は、好ましくは炭素数5〜16のアルキレン基であり、より好ましくは炭素数6〜14、更に好ましくは炭素数7〜12のアルキレン基であり、なかでも好ましくは炭素数8〜10のアルキレン基である。前記アルキレン基は、直鎖アルキレン基であっても分岐アルキレン基であってもよいが、好ましくは直鎖アルキレン基である。
R2は、好ましくはオクタメチレン基及びデカメチレン基から選ばれる少なくとも1種であり、特に好ましくはオクタメチレン基である。
また、R2の別の好適な様態として、エーテル基を含む炭素数5〜16の2価の鎖状脂肪族基が挙げられる。該炭素数は、好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10である。その中でも好ましくは下記式(R2−1)又は(R2−2)で表される2価の基である。
(m21及びm22は、それぞれ独立に、1〜15の整数であり、好ましくは1〜13、より好ましくは1〜11、更に好ましくは1〜9である。m23〜m25は、それぞれ独立に、1〜14の整数であり、好ましくは1〜12、より好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜8である。)
なお、R2は炭素数5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の2価の鎖状脂肪族基であるので、式(R2−1)におけるm21及びm22は、式(R2−1)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m21+m22は5〜16(好ましくは6〜14、より好ましくは7〜12、更に好ましくは8〜10)である。
同様に、式(R2−2)におけるm23〜m25は、式(R2−2)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m23+m24+m25は5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)である。
なお、R2は炭素数5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の2価の鎖状脂肪族基であるので、式(R2−1)におけるm21及びm22は、式(R2−1)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m21+m22は5〜16(好ましくは6〜14、より好ましくは7〜12、更に好ましくは8〜10)である。
同様に、式(R2−2)におけるm23〜m25は、式(R2−2)で表される2価の基の炭素数が5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)の範囲に入るように選択される。すなわち、m23+m24+m25は5〜16(好ましくは炭素数6〜14、より好ましくは炭素数7〜12、更に好ましくは炭素数8〜10)である。
X2は、式(1)におけるX1と同様に定義され、好ましい様態も同様である。
式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は20モル%以上、40モル%未満である。該含有量比が20モル%未満であると融点が上昇するため成形加工性が低下する。また、該含有量比が40モル%未満であると結晶化発熱ピークの熱量(以下「結晶化発熱量」ともいう)が増加するため、耐熱性、はんだリフロー耐性が良好である。式(1)の繰り返し構成単位の含有比が上記範囲である場合、一般的な射出成形サイクルにおいても、ポリイミド樹脂を十分に結晶化させることが可能となる。
式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は、成形加工性の観点から、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは32モル%以上であり、結晶化発熱量の増加、すなわち耐熱性、はんだリフロー耐性向上の観点から、好ましくは38モル%以下、より好ましくは36モル%以下、更に好ましくは35モル%以下である。
式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は、成形加工性の観点から、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは32モル%以上であり、結晶化発熱量の増加、すなわち耐熱性、はんだリフロー耐性向上の観点から、好ましくは38モル%以下、より好ましくは36モル%以下、更に好ましくは35モル%以下である。
本発明のポリイミド樹脂を構成する全繰り返し単位に対する、式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計の含有比は、好ましくは50〜100モル%、より好ましくは75〜100モル%、更に好ましくは80〜100モル%、より更に好ましくは85〜100モル%である。
本発明のポリイミド樹脂は、さらに、下記式(3)の繰り返し構成単位を含有してもよい。その場合、式(1)の繰り返し構成単位と式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する、式(3)の繰り返し構成単位の含有比は、好ましくは25モル%以下である。一方で、下限は特に限定されず、0モル%を超えていればよい。
前記含有比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
前記含有比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
(R3は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基である。X3は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
R3は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基である。前記芳香環は単環でも縮合環でもよく、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、及びテトラセン環が例示されるが、これらに限定されるわけではない。これらの中でも、好ましくはベンゼン環及びナフタレン環であり、より好ましくはベンゼン環である。
R3の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
R3は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
また、前記芳香環には1価もしくは2価の電子求引性基が結合していてもよい。1価の電子求引性基としてはニトロ基、シアノ基、p−トルエンスルホニル基、ハロゲン、ハロゲン化アルキル基、フェニル基、アシル基などが挙げられる。2価の電子求引性基としては、フッ化アルキレン基(例えば−C(CF3)2−、−(CF2)p−(ここで、pは1〜10の整数である))のようなハロゲン化アルキレン基のほかに、−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−などが挙げられる。
R3の炭素数は6〜22であり、好ましくは6〜18である。
R3は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1〜3個含む。
また、前記芳香環には1価もしくは2価の電子求引性基が結合していてもよい。1価の電子求引性基としてはニトロ基、シアノ基、p−トルエンスルホニル基、ハロゲン、ハロゲン化アルキル基、フェニル基、アシル基などが挙げられる。2価の電子求引性基としては、フッ化アルキレン基(例えば−C(CF3)2−、−(CF2)p−(ここで、pは1〜10の整数である))のようなハロゲン化アルキレン基のほかに、−CO−、−SO2−、−SO−、−CONH−、−COO−などが挙げられる。
R3は、好ましくは下記式(R3−1)又は(R3−2)で表される2価の基である。
(m31及びm32は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。m33及びm34は、それぞれ独立に、0〜2の整数であり、好ましくは0又は1である。R21、R22、及びR23は、それぞれ独立に、炭素数1〜4のアルキル基、炭素数2〜4のアルケニル基、又は炭素数2〜4のアルキニル基である。p21、p22及びp23は0〜4の整数であり、好ましくは0である。L21は、単結合、エーテル基、カルボニル基又は炭素数1〜4のアルキレン基である。)
なお、R3は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基であるので、式(R3−1)におけるm31、m32、R21及びp21は、式(R3−1)で表される2価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(R3−2)におけるL21、m33、m34、R22、R23、p22及びp23は、式(R3−2)で表される2価の基の炭素数が12〜22の範囲に入るように選択される。
なお、R3は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の2価の基であるので、式(R3−1)におけるm31、m32、R21及びp21は、式(R3−1)で表される2価の基の炭素数が6〜22の範囲に入るように選択される。
同様に、式(R3−2)におけるL21、m33、m34、R22、R23、p22及びp23は、式(R3−2)で表される2価の基の炭素数が12〜22の範囲に入るように選択される。
X3は、式(1)におけるX1と同様に定義され、好ましい様態も同様である。
本発明のポリイミド樹脂を構成する全繰り返し構成単位に対する、式(3)の繰り返し構成単位の含有比は、25モル%以下であることが好ましい。一方で、下限は特に限定されず、0モル%を超えていればよい。
前記含有比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは7モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
前記含有比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは7モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
本発明のポリイミド樹脂は、さらに、下記式(4)で示される繰り返し構成単位を含有してもよい。
(R4は−SO2−又は−Si(Rx)(Ry)O−を含む2価の基であり、Rx及びRyはそれぞれ独立に、炭素数1〜3の鎖状脂肪族基又はフェニル基を表す。X4は少なくとも1つの芳香環を含む炭素数6〜22の4価の基である。)
X4は、式(1)におけるX1と同様に定義され、好ましい様態も同様である。
X4は、式(1)におけるX1と同様に定義され、好ましい様態も同様である。
本発明のポリイミド樹脂の末端構造には特に制限はないが、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を末端に有することが好ましい。
該鎖状脂肪族基は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよい。本発明のポリイミド樹脂が上記特定の基を末端に有すると、耐熱老化性に優れる。具体的には、該ポリイミド樹脂を含むフィルムを200℃以上の高温環境下で数日保存しても分子量保持率の低下が少なく、該フィルムの機械的強度(靭性)が保持される。
炭素数5〜14の飽和鎖状脂肪族基としては、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、ラウリル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−メチルペンチル基、2−メチルヘキシル基、2−エチルペンチル基、3−エチルペンチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、イソノニル基、2−エチルオクチル基、イソデシル基、イソドデシル基、イソトリデシル基、イソテトラデシル基等が挙げられる。
炭素数5〜14の不飽和鎖状脂肪族基としては、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−へキセニル基、2−へキセニル基、1−ヘプテニル基、2−ヘプテニル基、1−オクテニル基、2−オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基等が挙げられる。
中でも、上記鎖状脂肪族基は飽和鎖状脂肪族基であることが好ましく、飽和直鎖状脂肪族基であることがより好ましい。また耐熱老化性を得る観点から、上記鎖状脂肪族基は好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数7以上、更に好ましくは炭素数8以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数10以下、更に好ましくは炭素数9以下である。上記鎖状脂肪族基は1種のみでもよく、2種以上でもよい。
上記鎖状脂肪族基は、特に好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基、及びイソデシル基から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、及びイソノニルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、及び2−エチルヘキシル基から選ばれる少なくとも1種である。
また本発明のポリイミド樹脂は、耐熱老化性の観点から、末端アミノ基及び末端カルボキシル基以外に、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基のみを末端に有することが好ましい。上記以外の基を末端に有する場合、その含有量は、好ましくは炭素数5〜14の鎖状脂肪族基に対し10モル%以下、より好ましくは5モル%以下である。
該鎖状脂肪族基は、飽和であっても不飽和であってもよく、直鎖状であっても分岐状であってもよい。本発明のポリイミド樹脂が上記特定の基を末端に有すると、耐熱老化性に優れる。具体的には、該ポリイミド樹脂を含むフィルムを200℃以上の高温環境下で数日保存しても分子量保持率の低下が少なく、該フィルムの機械的強度(靭性)が保持される。
炭素数5〜14の飽和鎖状脂肪族基としては、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、n−オクチル基、n−ノニル基、n−デシル基、n−ウンデシル基、ラウリル基、n−トリデシル基、n−テトラデシル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、2−メチルペンチル基、2−メチルヘキシル基、2−エチルペンチル基、3−エチルペンチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、3−エチルヘキシル基、イソノニル基、2−エチルオクチル基、イソデシル基、イソドデシル基、イソトリデシル基、イソテトラデシル基等が挙げられる。
炭素数5〜14の不飽和鎖状脂肪族基としては、1−ペンテニル基、2−ペンテニル基、1−へキセニル基、2−へキセニル基、1−ヘプテニル基、2−ヘプテニル基、1−オクテニル基、2−オクテニル基、ノネニル基、デセニル基、ドデセニル基、トリデセニル基、テトラデセニル基等が挙げられる。
中でも、上記鎖状脂肪族基は飽和鎖状脂肪族基であることが好ましく、飽和直鎖状脂肪族基であることがより好ましい。また耐熱老化性を得る観点から、上記鎖状脂肪族基は好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数7以上、更に好ましくは炭素数8以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数10以下、更に好ましくは炭素数9以下である。上記鎖状脂肪族基は1種のみでもよく、2種以上でもよい。
上記鎖状脂肪族基は、特に好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、2−エチルヘキシル基、n−ノニル基、イソノニル基、n−デシル基、及びイソデシル基から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、及びイソノニルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチル基、イソオクチル基、及び2−エチルヘキシル基から選ばれる少なくとも1種である。
また本発明のポリイミド樹脂は、耐熱老化性の観点から、末端アミノ基及び末端カルボキシル基以外に、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基のみを末端に有することが好ましい。上記以外の基を末端に有する場合、その含有量は、好ましくは炭素数5〜14の鎖状脂肪族基に対し10モル%以下、より好ましくは5モル%以下である。
ポリイミド樹脂中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、優れた耐熱老化性を発現する観点から、ポリイミド樹脂中の全繰り返し構成単位の合計100モル%に対し、好ましくは0.01モル%以上、より好ましくは0.1モル%以上、更に好ましくは0.2モル%以上である。また、十分な分子量を確保し良好な機械的物性を得るためには、ポリイミド樹脂中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、ポリイミド樹脂中の全繰り返し構成単位の合計100モル%に対し、好ましくは10モル%以下、より好ましくは6モル%以下、更に好ましくは3.5モル%以下である。
ポリイミド樹脂中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、ポリイミド樹脂を解重合することにより求めることができる。
ポリイミド樹脂中の上記炭素数5〜14の鎖状脂肪族基の含有量は、ポリイミド樹脂を解重合することにより求めることができる。
本発明のポリイミド樹脂は、さらに下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすことを特徴とする。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量(結晶化発熱量)が17.0mJ/mg以上
本発明のポリイミド樹脂は、上記条件(a)〜(c)のすべてを満たすことで、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好で、さらに高いはんだリフロー耐性を有するものとなる。
本発明のポリイミド樹脂は、特に条件(a)及び(c)の両方を満たすことで、優れたはんだリフロー耐性を有する。なお、ポリイミド樹脂が条件(a)、(b)を満たしていても、さらに条件(c)を満たさなければ十分なはんだリフロー耐性が得られない。
また、一般的に結晶性樹脂においては、結晶化度が高いもの、すなわち結晶化発熱量が大きいものは、融点以上に加熱された場合の流動性が良好となり、成形加工性が向上する。一般的に、結晶性樹脂中の結晶部分は融点以上に加熱されると溶融し、急激な粘度低下が発生する。そのため、結晶部分が多い樹脂ほど融点以上の温度での流動性が向上する。すなわち、条件(a)及び(c)の両方を満たす本発明のポリイミド樹脂は、良好な成形加工性を有するものともなる。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量(結晶化発熱量)が17.0mJ/mg以上
本発明のポリイミド樹脂は、上記条件(a)〜(c)のすべてを満たすことで、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好で、さらに高いはんだリフロー耐性を有するものとなる。
本発明のポリイミド樹脂は、特に条件(a)及び(c)の両方を満たすことで、優れたはんだリフロー耐性を有する。なお、ポリイミド樹脂が条件(a)、(b)を満たしていても、さらに条件(c)を満たさなければ十分なはんだリフロー耐性が得られない。
また、一般的に結晶性樹脂においては、結晶化度が高いもの、すなわち結晶化発熱量が大きいものは、融点以上に加熱された場合の流動性が良好となり、成形加工性が向上する。一般的に、結晶性樹脂中の結晶部分は融点以上に加熱されると溶融し、急激な粘度低下が発生する。そのため、結晶部分が多い樹脂ほど融点以上の温度での流動性が向上する。すなわち、条件(a)及び(c)の両方を満たす本発明のポリイミド樹脂は、良好な成形加工性を有するものともなる。
条件(a)に関して、ポリイミド樹脂の融点(Tm)は、耐熱性及びはんだリフロー耐性を発現する観点から、280℃以上であり、好ましくは290℃以上、より好ましくは300℃以上であり、高い成形加工性を発現する観点からは、345℃以下、好ましくは340℃以下、より好ましくは335℃以下、更に好ましくは330℃以下である。ポリイミド樹脂の融点(Tm)が280℃未満であると耐熱性及びはんだリフロー耐性が不十分であり、345℃を超えると成形加工性が不十分である。
条件(b)に関して、ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)は、耐熱性の観点から150℃以上であり、スーパーエンプラとして高い評価を受けているポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のTg(153℃)以上であることが好ましい。すなわち、ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上、更に好ましくは180℃以上であり、高い成形加工性を発現する観点からは、好ましくは195℃以下、より好ましくは190℃以下、更に好ましくは185℃以下である。ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)が150℃未満であると耐熱性が低く不十分である。また、一般的には射出成形により結晶性樹脂を成形する場合、金型温度をガラス転移温度以上にする必要がある。したがってガラス転移温度が200℃を超えると射出成形時の金型温度等を非常に高くする必要が生じ、成形加工性が低下する。
ポリイミド樹脂の融点、ガラス転移温度は、いずれも示差走査型熱量計により測定することができ、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
条件(b)に関して、ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)は、耐熱性の観点から150℃以上であり、スーパーエンプラとして高い評価を受けているポリエーテルエーテルケトン(PEEK)のTg(153℃)以上であることが好ましい。すなわち、ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)は、好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃以上、更に好ましくは180℃以上であり、高い成形加工性を発現する観点からは、好ましくは195℃以下、より好ましくは190℃以下、更に好ましくは185℃以下である。ポリイミド樹脂のガラス転移温度(Tg)が150℃未満であると耐熱性が低く不十分である。また、一般的には射出成形により結晶性樹脂を成形する場合、金型温度をガラス転移温度以上にする必要がある。したがってガラス転移温度が200℃を超えると射出成形時の金型温度等を非常に高くする必要が生じ、成形加工性が低下する。
ポリイミド樹脂の融点、ガラス転移温度は、いずれも示差走査型熱量計により測定することができ、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
また条件(c)に関して、ポリイミド樹脂を溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱量は、示差走査型熱量計により測定される値である。具体的には、ポリイミド樹脂をサンプリングし、示差走査型熱量計を用いて一定速度で昇温し、ポリイミド樹脂を一度溶融させる。その後、所定の降温速度で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの面積から結晶化発熱量を算出する。
本発明のポリイミド樹脂においては、前記結晶化発熱量が17.0mJ/mg以上である。該結晶化発熱量が17.0mJ/mg未満であると十分なはんだリフロー耐性が得られない。十分なはんだリフロー耐性を発現させる観点から、結晶化発熱量は、好ましくは18.0mJ/mg以上、より好ましくは18.5mJ/mg以上である。結晶化発熱量の上限値は特に限定されないが、通常、45.0mJ/mg以下である。
結晶化発熱量は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
本発明のポリイミド樹脂においては、前記結晶化発熱量が17.0mJ/mg以上である。該結晶化発熱量が17.0mJ/mg未満であると十分なはんだリフロー耐性が得られない。十分なはんだリフロー耐性を発現させる観点から、結晶化発熱量は、好ましくは18.0mJ/mg以上、より好ましくは18.5mJ/mg以上である。結晶化発熱量の上限値は特に限定されないが、通常、45.0mJ/mg以下である。
結晶化発熱量は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
本発明のポリイミド樹脂の5質量%濃硫酸溶液の30℃における対数粘度は、好ましくは0.2〜2.0dL/g、より好ましくは0.3〜1.8dL/gの範囲である。対数粘度が0.2dL/g以上であれば成形体とした際に十分な機械的強度が得られ、2.0dL/g以下であると、成形加工性及び取り扱い性が良好である。対数粘度μは、キャノンフェンスケ粘度計を使用して、30℃において濃硫酸及び上記ポリイミド樹脂溶液の流れる時間をそれぞれ測定し、下記式から求められる。
μ=ln(ts/t0)/C
t0:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5(g/dL)
μ=ln(ts/t0)/C
t0:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5(g/dL)
本発明のポリイミド樹脂の形態には特に制限はないが、取り扱い性などの観点からは粉末状であることが好ましい。ポリイミド樹脂粉末は、JIS K0069の方法によりふるい分け試験を行ったときに、JIS試験用の公称目開き500μmのふるいを通過する割合が好ましくは90質量%以上であり、より好ましくは公称目開き250μmのふるいを通過する割合が90質量%以上である。ポリイミド樹脂粉末がこのような粒径を有することで、成形時の加工ムラが出にくく、搬送が容易であり、充填剤として使用した場合の分散性が高く、乾燥時間の短縮化が可能であるなどの多数の利点が得られる。また、上記粒径を有するポリイミド樹脂粉末は、後述するポリイミド樹脂−繊維複合材、特に炭素繊維強化プラスチック(CFRP)用途などで連続繊維複合材として使用する際に、繊維材料への含浸性が高いため好適である。
また、上記ポリイミド樹脂粉末は、レーザー回折光散乱式粒度分布測定器による粒度測定で、D10が8〜100μmであることが好ましく、D50が12〜250μmであることが好ましく、D90が20〜500μmであることが好ましい。このような範囲の粒度とすることで、上述の利点に加えて、製造時の濾過性が良好であり、粒子の浮遊を抑えられるなどの利点も得られる。
上記粒径及び粒度を有するポリイミド樹脂粉末は、例えば、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを、後述する式(I)で表されるアルキレングリコール系溶媒を含む溶媒の存在下で反応させる工程を含む製造方法を用いることにより得られる。またポリイミド樹脂粉末のふるい分け試験、及び粒度レーザー回折光散乱式粒度分布測定器による粒度測定は、具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
上記粒径及び粒度を有するポリイミド樹脂粉末は、例えば、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを、後述する式(I)で表されるアルキレングリコール系溶媒を含む溶媒の存在下で反応させる工程を含む製造方法を用いることにより得られる。またポリイミド樹脂粉末のふるい分け試験、及び粒度レーザー回折光散乱式粒度分布測定器による粒度測定は、具体的には実施例に記載の方法で行うことができる。
(ポリイミド樹脂の製造方法)
本発明のポリイミド樹脂は、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。該テトラカルボン酸成分は少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/又はその誘導体を含有し、該ジアミン成分は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミン及び鎖状脂肪族ジアミンを含有する。
本発明のポリイミド樹脂は、テトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させることにより製造することができる。該テトラカルボン酸成分は少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/又はその誘導体を含有し、該ジアミン成分は少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミン及び鎖状脂肪族ジアミンを含有する。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸は4つのカルボキシル基が直接芳香環に結合した化合物であることが好ましく、構造中にアルキル基を含んでいてもよい。また前記テトラカルボン酸は、炭素数6〜26であるものが好ましい。前記テトラカルボン酸としては、ピロメリット酸、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸等が好ましい。これらの中でもピロメリット酸がより好ましい。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸の誘導体としては、少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸の無水物又はアルキルエステル体が挙げられる。前記テトラカルボン酸誘導体は、炭素数6〜38であるものが好ましい。テトラカルボン酸の無水物としては、ピロメリット酸一無水物、ピロメリット酸二無水物、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホ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、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物等が挙げられる。テトラカルボン酸のアルキルエステル体としては、ピロメリット酸ジメチル、ピロメリット酸ジエチル、ピロメリット酸ジプロピル、ピロメリット酸ジイソプロピル、2,3,5,6−トルエンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸ジメチル、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸ジメチル、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸ジメチル等が挙げられる。上記テトラカルボン酸のアルキルエステル体において、アルキル基の炭素数は1〜3が好ましい。
少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/又はその誘導体は、上記から選ばれる少なくとも1つの化合物を単独で用いてもよく、2つ以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。
少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンの炭素数は6〜22が好ましく、例えば、1,2−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,4−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、1,2−シクロヘキサンジアミン、1,3−シクロヘキサンジアミン、1,4−シクロヘキサンジアミン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−メチレンビス(2−メチルシクロヘキシルアミン)、カルボンジアミン、リモネンジアミン、イソフォロンジアミン、ノルボルナンジアミン、ビス(アミノメチル)トリシクロ[5.2.1.02,6]デカン、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノジシクロヘキシルメタン、4,4’−ジアミノジシクロヘキシルプロパン等が好ましい。これらの化合物を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の化合物を組み合わせて用いてもよい。これらのうち、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサンが好適に使用できる。なお、脂環式炭化水素構造を含むジアミンは一般的には構造異性体を持つが、シス体/トランス体の比率は限定されない。
鎖状脂肪族ジアミンは、直鎖状であっても分岐状であってもよく、炭素数は5〜16が好ましく、6〜14がより好ましく、7〜12が更に好ましい。また、鎖部分の炭素数が5〜16であれば、その間にエーテル結合を含んでいてもよい。鎖状脂肪族ジアミンとして例えば1,5−ペンタメチレンジアミン、2−メチルペンタン−1,5−ジアミン、1,6−ヘキサメチレンジアミン、1,7−ヘプタメチレンジアミン、1,8−オクタメチレンジアミン、1,9−ノナメチレンジアミン、1,10−デカメチレンジアミン、1,11−ウンデカメチレンジアミン、1,12−ドデカメチレンジアミン、1,13−トリデカメチレンジアミン、1,14−テトラデカメチレンジアミン、1,16−ヘキサデカメチレンジアミン、2,2’−(エチレンジオキシ)ビス(エチレンアミン)等が好ましい。
鎖状脂肪族ジアミンは本発明の範囲内であれば1種類あるいは複数を混合して使用してもよい。これらのうち、炭素数が8〜10の鎖状脂肪族ジアミンが好適に使用でき、特に1,8−オクタメチレンジアミン及び1,10−デカメチレンジアミンから選ばれる少なくとも1種が好適に使用できる。
鎖状脂肪族ジアミンは本発明の範囲内であれば1種類あるいは複数を混合して使用してもよい。これらのうち、炭素数が8〜10の鎖状脂肪族ジアミンが好適に使用でき、特に1,8−オクタメチレンジアミン及び1,10−デカメチレンジアミンから選ばれる少なくとも1種が好適に使用できる。
本発明のポリイミド樹脂を製造する際、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンと鎖状脂肪族ジアミンの合計量に対する、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンの仕込み量のモル比は20モル%以上、40モル%未満であることが好ましい。該モル量は、好ましくは25モル%以上、より好ましくは30モル%以上、更に好ましくは32モル%以上であり、優れた成形加工性を発現する観点から、好ましくは40モル%未満、より好ましくは38モル%以下、更に好ましくは36モル%以下、更に好ましくは35モル%以下である。
また、上記ジアミン成分中に、少なくとも1つの芳香環を含むジアミンを含有してもよい。少なくとも1つの芳香環を含むジアミンの炭素数は6〜22が好ましく、例えば、オルトキシリレンジアミン、メタキシリレンジアミン、パラキシリレンジアミン、1,2−ジエチニルベンゼンジアミン、1,3−ジエチニルベンゼンジアミン、1,4−ジエチニルベンゼンジアミン、1,2−ジアミノベンゼン、1,3−ジアミノベンゼン、1,4−ジアミノベンゼン、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エーテル、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、α,α’−ビス(4−アミノフェニル)1,4−ジイソプロピルベンゼン、α,α’−ビス(3−アミノフェニル)−1,4−ジイソプロピルベンゼン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,6−ジアミノナフタレン、1,5−ジアミノナフタレン等が挙げられる。
上記において、少なくとも1つの脂環式炭化水素構造を含むジアミンと鎖状脂肪族ジアミンの合計量に対する、少なくとも1つの芳香環を含むジアミンの仕込み量のモル比は、25モル%以下であることが好ましい。一方で、下限は特に限定されず、0モル%を超えていればよい。
前記モル比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
また、前記モル比は、ポリイミド樹脂の着色を少なくする観点からは、好ましくは12モル%以下、より好ましくは10モル%以下、更に好ましくは5モル%以下、より更に好ましくは0モル%である。
前記モル比は、耐熱性の向上という観点からは、好ましくは5モル%以上、より好ましくは10モル%以上であり、一方で結晶性を維持する観点からは、好ましくは20モル%以下、より好ましくは15モル%以下である。
また、前記モル比は、ポリイミド樹脂の着色を少なくする観点からは、好ましくは12モル%以下、より好ましくは10モル%以下、更に好ましくは5モル%以下、より更に好ましくは0モル%である。
ポリイミド樹脂を製造する際、前記テトラカルボン酸成分と前記ジアミン成分の仕込み量比は、テトラカルボン酸成分1モルに対してジアミン成分が0.9〜1.1モルであることが好ましい。
またポリイミド樹脂を製造する際、前記テトラカルボン酸成分、前記ジアミン成分の他に、末端封止剤を混合してもよい。末端封止剤としては、モノアミン類及びジカルボン酸類から選ばれる少なくとも1種が好ましい。末端封止剤の使用量は、ポリイミド樹脂中に所望量の末端基を導入できる量であればよく、前記テトラカルボン酸及び/又はその誘導体1モルに対して0.0001〜0.1モルが好ましく、0.001〜0.06モルがより好ましく、0.002〜0.035モルが更に好ましい。
モノアミン類末端封止剤としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、ラウリルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、イソペンチルアミン、ネオペンチルアミン、2−メチルペンチルアミン、2−メチルヘキシルアミン、2−エチルペンチルアミン、3−エチルペンチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、3−エチルヘキシルアミン、イソノニルアミン、2−エチルオクチルアミン、イソデシルアミン、イソドデシルアミン、イソトリデシルアミン、イソテトラデシルアミン、ベンジルアミン、4−メチルベンジルアミン、4−エチルベンジルアミン、4−ドデシルベンジルアミン、3−メチルベンジルアミン、3−エチルベンジルアミン、アニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン等が挙げられる。
ジカルボン酸類末端封止剤としては、ジカルボン酸類が好ましく、その一部が閉環していてもよい。例えば、フタル酸、無水フタル酸、4−クロロフタル酸、テトラフルオロフタル酸、2,3−ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4−ベンゾフェノンジカルボン酸、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸、シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸、4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好ましい。
これらの末端封止剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
中でも、モノアミン類末端封止剤が好ましく、ポリイミド樹脂の末端に前述した炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を導入して耐熱老化性を向上させる観点から、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を有するモノアミンがより好ましく、炭素数5〜14の飽和直鎖状脂肪族基を有するモノアミンが更に好ましい。上記鎖状脂肪族基は、好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数7以上、更に好ましくは炭素数8以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数10以下、更に好ましくは炭素数9以下である。モノアミンが有する鎖状脂肪族基の炭素数が5以上であれば、ポリイミド樹脂の製造時に当該モノアミンが揮発し難いため好ましい。
末端封止剤は、特に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、イソノニルアミン、n−デシルアミン、及びイソデシルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、及びイソノニルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、及び2−エチルヘキシルアミンから選ばれる少なくとも1種である。
モノアミン類末端封止剤としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、n−ペンチルアミン、n−ヘキシルアミン、n−ヘプチルアミン、n−オクチルアミン、n−ノニルアミン、n−デシルアミン、n−ウンデシルアミン、ラウリルアミン、n−トリデシルアミン、n−テトラデシルアミン、イソペンチルアミン、ネオペンチルアミン、2−メチルペンチルアミン、2−メチルヘキシルアミン、2−エチルペンチルアミン、3−エチルペンチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、3−エチルヘキシルアミン、イソノニルアミン、2−エチルオクチルアミン、イソデシルアミン、イソドデシルアミン、イソトリデシルアミン、イソテトラデシルアミン、ベンジルアミン、4−メチルベンジルアミン、4−エチルベンジルアミン、4−ドデシルベンジルアミン、3−メチルベンジルアミン、3−エチルベンジルアミン、アニリン、3−メチルアニリン、4−メチルアニリン等が挙げられる。
ジカルボン酸類末端封止剤としては、ジカルボン酸類が好ましく、その一部が閉環していてもよい。例えば、フタル酸、無水フタル酸、4−クロロフタル酸、テトラフルオロフタル酸、2,3−ベンゾフェノンジカルボン酸、3,4−ベンゾフェノンジカルボン酸、シクロヘキサン−1,2−ジカルボン酸、シクロペンタン−1,2−ジカルボン酸、4−シクロへキセン−1,2−ジカルボン酸等が挙げられる。これらのうち、フタル酸、無水フタル酸が好ましい。
これらの末端封止剤は1種のみを用いてもよく、2種以上を用いてもよい。
中でも、モノアミン類末端封止剤が好ましく、ポリイミド樹脂の末端に前述した炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を導入して耐熱老化性を向上させる観点から、炭素数5〜14の鎖状脂肪族基を有するモノアミンがより好ましく、炭素数5〜14の飽和直鎖状脂肪族基を有するモノアミンが更に好ましい。上記鎖状脂肪族基は、好ましくは炭素数6以上、より好ましくは炭素数7以上、更に好ましくは炭素数8以上であり、好ましくは炭素数12以下、より好ましくは炭素数10以下、更に好ましくは炭素数9以下である。モノアミンが有する鎖状脂肪族基の炭素数が5以上であれば、ポリイミド樹脂の製造時に当該モノアミンが揮発し難いため好ましい。
末端封止剤は、特に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、イソノニルアミン、n−デシルアミン、及びイソデシルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、2−エチルヘキシルアミン、n−ノニルアミン、及びイソノニルアミンから選ばれる少なくとも1種であり、最も好ましくはn−オクチルアミン、イソオクチルアミン、及び2−エチルヘキシルアミンから選ばれる少なくとも1種である。
ポリイミド樹脂を製造するための重合方法としては、ポリイミド樹脂を製造するための公知の重合方法が適用でき、特に限定されないが、例えば溶液重合、溶融重合、固相重合、懸濁重合法等が挙げられる。この中で特に有機溶媒を用いた高温条件下における懸濁重合が好ましい。高温条件下における懸濁重合を行う際は、150℃以上で重合を行うのが好ましく、180〜250℃で行うのがより好ましい。重合時間は使用するモノマーにより適宜変更するが、0.1〜6時間程度行うのが好ましい。
ポリイミド樹脂の製造方法としては、前記テトラカルボン酸成分と前記ジアミン成分とを、下記式(I)で表されるアルキレングリコール系溶媒を含む溶媒の存在下で反応させる工程を含むことが好ましい。これにより、粉末状のポリイミド樹脂を得ることができる。当該製造方法によれば、JIS K0069の方法によりふるい分け試験を行ったときに、JIS試験用の公称目開き500μmのふるいを通過する割合が90質量%以上のポリイミド樹脂粉末、及び、レーザー回折光散乱式粒度分布測定器による粒度測定で、D10が8〜100μm、D50が12〜250μm、D90が20〜500μmのポリイミド樹脂粉末が容易に得られる点で好ましい。
(Ra1は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であり、Ra2は炭素数2〜6の直鎖のアルキレン基であり、nは1〜3の整数である。)
均一な粉末状のポリイミド樹脂を得るには、ワンポットの反応において(1)ポリアミド酸を均一に溶解させる、あるいはナイロン塩を均一に分散させる、(2)ポリイミド樹脂を全く溶解、膨潤させない、の二つの特性が溶媒に備わっていることが望ましいと考えられる。上記式(I)で表されるアルキレングリコール系溶媒を含む溶媒はこの2つの特性を概ね満たしている。
前記アルキレングリコール系溶媒は、常圧において高温条件で重合反応を可能にする観点から、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上、さらに好ましくは180℃以上の沸点を有する。
均一な粉末状のポリイミド樹脂を得るには、ワンポットの反応において(1)ポリアミド酸を均一に溶解させる、あるいはナイロン塩を均一に分散させる、(2)ポリイミド樹脂を全く溶解、膨潤させない、の二つの特性が溶媒に備わっていることが望ましいと考えられる。上記式(I)で表されるアルキレングリコール系溶媒を含む溶媒はこの2つの特性を概ね満たしている。
前記アルキレングリコール系溶媒は、常圧において高温条件で重合反応を可能にする観点から、好ましくは140℃以上、より好ましくは160℃以上、さらに好ましくは180℃以上の沸点を有する。
式(I)中のRa1は水素原子又は炭素数1〜4のアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜4のアルキル基であり、より好ましくはメチル基又はエチル基である。
式(I)中のRa2は炭素数2〜6の直鎖のアルキレン基であり、好ましくは炭素数2〜3の直鎖のアルキレン基であり、より好ましくはエチレン基である。
式(I)中のnは1〜3の整数であり、好ましくは2又は3である。
前記アルキレングリコール系溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(別名:2−(2−メトキシエトキシ)エタノール)、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(別名:2−(2−エトキシエトキシ)エタノール)、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール等が挙げられる。これら溶媒を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の溶媒を組み合わせて用いてもよい。これら溶媒のうち、好ましくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール及び1,3−プロパンジオールであり、より好ましくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノール及び2−(2−エトキシエトキシ)エタノールである。
式(I)中のRa2は炭素数2〜6の直鎖のアルキレン基であり、好ましくは炭素数2〜3の直鎖のアルキレン基であり、より好ましくはエチレン基である。
式(I)中のnは1〜3の整数であり、好ましくは2又は3である。
前記アルキレングリコール系溶媒の具体例としては、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル(別名:2−(2−メトキシエトキシ)エタノール)、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル(別名:2−(2−エトキシエトキシ)エタノール)、エチレングリコールモノイソプロピルエーテル、ジエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、トリエチレングリコールモノイソプロピルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、ジエチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコールモノイソブチルエーテル、エチレングリコール、1,3−プロパンジオール等が挙げられる。これら溶媒を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の溶媒を組み合わせて用いてもよい。これら溶媒のうち、好ましくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、2−(2−エトキシエトキシ)エタノール及び1,3−プロパンジオールであり、より好ましくは2−(2−メトキシエトキシ)エタノール及び2−(2−エトキシエトキシ)エタノールである。
溶媒中における前記アルキレングリコール系溶媒の含有量は、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、さらに好ましくは75質量%以上、特に好ましくは95質量%以上である。溶媒は、前記アルキレングリコール系溶媒のみからなっていてもよい。
溶媒が、前記アルキレングリコール系溶媒とそれ以外の溶媒を含む場合、当該「それ以外の溶媒」の具体例としては水、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、クロロベンゼン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、ジメチルスルホキシド、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、フェノール、p−クロルフェノール、2−クロル−4−ヒドロキシトルエン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジオキサン、γ−ブチロラクトン、ジオキソラン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、ジブロモメタン、トリブロモメタン、1,2−ジブロモエタン、1,1,2−トリブロモエタン等が挙げられる。これら溶媒を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の溶媒を組み合わせて用いてもよい。
溶媒が、前記アルキレングリコール系溶媒とそれ以外の溶媒を含む場合、当該「それ以外の溶媒」の具体例としては水、ベンゼン、トルエン、キシレン、アセトン、ヘキサン、ヘプタン、クロロベンゼン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、ヘプタノール、オクタノール、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルカプロラクタム、ヘキサメチルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、ジメチルスルホキシド、o−クレゾール、m−クレゾール、p−クレゾール、フェノール、p−クロルフェノール、2−クロル−4−ヒドロキシトルエン、ジグライム、トリグライム、テトラグライム、ジオキサン、γ−ブチロラクトン、ジオキソラン、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジクロロメタン、クロロホルム、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、ジブロモメタン、トリブロモメタン、1,2−ジブロモエタン、1,1,2−トリブロモエタン等が挙げられる。これら溶媒を単独で用いてもよく、これらから選ばれる2つ以上の溶媒を組み合わせて用いてもよい。
ポリイミド樹脂の好適な製造方法としては、例えば、上記アルキレングリコール系溶媒を含む溶媒中にテトラカルボン酸成分を含ませてなる溶液(a)と、前記アルキレングリコール系溶媒を含む溶媒中にジアミン成分を含ませてなる溶液(b)を別々に調製した後、溶液(a)に対し溶液(b)を添加して又は溶液(b)に対し溶液(a)を添加して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、前記溶液(c)を加熱することにより前記ポリアミド酸をイミド化して、ポリイミド樹脂を合成する方法が挙げられる。
テトラカルボン酸成分とジアミン成分との反応は、常圧下又は加圧下のいずれで行うこともできるが、常圧下であれば耐圧性容器を必要としない点で、常圧下で行われることが好ましい。
末端封止剤を使用する場合には、溶液(a)と溶液(b)を混合し、この混合液中に末端封止剤を混合して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、前記溶液(c)を加熱することが好ましく、溶液(a)に溶液(b)を添加し終わった後に末端封止剤を添加して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、前記溶液(c)を加熱することがより好ましい。
テトラカルボン酸成分とジアミン成分との反応は、常圧下又は加圧下のいずれで行うこともできるが、常圧下であれば耐圧性容器を必要としない点で、常圧下で行われることが好ましい。
末端封止剤を使用する場合には、溶液(a)と溶液(b)を混合し、この混合液中に末端封止剤を混合して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、前記溶液(c)を加熱することが好ましく、溶液(a)に溶液(b)を添加し終わった後に末端封止剤を添加して、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製し、次いで、前記溶液(c)を加熱することがより好ましい。
また、ポリイミド樹脂中の副生成物の量を低減する観点からは、ポリイミド樹脂の製造方法は、テトラカルボン酸成分がテトラカルボン酸二無水物を含み;前記のテトラカルボン酸成分とジアミン成分とを反応させる工程が、前記テトラカルボン酸成分と前記アルキレングリコール系溶媒とを含む溶液(a)に、前記ジアミン成分と前記アルキレングリコール系溶媒とを含む溶液(b)を添加することで、ポリアミド酸を含有する溶液(c)を調製する工程(i)、及び前記溶液(c)を加熱して前記ポリアミド酸をイミド化することにより、ポリイミド樹脂を得る工程(ii)を含み;前記工程(i)において、前記テトラカルボン酸成分1molに対する単位時間当たりの前記ジアミン成分の添加量が0.1mol/min以下となるように、前記溶液(a)に前記溶液(b)を添加する、ことが好ましい。
また、本発明のポリイミド樹脂には、その特性が阻害されない範囲で、艶消剤、結晶核剤、可塑剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、及び、樹脂改質剤等の任意成分を、必要に応じて配合することができる。
さらに本発明のポリイミド樹脂は、該ポリイミド樹脂が本来有する物性を利用しつつ、所望の性能を付与する観点から、充填剤、難燃剤、着色剤、摺動性改良剤、酸化防止剤、及び導電剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤を配合した樹脂組成物としてもよい。
充填剤としては、耐熱性及び機械的強度の観点からは無機充填剤が好ましい。充填剤の形状は特に限定されるものではなく、粒状、板状、及び繊維状の充填剤のいずれも用いることができる。無機充填剤のうち粒状又は板状の無機充填剤としては、シリカ、アルミナ、カオリナイト、ワラストナイト、マイカ、タルク、クレー、セリサイト、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化カルシウム、炭化ケイ素、三硫化アンチモン、硫化錫、硫化銅、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、金属粉末、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ガラスビーズ等が挙げられる。繊維状無機充填剤としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、グラファイト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化珪素繊維、ホウ素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー、マグネシウム系ウィスカー、珪素系ウィスカー等が挙げられる。炭素繊維としてはポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。これらの無機充填剤は、表面処理を施したものでもよい。
難燃剤としては、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、金属酸化物系難燃剤、金属水酸化物系難燃剤、金属塩系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン系難燃剤、及びホウ素化合物系難燃剤等が挙げられる。
着色剤としては顔料及び染料等を、用途及び着色目的に応じて適宜選択することができる。顔料と染料とは併用してもよい。
摺動性改良剤としては、二硫化モリブデン、金属石鹸等の固体潤滑剤;鉱油、合成油、ワックス等の液体潤滑剤;フッ素系樹脂、ポリオレフィン、及び球状フェノール等の潤滑性ポリマーが挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、銅系酸化防止剤、及びアミン系酸化防止剤等が挙げられる。また、導電剤としては、炭素系導電剤、金属系導電剤、金属酸化物系導電剤、及び界面活性剤等が挙げられる。
これらの添加剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
さらに本発明のポリイミド樹脂は、該ポリイミド樹脂が本来有する物性を利用しつつ、所望の性能を付与する観点から、充填剤、難燃剤、着色剤、摺動性改良剤、酸化防止剤、及び導電剤から選ばれる少なくとも1種の添加剤を配合した樹脂組成物としてもよい。
充填剤としては、耐熱性及び機械的強度の観点からは無機充填剤が好ましい。充填剤の形状は特に限定されるものではなく、粒状、板状、及び繊維状の充填剤のいずれも用いることができる。無機充填剤のうち粒状又は板状の無機充填剤としては、シリカ、アルミナ、カオリナイト、ワラストナイト、マイカ、タルク、クレー、セリサイト、炭酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、酸化カルシウム、炭化ケイ素、三硫化アンチモン、硫化錫、硫化銅、硫化鉄、硫化ビスマス、硫化亜鉛、金属粉末、ガラスパウダー、ガラスフレーク、ガラスビーズ等が挙げられる。繊維状無機充填剤としては、ガラス繊維、炭素繊維、金属繊維、グラファイト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維、アルミナ繊維、ジルコニア繊維、窒化ホウ素繊維、窒化珪素繊維、ホウ素繊維、チタン酸カリウムウィスカー、ホウ酸アルミニウムウィスカー、マグネシウム系ウィスカー、珪素系ウィスカー等が挙げられる。炭素繊維としてはポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維等が挙げられる。これらの無機充填剤は、表面処理を施したものでもよい。
難燃剤としては、例えば、ハロゲン系難燃剤、リン系難燃剤、金属酸化物系難燃剤、金属水酸化物系難燃剤、金属塩系難燃剤、窒素系難燃剤、シリコーン系難燃剤、及びホウ素化合物系難燃剤等が挙げられる。
着色剤としては顔料及び染料等を、用途及び着色目的に応じて適宜選択することができる。顔料と染料とは併用してもよい。
摺動性改良剤としては、二硫化モリブデン、金属石鹸等の固体潤滑剤;鉱油、合成油、ワックス等の液体潤滑剤;フッ素系樹脂、ポリオレフィン、及び球状フェノール等の潤滑性ポリマーが挙げられる。
酸化防止剤としては、フェノール系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、銅系酸化防止剤、及びアミン系酸化防止剤等が挙げられる。また、導電剤としては、炭素系導電剤、金属系導電剤、金属酸化物系導電剤、及び界面活性剤等が挙げられる。
これらの添加剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ポリイミド樹脂組成物中の上記添加剤の配合量には特に制限はないが、ポリイミド樹脂が有する物性を維持しつつ添加剤の効果を発現させる観点から、好ましくは0.0001〜80質量%、より好ましくは0.001〜70質量%、更に好ましくは0.01〜65質量%である。
上記ポリイミド樹脂組成物はまた、本発明のポリイミド樹脂以外の樹脂を含有してもよい。本発明のポリイミド樹脂と他の樹脂とを併用し、ポリマーアロイとして用いることにより、各種用途に応じた機能を付与することが可能となる。当該他の樹脂としては、高耐熱性の熱可塑性樹脂が好ましく、例えば、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、本発明以外のポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリフェニレンエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリアリレート樹脂、液晶ポリマー、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリベンゾイミダゾール樹脂、等が挙げられる。これらの中でも、耐熱性、強度及び耐溶剤性の観点から、ポリエーテルイミド樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、及びポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、ポリエーテルエーテルケトン樹脂がより好ましい。
本発明のポリイミド樹脂と他の樹脂とを併用する場合、その配合比率には特に制限はないが、本発明のポリイミド樹脂による特徴を発現する観点からは、本発明のポリイミド樹脂と他の樹脂との配合比率は、質量比で1/99〜99/1が好ましく、5/95〜95/5がより好ましく、10/90〜90/10が更に好ましい。なお、本発明のポリイミド樹脂の配合比率が他の樹脂よりも少ない場合であっても、例えば、該ポリイミド樹脂が核剤のように作用して、得られる樹脂組成物の結晶化発熱量を上昇させるなどの効果を奏する。
本発明のポリイミド樹脂、及び上記ポリイミド樹脂組成物は、後述する成形体、ポリイミド樹脂−繊維複合材の作製に用いることができる。また、前述したポリイミド樹脂粉末は、粒度分布もシャープであるため、耐熱改質用充填剤、摺動改質用充填剤、樹脂ペースト、繊維含浸用樹脂材料、織物含浸用樹脂材料、3Dプリンター用樹脂材料、圧縮成形用樹脂材料等への利用が可能である。
[成形体]
本発明の成形体は、本発明のポリイミド樹脂を含む。本発明のポリイミド樹脂は前述した条件を満たすものであるため、該ポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物を熱成形することにより容易に成形体を製造できる。熱成形方法としては射出成形、押出成形、ブロー成形、熱プレス成形、真空成形、圧空成形、レーザー成形、溶接、溶着等が挙げられ、熱溶融工程を経る成形方法であればいずれの方法でも成形が可能である。中でも本発明のポリイミド樹脂を用いて射出成形を行う場合には、成形温度や成形時の金型温度を高温に設定することなく成形可能であるため好ましい。例えば射出成形においては、成形温度360℃以下、金型温度200℃以下での成形が可能である。
本発明の成形体は、本発明のポリイミド樹脂を含む。本発明のポリイミド樹脂は前述した条件を満たすものであるため、該ポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物を熱成形することにより容易に成形体を製造できる。熱成形方法としては射出成形、押出成形、ブロー成形、熱プレス成形、真空成形、圧空成形、レーザー成形、溶接、溶着等が挙げられ、熱溶融工程を経る成形方法であればいずれの方法でも成形が可能である。中でも本発明のポリイミド樹脂を用いて射出成形を行う場合には、成形温度や成形時の金型温度を高温に設定することなく成形可能であるため好ましい。例えば射出成形においては、成形温度360℃以下、金型温度200℃以下での成形が可能である。
本発明の成形体を製造する方法としては、本発明のポリイミド樹脂又はポリイミド樹脂組成物を290〜350℃で熱成形する工程を有することが好ましい。具体的な手順としては、例えば以下の方法が挙げられる。
まず、ポリイミド樹脂に必要に応じて各種任意成分を添加してドライブレンドした後、これを押出機内に導入して、好ましくは290〜350℃で溶融混練及び押出し、ペレットを作製する。あるいは、ポリイミド樹脂を押出機内に導入して、好ましくは290〜350℃で溶融し、ここに各種任意成分を導入して押出機内でポリイミド樹脂と溶融混練し、押出すことで前述のペレットを作製してもよい。
上記ペレットを乾燥させた後、各種成形機に導入して好ましくは290〜350℃で熱成形し、所望の形状を有する成形体を製造することができる。
本発明のポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物は290〜350℃という比較的低い温度で押出成形等の熱成形を行うことが可能であるため、成形加工性に優れ、所望の形状を有する成形品を容易に製造することができる。熱成形時の温度は、好ましくは310〜345℃である。
まず、ポリイミド樹脂に必要に応じて各種任意成分を添加してドライブレンドした後、これを押出機内に導入して、好ましくは290〜350℃で溶融混練及び押出し、ペレットを作製する。あるいは、ポリイミド樹脂を押出機内に導入して、好ましくは290〜350℃で溶融し、ここに各種任意成分を導入して押出機内でポリイミド樹脂と溶融混練し、押出すことで前述のペレットを作製してもよい。
上記ペレットを乾燥させた後、各種成形機に導入して好ましくは290〜350℃で熱成形し、所望の形状を有する成形体を製造することができる。
本発明のポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物は290〜350℃という比較的低い温度で押出成形等の熱成形を行うことが可能であるため、成形加工性に優れ、所望の形状を有する成形品を容易に製造することができる。熱成形時の温度は、好ましくは310〜345℃である。
本発明の成形体の形状としては特に限定はなく、フィルム、シート、ストランド、ペレット、繊維、丸棒、角棒、球状、パイプ、チューブ、シームレスベルト等が挙げられる。
本発明のポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物は特に成形加工性に優れることから、少なくとも一部に厚み1000μm以下の薄肉部を有する成形体の作製に好適に用いられる。例えば、1000μm以下の均一な厚みを有するフィルム及びシートや、厚み1000μm以下の薄肉部を一部に有する射出成形体等が挙げられる。該厚みは、好ましくは1000μm以下、より好ましくは800μm以下である。
本発明のポリイミド樹脂及びこれを含むポリイミド樹脂組成物は特に成形加工性に優れることから、少なくとも一部に厚み1000μm以下の薄肉部を有する成形体の作製に好適に用いられる。例えば、1000μm以下の均一な厚みを有するフィルム及びシートや、厚み1000μm以下の薄肉部を一部に有する射出成形体等が挙げられる。該厚みは、好ましくは1000μm以下、より好ましくは800μm以下である。
本発明の成形体の用途にも特に制限はなく、代表的なものとして、例えば、フィルム、繊維、耐熱接着剤、カラーフィルター、太陽電池基板、ウェハキャリア、ICトレイ、シールリング、ギア、自動車用軸受け、コピー機用軸受け、及び、複写機、プリンター、ファクシミリ及びこれらの複合装置などの各種電子写真式画像形成装置用の定着ベルトや中間転写ベルト等が挙げられる。本発明の成形体ははんだリフロー耐性を有するため、特に、中間製品又は最終製品の製造過程ではんだリフロー工程に供される部材として好適であり、代表的なものとして、電子部品、電線、電気絶縁材、及びプリント基板等が挙げられる。その他、はんだリフロー耐性(表面実装技術対応)が必要とされる用途としては、半導体封止剤、タッチパネル、太陽電池基材、フィルム状接着剤、コネクター、端子及び端子台、センサー、抵抗器、コンデンサー、各種スイッチ、等が挙げられる。
ここで、本発明の成形体であるフィルムは、無延伸フィルム、延伸フィルムのいずれでもよいが、フィルムの機械的強度、耐熱性を向上させる観点からは延伸フィルムが好ましい。
本発明の成形体がフィルムである場合、該フィルムの製造には公知のフィルムの製造方法を適用できる。無延伸フィルムの製造方法としては、例えば、前述の方法で作製したポリイミド樹脂のペレットを乾燥させた後、該ペレットを押出機内に導入して溶融させ、通常のTダイ法や円筒ダイ法(インフレーション法)等を使用してポリイミド樹脂をフィルム状に吐出し、次いで冷却ロール等により冷却、固化してフィルムを得る方法が挙げられる。押出機としては、単軸又は二軸のスクリュー押出機等を用いることができる。
その他、無延伸フィルムの製造方法としては、本発明のポリイミド樹脂と有機溶剤とを含有するポリイミド樹脂溶液、又はポリイミド樹脂と既述の種々の添加剤とを含むポリイミド樹脂組成物をフィルム状に塗布又は成形した後、該有機溶剤を除去する方法等が挙げられる。
本発明の成形体がフィルムである場合、該フィルムの製造には公知のフィルムの製造方法を適用できる。無延伸フィルムの製造方法としては、例えば、前述の方法で作製したポリイミド樹脂のペレットを乾燥させた後、該ペレットを押出機内に導入して溶融させ、通常のTダイ法や円筒ダイ法(インフレーション法)等を使用してポリイミド樹脂をフィルム状に吐出し、次いで冷却ロール等により冷却、固化してフィルムを得る方法が挙げられる。押出機としては、単軸又は二軸のスクリュー押出機等を用いることができる。
その他、無延伸フィルムの製造方法としては、本発明のポリイミド樹脂と有機溶剤とを含有するポリイミド樹脂溶液、又はポリイミド樹脂と既述の種々の添加剤とを含むポリイミド樹脂組成物をフィルム状に塗布又は成形した後、該有機溶剤を除去する方法等が挙げられる。
延伸フィルムの製造方法としては、上記無延伸フィルムを原反フィルムとして用い、これを延伸する方法が挙げられる。原反フィルムの厚みには特に制限はなく、延伸倍率、延伸温度、及び製造される延伸フィルムの理論厚み等に応じて適宜選択することができるが、通常、50〜2000μmの範囲である。
延伸フィルムの製造において、延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよく、フィルムの用途や要求される物性により適宜選択することができる。二軸延伸方法としては、同時二軸延伸法あるいは逐次二軸延伸法を用いることができる。フィルムのMD方向とTD方向での異方性を低減する観点からは、二軸延伸が好ましい。
延伸フィルムの製造において、延伸は一軸延伸でも二軸延伸でもよく、フィルムの用途や要求される物性により適宜選択することができる。二軸延伸方法としては、同時二軸延伸法あるいは逐次二軸延伸法を用いることができる。フィルムのMD方向とTD方向での異方性を低減する観点からは、二軸延伸が好ましい。
延伸フィルムの製造の際には、まず、使用する原反フィルムの予熱を行うことが好ましい。予熱温度は、破れや欠陥を生じずに十分な延伸倍率を得るために、好ましくはポリイミド樹脂のTg+5℃以上、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+10℃以上であり、かつ、延伸による物性向上を発現させるためには好ましくはポリイミド樹脂のTg+70℃以下、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+50℃以下の範囲である。予熱時間は、原反フィルムを設定温度まで均一に加熱する観点から、好ましくは10秒以上、より好ましくは20秒以上、更に好ましくは30秒以上であり、生産性の観点から、好ましくは90秒以下、より好ましくは60秒以下である。
上記予熱を行い、原反フィルムが設定温度まで均一に加熱された状態で、一軸延伸の場合はMD方向又はTD方向に、二軸延伸の場合はMD方向及びTD方向に延伸する。延伸倍率は、MD方向又はTD方向のいずれにおいても、好ましくは1.1倍以上、より好ましくは1.2倍以上であり、好ましくは4.0倍以下、より好ましくは3.5倍以下、さらに好ましくは3.0倍以下、よりさらに好ましくは2.5倍以下である。延伸倍率が1.1倍以上であれば、延伸配向が十分であり、機械的強度や耐熱性等の物性向上効果を発現しやすい。また延伸倍率が4.0倍以下であれば、延伸によるフィルムの破断や欠陥、配向ムラの発生を防止することができ、外観性に優れるフィルムを得ることができる。
また延伸フィルムのMD方向とTD方向との延伸倍率の積は、使用する原反フィルムの厚みによっても異なるが、得られるフィルムの物性及び外観性の観点から、好ましくは1.5〜16倍、より好ましくは1.5〜12.25倍、さらに好ましくは1.5〜9.0倍、よりさらに好ましくは1.5〜6.25倍である(一軸延伸の場合は、延伸しない方向の倍率を1倍とする)。また、MD方向とTD方向に、同延伸倍率の延伸を行った際に異方性が見られる場合は、MD方向とTD方向で異なる延伸倍率の延伸を行い、異方性を低減させることも可能である。
上記予熱を行い、原反フィルムが設定温度まで均一に加熱された状態で、一軸延伸の場合はMD方向又はTD方向に、二軸延伸の場合はMD方向及びTD方向に延伸する。延伸倍率は、MD方向又はTD方向のいずれにおいても、好ましくは1.1倍以上、より好ましくは1.2倍以上であり、好ましくは4.0倍以下、より好ましくは3.5倍以下、さらに好ましくは3.0倍以下、よりさらに好ましくは2.5倍以下である。延伸倍率が1.1倍以上であれば、延伸配向が十分であり、機械的強度や耐熱性等の物性向上効果を発現しやすい。また延伸倍率が4.0倍以下であれば、延伸によるフィルムの破断や欠陥、配向ムラの発生を防止することができ、外観性に優れるフィルムを得ることができる。
また延伸フィルムのMD方向とTD方向との延伸倍率の積は、使用する原反フィルムの厚みによっても異なるが、得られるフィルムの物性及び外観性の観点から、好ましくは1.5〜16倍、より好ましくは1.5〜12.25倍、さらに好ましくは1.5〜9.0倍、よりさらに好ましくは1.5〜6.25倍である(一軸延伸の場合は、延伸しない方向の倍率を1倍とする)。また、MD方向とTD方向に、同延伸倍率の延伸を行った際に異方性が見られる場合は、MD方向とTD方向で異なる延伸倍率の延伸を行い、異方性を低減させることも可能である。
延伸温度は、好ましくはポリイミド樹脂のTg+10℃以上、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+20℃以上であり、好ましくはポリイミド樹脂のTg+70℃以下、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+60℃以下、さらに好ましくはポリイミド樹脂のTg+50℃以下である。延伸温度がポリイミド樹脂のTg+10℃以上であると、破れや欠陥などの延伸不良を少なくすることができ、また延伸フィルムのヘイズを低減することができる。延伸温度がポリイミド樹脂のTg+70℃以下であると、延伸による物性向上が十分に発現できる。
延伸速度は、得られるフィルムの物性を十分に向上させる観点から、好ましくは10%/分以上、より好ましくは50%/分以上である。延伸速度の上限に関しては、破れなどの欠陥が発生しない限り特に制限はないが、通常10000%/分以下である。
延伸には、公知の一軸又は二軸延伸装置を用いることができる。
延伸速度は、得られるフィルムの物性を十分に向上させる観点から、好ましくは10%/分以上、より好ましくは50%/分以上である。延伸速度の上限に関しては、破れなどの欠陥が発生しない限り特に制限はないが、通常10000%/分以下である。
延伸には、公知の一軸又は二軸延伸装置を用いることができる。
上記延伸を行った後、フィルムの熱固定を行うことが好ましい。熱固定とは、延伸後のフィルムを、緊張下又は制限収縮下で加熱及び冷却を行う処理である。該熱固定を行うことにより、フィルムの延伸配向を維持しながら、再加熱時のフィルムの寸法変化(熱収縮)を抑制できる。
熱固定時の加熱温度は、ポリイミド樹脂のTg以上、融点以下の温度であればよいが、再加熱時のフィルムの寸法変化を抑制する観点から、好ましくはポリイミド樹脂のTg+10℃以上、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+20℃以上である。また、フィルムの延伸配向を維持する観点からは、好ましくはポリイミド樹脂の融点−30℃以下、より好ましくはポリイミド樹脂の融点−50℃以下である。加熱時間は、再加熱時のフィルムの寸法変化を抑制する観点から、好ましくは0.5〜1000分、より好ましくは1〜500分である。
熱固定時の加熱温度は、ポリイミド樹脂のTg以上、融点以下の温度であればよいが、再加熱時のフィルムの寸法変化を抑制する観点から、好ましくはポリイミド樹脂のTg+10℃以上、より好ましくはポリイミド樹脂のTg+20℃以上である。また、フィルムの延伸配向を維持する観点からは、好ましくはポリイミド樹脂の融点−30℃以下、より好ましくはポリイミド樹脂の融点−50℃以下である。加熱時間は、再加熱時のフィルムの寸法変化を抑制する観点から、好ましくは0.5〜1000分、より好ましくは1〜500分である。
上記熱固定後の延伸フィルムは、再加熱時の寸法変化が少ないことが好ましい。具体的には、100〜150℃の温度範囲で測定した熱線膨張係数(CTE)が、好ましくは50ppm以下、より好ましくは40ppm以下、さらに好ましくは30ppm以下である。熱線膨張係数の下限値は低い方が好ましいが、ポリイミド樹脂フィルムの性質上の観点、及び、熱固定を長時間行うことなどによる生産性低下を避ける観点から、100〜150℃の温度範囲で測定した熱線膨張係数は好ましくは0ppm以上である。熱線膨張係数は、具体的には実施例に記載の方法で測定できる。
(ポリイミド樹脂−繊維複合材)
本発明のポリイミド樹脂は、繊維材料に含浸させてポリイミド樹脂−繊維複合材(以下、単に「複合材」ともいう)とすることもできる。
複合材に用いる繊維材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維(スチール繊維等)等の無機繊維;アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、芳香族ポリイミド繊維等の合成繊維;などが挙げられる。なかでも、軽量でありながら、高強度、高弾性率であるという優れた特徴を有するため、炭素繊維が好ましく用いられる。炭素繊維はポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維を好ましく用いることができる。
本発明のポリイミド樹脂は、繊維材料に含浸させてポリイミド樹脂−繊維複合材(以下、単に「複合材」ともいう)とすることもできる。
複合材に用いる繊維材料としては、ガラス繊維、炭素繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、セラミック繊維、金属繊維(スチール繊維等)等の無機繊維;アラミド繊維、ポリオキシメチレン繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリパラフェニレンベンゾビスオキサゾール繊維、超高分子量ポリエチレン繊維、芳香族ポリイミド繊維等の合成繊維;などが挙げられる。なかでも、軽量でありながら、高強度、高弾性率であるという優れた特徴を有するため、炭素繊維が好ましく用いられる。炭素繊維はポリアクリロニトリル系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維を好ましく用いることができる。
繊維材料は、例えば単にモノフィラメントまたはマルチフィラメントを一方向または交互の交差するように並べたもの、編織物等の布帛、不織布あるいはマット等の種々の形態であり得る。これらのうちモノフィラメント、布帛、不織布あるいはマットの形態が好ましい。さらに、これらを載置または積層し、バインダー等を含浸したプリプレグも好ましく用いられる。
繊維材料の平均繊維径は、1〜100μmであることが好ましく、3〜50μmがより好ましく、4〜20μmであることがさらに好ましく、5〜10μmが特に好ましい。平均繊維径がこの範囲であると、加工が容易であり、得られる成形体の弾性率及び強度が優れたものとなる。なお、平均繊維径は走査型電子顕微鏡(SEM)などによる観察によって測定することが可能である。50本以上の繊維を無作為に選んで長さを測定し、個数平均の平均繊維径を算出することができる。
繊維材料の繊度は、20〜3,000texが好ましく、50〜2,000texがより好ましい。繊度がこの範囲であると、加工が容易であり、得られる成形体の弾性率及び強度が優れたものとなる。なお、繊度は任意の長さの長繊維の重量を求めて、1,000m当りの重量に換算して求めることができる。フィラメント数は通常、500〜30,000程度の繊維材料を好ましく用いることができる。
複合材中に存在する繊維材料の繊維長は、平均繊維長で、好ましくは1cm以上であり、より好ましくは1.5cm以上、さらに好ましくは2cm以上であり、特に好ましくは3cm以上である。平均繊維長の上限としては、用途によって異なるが、好ましくは500cm以下、より好ましくは300cm以下、さらに好ましくは100cm以下である。
なお、複合材中における平均繊維長の測定方法は、特に限定されるものではないが、たとえば複合材をヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)あるいは濃硫酸中に入れて、ポリイミド樹脂を溶解させた後に残る繊維の長さを測ればよく、目視、場合によっては光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)などによる観察によって測定することが可能である。100本の繊維を無作為に選んで長さを測定し、個数平均の平均繊維長を算出することができる。
なお、複合材中における平均繊維長の測定方法は、特に限定されるものではないが、たとえば複合材をヘキサフルオロイソプロパノール(HFIP)あるいは濃硫酸中に入れて、ポリイミド樹脂を溶解させた後に残る繊維の長さを測ればよく、目視、場合によっては光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡(SEM)などによる観察によって測定することが可能である。100本の繊維を無作為に選んで長さを測定し、個数平均の平均繊維長を算出することができる。
また、使用する繊維材料の使用前の原料の平均繊維長に特に制限はないが、成形加工性を良好にする観点から、1〜10,000mの範囲であることが好ましく、より好ましくは100〜7,000m程度、さらに好ましくは1,000〜5,000m程度である。
なお、該複合材においては、繊維材料の短繊維(D)を合わせて用いることを排除するものではない。短繊維(D)を併用する場合は、短繊維(D)の平均繊維径が、繊維材料の平均繊維径よりも短いことが好ましい。
ポリイミド樹脂との濡れ性、界面密着性を向上させるために、繊維材料表面にポリイミド樹脂と親和性や反応性を有する官能基を有するものが好ましい。
ポリイミド樹脂と親和性や反応性を有する官能基を有する例として、表面処理剤または収束剤等で表面処理したものが好ましく挙げられる。
ポリイミド樹脂と親和性や反応性を有する官能基を有する例として、表面処理剤または収束剤等で表面処理したものが好ましく挙げられる。
表面処理剤としては、例えば、エポキシ系化合物、アクリル系化合物、イソシアネート系化合物、シラン系化合物、チタネート系化合物等の官能性化合物からなるものが挙げられ、例えば、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤等であり、シラン系カップリング剤が好ましい。
シラン系カップリング剤としては、アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジルプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシまたはトリアリロキシシラン化合物、ウレイドシラン、スルフィドシラン、ビニルシラン、イミダゾールシラン等が挙げられる。
シラン系カップリング剤としては、アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン、グリシジルプロピルトリエトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン等のトリアルコキシまたはトリアリロキシシラン化合物、ウレイドシラン、スルフィドシラン、ビニルシラン、イミダゾールシラン等が挙げられる。
収束剤としては、ビスフェノールA型のエポキシ樹脂等のエポキシ系樹脂、1分子中にアクリル基またはメタクリル基を有するエポキシアクリレート樹脂であって、ビスフェノールA型のビニルエステル樹脂、ノボラック型のビニルエステル樹脂、臭素化ビニルエステル樹脂等のビニルエステル系樹脂が好ましく挙げられる。またエポキシ系樹脂やビニルエステル系樹脂のウレタン変性樹脂であってもよい。
ポリイミド樹脂は繊維材料と重ね合わせられ、次いで、加熱、加圧されることにより、ポリイミド樹脂の全量あるいは少なくとも一部は溶融して、繊維材料層に含浸し、該含浸体は加熱、加圧されることにより、圧密(緻密)化して、複合材となる。
ポリイミド樹脂はフィルム状、繊維状、粉末状、およびペレット状などの如何なる形態であっても繊維材料と複合することが可能であるが、成形性、含浸性などの観点からはフィルム状、繊維状、又は粉末状であることが好ましい。
ポリイミド樹脂はフィルム状、繊維状、粉末状、およびペレット状などの如何なる形態であっても繊維材料と複合することが可能であるが、成形性、含浸性などの観点からはフィルム状、繊維状、又は粉末状であることが好ましい。
ポリイミド樹脂をフィルム状または繊維状にするには、公知の方法が採用できる。例えば、ポリイミド樹脂ペレットから溶融紡糸により繊維を製造する、樹脂を押出機より押し出して連続的にフィルムを成形する、熱プレス機によりフィルムを成形するといった方法により製造される。
ポリイミド樹脂を繊維材料に含浸させる工程は、ポリイミド樹脂がフィルム、繊維状である場合は加熱雰囲気下で複数のロールで連続的に加圧することによって行うことが好ましい。連続的に加圧することで、繊維材料間に含まれる空気を複合材あるいはさらにこれを成形して得られる成形体の外側に押し出すことができ、複合材やこれを成形して得られる成形体中の空隙を少なくすることができる。
なお、ロールの材質に特に制限は無いが、加熱加圧時にポリイミド樹脂のロールへの粘着を防ぐために、ロール表面をフッ素樹脂でコーティングしたロールを好ましく用いることができる。
ポリイミド樹脂が粉末状である場合は、繊維材料の表面にポリイミド樹脂粉末を分散させたのち、加熱雰囲気下でのロールによる加圧、あるいはレーザー照射によって溶融、含浸させることができる。
なお、ロールの材質に特に制限は無いが、加熱加圧時にポリイミド樹脂のロールへの粘着を防ぐために、ロール表面をフッ素樹脂でコーティングしたロールを好ましく用いることができる。
ポリイミド樹脂が粉末状である場合は、繊維材料の表面にポリイミド樹脂粉末を分散させたのち、加熱雰囲気下でのロールによる加圧、あるいはレーザー照射によって溶融、含浸させることができる。
加熱加圧は、ポリイミド樹脂のフィルムまたは繊維に繊維材料を重ね合わせ又は積層したものを、複数枚以上重畳して行ってもよい。複数枚以上重畳する場合は、例えば、ポリイミド樹脂フィルム/繊維材料積層物の少なくとも2枚、好ましくは5枚以上を、その両外側がポリイミド樹脂層になるように重ね合わせた重畳物に対して加熱加圧するのが望ましい。
加熱加圧において、繊維材料層へのポリイミド樹脂の含浸、これらの一体化のための温度は、ポリイミド樹脂が軟化溶融する温度以上とする必要があり、ポリイミド樹脂の種類や分子量によっても異なるが、300〜360℃が好ましく、より好ましくは300〜350℃である。このような温度範囲で加熱加圧することで、ポリイミド樹脂の繊維材料への含浸がよりよく行われ、複合材さらには複合材を成形して得られる成形体の物性が向上する傾向にある。
また、加圧の際のプレス圧力は0.1MPa以上が好ましい。加熱加圧は、減圧下、特には真空下で行うのが好ましく、このような条件で行うと、得られる複合材に気泡が残存しにくくなり好ましい。
このようにして製造された複合材は、固体、半固体状または粘性体状であってもよく、その形態は特に限定されないが、通常は固体ないし半固体である。好ましくは、複合材をロールに巻き取って保管することができる。また、ポリイミド樹脂が熱可塑性であるので、複合材をさらに加熱加工して各種の成形法により成形体とすることができる。
また、複合材は、ポリイミド樹脂/繊維材料の、断面における面積比率が20/80〜80/20であることが好ましい。断面における面積比率は、より好ましくは30/70〜70/30、さらには40/60〜60/40である。なお、ここでいう断面とは、繊維材料が一方向に配向しているような場合には、繊維材料の長手方向に直角な断面をいう。繊維材料が複数の方向に配向しているような場合には、複数の配向方向から任意に一方向を選択し、その配向している繊維材料の長手方向に直角な面を断面とする。繊維材料が配向していない場合は、複合材の任意の一方向を断面とする。ポリイミド樹脂/繊維材料の面積比率は、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより求めることができる。
上述の方法で得られた複合材は、その両表面は、好ましくは本発明のポリイミド樹脂を含むポリイミド樹脂層で形成される構成となっている。
上記複合材は、熱可塑性樹脂材料からなるので、これをそのまま、あるいは所望の形状・サイズに切断して、これを成形用材料として使用し、好ましくはこれを加熱し、次いで、好ましくは加熱された成形用の型に入れて成形し、型から取り外して各種の成形体を得ることが可能である。また、上記の成形は、成形用の型を用いる方法に限らず、例えば、ロールを用いて行うこともできる。複合材を好ましくは加熱し、次いで、好ましくは加熱されたロールにより加圧し、成形することも可能である。
上記複合材を成形体とする方法には特に制限はなく、公知の技術が適用でき、圧縮成形法、真空成形法、真空圧縮成形法、加圧成形法等を利用できる。
また、複合材を成形して得られた成形体は、さらに熱処理を行ってもよい。成形体を熱処理することによって、反りが少なくなり、寸法安定性をより向上させることができる。熱処理温度は150〜250℃が好ましい。
上記複合材は、熱可塑性樹脂材料からなるので、これをそのまま、あるいは所望の形状・サイズに切断して、これを成形用材料として使用し、好ましくはこれを加熱し、次いで、好ましくは加熱された成形用の型に入れて成形し、型から取り外して各種の成形体を得ることが可能である。また、上記の成形は、成形用の型を用いる方法に限らず、例えば、ロールを用いて行うこともできる。複合材を好ましくは加熱し、次いで、好ましくは加熱されたロールにより加圧し、成形することも可能である。
上記複合材を成形体とする方法には特に制限はなく、公知の技術が適用でき、圧縮成形法、真空成形法、真空圧縮成形法、加圧成形法等を利用できる。
また、複合材を成形して得られた成形体は、さらに熱処理を行ってもよい。成形体を熱処理することによって、反りが少なくなり、寸法安定性をより向上させることができる。熱処理温度は150〜250℃が好ましい。
次に実施例を挙げて本発明をより詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。また、各製造例、実施例及び参考例における各種測定及び評価は以下のように行った。
<対数粘度μ>
ポリイミド樹脂の対数粘度μは、得られたポリイミド樹脂を190〜200℃で2時間乾燥した後、ポリイミド樹脂0.100gを濃硫酸(96%、関東化学(株)製)20mLに溶解し、キャノンフェンスケ粘度計を使用して30℃において測定を行った。対数粘度μは下記式により求めた。
μ=ln(ts/t0)/C
t0:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5g/dL
ポリイミド樹脂の対数粘度μは、得られたポリイミド樹脂を190〜200℃で2時間乾燥した後、ポリイミド樹脂0.100gを濃硫酸(96%、関東化学(株)製)20mLに溶解し、キャノンフェンスケ粘度計を使用して30℃において測定を行った。対数粘度μは下記式により求めた。
μ=ln(ts/t0)/C
t0:濃硫酸の流れる時間
ts:ポリイミド樹脂溶液の流れる時間
C:0.5g/dL
<融点、ガラス転移温度、結晶化温度、結晶化発熱量>
ポリイミド樹脂の融点Tm、ガラス転移温度Tg、結晶化温度Tc、及び結晶化発熱量は、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。窒素雰囲気下、ポリイミド樹脂に下記条件の熱履歴を課した。熱履歴の条件は、昇温1度目(昇温速度10℃/分)、その後冷却(降温速度20℃/分)、その後昇温2度目(昇温速度10℃/分)である。
融点は昇温2度目で観測された吸熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。ガラス転移温度は昇温2度目で観測された値を読み取り決定した。また、結晶化温度は冷却時に観測された発熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。
結晶化発熱量(mJ/mg)は、上記冷却時に観測された結晶化発熱ピークの面積から算出した。
ポリイミド樹脂の融点Tm、ガラス転移温度Tg、結晶化温度Tc、及び結晶化発熱量は、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。窒素雰囲気下、ポリイミド樹脂に下記条件の熱履歴を課した。熱履歴の条件は、昇温1度目(昇温速度10℃/分)、その後冷却(降温速度20℃/分)、その後昇温2度目(昇温速度10℃/分)である。
融点は昇温2度目で観測された吸熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。ガラス転移温度は昇温2度目で観測された値を読み取り決定した。また、結晶化温度は冷却時に観測された発熱ピークのピークトップ値を読み取り決定した。
結晶化発熱量(mJ/mg)は、上記冷却時に観測された結晶化発熱ピークの面積から算出した。
<半結晶化時間>
ポリイミド樹脂の半結晶化時間は、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。
半結晶化時間が20秒以下のポリイミド樹脂の測定条件は窒素雰囲気下、融点+20℃で10分保持し、ポリイミド樹脂を完全に溶融させたのち、降温速度70℃/分の急冷操作を行った際に、観測される結晶化発熱ピークの出現時からピークトップに達するまでにかかった時間を計算し、決定した。
なお表2の実施例、比較例において、半結晶化時間が20秒未満のものは「20>」と表示した。
ポリイミド樹脂の半結晶化時間は、示差走査熱量計装置(エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製「DSC−6220」)を用いて測定した。
半結晶化時間が20秒以下のポリイミド樹脂の測定条件は窒素雰囲気下、融点+20℃で10分保持し、ポリイミド樹脂を完全に溶融させたのち、降温速度70℃/分の急冷操作を行った際に、観測される結晶化発熱ピークの出現時からピークトップに達するまでにかかった時間を計算し、決定した。
なお表2の実施例、比較例において、半結晶化時間が20秒未満のものは「20>」と表示した。
<赤外線分光分析(IR測定)>
ポリイミド樹脂のIR測定は日本電子(株)製「JIR−WINSPEC50」を用いて行った。
ポリイミド樹脂のIR測定は日本電子(株)製「JIR−WINSPEC50」を用いて行った。
<ふるい分け試験>
JIS K0069の方法により、公称目開き500μm及び公称目開き250μmのJIS試験用ふるいを用いてポリイミド樹脂粉末のふるい分け試験を行い粒径を確認した。
JIS K0069の方法により、公称目開き500μm及び公称目開き250μmのJIS試験用ふるいを用いてポリイミド樹脂粉末のふるい分け試験を行い粒径を確認した。
<レーザー回折式粒度分布測定>
ポリイミド樹脂粉末のレーザー回折式粒度分布測定には、マルバーン社製のレーザー回折式粒度分布測定器「LMS−2000e」を使用した。測定は分散媒として水を使用し、超音波条件下によりポリイミド樹脂粉末が十分に分散する条件で行った。測定範囲は0.02〜2000μmとした。
ポリイミド樹脂粉末のレーザー回折式粒度分布測定には、マルバーン社製のレーザー回折式粒度分布測定器「LMS−2000e」を使用した。測定は分散媒として水を使用し、超音波条件下によりポリイミド樹脂粉末が十分に分散する条件で行った。測定範囲は0.02〜2000μmとした。
<成形加工性>
ポリイミド樹脂の成形加工性は下記基準で評価した。
(株)東洋精機製作所製の混練・押出成形評価試験装置「ラボプラストミルμ」を用いて、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度まで成形機温度を上げて、スクリュー回転数:30rpm、フィード量:10g/分としてストランドを押し出した際に、成形機のトルク限界に到達することなくペレットの押出しが可能である場合に、成形加工性をAとして評価した。また、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度まで成形機温度を上げてストランドが押し出せない場合は、成形機の最高設定温度である360℃まで徐々に昇温を行い、これによりストランドが得られる場合には成形加工性をBとした。また、成形機の最高設定温度である360℃での押出しが不可能である場合、一般的な樹脂成型においても成形は容易ではないと判断できるため、成形加工性をCとして評価した。
ポリイミド樹脂の成形加工性は下記基準で評価した。
(株)東洋精機製作所製の混練・押出成形評価試験装置「ラボプラストミルμ」を用いて、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度まで成形機温度を上げて、スクリュー回転数:30rpm、フィード量:10g/分としてストランドを押し出した際に、成形機のトルク限界に到達することなくペレットの押出しが可能である場合に、成形加工性をAとして評価した。また、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度まで成形機温度を上げてストランドが押し出せない場合は、成形機の最高設定温度である360℃まで徐々に昇温を行い、これによりストランドが得られる場合には成形加工性をBとした。また、成形機の最高設定温度である360℃での押出しが不可能である場合、一般的な樹脂成型においても成形は容易ではないと判断できるため、成形加工性をCとして評価した。
<はんだリフロー耐性>
(株)東洋精機製作所製の混練・押出成形評価試験装置「ラボプラストミルμ」により押し出したポリイミド樹脂のストランドを長さ5mm程度に裁断してペレットを得た。このペレットを(株)小平製作所製の真空プレス機を用いて、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度によって3分間プレスし、その後100℃以下まで30秒以下で急冷することで、ポリイミド樹脂フィルムを成形した。
上記ポリイミド樹脂フィルムを温度25℃、湿度50%にて3日間保持した後、長さ50mm、幅15mm、厚さ200±30μmに調製した。265℃に加熱し溶融したはんだ浴中に該樹脂フィルムの30mm分を20秒間浸漬した。この際に、変形や寸法変化が発生しない場合をA、寸法変化は起こらないが歪みが発生した場合はB、寸法変化や発泡が発生した場合をCとして評価した。
(株)東洋精機製作所製の混練・押出成形評価試験装置「ラボプラストミルμ」により押し出したポリイミド樹脂のストランドを長さ5mm程度に裁断してペレットを得た。このペレットを(株)小平製作所製の真空プレス機を用いて、ポリイミド樹脂の融点より20℃高い温度によって3分間プレスし、その後100℃以下まで30秒以下で急冷することで、ポリイミド樹脂フィルムを成形した。
上記ポリイミド樹脂フィルムを温度25℃、湿度50%にて3日間保持した後、長さ50mm、幅15mm、厚さ200±30μmに調製した。265℃に加熱し溶融したはんだ浴中に該樹脂フィルムの30mm分を20秒間浸漬した。この際に、変形や寸法変化が発生しない場合をA、寸法変化は起こらないが歪みが発生した場合はB、寸法変化や発泡が発生した場合をCとして評価した。
なお本発明のポリイミド樹脂は、例えば以下に示す解重合を行うことで、そのモノマー組成比及び末端基導入量を確認できる。
水酸化ナトリウム4.0g、水50mL、メタノール50mLを混合して得られる1M−水酸化ナトリウム溶液から5mLを量りとり、そこに得られたポリイミド固体100mgを加えたのち、耐圧容器中で240℃、1時間加熱することで解重合が行われる。
得られた溶液に対して、クロロホルムと水による抽出操作を行い、解重合されたモノマーの溶液を分離する。モノマー比は、ガスクロマトグラフィー(HEWLETT PACKARD製「HP6890」)を用い、アジレントテクノロジー製のカラム(HP−5)により分離し(昇温条件は50℃で10min保持後、10℃/分で300℃まで昇温)、各モノマーの面積比を算出することでモノマー組成比及び末端基導入量を決定している。なお、テトラカルボン酸成分に関してはメチルエステル体として観測される。
上記方法により、本願実施例、比較例のポリイミド樹脂のモノマー組成比及び末端基導入量は、モノマー及び末端封止剤の仕込みモル比と相違ないことを確認した。
水酸化ナトリウム4.0g、水50mL、メタノール50mLを混合して得られる1M−水酸化ナトリウム溶液から5mLを量りとり、そこに得られたポリイミド固体100mgを加えたのち、耐圧容器中で240℃、1時間加熱することで解重合が行われる。
得られた溶液に対して、クロロホルムと水による抽出操作を行い、解重合されたモノマーの溶液を分離する。モノマー比は、ガスクロマトグラフィー(HEWLETT PACKARD製「HP6890」)を用い、アジレントテクノロジー製のカラム(HP−5)により分離し(昇温条件は50℃で10min保持後、10℃/分で300℃まで昇温)、各モノマーの面積比を算出することでモノマー組成比及び末端基導入量を決定している。なお、テトラカルボン酸成分に関してはメチルエステル体として観測される。
上記方法により、本願実施例、比較例のポリイミド樹脂のモノマー組成比及び末端基導入量は、モノマー及び末端封止剤の仕込みモル比と相違ないことを確認した。
<フィルムの厚み測定>
実施例1a〜1dで得られたフィルムについては、マイクロメーターを用いて異なる箇所の厚みを計10点測定し、その平均値をフィルムの実測厚みとした。
実施例1a〜1dで得られたフィルムについては、マイクロメーターを用いて異なる箇所の厚みを計10点測定し、その平均値をフィルムの実測厚みとした。
<引張弾性率及び引張強度測定>
実施例1a〜1dで得られたフィルムから100mm×10mmの試験フィルムを切り出し、測定に使用した。引張試験機((株)東洋精機製作所製「ストログラフVG1E」)を用いて、JIS K7127に準拠して、温度23℃、試験速度50mm/分で引張試験を行い、引張弾性率及び引張強度を測定した。なお実施例1a〜1dのフィルムはMD方向について引張試験を行った。
実施例1a〜1dで得られたフィルムから100mm×10mmの試験フィルムを切り出し、測定に使用した。引張試験機((株)東洋精機製作所製「ストログラフVG1E」)を用いて、JIS K7127に準拠して、温度23℃、試験速度50mm/分で引張試験を行い、引張弾性率及び引張強度を測定した。なお実施例1a〜1dのフィルムはMD方向について引張試験を行った。
<熱線膨張係数(CTE)測定>
エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製の熱機械的分析装置(TMA/SS6100)を用いて、昇温速度10℃/分の条件で、実施例1a〜1dで得られたポリイミド樹脂フィルムのTMA測定を行い、100〜150℃のCTEを求めた。実施例1a〜1dのフィルムはMD方向について測定を行った。
エスアイアイ・ナノテクノロジー(株)製の熱機械的分析装置(TMA/SS6100)を用いて、昇温速度10℃/分の条件で、実施例1a〜1dで得られたポリイミド樹脂フィルムのTMA測定を行い、100〜150℃のCTEを求めた。実施例1a〜1dのフィルムはMD方向について測定を行った。
<ヘイズ値、イエローインデックス(YI)値、全光線透過率測定>
分光ヘイズメーター(日本電色工業(株)製、型式:SH−7000)を使用して透過法によりフィルムのヘイズ値、YI値、及び全光線透過率を測定した。
分光ヘイズメーター(日本電色工業(株)製、型式:SH−7000)を使用して透過法によりフィルムのヘイズ値、YI値、及び全光線透過率を測定した。
<曲げ強度及び曲げ弾性率測定>
ISO316で規定される80mm×40mm×厚さ4mmの成形体を作製し、測定に使用した。ベンドグラフ((株)東洋精機製作所製)を用いて、ISO178に準拠して、温度23℃、試験速度2mm/分で曲げ試験を行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。
ISO316で規定される80mm×40mm×厚さ4mmの成形体を作製し、測定に使用した。ベンドグラフ((株)東洋精機製作所製)を用いて、ISO178に準拠して、温度23℃、試験速度2mm/分で曲げ試験を行い、曲げ強度及び曲げ弾性率を測定した。
[実施例1]ポリイミド樹脂1の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)600gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.58g(1.00mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)49.42g(0.347mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)93.16g(0.645mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール250gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール130gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)1.934g(0.0149mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、316gのポリイミド樹脂1の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂1を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度336℃にて実施した。ポリイミド樹脂1のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.96dL/gであった。また、ポリイミド樹脂1の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。また、前述の方法でレーザー回折光散乱式粒度分布測定器により粒度を測定したところ、D10が9.3μm、D50が14.5μm、D90が22.7μmの単峰性となり、粒度分布が狭いことが確認された。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)600gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.58g(1.00mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)49.42g(0.347mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)93.16g(0.645mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール250gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール130gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)1.934g(0.0149mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、316gのポリイミド樹脂1の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂1を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度336℃にて実施した。ポリイミド樹脂1のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.96dL/gであった。また、ポリイミド樹脂1の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。また、前述の方法でレーザー回折光散乱式粒度分布測定器により粒度を測定したところ、D10が9.3μm、D50が14.5μm、D90が22.7μmの単峰性となり、粒度分布が狭いことが確認された。
また実施例1のポリイミド樹脂に関して、下記方法にて耐熱老化性評価を行った。
ポリイミド樹脂を厚さ100μmのフィルム状に調製した後、ヤマト科学(株)製送風定温恒温器「DN610」に導入し、200℃、72時間静置した。静置後のフィルムを2つ折りにしたところ、いずれの箇所でも破断は見られなかった。実施例1のポリイミド樹脂は200℃で72時間保存した後もフィルムの靭性が低下せず、機械的強度が保持されていた。
ポリイミド樹脂を厚さ100μmのフィルム状に調製した後、ヤマト科学(株)製送風定温恒温器「DN610」に導入し、200℃、72時間静置した。静置後のフィルムを2つ折りにしたところ、いずれの箇所でも破断は見られなかった。実施例1のポリイミド樹脂は200℃で72時間保存した後もフィルムの靭性が低下せず、機械的強度が保持されていた。
[実施例2]ポリイミド樹脂2の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)21.18g(0.149mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)50.12g(0.347mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂2の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂2を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度345℃にて実施した。ポリイミド樹脂2のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.91dL/gであった。また、ポリイミド樹脂2の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)21.18g(0.149mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)50.12g(0.347mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂2の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂2を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度345℃にて実施した。ポリイミド樹脂2のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.91dL/gであった。また、ポリイミド樹脂2の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
[実施例3]ポリイミド樹脂3の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)17.65g(0.124mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)53.70g(0.372mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、160gのポリイミド樹脂3の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂3を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度353℃にて実施した。ポリイミド樹脂3のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。ポリイミド樹脂3は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また、ポリイミド樹脂3の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)17.65g(0.124mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)53.70g(0.372mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、160gのポリイミド樹脂3の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂3を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度353℃にて実施した。ポリイミド樹脂3のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。ポリイミド樹脂3は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また、ポリイミド樹脂3の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
[実施例4]ポリイミド樹脂4の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)14.12g(0.0993mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)57.27g(0.397mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂4の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂4を用いて、前記測定及び評価を行った。また、樹脂は濃硫酸にも完全に溶解することは無かったため、対数粘度は測定できなかった。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度355℃にて実施した。ポリイミド樹脂4のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。ポリイミド樹脂4は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また、ポリイミド樹脂4の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)14.12g(0.0993mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)57.27g(0.397mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂4の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂4を用いて、前記測定及び評価を行った。また、樹脂は濃硫酸にも完全に溶解することは無かったため、対数粘度は測定できなかった。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度355℃にて実施した。ポリイミド樹脂4のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。ポリイミド樹脂4は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また、ポリイミド樹脂4の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
[実施例5]ポリイミド樹脂5の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)26.12g(0.184mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)45.10g(0.313mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂5の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂5を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度336℃にて実施した。ポリイミド樹脂5のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.90dL/gであった。また、ポリイミド樹脂5の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)26.12g(0.184mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)45.10g(0.313mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gのポリイミド樹脂5の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂5を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度336℃にて実施した。ポリイミド樹脂5のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.90dL/gであった。また、ポリイミド樹脂5の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
[実施例6]ポリイミド樹脂6の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)24.71g(0.174mol)、1,10−デカメチレンジアミン(関東化学(株)製)55.59g(0.323mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、166gのポリイミド樹脂6の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂6を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度300℃にて実施した。ポリイミド樹脂6のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.84dL/gであった。また、ポリイミド樹脂6の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)24.71g(0.174mol)、1,10−デカメチレンジアミン(関東化学(株)製)55.59g(0.323mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、166gのポリイミド樹脂6の粉末を得た。
得られたポリイミド樹脂6を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度300℃にて実施した。ポリイミド樹脂6のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.84dL/gであった。また、ポリイミド樹脂6の粉末をJIS K0069の方法により、目開き500μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過し、目開き250μmのふるいに通したところ99質量%以上が通過した。
[比較例1]比較ポリイミド樹脂1の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)28.24g(0.199mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)42.96g(0.298mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gの比較ポリイミド樹脂1の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂1を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度350℃にて実施した。比較ポリイミド樹脂1のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.94dL/gであった。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)28.24g(0.199mol)、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)42.96g(0.298mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、158gの比較ポリイミド樹脂1の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂1を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度350℃にて実施した。比較ポリイミド樹脂1のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.94dL/gであった。
[比較例2]比較ポリイミド樹脂2の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)71.59g(0.496mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、159gの比較ポリイミド樹脂2の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂2を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。比較ポリイミド樹脂2のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。なお、比較ポリイミド樹脂2は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また比較ポリイミド樹脂2はTgが明確に観察されず、ペレット化できなかったためはんだリフロー耐性試験を行うことができなかった。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)109.06g(0.500mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,8−オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)71.59g(0.496mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール200gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール100gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)0.966g(0.00744mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、淡黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が120〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール300gとメタノール300gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で180℃、10時間乾燥を行い、159gの比較ポリイミド樹脂2の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂2を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。比較ポリイミド樹脂2のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1768、1697(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。なお、比較ポリイミド樹脂2は濃硫酸に完全に溶解することはなかったため、対数粘度は測定できなかった。また比較ポリイミド樹脂2はTgが明確に観察されず、ペレット化できなかったためはんだリフロー耐性試験を行うことができなかった。
[比較例3]比較ポリイミド樹脂3の製造
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)650gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.1g(1.00mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)70.60g(0.496mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン(和光純薬工業(株)製)46.13g(0.397mol)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山精化工業(株)製)19.88g(0.0993mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール250gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール65gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)1.92g(0.0149mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が130〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール500gとメタノール500gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で190℃、10時間乾燥を行い、311gの比較ポリイミド樹脂3の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂3を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度360℃にて実施した。比較ポリイミド樹脂3のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1771、1699(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.69dL/gであった。
ディーンスターク装置、リービッヒ冷却管、熱電対、4枚パドル翼を設置した2Lセパラブルフラスコ中に2−(2−メトキシエトキシ)エタノール(日本乳化剤(株)製)650gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.1g(1.00mol)を導入し、窒素フローした後、均一な懸濁溶液になるように150rpmで撹拌した。一方で、500mLビーカーを用いて、1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン(三菱ガス化学(株)製)70.60g(0.496mol)、1,6−ヘキサメチレンジアミン(和光純薬工業(株)製)46.13g(0.397mol)、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル(和歌山精化工業(株)製)19.88g(0.0993mol)を2−(2−メトキシエトキシ)エタノール250gに溶解させ、混合ジアミン溶液を調製した。この混合ジアミン溶液を、プランジャーポンプを使用して徐々に加えた。混合ジアミン溶液の滴下中はすべて窒素フロー状態とし、撹拌翼回転数は250rpmとした。滴下が終わったのちに、2−(2−メトキシエトキシ)エタノール65gと、末端封止剤であるn−オクチルアミン(関東化学(株)製)1.92g(0.0149mol)を加えさらに撹拌した。この段階で、黄色のポリアミド酸溶液が得られた。次に、撹拌速度を200rpmとした後に、2Lセパラブルフラスコ中のポリアミド酸溶液を190℃まで昇温した。昇温を行っていく過程において、液温度が130〜140℃の間にポリイミド樹脂粉末の析出と、イミド化に伴う脱水が確認された。190℃で30分保持した後、室温まで放冷を行い、濾過を行った。得られたポリイミド樹脂粉末は2−(2−メトキシエトキシ)エタノール500gとメタノール500gにより洗浄、濾過を行った後、乾燥機で190℃、10時間乾燥を行い、311gの比較ポリイミド樹脂3の粉末を得た。
得られた比較ポリイミド樹脂3を用いて、前記測定及び評価を行った。結果を表2に示す。なお、成形加工性の評価は、成形機温度360℃にて実施した。比較ポリイミド樹脂3のIRスペクトルを測定したところ、ν(C=O)1771、1699(cm−1)にイミド環の特性吸収が認められた。対数粘度は0.69dL/gであった。
表中の略号は下記の通りである。
・PMDA;ピロメリット酸二無水物
・1,3−BAC;1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
・HMDA;1,6−ヘキサメチレンジアミン
・OMDA;1,8−オクタメチレンジアミン
・DMDA;1,10−デカメチレンジアミン
・ODA;4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
・PMDA;ピロメリット酸二無水物
・1,3−BAC;1,3−ビス(アミノメチル)シクロヘキサン
・HMDA;1,6−ヘキサメチレンジアミン
・OMDA;1,8−オクタメチレンジアミン
・DMDA;1,10−デカメチレンジアミン
・ODA;4,4’−ジアミノジフェニルエーテル
表2に示すとおり、本発明のポリイミド樹脂は、成形加工性及びはんだリフロー耐性のいずれにも優れる。
次に、本発明のポリイミド樹脂の延伸フィルムを製造し評価を行った例を示す。
[実施例1a]無延伸フィルム(原反フィルム)の製造
実施例1で得られたポリイミド樹脂1を二軸スクリュー押出機((株)東洋精機製作所製「ラボプラストミル」)から330℃で溶融押出して、Tダイ−冷却ロール法により、厚み90μmの無延伸フィルムを作製した。得られたフィルムについて、前記方法により各種評価を行った。結果を表3に示す。
[実施例1a]無延伸フィルム(原反フィルム)の製造
実施例1で得られたポリイミド樹脂1を二軸スクリュー押出機((株)東洋精機製作所製「ラボプラストミル」)から330℃で溶融押出して、Tダイ−冷却ロール法により、厚み90μmの無延伸フィルムを作製した。得られたフィルムについて、前記方法により各種評価を行った。結果を表3に示す。
[実施例1b〜1d]延伸フィルムの製造
実施例1aで作製した無延伸フィルムを100mm×100mmの大きさに切り取り、原反フィルムとして用いた。該原反フィルムを200℃で60秒加熱して予熱を行った後、二軸延伸装置((株)東洋精機製作所製「EX10−S5」)を用いて同時二軸延伸を行った。延伸倍率、延伸温度及び延伸速度は表3に示す通りである。次いで、上記延伸後のフィルムを230℃で10分、緊張下にて熱固定し、その後空冷することで、実施例1b〜1dの延伸フィルムを得た。得られたフィルムについて、前記方法により各種評価を行った。結果を表3に示す。
実施例1aで作製した無延伸フィルムを100mm×100mmの大きさに切り取り、原反フィルムとして用いた。該原反フィルムを200℃で60秒加熱して予熱を行った後、二軸延伸装置((株)東洋精機製作所製「EX10−S5」)を用いて同時二軸延伸を行った。延伸倍率、延伸温度及び延伸速度は表3に示す通りである。次いで、上記延伸後のフィルムを230℃で10分、緊張下にて熱固定し、その後空冷することで、実施例1b〜1dの延伸フィルムを得た。得られたフィルムについて、前記方法により各種評価を行った。結果を表3に示す。
表3に示すとおり、本発明のポリイミド樹脂からなる実施例1a〜1dのフィルムはヘイズ値及びYI値が低く、全光線透過率は高いため、いずれも外観性に優れる。また実施例1b〜1dの延伸フィルムは、実施例1aの無延伸フィルムと比較して機械的強度が高く、かつ低熱線膨張係数であり、耐熱性にも優れる。
次に、実施例1のポリイミド樹脂と、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(PEEK)とを含有する樹脂組成物(ポリマーアロイ)及びその成形体を作製し、評価を行った例を示す。
[実施例7]樹脂組成物及び成形体の製造
実施例1で得られたポリイミド樹脂と、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(VICTREX社製「PEEK 90G」)とを、表4に示す割合でドライブレンドした後、2軸混練押出機((株)パーカーコーポレーション製「HK−25D」)を用いて、バレル温度350℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練した。これを、射出成形機(ファナック(株)製「ロボショットα-S30iA」)により、バレル温度350℃、金型温度195℃にて射出成形し、ポリイミド樹脂−PEEK樹脂組成物からなる成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により融点、ガラス転移温度、及び結晶化発熱量の測定、並びに曲げ試験を行った。結果を表4に示す。
[実施例7]樹脂組成物及び成形体の製造
実施例1で得られたポリイミド樹脂と、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(VICTREX社製「PEEK 90G」)とを、表4に示す割合でドライブレンドした後、2軸混練押出機((株)パーカーコーポレーション製「HK−25D」)を用いて、バレル温度350℃、スクリュー回転数150rpmの条件で溶融混練した。これを、射出成形機(ファナック(株)製「ロボショットα-S30iA」)により、バレル温度350℃、金型温度195℃にて射出成形し、ポリイミド樹脂−PEEK樹脂組成物からなる成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により融点、ガラス転移温度、及び結晶化発熱量の測定、並びに曲げ試験を行った。結果を表4に示す。
[実施例8]
ポリイミド樹脂と、PEEKとの配合比を表4に示すとおりに変更したこと以外は、実施例7と同様の方法で樹脂組成物及び成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により各種評価を行った。結果を表4に示す。
ポリイミド樹脂と、PEEKとの配合比を表4に示すとおりに変更したこと以外は、実施例7と同様の方法で樹脂組成物及び成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により各種評価を行った。結果を表4に示す。
[参考例1]
PEEKのみを用いて実施例7と同様の方法で成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により各種評価を行った。結果を表4に示す。
PEEKのみを用いて実施例7と同様の方法で成形体を得た。得られた成形体を用いて、前記方法により各種評価を行った。結果を表4に示す。
表4に示すとおり、本発明のポリイミド樹脂はPEEKなどの他の樹脂と併用して用いることも可能であり、成形体の耐熱性や機械的強度も良好である。また実施例8ではポリイミド樹脂の配合比率が10質量%とPEEKよりも少ないが、得られた樹脂組成物の結晶化発熱量はポリイミド樹脂単独及びPEEK単独よりも向上するという効果を奏していることがわかる。これはポリイミド樹脂が核剤のように作用していることによるものと予想される。
本発明のポリイミド樹脂は、成形加工性と耐熱性とのバランスが良好であり、さらに高いはんだリフロー耐性を有する。本発明のポリイミド樹脂は特に高い成形加工性を有することから、少なくとも一部に薄肉部を有するフィルム、平板、あるいは小型部品等の成形体の製造にも好適に用いられる。また、該ポリイミド樹脂を含む成形体は耐熱性に優れるだけでなく、はんだリフロー工程に供しても変形や強度低下が少なく、優れたはんだリフロー耐性を有する。
Claims (8)
- 下記式(1)で示される繰り返し構成単位及び下記式(2)で示される繰り返し構成単位:
を含み、該式(1)の繰り返し構成単位と該式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する該式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満であり、かつ、下記条件(a)、(b)及び(c)を満たすポリイミド樹脂。
条件(a):融点(Tm)が280℃以上、345℃以下
条件(b):ガラス転移温度(Tg)が150℃以上、200℃以下
条件(c):示差走査型熱量計測定により、溶融後、降温速度20℃/分で冷却した際に観測される結晶化発熱ピークの熱量が17.0mJ/mg以上 - R2が炭素数7〜12のアルキレン基である、請求項1〜3のいずれかに記載のポリイミド樹脂。
- 請求項1〜5のいずれかに記載のポリイミド樹脂を含む成形体。
- 少なくとも一部に厚み1000μm以下の薄肉部を有する、請求項6に記載の成形体。
- 電子部品、電線、電気絶縁材、又はプリント基板である、請求項6又は7に記載の成形体。
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