JP6062097B1 - ポリイミド水分散体の製造方法 - Google Patents
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(1) (A)酸無水物、(B)ポリイソシアネート、および(C)1個以上の活性水素基と親水基を有する化合物を反応させプレポリマーを合成する工程、
プレポリマーを水中で乳化する工程、
を含むポリイミド水分散体の製造方法。
(2) さらに、アミンを用いて鎖伸張する工程を含む(1)記載のポリイミド水分散体の製造方法。
(3) 酸価が、20〜100mgKOH/gである、(1)または(2)記載のポリイミド水分散体の製造方法。
本発明のポリイミド水分散体は、(A)酸無水物、(B)ポリイソシアネート、および(C)1個以上の活性水素基と親水基を有する化合物を反応して得られる。
本発明の(A)酸無水物としては、カルボン酸無水物をいい、2分子のカルボン酸を脱水縮合させた化合物であれば特に限定されるものではない。例えば、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、無水ピロメリット酸(PMDA)、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5(テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)ナフト[1,2−c]フラン−1,3−ジオン、4,4′−オキシジフタル酸無水物(ODPA)、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物(BTDA)、エチレングリコール ビスアンヒドロトリメリテート、4,4′−ビフタル酸無水物(BiPA)、3,3′,4,4′−ジフェニルスルホンテトラカルボン酸無水物(DPSA)、等があげられる。これらは単独でもしくは2種以上併せて用いられる。特に限定されないが、これらのうち、機械強度、機械強度の改善効果の観点から、PMDA、BTDAが好ましい。
本発明の(B)ポリイソシアネートとしては、本技術分野で一般的に使用されるポリイソシアネートであれば特に限定されるものではないが、例えば、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネート、(B1)ブロックイソシアネート化合物などをあげることができる。
本発明の(C)1個以上の活性水素基と親水基を有する化合物としては、1個以上の活性水素基と親水性基を有する化合物であれば特に限定されるものではない。
また、(A)酸無水物と(B)イソシアネート化合物を反応させる時に使用することが好ましい。また、触媒の使用量としては、特に限定されないが、酸無水物とイソシアネートの合計重量に対して0.005〜3重量部が好ましく、より好ましくは、0.1〜2重量部である。
例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2−プロピレングリコール、1,3−プロピレングリコール、ネオペンチルグリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、3−メチルペンタンジオール、1,6−ヘキサンジオール、1,8−オクタンジオール、2−メチル−1,3−プロパンジオール、ビスフェノールA、水添ビスフェノールA、ビスフェノールF、シクロヘキサンジメタノール、グリセリン、又はトリメチロールプロパン等が挙げられる。なかでも、トリメチロールプロパンが好ましい。
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコにピロメリット酸二無水物(PMDA(ダイセル社製))10.2重量部、イソホロンジイソシアネート(IPDI)31.1重量部、テトラブチルアンモニウムブロミド0.5重量部、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)38.0重量部と加え、120℃で2時間反応させた後、DMAc23.8重量部、ジメチロールプロピオン酸(BisMPA)6.2重量部と加えて75℃で2時間反応させた。この溶液にポリブタジエンポリオール(Krasol LBH−P2000)52.5重量部、メチルエチルケトン(MEK)50.0重量部、トリエチルアミン4.8重量部と加えてさらに75℃で3時間反応させた後、MEK20.0重量部を加えて希釈し、ウレタンイミドプレポリマー溶液(A)を得た。この溶液の不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量は1.91%であった。
Aに対し、水166.8重量部を加えてホモミキサーを用いて乳化し、続いて、ジエチレントリアミン0.8重量部を加えて鎖伸長反応を30℃で1時間行った。かかる反応後、MEKを減圧留去して、水中にポリウレタンイミド樹脂が乳化されてなるポリイミド水分散体(不揮発分:31.6%、pH:7.9、粘度:601mPas、粒子径:0.06μm)を作製した。
表1記載の処方に変更した以外は、実施例1と同様の方法により、合成を行った。
PMDA:無水ピロメリット酸二無水物 (ダイセル製)
BTDA:ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物 (ダイセル製)
BisMPA:ジメチロールプロピオン酸
LBH−P2000:Krasol LBH−P2000(CRAY VALLEY製、末端水酸基変性液状ポリブタジエン)
LBH−P3000:Krasol LBH−P3000(CRAY VALLEY製、末端水酸基変性液状ポリブタジエン)
HBH−P2000:Krasol HLBH−P2000(CRAY VALLEY製、末端水酸基変性液状水素添加ポリブタジエン)
PTMG−2000:(三菱化学製、ポリテトラメチレンエーテルグリコール)
R−15HT:Polybd R−15HT(出光興産社製、末端水酸基変性液状ポリブタジエン)
PCDL T−6002:デュラノールPCDL T−6002(旭化成ケミカルズ製、ポリカーボネートジオール)
IPDI:イソホロンジイソシアネート
(比較例1)
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコにイソホロンジアミン44.6重量部、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)618.2重量部、ピロメリット酸二無水物55.4重量部と加え、50℃で3時間反応させてポリアミック酸溶液を得た。この溶液を180℃で1時間加熱してイミド化を実施した。赤外吸収スペクトルにて1780cm−1、1340cm−1にイミド構造由来の吸収が出現したことから反応の進行を確認した。しかし、この生成物は溶剤不溶であり、以降のウレタン化反応に用いることはできなかった。
(比較例2)
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコにイソホロンジアミン61.0重量部、N,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)99.2重量部、ピロメリット酸二無水物39.0重量部と加えたが、すぐに白色の不溶物が生成し、ポリアミック酸溶液を得ることはできなかった。
(比較例3)
撹拌機、還流冷却管、温度計および窒素吹き込み管を備えた4つ口フラスコにポリブタジエンポリオール (Krasol LBH−P2000)292.1重量部、イソホロンジイソシアネート123.4重量部、N,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)200.0重量部と加え、75℃で2時間反応させた後、DMAc250.0重量部、ジメチロールプロピオン酸37.2重量部と加えて75℃で4時間反応させた。この溶液にイソホロンジアミン48.2重量部、DMAc50.0重量部と加えてさらに室温で30分反応させた後、この溶液の不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量が0%となったことを確認した。続いてこの溶液をDMAc306.1重量部を加えて希釈し、ピロメリット酸二無水物 10.1重量部を加えて室温で一晩反応させてウレタンアミック酸溶液(A)を得た。さらにトリエチルアミンを28.1重量部加えた後、撹拌しながら水を添加したところ、沈殿を生じて乳化は不可能であった。また、(A)を180 ℃で1時間加熱したところ、生成物のIRスペクトルにおいてイミド構造由来の吸収は見られなかった。
(貯蔵安定性)
得られたポリイミド水分散体を40℃の恒温槽に保管し、1ヶ月後の変化を目視にて確認した。
○:分離および沈殿がみられない。
×:分離または沈殿がみられる。
(皮膜、評価サンプルの調製方法)
機械強度の改善効果および皮膜強度、100%モジュラス、ヤング率、伸度測定に使用する皮膜は下記方法で調製した。
水分散体を、膜厚500μmとなるようにテフロン(登録商標)コーティングシャーレに投入し、80℃で6時間、120℃で30分、150℃で1時間乾燥し、皮膜を作製した。
上記皮膜をダンベル状試験片(3号)の大きさに切断することにより評価サンプルを作製した。
(機械強度の改善効果)
水系ウレタン樹脂(スーパーフレックス470、第一工業製薬社製)/得られたポリイミド水分散体=85/15(重量比)で混合した水分散体を使用した。
JIS−K−6301に準じて、引張速度100mm/minで引張強度(N/mm2)、伸度(%)、100%(N/mm2)モジュラスおよびを測定した。なお、評価はスーパーフレックス470で作成した皮膜の測定結果を100としたときの指数として表した。すなわち、実施例1の場合、(実施例1の実測値)/(スーパーフレックス470で作成した皮膜の測定結果)×100として算出した。
(皮膜強度、100%モジュラス、ヤング率、伸度)
得られたポリイミド水分散体のみを使用し、皮膜を作成した。JIS−K−6301に準じて測定した。
実施例1〜10から分かるように、本発明のポリイミド水分散体は、貯蔵安定性、機械強度の改善効果、得られる皮膜の機械強度が良好であることが分かる。
Claims (3)
- (A)酸無水物、(B)ポリイソシアネート、および(C)1個以上の活性水素基と親水基を有する化合物を反応させプレポリマーを合成する工程、
プレポリマーを水中で乳化する工程、
を含むポリイミド水分散体の製造方法。 - さらに、アミンを用いて鎖伸張する工程を含む請求項1記載のポリイミド水分散体の製造方法。
- 酸価が、20〜100mgKOH/gである、請求項1または2記載のポリイミド水分散体の製造方法。
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