JP6704352B2 - ポリアミドイミド用の低毒性溶媒系およびポリアミドアミック酸樹脂コーティング - Google Patents

ポリアミドイミド用の低毒性溶媒系およびポリアミドアミック酸樹脂コーティング Download PDF

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Description

関連出願
本特許出願は、2014年4月17日に出願された、「ポリアミドイミド用の低毒性溶媒系およびそのポリアミドアミック酸樹脂コーティング溶液」と題する、対応する仮特許出願第61/981,155号の優先権を主張し、参照によってこれを組み入れる。
ポリアミドイミドおよびポリアミック酸樹脂の生産および使用に用いられる低毒性溶媒系が開示される。本発明の溶媒系は、ポリアミドイミド樹脂の生産、またはコーティング溶液用途に使用されるポリアミドイミド樹脂の溶解に用いることができる。
ポリアミドイミドおよびポリアミドアミック酸樹脂ポリマー(以下、PAIと称する。)は、優れた接着性、耐温度性および高強度のために多くの高性能コーティング用途に使用される、熱的に安定な周知のポリマーである。コーティングの生産のために好都合な形態でのポリアミドイミドポリマーの合成の主な経路は、ジイソシアネート、多くの場合、4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)をトリメリット酸無水物(TMA)と反応させることによるものである。このプロセスにおいて、PAIポリマーは典型的に、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン(NMP)、N−エチルピロリドンを含むN−メチルアミド化合物のような極性非プロトン性溶媒中にて生産される。例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3、特許文献4、特許文献5、特許文献6を参照されたい。
米国特許第2,421,021号 米国特許第3,260,691号 米国特許第3,471,444号 米国特許第3,518,230号 米国特許第3,817,926号 米国特許第3,847,878号
添付図面の図で本発明の各種実施形態を例示するが、これは例としてであって、限定によるものではない。添付図面は以下のものである。
それぞれ対応する実施形態に従った溶媒および共溶媒のコーティング組成物の特徴を示す表である。 それぞれ対応する実施形態に従った溶媒および共溶媒のコーティング組成物の特徴を示す表である。 それぞれ対応する実施形態に従った溶媒および共溶媒のコーティング組成物の特徴を示す表である。
本発明は、溶媒および共溶媒混合物を使用するPAI樹脂の改善された生産方法に関し、更に、溶液の合計重量を基準として約15〜約40重量%、好ましくは約20〜約35重量%の溶液中ポリマー固形分含有率を有する溶媒および共溶媒混合物中にPAI樹脂を含む、PAI含有コーティング組成物に関する。
本発明のある種の実施形態の主な目的は、PAI樹脂生産のための改善された溶媒系を提供することである。生産の改善点の例としては、より低い毒性、有利な加工温度、PAI樹脂のより高い到達可能分子量、より明るい色、およびより低い粘度が挙げられる。
本発明の幾つかの実施形態の更なる目的は、限定されないが、調理器具、電線被覆、航空宇宙、ドライフィルム潤滑剤、電線、フレキシブルエレクトロニクス、耐熱インク、ゼログラフィー、および缶コーティング組成物のようなコーティング組成物に有用なPAI樹脂のための改善された溶媒系を提供することである。より低い毒性に加えて、PAI樹脂コーティング組成物の改善点は、より高い分子量、より低い粘度、および溶液のより明るい色のような、コーティング組成物自体の物理的および化学的特性を含む。更に、本溶媒系の使用により、適度な粘度、乾燥時における最小の蒸発、および流動性が可能となり、コーティング組成物の適用が改善される。硬化後の樹脂コーティング自体の改善においても更なる利点が得られ、樹脂のより明るい色、並びに引張強度、弾性率、伸び、耐摩擦性、引掻抵抗性等のような塗膜形成特性は、従来の有毒性溶媒および溶媒系から製造された樹脂に等しいか、より優れている。
PAI樹脂のコーティング組成物の生産および製造の両方に最もよく使用される希釈剤および溶媒は、N−メチルアミドタイプの溶媒、特にN−メチルピロリドン(NMP)である。しかし、NMPは有毒性であることが知られており、従ってその他の好適な溶媒を探す必要がある。テトラヒドロフラン、メチルエチルケトン、γ−ブチロラクトン、またはジメチルスルホキシドのような代替溶媒は、低いポリマー溶解度または低い保存安定性のような欠点を有し、それによりポリマー特性およびポリマー樹脂の適用性能ならびにその他の実際上の考慮点が変わる。
例えば、γ−ブチロラクトンは、実際の工業水準における規制および使用制限を必要とし、従って調合物での一般的使用に適さない神経学的特性を有する。ジメチロールエチレン尿素は、大規模な毒性学研究が実施されておらず、環境および健康への影響が疑われるN−メチルアミド官能基を含有する。EP2123631Bに記載されている溶媒のような新規溶媒、例えば3−メトキシ−N,N−ジメチルプロピオンアミドは、高価すぎであり、長期毒性についての十分な試験が行われていない。
従って、実際上、当該技術分野において公知の前記溶媒は、工業用樹脂コーティング組成物中でのPAIの生産および溶解には有用であるが、毒性の問題があることも認識されている。対照的に、ある種の実施形態は、樹脂自体およびその他の組成成分の両方の利点を維持しながら健康および安全上の影響が最小である溶媒系を使用し、PAI型ポリマーを生産および溶解するうえでの利点を様々に提供する。
より安全な代替物、特に一般的に使用されるN−メチルアミド溶媒を含有しないPAI用溶媒系を得るために、より低毒性の代替溶媒が必要である。アセトアミドは、比較的低い毒性および工業的に利用可能なジアルキルアミンからの製造のため注目されている。特に、ジアルキルアミドが有用である。N−ホルミルモルホリン(NFM)およびN−アセチルモルホリン(NAM)は、本発明の実施形態の溶媒であり、より低い毒性を有し、PAI生産およびポリアミドイミド樹脂コーティング溶液の作製における使用にも好適であることが見出されている。本発明のその他の有用な低毒性溶媒は、ジエチルアセトアミド(DEAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド、ジアセチルピペラジン、N,N−ジイソプロピルアセトアミド(DIPAc)、ジ−n−ブチルアセトアミド(DIBAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド(DIPA)、およびN−プロピオニルモルホリン(NPM)である。これらの溶媒は、米国特許出願公開第2013/0217812(A)号およびWO2013090933Aに記載されており、それらの全内容は参照によって本明細書に組み入れられる。より低毒性のプロセスを達成するために、1種またはそれ以上の双極性かつ通常非プロトン性である共溶媒の使用と組み合わせて非プロトン性ジアルキルアミド溶媒を使用し、本発明の一実施形態として独自の溶媒系を提供することにより、PAI樹脂の生産および溶解を遂行することができる。
PAI樹脂の生産および溶解を更に改善するには、本発明の実施形態の双極性および/または非プロトン性低毒性共溶媒を使用し、米国特許出願公開第2013/0217812(A)号およびWO2013090933Aに記載されているように、本発明の実施形態のジアルキルアミド溶媒中のみで生産されるPAIに対して最終ポリマー溶液の粘度を下げる。生産時に1種またはそれ以上の共溶媒を混合することの更なる利点は、重合温度が上昇したとき樹脂の発色を最小限に抑えられることである。更に、共溶媒を使用すると、本発明の実施形態の高沸点ジアルキルアミド溶媒が硬化しポリマーコーティングを形成する際に、硬化温度が低下することに加えて、硬化中の樹脂溶液の蒸発が低減される。本発明のコーティング組成物の実施形態に共溶媒を添加することのその他の利点は、硬化中の蒸発および臭気が低減され、基材の腐食が最小限に抑えられ、乾燥して硬化したコーティング樹脂の柔軟性および弾性率が向上することである。更なる利点は、記載された実施例の考察後に明らかとなる。
共溶媒とは、溶解力が大幅に強化された混合物を形成するために、1種またはそれ以上の元の溶媒に対し、通常、元の溶媒よりも低い濃度で添加される、第2の溶媒として定義される。本発明の実施形態の好ましい低毒性共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸t−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、アニソール、n−アセチルモルホリン、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサン、N−n−ブチルピロリドン、N−イソブチルピロリドン、N−t−ブチルピロリドン、N−n−ペンチルピロリドン、N−(メチル置換ブチル)ピロリドン、環状メチル置換N−プロピルピロリドン、環状メチル置換N−ブチルピロリドン、N−(メトキシプロピル)ピロリドン、N−(メトキシプロピル)ピロリドン、1,5−ジメチルピロリドンおよびその異性体、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、乳酸エチルおよびダイズ油またはトウモロコシ油から誘導されたエチルエステルを含む混合物、ポリ(エチレングリコール)ジメチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジメチルスルホキシド、メチル−5−(ジメチルアミノ)−2−メチル−5−オキソペンタノエート、Eastman Chemical Co.、Kingsport、TNのTamiSolve(登録商標)NxG、プロピレングリコールメチルエーテルアセテート、コリン水酸化物、炭酸プロピレン、炭酸ジエチル、グリセリンカーボネート、ジメチルイソプロピルアミンおよびその異性体、ジヒドロレボグルコセノン、オクチルピロリドンおよびその異性体、N−メチル−ε−カプロラクタム、N,N,N’,N’−テトラメチルグアニジン、2−ピロリドン、2,2−ジメチルジオキソラン−4−メタノールおよびその異性体、Rhodia Chemical Co.、La Defense、FranceのRhodiasolv(登録商標)RPDE−K、Rhodia Chemical Co.のRhodiasolv(登録商標)PolarClean、Rhodia Chemical Co.のRhodiasolv(登録商標)Infinity、Rhodia Chemical Co.のRhodiasolv(登録商標)IRIS、ジエチルエタノールアミン、N−エチルモルホリン、γ−ヘキサラクトン、テトラヒドロフラン(THF)、フルフリルアルコール、アセトフェノン、クメン、シクロペンチルメチルエーテル、メチルテトラヒドロフラン(メチル−THF)、N−オクチルピロリドン、ジオキサラン(dioxalane)、メチルエチルケトン、コハク酸ジメチル、N−メチルカプロラクタム並びにN−シクロヘキシルピロリドンのうち少なくとも1種からなる群から選択される。
本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−アセチルモルホリン、ε−カプロラクトン、アニソールのうち少なくとも1種からなる群から選択されることがより好ましい。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることがより好ましい。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることが最も好ましい。
PAI生産における少なくとも1種の溶媒および少なくとも1種の共溶媒の使用により、複数の技術的利点が得られる。生産のための媒体となる溶媒系に加えて、利点として、限定されないが、所望の物理的特性(分子量および例えば分枝鎖または直鎖のようなポリマー分子構造)ならびに化学的特性を得る能力が挙げられる。化学的特性としては、限定されないが、粘度、酸価、pH、および加熱減量が挙げられる。特定の所望の特性は、電線被覆、調理器具または缶コーティング、ドライフィルム潤滑剤等のような最終用途によって変化する。生産プロセスにおいてPAIを希釈し所望の樹脂濃度を得るために、共溶媒系を添加した溶媒が使用される。
生産されたPAI樹脂溶液を希釈し最終使用者による使用に適したコーティング溶液を製造するために、本発明の実施形態の少なくとも1種の溶媒および少なくとも1種の共溶媒の組合せが更に使用される。これらの使用の際には、最適な性能特性を有するコーティング溶液を生成するため、PAI樹脂および必要に応じてその他の機能的コーティング組成成分を溶解するコーティング溶液が製造される。
生産
PAIの生産方法として、溶媒系溶液中にて、ジイソシアネート、典型的には4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネート(MDI)をトリメリット酸無水物(TMA)と反応させるものがある。容易に除去される副生成物として二酸化炭素ガスが生成するため、生成されるPAIは、凝固した副生成物を含有しない高分子量ポリマー溶液となる。溶液粘度は、化学量論、溶媒、共溶媒、試薬、および得られたポリマー固体のような因子により制御される。
N−ホルミルモルホリン(NFM)およびN−アセチルモルホリン(NAM)は、本発明の実施形態のより好ましい溶媒であり、より低い毒性を有しPAIの生産に好適であることが見出されている。本発明の実施形態として好ましいその他の有用な低毒性溶媒は、ジエチルアセトアミド(DEAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド、ジアセチルピペラジン、N,N−ジイソプロピルアセトアミド(DIPAc)、ジ−n−ブチルアセトアミド(DIBAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド(DIPA)、およびN−プロピオニルモルホリン(NPM)である。
本発明の実施形態の好ましい低毒性共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−アセチルモルホリン、ε−カプロラクトン、アニソールのうち少なくとも1種からなる群から選択される。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることがより好ましい。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることが最も好ましい。
加えて、析出物がなく透明で濁りのないPAI溶液を達成するために、ある種の実施形態は、溶媒、共溶媒およびポリアミドイミドの有効比を提供する。本発明のいくつかの実施形態において、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計とポリアミドイミドの比は、85:15〜60:40の範囲であり、より好ましくは80:20〜65:35の範囲である。
更に、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、95:5〜約55:45の範囲であり、より好ましくは90:10〜70:30の範囲である。PAIポリマーの公知の代替の生産方法は、メチレンジアニリン(MDA)のようなモノマーを使用することによるものである。MDAは、高い毒性を有することが知られているモノマーであるため、従って、本発明の実施形態のより少ない毒性の溶媒での使用は制限される。
コーティング
PAI生産のための溶媒系に加えて、本発明の溶媒は更に、PAI樹脂を使用するコーティング溶液のための希釈剤として作用する。加えて、本溶媒系は、コーティング溶液の被覆能力、および流動性、高速な乾燥などのような他の適度な機能を可能にする、適度な粘度を実現する。最後に、いくつかの実施形態では、溶媒系は、柔軟性を維持または向上しながら空隙、表面粗さ、むら、または表面欠陥がなく滑らかで均一であるコーティングのような、乾燥後のコーティングの最終性能に寄与する。特定のコーティング組成物の使用および適用のその他の要求条件としては、効率的蒸発速度が挙げられる。本発明のコーティング組成物の実施形態に使用されるコーティングプロセスの例には、限定されないが、噴霧、浸漬、スロット、バー、およびキスコーティングがある。これらの方法は、コーティング組成物を塗布して最終乾燥樹脂を形成するために用いられる。
この最終乾燥樹脂を得るため、1種またはそれ以上のジアルキルアミド溶媒を使用し、低毒性の共溶媒と組み合わせて所望の粘度が得られるようにする。より低い毒性を有する溶媒である、N−ホルミルモルホリン(NFM)およびN−アセチルモルホリン(NAM)は、PAI生産およびポリアミドイミド樹脂コーティング溶液作製における使用に好適であることが見出されている。本発明のその他の有用な低毒性溶媒は、ジエチルアセトアミド(DEAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド、ジアセチルピペラジン、N,N−ジイソプロピルアセトアミド(DIPAc)、ジ−n−ブチルアセトアミド(DIBAc)、ジ−n−プロピルアセトアミド(DIPA)、およびN−プロピオニルモルホリン(NPM)である。
本発明の一実施形態としてPAI樹脂溶解のための共溶媒として作用する希釈剤は、以下:酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸n−プロピル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸t−ブチル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサン、メチルアルコール、エチルアルコール、n−プロピルアルコール、イソプロピルアルコール、n−ブチルアルコール、イソブチルアルコール、n−アセチルモルホリン、ε−カプロラクトン、アニソールのうち少なくとも1種からなる群から選択される。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることがより好ましい。本発明の実施形態の共溶媒は、以下:酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、アニソール、ε−カプロラクトン、メチルシクロヘキサンのうち少なくとも1種からなる群から選択されることが最も好ましい。
摩擦学的および電気的特性、接着性、柔軟性、化学安定性、熱安定性、耐摩擦性、耐熱性、ならびにその他の特性のため、PAIポリマー樹脂は、調理器具、電線被覆、航空宇宙、ドライフィルム潤滑剤、電線、フレキシブルエレクトロニクス、耐熱インク、ゼログラフィー、および缶コーティング組成物のフィルムコーティング、ならびにポリマーおよび熱硬化性コーティング工業分野において公知のその他の用途のための主成分として使用される。特に、PAIは、限定されないが、多数の高性能コーティングの使用および用途を有するテトラフルオロエチレンの合成フルオロポリマーである、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含有するコーティング溶液に使用される。PAIは、金属表面に対するPTFEの接着性という固有の問題を改善するために使用される。PAIの1つの機能は、付着防止コーティング特性を強化するために、PTFE含有コーティング溶液の接着性を増大させることである。
いくつかの実施形態において、これらのコーティング組成物のそれぞれの化学的要求条件は、化学成分の全てを溶解させコーティング溶液の性能を改善し強化するために必要な溶媒である。コーティング溶液の性能としては、限定されないが、最終コーティング適用の使用に依存して、以下のコーティングフィルム特性:コーティングを処理表面に付着させるための乾燥プロセスにおけるコーティング加熱時の引張強度、被覆性、空隙発生防止、脆性のない柔軟性の維持、最小限の蒸発を実現することが挙げられる。PAIポリマーコーティング用途の更なる説明は、Charles A. Harper、Handbook of Plastic Processes、John Wiley & Sons Inc.、2006年に見出される。
本発明において有用な種々の記載された用途に用いられる、種々の溶媒系およびその他の必要な成分を含有する先行技術PAIコーティング組成物が、限定されないが以下のものを含む種々の特許に記載されており、全て参照によって本明細書に組み入れる。
1.調理器具:Tannenbaum(1992)による米国特許第5,079,073号、およびCardosoら(2012)による米国特許第8,158,251号は、引掻抵抗性、最小の付着を実現し、PTFEも含有する組成物にPAIを混合することにより滑らかな未処理基材上に使用できる、調理器具コーティングを記載している。PAIを含有する調理器具コーティング組成物についてのより詳細な考察は、書籍Introduction to Fluoropolymers:Materials,Technology and Applications、Sina Ebnesajjad、Elsevier Inc.、2013年に記載されている。
2.缶コーティング:Tadaら(1998)による米国特許第5,750,223号は、PAIでのコーティングにより優れた耐化学性を有する、エアゾール缶内面コーティングについて記載している。PAIは、NMP中にて生産され、次に、PAI含有率30%であるNMP、キシレン、MEK、およびシクロヘキサノンの溶媒混合物中に溶解して、熱硬化性PAIコーティング組成物が製造される。
3.電線および電子部品コーティング:Kato(1992)による米国特許第5,089,549号およびArnold(1985)による米国特許第4,495,321号は共に、電線および電子部品樹脂コーティングのためのPAIコーティング組成物溶液用NMPに対する代替溶媒または共溶媒について記載している。
4.ドライフィルム潤滑剤:Gouiderら(2014)によるWO2014041017Aは、PAIを含む組成物およびいわゆるCMR物質を含有しない溶媒からドライフィルム潤滑剤を生成するための方法を記載しており、健康被害に関する世界的規制の対象とならない溶媒に対する必要性を強調している。PAIコーティング組成物は、グラファイト、窒化ホウ素、Bi2 3、MoS2、WS2、およびフルオロポリマーを含む一覧から選択される固体潤滑粒子も含むことができる。
FujimotoおよびHasegawa(2014)による米国特許第8,669,305号は、PAIコーティング組成物用低毒性溶媒の必要性を実証している。本技術文献に記載されているように、PAI樹脂コーティング組成物は、NMPを含有せず、代わりに、耐熱性、耐化学性、摺動性および絶縁性を得るために他の必要な処理成分と組み合わせて使用するγ−ブチロラクトンおよびシクロペンタノンを含み、その他の成分および添加剤も当業者に公知である。
生産例:
析出物がなく透明で濁りのないPAI溶液を生産するために、溶媒、共溶媒およびポリアミドイミドの有効比を得ることが必要となる。本発明の実施形態において、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計とポリアミドイミドの比は、好ましくは85:15〜60:40の範囲であり、より好ましくは80:20〜約65:35の範囲である。
更に、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、好ましくは95:5〜55:45の範囲であり、より好ましくは90:10〜70:30の範囲である。
以下の実施例は、比較を目的とする実施例を含めて、本発明の原理に従って本発明を例示するために提供されたものであり、決して本発明を制限することを意図したものではない。
参考生産例1−NFM(共溶媒なし)中でのPAI生産:
機械的撹拌器および冷却管を備えた20リットル(L)生産容器に、4430.3グラム(g)のNFMを添加する。2927.3gのMDIを添加した後、加熱を開始し90℃にする。MDI溶解後、2247.0gのTMAを添加する。所望の分子量が達成されるまで、90℃に加熱した状態で撹拌しながら反応を継続させる(約36時間)。目標粘度値を達成するために、NFM希釈液を増分添加し、粘度を低減する。所望の分子量に達したとき、適量のNFMを添加し、固形分26%に反応溶液をクエンチする。次いで、透明な黄色/橙色の溶液を35℃まで冷却する。生産された溶液の分析結果を示す:最終固体樹脂濃度(固形分)=27.36%;粘度(DVII、23℃)=6,932センチポアズ(cps);および分子量(Mw)=21kg/mol。
参考生産例2−NFM(共溶媒なし)中のPAI:
機械的撹拌器および冷却管を備えた1L反応槽に、142.4gのNFMを添加する。52.8gのMDIを添加した後、溶液を90℃まで加熱する。MDI溶解後、40.5gのTMAを添加する。90℃に加熱した状態で撹拌しながら反応を2時間継続させる。2時間後、反応温度を160℃まで上げ、所望の分子量を達成する(約10時間)、その時点で116gのNFMを添加して反応溶液をクエンチする。次いで、透明な暗い橙色・茶色の溶液を35℃まで冷却する。生産された溶液の分析結果を示す:固形分%=21.72%、粘度(DVII、23℃)=113,000cps;Mw=66kg/mol。
参考生産例3:
機械的撹拌器および冷却管を備えた2L反応槽に、443gのNFMを添加する。292.7gのMDIを添加した後、7.47gのMDIを添加し、加熱を開始し90℃にする。MDI溶解後、224.7gのTMAを添加する。所望の分子量が達成されるまで、90℃に加熱した状態で撹拌しながら反応を継続させる(約36時間)。目標粘度値を達成するために、NFM希釈液を増分添加し、粘度を低減する。所望の分子量に達したとき、522gのNFMを添加し、次いで、透明なやや黄色/橙色の溶液を35℃まで冷却する。生産された溶液の分析結果を示す:固形分%=27.40%、粘度(DVII、23℃)=6,932cps、Mw=21kg/mol。
生産実施形態例1
本発明の実施形態の例において使用される溶媒のような双極性および/または非プロトン性共溶媒は、粘度を低減し、NFM溶液のみの中で合成されたPAIと比較して最終ポリマー溶液の色を薄くするために使用される。
共溶媒は、硬化温度を低下させることに加えて、樹脂溶液が硬化しポリマーコーティングを形成するときにNFMなどの高沸点溶媒の蒸発を低減するためにも使用される。共溶媒の更なる利点は、重合温度が上昇したとき樹脂溶液の発色を最小限に抑えられることである。
発明例:酢酸エチル共溶媒を含むNFM中のPAI:機械的撹拌器および冷却管を備えた2L反応槽に、443gのNFMを添加する。292.7gのMDIを添加した後、加熱を開始し90℃にする。MDI溶解後、224.7gのTMAを添加する。所望の分子量が達成されるまで、90℃に加熱した状態で撹拌しながら反応を継続させる(約36時間)。目標粘度値を達成するために、NFM希釈液を増分添加して粘度を低減する。所望の分子量に達したとき、264gのNFMを添加する。次いで、透明なやや黄色/橙色の溶液を35℃まで冷却し、適量の酢酸エチルを添加して70:30〜80:20%の範囲の最終NFM:EA比を得る。
コーティング組成物の例:
析出物がなく透明で濁りのないPAIコーティング組成物溶液を得るために、溶媒、共溶媒およびポリアミドイミドの有効比を有することが必要である。本発明の実施形態において、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計とポリアミドイミドの比は、好ましくは85:15〜60:40の範囲であり、より好ましくは80:20〜65:35の範囲である。
更に、全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、好ましくは95:5〜55:45の範囲であり、より好ましくは90:10〜70:30の範囲である。
コーティング組成物の参考例1:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI溶液を製造した。n−アセチルモルホリン(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。最終樹脂コーティング溶液を使用して粘度およびフィルム試験を実施した。25%のNFMのみの希釈物と比較して粘度の改善は認められなかった。250℃での樹脂の硬化中に蒸発および臭気があった。
コーティング組成物の参考例2:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。フルフリルアルコール(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で25%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発のわずかな減少が認められた。最終コーティング溶液および塗布フィルムの両方の色は、NFMのみの希釈物と比較して色調が暗くなった。硬化プロセス中の臭気は、強い甘草臭となることが認められた。
コーティング組成物実施形態例1:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI溶液を製造した。NFM濃度は67.6wt/wt%であった。o−キシレン(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂溶液の粘度は、希釈のためにNFMのみを使用したPAIの25%溶液と比較して、有利にも、60%低下した。コーティングされた樹脂溶液を250℃にて硬化する際に蒸発は認められなかった。
コーティング組成物実施形態例2:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%および37wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。酢酸エチル(それぞれ総重量%で共溶媒22%および32%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で70〜80%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発または臭気は認められなかった。最終樹脂コーティング溶液およびフィルムの色は、NFMのみの希釈溶液と比較して色調が明るくなった。この溶液でのコーティング後に、最終フィルムにおいて、接着性および凝集性が向上し、発泡が減少したことが認められた。
コーティング組成物実施形態例3:
NFM中にて樹脂濃度32.4wt/wt%および37wt/wt%にてPAI溶液を製造した。酢酸メチル(総重量%で共溶媒22%および32%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で85〜90%低下した。コーティングされた樹脂溶液を250℃にて硬化する際に、最小の蒸発および臭気が認められた。最終樹脂コーティング溶液およびコーティングされ乾燥されたフィルムの両方の色は、NFMのみの希釈樹脂溶液と比較して色調が明るくなった。最終フィルムにおいて、接着性および凝集性が向上し、発泡が減少したことが認められた。
コーティング組成物実施形態例4:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。酢酸イソプロピル(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で65%低下した。コーティングされた樹脂溶液を250℃にて硬化する際に、わずかな蒸発が認められた。最終溶液およびフィルムの色は、NFMのみの希釈樹脂溶液と比較して色調が明るくなった。
コーティング組成物実施形態例5:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。乳酸エチル(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で30〜35%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発のわずかな減少が認められた。最終溶液およびフィルムの色は、NFMのみの希釈樹脂溶液と比較して色調が明るくなった。
コーティング組成物実施形態例6:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI溶液を製造した。乳酸エチル(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で50%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発のわずかな減少が認められた。最終コーティング溶液および塗布フィルムの両方の色は、NFMのみの希釈物と比較して色調が明るくなった。
コーティング組成物実施形態例7:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%および37wt/wt%()にてPAI粉末を希釈した。シクロヘキサノン(総重量%で共溶媒22%および32%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で65〜75%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発または臭気は認められなかった。最終溶液およびフィルムの色は、NFMのみの希釈物と比較して色調が明るくなった。最終フィルムにおいて、接着性および凝集性が向上し、発泡が減少したことが認められた。
コーティング組成物実施形態例8:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。酢酸n−ブチル(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で65%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発または臭気は認められなかった。最終溶液およびフィルムの色は、NFMのみの希釈物と比較して色調が明るくなった。最終フィルムにおいて、接着性および凝集性が向上し、発泡が減少したことが認められた。
コーティング組成物実施形態例9:
NFM中で樹脂濃度32.4wt/wt%にてPAI粉末を希釈した。イソプロピルアルコール(総重量%で共溶媒22%に相当)により固形分25%までPAI樹脂を更に希釈した。粘度およびフィルム試験を実施した。最終樹脂コーティング溶液の粘度は、固形分25%のNFMのみの希釈物との比較で70〜75%低下した。250℃での樹脂硬化時に蒸発または臭気は認められなかった。最終コーティング溶液および塗布フィルムの色は、NFMのみの希釈物と比較して色調が明るくなった。最終塗布フィルムにおいて、接着性および凝集性が向上し、発泡が減少したことが認められた。
追加のコーティング組成物の例
図1は、比較基準を提供する参照例(比較)および種々の実施形態に従うその他の例(実施形態)を含み、溶媒および共溶媒の組成物の物理的および化学的結果をまとめた、表100a、100bを含んでいる。
共溶媒評価例:
図2A、図2Bはそれぞれ、特に種々の実施形態に従う組成物の粘度減少を評価するためのスクリーニングの物理的および化学的結果を表す、表200a、表200bを示している。表200a、表200bは、比較基準を提供する参照例(比較)および種々の実施形態に従うその他の例(実施形態)を含む。
図2A、図2Bに示される評価では、適量の共溶媒を添加することにより、NFM:共溶媒の混合重量比が70:30〜80:20となる範囲内で、NFM中で固形分33.5%にて製造されたPAIの溶液を固形分約26〜28%まで希釈した。溶液中のPAIの析出を低減するため、使用する共溶媒に応じて、この比を変えた。粘度を測定し、NFM100%で作製した等量の対照と比較した。表200a、表200bに示された評価について以下で考察する。
共溶媒評価例1:
NFM中の33.5wt%PAI溶液10.34gをフラスコ内で秤量した。γ−ヘキサラクトン1.92gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分28%を含有する80:20のNFM:γ−ヘキサラクトン溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で35%低い粘度を示した。
共溶媒評価例2:
NFM中の33.5wt%PAI溶液11.42gをフラスコ内で秤量した。THF2.13gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分28%を含有する80:20のNFM:THF溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で76%低い粘度を示した。
共溶媒評価例3:
NFM中の33.5wt%PAI溶液11.52gをフラスコ内で秤量した。フルフリルアルコール2.14gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分28%を含有する80:20のNFM:フルフリルアルコール溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で7%低い粘度を示した。
共溶媒評価例4:
NFM中の33.5wt%PAI溶液11.66gをフラスコ内で秤量した。アセトフェノン2.17gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分28%を含有する80:20のNFM:アセトフェノン溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で34%低い粘度を示した。
共溶媒評価例5:
NFM中の33.5wt%PAI溶液11.44gをフラスコ内で秤量した。クメン2.13gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分28%を含有する80:20のNFM:クメン溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で45%低い粘度を示した。
共溶媒評価例6:
共溶媒評価例1の組成物は、評価された共溶媒を除き、シクロペンチルメチルエーテルであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で64%低い粘度を示した。
共溶媒評価例7:
共溶媒評価例1の組成物は、評価された共溶媒を除き、メチル−THFであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で73%低い粘度を示した。
共溶媒評価例8:
共溶媒評価例1の組成物は、評価された共溶媒を除き、N−オクチルピロリドンであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で29%低い粘度を示した。
共溶媒評価例9:
NFM中の33.5wt%PAI溶液25.92gをフラスコ内で秤量した。Rhodiasolv(登録商標)PolarClean8.42gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分25.3%を含有する70:30のNFM:Rhodiasolv(登録商標)PolarClean溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で30%高い粘度(表中のマイナス記号の理由)を示した。
共溶媒評価例10:
NFM中の33.5wt%PAI溶液32.05.22gをフラスコ内で秤量した。炭酸プロピレン10.42gを撹拌しながらゆっくりと添加して、PAI固形分25.3%を含有する70:30のNFM:炭酸プロピレン溶液を得た。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で1%低い粘度を示した。
共溶媒評価例11:
共溶媒評価例9の組成物は、評価された共溶媒を除き、ジオキサランであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で72%低い粘度を示した。
共溶媒評価例12:
共溶媒評価例9の組成物は、評価された共溶媒を除き、メチルエチルケトンであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で88%低い粘度を示した。
共溶媒評価例13:
共溶媒評価例9の組成物は、評価された共溶媒を除き、コハク酸ジメチルであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で32%低い粘度を示した。
共溶媒評価例14:
共溶媒評価例9の組成物は、評価された共溶媒を除き、TamiSolve(登録商標)NXGであった。このサンプルは、NFM100%で作製した等量の対照との比較で47%低い粘度を示した。

Claims (16)

  1. コーティング組成物であって:
    少なくとも1種のポリアミドイミド樹脂;
    ジエチルアセトアミド、ジ−N−プロピルアセトアミド、N−ホルミルモルホリン、ジアセチルピペラジン、N,N−ジイソプロピルアセトアミド、ジ−N−ブチルアセトアミド、およびN−プロピオニルモルホリンからなる群から選択される少なくとも1種の非プロトン性ジアルキルアミド溶媒;および
    酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸t−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、n−アセチルモルホリン、ε−カプロラクトンおよびメチルシクロヘキサンからなる群から選択される少なくとも1種の共溶媒を含む、
    前記コーティング組成物。
  2. 少なくとも1種の非プロトン性ジアルキルアミド溶媒は、N−ホルミルモルホリンである、請求項1に記載のコーティング組成物。
  3. 少なくとも1種の共溶媒は、酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、ε−カプロラクトンおよびメチルシクロヘキサンからなる群から選択される、請求項1に記載のコーティング組成物。
  4. 少なくとも1種の共溶媒は、酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸n−ブチル、シクロヘキサノン、酢酸n−ブチル、イソプロピルアルコール、ε−カプロラクトンおよびメチルシクロヘキサンからなる群から選択される、請求項1に記載のコーティング組成物。
  5. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、95:5〜55:45の範囲である、請求項1に記載のコーティング組成物。
  6. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、90:10〜70:30の範囲である、請求項1に記載のコーティング組成物。
  7. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計量とポリアミドイミドの比は、85:15〜60:40の範囲である、請求項1に記載のコーティング組成物。
  8. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計量とポリアミドイミドの比は、80:20〜65:35の範囲である、請求項1に記載のコーティング組成物。
  9. ポリアミドイミド樹脂は、4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネートとトリメリット酸無水物との生成物である、請求項1に記載のコーティング組成物。
  10. コーティング組成物であって:
    少なくとも1種のポリアミドイミド樹脂;
    ジエチルアセトアミド、ジ−N−プロピルアセトアミド、N−ホルミルモルホリン、ジアセチルピペラジン、N,N−ジイソプロピルアセトアミド、ジ−N−ブチルアセトアミド、およびN−プロピオニルモルホリンからなる群から選択される少なくとも1種の非プロトン性ジアルキルアミド溶媒;および
    酢酸エステルである酢酸メチル、酢酸n−プロピル、酢酸t−ブチル、酢酸イソブチル、酢酸エチル、酢酸イソプロピル、酢酸n−ブチル、乳酸エステルである乳酸メチル、乳酸エチル、乳酸n−プロピル、乳酸イソプロピル、乳酸n−ブチル、乳酸イソブチル、乳酸t−ブチル、環状ケトンであるシクロヘキサノン、シクロペンタノン、メチルシクロヘキサン低級アルコールであるメチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコールからなる群から選択される少なくとも1種の共溶媒
    を含む、前記コーティング組成物。
  11. 少なくとも1種の非プロトン性ジアルキルアミド溶媒は、N−ホルミルモルホリンである、請求項10に記載のコーティング組成物。
  12. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、95:5〜55:45の範囲である、請求項10に記載のコーティング組成物。
  13. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒と全ての共溶媒の比は、90:10〜70:30の範囲である、請求項10に記載のコーティング組成物。
  14. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計量とポリアミドイミドの比は、85:15〜60:40の範囲である、請求項10に記載のコーティング組成物。
  15. 全ての非プロトン性ジアルキルアミド溶媒および全ての共溶媒の合計量とポリアミドイミドの比は、80:20〜65:35の範囲である、請求項10に記載のコーティング組成物。
  16. ポリアミドイミド樹脂は、4,4’−メチレンジフェニルジイソシアネートとトリメリット酸無水物との生成物である、請求項10に記載のコーティング組成物。
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