JP7259852B2 - ポリイミド樹脂組成物 - Google Patents

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Description

本発明はポリイミド樹脂組成物に関する。
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。
例えば特許文献2には、少なくとも1つの芳香環を含むテトラカルボン酸及び/またはその誘導体、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反応させて得られる、所定の繰り返し構成単位を含む熱可塑性ポリイミド樹脂が開示されている。
特開2005-28524号公報 国際公開第2013/118704号
しかしながら、脂肪族構造を含む熱可塑性ポリイミド樹脂は成形加工性には優れるものの、全芳香族ポリイミド樹脂よりも耐熱性や強度の点では劣る傾向がある。
本発明の課題は、成形加工性を有し、耐熱性と機械的強度とのバランスにも優れるポリイミド樹脂組成物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たポリイミド樹脂と、ガラス繊維とを配合したポリイミド樹脂組成物が上記課題を解決できることを見出した。
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20~70モル%であるポリイミド樹脂(A)、及びガラス繊維(B)を配合したポリイミド樹脂組成物を提供する。
Figure 0007259852000001

(R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。Rは炭素数5~16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びX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。)
本発明のポリイミド樹脂組成物は成形加工性に優れると共に、耐熱性と機械的強度とのバランスも良好である。本発明のポリイミド樹脂組成物は例えば自動車、鉄道、航空などの各種産業部材、家電製品用部材、又はこれらの筐体等に適用できる。具体的には、ギア、軸受、切削部材、ネジ、ナット、パッキン、検査用ICソケット、ベルト、電線等の被覆材、カバーレイフィルム、半導体製造装置用部材、医療用器具、釣り竿及びリール等の被覆材、文房具等に適用できる。また当該成形体は耐熱性及び機械的強度に優れることから、アルミ合金やマグネシウム合金を始めとした各種金属代替にも適用できる。
[ポリイミド樹脂組成物]
本発明のポリイミド樹脂組成物は、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20~70モル%であるポリイミド樹脂(A)、及びガラス繊維(B)を配合した樹脂組成物である。
Figure 0007259852000002

(R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。Rは炭素数5~16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びX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。)
本発明のポリイミド樹脂組成物は、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るポリイミド樹脂(A)と、ガラス繊維(B)とを配合したものである。ポリイミド樹脂(A)は上記特定の構造であることにより熱可塑性を発現するため、ポリイミド樹脂(A)を含む樹脂組成物は成形加工性に優れる。さらにポリイミド樹脂(A)は上記特定の構造であることにより結晶性も高いため、ガラス繊維(B)を配合することによる強化効果が高く、耐熱性及び機械的強度が顕著に向上する。したがって本発明のポリイミド樹脂組成物は、成形加工性に優れると共に、耐熱性と機械的強度とのバランスも良好なものとなる。さらに、ガラス繊維(B)を配合することで摺動特性も良好になる。
<ポリイミド樹脂(A)>
本発明に用いるポリイミド樹脂(A)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20~70モル%である。
Figure 0007259852000003

(R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。Rは炭素数5~16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びX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。)
本発明に用いるポリイミド樹脂(A)は熱可塑性樹脂であり、その形態としては粉末又はペレットであることが好ましい。熱可塑性ポリイミド樹脂は、例えばポリアミド酸等のポリイミド前駆体の状態で成形した後にイミド環を閉環して形成される、ガラス転移温度(Tg)を持たないポリイミド樹脂、あるいはガラス転移温度よりも低い温度で分解してしまうポリイミド樹脂とは区別される。
式(1)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
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。
の炭素数は6~22であり、好ましくは8~17である。
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。
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。
Figure 0007259852000004

(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。)
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。
Figure 0007259852000005

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。
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。
の炭素数は6~22であり、好ましくは6~18である。
は芳香環を少なくとも1つ含み、好ましくは1~3個含む。
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。
Figure 0007259852000006

(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、X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10~22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12~22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18~22の範囲に入るように選択される。
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。
Figure 0007259852000007
次に、式(2)の繰り返し構成単位について、以下に詳述する。
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。
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。
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なる群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、R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。
Figure 0007259852000008

(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、R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。
は、式(1)におけるX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20~70モル%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、一般的な射出成型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得ることが可能となる。該含有量比が20モル%未満であると成形加工性が低下し、70モル%を超えると結晶性が低下するため、耐熱性が低下する。
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に対する、式(1)の繰り返し構成単位の含有比は、高い結晶性を発現する観点から、好ましくは65モル%以下、より好ましくは60モル%以下、更に好ましくは50モル%以下である。
中でも、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%未満であることが好ましい。この範囲であるとポリイミド樹脂(A)の結晶性が高くなり、後述するガラス繊維(B)を配合することによる物性改善効果が顕著であり、より耐熱性に優れる樹脂組成物を得ることができる。
上記含有比は、成形加工性の観点からは、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、高い結晶性を発現する観点から、より更に好ましくは35モル%以下である。
ポリイミド樹脂(A)を構成する全繰り返し構成単位に対する、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。
ポリイミド樹脂(A)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。
Figure 0007259852000009

(R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。X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。)
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。
の炭素数は6~22であり、好ましくは6~18である。
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(CF-、-(CF-(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-、-SO-、-SO-、-CONH-、-COO-などが挙げられる。
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。
Figure 0007259852000010

(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、R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。
は、式(1)におけるXと同様に定義され、好ましい様態も同様である。
ポリイミド樹脂(A)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。
Figure 0007259852000011

(Rは-SO-又は-Si(R)(R)O-を含む2価の基であり、R及びR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。X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。)
は、式(1)におけるXと同様に定義され、好ましい様態も同様である。
ポリイミド樹脂(A)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。ポリイミド樹脂(A)が上記特定の基を末端に有すると、耐熱老化性に優れる樹脂組成物を得ることができる。
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なる群から選ばれる少なくとも1種であり、更に好ましくはn-オクチル基、イソオクチル基、2-エチルヘキシル基、n-ノニル基、及びイソノニル基からなる群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なる群から選ばれる少なくとも1種である。
またポリイミド樹脂(A)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(A)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(A)を構成する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(A)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(A)を構成する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(A)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(A)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(A)は、360℃以下の融点を有し、かつ150℃以上のガラス転移温度を有することが好ましい。ポリイミド樹脂の融点は、耐熱性の観点から、より好ましくは280℃以上、更に好ましくは290℃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345℃以下、より好ましくは340℃以下、更に好ましくは335℃以下である。また、ポリイミド樹脂(A)のガラス転移温度は、耐熱性の観点から、より好ましくは160℃以上、より好ましくは170℃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250℃以下、より好ましくは230℃以下、更に好ましくは200℃以下である。
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る。
またポリイミド樹脂(A)は、結晶性、耐熱性、機械的強度、耐薬品性を向上させる観点から、示差走査型熱量計測定により、該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ピークの熱量(以下、単に「結晶化発熱量」ともいう)が、5.0mJ/mg以上であることが好ましく、10.0mJ/mg以上であることがより好ましく、17.0mJ/mg以上であることが更に好ましい。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。
ポリイミド樹脂の融点、ガラス転移温度、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。
ポリイミド樹脂(A)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、得られるポリイミド樹脂組成物を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になる。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/t)/C
: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)
ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwは、好ましくは10,000~150,000、より好ましくは15,000~100,000、更に好ましくは20,000~80,000、より更に好ましくは30,000~70,000、より更に好ましくは35,000~65,000の範囲である。また、ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwが10,000以上であれば得られる成形体の機械的強度が良好になり、40,000以上であれば機械的強度安定性が良好になり、150,000以下であれば成形加工性が良好になる。
ポリイミド樹脂(A)の重量平均分子量Mwは、ポリメチルメタクリレート(PMMA)を標準試料としてゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)法により測定することができる。
(ポリイミド樹脂(A)の製造方法)
ポリイミド樹脂(A)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、3-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なる群から選ばれる少なくとも1種が好適に使用できる。
ポリイミド樹脂(A)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20~70モル%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、高い結晶性を発現する観点から、好ましくは60モル%以下、より好ましくは50モル%以下、更に好ましくは40モル%未満、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。
ポリイミド樹脂(A)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(A)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なる群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(A)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(A)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(A)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なる群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なる群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なる群から選ばれる少なくとも1種である。
ポリイミド樹脂(A)を製造するための重合方法としては、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(A)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、取り扱い性に優れる粉末状のポリイミド樹脂を得ることができる。
Figure 0007259852000012

(Raは水素原子又は炭素数1~4のアルキル基であり、Ra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。
式(I)中のRa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Ra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、更に好ましくは75質量%以上、より更に好ましくは90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。
ポリイミド樹脂(A)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するとともに該溶液(c)中でポリイミド樹脂粉末を析出させて、ポリイミド樹脂(A)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。
また、ポリイミド樹脂(A)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(A)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とともに該溶液(c)中でポリイミド樹脂粉末を析出させて、ポリイミド樹脂粉末を得る工程(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。
<ガラス繊維(B)>
本発明のポリイミド樹脂組成物には、前記ポリイミド樹脂(A)と、ガラス繊維(B)とが配合される。熱可塑性及び結晶性を有するポリイミド樹脂(A)にガラス繊維(B)を配合することにより、耐熱性及び機械的強度が顕著に向上し、成形加工性に優れると共に、耐熱性及び機械的強度とのバランスも良好なポリイミド樹脂組成物が得られる。さらに、ガラス繊維(B)を配合することで摺動特性も良好になる。
ガラス繊維(B)を構成するガラス組成には特に制限はなく、用途、要求性能に応じて適宜選択することができる。
ガラス繊維(B)の平均繊維径は、好ましくは1~100μm、より好ましくは3~50μm、更に好ましくは4~20μmである。平均繊維径が上記範囲であると、ポリイミド樹脂組成物の成形加工が容易でかつ機械的強度も優れたものとなる。ガラス繊維(B)の平均繊維径は、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察し、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により求めることができる。
ガラス繊維(B)の形状は繊維状である限り特に制限はないが、取り扱い性、得られるポリイミド樹脂組成物の成形加工性及び機械的強度の観点から、チョップドストランドとして用いることが好ましい。
ポリイミド樹脂組成物に配合する前の原料としてのガラス繊維(B)の平均繊維長(カット長)は、取り扱い性、成形加工の容易性の観点から、好ましくは0.5~15mm、より好ましくは1~10mm、更に好ましくは1~6mmである。
ポリイミド樹脂組成物中に存在するガラス繊維(B)の平均繊維長は、ポリイミド樹脂組成物の成形加工性及び機械的強度の観点から、好ましくは0.3~10mm、より好ましくは0.5~6mm、更に好ましくは0.8~5mmである。
ポリイミド樹脂組成物中に存在するガラス繊維(B)の平均繊維長の測定方法は、例えばポリイミド樹脂組成物又はその成形体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(A)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、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。
ガラス繊維(B)の断面形状は特に限定されるものではなく、同形断面形状、及び異形断面形状のいずれでもよいが、得られるポリイミド樹脂組成物の機械的強度の観点から、異形断面形状を選択することもできる。ここで、ガラス繊維の断面とは、ガラス繊維の繊維長方向に垂直な横断面を意味する。
異形断面形状としては、扁平形(長円形)、まゆ形、楕円形、半円、円弧形、矩形、又はこれらの類似形状が挙げられ、中でも、機械的強度向上の観点から、扁平形(長円形)の断面形状であることが好ましい。
ガラス繊維(B)の断面が異形断面形状である場合、長径(断面の最長の直線距離)と短径(長径と直角方向の最長の直線距離)との比(異形比)は、好ましくは1.3~10、より好ましくは1.5~8、更に好ましくは1.7~6である。
ポリイミド樹脂組成物に配合する前の原料としてのガラス繊維(B)の断面形状は、光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡(SEM)などによる観察によって同形断面形状か、異形断面形状かを判別し、異形断面形状である場合には具体的にどのような形状であるのか更に判別することができる。異形比は、100本の繊維を無作為に選んで繊維の断面の長径及び短径を測定し、個数平均の平均異形比として算出することができる。
一方、ポリイミド樹脂組成物中に存在するガラス繊維(B)は、例えばポリイミド樹脂組成物又はその成形体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(A)を溶解させた後に残る繊維を対象として、前述のポリイミド樹脂組成物に配合する前の原料としてのガラス繊維(B)と同様にして、断面形状の判別、異形比の測定を行うことができる。
ガラス繊維(B)は、ポリイミド樹脂(A)との界面密着性を向上させ、得られるポリイミド樹脂組成物の機械的強度を向上させるため、集束剤により表面処理されたものであることが好ましい。
当該集束剤としては、例えば、ウレタン系集束剤、エポキシ系集束剤、アクリル系集束剤、ポリエステル系集束剤、ビニルエステル系集束剤、ポリオレフィン系集束剤、ポリエーテル系集束剤、及びカルボン酸系集束剤等が挙げられる。
上記集束剤は、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。2種以上を組み合わせた集束剤としては、例えば、ウレタン/エポキシ系集束剤、ウレタン/アクリル系集束剤、ウレタン/カルボン酸系集束剤等が挙げられる。
ウレタン系集束剤としては、ポリオールとポリイソシアネートとの反応により得られるウレタン樹脂が挙げられる。
ポリオールとしては、例えば、ポリエチレンアジペートジオール、ポリブチレンアジペートジオール、ポリエチレンブチレンアジペートジオール、ポリネオペンチルアジペートジオール、ポリネオペンチルテレフタレートジオール、ポリカプロラクトンジオール、ポリバレロラクトンジオール、ポリヘキサメチレンカーボネートジオール等のポリエステルポリオール;ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシエチレンオキシプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコール、ビスフェノール類のエチレンオキシド及び/又はプロピレンオキシド付加物等のポリエーテルポリオール;等が挙げられる。
ポリイソシアネートとしては、例えば、2,4’-ジフェニルメタンジイソシアネートもしくは4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート(MDI)、2,4-トリレンジイソシアネートもしくは2,6-トリレンジイソシアネート(TDI)、4,4’-ジベンジルジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネートもしくは1,4-フェニレンジイソシアネート、1,5-ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート等の芳香族ポリイソシアネート;エチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート(HDI)、リジンジイソシアネート等の脂肪族ポリイソシアネート;イソフォロンジイソシアネート(IPDI)、4,4’-ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート(H12MDI)等の脂環式ポリイソシアネート;等が挙げられる。
上記ポリオール及びポリイソシアネートは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
エポキシ系集束剤としては、分子内に2以上のエポキシ基を有するエポキシ樹脂が挙げられる。具体的には、ビスフェノールAノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールFノボラック型エポキシ樹脂、ビフェニル型2官能エポキシ樹脂、ビフェニル変性ノボラック型エポキシ樹脂、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ナフトール-クレゾール共縮合ノボラック型エポキシ樹脂、ナフトール-フェノール共縮合ノボラック型エポキシ樹脂、ジシクロペンタジエン-フェノール付加反応型エポキシ樹脂、トリフェニルメタン型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂、クレゾールノボラック型エポキシ樹脂、テトラフェニルエタン型エポキシ樹脂、ナフトールノボラック型エポキシ樹脂等が挙げられる。中でも、当該エポキシ樹脂はビスフェノールA、ビスフェノールF等のビスフェノール構造を有するエポキシ樹脂が好ましい。ガラス繊維(B)の集束性の観点から、当該エポキシ樹脂のエポキシ当量は180g/当量以上であることが好ましく、200~1900g/当量であることがより好ましい。
アクリル系集束剤としてはアクリル樹脂が挙げられ、具体的には(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル等のアクリル系モノマーの単独重合体又はこれらの共重合体、並びに、上記アクリル系モノマーと、該アクリルモノマーと共重合可能な他のモノマーとの共重合体等を例示できる。
ポリエステル系集束剤としては、例えば脂肪族ジオール、芳香族ジオール、3価以上の多価アルコール等のポリオールと、脂肪族ジカルボン酸、芳香族ジカルボン酸、3価以上の多価カルボン酸等のポリカルボン酸との重縮合反応により得られるポリエステル樹脂が挙げられる。
ビニルエステル系集束剤としては酢酸ビニル樹脂が挙げられ、具体的には酢酸ビニルの単独重合体、又は、酢酸ビニルと、酢酸ビニルと共重合可能な他のモノマーとの共重合体等を例示できる。
ポリオレフィン系集束剤としては、例えば超高分子量ポリエチレン樹脂、高密度ポリエチレン樹脂、低密度ポリエチレン樹脂、超低密度ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリスチレン樹脂、及びポリエチレン共重合体等のポリオレフィン樹脂が挙げられる。ポリエチレン共重合体としては、エチレンと、エチレンと共重合可能な他のモノマー、例えばプロピレン、ブテン-1、イソプレン、ブタジエン等のα-オレフィン類等との共重合体が挙げられる。
また、上記ポリオレフィン樹脂を不飽和カルボン酸又はカルボン酸無水物等の酸性化合物により変性した酸変性ポリオレフィン樹脂も用いることができる。
ポリエーテル系集束剤としては、例えばポリアルキレングリコール、ビスフェノールA-アルキレンオキシド付加物等の、ポリオキシアルキレン構造を有するポリエーテル樹脂が挙げられる。
また、カルボン酸系集束剤としては、例えば無水マレイン酸、無水イタコン酸、無水シトラコン酸等のカルボン酸無水物含有不飽和ビニルモノマーと、スチレン、α-メチルスチレン、エチレン、ブタジエン等の他の不飽和ビニルモノマーとの共重合体が挙げられる。
上記集束剤の中でも、ポリイミド樹脂(A)との界面密着性が良好で、ポリイミド樹脂組成物の機械的強度を更に向上させることができるという観点から、ウレタン系集束剤及びウレタン/エポキシ系集束剤からなる群から選ばれる1種以上が好ましく、機械的強度及び良好な色調を得る観点からはウレタン系集束剤がより好ましい。
ガラス繊維(B)における集束剤の使用量には特に制限はないが、通常、ガラス繊維(B)の0.005~5質量%、好ましくは0.01~2質量%の範囲である。
ガラス繊維(B)を構成するガラス成分と集束剤との密着性向上、及び、ポリイミド樹脂(A)とガラス繊維(B)との界面密着性を向上させる観点から、ガラス繊維(B)は、さらに上記集束剤以外の表面処理剤により表面処理されていてもよい。当該表面処理剤としては、シランカップリング剤等のシラン系化合物、チタネートカップリング剤等のチタン系化合物、及び、クロム系化合物等が挙げられる。これらの中でも、シランカップリング剤等のシラン系化合物が好ましい。
シランカップリング剤としては、例えば、アルキル基を有するシランカップリング剤、アリール基を有するシランカップリング剤、ビニル基を有するシランカップリング剤、アミノ基を有するシランカップリング剤、エポキシ基を有するシランカップリング剤、(メタ)アクリル基を有するシランカップリング剤、メルカプト基を有するシランカップリング剤等が挙げられる。
これらの中でも、ポリイミド樹脂(A)とガラス繊維(B)との密着性向上の観点から、アミノ基を有するシランカップリング剤が好ましい。アミノ基を有するシランカップリング剤の具体例としては、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(β-アミノエチル)-γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン等が挙げられる。これらは、1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
ガラス繊維(B)における上記集束剤以外の表面処理剤の使用量には特に制限はないが、通常、ガラス繊維(B)の0.005~5質量%、好ましくは0.01~2質量%の範囲である。
ガラス繊維(B)は公知の方法で製造することができる。また、ガラス繊維(B)として市販のガラス繊維を用いることもできる。市販のガラス繊維としては、例えば、日本電気硝子(株)製の「ECS 03 T-786H」、「ECS 03 T-781DE」、「ECS 03 T-747H」等が挙げられる。
ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)の配合量は、好ましくは15~80質量%、より好ましくは20~70質量%である。ガラス繊維(B)の配合量が15質量%以上であれば十分な物性改善効果が得られ、80質量%以下であれば良好な成形加工性を維持できる。
中でも、ガラス繊維(B)の物性改善効果によりポリイミド樹脂組成物の耐熱性及び機械的強度を共に向上させる観点から、ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)の配合量は、更に好ましくは20~65質量%、より更に好ましくは20~60質量%、より更に好ましくは30~60質量%である。
<ガラス繊維(B)以外の無機充填材>
ポリイミド樹脂組成物には、さらに、ガラス繊維(B)以外の無機充填材(以下、単に「無機充填材」ともいう)を配合することができる。当該無機充填材を配合すると、ポリイミド樹脂組成物の耐熱性及び機械的強度をさらに向上させることができる。これは、当該無機充填材がポリイミド樹脂組成物中で結晶核剤として作用していると考えられる。
無機充填材の形状は特に限定されるものではなく、粒状、板状、及び繊維状のいずれでもよい。ポリイミド樹脂組成物中で結晶核剤として作用させて耐熱性や機械的強度を向上させる観点からは、粒状又は板状の無機充填材が好ましい。
例えば粒状又は板状の無機充填材である場合、その平均粒径は、好ましくは0.01~50μm、より好ましくは0.1~20μm、更に好ましくは0.2~10μm、より更に好ましくは0.2~3μmである。無機充填材の平均粒径が上記範囲であると、ポリイミド樹脂組成物中において結晶核剤としての効果を発現しやすくなる。当該平均粒径は、例えばレーザー回折式粒度分布計によって測定することができる。
粒状又は板状の無機充填材としては、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、酸化チタン、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。
ガラス繊維(B)以外の繊維状無機充填材としては、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。これらの無機充填材は1種又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
上記の中でも、ポリイミド樹脂組成物の耐熱性及び機械的強度を向上させる観点からは、ガラス繊維(B)以外の無機充填材としてタルクを配合することが好ましい。
ガラス繊維(B)以外の無機充填材を用いる場合、ポリイミド樹脂組成物中の当該無機充填材の配合量は、好ましくは0.05~15質量%、より好ましくは0.1~10質量%、更に好ましくは0.2~5質量%である。無機充填材の配合量が上記範囲であると、ポリイミド樹脂(A)に由来する特性及びガラス繊維(B)による物性改善効果を損なわずに、耐熱性及び機械的強度を更に向上させることができる。
また、物性改善効果と良好な成形加工性とを両立する観点から、ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)及び無機充填材の合計配合量は、好ましくは15~85質量%、より好ましくは20~80質量%、更に好ましくは20~70質量%、より更に好ましくは30~65質量%、より更に好ましくは30~60質量%である。
本発明のポリイミド樹脂組成物には熱可塑性樹脂成分としてポリイミド樹脂(A)を用いているため、当該樹脂組成物中にガラス繊維(B)や無機充填材を例えば70質量%以上配合しても、射出成形等における成形時の流動性が損なわれることなく、良好な成形加工性を維持できる。
なお、ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)及び無機充填材の配合量(質量%)は、例えば、ポリイミド樹脂組成物約5gをマッフル炉で625℃で3時間焼成し、焼成前のポリイミド樹脂組成物の全質量に対する焼成後の残留物の質量割合を測定することにより求められる。
<添加剤>
本発明のポリイミド樹脂組成物には、艶消剤、核剤、可塑剤、帯電防止剤、着色防止剤、ゲル化防止剤、難燃剤、着色剤、摺動性改良剤、酸化防止剤、導電剤、樹脂改質剤等の添加剤を、必要に応じて配合することができる。
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(A)由来の物性を維持しつつ添加剤の効果を発現させる観点から、ポリイミド樹脂組成物中、通常、50質量%以下であり、好ましくは0.0001~30質量%、より好ましくは0.0001~15質量%、更に好ましくは0.001~10質量%、更に好ましくは0.01~8質量%である。
また、本発明のポリイミド樹脂組成物には、その特性が阻害されない範囲で、ポリイミド樹脂(A)以外の他の樹脂を配合することができる。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、ポリイミド樹脂(A)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、ポリエーテルケトン樹脂、ポリエーテルケトンケトン樹脂、ポリエーテルエーテルケトンケトン樹脂、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、成形加工性、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種以上が好ましい。
ポリイミド樹脂(A)と他の樹脂とを併用する場合、ポリイミド樹脂組成物の特性が阻害されない範囲であれば、その配合比率には特に制限はない。
但し、本発明のポリイミド樹脂組成物中のポリイミド樹脂(A)及びガラス繊維(B)の合計含有量は、本発明の効果を得る観点から、好ましくは50質量%以上、より好ましくは70質量%以上、更に好ましくは80質量%以上、より更に好ましくは90質量%以上である。また、上限は100質量%である。
本発明のポリイミド樹脂組成物又は成形体の比重は、用途によっても好ましい範囲が異なるが、通常1.1~2.5g/cm、好ましくは1.2~2.0g/cmの範囲である。
[成形体]
本発明は、前記ポリイミド樹脂組成物を含む成形体を提供する。
本発明のポリイミド樹脂組成物は熱可塑性を有するため、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。熱成形は、成形温度を例えば400℃を超える高温に設定することなく成形可能であるため好ましい。中でも射出成形を行う場合には、成形温度及び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、成形温度を好ましくは400℃以下、より好ましくは360℃以下とし、金型温度を好ましくは260℃以下、より好ましくは220℃以下として成形が可能である。
成形体を製造する方法としては、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。350℃超~390℃での熱成形も可能であるが、ポリイミド樹脂(A)や他の樹脂成分、及び各種充填材の劣化を抑制する観点からは、350℃以下の温度で熱成形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(A)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℃で溶融し、ここにサイドフィーダーからガラス繊維(B)を導入して押出機内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(A)を押出機内に導入して、好ましくは290~350℃で溶融し、ここにサイドフィーダーからガラス繊維(B)及び必要に応じて各種任意成分を導入して押出機内でポリイミド樹脂(A)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310~350℃である。
本発明のポリイミド樹脂組成物は熱可塑性であるため成形加工性を有し、耐熱性と機械的強度とのバランスにも優れる。また摺動特性も良好であることから、例えば自動車、鉄道、航空などの各種産業部材、家電製品用部材、又はこれらの筐体等に適用できる。具体的には、ギア、軸受、切削部材、ネジ、ナット、パッキン、検査用ICソケット、ベルト、電線等の被覆材、カバーレイフィルム、半導体製造装置用部材、医療用器具、釣り竿及びリール等の被覆材、文房具等に適用できる。また当該成形体は耐熱性及び機械的強度に優れることから、アルミ合金やマグネシウム合金を始めとした各種金属代替にも適用できる。
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。
<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。
<対数粘度μ>
ポリイミド樹脂を190~200℃で2時間乾燥した後、該ポリイミド樹脂0.100gを濃硫酸(96%、関東化学(株)製)20mLに溶解したポリイミド樹脂溶液を測定試料とし、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/t)/C
: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ΔHm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Tm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Tgは昇温2度目で観測された値を読み取り決定した。結晶化温度Tc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。
また結晶化発熱量ΔHm(mJ/mg)は冷却時に観測された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、420℃で10分保持し、ポリイミド樹脂を完全に溶融させたのち、冷却速度70℃/分の急冷操作を行った際に、観測される結晶化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。
<重量平均分子量>
ポリイミド樹脂の重量平均分子量(Mw)は、昭和電工(株)製のゲルろ過クロマトグラフィー(GPC)測定装置「Shodex GPC-101」を用いて下記条件にて測定した。
カラム:Shodex HFIP-806M
移動相溶媒:トリフルオロ酢酸ナトリウム2mM含有HFIP
カラム温度:40℃
移動相流速:1.0mL/min
試料濃度:約0.1質量%
検出器:IR検出器
注入量:100μm
検量線:標準PMMA
<熱変形温度(HDT)>
各例で得られたポリイミド樹脂組成物を用いて80mm×10mm×厚さ4mmの成形体を作製し、測定に使用した。HDT試験装置「Auto-HDT3D-2」((株)東洋精機製作所製)を用いて、支点間距離64mm、荷重1.80MPa、昇温速度120℃/時間の条件にて熱変形温度を測定した。
<曲げ強度及び曲げ弾性率>
各例で得られたポリイミド樹脂組成物を用いてISO316で規定される80mm×10mm×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、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。
<比重>
各例で得られたポリイミド樹脂組成物を用いて80mm×10mm×厚さ4mmの成形体を作製し、真比重計により真比重を求めた。
[製造例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)500gとピロメリット酸二無水物(三菱ガス化学(株)製)218.12g(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、シス/トランス比=7/3)49.79g(0.35mol)、1,8-オクタメチレンジアミン(関東化学(株)製)93.77g(0.65mol)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。滴下により発熱が起こるが、内温は40~80℃に収まるよう調整した。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)1.284g(0.0100mol)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、317gのポリイミド樹脂1の粉末を得た。
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1.30dL/g、Tmは323℃、Tgは184℃、Tcは266℃、結晶化発熱量ΔHmは21.0mJ/mg、半結晶化時間は20秒以下、Mwは55,000であった。
製造例1におけるポリイミド樹脂の組成及び評価結果を表1に示す。なお、表1中のテトラカルボン酸成分及びジアミン成分のモル%は、ポリイミド樹脂製造時の各成分の仕込み量から算出した値である。
Figure 0007259852000013
表1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
・OMDA;1,8-オクタメチレンジアミン
[ポリイミド樹脂組成物の製造及び評価1:耐熱性、機械的強度]
実施例1
製造例1で得られたポリイミド樹脂1の粉末に、無機充填材であるタルク(日本タルク(株)製「ナノエースD-800」、平均粒径0.8μm)を表2に示す配合比率で添加し、ドライブレンドにより十分混合した。得られた混合粉末を同方向二軸押出機(東芝機械(株)製「TEM37BS」)を用いてバレル温度350℃、スクリュー回転数200rpmで押し出した。この際、サイドフィーダーを用いて、ガラス繊維(日本電気硝子(株)製「ECS 03 T-786H」、平均繊維径:10.5μm、平均繊維長:3mm、集束剤:ウレタン系)を押出機内に導入し、溶融時に混合、押出しした。ガラス繊維はポリイミド樹脂組成物の全量に対して20質量%となるように配合した。
押出機より押し出されたストランドを水冷後、ペレタイザー(いすず化工機製「SCF-150」)によってペレット化した。得られたペレット(ポリイミド樹脂組成物)は150℃、10時間乾燥を行った後、射出成形に使用した。
射出成形は射出成形機(ファナック(株)製「ROBOSHOT α-S30iA」)を使用して、バレル温度355℃、金型温度210℃、成形サイクル50秒として行い、各種評価に用いる所定の形状の成形体を作製した。
作製した成形体を用いて、前述の方法で各種評価を行った。結果を表2に示す。
実施例2~10
ポリイミド樹脂1の配合量、ガラス繊維の種類及び配合量、並びにタルクの配合量を表2に示す通りに変更したこと以外は、実施例1と同様の方法でポリイミド樹脂組成物を製造し、各種評価を行った。結果を表2に示す。
Figure 0007259852000014
表2に示した各成分の詳細は下記の通りである。
<ガラス繊維(B)>
・「T-786H」;日本電気硝子(株)製「ECS 03 T-786H」、平均繊維径:10.5μm、平均繊維長:3mm、集束剤:ウレタン系
・「T-781DE」;日本電気硝子(株)製「ECS 03 T-781DE」、平均繊維径:6.5μm、平均繊維長:3mm、集束剤:ウレタン系
・「T-747H」;日本電気硝子(株)製「ECS 03 T-747H」、平均繊維径:10.5μm、平均繊維長:3mm、集束剤:ウレタン/エポキシ系
<タルク>
・日本タルク(株)製「ナノエースD-800」、平均粒径0.8μm
表2より、以下のことが判る。
実施例1~10のポリイミド樹脂組成物は、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たポリイミド樹脂と、ガラス繊維とを配合したことに起因して、成形加工性に優れると共に、耐熱性と機械的強度とのバランスも良好である。
実施例2~4、6~7の結果から、ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)の配合量が30質量%以上であると熱変形温度(HDT)が顕著に向上し、耐熱性に優れる。中でも、ポリイミド樹脂組成物中のガラス繊維(B)の配合量が30~60質量%の範囲、特に50質量%近辺であるとHDT及び曲げ強度が共に高くなる傾向にあり、耐熱性及び機械的強度に優れる。
実施例1と2の比較、実施例4と5の比較から、ポリイミド樹脂(A)、ガラス繊維(B)の他に、無機充填材であるタルクを配合するとHDTが8~12℃向上し、耐熱性が高くなる。これは、タルクが結晶核剤のような効果を奏しているものと推測される。
実施例5、8、10の比較によれば、ポリイミド樹脂組成物に使用するガラス繊維の集束剤がウレタン系集束剤(実施例5、8)であると、ウレタン/エポキシ系集束剤(実施例10)である場合よりも耐熱性及び曲げ強度が向上する。
なお、(A)成分としてポリイミド樹脂1を用い、ガラス繊維(B)の配合量を70質量%まで増加させた実施例7のポリイミド樹脂組成物においても、射出成形時の流動性が損なわれることなく、良好な成形加工性を維持できることを示した。これは、本願記載のポリイミド樹脂(A)本来の成形加工性が極めて良好であることに起因する。
[ポリイミド樹脂組成物の評価2:摺動特性]
また、実施例5のポリイミド樹脂組成物、及び製造例1で得られたポリイミド樹脂1(参考例1とする)について、以下の方法により摺動特性を評価した。
<限界PV値>
JIS K7218(1986)-A法に準拠して、常温(25℃)下で相手材をSUS304とし、試験速度が0.5m/s、0.9m/s、及び2.0m/sの場合の限界PV値(MPa・m/s)を測定した。
<比摩耗量、動摩擦係数>
JIS K7218(1986)-A法に準拠して、常温(25℃)下で相手材をSUS304とし、試験荷重:50N、試験速度:0.5m/s、滑り距離:3kmの条件で摺動試験を行い、比摩耗量及び動摩擦係数を測定した。
Figure 0007259852000015
表3より、所定のポリイミド樹脂(A)及びガラス繊維を配合した本発明のポリイミド樹脂組成物は摺動特性にも優れることが判る。
本発明のポリイミド樹脂組成物は成形加工性に優れると共に、耐熱性と機械的強度とのバランスも良好である。本発明のポリイミド樹脂組成物は例えば自動車、鉄道、航空などの各種産業部材、家電製品用部材、又はこれらの筐体等に適用できる。具体的には、ギア、軸受、切削部材、ネジ、ナット、パッキン、検査用ICソケット、ベルト、電線等の被覆材、カバーレイフィルム、半導体製造装置用部材、医療用器具、釣り竿及びリール等の被覆材、文房具等に適用できる。また当該成形体は耐熱性及び機械的強度に優れることから、アルミ合金やマグネシウム合金を始めとした各種金属代替にも適用できる。

Claims (6)

  1. 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20~70モル%であるポリイミド樹脂(A)、及びガラス繊維(B)を配合したポリイミド樹脂組成物であって、
    前記ポリイミド樹脂(A)を構成する全繰り返し構成単位に対する、前記式(1)の繰り返し構成単位と前記式(2)の繰り返し構成単位の合計の含有比が50~100モル%であり、
    前記ガラス繊維(B)がウレタン系集束剤で表面処理されたものである、ポリイミド樹脂組成物
    Figure 0007259852000016

    (R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。Rは炭素数5~16の2価の鎖状脂肪族基である。X及びX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。)
  2. 前記ポリイミド樹脂(A)において、前記式(1)の繰り返し構成単位と前記式(2)の繰り返し構成単位の合計に対する前記式(1)の繰り返し構成単位の含有比が20モル%以上、40モル%未満である、請求項1に記載のポリイミド樹脂組成物。
  3. 前記ガラス繊維(B)の配合量が20~65質量%である、請求項1又は2に記載のポリイミド樹脂組成物。
  4. さらにガラス繊維(B)以外の無機充填材を配合した、請求項1~のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂組成物。
  5. 前記無機充填材の配合量が0.05~15質量%である、請求項に記載のポリイミド樹脂組成物。
  6. 請求項1~のいずれか1項に記載のポリイミド樹脂組成物を含む成形体。
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