JP7279780B2 - ポリアミドイミド樹脂組成物及びポリアミドイミド樹脂の製造方法 - Google Patents
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Description
一実施形態は、ポリアミドイミド樹脂と、後述する式(1)で表される化合物を含有する溶剤とを含むポリアミドイミド樹脂組成物(以下、樹脂組成物ともいう)に関する。以下、各構成成分について具体的に説明する。
ポリアミドイミド樹脂は、分子骨格内にアミド結合とイミド結合とを有する樹脂であり、ジイソシアネート化合物及び/又はジアミン成分と、三塩基酸無水物又は三塩基酸ハライドを含む酸成分とを反応させて得ることができる。
トリイソシアネート化合物としては、1,3,5-トリイソシアナト-2-メチルベンゼンが挙げられる。
また、ジアミン化合物としては、4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、3,3’-ジアミノジフェニルスルホン、キシリレンジアミン、フェニレンジアミン等が挙げられる。
一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂は、ブロックされた末端イソシアネート基及び/又はブロックされた末端カルボキシル基を有することが好ましい。ポリアミドイミド樹脂の末端イソシアネート基がブロックされた場合、樹脂組成物の粘度上昇、及び濁り、ゲル化等の不具合を抑制することが容易となる。そのため、例えば、樹脂組成物を40℃で45日間保管した後に、その外観変化を観察した場合、濁り等の不具合が生じず、優れた貯蔵安定性を得ることが容易となる。また、ポリアミドイミド樹脂の末端カルボキシ基がブロックされた場合、加熱硬化時にアシル化反応が発生し、柔軟性及び硬化性が低下することを抑制することが容易となる。また、樹脂末端の極性が変化し、樹脂組成物を基材に塗布した時に、基材からのはじきが発生し塗布性が低下することを抑制することが容易となる。
アルコールは、1級アルコールであっても、又は2級アルコールであってもよい。アルコールの具体例として、メタノール、エタノール、プロパノール、ベンジルアルコール、フェノール、クレゾール、及びイソプロピルアルコール等が挙げられる。
ポリアミドイミド樹脂組成物は、ポリアミドイミド樹脂を溶解可能な、又は分散可能な溶剤として、下式(1)で表される化合物を含む。上記溶剤は、下式で表される化合物の1種を含んでも、又は2種以上を含んでもよい。なお、上記ポリアミドイミド樹脂組成物中の溶剤は、ポリアミドイミド樹脂の製造時に使用する重合溶剤(後述)と区別するために、貯蔵溶剤と記載する場合がある。
一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂組成物は、上記ポリアミドイミド樹脂及び溶剤と、さらに硬化剤とを含んでもよい。硬化剤としては、特に限定されないが、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、及びブロックイソシアネートからなる群から選択される少なくとも1つを使用することができる。一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂は、ポリアミドイミド樹脂及び溶剤と、さらにエポキシ樹脂を含むことが好ましい。樹脂組成物にエポキシ樹脂を配合することによって、ポリアミドイミド樹脂の熱的特性、機械的特性、及び電気的特性をより一層向上させることが容易となる。
一実施形態において、ポリアミドイミド樹脂の製造方法は、ジイソシアネート化合物と、三塩基酸無水物及び/又は三塩基酸ハライドとを含むモノマー混合物を、上記式(1)で表される化合物を含む溶剤中で反応させる工程を含むことを特徴とする。
上記製造方法においてモノマー混合物として使用する樹脂原料については、上記ポリアミドイミド樹脂組成物の項において説明したとおりである。
重合反応は、空気中の水分の影響を低減するため、窒素等の雰囲気下で行うことが好ましい。
(1)酸成分、及びジイソシアネート成分及び/又はジアミン成分を一度に使用し、反応させてポリアミドイミド樹脂を合成する方法。
(2)酸成分と、ジイソシアネート成分及び/又はジアミン成分の過剰量とを反応させて、末端にイソシアネート基又はアミノ基を有するアミドイミドオリゴマーを合成した後、酸成分を追加して末端のイソシアネート基及び/又はアミノ基と反応させてポリアミドイミド樹脂を合成する方法。
(3)酸成分の過剰量と、ジイソシアネート成分及び/又はジアミン成分を反応させて、末端に酸又は酸無水物基を有するアミドイミドオリゴマーを合成した後、ジイソシアネート成分及び/又はジアミン成分を追加して末端の酸又は酸無水物基と反応させてポリアミドイミド樹脂を合成する方法。
後述する実施例及び比較例で製造したポリアミドイミド樹脂の数平均分子量(Mn)は、以下に記載する条件下で測定して得た値である。また、分散度は、上記数平均分子量(Mn)と同様にして測定した重量平均分子量(Mw)との比(Mw/Mn)として算出した値である。
<数平均分子量の測定条件>
GPC機種:日立 L6000
検出器:日立 L4000型UV
波長:270nm
データ処理機:ATT 8
カラム:Gelpack GL-S300MDT-5×2
カラムサイズ:8mmφ×300mm
溶媒:DMF/THF=1/1(リットル)+リン酸0.06M+臭化リチウム0.06M
試料濃度:5mg/1mL
注入量:5μL
圧力:49kgf/cm2(4.8×106Pa)
流量:1.0ml/min
カラム温度:40℃
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート250.3g(1.00モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及び3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド(DMPA)660gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、温度を100℃まで上昇させ、その温度を保持して7時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂を含む溶液を得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は18,900であり、分散度は2.3であった。この溶液に、メチルエチルケトンオキシム8.7gを加えて、90℃で2時間反応させ、末端がブロックされたポリアミドイミド樹脂の溶液Aを得た。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート250.3g(1.00モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及び3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド(DMPA)660gを2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、温度を100℃まで上昇させ、その温度を保持して7.5時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂を含む溶液を得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は19,700であり、分散度は2.4であった。この溶液に、エタノール6.1gとブチルビニルエーテル4.3を加えて、80℃で2時間反応させ、末端がブロックされたポリアミドイミド樹脂の溶液Bを得た。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート150.2g(0.6モル)、3,3’-ジメチル-4,4’-ジイソシアナトビフェニル105.7(0.4モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.0モル)、及び3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド(DMPA)672gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、温度を100℃まで上昇させ、温度を保持して7.5時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂を含む溶液を得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は18,300であり、分散度は2.2であった。この溶液に、メチルエチルケトンオキシム8.7gとブチルビニルエーテル4.3を加えて、80℃で2時間反応させ、末端がブロックされたポリアミドイミド樹脂の溶液Cを得た。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート250.3g(1.00モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及びN-メチル-2-ピロリドン(NMP)660gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、約3時間で温度を125℃まで上昇し、この温度を保持して6時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂を含む溶液Dを得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は18,200であり、分散度は1.8であった。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート250.3g(1.00モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及びN-エチル-2-ピロリドン(NEP)660gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、約3時間で温度を135℃まで上昇し、この温度を保持して8時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂を含む溶液Eを得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は27,900であり、分散度は1.6であった。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート150.2g(0.6モル)、混合トルエンジイソシアネート(コロネートT-60)69.7g(0.4モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及びγ-ブチロラクトン(GBL)660gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、約3時間で温度を135℃まで上昇し、この温度を保持して8時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂の溶液Fを得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は24,300であり、分散度は1.6であった。
4,4’-ジフェニルメタンジイソシアネート250.3g(1.00モル)、無水トリメリット酸192.1g(1.00モル)、及びN,N-ジメチルアセトアミド(DMAC)660gを、2リットルのフラスコに仕込んだ。仕込んだ原料を撹拌しながら、約3時間で温度を135℃まで上昇し、この温度を保持して8時間反応させ、ポリアミドイミド樹脂の溶液Gを得た。ポリアミドイミド樹脂の数平均分子量は23,900であり、分散度は1.6であった。
(塗料の調製)
実施例1~3及び比較例1~4で得た樹脂の溶液A~Gに、それぞれエポキシ樹脂を加えて混合し、ポリアミドイミド樹脂組成物(塗料)を調製した。
なお、塗料の全質量を基準として、ポリアミドイミド樹脂の含有量が25質量%となるように、必要に応じて、ポリアミドイミド樹脂の製造時に使用した重合溶剤と同じ溶剤を追加した。また、上記塗料を調製するために使用したエポキシ樹脂は、三井化学製のエポミック(登録商標)R-140;2,2-ビス(4-ヒドロキシフェニル)プロパンのエピクロロヒドリンによるジグリシジルエーテル化物であり、塗料中のエポキシ樹脂濃度が約4質量%となる量(すなわち、上記ポリアミドイミド樹脂の含有量が25質量%の溶液100質量部に対して、エポキシ樹脂を4.25質量部)を添加した。
先に調製した各塗料を使用して塗膜を形成し、以下に従い塗膜特性を評価した。
(1)密着性
アルミニウム基材(A1050P、厚み1mm、寸法50mm×100mm、未研磨)の表面に、各塗料を塗布した後、乾燥機に入れて80℃で30分間予備乾燥した。次いで、230℃で30分間にわたり加熱硬化を行うことによって、アルミニウム基材上に膜厚35μmの塗膜(試験サンプルA)を形成した。また、硬化温度の対比として、上記と同様して塗料を塗布した後、乾燥機に入れて80℃で5分間予備乾燥し、次いで150℃で60分間にわたり加熱硬化を行うことによって、アルミニウム基材上に膜厚35μmの塗膜(試験サンプルB)を形成した。
上述のようにして作製した試験サンプルA及び試験サンプルBについて、アルミニウム基材に対する塗膜の初期の密着性を以下に従い評価した。
密着性は、旧JIS K 5400に準じて測定した(クロスカット残率%)。すなわち、塗膜表面(試験面)にカッターナイフを用いて、1×1mm四方の碁盤目の切り傷を入れ、100個の碁盤目を形成した。碁盤目部分にメンディングテープ#810(スリーエム株式会社製)を強く圧着させ、テープをゆっくりと引き剥がした後に、碁盤目の状態を観察した。このような剥離試験を5回行って、剥離試験ごとに残マス数を数え、平均値を算出した。表1に、100マス中の残マス数(%)の平均値を示す。
上記密着性を評価するために作製した試験サンプルA及び試験サンプルBと同様にして、2種の試験サンプルを準備し、旧JIS K 5400の鉛筆引っかき試験に準じて、塗膜の鉛筆硬度試験を行った。試験後の塗膜表面を目視にて観察し、傷の有無を評価した。明らかな傷が観察された鉛筆硬度を表1に示す。
上記密着性を評価するために作製した試験サンプルAと同様にして、試験サンプルを準備し、折曲試験を行った。試験サンプルを所定の直径を有する棒に巻き付け、塗膜表面を目視にて観察し、クラックの有無を評価した。明らかなクラックが発生した棒の直径を表1に示す。
鉄板(SPCC-SB、厚み0.5mm、寸法20mm×50mm)の表面に、各塗料を塗布した後、乾燥機に入れて、80℃で30分間予備乾燥した。次いで、150℃で60分間にわたって加熱硬化して、鉄板上に膜厚15μmの塗膜を形成した。このようにして得た試験サンプルを、20~30℃の温度に調整したN-メチルピロリドン(NMP)中に浸漬した状態で超音波洗浄機にセットし、1時間放置した。1時間後に試験サンプルを取り出し、アセトンで洗浄して乾燥した後に、試験サンプルの質量を測定した。次いで、浸漬前後の試験サンプルの質量の差から、塗膜残率(%)を算出し、硬化性を評価した。表1に塗膜残率(%)を示す。
Claims (8)
- 前記ポリアミドイミド樹脂が、オキシム化合物、又はアルコールを使用してブロックされた末端イソシアネート基をさらに有する、請求項1に記載のポリアミドイミド樹脂組成物。
- 前記ポリアミドイミド樹脂が、メチルエチルケトンオキシム又はエタノールを使用してブロックされた末端イソシアネート基と、ブチルビニルエーテルを使用してブロックされた末端カルボキシル基とを有する、請求項2に記載のポリアミドイミド樹脂組成物。
- 前記式(1)で表される化合物が、3-メトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミド、及び3-ブトキシ-N,N-ジメチルプロピオンアミドからなる群から選択される少なくとも1つを含む、請求項1~3のいずれか1項に記載のポリアミドイミド樹脂組成物。
- 金属基材の表面を被覆する塗料として使用される、請求項1~4のいずれか1項に記載のポリアミドイミド樹脂組成物。
- ジイソシアネート化合物と、三塩基酸無水物又は三塩基酸ハライドとを含むモノマー混合物を、下式(1-1)で表されるβ-アルコキシプロピオンアミドを含有する溶剤中で反応させること、さらに、前記モノマー混合物を前記溶剤中で反応させて得られるポリアミドイミド樹脂を含む反応溶液に、ビニルエーテル化合物を含むブロック剤を加えて、ポリアミドイミド樹脂の末端基をブロックすることを含む、数平均分子量が17,000~20,000であり、かつ分散度が2.0~2.8であるポリアミドイミド樹脂の製造方法。
[式中、R1は、炭素数1~8のアルキル基であり、R2及びR3は、それぞれ独立して、水素原子、又は炭素数1~8のアルキル基である。] - 前記反応が、60~140℃の温度において実施される、請求項6に記載のポリアミドイミド樹脂の製造方法。
- 前記ブロック剤が、さらにオキシム化合物又はアルコールを含む、請求項6又は7に記載のポリアミドイミド樹脂の製造方法。
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