JPH0611861B2 - 高分子複合体の製法 - Google Patents

高分子複合体の製法

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JPH0611861B2
JPH0611861B2 JP62089761A JP8976187A JPH0611861B2 JP H0611861 B2 JPH0611861 B2 JP H0611861B2 JP 62089761 A JP62089761 A JP 62089761A JP 8976187 A JP8976187 A JP 8976187A JP H0611861 B2 JPH0611861 B2 JP H0611861B2
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  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は芳香族複素環ポリイミドを一成分とする、高弾
性率でかつ耐熱性にも優れた、溶液成形可能である高分
子複合体及びその製法に関する。特に主鎖中にベンゾビ
スチアゾール骨格を含む芳香族複素環ポリイミドを一成
分として、さらに他に少なくとも1種類以上の芳香族ポ
リイミドを成分として持つ高分子複合体及びその製法に
関する。
〔従来の技術〕
高弾性率の素材を与える高分子としては、主鎖方向に屈
曲基が少なく、また側鎖の少ない構造が好ましい。上述
の範囲の高分子として、代表的なポリ−p−フェニレン
ベンゾビスチアゾール(PPBT)は、引張弾性率31
0GPaの繊維に成形されている(Polymer Eng.Sci.23,78
3(1983))。
しかし、PPBTのような棒状高分子を単独で使用した
場合、フィルムや構造材等の材料を製造するとフィブリ
ル化が生じて外力に耐えられないものとなるおそれがあ
る。特に高配向材料では配向と直角方向に著るしく脆い
ものとなる。これは棒状高分子の鎖のからみあいが少な
く、分子間相互作用も小さいことに起因する。棒状高分
子の脆さを改良するため、高分子複合体の研究が多数報
告されている。
高分子複合体は、剛直性のため折りたたむことが不可能
な棒状高分子を柔軟鎖高分子に分子分散させ、かつ棒状
高分子を配向させることにより、マクロの繊維強化複合
則を分子レベルで実現し、高強度、高弾性率素材を得よ
うとするものである。
たとえば、PPBT/AB-PBi(30/70)からなる分子複合体フィ
ルムは一方向90GPa以上の高弾性率フィルムを与える
(Polymer Eng.Sci.23,784(1983))。
しかし、PPBT/AB−PBi系はメタンスルホン酸
の稀薄溶液(約3重量%)より成形しなければならない
ため、装置の耐食性、生産速度を考慮すれば工業的不利
益は明らかである。
ここでは、かかる強酸の使用は高分子の溶解性により必
須となり、稀薄溶液はPPBTの液晶形成を回避して分
子分散を計るために不可欠の条件となっている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明者は、高濃度の高分子溶液からの成形が可能でか
つ剛直高分子が良好に分散された高弾性率素材の製造法
について鋭意検討の結果、本発明に到達した。
〔問題を解決するための手段〕
すなわちポリイミドがその前駆体として、最終的に得ら
れるポリイミド構造に対してより柔軟性のあるポリアミ
ド酸を経由して製造されることに着目し、特定の少なく
とも2種類のポリアミド酸を高濃度で複合し、成形、後
にイミド化することにより、高弾性率素材を得ることが
できたものである。
本発明の高分子複合体は少なくとも2種類の芳香族ポリ
イミドよりなる。又それら使用されるどのポリマーも下
記甲群から選ばれた構造単位と乙群から選ばれた構造単
位とがイミド結合により交互に連結してなるものであ
る。
すなわち、本発明の高分子複合体中で補強用高分子とし
て使用される棒状高分子(A群)は甲群と乙群より選ば
れる構造単位のそれぞれの総量が実質的に当量であっ
て、甲群中で構造(I)が90〜100モル%、構造(II)
が30〜0モル%であり、乙群中で構造(III)が70〜
100モル%、構造(IV)が30〜0モル%であるもので
ある。又、マトリクスとして使用される柔軟鎖高分子
(B群)の構造は、甲群と乙群より選ばれる構造単位の
それぞれの総量が実質的に当量であって、甲群中で構造
(I)が0〜50モル%、構造(II)が100〜50モル%
であり、乙群中で構造(III)が0〜100モル%、構造
(IV)が100〜0モル%であるものである。
又、必要に応じ高分子複合体中に第3成分として使用さ
れる棒状柔軟鎖の中間的性質を持つ高分子の構造は、マ
トリクスとして使用される柔軟鎖高分子(B群)に準じ
甲群、乙群それぞれより選ばれた構造単位よりなり、そ
の組成において柔軟鎖高分子(B群)と同じであっても
又異なっても良いが、例えば棒状高分子(A群)の部分
を鎖中に持つブロックコポリマー、グラフトコポリマー
等であることが好ましい。
高分子複合体中でのポリマー組成は、棒状高分子(A
群)が30〜99重量%、その他のポリマーが総量で7
0〜1重量%であるが、好ましくは棒状高分子(A群)
が50〜70重量%、その他のポリマーが総量で50〜
30重量%である。また、本発明の高分子複合体は、こ
れらA群に属するポリイミドの前駆体であるポリアミド
酸又はB群に属するポリイミドの前駆体であるポリアミ
ド酸の、温度30℃、濃度0.5d/gのN−メチル
ピロリドン溶液で測定される溶液粘度(ηinh)が1d
/g以上である。
甲群 乙群 (式中、Ar1又は Arを表わす。ここで、X,X′は水素原子、アルキル基、ア
ルコキシ基又はハロゲン原子、Yは単結合、-O-,-CH
2-、-S-、 -SO2-、 又は を示す。) 本発明の高分子複合体は、上記甲群、乙群に示された構
造に対応するモノマーである芳香族ジアミン及び芳香族
テトラカルボン酸二無水物を反応させて得られるポリア
ミド酸を前駆体として製造される。
すなわち、本発明の高分子複合体は、上記A群とB群と
に属するポリイミドの前駆体として、実質的にC群とD
群とに属するそれぞれ1種類以上のポリアミド酸からな
る混合物であって、以下の特徴を有するものを、無水酢
酸及びピリジンの存在下、化学的に閉環させることによ
り製造される。
(イ)この混合物を構成するポリアミド酸は、下記の丙
群から選ばれた構造単位と丁群から選ばれた構造単位と
がイミド結合により交互に連結してなるものであり、か
つ選ばれた丙群と丁群の構造単位のそれぞれの総量が実
質的に当量である。
(ロ)また、該混合物を構成するポリアミド酸のうちC
群に属するポリアミド酸は、丙群中で構造(I′)が7
0〜100モル%、構造(II′)が30〜0モル%であ
り、丁群中で構造(III′)が70〜100モル%、構
造(IV′)が30〜0モル%よりなり、また、D群に属
するポリアミド酸は、丙群中で構造(I′)が0〜50
モル%、構造(II′)が100〜50モル%であり、丁
群中で構造(III′)が0〜100モル%、構造(I
V′)が100〜0モル%よりなる。
(ハ)さらに混合物中のポリアミド酸組成において、C
群に属するポリアミド酸が30〜99重量%で、D群に
属するポリアミド酸が70〜1重量%となるようにアミ
ド溶媒中で混合して得られるものである。
丙群 丁群 (式中、Ar1、Ar2は前記式(II)、(IV)におけると同義で
ある)。
このようなポリアミド酸の製造に用いられるモノマーと
しては、具体的には次のような化合物が挙げられる。芳
香族ジアミンとして、構造(I)を与える2,6−(4,4′−
ジアミノ−ジフェニル)ベンゾ〔1,2−d:4,5−d′〕
ビスチアゾール、構造(II)を与えるm−およびp−フェ
ニレンジアミン、2,5−ジアミノトルエン、4,4′−およ
び3,3′−ジアミノジフェニルエーテル、4,4′−および
3,3′−ジアミノジフェニルメタン、4,4′−および3,
3′−チオジアニリン、4,4′−および3,3′−ジアミノ
ビフェニル、4,4′−および3,3′−ジアミノジフェニル
スルホン、ビス−(4−アミノフェニル)イソプロパ
ン、ビス−(4−アミノフェニル)ビス(トリフルオロ
メチル)メタン、4,4′−ジアミノベンゾフェノン、4,
4′−メチレンビス−(o−クロロアニリン)4,4′−メ
チレンビス−(3−メチルアニリン)、4,4′−メチレ
ンビス−(2−メトキシアニリン)、4,4′−メチレン
ビス−(2−メチルアニリン)、4,4′−オキシビス−
(2−メトキシアニリン)、4,4′−オキシビス−(2
−クロロアニリン)、4,4′−チオビス−(2−メチル
アニリン)、4,4′−チオビス−(2−メトキシアニリ
ン)、4,4′−チオビス−(2−クロロアニリン)、4,
4′−スルホニルビス−(2−メチルアニリン)、4,4−
スルホニルビス−(2−エトキシアニリン)、4,4′−
スルホニルビス−(2−クロロアニリン)、3,3′−ジ
メチル−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,3′−ジメ
トキシ−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,3′−ジク
ロロ−4,4′−ジアミノベンゾフェノン、3,3′−ジメチ
ルベンジジン、3,3′−ジメトキシベンジジン、3,3′−
ジクロロベンジジン等である。
また、芳香族テトラカルボン酸二無水物としては、構造
(III)を与えるピロメリット酸無水物、構造(IV)を与え
る3、4、3′、4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物、3、3′、4、4′−ジフェニルテトラカルボン酸二
無水物、2、2′、3、3′−ジフェニルテトラカルボン酸二
無水物、2、2−ビス(3、4−ジカルボキシフェニル)プロ
バン二無水物、ビス(3、4−ジカルボキシフェニル)ビ
ス(トリフルオロメチル)メタン二無水物、ビス(3、4
−ジカルボキシフェニル)スルホン二無水物、ビス(3、
4−ジカルボキシフェニル)エーテル二無水物、ビス
(3、4−ジカルボキシフェニル)メタン二無水物等であ
る。
重合に使用されるアミド溶媒としては、N−メチル−2
−ピロリドン(NMP)、1,3−ジメチル−2−イミダ
ゾリジノン(DMI)、N,N−ジメチルホルムアミド
(DMF)、N,N−ジメチルアセトアミド(DMA
c)、ヘキサメチルホスホルトリアミド(HMPA)、
及びそれらの混合溶媒等が挙げられる。以上のようなア
ミド溶媒中で上記芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボ
ン酸を反応させることにより、ポリアミド酸溶液が得ら
れる。得られたどの種類のポリアミド酸溶液であって
も、そのままあるいは必要に応じて混合時に希釈し、所
望の組成で混合した後、成形することができる。使用さ
れるポリアミド酸は、混合前にポリアミド酸の一部をイ
ミド環に閉環するか、混合後にポリアミド酸の一部をイ
ミド環に閉環してから成形しても良い。イミド環への閉
環率は40モル%以下であるが、A群に属するポリマー
の前駆体であるポリアミド酸については20〜0モル
%、A群に属さないポリマーの前駆体であるポリアミド
酸については30〜10モル%であることが好ましい。
複合体中のポリマー組成は、A群に属するポリマーが3
0〜99重量%であることが必要であるが、好ましくは
50〜70重量%である。
上記混合されて得たポリアミド酸溶液は、繊維、リボ
ン、フィルム等の形状に成形時又は後、水又は水と前記
アミド溶媒との混合溶媒に浸漬するか、加熱するか等に
より溶媒を除去する。アミド酸からイミド環への閉環は
溶媒除去時又は後に行うことができる。閉環法として
は、化学閉環法、熱閉環法いずれでも良いが、重合度低
下の起りにくい化学閉環法がより好ましい。化学閉環剤
としては例えば無水酢酸−ピリジン系があげられる。化
学閉環剤は予めポリアミド酸溶液に加えておいても良
く、又成形後成形体を化学閉環剤に浸漬させて閉環して
も良い。
成形体に対する延伸を閉環時および/又は閉環後に行う
ことができる。かくして得られた成形体は最終的には4
50℃以上で熱処理することが好ましい。本発明で得ら
れる高分子複合体からは、例えば70GPa以上の高弾性
率繊維が得られる。
〔実施例〕
以下に実施例を示す。ポリアミド酸の重合は窒素気流
下、室温で行った。
実施例中のポリアミド酸のηinhは、ポリマー濃度0.5g
/dとなるようにNMPで希釈して30℃で測定し
た。
なお、2,6−(4,4′−ジアミノ−ジフェニル)ベンゾ
〔1,2−d:4,5−d′〕ビスチアゾールをDAPBT,
4,4′−ジアミノジフェニルエーテルをODA、3,3′−
ジメチルベンジジンをOTD、ピロメリット酸二無水物
をPMDA、N−メチル−2−ピロリドンをNMP、1,
3−ジメチル−2−イミダゾリジノンをDMIと略す
る。
(参考例1) DAPBT5.243g(14ミリモル)をDMI/NMP=50/5
0混合溶媒30mにスラリーさせた。このスラリーに
PMDAの粉末3.060g(14ミリモル)を上記混合
溶媒15mとともに加え重合を開始させた。溶液は徐
々に粘稠になるとともに均一化し、重合開始1時間後に
は完全に均一な赤橙色透明溶液となった。重合15時間
後のこのポリアミド酸溶液のηinhは2.1であった。
(参考例2) DAPBT4.494g(12ミリモル)をNMP40m
にスラリー化させた。このスラリーにPMDAの粉末
2.622g(12ミリモル)をNMP20mとともに
加え重合を開始させた。溶液は徐々に粘稠になるととも
に均一化し、重合開始1時間後には完全に均一な赤橙色
透明溶液となった。重合15時間後のこのポリアミド酸
溶液のηinhは3.3であった。
(参考例3) OTD6.369g(30ミリモル)、ODA6.009g
(30ミリモル)をNMP180mに溶解させた。こ
の溶液にPMDA13.114g(60ミリモル)の粉末
をNMP60mとともに加え重合を開始させた。溶液
は徐々に粘稠となった。重合3時間後のこのポリアミド
酸溶液のηihhは2.1であった。
(実施例1) 参考例3で得られたポリアミド酸溶液43gに無水酢酸
1.2g、ピリジン0.15gを加えて攪拌し、アミド酸の一
部をイミド環に閉環させた。攪拌2時間後に、ポリマー
濃度10重量%となるまでNMPで希釈した(参考例
1)のポリアミド酸溶液43gを加え、さらに1時間攪
拌し、ポリアミド酸複合体溶液を得た。
(実施例2) 参考例3で得られたポリアミド酸溶液38gに無水酢酸
1.1g、ピリジン0。13gを加えて攪拌し、アミド酸の一
部をイミド環に閉環させた。攪拌2時間後にこの溶液の
13gを、(参考例2)のポリアミド酸溶液30gに添
加し、さらに1時間攪拌を続けポリアミド酸複合体溶液
を得た。
(参考例4) 実施例1〜2のポリアミド酸溶液を紡糸し、繊維弾性率
を測定した。
繊維は水を凝固溶媒として乾湿式紡糸後、無水酢酸/ピ
リジン=70/30溶液に一昼夜浸漬し化学閉環させ
た。閉環後、120℃で10分、200℃で12分、3
60℃で4分乾燥、熱処理した。また、一部の繊維につ
いては450℃でさらに熱処理した。その結果を表1に
示した。
〔発明の効果〕 本発明の高分子複合体より高弾性率を有する成形品を得
ることができる。本高分子複合体は通常のアミド溶媒を
用いて、高濃度の高分子溶液より製造することができ工
業的に有利である。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(i)実質的にA群とB群とに属するそれ
    ぞれ1種類以上のポリイミドで構成される複合体であ
    り、 (ii)複合体を構成する上記ポリイミドは下記の甲群から
    選ばれた構造単位と乙群から選ばれた構造単位とが交互
    に連結してなるものであり、かつ選ばれた甲群と乙群の
    構造単位のそれぞれの総量が実質的に当量であって、 (iii)複合体を構成するポリイミドのうちA群に属する
    ポリイミドは、甲群中で構造(I)が70〜100モル
    %、構造(II)が30〜0モル%であり、乙群中で構造(I
    II)が70〜100モル%、構造(IV)が30〜0モル%
    よりなり、またB群に属するポリイミドは、甲群中で構
    造(I)が0〜50モル%、構造(II)が100〜50モ
    ル%であり、乙群中で構造(III)が0〜100モル%、
    構造(IV)が100〜0モル%よりなり、さらに(iv)複合
    体中のポリイミド組成において、A群に属するポリイミ
    ドが30〜99重量%で、B群に属するポリイミドが7
    0〜1重量%であることを特徴とする高分子複合体の製
    造法において、A群とB群とに属するポリイミドの前駆
    体として、実質的にC群とD群とに属するそれぞれ1種
    類以上のポリアミド酸からなる混合物であって、以下の
    特徴を有するものを、無水酢酸及びピリジンの存在下、
    化学的に閉環させることからなる、高分子複合体の製
    法。 (イ)混合物を構成するポリアミド酸は、各々下記の丙
    群から選ばれた構造単位と丁群から選ばれた構造単位と
    が交互に連結してなるものであり、かつ選ばれた丙群と
    丁群の構造単位のそれぞれの総量が実質的に当量である
    こと。 (ロ)混合物を構成するポリアミド酸のうちC群に属す
    るポリアミド酸は、丙群中で構造(I′)が70〜10
    0モル%、構造(II′)が30〜0モル%であり、丁群
    中で構造(III′)が70〜100モル%、構造(I
    V′)が30〜0モル%よりなり、また、D群に属する
    ポリアミド酸は、丙群中で構造(I′)が0〜50モル
    %、構造(II′)が100〜50モル%であり、丁群中
    で構造(III′)が0〜100モル%、構造(IV′)が
    100〜0モル%よりなること。 (ハ)混合物が、該混合物中のポリアミド酸組成におい
    て、C群に属するポリアミド酸が30〜99重量%で、
    D群に属するポリアミド酸が70〜1重量%となるよう
    にアミド溶媒中で混合して得られるものであること。 甲群 乙群 (式(II)及び(IV)において、 Ar1Ar2を表わす。ここでX,X′は水素原子、アルキル基、ア
    ルコキシ基又はハロゲン原子、Yは単結合、−O−、−
    CH−、−S−, SO−、 又は を示す。) 丙群 丁群 (式(II′)及び(IV′)において、Ar1、Ar2は前記式
    (II)及び(IV)におけると同義である。)
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6289758A (ja) * 1985-10-16 1987-04-24 Asahi Organic Chem Ind Co Ltd 保温材用フエノ−ル樹脂含有スラリ−の製造方法

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