JPH0822955B2 - ポリイミド樹脂の組成物 - Google Patents

ポリイミド樹脂の組成物

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JPH0822955B2 JP10851386A JP10851386A JPH0822955B2 JP H0822955 B2 JPH0822955 B2 JP H0822955B2 JP 10851386 A JP10851386 A JP 10851386A JP 10851386 A JP10851386 A JP 10851386A JP H0822955 B2 JPH0822955 B2 JP H0822955B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は樹脂の耐熱性を損なうことなく、成形加工性
及び機械強度が著しく改良された、新規なポリイミド樹
脂の組成物に関する。
〔従来の技術〕 テトラカルボン酸二無水物とジアミンの反応により得
られるポリイミドは、種々の優れた物性や良好な耐熱性
のために、今後耐熱性が要求される分野に広くもちいら
れるとが期待されている。
従来開発されたポリイミドには優れた特性を示すもの
が多いが、優れた耐熱性を有するけれども加工性にはと
ぼしいとか、また加工性向上を目的として開発された樹
脂は耐熱性、耐溶剤性に劣るなど性能に一長一短があっ
た。例えば式(II) で表される様な基本骨格からなるポリイミド(デュポン
社製:商品名Kapton,Vespel)は明瞭なガラス転移温度
を有せず、耐熱性に優れたポリイミドであるが、成形材
料として用いる場合に加工が難しく、焼結成形などの手
法を用いて加工しなければならない。また電気電子部品
の材料として用いる際に寸法安定性、絶縁性、はんだ耐
熱性に悪影響をおよぼす吸水率が高いという性質があ
る。
また式(III) で表される様な基本骨格を有するポリエーテルイミド
(ゼネラル・エレクトリック社製:商品名ULTEM)は加
工性の優れた樹脂であるが、ガラス転移温度が217℃と
低く、またメチレンクロリドなどのハロゲン化炭化水素
に可溶で、耐熱性、耐溶剤性の面からは満足のゆく樹脂
ではない。
〔発明が解決しようとする課題〕
本発明の目的は、樹脂の耐熱性を損なうことなく、優
れた成形加工性及び機械強度を有する新規なポリイミド
樹脂の組成物を得ることにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意研究を
行った結果、新規なポリイミドと特定量の芳香族ポリア
ミド繊維よりなるポリイミド樹脂の組成物が特に有効で
あることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明のポリイミド樹脂組成物は、式
(I) (式中、Rは から選ばれた少なくとも1種である。) で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂100重
量部と芳香族ポリアミド繊維5〜100重量部よりなるポ
リイミド樹脂の組成物である。
本発明で使用できるポリイミド樹脂は式(IV) に示す4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニ
ルに一種以上のテトラカルボン酸二無水物とを反応させ
て得られるポリアミド酸を脱水環化して得られるポリイ
ミドである。
テトラカルボン酸二無水物は、式(V) (式中、Rは を表す。) で表されるテトラカルボン酸二無水物である。
即ち、使用されるテトラカルボン酸二無水物として
は、エチレンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタ
ンテトラカルボン酸二無水物、ピロメリット酸二無水
物、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物、2,2′,3,3′−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、2,2′,3,3′−ビフェニルテトラカルボン
酸二無水物、2,2−ビス(3,4−カルボキシフェニル)プ
ロパン二無水物、2,2−ビス(2,3−ジカルボキシフェニ
ル)プロパン二無水物、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)スルホン二無水物、1,1−ビス(2,3−ジカルボ
キシフェニル)エタン二無水物、ビス(2,3−ジカルボ
キシフェニル)メタン二無水物、ビス(3,4−ジカルボ
キシフェニル)メタン二無水物、2,3,6,7−ナフタレン
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、1,2,5,6−ナフタレンテトラカ
ルボン酸二無水物、1,2,3,4−ベンゼンテトラカルボン
酸二無水物、3,4,9,10−ペリレンテトラカルボン酸二無
水物、2,3,6,7−アントラセンテトラカルボン酸二無水
物、1,2,7,8−フェナントレンテトラカルボン酸二無水
物が挙げられる。これら、テトラカルボン酸二無水物は
単独あるいは2種以上混合して用いられる。
4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニルと
テトラカルボン酸二無水物とは通常、公知の方法によっ
て、式(VI)で表されるポリアミド酸とし、次いで、ポ
リイミドとする。
(式中、Rは から選ばれた少なくとも1種である。) 本発明で使用される芳香族ポリアミド繊維は比較的新
しく開発された耐熱性有機繊維であり、多くのユニーク
な特性を生かして各分野への展開が期待されているが、
例えば代表的な例として次の様な構造式などからなるも
のが挙げられ、少なくともこれらの1種または2種以上
の混合物が用いられる。
その他オルト、メタ、パラ位の異性構造により各種骨
格の芳香族ポリアミド繊維があるが、中でも(1)のパ
ラ位−パラ位結合のものは軟化点及び融点が高く耐熱性
有機繊維として本発明でも最も好ましい。
本発明における芳香族ポリアミド繊維はポリイミド樹
脂100重量部に対して、5〜100重量部、好ましくは10〜
50重量部が使用できる。5重量部以下では本発明の特徴
とする成形加工性および機械強度の優れた組成物は得ら
れない。また100重量部以上使用すると組成物の成形時
の流動性は著しく改良されるが、熱変形温度が低下して
満足な耐熱性が得られない。
本発明によるポリイミド樹脂組成物は通常公知の方法
により製造できるが特に次に示す方法が好ましい。
(1) ポリイミド粉末、芳香族ポリアミド繊維を乳
鉢、ヘンシェルミキサー、ドラムブレンダー、タンブラ
ーブレンダー、ボールミル、リボンブレンダーなどを利
用して予備混合した後、通常公知の溶融混合機、熱ロー
ル等で混練したのち、ペレット又は粉状にする。
(2) ポリイミド粉末をあらかじめ有機溶媒に溶解あ
るいは懸濁させ、この溶液あるいは懸濁液を芳香族ポリ
アミド繊維に含浸させ、然る後、溶媒を熱風オーブン中
で除去したのち、ペレット又は粉状にする。
この場合溶媒として例えばN,N−ジメチルホルムアミ
ド、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−ジメチルメトキシアセトアミド、N−メ
チル−2−ピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾ
リジノン、N−メチルカプロラクタム、1,2−ジメトキ
シエタン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、1,2
−ビス(2−メトキシエトキシ)エタン、ビス〔2−
(2−メトキシエトキシ)エチル〕エーテル、テトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキサン、1,4−ジオキサン、ピリ
ジン、ピコリン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスル
ホン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルアミド
などが挙げられる。またこれらの有機溶剤は単独でも或
いは2種以上混合して用いても差支えない。
(3) 本発明のポリイミドの前駆体である式(VI)で
表される繰り返し単位を有するポリアミド酸を前記有機
溶剤に溶解した溶液を、芳香族ポリアミド繊維に含浸さ
せた後、100〜400℃に加熱処理するか、または通常用い
られる無水酢酸とトリエチルアミンなどのイミド化剤を
用いて化学イミド化した後、溶剤を除去した後ペレット
又は粉状とする。
なお、本発明組成物に対して、本発明の目的をそこな
わない範囲で、酸化防止剤および熱安定剤、紫外線吸収
剤、難燃助剤、帯電防止剤、滑剤、着色剤などの通常の
添加剤を1種以上添加することができる。
また他の熱可塑性樹脂(例えば、ポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリサル
ホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケ
トン、変性ポリフェニレンオキシド、ポリフェニレンサ
ルファイドなど)、熱硬化性樹脂(例えば、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂など)またはクレー、マイカ、シリ
カ、グラファイト、ガラスビーズ、アルミナ、炭酸カル
シウムなどの充填材もその目的に応じて適当量を配合す
ることも可能である。
本発明のポリイミド樹脂組成物は、射出成形法、押出
成形法、圧縮成形法、回転成形法等公知の成形法により
成形され実用に供される。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例により説明する。
合成例−1 3リットルガラス製反応容器に4,4′−ジヒドロキシ
ビフェニル186g(1.0モル)、m−ジニトロベンゼン438
g(2.6モル)、炭酸カリウム363gおよびN,N−ジメチル
ホルムアミド2000mlを装入し、145〜150℃で16時間反応
する。反応終了後、冷却、濾過してKNO2を除去し、次に
濾液の溶剤を減圧蒸留により留去したのち65℃に冷却し
メタノール2000mlを装入し1時間撹拌する。結晶を濾
別、水洗、メタノール洗浄、乾燥して4,4′−ビス(3
−ニトロフェノキシ)ビフェニルの茶褐色結晶を得た。
収量426g(収率99.5%)。
ついで、1リットルガラス製反応容器に粗4,4′−ビ
ス(3−ニトロフェノキシ)ビフェニル100g(0.23モ
ル)、活性炭10g、塩化第2鉄・6水和物1gおよびメチ
ルセロソルブ500mlを装入し、還流下30分間撹拌する。
次に70〜80℃でヒドラジン水和物46g(0.92モル)を3
時間かけて滴下する。滴下終了後、70〜80℃で5時間撹
拌すると反応は終了した。冷却後、濾過して触媒を除去
し、これを水500mlに排出し、結晶を濾過する。これに3
5%塩酸48gと50%イソプロピルアルコール(IPA)/水5
40mlを加えて加熱溶解し、放冷すると4,4′−ビス(3
−アミノフェノキシ)ビフェニルの塩酸塩が析出した。
これを濾過後、50%IPA/水540mlを加えて加熱溶解し、
活性炭5gを加えて濾過後、アンモニア水により中和し、
結晶を濾過、水洗、乾燥して、4,4′−ビス(3−アミ
ノフェノキシ)ビフェニルを得た。収量72.0g(収率85
%) 無色結晶mp.144〜146℃ 純度99.6%(高速液体クロマトグラフィーによる) 元素分析 C H N 計算値(%)* 78.26 5.43 7.61 分析値(%) 78.56 5.21 7.66 *)C24H20N2O2として MS:368(M+)、340、184 IR(KBr,cm-1)3400と3310(NH2基) 1200(エーテル結合) 実施例1〜6 かきまぜ機、還流冷却器および窒素導入管を備えた容
器に、4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニ
ル36.8kg(100モル)と、N,N−ジメチルアセドアミド17
5.8kgを装入し、室温で窒素雰囲気下に、ピロメリット
酸二無水物21.8kg(100モル)を溶液温度の上昇に注意
しながら分割して加え室温で約20時間かきまぜた。かく
して得られたポリアミド酸の対数粘度は2.47dl/gであっ
た。さらに、上記ポリアミド酸溶液150kgにN,N−ジメチ
ルアセドアミド337.5kgを加え、かきまぜながら窒素雰
囲気下に、70℃まで加熱した後26.1kg(26モル)の無水
酢酸および9.05kg(9モル)のトリエチルアミンを滴下
したところ、滴下終了後約10分間で黄色のポリイミド粉
が析出しはじめたが、さらに加熱下で2時間かきまぜた
後熱ろ過してポリイミド粉を得た。このポリイミド粉を
メタノールで洗浄した後150℃で5時間減圧乾燥して34.
5kg(収率98%)のポリイミド粉を得た。
得られたポリイミド粉100重量部に対して平均繊維長3
mmの芳香族ポリアミド繊維(デュポン社製、商品名Kevl
ar)を表−1に示した量添加し、ドラムブレンダー混合
機(川田製作所製)で混合した後、口径30mmの単軸押出
機により390℃の温度で溶融混練した後、ストランドを
空冷、切断してペレットを得た。
得られたペレットを射出成形〔アーブルグ射出成形機
(最大型締め力35トン)射出圧力500kg/cm2、シリンダ
ー温度400℃、金型温度180℃〕して、引張り試験片、曲
げ試験片、アイゾット衝撃試験片を得た。
引張り試験はASTM D−638に、曲げ試験はASTM D
−790に、アイゾット衝撃試験はASTM D−256に、熱変
形温度の測定はASTM D−648に準じて行った。また、
ガラス転移点を測定した。
成形加工時の流動性試験は前記の射出成形条件(射出
圧力500kg/cm2、シリンダー温度400℃、金型温度180
℃)において幅10mm、肉厚2.0mmのスパイラルフローに
よる流動長を測定した。
以上の試験結果を表−1に示した。
実施例7 実施例1と同様にして得られたポリイミド粉100重量
部に対してN,N−ジメチルアセトアミド(DMAC)150重量
部を加えて懸濁溶液として、これに、平均繊維長3mmの
芳香族ポリアミド繊維(デュポン社製、商品名Kevlar)
を30重量部添加し、均一に分散させた。さらに、これを
200℃熱風オーブン中で20時間予備乾燥後、減圧乾燥器
で150℃5時間減圧乾燥して溶媒のDMACを完全に除去し
て、芳香族ポリアミド繊維含有パウダーを得た。以下実
施例1〜6と同様の操作をしてペレット化し、射出成形
により、物性測定用試験片を得た。得られた試験片につ
いて実施例1〜6と同様の操作をして表−1の結果を得
た。
実施例8 実施例1〜6と同様にして得たポリアミド酸溶液400
重量部に実施例1〜6で使用した芳香族ポリアミド繊維
(デュポン社製、商品名Kevlar)30重量部を含浸させた
後、実施例7と同様の操作を行い、芳香族ポリアミド繊
維含有パウダーを得た。以下、実施例1〜6と同様の操
作をして、表−1の結果を得た。
比較例1〜4 表−2に示したジアミンとテトラカルボン酸二無水物
より得られたポリイミド粉100重量部に対して実施例1
〜6で使用した芳香族ポリアミド繊維(デュポン社製、
商品名Kevlar)を表−2に示した量添加した。以下実施
例1〜6と同様の操作をして表−2の結果を得た。
比較例5 式(III)で表されるポリエーテルイミド(ゼネラル
エレクトリック社:商品名ULTEM)を使用し、実施例1
と同様にして、ペレット化及び射出成形を行い、実施例
1と同様の測定をして表−2の結果を得た。
比較例6 ローヌプーラン社製ポリイミド樹脂(商品名KERIMID1
000)を使用し、実施例1と同様にして、ペレット化及
び射出成形を行い、実施例1と同様の測定をして表−2
の結果を得た。
比較例7 実施例1の4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビ
フェニルの代わりに2,2−ビス〔4−(4−アミノフェ
ノキシ)フェニル〕−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプ
ロパンを使用し、実施例1と同様にしてポリイミド粉を
得た。
得られたポリイミド100重量部に対して実施例1と同
様の芳香族ポリアミド繊維30重量部を添加してペレット
化を試みたが、溶融せずペレット化出来なかった。
比較例8 実施例1の4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビ
フェニル及びピロメリット酸二無水物の代わりに、それ
ぞれ2,2′−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル
及び3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物を使用し、実施例1と同様にしてポリイミド粉を
得た。
得られたポリイミド100重量部に対して、実施例1と
同様の芳香族ポリアミド繊維30重量部を添加してペレッ
ト化をしたが、良好なペレットを得ることはできなかっ
た。得られたペレットを用いて実施例1と同条件で射出
成形を試みたが、500kg/cm2では、成形できなかった。
〔発明の効果〕 表−1の結果より、本発明のポリイミド樹脂の組成物
は耐熱性を損なうことなく、優れた機械強度を有してお
り、また熱変形温度が極めて高いため高温での使用が可
能である。さらに成形加工時の溶融流動性が著しく改良
されているために、電気、電子部品、自動車部品さらに
精密機械部品等に有用な材料であり、産業上の利用効果
は大きい。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) (式中、Rは から選ばれた少なくとも1種である。) で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂100重
    量部と芳香族ポリアミド繊維5〜100重量部よりなるポ
    リイミド樹脂の組成物。
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