JPS60250030A - オリゴイミド組成物 - Google Patents

オリゴイミド組成物

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JPS60250030A
JPS60250030A JP10474484A JP10474484A JPS60250030A JP S60250030 A JPS60250030 A JP S60250030A JP 10474484 A JP10474484 A JP 10474484A JP 10474484 A JP10474484 A JP 10474484A JP S60250030 A JPS60250030 A JP S60250030A
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oligoimide
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aromatic
acid
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Takanori Urasaki
浦崎 隆徳
Hiromitsu Takamoto
高本 裕光
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  • Macromonomer-Based Addition Polymer (AREA)
  • 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)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は新規なオリゴイミド組成物であり、%に詳しく
は280℃以下の温度でも十分成形可能であるオリゴイ
ミド組成物である。また本発明のオリゴイミド組成物を
#1@!化して得られた硬化物はカラス転移温度が26
0℃以上、好ましくは300℃以上と耐熱性に優tまた
ポリイミド414脂となる、 従って本発明の調すゴイミド組成物は成形性にすぐれて
おり、たとえば高弾性率繊維(炭X fat給、アラミ
ド繊細など)を補強材として用いて複合材料とした場合
に高耐熱性複合材料を形成することが出来る。
従来技術 従来より耐熱性のポリイミド樹脂を得る目的で、主鎖中
に芳香族系イミド結合を治し、且つ末端に付加重合性基
を有するオーリボイミド松脂を硬化する方法は艮く知ら
れて(・る5゜例えば具体的には、 l) 芳香族テトラカルボン酸成分としてベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸を用い、芳香族ジアミン成分として
4,4′−ジアミノジフェニルメタンを用い、付加重合
性基を与える成分とし【ナジック酸を用いて得られる下
翫゛式(息) で表わされるオリゴイミド樹脂(特公昭46−9714
号、IR公公明7−51825号、a公明48−287
86号等公報参照)及び 2)芳香族テトラカルホン酸成分としてベンゾフェノン
テトラカルポン酸を用い、芳香族ジアミン成分として4
,4′−ジアミノジフェニルエーテルを用い、付加重合
性基を4える成分としてアリルアミンを用いて得られろ
下記式(b) で表わされるオリゴイミド樹脂(特開昭50−2209
1号公報を照)が挙げられる。
これらのオリゴイミドはそれぞれ加熱して硬化させると
、耐熱性の高いポリイミド樹脂を与えると1われている
が、硬化に290℃又はそれ以上の高温を必要とし、本
発明が目的とする如き、例えば280℃以下の低温で硬
化させると1強世が全く発現されなかったり、成形直後
ふくれ(或いはボイド)が生じて形状が目的と相違した
りするという欠点があった。
この欠点を改良する目的でラジカル開始剤をオリゴイミ
ドに配合するという試みもあるが、開始剤は熱的に不安
定であるので取扱い上難点があった。
発明の目的 本発明家らは、比較的低温で硬化し得、しかも耐熱性に
すぐかたポリイミド樹脂を与えるオリゴイミド樹脂を得
べく鋭意検討した結果、前記式−)及び(b)の如く付
加1合性基が単一種の場合は硬化性・成形性に問題のあ
ったオリゴイミドが、両種の付加重合性基を同時に有す
ることにより、硬化性及び成形性が大巾に改善されるこ
と、そしてそれは組成物として両者を有していれば良い
ことを見出し本発明に到達したつ 発明の構成 本−発明は主鎖中に芳香族系イミド結合を有し月つ末端
及び/ヌは側鎖に下記式(I)及び(IT) −) で表わされる付加重合付基から選ばれる同−着しくけ異
なる基を少くとも2gA有するオリゴイミドから概成さ
れるオリゴイミド組成物であって、当#オリゴイミド組
成瞥中における上記式(I)及び(II)で表わされる
基の割合がCI) : (II) = 10 : 1〜
1:10であることを%徴とするオリゴイミドIsII
wi、物である。
本発明のオリゴイミドは、主鎖中Kyf香族系イミド結
合を有するものである。かかるオリゴイミドは芳香族テ
トラカルボン酸成分と芳香族アミン類成分とから、従来
公知の方法で合成することができる。
ここで芳香族テトラカルホンFIt成分とは、下記式(
nl) で表わされるテトラカルボン酸およびその反応性誘導体
例えばカルボキシル基が酸無水物基や低級フルキルエス
テル基に変性されたものである。
芳香族7ミン顛成分は、下記式(fV) 、 (V)及
び(Vl) R。
で表わされる2官能性アミン類を生体とし、更に下記式
(■) R詩 Rwe R5゜ 1=jし基を表わし、pは1〜5の整数を表わすヨで表
わされる多官能アミン類を小割合で含有していてもよい
上記芳香族テトラカルボン酸成分と芳香族アミン@成分
とから形成されるべき芳香族オリゴイミドに付加重合性
基な導入する方法についても、従来公知の方法を応用す
ることができる。
即ち付加重合性基が前記式(I)で表わされるものであ
る場合、下記式(■) 射。
場 CI(、=C−CH,−NZ ・・・・・・・・・・・
・・・・・・・(−)で表わされる7リル7ミン、アリ
ルイソシアネート化合物を用いて、また付加重合性基が
前記式(II)で表わされるものである場合、下記式〇
X) 〔但し、R1は前出の定義に同じである。〕で表わされ
るジカルボン酸又はその反応性誘導体(例えば酸無水物
や低級フルキルエステル)を用いて反応せしめればよい
芳香族テトラカルボン酸成分の具体例としては、ピルメ
リット酸、ベンゾフェノン−3,3’、4.4’−テト
ラカルボン酸、 3.3’、4.4’−ジフェニルデト
ラカルポン酸、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)
エーテル、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スル
ホン、1.3−ビス(3,4−ンカルポキシフエノキシ
)ベンゼン、z、z、−ヒス(3,4−ジカルボキシフ
ェノオキシフェニル)プロパン、ビス(3,4−ジカル
ボキシフェノキシフェニル)スルホン。
ビス(3,4−ジカルボキシフェノオキシフェニル)ケ
トン、ビス(2,3−ジカルボキシフェノオキシフェニ
ル)エーテルなどのデトラカルホン陳、これらの酸無水
物及びヒルメリット酸ジメチルエステル、ベンゾフェノ
ン−3,3’ −4,4’−テトラカルボン散ジメチル
エステル+ 3t3’、414’−ジフェニルテトラカ
ルボン酸ジエチルエステル、ビス(3,4−ジカルボキ
シフェニル)エーテルジブ−ピルエステル。
ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホンジプチ
ルエステルの如き低級脂肪族フルフールとのエステルで
ある。
これらの中で特に好ましいものは、ビルメリット酸、ベ
ンゾフェノンナトラヵルポン酸またはその誘導体で更に
好ましいものはペンゾフエノンデトラカルボン酸または
その誘導体である。
芳香族7!ン成分の具体例は、 p−フ二二しンジアミン9m−フェニレンジアミン、モ
ノメチル−p−7二二レンジ7!ン、モノクール−p 
−フェニレンジアミン、4−りpルーm −フェニレン
ジアミン、2,4−ジアミノトルエン、2.6−ジアミ
ノトルエン、 4’、4’−ジアミノビフェニル。
4.4′−ジアミノジフェニルケトン、3.3’−ジア
ミノジフェニルケトン、4.4’ジアミノジフエニルエ
ーテル3.4′−シフ!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、3.3’−ジアミノジフェニルメ
タン。
4.4′−ジアミノジフェニルメタン、2.2−ビス(
4−7ミノフエニル)プロパン。
3.3′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフェニルメ
タン、3.B’−ジエチル−4,4′−ジアミノジフェ
ニルメタン、2.4−ビス(4−7ミノベンジル)アニ
リンのほかi’CI、4−フェニレンジインシフ* −
) + 1.3−’y:r−ニレンジイソシ7ネーF、
)ルエンー2.4−ジインシアネート、4,4−ジフェ
ニルメタンジイソシアネート の如きものをあげることができる。
本発明の主たる芳香Jik7!ン成分としてはこれらの
うちでも前記式(IV) + (V) + (Vl)に
おいてR1は低級アルキル基またはノ・ロゲン原子であ
り、Re + Ry + Re + Reは水氷原子、
低級アルキル基またはハロゲン原子であるものが好まし
く、%K R,は低級アルキル基I R@ s RyR
s+R*は水素原子または低級フルキル基であるものが
好ましく、支にR,は低級アルキル基Re t Rvは
アミ7基に対してパラ位にあるときは低級フルキル基で
あり、アミ7基に対してメタ位にあるときは水素原子ま
たは低級フルキル基であり、R,、R,は水素原子また
は低級アルキル基であるものが好ましい。
本発明の付加重合性基をオリゴイミドに導入する場合に
用いる原料の具体例は、 アリルアミン、メタリル7!ン(β−メチル7リル7ミ
ン)、/−エチル7リルアiン、β−プpビル7リル1
!7.7リルイソシアネート、メタリルインシアネート
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸(3,6−エ
ンドメチレン−1,2,3,6−デトクヒドロフタル#
)。
メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸t エチル−5−ノルボル不ノー2,3−ジカルポン隈! 5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン鼾無水物。
b−フルホルネンー2.3−ジカルホン除モノメチルエ
ステル! 5−ノットボルネン−2,3−ジカルボン酸モノエチル
エステル。
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸七ノグロビル
エステル。
5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸七ノブチルエ
ステル。
などである。
本発明において特に好ましい付加重合性基は前記式(1
) l (II3 においてR,、R,が水素原子の場
合であり、このような付加重合性基を与える化合物は7
リル7ミン、5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸
およびそのib4体(酸無水物、低@フルキルエステル
など)である。
本発明の主鎖に!Jを族系イミド結合を有し、且つ特定
の付加重合基を含有するオリゴイミド組成物は芳香族テ
トラカルボン酸またはその誘導体と芳香族アミン類と前
記式(■)で表わされる化合物と前記式(IX)で表わ
される化合物またはその誘導体とより得られる。
具体的には、たとえば 囚 芳香族テトラカルボン酸またはその酸無水物と芳香
族アミンと前記式(Ml)で表わされる7!ンと前記式
(IX)で表わされるジカルボン酸またはその酸無水物
を極性溶剤の共存下で混合し、反応させて前駆体である
オリゴアミド酸とし、これを更に閉R反応させてオリゴ
イミドとする。
■)芳香族テトラカルボン酸低級アルキルエステルと芳
香族747*記式(II)で表わされる1!ンと前記式
(IX)で表わされるジカルボン酸低級アルキルエステ
ルを極性溶剤およびまたは低級脂肪族アルコールの共存
下混合反応させて前駆体であるオリゴアミド酸とし、こ
れを′!J、に閉環反応させてオリゴイミドとする。
(Q 芳香族テトラカルボン酸無水物と前記式(バ)〜
(Vl)で表わされるジインシアネートと前記式〇1)
で表わされるインシアネートおよび^11記式(IX)
で表わされるジカルボン酸の酸無水物を傘性爵剤の共存
下混合加熱反応させるなどの方法が用いられろう この中でもに)、@の方法がより好ましい。
本発明のオリゴイミド組成物はまたテトラカルボン酸ま
たはその討導体と芳香族アミンまたはその鋳導体と前記
式(■)で表わされる化合物とより得られるオリゴイミ
ドまたはその前駆体と、テトラカルボン酸またはその誘
導体と芳香族アミンまたはその誘導体と前記式(IX)
で表わされるジカルボン酸またはその誘導体とより得ら
れるオリゴイミドまたはその前駆体と:L匁混合し、必
要に応じて更に閉環反応させて得られる。具体的には、 0 芳香族テトラカルボン@またはその酸無水物と芳香
族アミンと前記式(■)で表わされるアミンを極性溶剤
の共存下混合させて得られるオリゴイミドまたはその前
駆体と。
芳香族テトラカルボン酸またはその1M無水物と芳香族
アミンと前記式(EX)で表わされに応じて更に閉環反
応させる 0 芳香族テトラカルボン酸低級アルキルエステルと芳
香族アミンと前記式(■)で表わされるアミンを極性溶
剤およびまたは低級脂肪族アルコールの共存下混合反応
させて得られるオリゴイミドまたはその前駆体と芳香族
デトラカルボン酸低級フルキルエステルと芳香族アミン
と前記式(IX)で表わされるジカルボン酸の低Mフル
キルエステルを極性溶剤およびまたは低級脂肪族アルコ
ールの共存下混合反応させ【得られるオリゴイミドまた
はその前駆体を混合し、必要に応じて更に閉環反応させ
る。
(至)芳香族テトラカルボン酸無水物と芳香族7iンよ
り得られるインシアネートと前記式(■)で表わされる
インシアネートとを極性溶剤の共存下加熱反応させて得
られるオリゴイミドと芳香族テ)ラカルボン酸無水物と
芳香11e7ミンより得られるインシアネートと前記式
(IX)で表わされるジカルボン酸の酸無水物とを優性
溶剤の共存下加熱反応させて得られるオリゴイミドを混
合するなどの方法である。
本IAIIAにおいてオリゴイミドを合成する際に用い
る極性溶剤とはジメチルホルム7ミド。
ジメチル7七ドアミド、N−メチルピロリドンtジエチ
ル7セト7ミドの如き7ミド、フェノール、クレゾール
、りpルフェノールの如キフェノール、ジオキサン、テ
トラヒドロフランの如tieエーテルジメチルスルホキ
シドなどである。
本発明において芳香族系オリゴイミド組成物の平均分子
tけオリゴイミドの范型時の流動性や成型物の−を熱性
1機械的性能等を考えてきめられるが、オリゴイミド組
成物の分子量があまり小さいとオリゴイミドの成製時の
流動性が良好で且つ成型物の耐熱性の目安となるポリイ
ミド樹脂のガラス転移温度は高いが、成型物の長期It
熱性と機械的性能が低下する傾向がおり、またオリゴイ
ミドa成物の分子量が大きすぎるとオリゴイミドのM、
11時の流動性が肥くなるばかりでなく、ボリイZド樹
脂のカラス転移温度が低下し、高濁時の成型物の機械的
性能(たとえば曲げ強度など)が低下し好ましくない。
したがって本発明におけるオリゴイミド組成物の平均分
子量はオリゴイミド製造時の原料の仕込み負より決定さ
れ1通常その値は600〜3,000の範回であり、好
ましくは700〜3,000、峙に好ましくは700〜
1.600、更に好ましくはSOO〜IJOOである。
本発明のオリゴイミド組成物において付加重合性基はオ
リゴイミド分子の主として末端にイミド結合を介して結
合しており、したがって本発明のオリゴイミド組成物中
のオリゴイミド分子の末端基は主として付加重合性基か
らなる。
本発明においてオリゴイミド組成智を格成する。
オリゴイミドは、たとえば下記式(XI) + (u)
 *(Xll) で表わされるオリゴイミドを1種または2s以上を含む
。たとえばオリゴイミド組成物を囚、@ 、(Qの方法
で合成した場合にはオリゴイミド組成物は主として式(
XI) 、 (Xi)及び(XOI)の混合物であり、
0.(へ)、CF)の方法で合成した場合には、主とし
て式(XI)と(X[[l)の混合物である。したがっ
てオリゴイミドの分子量は原料の仕込み割合から容易に
算出することができる。
本発明のオリゴイミド組成物においては小割合ならば前
記式(I)または(II)で表わされる付加重合性基を
含まないものを含んでよいがその量は少ない方が得られ
るポリイミド樹脂の耐熱性が良好である。
本発明のオリゴイミドは前記式(1)及び(II)の付
加重合性基を含む。その割合は(I):(II)=1o
:1〜1:10、好ましくは!O:2〜2:1Gである
前述の如く、前記式(I)または(II)を単触で含む
オリゴイミドは硬化速度がおそく成型を290℃1%に
280℃より低いrM度で実施すると短時間では充分に
成型できない。前記式(1)及び(II)の付加重合性
基を共存させることによって目的とする効果を発揮する
本発明のオリゴイミド組成物は比較的低温でも、加熱す
ると硬化して耐熱性の良好なポリイミド樹脂を与える。
オリゴイミドの硬化は成製様の中で加圧下に行なわれる
段階(成型)と成製vk更に耐熱性1寸法安定性をたか
めるためのポストキュア02段階で行なわれる。
本発明のオリゴイミド組成物は特に成型段階で比較的低
温280℃以下で実施することができ、−隼260〜2
80℃の間で1〜6時間の間で行なう。もちろん280
℃〜300℃とh゛つた温度でもs、mできることは!
5までもない。この場合は成型に要する時間がよりm縮
できる。
本発明のオリゴイミド組成物は280℃以下と言った比
較的低い温度でkW、 Mでき、ここで床屋したポリイ
ミド樹脂は更に高温たとえば300℃前稜で3〜12時
間才ストキュアすることKよって更に耐熱性のあるポリ
イミド樹脂とすることができる。
本発明のオリゴイミド組成智は、それ自体を成製時硬化
させてすぐれた耐熱性な肩するポリイミド#Rhとする
ことができるが、)!に本発明のオリゴイミド組成物は
補強材としての絨細の共存下Km化させることにより高
耐熱性社会劇オ)とすることもできる。
#1弾社を含む被合材料はポリイξドsl脂に関しての
従来公知の方法によって9造できる。
オリゴイミド組成物またはオリゴイミド前駆体を含む溶
液(ここで溶剤としては前述の極性溶剤およびまたは低
M&肪族アルコールが用いられる)と補強材とを接kl
!させ、溶剤を除去すると共に必!’に応じてオリゴイ
ミド前駆体を閉環反応させ【から成型機中で加熱して硬
化させる方法である。
作 用 本発明のツリゴイミドM成物は280℃以下と言った比
較的低温で成型でき月つ300℃齢稜の温度で短時間で
キユアリングできるなど成橿性にすぐれている。
また、本発明のオリゴイミド組成物を硬化させて得られ
るポリイミド樹脂は、ガラス転移温度が300℃以上%
に好ましくは320℃以上であって耐熱性がすぐれてい
る。更に本発明により得られるポリイミド樹脂は250
℃以上の尚温でも長時間使用できるといった長期の耐熱
性も有する。
更にまた本発明のポリイミド樹脂は、たとえば^弾性車
繊維(酸素繊維、7ラミド繊維など)を補強側として用
いた場−&には、すぐれた擾械的性質な”もつ高耐熱性
複合材料として用いることかできるものである。
つぎに実施例をあけで本発明について説明する。例中「
部」とあるところは「兎置部」を表わす。
実施例1〜3 比較例1〜2 (A) ベンゾフェノン−3,3’、4.4’−テトラ
カルボン酸ジ無水物107.2部と5−ノルボルネン−
2,3−ジカルボン酸無水物82.0部にメチルフルフ
ール321部を加えて3時間加熱還流し、ついで3.3
′−ジメチル−4,4′−ジアミノジフェニルメタン1
31.8部を加えて溶解させた(ここで得られたメタノ
ール溶液をA液とする)。
■)ベンゾフェノン−3,3’、4,4L−テトラカル
ポン酸ジ無水物206.3部にメチルアルコール323
部を加えて3時間加熱還流し、ついで3.3′−ジメチ
ル−4,4′−ジアミノジフェニルメタン88.3部を
加えて溶解させ、冷却してからアリル7ミン28.5部
を加えて反応させた(この溶液をB液とする)。
A液とB液を同mu混合した溶液またはA液、B液それ
ぞれ単独に用いて、酸素繊維(東しT 400+5,0
00フイラメント。
3600テニール)を浸漬し、89〜150℃で3時間
、220℃で2時間乾燥処理してオリゴイミド含量約5
o31fi−のノリプレグを得た。このプリプレグは一
方向にならべ、271i’Cに加熱された金型に入れ、
1時間加圧成戴し、200−’Cまで冷却後とりだし、
昭み2譚9幅12削、長さ120snの一方向訳素繊絣
強化ポリイミド栢脂成型片を得た。ただし比較例2の成
型片のみは、金型から成型片をとりだした直後において
、約3かの卸さにふくらんでいた。
ここで各成型片の61化度をバーコル硬度でしらべ、ま
たテユポン社DMA (モチル1090)Kよってガラ
ス転移温度をしらべた。結果は表1に示した。
表 1 *)オリゴイミドの平均分子量は1,200である。
この結果は2iの付加重合性基を含む本発明のオリゴイ
ミドは275℃でも硬化が進行していることを示す。
つぎに実施例1で得られた成型片を220℃〜300℃
まで4時間かけて昇温し、キユアリングさせたう 本発明のオリゴイミド組成物を用いて得られた成型片の
ガラス転移温度は335℃であり、またパーフル硬度は
80であった 一方比軟例1,2の成型片は成製時のオリゴイミドの硬
化が不充分であり、キユアリング中に成型片にボイドが
それぞれ8チと1〇−生じ、楢足な硬化物はイυられな
かった。
実施例2〜3、 付加重合性基の存在割合を変えた以外は実施一温度及び
バーコル硬度をめた。U果はf(2に示したう 衣 2 実施例4〜5 ベンゾフェノン−3,3’、4.4’−テトラカルボン
酸無水物186.1部と5−ノルボルネン−−ジカルボ
ン酸無水物98.4部にメチルアルコール まで冷却してから,2.4−ジアミノトルエン1 0 
7、1 sを加えて溶解・反応させた(この溶液をA液
とする)う 一方、ベンゾフェノン−3.3’,4.4’−テトラカ
ルボン酸無水物238。4部にメチル7!レコ−713
26部を加えて3時間加熱還流させて力翫ら冷却し、2
,4−レフミノトル1フ59.8部、つ−でアリル7ミ
ン28.5部を加えてメタノール溶叡(この溶液をB液
とする)を得た。
ここでA液,B液を所定量とって混合し、この混合液に
炭素繊維を浸漬し、つぎに80〜150℃で3時間、2
20℃で1時間それぞれ乾燥処理してオリゴイミド含量
約3011L量−のプリプレグを得た。
このようにして得たプリプレグを実施例1と同様にして
成型し、キユアリングして耐熱性良好な一方向炭:iA
繊絡強化ポリイミド樹脂成二V片を得た。物性測定の結
北は表3に丞した。
表 3 *)オリゴイミド#1成物の平均重合度は1200であ
る。
実施例6〜10 実施例1〜5の一方向炭素強化ポリイミド樹脂成型片の
高温での長期耐熱性をしらべるため280℃で500時
間オープンの中に保持して曲げ強度の保持率をしらべた
。00曲げ強度の0(11定は250℃で行った。曲げ
強度の測定は厚さ2■+ 幅12 y +長さ120 
mのサンプルな用意し、スパン64酵で3点曲げ試験法
によった。ui果は表4に示した。
& 4 特占千J′f″畏′白韮ジ 1、事件の表示 特願昭 59−1047/14 号 2、発明の名称 A リ ゴ イ ミ ド 組 成 物 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 明細書の「発明の詳細な説明」の欄 と訂正する。
以 −ト

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 主鎖中に芳香族系イミド結合を鳴し且つ末端及び/又は
    側鎖に下記式(1)及び(■)で表わされる付加重合性
    基から遮ばれる同−着しくけ異なる基を少くとも2個有
    するオリゴイミドから構成されるオリゴイミド組成物で
    あって、ahオリゴイミド組成物中における上記式(1
    )及び(II)で表わされる基の割合が(1):(n)
    = S O: 1〜1:10であることを特徴とするオ
    リゴイミド組成物。
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