JPS62253655A - ポリイミド樹脂用組成物 - Google Patents

ポリイミド樹脂用組成物

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JPS62253655A
JPS62253655A JP61096652A JP9665286A JPS62253655A JP S62253655 A JPS62253655 A JP S62253655A JP 61096652 A JP61096652 A JP 61096652A JP 9665286 A JP9665286 A JP 9665286A JP S62253655 A JPS62253655 A JP S62253655A
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polyimide
polyimide resin
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山谷 典正
Nobushi Koga
信史 古賀
Kenichi Baba
健一 馬場
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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〕 本発明は耐熱性、寸法安定性、機械強度等に優れた新規
なポリイミド樹脂用組成物に関する。
〔従来の技術〕
従来から、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、今後も耐熱性が要求される分野に広
くもちいられるこ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(n) で表される様な基本骨格からなるポリイミド(デエポン
社製;商品名Kapton、Vespel)は明瞭なガ
ラス転移温度を育せず、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隈に寸法安定性、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
う性買がある。
また式(Ill) 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;萌品名口しTEM)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、i!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している問題点〕本発明の目的は
耐熱性、寸法安定性、機械強度等に優れた新規なポリイ
ミド樹脂用組成物を得ることにある。
〔間朋点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炭S繊維よりな
るポリイミド樹脂用組成物が特に存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用組成物は、(式中
Yは直結、炭素数1〜ICの2価の炭化水素基、六フッ
素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基
、スルフィニル基、スルホニル基又はオキシドから成る
群より選ばれた基を表し、Rは炭素数2以上の脂肪族基
、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基
、芳香族基が直接又は架橋員により相互に連結された非
縮金環式芳香族蟇から成る群より選ばれた4価の基を表
す、) で表される繰り返し単位を有するポリイミド樹脂100
重量部と炭素繊!15〜100!量部よりなるボイミド
樹脂用組成物である。
本発明で使用できるポリイミド接脂は式(ff)に示す Cff) (式中Yは直結、炭素数1〜10の2価の炭化水素基、
六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、
チオ基、スルフィニル基、スルホニル基又はオキシドか
ら成る群より選ばれた基を表す、)エーテルジアミンに
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。
エーテルジアミンとしては、ビス(4−(3−アミノフ
ェノキシ)フェニル)メタン、1.1−ヒス(4−(3
−アミノフェノキシ)フェニル)エタン、1.2−(4
−(3−アミノフェノキシ)フェニル)エタン、2.2
−ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェニル)プロ
パン、2.2〜ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フ
ェニル)ブタン、2.2−ビス(4−アミノフェノキシ
)フェニル)−1,1,1,3,3,3−へキサフルオ
ロプロパン、4.4−ビス(3−アミノフェノキシ)ビ
フェニル、ビス(4〜(3−アミノフェノキシ)フェニ
ル)ケトン、ビス(4−(3−アミノフェノキシ)フェ
ニル)スルフィド、ビス(4−(3−アミノフェノキシ
)フェニル)スルホキシド、ビス(4−(3−アミノフ
ェノキシ)フェニル)スルホン、ビス(4−(3〜アミ
ノフエノキシ)フェニル)エーテル等があげられ、これ
らは単独あるいは二種以上混合して用いられる。
(式中、Rは炭素数2以上の脂肪族基、環式脂肪族基、
単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族基が直接
又は架橋員により相互に連結された非縮合環式芳香族基
から成る群より選ばれた4価の基を表す。) 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としては、エチレン
テトラカルボン酸二無水物、シクロベンクンカルボン酸
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“I4.4−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−ジカルボキシ
フェニル)プロパンニ無水物、2.2’−ビス(2,3
−ジカルボキシフェニル)ブロバンニ無水吻、ビス(3
,4−ジカルボキシフェニル)エーテルジアミン、ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)スルホンニ無水物、
1,1.ビス(2,3−ジカルボキシフェニル〉エタン
ニ無水物、ビス(2,3−ジカルボキシフェニル)メク
ンニ無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メ
タンニ無水物、2,3,6.7−ナフタレンテトラカル
ボン酸二無水物、L、4.5.8−ナフタレンテトラカ
ルボン酸二無水物、I2,5.6−ナフタレンテトラカ
ルボン酸二無水物、I2,3.4−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−アントラセンカ
ルボン酸二無水物、L、2,7.8−フェナントレンカ
ルボン酸二無水物等が挙げられる。
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。
エーテルジアミン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、ポリアミド酸式(式中Yは直結
、炭素数1〜10の2価の炭化水素基、六フッ素化され
たイソプロピリデン基、カルボニル基、チオ基、スルフ
ィニル基、スルホニル基又はオキシドから成る群より選
ばれた基を表し、Rは炭素数2以上の脂肪族基、環式脂
肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳香族基、芳香族
基が直接又は架橋員により相互に連結された非縮合環式
芳香族基から成る群より選ばれた4価の基を表す。) 本発明で使用される炭素繊維とはポリアクリルニトリル
、石油ピッチ等を主原料とし、炭化して得られる高弾性
、高強度繊維を示す0本発明ではポリアクリルニトリル
系、石油ピッチ系、いずれも使用できる。炭素繊維は補
強効果及び混合性等より、適当な直径と適当なアスペク
ト比(長さ/直径の比)を有するものを用いる。炭素繊
維の直径は、通常5〜20μ、特に8〜15μ程度のも
のが好ましい。またアスペクト比は1〜600、特に混
合性と補強効果より、100〜350程度が好ましい。
アスペクト比が小さいと補強効果がなく、またアスペク
ト比が大きいと混合性が悪くなり、良好な成形品が得ら
れない、また該炭素繊維の表面を種々の処理剤、例えば
エポキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂
、ポリアセタール樹脂等で処理したもの、その他目的に
応じ公知の表面処理剤を使用したものも用いられる。
本発明における炭素繊維はポリイミド樹脂100重量部
に対して、5〜100 !置部、好ましくは10〜50
重量部を使用できる。5重量部以下では本発明の特徴と
する炭素繊維特有の補強効果は得られない。また逆に1
00重量部以上使用すると組成物の成形時の流動性が悪
くなり満足な成形品を得ることが困難となる。
本発明によるポリイミド樹脂用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、炭素繊維を乳鉢、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、このン容ン夜あるいは懸濁液に炭素
繊維を含浸させ、然る後、溶媒を熱風オーブン中で除去
したのち、ベ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、トメチル−2−
ピロリドン、1.3−ジメチル−2−イミダゾリジノン
、N−メチル力プロラククム、1.2−ジメトキシエタ
ン、ビス(2−メトキシエチル)エーテル、l、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」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(■)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中に、炭素繊維を含浸させた100
〜400℃に加熱処理するか、または通常用いられるイ
ミド化剤を用いて化学イミド化した後、溶剤を除去した
後ベレット又は粉状とする。
なお、本発明組成物に対して、一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(たとえば、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、ガラスピーズ、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、回転成形性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 31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4
38g (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2000+* lを装入し1
45〜150℃で16時間反応する0反応終了後、冷却
、濾過してにNOオを除去し、次に濾液の溶剤を減圧蒸
溜により留去したのち65℃に冷却しメタノール200
0n I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1426g(収率99.5り ついで、l 1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500m1を装入し、還流下30分
間攪拌する。次に70〜80℃でヒドラジン永和物46
g(0,92モル)を3時間かけて滴下する。滴下終了
後、70〜80℃で5時間攪拌すると、反応は終了した
。冷却後、濾過して触媒を除去し、A水5001に排出
し、結晶を濾過する。これに35χ塩酸48gと5oz
イソプロピ/l/ 7 /L/ コ−ル(IPA)/水
540m1を力■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、50χIPA/水540m 
l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85z)無色結晶 mp、
 144〜b 純度 99.6X(高速液体クロマトグラフィーによる
)C1l     11 元素分析 計算値(χ)傘  78.26 5.43 
7.61分析値(χ)    78.56 5.21 
7.66*)  CzahoNzOt として M S : 36B(M’) 、340.184l1l
(にBr、 cn−’): 3400と3310(NT
oi) 、1200(エーテル結合) 合成例−2 1gガラス製反応容器に2.2−ビス(4−ヒドロキシ
フェニル)プロパン85.6g(0,375モル)、閤
−ジニトロベンゼン151.2g(0,9モル)、炭酸
カリウム124.6gおよびN、 N−ジメチルホルム
アミド660m1を装入し、145〜150℃で10時
間反応する0反応終了後、冷却、濾過しXNO□を除去
し、次に濾液の溶剤を減圧蒸溜により留去したのち65
℃に冷却しメタノール450m lを装入し、1.0時
間攪拌する、結晶を濾別し、水洗、メタノール洗浄、乾
燥して2,2−ビス(4−(3−ニトロフェノキシ)フ
ェニル】プロパンの黄褐色結晶を得た。収量164.8
g(収率93.5χ) ついで、500m1ガラス製反応容器に粗2,2−ビス
(4−(3−ニトロフェノキシ)フェニル〕プロパン1
00g(0,21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300m l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42g(0,84モル)を2時間かけて
滴下する。更に70〜80℃で5時間撹拌する。冷却後
il!遇して触媒を除去し、メチルセロソルブ150m
1を留去する。20χ塩酸水溶液270gを加え、更に
食塩30gを加え、1l拌しながら20〜25℃に冷却
すると結晶が析出する。これを濾別後、30χTPA/
水中でアンモニア水により中和すると結晶が析出する。
これを濾別、水洗、乾燥した後、ベンゼンとn−へキサ
ンの混合溶媒より再結晶して2.2−ビス〔4−(3−
アミノフェノキシ)フェニル〕プロパンを得た。収量6
9.2g<収率75χ) 無色結晶 llp、 106〜b 純度 99.5$(高速液体クロマトグラフィーによる
)HN 元素分析 計算値(X)傘  ?9.02 6.34 
6.83分析値(χ)    79.21 6.40 
6.71”)  CtJzbNtOzとして 月S  :  470()1″)  、455(M−C
H3)”T R(KBr、 cIm−’): 3460
 と3370(lJu、り 、1200(エーテル結合
) 合成例−3 3gガラス製反応容器に4,4−ジヒドロキシジフェニ
ルスルフィド218g (1モル)、m−ジニトロベン
ゼン403g (2,4モル)、炭酸カリウム331g
 (24モル)およびN、N−ジメチルホルムアミド2
,5!を装入し、145〜150℃で20分間反応させ
た0反応終了後、冷却、ろ過し、ろ液より溶媒を減圧留
去した。65℃に冷却した後、メタノール800m l
を袋入して1時間かきまぜた。得られた結晶をろ別し、
メタノールで洗浄した後、乾燥して4,4°−ビス(3
,ニトロフェノキシ)ジフェニルスルフィドの結晶42
9g (収率92.3χ)を得た。
ついで、この粗製品428g (0,93モル)を32
ガラス製反応容器に入れ、活性炭22.6g、三塩化鉄
人水和IIyJ0.9gおよびメチルセロソルブ1.5
βを装入して、還流下で30分間かきまぜた。ついで1
10〜11.5℃でヒドラジン水和物115.2g (
3,1モル)を2時間かけて滴下した後、さらに還流下
に3.5時間かきまぜた。冷却後、触媒をろ別し、溶液
を減圧濃縮し、次いで35χ塩M 205m1と水11
20m lおよびイソプロピルアルコール48(1ml
を加え、加熱溶解した後、活性炭20gを装入し、熱ろ
過した。ついで食塩112gを加えて冷却し、析出した
塩酸塩を結晶をろ別した。得られた結晶を常法によりア
ンモニア水で中和し、目的とする4、4−ビス(3−ア
ミノフェノキシ)ジフェニルスルフィドを得た。収量2
65. (収率66%)。
無色結晶 mp、 112〜113℃(corr、)純
  度 99.9%以上 CII    N    S 元素分析 計算値(χ)*  TL、9T 5.037
.00 B、01分析値(χ)  71.904.54
6.927.72m)  czJz。N、O□として 1’1S(FD) :  400(11” )IR(K
Br、、an−I): 3390 と3300(NH2
基)、1220(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)ビスフェ
ノール36−8Kg(100モル)と、N、N−ジメチ
ルアセトアミド175.8Kg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(10
0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2.47di/gであった。
さらに、上記ポリアミド酸溶液150K[に、N、N−
ジメチルアセトアミド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26.1
1[g(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溝下したところ、滴下終
了後約10分管で黄色のポリイミド粉が析出しはじめる
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34.51[g(
収率98χ)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直径1
2μ、長さ3I111、アスペクト比250を有する炭
素繊維(東し社製、商品名トレカ)を表−1に示した情
を惰力りし、ドラムブレンダー(用田製作所製)で混合
した後、口径30m11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、切断してベ
レットを得た。
得られたベレットを射出成形(アーブルグ射出成形機(
最大型締め力35トン)射出圧力500Kg/d、シリ
ンダ一温度400℃、金型温度180℃)して、引張り
試験片、曲げ試験片、アイゾツト衝撃試験片、成形収縮
率測定用試験片を得た。
引張り試験片はASTlI D〜638に、曲げ試験片
はASTM D−790に、アイゾツト衝撃試験片はA
STII D−256に、熱変形温度はASTM D−
f;48に、成形収縮率はASTM D−955に準し
て行ったところ表−1の結果が得られた。
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!ft部を加えて懸濁溶液として、これに、
平均直径12μ、長さ3 mm、アスペクト比250を
有する炭素繊維(東し社製、商品名トレカ)を30重量
部を添加し、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時間威圧乾燥して溶媒のDMAcを完全に除
去して、ポリイミド含浸炭素繊維パウダーを得た。以下
実施例1〜6と同様の操作をしてベレット化し及び射出
成形により、物性測定用試験片を得た。得られた試験片
は実施例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と同様にしてポリアミド酸)容?F!L
4041部に実施例−1〜6で使用した炭素繊維(東し
社製、商品名トレカ)を30重1部含浸させた後、実施
例、7と同様の操作を行い、ポリイミド含浸炭素繊維パ
ウダーを得た。以下実施例−7と同様の操作をして表−
1の結果を得た。
実施例−9〜11及び比較例、1〜3 表−1に示したジアミンとジカルボン、l9fi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で使用した炭素繊維(東し社製、商品名トレカ)
を表−1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−1の結果を得た。
〔発明の効果〕
表−1の結果より、本発明のポリイミド樹脂用組成物は
熱変形温度が極めて高く、さらに優れた耐熱性、寸法安
定性、機械強度等を有しており、耐熱性を必要とする電
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)

  1. 【特許請求の範囲】 式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (式中Yは直結、炭素数1〜10の2価の炭化水素基、
    六フッ素化されたイソプロピリデン基、カルボニル基、
    チオ基、スルフィニル基、スルホニル基又はオキシドか
    ら成る群より選ばれた基を表し、Rは炭素数2以上の脂
    肪族基、環式脂肪族基、単環式芳香族基、縮合多環式芳
    香族基、芳香族基が直接又は架橋員により相互に連結さ
    れた非縮合環式芳香族基から成る群より選ばれた4価の
    基を表す。) 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、炭素繊維5〜100重量部よりなるポリイミ
    ド樹脂用組成物。
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