JPS63500870A - ポリイミド類 - Google Patents
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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】
ポリイミド類
[発明分野]
本発明はすぐれた機械性状と熱安定性をもつ選ばれた非プロトン性溶媒に可溶で
、芳香族ポリ(エーテルケトン)と混ざるとい−う類のない特徴を示す。
[発明の背景コ
た、これらのポリイミド類は非・常な高温に耐える丈夫な重合体類であり、広範
囲の商業的応用;こ用途をもっている。ポリイミド類に間する饅つかの論評が発
表されている0例えばコツター(Cotter)ら、「環形成重合J (Rin
e−Forming Pot、ymerizations) 82巻1−67頁
、アカデミツク二無水物とΦ縮合によってつくられる0合衆国特許第3.179
.633号と第3.179.634号は、ポリイミド類の二段階yi復製法明ら
かにしており、これは纂−に極性溶媒中でジアミンを二無水物と反応させて、ポ
リ(アミド−酸)組成物をつくり、第二にポリ(アミド−酸)を高温に加熱して
ポリ(アミド−隊)を対応ポリイミドに転化させ段階に先立って成型品に造形さ
れろ、上記の加熱環化の代りの方法は、例えば合衆国特許第3,420,795
号に記述された化学的イミド化である。後者の場合、ポリ(アミド−故)の環化
は、例えば無水酢酸lピリジンの組合わせのような脱水剤を使用して、極性溶媒
中の溶液で行なわれる。ポリイミド類をつくるもう一つの方法は、ジイソシアネ
ートと二無水物との反応である。この反応は、合衆国特許第4,421,905
号に記載のような選ばれた触媒の存在下に、又は触媒の不在下に行なうことがで
きる。ガChemistry Edijion第18巻1905−1909頁(
1980年)を参照のこと。いずれの場合も、上の縮合に極性有機溶媒を利用す
るのが好ましい、。
広範囲の二無水物とジアミン類を利用して、過去20年間しこポリイミド類が多
数つくられた。しかし、本明細誉に記述のような二、三の選ばれた構造のみが、
ポリ(アリールエーテルケトン)g]と混ざることがわかったのは注目に値しよ
う、近い関連性のある2重合体類、すなわちポリイミド(1)と(2):
もポリ(アリールエーテルケトン)と混ざる点に注目すべきである。いずれも先
行技術で明らかにされている。コ照のこと、しかし、重合体く1)及び(2)と
ポリ(アリールエーテルケトン)との混和性は、上記文献では注目されていない
。
[発明]
本発明はすぐれた機械性状と熱安定性を示す選ばれた群の新規なポリイミド重合
体類に関する。更に重合体類は、特に芳香族ポリ(アリールエーテルケトン)と
の類のない混和性を示す。
c式中7ミノ官能基は独立に、イソプロピリデン基に間してバラ又はフタの位置
に置くことができる]と二無水無水物の一つ又は幾つかと一緒に使用する場合の
コポリイミド類も、本発明に包含される。
そのほか、ジアミン(3)の50モル%までを以下のジアミン(8)−(11)
の一つ又は幾つかと置き換えることができる。
C)Is
パラ又はメタジ置換ジアミン(3)と二無水物(4)−(7)とを含有するポリ
イミドが最も好ましい。
既述のように、新規なポリイミド類はすぐれた機械性状と熱性状をもっている。
ポリイミド類はN−メチルピロリドン、N、N−ジメチルアセトアミド等のよう
な極性溶媒中に可溶である。成型物品は溶液流延技術と圧縮成型によってポリイ
ミド類から二次加工できる。しかし、もっと重要な点として、新規重合体類はポ
リ(アリールエーテルケトン)類と混ざるという類のない性状を示す。
本発明のポリイミド類゛と一緒に混ざる配合物を形成するポリ(アリールエーテ
ルケトン)類は、結晶性材料でるすることを一般的に特徴とし・でいる。
式中A「は独立にフェニレン、ビフェニレン又はナフチレンから選ばれる2ff
:Jの芳香族基であり、Xは独立に0、C又は直接結合であり、nは0ないし3
の整数、b、 c、 d及びeは0ないし!、及びaは!−4の整数であフて、
わが1の時には、dが0であるのが好ましい。
好ましいポリ(アリール ケトン)類は次式の繰り返し皐位をもつものを包含す
る。
本発明のポリイミド類は、好ましくは適当な二無水物又は二無水物類を適当なジ
アミンと反応させ、統t1て中間体ポリ(アミド−酸)を化学的ζこ脱水させる
ことζこよってつくられる。 Ar1を任意の二無水物(4)−(7)の4価の
及び(11)の2価の残基とした場合の反応式(1)で反応II頂序15−25
℃
(15)最終ポリイミド
ポリイミド−酸組成物を合成するための溶液重合法に有用な溶媒は、官能基がい
ずれの反応体くジアミン又は二無水物)とも有意の程度には反応しないような有
機溶媒である。系に不活性で、好ましくはポリアミド−酸溶媒であるほか、有機
溶媒は少なくとも一方の溶媒、好ましくは両方の反応体に対して溶媒でなければ
ならない。
換言すると、有機溶媒は少なくとも1反応体に対して溶媒であり、官能基を含有
するような、反応体ないし反応体の同族体以外の液体であって、官能基は一官能
性第一級及び第二級アミノ基以外の、及び−官能性ジカルボキシル−アンハイド
ロ基以外の基である。N、N−ジアルキルカルボキシルアミドの部類の通常液体
の壱機溶媒が、方法の溶媒として有用である。好ましい溶媒はこの部類の低分子
量化合物類、特定こN、N−ジメチルホルムアミドとN。
N−ジメチルアセトアミドである。池の有用な溶媒はN、N−ジエチルホルムア
ミド、N、N−ジエチルアセトアミド、−N。
タム等である。使用できろ他の溶媒は、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2
−ピロリドン、テトラメチルユリア、ピリジン、ジメチルスルホン、ヘキサメチ
ルホスホルアミド、テトラメチレンスルホン、ホルムアミド、N−メチルホルム
アミド及びブチロラクトンを包含する。溶媒を単独で、溶媒組合わせで、又はベ
ンゼン、ベンゾニトリル、ジオキサン、キシレン、トルエン及びシクロヘキサン
のような劣った溶媒と組合わせて使用できる。
更に特定されたジアミンと特定された二無水物とのポリ(アミド−酸)を形成す
るための特定的な時間と特定的な温度を決定する上で、鰻つかの因子を考慮しな
Cすればならない、許容できろ最大温度は使用のジアミン、使用の二無水物、特
定の溶媒、最:?組成物中に望んでいるポリ(アミド−酸)の比率、及び反応に
望んでいる最少時間に依存している。上にあげた定義の範囲に入るジアミン類と
二無水物類のほとんどの組合わせで、100℃より低温で反応を行なうことによ
り、X0O=ポリ(アミド−酸)の報成物をつくることができる。しかし、成型
でき応生成物を提供するために、ジアミン、二無水物、溶媒及び反応時間の特定
的な組合わせ2二とって越えてはならない175℃よりも低い特定温度は多様で
あろうが、簡単水物、溶媒等の任意特定の組合わせにとって最大限の内ム及びフ
ィラメントのような最終的成型品をつくるためには、反応中の温度を60℃より
低温、好ましくは50℃より低温に維持すべきことがわがフた。
ポリ(アミド−酸)の重合度は慎重な制御を受ける。
所定条件下に等モル量の反応体を使用すると、非常な高分子量のポリ(アミド−
酸)類が提供される。いずれかの反応体を大過剰で使用すると、重合程度は制限
される。
ポリ(アミド−酸)の分子量を制限するために一方の反応体の過剰量を使用する
ほか、重合体鎖の末端にキャップを付けろために、無水フタル酸のような連鎖停
止剤を使用できる。典型的な有用キャップ剤は、無水フタル敢、アニリン、p−
メチルアニリン、及び下に示すアミン(16)と無水物(17)のような−無水
物又はモノアミン頚である。
ポリ(アミド−酸)の調製には、重合体の内部粘度が少なくとも0.1、好まし
くは0.3−1.5であるような分子量とするのが鼠ましい、内部粘度は、N−
メチルピロリドンのような適当な溶媒中の重合体0.5重量2濃度、25℃で測
定される。
本方法に使用される有機溶媒の量は、ジアミンと二無水物との反応を開始させる
ために、一方の反応体、好ましくはジアミンの十分量を溶解できればよい。溶媒
が最終溶液の少なくとも6ozを占める時に、最もII[lt調な結果が得られ
ることがわかった。すなわち、溶°液は重合体成分のo、os−qo:を含有す
べきである。
反応式(1)に述べた方法の第二段階は、ポリ(アミド−酸) (14)を脱水
剤のみ、又は無水酢酸か無水酢酸−ピリジン混合物のような第三級アミンとの組
合わせで処理することによって行なわれる。無水酢酸とピリジンとの比はゼ9近
くから無限混合物まで多様でありうる。
、無水酢酸のほか、低級脂肪酸無水物と芳香族−塩基酸ン酸、無水酪酸、無水吉
箪該、これらの無水物相互の混合物、及び安息香酸、ナフトエ敢等のような芳香
族モノカルボン酸類の無水物との混合物、及び炭酸と蟻酸の無水物との混合物、
並びに脂肪族ケテン類(ケテン及びジメチルケテン)を包含する。好ましい脂肪
酸無水物は無水酢酸とケテンである。ケテン類は、カルボン酸類の激しい脱水か
ら誘導されるカルボン酸無水物とみなされろ[バーントセン:サドボロ(Ber
nthsen−5udborough)、テキストブック・オン・オーガニック
・ケミストリー、パンツストランド社(1935年)861頁、及びバック化学
辞典()lackh’s Chemical Dictionary)、ブラキ
ストン社(1953年)468頁を参照のことコ。
芳香族−塩基酸無水物は、安息香酸無水物及び以下の酸類の無水物を包含する。
o−、o+−及びp−)ルイル酸;I−及びp−エチル安息香酸類;p−プロ
ピル安息香酸;p−イソプロピル安息香酸ニアニスH: O−I In−及びp
−ニトロ安息香酸:o−、m−及びp−ハロ安息香酸類;種々のジブロモ及びジ
クロロ安息香酸類;トリブロモ及びトリクロロ安息香酸類:具性体ジメチル安息
香酸類、例えばヘメリチル酸、3,4−キシリル酸、イソキシリル徴及びメシチ
レン酸類:ベラトルム酸、トリメトキシ安息香酸:α−及びβ−ナフトエ酸:及
びビフェニルカルボン酸(すなわちp−フェニル安息香酸);以上の酸類相互の
混合無水物及び脂肪族モノカルボン酸類、例えば酢酸、プロピオン酸等の無水物
や炭酸及び撮酸無水物との混合無水物を包含する。
好ましいピリジンとほぼ同じ活性をもつ第三級アミン類を本方法に使用できろ。
これらはイソキノリン、3,4−ルチジン、3,5−ルチジン、4−メチルビリ
ジン、3−メチルビリジン、4−イソプロピルピリジン、N−ジメチルベンジル
アミン、4−ベンジルピリジン、及びN−ジメチルドデシルアミンを包含する。
これらのアミン類は一般に、無水物転化剤量の0.3ないし等モル量で使用され
ろ。トリメチルアミンとトリエチレンジアミン類ははるかに反応的であるため、
一般に更に少なめの量で使用される。他方、以下の操作可能なアミン類はピリジ
ンより反応的でない。
2−エチルピリジン、2−メチルビリジン、トリエチルアミン、N−エチルモル
ホリン、トメチルモルホリン、ジエチルシクロヘキシルアミン、N、N−ジメチ
ルシクロヘキシルアミン、4−ベンゾイルピリジン、2,4−ルチジン、2.6
−ルチジン、及び2,4,8−コリジン、これらは一般に多めの量で使用される
。
代わりのポリイミド調製法は、中間体ポリ(アミド−酸) (14)の熱的脱水
である。この転換は一般にバルクで、好ましくは成型品、例えば重合体酸のフィ
ルム又はフィラメントを使用して行なわれる。脱水は段階的に行なわれるが、約
100℃の温度で出発し、個々の場合にもよるが、約300℃ないしそれ以上ま
で漸増的に、イミド化段階の終了まで高めていく0反応を不活性雰囲気下こ二行
なうのが好ましく、常圧又は減圧を使用できる。
ポリイミド類は反応式(11)に示すように、二無水物とジイソシアネートとの
相互作用によってもつくることができる。
式中Ar及びAr2は、上に定義されたとおりである。
ポリイミド形成反応は窒素含有溶媒中で行なわれる。
特定的な溶媒は、使用の特定芳香族ポリイミドに依存している。はとんどの場合
、溶媒は35と45の間に誘電率をもつ非プロトン性有機化、合物、好ましくは
水溶性のものである。代表的な非プロトン性化合物類はN、N−ジメチルホルム
アミド、N、N−ジエチルホルムアミド、N、N−ジメテブロラクタム、N、N
−ジメチルアセトアミド、N、N−ジエチルアセトアミド、ジメチルスルホキシ
ド、N−メチルピロリドン1.テトラメチルユリア、ヘキサメチルホスホルアミ
ド、N、N、N’、N’−テトラメチルエチルマロンアミド、N。
N、N’、+1’−テトラメチルグルタルアミド、N、N、N’ 、Nξテトバ
ミルメチル)エーテル、N、N、N’ 、N’−テトラメチルフラルアミド、メ
チルサクシノニトリル、N、N−ジメチルシアノアセトアミド、N、N−ジメチ
ル−α−シアノプロピオンアミド、N−ホルミルピペリジン、及びブチロールア
セトン等、好ましい溶媒はジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−
メチル−ピロリドン、及びカブロラクタないし約150℃の範囲にある0重合は
触媒の存在下又は−不在下に実施できろ、イソシアネート及びカルボン酸及びノ
又は無水物基の反応には、触媒の存在下に反応を行なうのが有利である。°この
ような触媒は、例えば合衆国特許第3,701,756号に記述されているよう
に、この技術で周知である0例示的な触媒はナトリウム、カリウム及びリチウム
ブチロラクタメート類:す′トリウム、カリウム及びリチウムバレロラクタメー
ト類;ナトリウム、カリウム及びリチウム力ブロラクタメート頚のようなラクタ
ム類のアルカリ金属塩類:ナトリウム、カリウム及びびフェノキシト頚等のよう
なアルカリ金属アルコキシド水条件下に行なわれ、反応の進行は反応溶液の粘度
増加又は炭酸ガス発生の追跡といフた通常の分耐技術の任意のものによ1て追跡
できる0反応でつくられるポリイミド類ドが不溶か低溶解度をもつような適当な
液体の添加によって溶液から沈殿させることができる。
他の有用な反応触媒は例えば合衆国特許第4・、421,905をもっている6
式中MeがAI、Co%Fe及び旧の時にはnは3いし150℃の範囲、好まし
くは約100ないし140℃の範囲で行なうのが有利である。温度がこれらの範
囲の上部にある時は、イミド化反応は実質的に2−4時間で完了する。
金属アセトネートは二無水物の当量当たり少なくともo、oos g、好ましく
は少なくとも0.01 gの量で使用するのが有利であり、所望の結果を得るた
めに一般に金属アセトネー)lxを超える必要はない、芳香族二無水物のg当た
りo、oosないし18、好ましくは0.Olないしo、os gのポリイミド
類を御飯水物又はモノイソシアネートでキャップすることによって、よりよい熱
安定性が達成される。典型的なキャッピング試薬は無水フタル酸、フェニルイソ
シアネート、p−メチルフェニルイソシアネート、本発明のポリイミド類は少な
ぐともs、ooo、及び好ましくはs、oooないしso、oooの範囲の数平
均分子量をもつ固体材料である。N−メチルピロリドン申で0.5重量Xの濃度
、25℃で測定される重合体の換算粘度は、少なくとも囲にある。
た炭酸塩類;雲母、滑石、ケイ灰石を含めた珪酸塩類;二酸化珪素;ガラス球;
ガラス粉末;アルミニウム;粘土:石英等のような鉱物性充填剤を包含できる。
また、ガラス繊維、カーボンファイバー等のような強化用繊維を使用できる1重
合体類は二酸化チタン:熱安定剤、紫外線安定剤、可短剤等のような添加物を包
含できる。
本発明の重合体類は任意所属の形態、すなわち成型品、被覆物、フィルム、又は
繊維に二次加工できる。これらは電導体用の電気絶縁体としての用途に特に望ま
しい。
れを合衆国特許第4,359,501号に例示されるように、こることができる
。
以下の実施例は本発明実施の特定的な例示を与える役割を果たすが、いかなる形
においても、本発明範囲を限定する意図はない。
[ポリアミド類の調製]
ポリ(イミド)類を以下の方法によフてつくフた。温度計と機械的かきまぜ機を
取り付けた5001九底フラスコに、ジアミンo、osoモルとジメチルアセト
アミド100gを添加した。溶液をかきまぜ、水浴中で1O−15℃に冷却した
。ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物16.11 g(0,050モル)
及びジメチルアセトアミドto、o gの添加後、こはく色溶液tt20−23
℃で3時間かきまぜた一次に溶液を氷酢酸11.85 g(0,15モル)を溶
液に添加し、室温で一夜物を脱イオン水中で凝固させ、アセトンで2回ゆすぎ、
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とジアミンからのポリイミドを、サウ
スベンド油圧プレス中の4x4xた。プラテン内の冷却管路に水を通してプレス
内で、試料を冷却した。380℃から室温までの冷却に約10分を要した。成型
品から178インチの小片をせん断した。これらの小片をASTM D−638
に類似した手順によるlz割線モジ:ラス、4STM D−838による破断点
引張り強さと伸び、及び下のように測定される。鋼鉄製振り子は直径0.83イ
ンチ、重さ1.562ボン−ドで、円筒形のものを使用する。振り子のほぼ上部
に取り付けられるハンマーは直径0.3インチ30ミルのフィルム標本を試験機
のジョーの間に締めつける*0−125インチ幅のフィルムを垂直に取り付ける
。振を加える。振り子が解放されると、円筒形ハンマーはその平らな末端で標本
を打ち、フィルムを破っ、で、その先の測定される高さまで移動する。復帰高さ
の差(すなわち最大上揺れ地点での振り子の位置エネルギー)は、破断中に標本
に吸収されろエネルギーを表わす、立方イン応力亀裂抵抗を測定するためには、
試料を応力下に置き、応力亀裂剤を飽和させた綿棒を標本の中心部に取り付ける
0次に標本が破断する時間を記録する。この時間が長ければ長いほど、応力亀裂
抵抗が高くなる。
成型されたブラックのガラス転移温度(Tg)を二つの方法で測定した。「重合
体間の混和性J (Polyraer−Polyn+er旧5cibility
)(アカ・デミツクブレス社、ニューヨーク、126貫)でオラビシ(O1ab
i′si)らが記述したモジュラス・レジリエンス法を使用して、成型されたま
まのブラックのTgを毎分1.6℃の加熱速度で測定した。 Tgは、試料をア
ルミニウム[lSCパン中に入れ、これをティニアス=オルセン押出し可塑度計
のバレル中で400℃に1分間加熱することによ)て決定された0次に、試料を
大きな金属ブロックと接触させることによフて、急速に室温まで冷却した。冷却
過程は1−2秒を要した。二重DSC試料セルを備えたデュポン1il1090
型熱分析装置に試料を入れ、毎分lO。
Kでの加熱によって重合体科学分野で周知の方法によってTgを測定した=
ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物とジアミン(20)からのポリイミド
の性状は以下のとおりである。
表
!x割線モジュラス(ksi) 299振子型衝撃強さくft−1b/1n3)
6BTg(機械的)(’C) 265
Tg (DSC)(’C) 263
破断時間(時間)(引張り強さ1000 psi)塩化メチレン 0.48
トリクロロエチレン 2.1
Claims (6)
- 1.次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ のポリイミド[式中Ar1は次の二無水物の任意のものの4価の残基である。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ 及びAr2は次のジアミンの2価の残基である。 ▲数式、化学式、表等があります▼ 及び任意付加的に以下のジアミン類の一つ以上を伴うこともあり得る。] ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼
- 2.Ar2が次のジアミン: ▲数式、化学式、表等があります▼ の2価の残基である場合の特許請求の範囲1項で定義されたポリイミド。
- 3.ジアミンの50モル%までが一つ以上の次のジアミン類の一つ以上の2価の 残基によって置き換えられる、特許請求の範囲第2項で定義されたポリィミド。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼
- 4.特許請求の範囲第1項のポリイミドとポリ(アリールエーテルケトン)との 混和可能な配合物。
- 5.ポリ(アリールエーテルケトン)が次式▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ [式中Arは独立にフェニレン、ジフェニレン又はナフチレンから選ばれる2価 の芳香族基であり、Xは独立に0、C又は直接結合であり、nは0ないし3の整 数、b、c、d及びeは0ないし1、及びaは1ないし4の整数である。]の一 つ以上のものの繰り返し単位を含有することを特徴とする、特許請求の範囲第4 項で定義された配合物。
- 6.ポリ(アリールエーテルケトン)が以下のものの一つ以上から選ばれる、特 許請求の範囲第5項で定義された配合物。 ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼ ▲数式、化学式、表等があります▼
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