JP2002128892A - ポリイミド粉末の製法、ポリイミド粉末、ポリイミド粉末成形体およびその製法 - Google Patents
ポリイミド粉末の製法、ポリイミド粉末、ポリイミド粉末成形体およびその製法Info
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Abstract
し、粒子同士の合着のないポリイミド粉末が得られ、優
れた耐熱性と良好な機械特性とを併せ持つポリイミド粉
末成形体、その原料であるポリイミド粉末、およびそれ
らの製法を提供する。 【解決手段】ポリイミド前駆体のカルボン酸量に対して
5〜100当量%のイミダゾ−ル類の存在下に反応さ
せ、生成したポリイミド前駆体をアミド系溶媒を3〜3
0重量%含有する水溶性ケトン類の溶媒中で粉末として
析出させ、加熱してイミド化率90%以上にしてなるポ
リイミド粉末の製法、上記の方法によって得られるポリ
イミド粉末、前記のポリイミド粉末から得られる密度が
1.3g/mm3以上、引張り強度が800Kg/cm2
以上、引張り破断伸びが10%以上であるビフェニルテ
トラカルボン酸系のポリイミド粉末成形体、上記のポリ
イミド粉末成形体の製法。
Description
熱性を保持しているとともに、特に曲げ強度や引張り強
度が大きく、伸びの大きいポリイミド粉末成形体を与え
るポリイミド粉末、ポリイミド粉末成形体、およびそれ
らの製法に関するものである。
ピロメリット酸成分と4,4’−ジアミノジフェニレエ
−テルとから得られるピロメリット酸系ポリイミド粉末
成形体が高靭性および良好な切削加工性を有しているこ
とから、幅広く使用されている。しかし、ピロメリット
酸系ポリイミド成形体は吸水率が高くアウトガスが多
く、耐薬品性や寸法安定性が低い。
ルテトラカルボン酸成分系のポリイミド粉末成形体が提
案された。この3,3’,4,4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸系のポリイミド粉末成形体については、例え
ば、特開昭57−200453号公報などに、N−メチ
ル−2−ピロリドン中で3,3’,4,4’−ビフェニ
ルテトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分とを重合
・イミド化させて得たイミド化率が95%以上の比較的
大きな粒径を有する芳香族ポリイミド粉末の加熱・圧縮
成形体を得た例が記載されている。
リイミド前駆体をアミド系溶媒中で合成し、その溶液を
トルエン、ピリジン、無水酢酸混合液で再沈、イミド化
したポリイミド粉末が記載されており、この方法で得ら
れるポリイミド粉末は合着性が良く、高比重の成形体を
与えることが示されている。さらに、特開平7−338
73号公報には水溶性ケトン類中でのポリイミド前駆体
粉末の合成法が記載されており、溶媒除去が容易で、重
合度の高いポリイミド前駆体粉末の製造が可能であり、
このポリイミド前駆体から得られる成形体は力学特性に
優れ、残留溶媒が少ないことが示されている。
公報に記載の方法では、微細なポリイミド粉末にするこ
とが困難で一部塊状物になり粒子径の揃ったものが得に
くいため、この粉末から成形した成形体にはムラを生じ
易い。さらに、特開平7−33873号公報に記載の方
法では、微細な粉末になり易く濾過性が悪く、濾過後お
よび固相でのイミド化の際に粉末同士が合着し易い。ま
た、この方法によって3,3’,4,4’−ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミン成分として
のパラフェニレンジアミンとから得られるポリイミド粉
末は、十分な分子量を有していないため成形体が脆い。
的は、粒子径制御を可能とし、良好な濾過性を有し、粒
子同士の合着のないポリイミド粉末が得られ、優れた耐
熱性と良好な機械特性とを併せ持つポリイミド粉末成形
体、その原料であるポリイミド粉末、およびそれらの製
法を提供することである。
場合により水溶性ケトンを含むアミド系溶媒中で、ビフ
ェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジアミンと
を、ポリイミド前駆体のカルボン酸量に対して1〜10
0当量%、好ましくは6〜100当量%のイミダゾ−ル
類の存在下に反応させ、生成したポリイミド前駆体をア
ミド系溶媒を3〜30重量%含有する水溶性ケトン類の
溶媒中で粉末として析出させ、分離回収したポリイミド
前駆体粉末を、加熱してイミド化率90%以上にしてな
るポリイミド粉末の製法に関する。また、この発明は、
上記の方法によって得られるポリイミド粉末に関する。
末を金型内で熱および圧力を同時あるいは別々に加える
ことによって得られる、密度が1.3g/mm3以上、
引張り強度が800Kg/cm2以上、引張り破断伸び
が10%以上であるビフェニルテトラカルボン酸系のポ
リイミド粉末成形体に関する。
末を金型内に充填し、約300〜550℃の範囲内の加
熱および約100〜5000Kg/cm2の範囲内の圧
力を同時あるいは別々に加えて成形する請求4に記載の
ポリイミド粉末成形体の製法に関する。
列記する。 1)2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン二
無水物単位を30モル%以上含有する上記のポリイミド
粉末成形体。 2)成形する工程が、圧縮成形、ウエットCIP法ある
いはドライCIP法(CIP:コ−ルド アイソスタチ
ック プレッシャ−)あるいはHIP法(HIP:ヒ−
ト アイソスタチック プレッシャ−)で行われる上記
のポリイミド粉末成形体の製法。
カルボン酸成分として、3,3’,4,4’−ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物および/または2,3,
3’,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、好
適には2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカルボン
二無水物を30モル%以上含有するビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物を使用することができる。ビフェニル
テトラカルボン酸二無水物の一部を発明の効果を損なわ
ない範囲で他の芳香族テトラカルボン酸二無水物、例え
ば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’−ビス
(3,4−ジカルボキシフェニル)プロパンの二無水
物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)メタンの二
無水物、ビス(3,4−ジカルボキシフェニル)エ−テ
ルの二無水物で置き換えてもよい。
ジアミン、例えばパラフェニレンジアミン(p−フェニ
レンジアミン)、4,4’−ジアミノジフェニルエ−テ
ル、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、
4,4’−ジアミノジフェニルプロパン、4,4’−ジ
アミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニ
ルメタン、ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニ
ル〕プロパン、2,2’−ビス〔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、ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェ
ニル〕エ−テルが挙げられるが、好適にはパラフェニレ
ンジアミン(p−フェニレンジアミン)、4,4’−ジ
アミノジフェニルエ−テルを使用することができる。
トンを含むアミド系溶媒中で、ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物と芳香族ジアミンとを、ポリイミド前駆体
のカルボン酸量に対して1〜100当量%、好適には6
〜100当量%のイミダゾ−ル類の存在下に反応させ、
生成したポリイミド前駆体をアミド系溶媒を3〜30重
量%含有する水溶性ケトン類の溶媒中で粉末として析出
させ、分離回収したポリイミド前駆体粉末を、加熱して
イミド化率90%以上にしてポリイミド粉末を得ること
が必要である。
30重量%含有する水溶性ケトン溶媒中、ビフェニルテ
トラカルボン酸二無水物と略等モル量の芳香族ジアミン
とを必要量のイミダゾ−ル類の存在下に10〜40℃で
30分〜24時間程度反応させ、高分子量となって析出
したポリイミド前駆体を分離回収してもよい。この場
合、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族ジア
ミンとの合計量が溶液中1〜10重量%であることが好
ましい。
カルボン酸二無水物と略等モル量の芳香族ジアミンとを
必要量のイミダゾ−ル類の存在下に10〜40℃で30
分〜24時間程度反応させて高分子量のポリイミド前駆
体を生成させた後、反応混合液に溶媒成分中のアミド系
溶媒の割合が3〜30重量%となるように水溶性ケトン
類を加えて粉末を析出させ、ポリイミド前駆体粉末を分
離回収してもよい。この場合、ビフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物と芳香族ジアミンとの合計量が溶液中1〜
20重量%であることが好ましく、アミド系溶媒中に1
〜20重量%の水分を含有させることが好ましい。
−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、
N,N−ジメチルホルムアミド、N−メチルカプロラク
タムが挙げられ、特にN−メチル−2−ピロリドン、
N,N−ジメチルアセトアミドが好適に使用される。
セトン、γ−ブチロラクトン、メチルエチルケトン、メ
チルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどが挙げら
れる。
ルボン酸二無水物との芳香族ジアミンとの反応時にイミ
ダゾ−ル類を存在させることが必要である。前記のイミ
ダゾ−ル類の量は、ポリイミド前駆体のカルボン酸量に
対して1〜100当量%、特に6〜100当量%である
ことが好ましい。イミダゾ−ル類の量が前記下限より少
ないとポリイミド粉末が十分な分子量を有していないた
め成形体が脆く、イミダゾ−ル類の量が前記上限より多
くても効果がなく経済的に不利である。前記のイミダゾ
−ル類は、各成分を加える最初の段階で加えてもよく反
応途中で加えてもよく、反応の最終段階で加えてもよ
い。
ジメチルイミダゾ−ル、イミダゾ−ル、ベンズイミダゾ
−ル、N−メチルイミダゾ−ル、N−ベンジル−2−メ
チルイミダゾ−ル、2−メチルイミダゾ−ル、2−エチ
ル−4−メチルイミダゾ−ル、5−メチルベンズイミダ
ゾ−ルなどが挙げられ。イミダゾ−ル類の一部をイソキ
ノリン、3,5−ジメチルピリジン、3,4−ジメチル
ピリジン、2,5−ジメチルピリジン、2,4−ジメチ
ルピリジン、4−n−プロピルピリジンなどで置き換え
てもよい。
析出させたポリイミド前駆体粉末を、濾過および水溶性
ケトン洗浄してポリイミド前駆体粉末を分離回収した
後、加熱してイミド化率90%以上にしてポリイミド粉
末を得ることができる。前記の加熱は250℃以下の常
圧、減圧のいずれでも、好ましくは200℃以下で、好
ましくは350℃で1時間加熱による重量減少率が1%
以下、特に0.5%以下となる乾燥状態とすることが好
ましい。
末を金型内に充填し、好適には約300〜550℃の範
囲内の加熱および約100〜5000Kg/cm2の範
囲内の圧力を同時あるいは別々に加えることによって、
密度が1.3g/mm3以上、引張り強度が800Kg
/cm2以上、引張り破断伸びが10%以上であるビフ
ェニルテトラカルボン酸系のポリイミド粉末成形体を得
ることができる。
IP法あるいはドライCIP法(CIP:コ−ルド ア
イソスタチック プレッシャ−)あるいはHIP法(H
IP:ヒ−ト アイソスタチック プレッシャ−)で行
うことができる。
イヤモンド、シリカ、マイカ、カオリン、窒化ほう素、
酸化アルミニウム、酸化鉄、グラファイト、硫化モリブ
デン、硫化鉄などの無機充填剤、あるいはふっ素樹脂な
どの有機充填剤などの各種の充填剤を前記のポリイミド
粉末と混合して使用することができる。この充填剤の添
加は、内部添加、外部添加のいずれの方法で配合したも
のでもよい。
ド成形体は、従来公知のビフェニルテトラカルボン酸系
ポリイミド粉末成形体の優れた耐熱性、寸法安定性等を
低下させることなく、均一性、良好な伸び、高生産性を
実現することができる。
において、イミド化率は閉環率100%のポリイミドの
IRスペクトルの吸光度比[吸光度(1780cm-1)
/吸光度(1720cm-1)]に対する被験ポリイミド
の該吸光度比の割合(%)によって表示する。また、ポ
リイミドのガラス転移温度(Tg)セイコ−インスツル
メント社製SSC5200 RDSC220Cによって
10℃の昇温速度で測定した値である。
化合物を意味する。 a−BPDA:2,3,3’,4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物 s−BPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物 PPD:p−フェニレンジアミン ODA:4,4’−ジアミノジフェニルエーテル DMZ:1,2−ジメチルイミダゾール 2MZ:2−メチルイミダゾ−ル NMP:N−メチル−2−ピロリドン DMAc:N,N−ジメチルアセトアミド
ン85重量%およびDMAc15重量%の混合溶媒28
2.28gを攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた50
0mlの4口セパラブルフラスコに室温において添加し
溶解した後、PPD5.41g(0.05mol)をア
セトン85重量%およびDMAc15重量%の混合溶媒
100gに溶解した溶液を1分間で加え、1時間反応さ
せポリイミド前駆体粉末の析出を完結させた。その後、
この懸濁液にDMZ2.12g(0.022mol)を
添加し、さらに1時間攪拌を行なった。そして、この懸
濁液から濾過およびアセトン洗浄し粉末を回収した。濾
過性は、良好であった。この粉末は、60℃で30分、
180℃で10時間かけてイミド化を行ない17.02
g(92.9%)のポリイミド粉末を得た。このポリイ
ミド粉末は、イミド化率が95%であった。
φの金型に充填し、室温において200Kg/cm2の
圧力で予備成形を行ない、その予備成形品を金型から取
り出し、400℃で30分間自由焼結を行なった後、焼
結品に圧力250Kg/cm 2を加えて、450℃で3
0分間維持した。そして加熱を停止して加圧したまま冷
却し、300℃以下になったところで成形体を取り出し
た。この成形体は、均一な赤褐色透明であり、密度が
1.37g/ccであり、Tgが412℃であった。こ
の成形体を、ASTM D−638およびD−790に
従って23℃において、引張り強度、伸びおよび曲げ強
度、曲げ弾性率を測定したところ、引張り強度は935
Kg/cm2であり、引張り破断伸びは18.7%であ
り、曲げ強度は1100Kg/cm2であり、曲げ弾性
率は33000Kg/cm2であった。
ン85重量%およびDMAc15重量%の混合溶媒28
0gを攪拌機、温度計、窒素導入管を備えた1000m
lの4口セパラブルフラスコに室温において添加し溶解
した後、ODA10.01g(0.05mol)をアセ
トン85重量%およびDMAc15重量%の混合溶媒1
89.68gに溶解した溶液を1分間で加えまた、DM
Zを2.47g(0.026mol)用いた以外は、実
施例1と同様に行ない21.76g(94.9%)のポ
リイミド粉末を得た。このポリイミド粉末は、イミド化
率が95%であった。そして、このポリイミド粉末を、
自由焼結および加熱圧縮をそれぞれ、280℃、350
℃で行なった以外は、実施例1と同様に成形を行った。
この成形体は、均一な赤褐色透明であり密度が1.32
g/cm3であり、Tgが330℃であった。また、引
張り強度は1014Kg/cm2であり、引張り破断伸
びは54.1%であり、曲げ強度は1250Kg/cm
2であり、曲げ弾性率は27400Kg/cm2であっ
た。
以外は、実施例2と同様に行ない22.56g(98.
4%)のポリイミド粉末を得た。そして、このポリイミ
ド粉末を、自由焼結および加熱圧縮をそれぞれ、270
℃、370℃で行なった以外は、実施例1と同様に成形
を行った。この成形体の密度は、1.36g/ccであ
り、明確なTgは不明であった。また、引張り強度は1
100Kg/cm2であり、引張り破断伸びは16.1
%であり、曲げ強度は1610Kg/cm2であり、曲
げ弾性率は40550Kg/cm2であった。
gおよび水9.05gを、攪拌機、還流冷却器、温度
計、窒素導入管を備えた容量200mlの四つ口セパラ
ブルフラスコに、室温において添加し、その混合液に窒
素ガス流通と攪拌しながら、a−BPDA14.71g
(0.05mol)を加え、各モノマー成分をNMP溶
媒に均一に溶解した溶液を調製した。次いで、約45分
間で80℃まで昇温し、2時間攪拌した。その後、この
溶液を60℃まで冷却し、2MZ2g(0.024mo
l)を加え1時間攪拌後、室温まで冷却し0.7ポイズ
の溶液を得た。そして、この溶液を室温において100
0ml(約790g)のアセトンを入れた高せん断混合
機を備えた容器に、徐々に添加しポリイミド前駆体粉末
を得た。この粉末は、濾過およびアセトン500mlで
2回洗浄、濾過した。この粉末は、150℃で10時
間、180℃で5時間、260℃で2時間かけイミド化
を行い18.02g(98.4%)のポリイミド粉末を
得た。この粉末のイミド化率は、ほぼ100%であっ
た。この粉末から得られた成形体の密度は、1.37g
/cm3であり、引張り強度は、1020Kg/cm2で
あり、引張り破断伸びは、31.4%であった。
DMZを使用した以外は、実施例4と同様に行ない2.
8Pの溶液を得た。そして、この溶液を実施例5と同様
に処理し、18.14g(99.0%)のポリイミド粉
末を得た。そして、このポリイミド粉末を、自由焼結お
よび加熱圧縮をそれぞれ、330℃、470℃で行なっ
た以外は、実施例1と同様に成形を行った。この粉末の
イミド化率は、ほぼ100%であった。この粉末から得
られた成形体の密度は、1.48g/cm3であり、引
張り強度は、1400Kg/cm2であり、引張り破断
伸びは、14.0%であった。
6.67g(91.0%)のポリイミド粉末を得た。こ
の粉末のイミド化率は、85%であった。この成形体の
密度は、1.37g/cm3であり、引張り強度は、7
66Kg/cm2であり、引張り破断伸びは、9.0%
であった。
量%の混合溶媒にし、s−BPDAおよびODA各々の
仕込み量を0.02mol量にした以外は、実施例3と
同様に行ない8.20g(89.5%)のポリイミド粉
末を得た。この成形体は、非常に脆く、機械的物性が測
定できなかった。
7.83g(97.3%)のポリイミド粉末を得た。こ
の粉末のイミド化率は、80%であった。この成形体の
密度は、1.48g/cm3であり、引張り強度は、1
200Kg/cm2であり、引張り破断伸びは、5.0
%であった。
gを、攪拌機、還流冷却器(水分離器付き)、温度計、
窒素導入管を備えた容量200mlの四つ口セパラブル
フラスコに、60℃において添加し、その混合液に窒素
ガス流通と攪拌しながら、a−BPDA11.76g
(0.04mol)を添加し、約20分間で100℃ま
で昇温し、各モノマー成分をNMP溶媒に均一に溶解し
た溶液を調製した。次いで、その溶液を窒素ガス流通と
攪拌を継続しながら溶媒と生成水とを還流させ生成水を
除去し、約30分間で190℃まで昇温したところ黄色
のゲルが生成し、25分後全体が塊となり攪拌不能にな
った。その時点で、反応を終了し塊りを回収して180
℃で3時間乾燥後、粉砕したポリイミド粉末を実施例1
と同様に成形を行なった。この成形体の引張り強度は、
100Kg/cm2であり、引張り破断伸びは、1.0
%であった。
しているため、下記のような効果を奏する。この発明の
方法によれば、耐熱性、寸法安定性等を低下させること
なく、均一性、機械的特性を有するポリイミド粉末を生
産性良く製造することができる。またこの発明によって
得られるポリイミド粉末は、良好な作業性を有してい
る。しかも、この発明によって得られる成形体は、良好
な耐熱性、強度、伸びを有している。
Claims (6)
- 【請求項1】場合により水溶性ケトンを含むアミド系溶
媒中で、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物と芳香族
ジアミンとを、ポリイミド前駆体のカルボン酸量に対し
て1〜100当量%、好ましくは6〜100当量%のイ
ミダゾ−ル類の存在下に反応させ、生成したポリイミド
前駆体をアミド系溶媒を3〜30重量%含有する水溶性
ケトン類の溶媒中で粉末として析出させ、分離回収した
ポリイミド前駆体粉末を、加熱してイミド化率90%以
上にしてなるポリイミド粉末の製法。 - 【請求項2】請求項1に記載の方法によって得られるポ
リイミド粉末。 - 【請求項3】請求項2に記載のポリイミド粉末を金型内
で熱および圧力を同時あるいは別々に加えることによっ
て得られる、密度が1.3g/mm3以上、引張り強度
が800Kg/cm2以上、引張り破断伸びが10%以
上であるビフェニルテトラカルボン酸系のポリイミド粉
末成形体。 - 【請求項4】2,3,3’,4’−ビフェニルテトラカ
ルボン二無水物単位を30モル%以上含有する請求項3
のポリイミド粉末成形体。 - 【請求項5】請求項2に記載のポリイミド粉末を金型内
に充填し、約300〜550℃の範囲内の加熱および約
100〜5000Kg/cm2の範囲内の圧力を同時あ
るいは別々に加えて成形するポリイミド粉末成形体の製
法。 - 【請求項6】成形する工程が、圧縮成形、ウエットCI
P法あるいはドライCIP法(CIP:コ−ルド アイ
ソスタチック プレッシャ−)あるいはHIP法(HI
P:ヒ−ト アイソスタチック プレッシャ−)で行わ
れる請求項5のポリイミド粉末成形体の製法。
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