JPH0432112B2 - - Google Patents

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JPH0432112B2
JPH0432112B2 JP4749787A JP4749787A JPH0432112B2 JP H0432112 B2 JPH0432112 B2 JP H0432112B2 JP 4749787 A JP4749787 A JP 4749787A JP 4749787 A JP4749787 A JP 4749787A JP H0432112 B2 JPH0432112 B2 JP H0432112B2
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  • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明はポリアミド酸組成物に関する。さらに
詳しくは、高強度・高弾性率であり、しかも耐熱
性の極めて高いポリイミド成型品を与える前駆重
合体であるポリアミド酸と特定の混合溶媒系から
なる新規なポリアミド酸組成物に関するものであ
る。
[従来の技術] 本発明者らは先に、高強度・高弾性率であり、
しかも耐熱性の極めて高い、面内等方性あるいは
一軸配向したフイルムなどの成型品を与える新規
ポリマとしてポリ(2,2′−ジクロル−4,4′−
ビフエニレンピロメリトイミド)を見出した(特
願昭58−205780)。この成型品は一般にポリイミ
ド成型品を得るために通常用いられる手法、すな
わち前駆重合体であるポリアミド酸のアミド系溶
媒もしくはウレア系溶媒溶液、あるいはそれに化
学環化剤を添加した溶液を流延などの手法で成型
後、熱的あるいは化学的手段を用いてイミド基に
閉環させてつくられるが、さらに改善すべき点が
あつた。
[発明が解決しようとする問題点] その一つは使用するアミドもしくはウレア系溶
媒が高価なため、成型品の製造コストが高くなる
という問題である。今一つは高弾性率の一軸延伸
フイルムのうち、厚さ0.1mm以上のいわゆるシー
トをつくるのに従来の溶液は不適切であつた。す
なわち、引張あるいは曲げ弾性率が100GPaに及
ぶような高弾性率の一軸延伸シートを得るために
は、ポリマ濃度約25〜60%でしかも均質な部分環
化ポリアミド酸ゲル状シートを一軸延伸する必要
があるが、上記のような厚物では流延シートを加
熱濃縮する際、厚さ方向の濃度むらがさけられな
いため、十分高配向するよう延伸できないからで
ある。本発明者らは上記二つの問題点を解決する
ために鋭意検討した結果、特定の混合溶媒系の使
用がこの目的に適していることを見出し、本発明
に到達した。
[問題点を解決するための手段] すなわち、本発明は繰返し単位が実質的に2,
2′−ジクロル−4,4′−ビフエニレンピロメリト
アミド酸からなるポリマおよびアミド系溶媒、ウ
レア系溶媒のうちから選ばれた少なくとも1種(A)
とハロゲン化炭化水素(B)との混合溶媒系からなる
組成物であつて、ポリマ濃度5〜20%、かつ、
A/B(容積比率)が80/20〜20/80であること
を特徴とするポリアミド酸組成物を提供するもの
である。
すなわち、比較的安価で安全性の高い汎用溶剤
であるハロゲン化炭化水素を溶媒成分の一部に用
いることにより本ポリイミド成型品の製造コスト
を低減することができる。また、ハロゲン化炭化
水素はアミド系溶媒もしくはウレア系溶媒にくら
べて沸点が低いため、厚物の流延ゲルシートを加
熱濃縮する際、この溶媒成分だけを選択的に留去
することが容易となり、厚さ方向にポリマ濃度む
らのない均質な延伸用シートを得ることができ
る。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明のポリアミド酸はジアミン成分として
2,2′−ジクロルベンジジン、また酸無水物成分
として無水ピロメリト酸(PMDA)を用いて重
合して得られるが、上記モノマ以外の他のモノマ
を少量、共重合させても差支えない。かかる共重
合成分として、ジアミン成分ではp−フエニレン
ジアミン、m−フエニレンジアミン、4,4′−ジ
アミノジフエニルメタン、4,4′−ジアミノジフ
エニルエーテル、3,3′−ジメチルベンジスジ
ン、3,3′−ジクロルベンジジン、3,3′−ジア
ミノジフエニルスルホンなどがある。また、酸無
水物成分としては3,3′、4,4′−ビフエニルテ
トラカルボン酸二無水物、3,3′、4,4′−ベン
ゾフエノンテトラカルボン酸二無水物などが挙げ
られる。これらの共重合成分の使用量は約20モル
%以内である。
重合溶媒系としてはアミド系溶媒もしくはウレ
ア系溶媒単独、あるいはそれとハロゲン化炭化水
素との混合物が用いられる。アミド系溶媒として
はN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N,
N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジブチルア
セトアミド、N−メチルピロリドン(NMP)、
N−メチルカプロラクタム、N−シクロヘキシル
ピロリドンなどが挙げられる。また、ウレア系溶
媒にはN、N,N′、N′−テトラメチルウレア、
1,3−ジメチル−2−イミダゾリドン(DMI)
がある。
本発明に使用するハロゲン化炭化水素としては
モノクロルメタン、ジクロルメタン、クロロホル
ム、1,2−ジクロルエタン(DCE)、1,1,
2−トリクロルエタンなどの塩化炭化水素類、モ
ノブロムメタン、ジブロムメタンなどの臭化炭化
水素類がその代表例として挙げられる。従来、ハ
ロゲン化炭化水素は一般に芳香族ポリアミド酸に
対して貧溶剤であり、したがつてハロゲン化炭化
水素を含んだ成型可能なポリアミド酸溶液組成物
を得ることは極めて困難であるというのが常識で
あつたが、本発明者らは本発明で対象とするポリ
アミド酸の場合、アミド系溶媒、ウレア系溶媒の
中から選ばれた少なくとも1種(A)とハロゲン化炭
化水素(B)からなる混合溶液に、ポリマ濃度5〜20
%とし、かつA/B(容積比率)約80/20〜20/
80の範囲でほぼ安定に溶解することを見出したの
である。重合は既述のようにアミド系溶媒もしく
はウレア系溶媒(A)単独、あるいはAとハロゲン化
炭化水素(B)との混合溶媒を用いて行なうが、必ず
しも最終組成物のA/B比率で行なわなくてもよ
い。
すなわち、比較的A成分に富んだ混合溶媒中で
重合し、B成分に富んだ混合溶媒で希釈してもか
まわない。かくして本発明のポリアミド酸溶液組
成物が得られる。このポリアミド酸組成物は多く
の場合そのまま成型用原液として使用できる。
今、乾式熱環化法を例にとつて説明すると、上記
ポリアミド酸組成物を平面状の板の上に流延する
か、あるいはスリツトダイを通じてベルトまたは
ドラム上に押し出してフイルムなどに成型し、つ
いで温度を上げて溶媒を蒸発させるとともに熱環
化を進めて最終のポリイミド成型品を得ることが
できる。別の成型法、すなわち、環化剤添加乾式
成型法においては本発明のポリアミド酸組成物
に、実質的に環化が起らないような温度条件(10
℃以下)で化学環化剤を加え、ついでフイルムあ
るいはシートなどに成型後、環化が起こる温度に
上げてゲル化させ、形態保持性を与える。かかる
環化剤としては無水酢酸、無水プロピオン酸など
の脂肪族酸無水物が適している。その添加量はア
ミド酸単位に対して0.5〜3.0当量が好ましい。ま
た、環化剤とともにピリジン、3−メチルピリジ
ン、キノリンなどの有機塩基を触媒として加えて
もよい。ゲル化させた成型品はさらに温度を上げ
て溶媒を蒸発させるとともに環化を完全に進める
ことができる。
面内等方性フイルムでは上記工程のどの段階で
も特に延伸操作を必要としないが、より高い引張
特性を希望する場合、比較的低いポリマ濃度のゲ
ルフイルムを枠固定し、ついで昇温して溶媒を飛
ばすとともに熱環化を進める処方が有効である。
一方向にのみ特に高い引張特性を要求される時は
一軸延伸しなければならない。この場合、溶媒を
完全に留去するよりも、溶媒の一部が残つている
状態の方がより低温で延伸可能なのでプロセス上
好ましい。そして、熱処理後の最終の厚さが0.1
〜1.0mmに及ぶような、一軸延伸シートを目的に
する場合、本発明のポリアミド酸組成物が特に有
効となる。すなわち、引張あるいは曲げ弾性率が
約100GPaに達する高弾性率の一軸延伸シートを
得るには、上記の環化剤添加法で成型したゲルシ
ートをポリマ濃度25〜60%にしかも均質に濃縮
し、ついで延伸しなければならないが、アミド系
溶媒もしくはウレア系溶媒を単独に用いる場合、
上記の厚さでは厚さ方向に濃度むらを生じて十分
高配向になるよう延伸できない。沸点の異なるア
ミド系あるいはウレア系の混合溶媒を用いると低
沸点成分が大部分先に留去するので厚さ方向の濃
度むらがかなり解消するがそれでも十分ではな
い。これに対して本発明のポリアミド酸組成物で
はハロゲン化炭化水素の沸点が一般にアミドある
いはウレア系の溶媒のそれにくらべて著しく低い
だけでなく、ポリアミド酸との親和性も劣るか
ら、この溶媒成分だけを選択的に留去することが
容易になり、厚さ方向にポリマ濃度むらのない均
質なゲルシートを得ることができる。したがつて
高倍率延伸が可能となる。
以上の非延伸あるいは一軸延伸した成型品を高
温で最終的に熱処理して環化を完全に進める。そ
の温度は300℃以上が好ましく、また、その雰囲
気は空気あるいは窒素などの不活性ガスである。
本発明のポリアミド酸組成物はまた、湿式法を
用いても成型することができる。この場合、ポリ
アミド酸溶液組成物をスリツトダイなどを通じて
水系もしくは非水系凝固浴中に押し出して成型す
る。この後の環化、延伸あるいは熱処理の処方は
既述の乾式成型の場合とほぼ同じである。
以下の実施例によつて本発明をさらに詳細に説
明する。
[実施例] 例中の固有粘度はポリマ0.5g/溶媒100mlの割
合になるよう、ポリマ溶液をNMPで希望し、25
℃で測定したものである。
また、等方性フイルムの引張特性は東洋ボール
ドウイン(株)製テンシロンを用い、試料幅5mm、試
長100mm、引長速度10mm/minの条件で測定した。
また、一軸延伸シートの曲げ弾性率は上記テン
シロンを用い、支点間距離40mm、クロスヘツド速
度5mm/minの条件で測定した。
実施例 1 本実施例は、ポリ(2,2′−ジクロル−4,
4′−ビフエニレンピロメリトアミド酸)とDMI/
DCE混合溶媒からなる溶液組成物の製造例とそ
れから成形されたポリ(2,2′−ジクロル−4,
4′−ビフエニレンピロメリトイミド)一軸延伸シ
ートの作成例を示す。
500mlセパラブルフラスコに2,2′−ジクロル
ベンジジン9.366g(37.0ミリモル)を入れ、
DMI30mlとDCE55mlを加え、約60℃に加熱して
溶解させた。ついで20℃の水浴で冷却し、
PMDA7.909g(36.3ミリモル)を加え、激しく
撹拌した。5分後、滴下ロールを用いDMI4mlと
DCE31mlからなる混合物を25分かけて徐々に滴
下した。かくしてポリマ濃度12%、DMI/DCE
(容積比)28/72のポリアミド酸溶液組成物を得
た。ついで、この溶液を−5℃のドライアイス−
アセトン浴で冷却し、無水酢酸6.0g(アミド酸
単位の0.8当量)、ピリジン0.5gからなる混合物
を5分間で滴下し、65mmHgの圧力で減圧脱泡し
た。この溶液を4mm厚のアルミ枠で囲つたガラス
板上に流延し、デシケータ中で室温、一夜放置し
てゲル化せしめた。このゲルシートを40℃のエア
オーブン中で60分間加熱してDCEを留去させ、
ポリマ濃度31.5%の部分環化ポリアミド酸とDMI
からなるゲルシートを得た。このゲルシートを10
mm幅に切断し、テンシロン引張試験機を用いて
1.8倍に延伸した(延伸後、チヤツクからとりは
ずすと部分的に回復するので、実質倍率は1.65)。
この延伸シートをエアオーブン中、以下の条件で
段階的に熱処理した。
90℃、30分→210℃、1時間→230℃、40分→
250℃、20分→275℃、20分→300℃、20分→340
℃、20分。
得られた幅4.1mm、厚さ0.50mmの熱処理シート
の延伸方向の曲げ弾性率は98GPaであつた。
実施例 2 本実施例は、ポリ(2,2′−ジクロル−4,
4′−ビフエニレンピロメリトアミド酸)と
NMP/DCE混合溶媒からなる組成物の製造例と
それから乾式熱環化法によつて得た等方性ポリイ
ミドフイルムの作成例を示す。
300ml四口フラスコに2,2′−ジクロルベンジ
ジン6.582g(26.0ミリモル)を入れ、ついで
NMPとDCEを各30ml加えて溶解させた。20℃の
水浴で冷却し、激しく撹拌しながらPMDA5.615
g(25.7ミリモル)を添加した。2時間後、
NMP15mlとDCE35mlからなる混合物を加えて希
釈し、ポリマ濃度10%、固有粘度2.13、溶液粘度
990poiseのポリアミド酸溶液を得た。なお、この
溶液のNMP/DCE(容積比)は41/59であつた。
この溶液を約300μ厚になるようガラス板上に
流延し、エアーオーブン中、90℃で20分加熱して
ポリマ濃度63%に濃縮した。このフイルムをガラ
ス板からはがし、200mm角のアルミ枠に固定し、
エアーオーブン中、210℃で10分、280℃で30分、
さらに400℃で3分熱処理した。得られた16μ厚
の等方性ポリイミドフイルムの引張特性は以下の
とおりであつた。
強度0.44GPa、伸度5.9%、弾性率18GPa。
実施例 3 本実施例は、ポリ(2,2′−ジクロル−4,
4′−ビフエニレンピロメリトアミド酸)と
NMP/DCE混合溶媒からなる組成物の製造例と
それから環化剤添加乾式法を用いて製膜した等方
性ポリイミドフイルムの作成例を示す。
NMP、DCE各25mlからなる混合溶媒中、2,
2′−ジクロルベンジジン5.569g(2.20ミリモル)
とPMDA4.751g(21.8ミリモル)を重合させ、
ついでNMP、DCE各27mlからなる混合物で希釈
し、ポリマ濃度9.0%、固有粘度2.49のポリアミ
ド酸溶液を得た。なお、この組成物中のNMP/
DCE(容積比)は50/50であつた。この溶液を−
15℃に冷却し、無水酢酸5.39g(アミド酸単位の
1.2当量)とピリジン2.1gを滴下し50mmHgの圧力
で減圧脱泡した。
上記溶液を約350μ厚になるようガラス板上に
流延し、室温で1時間、デシケータ中に放置して
ゲル化させた。このゲルフイルムをガラスからは
がし、200mm角のアルミ枠に固定後、エアーオー
ブン中、以下の条件で熱処理した。
70℃、50分→210℃、10分→280℃、30分→400
℃、3分。
得られた等方性ポリイミドフイルム(18μ厚)
の引張特性は以下のとおりであつた。
強度0.51GPa、伸度3.6%、弾性率26GPa。
[発明の効果] 本発明のポリアミド酸組成物から得られるポリ
イミド成型品は、フイルムもしくはシートを例に
とると、面内等方性の場合、強度0.2GPa以上、
弾性率10GPa以上、また、一軸延伸品では強度
0.3GPa以上、引張あるいは曲げ弾性率40GPa以
上と力学特性は極めてすぐれ、また、耐熱性、耐
薬品性も高く、さらに熱収縮率並びに熱膨脹係数
は極めて小さく寸法安定性もよい。したがつて、
多くの用途に有用である。たとえば、磁気テープ
のベースフイルム、ICなどの半導体関連用途、
耐熱電絶用途などに用いられる。また、シートは
そのままあるいは積層して構造材として用いるこ
ともできる。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 繰返し単位が実質的に2,2′−ジクロル−
    4,4′−ビフエニレンピロメリトアミド酸からな
    るポリマおよびアミド系溶媒、ウレア系溶媒のう
    ちから選ばれた少なくとも1種(A)とハロゲン化炭
    化水素(B)との混合溶媒系からなる組成物であつ
    て、ポリマ濃度5〜20%、かつA/B(容積比率)
    が80/20〜20/80であることを特徴とするポリア
    ミド酸組成物。
JP4749787A 1987-03-04 1987-03-04 ポリアミド酸組成物 Granted JPS63215724A (ja)

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