JPS59167569A - イミドオリゴマ−の製造方法 - Google Patents

イミドオリゴマ−の製造方法

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JPS59167569A
JPS59167569A JP4077683A JP4077683A JPS59167569A JP S59167569 A JPS59167569 A JP S59167569A JP 4077683 A JP4077683 A JP 4077683A JP 4077683 A JP4077683 A JP 4077683A JP S59167569 A JPS59167569 A JP S59167569A
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acid
terminal
aromatic
imide
ethylaniline
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Seiichi Hino
日野 征一
Osamu Suzuki
修 鈴木
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
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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】 本発明は安定性、成形加工性に優れる有機溶剤可溶性の
イミドオリゴマーの製造方法に関するものであり、水、
アルコール等の揮発分を生成することなく、熱により自
己硬化し、耐熱性の良好なポリイミド樹脂馨生成する先
駆物質を提供するものである。特にガラス繊維、アラミ
ド繊維、カーボン繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバ
イト繊維等を情強材とする、耐熱性の良好な繊維強化複
会材の製造に適したイミドオリゴマーに関するものであ
る。
ピロメリット酸二無水物(PMDA)もしくは3,3′
,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
(BTDA)又はこれらの酸、低級アルキルエステル等
の誘導体と芳香族ジアミンとの反応により耐熱性の良好
なポリイミド樹脂の得られることは既に知られている。
一般にこれらポリイミドは不溶、不融性であり成形性が
極度に悪い為、これらを成形するにはポリアミド酸又は
ポリアミドエステル等の先駆物質の形が利用され、後イ
ミド化が行われる。イミド化の段階では水、アルコール
等の揮発分が生成し、繊維強化複合材にこの工程を適用
した場合、ボイドが発生しやすく好ましくない。又、ポ
リアミド酸、ポリアミドエステル等の溶成は高粘度であ
り、プリプレグ製造が困難であり、又、これら先駆物質
の安定性が悪く、プリプレグの長期保存は不可能である
米国特許紀3,745,149号公報には繊維強化複合
材に適用出来るポリイミドの製造方法が開示されている
。これは、芳香族テトラカルボン酸ジアルキルエステル
、芳香族ジアミンおよび不飽和ジカルボン酸アルキルエ
ステルの3成分混合物の溶液からプリプレグを製造し、
成形するものである。この工程は溶液の低粘度化により
、プリプレグの製造は容易であるが、そのプリプレグの
安定性は充分でなく、長期保存には低温を必要とする。
また、成形時は先駆物質生成、硬化の2段階の反応を必
要とし、この際揮発分アルコールを生成してボイドの原
因となりやすく、成形性が悪い。
本発明は上記欠点を改良した、加熱により、水、アルコ
ール等の揮発分を生成することなく、耐熱性ポリイミド
に転化し得るイミドオリゴマーを提供するものである。
即ち、芳香族テトラカルボン酸又はその誘導体、芳香族
ジアミン及び末端官能化剤の3成分よりイミドオリゴマ
ーを製造する方法に於いて、芳香族ジアミンとしてo−
エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物を使用す
ることにより上記欠点が改良されることが判明し、本発
明に到達した。本発明のイミドオリゴマーは有機溶剤に
可溶性であり、又低分子量の為、爵液粘度が低く、プリ
プレグの製造が容易である。又、既にイミド化されてい
る為、貯蔵安定性に優れ、更に成形時にばイミド化反応
が不要で硬化反応のみで済み、水、アルコール等の揮発
分が生成しないためボイドの発生が少く、良好な熱的な
らびに機械的性質を有する繊維強化複合材を製造するこ
とが可能である。
本発明の一成分である芳香族テトラカルボン酸としては
ピロメリット酸、3,3′,4,4′−ベンゾフェノン
テトラカルボン酸、3,3′,4、4′−ジフェニルエ
ーテルテトラカルボン酸、3,3′4,4′−ビフェニ
ルテトラカルボン酸、2,3,4,5−チオフェンテト
ラカルボン酸、3,4,9,10−ペリレンテトラカル
ボン酸、2,2−ビス(3,4−ジカルボキシフェニル
)プロパン等及びこれらの異性体の1種又は2種以上が
使用される。これら芳香族テトラカルボン酸成分は、低
級アルキルエステル、二無水物等の誘導体の形として使
用することが出来るが、その反応性から、二無水物を使
用することか好ましい。
本発明で使用される芳香族ジアミン成分は、o−エチル
アニリンとホルムアルデヒドとの縮合物である。特開昭
47−31961号に記載されている如く、水媒体中、
塩酸、硫酸等の無機強酸の存在下60〜100℃で反応
させることにより、o−エチルアニリンとホルムアルデ
ヒドとの縮合物が得られる。上記反応に於いて、ジアミ
ン成分である3,3′−ジエチル−4,4′−ジアミノ
ジフェニルメタンの他にトリアミン、テトラミン等が副
生する。これらを蒸留によって分離することによりジア
ミン成分を容易に得ることが出来るが、これら副成物を
分離することなくイミドオリゴマー製造に使用すること
が出来る。しかし、トリアミン以上のポリアミンが多く
なるとオリゴマー製造時にゲル化し易くなる為、ポリア
ミンは70重量%以下が好ましい。
又、o−エチルアニリンの縮合反応の際にアニリンを添
加することにより、3,3′−ジエチル−4,4′−ジ
アミノジフェニルメタン、3−エチル−4,4′−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3成分の混合物が得られるがこれも本発明に有
効に用いられる。アニリンに替えてo−トルイジン、o
−クロルアニリン等のp−位に置換基のないアニリン誘
導体を添加したo−エチルアニリンの縮合物も使用出来
る。更に生成するイミドオリゴマーが有機溶剤に溶解す
る範囲内で、o−エチルアニリン縮合物の一部にかえて
他のジアミンを使用することが出来る。ジアミンとして
、たとえば式H2N−R−NH2(ここでRは30個ま
での炭素原子を有する2価の基であり、更に酸素原子、
イオウ原子、窒素原子、ケイ素原子、リン原子および類
似の不活性基をも任意に含有し得る)で示される。好適
なRとしては、直鎖上もしくは分岐状のアルキレン基、
シクロアルキレン基、単環式もしくは複環式芳香族基、
更に、直接炭素−炭素結合もしくは、2価の連結基によ
って結合された複数のシクロアルキレン基、芳香族基等
を挙げることが出来る。2価の連結基としては−O−、
−SO2−、−S−、−CO−、1〜3個の炭素原子を
有するアルキレン基(但し、o−エチルアニリンとホル
ムアルデヒドとの縮合物を除く)等である。これらジア
ミンの1種又は2種以上がo−エチルアニリン縮合物の
一部にかえて使用されるが、その使用量は通常全ジアミ
ン中の50モル%以下である。
本発明の一成分である末端官能化剤としては、不飽和ジ
カルボン酸又はその無水物、低級アルキルエステル等の
誘導体及びアミノフェニルアセチレン等を挙げることが
出来る。不飽和ジカルポン酸としてはマレイン酸、シト
ラコン酸、イタコン酸、4−シクロヘキセン−1,2−
ジカルボン酸、メチル−4−シクロヘキセン−1,2−
ジカルボン酸、5−ノルボルネン−2,7−ジカルボン
酸、メチル−5−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸
等の1種又は2種以上が使用される。アミノフェニルア
セチレンとして、p−アミノフェニルアセチレン、m−
アミノフェニルアセチレンが使用される。
有機溶剤可溶性のイミドオリゴマーは、前述した芳香族
テトラカルボン酸成分、芳香族ジアミン成分、末端官能
化剤成分の3成分を溶媒中にて反応させることにより製
造することが出来る溶媒としては、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−メチ
ル−2−ピロリドン等のアミド系の溶媒の他、m−クレ
ゾール等のフェノール類、ジメチルスルホキ■ド等が用
いられる。これら溶媒中の所定量の3成分を加熱、又は
必要に応じて、3級アミン等のイミド化触媒の存在下、
反応することにより容易にイミドオリゴマーを製造する
ことが出来る。
これら3成分の割合は目的に応じて、又物性との関係で
適宜決定される。末端官能化剤として不飽和ジカルボン
酸な使用する時には、テトラカルボン酸/ジアミン/不
飽和ジカルボン酸のモル比はn/(n+1)/2と表わ
すことが出来るが、この比は必ずしも厳密なものではな
い。即ち、末端官能基を確実に導入する為に過剰量の不
飽和ジカルボン酸を反応に使用し、反応後精製除去する
ことか可能である。しかし、生成するオリゴマーの分子
量はnの値によって決定される為、テトラカルボン酸/
ジアミンの比は厳密に調節されるべきである。通常nの
値として1〜15の範囲であるが、nの値の増大と共に
生成するオリゴマーの分子量が大きくなや、その溶液の
粘度が増大してプリプレグ製造が困難となる為nの値と
して1〜10、分子量として6000以下が好ましい。
本発明のイミドオリゴマーは、イミドオリゴマー製造時
に使用されるアミド系溶媒等の他、組成、分子量によっ
て溶解性が異なるが、アセトン、メチルエチルケトン等
のケトン類、テトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメト
キシエタン等のエーテル類等に溶解する。これら溶媒に
溶解されたイミドオリゴマーの溶液の粘度は低く、プリ
プレグ製造が容易である。プリプレグは、通常20〜8
0重量%の溶液に、カーボン繊維等の補強用繊維を浸漬
し、後加熱乾燥することによって製造される。その際既
にイミド化されている為高温での乾燥が可能であり、乾
燥時間の短縮が出来る。乾燥温度としては硬化反応の生
起する温度まで可能であり、通常100℃〜250℃で
ある。
本発明のイミドオリゴマーは主鎖中に耐熱性の良好な芳
香族イミド骨格と、末端に自己硬化性の架橋基を有し、
加熱することにより耐熱性の良好なポリイミド樹脂を得
ることが出来る。
又有機溶剤に可溶性であり、種々の添加剤、補強剤、た
とえば、炭素粉末、各種金属、金属酸化物、シリカ、ア
スベスト等の混入が容易であり、繊維強化複合材のみな
らず、耐熱性の良好な接着剤、被覆材、成形物等の製造
に利用出来る。
以下、実施例によってイミドオリゴマーの製造方法を具
体的に示すが、特許請求の範囲を超えない限り、これに
限定されるものではない。
実施例1 o−エチルアニリン−ホルムアルデヒド縮合物(日本化
薬社製商品名カヤハードA−A)を減圧蒸留して得た3
,3′−ジエチル−4,4′−ジアミノジフェニルメタ
ン(bp24℃/6mmHg)25.7gをN−メチル
−2ーピロリドン(NMP)136mlに溶解し、無水
3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
(BTDA)21.7gを添加した(BTDA/ジアミ
ン=2/3(モル比))。
室温にて2時間撹拌後、無水5−ノルボルネン−2,3
−ジカルボン酸(NA)13.3gを添加した。室温に
て更に2時間撹拌後、約1時間で200℃に昇温し、4
時間反応を行った。反応終了後冷却し、均一透明な内容
物をピリジン5%を含む水中に投入し、オリゴマーを析
出させた。オリゴマーをろ別後再度水にて洗浄し、10
0℃にて50時間真空乾燥を行った。収率は定量的であ
った。
精製したオリゴマーのIRチャートには1780cm−
1、720cm−1のイミド基に起因する吸収が明らか
であった。また生成したイミドオリゴマーは、メチルエ
チルケトン(MEK)、テトラヒドロフラン(THF)
、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)に少なくと
も30重量%の濃度で溶解した。
実施例2 実施例1で使用した3,3′−ジエチル−4,4′−ジ
アミノジフェニルメタン33.2g、無水ピロメリット
酸(PMDA)19.0g、(PMDA/ジアミン=2
/3(モル比))、NA17.2%を使用し実施例1と
同様の操作でイミドオリゴマーを製造した。
生成したオリゴマーは、IR分析により明確なイミド基
の吸収を示し、又、MEK、THF、DMFに少なくと
も30重量%の濃度で溶解した。
実施例3 o−エチルアニリン−ホルムアルデヒド物(日本化薬社
製に商品名カヤハード−A−A、GPCによるジアミン
成分67%)20gをSMP118mlに溶解しBTD
A16.7g(BTDA/ジアミン(換算)=2/3(
モル比))を添加し室温にて2時間反応後、無水メチル
−S−ノルボルネン−2,3−ジカルボン酸11.2g
を添加した。室温にて更に2時間攪拌後一夜放置した。
生成したアミド酸オリゴマー溶液に無水酸−20ml、
ピリジン10mlを加え、約30分間で150℃に上昇
して7時間反応を行いイミドオリゴマーを製造した。実
施例1と同様にイミドオリゴマーを分離、洗浄、乾燥し
た。収率は定量的であった。
生成したオリゴマーは、IR分析により、イミド基の生
成が明らかであり、又、THF、DMFに少なくとも3
0wt%の濃度で溶解した。
実施例4 実施例3で使用したo−エチルアニリン−ホルムアルデ
ヒド縮合物21.4g、PMDA122g(PMDA/
ジアミン=2/3(モル比))NA9、2gを使用し、
実施例3と同様の操作でイミドオリゴマーを製造した。
収率は定量的であった。
IR分析の結果、イミド基の生成があきらかであり、又
、THF、DMFに少なくとも30重量%の濃度で溶解
した。
実施例5 o−エチルアニリン、アニリンとホルムアルデヒトとの
共縮合物(日本化薬社製商品名カヤハードA−S、GP
Cによるジアミン成分54%)47.0gをNMP64
0mlに溶解し、BTDA44.6g(BTDA/ジア
ミン(換算)=2/3(モル比))を添加し室温にて1
時間撹拌後NA27.3gを添加した。室温にて2時間
撹拌後一夜放置した。
生成したアミド酸溶液を約1時間で、200℃に昇温し
、4時間反応を行いイミドオリゴマーを製造した。実施
例1と同様にイミドオリゴマーを分離、洗浄、乾燥した
。収率は定量的であった。
生成したオリゴマーは、IR分析の結果イミド基の生成
があきらかであり、DMF、NMPに少なくとも30重
量%の濃度で溶解した。
実施例6 実施例15で使用したo−エチルアニリン、アニリンと
ホルムアルデヒドとの共縮合物460g、PMDA29
.6g(PMDA/ジアミン(換算)=2/3(モル比
))NA2670gを使用し実施例5と同様の操作でイ
ミドオリゴマーを製造した。収率は定量的であった。
生成したオリゴマーは、IR分析の結果イミド基の生成
かあきらかであり、又、DMF、NMPに少なくとも3
0重量%の濃度で溶解した。
比較例1 4,4′−ジアミノジフェニルメタン8.9gをNMP
80mlに溶解し、BTDA9.7gを加え2時間反応
後NA5.9gを添加して更に4時間、室温にて反応を
行った。次いで無水酢酸123g、ピリジン5gを添加
して昇温して150℃で1時間反応を行った。加熱と共
に黄色不溶分が多量析出した。冷却後ピリジンを含む多
量の水中に投入し、イミドオリゴマーを析出させた。不
溶分をろ別後、再度水にて洗浄し、100℃にて50時
間真空乾燥を行った。収率は98%であった。
生成したイミドオリゴマーはMEK、THF、DMF、
NMPに不溶であった。
実施例7〜12 実施例1〜6で製造したイミドオリゴマーをDMFに3
0〜35wt%の濃度で均一に溶解した。
これに炭素繊維(T−300、600fil−東レ製)
を浸漬し、100℃で70分、更に15分間で200℃
に昇温して乾燥することによってプリプレグを製造した
次いで、このプリプレグを金型に一方向に充填し、脱気
操作を行いながら、もしくは脱気操作を行うことなく、
5℃/分の速度で所定硬化温度に昇温し、2〜4時間硬
化反応を行った。
圧力は昇温途中250〜315℃の温度で70kg/c
m2に加圧し、酸化反応中及び終了後室温に冷却するま
で保持した。   ′ 得られた炭素繊維複合材の曲げ強度(FS)(JIS 
K−6911に準じた3点曲げ)及び層間せん断強度(
ILSS)(シュートビーム法)の値を表1に示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)芳香族テトラカルボン酸又はその誘導体、芳香族
    ジアミン及び末端官能化剤の3成分よりイミドオリゴマ
    ーを製造する方法に於いて、芳香族ジアミンとしてo−
    エチルアニリンとホルムアルデヒドとの縮合物を使用す
    ることを特徴とする有機芯剤可溶性イミドオリゴマーの
    製造方法
  2. (2)o−エチルアニリン、アニリンとホルムアルデヒ
    ドとの三成分共縮合物を使用することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の方法
JP4077683A 1983-03-14 1983-03-14 イミドオリゴマ−の製造方法 Granted JPS59167569A (ja)

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