JPH03502941A - 強靭な高性能付加型熱可塑性ポリマー - Google Patents
強靭な高性能付加型熱可塑性ポリマーInfo
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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】
強靭な高性能付加型熱可塑性ポリマー
発明の起源
ここに記載の発明は、合衆国政府の被雇用者により成されたものであり、政府に
よりまたは政府のために政府に関する目的で実施料の支払いなしに製造され使用
されてよいものである。
灸咀史宣量
1、発明の分野
本発明は強靭な高性能熱可塑性ポリマーに関する。本発明は、特に、線状構造を
もたらす付加硬化を経た付加型熱可塑性ポリマーに関する。
2、関連技術の記載
近年、強化エポキシド、ビスマレイミド、PMRポリイミドおよびアセチレン末
端樹脂のような強化高性能熱硬化性ポリマーの開発が、新規ポリマー複合物の調
製についての研究より盛んである。これらのポリマーは、(1)架橋密度の低下
、(2)可撓化結合の組込、(3)ゴム強化、(4)付加型熱可塑性物質の合成
、(5)ポリマーブレンドおよび(6)半相互侵入(seIIli−inter
penetrating)ポリマーネットワークを含む幾つかの方法により強化
することができる。はとんどの上記方法に共通の一つの特徴は、それらのポリマ
ーのTgをかなりの費用をかけて低下させた場合に靭性が得られることであるが
、Tgの低下はポリマーの高温での機械的性能に悪影響を与える。上記強化法の
うち、付加型熱可塑性物質(ATT)の合成が非常に好ましい方法と考えられる
が、以下の理由により、最も研究がなされていない。
ATTは線状構造をもたらす付加硬化を経たポリマーと定義される。このような
ポリマーは、2つの主な古典的分類、すなわち熱硬化性物質(架橋構造を有する
付加硬化)および熱可塑性物質(線状構造を有する縮合反応硬化)に類似する点
において従来のものと異なる。その付加硬化および線状構造の故に、ATTポリ
マーは(熱可塑性物質のように)靭性を有しく熱硬化性物質のように)容易に加
工することができる。
本発明の主な目的は、ATTポリマーの主鎖に安定な芳香環を形成する合成反応
を提供し、それにより高温性能および熱酸化安定性に靭性および加工容易性を組
み合わせ、従来のポリマー合成においてしばしば見られる特性取捨選択の必要性
を減じまたは無くすことである。
本発明のもう一つの目的は、上記主目的の達成において用いられる新規単量体を
提供することである。
発明の要約
本発明によれば、上記目的は、ビスエチニル化合物中の芳香環と共役している三
重結合とディールス・アルダ−型付加物の形成に活性を有する二重結合を含む化
合物中の活性二重結合とを反応させることにより達成される。後者の化合物がビ
スマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベンゾキノンのうちの一種またはそ
の混合物である場合、特に良好な結果が得られている。反応生成物を付加硬化す
ると高度に線状のポリマー構造が得られ、この高度に線状のポリマー構造を熱処
理することにより熱安定性芳香族付加型熱可塑性ポリイミドが得られる。ビスエ
チニル化合物と、ディールス・アルダ−型付加物の形成に活性を有する二重結合
を含む化合物を、化学量論量に従い、および化学量論量に従わずに、特に、約7
:1〜1ニアのモル比で反応させる。本発明の強靭な高性能ポリイミドは、成形
用化合物、接着組成物およびポリマーマトリックス複合物の調製に非常に有用で
ある。本発明のポリイミドの調製に用いられる新規単量体材料は、下記式:
本発明を、その目的および得られる利益を含んで充分に理解するために、以下に
示す好ましい態様の詳細な説明を参照すべきである。
この説明は添付図面と共に読まれるべきである。
第1図は、付加型熱可望性ポリマーの合成に可能な機構を示す反応式である。
第2図は、市販の出発材料〔サーミド(T bermid) 600 〕および
本発明の新規単量体材料(CA/MDA/6F)からの本発明のポリイミド生成
物(LaRC−RP 80)の合成を示す反応式である。
第3図は、ビスエチニル化合物とビスマレイミドとの反応の可能な機構を示す反
応式である。
第4図は、第2図の本発明のポリイミド生成物(a)、第2図の市販の出発材料
(b)および第2図の本発明の新規単量体物質(C)のFTIRスペクトルを示
す。
第5図は、乾燥状態の第2図のポリイミド生成物(a)、湿った状態の第2図の
ポリイミド生成物(b)および空気中、371℃で6時間熟成した第2図のポリ
イミド生成物(c)の熱特性(thermosechanical)分析の結果
を示す。
第6図は、第2図のポリイミド生成物の走査型電子顕微鏡写真である。
第7図は、第2図のポリイミド生成物(a)、第2図の市販の出発材料(b)お
よび第2図の新規単量体物質(c)の熱重量分析の結果を示す。
第8図は、第2図のポリイミド生成物(a)、第2図の市販の出発材料(b)お
よび第2図の新規単量体物質(C)の等温(371°C)熱重量分析の結果を示
す。
好ましい態様の記載
A、 T Tの合成概念を第1図に概略的に示す。合成は、アセチレン末端プレ
ボレマーを、ディールス・アルダ−型付加物の形成に活性を有する二重結合を含
む化合物、例えばビスマレイミド、ビスシトラコンイミドまたはベンゾイミドに
より付加環化することにより行うことができる。反応部位は、ビスエチニル化合
物中の芳香環と共役している三重結合と、ディールス・アルダ−型付加物の形成
に活性を有する二重結合を含む化合物中の活性二重結合である。付加環化は、第
1図の(a)および(b)に示すような少な(とも二つの反応経路を介して行わ
れる。いずれの経路も協奏反応を含む。経路(a)は、共役三重結合の4π電子
とマレイミド二重結合の2π電子のディールス・アルダ−反応により、アレン官
能基を含む歪みの大きい中間体(3)を形成する。環張力を弛緩するために、化
合物(3)は、[1,3]シグマトロピーハイドライドシフトを介して迅速に転
位してより安定な化合物(4)になる傾向が大きい。別の方法として、化合物(
4)は、三重結合の2π電子とマレイミド二重結合の2π電子との相互作用およ
び同時に起こる[1.5]シグマトロピーハイドライドシフト(経路(b))に
より直接形成することができる。熱酸化安定性を同上させるために、化合物(4
)を熱処理して芳香族化し、化合物(5)を得る。線状熱可塑性材料を調製する
ときは、化学量論量の反応体を合成に用いるべきである。そうでないと、過剰の
反応体の存在により半相互侵入ポリマーネットワークが形成され得る。現在では
、多数のアセチンレ末端ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベンゾキ
ノン化合物を入手することができ、これらの化合物は多様に組み合わせることが
できるので、本発明は非常に用途が広く、複合化および接着剤用途に好適な広範
囲の新規生成物が開発され得る。
上記概念を、新規ポリイミドLaRC−RP80を合成し、特性決定することに
より示す。
[実施例]
1、材料
ナショナル・スターチ社(National 5tarch)からサーミド(T
herwid) L R600を購入した。イーストマン社(E astman
)の4,4゛−メチレンジアニリン(MDA)をそのまま用いた。アメリカン・
へ牛スト社(A merican Hoechst)の2.2−ビス(3,4−
ジカルボキシフェニル)へキサフルオロプロパンニ無水物(6F)を無水酢酸/
トルエン(20/80容積比)から再結晶した。融点245〜246℃。アルド
リヅチ社(A Idrich)の無水シトラコン酸(CA)を新たに蒸留した。
2、ビスシトラコンイミドの合成
第2図に化学構造を示す新規ビスシトラコンイミドCA/MDA/6Fを2工程
で調製した。工程1はジアミンMDA/6Fの調製に関する。工程2は以下の手
順によるCAとMDA/6Fの反応に関する。
塩化メチレンおよびアセトンの1=1容積容積比溶媒物200xf2にジアミン
MDA/6F(0,05モル)を溶解した溶液に、撹拌還流しながら、CA(0
,1モル)の同じ溶媒混合物100zf2中溶液を15分かけて添加した。10
分間還流後、反応溶液の色が暗褐色から黄色に変化し、アミン酸前駆体と同定さ
れた固体物質が沈澱した。
30分後、酢酸ナトリウム(5g)および無水酢酸(100jlQ)を添加して
アミン酸を化学的にイミド化して相当するイミドとした。無水酢酸および酢酸ナ
トリウムの添加直後に、反応溶液の色は黄色から暗褐色に戻り、固体が溶解して
清澄な褐色溶液となった。反応の進行をFTIRで追跡した。1時間後、飽和炭
酸ナトリウム水溶液2001t12で3回洗い、有機物質を無水硫酸マグネシウ
ムで乾燥し、有機溶媒を蒸発させることにより反応生成物を後処理した。これに
より粗ビスシトラコンイミドを収率99%で得た。アセトン/水から再結晶後、
融点190〜192℃の淡灰色固体を得た(全収率78%)。そのFTIRスペ
クトルは以下の特性吸収バンドを示した=3100(C−C−HマレイミF)、
1775(C=o イミド面内(in−phase))および1720(C=O
イミド面外(out−of−phase))、1635(C=Cマレイミド)、
1375.1260.1140および1100c+e−’(C−F)。
3 樹脂の調製および特性決定
第2図は、LaRC−RP80の合成を示す。市販のサーミドLR−600およ
び先に調製したCA/MDA/6Fを化学量論量でアセトンに溶解し50重量%
暗褐色溶液を得た。溶液を窒素雰囲気中、100°Cで1時間半濃縮し、続いて
空気中、250℃で1時間処理した。これによりLaRC−RP80成形粉末を
得た。該粉末のDSCは210°Cでの吸熱および240℃での発熱を示した。
興味深いことに、LaRC−RP80およびCA/MDA/6Fプレポリマーと
同じ条件下に調製したサーミド600成形粉末のDSCスキャンにおいては、こ
の発熱ピークは見られなかった。このことは、発熱が、構成物質のホモ重合では
なく、サーミド600とビスシトラコンイミドとの反応から生じる化学構造に起
因することを示している。LaRC−RP80成形粉末(15,50g)を常温
マツチド金属ダイ内に仕込んだ。次にこれを288℃に予熱したプレスに挿入し
た。温度プロフィールを決めるために熱電対をダイに取り付けた。ダイ温度が2
25℃に達したところで、2000psiの圧力をかけた。2℃/分の割合で2
88℃に昇温した。純樹脂を、2000psiを圧力下、空気中、288°Cで
1時間硬化させ、ダイか177℃に冷却したときにプレスから取り外した。樹脂
を空気中、288°Cで4時間、後硬化した。これにより、3.2cmX3.2
cmX 1゜Ocmの寸法で密度1.35g/ccの純樹脂を得た。純樹脂断面
の光学顕微鏡検査において、ボイドも欠陥も発見されなかった。この成形品をC
T試験体として用いて特性決定した。
4、接着結合および試験
サーミドLR−600およびビスシトラコンイミド(1:1モル比)の50重量
%アセトン溶液を、金属フレーム上に張った112E−ガラス(AI100仕上
げ)クロスにはけ塗りした。塗装間にスクリムクロスを空気中、60°Cで30
分乾燥した。4回目の塗装後、クロスを空気中、zoo′c、t5o℃および1
77℃の温度でそれぞれ1時間処理した。幅25.4mm、厚さ1.27mmの
6 Af2−4 Vチタン被着体を用いてシングルラップ剪断結合試験体を作成
した。
被着体の結合領域は、セムコ[SEMCO:カリフォルニア、グレンゾール(G
1endale)在〕から市販されているパサ・ジェル(P asaJell
)107で表面処理し、樹脂溶液を下塗りし、先に調製したスクリムクロスと同
様の方法で加熱した。β−処理スクリムクロスを12.7mmの重なりを持たせ
て下塗りした被着体間に挟み、ラップ剪断試験体を以下のように結合させた:
(1)室温から250°Cに4℃/分で昇温、(2)250℃で200psiの
圧力をかけ、4℃/分で288℃に昇温、(3)200psiの圧力下、288
°Cの温度に1時間維持、および(4)加圧下に室温まで冷却。結合試験体を空
気中、288℃で4時間、後硬化させた。ラップ剪断試験を、ASTM D−1
002によりインストロン万能試験機を用いて行った。
5 反応機構
第3図は、アセチレン末端化合物とマレイミドとの反応が3つの態様で起こり得
ることを示している: (a)2つの反応体の個々のホモ重合により架橋ネッ
トワーク混合物を形成、(b)アセチレンとマレイミドとの付加環化反応により
第1図に示す2つの経路のうち一方を介してATTを形成、および(C)マレイ
ミドニ重結合をアセチレン三重結合に付加して高度に架橋した物質を形成。経路
(b)のみが強靭な線状熱可塑性物質を形成する。他の2つの経路は、脆い架橋
ポリマーを形成する。これは重大な違いである。
6、ATTの証拠
第3図に示す3つの反応機構のうち、経路(b)は以下の5つの発見に一致する
。第1に、硬化LaRC−RP80純樹脂のFTIRスペクトルが、付加環化付
加物の形成を示す5つの新しい吸収バンドを示した。これらの新しいバンドを第
4図中に矢印で示す。比較のために、LaRC−RP80と同じ条件下に硬化し
たCA/MDA15Fポリマーとサーミド600のFTIRスペクトルも第4図
に示す。新規バンドおよびその帰属は、シクロヘキセン中のC=C−H伸縮振動
による3 115cm−’、シクロヘキセン中のC= C伸縮振動による1 6
45cni−’、ンクロヘキセンに隣接している芳香環による1 510cm−
’、およびスクシンイミドのC−N−Cによる1140c1′である。第2に、
LaRC−RFe5は構成ポリマーよりかなり強靭である(C’A/MDA/8
Fの32J/m宜およびサーミド600の85J/g+”に比してG、c324
J/lす。このような高い強靭性は線状熱可塑性物質の挙動に合致するが、高
度に架橋したポリマーの挙動には合致しない。第3に、LaRC−RFe5のD
SCスキャンは、構成物質のDSCスキャンには見られない240°C前後の発
熱ピークを示す。このことは、(a)経路ではなく、(b)および(c)経路の
発生を示している。第4に、一つのTgしかTMAサーモグラムにおいて観察さ
れず(第5図参照)、LaRC−RFe5のTBAスペクトルにおいて確認され
ない。このことより、LaRC−RFe5は単相系であることが分かる。そのよ
うな形態は、経路(b)および(C)の両方に合致するが、経路(a)には合致
しない。最後に、AS−4/LaRC−RP80複合物は、再処理して欠陥を直
すことができる。
上述のことから、経路(b)によるATT形成を支持する証拠が強力である。
7、処理
現水準のB M I sは加工が容易であることが知られている。しかしながら
、その加工サイクルは、幾つかの工程を含む長時間の硬化および後硬化時間が必
要であることが多い。LaRC−RFe5は、以下の3つの理由により容易かつ
迅速に加工することができる。反応成分は、アセトンのような容易に除去できる
低沸点溶媒に容易に溶解することができる。それは、硬化の最後の重要な段階に
おいて揮発性副生物の放出により形成される空隙を除くような付加硬化機構を有
する。最後に、硬化は穏やかな高温において迅速に起こる。
LaRC−RFe5のための硬化サイクルは、288℃での1時間の硬化および
288°Cでの4時間の後硬化からなる。
8、樹脂特性
第1表は、LaRC−RFe5の純樹脂特性を示す。
第1表
製別翅5
7、a、乾燥/湿潤5、’C268/254密度、g/cc
1.33水分b/溶媒0吸収率、% 2.60/2
.40非
G Ic5J /+i”(インチ−ポンド/インチリ’ 324(1,85)
空気中TGAによる熱酸ヒ安定性
開始温度、℃ 4845%重jl損失時の温度、℃
514371℃で50時間後の重量損失、% 18注: a
TMAにより決定
す室温で水に2週間浸漬した試験体
C沸騰CH,CQtに60時間浸漬した試験体d室温で圧力6,0X10’ps
i下のサーミド600の引張弾性率を用いてK ICから算出、3%の変動性を
有する二つの測定値の平均
第5図に示すように、LaRC−RFe5は乾燥および湿潤Tgをそれぞれ26
8℃および254℃に示した。空気中、317℃での等温熟成4時間によりTg
が312°Cの上昇した。高いTgを有するが、LaRC−RFe5は非常に優
れた靭性特性も示した。Glcの値は324J/m’であった。高い靭性および
高いTgは望ましい特性なので、および前者は後者の犠牲により達成されること
が多いので、両者を同時に有することは興味深い。230°C〜290℃の範囲
にTgがある現水準のBMIのG、eの値は、34〜280J/がの範囲内で変
化する。従って、LaRC−RFe5は、匹敵するTgを有するBMIのうちで
靭性の最も高い部類に位置付けられる。
第6図は、LaRC−RFe5の破断面の走査型電子顕微鏡写真を示す。LaR
C−RP80破断面写真は、樹枝状パターンを示している。最初の生長領域は伸
びた列および筋を示し、それはクラック生長方向に走り、高度の規則性を有して
かなりの距離に及んでいる。これは明らかに延性破壊である。
第7図に示すように、LaRC−RFe5は514℃で5%の重量損失を示す。
これは、現在まで開発されたBMIについて見られる最も高い熱酸化安定性を示
す。さらに、第7図および第8図は、LaRC−RFe5の熱酸化安定性がサー
ミド600と同程度であり、ビスシトラコンイミドCA/MDA/8Fよりも実
質的に優れていることを示している。
LaRC−RFe5は際立った防水性も示した。典型的なりMTは4〜6%の平
衡水分吸収率を有する。LaRC−RFe5について2.6%の値が得られた。
この材料の良好な防水特性は、前記の高い湿潤Tgおよび以下の第2表の示す優
れた熱/湿潤ラップ剪断強度に反映される。
9、接着特性
第2表は、LaRC−RFe5の接着特性および比較のためのサーミド600の
それをまとめて示す。
第2表
LaRC−RFe5およびサーミド600の接着特性チタン−チタン間
樹脂 乾燥C湿潤6°乾燥f 湿潤1 熟成d「LaRC−RP
80’ 14.3 20,5 19.2 20.5 12.6サーミ)’6
00 10.5 − 15.5 −注: a 6%の変動性を有する
四つの試験値の平均平均結合ライン厚0.0 O5’
b 破断表面は目に見える空隙がなく平滑であったC 接着破壊
d #集/接着破壊
e 試験体を室温で水に2週間浸漬したf 凝集破壊
g 空気中、288°Cで500時間熟成後被着体としてチタンを用いたLaR
C−RFe5の室温ラップ剪断強度は2078psiであった。水分吸収により
室温および高温の両方におけるラップ剪断強度が大きくなった。さらに、高温試
験において、乾燥および湿潤の両条件でラップ剪断強度が太き(なる結果も得ら
れた。これは予期しないことであった。常に、室温において乾燥状態で試験した
試験体は接着破壊を示し、232℃にて試験した水分飽和サンプルは凝集破壊を
示した。232℃にて湿潤状態におけるラップ剪断強度2963psiで、La
RC−RFe5はその室温特性の143%を維持する。現水準のBMIはこれに
比べかなり低い接着特性を示した。
10、 ビスシトラコンイミドおよびビスマレイミドの合成第3表は、以下に
記載する次のポリマー合成のために調製された5種のビスシトラコンイミドおよ
び5種のビスマレイミドの化学構造および表示を示す。以下に、上記10種の化
合物の調製に用いられる通常の合成手順を示す。その合成は2つの工程を含む。
第1工程は4.4°−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(〇−無水フタ
ル酸)[以下、6F二無水物と言うコからのジアミン、および相当する芳香族ジ
アミンの合成である。例えば、4,4“−メチレンジをN−メチル−ピロリドン
(350+0中で4時間還流することにより、4.4’−[2,2,2−)リフ
ルオロ−1−(トリフルオロメチル)エチリデンコビス(N−[α−(p−アミ
ンフェニル)−p−トリルコフタルイミドコ(以下、MDA/6Fと言う)が調
製される。冷却した反応混合物を氷−水混合物(500xQ)に注ぎ、固体を濾
過し、蒸留水で洗い(5X1001の、減圧下に100℃で乾燥してジアミンM
DA/6Fを収率99%で得た。上記と同じ手順を用いて、以下の4種のジアミ
ンも調製した。4,4″−[2,2,2−トリフルオロ−1−(1−リフルオロ
メチル)エチリデン]ビス[N−[p−(p−アミノフェノキシ)フェニル]フ
タルイミド](ODA/6F)、4.4’−[2,2,2−トリフルオロ−1−
(トリフルオロメチル)エチリデン]ビス[N−(p−スルフアニリルフェニル
)フタルイミド](DDS/6F)、4.4’−[2,2,2−トリフルオロ−
1−(トリフルオロメチル)エチリデン]ビス[N−(p−アミノフェニル)フ
タルイミドコ(F D/8 F)および4,4°−[2,2,2−)リフルオロ
−1=(トリフルオロメチル)エチリデン]ビス[N−(12−アミノドデシル
)フタルイミド](DDA/6F)。
第2工程は、下記実施例10(A)に記載するビスシトラコンイミドCA/MD
A/6Fの調製により例示できる。
第3表
調製したビスマレイミドおよびビスシトラコンイミドの化学構造および表示
(表示:MA/MDA/6F)
(表示:MA/D D S /6 F )(表示:MA/P D A/6 F
)10(A)
塩化メチレンおよびアセトンの1=1容積容積比溶媒物200j112にジアミ
ンMDA/6F(0,05モル)を溶解した溶液に、撹拌還流しながら、同じ溶
媒混合物100112にCA(0,1モル)を溶解した溶液を15分で添加した
。1o分間還流した後、反応溶液の色は暗褐色から黄色に変化し、アミド酸前駆
体と同定された固体物質が沈澱した。30分後、酢酸ナトリウム(5g)および
無水酢酸(100道のを添加し、アミド酸を化学的にイミド化して相当するイミ
ドを得た。無水酢酸および酢酸ナトリウムの添加直後、反応溶液の色は黄色から
暗褐色に戻り、固体物質は溶解して清澄な褐色溶液が得られた。反応の進行をF
TIRで追跡した。1時間後、反応生成物を、飽和炭酸ナトリウム水溶液20o
JjI2で3回洗い、有機物質を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、有機溶媒を除
去することにより後処理した。これにより、粗ビスントラコンイミドCA/MD
A/6Fを収率99%で得た。アセトン/水から再結晶した後、融点190〜1
92℃の淡黄色固体を得た(全収率78%):IR(CH(12,)3100.
]、775.1720.1635.1375.1260,1140および110
0cm−’。
元素分析:計算値(C,、H5,N、F、O,として):C166,53,H。
3.43.N、5.65;F、11.49、実測値:C,64,48;H,3,
62;N、5.51 ;F、12.31+o(B)
実施例10(A)と同様にして、CA(0,1%ル)と○DA/6F(0,05
モル)の反応により融点138〜143°Cの粗CA10DA/6Fを収率99
%で得た。再結晶後、融点が180〜182℃の暗褐色固体を得た: IR(C
HCσ3)3050.1775.1725.1640.1225.1375.1
260.1140および1100cn+−’、’HNMR:δ2.09.6.8
0.7.20.7゜35.7.91゜元素分析二計算値(CssHs。N、F、
O,。として):C,63,86;H,3,01、N、 5.62.F、 11
.45゜実測値:C,62,35、H,3,29、N、5.31 ; F、13
.26゜実施例10(A)と同様にして、CA(0,1モル)とDDS/6F(
0,05モル)の反応により融点174〜180°Cの粗CA/DDS/6Fを
収率98%で得た。再結晶後、融点が210〜2110Cの灰色固体を得た:
IR(CHCQ3)3030.1770,1720.1350および1140c
m−’、元元素分析計計算値C,、H,。
N、F、O,、St): C,5B、24 ;)I、2.75 ;N、5.13
; F。
10.44 : S、 5.86゜実測値:C,57,39;)(,3,30;
N、4.73 ; F、10.67 、S、5.9B。
10(D)
実施例10(A)と同様にして、CA(0,1モル)とPD/6F(0,05モ
ル)の反応により融点208〜212°Cの粗CA/PD/6Fを収率99%で
得た。再結晶後、融点が230〜232℃の暗紫色固体を得た: IR(CHC
Q、)3030,1760.1715.1640.1375.1260,114
0および1100ca+−’。
元素分析二計算値(C,、H,、N、F、08): C,60,59; H。
2.71 :N、6.90;F、14.04゜実測値:C,60,32;H,2
,87,N、6.75;F、14.27゜10(E)
実施例10(A)と同様にして、CA(0,1モル)とDDA/6F(0,05
モル)の反応により融点121〜125°Cの粗CA1DA/6Fを収率99%
で得た。再結晶後、融点が132〜134℃の淡黄色固体を得た: IRCCH
C(1B> 3300.1760,1720.1375.1280,1140お
よび1100cm−’。元素分析:計算値(C4$HSIN 4F −04>
: c、62.82;H17,35、N、6.10.F、11.89゜実測値:
C,63,86,H。
7.18;N、6.93;F、12.01゜10(F)
実施例10(A)と同様にして、無水マレイン酸(MA)(0,1モル)とMD
A/6F(0,05モル)の反応により融点138〜143℃の金色の粗MA/
MDA/6Fを得た。
10(G)
実施例10(A)と同様にして、MA(0,1モル)とODA/6F(0,05
モル)の反応により融点130−134℃の暗褐色の粗MA10DA/6Fを得
た。
10(H)
実施例10(A)と同様にして、MA(0,1モル)とDDS/6F(0,05
モル)の反応により融点158〜163℃の灰白色の粗MA/DDS/6Fを得
た。
10(I)
実施例10(A)と同様にして、MA(0,1モル)とPD/6F(0,05モ
ル)の反応により融点189〜193℃の紫色の粗MA/P D/6 Fを得た
。
10(J)
実施例10(A)と同様にして、MA(0,1モル)とDDA/6F(0,05
モル)の反応により融点105〜108℃の淡黄色の粗CA/DDA/6Fを収
率89%で得た。
叉嵐烈ユニ
N−19ルビロリ)’7(NMPXI 8.89g、 O,OO8モル)中に5
0重量%の固体を含む市販のサーミドLR−600のアセトン(5Mの溶液を、
調製したCA/MDA/8F(8,0g、0.008モル)のアセトン(531
12)溶液に、一度に添加した。混合物を室温で30分撹拌し50重量%暗褐色
溶液を得た。溶液を、窒素雰囲気下に100’Cで1.5時間濃縮し、続いて空
気中、250℃で1時間処理した。これによりDSCにおいて210℃で一つの
吸熱ピークを示し240°Cで一つの発熱ピークを示す成形用粉末を得た。成形
用粉末(15,50g)を常温マツチド金属ダイ内に仕込んだ。次に、これを2
88℃に予熱したプレスに挿入した。温度プロフィールを決めるために熱電対を
ダイに取り付けた。ダイ温度が225℃に達したときに、2000psiの圧力
をかけた。2°C/分の速度で288°Cに昇温した。純樹脂を、2000ps
iの圧力下、空気中、288°Cで1時間硬化させ、ダイ温度が177°Cに低
下したときにプレスから取り出した。樹脂を空気中、288°Cで4時間後硬化
させた。
これにより3.2emX3.2cmX 1.Ocmの寸法で密度が1.35g/
cCの純樹脂を得た。純樹脂断面の光学顕微鏡検査において、空隙または欠陥は
見つからなかった。このポリマーをLaRC−RP80化学量論量に従うことが
ポリマー特性に与える影響を評価するために、実施例11と同様にして、実施例
11と同じ反応体から化学量論1に従わない組成を有するポリマーも調製した。
実施例11の手順に従ッテ、サーミドLR−Boo(0,008(−ル)および
CA/MDA/6F(0,0053モル)からポリマーを調製した。このポリマ
ーをLaRC−RP80−Aと表す。
実施例13
実施例11と同様にして、f−4)’LR−600(0,0053(−ル)およ
びCA/MDA/6F(0,008モル)から化学論量に従わない組成を有する
ポリマーを調製した。このポリマーをLaRC−RP80−Bと表す。
実施例I4
実施例11と同様にして、サーミFLR−600(0,008モル)とCA/○
DA/8 F (0,008モル)をその場で重合することにより3.2cmX
3.2cmX 1.5cmの寸法で密度が1.37g/ccの空隙を好さない純
樹脂を得た。このポリマーをLaRC−RFe5と表す。また、サーミドLR−
600(0,008モル)およびCA/MDA/6F(0,0053モル)から
なるポリマーを調製し、それをLaRC−RFe5−Aと表す。
実施例15
実施例11と同様にして、+−ミ)’LR−600(0,001モル)とCA/
DDS/6F(0,001(−ル)の反応により、直径2.54cmおよび厚さ
1cmの寸法で、密度1.36g/cc、乾燥Tg269℃、湿潤Tg265°
Cの空隙を有さない純樹脂ディスクを形成した。このポリマーをLaRC−RP
−56と表す。
実施例16
実施例11と同様にして、サーミドLR−800(0,001モル)とCA/P
D/6F(0,001モル)の反応により、直径2.54cmおよび厚さIcm
の寸法で、密度1.37g/cc、乾燥Tg310°C1湿潤Tg288°Cの
空隙を有さない純樹脂ディスクを形成した。このポリマーをLaRC−RP57
と表す。
実施例17
実施例11と同様にして、サーミドLR−600(0,001モル)とCA/D
DA/6F(0,001モル)の反応により、密度1.29g/cc、乾燥Tg
139℃、湿71Tg133℃の空隙を有さない純樹脂ディスクを形成した。こ
のポリマーをLaRC−RP58と表す。
実施例18
実施例11と同様にして、サーミドLR−600(0,008モル)とM A
/ M D A / 6 F (0、OO8モル)の反応により、3.2cmX
3゜2cmX1.3cmの寸法で、密度1.37g/cc、乾燥Tg265℃、
湿潤Tg253°Cの空隙を有さない純樹脂を形成した。このポリマーをLaR
C−RP9Bと表す。
実施例19
実施例11と同様にして、サーミドLR−600(0,008モル)とMA10
DA/6F(0,008モル)の反応により、3.2cmX3゜2cmX1.4
cmの寸法で、密度1 、33g/cc、乾燥Tg253°C1湿潤Tg251
’Cの空隙を有さない純樹脂を形成した。このポリマーをLaRC−RFe5と
表す。
夫施叫lユ
実施例11と同様にして、サーミドLR−Boo(0,008モル)とMA/D
DS/6F(0,008モル)の反応により、密度136g/ ccs乾燥Tg
267°C1湿潤Tg250℃の空隙を有さない純樹脂を形成した。このポリマ
ーをLaRC−RP 100と表す。
実施例21
実施例11と同様にして、サーミドLR−600(0,008モル)とMA/P
D/6 F (0,OO8モル)の反応により、密度1.37g/cc、乾燥
Tg278°C1湿潤Tg271℃の空隙を有さない純樹脂を形成した。このポ
リマーをLaRC−RP 101と表す。
実施例22
実施例11と同様にして、サーミFLR−600(0,008モル)とMA/D
D A/6 F (0,OO8モル)の反応により、密度1.28g/cc、
乾燥Tgl 21℃、湿潤Tgl19℃の空隙を有さない純樹脂を形成した。こ
のポリマーをLaRC−RP 102と表す。
実施例23
実施例11と同様にして、サーミドLR−600(0,001モル)とp−ベン
ゾキノン(0,001モル)の反応により、i度1.23gの純樹脂を形成した
。このポリマーをLaRC−RP 103と表す。
実施例24
実施例11と同様にして、市販のサーミドFA−700(0,001モル)とM
A/MDA/6F(0,OO1モル)の反応により、密度141gの空隙を有さ
ない純樹脂ディスクを形成した。このポリマーをLaRC−RP 104と表す
。
実施例25
実施例11と同様にして、内部粘度0.35dMgのエチニル末端アリーレンエ
ーテルオリゴマー(ETAE)(0,OO1モル)とCA/MDA/6F(0,
001モル)の反応により、密度1.31g/ccの空隙を有さない純樹脂ディ
スクを形成した。このポリマーをLaRC−RP105と表す。
第4表および第5表は純樹脂の処理条件および特性を示す。
箪ん茎
脂 硬化サイクル
本発明により調製された 288℃で1時間硬化全てのポリイミド 28
8℃で4時間後硬化市販のビスマレイミド 80〜204℃でf1間硬化22
0〜260℃で4〜24
時間後硬化
第5表
TGAによる熱酸化安定性
LaRC−RP83 255 249 316 2.1 490
19サーミド600 305− 85
1.2 514 18[TM:ナ
シズナル・
スターチ(Nat i。
nal 5tarch)
製〕
ケリミF(Kerim 290 − 34
4.5 347ラン(Phone−P
oulenc)製〕
実施例26
サーミドLR−600およびCA/MDA/6F(1: 1モル比)の50重量
%アセトン溶液を、金属フレーム上に張った112E−ガラス(AI100仕上
げ)クロスにはけ塗りした。塗装間にスクリムクロスを空気中、60’Cで30
分乾燥した。4回目の塗装後、クロスを空気中、100℃、150℃および17
7°Cの温度でそれぞれ1時間処理した。幅25.4mm、厚さ1.27mmの
6 Aff−4Vチタン被着体を用いてシングルラップ剪断結合試験体を作成し
た。被着体の結合領域表面を、バサ・ジェル(Pasa Jell) 107
[カリフォルニア、グレンデーノ喧G 1endale)在セムコ(SEMC
○)から市販されている製品の登録商標〕で処理し、樹脂溶液を下塗りし、先に
調製したスクリムクロスと同様の方法で加熱した。β−処理スクリムクロスを1
2.711111の重なりを有するように下塗りした被着体間に挟み、ラップ剪
断試験体を以下のように結合させた: (1)室温から250℃に4℃/分で昇
温、(2)250℃で200psiの圧力をかけ、4℃/分で288℃に昇温、
(3)200psiの圧力下、288℃の温度に1時間維持、および(4)加圧
下に室温まで冷却。結合試験体を空気中、288°Cで4時間、後硬化した。ラ
ップ剪断試験を、ASTM D−1002によりインストロン万能試験機を用い
て行った。第6表に接着特性を示す。
第6表
LaRC−RP80−A 13.8(2004) 16.8(2440) −
9,5(1375) 8.9(1283)LaRC−RP83 16.9(2
446) 21.1(3063) 20.5(2975) 20.4(2950
) 10.5(152gj
LaRC−RP83−A I4.0(2034) 16.9(2450) 17
.6(2552) 17.0(2465) 17.2(24X3)
サーミド600 10.5(1515) −15,5(
2243) −(TM:十ン1ナルス
ターナiり
ケリミド601 8J(+210) −4,3(620)
−AS〜4未サイズ処理グラファイトヤーンをドラム巻きし、サー
ミドLR−600およびCA/MDA/6F (1: 1モル比)の50重量%
アセトン溶液をはけ塗りしてプレプレグを調製した。樹脂溶液の量を計算して6
0容積%の繊維を含む仕上げ複合物を生成した。テープを回転ドラム上、室温で
3時間乾燥し、ドラムから取り除き、1.9cmX 7.6c+++のブライに
切断した。プレプレグは優れた粘着およびドレープ特性を示した。12枚のプラ
イを単一方向に積み重ね、次に空気循環オーブン中、80°Cで1時間処理した
。処理した積層体を、常温マツチド金属グイ内に載置した。次に、これを288
°Cに予熱したプレスに挿入した。温度を決めるために熱電対をマンチドダイに
取り付けた。温度が135℃になったときに、200psiの圧力をかけた。4
℃/分の割合で288°Cに昇温した。
複合物は、空気中、200psiの加圧下、288℃で1時間硬化させ、グイ温
度力月OO℃に達したときにプレスから取り出した。次に複合物を空気中、28
8℃で4時間、後硬化した。複合物の超音波タラツクスキャンにおいて、空隙は
見つからなかった。複合物を再処理して不均質部分を修理することもできる。こ
の手順を使用して、種々の樹脂を用いて10の複合系を作成した。第7表は複合
物の特性を示す。
第7表
AS−4/LaRC−RP83 275 266 0.5 0
520AS−4/LaRC−RP57 312 280 0.8 0
560AS−4/LaRC−RP56 275 272 0.5
0 500AS−4/LaRC−RFe5 2g7 285 0.9
0 536^S−4/LaRC−RP99 285 259
0.4 0,5 514^S−4/LaRC−RPIOI
310 2g9 0.9 Q、2 585AS−4/LaRC
−RPloo 305 190 2.6 0.4 500架橋
熱硬化性物質 線状熱可塑性物質 架橋熱硬化性物質FI6.3
波 数
温 度 ℃
FIo、 5
Ftgure& LARC−RP80純樹脂破断面の走査型電子顕微鏡写真
F/θ 6
温度 oC
F/θ7
F/θθ
時間(時間)
国際調査報告
mIflvmm自^oe4cab。、l””’m f!910253g
Claims (19)
- 1.ビスエチニル化合物中の芳香族環と共役している三重結合と、ディールス・ アルダー型付加物の形成に活性を有する二重結合を含む化合物の活性二重結合を 反応させることを含んでなる強靭な高性能ポリイミドの製造方法。
- 2.ディールス・アルダー型付加物の形成に活性を有する二重結合を含む化合物 が、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベンゾキノンからなる群より 選択される請求項1記載の方法。
- 3.反応生成物を付加硬化して高線状ポリマー構造物を得る別の処理工程を含む 請求項2記載の方法。
- 4.高線状ポリマー構造物を熱処理して熱安定性芳香族付加型熱可塑性ポリイミ ドを形成することを含む請求項3記載の方法。
- 5.ビスエチニル化合物と、ピスマレイニド、ピスシトラコンイミドおよびベン ゾキノンからなる群より選択される化合物を化学量論重に従って反応させる請求 項2記載の方法。
- 6.ビスエチニル化合物と、ビスマレイミド、ピスシトラコンイミドおよびベン ゾキノンからなる群より選択される化合物を化学量論量に従わずに反応させる請 求項2記載の方法。
- 7.ビスエチニル化合物と、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベン ゾキノンからなる群より選択される化合物が、7:1〜1:7のモル比で存在す る請求項6記載の方法。
- 8.ビスエチニル化合物中の芳香族環と共役している三重結合と、ディールス・ アルダー型付加物の形成に活性を有する二重結合を含む化合物の活性二重結合を 反応させることにより調製された強靭な高性能ポリイミド。
- 9.ディールス・アルダー型付加物の形成に活性を有する二重結合を含む化合物 が、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベンゾキノンからなる群より 選択される請求項8記載のポリイミド。
- 10.ビスエチニル化合物中の芳香族環と共役している三重結合と、ビスマレイ ミド、ピスシトラコンイミドおよびベンゾキノンからなる群より選択される化合 物の活性二重結合を反応させ、続いて反応生成物を付加硬化することにより調製 された、強靭で高性能で高線状付加型熱可塑性ポリイミド。
- 11.ビスエチニル化合物中の芳香族環と共役している三重結合と、ビスマレイ ミド、ビスシトラコンイミドおよびベンゾキノンからなる群より選択される化合 物の活性二重結合を反応させ、続いて反応生成物を順次付加硬化および熱処理す ることにより調製された、強靭で熱安定性で高性能の高線状芳香族付加型熱可塑 性ポリイミド。
- 12.ビスエチニル化合物と、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベ ンゾキノンからなる群より選択される化合物を化学量論量に従って反応させる請 求項9記載のポリイミド。
- 13.ビスエチニル化合物と、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベ ンゾキノンからなる群より選択される化合物を化学量論量に従わずに反応させる 請求項9記載のポリイミド。
- 14.ビスエチニル化合物と、ビスマレイミド、ビスシトラコンイミドおよびベ ンゾキノンからなる群より選択される化合物を7:1〜1:7のモル比で反応さ せる請求項13記載のポリイミド。
- 15.請求項8記載のポリイミドからなる成形用コンパウンド。
- 16.請求項8記載のポリイミドからなる接着組成物。
- 17.請求項8記載のポリイミドからなるポリマーマトリックス複合物。
- 18.式: 〔式中、R1およびR2は一価の水素、アルキルまたはアリール、R3は二価の アリール基または二価のアルキル基、およびnは1〜20の値を表す。〕 で示されるビスマレイミド。
- 19.無水物とジアミンを沸点が70℃以下の溶媒中で反応させてアミド酸を形 成し、アミド酸を同じ溶媒中で化学的にイミド化することを含んでなるビスマレ イミドの製造方法であって、無水物が無水マレイン酸および無水シトラコン酸か らなる群より選択される化合物であり、ジアミンが式: ▲数式、化学式、表等があります▼ 〔式中、R3は二価のアリール基または二価のアルキル基、およびnは1〜20 の値を表す。〕 で示される化合物であり、溶媒がアセトンおよび塩化メチレンからなる群より選 択される化合物である調製方法。
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