JPH0781205B2 - ポリイミド繊維 - Google Patents

ポリイミド繊維

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JPH0781205B2
JPH0781205B2 JP62040013A JP4001387A JPH0781205B2 JP H0781205 B2 JPH0781205 B2 JP H0781205B2 JP 62040013 A JP62040013 A JP 62040013A JP 4001387 A JP4001387 A JP 4001387A JP H0781205 B2 JPH0781205 B2 JP H0781205B2
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polyimide
fiber
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polyimide fiber
bis
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正司 玉井
三郎 川島
正博 太田
英明 及川
彰宏 山口
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三井東圧化学株式会社
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  • 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〕 本発明は新規なポリイミドからなるポリイミド繊維に関
する。
〔従来の技術〕
芳香族ポリイミドは有機ポリマーの中で最高級の耐熱性
に加え、優れた機械物性、耐溶剤性を有しており、例え
ばビス(4−アミノフェニル)エーテルとピロメリット
酸二無水物とからなるポリイミド(Dupont社製;商標KA
PTON,Vespel)は、それらの特徴を生かしてフィルムや
成形物の形態で実用化されている。これらポリイミドの
うちでも芳香族ジアミンとピロメリット酸二無水物とか
らなるポリピロメリットイミドはポリマー構造が直鎖状
であり高結晶性であるため高強度、高弾性率繊維素材と
しての可能性を有しているにもかゝわらずポリピロメリ
ットイミドからなるポリイミド繊維の研究は、M.M.Koto
n,Polym.Sci.USS.21.2756(1980)に見られるにすぎな
い。しかも得られたポリイミド繊維のうち、比較的高強
度であるポリ(4,4′−ビフェニレンピロメリットイミ
ド)繊維でもその強度は6.9g/dにすぎない。これは従来
のポリピロメリットイミドは加工性にとぼしいために溶
融紡糸できず、またほとんどの薬品に不溶であり、その
ために乾式紡糸もできず、ポリイミドの前駆体である不
安定なポリアミド酸の形態で湿式紡糸をして、ついで熱
水延伸後、熱環化させてポリイミド繊維を製造する湿式
紡糸法でしか繊維化することができなかったためであ
る。
また最近、神田ら〔繊学誌,40,T−480(1980)〕は、
ポリピロメリットイミドの高結晶性を犠牲にして、ポリ
イミドの延伸性の向上をはかり、テトラカルボン酸二無
水物成分として酸無水物中にエーテル結合や、カルボニ
ル結合の屈曲性の基を導入したビス(3,4−ジカルボキ
シフェニル)エーテル二無水物や3,3′,4,4′−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物を用い、またジアミ
ン成分として2−クロロベンジジンや2−クロロ−p−
フェニレンジアミンを用いた低結晶性のポリイミドによ
る繊維化を検討して、強度19.7g/dのポリイミド繊維を
作成している。
しかしながら、延伸性向上のために、結晶性を低下させ
る構造を導入し、弾性率が1380g/dと低いために、耐熱
性繊維としての総合的な性能は充分満足のゆくものでは
ない。またポリマー構造から、さらに高弾性の期待でき
るベンジジンとピロメリット酸二無水物とからなる高結
晶性のポリピロメリットイミドから得られるポリイミド
繊維は強度7.7g/d、弾性率は880g/dと低いものであっ
た。これも従来のポリピロメリットイミドの加工性が劣
るために前駆重合体であるポリアミド酸を一部化学イミ
ド化した後に紡糸して、その後熱処理延伸しポリイミド
繊維化を行なう乾湿式法でしか繊維化できなかったため
である。
本発明者らは、ポリピロメリットイミドの高結晶性をそ
こなうことなく、しかも、溶融紡糸可能な加工性良好な
新規ポリイミドを見い出し、高強度、高弾性率のポリイ
ミド繊維を得ることに成功し、本発明に至った。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、高結晶性の新規なピロメリットイミド
からなる高強度、高弾性率のポリイミド繊維を提供する
ことにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは前記目的を達成するために鋭意検討した結
果、下式(I)で表わされるポリイミドから高強度、高
弾性率のポリイミド繊維が得られることを見い出した。
すなわち、本発明は 式(I) で表わされる繰り返し単位を有するポリイミドからなる
ポリイミド繊維である。
本発明におけるポリイミドは、ジアミン成分として4,
4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニルを、ま
たテトラカルボン酸二無水物成分としてピロメリット酸
二無水物を用い、これらを重合させて得られるポリアミ
ド酸を、さらに脱水環化させて得られるポリイミドであ
る。
かつまた本発明のポリイミドは従来のポリイミドと同様
な耐熱性を有していながら、結晶性であり、しかも熱可
塑性であるという特色を有している。そのため、溶融紡
糸可能な、高結晶性のポリイミドである。
本発明におけるポリイミドは次のごとき方法で得られ
る。
すなわちまず4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビ
フェニルとピロメリット酸二無水物とを有機溶媒中で重
合させてポリアミド酸を得る。
このポリアミド酸の生成反応は通常、有機溶媒中で実施
する。この反応に用いる有機溶媒としては、例えば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,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルメトキ
シアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、1,3−
ジメチル−2−イミダゾリジノン、N−メチルカプロラ
クタム、1,2−ジメトキシエタン、ビス(2−メトキシ
エチル)エーテル、1,2−ビス(2−メトキシエトキ
シ)エタン、ビス{2−(2−メトキシエトキシ)エチ
ル}エーテル、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキサ
ン、1,4−ジオキサン、ピリジン、ピコリン、ジメチル
スルホキシド、ジメチルスルホン、テトラメチル尿素、
ヘキサメチルホスホルアミド、m−クレゾール、P−ク
ロロフェノール、アニソールなどが挙げられる。またこ
れらの有機溶剤は単独でも或いは2種以上混合して用い
ても差し支えない。
反応温度は通常200℃以下、好ましくは50℃以下であ
る。
反応圧力は特に限定されず、常圧で十分実施できる。
反応時間は溶剤の種類および反応温度により異なり、通
常、下記式(II)で表わされるポリアミド酸の生成が完
了するに十分な時間反応させる。
通常4〜24時間で十分である。
このような反応により、下記式(II)の繰り返し単位を
有するポリアミド酸が得られる。
さらに得られたポリアミド酸を100〜400℃に加熱してイ
ミド化するか、または無水酢酸などのイミド化剤を用い
て化学イミド化することにより下記式(I)の繰り返し
単位を有する対応するポリイミドが得られる。
また、4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニ
ルとピロメリット酸二無水物とを有機溶媒中に懸濁また
は溶解させた後加熱し、ポリイミドの前駆体であるポリ
アミド酸の生成と脱水イミド化とを同時に行なうことに
より上記式(I)の繰り返し単位を有するポリイミドを
得ることも可能である。すなわち、従来公知の手法を用
いて上記(I)の繰り返し単位を有するポリイミドを得
ることができる。
かくして得られたポリイミドを380℃から450℃で溶融
し、押し出し、繊維化する。その後200〜550℃、好まし
くは220〜250℃において3〜4倍に熱延伸することによ
り高強度、高弾性率のポリイミド繊維を得ることができ
る。
また、ポリイミドの前駆体である前記式(II)で表され
るポリアミド酸を有機溶剤に溶解した溶液を用いて、湿
式紡糸法によりポリアミド酸繊維を製造し、次いで熱処
理してイミドに環化させるか、または必要に応じて熱延
伸することによってもポリイミド繊維が得られる。さら
にはまたポリアミド酸繊維を化学的手段によってイミド
に環化させ、ついで熱延伸を行なうことによっても、も
ちろんポリイミド繊維を得ることは可能である。
たとえば濃度約20%のポリアミド酸のN−メチルピロリ
ドン溶液をN−メチルピロリドンと水の混合溶液からな
る凝固浴中へ、吐出量0.1〜5.0ml/分で吐出し、紡糸速
度1〜20m/分で巻き取り、ついで10〜90℃の水中で1〜
3倍に延伸することによりポリアミド酸繊維を得ること
ができる。かくして得られたポリアミド酸繊維を200〜5
50℃において熱処理してイミドに環化させることにより
ポリイミド繊維を得ることができる。また湿式紡糸によ
り得られたポリアミド酸繊維を、無水酢酸などの脱水環
化剤およびピリジン、トリエチルアミンなどのイミド化
触媒とからなる混合溶液に浸せきし、化学的手法により
あらかじめイミド化し、次いでイミド化剤を抽出した
後、真空乾燥し、さらに400〜550℃で1.01〜3.0倍に熱
延伸することにより高強度、高弾性のポリイミド繊維を
得ることができる。
すなわち、本発明におけるポリイミド繊維は、溶融紡糸
法においても、またポリイミドの前駆体であるポリアミ
ド酸の段階で湿式紡糸法により繊維化しその後、熱的ま
たは化学的にイミド化する方法においても製造すること
が可能である。
〔実 施 例〕
本発明を実施例および合成例により具体的に説明する。
合成例 3ガラス製反応容器に4,4′−ジヒドロキシビフェニ
ル186g(1.0モル)、m−ジニトロベンゼン438g(2.6モ
ル)、炭酸カリウム363gおよびN,N−ジメチルホルムア
ミド2000mlを装入し145〜150℃で16時間反応させる。反
応終了後、冷却、無機塩をろ別し、次にろ液の溶剤を減
圧蒸留により留去したのち65℃に冷却し、メタノール20
00mlを装入し1時間かきまぜる。結晶をろ別、水洗、メ
タノール洗浄、乾燥して4,4′−ビス(3−ニトロフェ
ノキシ)ビフェニルの茶褐色結晶を得た。収量426g(収
率99.5%)。ついで、1のガラス製密閉容器に、得ら
れた粗4,4′−ビス(3−ニトロフェノキシ)ビフェニ
ル100g(0.23モル)を5%Pd/C(日本エンゲルハルト社
製)1g、メチルセロソルブ350mlとともに装入した。60
〜65℃で激しくかきまぜながら水素を導入すると8時間
でそれ以上水素を吸収しなくなり反応が完了した。冷却
後、ろ過して触媒を除去し、これを水500mlに排出し、
結晶をろ別する。これに35%塩酸48gと50%イソプロパ
ノール540mlを加えて加熱溶解し、放冷すると4,4′−ビ
ス(3−アミノフェノキシ)ビフェニルの塩酸塩が析出
した。これをろ過後、50%イソプロパノール540mlを加
えて加熱溶解し、活性炭5gを加えてろ過後、アンモニア
水で中和し、結晶をろ別、水洗、乾燥して4,4′−ビス
(3−アミノフェノキシ)ビフェニルを得た。
収量72.0g(収率85%)、無色結晶、融点144〜146℃、
純度99.6%(高速液体クロマトグラフィーによる)。
元 素 分 析(C24H20N2O2 C H N 計算値(%) 78.26 5.43 7.61 分析値(%) 78.56 5.21 7.66 MS:368(M+)、340、184 IR(KBr、cm-1):3400と3310(NH2基)、1240(エーテ
ル結合) 実施例−1 かきまぜ機、還流冷却器および窒素導入管を備えた反応
容器に、4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェ
ニル368g(1モル)と、N,N−ジメチルアセトアミド234
4gを装入し、窒素雰囲気下に、ピロメリット酸二無水物
218g(1モル)を溶液温度の上昇に注意しながら分割し
て加え、室温で約20時間かきまぜた。かくして得られた
ポリアミド酸の対数粘度は3.21dl/gであった。こゝに対
数粘度は、N,N−ジメチルアセトアミドを溶媒とし、濃
度0.5g/100ml溶媒、35℃で測定した値である。
かくして得られたポリアミド酸溶液に30.3g(0.3モル)
のトリエチルアミンおよび30.6g(0.3モル)の無水酢酸
を約30分かけて添加し、その後約30分かきまぜた。かく
して得られた溶液を0.08mmφ×20ホールの口金から吐出
量0.7ml/分で、室温のN,N−ジメチルアセトアミド/水
(容積比25/75)の凝固浴に吐出し、紡糸速度10m/分で
巻きとり、ついで室温の水中において1.4倍に延伸し
た。かくして得られた凝固糸をガラスボビンにまいたま
ま、ただちに室温の無水酢酸/トリエチルアミン(容積
比70/30)に12時間浸漬した。ついで室温のジメチルア
セトアミド中に1時間浸漬したのち、90℃の熱水中で1.
2倍に延伸後90℃で2時間真空乾燥した。かくして得ら
れたポリイミド繊維を窒素雰囲気下500℃において1.1倍
に延伸した。
得られたポリイミド繊維の強度は19.8g/d、弾性率は170
0g/dであった。
実施例−2 かきまぜ機、還流冷却器および窒素導入管を備えた反応
容器に、4,4′−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェ
ニル184g(0.5モル)、ピロメリット酸二無水物104.64g
(0.48モル)とフェノール2600gを装入し、窒素雰囲気
下に加熱し、100℃で約4時間かきまぜると黄色のポリ
イミド粉が析出しはじめる。さらに100℃において約16
時間かきまぜた後、150℃に昇温し、さらに150℃で4時
間かきまぜた。その後60℃付近まで冷却した後、2600g
のメタノールを装入し、30℃においてポリイミド粉をろ
別した。得られたポリイミド粉をメタノールおよびアセ
トンで洗浄した後、窒素雰囲気下に、300℃で8時間乾
燥して265.2g(収率98%)のポリイミド粉を得た。この
ポリイミド粉のX線分析を行なったところ35.1%の結晶
化度を有していた。かくして得られたポリイミド粉を41
0℃に加熱し溶融させ、0.08mmφ×20ホールの口金から2
20℃の窒素雰囲気下に吐出し、ドラフト倍率10倍でまき
取った。得られたポリイミド繊維を窒素雰囲気下240℃
において、4.0倍に延伸した。かくして得られたポリイ
ミド繊維の強度は26.0g/d、弾性率は2100g/dであった。
〔発明の効果〕
本発明により新規なポリイミドからなる高強度、高弾性
率のポリイミド繊維が提供される。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】式(I) で表わされる繰り返し単位を有するポリイミドからなる
    ポリイミド繊維。
JP62040013A 1987-02-25 1987-02-25 ポリイミド繊維 Expired - Lifetime JPH0781205B2 (ja)

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JP62040013A JPH0781205B2 (ja) 1987-02-25 1987-02-25 ポリイミド繊維

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JP62040013A JPH0781205B2 (ja) 1987-02-25 1987-02-25 ポリイミド繊維

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JPS63211319A JPS63211319A (ja) 1988-09-02
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2002147A1 (en) * 1988-11-07 1990-05-07 Shuichi Morikawa Production process for polyimide fibers
WO1991009900A1 (fr) * 1989-12-22 1991-07-11 Mitsui Toatsu Chemicals, Incorporated Moulage de polyimide

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4640972A (en) 1985-11-15 1987-02-03 E. I. Du Pont De Nemours And Company Filament of polyimide from pyromellitic acid dianhydride and 3,4'-oxydianiline

Patent Citations (1)

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US4640972A (en) 1985-11-15 1987-02-03 E. I. Du Pont De Nemours And Company Filament of polyimide from pyromellitic acid dianhydride and 3,4'-oxydianiline

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