【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は、熱酸化分解に対してすぐれた安定性
を有する芳香族ポリアミドに関し、さらに詳しく
は熱酸化分解に対して有効な安定剤を含有してな
る芳香族ポリアミド組成物に関するものである。
アミド基が直接芳香族基に結合している実質的
に線状の芳香族ポリアミド(以下芳香族ポリアミ
ドという。)は一般に高い熱安定性を有してお
り、繊維、紙、フイルム等に成形されて耐熱性材
料として使われている。
芳香族ポリアミドは、一般には空気中で300℃
近くの高温にさらしても処理時間が長くなければ
安定である。しかしながら、200℃近くの比較的
低い温度領域においても処理時間が長くなれば、
熱酸化分解を起すため耐熱性材料としての使用に
制約がある。実際にこのような現象が問題となる
例として芳香族ポリアミドが電気絶縁材料として
各種の電気機器に組込まれ長期の連続使用が行わ
れる場合があげられる。最近の電気機器、特に電
動機や変圧器は小形高性能化が進み、連続運転時
の機器の温度は200℃近くになる場合がある。一
般に電気機器の耐用期間は非常に長期であること
が要求され特に重電関係分野において数年から十
数年の使用も特別なものではない。このような長
期間にわたつての高温における連続使用において
は、徐々にではあつても絶縁材料の熱酸化分解が
進行し、ついには絶縁組織が破壊されてしまうた
め、絶縁材料に対しても厳しい耐熱性が必要であ
り、熱酸化分解に対しより安定な材料が求められ
ている。
本発明者らは、上記のごとき現状に鑑み芳香族
ポリアミドの熱酸化分解性を改良することを目的
として鋭意研究を重ねた結果、ホウ素の酸化物を
特定量含有せしめることにより熱酸化分解に対し
てすぐれた安定性を有する芳香族ポリアミド組成
物が得られることを見い出し、本発明に到達した
ものである。
すなわち本発明は、(A)芳香族ポリアミドと(B)ホ
ウ素の酸化物とからなり、(A)成分に対し0.01〜10
重量%の(B)成分を含有する耐熱性芳香族ポリアミ
ド組成物である。
本発明の組成物は空気中で高温にさらされても
熱酸化分解に対して高い安定性を有しており、繊
維、紙、フイルム、その他の成形物の形で、たと
えば電気絶縁材料など高温にさらされる分野に好
適に用いられる。
本発明に用いる芳香族ポリアミドは、アミド基
が直接芳香族基に結合している実質的に線状の重
合体である。この芳香族ポリアミドの芳香族環に
直接結合している水素の一部はハロゲン・ニトロ
基、スルフオン基あるいは低温アルキル基と置換
されてもよいが、アミド基に結合している水素は
置換されないことが望ましい。かかる芳香族ポリ
アミドは、たとえば芳香族ジアミンと芳香族ジカ
ルボン酸ジクロライドとの結合反応あるいはアミ
ノベンゾイルハライド塩の縮合反応により得られ
るが、芳香族ポリアミドを得るための望ましい製
造方法はジメチルアセトアミド、N―メチルピロ
リドン等の低級アルキルアミド溶媒中における低
温溶液重合によるポリアミド化反応である。
芳香族ポリアミドの製造に適当な芳香族ジアミ
ンとしては、たとえばm―フエニレンジアミン、
4―メチル―m―フエニレンジアミン、4―クロ
ル―m―フエニレンジアミン、p―フエニレンジ
アミンおよびその置換誘導体、4,4′―ジフエニ
レンジアミン、4,4′―スルホニルジフエニルジ
アミン等があげられ、また適当な芳香族ジカルボ
ン酸ジクロライドとしては、たとえばイソフタロ
イルクロライド、4―メチル―イソフタロイルク
ロライド、4―クロル―イソフタロイルクロライ
ド、テレフタロイルクロライド、およびその置換
誘導体等があげられる。また、適当なアミノベン
ゾイルハライド塩としては、たとえばメタアミノ
ベンゾイルクロナイド塩酸塩、パラアミノベンゾ
イルクロライド塩酸塩等があげられる。
本発明に用いる芳香族ポリアミドの好適なもの
としては、たとえばポリ(m―フエニレンイソフ
タルアミド)、ポリ(m―フエニレン/p―フエ
ニレン―イソフタルアミド)共重合体、ポリ(m
―フエニレン/p―フエニレン―テレフタルアミ
ド)共重合体、ポリ(p―フエニレンテレフタル
アミド)等があげられる。
芳香族ポリアミドから成形物を製造するには、
従来公知の方法や装置を採用することができる。
たとえば、ポリ(m―フエニレンイソフタルアミ
ド)の場合、m―フエニレンジアミンとイソフタ
ロイルクロライドとをN―メチルピロリドン中で
低温溶液重合を行つたのち、水酸化カルシウムで
中和することにより安定な重合体溶液を得、その
溶液をそのまま成形用原液として用いて、乾式紡
糸法や湿式紡糸法により繊維が製造される。ま
た、流延法によりフイルムが製造される。また、
フイブリド成形法によりフイブリドが製造され
る。さらに繊維を短かく切断したフロツクとフイ
ブリドを用いて紙が製造される。有機溶媒系に溶
解しにくい芳香族ポリアミドの場合には濃硫酸に
溶解して各種の成形物を製造することができる。
芳香族ポリアミドから成形物を製造するには、96
重量%硫酸100mlに対し0.5gの重合体を溶解した
溶液の25℃にて測定した値より求めた対数粘度が
0.6〜6.0、望ましくは1.0〜3.0の重合体を使用す
るのが好適である。
本発明においては安定剤としてホウ素の酸化物
が用いられる。とくに有用なホウ素の酸化物とし
ては酸化ホウ素があげられる。
これらの安定剤としてのホウ素の酸化物は、い
かなる方法により芳香族ポリアミドと混合されて
もよい。また、この混合は、これらの安定剤が芳
香族ポリアミド組成物中に均一に分散していても
よいし、また成形物の表面上に付着するかあるい
は局所的に不均一に分散していてもよいが、好ま
しくはこれらの安定剤が芳香族ポリアミド組成物
中に、均一に分散混合されているのが望ましく、
さらには直径10μ程度以下の微粉末状で均一に分
散混合されていることが望ましい。ホウ素の酸化
物と芳香族ポリアミドとの混合の具体的な方法と
しては、成形物を製造するための成形用原液もし
くは溶融物中にホウ素の酸化物を溶解させるかも
しくは微粉砕されたホウ素の酸化物を分散混合さ
せた後、成形することができる。またホウ素の酸
化物を溶解もしくは分散させた溶液もしくは分散
液を浸漬もしくは噴霧等の方法で成形物に付着さ
せた後、乾燥処理をしてもよい。また、芳香族ポ
リアミドに対して膨潤溶解能のある溶剤にホウ素
の酸化物を溶解もしくは分散させ、その溶液もし
くは分散液を成形物の表面が膨潤するような条件
下において成形物に含浸させ、次いで乾燥処理を
してもよい。
安定剤としての十分な効果を得るためのホウ素
の酸化物の量は芳香族ポリアミドの重量に基づい
て0.01〜10%である。ホウ素の酸化物の量が余り
に少ないと十分な効果が得られないし、一方余り
に多過ぎると熱酸化分解がむしろ促進される。と
くに好適な結果は0.5〜5%の範囲の量で得られ
る。また、本発明の実施に際してたとえばヒンダ
ードフエノール系化合物、アミン系化合物、その
他の従来公知の各種安定剤を併用することはなん
らさしつかえない。
以下実施例をあげて本発明をさらに具体的に説
明する。なお、例中の「部」は「重量部」を意味
する。
実施例1、比較例1
N―メチルピロリドン1000部にm―フエニレン
ジアミン108部を溶解した溶液を0℃に冷却した
のち、203部のイソフタル酸クロライドを添加し
1時間反応させた。反応終了後、74部の水酸化カ
ルシウムを添加して重合によつて生じた塩酸を中
和し、透明で粘稠な原液を得た。〔この原液を(A)
という〕。(A)中にはポリ(m―フエニレンイソフ
タルアミド)が17.2重量%含まれていた。(A)から
特開昭52―42560号公報に記載されている乾式法
により厚さ30μのフイルムを得た。
一方、(A)に、この(A)中の重合体に対して1.0重
量%となるように酸化ホウ素の粉末を添加混合し
て原液を得た〔この原液を(B)という〕。かくして
得た(B)から上記の方法と同じ乾式法により厚さ30
μのフイルムを得た。
上記のようにして得たそれぞれのフイルムを10
cm×10cmの大きさに切り取り秤量ビンに入れ約
300℃に保つた空気炉に入れ熱処理を行なつた。
またそれぞれのフイルムを15cm×15cmの大きさに
切り取り枠に固定し、約300℃に保つた空気炉に
入れ熱処理を行なつた。表―1に示す日数が経過
したところで秤量ビンと枠を取り出しフイルムの
重量と引張り強度を測定した。結果は表―1に示
す。
次に(A)、(B)を特開昭50―130849号公報に記載さ
れているようにグリセリンを100%含有する55℃
の凝固浴中に口金から押出し凝固浴中で凝固さ
せ、続いて熱水中で湿熱延伸を行なつて繊維を得
た。得られたそれぞれの繊維を1mごとに数本切
り取り約300℃に保つた空気炉に入れて熱処理を
行ない表―1に示す日数が経過したところで取り
出して重量と引張り強度を測定した。結果は表―
1に示す。
次に(A)、(B)をポリ(m―フエニレンイソフタル
アミド)が8重量%になるようにN―メチルピロ
リドンを加え十分に撹拌した。これらの原液を特
開昭53―51252号公報に記載されているようにグ
リセリンを入れた果汁用ミキサーに加え撹拌混合
してフイブリツドを得た。先に紡糸して得た繊維
を短かく切断したフロツク40重量部とこのフイブ
リツド60重量部とを水中に分散したのち抄造して
紙を得た。この紙を10cm×10cmに切り取り約300
℃に保つた空気炉に入れ熱処理を行ない、表―1
に示す日数が経過したのち重量と引張り強度を測
した。結果は表―1に示す。
The present invention relates to an aromatic polyamide having excellent stability against thermal oxidative decomposition, and more particularly to an aromatic polyamide composition containing an effective stabilizer against thermal oxidative decomposition. Substantially linear aromatic polyamides in which amide groups are directly bonded to aromatic groups (hereinafter referred to as aromatic polyamides) generally have high thermal stability and can be formed into fibers, papers, films, etc. It is used as a heat-resistant material. Aromatic polyamides are generally heated at 300℃ in air.
It is stable even if exposed to nearby high temperatures as long as the processing time is not long. However, if the processing time becomes longer even in the relatively low temperature range of around 200℃,
Because it undergoes thermal oxidative decomposition, its use as a heat-resistant material is limited. An example where such a phenomenon actually becomes a problem is when aromatic polyamide is incorporated into various electrical equipment as an electrical insulating material and used continuously for a long period of time. Recently, electrical equipment, especially motors and transformers, have become smaller and more sophisticated, and the temperature of the equipment during continuous operation can reach nearly 200°C. Generally, electrical equipment is required to have a very long service life, and it is not unusual for electrical equipment to be used for several years to more than ten years, especially in the field of heavy electrical equipment. During continuous use at high temperatures over such long periods of time, thermal oxidative decomposition of the insulating material progresses, albeit gradually, and the insulating structure is eventually destroyed. Heat resistance is required, and materials that are more stable against thermal oxidative decomposition are needed. In view of the above-mentioned current situation, the present inventors have conducted extensive research with the aim of improving the thermal oxidative decomposition properties of aromatic polyamides, and have found that by containing a specific amount of boron oxide, the thermal oxidative decomposition properties of aromatic polyamides can be improved. The inventors have discovered that an aromatic polyamide composition having excellent stability can be obtained, and have arrived at the present invention. That is, the present invention consists of (A) an aromatic polyamide and (B) an oxide of boron, and has a content of 0.01 to 10% relative to the component (A).
This is a heat-resistant aromatic polyamide composition containing % by weight of component (B). The compositions of the present invention have high stability against thermal oxidative degradation even when exposed to high temperatures in air, and can be used in the form of fibers, papers, films, and other articles, such as electrically insulating materials, etc. Suitable for use in fields exposed to The aromatic polyamide used in the present invention is a substantially linear polymer in which amide groups are directly bonded to aromatic groups. A portion of the hydrogens directly bonded to the aromatic ring of this aromatic polyamide may be substituted with a halogen, nitro group, sulfonate group, or low-temperature alkyl group, but the hydrogen bonded to the amide group must not be substituted. is desirable. Such an aromatic polyamide can be obtained, for example, by a bonding reaction between an aromatic diamine and an aromatic dicarboxylic acid dichloride or a condensation reaction of an aminobenzoyl halide salt, but the preferred production method for obtaining an aromatic polyamide is dimethylacetamide, N-methyl This is a polyamidation reaction by low-temperature solution polymerization in a lower alkylamide solvent such as pyrrolidone. Aromatic diamines suitable for producing aromatic polyamides include, for example, m-phenylene diamine,
4-methyl-m-phenylenediamine, 4-chloro-m-phenylenediamine, p-phenylenediamine and substituted derivatives thereof, 4,4'-diphenylenediamine, 4,4'-sulfonyldiphenyldiamine, etc. Examples of suitable aromatic dicarboxylic acid dichlorides include isophthaloyl chloride, 4-methyl-isophthaloyl chloride, 4-chloro-isophthaloyl chloride, terephthaloyl chloride, and substituted derivatives thereof. can give. Further, suitable aminobenzoyl halide salts include, for example, meta-aminobenzoyl chloride hydrochloride, para-aminobenzoyl chloride hydrochloride, and the like. Suitable aromatic polyamides used in the present invention include poly(m-phenylene isophthalamide), poly(m-phenylene/p-phenylene-isophthalamide) copolymer, poly(m-phenylene isophthalamide), poly(m-phenylene isophthalamide), poly(m-phenylene isophthalamide), and
-phenylene/p-phenylene-terephthalamide) copolymer, poly(p-phenylene terephthalamide), and the like. To produce molded articles from aromatic polyamide,
Conventionally known methods and devices can be employed.
For example, in the case of poly(m-phenylene isophthalamide), it is stabilized by performing low-temperature solution polymerization of m-phenylenediamine and isophthaloyl chloride in N-methylpyrrolidone, and then neutralizing it with calcium hydroxide. A polymer solution is obtained, and the solution is used as it is as a stock solution for molding, and fibers are manufactured by dry spinning or wet spinning. Further, a film is manufactured by a casting method. Also,
Fibrids are produced by fibrid molding. Furthermore, paper is manufactured using flock and fibrids obtained by cutting the fibers into short pieces. In the case of aromatic polyamides that are difficult to dissolve in organic solvent systems, various molded products can be produced by dissolving them in concentrated sulfuric acid.
To produce moldings from aromatic polyamides, 96
The logarithmic viscosity was determined from the value measured at 25℃ of a solution of 0.5g of polymer dissolved in 100ml of wt% sulfuric acid.
It is preferred to use polymers of 0.6 to 6.0, preferably 1.0 to 3.0. In the present invention, boron oxide is used as a stabilizer. A particularly useful boron oxide is boron oxide. These oxides of boron as stabilizers may be mixed with the aromatic polyamide by any method. In addition, this mixing may be performed so that these stabilizers may be uniformly dispersed in the aromatic polyamide composition, or may be attached to the surface of the molded product or locally dispersed non-uniformly. However, it is desirable that these stabilizers are uniformly dispersed and mixed in the aromatic polyamide composition.
Furthermore, it is desirable that the powder be in the form of a fine powder with a diameter of about 10 μm or less and uniformly dispersed and mixed. Specific methods for mixing boron oxide and aromatic polyamide include dissolving the boron oxide in a stock solution or melt for producing molded products, or oxidizing finely ground boron. After the materials are dispersed and mixed, they can be molded. Alternatively, a solution or dispersion in which a boron oxide is dissolved or dispersed may be applied to the molded article by dipping or spraying, and then the molded article may be dried. Alternatively, a boron oxide is dissolved or dispersed in a solvent capable of swelling and dissolving aromatic polyamide, and the solution or dispersion is impregnated into the molded product under conditions such that the surface of the molded product swells. It may be dried. The amount of boron oxide to have sufficient effect as a stabilizer is from 0.01 to 10% based on the weight of the aromatic polyamide. If the amount of boron oxide is too small, sufficient effects cannot be obtained, while if it is too large, thermal oxidative decomposition will be accelerated. Particularly favorable results are obtained with amounts ranging from 0.5 to 5%. Further, in carrying out the present invention, there is no problem in using, for example, hindered phenol compounds, amine compounds, and other various conventionally known stabilizers. The present invention will be explained in more detail below by giving examples. Note that "parts" in the examples mean "parts by weight." Example 1, Comparative Example 1 A solution of 108 parts of m-phenylenediamine dissolved in 1000 parts of N-methylpyrrolidone was cooled to 0°C, and then 203 parts of isophthalic acid chloride was added and reacted for 1 hour. After the reaction was completed, 74 parts of calcium hydroxide was added to neutralize the hydrochloric acid produced by polymerization to obtain a transparent and viscous stock solution. [This stock solution (A)
]. (A) contained 17.2% by weight of poly(m-phenylene isophthalamide). A film with a thickness of 30 μm was obtained from (A) by the dry method described in JP-A-52-42560. On the other hand, boron oxide powder was added to (A) in an amount of 1.0% by weight based on the polymer in (A) to obtain a stock solution [this stock solution is referred to as (B)]. From the thus obtained (B), a thickness of 30 mm was obtained by the same dry method as above.
A film of μ was obtained. 10 pieces of each film obtained as above
Cut it into a size of cm x 10 cm and put it in a weighing jar.
Heat treatment was performed in an air furnace maintained at 300°C.
In addition, each film was cut into a size of 15 cm x 15 cm, fixed on a frame, and heat-treated in an air oven maintained at approximately 300°C. After the number of days shown in Table 1 had passed, the weighing bottle and frame were removed and the weight and tensile strength of the film were measured. The results are shown in Table-1. Next, (A) and (B) were prepared at 55°C containing 100% glycerin as described in JP-A-50-130849.
The fibers were extruded from the die into a coagulation bath, coagulated in the coagulation bath, and then subjected to wet heat stretching in hot water to obtain fibers. A few pieces of each of the obtained fibers were cut out every 1 m and placed in an air oven maintained at approximately 300°C for heat treatment.After the number of days shown in Table 1 had elapsed, the fibers were taken out and their weight and tensile strength were measured. The results are in the table.
Shown in 1. Next, N-methylpyrrolidone was added to (A) and (B) so that the content of poly(m-phenylene isophthalamide) was 8% by weight, and the mixture was sufficiently stirred. These stock solutions were added to a fruit juice mixer containing glycerin as described in JP-A-53-51252, and the mixture was stirred and mixed to obtain fibrids. 40 parts by weight of a floc obtained by cutting the previously spun fibers into short pieces and 60 parts by weight of this fibrid were dispersed in water and then made into paper to obtain paper. Cut this paper into 10cm x 10cm pieces and make approximately 300 pieces.
Heat treatment was performed in an air oven kept at ℃.
After the number of days shown in , the weight and tensile strength were measured. The results are shown in Table-1.
【表】
実施例 2
酸化ホウ素の添加量を5.0重量%にかえた実施
例1と同じ方法でフイルム、繊維、紙を得、実施
例1と同じ方法で試験を行なつた。結果を表―2
に示す。[Table] Example 2 Films, fibers, and paper were obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of boron oxide added was changed to 5.0% by weight, and tested in the same manner as in Example 1. Table of results-2
Shown below.
【表】
実施例 3
実施例1の(A)を用いて実施例1と同じ方法でフ
イルム、繊維、紙を得た。この成形物に酸化ホウ
素を水に分散させた液を噴霧し、乾燥処理して重
合体に対して酸化ホウ素の含有量が7.5重量%で
ある成形物を得た。このものにつき実施例1と同
じ方法で重量と引張り強度を測定した。結果を表
―3に示す。[Table] Example 3 Films, fibers, and paper were obtained in the same manner as in Example 1 using (A) in Example 1. A solution prepared by dispersing boron oxide in water was sprayed onto this molded product and dried to obtain a molded product having a boron oxide content of 7.5% by weight based on the polymer. The weight and tensile strength of this product were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table-3.
【表】
実施例4、比較例2
N―メチルピロリドン1400部にm―フエニレン
ジアミン92部とp―フエニレンジアミン16部を溶
解した溶液を0℃に冷却したのち203部のテレフ
タル酸クロライドを添加し1時間反応させた。反
応終了後74部の水酸化カルシウムを添加して重合
によつて生じた塩酸を中和し透明で粘稠な原料を
得た〔この原液を(C)という〕。この(C)中にはポリ
(m―フエニレン/p―フエニレンテレフタルア
ミド)共重合体が12.3重量%含まれていた。次に
(C)に、この(C)中の重合体に対して10.0重量%とな
るように酸化ホウ素の粉末を添加混合した〔この
原液を(D)という〕。
この(C)、(D)を用い実施例1と同様にして乾式法
により厚さ25μのフイルムを得た。得られたフイ
ルムについて実施例1と同様の試験を行なつた。
結果を表―4に示す。[Table] Example 4, Comparative Example 2 A solution of 92 parts of m-phenylenediamine and 16 parts of p-phenylenediamine dissolved in 1400 parts of N-methylpyrrolidone was cooled to 0°C, and then 203 parts of terephthalic acid chloride was added. The mixture was added and reacted for 1 hour. After the reaction was completed, 74 parts of calcium hydroxide was added to neutralize the hydrochloric acid produced by polymerization to obtain a transparent and viscous raw material [this stock solution is referred to as (C)]. This (C) contained 12.3% by weight of poly(m-phenylene/p-phenylene terephthalamide) copolymer. next
Boron oxide powder was added to (C) in an amount of 10.0% by weight based on the polymer in (C) [this stock solution is referred to as (D)]. Using these (C) and (D), a film with a thickness of 25 μm was obtained by the dry method in the same manner as in Example 1. The obtained film was subjected to the same test as in Example 1.
The results are shown in Table 4.
【表】
実施例 5
N―メチルピロリドン1000部にm―フエニレン
ジアミン76部とp―フエニレンジアミン32部を溶
解した溶液を0℃に冷却したのち203部のイソフ
タル酸クロライドを添加し1時間反応させた。反
応終了後74部の水酸化カルシウムを添加して重合
によつて生じた塩酸を中和し透明で粘稠な原液を
得た〔この原液を(E)という〕。この(E)中にはポリ
(m―フエニレン/p―フエニレンイソフタルア
ミド)共重合体が17.2重量%含まれていた。次に
(E)に、この(E)中の重合体に対して3.0重量%とな
るように酸化ホウ素の粉末を添加混合した〔この
原液を(F)という〕。
この(E)、(F)を用い実施例1と同様にして乾式法
により厚さ25μのフイルムを得、ついで実施例1
と同じようにして試験を行なつた。結果を表―4
に示す。[Table] Example 5 A solution of 76 parts of m-phenylenediamine and 32 parts of p-phenylenediamine dissolved in 1000 parts of N-methylpyrrolidone was cooled to 0°C, and 203 parts of isophthalic acid chloride was added thereto for 1 hour. Made it react. After the reaction was completed, 74 parts of calcium hydroxide was added to neutralize the hydrochloric acid produced by polymerization to obtain a transparent and viscous stock solution (this stock solution is referred to as (E)). This (E) contained 17.2% by weight of poly(m-phenylene/p-phenylene isophthalamide) copolymer. next
Boron oxide powder was added to (E) in an amount of 3.0% by weight based on the polymer in (E) [this stock solution is referred to as (F)]. Using these (E) and (F), a film with a thickness of 25μ was obtained by the dry method in the same manner as in Example 1, and then in Example 1.
The test was conducted in the same manner. Table of results-4
Shown below.