(57)【要約】  耐熱性が非常に高く、不織布や紙に用いるのに適した枝分かれが多いポリイミド短繊維を提供する。特定のポリイミド発泡体を叩解することにより得られる、枝分かれが多いポリイミド短繊維。発泡体は芳香族テトラカルボン酸成分として２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を用いたポリイミドからなることが好ましく、また、３００℃より高いガラス転移温度を有することが好ましく、発泡倍率２０倍以上であることが好ましい。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリイミド発泡体を叩解して得られるポリイミド短繊維。
【請求項２】
ポリイミド発泡体が芳香族テトラカルボン酸成分を用いたポリイミドからなることを特徴とする請求項１記載のポリイミド短繊維。
【請求項３】
前記芳香族テトラカルボン酸は、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸であることを特徴とする請求項２に記載のポリイミド短繊維。
【請求項４】
ポリイミド発泡体が発泡倍率２０倍以上であり、３００℃以上のガラス転移温度（Ｔｇ）を有するポリイミドからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のポリイミド短繊維。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のポリイミド短繊維を用いることを特徴とする耐熱紙。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載のポリイミド短繊維と全芳香族ポリアミド繊維とを混合して用いることを特徴とする耐熱紙。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリイミド発泡体を叩解して得られるポリイミド短繊維およびそれを用いた耐熱紙に関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器やモーターに用いられる電気絶縁性に優れた耐熱紙として全芳香族ポリアミド（アラミド）から成る合成紙がある。なかでも、アラミドパルプとアラミド短繊維を混抄して成る耐熱紙は適度な耐熱性と柔軟性を持ち、電気絶縁性、寸法安定性に優れた耐熱紙としてよく知られている。【０００３】
耐熱性に優れた樹脂として、ポリイミドもよく知られている。特に、芳香族ポリイミドは極めて高い耐熱性と優れた機械特性を有していることから、種々の形態に加工されて使用されており、その短繊維からなる不職布や紙の開発もなされている。例えば、特許文献１には熱可塑性ポリイミド樹脂を溶融紡糸して得られるポリイミド繊維およびそれを用いたポリイミド紙が開示されている。しかし、全芳香族ポリイミドはその構造によっては融点を示さず、また溶剤にも溶解しないため紡糸が困難なこともあるため、例えば特許文献２に記載されているように、その前駆体であるポリアミド酸溶液組成物を用いて短繊維を得る方法も用いられている。一般に短繊維を不織布や紙として用いるためには短繊維同士の絡み合いが重要であり、多数の枝分かれ構造を有していることが好ましい。このため、紡糸と同時に、または紡糸後、繊維にせん断力をかけることによりパルプ状の構造とする方法が取られている。【０００４】
また、特許文献３には、ガラス転移温度が３００℃より高いポリイミドからなり、発泡倍率が２０倍以上であるポリイミド発泡体とその製造方法が開示されており、特許文献４にはポリイミド発泡体を破砕して耐熱性バインダーと混合し、この混合物を所定の型枠に投入後、所定の密度まで加圧、焼成してなる発泡ポリイミド成型体が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−５７５２９号公報
【特許文献２】特開平１−２６７１８号公報
【特許文献３】特開２００２−１２６８８号公報
【特許文献４】特開２００４−３２３７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は耐熱性が非常に高く、不織布や紙に用いるのに適した枝分かれが多いポリイミド短繊維を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、前記の課題を達成するために鋭意検討した結果、特定のポリイミド発泡体を叩解することにより、枝分かれが多いポリイミド短繊維が得られることを見出し本発明を完成させた。【０００８】
すなわち、本発明はポリイミド発泡体を叩解して得られるポリイミド短繊維である。この発泡体は芳香族テトラカルボン酸成分、特に２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸を用いたポリイミドからなることが好ましく、また、３００℃以上のガラス転移温度を有することが好ましく、発泡倍率２０倍以上であることが好ましい。【０００９】
また、本発明は上記ポリイミド短繊維を用いることを特徴とする耐熱紙であり、さらに、ポリイミド短繊維と全芳香族ポリアミド繊維とを混合して用いることを特徴とする耐熱紙である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、耐熱性が非常に高く、不織布や紙に用いるのに適した枝分かれが多いポリイミド短繊維が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】ポリイミド短繊維の電子顕微鏡写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明に用いることができるポリイミド発泡体は、例えば、次の工程によって得ることができる。まず、ポリイミド発泡体の前駆体組成物溶液を調製する。テトラカルボン酸成分、例えば、２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（以下、ａ−ＢＰＤＡと略記することもある。）のハーフエステルとジアミン成分、例えば、ｐ−フェニレンジアミン（以下、ＰＰＤと略記することもある。）、４，４’−ジアミノジフェニルエーテル（以下、ＯＤＡと略記することもある。）等を主とし、発泡均一化のための成分、例えば、ジアミノジシロキサンおよびさらに必要ならばテトラアミノビフェニルのような分子内に３個以上のアミノ基を有するアミン化合物、例えば、芳香族トリアミン化合物または芳香族テトラアミン化合物をポリイミド（高分子量のイミド樹脂を意味する）になるような組成比でエステル化溶媒、例えば、メタノール、エタノール、ｎ−プロパノール、ｎ−ブタノールなどの低級一級アルコール、好適にはメタノールあるいはエタノールと均一混合し溶解する。この際、各成分の濃度はジアミン類等の溶解度限界までは可能であるが、全量中の不揮発成分量は１０％〜５０％程度までが好ましい。
【００１３】
この混合物には、１，２−ジメチルイミダゾール、ベンズイミダゾール、イソキノリン、置換ピリジンなどのイミド化触媒を加えてもよい。また、他の公知の添加剤、例えば、無機フィラー、無機あるいは有機顔料などを加えてもよい。
【００１４】
続いて、上記混合物を蒸発乾固し、粉末化を行う。実験室的にはエバポレータ、工業的にはスプレードライヤーなどで行うことができる。この蒸発温度は１００℃未満が好ましく、８０℃以下の状態が保たれることがより好ましい。高温乾燥では発泡性が極端に低下する。乾燥は常圧でも加圧下でもあるいは減圧下でもよい。
【００１５】
次に、このようにして得られたポリイミド発泡体の前駆体組成物粉末を用いて、適当な仮成形体を作成する。例えば、室温での圧縮成形、スラリーとして流延乾固、マイクロ波に不活性な容器への充填で行うことができる。この際に、蓋はしなくともよい（すなわち、完全に固める必要はない。）。概略均一な状態の仮成形体であれば、発泡時の均一化は達成できる。
【００１６】
続いて、この仮成形体を加熱して発泡させ、イミド化を行う。加熱は発泡のための加熱と熱固定（高分子量化）のための加熱の２段階とすることが好ましい。発泡のための加熱はマイクロ波によるのが好ましく、一般的には２．４５ＧＨｚのマイクロ波で行う。これは日本の国内法（電波法）に基づく。粉末重量当たりのマイクロ波出力を目安とすることが好ましい。例えば、１００ｇ／１ｋＷ程度では約１分で発泡を開始し、２〜３分で発泡は収束する。この発泡の際には、ガスを通過する遮蔽版を置いて圧縮力を加えることにより、機械的緻密化を併せて行い発泡倍率を制御することが好ましい。この状態ではポリイミドの分子量が小さく、非常に脆い発泡体である。
【００１７】
熱固定（高分子量化）のための加熱は熱風等で行う。このとき、２００℃程度から徐々に昇温するのが好ましい（一応の目安として、１００℃／１０分程度の昇温速度）。最終は、例えばＴｇ＋４０℃の温度にて５〜６０分間、好適には１０分間程度加熱する。
【００１８】
本発明で用いるテトラカルボン酸成分は、ａ−ＢＰＤＡ誘導体を５０％以上含有することが好ましい。テトラカルボン酸成分として、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物（以下、ｓ−ＢＰＤＡと略記することもある）あるいは、ピロメリット酸二無水物（以下、ＰＭＤＡと略記することもある）を単独使用しても発泡しない。従って、ａ−ＢＰＤＡを主成分とし、他の酸成分、例えばｓ−ＢＰＤＡ、ＰＭＤＡ、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物（以下、ＢＴＤＡと略記することもある）、ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）エーテル二無水物、２，３，６，７−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，５，６−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，２，４，５−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、１，４，５，８−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、２，２−ビス（２，５−ジカルボキシフェニル）プロパン二無水物、１，１−ビス（２，３−ジカルボキシフェニル）エタン二無水物、１，１−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）スルホン二無水物、１，３−ビス（３，４−ジカルボキシフェニル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサン二無水物などの芳香族テトラカルボン酸二無水物を好適には酸成分１００モル％中に副原料として０〜５０モル％程度の量で、得られるポリイミドのＴｇの調整、発泡倍率（使用量が増大すると低下する）の調整などを目的として使用する。Ｔｇが大幅に変化しない限り一般的に使用されている酸成分はすべて使用可能である。
【００１９】
ジアミン成分としては、２核ジアミンまでを主成分とすることが好ましく、これによって発泡ポリイミドのガラス転移温度（Ｔｇ）３００℃以上を達成することが容易になる。多置換アミン成分は高温での発泡の収縮防止、発泡強度（発泡中に割れにくい）増大のために、必須なものではないが一部含まれている方が好ましい。ジアミノジシロキサンは界面活性剤的に作用し、発泡均一化のために０．１〜１０モル％の範囲、好ましくは０．２〜５モル％は必要である。少量では発泡が均一化しづらく、多量ではＴｇ低下および熱安定性の低下をまねく。ジアミノポリシロキサンでも発泡の均一性は達成されるが海島構造をとり、高温下では分解しやすく耐熱性が低下し好ましくない。
【００２０】
本発明のポリイミド短繊維の繊維径、枝分かれ構造等の特性は、ポリイミド発泡体の発泡倍率を調整することによって制御できる。好ましい発泡倍率は２０〜３００倍であり、５０〜２５０倍がより好ましく、特に１００〜２００倍が好ましい。発泡倍率が大きすぎると繊維径が細くなり、強度の高い紙とすることが難しくなる。一方、小さすぎると繊維状に叩解することが難しくなる。また、発泡セルが小さいほど枝分かれが多い構造となり好ましい。
【００２１】
発泡倍率は、加熱により発生するガス量の調整や発泡剤の使用量等で制御することができる。また、発泡セルの大きさは、整泡剤などによる表面張力の調整等で制御することができる。
【００２２】
このようにして得られたポリイミド発泡体を叩解することにより本発明のポリイミド短繊維が得られる。叩解は、叩解機によって行なってもよいし、プラスチック成形体の粉砕機などでポリイミド発泡体を粉砕後、水などの分散媒中でホモジナイザーを用いることによっても行うことができる。ポリイミド発泡体は枝分かれ構造を有する繊維状物から構成されているため、ここでは繊維長の制御ができればよく、せん断力によって枝分かれ構造を導入することは必須ではない。
【００２３】
本発明のポリイミド短繊維は、枝分かれ構造を有しているため相互に絡みやすく、別途パルプ状の成分を添加しなくても、公知の抄造方法により不織布や紙を得ることができる。また、他の耐熱性繊維、例えばアラミドやポリエステルからなる繊維を主とする不織布や紙を抄造する際に、本発明のポリイミド短繊維を併せて用いることにより、耐熱性や寸法安定性を改善することもできる。
【００２４】
本発明に係る耐熱紙において、本発明のポリイミド短繊維と他の耐熱性繊維を併せて用いる場合、本発明のポリイミド短繊維を２０重量％以上用いることが好ましい。使用量が少ないと耐熱性の改善が不十分となる場合がある。また、他の耐熱性繊維として、パルプ、カットファイバーなどの短繊維を使用することが好ましい。ステーブル、フィラメントなどの長繊維では均一な抄造を行うのが難しいので好ましくない。他の耐熱性繊維として、例えば東レ・デュポン株式会社の各種全芳香族ポリアミド、ケブラー＜登録商標＞ドライパルプを挙げることができる。
【００２５】
抄造方法に特に制限はないが、例えば、以下の工程で湿式抄造できる。まず、プラスチック成形体の粉砕機などでポリイミド発泡体を粉砕後、水などの分散媒中でホモジナイザー等を用いて所望のポリイミド短繊維を調製する。次いで、必要に応じて他の耐熱性繊維や助剤を加えてスラリーとし、抄紙機等を用いることにより耐熱紙等を得ることができる。
【００２６】
前記の耐熱紙を製造する装置としては、例えば、円網式湿式抄造機、短網式湿式抄造機、短網傾斜式湿式抄造機、長網傾斜式湿式抄造機などを挙げることができる。
【００２７】
本発明のポリイミド短繊維を単独で用いる場合、抄造で得られた耐熱紙を加熱圧縮してより強度の高い耐熱紙とすることができる。特に、圧力０．１〜２０００ＭＰａ、温度３５０〜６００℃で加熱圧縮を行うことによって、耐熱紙の強度を向上させることが好ましい。この加熱圧縮に用いる装置として、例えば、高圧ホットプレス、カレンダーロール、ダブルベルトプレスなどを挙げることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、この発明の実施例を示す。各例において、耐熱紙の種々の物性は、次の試験方法によって測定したものである。
（１）坪量（ｇ／ｍ２）
耐熱紙を四角に切り出し、０．０１ｍｍまで測定できるノギスで幅、長さを測定および０．１ｍｇまで測定できる天秤で重量を測定し単位面積（ｍ２）あたりの重量（ｇ）で表した。
（２）重量減少率（％）
耐熱紙を幅３ｃｍ、長さ５ｃｍに切り出し、０．１ｍｇまで測定できる天秤で初期の重量および熱処理後の重量を測定し、初期の重量からの変化量を百分率で表した。
（３）寸法変化率（％）
耐熱紙を幅３ｃｍ、長さ５ｃｍに切り出し、０．０１ｍｍまで測定できるノギスで初期の長さおよび熱処理後の長さを測定し、初期の長さからの変化量を百分率で表した。
（４）引張り破断強度
ＪＩＳ  Ｐ  ８１１３に準じて求めた。
（５）透気度
ＪＩＳ  Ｐ  ８１１７に準じてガーレー試験機により測定した。
（６）引張り強度低下率
以下の式によって求めた。
【数１】
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（７）紫外線照射
ＣＯ.ＦＯ.ＭＥ.ＧＲＡ社製  Ｓｏｌａｒｂｏｘ１５００にて７０℃以下の温度で１２０時間紫外線を照射した。
（８）絶縁抵抗
ＨＰ社製４３２９Ａ  ＨＩＧＨ  ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ  ＭＥＴＥＲにて２３℃、４５％の環境で１００Vの電圧を印加し、１分後の表面抵抗および体積抵抗を測定した。【００２９】
以下の記載において、各略号は次の化合物を意味する。
ａ−ＢＰＤＡ：２，３，３’，４’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
ＢＴＤＡ：３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物
ＰＰＤ：ｐ−フェニレンジアミン
ＯＤＡ：４，４’−ジアミノジフェニルエーテル
ＤＡＤＳｉ：１，３−ビス（３−アミノプロピル）テトラメチルジシロキサン
ＤＭＺ：１，２−ジメチルイミダゾール【００３０】
実施例１
（ポリイミド発泡体の製造）
５００ｍｌナス型フラスコにａ−ＢＰＤＡ４７．１ｇ（１６０ミリモル）、ＢＴＤＡ１２．９ｇ（４０ミリモル）、ＭｅＯＨ７５ｇ、触媒としてＤＭＺ２．５ｇを仕込み、９０℃オイルバス中で還流させながら６０分間加熱攪拌を行い均一溶液とした。次に、この反応液を３０℃まで冷却した後、ＰＰＤ２１．４ｇ（１９８ミリモル）、ＤＡＤＳｉ０．５ｇ（２ミリモル）、ＭｅＯＨ７７．１ｇを加え均一溶液とした。この溶液をエバポレーターで濃縮し、更に、４０℃減圧乾燥器を用い乾燥し固形物を得た。更に、この固形物を、乳鉢を用いて粉砕して原料粉末とした。
前記の原料粉末を５ｍｍのスペーサーを使用し、圧縮成型機（Ｓ−３７．５ 株式会社神藤金属工業所製）により、室温で圧縮成型し、この成型体を電子レンジ（ＭＯＨ：ミクロ電子製）を用い、３０００Ｗ、５分間のマイクロ波加熱を行い、発泡体を得た。次に、１８０℃に設定した加熱オーブンで５分間加熱後、３６０℃まで３６分かけて昇温し、３０分間加熱した。得られたポリイミド発泡体は、発泡倍率１５０倍、見かけ密度９．０ｋｇ／ｍ3、ガラス転位温度（Ｔｇ）３７３℃であった。【００３１】
（ポリイミド短繊維の製造および抄造）
このポリイミド発泡体をウィレー氏粉砕機にて約１ｍｍに粉砕し、この粉砕物約３．５ｇを、水１Ｌを入れた３Ｌのビーカーに投入しホモジナイザー(ヤマト科学製ＵＬＴＲＡ−ＤＩＳＰＥＲＳＥＲ  ＭＯＤＥＬ  ＬＫ−４２)で１分間分散してポリイミド短繊維のスラリーを得た。このスラリーを攪拌しながら、３Ｌの吸引ビンを備えた１５０ｍｍφのブフナーロート（１５０mmφろ紙（東洋ろ紙Ｎｏ．５Ａ）を装着）のロートに投入し、アスピレーターで吸引して水を除去し湿紙を得た。この湿紙を１００℃で１時間乾燥してポリイミド短繊維からなる耐熱紙を得た。さらに、この耐熱紙をプレス（新藤金属工業製  圧縮成型機ＹＳＲ−１０）で温度３７０℃、圧力５ＭＰａで１０秒間加熱圧縮した。得られた耐熱紙の特性を表１に示す。また、この耐熱紙を３５０℃の環境下に１時間曝した後の特性を表２に示す。【００３２】
【表１】
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【００３３】
【表２】
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【００３４】
実施例２
ポリイミド発泡体粉砕物約１．４ｇと全芳香族ポリアミド繊維（東レ・デュポン製  ケブラー＜登録商標＞ドライパルプ）２．１ｇを使用した以外は実施例１と同様に行った。得られた耐熱紙の特性を表１に示す。また、この耐熱紙を３５０℃の環境下に１時間曝した後の特性を表２に示す。【００３５】
実施例３
ポリイミド発泡体粉砕物約０．７ｇと全芳香族ポリアミド繊維（東レ・デュポン製  ケブラー＜登録商標＞ドライパルプ）２．８ｇを使用した以外は実施例１と同様に行った。得られた耐熱紙の特性を表１に示す。また、この耐熱紙を３５０℃の環境下に１時間曝した後の特性を表２に示す。【００３６】
比較例１
ポリイミド発泡体粉砕物を用いず、全芳香族ポリアミド繊維（東レ・デュポン製  ケブラー＜登録商標＞ドライパルプ）３．５ｇを使用した以外は実施例１と同様に行った。得られた耐熱紙の特性を表１に示す。また、この耐熱紙を３５０℃の環境下に１時間曝した後の特性を表２に示す。【００３７】
実施例４
ポリイミド発泡体粉砕物約８ｋｇと全芳香族ポリアミド繊維（帝人製トワロン＜登録商標＞パルプ）２ｋｇを水１９０Ｌに分散し連続抄造機を通した後、１００℃で乾燥して幅が５００ｍｍで坪量が１００ｇ／ｍ２の連続する耐熱紙を１００ｍ得た。さらに、この耐熱紙を２１０ｍｍ×３００ｍｍにカットし、３６０℃に設定したカレンダーロール機（由利ロール機械製）に１００ｋＮ／ｍの圧力および２分／ｍの速度で通した。得られた耐熱紙の特性と紫外線照射後および３５０℃、３０時間の耐熱試験後の特性を表３および４に示す。【００３８】
【表３】
2011074641.tif 000006
【００３９】
【表４】
2011074641.tif 000007
【００４０】
実施例５
ポリイミド発泡体粉砕物約７ｋｇと全芳香族ポリアミド繊維（帝人製トワロン＜登録商標＞パルプ）３ｋｇを使用した以外は実施例４と同様に行い耐熱紙を得た。得られた耐熱紙の特性と紫外線照射後および３５０℃、３０時間の耐熱試験後の特性を表３および４に示す。【００４１】
実施例６
ポリイミド発泡体粉砕物約７ｋｇと全芳香族ポリアミド繊維（帝人製トワロン＜登録商標＞パルプ）３ｋｇを使用し坪量が６０ｇ／ｍ２なるように抄造した以外は実施例４と同様に行った。得られた耐熱紙の特性と紫外線照射後および３５０℃、３０時間の耐熱試験後の特性を表３および４に示す。【００４２】
比較例２
全芳香族ポリアミド繊維（帝人製トワロン＜登録商標＞パルプ）１０ｋｇを使用した以外は実施例６と同様に行い耐熱紙を得た。得られた耐熱紙の特性と紫外線照射後および３５０℃、３０時間の耐熱試験後の特性を表３および４に示す。
【図１】
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【国際調査報告】
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2011074641.tif 000010