JP2005206782A - Polyamic acid and polyimide - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a polyamic acid and polyimide without having an absorption in the ultraviolet light region, having high light transmittance and excellent in solubility in an organic solvent. <P>SOLUTION: This polyamic acid can be obtained from a tetracarboxylic acid dianhydride of a specific structure, having an aromatic ring and alicyclic ring structure with a diamine, and the polyimide is obtained from the polyamic acid. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、新規な脂環式テトラカルボン酸二無水物から得られる新規なポリアミック酸およびそれから得られる新規なポリイミドに関する。   The present invention relates to a novel polyamic acid obtained from a novel alicyclic tetracarboxylic dianhydride and a novel polyimide obtained therefrom.

ポリイミドはその特徴である優れた機械的強度、耐熱性、絶縁性、耐溶剤性を利用して各種工業部品の素材原料として使用されるほか、反応性を利用してエポキシ樹脂の硬化剤として使用され、さらに、近年では、液晶表示素子、半導体における保護材料、絶縁材料などの電子材料、光導波路用材料等の光通信用材料、液晶配向膜として使用されている。
しかし、代表的な全芳香族ポリイミド(例えば、ピロメリット酸と4,4´−ジアミノジフェニルエーテルとの開環重付加反応からなるポリイミド等)は、濃い琥珀色であるため、高い透明性を要求される用途においては問題が生じてくる。
また、主鎖に芳香族環が連続して存在するために紫外線領域の光に対する吸収が大きく、光機能部材に使用するときに問題となることがある。
また、全芳香族ポリイミドは有機溶剤に極めて不溶であるため、実際にはその前駆体であるポリアミック酸を特定有機溶剤に溶解させ、これを加熱して脱水イミド閉環反応させる場合がある。しかし、例えば、液晶表示装置におけるポリイミド製膜とカラーフィルターの関係に見られるように、この工程に必要とされる温度と時間によっては、当該ポリイミドと併用される他部材の機能に悪影響を与えることがある。
Polyimide is used as a raw material for various industrial parts by utilizing its excellent mechanical strength, heat resistance, insulation, and solvent resistance, and it is also used as a curing agent for epoxy resin by utilizing reactivity. Furthermore, in recent years, it is used as a liquid crystal display element, an electronic material such as a protective material in a semiconductor, an insulating material, an optical communication material such as an optical waveguide material, and a liquid crystal alignment film.
However, typical wholly aromatic polyimides (for example, polyimides composed of ring-opening polyaddition reaction of pyromellitic acid and 4,4'-diaminodiphenyl ether) are dark amber, and therefore require high transparency. Problems arise in certain applications.
Further, since the aromatic ring is continuously present in the main chain, the absorption of light in the ultraviolet region is large, which may cause a problem when used for an optical functional member.
Further, since wholly aromatic polyimides are extremely insoluble in organic solvents, in some cases, polyamic acid as a precursor thereof is actually dissolved in a specific organic solvent and heated to cause a dehydrating imide ring-closing reaction. However, for example, as seen in the relationship between polyimide film formation and color filters in liquid crystal display devices, depending on the temperature and time required for this process, the function of other members used in combination with the polyimide may be adversely affected. There is.

上記問題の解決手段として、テトラカルボン酸二無水物モノマーとして脂環式テトラカルボン酸二無水物を用いてポリアミック酸を製造し、つづいて脱水イミド閉環反応して着色性の小さいポリイミドを製造することが提案されている。
しかしながら、これら技術において提案されてきた脂環式テトラカルボン酸二無水物モノマーは、ディールス・アルダー反応の後にさらに、一般に収率に問題のあるエン反応を必要とする化合物(例えば、特許文献1〜2を参照。)、あるいは、より複雑な構造のために容易に得ることが困難な化合物である(例えば、特許文献3〜5を参照。)したがって、これらの提案は、コストの面で問題があることに加え、不純物が混入する危険が潜在すると考えられる。また、当該テトラカルボン酸二無水物は比較的低融点を有する化合物であり、得られるポリイミドには十分な耐熱性が得られない。なお、1モルの1,1−ジフェニルエチレンと2モルの無水マレイン酸から得られるトリシクロ環構造のテトラカルボン酸二無水物モノマーも提案されているが、ディールス・アルダー反応で形成された1位の炭素・炭素不飽和結合部が高温で逆ディールス・アルダー反応して分解することがある。(例えば、特許文献1〜6、非特許文献1を参照。)
特開平9−71650号公報 特開平2002−338686号公報 特開平6−136120号公報 特開2001−48874号公報 特開2003−96070号公報 特開平9−211467号公報 W.N.Emmerling et al 、European Polymer Journal, Vol.13, p179-184
As a means for solving the above problems, a polyamic acid is produced using an alicyclic tetracarboxylic dianhydride as a tetracarboxylic dianhydride monomer, followed by a dehydrating imide ring-closing reaction to produce a polyimide having low colorability. Has been proposed.
However, alicyclic tetracarboxylic dianhydride monomers proposed in these technologies are compounds that require an ene reaction that generally has a problem in yield after the Diels-Alder reaction (for example, Patent Documents 1 to 4). 2), or a compound that is difficult to obtain easily due to a more complex structure (see, for example, Patent Documents 3 to 5). Therefore, these proposals are problematic in terms of cost. In addition, there is a potential danger of contamination. Further, the tetracarboxylic dianhydride is a compound having a relatively low melting point, and sufficient heat resistance cannot be obtained for the obtained polyimide. A tetracarboxylic dianhydride monomer having a tricyclo ring structure obtained from 1 mol of 1,1-diphenylethylene and 2 mol of maleic anhydride has also been proposed, but the 1-position formed by Diels-Alder reaction is also proposed. Carbon-carbon unsaturated bonds may decompose due to reverse Diels-Alder reaction at high temperatures. (For example, refer to Patent Documents 1 to 6 and Non-Patent Document 1.)
Japanese Patent Laid-Open No. 9-71650 JP-A-2002-338686 JP-A-6-136120 JP 2001-48874 A JP 2003-96070 A JP 9-2111467 A WNEmmerling et al, European Polymer Journal, Vol.13, p179-184

この問題を解決するためには、テトラカルボン酸二無水物をポリイミドのモノマーとして使用した場合の特性である紫外線低吸収性、有機溶剤への溶解性に加えて、高い融点を有し、製造工程で容易に高収率で得ることができ、かつ精製が容易であり高純度の製品が得られ、さらにポリアミック酸およびポリイミドの構成モノマーとして適当な反応性を有するテトラカルボン酸二無水物を見出すことが必要である。   In order to solve this problem, in addition to UV absorption, which is a characteristic when tetracarboxylic dianhydride is used as a monomer of polyimide, in addition to solubility in organic solvents, it has a high melting point and is a manufacturing process. To find a tetracarboxylic dianhydride that can be easily obtained in high yield, is easy to purify, has a high purity, and has an appropriate reactivity as a constituent monomer for polyamic acid and polyimide. is required.

本発明の第1は、下記一般式(1)および(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つと下記一般式(3)で表されるジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸に関するものである。   The first of the present invention is a polyamic obtained by reacting at least one of tetracarboxylic dianhydrides represented by the following general formulas (1) and (2) with a diamine represented by the following general formula (3): It is about acid.

Figure 2005206782
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Figure 2005206782
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一般式(1)、(2)において、R1は水素原子、または炭素数1〜10のアルキル基、R2は炭素数1〜10のアルキル基を表す。m、nは互いに独立の0〜5までの任意の整数であり、m+nが複数の場合、複数のR2は互いに同じでも、または、異なっても良い。   In the general formulas (1) and (2), R1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. m and n are arbitrary integers of 0 to 5 independent of each other. When m + n is plural, plural R2s may be the same or different from each other.

Figure 2005206782
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一般式(3)において、R3は2価の有機基を表す。   In the general formula (3), R3 represents a divalent organic group.

本発明の第2は、本発明の第1の一般式(1)および(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つおよび下記一般式(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(3)で表されるジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸に関するものである。   In the second aspect of the present invention, at least one of tetracarboxylic dianhydrides represented by the first general formulas (1) and (2) of the present invention and a tetracarboxylic acid represented by the following general formula (4) The present invention relates to a polyamic acid obtained by reacting a dianhydride and a diamine represented by the following general formula (3).

Figure 2005206782
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一般式(4)において、R1は水素原子、または炭素数1〜10のアルキル基、R2は炭素数1〜10のアルキル基を表す。m、nは互いに独立の0〜5までの任意の整数であり、m+nが複数の場合、複数のR2は互いに同じでも、または、異なっても良い。   In General Formula (4), R1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. m and n are arbitrary integers of 0 to 5 independent of each other. When m + n is plural, plural R2s may be the same or different from each other.

本発明の第3は、本発明の第1または第2におけるポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドに関するものである。   A third aspect of the present invention relates to a polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyamic acid according to the first or second aspect of the present invention.

本発明は、高純度で得られる特定の構造を有する新規な脂環式テトラカルボン酸二無水物をモノマーとして用いて、紫外線領域に吸収がなく、光透過性が高く、更に有機溶媒に対する溶解性に優れたポリアミック酸およびポリイミドを得ることができる。有機溶媒に対する溶解性に優れるのでスピンコート等による製膜加工が容易であり、特に液晶表示装置に使用される液晶配向膜への成形性に優れるポリイミドを得ることができる。また、金属やエポキシ樹脂との接着性に優れ、各種フレキシブル回路基板(TAB、COF等を含む。)に使用できるポリイミドを得ることができる。   The present invention uses a novel alicyclic tetracarboxylic dianhydride having a specific structure obtained with high purity as a monomer, has no absorption in the ultraviolet region, has high light transmittance, and is soluble in organic solvents. Can be obtained. Since it is excellent in solubility in an organic solvent, it is easy to form a film by spin coating or the like, and it is possible to obtain a polyimide that is particularly excellent in moldability to a liquid crystal alignment film used in a liquid crystal display device. Moreover, the polyimide which is excellent in adhesiveness with a metal or an epoxy resin and can be used for various flexible circuit boards (including TAB, COF, etc.) can be obtained.

一般式(1)または(2)を必須成分として含むテトラカルボン酸二無水物と一般式(3)で表されるジアミンを反応させて得られるポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミドは、その構成材料として含有される一般式(1)、(2)で表される脂環式テトラカルボン酸二無水物の構造に由来して、以下の優れた特性を有する。
(1)脂環式テトラカルボン酸二無水物中の主鎖を構成する部分はトリシクロ環構造であるため、ポリイミドの耐熱性を大きく低下させることがない。
(2)脂環式テトラカルボン酸二無水物の構造が非対称であり、さらに、芳香族環またはシクロへキサン環を側鎖として含むため、ポリイミド分子に屈曲性が付与され、光透過性が高い。
(3)脂環式テトラカルボン酸二無水物が非対称構造であり、さらに、芳香族環またはシクロへキサン環を側鎖として含むため、ポリイミド分子に屈曲性が付与され、塗膜成形体の靭性が高い。
(4)脂環式テトラカルボン酸二無水物が温和で副反応の無い経路で生成されるため、ポリイミド中の不純物濃度が低い。
(5)ディールス・アルダー反応で生成した炭素・炭素二重結合部が水素添加されているため高温環境したでの逆ディールス・アルダー反応による分解が抑制される。
A polyimide obtained by dehydrating and ring-closing a polyamic acid obtained by reacting a tetracarboxylic dianhydride containing general formula (1) or (2) as an essential component with a diamine represented by general formula (3) The following excellent characteristics are derived from the structure of the alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1) and (2) contained as a constituent material.
(1) Since the part which comprises the principal chain in alicyclic tetracarboxylic dianhydride is a tricyclo ring structure, the heat resistance of a polyimide is not reduced significantly.
(2) The structure of the alicyclic tetracarboxylic dianhydride is asymmetrical, and further includes an aromatic ring or a cyclohexane ring as a side chain, so that flexibility is imparted to the polyimide molecule and light transmittance is high. .
(3) Since the alicyclic tetracarboxylic dianhydride has an asymmetric structure and further contains an aromatic ring or a cyclohexane ring as a side chain, flexibility is imparted to the polyimide molecule, and the toughness of the coating film molded product Is expensive.
(4) Since the alicyclic tetracarboxylic dianhydride is produced through a mild and free side reaction route, the impurity concentration in the polyimide is low.
(5) Since the carbon / carbon double bond produced by the Diels-Alder reaction is hydrogenated, the decomposition due to the reverse Diels-Alder reaction in a high temperature environment is suppressed.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明のポリアミック酸およびポリイミドは、一般式(1)、(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つと一般式(3)で表されるジアミンから得られる。または、本発明のポリアミック酸およびポリイミドは、一般式(1)および(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つおよび一般式(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物と一般式(3)で表されるジアミンとから得られる。一般式(1)、(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、一般式(5)で表される化合物1モルと一般式(6)で表される化合物2モルとを反応させて得られる一般式(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物を水素添加することによって得られる。(非特許文献1を参照。)
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The polyamic acid and polyimide of the present invention are obtained from at least one of tetracarboxylic dianhydrides represented by general formulas (1) and (2) and a diamine represented by general formula (3). Alternatively, the polyamic acid and the polyimide of the present invention include at least one of tetracarboxylic dianhydrides represented by general formulas (1) and (2) and a tetracarboxylic dianhydride represented by general formula (4). And a diamine represented by the general formula (3). The tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1) and (2) is obtained by reacting 1 mol of the compound represented by the general formula (5) with 2 mol of the compound represented by the general formula (6). It is obtained by hydrogenating the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (4) obtained in this way. (See Non-Patent Document 1.)

Figure 2005206782
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一般式(5)、(6)において、R1は水素原子または炭素数1〜10のアルキル基、R2は炭素数1〜10のアルキル基を表す。m、nは互いに独立の0〜5までの任意の整数であり、m+nが複数の場合、複数のR2は互いに同じでも、または、異なっても良い。   In General Formulas (5) and (6), R1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. m and n are arbitrary integers of 0 to 5 independent of each other. When m + n is plural, plural R2s may be the same or different from each other.

一般式(5)で表される化合物の具体例としては、1,1−ジフェニルエチレン、1,1−ジ(メチルフェニル)エチレン、1−フェニル−1−メチルフェニルエチレン、1,1−ジフェニルプロペン、1,1−ジ(メチルフェニル)プロペン、1−フェニル−1−メチルフェニルプロペン等が挙げられる。
一般式(6)で示される化合物の具体例としては、無水マレイン酸、無水シトラコン酸(3−メチル無水マレイン酸)、3−エチル無水マレイン酸、3,4−ジメチル無水マレイン酸、3−クロル無水マレイン酸、3,4−ジメチル無水マレイン酸、等が挙げられる。
Specific examples of the compound represented by the general formula (5) include 1,1-diphenylethylene, 1,1-di (methylphenyl) ethylene, 1-phenyl-1-methylphenylethylene, 1,1-diphenylpropene. 1,1-di (methylphenyl) propene, 1-phenyl-1-methylphenylpropene, and the like.
Specific examples of the compound represented by the general formula (6) include maleic anhydride, citraconic anhydride (3-methylmaleic anhydride), 3-ethylmaleic anhydride, 3,4-dimethylmaleic anhydride, 3-chloro. Maleic anhydride, 3,4-dimethylmaleic anhydride, etc. are mentioned.

一般式(5)の化合物1モルと、一般式(6)の化合物2モルとは、図1に示す経路で反応して、一般式(4)のテトラカルボン酸二無水物を生成するものと考えられる。反応の進行には、特に触媒を必要とせず、適宜、溶剤を使用して、両者を混合して加熱攪拌して得ることができる。反応温度は、溶媒を使用した場合は当該溶媒の沸点付近で行うのが一般的であるが、50〜200℃間で行うことができる。より好ましくは、60〜150℃である。反応時間は反応温度との関係から定まるが、通常0.1〜20時間の範囲が好ましい。   1 mol of the compound of the general formula (5) and 2 mol of the compound of the general formula (6) react with each other through the route shown in FIG. 1 to produce a tetracarboxylic dianhydride of the general formula (4). Conceivable. For the progress of the reaction, a catalyst is not particularly required, and it can be obtained by using a solvent as appropriate, mixing them and heating and stirring them. When the solvent is used, the reaction temperature is generally near the boiling point of the solvent, but can be performed at 50 to 200 ° C. More preferably, it is 60-150 degreeC. Although the reaction time is determined from the relationship with the reaction temperature, it is usually preferably in the range of 0.1 to 20 hours.

以下、反応経路を図1にしたがって説明する。
一般式(5)と一般式(6)の化合物とは、炭素・炭素二重結合の電子密度差を誘因として電荷移動錯体を形成する。
したがって、一般式(5)および一般式(6)それぞれの化合物に存在する置換基が、両者の炭素・炭素二重結合の電子密度差を減少させないようにすることが好ましい。すなわち、一般式(5)の化合物の芳香族環以外の炭素に電子吸引性の強い置換基を存在させすることは好ましくなく、一般式(6)の化合物の炭素に電子供与性の強い置換基を存在させることは好ましくない。さらに、立体障害効果を有する置換基の存在も好ましくない。
Hereinafter, the reaction route will be described with reference to FIG.
The compound of the general formula (5) and the general formula (6) forms a charge transfer complex due to the difference in the electron density of the carbon / carbon double bond.
Therefore, it is preferable that the substituents present in the compounds of the general formula (5) and the general formula (6) do not reduce the difference in electron density between the carbon / carbon double bonds of the two. That is, it is not preferred that a substituent other than the aromatic ring of the compound of the general formula (5) has a strong electron-withdrawing substituent, and a strong electron-donating substituent is present on the carbon of the compound of the general formula (6). It is not preferable to exist. Furthermore, the presence of a substituent having a steric hindrance effect is also undesirable.

したがって、一般式(5)中のR1および一般式(6)中のR1の少なくとも1つが水素原子であることが好ましい。また、R1およびR2は、それぞれがアルキル基である場合、炭素数10以下であることが好ましく、炭素数5以下がさらに好ましく、特にメチル基、プロピル基が好ましい。
さらに、一般式(5)の化合物については、m+n≦4とすることが好ましく、特に、m+n≦2が好ましい。よって、最も好ましい一般式(5)で表される化合物は1,1−ジフェニルエチレンであり、最も好ましい一般式(6)で表される化合物は無水マレイン酸である。
Therefore, it is preferable that at least one of R1 in the general formula (5) and R1 in the general formula (6) is a hydrogen atom. Further, when each of R1 and R2 is an alkyl group, it preferably has 10 or less carbon atoms, more preferably 5 or less carbon atoms, and particularly preferably a methyl group or a propyl group.
Furthermore, about the compound of General formula (5), it is preferable to set it as m + n <= 4, and m + n <= 2 is especially preferable. Therefore, the most preferable compound represented by the general formula (5) is 1,1-diphenylethylene, and the most preferable compound represented by the general formula (6) is maleic anhydride.

一般式(5)と一般式(6)とから形成される電荷移動錯体は、分子内環化反応により六員環(シクロヘキサジエン環)となり、当該六員環化合物内のシクロヘキサジエン部と原料化合物一般式(6)の炭素・炭素二重結合部とが、ディールス・アルダー反応を経由して一般式(4)の化合物を生成するものと考えられる。当該ディールス・アルダー反応によって生成する炭素・炭素二重結合部は高温環境下で逆ディールス・アルダー反応で分解することがあるので、公知の還元法等を用いて常法により水素添加して当該部分を単結合として一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物、さらに、側鎖の芳香族環を核水添して一般式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物とする。   The charge transfer complex formed from the general formula (5) and the general formula (6) becomes a six-membered ring (cyclohexadiene ring) by an intramolecular cyclization reaction, and the cyclohexadiene part in the six-membered ring compound and the raw material compound It is considered that the carbon / carbon double bond portion of the general formula (6) generates the compound of the general formula (4) via the Diels-Alder reaction. Since the carbon / carbon double bond produced by the Diels-Alder reaction may be decomposed by the reverse Diels-Alder reaction in a high-temperature environment, hydrogenation is performed by a conventional method using a known reduction method, etc. A tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (1) as a single bond, and further a tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (2) by nuclear hydrogenation of the aromatic ring of the side chain; To do.

接触還元方法は、金属触媒として、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、白金、ニッケル、コバルト等を使用して、溶媒中で、水素圧を常圧から10MPa(100kg/cm2)の範囲、温度を0〜150℃の範囲で行うことができる。
さらに詳しく述べれば、一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を高い収率で得る場合は、パラジウム系触媒存在下で水素圧を1MPa〜5MPaの範囲とし、温度を室温〜50℃の範囲で5〜20時間接触還元を行うとよく、一般式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物を高い収率で得る場合は、パラジウム系触媒存在下で水素圧を5MPa〜8MPaの範囲とし、温度を50〜100℃の範囲で5〜20時間接触還元を行うとよい。
In the catalytic reduction method, palladium, ruthenium, rhodium, platinum, nickel, cobalt, etc. are used as a metal catalyst, and the hydrogen pressure is in a range from normal pressure to 10 MPa (100 kg / cm 2) in a solvent, and the temperature is 0 to 150. It can be performed in the range of ° C.
More specifically, when the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (1) is obtained in a high yield, the hydrogen pressure is set in the range of 1 MPa to 5 MPa in the presence of the palladium-based catalyst, and the temperature is set to room temperature to 50-50. The catalytic reduction is preferably performed in the range of 5 ° C. for 5 to 20 hours. When the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (2) is obtained in a high yield, the hydrogen pressure is set to 5 MPa in the presence of a palladium catalyst. The catalytic reduction may be performed in the range of 8 MPa and the temperature in the range of 50 to 100 ° C. for 5 to 20 hours.

一般式(1)、(2)、(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、従前の脂環式ポリイミドに使用されているテトラカルボン酸二無水物に比べて、特段の反応条件変更を要さずに実質的にひとつの反応操作で、エン反応等と比較して温和な条件下による反応で、副生成物を生じることなく得られ、特に高い純度が要求される光学機能部材中で使用されるポリイミドを製造するモノマーとして極めて優れた特性を発揮する。これらの中でも、一般式(1)、(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、高温環境下でも逆ディールス・アルダー反応がないので、高い耐熱性、あるいは、長期の安定性が要求されるポリイミドの構成モノマーとして優れている。   The tetracarboxylic dianhydrides represented by the general formulas (1), (2), and (4) have special reaction conditions compared to the tetracarboxylic dianhydrides used in conventional alicyclic polyimides. An optical functional member that can be obtained without a by-product in a reaction under mild conditions compared to an ene reaction, etc., without producing any by-products, and requires a high purity. It exhibits extremely excellent properties as a monomer for producing polyimides used in it. Among these, the tetracarboxylic dianhydrides represented by the general formulas (1) and (2) are required to have high heat resistance or long-term stability because there is no reverse Diels-Alder reaction even in a high temperature environment. It is excellent as a constituent monomer for polyimide.

本発明に係る一般式(1)、(2)、(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物は、2つのカルボン酸二無水物基がトリシクロ環構造中に非対称に配置されていること、および、側鎖(例えば、n=0であればベンゼン環。)を有していることを特徴とする。本発明者らは、当該基本構造が、ポリアミック酸およびポリイミドの耐熱性、有機溶剤への溶解性、靭性の付与に大きく関与しているものと考えている。   In the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1), (2), and (4) according to the present invention, two carboxylic dianhydride groups are arranged asymmetrically in a tricyclo ring structure. And a side chain (for example, a benzene ring if n = 0). The present inventors consider that the basic structure is greatly involved in the heat resistance of polyamic acid and polyimide, the solubility in organic solvents, and the provision of toughness.

上記基本的特性に加えて、より優れた耐熱性と芳香族系材料との親和性を所望する場合は一般式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物、よりすぐれた透明性と溶解性を所望する場合は一般式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物を単独で使用するが、これらの特性をバランスよく所望する場合は、混合して使用しても良い。なお、一般式(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物も、化学修飾や架橋反応を所望する場合、300℃以上で残渣を大量に残さない熱分解を所望する場合は併用することが好ましい。   In addition to the above basic characteristics, if you want better heat resistance and affinity with aromatic materials, tetracarboxylic dianhydride represented by general formula (1), better transparency and dissolution When desired, the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (2) is used singly, but when these properties are desired in a balanced manner, they may be mixed and used. In addition, the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (4) may be used in combination when a chemical modification or a cross-linking reaction is desired, or when thermal decomposition that does not leave a large amount of residue at 300 ° C. or higher is desired. preferable.

また、本発明に係るポリアミック酸およびポリイミドを得るためには、一般式(1)、(2)、(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物中に開環重付加反応や閉環反応の進行に関して立体障害となる置換基を含まないことが好ましく、一般式(1)、(2)、(4)の中でも、1,1−ジフェニルエチレンと無水マレイン酸から合成されるテトラカルボン酸二無水物が好ましい。なお、本発明の効果を損なわない範囲で、ポリイミドの構成成分として使用される公知の他のテトラカルボン酸無水物を併用することができることはもちろんである。   In addition, in order to obtain the polyamic acid and the polyimide according to the present invention, a ring-opening polyaddition reaction or a ring-closing reaction is carried out in the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1), (2), (4). It is preferable not to contain a substituent that causes steric hindrance with respect to progress, and among the general formulas (1), (2), and (4), a tetracarboxylic dianhydride synthesized from 1,1-diphenylethylene and maleic anhydride Things are preferred. Needless to say, other known tetracarboxylic acid anhydrides used as components of polyimide can be used in combination as long as the effects of the present invention are not impaired.

一般式(3)で表されるジアミン化合物としては、特に制限は無く、ポリイミド構成モノマーとして知られているジアミン化合物であればよい。R3の好ましい炭素数は6〜18であり、芳香族環を有するものがさらに好ましい。
好ましい例を挙げれば、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、1,5−ジアミノナフタレン、2,7−ジアミノフルオレン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、4,4’−(p−フェニレンイソプロピリデン)ビスアニリン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2’−ビス[4−(4−アミノ−2−トリフルオロメチルフェノキシ)フェニル]ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノ−2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ビフェニル、4,4’−ビス[(4−アミノ−2−トリフルオロメチル)フェノキシ]−オクタフルオロビフェニルなどがあり、特に好ましくは、p−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタンおよび4,4’−ジアミノジフェニルエーテルが挙げられる。
There is no restriction | limiting in particular as a diamine compound represented by General formula (3), What is necessary is just a diamine compound known as a polyimide constituent monomer. R3 preferably has 6 to 18 carbon atoms, and more preferably has an aromatic ring.
Preferred examples include p-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 1,5-diaminonaphthalene, 2,7-diaminofluorene, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4 ′-(p-phenylene) Isopropylidene) bisaniline, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 2,2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 2,2′-bis [4- ( 4-amino-2-trifluoromethylphenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 4,4′-diamino-2,2′-bis (trifluoromethyl) biphenyl, 4,4′-bis [(4-amino-2 -Trifluoromethyl) phenoxy] -octafluorobiphenyl, etc., particularly preferably p-phenylenedia And 4,4'-diaminodiphenylmethane and 4,4'-diaminodiphenyl ether.

本発明のポリアミック酸は、一般式(1)、(2)、(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物と一般式(3)で表されるジアミン化合物とを、例えば、開環重付加反応させることにより合成することが出来る。   The polyamic acid of the present invention comprises a tetracarboxylic dianhydride represented by general formulas (1), (2), and (4) and a diamine compound represented by general formula (3), for example, It can be synthesized by addition reaction.

一般式(1)、(2)、(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物と一般式(3)で表されるジアミン化合物とでポリアミック酸を合成するときの好ましい使用割合は、上記ジアミン化合物に含まれるアミノ基1当量に対する上記テトラカルボン酸二無水物の酸無水物基が0.2〜4当量となる範囲である。重合度の高いポリアミック酸を得たいときは、0.8〜1.2当量の範囲とする。
上記手法により、対数粘度が0.05〜10の範囲にあるポリアミック酸を得ることができる。なお、対数粘度の値は、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒として用い、濃度が0.5g/100ミリリットルである溶液について30℃で、対数粘度=[ln(溶液粘度/溶媒粘度)]/[溶液濃度]によって求める。
The preferred use ratio when the polyamic acid is synthesized with the tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1), (2) and (4) and the diamine compound represented by the general formula (3) is as described above. The acid anhydride group of the tetracarboxylic dianhydride with respect to 1 equivalent of the amino group contained in the diamine compound is within a range of 0.2 to 4 equivalents. When it is desired to obtain a polyamic acid having a high degree of polymerization, the range is 0.8 to 1.2 equivalents.
By the above method, a polyamic acid having a logarithmic viscosity in the range of 0.05 to 10 can be obtained. The value of logarithmic viscosity is as follows: logarithmic viscosity = [ln (solution viscosity / solvent viscosity)] / at 30 ° C. for a solution having a concentration of 0.5 g / 100 ml using N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent. Determined by [Solution concentration].

ポリアミック酸の合成反応は、有機溶媒中において、通常0〜150℃、好ましくは0〜100℃の温度条件下で行われる。ここで、有機溶媒としては、合成されるポリアミック酸を溶解できるものであれば特に制限はない。なお、溶媒を例示すれば、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、γ−ブチロラクトン、テトラメチル尿素、ヘキサメチルホスホルトリアミドなどの非プロトン系極性溶媒、m−クレゾール、フェノール、ハロゲン化フェノールなどのフェノール系溶媒が挙げられる。   The synthetic reaction of polyamic acid is usually carried out in an organic solvent under a temperature condition of 0 to 150 ° C, preferably 0 to 100 ° C. Here, the organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the synthesized polyamic acid. Examples of solvents include non-protons such as N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylacetamide, N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, γ-butyrolactone, tetramethylurea, and hexamethylphosphortriamide. Examples thereof include phenolic solvents such as system polar solvents, m-cresol, phenol, and halogenated phenol.

つづいて、この反応溶液とポリアミック酸の貧溶媒を混合して析出物を得、この析出物を減圧下乾燥することによりポリアミック酸を得ることができる。また、このポリアミック酸を再び有機溶媒に溶解させ、貧溶媒で析出させる工程を1回または数回行うことにより、ポリアミック酸を精製することができる。
なお、貧溶媒を例示すれば、水、メチルアルコール、エチルアルコール、イソプロピルアルコール、シクロヘキサノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、ジエチルエーテル、エチレングリコールメチルエーテル等のエーテル類が挙げられる。
Subsequently, this reaction solution and a poor solvent for polyamic acid are mixed to obtain a precipitate, and this precipitate is dried under reduced pressure to obtain a polyamic acid. Further, the polyamic acid can be purified by dissolving the polyamic acid again in an organic solvent and precipitating with a poor solvent once or several times.
Examples of poor solvents include water, alcohols such as methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropyl alcohol and cyclohexanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, diethyl And ethers such as ether and ethylene glycol methyl ether.

本発明に係るポリイミドは、公知の方法に従って、上記ポリアミック酸をそのまま、あるいは、有機溶媒中で、イミド化反応時に生成する低分子化合物を系外に除去しながら、加熱して、脱水閉環(イミド化反応)して合成する。加熱における反応温度は50〜300℃、好ましくは、100〜200℃である。反応温度が50℃未満ではイミド化反応が十分に進行せず、反応温度が300℃を超えると得られるポリイミドの分子量が低下することがある。   According to a known method, the polyimide according to the present invention is heated to remove the low molecular weight compound generated during the imidation reaction as it is or in an organic solvent while removing the low molecular weight compound from the system. Synthesis). The reaction temperature in heating is 50 to 300 ° C, preferably 100 to 200 ° C. When the reaction temperature is less than 50 ° C., the imidization reaction does not proceed sufficiently, and when the reaction temperature exceeds 300 ° C., the molecular weight of the resulting polyimide may decrease.

また、上記ポリアミック酸の溶液中に脱水剤およびイミド化触媒を添加しても、本発明に係るポリイミドを合成することができる。脱水剤を例示すれば、無水酢酸、無水プロピオン酸等の酸無水物が挙げられる。イミド化触媒を例示すれば、トリエチルアミン、ピリジン、コリジン等の第3級アミンが挙げられる。また、このようにして得られる反応溶液に対し、ポリアミック酸の精製方法と同様の操作を行うことにより、本発明のポリイミドを精製することができる。   Also, the polyimide according to the present invention can be synthesized by adding a dehydrating agent and an imidization catalyst to the polyamic acid solution. Examples of the dehydrating agent include acid anhydrides such as acetic anhydride and propionic anhydride. Examples of imidation catalysts include tertiary amines such as triethylamine, pyridine, collidine and the like. Moreover, the polyimide of this invention can be refine | purified by performing operation similar to the purification method of polyamic acid with respect to the reaction solution obtained in this way.

本発明に係るポリイミドは、その構成材料として含有される一般式(1)、(2)で表される脂環式テトラカルボン酸二無水物の構造に由来して、従来の脂環式テトラカルボン酸二無水物を含有するポリイミドと比較して、以下の優れた特性を併せ持っていることが特長であり、極めてバランスのとれたポリイミドである。   The polyimide according to the present invention is derived from the structure of the alicyclic tetracarboxylic dianhydride represented by the general formulas (1) and (2) contained as its constituent materials, and is a conventional alicyclic tetracarboxylic acid. Compared with a polyimide containing acid dianhydride, it is characterized by having the following excellent characteristics, and is a very balanced polyimide.

従来の脂環式テトラカルボン酸二無水物から得られたポリイミドの主鎖には、テトラカルボン酸二無水物中の自由回転可能な炭素・炭素結合が導入されるものがあり、そのために良好な耐熱性が得られなかったが、本発明に係るポリイミド中では、テトラカルボン酸二無水物が構成する主鎖部分はトリシクロ環構造であり、また、逆ディールス・アルダー反応が抑制されているため、耐熱性が良好である。(後述のTGA分析を参照。)   Some polyimide main chains obtained from conventional alicyclic tetracarboxylic dianhydrides are introduced with free-rotatable carbon / carbon bonds in tetracarboxylic dianhydrides. Although heat resistance could not be obtained, in the polyimide according to the present invention, the main chain portion constituting the tetracarboxylic dianhydride is a tricyclo ring structure, and the reverse Diels-Alder reaction is suppressed, Good heat resistance. (See TGA analysis below.)

本発明の脂環式テトラカルボン酸二無水物の構造が非対称であり、さらに、芳香族環またはシクロヘキサン環を側鎖として含むため、ポリイミド分子に屈曲性が付与され、光透過性が高い。(後述の溶液の目視観察、および、UVスペクトルを参照。)   Since the structure of the alicyclic tetracarboxylic dianhydride of the present invention is asymmetric and further contains an aromatic ring or a cyclohexane ring as a side chain, the polyimide molecule is given flexibility and has high light transmittance. (Refer to the visual observation of the solution described later and the UV spectrum.)

従来のビシクロ環構造の脂環式テトラカルボン酸二無水物モノマーは、対称構造が通常であったが、本発明に係るテトラカルボン酸二無水物は非対称構造であり、非対称構造がもたらすポリイミド分子の屈曲性により靭性が付与され、強靭な塗膜が得られる。   Conventional alicyclic tetracarboxylic dianhydride monomers having a bicyclo ring structure usually have a symmetric structure. However, the tetracarboxylic dianhydride according to the present invention has an asymmetric structure, and the asymmetric structure provides a polyimide molecule. Toughness is imparted by flexibility, and a tough coating film is obtained.

本発明の脂環式テトラカルボン酸二無水物が温和で副反応の無い経路で生成されるため、ポリイミド分子の不純物濃度が低い。なお、後述の実施例の記載から明らかなように、再結晶による精製で、シャープな融点を有する結晶が得られる。   Since the alicyclic tetracarboxylic dianhydride of the present invention is produced through a mild and free side reaction route, the impurity concentration of the polyimide molecule is low. As is clear from the description of Examples below, crystals having a sharp melting point can be obtained by purification by recrystallization.

以下、実施例を挙げ本発明の内容を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定される
ものではない。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and the content of this invention is demonstrated concretely, this invention is not limited to these.

<テトラカルボン酸二無水物の合成>
容量20mlのナス型フラスコに1,1−ジフェニルエチレン5.10gと無水マレイ
ン酸2.78g(モル比1:1)を入れ、10分間溶存酸素を脱気した後、油浴を140
℃に保ち5時間加熱攪拌した。反応系の温度は106℃であった。反応終了後、トルエン
をフラスコに加えて析出する沈殿物を濾過して集めた。濾過物の重量は3.65gであっ
た。
本合成例おいては、1,1−ジフェニルエチレンは反応原料として仕込まれたと同時に、過剰分は溶剤として機能している。本合成例の収率は、1,1−ジフェニルエチレン2.55gと無水マレイン酸2.78g(モル比1:2)を基準として、68%である。
(DSC分析による融点測定)
酢酸エチルから再結晶した当該化合物は、20℃/minでの昇温条件で290℃ に明
確な吸熱ピークを示した。
<Synthesis of tetracarboxylic dianhydride>
Into a 20 ml capacity eggplant-shaped flask, 5.10 g of 1,1-diphenylethylene and 2.78 g of maleic anhydride (molar ratio 1: 1) were added, and after degassing dissolved oxygen for 10 minutes, 140 oil baths were added.
The mixture was kept at ℃ and stirred for 5 hours. The temperature of the reaction system was 106 ° C. After completion of the reaction, toluene was added to the flask, and the deposited precipitate was collected by filtration. The weight of the filtrate was 3.65 g.
In this synthesis example, 1,1-diphenylethylene is charged as a reaction raw material, and at the same time, the excess functions as a solvent. The yield of this synthesis example is 68% based on 2.51 g of 1,1-diphenylethylene and 2.78 g of maleic anhydride (molar ratio 1: 2).
(Melting point measurement by DSC analysis)
The compound recrystallized from ethyl acetate showed a clear endothermic peak at 290 ° C. under the temperature rising condition at 20 ° C./min.

<テトラカルボン酸二無水物の構造決定>
(マススペクトル)
マススペクトルの結果、生成物の分子量は376であった。
(IRスペクトル測定)
700cm−1〜740cm−1:1置換芳香族帰属ピーク
760cm−1〜860cm−1:炭素・炭素二重結合帰属ピーク
1780cm−1〜1880cm−1:カルボン酸無水物帰属ピーク
(1HNMRスペクトル測定)
1H NMRスペクトル(DMSO−d6)
2.55(m、2H)、2.75(m、2H):カルボニル基隣接炭素上の水素
3.50〜3.60(m、2H)
3.70(t、1H):シクロへキセン環とシクロヘキサジエン環結合部炭素上の水素
3.80(m、2H):シクロヘキセン中のメチン水素
6.00(t、1H)、6.25(t、1H):炭素・炭素二重結合部の水素
7.20(d、2H)、7.35(t、1H)、7.45(t、2H):
一置換ベンゼン部の水素
以上の分析結果から、生成物の化学構造は一般式(4)の構造を満足するテトラカルボン酸二無水物のうち、下記の化学式(71)(3−フェニルトリシクロ[6,2,2,02,7]ドデカ−2,11−エン−5,6,9,10−テトラカルボン酸二無水物)で表されるテトラカルボン酸二無水物であることを確認した。なお、当該化合物の構造決定に関しては、上記非特許文献1も参照した。
<Determining the structure of tetracarboxylic dianhydride>
(Mass spectrum)
As a result of mass spectrum, the molecular weight of the product was 376.
(IR spectrum measurement)
700 cm-1 to 740 cm-1: 1 substituted aromatic attribute peak 760 cm-1 to 860 cm-1: carbon / carbon double bond attribute peak 1780 cm-1 to 1880 cm-1: carboxylic acid anhydride attribute peak (1H NMR spectrum measurement)
1H NMR spectrum (DMSO-d6)
2.55 (m, 2H), 2.75 (m, 2H): hydrogen on carbon adjacent to the carbonyl group 3.50 to 3.60 (m, 2H)
3.70 (t, 1H): hydrogen on carbon at the cyclohexene ring and cyclohexadiene ring bond 3.80 (m, 2H): methine hydrogen in cyclohexene 6.00 (t, 1H), 6.25 ( t, 1H): hydrogen at carbon-carbon double bond 7.20 (d, 2H), 7.35 (t, 1H), 7.45 (t, 2H):
From the above analysis results, the chemical structure of the product is a tetracarboxylic dianhydride satisfying the structure of the general formula (4), and the following chemical formula (71) (3-phenyltricyclo [ 6,2,2,0 2,7 ] dodeca-2,11-ene-5,6,9,10-tetracarboxylic dianhydride) . Regarding the structure determination of the compound, Non-Patent Document 1 was also referred to.

Figure 2005206782
Figure 2005206782

化学式(1)で表される上記テトラカルボン酸二無水物を1gを10mlのTHFに溶解し、10%パラジウム/カーボン触媒(小島薬品製)100mgを加えて、50℃、5〜4.50MPa(水素圧)で水素化還元を16時間行った。触媒を除去後、THFを減圧蒸留して白色の結晶を95%の収率で回収した。
当該結晶のHNMRスペクトル測定を上記と同様に行ったところ、δ=6.00〜6.25の領域に現れる炭素・炭素二重結合部分の2個の水素原子に帰属されるピーク面積が消滅し、化学式(1)中の11位の炭素・炭素二重結合(2置換オレフィン)が水素化還元されたことを示した。一方、δ=1.00〜2.00にはシクロアルカン系メチン水素は新たに出現せず芳香族環の核水添が生じていないことを示した。なお、これ以外に大きな変化は見られなかった。また、IRスペクトル解析から無水カルボニル基が残存していることを確認し、また、マススペクトルの結果から分子量が化学式(1)の化合物より2多い378になっていることを確認した。
この結果から、当該水素化生成物が、一般式(1)の構造を満足する下記の化学式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物であることが確認された。
1 g of the above tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1) is dissolved in 10 ml of THF, 100 mg of 10% palladium / carbon catalyst (manufactured by Kojima Pharmaceutical) is added, and 50 ° C., 5 to 4.50 MPa ( Hydrogen reduction was carried out for 16 hours. After removing the catalyst, THF was distilled under reduced pressure to recover white crystals in a yield of 95%.
When the 1 HNMR spectrum of the crystal was measured in the same manner as described above, the peak area attributed to two hydrogen atoms of the carbon / carbon double bond portion appearing in the region of δ = 6.00 to 6.25 disappeared. It was shown that the carbon / carbon double bond (disubstituted olefin) at the 11th position in the chemical formula (1) was hydroreduced. On the other hand, when δ = 1.00 to 2.00, no cycloalkane methine hydrogen appeared, indicating that no nuclear hydrogenation of the aromatic ring occurred. There were no other major changes. Further, it was confirmed from IR spectrum analysis that an anhydrous carbonyl group remained, and from the result of mass spectrum, it was confirmed that the molecular weight was 378, which was 2 more than the compound of the chemical formula (1).
From this result, it was confirmed that the hydrogenation product is a tetracarboxylic dianhydride represented by the following chemical formula (2) that satisfies the structure of the general formula (1).

Figure 2005206782
Figure 2005206782

化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物1gを10mlのTHFに溶解し、10%パラジウム/カーボン触媒(小島薬品製)50mgを加えて、100℃、1〜0.95MPa(水素圧)で水素化還元を6時間行った。触媒を除去後、THFを減圧蒸留して白色の結晶を95%の収率で回収した。
当該結晶のHNMRスペクトル測定を上記と同様に行ったところ、δ=6.00〜6.25の領域に現れる炭素・炭素二重結合部分の2個の水素原子に帰属されるピーク面積とδ=7.20〜7.45の領域に現れる一置換ベンゼン環部分の5個の水素原子に帰属されるピーク面積との比が、還元処理前の2:5から、1.2:5に変化し、δ=6.00近傍にメチン系水素のピークが新たに出現し、化学式(1)中の11位の炭素・炭素二重結合(2置換オレフィン)の一部が水素化還元されたことを示した。
一方、δ=1.00〜2.00にはシクロアルカン系メチン水素は新たに出現せず芳香族環族の核水添が生じていないことを示した。なお、これ以外に大きな変化は見られなかった。また、IRスペクトル解析から無水カルボニル基が残存していることを確認した。
この結果から、当該還元処理化合物が、一般式(4)の構造を満足する化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物約60モル%と一般式(1)の構造を満足する化学式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物約40モル%とから構成されることが確認された。
以下、当該方法で得られた混合物を「水添テトラカルボン酸二無水物混合物A」という。
1 g of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1) is dissolved in 10 ml of THF, 50 mg of 10% palladium / carbon catalyst (manufactured by Kojima Pharmaceutical) is added, and 100 ° C., 1 to 0.95 MPa (hydrogen pressure) ) For 6 hours. After removing the catalyst, THF was distilled under reduced pressure to recover white crystals in a yield of 95%.
When the 1 HNMR spectrum of the crystal was measured in the same manner as described above, the peak area attributed to two hydrogen atoms of the carbon / carbon double bond portion appearing in the region of δ = 6.00 to 6.25 and δ = The ratio of the peak area attributed to the five hydrogen atoms of the monosubstituted benzene ring portion appearing in the region of 7.20 to 7.45 changed from 2: 5 before the reduction treatment to 1.2: 5 In addition, a new methine hydrogen peak appeared near δ = 6.00, and a part of the carbon / carbon double bond (2-substituted olefin) at the 11th position in the chemical formula (1) was hydrogenated and reduced. showed that.
On the other hand, at δ = 1.00 to 2.00, no cycloalkane-based methine hydrogen appeared, indicating that no aromatic ring nuclear hydrogenation occurred. There was no significant change other than this. Further, it was confirmed from IR spectrum analysis that an anhydrous carbonyl group remained.
From this result, the reduction treatment compound has a chemical formula satisfying about 60 mol% of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1) satisfying the structure of the general formula (4) and a structure of the general formula (1). It was confirmed that it was composed of about 40 mol% of tetracarboxylic dianhydride represented by (2).
Hereinafter, the mixture obtained by this method is referred to as “hydrogenated tetracarboxylic dianhydride mixture A”.

化学式(1)で表される上記テトラカルボン酸二無水物1gを10mlのTHFに溶解し、10%パラジウム/カーボン触媒(小島薬品製)100mgを加えて、120℃、9.00〜8.50MPa(水素圧)で水素化還元を16時間行った。触媒を除去後、THFを減圧蒸留して白色の結晶を95%の収率で回収した。
当該結晶のHNMRスペクトル測定を上記と同様に行ったところ、δ=6.00〜6.25の領域に現れる炭素・炭素二重結合部分の2個の水素原子に帰属されるピークおよびδ=7.20〜7.00の領域に現れる芳香族環の水素原子に帰属されるピークが消滅し、化学式(1)中の11位の炭素・炭素二重結合(2置換オレフィン)が水素化還元され、かつ芳香族環が核水添されたことを示した。一方、δ=1.00〜2.00にはシクロアルカン系メチン水素が出現した。また、IRスペクトル解析から無水カルボニル基が残存していることを確認し、また、マススペクトルの結果から分子量が化学式(1)の化合物より8多い386になっていることを確認した。
この結果から、当該還元処理化合物が、一般式(2)の構造を満足する下記の化学式(93)で表されるテトラカルボン酸二無水物であることが確認された。
これらの脂環式テトラカルボン酸二無水物系化合物の合成経路を図2に示した。
1 g of the tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1) is dissolved in 10 ml of THF, 100 mg of 10% palladium / carbon catalyst (manufactured by Kojima Pharmaceutical) is added, 120 ° C., 9.00 to 8.50 MPa. Hydrogen reduction was carried out for 16 hours at (hydrogen pressure). After removing the catalyst, THF was distilled under reduced pressure to recover white crystals in a yield of 95%.
When the 1 HNMR spectrum of the crystal was measured in the same manner as described above, a peak attributed to two hydrogen atoms of the carbon / carbon double bond portion appearing in the region of δ = 6.00 to 6.25 and δ = The peak attributed to the hydrogen atom of the aromatic ring appearing in the 7.20 to 7.00 region disappears, and the carbon-carbon double bond (2-substituted olefin) at the 11th position in the chemical formula (1) is hydroreduced. And showed that the aromatic ring was nuclear hydrogenated. On the other hand, cycloalkane methine hydrogen appeared at δ = 1.00 to 2.00. Further, it was confirmed from IR spectrum analysis that an anhydrous carbonyl group remained, and from the result of mass spectrum, it was confirmed that the molecular weight was 386, which is 8 more than the compound of the chemical formula (1).
From this result, it was confirmed that the said reduction process compound is the tetracarboxylic dianhydride represented by following Chemical formula (93) which satisfies the structure of General formula (2).
The synthesis route of these alicyclic tetracarboxylic dianhydride compounds is shown in FIG.

Figure 2005206782
Figure 2005206782

化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物1gを10mlのTHFに溶解し、10%パラジウム/カーボン触媒(小島薬品製)50mgを加えて、100℃、1〜0.95MPa(水素圧)で水素化還元を6時間行った。触媒を除去後、THFを減圧蒸留して白色の結晶を95%の収率で回収した。
当該結晶のHNMRスペクトル測定を上記と同様に行ったところ、δ=6.00〜6.25の領域に現れる炭素・炭素二重結合の2個の水素原子に帰属するピーク面積が消滅し、化学式(1)中の11位の炭素・炭素二重結合(2置換オレフィン)が水素化還元されたことを示した。また、δ=7.20〜7.45の領域に現れる一置換ベンゼン環部分の5個の水素原子に帰属されるピーク面積とδ=1.00〜2.00にはシクロアルカン系メチン水素が新たに出現した。なお、これ以外に大きな変化は見られなかった。また、IRスペクトル解析から無水カルボニル基が残存していることを確認した。
それぞれのピーク面積の比から、当該還元処理化合物が、一般式(1)の構造を満足する化学式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物約50モル%と一般式(2)の構造を満足する化学式(3)で表されるテトラカルボン酸二無水物約50モル%とから構成されることが確認された。
以下、当該方法で得られた混合物を「水添テトラカルボン酸二無水物混合物B」という。
1 g of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1) is dissolved in 10 ml of THF, 50 mg of 10% palladium / carbon catalyst (manufactured by Kojima Pharmaceutical) is added, and 100 ° C., 1 to 0.95 MPa (hydrogen pressure) ) For 6 hours. After removing the catalyst, THF was distilled under reduced pressure to recover white crystals in a yield of 95%.
When 1 HNMR spectrum measurement of the crystal was performed in the same manner as described above, the peak area attributed to two hydrogen atoms of the carbon / carbon double bond appearing in the region of δ = 6.00 to 6.25 disappeared, It was shown that the carbon-carbon double bond (2-substituted olefin) at the 11-position in the chemical formula (1) was hydrogenated and reduced. Further, the peak area attributed to five hydrogen atoms of the mono-substituted benzene ring portion appearing in the region of δ = 7.20 to 7.45 and δ = 1.00 to 2.00 include cycloalkane methine hydrogen. Newly appeared. There were no other major changes. Further, it was confirmed from IR spectrum analysis that an anhydrous carbonyl group remained.
From the ratio of the respective peak areas, the reduction treatment compound is about 50 mol% of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (2) satisfying the structure of the general formula (1) and the structure of the general formula (2). It was confirmed that it was composed of about 50 mol% of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (3) satisfying
Hereinafter, the mixture obtained by the method is referred to as “hydrogenated tetracarboxylic dianhydride mixture B”.

(参考例1)<ポリアミック酸の合成>
化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物752mg(2mmol)、4,4´-ジアミノジフェニルエーテル400mg(2mmol)、溶媒としてのN,N−ジメチルアセトアミド1.5mlを30mlのナスフラスコに入れ室温で1昼夜攪拌反応させた。反応溶液は粘稠となった。
つづいて、上記反応溶液にN,N−ジメチルアセトアミド15mlを加えて溶解させて
粘稠度を低下させ、当該反応溶液を150mlのメタノール中にあけた。沈殿物を濾過に
て回収し、過剰メタノールで洗浄した。対数粘度は2.3であった。
(Reference Example 1) <Synthesis of polyamic acid>
752 mg (2 mmol) of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1), 400 mg (2 mmol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether and 1.5 ml of N, N-dimethylacetamide as a solvent are placed in a 30 ml eggplant flask. The reaction was stirred for one day at room temperature. The reaction solution became viscous.
Subsequently, 15 ml of N, N-dimethylacetamide was added to the reaction solution and dissolved to lower the consistency, and the reaction solution was poured into 150 ml of methanol. The precipitate was collected by filtration and washed with excess methanol. The logarithmic viscosity was 2.3.

<ポリアミック酸の構造決定>
(IRスペクトル測定)
1540cm−1、1680cm−1 アミド結合帰属ピーク
1780cm−1、1860cm−1 カルボン酸無水物帰属ピークの消失
IRスペクトルを図3に示した。
以上の分析結果から、参考例1によるポリアミック酸は下記化学式(4)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。
<Structure determination of polyamic acid>
(IR spectrum measurement)
1540 cm −1, 1680 cm −1 Amide bond attribution peak 1780 cm −1, 1860 cm −1 Disappearance of carboxylic acid anhydride attribution peak IR spectrum is shown in FIG. 3.
From the above analysis results, it was confirmed that the polyamic acid according to Reference Example 1 has a repeating unit structure represented by the following chemical formula (4).

Figure 2005206782
Figure 2005206782

<ポリイミドの合成>
化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物752mg(2mmol)、4,4´-ジアミノジフェニルエーテル400mg(2mmol)、溶媒としてのN,N−ジメチルアセトアミド1.5mlを30mlのナスフラスコに入れ室温で1昼夜攪拌反応させた。反応溶液は粘稠となった。
つづいて、上記反応溶液を減圧下、100℃で30分、200℃で2時間加熱した。室温まで冷却後、N,N−ジメチルアセトアミド15mlを加えて溶解させて粘稠度を低下させ、当該反応溶液を150mlのメタノール中にあけた。沈殿物を濾過にて回収し、過剰メタノールで洗浄した。合成物は薄金色の粉体であり、収率は100%であった。
<Synthesis of polyimide>
752 mg (2 mmol) of tetracarboxylic dianhydride represented by the chemical formula (1), 400 mg (2 mmol) of 4,4′-diaminodiphenyl ether and 1.5 ml of N, N-dimethylacetamide as a solvent are placed in a 30 ml eggplant flask. The reaction was stirred for one day at room temperature. The reaction solution became viscous.
Subsequently, the reaction solution was heated at 100 ° C. for 30 minutes and at 200 ° C. for 2 hours under reduced pressure. After cooling to room temperature, 15 ml of N, N-dimethylacetamide was added and dissolved to lower the consistency, and the reaction solution was poured into 150 ml of methanol. The precipitate was collected by filtration and washed with excess methanol. The composite was a light gold powder and the yield was 100%.

<ポリイミドの構造決定>
(IRスペクトル測定)
1540cm−1、1680cm−1 アミド結合帰属ピークの消失
1710cm−1、1780cm−1 イミド結合帰属ピーク
1780cm−1、1860cm−1 カルボン酸無水物帰属ピークの消失
IRスペクトルを図4に示した。
以上の分析結果から、参考例1によるポリイミドは下記化学式(5)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。
<Polyimide structure determination>
(IR spectrum measurement)
Disappearance of 1540 cm −1, 1680 cm −1 amide bond attribution peak 1710 cm −1, 1780 cm −1 Imide bond attribution peak 1780 cm −1, 1860 cm −1 Disappearance of carboxylic acid anhydride attribution peak IR spectrum is shown in FIG. 4.
From the above analysis results, it was confirmed that the polyimide according to Reference Example 1 has a repeating unit structure represented by the following chemical formula (5).

Figure 2005206782
Figure 2005206782

(実施例1〜4)
参考例1における化学式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物2mmolに代えて、化学式(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物(以下、「実施例1」という。)、化学式(3)で表されるテトラカルボン酸二無水物(以下、「実施例2」という。)、水添テトラカルボン酸二無水物混合物A(以下、「実施例3」という。)、水添テトラカルボン酸二無水物混合物B(以下、「実施例4」という。)をそれぞれ約2mmolとした他は、参考例に示した手法と同様にして、ポリアミック酸、および、ポリイミドを合成し、IRスペクトルで構造決定を行った。各合成反応における収率はほぼ同一であり、IRスペクトルの帰属もほぼ同一であった。
(Examples 1-4)
Instead of 2 mmol of tetracarboxylic dianhydride represented by chemical formula (1) in Reference Example 1, a tetracarboxylic dianhydride represented by chemical formula (2) (hereinafter referred to as “Example 1”), chemical formula (3) tetracarboxylic dianhydride (hereinafter referred to as “Example 2”), hydrogenated tetracarboxylic dianhydride mixture A (hereinafter referred to as “Example 3”), hydrogenated tetra. A polyamic acid and polyimide were synthesized in the same manner as in the reference example except that the carboxylic acid dianhydride mixture B (hereinafter referred to as “Example 4”) was about 2 mmol, and the IR spectrum was synthesized. The structure was determined. The yield in each synthesis reaction was almost the same, and the assignment of IR spectrum was also almost the same.

実施例1によるポリアミック酸(対数粘度は2.1であった。)は、下記化学式(6)、ポリイミドは下記化学式(7)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。   It was confirmed that the polyamic acid according to Example 1 (having a logarithmic viscosity of 2.1) has a repeating unit structure represented by the following chemical formula (6), and polyimide has the following chemical formula (7).

Figure 2005206782
Figure 2005206782

Figure 2005206782
Figure 2005206782

実施例2によるポリアミック酸(対数粘度は2.1であった。)は、下記化学式(8)、ポリイミドは下記化学式(9)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。   It was confirmed that the polyamic acid according to Example 2 (having a logarithmic viscosity of 2.1) has a repeating unit structure represented by the following chemical formula (8) and polyimide has the following chemical formula (9).

Figure 2005206782
Figure 2005206782

Figure 2005206782
Figure 2005206782

実施例3によるポリアミック酸(対数粘度は2.0であった。)は、化学式(4)と化学式(6)の繰り返し単位構造を有するもの、ポリイミドは化学式(5)と化学式(7)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。   The polyamic acid according to Example 3 (having a logarithmic viscosity of 2.0) has a repeating unit structure of chemical formula (4) and chemical formula (6), and polyimide is a repeating chemical formula (5) and chemical formula (7). It was confirmed to have a unit structure.

実施例4によるポリアミック酸(対数粘度は2.2であった。)は化学式(6)と化学式(8)の繰り返し単位構造を有するもの、ポリイミドは化学式(7)と化学式(9)の繰り返し単位構造を有するものであることが確認された。   The polyamic acid according to Example 4 (having a logarithmic viscosity of 2.2) has a repeating unit structure of chemical formula (6) and chemical formula (8), and polyimide is a repeating unit of chemical formula (7) and chemical formula (9). It was confirmed to have a structure.

<ポリイミド等の有機溶剤への溶解性>
上記実施例1〜4で得られた各ポリアミック酸、ポリイミドを5mg秤量し、室温の5mlのジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルピロリドンに投入したところ、すべての有機溶剤につき、投入後、直ちに溶解した。また、溶液は実質透明であった。
<Solubility in organic solvents such as polyimide>
When 5 mg of each polyamic acid and polyimide obtained in Examples 1 to 4 above were weighed and put into 5 ml of dimethyl sulfoxide (DMSO), N, N-dimethylformamide (DMF) and N-methylpyrrolidone at room temperature, all The organic solvent was dissolved immediately after the addition. The solution was substantially transparent.

(参考例2)
上記参考例1において、化学式(1)のテトラカルボン酸二無水物をピロメリット酸二無水物に代えて合成したポリアミック酸、ポリイミドを同様に評価したところ、当該ポリアミック酸はジメチルスルホキシド(DMSO)、N,N−ジメチルホルムアミド(DMF)、N−メチルピロリドンに溶解したものの溶液には着色が見られ、当該茶褐色のポリイミドは全く溶解せず、沈殿したままであった。
(Reference Example 2)
In the above Reference Example 1, when the polyamic acid and polyimide synthesized by replacing the tetracarboxylic dianhydride of the chemical formula (1) with pyromellitic dianhydride were similarly evaluated, the polyamic acid was dimethyl sulfoxide (DMSO), Although the solution was dissolved in N, N-dimethylformamide (DMF) and N-methylpyrrolidone, the solution was colored, and the brown polyimide was not dissolved at all and remained precipitated.

<ポリイミドの光透過性>
参考例1、実施例1〜4で得られたポリイミドをN−メチルピロリドンに溶解させ(0.1質量%)、1cm角の石英セルに入れ、バンド幅2nm、走査速度200nm/min.で、UV−吸収スペクトルを測定した。全てのポリイミドは吸収端が330nm以下で、可視域(400〜780nm)に吸収を示さなかった。なお、上記可視域での光透過率は、参考例が90%、実施例1と実施例3が92%、実施例2と実施例4が94%であり、脂環式テトラカルボン酸二無水物系化合物からなるポリイミド中でも極めて光透過性に優れることがわかる。
<Light transmittance of polyimide>
The polyimides obtained in Reference Example 1 and Examples 1 to 4 were dissolved in N-methylpyrrolidone (0.1% by mass), placed in a 1 cm square quartz cell, a bandwidth of 2 nm, a scanning speed of 200 nm / min. The UV-absorption spectrum was measured. All polyimides had an absorption edge of 330 nm or less, and did not show absorption in the visible region (400 to 780 nm). The light transmittance in the visible range is 90% in the reference example, 92% in the examples 1 and 3, 94% in the examples 2 and 4, and the alicyclic tetracarboxylic dianhydride. It can be seen that even a polyimide composed of a physical compound is extremely excellent in light transmittance.

<ポリイミド等の熱分析>
参考例1によるポリイミドを窒素雰囲気下、20℃/minの昇温速度でTGA測定を行った。5%重量損失温度は320℃であり、液晶配向膜用途としての耐熱性を有していることが確認された。また、600℃での重量残存率は37%であり、熱分解性でコーキングを生じ難い特性が確認された。
実施例1〜4によるポリイミドの5%重量損失温度および600℃での重量残存率は、実施例1が355℃(50%)、実施例2が355℃(44%)、実施例3が335℃(42%)、実施例4が355℃(44%)であり、脂環式テトラカルボン酸二無水物系化合物からなるポリイミド中でも極めて耐熱性に優れることがわかる。また、後述する参考例2との比較から、芳香族系ポリイミドに対して熱分解性でコーキングを生じ難い特性が確認された。
<Thermal analysis of polyimide, etc.>
TGA measurement was performed on the polyimide according to Reference Example 1 under a nitrogen atmosphere at a temperature increase rate of 20 ° C./min. The 5% weight loss temperature was 320 ° C., and it was confirmed to have heat resistance as a liquid crystal alignment film application. Moreover, the weight residual ratio in 600 degreeC was 37%, and the characteristic which is hard to produce coking by heat decomposition was confirmed.
The 5% weight loss temperature and the weight residual ratio at 600 ° C. of the polyimides according to Examples 1 to 4 are 355 ° C. (50%) in Example 1, 355 ° C. (44%) in Example 2, and 335 in Example 3. It can be seen that the temperature is 42 ° C. (42%) and 355 ° C. (44%) in Example 4 is extremely excellent in heat resistance even among polyimides composed of alicyclic tetracarboxylic dianhydride compounds. Moreover, the characteristic which is hard to produce caulking by thermal decomposability with respect to the aromatic polyimide was confirmed from comparison with Reference Example 2 described later.

参考例2のポリイミドを同様に評価したところ、600℃での重量残存率は、それぞれ82%であり、熱分解性でコーキングを生じ易い特性が確認された。   When the polyimide of Reference Example 2 was evaluated in the same manner, the weight residual ratio at 600 ° C. was 82%, respectively, and it was confirmed that the resin was thermally decomposable and easily caulked.

本発明に係るポリイミドは、成形材料として既存のポリイミドと同様、複写機等のOA機器のパーツ、成形体として複写機の分離爪やベアリング等の各種工業部品分野に使用することができる。
また、耐熱性や成形加工性に優れ、かつ、有機溶剤に可溶なポリイミドフィルムとして、フレキシブル印刷配線板や耐熱性接着テープの基材に、樹脂ワニスとして半導体の絶縁皮膜、保護皮膜、耐熱性および接着性に優れた低誘電接着剤、フィルム状接合材、接着性積層材、フレキシブル印刷基板(FPC)やTAB(Tape Automated Bonding)テープ、複合リードフレーム、積層材料等のように低誘電性、耐熱性、接着性が要求される用途の積層構造体の製造に好適であり、また、液晶表示素子用配向膜に用いることできる。
The polyimide according to the present invention can be used in parts of various industrial parts such as separation claws and bearings of copying machines as molding parts, and parts of office automation equipment such as copying machines, as well as existing polyimides as molding materials.
In addition, it is a polyimide film that is excellent in heat resistance and moldability and is soluble in organic solvents, as a base material for flexible printed wiring boards and heat-resistant adhesive tapes, and as a resin varnish for semiconductor insulation film, protective film, heat resistance Low dielectric adhesives such as low dielectric adhesives with excellent adhesive properties, film-like bonding materials, adhesive laminates, flexible printed circuit boards (FPC) and TAB (Tape Automated Bonding) tapes, composite lead frames, laminate materials, etc. It is suitable for production of a laminated structure for uses requiring heat resistance and adhesiveness, and can be used for an alignment film for liquid crystal display elements.

テトラカルボン酸二無水物を生成する反応経路図Reaction path diagram for producing tetracarboxylic dianhydride 実施例に係るテトラカルボン酸二無水物を生成する反応経路図Reaction path diagram for producing tetracarboxylic dianhydride according to the example ポリアミック酸のIRスペクトル図IR spectrum of polyamic acid ポリイミドのIRスペクトル図IR spectrum of polyimide

Claims (3)

下記一般式(1)および(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つと下記一般式(3)で表されるジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸。
Figure 2005206782
Figure 2005206782
一般式(1)、(2)において、R1は水素原子、または炭素数1〜10のアルキル基、R2は炭素数1〜10のアルキル基を表す。m、nは互いに独立の0〜5までの任意の整数であり、m+nが複数の場合、複数のR2は互いに同じでも、または、異なっても良い。
Figure 2005206782
一般式(3)において、R3は2価の有機基を表す。
A polyamic acid obtained by reacting at least one of tetracarboxylic dianhydrides represented by the following general formulas (1) and (2) with a diamine represented by the following general formula (3).
Figure 2005206782
Figure 2005206782
In the general formulas (1) and (2), R1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. m and n are arbitrary integers of 0 to 5 independent of each other. When m + n is plural, plural R2s may be the same or different from each other.
Figure 2005206782
In the general formula (3), R3 represents a divalent organic group.
請求項1記載の一般式(1)および(2)で表されるテトラカルボン酸二無水物の少なくとも一つおよび下記一般式(4)で表されるテトラカルボン酸二無水物と前記一般式(3)で表されるジアミンとを反応させて得られるポリアミック酸。
Figure 2005206782
一般式(4)において、R1は水素原子、または炭素数1〜10のアルキル基、R2は炭素数1〜10のアルキル基を表す。m、nは互いに独立の0〜5までの任意の整数であり、m+nが複数の場合、複数のR2は互いに同じでも、または、異なっても良い。
At least one of the tetracarboxylic dianhydrides represented by the general formulas (1) and (2) according to claim 1 and the tetracarboxylic dianhydride represented by the following general formula (4) and the general formula ( A polyamic acid obtained by reacting the diamine represented by 3).
Figure 2005206782
In General Formula (4), R1 represents a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and R2 represents an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. m and n are arbitrary integers of 0 to 5 independent of each other. When m + n is plural, plural R2s may be the same or different from each other.
請求項1または2記載のポリアミック酸を脱水閉環して得られるポリイミド。   A polyimide obtained by dehydrating and ring-closing the polyamic acid according to claim 1.
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