JP2017178928A - テトラカルボン酸二無水物、ポリアミック酸及びポリイミド - Google Patents
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Abstract
Description
下記式(1):
下記一般式(2):
で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸。
下記一般式(3):
で表される繰り返し単位を有するポリイミド。
無水トリメリット酸ハライドと、下記式(4):
上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物を得る方法としては公知の方法を適宜適用することができる。例えば、脱酸剤(塩基)の存在下、上記式(4)で表される化合物(9,9−ビス(4−(4−ヒドロキシフェニルオキシ)フェニル)フルオレン、以下、BPOPFと略すことがある)とトリメリット酸無水物の酸ハライドとを反応させる方法(酸ハライド法)、BPOPFとトリメリット酸無水物との直接脱水反応による方法、BPOPFのジアセテート体とトリメリット酸無水物とを高温で脱酢酸反応する方法、ジシクロヘキシルカルボジイミド等の脱水剤を用いてBPOPFとトリメリット酸無水物とを脱水縮合させる方法、トシルクロリド/N,N−ジメチルホルムアミド/ピリジン混合物を用いてトリメリット酸無水物を活性化してBPOPFをエステル化する方法が挙げられる。その中でも、原料であるトリメリット酸ハライドを安価に入手可能であることから、酸ハライド法が好ましい。以下、酸ハライド法について詳述する。
で表される構造を有する。これらトリメリット酸無水物の酸ハライドの中でも、トリメリット酸無水物の酸クロリドが安価に入手可能であることから、Yは塩素原子が望ましい。
上記式(2)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸(以下、本発明のポリアミック酸と称することもある)について詳述する。
本発明の上記式(3)で表される繰り返し単位を有するポリイミドは、上記の方法で得られた、上記式(2)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸を脱水閉環反応(イミド化反応)に供することで製造することができる。イミド化反応の方法として例えば、熱イミド化法や化学イミド化法が例示される。
1H−NMR、13C−NMRは、内部標準としてテトラメチルシランを用い、溶媒として重DMSOを用いて、JEOL−ESC400分光計によって記録した。
次の測定条件で分離、質量分析し、目的物を同定した。
・装置:(株)Waters製「Xevo G2 Q−Tof」、
・カラム:ACQUITY UPLC BEHC18、
(1.7μm、2.1mmφ×100mm)、
・カラム温度:40℃、
・検出波長:UV 220−500nm、
・移動相:A液=0.1%ギ酸水、B液=アセトニトリル、
・移動相流量:0.3mL/分、
・移動相グラジエント:B液濃度:80%(0分)→80%(10分後)→100%(15分後)、
・検出法:Q−Tof、
・イオン化法:APCI(−)法、
・Ion Source:温度120℃、
・Sampling Cone :電圧 50V、ガスフロー50L/h、
・Desolvation Gas:温度500℃、ガスフロー1000L/h。
次の測定条件で高速液体クロマトグラフィー(HPLC)測定を行ったときの面積百分率値を各化合物の純度とした。
・装置:日立製作所社製 L−2130、
・カラム:ZORBAX CN(5μm、4.5mmφ×250mm)、
・カラム温度:40℃、
・検出波長:UV 254nm、
・移動相:A液=ヘキサン、B液=テトラヒドロフラン、
・移動相流量:1.0ml/分、
・移動相グラジエント:A液濃度:85%(0分)→60%(35分後)→0%(40分後)。
次の測定条件で、重量平均分子量を測定した。(ポリスチレン換算)
・装置:東ソー(株)製 HLC−8320GPC、
・カラム:TSK−GEL Super AWM―H (6.0 mmI.D.×15cm)、
・移動相:N,N−ジメチルホルムアミド、流量:0.6ml/min、
・カラム温度:40℃。
示差走査熱量計(エスアイアイナノテクノロジー(株)製「EXSTAR DSC 7020C」)を用いて、昇温速度10℃/分で測定した際に検出された融解吸熱最大温度を融点とした。
示差走査熱量計(エスアイアイナノテクノロジー(株)製「EXSTAR DSC 7020」)を用いて、昇温速度30℃/分で測定し、変曲点の接線の交点をガラス転移温度とした。
分光光度計((株)島津製作所製「UV−2450」)を用いて、ポリイミド膜の200〜800nmの透過率を測定した。透過率が0.5%以下となる波長をカットオフ波長とした。カットオフ波長が短いほど、ポリイミド膜の透明性が良好である。
分光光度計((株)島津製作所製「UV−2450」)を用いて、ポリイミド膜の400nmの透過率を測定した。透過率が高いほど、ポリイミド膜の透明性が良好である。
アッベ屈折計((株)アタゴ製「多波長アッベ屈折計 DR−M2」)を用いて、ポリイミド膜に平行な方向(nin)と垂直な方向(nout)の屈折率(波長:589nm)を測定し、ポリイミド膜の平均屈折率(nav)を次式で求めた。
nav=(2nin+nout)/3
この平均屈折率(nav)に基づいて、次式より1MHzにおけるポリイミド膜の誘電率(ε)を次式により算出した。
ε=1.1×nav 2
引張試験機((株)島津製作所製「オートグラフAGS−X」を用いて、ポリイミド膜の試験片(ダンベル型試験片 平行部5mm×20mm)について引張試験(引張速度10mm/分)を実施し、膜の引張伸度(%)を求めた。引張伸度が高いほど膜の靱性が高いことを意味する。
得られたポリイミド膜または粉末20mgをN,N−ジメチルアセトアミド(DMAc)、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、テトラヒドロフラン(THF)、シクロペンタノン(CPN)、γ−ブチロラクトン(GBL)1mLに入れ、溶解性を試験した。下記の基準で溶媒溶解性を評価した。
〇:室温で溶解する。
△:加温すると溶解し、室温に冷却しても析出しない。
×:不溶。
<実施例1>
温度計、滴下ロート、攪拌棒を備えた1Lの4つ口フラスコに、無水トリメリット酸クロリド11.0g(52.2mmol)、アセトニトリル20.0g、トルエン10.0g、9,9−ビス(4−(4−ヒドロキシフェニルオキシ)フェニル)フルオレン(BPOPF)10.0g(18.7mmol)を仕込み、撹拌後、2℃まで冷却した。冷却後、さらにピリジン4.1g(51.8mmol)を2℃〜7℃で滴下した。滴下後、25℃まで昇温し、昇温後、同温度で1時間撹拌を行った時点で結晶が析出しはじめたため、アセトニトリル10.0g、トルエン5.0gを加え、さらに1時間撹拌を行った。
マススペクトル値(M−・):882.17、
融点(DSC):193℃。
<実施例2>
(上記式(2)で表されるポリアミック酸の内、上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン(以下、FDAと称することもある)との反応から得られるポリアミック酸(下記式(2−A)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸と称する)の製造例)
(上記式(3)で表されるポリイミドの内、上記式(2−A)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸の化学イミド化による、下記式(3−A)で表される繰り返し単位を有するポリイミドの製造)
(上記式(2)で表されるポリアミック酸の内、上記式(1)で表されるテトラカルボン酸二無水物と2,2’−ビス(トリフルオロメチル)−4,4’−ジアミノビフェニル(別名2,2’−ビス(トリフルオロメチル)ベンジジン)(以下、TFMBと称することがある)との反応から得られるポリアミック酸(以下式(2−B)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸)の製造)
(上記式(3)で表されるポリイミドの内、上記式(2−B)で表される繰り返し単位を有するポリアミック酸の化学イミド化による、下記式(3−B)で表される繰り返し単位を有するポリイミドの製造)
<参考例1>
(下記式(6)で表される酸二無水物とTFMBとから得られる、下記式(7)で表される繰り返し単位を有するポリイミドの製造例)
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