JP2698384B2 - 含フッ素ピロメリット酸無水物及びその製造方法 - Google Patents

含フッ素ピロメリット酸無水物及びその製造方法

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JP2698384B2 JP63211800A JP21180088A JP2698384B2 JP 2698384 B2 JP2698384 B2 JP 2698384B2 JP 63211800 A JP63211800 A JP 63211800A JP 21180088 A JP21180088 A JP 21180088A JP 2698384 B2 JP2698384 B2 JP 2698384B2
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  • Heterocyclic Carbon Compounds Containing A Hetero Ring Having Oxygen Or Sulfur (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 本発明は、ポリイミドのモノマーとなりうる新規な含
フッ素ピロメリット酸無水物及びその製造方法に関す
る。
「従来の技術」 ポリイミドは、種々の有機ポリマーの中でも耐熱性に
優れているため、宇宙、航空分野から電子通信分野まで
幅広く使われ始めている。特に最近では、単に耐熱性に
優れているだけでなく用途に応じて種々の性能を合わせ
持つことが期待されている。例えば、プリント板やLSI
用の層間絶縁膜などとしては、熱膨張係数、誘電率が小
さいことが期待され、光通信分野では屈折率が小さいこ
とが期待されている。しかしながら、これらの性能を充
分に満足するポリイミドは現在のところ得られていな
い。
このようなポリイミドを得るためには、ポリイミドの
主鎖をできる限り剛直構造にして低熱膨張性を発現さ
せ、さらにモノマーであるテトラカルボン酸二無水物ま
たはジアミンに低誘電率性、低屈折率性を発現する置換
基を導入する方法が考えられる。例えばエポキシ樹脂に
おいては、ジャーナル オブ ポリマー サイエンス
(Journal of Polymer Science)のパート(Part)C、
ポリマー レターズ(Polymer Letters)、第24巻、第2
49頁(1986)に示されているようにエポキシ樹脂の硬化
剤に多フッ素置換基を導入することにより、これまでの
エポキシ樹脂の中で最も低い誘電率を達成している。ま
た、特開昭61−44969号公報で示されているように、屈
折率においても多フッ素置換基を導入することにより、
これまでのエポキシ樹脂の中で最も低い屈折率を達成し
ている。このようにポリイミド骨格を剛直構造にし、フ
ッ素置換基を導入することにより、熱膨張係数、誘電
率、屈折率の低減が期待できる。
「発明が解決しようとする課題」 しかしながら、これまでにポリイミドにフッ素置換基
を導入して、低熱膨張係数、低誘電率、低屈折率を達成
したという報告はない。また、フッ素化ポリイミドを含
フッ素酸無水物と含フッ素ジアミンとから合成した例は
少なく、今後多くのフッ素化ポリイミド用モノマーの出
現が期待されている。
本発明の目的は、従来のポリイミドでは有していなか
った低膨張係数、低誘電率、低屈折率などの優れた特性
を有するポリイミドを合成するのに必要な含フッ素ピロ
メリット酸無水物及びその製造方法を提供することにあ
る。
「課題を解決するための手段」 本発明における請求項1に記載した発明では、下記の
一般式[I]で表される含フッ素ピロメリット酸無水物
を提供することを、また請求項2に記載した発明では、
下記の一般式[II]で表される含フッ素ピロメリット酸
無水物を提供することを上記課題の解決手段とした。
また、本発明における請求項3、4に記載した発明で
は、それぞれ下記の反応式[III],[IV]に基づいて
含フッ素デュレンを合成し、得られた含フッ素デュレン
を酸化、脱水して上記一般式[I],[II]で表される
含フッ素ピロメリット酸無水物を得ることを上記課題の
解決手段とした。
以下、本発明を詳しく説明する。
本発明者らは、テトラカルボン酸二無水物について分
子設計した結果、脂肪族ではポリイミド主鎖が剛直性と
はならず低膨張性を損なうため、ピロメリット酸無水物
が好適であり、さらにはフッ素基の導入位置としては芳
香族環の1,4の位置が好適であるとの知見を得た。そし
て、これにより上記の化学構造式[I],[II]で表さ
れる含フッ素ピロメリット酸無水物を合成することとし
た。
まず、[III]式あるいは[IV]式の反応に用いる含
フッ素コー化物としては、例えば、2−ヨード−1,1,1
−トリフルオロエタン、1−ヨード−1H,1H−パーフル
オロプロパン、1−ヨード−1H,1H−パーフルオロブタ
ン、1−ヨード−1H,1H−パーフルオロペンタン、1−
ヨード−1H,1H−パーフルオロウンデカン、3−ヨード
−1,1,1−トリフルオロプロパン、1−ヨード−1H,1H,2
H,2H−パーフルオロブタン、1−ヨード−1H,1H,2H,2H
−パーフルオロオクタン、1−ヨード−1H,1H,2H,2H−
パーフルオロドデカンなどがある。
本反応の溶媒としては、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、ピリジンなどの極性溶媒が好適に用いられ、また触
媒としては活性銅粉が好適に用いられて加えられる。反
応条件は、オートクレーブ中150〜250℃程度、20〜300
気圧程度にて10〜150時間程度とされ、[III],[IV]
式中含フッ素ヨー化物のnの数が大きくなるほど高温、
高圧、長時間を要するものされる。
次に、[III]および[IV]で表される含フッ素デュ
レンから[I]および[II]で表される含フッ素ピロメ
リット酸無水物への酸化、脱水反応であるが、これは通
常の酸化、脱水閉環手法によって行うことができる。例
えば、過マンガン酸カリウム法、硝酸法等によるメチル
基の酸化、および無水酢酸法、加熱脱水法等による酸無
水物化法が採用される。また、五酸化バナジウムを触媒
として空気酸化により直接酸無水物化する方法も採用可
能である。
「実施例」 以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれら実施例に限定されるものではない。
(実施例1) [含フッ素デュレンの合成] 500mlオートクレーブにジヨー化デュレン30g(78ミリ
モル)、2−ヨード−1,1,1−トリフルオロエタン40g
(190ミリモル)、活性化銅粉30g(470ミリモル)及び
乾燥ジメチルホルムアミド150mlを入れ、オートクレー
ブ中150℃で50時間加熱撹拌した。冷却後、反応混合物
から銅粉を濾別し、濾液を水1.5中に加え析出した固
体を濾別乾燥し、昇華精製してジ(2,2,2−トリフルオ
ロエチル)デュレン19.6gを得た。
このものは、下記に示すように元素分析において測定
値と計算値とがほぼ一致しており、また赤外吸収スペク
トル、NMRスペクトル及びマススペクトルが予想構造式
と一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
融点:65℃ 元素分析: 計算値 C;56.37, H;5.42 測定値 C;56.31, H;5.41 [含フッ素ピロメリット酸無水物の合成] 続いて、含フッ素ピロメリット酸無水物を合成した。
三口フラスコにジ(2,2,2−トリフルオロエチル)デ
ュレン19.6g(66ミリモル)、ピリジン300ml、水150ml
を加えて100℃にまで加熱した後、過マンガン酸カリウ
ム53.7g(136ミリモル)をゆっくり加えて3時間撹拌し
た。反応後、得られた反応混合物を濾過し、濾液中の溶
媒をエバポレーターで除去し、生成物を6%水酸化ナト
リウム400ml中に加えて100℃にまで加熱した後、過マン
ガン酸カリウム64.5g(410ミリモル)をゆっくり加え
た。1.5時間撹拌した後、エタノールを加えて余分の過
マンガン酸カリウムを分解し濾過した。
この濾液を冷却し、さらに塩酸水溶液を加え酸性にし
て沈澱物を析出せしめた。その後、得られた沈澱物を水
で再結晶し、ジ(2,2,2−トリフルオロエチル)ピロメ
リット酸を得た。
このジ(2,2,2−トリフルオロエチル)ピロメリット
酸を真空中150℃、2時間加熱した後、昇華精製してジ
(2,2,2−トリフルオロエチル)ピロメリット酸無水物1
2.4gを得た。
このものは、赤外吸収スペクトル図で1800cm-1及び18
70cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、1200cm-1にC−F
基に基づく吸収が現れたこと、そして下記に示すように
元素分析において測定値と計算値がほぼ一致しているこ
とから、目的化合物であることが確認された。
元素分析: 計算値 C;43.99, H;1.06 測定値 C;43.95, H;1.02 (実施例2) [含フッ素デュレンの合成] 500mlオートクレーブ中にジヨー化デュレン38.6g(10
0ミリモル)、1−ヨード−1H,1H−パーフルオロブタン
124g(400ミリモル)、活性化銅粉38.6g(600ミリモ
ル)及び乾燥ジメチルホルムアミド200mlを入れ、オー
トクレーブ中160℃、200気圧にて120時間加熱撹拌し
た。冷却後、反応混合物から銅粉及び固体を濾別乾燥
し、昇華精製してジ(1H,1H−パーフルオロブチル)デ
ュレン29.3gを得た。
このものは、下記に示すように元素分析において測定
値と計算値とがほぼ一致しており、また赤外吸収スペク
トル、NMRスペクトル及びマススペクトルが予想構造式
と一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
融点:69℃ 元素分析: 計算値 C;43.38, H;3.24 測定値 C;43.41, H;3.29 [含フッ素ピロメリット酸無水物の合成] 500mlオートクレーブ中にジ(1H,1H−パーフルオロブ
チル)デュレン29.3g、25%硝酸水溶液240mlを加えて17
0℃で16時間加熱撹拌した。冷却後、沈澱物を濾別し、
この沈澱物を水で再結晶してジ(1H,1H−パーフルオロ
ブチル)ピロメリット酸19.5gを得た。また、濾液中に
含まれる成分をエーテル抽出し、水で再結晶してジ(1
H,1H−パーフルオロブチル)ピロメリット酸8.3gを得
た。
このジ(1H,1H−パーフルオロブチル)ピロメリット
酸を真空中にて150℃で2時間加熱した後、昇華精製し
てジ(1H,1H−パーフルオロブチル)ピロメリット酸無
水物21.3gを得た。
このものは、赤外吸収スペクトル図で1800cm-1及び18
70cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、1200cm-1にC−F
基に基づく吸収が現れたこと、そして下記に示すように
元素分析において測定値と計測値がほぼ一致しているこ
とから、目的化合物であることが確認された。
元素分析: 計算値 C;37.13, H;0.69 測定値 C;37.19, H;0.71 (実施例3) 1−ヨー化デュレンを出発原料として、実施例1と同
様の方法により(2,2,2−トリフルオロエチル)デュレ
ンを経て(2,2,2−トリフルオロエチル)ピロメリット
酸無水物を合成した。
このものは、実施例1と同様に赤外吸収スペクトル図
で1800cm-1及び1870cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、
1200cm-1にC−F基に基づく吸収が現れたこと、そして
下記に示すように元素分析において測定値と計算値がほ
ぼ一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
元素分析: 計算値 C;48.02, H;1.01 測定値 C;48.07, H;0.97 (実施例4) ジヨー化デュレンを出発原料として、実施例2と同様
の方法によりジ(1H,1H,2H,2H−パーフルオロオクチ
ル)デュレンを経て(1H,1H,2H,2H−パーフルオロオク
チル)ピロメリット酸無水物を合成した。
このものは、実施例1と同様に赤外吸収スペクトル図
で1800cm-1及び1870cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、
1200cm-1にC−F基に基づく吸収が現れたこと、そして
下記に示すように元素分析において測定値と計算値がほ
ぼ一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
元素分析: 計算値 C;34.30, H;0.89 測定値 C;34.26, H;0.93 (実施例5) ジヨー化デュレンを出発原料として、実施例2と同様
の方法によりジ(1H,1H,2H,2H−パーフルオロドデシ
ル)デュレンを経てジ(1H,1H,2H,2H−パーフルオロド
デシル)ピロメリット酸無水物を合成した。
このものは、実施例1と同様に赤外吸収スペクトル図
で1800cm-1及び1870cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、
1200cm-1にC−F基に基づく吸収が現れたこと、そして
下記に示すように元素分析において測定値と計算値がほ
ぼ一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
元素分析: 計算値 C;31.16, H;0.62 測定値 C;31.15, H;0.65 (実施例6) 1−ヨー化デュレンを出発原料として、実施例2と同
様の方法により(1H,1H,2H,2H−パーフルオロドデシ
ル)デュレンを経て(1H,1H,2H,2H−パーフルオロドデ
シル)ピロメリット酸無水物を合成した。
このものは、実施例1と同様に赤外吸収スペクトル図
で1800cm-1及び1870cm-1に酸無水物特有の二つの吸収、
1200cm-1にC−F基に基づく吸収が現れたこと、そして
下記に示すように元素分析において測定値と計算値がほ
ぼ一致していることから、目的化合物であることが確認
された。
元素分析: 計算値 C;34.57, H;0.66 測定値 C;34.64, H;0.70 (実施例7) [含フッ素ポリイミドの合成] 三角フラスコにジ(2,2,2−トリフルオロエチル)ピ
ロメリット酸無水物12.73g、o−トリジン7.63g、N−
メチル−2−ピロリドン(NMP)115gを加えた。この混
合物を窒素雰囲気下、室温で3日間撹拌し、ポリアミド
酸のNMP溶液(粘度:65ポアズ)を得た。このものをアル
ミ板上に流し、ドクターブレードで平坦にした後、100
℃で1時間、200℃で1時間、350℃で1時間加熱キュア
し、ポリイミドフィルムを得た。
このようにして得られたポリイミドフィルムを調べた
ところ、強靭な物性を有していることが確認された。
「発明の効果」 以上説明したように、本発明の含フッ素ピロメリット
酸無水物は、通常のピロメリット酸無水物と同様にジア
ミン反応させてポリイミドを得ることができ、新たなフ
ッ素化ポリイミドを合成可能とするといった利点を有す
る。また、このようにして得られた含フッ素ポリイミド
は優れた物性を有するものとなる。
さらに、本発明の請求項3および4に記載した製造方
法によれば、上記含フッ素ピロメリット酸を容易に得る
ことができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−60933(JP,A) 特開 昭59−189122(JP,A) 特開 昭62−127828(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記一般式[I] (式中mは1または2、nは1〜10の数を表す)で表さ
    れる含フッ素ピロメリット酸無水物。
  2. 【請求項2】下記一般式[II] (式中mは1または2、nは1〜10の数を表す)で表さ
    れる含フッ素ピロメリット酸無水物。
  3. 【請求項3】下式[III]のごとく含フッ素デュレンを
    合成し、 (式中mは1または2、nは1〜10の数を表す)得られ
    た含フッ素デュレンを酸化、脱水して請求項1に記載し
    た含フッ素ピロメリット酸無水物を得ることを特徴とす
    る含フッ素ピロメリット酸無水物の製造方法。
  4. 【請求項4】下式[IV]のごとくごとく含フッ素デュレ
    ンを合成し、 (式中mは1または2、nは1〜10の数を表す)得られ
    た含フッ素デュレンを酸化、脱水して請求項2に記載し
    た含フッ素ピロメリット酸無水物を得ることを特徴とす
    る含フッ素ピロメリット酸無水物の製造方法。
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