JP2724622B2 - 熱可塑性芳香族ポリイミド組成物 - Google Patents

熱可塑性芳香族ポリイミド組成物

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JP2724622B2 JP1303377A JP30337789A JP2724622B2 JP 2724622 B2 JP2724622 B2 JP 2724622B2 JP 1303377 A JP1303377 A JP 1303377A JP 30337789 A JP30337789 A JP 30337789A JP 2724622 B2 JP2724622 B2 JP 2724622B2
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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、熱安定性および溶融成形時の粘度安定性
が改良されていて、熱可塑性を有する芳香族ポリイミド
組成物に係わるものである。
〔従来技術の説明〕
高分子量の芳香族ポリイミドは、優れた機械的強度を
有し、耐熱性及び電気絶縁性なども優れた性能を有して
おり、電気又は電子材料工学等において、プリント配線
基板用支持フィルム、液晶配向膜などのポリイミドフィ
ルム、電気絶縁性の保護膜(固体素子への絶縁膜、パッ
シベーション膜、半導体集積回路などの層間絶縁膜等)
などの形成用材料として用いられている。
上記の優れた特性を有する芳香族ポリイミドは一般的
に有機溶剤へ均一に溶解しにくく、また、溶融させるこ
とも困難であったので、それらの成形品を得ることが極
めて困難であった。
最近、比較的低分子量であって適当な温度で融解する
熱可塑性の芳香族ポリイミドが、特開昭59−170122号、
特開昭60−166326号、特開平1−131238号公報などにお
いて提案されつつある。
しかし、それらの公知の芳香族ポリイミドは、400℃
前後の形成温度において融解粘度が上昇したりまたはゲ
ル化(不溶物の生成)するといった点において、成形加
工における重合体の安定性に問題が残されていた。
〔解決すべき問題点〕
この発明は、ビフェニルテトラカルボン酸類と、芳香
族ジアミン成分と、ジカルボン酸などの末端封止剤とを
反応させて得られた『熱可塑性を有する芳香族ポリイミ
ド』の熱的及び化学的な不安定性が、その芳香族ポリミ
イドの機械的強度を保持したまま、改良されている熱可
塑性の芳香族ポリイミド組成物を提供することを目的と
するものである。
〔問題点を解決する手段〕
この発明は、(a)2,3,3′4′−ビフェニルテトラ
カルボン酸またはその酸二無水物、あるいはこれと3,
3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはその酸
二無水物との混合物80モル%以上、(b)ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸またはその酸二無水物、ピロメリッ
ト酸またはその酸二無水物、ジフェニルエーテルテトラ
カルボン酸またはその酸二無水物20モル%未満である芳
香族テトラカルボン酸成分と、芳香族ジアミン成分と、
フタル酸無水物、3−メチルフタル酸無水物または4−
メチルフタル酸無水物である芳香族−o−ジカルボン酸
成分とを、重合およびイミド化して得られた、0.25〜1.
0の還元粘度(N−メチル−2−ピロリドン、30℃、0.5
g/dl)を有する熱可塑性芳香族ポリイミド、および、一
般式 (ただし、Xは、水素、水酸基、炭素数1〜8の脂肪族
炭化水素基、炭素数6〜14の脂環式炭化水素基、炭素数
6〜18の芳香族炭化水素基、または炭素数1〜8のアル
コキシ基である。)で示される有機リン酸エステル0.00
2〜5重量部が配合されていることを特徴とする熱可塑
性芳香族ポリイミド組成物に関する。
この発明の組成物に使用される熱可塑性芳香族ポリイ
ミドは、例えば、下記の一般式 (ただし、A1は、芳香族テトラカルボン酸の4価の残基
であり、A2は、芳香族ジアミンの2価の残基である。)
で示される反復単位を有するポリイミドが、その末端
(好ましくは両末端)を芳香族−o−ジカルボン酸によ
るイミド結合で封止されている高分子量のポリマーであ
り、そして、ポリマー濃度:0.5g/dl溶媒(N−メチル−
ピロリドン)である溶液で、測定温度30℃で測定した還
元粘度(ポリマーの重合度の程度を示す)が、0.25〜1.
0、好ましくは0.30〜0.70であって、概略、400℃以下の
温度で実質的に分解せず、成形可能な熱可塑性芳香族ポ
リイミドであることが好ましい。
前記の芳香族テトラカルボン酸としては、(a)2,3,
3′,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはその酸二
無水物、あるいはこれと3,3′,4,4′−ビフェニルテト
ラカルボン酸またはその酸二無水物との混合物80モル%
以上および(b)ベンゾフェノンテトラカルボン酸また
はその酸二無水物、ピロメリット酸またはその酸二無水
物、ジフェニルエーテルテトラカルボン酸またはその酸
二無水物20モル%未満を使用することができる。
また、前記の芳香族ジアミンとは、フェニレンジアミ
ン、ジアミノジフェニルエーテル、ジアミノフェノキシ
ベンゼン、ジ(アミノフェニル)メタン、ジアミノベン
ゾフェノン、ジ(アミノフェニル)スルホン、ビス
〔(4−アミノフェノキシ)フェニル〕スルホンを意味
する。
前記の熱可塑性の芳香族ポリイミドの製造法として
は、例えば、 (1) ビフェニルテトラカルボン酸二無水物類などを
含有している芳香族テトラカルボン酸成分、芳香族ジア
ミン成分及び、芳香族ジカルボン酸無水物成分とを有機
極性溶媒中、高温(好ましくは約100〜300℃、特に好ま
しくは140〜250℃)に加熱して、一段で重合及びイミド
化する製法、 (2) 前記の三成分を、有機極性溶媒中で、好ましく
は約80℃以下の温度、特に0〜60℃の温度で重合して芳
香族ポリアミック酸(芳香族ポリイミドの前駆体)を製
造し、その芳香族ポリアミック酸を適当な方法でイミド
化する製造法、 (3) テトラカルボン酸成分と芳香族ジアミン成分と
を、芳香族ジアミン成分の過剰下に重合およびイミド化
して芳香族ポリイミドを製造した後、さらに前記芳香族
ポリイミドを芳香族−o−ジカルボン酸成分と反応させ
て末端を封止する製法などが挙げられる。
これらの各製法においては、芳香族ジアミン成分の使
用量は、芳香族テトラカルボン酸成分の使用量よりも過
剰にすることが好ましい。
前記の芳香族−o−ジカルボン酸成分としては、フタ
ル酸無水物、3−メチルフタル酸無水物または4−メチ
ルフタル酸無水物を使用することができる。
前記の重合に使用される有機極性溶媒としては、例え
ば、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシドなど
のスルホキシド系溶媒、N,N−ジメチルホルムアミド、
N,N−ジメチルアセトアミドなどのアミド系溶媒、N−
メチル−2−ピロリドン、N−ビニル−2−ピロリドン
などのピロリドン系溶媒、スルホラン、γ−ブチロラク
トン等、あるいは、フェノール、o−、m−、又はp−
クレゾール、キシレノール、ハロゲン化フェノール(パ
ラクロロフェノール、オルトクロルフェノール、パラブ
ロモフェノールなど)、カテコール等のフェノール系溶
媒を挙げることができる。
前記の熱可塑性芳香族ポリイミドは、前述のようにし
て反応成分を有機極性溶媒中で一段で重合およびイミド
化して得ることができるが、製造されたポリイミドの成
形加工時の安定化を図るために、重合後のイミド化前
に、あるいは重合後のイミド化の直後に再度、芳香族−
o−ジカルボン酸成分と反応させることができる。
前記の熱可塑性芳香族ポリイミドを製造する際に最初
に使用される芳香族−o−ジカルボン酸成分の使用量比
は、芳香族ジアミン成分100モル当たり、芳香族ジカル
ボン酸成分0.5〜30モル、特に好ましくは1〜20モル程
度の割合であることが好ましい。
前述のように、重合後に重合体と再度反応させる芳香
族−o−ジカルボン酸成分の使用量比は、最初に使用し
た芳香族ジアミン成分100モル当たり、2〜100モル、特
に好ましくは5〜50モルであることが好ましい。
前述の製造法によって生成した芳香族ポリイミドは、
アルコール、水等のポリマーの貧溶媒に、重合・イミド
化後の重合体溶液を注入することによって、重合体を析
出物として単離し、粉末として得ることができる。
この発明の芳香族ポリイミドの還元粘度が0.25未満で
あると、重合体の分子量が小さく、機械的強度を有する
成形体を形成することができず、また、還元粘度が1.0
を越えると、重合体の分子量が大き過ぎて、400℃以下
の温度で成形加工できないことがあるので好ましくな
い。
この発明の組成物において使用する一般式Iで示され
る有機リン酸エステルとしては、例えば、リン酸トリフ
ェニル、リン酸トリトリル、リン酸トリス(4−t−ブ
チルフェニル)、リン酸トリス(4−フェニルフェニ
ル)、リン酸トリス(4−ナフチルフェニル)、リン酸
トリス(4−メトキシフェニル)、リン酸トリス(4−
シクロヘキシルフェニル)、リン酸トリス(4−ヒドロ
キシフェニル)などを挙げることができる。
前記の有機リン酸エステルとしては、特に一般式Iに
おいて、Xが水素、炭素数1〜6個の脂肪族炭化水素基
(アルキル基)を有するものが好ましい。
この発明の熱可塑性芳香族ポリイミド組成物は、前述
の熱可塑性芳香族ポリイミド100重量部、および前記一
般式Iで示される有機リン酸エステル0.002〜5重量
部、好ましくは0.005〜3重量部、特に好ましくは0.1〜
2重量部が配合されているものである。
この発明の組成物において、有機リン酸エステルの配
合量が少なくなり過ぎると、組成物の熱安定性が低下す
るので適当ではなく、また、有機リン酸エステルの配合
量が多くなり過ぎると、組成物から得られた形成物の機
械的強度が低下するので適当ではない。
この発明の組成物は、熱可塑性芳香族ポリイミドと有
機リン酸エステルとを、押出し機、熱ロール、またはベ
ランダーなどで溶融混練する方法、熱可塑性芳香族ポリ
イミドの粉末へ有機リン酸エステルを湿潤させて混合す
る方法、あるいは、熱可塑性芳香族ポリイミドの溶液へ
有機リン酸エステルの溶液を添加して混合する方法など
で調製することができる。
この発明の熱可塑性芳香族ポリイミド組成物の成形加
工温度は、450℃以下、特に430〜300℃の温度範囲が好
ましい。
〔実施例〕
以下にこの発明の実施例を示し、この発明をさらに詳
しく説明する。
(試験方法) 熱安定性の評価:熱可塑性芳香族ポリイミドの粉末(試
料)を400℃で20分間熱プレスしてシート(第1回熱プ
レス成形体、厚さ:約200μm)を形成し、その第1回
熱プレス成形体を短冊状に切断して適当に並べ変えて、
再度、400℃で20分間、熱プレスでシート(第2回熱プ
レス成形体、厚さ:約200μm)を形成し、さらに、順
次、繰り返して、シート(第4回熱プレス成形体、厚
さ:約200μm)を形成して、試料を製造した。
前記の第4回熱プレス成形体から0.1gの細片(3〜5m
m角)を切断して切り出し、その細片をN−メチル−2
−ピロリドン(NMP)20mlに加えて、30分間、80〜90℃
に加熱して溶解させ、その溶液中の不溶解物を熱時濾過
して分離して、NMPおよびアセトンで順次で洗浄した
後、真空乾燥して、その不溶解物の重量を測定した。そ
して、前記細片に対する不溶物の重量の比率を算出しパ
ーセントで示した。
引張弾性率;レオメトリックス社製の『メカニカルスペ
クトロメータ:RMS−605型』により、測定周波数10Hzで
測定した。
Tg;パーキンエルマー社製の『示差走査熱量計:DSC−2C
型』によって、窒素中、20℃/min.の昇温速度で測定し
た。
熱プレス性の測定;熱可塑性芳香族ポリイミドの粉末
(試料)を300〜360℃で6分間、熱プレスしてシート
(サイズ;約6cm×4cm×200μm)を形成した。
熱プレス性は次の記号でそれぞれ表示するが、それら
の意味は次のようである。
○:均一で強靭な透明シートが得られた。
△:均一で透明なシートが得られるが、数回の屈曲によ
り破断するシートであった。
×:不均一で不透明な板状シートまたは極めて脆い板状
シートしか得られなかった。
参考例1 〔熱可塑性芳香族ポリイミド(A)の合成〕 窒素導入管、温度計、還流冷却器、および、撹拌機を
備えた反応容器に、溶媒としてN−メチル−2−ピロリ
ドン(NMP)3600ml、共沸脱水用トルエン200mlを添加し
て、さらに、 (a)芳香族テトラカルボン酸成分; 3,3′,4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
(s−BPDA)83.85g(285ミリモル)及び2,3,3′,4′−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(a−BPDA)83.8
5g(285ミリモル)、 (b)芳香族ジアミン成分; ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕スル
ホン(4−BAPS)259.5g(600ミリモル)、および、 (c)芳香族ジカルボン酸成分; 無水フタル酸(PA)8.89g(60ミリモル)を添加し
て、窒素ガスを吹き込みながら、そして、撹拌して生成
水を留去させながら、約175〜180℃の反応温度で8時
間、重合反応させて、均一な重合体溶液をそれぞれ製造
した。
この重合体溶液をメタノール12中に注入し、重合体
を析出し、芳香族ポリイミドの粉末を回収し、この芳香
族ポリイミドの粉末を熱メタノール7.5で3回洗浄し
てから乾燥して、熱可塑性芳香族ポリイミド410gを得
た。
前述のようにして得られた熱可塑性芳香族ポリイミド
(A)は、二次転移温度Tgが269℃であり、還元粘度
(ηSP/C)は0.43dl/gであった。
参考例2 〔熱可塑性芳香族ポリイミド(B)の合成〕 参考例1で使用した反応容器に、 N−メチル−2−ピロリドン(NMP)3400ml、共沸脱
水用トルエン150mlを添加し、更に、 (a)芳香族テトラカルボン酸成分; 3,3′4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
(s−BPDA)113.0g(384ミリモル)及び2,3,3′,4′−
ビフェニルテトラカルボン酸二無水物(a−BPDA)113.
0g(384ミリモル)、 (b)芳香族ジアミン成分; 1,4−ジアミノフェニルエーテル(DADE)80.1g(400
ミリモル)及び1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベ
ンゼン116.9g(400ミリモル)、並びに、 (c)芳香族ジカルボン酸成分; 無水フタル酸(PA)9.48g(64ミリモル)を添加した
ほかは、参考例1と同様にして、熱可塑性芳香族ポリイ
ミド401gを製造した。
前述のようにして得られた熱可塑性芳香族ポリイミド
(B)は、二次転移温度Tgが269℃であり、還元粘度
(ηSP/C)は0.49dl/gであった。
実施例1〜7および比較例1〜6 第1表に示すような組成比で、熱可塑性芳香族ポリイ
ミド粉末に、有機リン酸エステルをメタノールに溶解し
て得られた溶液を加え、1〜2時間還流した後、メタノ
ールを蒸発して除去し、さらに真空乾燥してポリマー組
成物粉末を得た。
このポリマー組成物粉末を使用して、熱プレス成形に
よる熱プレス性、熱安定性評価試験、得られた成形物の
弾性率、還元粘度などの測定を行った。それらの結果を
第1表に示す。
〔本発明の作用効果〕 この発明の熱可塑性芳香族ポリイミド組成物は、特定
の有機リン酸エステルが配合されており、耐熱性および
機械的物性の高い成形品を熱プレスによって容易に成形
することができると共に、繰り返し熱プレスによる熱安
定性が極めて優れているのであり、優れた成形加工性お
よび耐熱性を有する熱可塑性芳香族ポリイミド組成物で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−199264(JP,A) 特開 昭52−110750(JP,A) 特開 昭59−170122(JP,A) 特開 平1−110530(JP,A) 特開 昭48−646(JP,A) 特公 昭48−22990(JP,B1) 特公 昭47−19615(JP,B1)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)2,3,3,′,4′−ビフェニルテトラカ
    ルボン酸またはその酸二無水物、あるいはこれと3,3′,
    4,4′−ビフェニルテトラカルボン酸またはその酸二無
    水物との混合物80モル%以上 (b)ベンゾフェノンテトラカルボン酸またはその酸二
    無水物、ピロメリット酸またはその酸二無水物、ジフェ
    ニルエーテルテトラカルボン酸またはその酸二無水物20
    モル%未満 である芳香族テトラカルボン酸成分と、芳香族ジアミン
    成分と、フタル酸無水物、3−メチルフタル酸無水物ま
    たは4−メチルフタル酸無水物である芳香族−o−ジカ
    ルボン酸成分とを、重合およびイミド化して得られた、
    0.25〜1.0の還元粘度(N−メチル−2−ピロリドン、3
    0℃、0.5g/dl)を有する熱可塑性芳香族ポリイミド、お
    よび、一般式 (ただし、Xは、水素、水酸基、炭素数1〜8の脂肪族
    炭化水素基、炭素数6〜14の脂環式炭化水素基、炭素数
    6〜18の芳香族炭化水素基、または炭素数1〜8のアル
    コキシ基である。)で示される有機リン酸エステル0.00
    2〜5重量部が配合されていることを特徴とする熱可塑
    性芳香族ポリイミド組成物。
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