JP2850455B2 - エステル結合型ポリイミド前駆体の製造方法 - Google Patents

エステル結合型ポリイミド前駆体の製造方法

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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、エステル結合型ポリイミド前駆体の製造方
法に関するものある。
[従来の技術] エステル結合型ポリイミド前駆体は、例えば半導体分
野において、層間絶縁膜、バッファーコート、α−線遮
蔽膜などの形成に利用されている。かかるポリイミド前
駆体を製造する場合、特に経済上の理由から特に塩化物
を除去するための費用のかさむ浄化工程を必要としない
製法の開発が望まれていた。
かかる要請に応えるポリイミド前駆体の製造方法とし
て、カルボジイミドを脱水剤として用いる方法が提案さ
れている(例えば特開昭60−228537号公報)。
この方法は、まず有機溶剤、例えばN−メチル−2−
ピロリドンやγ−ブチロラクトンなどの中で、飽和アル
コールまたは、オレフィン不飽和アルコールを、テトラ
カルボン酸二無水物と反応させ、テトラカルボン酸ジエ
ステルとする。このエステル化反応は、アルコールによ
って非常に遅く、反応速度を上げるため、通常ピリジン
や1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタンなどのアミン
系触媒を使用する必要がある。この触媒が最終生成物で
あるポリイミド前駆体ポリマ中に、極微量にでも残留す
ると、得られるワニスの保存安定性が著しく低下する。
そのため従来の方法では、多量のポリマに対する貧溶
剤、例えば水やエタノール中にポリイミド前駆体溶液を
流し込み、ポリイミド前駆体ポリマを析出させ、さらに
水またはエタノールなどで数回洗浄を繰り返すことによ
り、ポリマに付着している触媒を除去していた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、この方法は作業そのものが繁雑である
上、ポリマ中より触媒を完全に除去することは非常に難
しく、その結果この方法で得られたポリイミド前駆体ワ
ニスは、保存安定性が極めて悪く、しばしば室温保存中
にゲル化するという事態に遭遇いた。
本発明は、かかる従来技術の諸欠点に鑑み創案された
もので、その目的とするところはエステル結合型ポリイ
ミド前駆体中に残存するアミン系触媒を極めて簡単な方
法で作業性よく、しかも確実に除去することのできるエ
ステル結合型ポリイミド前駆体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] かかる本発明の目的は、テトラカルボン酸二無水物
を、アミン系触媒存在下で飽和アルコールまたはオレフ
ィン不飽和アルコールと反応させ、テトラカルボン酸ジ
エステルを生成させ、次いで該テトラカルボン酸ジエス
テルをカルボジイミドの存在下でジアミノ化合物と反応
させてエステル結合型ポリイミド前駆体を製造するに際
し、前記テトラカルボン酸ジエステルが生成した後、ま
たは前記テトラカルボン酸ジエステルとジアミノ化合物
とを反応させた後、反応溶液中に陽イオン交換樹脂を投
入し、反応溶液中に残存するアミン系触媒を除去するこ
とを特徴とするエステル型ポリイミド前駆体の製造方法
により達成される。
本発明において使用されるテトラカルボン酸二無水物
としては公知のものがいずれも使用できる。具体例とし
ては、ピロメリット酸二無水物、3,3′,4,4′−ベンゾ
フェノンテトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテト
ラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ビフェニルテト
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、2,2′,3,3′−ビフェニルテトラカ
ルボン酸二無水物、4,4′−イソプロピリデン−ジフタ
ル酸無水物、4,4′−スルフォニル−ジフタル酸無水
物、4,4′−オキシジフタル酸無水物、3、4、9、10
−ペリレンテトラカルボン酸二無水物などが挙げられる
が、これらに限定されない。
本発明において使用されるアミン系触媒としてはピリ
ジンや1,4−ジアザビシクロ(2,2,2)オクタンなどの公
知のアミン系触媒のいずれも使用可能である。
また本発明において使用される飽和アルコールまたは
オレフィン不飽和アルコールとしては、公知のものがい
ずれも使用できる。例えばエタノール、メタノール、2
−ヒドロキシエチルアクリレートおよびヒドロキシエチ
ルメタクリレートなどが挙げられるが、これらに限定さ
れない。
本発明において使用されるカルボジイミドとしては、
次の一般式で示される化合物が挙げられる。
R−N=C=N−R′ (但し、R,R′は炭素数1以上の1価の有機基であ
る。) カルボジイミドの具体例としては、ジシクロヘキシカ
ルボジイミド、エチルシクロヘキシルカルボジイミド、
ジエチルカルボジイミド、ジイソプロピルカルボジイミ
ド、ジフェニルカルボジイミドおよび1−エチル−3−
(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミドなどが
挙げられるが、これらに限定されない。
本発明において使用されるジアミノ化合物とは、2個
のアミノ基を有する化合物であり、次の一般式で示され
る。
H2N−M−NH2 Mは炭素数1以上の2価の有機基であるが、好ましく
は2価の芳香族有機基がよい。具体例としては、4,4′
−ジアミノジフェニルエーテル、パラーフェニレンジア
ミン、メタフェニレンジアミン、3,3′−ジアミノジフ
ェニルスルホン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン、
1,3ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、2,2′−ビ
ス(4−アミノフェノキシフェニル)プロパン、ビス
(3−アミノプロピル)テトラメチルジシロキサンおよ
び2,2′−ビス(アミノフェノキシフェニル)ヘキサフ
ルオロプロパンなどが挙げられる。
本発明において使用される陽イオン交換樹脂として
は、公知の陽イオン交換樹脂がいずれも使用できるが、
好ましくは以下に説明する交換基、骨格、構造および水
分含有率を持つものを使用するのがよい。交換基として
は、スルホン基型、カルボキシル基型の交換基を持つも
のが好ましい。より好ましくは、スルホン基型好まし
い。スルホン基型には、塩型とH型とがあるが、H型が
好ましい。樹脂の骨格としては、スチレンとジビニルベ
ンゼンとの橋かせ共重合体骨格があることが好ましい。
樹脂の構造としては、巨大網目構造を有するものが好ま
しい。巨大網目構造を有するスルホン基型陽イオン交換
樹脂としては、例えば東京有機化学製“アンバーリス
ト”−15(水分含有率1%以下)、三菱化成工業(株)
製“ダイヤイオン"RCP−150(水分含有率56.1%)、住
友化学工業(株)製“デュオライト"C−26−C水分含有
率47〜52%)などが挙げられる。イオン交換樹脂の水分
含有率としては40%以下であることが好ましい。より好
ましくは、10%以下である。水分含有率が高い場合は、
樹脂の劣化しない温度で乾燥することにより、水分含有
率を下げることができる。
イオン交換樹脂の添加量とては、使用するアミン系触
媒の全量を除去できる理論量の、1倍から30倍の範囲で
選択するのがよく、より好ましくは2倍から10倍であ
る。
イオン交換樹脂の投入時期としては、テトラカルボン
酸とアルコールとを反応させ、テトラカルボン酸ジエス
テルの形成を完了した直後に添加することができる。あ
るいはテトラアカルボン酸ジエステルとジアミノ化合物
とをカルボジイミドの存在下で縮合反応させ、ポリイミ
ド前駆体を形成した後に添加することもできる。縮合反
応をより円滑に進めるという点からは、テトラカルボン
酸ジエステルとジアミノ化合物とを縮合反応させ、ポリ
イミド前駆体を形成した後に投入するのが好ましい。処
理時間としては、30分から72時間の範囲が好ましく、12
時間から24時間がさらに好ましい。
イオン交換樹脂の除去方法としては、イオン交換樹脂
の存在する反応溶液を、フィルターを用い加圧濾過する
ことにより除去するのが好ましい。溶液のポリマ濃度が
高く、濾過効率が悪いときは、溶媒で溶液を希釈し濾過
すればよい。希釈の度合としては、ポリマ濃度で30%か
ら10%の範囲で行うことが好ましい。フィルターの材質
としては、耐有機溶剤性の良いフィルターが好ましい。
例えばポリプロピレン性、“テフロン”製のメンブラ
ンフィルター、デプスフィルターが好ましい。濾過温度
としては−10℃から30℃の範囲が好ましく、0℃から25
℃がさらに好ましい。
本発明において、陽イオン交換樹脂は、触媒吸着材と
して働く。ポリイミド前駆体ポリマ溶液中に存在するア
ミン系触媒は、以下の反応により除去することができ
る。
N+RH→RHN (Nはピリジン、1、4−ジアザビシクロ(2,2,2)オ
クタンなどのアミン系触媒、RHは陽イオン交換樹脂にお
けるイオン交換性を有する枝電荷をもつ官能基、Hは水
素原子である。) [発明の効果] 本発明の製造方法によれば、ポリマに付着した触媒を
完全に除去でき、ワニスの保存安定性を著しく改善する
ことができる。また本発明の方法によれば、イオン交換
樹脂を投入し撹拌した後、一定時間放置しておくだけで
良く、作業性にも優れており、実用価値の高い製造方法
である。
[実施例] 実施例1 500mlのセパラブルフラスコに、ピロメリット酸二無
水物21.8g、N−メチル−2−ピロリドン100.0g、ピリ
ジン15.8g、2−ヒドロキシエチルメタクリレート27.0g
を入れ、室温で20時間撹拌した。氷冷下で撹拌しながら
ジシクロヘキシルカルボジイミド41.2gを含んだN−メ
チル−2−ピロリドン溶液75.0gを10分間で滴下した。
さらに氷冷下で、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル2
0.0gを含んだN−メチル−2−ピロリドン溶液100.0gを
15分間で滴下した。室温でさらに4時間撹拌した後、陽
イオン交換樹脂(“アンバーリスト”−15)120gを投入
した。10分間撹拌した後撹拌を止め、20時間放置した
後、孔径2.0μmのメンブランフイルター(住友電工製
“F1uoropore"FP−200)を用い、室温、4気圧で加圧濾
過して、ポリマ濃度24%のポリイミド前駆体ワニスを得
た。得られたポリイミド前駆体ワニス中の残留ピリジン
量を、ガスクロマトグラフィー(島津製作所製GC−6A
M)で測定した結果、ポリマ中からピリジンは全く検出
されなかった。このワニスを1ケ月間23℃で保存した
が、粘度変化は全くなかった。
比較例1 実施例1において、イオン交換樹脂処理をしなかった
こと以外は、まったく同様に合成したポリマ溶液を、10
Lのエタノール中に滴下し、生成した沈殿をエタノール
で数回洗浄した後、真空乾燥しポリマの粉体を得た。こ
れをN−メチル−2−ピロリドンに溶解し、ポリマ濃度
24%のワニスとした。得られたポリイミド前駆体ワニス
中の残留ピリジン量を、ガスクロマトグラフィーで測定
した結果、500ppmであった。このワニスを23℃で保存し
た結果、10日後にゲル化した。
実施例2 500mlのセパラブルフラスコに、ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸二無水物32.2g、2−N−メチルピロリド
ン100.0g、ピリジン8.0g、2−ヒドロキシエチルメタク
リレート27.0gを入れ、50度で5時間撹拌した。氷冷下
で撹拌しながらジシクロヘキシルカルボジイミド41.2g
を含んだ2−N−メチルピロリドン溶液75.0gを10分間
で滴下した。さらに氷冷下で、4,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル20.0gを含んだ2−N−メチルピロリドン
溶液121.6gを20分間滴下した。室温でさらに8時間撹拌
した後、陽イオン交換樹脂(“アンバーリスト”−15)
60gを投入した。1時間撹拌した後撹拌を止め、20時間
放置した後、孔径2.0μmのメンブランフイルター(“F
luoropre"FP−200)を用い、室温、4気圧で加圧濾過し
て、ポリマ濃度24%のポリイミド前駆体ワニスを得た。
得られたポリイミド前駆体ワニス中の残留ピリジン量
を、同様に測定した結果、ポリマ中からピリジンは全く
検出されなかった。このワニスを1ケ月間23℃で保存し
たが、粘度変化はなかった。
比較例2 実施例2において、イオン交換樹脂処理をしなかった
こと以外は、まったく同様に合成したポリマ溶液を、比
較例1と同様に沈殿、洗浄、乾燥、溶解を行い、ポリマ
濃度24%のワニスとした。得られたポリイミド前駆体ワ
ニス中の残留ピリジン量を、同様に測定した結果、800p
pmであった。このワニスを23℃で保存した結果、11日後
にゲル化した。
実施例3〜7 第1表に示した溶媒の種類、成分量、イオン交換樹脂
量に従い、実施例1と同様な方法で、ポリマ濃度24%の
ポリイミド前駆体ワニスを得た。得られたポリイミド前
駆体ワニス中の残留ピリジン量を、それぞれ同様に測定
したところ、いずれのポリマからもピリジンは全く検出
されなかった。実施例3〜7のワニスを1ケ月間23℃で
保存したが、粘度変化はなかった。
比較例3 実施例4において、イオン交換樹脂処理をしなかった
こと以外は、まったく同様に合成したポリマを、比較例
1と同様に沈殿、洗浄、乾燥、を行い、γ−ブチロラク
トンに溶解し、ポリマ濃度24%のワニスを得た。得られ
たポリイミド前駆体ワニス中の残留ピリジン量を、同様
に測定した結果、700ppmであった。このワニスを23℃で
保存した結果、18日後にゲル化した。
比較例4 実施例5において、イオン交換樹脂処理をしなかった
こと以外は、まったく同様に合成したポリマを、比較例
3と同様に沈殿、洗浄、乾燥、溶解を行い、ポリマ濃度
24%のワニスを得た。得られたポリイミド前駆体ワニス
中の残留ピリジン量を、同様に測定した結果、1,000ppm
であった。このワニスを23℃で保存した結果、15日後に
ゲル化した。
実施例8〜10 第1表に示した溶媒の種類、成分量およびイオン交換
樹脂の投入量に従い、実施例2と同様な方法で、ポリマ
濃度24%のポリイミド前駆体ワニスを得た。各ワニスに
ついて同様に測定した結果、実施例8〜10のワニスはい
ずれのポリマからもピリジンは全く検出されず、また1
ケ月間23℃で保存したが、粘度変化はなかった。
実施例11 500mlのセパラブルフラスコに、ベンゾフェノンテト
ラタカルボン酸二無水物32.2g、N−メチル−2−ピロ
リドン100.0g、ピリジン8.0g、2−ヒドロキシエチルメ
タクリレート27.0gを入れ、50℃で5時間撹拌した後室
温にもどし、陽イオン交換樹脂(“アンバーリスト”−
15)60gと投入した。1時間撹拌した後撹拌を止め、20
時間放置した後、氷冷下で撹拌しながらジシクロヘキシ
ルカルボジイミド41.2gを含んだN−メチル−2−ピロ
リドン溶液75.0gを10分間で滴下した。さらに氷冷下
で、4,4′−ジアミノジフェニルエーテル20.0gを含んだ
N−メチル−2−ピロリドン溶液121.6gを20分間で滴下
した。さらに室温で8時間撹拌した後、孔径2.0μmの
メンブランフイルター(“Fluoropore"FP−200)を用
い、室温、4気圧で加圧濾過して、ポリマ濃度24%のポ
リイミド前駆体ワニスを得た。得られらポリイミド前駆
体ワニス中の残留ピリジン量を、同様に測定したとこ
ろ、ピリジンは全く検出されなかった。このワニスを1
ケ月間23℃で保存したが、粘度変化はなかった。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 73/10 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テトラカルボン酸二無水物を、アミン系触
    媒存在下で飽和アルコールまたはオレフィン不飽和アル
    コールと反応させ、テトラカルボン酸ジエステルを生成
    させ、次いで該テトラカルボン酸ジエステルをカルボジ
    イミドの存在下でジアミノ化合物と反応させてエステル
    結合型ポリイミド前駆体を製造するに際し、前記テトラ
    カルボン酸ジエステルが生成した後、または前記テトラ
    カルボン酸ジエステルとジアミノ化合物とを反応させた
    後、反応溶液中に陽イオン交換樹脂を投入し、反応溶液
    中に残存するアミン系触媒を除去することを特徴とする
    エステル型ポリイミド前駆体の製造方法。
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