JP2934478B2 - ポリイミドとその製造方法 - Google Patents

ポリイミドとその製造方法

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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、耐熱性に優れると同時に、優れた機械的物
性と成形性とを有するポリイミド及びその製造方法に関
する。
[従来技術と課題] 従来から種々のテトラカルボン酸二無水物を用いたポ
リイミドが提案されている。特に、成形性に優れた熱可
塑性あるいは溶剤可溶性のポリイミドの場合、ピロメリ
ット酸のような直線構造の無水物を用いた構造では剛直
過ぎるため、非直線構造の酸無水物が用いられ、更にジ
アミン成分に柔軟な構造を導入することによって成形性
の向上を実現している。例えば、特開平1−14983号公
報では、3,3′,4,4′−ジフェニルスルフォンテトラカ
ルボン酸二無水物と3つの屈曲基を持つジアミンとの組
合せが提案されている。
このようなポリイミドは成形性に優れる代りに、剛直
構造のポリイミドに比較すると耐熱性に劣ることが避け
られないため、用途によっては耐熱温度をさらに上げる
ことを要求されることがある。このような場合、剛直成
分を一部共重合することが有効であると考えられる。然
し、単純にランダム共重合を行うと、機械的物性の低下
や成形可能温度の極端な上昇を招く。
[課題を解決するための手段] 本発明者等は、上記課題に鑑みて、鋭意検討の結果、
次の一般式(I) (式中、R1は非直線構造のテトラカルボン酸二無水物
残基であり、R2は2価のジアミン化合物残基であり、
3は直線構造のテトラカルボン酸二無水物残基であ
り、xは自然数を表す) で表される構造単位を有するポリイミド、及びジアミン
化合物溶液中に非直線構造のテトラカルボン酸二無水物
をジアミン化合物に対して過少モル量添加して充分反応
させた後、続いて直線構造のテトラカルボン酸二無水物
を酸無水物の総モル量がジアミン化合物のモル量とほぼ
同量になるように添加して充分反応させて得られるポリ
アミド酸をイミド化することを特徴とするポリイミドの
製造方法を見出だした。
本発明のポリイミドは、非直線構造のテトラカルボン
酸二無水物とジアミン化合物とからなるユニットを、一
単位の直線構造のテトラカルボン酸二無水物とジアミン
化合物とからなるユニットで接続することによって、柔
軟鎖がもたらす優れた性質、即ち成形性や溶剤可溶性を
失うことなく、しかも機械的物性をも損なわないで、耐
熱性を向上させることに成功したものである。同一の組
成であっても、直線構造のテトラカルボン酸二無水物と
ジアミン化合物とのユニットが2繰返し単位以上のブロ
ックとして存在すると、成形性の低下や機械的物性の低
下を招くことになる。
本発明における直線構造のテトラカルボン酸二無水物
とは、屈曲鎖を持たず酸無水物の複素環を構成する2つ
の酸素原子を結ぶ直線に対して炭素原子が対称位置にあ
るようなテトラカルボン酸二無水物をいう。また、非直
線構造のテトラカルボン酸二無水物とは、屈曲鎖を有す
るか又は酸無水物の複素環を構成する2つの酸素原子を
結ぶ直線に対して炭素原子が対称位置にないようなテト
ラカルボン酸二無水物をいう。
本発明に用いられる非直線構造のテトラカルボン酸二
無水物としては、例えば、3,3′,4,4′−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸二無水物、3,3′,4,4′−ジフェニ
ルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、4,4′−オキ
シジフタル酸二無水物、4,4′−ジメチルシリルジフタ
ル酸二無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルテトラカルボ
ン酸二無水物、ヘキサフルオロイソプロピリデン ビス
(フタル酸二無水物)のうちいずれか又は複数の組合せ
が可能である。
本発明に用いられる直線構造のテトラカルボン酸二無
水物としては、ピロメリット酸二無水物が物性バランス
上好ましいが、芳香環の水素の一部をハロゲン等で置換
したものも用いることができる。
本発明に用いられるジアミン化合物としては、例え
ば、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニ
ル]プロパン、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、ビス[4−
(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォン、ビス
[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフォ
ン、4,4′−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル
のうちいずれか又は複数の組合せで用いるのが成形性と
物性バランス上好ましい。
また、非直線構造のテトラカルボン酸二無水物とジア
ミン化合物とからなるユニットの繰返し単位[一般式
(I)におけるx]は、所望の物性バランスの内容によ
って自由に設定できるが、1から10の間で設定するのが
適当である。
本発明のポリイミドは、前駆体であるポリアミド酸を
重合し、これを脱水閉環させることによって得られる
が、この前駆体の重合に用いられる溶媒としては、N,N
−ジメチルフォルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミ
ド、N−メチルピロリドン、ジメチルスルフォキシド、
テトラヒドロフラン等から選ばれる1種又は2種以上の
ポリアミド酸合成に一般に用いられる極性溶媒を用いる
ことができるが、モノマーの溶解性と反応活性とのバラ
ンスから、N,N−ジメチルフォルムアミド及びN,N−ジメ
チルアセトアミドが好ましい。また、更にベンゼン、ト
ルエン、キシレン等の非極性溶媒を一部混合して用いる
こともできる。
ポリアミド酸を得る際の反応温度は、80℃以下、更に
は50℃以下、特に30℃乃至−20℃が適切である。また、
この前駆体の分子量を1万から100万の間に設定するの
が好ましい。更に、ポリアミド酸の溶液濃度は、5〜40
重量%、好ましくは10〜25重量%が適当である。
得られたポリアミド酸からポリイミドを得る方法とし
て化学的な脱水閉環法を採用することができる。その際
に用いられる脱水剤としては、例えば無水酢酸等の脂肪
族酸無水物、無水フタル酸等の芳香族酸無水物、クロル
酢酸類等が挙げられる。また、脱水触媒としては、例え
ばトリエチルアミン等の脂肪族第三級アミン類、ピリジ
ン、ピコリン類、イソキノリン等の複素環式第三級アミ
ン類等が挙げられる。
本発明で得られるポリイミドの形態としては、ブロッ
ク状の成形体や、フィルム、シート等の形が可能であ
る。フィルムやシートを得る場合には、ポリアミド酸溶
液状態でキャスト法等によって成形し、乾燥イミド化す
る方法が適当である。ブロック状の成形体を得るために
は、例えば溶液状態から一旦ポリアミド酸あるいはポリ
イミドの粉末又は顆粒状に落し、これを再度所望の形状
に成形する方法を採用することができる。
[実施例] 次に実施例によって本発明を具体的に説明するが、本
発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
実施例において、BTDAは3,3′,4,4′−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸二無水物、DSDAは3,3′,4,4′−ジ
フェニルスルフォンテトラカルボン酸二無水物、PMDAは
ピロメリット酸二無水物、HFBAPPは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、BAPSはビス[4−(4−アミノフェノキシ)フ
ェニル]スルフォン、DMFはジメチルフォルムアミド
を、それぞれ示す。また、表記した粘度はB型粘度計に
よって23℃で測定した結果である。
実施例1 220gのDMF中に窒素雰囲気中で30gのHFBAPPを溶解し、
DSDA16.6gを添加して、30分撹拌した後、続いてPMDA約
2.52gを徐々に添加し、粘度を2000ポイズに調整した。
得られたポリアミド酸溶液を0℃に冷却した後、ポリア
ミド酸1繰返し単位当り約4倍モル量の無水酢酸と、約
2倍モル量のピリジンを加えて混合した後、直ちにガラ
ス板上に流延塗布し、約100℃の熱風で約5分間乾燥硬
化下後、ガラス板から引き剥した。こうして得られた自
己支持性フィルムの周辺端部を支持枠に固定した後、約
200℃で5分間、約350℃で5分間熱風オーブン中で加熱
乾燥した。次いで、これを大気中に放冷した後、支持枠
から切り出し、厚さ約25μのポリイミドフィルムを得
た。得られたフィルムの性質を表1に示す。
実施例2 210gのDMF中に窒素雰囲気中で30gのHFBAPPを溶解し、
BTDA14.9gを添加して、30分間撹絆した後、続いてPMDA
約2.52gを徐々に添加し、粘度を2000ポイズに調整し
た。得られたポリアミド酸溶液を、実施例1と同様の方
法でフィルム化し、厚さ約25μのポリイミドフィルムを
得た。得られたフィルムの性質を表1に示す。
比較例1 220gのDMF中に窒素雰囲気中で30gのHFBAPPを溶解し、
DSDA16.6gとPMDA約2.52gとを均一に混合したものを徐々
に添加し、粘度を2000ポイズに調整した。得られたポリ
アミド酸溶液を、実施例1と同様の方法でフィルム化
し、厚さ約25μのポリイミドフィルムを得た。得られた
フィルムの性質を表1に示す。
比較例2 210gのDMF中に窒素雰囲気中で30gのHFBAPPを溶解し、
BTDA14.9gとPMDA約2.52gとを均一に混合したものを徐々
に添加し、粘度を2000ポイズに調整した。得られたポリ
アミド酸溶液を、実施例1と同様の方法でフィルム化
し、厚さ約25μのポリイミドフィルムを得た。得られた
フィルムの性質を表1に示す。
比較例3 210gのDMF中に窒素雰囲気中で30gのHFBAPPを溶解し、
BTDA18.7gを添加して、粘度を2000ポイズに調整した。
得られたポリアミド酸溶液を、実施例1と同様の方法で
フィルム化し、厚さ約25μのポリイミドフィルムを得
た。得られたフィルムの性質を表1に示す。
[発明の効果] 本発明によれば、成形性と耐熱性とに優れ、しかも良
好な機械的物性を有するポリイミドを得ることができ、
電子・電気材料やプリント基板材料等に好適な材料を提
供することができる。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−99234(JP,A) 特開 昭61−143435(JP,A) 特開 昭59−164328(JP,A) 特開 昭63−166287(JP,A) 特開 平2−142830(JP,A) 特開 平3−52931(JP,A) 特表 昭61−500555(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C08G 73/10 CA(STN) REGISTRY(STN)

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の一般式(I)で表される構造単位を有
    するポリイミド。 式中、R1は非直線構造のテトラカルボン酸二無水物残
    基であり、R2は2価のジアミン化合物残基であり、R3
    は直線構造のテトラカルボン酸二無水物残基であり、x
    は自然数を表す。
  2. 【請求項2】非直線構造のテトラカルボン酸二無水物
    が、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
    無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルスルフォンテトラカ
    ルボン酸二無水物、4,4′−オキシジフタル酸二無水
    物、4,4′−ジメチルシリルジフタル酸二無水物、3,
    3′,4,4′−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、ヘ
    キサフルオロイソプロピリデン ビス(フタル酸二無水
    物)のうちいずれか又は複数の組合せである請求項1記
    載のポリイミド。
  3. 【請求項3】直線構造のテトラカルボン酸二無水物がピ
    ロメリット酸二無水物である請求項1又は2記載のポリ
    イミド。
  4. 【請求項4】ジアミン化合物が、2,2−ビス[4−(4
    −アミノフェノキシ)フエニル]プロパン、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、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フ
    エニル]スルフォン、ビス[4−(3−アミノフェノキ
    シ)フェニル]スルフォン、4,4′−ビス(4−アミノ
    フェノキシ)ビフェニルのうちいずれか又は複数の組合
    せである請求項1乃至3のいずれかに記載のポリイミ
    ド。
  5. 【請求項5】ジアミン化合物溶液中に非直線構造のテト
    ラカルボン酸二無水物をジアミン化合物に対して50モル
    %以上添加して充分反応させた後、続いて直線構造のテ
    トラカルボン酸二無水物を酸無水物の総モル量がジアミ
    ン化合物のモル量と同量になるように添加して30℃乃至
    −20℃の温度範囲で充分反応させて得られるポリアミド
    酸をイミド化することを特徴とする、次の一般式(I) [式中、R1は非直線構造のテトラカルボン酸二無水物
    残基であり、R2は2価のジアミン化合物残基であり、
    3は直線構造のテトラカルボン酸二無水物残基であ
    り、xは自然数を表す。] で表される構造単位を有するポリイミドの製造方法。
  6. 【請求項6】非直線構造のテトラカルボン酸二無水物
    が、3,3′,4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
    無水物、3,3′,4,4′−ジフェニルスルフォンテトラカ
    ルボン酸二無水物、4,4′−オキシジフタル酸二無水
    物、4,4′−ジメチルシリルジフタル酸二無水物、3,
    3′,4,4′−ジフェニルテトラカルボン酸二無水物、ヘ
    キサフルオロイソプロピリデン ビス(フタル酸二無水
    物)のうちいずれか又は複数の組合せである請求項5記
    載のポリイミドの製造方法。
  7. 【請求項7】直線構造のテトラカルボン酸二無水物がピ
    ロメリット酸二無水物である請求項5又は6記載のポリ
    イミドの製造方法。
  8. 【請求項8】ジアミン化合物が、2,2−ビス[4−(4
    −アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、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、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フ
    ェニル]スルフォン、ビス[4−(3−アミノフェノキ
    シ)フェニル]スルフォン、4,4′−ビス(4−アミノ
    フェノキシ)ビフェニルのうちいずれか又は複数の組合
    せである請求項5乃至7のいずれかに記載のポリイミド
    の製造方法。
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