JP5252338B2 - Diamine compound, polyamic acid and imidized polymer produced using the same - Google Patents
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本発明は、新規なジアミン化合物、並びにそれを使用して製造されるポリアミック酸及びイミド化重合体に関する。 The present invention relates to a novel diamine compound, and polyamic acid and imidized polymer produced using the same.
ポリイミドは複素環や芳香環等の環状構造からなる高次構造を多数有し、高温になっても分子鎖が動き難いこと、二重結合等の高次結合を多数有し、原子間結合エネルギーが大きいこと、複素環や芳香環がポリマー分子内、ポリマー分子間で相互に作用し合いCT(Charge Transfer)錯体を形成し、凝集力が大きい等の理由から、ポリイミドの耐熱性は各種プラスチックの中でも最高位にランクされる。 Polyimides have many higher-order structures consisting of cyclic structures such as heterocycles and aromatic rings, molecular chains are difficult to move even at high temperatures, have many higher-order bonds such as double bonds, and interatomic bond energy The heat resistance of polyimide is different from that of various plastics for the reasons that the heterocycle and aromatic ring interact with each other in the polymer molecule and form a CT (Charge Transfer) complex and the cohesion is large. Among them, it is ranked highest.
さらに、ポリイミドは耐熱性に優れるだけではなく、高強度・高弾性で機械特性にも優れ、高絶縁・低誘電で電気特性にも優れ、さらには耐薬品性、耐放射線性、難燃性にも優れている。 Furthermore, polyimide not only has excellent heat resistance, but also has high strength, high elasticity, excellent mechanical properties, high insulation, low dielectric properties, and excellent electrical properties, as well as chemical resistance, radiation resistance, and flame resistance. Is also excellent.
近年では、感光性を有するポリイミドも開発され、超高集積半導体に、強靭で接着力の強いポリイミドは宇宙往還機に、透明性の高いポリイミドは光通信機器に、射出成型性の良いポリイミドは自動車部品を始めとする耐熱摺動部品に使用されている。 In recent years, photosensitive polyimides have also been developed. Ultra-highly integrated semiconductors, tough and strong adhesive polyimides are used in space transportation machines, highly transparent polyimides are used in optical communication equipment, and injection moldable polyimides are used in automobiles. Used in heat-resistant sliding parts such as parts.
上記のような特性を有するポリイミドを光学的用途に用いた例として、硫黄原子を含有する二酸無水物と硫黄原子を含有しないジアミンを使用したポリイミドを光導波路として利用した例(特許文献1);硫黄原子を含有しない二酸無水物と硫黄原子を含有するジアミンを使用したポリイミドを液晶配向膜として利用した例(特許文献2);特定の構造を有するポリイミドと酸化チタン粒子の混合物を高屈折率材料として利用した例(特許文献3);及び硫黄原子を含有しないポリアミック酸と酸化チタン粒子及び他の特定の化合物との混合物をポジ型感光性樹脂組成物として利用した例(特許文献4)等が知られている。 As an example of using a polyimide having the above characteristics for an optical application, an example using a polyimide using a dianhydride containing a sulfur atom and a diamine not containing a sulfur atom as an optical waveguide (Patent Document 1) ; Example using a polyimide using a diacid anhydride containing no sulfur atom and a diamine containing a sulfur atom as a liquid crystal alignment film (Patent Document 2); Highly refracting a mixture of polyimide having a specific structure and titanium oxide particles Example (Patent Document 3) used as a rate material; and Example using a mixture of polyamic acid not containing a sulfur atom, titanium oxide particles and other specific compounds as a positive photosensitive resin composition (Patent Document 4) Etc. are known.
本発明は、より高屈折率で、透明性及び耐熱性に優れたポリイミドを製造するための新規なジアミン化合物、それを用いて製造されたポリアミック酸及びイミド化重合体を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a novel diamine compound for producing a polyimide having a higher refractive index and excellent transparency and heat resistance, a polyamic acid and an imidized polymer produced using the same. To do.
即ち、本発明は下記の新規なジアミン化合物、それとテトラカルボン酸二無水物からなる新規なポリアミック酸及びイミド化重合体を提供する。
1.下記一般式(1)で示されるジアミン化合物。
3.下記一般式(4)で示される構造を有するイミド化重合体。
1. A diamine compound represented by the following general formula (1).
3. An imidized polymer having a structure represented by the following general formula (4).
本発明の新規なジアミン化合物を用いることにより、高屈折率で、透明性及び耐熱性に優れたポリアミック酸及びイミド化重合体を提供することができる。
本発明の新規なポリアミック酸及びイミド化重合体は、特に高屈折率と、優れた透明性及び耐熱性が要求される光学的用途に好適である。
本発明では硫黄原子を導入した新規ジアミン化合物を使用することにより、高屈折率と高耐熱性を両立できる高屈折率材料を提供することができる。
新規ジアミン化合物と脂肪族又は脂環族テトラカルボン酸二無水物とを組み合わせることにより、高屈折率と高透明性を有し、かつ耐熱性に優れたイミド化重合体が得られる。
By using the novel diamine compound of the present invention, it is possible to provide a polyamic acid and an imidized polymer having a high refractive index and excellent transparency and heat resistance.
The novel polyamic acid and imidized polymer of the present invention are particularly suitable for optical applications that require a high refractive index, excellent transparency and heat resistance.
In the present invention, by using a novel diamine compound into which a sulfur atom is introduced, a high refractive index material capable of achieving both a high refractive index and high heat resistance can be provided.
By combining a novel diamine compound and an aliphatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride, an imidized polymer having a high refractive index and high transparency and excellent heat resistance can be obtained.
以下、本発明の新規なジアミン化合物、それを用いて製造されるポリアミック酸及びイミド化重合体について具体的に説明する。 Hereinafter, the novel diamine compound of the present invention, the polyamic acid produced using the diamine compound, and the imidized polymer will be specifically described.
I.ジアミン化合物
本発明のジアミン化合物は、フルオレン骨格と硫黄原子(スルフィド基)を分子中に有する、下記一般式(1)で示される構造を有する化合物である。フルオレン骨格と硫黄原子を分子中に有することにより、これを用いて製造されるポリアミック酸及びイミド化重合体を高屈折率にすることができる。
本発明のジアミン化合物は、次のようにして製造することができる。
工程1:ジニトロ化合物の製造
非プロトン性極性溶剤中、無水炭酸カリウムと9,9’−ビス(4−メルカプトフェニル)フルオレンとを反応させ、系中で9,9’−ビス(4−メルカプトフェニル)フルオレンのカリウム塩を合成する。そこに、p−クロロニトロベンゼンを添加することにより、一般式(5)で示されるジニトロ化合物を製造することができる。尚、フルオレン骨格の製造方法は公知であり、公知の方法に従って製造することができる。また、フルオレン誘導体は市販品として入手することもできる。
Step 1: Production of dinitro compound In an aprotic polar solvent, anhydrous potassium carbonate and 9,9′-bis (4-mercaptophenyl) fluorene are reacted to form 9,9′-bis (4-mercaptophenyl) in the system. ) Synthesize the potassium salt of fluorene. The dinitro compound shown by General formula (5) can be manufactured by adding p-chloronitrobenzene there. In addition, the manufacturing method of a fluorene skeleton is well-known, It can manufacture according to a well-known method. Moreover, a fluorene derivative can also be obtained as a commercial item.
工程2:ジアミン化合物の製造
プロトン性極性溶剤中、パラジウムカーボンとヒドラジン・一水和物を使用して、工程1で合成したジニトロ化合物(5)を還元することにより、一般式(6)で示されるジアミン化合物を製造することができる。
II.ポリアミック酸
本発明のポリアミック酸は、前記本発明のジアミン化合物と、テトラカルボン酸二無水物とを重縮合反応させて得られる重合体であり、好ましくは下記一般式(2)
上記一般式(2)及び(3)中のRは、テトラカルボン酸二無水物から無水物基を除去した残基に相当する4価の脂肪族基、4価の脂環族基又は4価の芳香族基を示す。
上記一般式(3)中のmは、1〜100000の数を示し、10〜10000であることが好ましい。
R in the above general formulas (2) and (3) is a tetravalent aliphatic group, a tetravalent alicyclic group or a tetravalent group corresponding to the residue obtained by removing the anhydride group from tetracarboxylic dianhydride. An aromatic group of
M in the said General formula (3) shows the number of 1-100,000, and it is preferable that it is 10-10000.
上記一般式(2)で示されるテトラカルボン酸二無水物は、脂肪族、脂環族又は芳香族テトラカルボン酸二無水物からなる群から選ばれ、光学的用途において必要とされる優れた透明性を有する硬化物が得られることから脂肪族又は脂環族テトラカルボン酸二無水物がより好ましい。 The tetracarboxylic dianhydride represented by the general formula (2) is selected from the group consisting of aliphatic, alicyclic or aromatic tetracarboxylic dianhydrides, and has excellent transparency required for optical applications. An aliphatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride is more preferable because a cured product having properties can be obtained.
脂肪族又は脂環族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、例えば、1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、メソ−1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二水和物、3,5,6−トリカルボキシノルボルナン−2−酢酸二無水物、2,3,4,5−テトラヒドロフランテトラカルボン酸二無水物、1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオン、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物、ビシクロ[2,2,2]−オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等の脂肪族及び脂環族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうちではブタンテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、メソ−1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物、2,3,5−トリカルボキシシクロペンチル酢酸二無水物、5−(2,5−ジオキソテトラヒドロフラル)−3−メチル−3−シクロヘキセン−1,2−ジカルボン酸二無水物及び1,3,3a,4,5,9b−ヘキサヒドロ−5−テトラヒドロ−2,5−ジオキソ−3−フラニル)−ナフト[1,2−c]−フラン−1,3−ジオンが好ましく、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン、1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物、メソ−1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物が特に好ましい。 Specific examples of the aliphatic or alicyclic tetracarboxylic dianhydride include, for example, 1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride , 1,2,3,4-cyclopentanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.0 2,7 ] dodecane-3,5,9,11-tetraone Meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic acid dihydrate, 3,5,6-tricarboxynorbornane-2-acetic acid dianhydride, 2,3,4,5-tetrahydrofurantetracarboxylic dianhydride, 1,3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-tetrahydro -2,5 Dioxo-3-furanyl) -naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione, 5- (2,5-dioxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic Aliphatic and alicyclic tetracarboxylic dianhydrides such as acid dianhydrides and bicyclo [2,2,2] -oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydrides be able to. Among these, butanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3.1.0 2,7 ] dodecane- 3,5,9,11-tetraone, meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride, 2,3,5-tricarboxycyclopentylacetic acid dianhydride, 5- (2,5-di- Oxotetrahydrofural) -3-methyl-3-cyclohexene-1,2-dicarboxylic dianhydride and 1,3,3a, 4,5,9b-hexahydro-5-tetrahydro-2,5-dioxo-3-furanyl ) -Naphtho [1,2-c] -furan-1,3-dione, preferably 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride, 4,10-dioxatricyclo [6.3. 1.0 2,7 ] Dodecane-3,5,9,11-tetraone, 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride, meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride are particularly preferred.
芳香族テトラカルボン酸二無水物の具体例としては、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、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ビフェニルスルホ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、1,4,5,8−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、2,3,6,7−ナフタレンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ビフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−ジメチルジフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’−テトラフェニルシランテトラカルボン酸二無水物、1,2,3,4−フランテトラカルボン酸二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルフィド二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルスルホン二無水物、4,4’−ビス(3,4−ジカルボキシフェノキシ)ジフェニルプロパン二無水物、4,4’−(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、3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、ビス(フタル酸)フェニルホスフィンオキサイド二無水物、p−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、m−フェニレン−ビス(トリフェニルフタル酸)二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルエーテル二無水物、ビス(トリフェニルフタル酸)−4,4’−ジフェニルメタン二無水物等の芳香族テトラカルボン酸二無水物を挙げることができる。これらのうちでは、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、3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3’,3,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、4,4’−(ヘキサフルオロイソプロピリデン)ビス(フタル酸)二無水物及び3,3’,4,4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物が好ましい。 Specific examples of the aromatic tetracarboxylic dianhydride include pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenonetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl Sulfonetetracarboxylic dianhydride, 2,3 ′, 3,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 4,4′-oxydiphthalic dianhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid Dianhydride, 2,3,6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-dimethyl Diphenylsilanetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-tetraphenylsilanetetracarboxylic dianhydride, 1,2,3,4-furantetracarboxylic dianhydride, 4,4′- Screw (3 4-Dicarboxyphenoxy) diphenyl sulfide dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylsulfone dianhydride, 4,4′-bis (3,4-dicarboxyphenoxy) diphenylpropane Dianhydride, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, bis (phthalic acid) phenylphosphine oxide Dianhydride, p-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, m-phenylene-bis (triphenylphthalic acid) dianhydride, bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenyl ether dianhydride , Aromatic tetracarboxylic dianhydrides such as bis (triphenylphthalic acid) -4,4′-diphenylmethane dianhydride It can be mentioned. Among these, pyromellitic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfone tetracarboxylic dianhydride, 2 , 3 ′, 3,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride, 4,4 ′-(hexafluoroisopropylidene) bis (phthalic acid) dianhydride and 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetra Carboxylic dianhydrides are preferred.
また、より高屈折率のポリアミック酸が得られることから、硫黄原子を含むテトラカルボン酸二無水物を用いることも好ましい。硫黄原子含有酸無水物の例としては、例えば、4,4’−[p−チオビス(フェニレン−スルファニル)]ジフタル酸無水物等が挙げられる。 In addition, since a polyamic acid having a higher refractive index can be obtained, it is also preferable to use a tetracarboxylic dianhydride containing a sulfur atom. Examples of sulfur atom-containing acid anhydrides include 4,4 '-[p-thiobis (phenylene-sulfanyl)] diphthalic anhydride.
尚、本発明のポリアミック酸の製造において、上記一般式(1)で示されるジアミン化合物の他に、本発明の効果が損なわれない範囲内で、他のジアミンを併用することもできる。このようなジアミン化合物としては、例えばp−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、4,4’−ジアミノジフェニルエタン、4,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、1,5−ジアミノナフタレン、3,3−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−ジアミノベンズアニリド、3,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン、4,4’−ジアミノベンゾフェノン、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、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゼン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)−10−ヒドロアントラセン、9,9−ビス(4−アミノフェニル)フルオレン、4,4’−メチレン−ビス(2−クロロアニリン)、2,2’,5,5’−テトラクロロ−4,4’−ジアミノビフェニル、2,2’−ジクロロ−4,4’−ジアミノ−5,5’−ジメトキシビフェニル、3,3’−ジメトキシ−4,4’−ジアミノビフェニル、4,4’−(p−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリン、4,4’−(m−フェニレンジイソプロピリデン)ビスアニリンを挙げることができる。 In addition, in manufacture of the polyamic acid of this invention, other diamine can also be used together in the range which does not impair the effect of this invention other than the diamine compound shown by the said General formula (1). Examples of such a diamine compound include p-phenylenediamine, m-phenylenediamine, 4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylethane, 4,4′-diaminodiphenyl sulfide, 4,4′- Diaminodiphenyl sulfone, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 1,5-diaminonaphthalene, 3,3-dimethyl-4,4′-diaminobiphenyl, 4,4′-diaminobenzanilide, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminobenzophenone, 3,4′-diaminobenzophenone, 4,4′-diaminobenzophenone, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-Aminophenoxy) phenyl] hexafluoropropane, 2 2-bis (4-aminophenyl) hexafluoropropane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis ( 4-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene, 9,9-bis (4-aminophenyl) -10-hydroanthracene, 9,9-bis (4-aminophenyl) fluorene, 4,4′-methylene-bis (2-chloroaniline), 2,2 ′, 5,5′-tetrachloro-4,4′-diaminobiphenyl, 2,2′-dichloro-4,4′-diamino- 5,5′-dimethoxybiphenyl, 3,3′-dimethoxy-4,4′-diaminobiphenyl, 4,4 ′-(p-phenylenediisopropylidene) bisaniline, 4,4 - it can be exemplified (m-phenylene-isopropylidene) bisaniline.
また、ジアミノテトラフェニルチオフェン等のヘテロ原子を有する芳香族ジアミン;1,1−メタキシリレンジアミン、1,3−プロパンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、4,4−ジアミノヘプタメチレンジアミン、1,4−ジアミノシクロヘキサン、イソホロンジアミン、テトラヒドロジシクロペンタジエニレンジアミン、ヘキサヒドロ−4,7−メタノインダニレンジメチレンジアミン、トリシクロ[6,2,1,02.7]−ウンデシレンジメチルジアミン等の脂肪族又は脂環族ジアミンも挙げることができる。 In addition, aromatic diamines having hetero atoms such as diaminotetraphenylthiophene; 1,1-metaxylylenediamine, 1,3-propanediamine, tetramethylenediamine, pentamethylenediamine, hexamethylenediamine, heptamethylenediamine, octamethylene Diamine, Nonamethylenediamine, 4,4-Diaminoheptamethylenediamine, 1,4-Diaminocyclohexane, Isophoronediamine, Tetrahydrodicyclopentadienylenediamine, Hexahydro-4,7-methanoindanylene methylenediamine, Tricyclo [6 , 2,1,0 2.7 ] -undecylenedimethyldiamine and the like can also include aliphatic or alicyclic diamines.
本発明のポリアミック酸の製造に用いるジアミン類のうち、一般式(1)で示される本発明のジアミン化合物の割合は、50モル%以上であることが好ましく、80モル%以上であることがより好ましく、高屈折率を達成するためには100モル%であることが特に好ましい。 Of the diamines used in the production of the polyamic acid of the present invention, the proportion of the diamine compound of the present invention represented by the general formula (1) is preferably 50 mol% or more, more preferably 80 mol% or more. In order to achieve a high refractive index, it is particularly preferably 100 mol%.
一般式(1)で示されるジアミン化合物と、テトラカルボン酸二無水物との重縮合反応は、公知の方法及び条件下に行うことができるが、例えば、下記の方法で行うことが好ましい。
N−メチル−2−ピロリドン等の非プロトン性有機溶媒中において、ジアミン化合物と酸二無水物とを攪拌混合することによって、本発明のポリアミック酸を溶液として得ることができる。例えば、ジアミン化合物を有機溶媒に溶解し、これに酸二無水物を加えて、攪拌混合してもよく、また、ジアミン化合物と酸二無水物との混合物を有機溶媒に加えて、攪拌混合してもよい。反応は、通常、100℃以下、好ましくは、80℃以下の温度で、常圧下に行われる。しかし、反応は、必要に応じて、加圧下又は減圧下に行ってもよい。反応時間は、用いるジアミン化合物と酸二無水物や、有機溶媒、反応温度等によって異なるが、通常、4〜24時間の範囲である。
The polycondensation reaction between the diamine compound represented by the general formula (1) and the tetracarboxylic dianhydride can be carried out under known methods and conditions. For example, the following method is preferred.
The polyamic acid of the present invention can be obtained as a solution by stirring and mixing the diamine compound and the acid dianhydride in an aprotic organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. For example, a diamine compound may be dissolved in an organic solvent, and acid dianhydride may be added thereto and mixed with stirring. Alternatively, a mixture of a diamine compound and acid dianhydride may be added to an organic solvent and mixed with stirring. May be. The reaction is usually performed at a temperature of 100 ° C. or lower, preferably 80 ° C. or lower, under normal pressure. However, the reaction may be performed under pressure or under reduced pressure as necessary. The reaction time varies depending on the diamine compound and acid dianhydride used, the organic solvent, the reaction temperature, etc., but is usually in the range of 4 to 24 hours.
III.イミド化重合体
本発明のイミド化重合体は、前記本発明のポリアミック酸をイミド化して得られ、好ましくは下記一般式(4)で示される構造を有する。
一般式(3)のポリアミック酸をイミド化する方法及び反応条件は特に限定されず、公知の方法及び反応条件を用いることができる。例えば、加熱イミド化法として250〜350℃で1〜6時間の間で加熱してイミド化重合体に転化させる方法や、100℃で1時間、200℃で1時間、さらに300℃で1時間と段階的に加熱する方法が挙げられる。さらに化学的イミド化としてカルボン酸無水物と第三級アミン等の脱水環化試薬を使用することもできる。脱水環化試薬としては無水酢酸−ピリジンや、無水酢酸−トリエチルアミン、そして無水トリフルオロ酢酸等を挙げることができる。 The method and reaction conditions for imidizing the polyamic acid of the general formula (3) are not particularly limited, and known methods and reaction conditions can be used. For example, as a heating imidation method, a method of heating to 250 to 350 ° C. for 1 to 6 hours to convert to an imidized polymer, 100 ° C. for 1 hour, 200 ° C. for 1 hour, and further 300 ° C. for 1 hour And a method of heating in stages. Furthermore, a dehydrating cyclization reagent such as a carboxylic acid anhydride and a tertiary amine can also be used as chemical imidization. Examples of the dehydrating cyclization reagent include acetic anhydride-pyridine, acetic anhydride-triethylamine, and trifluoroacetic anhydride.
本発明のポリアミック酸は、高屈折率であり、これをイミド化して得られる本発明のイミド化重合体も、屈折率が高く、透明性及び耐熱性に優れており、高屈折率、透明性及び耐熱性を必要とする物品の製造材料として有用である。 The polyamic acid of the present invention has a high refractive index, and the imidized polymer of the present invention obtained by imidizing this also has a high refractive index, excellent transparency and heat resistance, and has a high refractive index and transparency. And is useful as a material for producing articles that require heat resistance.
以下、本発明を実施例によってさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples.
製造例1
4,4’−[p−チオビス(フェニレン−スルファニル)]ジフタル酸無水物
4,4 ′-[p-thiobis (phenylene-sulfanyl)] diphthalic anhydride
収量:7.8g
収率:71.9%
融点:175.2℃(DSC)
FT−IR(KBr、cm−1):1847.5、1778.0、1604.4、1473.3、1326.8、1257.4、902.5、817.7、732.0
1H−NMR(300MHz、DMSO−d6、ppm):7.45−7.49(d、4H)、7.52−7.55(d、4H)、7.56(s、2H)、7.60−7.63(d、2H)、7.83−7.85(d、2H)
元素分析:計算値 C28H14O6S3:C、61.98%;H、2.60%
測定値 C、62.23%;H、2.97%
Yield: 7.8g
Yield: 71.9%
Melting point: 175.2 ° C (DSC)
FT-IR (KBr, cm < -1 >): 1847.5, 1778.0, 1604.4, 1473.3, 1326.8, 1257.4, 902.5, 817.7, 732.0
1 H-NMR (300 MHz, DMSO-d 6 , ppm): 7.45-7.49 (d, 4H), 7.52 to 7.55 (d, 4H), 7.56 (s, 2H), 7.60-7.63 (d, 2H), 7.83-7.85 (d, 2H)
Calcd C 28 H 14 O 6 S 3 : C, 61.98%; H, 2.60%
Measured value C, 62.23%; H, 2.97%
実施例1
(1)9,9’−ビス[4−(p−ニトロフェニル)スルファニルフェニル]フルオレンの合成
収量:5.72g
収率:86%
融点:239.0℃(DSC)
FT−IR(KBr、cm−1):3089,3070,1674、1577、1334、1083、836、740
1H−NMR(300MHz、CDCl3、ppm):8.04(d、4H)、7.84−7.78(m、2H)、7.46−7.38(m、8H)、7.34(d、2H)、7.28(d、4H)、7.18(d、4H)
Example 1
(1) Synthesis of 9,9′-bis [4- (p-nitrophenyl) sulfanylphenyl] fluorene
Yield: 5.72g
Yield: 86%
Melting point: 239.0 ° C. (DSC)
FT-IR (KBr, cm −1 ): 3089, 3070, 1674, 1577, 1334, 1083, 836, 740
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , ppm): 8.04 (d, 4H), 7.84-7.78 (m, 2H), 7.46-7.38 (m, 8H), 7. 34 (d, 2H), 7.28 (d, 4H), 7.18 (d, 4H)
(2)9,9’−ビス[4−(p−アミノフェニル)スルファニルフェニル]フルオレンの合成
収量:1.92g
収率:82%
融点:216.3℃(DSC)
FT−IR(KBr、cm−1):3451,3367,3050,3025,1616,1594,1034,825,756
元素分析:計算値 C37H28N2S4:C、78.71%;H、4.96%;N、4.96%
測定値 C、78.41%;H、5.13%;N、4.44%
Yield: 1.92 g
Yield: 82%
Melting point: 216.3 ° C. (DSC)
FT-IR (KBr, cm −1 ): 3451, 3367, 3050, 3025, 1616, 1594, 1034, 825, 756
Calcd C 37 H 28 N 2 S 4 : C, 78.71%; H, 4.96%; N, 4.96%
Measurement C, 78.41%; H, 5.13%; N, 4.44%
<ポリアミック酸の製造>
実施例2
窒素導入管を備えた反応容器に、実施例1で製造した9,9’−ビス[4−(p−アミノフェニル)スルファニルフェニル]フルオレン(2.26g、4mmol)(以下、2SDAFという)にN−メチル−2−ピロリドン(10.16g)(以下、NMPという)を加え、室温で攪拌し完全に溶解させた。次に、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物(0.78g、4mmol)(以下、CBDAという)とNMP(2g)を添加し、室温で24時間攪拌して、ポリアミック酸のNMP溶液Aを得た。
<Production of polyamic acid>
Example 2
In a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, 9,9′-bis [4- (p-aminophenyl) sulfanylphenyl] fluorene (2.26 g, 4 mmol) (hereinafter referred to as 2SDAF) produced in Example 1 was added to NSD. -Methyl-2-pyrrolidone (10.16 g) (hereinafter referred to as NMP) was added and stirred at room temperature for complete dissolution. Next, 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (0.78 g, 4 mmol) (hereinafter referred to as CBDA) and NMP (2 g) were added, and the mixture was stirred at room temperature for 24 hours. NMP solution A was obtained.
実施例3〜9
実施例2で用いたCBDAの代わりに、下記表1に示す酸無水物を用いた他は、実施例2と同様の方法で重合を行い、各ポリアミック酸のNMP溶液を得た。
Examples 3-9
Polymerization was carried out in the same manner as in Example 2 except that acid anhydrides shown in Table 1 below were used instead of CBDA used in Example 2 to obtain NMP solutions of each polyamic acid.
比較例1
窒素導入管を備えた反応容器に、ビス(p−アミノフェニル)エーテル(8.01g、40mmol)(以下、ODAという)にN−メチル−2−ピロリドン(80g)(NMP)を加え、室温で攪拌し完全に溶解させた。次に、CBDA(7.84g、40mmol)とNMP(25g)を添加し、室温で24時間攪拌して、ポリアミック酸のNMP溶液を得た。
Comparative Example 1
To a reaction vessel equipped with a nitrogen introduction tube, N-methyl-2-pyrrolidone (80 g) (NMP) was added to bis (p-aminophenyl) ether (8.01 g, 40 mmol) (hereinafter referred to as ODA) at room temperature. Stir to dissolve completely. Next, CBDA (7.84 g, 40 mmol) and NMP (25 g) were added and stirred at room temperature for 24 hours to obtain an NMP solution of polyamic acid.
<硬化膜の作成>
3インチ径3mm厚の溶融石英基板上に実施例及び比較例で製造したポリアミック酸のNMP溶液をディスペンスし、厚さが約8〜12μmになるようにスピンコート塗布し、窒素雰囲気下280℃で1.5時間加熱し、硬化膜を得た。
得られた実施例3、4及び9で得られたポリアミック酸を硬化させて得られた硬化膜中のイミド化重合体のIRチャートを図3に示す。
<Creation of cured film>
An NMP solution of polyamic acid produced in Examples and Comparative Examples was dispensed on a 3 inch diameter 3 mm thick fused quartz substrate, spin coated to a thickness of about 8-12 μm, and applied at 280 ° C. in a nitrogen atmosphere. Heated for 1.5 hours to obtain a cured film.
FIG. 3 shows an IR chart of the imidized polymer in the cured film obtained by curing the polyamic acid obtained in Examples 3, 4 and 9.
<硬化膜の特性評価>
上記で得られた硬化膜について下記特性を評価した。結果を表1に示す。
<Characteristic evaluation of cured film>
The following characteristics were evaluated about the cured film obtained above. The results are shown in Table 1.
(1)屈折率
Metricon社のPC−2000型プリズムカプラーを使用して、上記で得られた硬化膜の、波長633nmにおける屈折率を測定した。
(1) Refractive Index Using a Metricon PC-2000 type prism coupler, the refractive index at a wavelength of 633 nm of the cured film obtained above was measured.
(2)透過率
日立製作所社製のU−3500型自記分光光度計を使用して、上記で得られた硬化膜の膜厚1μm当たりの波長400nm及び450nmにおける透過率(%)を測定した。
(2) Transmittance Using a U-3500 self-recording spectrophotometer manufactured by Hitachi, Ltd., transmittance (%) at wavelengths of 400 nm and 450 nm per 1 μm thickness of the cured film obtained above was measured.
(3)耐熱性
セイコーインスツル社製のDSC6300(昇温速度10℃/分、窒素気流下)を使用して、上記で得られた硬化膜の5%重量減少温度を測定した。5%重量減少温度が400℃以上の場合を耐熱性合格(○)と評価した。
(3) Heat resistance Using a DSC6300 manufactured by Seiko Instruments Inc. (temperature increase rate: 10 ° C./min, under nitrogen stream), the 5% weight loss temperature of the cured film obtained above was measured. The case where the 5% weight loss temperature was 400 ° C. or higher was evaluated as heat resistance pass (◯).
表1中の略号は下記のものを表す。
2SDAF:9,9’−ビス[4−(p−アミノフェニル)スルファニルフェニル]フルオレン;実施例1で製造
ODA:ビス(p−アミノフェニル)エーテル
CBDA:1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸二無水物
CHDA:1,2,4,5−シクロヘキサンテトラカルボン酸二無水物
MBDA:メソ−1,2,3,4−ブタンテトラカルボン酸二無水物
TCA−AH:4,10−ジオキサトリシクロ[6.3.1.02,7]ドデカン−3,5,9,11−テトラオン
sBPDA:3,3’,4,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物
aBPDA:2,3’,3,4’−ビフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物
ODPA:4,4’−オキシジフタル酸二無水物
3SDEA:4,4’−[p−チオビス(フェニレン−スルファニル)]ジフタル酸無水物;製造例1で製造
Abbreviations in Table 1 represent the following.
2SDAF: 9,9′-bis [4- (p-aminophenyl) sulfanylphenyl] fluorene; prepared in Example 1 ODA: bis (p-aminophenyl) ether CBDA: 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic Acid dianhydride CHDA: 1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride MBDA: Meso-1,2,3,4-butanetetracarboxylic dianhydride TCA-AH: 4,10-dioxa Tricyclo [6.3.1.0 2,7 ] dodecane-3,5,9,11-tetraone sBPDA: 3,3 ′, 4,4′-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride aBPDA: 2,3 ', 3,4'-biphenylsulfonetetracarboxylic dianhydride ODPA: 4,4'-oxydiphthalic dianhydride 3SDEA: 4,4'-[p-thiobis (F Prepared in Preparation Example 1; - ylene sulfanyl)] diphthalic acid anhydride
表1の結果から、一般式(1)で示されるジアミン化合物を原料とするポリアミック酸及びイミド化重合体は、屈折率が高く、透明性に優れ、さらに耐熱性にも優れていることがわかる。 From the results in Table 1, it is understood that the polyamic acid and imidized polymer made from the diamine compound represented by the general formula (1) have a high refractive index, excellent transparency, and excellent heat resistance. .
本発明のジアミン化合物は、屈折率が高く、透明性及び耐熱性に優れたイミド化重合体を製造する原料として有用である。
本発明のポリアミック酸及びイミド化重合体は、高屈折率と、優れた透明性及び耐熱性が同時に要求される光学用部材の製造材料として好適である。具体的には、光学用部材の例として、高反射材料及び反射防止膜の高屈折率材のコーティング材料や、光導波路、各種レンズ、イメージセンサ用感度向上材料が挙げられる。
The diamine compound of the present invention is useful as a raw material for producing an imidized polymer having a high refractive index and excellent transparency and heat resistance.
The polyamic acid and imidized polymer of the present invention are suitable as materials for producing optical members that are required to have a high refractive index and excellent transparency and heat resistance at the same time. Specifically, examples of the optical member include a coating material of a high refractive index material and a high refractive index material of an antireflection film, an optical waveguide, various lenses, and a sensitivity improving material for an image sensor.
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