JP7154763B2 - 芳香族ポリイミドの製造方法 - Google Patents
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Description
(a)1つまたは複数の芳香族テトラカルボン酸と1つまたは複数のジアミンとを0.95~1.05の範囲のモル比で反応させることによって1つまたは複数の固体塩を調製する工程と;
(b)固体塩を乾燥させる工程と;
(c)工程(b)に由来する乾燥塩に、カルボン酸基、酸無水物基、エステル基およびアシルクロリド基から選択される1つまたは複数の基を含む1つまたは複数の化合物(C)を添加する工程と;
(d)化合物(C)の存在下での前記固体塩の固相重合の工程と
を含む。
を有してもよい。
およびp-キシレンジアミン(PXDA、示されていない)から選択される。
a)伝導拡散または対流拡散によるかまたは輻射による生成物の加熱;
b)真空の適用、窒素、CO2、または過熱スチームなどの中性ガスでのフラッシング、または正圧の適用による不活性化;
c)蒸発、引き続くキャリアガスでのフラッシングまたは気相の濃縮による縮合副産物の除去;
d)機械撹拌、またはキャリアガスまたは振動での固相の流動化が、伝熱および物質移動を向上させるために、そしてまた分離固体の集塊のいかなるリスクをも防ぐために望ましい場合もある
を含んでもよい。
ポリイミドの融点(Tf)および冷却時の結晶点(Tc)は、10℃/分の速度で、TA-Instruments Q20機器を用いる、示差走査熱量測定法(DSC)によって測定する。ポリイミドについてのTfおよびTc値は、溶融および結晶化ピークの最高部で測定する。ガラス転移温度(Tg)は、40℃/分の速度で同じ機器で測定する(可能な場合、それは、10℃/分で測定し、実施例に明記する)。
(a)塩の調製
1L反応器に、85.59g(0.33モル)の96%ピロメリット酸(PMA)(Sigma-Aldrich)および800mLの純エタノールを装入する。反応媒体を、窒素で穏やかにフラッシュしながら室温で攪拌する。50.82g(0.34モル)の97%Jeffamine(登録商標)150(J150)(Huntsman)を、室温で200mLの純エタノールに溶解させる。この溶液を次に、1L反応器に連結された滴下漏斗に入れ、ピロメリット酸のエタノール溶液に90分にわたって滴加する。ジアミンとピロメリット酸との接触は塩の形成をもたらし、塩は激しい攪拌下に直ちに沈澱する。反応媒体を、室温でおよび窒素下に2時間激しい攪拌下に維持する。
塩粉末を、シンター上での真空濾過によって回収し、次にばらばらにし、一晩80℃で真空下に乾燥させる。質量収率は97.8%である。粉末は、微粉であり、白色である。このようにして得られた塩の化学量論比Sは、1.012と、上に記載されたpHメーター法によって測定される。
(c)実施例1の工程(b)の終わりに得られた乾燥固体塩の粉砕
実施例1の工程(b)の終わりに得られた8.9gの質量の乾燥塩J150PMAを、鎖制限剤の添加なしに乳鉢で細かく粉砕する。
工程(c)の終わりに得られた8.9gの質量の塩を、機械攪拌および窒素での不活性化付きガラス管反応器に入れる。圧力は大気圧に等しい。デバイスを3時間攪拌しながら220℃で加熱する。得られたPI粉末J150PMAは、白色であり、完全に乾燥している。DSCにより測定される融点は301℃であり、その結晶点は273℃で測定され、10℃/分で測定される、そのガラス遷移温度は、113℃と評価され、その還元粘度は101.9mL/gである。
(c)実施例1の工程(b)の終わりに得られた乾燥固体塩への鎖制限剤の添加
0.25gの質量のピロメリット酸(PMA)を、実施例1の工程(b)の終わりに得られた10.001gの乾燥塩J150PMAに添加する。2つの粉末の混合物を乳鉢で細かく粉砕する。このようにして調製された塩の理論化学量論S’は1.050に等しい。
工程(c)の終わりに得られた塩を、機械攪拌および窒素での不活性化付きガラス管反応器に入れる。圧力は大気圧に等しい。デバイスを3時間攪拌しながら220℃で加熱する。得られたPI粉末J150PMAは、白色であり、完全に乾燥している。DSCにより測定される融点は299℃であり、その結晶点は270℃で測定され、10℃/分で測定される、そのガラス遷移温度は、110℃と評価され、その還元粘度は49.1mL/gである。
(c)実施例1の工程(b)の終わりに得られた乾燥固体塩への鎖制限剤の添加
0.154gの質量の99%フタル酸(PHTA)(Aldrich)を、実施例1の工程(b)の終わりに得られた10.005gの乾燥塩J150PMAに添加する。2つの粉末の混合物を乳鉢で細かく粉砕する。このようにして調製された塩の理論化学量論S’は1.049に等しい。
工程(c)の終わりに得られた塩を、機械攪拌および窒素での不活性化付きガラス管反応器に入れる。圧力は大気圧に等しい。デバイスを3時間攪拌しながら220℃で加熱する。得られたPI粉末J150PMAは、白色であり、完全に乾燥している。DSCにより測定される融点は298℃であり、その結晶点は262℃で測定され、10℃/分で測定される、そのガラス遷移温度は、96℃と評価され、その還元粘度は48.0mL/gである。
(a)塩の調製
1L反応器に、27.04g(0.107モル)の96%ピロメリット酸(PMA)(Sigma-Aldrich)および800mLの純エタノールを装入する。反応媒体を、窒素で穏やかにフラッシュしながら室温で攪拌する。15.43g(0.104モル)の97%Jeffamine(登録商標)150(J150)(Huntsman)を、室温で200mLの純エタノールに溶解させる。この溶液を次に、1L反応器に連結された滴下漏斗に入れ、ピロメリット酸のエタノール溶液に90分にわたって滴加する。ジアミンとピロメリット酸との接触は塩の形成をもたらし、塩は激しい攪拌下に直ちに沈澱する。反応媒体を、室温でおよび窒素下に2時間激しい攪拌下に維持する。
塩粉末を、大気圧で、窒素でフラッシュしながら79℃での回転エバポレーターを用いて溶媒を留去することによって回収する。回収された乾燥塩の質量は、40.6g、すなわち、97.2%の質量収率である。粉末は、微粉であり、白色である。このようにして得られた塩の化学量論比Sは、1.038と、上に記載されたpHメーター法によって測定される。
工程(b)の終わりに得られた10gの質量の乾燥塩J150PMAを、鎖制限剤の添加なしに乳鉢で細かく粉砕する。
工程(c)の終わりに得られた塩を、機械攪拌および窒素での不活性化付きガラス管反応器に入れる。圧力は大気圧に等しい。デバイスを3時間攪拌しながら220℃で加熱する。得られたPI粉末J150PMAは、白色であり、完全に乾燥している。DSCにより測定される融点は300℃であり、その結晶点は262℃で測定され、10℃/分で測定される、そのガラス遷移温度は、111℃と評価され、その還元粘度は60.1mL/gである。
(a)塩の調製
1L反応器に、65.02g(0.256モル)の96%ピロメリット酸(PMA)(Sigma-Aldrich)および800mLの純エタノールを装入する。反応媒体を、窒素で穏やかにフラッシュしながら室温で攪拌する。38.45g(0.252モル)の97%Jeffamine(登録商標)150(J150)(Huntsman)を、室温で200mLの純エタノールに溶解させる。この溶液を次に、1L反応器に連結された滴下漏斗に入れ、ピロメリット酸のエタノール溶液に90分にわたって滴加する。ジアミンとピロメリット酸との接触は塩の形成をもたらし、塩は激しい攪拌下に直ちに沈澱する。反応媒体を、室温でおよび窒素下に2時間激しい攪拌下に維持する。
塩粉末を、シンター上で真空濾過によって回収し、次に3時間攪拌しながら還流エタノール(1.2L)で洗浄する。洗浄された塩粉末を再び、シンター上で真空によって濾過し、次にばらばらにし、一晩80℃で真空下に乾燥させる。質量収率は97%である。粉末は、微粉であり、白色である。このようにして得られた塩の化学量論比Sは、1.008と、上に記載されたpHメーター法によって測定される。
0.413gの質量の99%オクチルアミン(MA8)(Aldrich)を、工程(b)の終わりに得られた12gの乾燥塩J150PMAに添加する。塩粉末とオクチルアミンとの混合物を乳鉢で細かく粉砕する。このようにして調製された塩の理論化学量論S’は0.916に等しい。
工程(c)の終わりに得られた塩を、機械攪拌および窒素での不活性化付きガラス管反応器に入れる。圧力は大気圧に等しい。デバイスを3時間攪拌しながら220℃で加熱する。得られたPI粉末J150PMAは、白色であり、完全に乾燥している。DSCにより測定される融点は300℃であり、その結晶点は268℃で測定され、10℃/分で測定される、そのガラス遷移温度は、108℃と評価され、その還元粘度は170.8mL/gである。
Claims (14)
- 以下の工程:
(a)1つまたは複数の芳香族テトラカルボン酸と1つまたは複数のジアミンとを0.95~1.05の範囲のモル比で反応させることによって1つまたは複数の固体塩を調製する工程と;
(b)固体塩を乾燥させる工程と;
(c)工程(b)に由来する乾燥塩に、1つまたは複数の化合物(C)を添加する工程と;
(d)化合物(C)の存在下での前記固体塩の固相重合の工程と;
を含み、化合物(C)が、フタル酸、ピロメリット酸、及びそれらの混合物から選択されることを特徴とする、芳香族ポリイミドの製造方法。 - 固体塩が、1つまたは複数の芳香族テトラカルボン酸と1つまたは複数のジアミンとを0.99~1.01の範囲のモル比で反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 固体塩が、1つまたは複数の芳香族テトラカルボン酸と1つまたは複数のジアミンとを化学量論量で反応させることによって調製されることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 工程(a)に使用される前記芳香族テトラカルボン酸が、ピロメリット酸、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、2,2’,3,3’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸、1,2,5,6-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸、2,3,5,6-ピリジンテトラカルボン酸、3,4,9,10-ペリレンテトラカルボン酸、3,3’,4,4’-テトラフェニルシランテトラカルボン酸、および2,2’-ビス(3,4-ビカルボキシフェニル)ヘキサフルオロプロパンテトラカルボン酸から選択されることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- ジアミンが、1つまたは複数のヘテロ原子を任意選択的に含む、線状または分岐の、飽和または不飽和の脂肪族、脂環式または芳香族二価炭化水素ベースの基Rを持った式H2N-R-NH2の分子であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 基Rが、2~50個の炭素原子と、任意選択的に1つまたは複数のヘテロ原子とを含むことを特徴とする、請求項5に記載の方法。
- ジアミンが、脂肪族ジアミンから、好ましくは1,2-ジアミノエタン、1,3-ジアミノプロパン、1,4-ジアミノブタン、1,5-ジアミノペンタン、2-メチル-1,5-ジアミノペンタン、ヘキサメチレンジアミン、3-メチルヘキサメチレンジアミン、2,5-ジメチルヘキサメチレンジアミン、2,2,4-および2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジアミン、1,7-ジアミノヘプタン、1,8-ジアミノオクタン、2,2,7,7-テトラメチルオクタメチレンジアミン、1,9-ジアミノノナン、5-メチル-1,9-ジアミノノナン、1,10-ジアミノデカン、1,11-ジアミノウンデカン、1,12-ジアミノドデカン、1,13-ジアミノトリデカン、および1,14-ジアミノテトラデカンから選択されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- ジアミンが、脂環式ジアミンから、好ましくはイソホロンジアミン、1,3-ジアミノシクロヘキサン、1,4-ジアミノシクロヘキサン、ジアミノジシクロヘキシルメタン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルアミン)および4,4’-メチレンビス(2-メチルシクロヘキシルアミン)から選択されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- ジアミンが、芳香族ジアミンから、好ましくはm-フェニレンジアミン、p-フェニレンジアミン、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、m-キシリレンジアミンおよびp-キシリレンジアミンから選択されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(c)へ導入される化合物(C)の量が、工程(a)において使用される芳香族テトラカルボン酸のおよびジアミンの総モル数に対してモル数として0.5%よりも大きい、より優先的にはモル数として0.5~10%の範囲、さらにより優先的にはモル数として1~5%の範囲であることを特徴とする、請求項1~9のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(d)中に、重合が、次の関係:工程(a)からの塩のTf>T>得られるポリイミドのTg
に従う温度Tで行われることを特徴とする、請求項1~10のいずれか一項に記載の方法。 - 工程(d)中に、重合が0.005~1MPaの範囲の絶対圧で行われることを特徴とする、請求項1~11のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(d)中に、重合が50℃~250℃の範囲の温度で行われることを特徴とする、請求項1~12のいずれか一項に記載の方法。
- 工程(d)において得られるポリイミドの数平均モル質量Mnが、500~50,000g/モル、より優先的には2000~40,000g/モル、さらにより優先的には5000~30,000g/モルの範囲であることを特徴とする、請求項1~13のいずれか一項に記載の方法。
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