JPH05301958A - ポリイミドおよびその製造法 - Google Patents

ポリイミドおよびその製造法

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JPH05301958A
JPH05301958A JP13445692A JP13445692A JPH05301958A JP H05301958 A JPH05301958 A JP H05301958A JP 13445692 A JP13445692 A JP 13445692A JP 13445692 A JP13445692 A JP 13445692A JP H05301958 A JPH05301958 A JP H05301958A
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JP
Japan
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polyimide
formula
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tetracarboxylic dianhydride
solvent
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JP13445692A
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Kazuaki Niwa
一明 丹羽
Kazuo Kawaguchi
和雄 河口
Hideetsu Fujiwara
秀悦 藤原
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Japan Synthetic Rubber Co Ltd
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 特定のテトラカルボン酸二無水物と脂環族ジ
アミンからの繰り返し単位、例えば下記式(I) 【化1】 で示される繰返し単位を主成分としてなるポリイミドお
よびその製造法。 【効果】 本発明のポリイミドは、溶剤に可溶であるた
めに安定なポリイミド溶剤として保存することができ、
取扱いが容易であり、しかも耐熱性に優れているという
利点を有しており、フィルム、絶縁テープ、電線材料、
成形材料あるいはIC保護コーティング材料などの広範
な用途に利用することができる。さらに、既存のポリイ
ミドフィルムと異なり無色透明な性質を利用して透明耐
熱性フィルムとして使用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶剤に可溶な新規なポ
リイミドおよびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】一般に、ポリイミドは無水ピロメリット
酸などの芳香族テトラカルボン酸無水物と芳香族ジアミ
ンとから得られ、その優れた耐熱性、機械的強度あるい
は電気特性などの点から、モーターの耐熱絶縁テープ、
フレキシブル配線基板のベース・フィルム、フラット・
ケーブル、耐熱性絶縁材料あるいは成形用粉体として、
耐熱性の必要とされる各種部品として利用されているこ
とはよく知られている。
【0003】これまでの芳香族テトラカルボン酸無水物
と芳香族ジアミンとから得られる、いわゆる芳香族系ポ
リイミドのほとんどは有機溶媒に不溶であり加工性に難
点があった。そのため、芳香族テトラカルボン酸無水物
と芳香族ジアミンとをN−メチルピロリドン、ジメチル
アセトアミドなどの極性溶媒中で反応させ、これらの溶
媒に溶解するポリアミド酸の溶液となし、例えばフィル
ムとして用いる場合には、ポリアミド酸の溶液をフィル
ム状に成形した後、加熱によって溶媒を蒸発除去し、同
時にポリアミド酸の脱水閉環を行わしめて、目的とする
溶剤に不溶なポリイミド・フィルムを得たのである。
【0004】しかしながら、かかるポリイミドの前駆体
たるポリアミド酸はそれ自体、不安定なポリマーであ
り、ポリアミド酸溶液として保存する間に変化し易く、
分子量の低下を生じたり、場合によってはゲル化してし
まうなど、取扱いが困難なものであった。ポリアミド酸
を安定なポリマーであるポリイミドの状態で保存できれ
ばこのような問題が生じることがなく、溶剤に可溶なポ
リイミドの合成が試みられている。
【0005】特公平2−4614号および特公平2−4
615号公報には、無水ピロメリット酸などの芳香族テ
トラカルボン酸無水物の代わりに、脂環式テトラカルボ
ン酸無水物である2,3,5−トリカルボキシシクロペン
チル酢酸二無水物(以下、TCA・AHと略す)を用い
溶剤に可溶なポリイミドを得ることが開示されている。
【0006】また、特開昭60−79042号公報には
テトラカルボン酸無水物としてビシクロ[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(以下、BOTCAと略す)や1−メチルビシクロ
[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(以下、MBOTCAと略す)を用
いることによって溶剤に可溶なポリイミドを得ることが
開示されている。このような溶剤に可溶なポリイミドで
あれば加工性が大幅に向上し、用途が拡大することは十
分予測される。
【0007】また、一般にポリイミドは褐色に着色して
おり透明性はあまり高くはない。無色透明なポリイミド
・フィルムを合成することは一般には困難であった。そ
の主な理由は、ポリアミド酸の重合に芳香族系ジアミン
を用いなければ重合度が向上しなかったことにある。従
って、着色のない透明性の優れたポリイミドが提供され
れば、その用途がより拡大することも十分に予測され
る。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は新規な
ポリイミドを提供することにある。本発明の他の目的は
溶剤に可溶なポリイミドを提供することにある。本発明
のさらに他の目的は本発明の上記の如きポリイミドを製
造する方法を提供することにある。本発明のさらに他の
目的及び利点は以下の説明から明らかになろう。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、本発明
の上記目的および利点は、第1に、下記一般式(I)
【0010】
【化4】
【0011】で示される繰返し単位を主成分としてなり
且つ対数粘度が0.01〜20dl/g(N−メチルピ
ロリドン、濃度0.5g/dl、30℃)のポリイミド
によって達成される。上記式(I)において、Xは−C
m2m−(mは0〜4の整数)、−O−、−S−、−C
O−または−C(R)(R’)−(RおよびR’は低級
アルキル)である。ここで、−Cm2m−は、例えば単
結合(m=0)、メチレン(m=1)、1,2−エチレ
ン(m=2)、1,3−トリメチレン(m=3)、1,4
−テトラメチレン(m=4)などを表わす。また、Rお
よびR’の低級アルキル基は直鎖状であっても分岐鎖状
であってもよく、好ましくは1〜4の炭素数を有する。
【0012】さらに、上記式(I)においてnは0また
は1である。本発明のポリイミドは、上記式(I)で表
わされる繰返し単位から主としてなり、好ましくはこの
繰返し単位を全繰返し単位の少なくとも80モル%、よ
り好ましくは少なくとも90モル%含有する。
【0013】また、本発明のポリイミドはN−メチルピ
ロリドン中0.5g/dlの濃度で30℃で測定した際
の対数粘度(ηinh)が0.01〜20dl/gの範囲に
あり、0.1〜10の範囲にあるのが好ましい。本発明
によれば、本発明のポリイミドは下記本発明方法で製造
することができる。
【0014】それ故、本発明によれば、第2に、下記一
般式(II)
【0015】
【化5】
【0016】で示されるテトラカルボン酸二無水物と、
下記一般式(III)
【0017】
【化6】
【0018】で示される脂環族ジアミンとを反応させ、
次いで得られたポリイミド前駆体を閉環せしめることを
特徴とするポリイミドの製造方法が提供される。本発明
方法で用いられるテトラカルボン酸二無水物は上記式
(II)で示される。式中nは0または1である。nが
0であるとき、式(II)の化合物は、ビシクロ[2.
2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無
水物(以下、NTAと略す)を表わし、nが1であると
きにはテトラシクロ[6.2.1.1.02,7]ドデカ−4,
5,9,10−テトラカルボン酸二無水物(以下、NNT
Aと略す)を表わす。これらのテトラカルボン酸には数
種類の立体異性体が存在するが、いずれのものでもよ
い。またこれら2種類のテトラカルボン酸二無水物は単
独でも、2種類を併用してもよい。
【0019】他方、本発明方法で用いられるジアミンは
上記式(III)で示される脂環族ジアミンである。一
般式(III)で示される脂環族ジアミンとしては、例
えば4,4’−ビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’
−メチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−
エチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−プ
ロピレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’−テ
トラメチレンビス(シクロヘキシルアミン)、4,4’
−ビス(アミノシクロヘキシル)エーテル、4,4’−
ビス(アミノシクロヘキシル)スルフィド、4,4’−
ビス(アミノシクロヘキシル)ケトンなどを代表的なも
のとして挙げることができる。これらは単独でも、2種
以上の併用してもよい。
【0020】本発明で使用する上記の特定テトラカルボ
ン酸二無水物と特定脂環族ジアミンとの組み合せは、従
来のテトラカルボン酸二無水物と脂肪族ジアミンの組み
合せと異なり、反応性が高く、高分子材料として使用す
るに十分な高重合度のポリイミドを与えることができ
る。
【0021】本発明において、ポリイミド前駆体たるポ
リアミド酸の調製は、酸モノマーと特定脂環族ジアミン
とを適当な溶剤中で酸モノマー1モルに対して特定脂環
族ジアミン0.8〜1.2モルの割合で反応させることに
より行われる。ここで言う酸モノマーとは、NTA及び
/またはNNTAである。その際の酸モノマーと脂環族
ジアミンとの溶剤に対する濃度は種々の条件に応じて、
適宜設定しうるが、酸モノマーと脂環族ジアミンの合計
した重量が、全溶液重量に対し、通常は1〜50重量
%、好ましくは2〜30重量%であり、反応温度は通常
150℃以下、好ましくは0〜120℃である。また反
応時間は通常1〜200時間である。
【0022】なお、ここで用いる溶剤としては、酸モノ
マーおよび特定脂環族ジアミンに対して不活性であり、
かつこれらを溶解せしめるものでなければならない。好
ましく用いられる溶剤は、ジメチルホルムアミド、ジメ
チルアセトアミドもしくはN−メチルピロリドンの如き
アミド系;フェノールもしくはクレゾールの如きフェノ
ール系;またはジメチルスルホキシドなどのいわゆる非
プロトン系極性溶剤である。これらは単独で使用するこ
とができ、また2種以上併用することもできる。なお、
上記溶剤に対して、ベンゼン、トルエンもしくはキシレ
ンの如き芳香族炭化水素;ジオキサンの如きエーテルな
どの溶剤を混合して用いることもできる。
【0023】次いで、本発明のポリイミドは、かくして
得られるポリイミド前駆体、すなわちポリアミド酸を脱
水閉環せしめてイミド化することにより得られる。イミ
ド化方法としては、大別して以下に記す加熱イミド化方
法と化学イミド化方法の2つの方法が採用できる。
【0024】加熱イミド化方法としては、例えばポリ
アミド酸溶液を基板上に流延して加熱するイミド化また
は、溶液中で行う加熱イミド化が好ましく採用され
る。ポリアミド酸溶液を基板上に流延して加熱するイミ
ド化では、前述のポリアミド酸溶液を基板上に流延し、
そのまま加熱して溶媒を蒸発除去することにより目的と
するポリイミドがフィルム状で得られる。この際、50
〜400℃の温度で、常圧ないしは減圧下に加熱するこ
とが好ましい。
【0025】また、溶液中で行う加熱イミド化では、そ
のまま加熱あるいは脱水剤を用いて脱水閉環せしめるこ
とによりポリイミドの溶液とした後、溶媒を蒸発除去せ
しめることにより固形のポリイミドとして収得すること
ができる。あるいはこのポリイミド溶液を水およびメタ
ノールなどの貧溶媒中に展開しポリマーを凝固せしめる
ことにより粉末状のポリイミドとして収得することもで
きる。この溶液中での加熱イミド化は、一般には50〜
300℃の温度で行うことにより進行させることができ
る。またその際生成する水の除去を容易にするために、
ポリアミド酸溶液の一部に、水との共沸が可能で、特に
反応系外において水との分離が容易な、例えばキシレ
ン、トルエンなどの炭化水素系溶媒を併用することがで
きる。さらにまた、脱水閉環の進行を容易にするために
三級アミン、例えばトリメチルアミン、トリエチルアミ
ン、トリブチルアミンの如き脂肪族アミン;N,N−ジ
メチルアニリンの如き芳香族アミン;ピリジン、キノリ
ン、イソキノリンの如き複素環式化合物などを触媒とし
て、例えばポリアミド酸100重量部に対して10〜4
00重量部用いることもできる。
【0026】他方、ポリアミド酸溶液をポリイミド溶液
に転換せしめるに際し、閉環剤を用いる化学イミド化に
おける閉環剤は、ポリアミド酸と反応して脱水環化を生
じさせる化合物であり、代表的なものとして無水酢酸、
無水プロピオン酸などの酸無水物を挙げることができ
る。化学イミド化方法では、前記閉環剤を、例えばポリ
アミド酸100重量部に対して10〜500重量部用
い、ポリアミド酸溶液と混合させ反応させることにより
実施できる。この反応は0〜200℃の温度において行
うのが好ましい。なお、かかる閉環剤を用いる場合に
も、前記の三級アミン、または複素環式化合物を触媒と
して用いることができる。
【0027】かくして得られたポリイミド溶液を0〜4
00℃の温度に、常圧ないし減圧下に加熱して溶剤の乾
燥を行えば、目的とするポリイミドを得ることができ
る。また大過剰の水またはアルコール等の貧溶媒中にこ
のポリイミド溶液を注いで再沈操作を通じても、この目
的とするポリイミドが得られる。
【0028】
【実施例】以下実施例により本発明をより詳細に説明す
るが、本発明はこれらの実施例により制限されるもので
はない。なお、実施例中の%は重量基準である。 実施例1 内容積200mlのフラスコを乾燥し、次いでフラスコ
内を窒素パージしながら脱水したN−メチルピロリドン
(以下、NMPと略す)50gを加えた。NMPの含有
水分量は8ppmであった。これに、ジアミノジシクロ
ヘキシルメタン(以下、DADCMと略す)4.207
2g(0.020mol)を天秤により秤取り、フラス
コ中に添加し、テフロン製の攪拌翼により攪拌して全量
を溶解した。次いでNNTA6.0456g(0.20m
ol)を天秤により秤量し、攪拌しながらフラスコ内に
添加した。その後24時間攪拌をし、ポリアミド酸溶液
を得た。
【0029】このポリアミド酸溶液にNMP30gを加
え希釈後、フラスコ内を窒素パージしながら無水酢酸
9.0gと脱水したピリジン12.0gを添加した。ピリ
ジンの含水量は10ppmであった。次いで、室温下で
攪拌翼にて1時間攪拌し脱水閉環によるイミド化を完了
させた。この溶液を1500mlのメタノールに徐々に
加えポリマーを沈澱させた。このポリマーを分離採取
し、120℃の真空乾燥機中で5時間乾燥することによ
り、白色のポリイミド9.5328gを得た。得られた
ポリイミドの対数粘度(30℃、NMP中0.5g/d
l)ηinh=0.71dl/gであった。
【0030】このポリイミドを再度NMPに溶解させ2
0%NMP溶液とし、ガラス板上にドクターブレードを
用いて流延した後、230℃でNMPを加熱除去するこ
とにより、強靱で無色透明なフィルムを得た。かくして
得られたポリイミドフィルムは、図1に示すように赤外
線吸収スペクトルによる測定で1770、1700およ
び1370cm-1にイミドの特性吸収が認められ、ポリ
イミドであることが確認された。さらに図2に示すNM
Rスペクトルにより得られたポリイミドの構造を確認し
た。
【0031】このポリイミドフィルムの熱的性質の測定
では、示差走査熱量測定(DSC)によるガラス転移温
度(Tg)は、348℃であった。さらに熱重量分析
(TGA)による5%重量減少温度(空気下100ml
/min、昇温速度10℃/min、試料量10mg)
は、410℃と高く、耐熱性に優れるものであった。
【0032】実施例2 内容積200mlのフラスコを120℃の乾燥機中で3
時間充分に乾燥し、次いでフラスコ内を窒素パージしな
がら脱水したN−メチルピロリドン(以下、NMPと略
す)50gを加えた。NMPの含有水分量は8ppmで
あった。これに、DADCM4.2072g(0.020
mol)を天秤により秤取り、フラスコ中に添加し、テ
フロン製の攪拌翼により攪拌して全量を溶解した。次い
でNTA4.7236g(0.020mol)を天秤によ
り秤量し、攪拌しながらフラスコ内に添加した。その後
24時間攪拌をし、ボリアミド酸溶液を得た。
【0033】このポリアミド酸溶液にNMP30gを加
え希釈後、フラスコ内を窒素パージしながら無水酢酸
9.0gと脱水したピリジン12.0gを添加した。ピリ
ジンの含水量は10ppmであった。次いで、室温下で
攪拌翼にて1時間攪拌し脱水閉環によるポリイミド化を
完了させた。この溶液をメタノールに徐々に加えポリマ
ーを沈澱させた。このポリマーを分離採取し、120℃
の真空乾燥機中で5時間乾燥することにより、白色のポ
リイミド6.57gを得た。得られたポリイミドの対数
粘度(30℃、NMP中0.5g/dl)ηinh=0.7
8dl/gであった。またガラス転移温度は129℃、
5%重量減少温度は380℃であった。このポリイミド
20%NMP溶液とし、ガラス板上にドクターブレード
を用いて流延した後、230℃でNMPを加熱除去する
ことにより、強靱で無色透明ナフィルムを得た。
【0034】実施例3 実施例1において、DADCMの代わりにジアミノジシ
クロヘキシルエーテル(以下、DADCEと略す)4.
2467g(0.020mol)を用いた以外は、実施
例2と同様の条件でポリイミドを得た。得られた白色の
ポリイミドは、ηinh=0.79dl/gであった。ガラ
ス転移温度は372℃、5%重量減少温度は420℃で
あった。
【0035】またこのポリイミド20%NMP溶液と
し、ガラス板上にドクターブレードを用いて流延した
後、230℃でNMPを加熱除去することにより、強靱
で無色透明なフィルムを得た。
【0036】実施例4 実施例2において、DADCMの代わりにDADCE
4.2467g(0.020mol)を用いた以外は、実
施例2と同様の条件でポリイミドを得た。得られた白色
のポリイミドは、ηinh=0.83dl/gであった。ガ
ラス転移温度は222℃、5%重量減少温度は408℃
であった。またこのポリイミド20%NMP溶液とし、
ガラス板上にドクターブレードを用いて流延した後、2
30℃でNMPを加熱除去することにより、強靱で無色
透明なフィルムを得た。
【0037】
【発明の効果】本発明のポリイミドは、溶剤に可溶であ
るために安定なポリイミド溶剤として保存することがで
き、取扱いが容易であり、しかも耐熱性に優れていると
いう利点を有しており、フィルム、絶縁テープ、電線材
料、成形材料あるいはIC保護コーティング材料などの
広範な用途に利用することができる。さらに、既存のポ
リイミドフィルムと異なり無色透明な性質を利用して透
明耐熱性フィルムとして使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のポリイミドの一例の赤外線吸収スペク
トル図である。
【図2】本発明のポリイミドの一例のNMRスペクトル
図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 下記一般式(I) 【化1】 で示される繰返し単位を主成分としてなり且つ対数粘度
    が0.01〜20dl/g(N−メチルピロリドン、濃
    度0.5g/dl、30℃)のポリイミド。
  2. 【請求項2】 下記一般式(II) 【化2】 で示されるテトラカルボン酸二無水物と下記一般式(I
    II) 【化3】 で示される脂環族ジアミンとを反応させ、次いで得られ
    たポリイミド前駆体を閉環せしめることを特徴とするポ
    リイミドの製造方法。
JP13445692A 1992-04-28 1992-04-28 ポリイミドおよびその製造法 Withdrawn JPH05301958A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008163210A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 New Japan Chem Co Ltd 新規なポリイミド樹脂組成物及びそのワニス
WO2008149772A1 (ja) * 2007-06-08 2008-12-11 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. 電子部品実装用積層フィルム、電子部品実装用フィルムキャリアテープ及び半導体装置

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