JPH06200020A - 硬化型オリゴマーの製造方法 - Google Patents

硬化型オリゴマーの製造方法

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JPH06200020A
JPH06200020A JP35943592A JP35943592A JPH06200020A JP H06200020 A JPH06200020 A JP H06200020A JP 35943592 A JP35943592 A JP 35943592A JP 35943592 A JP35943592 A JP 35943592A JP H06200020 A JPH06200020 A JP H06200020A
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general formula
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JP35943592A
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English (en)
Inventor
Jiyunya Ida
純哉 井田
Hiroyuki Furuya
浩行 古谷
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Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Original Assignee
Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 不活性ガス雰囲気中にて反応系を室温以下に
保ち、パラトルエンスルホン酸クロリド及びピリジン混
合溶液中に、アプロティックな極性溶媒に溶解した無水
トリメリット酸を加えた後、アプロティックな極性溶媒
に予め溶解したジオール化合物を添加反応させ、次いで
アプロティックな極性溶媒に溶解した有機テトラカルボ
ン酸二無水物あるいはその誘導体を加え、続けてアプロ
ティックな極性溶媒に溶解したジアミンを両末端アミノ
基停止テレケリックなオリゴアミド酸を得るに必要な量
を加えて反応させ、さらにアプロティックな極性溶媒に
溶解した酸無水物を加えて末端を停止させ、その後非溶
媒を加えて熱的に脱水閉環することを特徴とする硬化性
イミドオリゴマーの製造方法。 【効果】 加工性に優れ、耐熱性、機械的強度、寸法安
定性に優れた硬化物を提供するポリイミドオリゴマーが
容易に製造される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は硬化性オリゴマーの製造
方法に関する。さらに詳しくは、特に耐熱性に優れ、ま
た良好な有機溶媒溶解性を示し、積層、成形用に好適な
反応性を有するポリイミドを提供するイミドオリゴマー
の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】熱硬化性樹脂は、注型、含浸、積層、成
形用材料として各種電気絶縁材料、構造材料などに使用
されている。近年、これらの各使用用途において材料の
使用条件はますます厳しくなり、特に材料の耐熱性は重
要な特性になっている。耐熱性を必要とする用途には、
従来、熱硬化型ポリイミド樹脂や耐熱性エポキシ樹脂が
用いられている。その中で、熱硬化型ポリイミド樹脂
は、ビスマレイミド系化合物とジアミノジフェニルメタ
ンとの組合せを主成分とするケルイミドが使用されてい
る(藤沢松生、プラスチックス、第34巻、第7号、7
5ページ、1983年)。
【0003】最近、例えば、第1級アミンとして3−ア
ミノフェニルアセチレンを用い、末端を停止した熱硬化
性ポリイミドがサーミッドとして上市されている(ヒュ
ーズ・エアクラフト、特開昭50−5348等)。ここ
で用いられる3−アミノフェニルアセチレンの合成に関
していくつかの方法(例えば、USP4,125,563 号)が
知られているが、いずれも合成ルートが長く、しかも合
成試薬が高価であるという問題を有していた。また、第
1級アミンとしてプロパルギルアミンを用い末端を停止
した熱硬化性ポリイミドも提案されている(株式会社宇
部興産、特開平2−284923、特開平3−1744
27)。しかし、プロパルギル基の熱反応開始温度は2
50℃と高く、これを反応性基として用いたイミドオリ
ゴマーも硬化温度が高く、加工性の点で劣ることが知ら
れている〔「ポリマー・エンジニアリング・サイエンス
(Polym. Eng. Sci)」,22(1),9−14(198
2)〕。また、一般的にポリイミド樹脂は耐吸湿性が悪
く、加工工程での寸法安定性の問題を指摘されてきた。
【0004】このようなポリイミドの問題点を解決する
ために、多くの樹脂改良法が提案されており、その中で
加工特性の点から種々のポリエステルイミド樹脂が提案
されている(例えば、USP4,757,118 号、4,362,861
号、3,852,246 号等あるいは特開平1−123819
等)。ところが、一般的にポリエステルイミドはポリイ
ミドより軟化点が低く樹脂流動性に優れるものの、耐熱
性の点でポリイミドに劣ることが指摘されている〔栗田
恵輔ら、高分子加工、第37巻、第2号、22−26ペ
ージ(1989)〕。更に、本発明のように無水トリメ
リット酸を出発モノマーとして塩化パラトルエンスルホ
ン酸/ピリジン系反応溶媒を用いて、エステル結合を有
する新規な酸二無水物を合成した後、ジアミン等を導入
することによって同一反応系内でポリエステルイミドを
合成することについては、若干の知見が知られているの
みであり〔例えば、H. Tanaka et al., Proceedings/Ab
stracts of Third InternatinalConference On Polyimi
des, 65−68pp(1988)〕、ましてや熱硬化型
あるいは光反応性等の反応性を有するポリエステルイミ
ドについての知見はまったく報告されていない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、加工性に優
れ、高い耐熱性を有し、機械的強度、寸法安定性、電気
特性に優れた硬化物を提供するポリイミドオリゴマーを
容易に製造できる方法を提供するものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者はかかる実情に
鑑み、これらの技術的課題を解決すべく鋭意検討を重ね
た結果、本発明に到達したものである。即ち、本発明
は、不活性ガス雰囲気中にて反応系を室温以下に保ち、
パラトルエン酸クロリド及びピリジン混合溶液中に、ア
プロティックな極性溶媒に溶解した無水トリメリット酸
を加えた後、アプロティックな極性溶媒に予め溶解した
一般式(1)で表されるジオール化合物 HO−Ar1 −OH (1) (式中、Ar1 は2価の芳香族基を示す。)を添加反応
させ、次いでアプロティックな極性溶媒に溶解した一般
式(2)
【0007】
【化8】
【0008】(式中、Ar2 は4価の芳香族基を示
す。)で表される有機テトラカルボン酸二無水物あるい
は一般式(3)
【0009】
【化9】
【0010】(式中、Y1,Y2,Y3,Y4は水素、
C1〜5から選ばれるアルキル基、Ar2 は4価の芳香
族基)で表される酸二無水物誘導体を加え、続けてアプ
ロティックな極性溶媒に溶解した一般式(4) H2 N−Ar3 −NH2 (4) (式中、Ar3 は2価の有機基を示す。)で表されるジ
アミンを両末端アミノ基停止テレケリックなオリゴアミ
ド酸を得るに必要な量を加えて反応させ、さらにアプロ
ティックな極性溶媒に溶解した一般式(5)
【0011】
【化10】
【0012】(式中、Rは反応性を有する置換基を示
す。)で表される酸無水物を加えて末端を停止させ、そ
の後非溶媒を加えて熱的に脱水閉環することを特徴とす
る硬化性イミドオリゴマーの製造方法を内容とするもの
である。
【0013】まず、本発明の硬化型オリゴマーの製造方
法について詳細に説明する。反応層を充分に乾燥したア
ルゴン又はチッ素などの不活性雰囲気中、必要量のパラ
トルエンスルホン酸クロリド(以下、TsClと記
す。)を計り取り、反応系を室温以下、好ましくは10
℃以下、更に好ましくは氷冷下にした後、ピリジンを発
熱に注意しながらシリンジより滴下する。充分に反応さ
せた後計算量の無水トリメリット酸(以下、TMAと記
す。)をアプロティックな極性溶媒に溶解させた後加え
る。その後一般式(1)で表されるジオール化合物を氷
冷下に上記と同一のアプロティックな極性溶媒に溶解し
た後加える。反応を完結させるべく室温下においても適
宜反応させる。ここで、共重合体を得るために、一般式
(2)で表される酸二無水物あるいは一般式(3)で表
される酸二無水物誘導体を加えておくことも可能であ
る。次に、再度反応系を氷冷し、上記と同一のアプロテ
ィックな極性溶媒に溶解した一般式(4)で表される有
機ジアミン化合物を加える。この際、両末端アミノ基停
止テレケリックなオリゴエステルアミド酸溶液を得るよ
うに予め計算量のジアミン化合物を加えることが肝要で
ある。オリゴアミド酸溶液を充分に反応させた後、上記
と同一のアプロティックな極性溶媒に溶解した一般式
(5)で表される熱硬化性基を有する酸無水物を上記オ
リゴマー末端を停止するために添加し、反応性を有する
イミドオリゴマーの前駆体であるオリゴアミド酸溶液を
得る。
【0014】最後に、オリゴアミド酸溶液を熱的に脱水
・閉環させるために、非溶媒を加えた後還流・共沸下に
ポリイミドに変換する。ここで使用する非溶媒は芳香族
炭化水素であるキシレン、トルエン等が使用できるが、
好ましくはトルエンを使用する。反応は、共沸・留去す
る水をディーン・スターク還流器を用いて反応理論量の
水が集められるまで還流させる。このイミド構造への脱
水閉環反応は化学的閉環法を併用することもできる。反
応後は水あるいはアルコール系の溶媒中に激しく攪拌さ
せながらポリイミド溶液を注ぐことにより、ポリイミド
をパウダーとして沈澱させる。パウダーは濾過して集め
た後、例えば80℃、減圧下に48時間乾燥させる。
【0015】本発明に用いられる有機テトラカルボン酸
二無水物としては、あらゆる構造の有機テトラカルボン
酸二無水物が使用可能であるが、上記一般式(2)、
(3)で表されるものが好ましく、Ar2 基は4価の有
機基であり、芳香族基であることが好ましい。このAr
2 基を具体的に例示すると、次の物を挙げることができ
る。
【0016】
【化11】
【0017】
【化12】
【0018】好ましくは、以下に示した少なくとも1種
が選択される。
【0019】
【化13】
【0020】本発明に用いられる上記一般式(4)で示
されるジアミンのAr3 基は、2価の有機基なら何でも
使用可能であり、具体的に例示すると次の物を挙げるこ
とができる。
【0021】
【化14】
【0022】
【化15】
【0023】好ましくは、以下に示した少なくとも1種
が選択される。
【0024】
【化16】
【0025】本発明に用いられるジオール化合物のAr
1 は本質的には2価の有機基なら何でも使用可能である
が、具体的には、
【0026】
【化17】
【0027】
【化18】
【0028】を例示することができる。特には芳香族基
が望ましく、具体的には、
【0029】
【化19】
【0030】の少なくとも1種を主成分とすることが好
適である。末端停止用に本発明で使用される一般式
(5)で表される反応性を有する官能基Rを例示する
と、
【0031】
【化20】
【0032】等があるが、コスト及び取扱いの点で、好
ましくは、
【0033】
【化21】
【0034】である。ポリアミド酸溶液の生成反応に使
用される有機溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキ
シド、ジエチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、
N,N′−ジメチルホルムアミド、N,N′−ジエチル
ホルムアミド等のホルムアミド系溶媒、N,N′−ジメ
チルアセトアミド、N,N′−ジエチルアセトアミド等
のアセトアミド系溶媒等を挙げることができる。これら
を単独又は2種あるいは3種以上の混合溶媒として用い
ることもできる。更に、これらの極性溶媒とともに、メ
タノール、エタノール、イソプロパノール、ベンゼン、
メチルセロソルブ等のポリアミド酸の非溶媒との混合溶
媒として用いることもできる。また、本発明のオリゴマ
ーは、熱硬化反応を誘導するときにおいて、その必要に
応じていわゆるB−ステージ化を併用することができ
る。B−ステージ化は、100℃以上、好ましくは15
0℃以上、更に好ましくは200℃以上で、1分以上、
好ましくは5分以上で、溶融下に熱風循環下あるいは真
空下に行うのがよい。
【0035】本発明に係る反応性を有するポリイミドが
特に高い耐熱性を有することについての機構は明確では
ないが、アセチレン/アセチレンの熱硬化によるベンゼ
ン骨格形成あるいはプロパギルエーテルの〔3,3〕シ
グマトロピー転移によるクロメン骨格形成/開環熱硬化
によるポリマーの形成による効果であるといわれてい
る。〔例えば、第3回国際サンペ・エレクトリック・コ
ンファレンス(3rd. Int. SAMPE Elect. Conf. )16
9ページ、1989年、ダウケミカル.,特開平2−8
5275〕また、数平均重合度〔プリンシプルズ・オブ
・ポリマーケミストリー(Principles of Polymer Chem
istry)91ページ、1953年〕をコントロールするた
めに重合度nは、好ましくは0〜30、より好ましくは
0〜20、更に好ましくは1〜15がよい。それ以上に
なると有機溶媒溶解性が落ちるという欠点が現れ、ま
た、それ以下であると機械的強度の点で問題が現れる。
【0036】本発明の硬化性オリゴマーから熱硬化性樹
脂を得るに際し、必要に応じて公知のエポキシ樹脂やエ
ポキシ樹脂硬化剤、硬化促進剤、充填剤、難燃剤、補強
剤、表面処理剤、顔料、各種エラストマーなどを単独又
は2種以上併用することができる。これらの熱硬化性樹
脂は、その使用用途に制限はなく各種の態様での応用が
可能である。その中で、電気用積層板、いわゆるPWB
(プリンテット・ワイヤリングボード)用マトリックス
樹脂として使用することも可能である。PWB用途に使
用する場合において、各種の充填剤や補強剤等を使用で
きる。充填剤としては、水酸化アルミ、三酸化アンチモ
ン、赤リンなどが例示できる。補強材としては、炭素繊
維、ガラス繊維、アラミド繊維、ベクトラなどの液晶ポ
リエステル繊維、ポリベンゾチアゾール(PBT)繊
維、アルミナ繊維等からなる織布、不織布、マット、紙
(ペーパー)あるいはこれらの組合せが例示できる。
【0037】
【実施例】以下、実施例により、本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるもの
ではなく、また、本発明はその趣旨を何ら逸脱しない範
囲内で当業者の知識に基づき種々なる修正、改良変更を
加えた態様で実施しうるものである。 参考例 3−プロパルギルオキシフタル酸無水物の製造 反応器に12.5g(0.051mol )のブロモフタル
酸(ブロモケミ社製)と8.0g(0.2mol )の水酸
化ナトリウムを200mlの水に溶解して仕込んだ。6.
45g(0.2mol )のテトラノルマルブチルアンモニ
ウムブロマイドを加えた後、滴下ロートから2.79g
(0.05mol )のプロパルギルアルコールを約30分
かけて添加し、80℃でて4時間反応させた後、室温下
で一夜攪拌を続けた。析出した結晶を濾別し、トルエン
から再結晶することにより10.5g(収率:94.2
%)のプロパルギルエーテルを得た。得られた結晶を1
00mlのo−トルエンとともに窒素置換した反応器に仕
込んで、12時間還流させた。析出した結晶を熱時濾過
により集め、昇華精製したところ、5.8gの3−プロ
パルギルオキシフタル酸無水物を得た。
【0038】〔元素分析値〕 計算値:C;65.35,H;2.99. 実測値:C;64.99,H;3.12. 〔スペクトルデータ〕 IR(neat, cm-1)ν=3000,2950,162
0,1600,1580,1495,1450,135
0,1220,1160,990,905,860,7
80,690.1 H−NMR(クロロフォルム−d,ppm)δ=3.
5(d.,J=2.4Hz,1H),5.15(d.,
J=2.4Hz,2H),6.7(m.,3H)
【0039】実施例1 1リットルの4口フラスコに3方コック、ディーンスタ
ーク蒸留器、ジムロート還流冷却器、シーラムキャップ
を取り付け、反応器を減圧下に乾燥した。9.53g
(50mmol)のTsClを反応系に加えた後、充分に窒
素置換した。反応系を氷冷し、20mlの乾燥ピリジンを
発熱に注意しながら加えた。9.61g(50mmol)の
無水トリメリット酸を70mlの乾燥N,N′−ジメチル
ホルムアミド(DMF)に溶解した後30分間で系内に
加えた。その温度で引続き反応させた後、20mlの乾燥
DMFに溶解した5.71g(25mmol)のビスフェノ
ールAを氷冷下に滴下した。30分後アイスバスを外
し、室温下で引続き1時間反応させた。そののち30ml
の乾燥DMFに溶解した16.11gの4,4′,3,
3′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物を系内
に添加し、再び反応系を氷冷し、30mlの乾燥DMFに
43.85(150mmol)の1,3−ビス(3−アミノ
フェノキシベンゼン)を加えた。30分後、アイスバス
をはずしたのち60℃のオイルバス中で反応系を加熱
し、30分間反応を続けた。15mlの乾燥DMFに3
0.33g(150mmol)の参考例で得た3−プロパギ
ルオキシフタル酸無水物を加え2.6時間反応させた。
そののち200mlの乾燥トルエンを加えた後、150℃
(バス温)で共沸下に5.5ml(理論量:5.4ml)の
反応水を留去し、脱水閉環することにより下記の構造の
イミドオリゴマーを得た。反応後は1.5リットルのメ
タノール中に反応溶液を投入し、生成したイミドオリゴ
マーを沈澱させた。沈澱させたイミドオリゴマーは減圧
下に濾過し真空中80℃で48時間乾燥したところ、9
6.81g(収率:97.5%)の淡黄色パウダーとし
てオリゴマーを得た。 〔スペクトルデータ〕 IR(neat, cm-1)ν=3000,2950,178
0,1750,1700,1630,1600,158
0,1495,1440,1350,1295,122
0,1160,990,910,860,780,73
5,690.
【0040】220℃の真空オーブン中で溶融・脱泡し
てオリゴマーをB−ステージ化したところ、赤褐色のパ
ウダーとなった。8.3gのB−ステージ化イミドオリ
ゴマーを用いて、220℃・20分、250℃・30
分、270℃・1時間、接触圧下でプレスして、密度
1.39g/cm3 を有する12mm(幅)×12cm(長)
×3.4mm(厚)の注型板を得た。この注型板は、5
8.8kg/mm2 の曲げ強さと、315kg/mm2 の曲げ弾
性率と、35kg・cm/cm2 の衝撃強度と、253℃のガ
ラス転移温度(Tg)を有する樹脂であった。吸湿率
は、0.27%(C−96/20/65)であった。
【0041】実施例2 43.85g(150mmol)の1,3−ビス(3−アミ
ノフェノキシ)ベンゼンの代わりに、31.84g(1
50mmol)の3,3′−ジアミノベンゾフェノンを用い
た他は、実施例1と同様にして下記の構造のイミドオリ
ゴマーを得た。 〔スペクトルデータ〕 IR(neat, cm-1)ν=3000,2950,178
0,1750,1700,1620,1600,158
0,1495,1450,1350,1295,122
0,1160,990,905,860,780,73
5,690.
【0042】220℃の真空オーブン中で溶融・脱泡し
てオリゴマーをB−ステージ化したところ、赤褐色のパ
ウダーとなった。8.9gのB−ステージ化イミドオリ
ゴマーを用いて、220℃・20分、250℃・30
分、270℃・1時間、接触圧下でプレスして、密度
1.36g/cm3 を有する12mm(幅)×12cm(長)
×3.8mm(厚)の注型板を得た。この注型板は、3
8.8kg/mm2 の曲げ強さと、425kg/mm2 の曲げ弾
性率と、30kg・cm/cm2 の衝撃強度と、239℃のガ
ラス転移温度(Tg)を有する樹脂であった。吸湿率
は、0.18%(C−96/20/65)であった。
【0043】実施例3 30.33g(150mmol)の3−プロパルギルオキシ
フタル酸無水物の代わりに、30.63g(150mmo
l)の3−アリルオキシフタル酸無水物を用いた他は、
実施例1と同様にして下記の構造のイミドオリゴマーを
得た。 〔スペクトルデータ〕 IR(neat, cm-1)ν=3000,2950,178
0,1750,1700,1620,1600,158
0,1495,1450,1350,1295,122
0,1160,990,905,860,780,73
5,690.
【0044】220℃の真空オーブン中で溶融・脱泡し
てオリゴマーをB−ステージ化したところ、赤褐色のパ
ウダーとなった。7.5gのB−ステージ化イミドオリ
ゴマーを用いて、220℃・20分、250℃・30
分、270℃・1時間、接触圧下でプレスして、密度
1.37g/cm3 を有する12mm(幅)×12cm(長)
×3.8mm(厚)の注型板を得た。この注型板は、4
8.8kg/mm2 の曲げ強さと、415kg/mm2 の曲げ弾
性率と、25kg・cm/cm2 の衝撃強度と、238℃のガ
ラス転移温度(Tg)を有する樹脂であった。吸湿率
は、0.21%(C−96/20/65)であった。
【0045】比較例 市販のイミドタイプ熱硬化型オリゴマー9.2gを用い
て、220℃・20分、250℃・30分、270℃・
1時間、接触圧下でプレスして、密度1.35g/cm3
を有する12mm(幅)×12cm(長)×3.5mm(厚)
の注型板を得た。この注型板は、38.2kg/mm2 の曲
げ強さと、261kg/mm2 の曲げ弾性率と、18kg・cm
/cm2 の衝撃強度と、212℃のガラス転移温度(T
g)を有する樹脂であった。吸湿率は、0.75%(C
−96/20/65)であった。
【0046】
【発明の効果】本発明により、加工特性に優れかつ従来
にない極めて高い耐熱性を有する硬化物を提供するオリ
ゴマーを簡便に得ることができる。更に、本発明により
合成された硬化性オリゴマーは、優れた機械的強度、寸
法安定性、電気特性などを有し、特に、成形品にボイド
やクラックが発生しにくいポリイミドを提供することが
できる。以上の如く、本発明の製造方法により得られた
硬化型オリゴマーは、数多くの特徴を有することから、
積層板、耐熱性塗料、電子デバイス用高分子材料、成形
材料等の幅広い用途に極めて工業的価値の高い材料を提
供することができ、その有用性は極めて大である。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 不活性ガス雰囲気中にて反応系を室温以
    下に保ち、パラトルエンスルホン酸クロリド及びピリジ
    ン混合溶液中に、アプロティックな極性溶媒に溶解した
    無水トリメリット酸を加えた後、アプロティックな極性
    溶媒に予め溶解した一般式(1)で表されるジオール化
    合物 HO−Ar1 −OH (1) (式中、Ar1 は2価の芳香族基を示す。)を添加反応
    させ、次いでアプロティックな極性溶媒に溶解した一般
    式(2) 【化1】 (式中、Ar2 は4価の芳香族基を示す。)で表される
    有機テトラカルボン酸二無水物あるいは一般式(3) 【化2】 (式中、Y1,Y2,Y3,Y4は水素、C1〜5から
    選ばれるアルキル基、Ar2 は4価の芳香族基)で表さ
    れる酸二無水物誘導体を加え、続けてアプロティックな
    極性溶媒に溶解した一般式(4) H2 N−Ar3 −NH2 (4) (式中、Ar3 は2価の有機基を示す。)で表されるジ
    アミンを両末端アミノ基停止テレケリックなオリゴアミ
    ド酸を得るに必要な量を加えて反応させ、さらにアプロ
    ティックな極性溶媒に溶解した一般式(5) 【化3】 (式中、Rは反応性を有する置換基を示す。)で表され
    る酸無水物を加えて末端を停止させ、その後非溶媒を加
    えて熱的に脱水閉環することを特徴とする硬化性イミド
    オリゴマーの製造方法。
  2. 【請求項2】 Ar1 が下記から選択される少なくとも
    1種である請求項1記載の製造方法。 【化4】
  3. 【請求項3】 Ar2 が下記から選択される少なくとも
    1種である請求項1記載の製造方法。 【化5】
  4. 【請求項4】 Ar3 が下記から選択される少なくとも
    1種である請求項1記載の製造方法。 【化6】
  5. 【請求項5】 Rが下記から選択される少なくとも1種
    である請求項1記載の製造方法。 【化7】
  6. 【請求項6】 アプロティックな極性溶媒がジメチルホ
    ルムアミドである請求項1記載の製造方法。
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