JPH06200029A - 側鎖カルボン酸基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリマー - Google Patents

側鎖カルボン酸基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリマー

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JPH06200029A
JPH06200029A JP5196616A JP19661693A JPH06200029A JP H06200029 A JPH06200029 A JP H06200029A JP 5196616 A JP5196616 A JP 5196616A JP 19661693 A JP19661693 A JP 19661693A JP H06200029 A JPH06200029 A JP H06200029A
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aromatic
membrane
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aliphatic polyester
polyimide
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JP5196616A
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W S Winston Ho
ウィンストン ホー ウィン−ソウ
Guido Sartori
サートリ ガイド
Suh Joon Han
ジョーン ハン スー
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ExxonMobil Technology and Engineering Co
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Exxon Research and Engineering Co
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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G73/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a linkage containing nitrogen with or without oxygen or carbon in the main chain of the macromolecule, not provided for in groups C08G12/00 - C08G71/00
    • C08G73/06Polycondensates having nitrogen-containing heterocyclic rings in the main chain of the macromolecule
    • C08G73/10Polyimides; Polyester-imides; Polyamide-imides; Polyamide acids or similar polyimide precursors
    • C08G73/16Polyester-imides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G63/00Macromolecular compounds obtained by reactions forming a carboxylic ester link in the main chain of the macromolecule
    • C08G63/68Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen
    • C08G63/685Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen
    • C08G63/6854Polyesters containing atoms other than carbon, hydrogen and oxygen containing nitrogen derived from polycarboxylic acids and polyhydroxy compounds
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 新規な側鎖のカルボン酸基の無いポリイミド
/脂肪族ポリエステルコポリマー、その製造方法、及び
その芳香族成分/飽和成分の分離用の膜への使用。 【効果】 新規な、側鎖にカルボン酸基を有しないポリ
イミド/脂肪族ポリエステルコポリマーが提供される。
このコポリマーの膜は芳香族成分/飽和成分の分離膜と
して有用である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、新規な側鎖のカルボン
酸基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリマ
ー、その製造方法、及びその芳香族成分/飽和成分の分
離用の膜への使用に関する。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】膜を飽
和成分から芳香族成分を分離するのに用いることは、科
学の世界及び産業界において長い間追求されて来てお
り、多数の特許の対象になっている。
【0003】米国特許No.3,370,102は供給原
料を透過流と残留流に分離し、洗流液を用いて膜の表面
から透過物を除いて濃度勾配推進力を維持することを述
べている。この方法は種々の石油留分、ナフサ、オイ
ル、及び炭化水素混合物を含む広範な種類の混合物を分
離するのに用いうる。特に、ケロセンからの芳香族成分
の分離を強調している。
【0004】米国特許No.2,958,656は、混合
物の一部を非多孔性セルロースエーテル膜を透過させ、
洗流ガス又は洗流液を用いて膜の透過側から透過物を除
くことにより、炭化水素をタイプ、即ち、芳香族成分、
不飽和成分、及び飽和成分によって分離することを教え
ている。供給物は炭化水素混合物、例えばナフサ(直流
ナフサ、熱クラッキング又は接触クラッキング等を含
む)を含む。
【0005】米国特許No.2,930,754は、芳香
族成分をある種の非多孔性セルロースエステル膜を通し
て選択的に透過することにより、炭化水素の分離、例え
ば、ガソリン沸騰範囲の混合物からの芳香族成分及び/
又はオレフィン成分の分離の方法を教えている。この透
過した炭化水素は洗流ガス又は洗流液を用いて透過ゾー
ンから連続的に除かれる。
【0006】米国特許No.4,115,465はポリウ
レタン膜を用いて透過蒸発により飽和成分から芳香族成
分を選択的に分離することを教えている。米国特許No.
5,028,685及び5,093,003は、ハロゲ
ン化ポリウレタン及び飽和成分からの芳香族成分の分離
のためのその化合物からの膜を開示している。
【0007】米国特許No.4,944,880及び4,
990,275は、ポリイミド/脂肪族ポリエステルコ
ポリマー及び飽和成分からの芳香族成分の分離のための
その化合物からの膜を述べている。米国特許No.4,9
46,594及び4,997,906は、脂肪族ポリエ
ステルジオール及び酸二無水物の架橋コポリマー並びに
飽和成分からの芳香族成分の分離のためのその化合物か
らの膜を述べている。
【0008】米国特許No.4,976,868は、芳香
族成分/飽和成分の分離のためのポリエステル(例え
ば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフ
タレート、及びポリエチレンテレフタレート/シクロヘ
キサン−ジメタノールテレフタレート)膜を取り扱って
いる。米国特許No.5,012,036、5,012,
035、及び5,019,666は、ポリアリーレー
ト、ポリフタレート−カーボネート、及び非孔性ポリカ
ーボネート膜をそれぞれ用いて飽和成分から芳香族成分
を分離することを教えている。米国特許No.5,05
5,631は、飽和成分からの芳香族成分の分離のため
のスルフォン化ポリスルフォン膜を開示している。米国
特許No.5,128,439は芳香族成分/飽和成分分
離用の飽和ポリエステル及びそれからの架橋膜を述べて
いる。
【0009】本発明は、新しいポリイミド/脂肪族ポリ
エステルコポリマーを述べる。米国特許No.4,94
4,880及び4,990,295に記載されたものと
較べて、本発明のコポリマーは側鎖のカルボン酸基を含
んでいない。加えて、本発明はトリメリット酸酸クロラ
イド、ポリエステルジオール、及び芳香族ジアミンの反
応によるコポリマーの合成を述べる。更に、本発明は、
上記コポリマーを用いて飽和成分から芳香族成分を分離
するための膜を作ることを述べる。
【0010】蒸留に較べて、膜透過は相当なエネルギー
の節約になる。膜は、芳香族成分及び飽和成分の混合
物、例えば、重質接触ナフサを高オクタン価物質、主と
して芳香族透過成分及び高セタン価物質、主として飽和
残留成分に分離することができる。透過物及び残留物の
両方共出発重質接触ナフサより価値がある。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、新規な側鎖の
カルボキシル基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステル
コポリマー、その製造方法、及びその芳香族成分/飽和
成分の分離用の膜としての使用に関する。
【0012】本発明は、新規な側鎖のカルボキシル基の
無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリマー、その
製造方法、及びそれを用いて芳香族成分/飽和成分を芳
香族成分に富んだ留分と飽和成分に富んだ留分に分離す
ることを含む。
【0013】この膜は石油流及び化学流における飽和成
分からの芳香族成分の分離に有用であり、重質接触ナフ
サ流において遭遇する飽和成分からの大きな置換芳香族
成分の分離に特に有用であることが見いだされた。芳香
族成分/飽和成分の分離に適した供給流である他の液体
は、93℃〜160℃で沸騰する中間接触ナフサ流、4
0℃〜150℃で沸騰する軽質芳香族成分含有流、20
0℃〜345℃で沸騰する軽質接触サイクルオイル、1
40℃〜280℃で沸騰するジェット燃料、200℃〜
365℃で沸騰するジーゼル油、及び飽和成分と組み合
わせて回収量のベンゼン、トルエン、キシレン(BT
X)又は他の芳香族成分を含む化学プラントにおける液
体である。上記液体の組み合わせも適当な原料流であ
る。本発明の膜を用いてうまく行く分離方法は透過抽出
(perstraction)及び透過蒸発(pervaporation) を含む。
【0014】透過抽出は、混合物中に含まれる特定の成
分の膜中への選択的溶解、この成分の膜を通しての拡
散、及び洗流液(liquid sweep stream) の使用による膜
の下流側からの拡散成分の除去を含む。石油流又は化学
流中の飽和成分からの芳香族成分の透過抽出分離におい
て、膜の溶解パラメーター及び供給流中の芳香族成分の
類似性により、供給流中に存在する芳香族分子は飽和分
子よりもより容易に膜に溶解する。次いで、この芳香族
成分は膜を透過(拡散)し、芳香族成分含量の低い洗流
液により洗い流される。これは膜の透過側の芳香族成分
の濃度を低く保ち、芳香族成分の膜を通しての透過の原
因となっている濃度勾配を維持する。
【0015】洗流液はそれ自体濃度勾配を低下させない
ように、芳香族成分含量が低い。この洗流液は、好まし
くは沸点が透過芳香族成分の沸点よりはるかに低いか、
はるかに高い飽和炭化水素である。これは単純な蒸発に
よる分離を容易にするためである。従って、適当な洗流
液は、例えば、C3 〜C6 飽和炭化水素及び潤滑油基油
(C15〜C20)を含む。
【0016】透過抽出プロセスは都合のよいどんな温度
でも実施できるが、出来るだけ低い方が好ましい。
【0017】透過抽出プロセスは圧力に依存せず、原料
中の芳香族成分の、膜への溶解及び濃度駆動力下での膜
中での移行の能力に依存するから、圧力の選択は重要で
はない。従って、どんな都合のよい圧力も用いうるが、
もし膜が多孔性の裏打ちに支持されているならば、望ま
しくない圧縮を避け、もしそのように支持されていない
ならば、膜の破裂を避けるために、圧力は低い方がよ
い。もし、C3 又はC4洗流液が25℃以上で液状で用
いられるならば、それらを液状に保つために圧力は増加
させなければならない。
【0018】透過蒸発は、これに較べて、一般に透過抽
出よりも高い温度で実施され、膜の表面からの透過物を
蒸発させて、分離プロセスを推進する濃度勾配推進力を
維持するために、透過側における減圧に依存する。透過
抽出におけるように、原料中に存在する芳香族分子は膜
フィルムに溶解し、このフィルムを移行し、そして濃度
勾配の影響の下に透過側に現れる。飽和成分からの芳香
族成分の透過抽出分離はヘキサンからのベンゼンの分離
のためには約25℃で行いうるが、より重質の芳香族成
分/飽和成分混合物、例えば重質接触ナフサの分離のた
めには80℃以上、好ましくは100℃以上、より好ま
しくは120℃以上を用いるべきである。本発明のポリ
イミド/ポリエステルコポリマーから作った膜を用いて
約200℃でうまく行った。上限温度は膜が物理的に破
壊される温度である。透過側を1〜80mmHgの真空で引
く。透過物を含む真空流(vacuum stream) を冷却し、高
度に芳香族性の透過物を凝縮させる。凝縮温度は与えら
れた真空レベルで透過物の露点未満であるべきである。
真空に加えて、透過側では洗流ガスも用いうる。
【0019】膜そのものは、好都合なモジュールデザイ
ンを利用したどんな好都合な形態をしていても良い。従
って、膜材料のシートを渦巻き状モジュール又は板−枠
透過セルモジュールとして用いうる。膜の管又は中空繊
維を束ねて用い、原料又は洗流液(又は真空)を前記管
又は繊維の内部空間に置き、他の物質を他の側に置いて
もよい。
【0020】膜を中空繊維形状として用い、原料をこの
繊維の外側に導入するときは、洗流液は中空繊維の内側
を流れて、透過した高度に芳香族性の種を洗流し、これ
によって望みの濃度勾配を維持する。洗流液は、その中
に含まれる芳香族成分と共に分離手段、典型的には蒸留
手段に通される。しかし、充分に低い分子量の洗流液、
例えば液化プロパン又は液化ブタンを用いるときは、洗
流液は単に蒸発させるだけで、液体芳香族成分が回収さ
れ、ガス状プロパン又はブタン(例えば)が回収され、
加圧又は温度低下により再液化される。
【0021】図1はモル比1/2/1の、分子量200
0のポリエチレンアジペートジオール、トリメリット酸
無水物塩化物、及びメチレンジアニリンからの、側鎖の
カルボン酸基を有しないポリイミド/脂肪族ポリエステ
ルコポリマーの合成の概略を示す。この合成は次の5つ
のステップを含む:(1)末端キャッピング、(2)昇
華、(3)熱転化、(4)鎖延長、及び(5)硬化。
【0022】末端キャッピングステップにおいては、塩
酸を補足するために用いられる4モルのピリジンの存在
下に、分子量2000のポリエチレンアジペートジオー
ルを、2モルのトリメリット酸無水物塩化物と反応させ
た。この反応は75℃で約2時間行った。次に、窒素気
流下に115℃で4時間昇華することによりピリジン塩
酸塩を除いた。この間過剰のピリジンも除いた。
【0023】次に反応生成物を、流通する窒素で3時間
230℃に加熱した。このステップは、末端キャッピン
グ及び昇華ステップの間加水分解したかもしれない酸無
水物基を再生するために行った。
【0024】次のステップは、ジメチルアセトアミド中
におけるメチレンジアニリンで末端キャップした生成物
の鎖延長であった。このようにして得られた粘稠な溶液
をキャストした。殆どの溶媒を蒸発させることにより、
この膜を加熱により硬化し、これによりアミド酸基を閉
環し同時に水を除いてイミド基とした。
【0025】本発明のコポリマーはポリエチレンアジペ
ートジオール以外に脂肪族ポリエステルジオールからも
合成されうる。その例としては、ポリスクシネートジオ
ール、ポリマロネートジオール、ポリオギザレートジオ
ール、及びポリグルタレートジオールがある。
【0026】ピリジンの代わりに、他の第三アミン、例
えば、トリエチルアミンを用いうる。メチレンジアミン
の代わりに、他の芳香族ジアミン、例えば、フェニレン
ジアミン、メチレンジ−o−クロロアニリン(MOC
A)、メチレンビス(ジクロロアニリン)(テトラクロ
ロMDA)、メチレンジシクロヘキシルアミン(H12
MDA)、メチレンジクロロシクロヘキシルアミン(H
12−MOCA)、メチレンビス(ジクロロシクロヘキシ
ルアミン)(テトラクロロH12−MDA)、4,4’−
(ヘキサフルオロイソプロピリデン)−ビスアニリン
(6Fジアミン)、3,3’−ジアミノフェニルスルフ
ォン(3,3’DAPSON)、4,4’−ジアミノフ
ェニルスルフォン(4,4’DAPSON)、4,4’
−ジメチル−3,3’−ジアミノフェニルスルフォン
(4,4’−ジメチル−3,3’DAPSON)、2,
4−ジアミノクメン、メチレンビス(o−トルイジ
ン)、オキシジアニリン(ODA)、ビスアニリンA、
ビスアニリンM、ビスアニリンP、チオジアニリン、
2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニ
ル〕プロパン(BAPP)、ビス〔4−(4−アミノフ
ェノキシ)フェニル〕スルフォン(BAPS)、4,
4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル(BA
PB)、1,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ベン
ゼン(TPE−Q)、及び1,3−ビス(4−アミノフ
ェノキシ)ベンゼン(TPE−R)を用いうる。
【0027】次の式は本発明のポリイミド/ポリエステ
ルコポリマーの構造体を表す:
【0028】
【化2】
【0029】ここにArはアリーレン基であり、mは2
又は3であり、nは0〜4であり、pは2〜40であ
り、qは少なくとも5であり、脂肪族ポリエステルセグ
メントの数平均分子量は500〜5000である。Ar
の例としては次式で示されるものがある:
【0030】
【化3】
【0031】この膜は透過蒸発装置において飽和成分か
ら芳香族成分を分離するのに用いられる。この透過蒸発
装置は、この膜がその上に支持されている多孔性金属板
によって2つの区画に分けられたセルである。透過蒸発
実験の間、芳香族成分/飽和成分混合物を望みの温度で
上部の区画を循環させる。下部の区画を減圧状態に保
つ。透過物をドライアイス−アセトン又はドライアイス
−イソプロパノールで冷却されたトラップに集め、ガス
クロマトグラフィーで周期的に分析する。供給原料は2
0wt%のイソオクタン、10%のトルエン、30%の
オクタン、40%のp−キシレンを含む。
【0032】
【実施例】以下に本発明の実施例を示すが、これらは本
発明を限定するものではない。
【0033】(例1) (カルボン酸基の無いポリイミド/ポリアジペートコポ
リマーの合成)10g(0.005モル)の分子量20
00のポリエチレンアジペートジオール、2.1g
(0.01モル)のトリメリット酸無水物酸塩化物(T
MAC)、及び1.58g(0.02モル)のピリジン
を窒素雰囲気下に反応器に入れた。反応器内容物を攪拌
しつつ75℃に加熱し、連続的に攪拌しながらこの温度
に2時間保持してPEA2000のTMACによるキャ
ッピングのステップを完了させた。この時点で、反応器
内容物はピリジン塩酸塩の形成によりミルク色になっ
た。窒素を流しながら4時間攪拌しつつ115℃にこの
溶液を加熱することにより、この塩を昇華させて透明な
褐色液体を得た。この液体を230℃に加熱し、攪拌し
つつ3時間この温度に保ったところ(上記熱転化ステッ
プのため)、末端キャップした生成物となった。この生
成物を120℃に冷却した後、27.35gのジメチル
アセトアミド(DMAC)を加えてこの生成物の30%
濃度の溶液を得た。次いでこの溶液を室温に冷却した。
鎖延長ステップのため、この溶液に3gのDMAC中の
0.99g(0.005モル)のメチレンジアニリンの
溶液を加えた。非常に粘稠な溶液が得られ、これは鎖延
長反応を示しており、粘度増加に付いていくために追加
のDMACを加えた。得られた溶液は、ポリアミド酸の
硬いセグメント及びポリアジペートの軟らかいセグメン
トを有するコポリマーの濃度7.2%を有していた。こ
の溶液は膜の調製における溶液流延に適したコンシステ
ンシーを有していた。
【0034】得られた溶液を約5分間遠心分離した。遠
心分離後、厚さ50μm 、孔径0.2μm 及び多孔度8
0%の微孔質テフロン支持体上に10ミルにナイフギャ
ップを設定して膜をナイフキャストした。フード中の窒
素の箱の中で周囲条件下に約17時間、膜からDMAC
を蒸発させた。次いでこの膜を炉中で一夜120℃にて
乾燥した。最後に、この膜を室温から260℃に加熱
し、この温度に20分維持し、次いでこれを室温に冷却
することにより硬化させた。得られた膜は20wt%の
ポリイミドの硬いセグメント及び80wt%のポリアジ
ペートの軟らかいセグメントを含み、側鎖のカルボン酸
基を有さず、微孔質支持体を除外して厚さ約7μm を有
していた。この合成においては、メチレンジ−o−クロ
ロアニリンに代えてメチレンジアニリンを用いたのでこ
のポリイミド硬質セグメントは塩素原子を含まなかっ
た。
【0035】(例2) (透過蒸発の結果)例1において得られた膜を、上述の
透過蒸発装置中で10wt%のトルエン、40wt%の
p−キシレン、20wt%のイソオクタン、及び30w
t%のn−オクタンを含む供給原料の芳香族成分/飽和
成分の分離について評価した。図2は2の膜の、150
〜210℃の温度の関数としてのトルエン/イソオクタ
ン分離ファクター及びトルエン/n−オクタン分離ファ
クター並びに規格化されたフラックス(透過率)につい
てのこの膜の良好な性能を示す。この図において、分離
ファクターは、透過物中のトルエン濃度とn−オクタン
(又はイソオクタン)濃度の比を供給原料中のトルエン
濃度とn−オクタン(又はイソオクタン)濃度の比で除
したものとして定義される。規格化されたフラックス、
即ち、透過率は、規格化された膜厚さ1μm についての
膜1平方メートル当たり、1日当たりの透過物のキログ
ラムの単位(kg・μm /m2 /D)で示される。図3
は、この膜(側鎖のカルボン酸基を有しないポリイミド
/ポリアジペートコポリマー)の性能は、トルエン/n
−オクタン分離ファクター対規格化されたフラックス
(透過率)のプロットにおいて側鎖のカルボン酸基を有
するポリイミド/ポリアジペートコポリマーのそれに類
似している。
【0036】
【発明の効果】本発明によれば新規な、側鎖にカルボン
酸基を有しないポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリ
マーが提供される。このコポリマーの膜は芳香族成分/
飽和成分の分離膜として有用である。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は本発明の構造体の合成を概略的に示す化
学式。
【図2】図2はトリメリット酸無水物酸塩化物から誘導
される硬質セグメント(塩素原子を含まない)及び分子
量2000のポリエチレンアジペート(PEA200
0)の軟質セグメントを含み、260℃で20分硬化さ
れた(室温からのこの温度への加熱及びこの温度から室
温への冷却を含む)本発明のコポリマー膜についてのト
ルエン/イソオクタン及びトルエン/n−オクタン選択
率及び透過率を示すグラフ。
【図3】側鎖のCOOH基を有するポリイミド/ポリア
ジペートコポリマー膜及び側鎖のCOOH基を有しない
ポリイミド/ポリアジペートコポリマー膜の選択率を示
すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ガイド サートリ アメリカ合衆国,ニュージャージー 08801,アナンデール,メドウビュー 73 (72)発明者 スー ジョーン ハン アメリカ合衆国,ニュージャージー 08876,ブランチバーグ,ストーニィブル ック ロード 6

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 次式で示される新規構造体: 【化1】 ここにArはアリーレン基であり、mは2又は3であ
    り、nは0〜4であり、pは2〜40であり、qは少な
    くとも5であり、脂肪族ポリエステルセグメントの数平
    均分子量は500〜5000である。
  2. 【請求項2】 第三アミンの存在下に1モルの脂肪族ポ
    リエステルジオールを2モルのトリメリット酸無水物酸
    塩化物と反応させ、第三アミン塩酸塩を昇華により除
    き、この末端キャップした生成物を熱的に(約230℃
    で)処理し、こうして得られた末端キャップした生成物
    を1モルの芳香族ジアミンと反応させる請求項1の構造
    体の合成方法。
  3. 【請求項3】 次の(a)及び(b)を含む芳香族成分
    と脂肪族成分の混合物を、芳香族成分に富んだ成分と飽
    和成分に富んだ成分に分離する方法: (a)前記芳香族成分/脂肪族成分混合物を側鎖のカル
    ボン酸基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリ
    マーの膜の一方の側に接触させ、そして(b)前記混合
    物の芳香族成分を選択的に前記膜を透過させること。
JP5196616A 1992-08-14 1993-08-09 側鎖カルボン酸基の無いポリイミド/脂肪族ポリエステルコポリマー Pending JPH06200029A (ja)

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US07/929,234 US5241039A (en) 1992-08-14 1992-08-14 Polyimide/aliphatic polyester copolymers without pendent carboxylic acid groups (C-2662)
US929234 1997-09-04

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