JPS58213021A - 高分子量ポリベンゾイミダゾールの製法 - Google Patents

高分子量ポリベンゾイミダゾールの製法

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JPS58213021A
JPS58213021A JP58087830A JP8783083A JPS58213021A JP S58213021 A JPS58213021 A JP S58213021A JP 58087830 A JP58087830 A JP 58087830A JP 8783083 A JP8783083 A JP 8783083A JP S58213021 A JPS58213021 A JP S58213021A
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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
    • C08G73/18Polybenzimidazoles

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  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (AREA)
  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燐含有重合触媒を使用した1段階溶融重合法
による、改良された種類の高分子量ポリヘンシイミダゾ
ールおよびその製造方法に関する。
芳香族テトラアミンと芳香族ジカルボン酸のジフェニル
エステルまたは無水物とを高温で溶融重合させ、さらに
この溶融重合の生成物を固体状態で重合させることから
なる高分子量の芳香族ポリベンゾイミダゾールの製造方
法が、米国再発行特許第26,065号に記載されてい
る。この方法によれば、実用に充分な高分子量のポリマ
ーを生成させるためには、固体状態での重合の前に熔融
重合生成物を微粉砕せねばならず、さらにその後の固相
重合を高温で0.5 mm11g未満の減圧下に行うか
、または高温で長時間不活性ガス気流中において行わな
ければならない。このよ・うに、この方法り、1多くの
;駐11tな操作が必要であり、さら番1=は、反応を
1rli ?AAで1.u 11.s間行うことから、
不溶性かつ不融性のポリマーを形成する傾向がある。
上記の欠点の克服を意図した方法が米国特許第3.31
3,783号に記載されている。この方法は、芳香族テ
トラアミンの無機酸ル1とジカルボン酸またはその誘導
体とをポリ燐酸中で加熱しながら溶液重合さ廿る4)の
である。ごの方法で11、反応終了後、ポリ燐酸溶液の
状態の反応11式合物を人lの水に投入して、ボリマー
ノ1:成物る′分δ11する。しかし、この分離法は複
♀11で、しかもポリ燐酸の回収と再利用が困難である
。、これらのJjlかC″夕5二の方法はポリベンゾイ
ミダゾールの工業的1に’l 法と17.て満足すべき
ものとは一般に考えられていない。
ポリ・ベンゾイミダゾールの別の製法は米国特許第3.
509.1011号に記載されている。この方法では、
モノマーをまず温度200℃以−1ユ、圧力50 ps
+ (3,5kg/ cra )以−にで溶融相重合反
応させる。さらに、反応生成物を300℃以−1−の温
度に加熱することにより固相重合さ−Uると、最終生成
物口して芳香族ポリヘンシイミダゾールがiqられる。
しかし、この方法は、重合中に認められる泡立I5を1
用制するために、最初の反応を50 psi以上〔好ま
しくは300〜600pSi(21〜42kg/cJ)
 :lの圧力で行わなければならない。
米国特許第3,555,389号には、2段階反応によ
る芳香族ポリヘンシイミダゾールの製法が記載されてい
る。すなわち、まず第1段の溶融重合帯域において、起
泡したプレポリマーが生成するまでモノマーを170°
C以上の温度に加熱する。この起泡したプレポリマーを
冷却し、微粉砕した後、第2段の重合帯域に導入し、こ
こでフェノールの存在下に加熱して、ポリへンゾイミダ
ゾールポリマー生成物を得る。
この方法も、既に述べた米国再発行特許第26,065
号の方法と同様に、多段操作を伴い、不溶性のポリマー
を生成しやすい。
米国特許第3,433,772号にも2段階重合による
芳香族ポリベンゾイミダゾールの製法が記載されており
、この方法は第1段での起泡を抑制するために、炭素数
11〜18のアルカンまたは多環炭素環式炭化水素など
の有機添加剤を利用する。
米国特許第3,655,632号も、高分子量芳香族ポ
リヘンシイミダゾールの熔融重合による製法を記載して
いる。この方法は、芳香族テトラアミンと芳香族ジニト
リルとの混合物を無機酸または有機スルホン酸のアンモ
ニウム塩の存在下に加熱するものである。
この特許は、芳香族テトラアミンと芳香族ジカルボン酸
またはその誘導体との混合物を単に加熱するだりでは、
芳香族ポリベンゾイミダゾール、とりわけ高分子量のも
のを11%るのは一般に不可能であると考えられると述
べ°Cいる(第1欄、27〜32行)。
米国特許第3,784,517 ′+には、芳香族テト
ラアミノ化合物に芳香族ジカルボン酸のジフェニルエス
テルまた(11無水物を、脂肪族または芳香族スルホン
溶媒の存在下で反応さ・Iるポリベンゾイミダゾールの
1段階製造方法が記載されている。
米国特許第4,312.97[i号には、テI・ラアミ
ノビフェニルとジカルボン酸とをp−+〜ルエンスルボ
ン酸のようなFm I’1M!媒の存在下で反応させる
ポリベンゾイミダゾールの1段階熔融型合法が記載され
ている。
技術報告AFML−TR−73−22(^ir For
ceMaterial  I、aborJILory+
  Wr1gl+t−Pntterson  AF口、
Ohi。
)にム11、テトう了ミノビフェニルとジフェニルイソ
フタl/−1−とを、塩化アンモニウム、塩酸、p−ト
ルエンスルホン酸、燐酸、燐酸トリフェニル、三フッ化
ホウ素エーテレート等の各種触媒の存在下で反応さ一仕
るポリヘンシイミダゾールの製法が記載されている。
しかし、このような従来法のさまざまの欠点を克服し、
高融点および高度の熱安定性を有する繊維の形成に特に
適した改良型のポリヘンシイミダゾールを生ずる、改良
されたポリヘンシイミダゾールの製法がなお求められて
いる。
よつて、本発明の目的は、溶媒あるいは消泡剤を存在さ
せずに行われ、しかも有機副生物を生じない、高分子量
のポリヘンシイミダゾールの1段階溶融重合法を提供す
ることである。
さらに本発明の別の目的は、閉塞値(plugging
value >と表色の改善を特徴とする、新規なタイ
プの高分子量ポリヘンシイミダゾールを提供することで
ある。
本発明の他の目的および利点は以下の説明および実施例
から明らかとなろう。
本発明の目的は、(1)各組において21[1i1のア
ミン置換基が互いにオルト位に位置している2組のアミ
ン置換基を含有する少なくとも1種の芳香族テトラアミ
ン、および(2)少なくとも1種のジカルボン酸、から
なる混合物を調製し、この混合物をその融解温度より高
い温度に、一般式 (Y)  n 1 r? −1’−R ■ lン (式中、Rは有IJu if 喚基、ハロゲンおよび水
素から選ばれた基を意味するが、ただしRのうち水素番
、11つ以下であり;Yは酸素原子、nは0またば1の
整数をそれぞれ意味する) で示される燐含有重合触媒の存在−1−で加熱すること
からなる、1段階熔融用合法による高分子ポリベンゾイ
ミダゾールのII!0II演を提供することにより達成
される。
さらに別の態様によると、本発明は、互いにオルト位に
ある1対のアミン;〃模試と芳香核に結合した1個のカ
ルボン酸基とを有する少なくとも1種の芳香族化合物の
モノマーを、一般式 () %式% (式中、Rは有機置換基、ハロゲンおよび水素から選ば
れた基を意味するが、ただしRのうら水素は1つ以下で
あり;Yは酸素1京子、nはOまたはlの整数をそれぞ
れ意味する) 1 で示される燐含有重合触媒の存在下で、このモノマーの
融解温度より高温に加熱することにより重合さゼること
からなる、1段階溶融重合法による高分子量ポリヘンシ
イミダゾールの製造方法も提供する。
ポリヘンシイミダゾールは本質的に下記一般式Iおよび
■で示される反復単位からなる公知の複素環ポリマーで
ある。
〔一般式I〕
    H 〔式中、Rは4価芳香核を意味し、ベンゾイミダゾール
環を形成しでいる4個の窒素原子は、この芳香核の隣接
炭素原子、すなわちオルト炭素原子に1対づつ結合して
おり;R゛は芳香環、アルキレン基(好ましくは炭素数
4〜8のもの)、ならびにピリジン、ピラジン、フラン
、キノリン、チオフェンおよびビランなどの複素環から
なる群より選択された基を意味する。〕 2 〔一般式■〕 1 〔式中、Zは芳香核を意味し、ベンゾイミダゾール環を
形成している2個の窒素原子は、この芳香核の隣接炭素
原子に結合している。〕 」〕二記一般式およびIIで示されるポリベンゾイミダ
ゾールはいずれも本発明の方法により製造できる。
次の−・膜化した反応jい、1、−・般式Iで示される
反復中位を有するポリヘンシイミダゾールの生成時に起
こる縮合反応を示す。
このようなポリヘンシイミダゾールは、(11各組にお
いて2個のアミン置換基が互いにオルト位に位置3 している2組のアミン置換基を含有する少なくとも1種
の芳香族テトラアミン、および(2)少なくとも1種の
ジカルボン酸、からなる混合物を反応させることにより
形成される。
芳香族テトラアミン化合物としては、次に例示するよう
な化合物を使用するのが有利である。
H2 4 −d−1またローCI+2−1−(CH2)2−もしく
は−C(C113)  2 −のような低級アルキル基
を意味する。
この種の芳香族テトラアミンとしては、1.2,4.5
−テトラアミノベンゼン、I+2+51[i−テトラア
ミノナフタレン、2,3.[i、7−テ1ラテミノナフ
タレン、3.3’、4.4”テI−ラアミノジフT−ニ
ルエーテル、3.3’ 、4.4’ −テトラアミノビ
フェニル、3.3’ 、4,4”−テトラアミノシフ、
丁−ニルメタン、41.3’、4.4’−テトラアミノ
−1,2−ジフェニルエタン、;)、3”、4,4°−
テトラアミノ−212−ジフェニルプロパン、3,3°
、4.4’−テトラアミノジフェニルチオエーテルおよ
び3.3’ 、4.4°−テトラアミノジフェニルスル
ポンが挙げられる。好ましい芳香族テI・ラアミンは、
3.3’、4,4°−テトラアミノビフェニルである。
本発明の方法によるポリヘンシイミダゾールの製造に使
用するのに適したジカルボン酸には、芳香族ジカルボン
酸、脂肪族ジカルボン酸(好ましくは炭素数4〜8の4
)の)、ならびにピリジン、ピラジン、フラン、ギノリ
ン、チオフエンおよびピランなどの環状化合物の炭素原
子にカルボキシル基が置換基と5 して結合している複素環式ジカルボン酸がある。
好ましいジカルボン酸は、次に示すような芳香族ジカル
ボン酸である。
上記式中、Xは前に規定したとおりの意味である。
代表的なジカルボン酸としては次の化合物が挙げられる
:テレフタル酸、イソフタル酸、4.4゛−ビフェニル
ジカルボン酸、■、4−ナフタレンジカルボン酸、1.
6−ナフタレンジカルボン酸、2,6−ナフタレンジカ
ルボン酸、4,4゛−ジフェニルエーテルジカルボン酸
、4.4゛−ジフェニルメタンジカルボン酸、4,4°
−ジフェニルスルホンジカルボン酸および4.4′−ジ
フェニルチオエーテルジカルボン酸。本発明に使用する
の6 に適したジカルボン酸番11イソフタル酸である。
ジカルボン酸は、芳香族テトラアミン1モル当たり約1
モルの割合ご用いるのが好ましい。しかし、最適の分子
mを有する4L成物を得るために、ジカルボン酸または
テトラアミンのいずれかの七ツマー反応物質を過剰(例
、0.25モル%過剰)に使用するのが有利である場合
もある。
一般式■の反(M構造を有し、本発明の方法により製造
しうるポリヘンシイミダゾールの例としては次のものが
ある: ポリ−2,2”−(m−フェニレン)−5,5’−ビベ
ンゾイミダゾール、 ポリ−2,2”−(ピリリジン−3”、5″)−5,5
’−ビベンゾイミダゾール、 ポリ−2,2’ −(フリレン−2”I5”) −5,
5°−ビベンゾイミダゾール、 ポリ−2,2°−(ナフタレン−1”、6″) −5,
5’−ビヘンヅイミダゾール、 ポリ−2,2’−(ビフェニレン−4″、4” )−5
,5”−ビベンヅイミダゾール、 ポリ−2,2゛−アミシン−5,5′−ビベンゾイミダ
ゾール、 7 ポリー2.2”−オクタメチレン−5,5゛−ビヘンソ
イミダゾール、 ポリ−2,6−(m−フェニレン)−ジイミダゾベンゼ
ン、 ポリ−2,2′〜シクロへキモニル−5,5°−ビヘン
ソイミダゾール、 ポリ−2,2’ −(m−フェニレン)−5,5″−ジ
(ベンゾイミダゾール)エーテル、 ポリ−2,2°−(n+−フェニレン) −5,5’−
ジ(ヘンシイミダゾール)スルフィ]゛、 ポリ−2,2’−(m−フェニレン) −5,5’−ジ
(ヘンシイミダゾール)スルホン、 ポリ−2,2°−(m−フェニレン) −5,5’−ジ
(ヘンシイミダゾール)メタン、 ポリ−2°、2″−(m−フェニレン)−5’、5″−
ジ(ベンゾイミダゾール)プロパン−2,2、およびポ
リ−2,2’−(m−フェニレン)−5’、5”−ジ(
ヘンシイミダゾール)エチレン−1,2゜ 本発明の方法により製造される一般式Iのポリベンゾイ
ミダゾールとして好ましいのは、下記の反復単位からな
ることを特徴とするポリ−2,2”−(m−フェニレン
)−5,5’−ビヘンヅイミダゾールである。
8 上に示したポリマーは、本発明に従い、3,3°、4,
4°−テトう“i′ミノピッ、1刃しとイソフタル酸と
を反応させることにより製造し2・)る。
−・般式I+の反復中位を有するポリベンゾイミダゾー
ルは、互いにオルト位に位igする1対のアミン置換基
と芳香核に結合したl Illのカルボン酸基とを有す
る少なくとも1種の芳香族化合物(以下、この化合物を
ジアミノカルボン酸反応物質と言う)の自己縮合により
製造できる。このような化合物の例としては、3.4−
ジアミノ安息香酸、5,6−ジアミツナフタレンー1−
カルボン酸、5,6−ジアミツナフタレンー2−カルボ
ン酸、6.7−ジアミツナフタレンー1−カルボン酸、
(i、?−ジアミノナフタレン−2−カルボン酸等があ
る。好ましい化合物は、下記構造式の4−カルボキシ−
3’、4’□−ジアミノジフェニルエーテルである。
9 本発明の方法によると、前記の1種または2種以上のモ
ノマー反応物質の反応により、高分子量のポリ−、ンゾ
イミダゾールが製造される。好ましい反応物質は、−1
−述したような種類の少なくとも1種の芳香族テI・ジ
アミノと少なくとも1種のジカルボン酸との混合物であ
り、特に3.3’ 、4.4°−テトラアミノビフェル
とイソフタル酸との混合物が好ましい。モノマー反応物
質またはモノマー反応物質の混合物は、その融解温度よ
り高い温度で反応さ−lる。少なくとも1種の芳香族テ
1〜ラアミンと少なくとも1種のジカルボン酸との混合
物を使用する場合、この混合物の融解温度はおおよそ該
ジカルボン酸の融点に等しくなる。
本発明の溶融重合法は通常、少なくとも約340℃、好
ましくは約340〜450℃の範囲内の温度で行う。代
表的な態様においては、この重合法を約380〜430
℃の範囲内の温度で行う。
本発明の方法は、普通的15〜50psi  (1,1
〜3.5kg/c+d)の圧力を採用し、好ましくは大
気圧で反応を行う。代表的な操業では、縮重合反応の副
生物と0 して4L成する水を除去するための蒸溜塔を備えた開放
型重合系が採用される。
前記のジアミノカルボン酸反応物質を用いる自己縮合反
応の場合は、大気■:よりもわずかに高い圧力(例、は
ぼ2気II響t;で)を1里用するのが望ましいことも
ある。この高めの圧力は、ジアミノカルボン酸反応物質
の昇華を防11°するために利用される。このような1
r11圧を得る1つの方法は、反応中に副生ずる水を、
・Q・lljな圧力が111られるまで反応系内に蓄積
させることである。
この反応は、実質的G1=酸素を含まない雰囲気下で行
う。例えば、窒素やアルゴンのような不活性ガスを、重
合中絶えず反応111賎に流・Uばよい。使用する不活
性ガスは、実質1−酸素を含まないもの、すなわち、分
子状酸素の含有量が約8 ppm未満であるべきである
。不活性ガスは、標り%状態、つまり常温・常圧で測定
した流速で、毎分反応帯域の容積の約1〜200%の範
囲内となる流速で反応帯域に導入する。
不活性ガスは室温で反応(1シ域に送給してもよく、あ
るいは反応温度まで予熱してもよい。
本発明の熔融重合法番、l、高分子量のポリベンゾイミ
ダゾール生成物を生ずるのに充分な時間だけ行う。
1 ポリヘンシイミダゾール生成物の対数粘度数はその分子
量の指標となる。本発明の方法により製造された高分子
量ポリヘンシイミダゾールは、97%硫酸100m1中
にポリマー0.4gという濃度で温度25℃において測
定した場合に少なくとも約0.6dl/gの対数粘度数
を示す。好ましくは、このポリマーは少なくとも約0.
7 dl/gの対数粘度数を示す。高分子量のポリヘン
シイミダゾール生成物を得るためには、重合は少なくと
も約1時間、たとえば約1〜10時間の反応時間で行う
重合触媒の存在下での七ツマー反応物質の重合温度への
加熱は、1段階または多段式のいずれの加熱方式であっ
てもよい。特に重合温度が高い場合には、モノマーの分
解の可能性を最小にするために、多段式加熱法を採用す
るのが望ましい時もある。たとえば、1種またはそれ以
上のモノマー反応物質をまず反応混合物の融解温度より
わずかに高い温度まで加熱する。次に、反応混合物の温
度を、所望の重合温度と重合度が得られるまで、約20
〜50℃の範囲内の間隔で段階的に」−昇させる。この
時、反応混合物を、多段加熱法の各温度において約0.
1〜3時間の範囲内、たとえば約1.5時間保持するこ
とができ2 る。
重合M媒は、反応を受13るモノマー材料の総重量に基
づいて約0.旧へ・2i1flli1%の範囲内の量で
使用する。代表的な111合1v応で(:1、重合触媒
の使用量はモノマー4411の総l旧11に基づいて約
0.1〜1.0%の範囲内である。
本発明の重要/、(特1%【11.1・)定の種類の燐
含有重合触媒の使用である。前記一般式にり・1応する
燐含有化合物に(,1、有機ボスフィン類、有機亜リン
酸エステJし灯1、白−槻すンr1シ[ステル灯1、な
らびにこれらの対応するハ1.Iゲン置喚誘導体がある
燐含有化合物の自機基には、脂肪族、脂環式及び芳香族
の置換基trらびにこれに対応するオキシリン結合型の
′R置換基たとえば有槻亜リン酸エステル化合物に特有
のもの)が含まれる。有機亜リン酸エステルに才?&J
るエーテル型の基は、相当する亜リン酸化合物から誘導
されると名えられる。
好ましい種類の燐含有重合触媒としては、一般的には、
前出の−・般〕(におい′ζI?基が水素、ハロゲン(
例、j!、(素、叶素)、ならびにl置換基につき炭素
数的1〜18のしl′ロカルビルもしくはヒドロカルビ
ルオキシ置換基から選ばれた基である化合物が挙3 げられる。“ヒドロカルビル”置換基は、酸素、硫黄、
窒素、ハロゲンなどの非妨害へテロ原子を含んでいても
よい。各l置換基は同一の基または異別の基のいずれで
あってもよい。本発明の重合触媒器よ、たとえばジー1
.2−(ジエチルホスフィニル)エタンのように2以上
の燐原子を含有してし1てもよし)。
本発明の熔融重合法に触媒としで適する燐含有化合物の
具体例は、トリメチルホスフィン、トリへキシルホスフ
ィン、1−リゾシルホスフィン、ジエチルへキシルホス
フィン、トリフェニルホスフィン、トリトリルホスフィ
ン、トリ (p−メ1−キシフゴーニJし)ボスフィン
、トリシクロペンチルホスフィン、ジシクロヘキシルメ
チルホスフィン、フェニルジエチルホスフィン、ジフェ
ニルベンジルホスフィン、フェニルジクロロホスフィン
、亜すン酸l−リメチル、亜リン酸ブチルジエチル、亜
リン酸l・リドデシル、亜リン酸トリフェニル、亜リン
酸トリナフチル、ジフェニル亜ホスフイン酸フェニル、
フエニJし亜ホスホン酸ジフェニル、亜リン酸トリ (
p−クロロフェニル)、亜リン酸トリ (p−シアノフ
ェニル)、8−ホスファビシクロ(3,2,1)オクタ
ン、リン酸1〜リフエユル、リン酸1ヘリエチル、三塩
化リン、オキ4 シ已五臭化リン、0−フェニレンホスポクロリダイト、
塩化ボスフェニル、ジフェニルホスフィンオキシト等で
ある。
1−述した種類の燐含有化合物は、一般に市販品を購入
することができるが、米国特許第4,312,818号
に記載のような各種の合成法によっても調製できる。
本発明の溶融m合法の実施により得られる重要な利点は
、新規な111合せの望ましい性質を有する高分子量ポ
リヘンシイミダゾールが提供されることである。すなわ
ち、本発明によると、97%硫#&100 ml中に該
ポリヘンシイミダゾール11.4gという濃度で25℃
において測定した対数粘度数が約0.7dl/g以上、
重量平均分子■が約100,000以J−1閉塞値が約
0.5より人、ガー1゛す゛−カラーが約10未満とい
う特性を有し、2重量%のルミ化すチウムを含むジメチ
ルアセトアミド溶媒中で240℃に2時間加熱したとき
に15重1%溶液を形成することができることを特徴と
する高分子量のポリヘンシイミダゾールが提供される。
本発明によるポリベンゾイミダゾールの分子量の値は、
LiC12%を含有するジメチルアセトアミド(聞へC
)中ポリ−・ン′ゾイミダソ゛−ル0.2 g wt/
vol の5 濃度の溶液について、2つの多孔性シリカカラム(14
aLers  p −Bondagel B−1ine
ar )を備えたWa ters201型渕定装置を用
いて測定する。分子量の算出は、2100〜I 、 8
00 、000の範囲の11の標準分子量のポリスチレ
ンにより得た検量線に基づいて行い、ポリヘンシイミダ
ゾールの分子量は、同値のポリスチレン分子量に対応す
る。
数平均分子量(Mn) 、重量平均分子量(Mw)およ
び分子量分布(に−D)の間の関係は次のとおりである
M W D = M w / M n 極限粘度数(97%H2SO4)  ((η)HaSO
4)を重量平均分子量(DMAc、2%LiCI)に対
して二重対数目盛でプロットし、このプロンI・からポ
リヘンシイミダゾールの分子量に対するMark−11
ouwink方程式を導くと次のように表わせる。
〔η〕日、夕。4 =1.35326  xlO−’ 
 ・ MO,732,8797%硫酸中のポリヘンシイ
ミダゾールの極限粘度数と対数粘度数(η論K)との関
係は次のように表わせる。
(η) =1.0585・ηl71A これらの関係式を用いて、ポリヘンゾイミダゾール6 ポリマーの分子量を極限粘度数または対数粘度数がら推
定°4−ることができ、この推定(+/l&;I実験値
とがなり良く一致ず7)。
本明細内で用G専:閉塞(+& (P、v、)は、溶液
濾過性の尺度であり、「1の細かい濾紙による濾過速度
から次のようにして求められる。まず、測定すべきポリ
ヘンシイミダゾールを、97.0−j: 0.1%の硫
酸に5〜7%の既知1度で溶解゛・[°る。この溶液の
調製は、所要けの硫酸(例、95 Iτ)を250 m
lのガラス栓付き三角フラスコ中に秤取し、次に所fl
pliのポリマー(例、5g)を同じフラスコ1に秤取
することにより行う。
ポリマーの溶解し1、極限粘度数の水準に応じて最低2
〜311間腕作動j’L II+i盪槻により振盪する
ことにより行う(極限粘度数の値が1[11いtarど
、振盪期間が長くなる)。濾過装置ff? 4:l 、
 ll’l’、 iY= 2インチ(5,1cm)のス
テンレス鋼製加圧フィルター(Gelman Inst
rument Co、 ) 4240型と直径2インチ
のGelman A型ガラス濾紙からなる。振盪した溶
液を濾過室に注入し、窒素ボン−\から1気11−の圧
力をかげる。濾過装置の下の天秤21−に置いた受17
器にl# >71 (7) 1滴が落らた時間をゼ+:
+ l、%°間とする。フィルターを通過した溶液の重
量を、II、1間に対1−z ′c R,、!録する。
フイ、ルターが空にな7 るか、閉塞(目づまり)の結果濾過速度が非富に遅くな
るまで、連続的にデータをとる。閉塞値の算出は次のよ
うにして行う: (1)1分ごとに、その時点でフィルターを通過した溶
液の重量(総量、単位ダラム)を求め、この重量(g)
で時間(分)を割る。
(2)得られた値を時間に対してプロットする。できあ
がったグラフはほぼ直線になる。ただし、最初の曲線部
分は無視し、また最後のいくつかの点にもやはり曲線が
現れた場合にはこれも同様に無視する。
(3)このグラフの勾配の逆数は、フィルターを閉塞す
るために無限大時間でフィルターを通過する溶液の理論
上の重量(g)を表す。この値をW■とすると、閉塞値
(P、ν、)は次式により求められる。
本明細書で述べたポリベンゾイミダゾールのガードナー
カラーは、ガードナーカラースケール(Gardner
 Laboratory Inc、、 Bethesd
a、 Maryland >との比較により求めた値で
ある。
ガードナーカラースケールは、無色(1)から暗褐色(
20)に及ぶ20色の色合いの階調からなる。
8 本発明本1.1、ると、ガー1す゛−カラーが約10未
満のポリヘンシイミダゾールがIJ+!供される。市販
の代表的なポリヘンシイミダゾール繊組゛のガードナー
カラ一番:1約14である。
以下の実施例tel: l、:発明をさらに例示するだ
めのものである。反応物質その伯の具体的な成分及び条
件は代表例として示したものであって、本発明の範囲内
でこれまでの説明に基づき各種の変更を想到することが
できよう。
実嫡例1 〔Δ〕窒3141入管及びIJI出管、攪拌機及び冷却
器を備えた3つ「1プラス:1に、56.35g (0
,263モル)の3.3 ’、4.4’  テトラ−?
ミノビフェニル、43.69g (0゜263モル)の
イソフタル酸及び(1,6Hの亜リン酸トリフェニルを
入れた。フラスコIを脱気し、窒素を満たした。、二の
混合物を、1児11!シながら急速に加熱し、約1時間
で各実験で111定した温度(ずなわち415’C)ま
でシI’ ?AAざ−lた。この間、17 ml の水
が捕集された。反応混合物を4151〕にさらに1時間
保持した。
得らA1だ生成物を室/AA yEで冷JJIすると、
ポリヘンシイミダゾールが実1.l!i的収率で得られ
た。このポリ2つ ヘンシイミダゾールは、0.77dl/gの対数粘度数
(97%硫酸100m1中ポリベンゾイミダゾール0.
4gの濃度での測定値)を示した。その重量平均分子量
ば14o、ooo 、分子量分布は2.69であった。
また、このポリマーは塩化リチウム2%を含有するジメ
チルアセトアミドに完全に可溶性であった。
このポリマーを2%の塩化リチウムを含有するジメチル
アセトアミドに溶解して得たポリマー固形分21%の溶
液から製作した逆浸透膜は、透過流束特性が20.1ガ
ロン/ft2/日 (81,3cm/日)、食塩分離率
が91.65%であった。
[B)触媒量を0.4gにして、実験Aを繰り返した。
得られたポリベンゾイミダゾールは対数粘度数が0゜7
2dl/g  (97%硫酸100m1中ポリヘンシイ
ミダゾール0.4gの濃度、温度25℃での測定値)で
あった。また、このポリマーは塩化リチウム2%を含有
するジメチルアセトアミドに完全に可溶性であった。重
量平均分子量および分子量分布は各々127,000お
よび2.47であった。
(C)実験Aを繰り返したが、ただし反応混合物をその
融解温度まで加熱した後、重合温度を430 ”Cに」
−げ、この温度に1時間保持した。得られたポリ0 −、ンゾイミダヅールは、文1数粘度数が0.85dl
/g  (97%硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾ
ール0.4gの濃度、25℃での711+1定埴)、重
臣平均分子量が144,000、分イ旧分布が2.51
1であり、このポリマーは塩化リチウJ、 2%を含有
“・するシメ千ルアセトアミドに完全に可溶性であった
〔l)〕触媒附を0 、 ll gにして実験Cを繰り
返した。得られたポリヘンシイミダゾールは、対数粘度
数が0゜83dl/++  (979fi1i11f酸
1[1u+I中ポリヘンシイミダゾール0.4Rの濃度
、25°(:での測定値)、重臣平均分子量が1(i5
,000 、分子p分41が3 、 (1ftで′Lシ
)うた。
(E)実験Aを繰り返したが、ただし反応混合物をその
融解温度まで加熱した後、tit合温度を400℃に上
げこの温度に1時間保持し、また触媒量は0.2gとし
た。得られたポリヘンシイミダゾールの対数粘度数は0
.58dl/g  (97%硫酸H1りn+I中ポリベ
ンゾイミダゾール0.4gの濃度、25℃での測定値)
であった。
(F)触媒量をO,hに変えて実験1’(を繰り返した
得られたポリベンゾイミダゾールの対数粘度数は0゜7
0dl/++  (97%硫酸100m1中ポリヘンシ
イミダゾール0,48の濃度、25℃での測定値)であ
った。
(Gl触媒量を(1,11gに変えて実験Eを繰り返し
た。
1 得られたポリヘンシイミダゾールは、対数粘度数が0.
7MI/g  (97%硫酸100m1中ポリベンゾイ
ミダゾール0.4gの濃度、25℃での測定値)、重量
平均分子量が132,000 、分子量分布が2.65
であった。
(H)触媒量を1.2gに変えて実験Eを繰り返した。
得られたポリベンゾイミダゾールは、対数粘度数が0.
74dl/g  (97%硫酸100m1中ポリベンゾ
イミダゾール0.4gの濃度、25°Cでの測定値)、
重量平均分子量が139,000 、分子量分布が2.
64であった。
(1)対照として触媒を加えずに実験Eを繰り返した。
得られたポリヘンシイミダゾールの対数粘度数は0.4
5dl/g  (97%硫酸100m I中ポリベンゾ
イミダゾール0.4gの濃度、25°Cでの測定値)で
あった。
裏箱■( (A)窒素ガス導入管及び排出管、攪拌機ならびに冷却
器を備えた3つロフラスコに、56.35g (0,2
63モル)の3.3”4,4°−テトラアミノビフェニ
ル、43.69g (0,263モル)のイソフタル酸
及び0.4gのフェニルジクロロホスフィンを入れた。
フラスコ内を脱気し、窒素を満たした。この混合物を攪
拌しながら急速に加熱し、約1時間で以下の各実験の指
定温度(すなわち400℃)まで昇温させた。この間1
7o+12 の水が捕集された。その後、反応混合物の温度を400
℃にさらにI IL’i間保1.′Iシた。
生成物を室温に冷却すると、ポリベンゾイミダゾールが
実質的収率でilられた。このポリベンゾイミダゾール
のり・1数粘度数番;I0.77dl/g  (97%
硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの濃
度での測定値)であった。
[B)フェニルジグ1゛印ホスフィンの殿を0.6gに
して実験へを繰り返した。iUられたポリベンゾイミダ
ゾールは、対数粘度数が0.82dl/g  (97%
硫@ 1001中ポリベンゾイミダゾール0.4gの濃
度、25゛Cでの測定値)、重量平均分イ■が147,
000 、分子量分布が2.78であった。また、この
ポリマーは塩化リチウム2%を含有するジメチルアセト
アミドに完全に可溶性であった。
(C)フェニルジグ1:目1ホスフィンの量を0.8g
に変えて実験Aを繰り返した。111られたポリヘンシ
イミダゾールは、対数粘度数が0.79dl /g  
(97%硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0.
4gの濃度、25°Cでの測定値)、重臣平均分子量が
122,000 、分子量分布が2.73であった。ま
た、このポリマーはジメチルアセトアミドに完全に可溶
性であった。
3 〔D〕フェニルジクロロホスフィンの量を1.2gに変
えて実験Aを繰り返した。得られたポリヘンシイミダゾ
ールは、対数粘度数が0.86dl/g  (97%硫
酸100m1中ポリベンゾイミダゾール0.4gの1度
、25℃での測定値)であった。
(E)実験Aを繰り返したが、ただし反応混合物をその
融解温度まで加熱した後、重合温度を390℃に昇温さ
せ、その温度に1時間保ち、またフェニルジクロロボス
フィンの量は0.6gとした。得られたポリベンゾイミ
ダゾールは対数粘度数が0.76dl/g  (97%
硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの濃
度、25℃での測定値)であった。
CF)実験Aを繰り返したが、ただし反応混合物をその
融解温度まで加熱した後、重合温度を430°Cまで上
げ、その温度に1時間保ち、またフェニルジクロロホス
フィンの量を0.4gとした。得られたポリベンゾイミ
ダゾールは、対数粘度数が1.10dl/g  (97
%硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの
濃度、25゛Cでの測定値)であった。
CG)実験へを繰り返したが、ただし触媒として、0.
3gのフェニルジクロロボスフィンと0.3gの亜リン
酸I・リフェニルとの混合物を使用した。得られたボ4 リベンゾイミダゾー列/461、対数粘度数が0.68
dl/g(97%硫酸100m1中ポリベンゾイミダゾ
ール0.4gの濃度、25℃での測定値)であった。
組1iiJタリ↓ (A)窒素導入管及びII出管、)青1′12機ならび
に冷却器を備えた3つロフラスコに、5G、35g (
0,263モル)の3,3°、4,4°−テトラアミノ
ビフェニル、43.69g(0,263モル)のイソフ
タル酸及び0.6gのジフェニルホスフィンオギシ1′
を入J′已−。フラスコ内を脱気し、窒素を満たし7k
。ごの混合物を攪拌しながら急速に加熱し7、約111
.%間で以下の各実験での指定温度(すなわち400°
に)までW1品さ・1!た。この間17m1の水がl+
li iJEされた。その1輪、1v応混合物を400
℃にさらに1時間保1、テシた。
生成物を室温まで冷却するとポリヘンシイミダゾールが
実質的収率(−111られた。このポリヘンシイミダゾ
ール目、L対数粘1(L’数が0.8 dl/g(97
%硫酸100m l中ポリベンゾイミダゾール0.4g
の濃度での測定値)、市p平均分子■が113.+10
0 、分子量分布が2゜32であった。また、このポリ
マーば塩化リチウム2%を含有するジメチルアセlアミ
ドに完全に可溶性であった。
5 CB)触媒としてジ(メトキシ)フェニルホスフィンを
使用して実験Aを繰り返した。得られたポリヘンシイミ
ダゾールは、対数粘度数が0.75dl/g  (97
%硫#lI l00m1中ボリヘンゾイミダヅール0.
4gの濃度、25℃での測定値)、重量平均分子量が1
18,858 、分子量分布が2.50であった。
(C)触媒としてジ(ブトキシ)フェニルホスフィンを
使用して実験Aを繰り返した。得られたポリベンゾイミ
ダゾールは、対数粘度数が0.70dl/g  (97
%硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの
濃度、25°Cでの測定値)、重量平均分子量が99,
996、分子量分布が2.34であった。
(D)触媒としてジフェニルホスフィンを使用して実験
Aを繰り返した。得られたポリヘンシイミダゾールは、
対数粘度数が0.69dl/g  (97%硫酸100
m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの濃度、25℃
での測定値)、重量平均分子量が103,110 、分
子量分布が2.29であった。
(B)触媒としてトリ (p−メトキシフェニル)ボス
フィンを使用して実験Aを繰り返した。得られたポリベ
ンゾイミダゾールは、対数粘度数が0.62dl/g 
(97%硫酸100m l中ポリベンゾイミダゾール0
.4g6 のall、25℃での測定値)、tltli平均分子量
が99,738、分子量分布が2.44でcF+った。
(F)触媒としてリン1ll(t lリンLニルを使用
して実験Aを繰り返した。得られたポリヘンシイミダゾ
ールは、対数粘度数が0.74+II/e  (97%
硫酸100m1中ポリベンゾイミダゾール+1 、41
1の濃度、25℃での測定値)、重量平均分子−■が1
18.8F12 、分子量分布が2゜32であった。
CG)触媒として亜リン酸1リブチルを使用して実験A
を繰り返した。111られたポリベンゾイミダゾールは
、ス・1数粘度数が0.61dl/g  (97%硫酸
100m1中ポリヘンシイミダゾール0.4gの濃度、
25℃での測定値)、重量平均分子量が!10,702
、分子量分布が2.40であった。
〔I]〕触媒として()−フェニレンホスボクロリダス
1−を使用し゛C実験八へ繰り返した。得られたポリベ
ンゾイミダゾールtel、り・1数粘度数が0.71d
l/g  (97%硫酸100m1中ポリヘンシイミダ
ゾール0.4gの濃度、25℃での測定1+l!i) 
、■i1 il/l/均分炉口18,100 、分子M
分布が2.60であった。
(1) I++4+媒とし−(a−ソlニレンポスホク
ロリデートを使用して実験へを繰杓返した。得られたポ
リペ 7 ンゾイミダゾールは、対数粘度数が0.69dl/g 
 (97%硫酸100m1中ポリヘンシイミダゾール0
.4gの濃度、25℃での測定値)、重量平均分子量が
105.682 、分子量分布が2.51であった。
〔、J〕触媒としてフェニル−N−フェニルホスポルア
ミドクロリデートを使用して実験Aを繰り返した。
得られたポリベンゾイミダゾールは、対数粘度数が0.
72dl/g  (97%硫酸100m1中ポリヘンシ
イミダゾール0.4gの濃度、25“Cでの測定値)、
重量平均分子量が109,109 、分子量分布が2.
40であった。
(K〕実施例2の実験Aを繰り返したが、ただし反応混
合物をその融解温度まで加熱した後、重合温度を360
℃に上げ、その温度に1時間保ち、また触媒として0.
6gのフェニルジクロロホスフィンと0.2gの亜リン
酸トリフェニルとの混合物を使用した。得られたポリヘ
ンシイミダゾールは、対数粘度数が0゜51dl/g 
 (97%硫酸1001中ポリベンゾイミダゾール0,
4gの濃度、25°Cでの測定値)、重量平均分子量が
65,000、分子量分布が2.36であった。また、
このポリマーは塩化リチつム2%を含有するジメチルア
セトアミドに完全に可溶性であった。
(L)実施例2の実験Aを繰り返したが、ただし反8 9混合物をその融解/!口1まで加熱した後、重合温度
を38(ビ0に」−げ、その調度に1時間保ち、また触
媒として0 、6 Bの)T、ニル・ンク「111ポス
フインと0.2gの亜すン酸トリフェニルとの混合物を
使用した。得られたボリヘンゾ・(ミダゾールは、対数
粘度数が0゜70dl/g  (97%q1酸I(10
ml中ポリベンゾイミダゾール0.4gの濃度、25°
(:での測定値)、重量平均分子量が109,000 
、分子量分布が2.42であった。また、このポリマ一
番:l塩化リチウム2%を含有するジメチルアセI・ア
ミドに完全に可溶性であった。
〔M〕実施例2の実験へを繰り返したが、ただし反応混
合物をその融解温度まで加熱した後、重合温度を390
℃に上げ、その温度に1時間保ち、また触媒として0.
6gのフェニルジク「10ボスフインと0.2gの亜す
ン酸トリフェニルとの混合物を使用した。得られたポリ
ヘンシイミダゾールは、対数粘度数が0゜80dl/g
  (97%硫酸1001中ポリヘンシイミダゾール0
.4gの濃度、25℃での測定値)、重量平均分子量が
134,000 、分子一部分布が2.69であった。
また、このポリマーは塩化リチウム2%を含有するジメ
チルアセトアミFC完全に可溶性であった。
(N)実施例2の実験へを繰り返したが、ただし反3 
り 9混合物をその融解温度まで加熱した後、重合温度を4
00°Cに上げ、その温度に1時間保ち、また触媒とし
て0.6gのフェニルジクロロホスフィンと0.2gの
亜リン酸1ヘリフェニルとの混合物を使用した。得られ
たポリヘンシイミダゾールは、対数粘度数が0゜86d
l/g  (97%硫酸100m1中ポリヘンシイミダ
ゾール0.4gの濃度、25℃での測定値)、重量平均
分子量が164,000 、分子量分布が3.41であ
った。また、このポリマーは塩化リチウム2%を含有す
るジメチルアセトアミドに完全に可溶性であった。
実詣制( 3,3’、4.4°−テトラアミノビフェニルとイソフ
タル酸を、フェニルジクロロホスフィン/亜リン酸トリ
フェニル混合触媒(使用量はイソフタル酸の重量に基づ
いてフェニルジクロロホスフィン1.5%、亜リン酸ト
リフェニル0.50%)の存在下で、実施例3と同様に
各種温度で1時間反応させて、次表に示す粘度、分子量
および閉塞値を有するポリヘンシイミダゾールポリマー
を得た。
0 360   0.51  27,600   (i5,
000 2.36   >5380   0.70  
44.200 10!1.00(12,42>5390
   0.110  49.700 134,000 
2.69   8.15400  0.86   旧1
. I(10164,0003,410,61出願人 
 セラニーズ・コーポレーション代理人  弁理士 広
 瀬 章 − 1

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)(11各組において2個のアミン置換基が互いに
    オルト位に位置している2組のアミン置換基を含有する
    少なくとも1種の芳香族テトラアミン、および(2)少
    なくとも1種のジカルボン酸、からなる混合物を調製し
    、この混合物をその融解温度より高い温度に、一般式 () (式中、Rは有機置換基、ハロゲンおよび水素から選ば
    れた基を意味するが、ただしRのうち水素は1つ以下で
    あり;Yは酸素原子、nは0または1の整数をそれぞれ
    意味する) で示される燐含有重合触媒の存在下で加熱することから
    なる、1段階溶融重合法による高分子量ポリへンゾイミ
    ダゾールの製造方法。 (2)高分子量ポリベンゾイミダゾールが、97%硫酸
    100m1中に該ポリベンゾイミダゾール0.4gの濃
    度で25℃において測定したときに、少なくとも約0.
    7旧/gの対数粘度数を示す特許請求の範囲第1項記載
    の方法。 (3)i融重合反応を約340℃以上の温度において少
    なくとも約3時間の反応時間で行う特許請求の範囲第1
    項記載の方法。 (4)溶融重合反応を不活性雰囲気下に行う特許請求の
    範囲第1項記載の方法。 (5)該重合触媒を単量体反応物質の重量に基づいて約
    0.01〜5重量%の量で存在させる特許請求の範囲第
    1項記載の方法。 (6)反応物質であるジカルボン酸モノマーが芳香族ジ
    カルボン酸である特許請求の範囲第1項記載の方法。 (7)反応物質の芳香族テトラアミンモノマーが3゜3
    °、4,4”−テトラアミノビフェニルである特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 (8)反応物質のジカルボン酸モノマーがイソフタル酸
    である特許請求の範囲第1項記載の方法。 (9)重合触媒が有機ホスフィン化合物である特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 (10)重合触媒が有機弁リン酸エステル化合物である
    特許請求の範囲第1項記載の方法。 (11)重合触媒がイrljllリン酸エステル化合物
    である特許^n求の範I’ll第1項記載の方法。 (12)重合触媒が亜リン酸I・ジフェニルである特許
    請求の範囲第1項記載の方法。 (13) 重合触媒がフェニルジクロ「目1;スフィン
    である特許請求の範囲第1項記載の方法。 (14)重合触媒が曲すン酸トリフェニルとフェニルジ
    グ1111ボスフインからlI″る混合物である特許請
    求の範囲第1項記載の方を人。 (15) tit合触媒がシフニーニルホスフィンオキ
    シトである特許請求の範囲第1項記載の方法。 (1(i)重合触媒が二′;(メI−キシ)フェニルポ
    スフィンである特許i?を求の範囲第1項記載の方法。 (17)重合触媒がトリ (+1−メI〜キシフェニル
    )ホスフィンである特許a−j求の範囲第1項記載の方
    法。 (Ill) tlτ合触媒が0フエニレンポスホクロリ
    ダイlである特許請求の範囲第1項記載の方法。 (19) 3,3”、4.4’−テトラアミノビフェニ
    ルとイソフタル酸との混合物を、一般式 () ) (式中、Rは有機置換基、ハロゲンおよび水素がら選ば
    れた基を意味するが、ただしRのうち水素は1つ以下で
    あり;Yは酸素原子、nは0または1の整数をそれぞれ
    意味する) で示される燐含有重合触媒の存在下で、少なくとも約3
    40℃の溶融温度に加熱することがらなり、得られたポ
    リヘンシイミダゾールは、97%硫酸100 m1ll
    に該ポリヘンシイミダゾール0.4gの濃度で25℃に
    おいて測定した対数粘度数が少なくとも約0.7dl/
    gであり、重量平均分子量が少なくとも約100.00
    0であることを特徴とする、1段階溶融重合法による高
    分子量ポリヘンシイミダゾールの製造方法。 (20) 97%硫酸100m1中に該ポリベンゾイミ
    ダゾール0.4gという濃度で25℃において測定した
    対数粘度数が少なくとも約0.7dl/gであり、重量
    平均分子量が少なくとも約100.000であり、閉塞
    値が約0.5より大であり、ガードナーカラーが約10
    未満であるという特性を有し、ジメチルアセトアミド溶
    媒中で240°Cに2時間加熱した時に15N量%溶液
    を形成するごとができることを特徴とするポリベンゾイ
    ミダゾール。 (2+)  L−記構造 で示される反ij(rl’l−荀かイ゛)なることを特
    徴とするポリ−2、2°−(m)丁−二1/ン) −5
    ,5”−ビヘンソ゛イミダゾールからなる特許請求の範
    囲第20項記載のポリヘンシイミダゾール。 (22)互いにオル1位にある1対のアミン置換基と芳
    香核に結合したI l1ljのカルボン酸基とを有する
    少なくとも1種の芳香族化合物モノマーを、一般式() %式% (式中、Rは有機置換基、ハ1′、Iゲンおよび水素か
    ら選ばれた基を意味するが、ただしRのうち水素はI−
    、)以下であり:Yは酸素原子、nは0また(、11の
    整数をそれぞれ意味する) で示される燐含有重合触媒の存在下で、このモノマーの
    融解温度より高温に加熱することにより重合させること
    からなる、1段階溶融重合法による高分子量ポリヘンシ
    イミダゾールの製造方法。 (23)芳香族化合物モノマーが4−カルボキシ−3゛
    。 4°−ジアミノジフェニルエーテルである特許請求の範
    囲第22項記載の方法。
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