JPS60260623A - ポリイミドの製造方法 - Google Patents

ポリイミドの製造方法

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JPS60260623A
JPS60260623A JP11651184A JP11651184A JPS60260623A JP S60260623 A JPS60260623 A JP S60260623A JP 11651184 A JP11651184 A JP 11651184A JP 11651184 A JP11651184 A JP 11651184A JP S60260623 A JPS60260623 A JP S60260623A
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solvent
acid
anhydride
polyamine
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Kaoru Kanayama
薫 金山
Yoshinobu Onuma
吉信 大沼
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  • Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
  • Macromolecular Compounds Obtained By Forming Nitrogen-Containing Linkages In General (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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、フィルム、接着剤、積層拐料、封11−材料
として有用なポリイミドの製造方法を提供するものであ
る。このポリイミドは、電気製品、航空機や車輛等の構
造材料として有用である。
〔従来技術〕
近年、電気・電子分野、航空機・車輛等の輸送機器分野
等においては機器の高性能化、小型@量化に伴い耐熱性
のより優れた材料が望捷れている。
従来、該分野においてはエポキシ樹脂、およびポリイミ
ド樹脂等が用いられている。;2か1〜、エポキシ樹脂
は機椋特性、電気特性に優れているが耐熱性や硬化速度
が必ずしも充分ではない。ポリイミド樹脂は優れた耐熱
性を有するので、特に今後、耐熱性を要求される分野で
の需要の伸びが期待されている。
無水マレイン酸に代表される不飽和ジカルボン酸無水物
と、ポリアミンとの反応によりポリイミドを製造する方
法は、通常、2段階の反応になる。
すなわち、第1段はアセトン等のケトン系溶媒またはN
、N’−ジメチルホルムアミド等の極性溶媒の存在下、
不飽和ジカルボン酸無水物にポリアミンを付加させポリ
アミド酸を形成する反応である。
第2段は生成したポリアミド酸に無水酢酸または酢酸ナ
トリウム等の脱水剤を加え、触媒および触媒助剤の存在
下に脱水、環化してポリイミドとする反応である。
さらに、生成したポリイミドを反応生成物中より分離、
精製するため、反応生成物を含む溶媒を大量の水中に加
え、析出したポリイミドを戸別、洗浄、乾燥してポリイ
ミドを得ている(特公昭47−46798号、特公昭4
7−42160号)。
しかし、従来の方法で製造されたポリイミドは、溶媒、
副生する酢酸および未閉環のアミド酸等の不純物を含有
し、多量の水を用いても洗浄精製が困難である。
したがってこれらの不純物を含有【7たポリイミドは、
精密化学品として特別な機能が望腫れる用途面で品質上
好ましくなく、樹脂原料としての特性が発揮されないも
のとなる。すなわちこのようなポリイミドを原料とした
熱硬化性樹脂の硬化物は耐熱性が低下し、絶縁材料とし
て重要な役割を果たす電気的特性である誘電正接が大き
くなるなどの種々の欠点を有する。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明は純度の高いポリイミドを提供することに 1(
、 により、電気特性、機緘的強塵、耐熱性により優 0れ
たポリイミド硬化物を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
純度の高いポリイミドを得るために、ポリアミンと不飽
和ジカルボン酸無水物との反応を芳香族炭化水素溶媒と
非プロトン性極性溶媒との混合溶媒中で行ってポリアミ
ド酸を生成させ、また、このポリアミド酸を脱水閉環し
てポリアミドを得る反応も上記混合溶媒中で行う。
〔発明の構成〕
本発明は、一般式(1) 〔式中、Dは炭素・炭素二重結合を一個含む二価の有機
基を示す〕 で示される不飽和ジカルボン酸無水物と、分子内に了ミ
ノ基を2個以」二重するポリアミンとを、芳香族炭化水
素溶媒30〜99重量壬に非プロトン性極性溶媒70〜
1重量%の混合溶媒中で反応させてポリアミド酸を得た
後、該ポリアミ 5 − ド酸を脱水環化してポリイミドを製造する方法を提供す
るものである。
(不飽和ジカルボン酸無水物) 一般式(I)で足慣れる不飽和ジカルボン酸無水物とし
ては、式(1)においてDが炭素数2〜30の次の基 〔式中、R1〜&1は水素原子、Cl−Csのアルギル
基、ハロアルキル基、ハロゲン原子より選ばれたもので
あり、互いに同一であっても異ってもよい〕で表わされ
るものがあげられる。
具体的シ:化合物名としてあげれば無水マレイン 6− 酸、無水イタコン酸、無水ピロシコン酸、無水シトラコ
ン酸、無水ジクロロマレイン酸、およびこれら不飽和カ
ルボン酸無水物とジエン類のディールス・アルダ−反応
生成物、たとえば無水テトラヒドロフタル酸、無水メチ
ルテトラヒドロフタル酸、5−ノルボネン−2,3−ジ
カルボン酸無水物マレイン化了ロオシメン、マレイン化
ミルセンなどである。
(ポリアミン) 本発明の方法に使用されるポリアミンとしては、分子内
にアミ7基が平均2個以り存在するもので具体的な化合
物の例として、m−フェニレンジアミン、p−フェニレ
ンジアミン、4.4′−ジアミノ−ジシクロヘキシルメ
タン、I+4−ジアミノシクロヘキサン、2,6−ジア
ミツピリジン、4.4’−ジアミノジフェニルメタン、
2,2−ビス(4−アミノフェニル)−プロパン4.4
’−ジアミノジフェニルエーテル、4.4’−ジアミノ
ジフェニルスルフアイ)”、4.4’−ジアミノ−ジフ
ェニルスルホン、ビス−(4−アミノフェニル)ジフェ
ニルシラン、ビス(4−アミノフェニル)−メチルホス
フィンオキサイド、ビス−(4−アミノフェニル)フェ
ニルホスフィンオキサイド、ビス−(4−アミノフェニ
ル)フェニルアミン、1,5−ジアミノナフタレン、m
−キシリレンジアミンp−キシリレンジアミン、1,1
−ビス−(T)−アミノフェニル)−フタレイン、エチ
レンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、アニリンとホ
ルムアルデヒドより得られるM合体トルイジン類、フェ
ニレンジアミン順、キシリジン類、アニンジン類とホル
ムアルデヒドの反応により得られる重合体、ニロ体以−
Lのビニルアニリン類の重合体等が挙げられる。
(混合溶媒) 芳香族炭化水素溶媒としては、たとえばベンゼン、トル
エン、キシレン類、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン
、フチルベンゼン類、ギュメン、メシチレン等が挙げら
れる。
また、非プロトン性極性溶剤としては、たとえ ・ 、
(ば、N、N’−ジメチルホルムアミド、N、N’−ジ
メチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン、ジ
メチルスルオキシド、ヘキサメチルホスホロ了ミド等を
使用することができる。
芳香族炭化水素溶媒および非プロトン性極性溶媒の使用
割合は、非プロトン性極性溶媒が混合溶媒中、1〜70
重量%、好ましくけ3〜30重量%になるように使用す
るこ なお、芳香族炭化水素の代りに、クロロベンゼン、ジク
ロロエタン等のハロゲン化炭化水素を用いたとき(特開
昭57−159764号)は、反応時間が長くなりすぎ
るとともに反応容器を腐食するので好ましくない。
ポリイミドの製造は、不飽和ジカルボン酸無水物とポリ
アミンとを炭化水素溶媒と非プロトン性極性溶媒との混
合溶媒中で反応させて、ポリアミド酸を生成させた後(
第1段)、単離することなしに酸触媒の存在下、脱水閉
環反応(第2段)を行い、終了後、反応生成物液を沈殿
剤中に加えるか、または沈殿剤を反応生成物液中に加え
ポリイミドを析出させる(分離、精製)ことにより行わ
れる。
 9− F記酸触媒としては、硫酸、p−トルエンスルホン酸、
リン酸、ポリリン酸、メタリン酸、縮合リン酸、トリク
ロル酢酸、トリフルオロ酢酸、トリフルオロメタンスル
ホン酸等があげられる。
更に沈殿剤としては、水、塩基性化合物の水溶液、具体
的にはアンモニア水、水i12化リチウム、水酸化ナト
リウム、水酸化カリウム、水酸化バリウム、炭酸水素ナ
トリウム、炭酸水素カリウム、炭酸リチウム、炭酸ナト
リウム、炭酸カリウム、リン酸2水素アンモニウム、リ
ン酸2水素ナトリウム、リン酸2水素カリウム、リン酸
2水素カルシウム、リン酸水素2アンモニウム、リン酸
水素2カリウム、リン酸水素2ナトリウム、リン酸カリ
ウム、リン酸ナトリウム、リン酸アンモニウム等の金属
塩の水溶液、あるいは2−アミノエタノール、ジェタノ
ールアミン、トリエタノールアミン、エチルアミン、ジ
エチルアミン、トリエチルアミン、エチレンジアミン、
シクロヘキシルアミン、メチルアミン、ジメチルアミン
、トリメチルアミンなどの脂肪族アミンの水溶液を単げ
ること=10− ができる。塩基性物質の濃度はo、o o i〜1o重
量%が好ましい。アルコール類としては、メタノール、
エタノール、n−プロパツール、イソプロピルアルコー
ル、n−ブタノール、イソブチルアルコール等を挙げる
ことができる。
炭化水素化合物としては、ヘキサン、ヘプタン、オクタ
ン、イソオクタン、2−メチルペンタン、2.3−ジメ
チルブタン、シクロヘキサン、シクロペンタン、メチル
シクロヘキサン等を挙げることができる。
反応原料は、ポリアミンのアミン基1当量に対し、不飽
和ジカルボン酸無水物を1.0〜1.6モル、好ましく
は1.0〜1.3モルの割合で使用する。
また、芳香族炭化水素溶媒と非プロトン性極性溶媒より
なる混合溶媒はポリアミン1重量部に対し、2〜40重
量部の割合で使用する。
このような量関係で、不飽和ジカルボン酸無水物とポリ
アミンとを0〜80℃の範囲、好ましくは10〜40℃
の範囲の温度で1〜10時間で反応させ、ポリアミド酸
を生成させた後、混合溶媒よりポリアミド酸を単離する
ことなしに、ポリアミンのアミン基1当量に対しo、o
 o t〜1モル、好ましくば0,01〜0.5モルの
範囲の酸触媒を加え、80〜200℃の温度範囲で0.
5〜10時間脱水項化反応を行う。
反応終了後、反応生成物液中から芳香族炭化水素を除去
してもよいし、または除去せずに、反応液に対し1〜5
00重量比の範囲の貧溶剤(沈殿剤)を反応生成物液中
に加えるか、または反応生成物液を貧溶剤中に加え、ポ
リイミドを析出させ、ついで戸別、洗浄、乾燥させるこ
とにより高純度のポリイミドが高収率で得られる、 (ポリイミド) 本発明の実施により得られるポリイミドとしては、例え
ば、N、N’−エチレンビスマレイミド、N、コーヘキ
サメチレンビスマレイミド、N−フェニルマレイミド、
N、N’ −m−フェニレンマレイミ・ 1え、 ド、N、N’−1)−フェニレンビスマレイミド、NI
N !−4,4−ジフェニルメタンビスマレイミド、N
、N−4,4’−ジフェニルエーテルビスマレイミド、
N、N’−メチレンビス(3−クロロ−p−フェニレン
)ヒスマレイミド、N、N’−4,4’−ジフェニルス
ルフォンビスマレイミド、N、N−4,4−ジシクロヘ
キシルメタンビスマレイミド、N、N’−α、α′−4
.4′−ジメチレンシクロヘキサンビスマレイミド、N
+N’ −m−キシレンビスマレイミド、N屓−4,4
−ジフェニルシクロヘキサンビスマレイミド、アニリン
ホルムアルデヒド縮合物と無水マレイン酸とを原料とし
て得られる多価マレイミドSN、N’−4,4′−ジフ
ェニルメタン(テトラヒドロフタルイミド)、N、N’
−4,4’−ジフェニルメタンビス(エンドメチレンテ
トラヒドロフタルイミド)等が挙げられる。
(効果) 本発明の実施により得られるポリイミドは加熱によりラ
ジカル重合して高分子体を形成する。
また、硬化剤としてアミンを用い加熱すると上記のラジ
カル重合の他に付加重合が併存して起こり耐熱性の優れ
た硬化物を辱える。
本発明のポリイミドは純度が高いので耐熱性、13− 機械的強庁、電気特性に優れた硬化物を与える。
前記硬化剤として用いるアミンと17では、アニリン、
トルイジン、キシリジン、ビニルアニリン、イソプロペ
ニルアニリン、フェニレンジアミン、ジアミノシクロヘ
キサン、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テ
トラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、4.
7−シオキサデカンー1.10−ジアミン、4.4−ジ
アミノジシクロヘキシルメタン、m−キシリレンジアミ
ン、p−キシリレンジアミン、2.4−ジアミノトルエ
ン、2,6−ジアミノトルエン、4.4’−ジアミノジ
フェニルメタン、3.4’−ジアミノジフェニルメタン
、ビス(3−クロロ−4−アミノフェニル)メタン、2
゜2−ビス(4−アミノフェニル)プロパン、4.4’
−ジアミノジフェニルエーテル、4.4’−ジアミノジ
フェニルスルフィド、4.4−ジアミノジフェニルスル
ホン1.5−ジアミノナフタレン、ビス(4−アミノフ
ェニル)メチルホスフィンオキサイド、4−メチル−2
,4−ビス(4′−アミノフェニル)ペンテン−1,5
−アミノ−1−(a’−アミノフ14− エニル)−1,3,3−) 1メチルインダン、トリス
(4−アミノフェニル)フォスフエイト、2.4−ビス
(4′−アミノベンジル)アニリン、2,2−ビス(4
−(4“−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン及び
二世体以−ヒのビニルアニリン類の重合体、アニリンと
ホルムアルデヒドの縮合物の多価アミン体等が挙げられ
る。
このアミンの配合量はポリイミド100重量部に対し、
5〜100重量部の割合で使用される。
また、本発明の実施により得られたポリイミドをポリエ
ポキシ化合物に5〜50重@チ配合し、得られるエポキ
シ樹脂硬化物の耐熱性を向トさせることができる。
そのポリエポキシ化合物としては、たとえば次のものが
挙げられる。
m、ビスフェノールAのジグリシジルエーテル:その商
品としては油化シェルエポキシ株式会社のエピコート8
27、同828、同834、同864、同1001、同
1004、同1007、同1031、チバ社のアラルダ
イトGY250、同6099、ユニオンカーバイド社の
ERL2774、ダウケミカル社のDER332、同3
31、同661、(以Eいずれも商品名)等。
(ll)エポキシフェノールノボラック;その商品とし
ては油化シェルエポキシ株式会社のエピコート152、
同154、ダウケミカル社のDEN43B、同448、
チバ社のアラルダイトEPNI 138、同1139(
以上いずれも商品名)等。
(m)、エポキシクレゾールノボラック;その商品とし
てはチバ社のアラルダイトECN1235、同1273
、同1280(以上いずれも商品名)等。
その他、フタル酸又はヘキサヒドルフタル酸とエピクロ
ルヒドリンから得られるエポキシ樹脂、 ・バラハイド
ロオキシ安息香酸とエピクロルヒドリンより得られるエ
ポキシ樹脂、トルイジンやア=・・ ・i【 リン等の芳香族アミンとエピクロルヒドリンより得られ
るエポキシ樹脂、ビニルシクロヘキセンジオキシド、1
,4−ブタンジオールジグリシジルエーテル、1,6−
ヘキサンシオールジグリシジルエーテル等があげられる
さらに、本発明の実施により得たポリイミドには必要に
応じて種々の硬化触媒及び促進剤、充てん剤、増量剤、
補強材、顔料、難燃剤、可とう性付与剤等の種々の添加
剤を配合することがでなる。
なお、このポリイミドに種々の化合物及び添加剤等を配
合する手段としては、加熱溶融混合、ロール、ニーダ−
等を用いての混線、適当な有機溶剤を用いての混合及び
乾式混合等があげられる。
以下、実施例、応用例により本発明を更に詳細に説明す
る。
〔実施例−1〕 水分離装置、温度計、滴下ロートおよび攪拌機付きの3
00m/の四日フラスコ内に、無水マレイン酸21.6
 f (0,22モル)を入れ、これにトルエン108
Fを加れて攪拌溶解した。ついで4.4′−ジアミノジ
フェニルメタン19.8 t (0,1モル)をトルエ
ン59.49とN、N’−ジメチルホルムアミ17− ド19.8 fに溶解した液を、25〜30℃に保持し
た前記四日フラスコ内に2時間かけて滴下した。
次いでp−トルエンスルホン酸1.9 ? (0,01
モル)を攪拌下に四日フラスコ内に添加しその後、混合
物を112℃まで昇温し、溶媒項流下で共沸で生成した
水を除去しながら、同温度で4時間攪拌を続けた。その
後常圧下でトルエンを除去しながら反応液を150℃ま
で昇温した。この反応液を1チの炭酸ナトリウム水溶液
50 Orat中に滴下して析出した沈殿を戸別して8
00 #I/の水で洗浄後、乾燥し、黄色の粉末のN、
N’−4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド34
.4 fを得た。収率は96チ、純度i1’96チであ
り、融点は155〜156℃であった。
〔実施例−2〕 水分離装置、温度計、滴下ロート、および攪拌機付きの
1000m/の四日フラスコ内に、無水マレイン酸21
.6 f (0,22モル)を入れ、トルエン108f
を加えて攪拌溶解した。ついで4.4−ジアミノジフェ
ニルメタン19.8 t (0,1モル)18− をトルエン59.4 f、N−メチル−2−ピロリドン
9.92に溶解した液を、25〜30℃に保持し。
たフラスコ内に2時間かけて滴下した。
次いでp−トルエンスルホン酸1.99 (0,01モ
ル)を攪拌下に四日フラスコ内に添加し、その後、混合
物を112℃まで昇温し溶媒環流下で共沸で生成した水
を除去しながら、同温度で4時間攪拌を続けた。その後
反応液を室温まで冷却しs o o rnlのメタノー
ルを滴下した。析出した沈殿物を炉別し、メタノール5
00m/で洗浄後、乾燥し、黄色の粉末のN、N’−4
,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド33.19を
得た。収率は93c6、純度け97チであり、融点は1
56〜157℃であった。
〔比較例〕
環流冷却器、温度計、滴下ロート、および攪拌機を付し
た30(H++/の四日フラスコ内に、無水マレイン酸
21.6 t (0,22モル)をとり、更にアセトン
43.2 tを加え攪拌溶解した。4,4′−ジアミノ
ジフェニルメタン19.8 t (0,1モル)ヲア七
トン69.39に溶解したものを、25〜30℃に保持
した前記四日フラスコ中に2時間かけて滴下した。次い
で酢酸ニッケル0.2r、)リエチルアミン5i/、無
水酢酸25.59を攪拌下に添加して混合物65℃で2
時間反応を続けた。
その後、室温まで冷却させた後、500#l/の水に滴
下し析出した沈殿物を戸別し1tの水で洗浄後乾燥し黄
色のN、N’−4,4’−ジフェニルメタンビスマレイ
ミドの粉末32.9 fを得た。収率は93チ、純度は
89%、融点は144〜151℃であった。
〔実施例−3〕 水分離装置、温度針、滴下ロートおよび攪拌機付きの5
00m1の四日フラスコ内に無水−5−ノルボネン−2
,3−ジカルボン酸a 6.1 y (0,22モル)
をとり、キシレン180.fM’、N−メチル 1−2
−ピロリドン3,6を加えて攪拌溶解した。
4.4′−ジアミノジフェニルメタン19.8 f (
0,1’ It、。
1 モル)をキシレン59.4t、N−メチル−2−ピロリ
ドン16.2 fに溶解したものを、25〜30℃に保
持した前記四日フラスコ中に2時間かけて滴下した。
次いでp−)ルエンスルホン酸1.9 ? (0,01
モル)を攪拌下に添加して混合物を140℃まで昇温し
、溶媒環流下で共沸で生成水を除去しながら同温度で3
時間攪拌を続けた。
その後反応液を室温まで冷却した後、5001ffノの
水中に投入し、析出した沈殿物を戸別し、5001I+
lの水で洗浄後、乾燥し、淡黄色のN、N’−4,4’
−ジフェニルメタンビス(エンドメチレンテトラヒドロ
フタルイミド) 48.Ofを得た。収率Fi98チ、
純度は95%、融点は232〜234℃であった。
〔実施例4〜10〕 不飽和ジカルボン酸無水物、ポリアミン、溶媒、酸触媒
、沈殿剤などの種類を表−1のように変え、実施例−1
と同様の操作を行って、ポリイミドを得た。それらの結
果を表−1に示す。
21− 応用例 (例1) 実施例1で得られた純度が97俤のN、N’ −4、4
’−シフエニルメタンビスマレイミド2?を試験管にと
り、180+2℃に設定したオイルバス中に浸し、ガラ
ス棒で突きながらゲル化するまでの時間を測定した。結
果を表−2に示す。
また、上記ビスマレイミド40部と4.4′−ジアミノ
ジフェニルメタン8.8部を混合し、130℃に加熱し
て10分間攪拌を続け、脱泡した後、金型に流し込み、
200℃の温室内に10時間保存し、硬化物を得た。硬
化物の熱変形温度、曲げ強度、誘電正接を表−2に示す
(例2) N、N’−4,4’−ジフェニルメタンビスマレイミド
を実施例2で得たN、N’−4,4’−ジフェニルメタ
ンビスマレイミドに代える以外は上記例1と同様の操作
を行い、硬化物を得た。結果を表−2に示す。
(例3)比較用 N、N’−414’−ジフェニルメタンビスマレイミド
を比較例で得た純度89チのN、N’ −4,4’−ジ
フェニルメタンビスマレイミドに代える以外は、例1と
同様の操作を行って硬化物を得た。結果を表−2に示す
表−2 11’AsTM−D−648 **ASTM−D−79゜ *RASTM−D−150 特許出願人 三菱7由イヒ株式会社 1.i、代理人 
弁理士 古 川 秀 利 Q 代理人 弁理士 長 谷 正 久

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)、一般式 〔式中、Dは炭素・炭素二重結合を一個含む二価の有機
    基を示す〕 で示される不飽和ジカルボン酸無水物と、分子内にアミ
    ン基を2個以、1有するポリアミンとを、芳香族炭化水
    素溶媒30〜99重41%と非プロトン性極性溶媒70
    〜1重量−ノ混合溶媒中で反応させてポリアミド酸を得
    た後、該ポリアミド酸を脱水環化してポリイミドを製造
    する方法。 2)、不飽和ジカルボン酸無水物が無水マレイン酸また
    は無水ナジック酸であることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載の方法。 3)、非プロトン性極性溶媒がN、N−ジメチルホルム
    アミド、N、N−ジメチルアセトアミドまたはN−メチ
    ル−2−ピロリドンであることを特徴とする特許請求の
    範囲第1g方法。 4)、芳香族炭化水素溶媒がベンゼン、トルエン、キシ
    レンより選ばれた溶媒であることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の方法。 5)、混合溶媒が、ポリアミン1重量部に対し、2〜4
    0重量部の割合で用いられることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載の方法。
JP59116511A 1984-06-08 1984-06-08 ポリイミドの製造方法 Expired - Lifetime JPH0643391B2 (ja)

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