JPS63309524A - 芳香族ポリチオエーテルイミドの製造方法 - Google Patents

芳香族ポリチオエーテルイミドの製造方法

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JPS63309524A
JPS63309524A JP62146754A JP14675487A JPS63309524A JP S63309524 A JPS63309524 A JP S63309524A JP 62146754 A JP62146754 A JP 62146754A JP 14675487 A JP14675487 A JP 14675487A JP S63309524 A JPS63309524 A JP S63309524A
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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〕 本発明は新規な芳香族ポリチオエーテルイミド重合体に
関する。本発明により製造される芳香族ポリチオエーテ
ルイミド重合体は、非常に耐熱性に優れ、かつ溶融成形
可能であり、スーパーエンジニアリングプラスチック、
耐熱繊維、耐熱フィルム、耐熱塗膜素材等として有用で
ある。
〔従来の技術〕
芳香族テトラカルボン酸二無水物と、芳香族ジアミンと
の反応により、耐熱性の非常に優れた芳香族ポリイミド
が得られることは知られている(C,E  5TRON
G著“ジャーナル オブ ポリマー サイエンス“マク
ロモレキュール レビュー、第11巻、161頁、19
76年)。しかし、これまで一般的に提案されていた芳
香族ポリイミドは溶融成形が困難であす、用途が限定さ
れていた。
かかる欠点を改良したものとして、酸無水物としてアリ
ールオキシ酸二無水物を使用する芳香族ポリイミドが検
討され(特公昭57−20966号、同57−2096
7号公報他)、ポリエーテルイミド“ウルテム”(ゼネ
ラルエレクトリック社の商品名)として上布されている
。この種の芳香族ポリイミドは溶融成形(射出、押出成
形)性に優れているが、反面、耐熱性や耐溶剤性は従来
の芳香族ポリイミドより低い。
他方、(チオ)エーテル結合を有する芳香族ジアミンと
ピロメリット酸二無水物との反応により得られる芳香族
ポリイミド(特開昭59−170122号、特開昭61
−250031号公報等)や、ポリイミドスルホン樹脂
(米国特許明細書4.398,021号等)等、耐熱性
をめま9低下させずに溶融成形を可能にした例も報告さ
れているが、耐熱性と機械特性のバランスが要求される
エンジニアリング分野、エレクトロニクス分野において
は、依然として実用性が不充分である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
これらの芳香族ポリイミドの欠点を解決するものとして
提案されたチオエーテル結合を有する芳香族ジアミンと
L3’t4,4’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸二
無水物および/またはピロメリット酸二無水物の反応に
より得られる芳香族ポリイミド(特開昭62−1522
8号公報)は、耐熱性と機械特性のバランスに優れてい
るが、更に一層の成形性の向上が望まれていた。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、一般式(III)、 で示される、チオエーテル結合を有する芳香族ジアミン
および/または一般式(fl/)HzN Ar −NH
2(IV) で示される、芳香族ジアミンとを次式で示されるテトラ
カルボン酸二無水物 O0 と反応させて得られる新規なポリイミド重合体が、耐熱
性と機械特性のバランスに優れており、加えて成形性も
向上することを確認し、本発明を完成するに到った。即
ち、本発明は、以下に示すような、新規な芳香族ポリチ
オエーテルイミド重合体を提供するものである。
(1)  下式(1) %式% のいずれかでめり、yは1〜10の整数、Yは炭素数1
〜20のアルキル基、炭素数7〜20のアラルキル基、
炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数6〜20の
アリール基、ハロゲン基、ニトロ基を表わし、a、b、
c、dは0〜4の整数を示す。) で示される繰返し単位を有する芳香族ポリチオエーテル
イミド。
(2)  全体の50モル%以上が、式(1)で示され
る繰返し単位でわる芳香族チオエーテルイミド。
特に、全体のほぼ100モル%が式(1)で示される繰
返し単位である芳香族ポリチオエーテルイミド及び全体
の50モル%以上が式(1)で示される繰返し単位であ
り、全体の50モル%以下が、下式(II)で示される
繰返し単位である芳香族ポリチオエーテルイミド。
2価の芳香族残基でろる。但し、Yは式(I)と同様、
e+ f+ g+ b+  Is jは0〜4の整数、
Xは0又は3.mはθ〜20の整数、Lは0又は1で、
in、ZはCo、 So、 S(h 、 C7H2F 
(yハ1〜lOの整数)を表わす。) 前記した本発明の芳香族ポリチオエーテルイミド重合体
は、 (a) Hz4S−Ar−8GN)h  (III)(
b)  山N−Ar −N市     (fV)O とを、 ((a)+(b) ) /(c)= 1/ 0.9〜1
.1 (モル1モル)(a)/(b)〜1 0 olo
 〜50150 (モル1モル)で反応させて得られる
このようにして得られた芳香族ポリチオエーテルイミド
重合体は、ガラス転移温度が100〜350℃(好まし
くは120〜280℃)のものである。
式(1)で示される芳香族チオエーテルジアミン(およ
び式(IV)で示される芳香族ジアミン)と、ビフェニ
ルテトラカルボン酸二無水物との反応としては、次の二
つの方法が好ましいが、これに限定されるものではない
(1)一段階法 芳香族ジアミンと、カルボン酸二無水物とを、溶液状態
または溶融状態で加熱し、生成する水を系外に除去しな
がら重合し、ポリイミドを得る方法。
一般式([)で示される芳香族チオエーテルジアミン(
および一般式〇V)で示される芳香族ジアミン) 1.
00モルと、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物0.
90〜1.10モル(好ましくは、0.95〜1.05
モル)とを、有機溶媒中に溶解、または分散し、100
〜400℃、好ましくは150〜250℃に加熱するこ
とによって該重合体を得る(溶液法)。
この際、水の除去に役立つ共沸溶媒、たとえばベンゼン
、トルエン、キシレン、クロルベンゼンなどを併用する
と効果的である。
また、同時に触媒として、p−トルエンスルホン酸、ベ
ンゼンスルホン酸、等の有機酸を添加すると好ましいこ
とがろる。
この方法(溶液法)に用いられる有機溶媒としては、例
エバ、ジクロルベンゼン、トリククルベンゼン等のハロ
ゲン化芳香族炭化水素、フェノール、クレゾール、クロ
ロフェノール等のフェノール系化合物、脂肪族カルボン
酸: N、N−ジメチルアセトアミド、N−メチルピロ
リドン、テトラメチル尿素、1.3−ジメチル−2−イ
ミダゾリジノン、スルホラン、ジメチルスルホキシド等
の非プロトン性極性溶媒:エチレングリコールジメチル
エーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル等の
脂肪族グリコールエーテル、およびこれらの混合物を挙
げることができる。
尚、一段階法としては、前記芳香族ジアミン類1.00
モルと、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物0.90
〜1.10モルとを、混合し、150〜400℃(好ま
しくFiz 50〜350℃)の溶融状態で加熱するこ
とによって該重合体を得る(溶融法)方法を採用しても
よい。
この際、生成する水を強制的に系外に除去することによ
抄、重合が加速される。
(2)二段階法 芳香族ジアミンと、カルボン酸二無水物とを、溶液状態
で反応させて、ポリアミド酸を得る(第一工程)。
ポリアミド酸を溶液状態、または固相状態で脱水閉環し
て、ポリイミドを得る(第二工程)。
の二段階を経る方法。
1)ポリアミド酸製造工程(第一工程)。
一般式(1)で示される芳香族チオエーテルジアミン(
および一般式(IV)で示される芳香族ジアミン)1.
00モルト、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物0.
90〜1.1θモル(好ましくは0.95〜1.05モ
ル)とを有機溶媒中に溶解し、−20〜+80℃(好ま
しくは一10〜+60℃)で混合することにより、ポリ
アミド酸溶液が得られる(第一工程)。
この工程に用いられる有機極性溶媒として、非プロトン
性極性溶媒(N、N−ジメチルホルムアミド、N、N−
ジメチルアセドア之ド、N−メチルピロリドン、1,3
−ジメチル−2−イミダゾリジノン、スルホラン、ジメ
チルスルホキシドl:脂肪族グリコールエーテル(エチ
レングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコー
ルジメチルエーテル等);およびこれらの混合物を挙げ
ることができる。
IDポリイミド製造工程(第二工程)。
上記第一工程で得られたポリアミド酸を脱水閉環して、
本発明の芳香族チオエーテルイミド重合体に変換される
。この操作は、液相状態、固相状態いずれで行なっても
よい。
液相状態での閉環法には、熱閉環法と化学閉環法とがあ
る。
熱閉環法は、ポリアミド酸溶液を50〜400℃、好ま
しくは150〜250℃に加熱する方法であり、この際
、水の除去に役立つ共沸溶媒(例エバ、ベンゼン、トル
エン、キシレン、クロルベンゼン等)、および/または
、触媒(例えば、p−トルエンスルホン酸、ベンゼンス
ルホン酸等)を添加すると、より効果的である。
化学閉環法は、脂肪族無水物(無水酢酸、無水プロピオ
ン酸等);三級アミン(トリエチルアミン、ピリジン、
4−ジメチルアミノピリジン、イソキノリン等);ハロ
ゲン化合物(オキシ塩化リン、塩化チオニル等);化学
的脱水剤(モレキエラーシーブ、シリカゲル、アルミナ
、五酸化リン等)、等をポリアミド酸溶液に加え、0〜
120℃、好ましくは10〜80℃で反応を行なう。
液相状態で閉環を行ない、製造された芳香族ポリチオエ
ーテルイミド重合体は、沈殿する場合と、溶液状態のま
まの場合とがめる。沈殿する場合は、これを炉取するこ
とで単離されるが、溶液状態のままの場合には、ポリマ
ーを溶解せず、かつ反応溶媒と相溶しやすい溶剤で希釈
して、重合体を沈flせ、これを戸数することにより単
離される。
一方、固相状態での閉環法は、まず、ポリアミド酸溶液
を水、またはメタノールに投入し、重合体を析出させて
分離し、これを150〜350℃で熱処理することによ
ね達成される。但し、250℃以上の高温で長時間処理
しすぎると、溶融時の流動性や、機械特性のバランスが
低下するので注応させる一般式(Iff) 郁−@=s−hr−s舎詣  (I[[)(式中、Mは
、前記式(I)と同様である。)で示される芳香族チオ
エーテルジアミンの具体例を示すと、4T4’−ビス(
4−アミノフェニルチオ)ビフェニル、4+4’−ビス
(4−アミノフェニルチオ)ジフェニルエーテル、4.
4’−ヒス(4−7iノフエニルテオ)ベンゾフェノン
1.L4’−ビス(4−アミノフェニルチオ)ジフェニ
ルスルホキシド、4t4’−ビス(4−アミノフェニル
チオ)ジフェニルスルホン、313’−ビス(4−アミ
ノフェニルチオ)ジフェニルスルホン、2.2−ビス(
4−(4−アミノフェニルチオ)フェニル)プロパン、
4.4′−ビス(4−アミノフェニルチオ)ジフェニル
メタン、等を挙げることができる。
このうち、少くとも一種が用いられる。また、(1)の
使用量は、ジアミン全体の100〜50モル%である。
一方、本発明の方法が適用される、芳香族ジアミンは、
一般式(IV) H2N−Ar −NH!   (W) (式中、釘は前記式(II)と同様である。)で表わさ
れる。このような芳香族ジアミンの具体例トしては、p
−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、トリ
レンジアミン、2−クロロ−1,4−フェニレンジアミ
ン、4−クロロ−1,3−フェニレンジアミン、4+4
’−ジアミノビフェニル、3.3’−ジメチル−4,4
′−ジアミノビフェニル、3.3′−ジクロロ−4,4
′−ジアミノビフェニル、4゜4′−ジアミノジフェニ
ルエーテル、3.4’−ジアミノジフェニルエーテル、
4e4’−ジアミノジフェニルスルフィド、4e4’−
ジアミノジフェニルスルホン、L4’−ジアミノジフェ
ニルスルホン、3・3′−シアミノジフエニルスルホン
、414’−ジアミノベンゾフェノン、34’−ジアミ
ノベンゾフェノン、3.4′−ジアミノベンゾフェノン
、484’−ジアミノジフェニルメタン、3t3’−ジ
アミノジフェニルメタン、1.4−ビス(4−アミノフ
ェノキシ)ベンゼン、1.3−ビス(4−アミノフェノ
キシ)ベンゼン、1.3−ビス(3−アミノフェノキシ
)ベンゼン、484’−ビス(4−アミノフェノキシ)
ジフェニルエーテル、1.4−ヒス(4−7ミ/7エ二
ルチオ)ベンゼン、1.3−ビス(4−アミノフェニル
チオ)ベンゼン、2.4−ビス(4−アミノフェニルチ
オ)ニトロベンゼン、2#5−’)メチル−1,4−ビ
ス(4−アミノフェニルチオ)ベンゼン、4.4′−ビ
ス(4−アミノフェニルチオ)ジフェニルスルフィド、
1,4−ビス(4−(4−アミノフェニルチオ)フェニ
ルチオ)ベンゼン、a、ω−ジアミノポリ(1,4−チ
オフェニレン)オリゴマー、4.4′−ビス(4−アミ
ノフェノキシ)ビフェニル、4.4′−ビス(4−アミ
ノフェノキシ)ジフェニルスルフィド、414’−ビス
(4−72ノフエノキシ)ベンゾフェノン、4+4’−
ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、4
e4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ジフェニルスル
ホン、2,2−ビス(4−(4−アミノフェノキシ)フ
ェニル〕プロパン、2,2−ビス(4−(3−アミノフ
ェノキシ)フェニル〕プロパン、等を挙げることができ
る。このうち少くとも一種が用いられる。
また、芳香族ジアミン(fV)の使用量はジアミン2t
2’13e3’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物
、2t3’13t4’−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物、L3’s4@4’−ビフェニルテトラカルボン
酸二無水物でめる。このうち、少くとも一種が用いられ
る。
〔加工、用途〕
本発明の重合体を成形加工する際は、公知の種々の充填
剤成分を含むことができる。充填剤成分の代表的な例と
しては、←)繊維状充填剤ニガラス繊維、炭素繊維、ボ
ロン繊維、アラミツド繊維、アルミナ繊維、シリコン=
カーバイド繊維等、Φ)無機的充填剤:マイカ、タルク
、クレイ、グラファイト、カーボンブラック、シリカ、
アスベスト、硫化モリブデン、酸化マグネシウム、酸化
カルシウム等を挙げることができる。
本発明の重合体は、電気、電子分野の各種部品、ハウジ
ング類、自動車部品、航空機用内装材、摺動部品、ギア
ー、絶縁材料、耐熱フィルム、耐熱ワニス、耐熱繊維等
、広範な範囲で用いることが可能である。
〔実施例〕
次に、本発明を実施例によって、更に具体的に説明する
が、本発明はかかる実施例によりその範囲を限定される
ものではない。
実施例1 温度計、ジムo−ト冷却管付きの水分離器、固体導入口
、窒素ガス導入口の付いた1000m容の四ロフラスコ
に、494’−ビス(4−アミノフェニルチオ)ベンゾ
フェノン42.8 y (0,10モル)と乾燥N−メ
チルピロリドン200ゴとを仕込んだ。次に窒素気流下
、激しく攪拌しながら、60℃で3+3’+L4’−ビ
フェニルテトラカルボン酸二無水物29.5 f(0,
10モル)を固体のまま加えた。
その後、60〜70℃で2時間、室温で20時間攪拌を
続けた。次に、トルエン100dと乾燥N−メチルピロ
リドン100117で希釈し、165℃で6時間加熱し
た。なお、この際生成する水はトルエンとの共沸によし
除去した。室温まで冷却した後、反応混合物を水中に投
入し、ポリマーを沈殿させ、これを戸別、粉砕、水洗し
、その後真空炉で乾燥した。(180℃、24時間)。
収量68.59 (収率99.7%)。有機溶媒(N−
メチルピロリドン)に不溶。ガラス転移温度233℃。
IRスペクト/’ (KBr、第1図):1780.1
72 Q cm−’ (イミド)、1650cyi” 
(ケトン)、I Q 80 an−”チオエーテル)、
820.760.740m−”(芳香環)。
このポリマーば350℃で圧縮成形可能であり、褐色の
強靭な樹脂板が得られた。
比較例1 3 * 3’+ 414’−ビフェニルテトラカルボン
酸二環水物の代わりに、L3’+4.4’−ベンゾフェ
ノンテトラカルボン酸二無水物a 2.2 y (o、
1+モル)を用いる他は、実施例1と同様の方法で重合
を行なった。
収量71.Or (収率99.4%)。有機溶媒(N−
メチルピロリドン)に不溶。ガラス転移温度245℃。
IRスペクト、%(KBr)=1775.1720i1
(イミド)、1640i”(ケトン)、1080i1(
チオエーテル)、820.720儒 (芳香環)。
このポリマーは、圧縮成形可能で、こはく色の強靭な樹
脂板が得られるが、圧縮成形可能な温度は380℃でお
り、実施例1の重合体に比べて、成形性が劣っていた。
実施例2 下記組成の原料を用いて、実施例1と同様の方法で重合
を行なった。
4.4′−ビス(4−アミノフェニルチオ)ビフェニル
         40.Of (0,10モル)3+
 3’+ 414’−ビフェニルテトラカルボン酸二無
水物          29.5 f (0,10モ
ル)収量65.7 f (収率99.7%)。有機溶媒
(N−メチルピロリドン)不溶。ガラス転移温度260
℃。熱分解開始温度520℃(空気中)。
IRスペクトル(KBr):1780.1720i1(
イミド)、1085att−” (チオエーテル)、8
10.740 crtt 1(芳香環)。
このポリマーは、370℃で圧縮成形可能であり、褐色
の強靭な樹脂板が得られた。
実施例3 温度計、固体導入口、滴下ロート、窒素ガス導入口の付
いた1 000117容の四ロフラスコに、4゜4/−
ビス(4−アミノフェニルチオ)ベンゾフェノン34.
3 t (0,08モル)と4,4′−ジアミノジフェ
ニルエーテル4.Oy (0,02モル)と乾燥N−メ
デルピμリドンxsoigとを仕込んだ。次に窒素気流
下、L3’t4+4’−ビフェニルテトラカルボン酸二
無水物29.5 f (0,10モル)を、内温を30
℃以下に保持しながら、添加した。続いて、室温で20
時間攪拌した。その後、反応混合物を乾燥N−メチルピ
ロリドン600suで希釈してから、ヒリジン8.1 
m (0,10モル)と無水酢酸45.3d(0,41
モル)を、内温を70℃に保持しながら、滴下ロートに
より滴下し、さらに70℃で2時間攪拌を続けた。室温
まで冷却した後、反応混合物にアセトンを加え、析出し
たポリマーを戸別し、アセトン洗浄し、その後A空炉で
乾燥した。(180℃、24時間)。
収量64.2 t (収率100%)。有機溶媒(N−
メチルピロリドン)に不溶。ガラス転移温度253℃。
IRスペクトル(KBr、第2図):1780゜172
0ys−” (イミド)、1240cm−” (エーテ
ル)、1080an−’ (チオエーテル)、825.
740cm”(芳香環)。
とのポリマーは360℃で圧縮成形可能でろ抄、淡褐色
の透明な樹脂板が得られた。また、引張強度(降伏点)
 1.020 kl/cd、引張り弾性率27゜5oo
b/−を示し、極めて強靭でめった。
実施例4 温度計、ジムロート冷却管付きの水分離器、固体導入口
、窒素ガス導入口の付いた1 00 Q111容の四ロ
フラスコに、4+4’−ビス(4−アミノフェニルチオ
)ベンゾフェノン34.3 f (0,08モル)、4
.4′−ジアミノジフェニルエーテル4.Of (0,
02モル) 、3+3’g4e4’−ビフェニルテトラ
カルボン酸二無水物29.5 t (0,10モル)、
p−1ルエンスルホン酸0.1 ? (0,00053
モル)、乾燥N−メチルピロリドン650dを仕込み、
均一に溶解するまで室温で攪拌した。次に、キシレン1
00dを加えた後、180℃で6時間加熱した。なお、
この際生成する水はキシレンとの共沸により除去した。
室温まで冷却し九後、反応混合物を水中に投入し、ポリ
マーを沈殿させ、これを炉別、粉砕、水洗し、その後真
空炉で乾燥した。(180℃、24時間) 収量63.8 f (収率99.4%)。有機溶媒(N
−メチルピロリドン)に不溶。ガラス転移m度255℃
IRスペクトル(KBr) : 1780.1720i
1(イきド)、1240ai” (エーテル)、108
0 cm−” (チオエーテル)、825.740i1
(芳香II)。
とのポリマーは360℃で圧縮成形可能でお抄、褐色の
強靭な樹脂板が得られた。
実施例5 温度計、ジムロート冷却管付きの水分離器、固体導入口
、窒素ガス導入口の付いた1000114容の四ロフラ
スブに、4t’4’−ビス(4−アミノフェニルチオ)
ビフェニル28.Of (0,07モル)と4.4′−
ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン13
.Of (0,03モル)と乾燥N−メチルビ党リすン
150−とを仕込んだ。次に窒素気流下、3.3’、4
.4’−ビフェニルテトラカルボン酸二無水物29.5
 t (0,10モル)を、内温を30℃以下に保持し
ながら添加し、続いて室温で20時間攪拌した。反応混
合物を水中に投入し、ポリマーを沈殿させ、これを炉別
、粉砕、水洗し、その後真空炉で乾燥した。(70℃、
24時間)固有粘度0.45 dt/f (0,2%N
MP溶液、30℃)。
IRスペクトル(KBr):x71ocW1 (カルボ
ン酸)、1655.1525i” (アミド)、124
0cyi” (エーテル)、1145i” (スルホン
)、11085a″1(チオエーテル)、815ci”
(芳香環)。
次いで、このポリアミド酸粉末を、オープンの中に入れ
、180℃で24時間加熱して、イミド化を行なった。
収量e 6.7 t (収率99.7%)。有機溶媒(
N−メチルピロリドン)に不溶。ガラス転移温度272
℃。
IRスペクトル(KBr):1780,1720or”
(イミド)、1240cm−” (エーテル)、115
0cm−” (スルホン)、108531″1(チオエ
ーテル)、815.740i”(芳香環)。
【図面の簡単な説明】

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)下式( I ) ▲数式、化学式、表等があります▼( I ) (式中、Arは▲数式、化学式、表等があります▼又は
    ▲数式、化学式、表等があります▼を 表す。但し、AはO、CO、SO、SO_2、CyH_
    2yのいずれかであり、yは1〜10の整数、Yは炭素
    数1〜20のアルキル基、炭素数7〜20のアラルキル
    基、炭素数3〜20のシクロアルキル基、炭素数6〜2
    0のアリール基、ハロゲン基、ニトロ基を表わし、a、
    b、c、dは0〜4の整数を示す。) で示される繰返し単位を有する芳香族ポリチオエーテル
    イミド。
  2. (2)全体の50モル%以上が、式( I )で示される
    繰返し単位である特許請求の範囲第1項記載の芳香族チ
    オエーテルイミド。
  3. (3)全体の50モル%以下が、下式(II)で示される
    繰返し単位である特許請求の範囲第2項記載の芳香族ポ
    リチオエーテルイミド。 ▲数式、化学式、表等があります▼(II) (式中、Ar′は、▲数式、化学式、表等があります▼
    、▲数式、化学式、表等があります▼、 ▲数式、化学式、表等があります▼で表わされる 2価の芳香族残基である。但し、Yは式( I )と同様
    、e、f、g、h、i、jは0〜4の整数、XはO又は
    S、mは0〜20の整数、lは0又は1であり、ZはC
    O、SO、SO_2、CyH_2y(yは1〜10の整
    数)を表わす。)
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