TWI415876B - Polyacidic acid and polyimide - Google Patents

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TWI415876B
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Takayuki Tamura
Yoshikazu Ootsuka
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Description

聚醯胺酸及聚醯亞胺
本發明關於聚醯胺酸及聚醯亞胺，更詳述地，關於具有脂環式構造，例如適合電子材料用的聚醯胺酸及聚醯亞胺。
一般地，聚醯亞胺樹脂之特徵為高的機械的強度、耐熱性、絕緣性、耐溶劑性，故廣用作為液晶顯示元件或半導體的保護材料、絕緣材料等電子材料。又，最近亦期待作為光導波路用材料等的光通信用材料之用途。
近年來，該領域的發展係驚人的，對應於此，亦愈來愈要求所使用的材料之高度的特性。即，不僅優良的耐熱性、耐溶劑性，亦期待兼具按照用途的多數性能。
特別重要的特性例如是高透明性。作為實現該透明性的一個方法，已有報造藉由脂環式四羧酸二酐與芳香族二胺的聚縮合反應來得到聚醯亞胺前驅物，將該前驅物作醯亞胺化，而得到比較少著色的具有高透明性之聚醯亞胺(參照專利文獻1、2)。
然而，於用光的電子材料領域等中，近年狀況也要求使用溶劑溶解性、透明性高的聚醯亞胺，希望開發出具有優異特性的新聚醯亞胺。
再者，作為實現該透明性的方法，由脂環式四羧酸二酐與脂環式二胺的聚縮合反應來得到全脂環式聚醯亞胺前驅物，對該前驅物作醯亞胺化，可期待具有高透明性的全脂環式聚醯亞胺。
然而，以往的脂環式四羧酸二酐之代表性化合物，即由1,2.3,4－環丁烷四羧酸－1,2：3,4－二酐(簡稱CBDA)與脂環式二胺所得之聚醯亞胺係脆弱的，無法使用作為膜。因此，尚未找出全脂環式聚醯亞胺之具有穩定強度的膜。
本發明的聚醯胺酸及聚醯亞胺的單體之一，即雙環[2.2.0]己烷－2,3,5,6－四羧酸－2,3：5,6－二酐(簡稱BHA)，係有藉由以下方法來合成的例子。
如方案1所示地，藉由乙炔(簡稱AC)與馬來酸酐(簡稱MA)的光反應來合成3－環丁烯－1,2－二羧酸酐(簡稱CBA)。接著，如方案2所示地，藉由CBA與MA的光反應來合成BHA(參照非專利文獻1)。
再者，CBA係如方案3所示地，亦可藉由1,2－二氯乙烯(簡稱DCE)與MA的光反應，得到3,4－二氯環丁烷－1,2－二羧酸酐(簡稱DCBA)，接著使其與鋅和醋酸酐反應的方法來合成(參照非專利文獻2)。
然而，並沒有使用BHA來合成聚醯胺酸或聚醯亞胺的例子。
專利文獻1：特公平2－24294號公報專利文獻2：特開昭58－208322號公報
非專利文獻1：化學報導、第123卷、1869~1879頁(1990年)[Chemische Berichte,123,1869－1879(1990)]非專利文獻2：合成、第4卷、54~576(1999年)[Synthsis,4,574－576(1999)]
本發明係鑒於這樣的情事，目的為提供能給予具有高耐熱性、同時具有良好光透過性及拉伸強度的聚醯亞胺膜之聚醯胺酸，及由其所得之聚醯亞胺。
本案發明者們為了達成上述目的，重複精心的檢討，結果發現使用具有指定比例以上的脂環式構造即雙環[2.2.0]己烷構的新穎聚醯亞胺所形成的聚醯亞胺膜，由於具有熱分解溫度為300℃以上的高耐熱性，更具有良好的透明性與拉伸強度，可利用作為液晶顯示元件或半導體的保護材料、絕緣材料等電子材料、光導波路等光通信用材料，而完成本發明。
即，本發明提供：1.一種聚醯胺酸，其特徵為含有10莫耳%以上的式[1]或式[2]所示重複單位，
(式中，R1 及R2 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3 及R4 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3 與R4 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，R5 表示2價有機基，n表示2以上的整數)。
2.一種聚醯亞胺，其特徵為含有10莫耳%以上的式[3]或式[4]所示重複單位，
(式中，R1 及R2 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3 及R4 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3 與R4 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，R5 表示2價有機基，n表示2以上的整數)。
3.如1項記載的聚醯胺酸，其數量平均分子量為5000~300000。
4.如1項記載的聚醯胺酸，其中該R1 、R2 、R3 及R4 係氫原子。
5.如1項記載的聚醯胺酸，其中R1 及R2 係氫原子，R3 及R4 中至少一個係甲基。
6.如2項記載的聚醯亞胺，其中該R1 、R2 、R3 及R4 係氫原子。
7.如2項記載的聚醯亞胺，其中R1 及R2 係氫原子，R3 及R4 中至少一個係甲基。
8.如1項記載的聚醯胺酸，其中式[1]及式[2]中的R5 係從脂環式二胺或脂肪族二胺而來的2價有機基。
9.如2項記載的聚醯亞胺，其中式[3]或式[4]中的R5 係從脂環式二胺或脂肪族二胺而來的2價有機基。
10.一種式[5]所表示之四羧酸二酐，
(式中，R1’ 及R2’ 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3’ 及R4’ 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3’ 與R4’ 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，但是R1’ 、R2’ 、R3’ 及R4’ 不同時為氫原子)。
11.一種式[6]所表示之四羧酸二酐，
(式中，R1’ 及R2’ 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3’ 及R4’ 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3’ 與R4’ 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，但是R1’ 、R2’ 、R3’ 及R4’ 不同時為氫原子)。
12.一種膜，其特徵為含有2、6、7及9項中任一項記載的聚醯亞胺。
本發明的聚醯胺酸及聚醯亞胺係給予具有高耐熱性、同時具有良好光透過性及拉伸強度的聚醯亞胺膜。具有如此特性的本發明之聚醯亞胺，例如可期待作為液晶顯示元件或半導體的保護材料、絕緣材料等電子材料、光導波路等光通信用材料的用途。
 實施發明的最佳形態
以下更詳細說明本發明。
與本發明有關的聚醯胺酸，係含有10莫耳%以上的式[1]或式[2]所示重複單位者。又，與本發明有關的聚醯亞胺，係由上述聚醯胺酸所衍生的聚醯亞胺，為含有10莫耳%以上的式[3]或式[4]所示重複單位者。
於上述各式中，R1 及R2 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3 及R4 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3 與R4 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，R5 表示2價有機基，n表示2以上的整數。
此處，作為碳數1~10的烷基之具體例子，可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、正戊基、異戊基、第二戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。
作為碳數3~8的環烷基，可舉出環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基等。
作為鹵素原子，可舉出F、Cl、Br、I。
特別地，若考慮原料的取得容易性或製造產率等，R1 及R2 較佳為氫原子，R3 及R4 較佳為氫原子或甲基，其中較佳為R1 ~R4 的全部為氫原子的化合物，或R1 及R2 為氫原子，且R3 及R4 中至少一個為甲基的化合物係較合適的。
R5 為2價有機基，為與四羧酸二酐(BHA化合物)反應的從有機二胺而來的有機基。
作為給予該2價有機基的二胺，可以使用以往用於聚醯亞胺合成的各種二胺，例如可舉出對伸苯二胺(p－PDA)、間伸苯二胺、2,5－二胺基甲苯、2,6－二胺基甲苯、1,3－雙(4,4’－胺基苯氧基)苯(DA－4P)、4,4’－二胺基－1,5－苯氧基戊烷(PA－5MG)、4,4’－二胺基聯苯、3,3’－二甲基－4,4’－二胺基聯苯、3,3’－二甲氧基－4,4’－二胺基聯苯、4,4’－二胺基二苯基醚(DDE)、4,4’－二胺基二苯基甲烷(DDM)、2,2’－二胺基二苯基丙烷、雙(3,5－二乙基－4－胺基苯基)甲烷、二胺基二苯基碸、二胺基二苯甲酮、二胺基萘、1,4－雙(4－胺基苯氧基)苯、1,4－雙(4－胺基苯基)苯、9,10－雙(4－胺基苯基)蒽、1.3－雙(4－胺基苯氧基)苯、4,4’－雙(4－胺基苯氧基)二苯基碸、2,2－雙[4－(4－胺基苯氧基)苯基]丙烷、2,2’－三氟甲基－4,4’－二胺基聯苯、新戊二醇雙(4－胺基苯基)醚等的芳香族二胺；1,4－二胺基環己烷、1,4－環己烷雙(甲基胺)、4,4’－二胺基二環己基甲烷、雙(4－胺基－3－甲基環己基)甲烷、3(4),8(9)－雙(胺基甲基)三環[5.2.1.02,6 ]癸烷、2,5(6)－雙(胺基甲基)雙環[2.2.1]庚烷(BBH)、1,3－二胺基金剛烷、3,3’－二胺基－1,1’－雙金剛烷基、1,6－二胺基二金剛烷(1,6－胺基戊烷環[7.3.1.14,12 ,02,7 .06,11 ]四癸烷等的脂環式二胺；四亞甲二胺、六亞甲二胺等的脂肪族二胺等。
再者，此等二胺，在聚醯胺酸(聚醯亞胺)的合成時，可被單獨1種使用，亦可混合2種以上來使用，但於混合2種以上來使用時，上述R5 亦成為2種以上的組合。
於此等二胺之中，若使用脂環式二胺或脂肪族二胺，則本發明的聚醯胺酸及由其所得之聚醯亞胺的透明性變成更高，故較宜的。
n可為2以上的整數，若考慮後述的聚醯胺酸之分子量，則較佳為10~2000的整數，更佳為20~1000的整數。
聚醯胺酸的分子量，若考慮成為聚醯亞胺膜時的強度或膜形成時的加工性等，其數量平均分子量較佳為3000~500000，更佳為5000~300000。
再者，數量平均分子量係凝膠滲透層析術(以下稱為GPC)的測定值。
又，基於與上述同時的理由，聚醯亞胺的聚合度以聚醯胺酸溶液的對比黏度換算，較佳為0.05~5.0dl/g(在溫度30℃的N－甲基吡咯啶酮中，濃度0.5g/dl)。
本發明的聚醯胺酸(聚醯亞胺)，可以含有10莫耳%以上的上述式[1]或式[2](式[3]或式[4])所示重複構造，特別是為了成為具有高耐熱性及透明性、優異溶劑溶解性的聚醯亞胺，較佳為含有50莫耳%以上的上述構造，更佳為含有70莫耳%以上的上述構造，最佳為含有90莫耳%以上的上述構造。
本發明的聚醯亞胺可以使用經由使BHA化合物及按照需要的其它四羧酸衍生物與上述各種二胺在溶劑中反應而得之本發明的聚醯胺酸，將該聚醯胺酸作熱醯亞胺化者。又，亦可以使用聚醯胺酸在溶劑中被轉化成醯亞胺，當作溶劑可溶性的聚醯亞胺。
聚醯胺酸的製造方法係沒有特別的限定，例如可使BHA化合物及按照需要的其它四羧酸衍生物與二胺進行溶液聚合而得。
再者，於本發明中，在四羧酸衍生物的總莫耳數之內，至少10莫耳%使用BHA化合物。
首先，說明BHA化合物的製造方法。BHA化合物係可藉由以下方案來製造。
(式中，R1 ~R4 表示與上述同義)。
即，使乙炔衍生物與馬來酸酐衍生物進行光反應的手法。光反應較佳係使二苯甲酮或苯乙酮等的光增感劑共存而進行。又，光源較佳係使用高壓水銀燈。
作為反應溶劑，較佳為丙酮或甲基乙基酮等的低級酮化合物。用於得到前半的中間體環丁烯二羧酸酐之步驟的反應溫度，較佳為－80~－20℃的低溫。用於從後半的中間體環丁烯二羧酸酐來得到BHA的步驟之反應溫度，較佳為0~50℃。
作為乙炔衍生物及馬來酸酐衍生物，最經濟的原料係R1 ~R4 皆為氫原子時的乙炔及馬來酸酐。又，作為其它方法，可考慮以下方案所示的途徑。
(式中，R1 ~R4 表示與上述同義，X表示鹵素原子)。
本法之優點為不需要如前述製法之前半中的光反應之低溫。
作為1,2－二鹵乙烯衍生物及馬來酸酐衍生物，最經濟的原料係R1 ~R4 皆為氫原子時的1,2－二氯乙烯及馬來酸酐。
藉由使1,2－二氯乙烯與馬來酸酐在10~20℃進行光反應，可合成中間體3,4－二氯環丁烷－1,2－二羧酸酐(DCBA)。接著，使用彼和鋅及醋酸酐，合成中間體環丁－3－烯－1,2－二羧酸酐(CBA)。再者，從CBA得到BHA的步驟係與上述相同。
如後述地，由該製法所得之BHA係經由X射線構造解析，確認其主成分為外－外(exo－exo)型。(參照圖1)
此等無論為單獨者或混合物，也可同樣地使用作為與二胺化合物類的聚縮合反應用單體。
又，使用此等酸二酐所製造的本發明之平面構造式[1]或[2]所示聚醯胺酸或平面構造式[3]或[4]所示聚醯亞胺，亦包含對應於各自的酸二酐之立體異構物。
作為按照需要所使用的其它四羧酸衍生物之具體例子，可舉出1,2,3,4－四羧酸、2,3,4,5－四氫呋喃四羧酸、1,2,4,5－環己烷酸、3,4－二羧基－1－環己基琥珀酸、3,4－二羧基－1,2,3,4－四氫－1－萘琥珀酸、雙環[3.3.0]辛烷－2,4,6,8－四羧酸等的脂環式四羧酸、以及此等之二酐及此等之二羧酸二醯鹵化物；均苯四甲酸、2,3,6,7－萘四羧酸、1,2,5,6－萘四羧酸、1,4,5,8一萘四羧酸、2,3,6,7－蒽四羧酸、1,2,5,6－蒽四羧酸、3,3’,4,4’－聯苯基四羧酸、2,3,3’,4－聯苯基四羧酸、雙(3,4－二羧基苯基)醚、3,3’,4,4’－二苯甲酮四羧酸、雙(3,4－二羧基苯基)甲烷、2,2－雙(3,4－二羧基苯基)丙烷、1,1,1,3,3,3－六氟－2,2－雙(3,4－二羧基苯基)丙烷、雙(3,4－二羧基苯基)二甲基矽烷、雙(3,4－二羧基苯基)二苯基矽烷、2,3,4,5－吡啶四羧酸、2,6－雙(3,4－二羧基苯基)吡啶等的芳香族四羧酸、以及此等之二酐及此等之二羧酸二醯鹵化物等。
於聚醯胺酸製造時，對於BHA化合物及其它四羧酸二酐而言，二胺的莫耳數之比較佳為0.8~1.2。與通常的聚縮合反應同樣地，該莫耳比愈接近1，則所生成的聚合物之聚合度愈大。聚合度若太小，則聚醯亞胺塗膜的強度會不足，而聚合度若太大，則聚醯亞胺塗膜形成時的操作性會變差。
溶液聚合的溫度可以採用－20~150℃的任意溫度，較佳為－5~100℃。
作為溶液聚合時所可使用的溶劑之具體例子，可舉出間甲酚、N－甲基－2－吡咯啶酮、N,N－二甲基甲醯胺、N,N－二甲基乙醯胺、N－甲基己內醯胺、二甲亞碸、四甲基脲、吡啶、二甲基碸、六甲基甲醯胺(HMPA)、γ－丁內酯等。此等可單獨地或混合2種以上來使用。再者，在能得到均一溶液的範圍內，亦可將不溶解聚醯胺酸的溶劑加到上述溶劑中而使用。
聚醯胺酸轉換成聚醯亞胺的方法係沒有特別的限定，但一般為採用將如上述所得之聚醯胺酸，藉由加熱而脫水閉環的方法。又，亦可以採用一使用眾所周知的脫水閉環觸媒，作化學閉環的方法。
於藉由加熱來閉環時，溫度係可以選擇100~300℃之任意溫度，較佳為120~250℃。
於化學閉環時，作為脫水閉環觸媒，例如可以使用吡啶、三乙胺、醋酸酐等。此時，反應溫度可以選擇－20~200℃的任意溫度。
如此所得到的聚醯亞胺溶液係可照原樣地使用，亦可將添加甲醇、乙醇等的弱溶劑使沈殿而分離的聚醯亞胺當作粉末，或將該聚醯亞胺粉末再溶解於適當的溶劑中當作溶液而使用。
再溶解時所用的溶劑只要能溶解所得到的聚醯亞胺即可，而沒有特別的限定，例如可舉出間甲酚、2－吡咯啶酮、N－甲基吡咯啶酮、N－乙基吡咯啶酮、N－乙烯基吡咯啶酮、N,N－二甲基乙醯胺、N,N－二甲基甲醯胺、六甲基甲醯胺(HMPA)、γ－丁內酯等。
又，亦可為單獨之不溶解聚醯亞胺的溶液，在不損害溶解性的範圍內，可加到上述溶劑中而使用。作為如此溶劑的具體例子，可舉出乙基溶纖劑、丁基溶纖劑、乙基卡必醇、丁基卡必醇、乙基卡必醇醋酸酯、乙二醇、1－甲氧基－2－丙醇、1－乙氧基－2－丙醇、1－丁氧基－2－丙醇、1－苯氧基－2－丙醇、丙二醇單醋酸酯、丙二醇二醋酸酯、丙二醇－1－單甲基醚－2－醋酸酯、丙二醇－1－單乙基醚－2－醋酸酯、二丙二醇、2－(2－乙氧基丙氧基)丙醇、乳酸甲酯、乳酸乙酯、乳酸正丙酯、乳酸正丁酯、乳酸異戊酯等。
又，以更提高聚醯亞胺膜與基板的密接性為目的，亦可在所得到聚醯亞胺溶液中加入偶合劑等的添加劑。
將本發明的聚醯亞胺溶液塗佈在基板上，使溶劑蒸發，可在基板上形成聚醯亞胺被膜。溶劑蒸發時的溫度通常為100~300℃左右。
另外，本發明提供式[5]及式[6]所表示的四羧酸二酐。
(式中，R1’ 及R2’ 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3’ 及R4’ 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3’ 與R4’ 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，但是R1’ 、R2’ 、R3’ 及R4’ 不同時為氫原子)。
此處，作為碳數1~10的烷基之具體例子，可舉出甲基、乙基、正丙基、異丙基、正丁基、異丁基、第二丁基、正戊基、異戊基、第二戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。
作為碳數3~8的環烷基，可舉出環丙基、環丁基、環戊基、環己基、環庚基、環辛基等。
作為鹵素原子，可舉出F、Cl、Br、I。
特別地，若考慮原料的取得容易性或製造產率等，R1’ 及R2’ 較佳為氫原子原子，且R3’ 及R4’ 中至少一個為甲基的化合物係較合適的。
實施例
以下舉出合成例及實施例來更具體說明本發明，惟本發明不受下述實施例所限定。實施例中的各物性之測定裝置及條件如下。
[1]分子量裝置：常溫GPC測定裝置(SSC－7200,(股)SENSHU科學製)溶析液：DMF[2]TG/DTA(差示熱熱量同時測定裝置)裝置：Thermoplus TG8120((股)理學電機製)[3]NMR裝置：JNM－LA400型FT－NMR system(JOEL製)測定溶劑：DMSO－d6 [4]單結晶X射線裝置：DIP2030(MACSCIENCE製)X射線：MoKα(40kV,200mA)溫度：室溫[5]FT－IR裝置：NICOLET 5700(Thermo ELECTRON CORPORATION)[6]膜厚裝置：Surfcorder ET 4000A(全自動微細形狀測定器)(Kosaka Laboratory Ltd.)[7]UV－Vis光譜裝置：UV－VIS－NIR SCANNING SPECTROPHOTOMETER(自記分光光度計)((股)島津製作所製)[8]拉伸試驗條件1)荷重檢測器：5kgMax荷重元2)伸長檢測器：線性錶5mmMax 3)夾具：WC應力鬆弛夾頭4)拉伸速度：0.4mm/Min
[合成例1]BHA的合成
(1)中間體DCBA的合成於2000毫升的Pyrex(註冊商標)玻璃製光反應器中，投入65.2克(673mmol)順式－1,2－二氯乙烯、60克(612mmol)馬來酸酐及1200克醋酸乙酯，在室溫攪拌使溶解後，於21~23℃的攪拌下，以400W高壓水銀燈(內部照射)照射48小時。
反應後，將反應液濃縮，得到105.6克結晶。將180克甲苯滴到結晶，加熱回流以漿體化後，於80℃滴下180克己烷及攪拌後，邊靜置到20℃為止，邊進行冷卻。將所析出的結晶過濾後，以甲苯和己烷作各1次洗淨，再乾燥而得到94.6克(產率79.3%)白色結晶。
該結晶由1 H NMR確認是3,4－二氯環丁烷－1,2－二羧酸酐(簡稱DCBA)。
(2)中間體CBA的合成於1000毫升的Pyrex(註冊商標)玻璃製光反應器中，投入50克(256.4 mmol)DCBA及500克甲苯，在室溫攪拌下，滴下131克醋酸酐後，升溫到40℃，然後添加168克鋅粉末。升溫到85℃，攪拌30小時後，使冷卻，然後傾析，進行矽藻土過濾。將濾液濃縮，得到40.0克結晶。將該結晶以甲苯和己烷作各1次洗淨，再乾燥而得到16克褐色結晶。再者，使用庫格爾若蒸餾器(Kugelrohr)，在外溫135℃將該結晶減壓蒸餾，而得到11.0克(產率34.6%)淡黃色結晶。
該結晶由1 H NMR確認是環丁－3－烯－1,2－二羧酸酐(簡稱CBA)。
(3)BHA的合成於300毫升的Pyrex(註冊商標)玻璃製光反應器中，投入11克(88.65mmol)中間體CBA、8.69克(88.65mmol)馬來酸酐、7.35克(39.89mmol)二苯甲酮及160克丙酮，在室溫攪拌使溶解後，於21~23℃的攪拌下，以100W高壓水銀燈(內部照射)照射61小時而析出結晶。反應後，將反應液濃縮到143克為止，然後在過濾後，重複丙酮洗淨(1次)及己烷洗淨(3次)，然後進行乾燥，得到5.0克(產率25.4%)白色結晶。將濾液靜置，得到0.76克(產率3.9%)二次晶。
該結晶由以下的分析結果確認是BHA。
1 H NMR(DMSO－d6 ；δ ppm)：3.17(s，2H)，3.95(s，4H)13 C NMR(DMSO－d6 ；δ ppm)：40.55(2)，45.34(4)，172.5(4)TG－DTA：分解溫度324.4℃
將該結晶溶解在乙腈(添加醋酸酐)中，自然濃縮以製作單結晶，由X射線構造解析確認其立體構造(參照表1及圖1)。
[實施例1]BHA－p－PDA聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入(p－PDA)0.324克(3.00mmol)對伸苯二胺和8.9克(固體成分10質量%)1－甲基－2－吡咯啶酮(NMP)，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.666克(3.00mmol)BHA，在20℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌24小時。
於此，對所得到的BHA－p－PDA聚醯胺酸聚合溶液作取樣，進行分子量測定。GPC測定的結果為數量平均分子量(Mn)係16717，重量平均分子量(Mw)係17191，Mw/Mn係1.028。
〈聚醯亞胺膜形成〉
分別使用(1)25μm和(2)200μm刮板，將所得到BHA－p－PDA聚醯胺酸聚合溶液塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作30分鐘的預備煅燒後，移往乾燥機，在230℃作1小時的煅燒以形成聚醯亞胺膜。
〈聚醯亞胺膜厚的測定〉
使用全自動微細形狀測定器來測定膜厚的結果為：上述聚合溶液以(1)25μm所塗佈成的膜係0.96μm，以(2)200μm所塗佈成的膜係9.36μm。
〈醯亞胺化率的測定〉
測定聚醯亞胺膜的FT－IR，由其吸收光譜算出醯亞胺化率，結果(1)膜厚0.96μm的膜係100%，(2)膜厚9.36μm的膜係100%。(由殘餘醯胺的吸收：1630~1650cm－1 的面積與所生成的醯亞胺之吸收：1774~1698cm－1 的面積來算出)
〈光透過率測定〉
UV－Vis光譜的測定結果為：(1)膜厚0.96μm的膜在350nm的光透過率係80%，在400nm的光透過率係90%。(參照圖2)
再者，(2)膜厚9.36μm的膜之熱特性係如下。
5%重量減少溫度(T5 )：269.2℃ 10%重量減少溫度(T10 )：321.1℃
[實施例2]BHA－DDE聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.601克(3.00mmol)4,4’－二胺基二苯基醚(DDE)和11.4克(固體成分10質量%)NMP，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.666克(3.00mmol)BHA，在18℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌24小時。
於此，對所得到的BHA－DDE聚醯胺酸聚合溶液作取樣，進行分子量測定。GPC測定的結果為數量平均分子量(Mn)係23593，重量平均分子量(Mw)係24215，Mw/Mn係1.026。
其次，與實施例1同樣地作，形成聚醯亞胺膜，下表中顯示其膜厚、醯亞胺化率及光透過率的測定結果。
〈光透過率測定〉
UV－Vis光譜的測定結果為：聚醯亞胺膜1在350nm的光透過率係80%，在400nm的光透過率係89%。(參照圖3)
再者，聚醯亞胺膜2的熱特性係如下。
5%重量減少溫度(T5 )：297.9℃ 10%重量減少溫度(T10 )：352.8℃
[實施例3]BHA－PA－5MG聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.573克(2.00mmol)4,4’－二胺基－1,5－苯氧基戊烷(PA－5MG)和10.0克(固體成分10質量%)NMP，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.444克(2.00mmol)BHA，在18℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌24小時。
於此，對所得到的BHA－PA－5MG聚醯胺酸聚合溶液作取樣，進行分子量測定。GPC測定的結果數量平均分子量(Mn)係34192，重量平均分子量(Mw)係35542，Mw/Mn係1.039。
其次，與實施例1同樣地作，形成聚醯亞胺膜，下表中顯示其膜厚、醯亞胺化率及光透過率的測定結果。但是，聚醯亞胺膜3係在160℃進行本煅燒。
〈光透過率測定〉
UV－Vis光譜的測定結果為：聚醯亞胺膜1在350nm的光透過率係90%，在400nm的光透過率係93%。(參照圖4)
又，聚醯亞胺膜2的熱特性係如下。
5%重量減少溫度(T5 )：321.9℃ 10%重量減少溫度(T10 )：351.3℃
再者，使用吸液管將BHA－PA－5MG聚醯胺酸聚合溶液塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作1小時預備煅燒後，移往乾燥機，在230℃作1小時煅燒以形成聚醯亞胺膜。將該玻璃板上的膜浸在熱水中後，在室溫放置及剝離。該膜的膜厚係28μm，醯亞胺化率係99%，為強韌的可撓性。
[實施例4]BHA－DA－4P聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.559克(2.00mmol)1,3－雙(4,4’－胺基苯氧基)苯(DA－4P))和5.67克(固體成分15質量%NMP)，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.444克(2.00mmol)BHA，在18℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌48小時。
於此，對所得到的BHA－DA－4P聚醯胺酸聚合溶液作取樣，進行分子量測定。GPC測定的結果為數量平均分子量(Mn)係9390，重量平均分子量(Mw)係9462，Mw/Mn係1.008。
其次，除了在160℃進行本煅燒以外，與實施例1同樣地作，形成聚醯亞胺膜，下表中顯示其膜厚、醯亞胺化率及光透過率的測定結果。
〈光透過率測定〉
UV－Vis光譜的測定結果為：聚醯亞胺膜1在350nm的光透過率係95%，在400nm的光透過率係98%。(參照圖5)
聚醯亞胺膜2在350nm的光透過率係60%，在400nm的光透過率係83%。(參照圖6)
再者，使用吸液管將BHA－DA－4P聚醯胺酸聚合溶液塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作1小時預備煅燒後，移往乾燥機，在160℃作3小時煅燒以形成聚醯亞胺膜。將該玻璃板上的膜浸在熱水中後，在室溫放置及剝離。該膜的膜厚係62μm，醯亞胺化率係81%，為強韌的可撓性。
該膜的拉伸試驗結果係如下。
(1)試驗片：厚度(mm)＝0.062寬度(mm)＝4.0標點距離(mm)＝10截面積(mm2 )＝0.248耐力(kgf/mm2 )＝5.99(58.7MPa)斷裂荷重(kgf)＝0.798斷裂伸長(mm)＝1.990斷裂伸長(%)＝19.90斷裂應力(kgf/mm2 )＝3.22(31.6MPa)最大荷重(kgf)＝3.884最大應力(kgf/mm2 )＝15.66(153.6MPa)楊氏率(kgf/mm2 )＝31.54(0.309GPa)(2)試驗片：厚度(mm)＝0.060寬度(mm)＝6.0標點距離(mm)＝10截面積(mm2 )＝0.360斷裂荷重(kgf)＝4.893斷裂伸長(mm)＝1.201斷裂伸長(%)＝12.01斷裂應力(kgf/mm2 )＝13.59(133.3MPa)最大荷重(kgf)＝5.000最大應力(kgf/m2 )＝13.89(136.2MPa)楊氏率(kgf/mm2 )＝24.02(0.236GPa)
根據以上，顯示高的斷裂應力及伸長率。
[實施例5]BHA－MBCA聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.421克(2.00mmol)4,4’－二胺基二環己基甲烷(DCHM)和4.90克(固體成分15質量%)甲酚，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.444克(2.00mmol)BHA，在18℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌24小時。
使用吸液管將所得到的BHA－MBCA聚醯胺酸聚合溶液塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作1小時預備煅燒後，移往乾燥機，在230℃作1小時煅燒以形成聚醯亞胺膜。將該玻璃板上的膜浸在熱水中後，在室溫放置及剝離。該膜的膜厚係50μm，醯亞胺化率係99%，為強韌的可撓性。10%重量減少溫度(T10 )係285℃。
該膜的拉伸試驗結果係如下。
(3)試驗片：厚度(mm)＝0.050寬度(mm)＝5.0標點距離(mm)＝10截面積(mm2 )＝0.250耐力(kgf/mm2 )＝13.32(130.6MPa)斷裂荷重(kgf)＝4.348斷裂伸長(mm)＝1.390斷裂伸長(%)＝13.90斷裂應力(kgf/mm2 )＝17.39(170.5MPa)最大荷重(kgf)＝4.869最大應力(kgf/mm2 )＝19.48(191.0MPa)楊氏率(kgf/mm2 )＝237.33(2.327GPa)
根據以上，顯示高楊氏率、斷裂應力及伸長率。
其次，除了將所得到的BHA－MBCA聚醯胺酸聚合溶液之本煅燒溫度從230℃變更為160℃以外，與實施例1同樣地作，形成聚醯亞胺膜，下表中顯示其膜厚、醯亞胺化率及光透過率的測定結果。
〈光透過率測定〉
UV－Vis光譜的測定結果為：聚醯亞胺膜1在350nm的光透過率係95%，在400nm的光透過率係98%。(參照圖7)
聚醯亞胺膜2在350nm的光透過率係75%，在400nm的光透過率係78%。(參照圖8)
[實施例6]BHA－BBH聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.309克(2.00mmol)2,5(6)－雙(胺基甲基)雙環[2.2.1]庚烷(BBH)和4.27克(固體成分15質量%)甲酚，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.444克(2.00mmol)BHA，在18℃使用機械攪拌器以160rpm的速度攪拌72小時。
使用吸液管將所得到的BHA－BBH聚醯胺酸聚合溶液塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作1小時預備煅燒後，移往乾燥機，在160℃作1小時煅燒以形成聚醯亞胺膜。
其膜厚為32μm，醯亞胺化率為98%。
又，光透過率的測定結果為在450nm係46%。
[比較例1]CBDA－DCHM聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入1.05克(5.00mmol)4,4’－二胺基二環己基甲烷(DCHM)和11.5克(固體成分15wt%)甲酚，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.980克(5.00mmol)1,2,3,4－環丁烷四羧酸－1,2：3,4－二酐(CBDA)，使用機械攪拌器在45℃以160rpm的速度作1小時攪拌。然後，在20℃以160rpm的速度攪拌23小時。
其次，使用吸液管將所得到的CBDA－DCHM聚醯胺酸聚合溶液滴下塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作30分鐘預備煅燒後，置入160℃的乾燥機中，作1小時煅燒以形成聚醯亞胺膜。所得到的膜雖然具有透明性，但是破爛不堪地破裂，無法當作一片膜剝下。測定破片的一部分之膜厚，結果為14.5μm。
[比較例2]CBDA－DA－4P聚醯胺酸及聚醯亞胺的合成
於經乾燥的四口反應燒瓶內，投入0.559克(2.00mmol)1,3－雙(4,4’－胺基苯氧基)苯(DA－4P)和5.39克(固體成分15質量%)NMP，在18℃(室溫)使用機械攪拌器邊攪拌邊使溶解。接著，添加0.392克(2.00mmol)1,2,3,4－環丁烷四羧酸－1,2：3,4－二酐(CBDA)，使用機械攪拌器在18℃以160rpm的回轉速度作24小時攪拌。
其次，使用吸液管將所得到的CBDA－DA－4P聚醯胺酸聚合溶液滴下塗佈在8cm×10cm玻璃板上。接著，使用加熱板在100℃作2小時預備煅燒後，置入160℃的乾燥機中，作2小時煅燒以形成聚醯亞胺膜，但所得到的膜為淡褐色，從玻璃板剝離，用鑷子夾時，破爛不堪地破裂，無法當作一片膜取出。
圖1係BHA的X射線ORTEP圖。
圖2係膜厚0.96μm的BHA－p－PDA聚醯亞胺之UV－Vis光譜。
圖3係膜厚0.68μm的BHA－DDE聚醯亞胺之UV－Vis光譜。
圖4係膜厚0.89μm的BHA－PA－5MG之聚醯亞胺UV－Vis光譜。
圖5係膜厚1.48μm的BHA－DA－4P之聚醯亞胺UV－Vis光譜。
圖6係膜厚16.9μm的BHA－DA－4P之聚醯亞胺UV－Vis光譜。
圖7係膜厚1.28μm的BHA－MBCA之聚醯亞胺UV－Vis光譜。
圖8係膜厚21.4μm的BHA－MBCA之聚醯亞胺UV－Vis光譜。

Claims (12)

  1. 一種聚醯胺酸，其特徵為含有10莫耳%以上的式[1]或式[2]所示重複單位， (式中，R1 及R2 各自獨立地表示氫原子或碳數1~10的烷基，R3 及R4 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3 與R4 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，R5 表示2價有機基，n表示2以上的整數)。
  2. 一種聚醯亞胺，其特徵為含有10莫耳%以上的式[3]或式[4]所示重複單位， (式中，R1 及R2 各自獨立地表示氫原子或碳數1~ 10的烷基，R3 及R4 各自獨立地表示氫原子、鹵素原子、碳數1~10的烷基、苯基、或鄰接的碳原子上之R3 與R4 一起形成碳數3~8的環烷基或苯基，R5 表示2價有機基，n表示2以上的整數)。
  3. 如申請專利範圍第1項之聚醯胺酸，其數量平均分子量為5000~300000。
  4. 如申請專利範圍第1項之聚醯胺酸，其中該R1 、R2 、R3 及R4 係氫原子。
  5. 如申請專利範圍第1項之聚醯胺酸，其中R1 及R2 係氫原子，R3 及R4 中至少一個係甲基。
  6. 如申請專利範圍第2項之聚醯亞胺，其中該R1 、R2 、R3 及R4 係氫原子。
  7. 如申請專利範圍第2項之聚醯亞胺，其中R1 及R2 係氫原子，R3 及R4 中至少一個係甲基。
  8. 如申請專利範圍第1項之聚醯胺酸，其中式[1]及式[2]中的R5 係從脂環式二胺或脂肪族二胺而來的2價有機基。
  9. 如申請專利範圍第2項之聚醯亞胺，其中式[3]或式[4]中的R5 係從脂環式二胺或脂肪族二胺而來的2價有機基。
  10. 如申請專利範圍第1項之聚醯胺酸，其中式[1]及式[2]中的R5 係從芳香族二胺而來的2價有機基。
  11. 如申請專利範圍第2項之聚醯亞胺，其中式[3]或式[4]中的R5 係從芳香族二胺而來的2價有機基。
  12. 一種膜，其特徵為含有如申請專利範圍第2、6、7、9及11項中任一項之聚醯亞胺。
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