JP4720179B2 - Method for producing polyimide benzoxazole precursor - Google Patents
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Description
本発明はポリイミドベンゾオキサゾールの前駆体であるポリアミック酸の製造方法に関する。さらに詳しくは、力学特性が優れたポリイミドベンゾオキサゾール成型体が得られる高分子量のポリアミック酸を工業的規模で短時間の反応で、かつ特定された分子量範囲で安定して生産できる製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a polyamic acid which is a precursor of polyimide benzoxazole. More specifically, the present invention relates to a production method capable of stably producing a high molecular weight polyamic acid from which a molded article of polyimide benzoxazole having excellent mechanical properties can be obtained on an industrial scale in a short reaction and in a specified molecular weight range.
ポリイミドベンゾオキサゾールは、イミド構造とベンゾオキサゾール構造を持つポリマーで、ポリイミドを上回る耐熱性と弾性率を持つポリマーとして期待されている。ポリイミドベンオキサゾールは、その重合方法、フィルム、繊維への成形が開示されている(特許文献1〜5および非特許文献1等参照)。
繊維に成形する場合には、例えば、ポリイミドベンゾオキサゾールの前駆体ポリアミック酸溶液を紡糸口金から押出し、NMP/水=75/25の凝固浴を通して繊維状とし、無水酢酸、ピリジンなどの化学閉環剤を含有した浴を通過させた後、乾燥、熱処理を加えてポリイミドベンゾオキサゾール繊維とすることが出来る。
フィルムへ成形する場合には、ポリイミドベンゾオキサゾールの前駆体ポリアミック酸溶液をポリエステルフィルムや、ガラス板、SUS板などの支持体上にキャストし、薄く塗り広げ、溶媒を除去したゲルフィルムを作製したのち支持体から剥離し、200〜400℃に加熱してポリイミドベンゾオキサゾールフィルムとすることが出来る。
上記公知技術はいずれもが、実験室レベルのスケールでの結果であり工業生産レベルの製造技術に関しての開示はなされていない。
In the case of forming into a fiber, for example, a polyimide polyamic acid solution of polyimide benzoxazole is extruded from a spinneret, is made into a fiber through a coagulation bath of NMP / water = 75/25, and a chemical ring closure agent such as acetic anhydride or pyridine is added After passing through the contained bath, drying and heat treatment can be applied to obtain polyimide benzoxazole fibers.
When forming into a film, cast the polyimide benzoxazole precursor polyamic acid solution on a support such as a polyester film, glass plate, SUS plate, etc. It peels from a support body and can be made into a polyimide benzoxazole film by heating at 200-400 degreeC.
All of the above-mentioned known techniques are results on a laboratory scale, and no disclosure is made regarding manufacturing techniques at an industrial production level.
上記成型体の特性、特に、力学特性はポリイミドベンゾオキサゾールの分子量の影響が大きく、実用的な特性を得るにはあるレベル以上の分子量が不可欠である。このためには前駆体であるポリアミック酸についても高分子量であることが必要である。一般にポリアミック酸の重合度はポリアミック酸溶液の溶液粘度の測定により管理されている。ポリイミドベンゾオキサゾールは、ジアミン成分に剛直な成分を持つためと推定されるが、特許文献4にも記述されているごとく、同じ程度の分子量の他構造のポリイミドのポリアミック酸に比べて分子量が粘度に及ぼす影響が大きい。 The properties of the molded product, particularly the mechanical properties, are greatly influenced by the molecular weight of polyimide benzoxazole, and a molecular weight of a certain level or more is indispensable for obtaining practical properties. For this purpose, the precursor polyamic acid also needs to have a high molecular weight. In general, the degree of polymerization of the polyamic acid is controlled by measuring the solution viscosity of the polyamic acid solution. Polyimide benzoxazole is presumed to have a rigid component in the diamine component, but as described in Patent Document 4, the molecular weight of the benzoxazole is higher than that of polyimide polyamic acid having the same molecular weight as that of other structures. The effect is great.
ベンゾオキサゾール構造を有するポリアミック酸は、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンとテトラカルボン酸無水物の反応により製造されるが、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンは汎用のポリイミドに用いられる芳香族ジアミンに比べアミノ基の求核性が低く、酸無水物との反応性が数100倍程度低いため、高分子量のポリアミック酸を得るには極めて長時間を要する。従って、工業生産においては、経済性の点より高分子量のポリアミック酸を効率的に得られる製造技術の確立が強く嘱望されていた。 A polyamic acid having a benzoxazole structure is produced by a reaction between an aromatic diamine having a benzoxazole structure and a tetracarboxylic acid anhydride. An aromatic diamine having a benzoxazole structure is an aromatic diamine used for general-purpose polyimides. Compared with the low nucleophilicity of the amino group and the reactivity with the acid anhydride is several hundred times lower, it takes a very long time to obtain a high molecular weight polyamic acid. Therefore, in industrial production, establishment of a production technique capable of efficiently obtaining a high molecular weight polyamic acid has been strongly desired from the viewpoint of economy.
また、一般にポリアミック酸の重合度はポリアミック酸溶液の溶液粘度の測定により管理されている。ポリイミドベンゾオキサゾールは、ジアミン成分に剛直な成分を持つためと推定されるが、特許文献4にも記述があるように、同じ程度の分子量の他構造のポリイミドのポリアミック酸に比べて重合度が粘度に及ぼす影響が大きい。従って、工業生産においては、特定された分子量のポリアミック酸を効率良く、かつ安定して製造でき、特定範囲の分子量に厳密に調整することは非常に重要であるが、前記した特許文献や非特許文献では分子量を精度よく調整する方法に関しては、十分に言及されていない。例えば、特許文献4や5の実施例を見ても、分子量の指標となる還元粘度は大きく変動している。 In general, the degree of polymerization of the polyamic acid is controlled by measuring the solution viscosity of the polyamic acid solution. Polyimide benzoxazole is presumed to have a rigid component in the diamine component, but as described in Patent Document 4, the degree of polymerization is higher than that of polyimide polyamic acid having the same molecular weight and other structures. The effect on Therefore, in industrial production, it is very important to be able to produce a polyamic acid having a specified molecular weight efficiently and stably, and to strictly adjust the molecular weight within a specific range. The literature does not fully mention how to adjust the molecular weight accurately. For example, even when the examples of Patent Documents 4 and 5 are seen, the reduced viscosity, which is an index of molecular weight, varies greatly.
さらに、ベンゾオキサゾール構造を有するポリアミック酸の加水分解による分解反応は、汎用のポリイミドを形成する汎用のポリアミック酸と大きな差はないため、上述のポリアミック酸の生成反応の反応性の低さによる影響で見掛け上は分解反応の寄与が数100倍程度大きくなることになり、所定分子量のポリアミック酸を安定して製造するには、汎用のポリアミック酸に比べて各種の反応制御精度を高める必要がある。上記の従来公知技術ではこれらの点に関しては、一部要件については概念としては記述されているが、具体的な達成要件については開示がなされていない。 In addition, the hydrolysis reaction of polyamic acid having a benzoxazole structure is not significantly different from the general-purpose polyamic acid that forms a general-purpose polyimide, and therefore is affected by the low reactivity of the polyamic acid formation reaction described above. Apparently, the contribution of the decomposition reaction is several hundred times larger, and in order to stably produce a polyamic acid having a predetermined molecular weight, it is necessary to improve various reaction control accuracy as compared with general-purpose polyamic acid. In the above-described prior art, regarding these points, some of the requirements are described as concepts, but no specific achievement requirements are disclosed.
一方、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンは、芳香族アルデヒドにヒドロキシアミンを作用させて芳香族アルデヒドオキシムとした後にハロゲン化して芳香族ヒドロキサモイルハライドとし、次にオルソ位にヒドロキシグループ、チオールグループ、アミノグループを有する芳香族アミンと反応させることによってアミノアリルアミノアラゾールを製造する方法(特許文献6および7参照)、ニトロアリルカルボニル化合物をアミノニトロアリオールまたはアミノニトロチオールまたはトリアミノニトロアレンと反応させてジニトロアニリドとした後、還元・環化を経てアミノアリルアミノアラゾールを製造する方法が開示されている(特許文献8参照)、2,4−ジニトロフェノールと4−ニトロベンゾイルクロリドから4−ニトロ安息香酸ジニトロフェニルエステルを合成した後、該化合物を還元することによってアミノアリルアミノアラゾールを製造する方法が開示されている(非特許文献2および特許文献9参照)および2,4−ジアミノフェノール二塩酸塩と4−アミノ安息香酸をポリリン酸中で反応させることによりアミノアリルアミノアラゾールを製造する方法が開示されている(非特許文献3および特許文献10参照)が開示されている。
ベンゾオキサゾール構造を有するポリアミック酸の生成反応においても、他の重縮合反応と同様に、高分子量のポリマーを得るには出発原料の純度が重要である。例えば、汎用ポリイミド前駆体のポリアミック酸の製造において、ビフェニルテトラカルボン酸二無水物として、混在するビフェニルトリカルボン酸とその無水物の総含有量が0.2質量%以下であるビフェニルテトラカルボン酸二無水物を用いることが必要であることが開示されている(特許文献11参照)
本発明者等は、これらの背景に基きベンゾオキサゾール構造を有するポリアミック酸の製造において、ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンおよびテトラカルボン酸二無水物の純度についても配慮し、高速液体クロマトグラフィー(HPLC)法で定量される純度として99質量%以上のものを使用してきた。所が、このように高純度の原料を用いているにも拘らずベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンのロットによりポリアミック酸の生成速度や得られるポリアミック酸の分子量が大きく変動することに遭遇した。前記の特許文献や非特許文献においては、ポリアミック酸の生成速度や得られるポリアミック酸の分子量が安定して得られる芳香族ジアミンの品質に関しては開示がなされていない。 In the production of polyamic acid having a benzoxazole structure based on these backgrounds, the present inventors also considered the purity of an aromatic diamine having a benzoxazole structure and tetracarboxylic dianhydride, and performed high performance liquid chromatography (HPLC ) The purity determined by the method has been 99% by mass or more. However, in spite of using such a high-purity raw material, it was encountered that the production rate of polyamic acid and the molecular weight of the resulting polyamic acid greatly vary depending on the lot of aromatic diamine having a benzoxazole structure. In the above-mentioned patent documents and non-patent documents, there is no disclosure regarding the quality of the aromatic diamine obtained with a stable production rate of polyamic acid and the molecular weight of the resulting polyamic acid.
本発明は従来技術の課題を背景になされたもので、ポリイミドベンゾオキサゾールの前駆体であるポリアミック酸の製造方法に関し、力学特性が優れたポリイミドベンゾオキサゾール成型体が得られる高分子量のポリアミック酸を工業的規模で短時間の反応で、かつ特定された分子量範囲で安定して製造できる製造方法を提供することにある。 The present invention was made against the background of the problems of the prior art, and relates to a method for producing a polyamic acid which is a precursor of polyimide benzoxazole, and a high molecular weight polyamic acid which can be used to produce a molded article of polyimide benzoxazole having excellent mechanical properties. An object of the present invention is to provide a production method which can be produced stably in a specified molecular weight range with a short-time reaction on a target scale.
本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意検討した結果遂に本発明を完成するに到った。すなわち本発明は、ベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸無水物を溶液状で反応させてポリイミドベンゾオキサゾール前駆体であるポリアミック酸を製造する方法において、芳香族ジアミンとして水懸濁液のPHが5.5以上であるベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンを用いて、平均液温度30〜60℃で反応させることを特徴とするポリイミドベンゾオキサゾール前駆体であるポリアミック酸の製造方法である。 In order to solve the above problems, the present inventors have intensively studied and finally completed the present invention. That is, the present invention relates to a method for producing a polyamic acid, which is a polyimide benzoxazole precursor, by reacting an aromatic diamine containing a benzoxazole group and an aromatic tetracarboxylic anhydride in the form of a solution. Production of polyamic acid, which is a polyimide benzoxazole precursor, characterized by reacting at an average liquid temperature of 30 to 60 ° C. using an aromatic diamine containing a benzoxazole group having a pH of 5.5 or higher in the suspension Is the method.
本発明により、力学特性が優れているポリイミドベンゾオキサゾール成型体が得られる高分子量のポリアミック酸を工業的規模で短時間の反応で製造でき、経済性が高い。また、特定された分子量範囲で安定して製造できるので、最終製品であるポリイミドベンゾオキサゾールよりなる繊維やフィルム等の成形体の品質が安定する。従って、ポリイミドベンゾオキサゾールの工業化に大きく寄与し得る。 According to the present invention, a high molecular weight polyamic acid capable of obtaining a molded article of polyimide benzoxazole having excellent mechanical properties can be produced in a short time reaction on an industrial scale, and is highly economical. Moreover, since it can manufacture stably in the specified molecular weight range, the quality of molded objects, such as a fiber and a film which consist of polyimide benzoxazole which is a final product, is stabilized. Therefore, it can greatly contribute to the industrialization of polyimide benzoxazole.
本発明におけるポリイミドベンゾオキサゾール前駆体は、ベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンと芳香族テトラカルボン酸無水物を反応して得られるポリアミック酸である。該ポリアミック酸の製造方法は限定されないが、ポリアミック酸を溶解する有機溶媒中で反応させる方法が好ましい。 The polyimide benzoxazole precursor in the present invention is a polyamic acid obtained by reacting an aromatic diamine containing a benzoxazole group with an aromatic tetracarboxylic acid anhydride. Although the manufacturing method of this polyamic acid is not limited, The method of making it react in the organic solvent which melt | dissolves polyamic acid is preferable.
本発明で特に好適に用いられるベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類としては、具体的には以下のものが挙げられる。
これらの中でも、合成のし易さの観点から、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールの各異性体が好ましい。ここで、「各異性体」とは、アミノ(アミノフェニル)ベンゾオキサゾールが有する2つアミノ基が配位位置に応じて定められる各異性体である(例;上記「化1」〜「化4」に記載の各化合物)。これらのジアミンは、単独で用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。
本発明においては、前記ベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミンを70モル%以上使用することが好ましい。
Among these, amino (aminophenyl) benzoxazole isomers are preferable from the viewpoint of ease of synthesis. Here, “each isomer” refers to each isomer in which two amino groups of amino (aminophenyl) benzoxazole are determined according to the coordination position (eg, the above “formula 1” to “formula 4”). Each compound described in the above. These diamines may be used alone or in combination of two or more.
In the present invention, it is preferable to use 70 mol% or more of the aromatic diamine having the benzoxazole structure.
本発明においては、全ジアミンの30モル%以下であれば下記に例示されるベンゾオキサゾール構造を有しないジアミン類を一種または二種以上を併用しても構わない。例えば、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、2,2−ビス[4−(3−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]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、m−フェニレンジアミン、o−フェニレンジアミン、p−フェニレンジアミン、m−アミノベンジルアミン、p−アミノベンジルアミン、3,3’−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、4,4’−ジアミノジフェニルエーテル、3,3’−ジアミノジフェニルスルフィド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホキシド、3,4’−ジアミノジフェニルスルホキシド、4,4’−ジアミノジフェニルスルホキシド、3,3’−ジアミノジフェニルスルホン、3,4’−ジアミノジフェニルスルホン、4,4’−ジアミノジフェニルスルホン、3,3’−ジアミノベンゾフェノン、3,4’−ジアミノベンゾフェノン4,4’−ジアミノベンゾフェノン、3,3’−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、4,4’−ジアミノジフェニルメタン、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、 In the present invention, one or two or more diamines having no benzoxazole structure exemplified below may be used as long as they are 30 mol% or less of the total diamine. For example, 4,4′-bis (3-aminophenoxy) biphenyl, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ketone, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (3 -Aminophenoxy) phenyl] sulfone, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3 , 3,3-hexafluoropropane, m-phenylenediamine, o-phenylenediamine, p-phenylenediamine, m-aminobenzylamine, p-aminobenzylamine, 3,3′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diamino Diphenyl ether, 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,3′-diaminodiphenyl sulfide, 3, '-Diaminodiphenyl sulfoxide, 3,4'-diaminodiphenyl sulfoxide, 4,4'-diaminodiphenyl sulfoxide, 3,3'-diaminodiphenyl sulfone, 3,4'-diaminodiphenyl sulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfone 3,3′-diaminobenzophenone, 3,4′-diaminobenzophenone 4,4′-diaminobenzophenone, 3,3′-diaminodiphenylmethane, 3,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4′-diaminodiphenylmethane, bis [ 4- (4-aminophenoxy) phenyl] methane,
1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−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−(4−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,1−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ブタン、2−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−2−[4−(4−アミノフェノキシ)−3−メチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3−メチルフェニル]プロパン、2−[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−2−[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)−3,5−ジメチルフェニル]プロパン、2,2−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、1,4−ビス(3−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1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン,4,4’−ビス(4−アミノフェノキシ)ビフェニル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]ケトン、 1,1-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,1-bis [4- (4-aminophenoxy) Phenyl] propane, 1,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] propane, 2,2-bis [4- (4 -Aminophenoxy) phenyl] propane, 1,1-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 1,4-bis [ 4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane, 2,3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] butane 2- [4- (4-Aminophenoxy) phenyl] -2- [4- (4-aminophenoxy) -3-methylphenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) -3- Methylphenyl] propane, 2- [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -2- [4- (4-aminophenoxy) -3,5-dimethylphenyl] propane, 2,2-bis [4- (4 -Aminophenoxy) -3,5-dimethylphenyl] propane, 2,2-bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, 1,4 -Bis (3-aminophenoxy) benzene, 1,3-bis (3-aminophenoxy) benzene 1,4-bis (4-aminophenoxy) benzene, 4,4'-bis (4-aminophenoxy) bif Cycloalkenyl, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ketone,
ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルフィド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]スルホン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェニル]エーテル、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,4−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、4,4’−ビス(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ベンゼン、1,1−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、1,3−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]プロパン、3,4’−ジアミノジフェニルスルフィド、2,2−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)フェニル]−1,1,1,3,3,3−ヘキサフルオロプロパン、ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]メタン、1,1−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、1,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]エタン、2,2−ビス[4−(3−アミノフェノキシ)フェニル]スルホキシド、4,4’−ビス[3−(4−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[3−(3−アミノフェノキシ)ベンゾイル]ジフェニルエーテル、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾフェノン、4,4’−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ジフェニルスルホン、ビス[4−{4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ}フェニル]スルホン、1,4−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノフェノキシ)フェノキシ−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−トリフルオロメチルフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−フルオロフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、 Bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfide, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfoxide, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] sulfone, bis [4- (3-amino Phenoxy) phenyl] ether, bis [4- (4-aminophenoxy) phenyl] ether, 1,3-bis [4- (4-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,3-bis [4- (3-amino Phenoxy) benzoyl] benzene, 1,4-bis [4- (3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 4,4′-bis (3-aminophenoxy) benzoyl] benzene, 1,1-bis [4- (3 -Aminophenoxy) phenyl] propane, 1,3-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] propane, 3,4'-dia Nodiphenyl sulfide, 2,2-bis [3- (3-aminophenoxy) phenyl] -1,1,1,3,3,3-hexafluoropropane, bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] methane 1,1-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ethane, 1,2-bis [4- (3-aminophenoxy) phenyl] ethane, 2,2-bis [4- (3-aminophenoxy) ) Phenyl] sulfoxide, 4,4′-bis [3- (4-aminophenoxy) benzoyl] diphenyl ether, 4,4′-bis [3- (3-aminophenoxy) benzoyl] diphenyl ether, 4,4′-bis [ 4- (4-Amino-α, α-dimethylbenzyl) phenoxy] benzophenone, 4,4′-bis [4- (4-amino-α, α-dimethylbenzyl) phene Noxy] diphenylsulfone, bis [4- {4- (4-aminophenoxy) phenoxy} phenyl] sulfone, 1,4-bis [4- (4-aminophenoxy) phenoxy-α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1 , 3-bis [4- (4-aminophenoxy) phenoxy-α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-trifluoromethylphenoxy) -α, α-dimethyl Benzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-fluorophenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene,
1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−メチルフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、1,3−ビス[4−(4−アミノ−6−シアノフェノキシ)−α,α−ジメチルベンジル]ベンゼン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5,5’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4,5’−ジフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5−フェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4−フェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−5’−フェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4,4’−ジビフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5,5’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4,5’−ジビフェノキシベンゾフェノン、3,3’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、4,4’−ジアミノ−5−ビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−4−ビフェノキシベンゾフェノン、3,4’−ジアミノ−5’−ビフェノキシベンゾフェノン、1,3−ビス(3−アミノ−4−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−4−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−5−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−5−フェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(3−アミノ−4−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(3−アミノ−4−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,3−ビス(4−アミノ−5−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノ−5−ビフェノキシベンゾイル)ベンゼン、2,6−ビス[4−(4−アミノ−α,α−ジメチルベンジル)フェノキシ]ベンゾニトリル、および上記芳香族ジアミンの芳香環上の水素原子の一部もしくは全てがハロゲン原子、炭素数1〜3のアルキル基またはアルコキシ基、シアノ基、またはアルキル基またはアルコキシ基の水素原子の一部もしくは全部がハロゲン原子で置換された炭素数1〜3のハロゲン化アルキル基またはアルコキシ基で置換された芳香族ジアミン等が挙げられる。 1,3-bis [4- (4-amino-6-methylphenoxy) -α, α-dimethylbenzyl] benzene, 1,3-bis [4- (4-amino-6-cyanophenoxy) -α, α -Dimethylbenzyl] benzene, 3,3'-diamino-4,4'-diphenoxybenzophenone, 4,4'-diamino-5,5'-diphenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-4,5'- Diphenoxybenzophenone, 3,3'-diamino-4-phenoxybenzophenone, 4,4'-diamino-5-phenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-4-phenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-5'- Phenoxybenzophenone, 3,3′-diamino-4,4′-dibiphenoxybenzophenone, 4,4′-diamino-5,5′-dibiphenoxyben Phenone, 3,4′-diamino-4,5′-dibiphenoxybenzophenone, 3,3′-diamino-4-biphenoxybenzophenone, 4,4′-diamino-5-biphenoxybenzophenone, 3,4′-diamino -4-biphenoxybenzophenone, 3,4'-diamino-5'-biphenoxybenzophenone, 1,3-bis (3-amino-4-phenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-amino-4- Phenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bis (4-amino-5-phenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-amino-5-phenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bis (3-amino-4) -Biphenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (3-amino-4-biphenoxybenzoyl) benzene, 1,3-bi (4-amino-5-biphenoxybenzoyl) benzene, 1,4-bis (4-amino-5-biphenoxybenzoyl) benzene, 2,6-bis [4- (4-amino-α, α-dimethyl) Benzyl) phenoxy] benzonitrile, and a part or all of the hydrogen atoms on the aromatic ring of the above aromatic diamine are halogen atoms, alkyl groups or alkoxy groups having 1 to 3 carbon atoms, cyano groups, or alkyl groups or alkoxy groups. An aromatic diamine substituted with a C 1-3 halogenated alkyl group or alkoxy group in which some or all of the hydrogen atoms are substituted with halogen atoms, and the like can be mentioned.
本発明におけるベンゾオキサゾール構造を有する芳香族ジアミン類としては、製造の容易さや最終製品であるポリイミドベンゾオキサゾールの特性バランス等の点より、5−アミノ−2−(p−アミノフェニル)ベンズオキサゾール(化1)の使用が特に好ましい。 As aromatic diamines having a benzoxazole structure in the present invention, 5-amino-2- (p-aminophenyl) benzoxazole (Chemicals) is obtained from the viewpoints of ease of production and property balance of polyimide benzoxazole as a final product. The use of 1) is particularly preferred.
本発明で用いられる芳香族テトラカルボン酸類は好ましくは芳香族テトラカルボン酸無水物類である。芳香族テトラカルボン酸無水物類としては、具体的には、以下のものが挙げられる。
これらのテトラカルボン酸二無水物は単独でも二種以上を用いることも可能である。 These tetracarboxylic dianhydrides can be used alone or in combination of two or more.
本発明においては、全テトラカルボン酸二無水物の30モル%以下であれば下記に例示される非芳香族のテトラカルボン酸二無水物類を一種または二種以上を併用しても構わない。用いられるテトラカルボン酸無水物としては、例えば、ブタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、ペンタン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロブタンテトラカルボン酸二無水物、シクロペンタン−1,2,3,4−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサン−1,2,4,5−テトラカルボン酸二無水物、シクロヘキサ−1−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−メチル−3−エチルシクロヘキサ−1−エン−3−(1,2),5,6−テトラカルボン酸二無水物、1−エチルシクロヘキサン−1−(1,2),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6ラカルボン酸二無水物、1−プロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3,4−テトラカルボン酸二無水物、1,3−ジプロピルシクロヘキサン−1−(2,3),3−(2,3)−テトラカルボン酸二無水物、ジシクロヘキシル−3,4,3’,4’−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.1]ヘプタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクタン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物、ビシクロ[2.2.2]オクト−7−エン−2,3,5,6−テトラカルボン酸二無水物等である。これらのテトラカルボン酸二無水物は単独でも二種以上を用いることも可能である。 In the present invention, one or two or more non-aromatic tetracarboxylic dianhydrides exemplified below may be used in combination as long as they are 30 mol% or less of the total tetracarboxylic dianhydrides. Examples of the tetracarboxylic anhydride used include butane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, pentane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, and cyclobutanetetracarboxylic acid. Dianhydride, cyclopentane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, cyclohexane-1,2,4,5-tetracarboxylic dianhydride, cyclohex-1-ene-2,3,5 , 6-tetracarboxylic dianhydride, 3-ethylcyclohex-1-ene-3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-methyl-3-ethylcyclohexane-3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-methyl-3-ethylcyclohex-1-ene-3- (1,2), 5,6-tetracarboxylic dianhydride, 1-ethylcyclohexane -(1,2), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1-propylcyclohexane-1- (2,3), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dipropylcyclohexane- 1- (2,3), 3- (2,3) -tetracarboxylic dianhydride, dicyclohexyl-3,4,3 ′, 4′-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.1] Heptane-2,3,5,6 lacarboxylic dianhydride, 1-propylcyclohexane-1- (2,3), 3,4-tetracarboxylic dianhydride, 1,3-dipropylcyclohexane-1- ( 2,3), 3- (2,3) -tetracarboxylic dianhydride, dicyclohexyl-3,4,3 ′, 4′-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.1] heptane-2 , 3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, Biciku [2.2.2] Octane-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride, bicyclo [2.2.2] oct-7-ene-2,3,5,6-tetracarboxylic dianhydride Such as anhydrides. These tetracarboxylic dianhydrides can be used alone or in combination of two or more.
本発明に用いられる溶媒としては、ポリアミック酸を溶解することができるものが好ましく、従来よりポリアミック酸の重合に使用される公知な溶媒が用いられる。具体的には、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルイミダゾロン、THF、トルエン、1,4−ジオキサン、γ−ブチロラクトン等が挙げられる。これらは単独で、または混合して用いることが出来る。 As the solvent used in the present invention, those capable of dissolving polyamic acid are preferable, and known solvents conventionally used for polymerization of polyamic acid are used. Specific examples include dimethylformamide, dimethylacetamide, dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylimidazolone, THF, toluene, 1,4-dioxane, γ-butyrolactone, and the like. These can be used alone or in combination.
本発明においては、ベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミン化合物として、下記方法で評価されるベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミン化合物の水分散液のPHが5.5以上であるものを用いることが重要である。PH6.5以上がより好ましい。
[芳香族ジアミンの懸濁液のPH測定方法]
芳香族ジアミン1.0gをイオン交換水50ccに添加し、室温で30分間スターラーで攪拌する。得られた懸濁液のPHをコンパクトPHメーター(HORIBA B−211、堀場製作所社製)を用いて、平面測定法にて3回測定し、その平均値を求める。
In the present invention, as an aromatic diamine compound containing a benzoxazole group, an aromatic diamine compound containing a benzoxazole group evaluated by the following method having an aqueous dispersion having a pH of 5.5 or more is used. is important. PH 6.5 or more is more preferable.
[Method for Measuring PH of Suspension of Aromatic Diamine]
Add 1.0 g of aromatic diamine to 50 cc of ion-exchanged water and stir with a stirrer at room temperature for 30 minutes. The pH of the obtained suspension is measured three times by a plane measurement method using a compact PH meter (HORIBA B-211, manufactured by Horiba Ltd.), and the average value is obtained.
懸濁液のPHが5.5以下の芳香族ジアミンを用いるとポリアミック酸の生成速度が遅くなるとともに、得られるポリアミック酸の分子量が頭打ちになり、後述の重合条件の最適化を行っても重合の生産性が低下したり、所定の分子量のポリアミック酸が得られないので好ましくない。この原因は不明であるが、水可溶性成分にはリン酸等の無機酸が含まれていることより、例えば、芳香族ジアミンの製造工程に含まれるベンゾオキサゾール環の形成反応に用いられるポリリン酸や無水硫酸より生成する酸が反応生成物に混入し、最終的に芳香族ジアミンの塩が生成した可能性が示唆される。この混入した芳香族ジアミンと酸との塩がポリアミック酸の反応抑制の一要因になっているものと推定される。
上記特性を有した芳香族ジアミンの製造方法は限定されないが、芳香族ジアミンの製造工程あるいはポリアミック酸の製造に用いる前に芳香族ジアミンを水あるいはアルカリ水溶液で充分に洗浄したり、芳香族ジアミンをアセトニトリル等の特定の溶媒に溶解し、これらの溶媒に対する不溶分を除去する等の方法が挙げられる。
When an aromatic diamine having a suspension pH of 5.5 or less is used, the production rate of polyamic acid is slowed, and the molecular weight of the resulting polyamic acid reaches its peak. Even if the polymerization conditions described later are optimized, polymerization is performed. This is not preferable because the productivity of the polyamic acid decreases and a polyamic acid having a predetermined molecular weight cannot be obtained. The cause of this is unknown, but since the water-soluble component contains an inorganic acid such as phosphoric acid, for example, polyphosphoric acid used in the formation reaction of a benzoxazole ring included in the production process of the aromatic diamine It is suggested that an acid produced from sulfuric anhydride is mixed into the reaction product, and an aromatic diamine salt is finally produced. It is presumed that the salt of the mixed aromatic diamine and acid is one factor for inhibiting the reaction of polyamic acid.
The method for producing an aromatic diamine having the above characteristics is not limited, but the aromatic diamine may be thoroughly washed with water or an aqueous alkaline solution before being used for the production process of the aromatic diamine or the production of the polyamic acid. Examples thereof include a method of dissolving in a specific solvent such as acetonitrile and removing insoluble components in these solvents.
本発明においては、反応液の液温度が平均温度で30〜60℃であること重要である。平均反応温度は35〜55℃がより好ましい。平均反応温度が30℃未満ではポリアミック酸の生成反応速度が遅く、所定の分子量のポリアミック酸を得るのに長時間を要するので好ましくない。逆に、60℃を超えた場合はポリアミック酸の生成反応速度は増大するが、酸無水物基の加水分解等の副反応が増大し、重合反応が頭打ちになり、所定の分子量のポリアミック酸が得られなくなるので好ましくない。
反応液温度の重合反応に対する影響は大きく、かつ、好ましい温度範囲が狭いので、上記液温度は反応系全体が均一であることが重要である。反応液の上部および下部共に上記平均温度範囲を満たすことが好ましい。ここで、上部、下部の液温測定位置は反応器内の中央部で、かつそれぞれ液面および反応器壁より50mm内部に入った位置である。液温の測定は熱電対温度計により実施する。
In this invention, it is important that the liquid temperature of a reaction liquid is 30-60 degreeC by average temperature. The average reaction temperature is more preferably 35 to 55 ° C. If the average reaction temperature is less than 30 ° C., the production reaction rate of the polyamic acid is slow, and it takes a long time to obtain a polyamic acid having a predetermined molecular weight. Conversely, when the temperature exceeds 60 ° C., the reaction rate of polyamic acid formation increases, but side reactions such as hydrolysis of acid anhydride groups increase, the polymerization reaction reaches its peak, and polyamic acid having a predetermined molecular weight is reached. Since it cannot be obtained, it is not preferable.
Since the influence of the reaction liquid temperature on the polymerization reaction is large and the preferred temperature range is narrow, it is important that the liquid temperature is uniform throughout the reaction system. It is preferable that the upper and lower portions of the reaction solution satisfy the above average temperature range. Here, the upper and lower liquid temperature measurement positions are the central part in the reactor, and are positions 50 mm inside from the liquid level and the reactor wall, respectively. The liquid temperature is measured with a thermocouple thermometer.
反応温度を上記範囲に設定する方法は限定されないが、例えば、反応器外壁に熱媒ジャケットを設け、該ジャケットの温度を制御する方法が挙げられる。反応器内に熱交換パイプを設置して制御してもよい。
反応液内の液温の均一性を保つには、反応器内での攪拌状態が重要であり、反応器の構造、特に攪拌機の形状を最適化するのが好ましい。反応器および攪拌機の構造としては、反応器内壁と攪拌機外周とのクリアランスが重要である。該クリアランスは20mm以下が好ましい。10mm以下がより好ましい。
本発明のポリアミック酸の生成反応は、最初はしゃばしゃばの低粘度液体より水飴のような高粘性な液体まで、反応液の粘性が大きく変化するため、該粘性の範囲で効率的な攪拌ができる攪拌翼形状が求められる。したがって、インペラー翼やアンカー翼でなく、ダブルヘリカルリボン翼やマックスブレンド翼、フルゾーン翼のように上下循環流が発生しやすい翼の使用が好ましい。
The method for setting the reaction temperature within the above range is not limited, and examples thereof include a method in which a heat medium jacket is provided on the outer wall of the reactor and the temperature of the jacket is controlled. You may control by installing a heat exchange pipe in a reactor.
In order to maintain the uniformity of the liquid temperature in the reaction solution, the stirring state in the reactor is important, and it is preferable to optimize the structure of the reactor, particularly the shape of the stirrer. As the structure of the reactor and the stirrer, the clearance between the inner wall of the reactor and the outer periphery of the stirrer is important. The clearance is preferably 20 mm or less. 10 mm or less is more preferable.
In the reaction for producing the polyamic acid of the present invention, since the viscosity of the reaction liquid largely changes from a low-viscosity liquid of shabu-shabu to a highly viscous liquid such as chickenpox, efficient stirring is performed within the viscosity range. The shape of a stirring blade that can be used is required. Therefore, it is preferable to use a wing that is easy to generate a vertical circulation flow, such as a double helical ribbon wing, a max blend wing, or a full zone wing, instead of an impeller wing or an anchor wing.
本発明においては、反応開始時の液温と反応終了時の液温度が10℃以上あることもまた重要である。先に述べたように、より高い温度で反応を行えば副反応が増大し所定の分子量のポリアミック酸を得ることが困難になるが、このことは、反応初期は比較的低温で反応を行い、反応後期は比較的高温で反応を行うことにより解消される。恐らくは、モノマーが反応系内に多く存在する状態では副反応が起こりやすく、反応が進行し、モノマーの残存量が少なくなると副反応の影響が小さくなると考えられる。液温の差は10℃以上あると副反応を抑制しつつ反応をより短時間で行うことが出来、液温の差が20℃以上あることがさらに好ましい。 In the present invention, it is also important that the liquid temperature at the start of the reaction and the liquid temperature at the end of the reaction are 10 ° C. or higher. As described above, if the reaction is carried out at a higher temperature, the side reaction increases and it becomes difficult to obtain a polyamic acid having a predetermined molecular weight. The late stage of the reaction is eliminated by conducting the reaction at a relatively high temperature. Presumably, in the state where a large amount of monomer is present in the reaction system, a side reaction is likely to occur, and the reaction proceeds. If the residual amount of monomer decreases, the influence of the side reaction is considered to be small. When the difference in liquid temperature is 10 ° C. or higher, the reaction can be carried out in a shorter time while suppressing side reactions, and the difference in liquid temperature is more preferably 20 ° C. or higher.
本発明において得られるポリアミック酸は還元粘度(ηsp/Cとも記す)で2.0〜6.0dl/gであることが好ましい。3.0〜5.5dl/gがより好ましい。2.0dl/g未満ではポリアミック酸のイミド化反応により得られるポリイミドベンゾオキサゾールの力学特性が劣るので好ましくない。逆に、6.0dl/gを超えた場合は繊維やフィルムの形態にする成型加工の加工適性が悪化するので好ましくない。 The polyamic acid obtained in the present invention preferably has a reduced viscosity (also referred to as ηsp / C) of 2.0 to 6.0 dl / g. 3.0-5.5 dl / g is more preferable. If it is less than 2.0 dl / g, the mechanical properties of polyimide benzoxazole obtained by the imidization reaction of polyamic acid are inferior. On the other hand, if it exceeds 6.0 dl / g, the processability of the molding process to form a fiber or film deteriorates, which is not preferable.
本発明に用いるベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンは、汎用のポリイミドの製造に用いられる芳香族ジアミンである、例えば、4,4’−ジアミノジフェニルエーテルに比べ前述した反応溶媒への溶解速度が遅く、未溶解分が発生し易い。未溶解分が発生するとポリアミック酸の生成速度や分子量に悪影響を及ぼすので排除する必要がある。特に、本発明が意図している生産サイズの大きな反応器においては、重要な要因である。例えば、反応に用いるジアミンの粉体の形状や粒子径を最適化することは好ましい実施態様である。また、事前に反応溶媒に溶解をしてから反応器に仕込むことも好ましい実施態様の一つである。 The aromatic diamine containing a benzoxazole group used in the present invention is an aromatic diamine used in the production of general-purpose polyimides, for example, the dissolution rate in the reaction solvent described above is slower than that of 4,4′-diaminodiphenyl ether. , Undissolved components are likely to occur. The generation of undissolved components adversely affects the production rate and molecular weight of polyamic acid, and must be eliminated. This is an important factor particularly in the large production reactors intended by the present invention. For example, optimizing the shape and particle size of the diamine powder used in the reaction is a preferred embodiment. Moreover, it is also one of the preferable embodiments that it is dissolved in the reaction solvent in advance and then charged into the reactor.
反応時のポリマー濃度は、攪拌可能な粘度となるように調整されれば特に限定されないが、一般的には、5〜30質量%、好ましくは10〜20質量%の濃度で反応させられる。 The polymer concentration at the time of the reaction is not particularly limited as long as it is adjusted so as to have a stirrable viscosity.
本発明においては、前述のごとくベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンは、汎用のポリイミドの製造に用いられる芳香族ジアミンに比べて反応溶媒に溶解しにくいことより、ベンゾオキサゾール基を含有する芳香族ジアミンを反応溶媒に溶解あるいは分散させ、該溶液あるいは分散液に芳香族テトラカルボン酸無水物を添加することが好ましい。本方法により、上記した反応制御をより効率的に行うことができる。 In the present invention, as described above, an aromatic diamine containing a benzoxazole group is less soluble in a reaction solvent than an aromatic diamine used for producing a general-purpose polyimide, and thus an aromatic diamine containing a benzoxazole group. It is preferred to dissolve or disperse the diamine in the reaction solvent and add the aromatic tetracarboxylic anhydride to the solution or dispersion. By this method, the above reaction control can be performed more efficiently.
本発明においては、芳香族テトラカルボン酸無水物を少なくとも2回以上に分割して添加することが好ましい実施態様である。本発明においては、前記のηsp/Cのポリアミック酸を得るためには、芳香族テトラカルボン酸無水物は芳香族ジアミンと等モルを添加するのが好ましい。両者のモルバランスがくずれると重合反応が頭打ちとなり所定の分子量、すなわち、所定の還元粘度のポリアミック酸が得られなくなる。ただし、芳香族テトラカルボン酸無水物を一度に全量加えると反応が不均一となり、反応速度の低下や副反応の増大に繋がる。従って、芳香族テトラカルボン酸無水物の一部を部分添加し、ポリアミック酸のプレポリマーを生成させた後に、残りの芳香族テトラカルボン酸無水物を添加し、反応の均一化を行うことにより反応速度の増大や副反応の抑制が可能となる。また、本分割添加法は、プレポリマーの分子量を測定し、この結果に基づき2回目以降の芳香族テトラカルボン酸無水物の添加量を制御することが可能となり、より精密な反応制御が可能となるという利点が加味される。この場合のプレポリマーの分子量の測定方法としては、溶液粘度を測定する方法、末端基を定量する方法、ηsp/Cや相対粘度(ηrel)を測定する方法、ゲルパーミエィションクロマトグラフを測定する方法等が挙げられる。判定は、オンラインで行ってもよいし、オフラインで行ってもよい。 In the present invention, it is a preferred embodiment that the aromatic tetracarboxylic acid anhydride is added in at least two portions. In the present invention, in order to obtain the above ηsp / C polyamic acid, it is preferable to add an equimolar amount of the aromatic tetracarboxylic acid anhydride to the aromatic diamine. When the molar balance between the two is lost, the polymerization reaction reaches its peak, and a polyamic acid having a predetermined molecular weight, that is, a predetermined reduced viscosity cannot be obtained. However, if the total amount of aromatic tetracarboxylic acid anhydride is added at once, the reaction becomes non-uniform, leading to a decrease in reaction rate and an increase in side reactions. Therefore, a part of the aromatic tetracarboxylic acid anhydride is partially added to form a polyamic acid prepolymer, and then the remaining aromatic tetracarboxylic acid anhydride is added to make the reaction uniform. It is possible to increase the speed and suppress side reactions. In addition, this split addition method measures the molecular weight of the prepolymer, and based on this result, it is possible to control the amount of aromatic tetracarboxylic acid anhydride added for the second and subsequent times, enabling more precise reaction control. The advantage of becoming is added. As a method for measuring the molecular weight of the prepolymer in this case, a method for measuring solution viscosity, a method for quantifying end groups, a method for measuring ηsp / C and relative viscosity (ηrel), and a gel permeation chromatograph are measured. Methods and the like. The determination may be performed online or offline.
オンラインで行う場合には、細管やSMXを流れる際の圧力損失から溶液粘度を測定したり、ReactIR(R)のような装置を反応管に取り付け、末端基に由来する特性吸収の強度から末端基を定量し、重合度を計算することも出来る。
オフラインで判定する場合には、一般の高分子の分子量測定の方法が利用出来る。ηsp/Cやηinhの測定や、ゲルパーミエィションクロマトグラフ、末端基を滴定や発色により定量する方法等がある。ηsp/Cやηinhは、ポリマーをジメチルアセトアミドまたはN−メチルピロリドンの希薄溶媒に溶解し、ウベローデ型粘度計で測定することが出来る。末端基の定量は、アルデヒド化合物などでアミノ末端基とシッフ塩基を形成させ、発色により定量する方法などが用いることが出来る。精度の面では、ηinhや末端基の定量が好ましいし、判定の迅速さという面では、オンラインでの圧力損失から粘度を求める方法が好ましい。
添加する形態は、粉末状態、溶融状態、スラリー状態または溶液状態のいずれでも良いが、添加の精度の面では溶液状態が好ましい。
When performing on-line, the solution viscosity is measured from pressure loss when flowing through a capillary or SMX, or a device such as ReactIR (R) is attached to the reaction tube, and the end group is determined from the strength of characteristic absorption derived from the end group. The degree of polymerization can also be calculated.
In the case of determining offline, a general method for measuring the molecular weight of a polymer can be used. Measurements or .eta.sp / C and eta inh, and a method for quantifying by gel permeation I Deployment chromatograph, the end group titration or color. .eta.sp / C and eta inh can be prepared by dissolving the polymer in a dilute solvent of dimethylacetamide or N- methylpyrrolidone, it can be measured by Ubbelohde viscometer. The terminal group can be quantified by a method in which an amino terminal group and a Schiff base are formed with an aldehyde compound or the like and the amount is determined by color development. In terms of accuracy, η inh and terminal group quantification are preferable, and in terms of speed of determination, a method of obtaining the viscosity from online pressure loss is preferable.
The form to be added may be any of a powder state, a molten state, a slurry state, or a solution state, but a solution state is preferable in terms of accuracy of addition.
本発明においては、反応液に用いる溶媒中の水分量が1000ppm以下で、反応系の空間が露点−20℃以下の気体で満たされていることが好ましい。溶媒中の水分量は600ppm以下がより好ましく、300ppm以下がさらに好ましい。気体の露点は−40℃以下が好ましく、−60℃以下がさらに好ましい。ここで、反応系の空間とは反応缶のみでなく原料の仕込み系やポリアミック酸の貯留を含めたポリアミック酸の製造にかかわる全工程の空間を指す。 In the present invention, it is preferable that the amount of water in the solvent used for the reaction solution is 1000 ppm or less, and the space of the reaction system is filled with a gas having a dew point of −20 ° C. or less. The amount of water in the solvent is more preferably 600 ppm or less, and even more preferably 300 ppm or less. The dew point of the gas is preferably −40 ° C. or lower, and more preferably −60 ° C. or lower. Here, the space of the reaction system refers not only to the reaction can but also to the entire process space involved in the production of the polyamic acid including the raw material charging system and the storage of the polyamic acid.
ポリアミック酸は加水分解反応を受けやすいので、反応系における水分の排除の必要性は公知であり、例えば、特許文献5において、「ポリアミド酸を製造する際に、反応前に、モノマー、溶媒、及び反応器はできる限り少ない量の水を含むことが最も好ましい。・・・・・好ましいくは、酸ニ無水物、ジアミノベンゾオキサゾール、及び場合に応じて使用される追加のコモノマーの全モル数に基づいて水は5モル%以下の量で存在すべきである。」との概念は記述がなされている。
本発明者等もこの概念に従って、反応溶媒を含めた原料や反応器の事前の水分排除を施し製造したが、本発明の目的としている分子量範囲のポリアミック酸を安定して製造することができなかった。安定して製造するには、反応器のみでなく原料仕込み系、ポリアミック酸の貯留等、ポリアミック酸の製造にかかわる全工程の空間の水分量を特定範囲にすることが重要であることを見出した。また、反応スタート時のみでなく、移送を含めた製造期間の全域に渡り水分量を特定範囲にすることが好ましいことを見出した。このためには、反応系全域の空間に上記した露点の気体を製造期間中常に流通させるのが好ましい。該気体の流通量は限定されないが、少なくとも空間体積/時間以上の気体を流通させるのが好ましい。空間体積×2/時間以上がより好ましい。
この流通させる気体の種類は限定されない。空気、窒素、アルゴンおよびヘリウム等が挙げられる。該気体の露点の管理は、特定された露点の気体を購入して使用してもよいし、ポリアミック酸の製造工程に気体の脱湿装置を設けて、該脱湿装置で脱湿しながら流通させてもよい。後者が好ましい。脱湿方法も限定されない。吸着法や圧縮法が挙げられる。前者が好ましい。
Since polyamic acid is susceptible to hydrolysis reaction, the necessity of eliminating water in the reaction system is known. For example, in Patent Document 5, “when producing polyamic acid, before reaction, monomer, solvent, and Most preferably, the reactor contains as little water as possible .... Preferably, the total number of moles of dianhydride, diaminobenzoxazole, and additional comonomer used as appropriate. Based on this, the concept "water should be present in an amount of 5 mol% or less" is stated.
In accordance with this concept, the present inventors also produced the raw materials including the reaction solvent and the water in advance of the reactor, but could not stably produce the polyamic acid in the molecular weight range which is the object of the present invention. It was. In order to produce stably, it was found that it is important to set the water content in the space of all processes involved in the production of polyamic acid, such as raw material charging system, polyamic acid storage, etc., not only in the reactor, but in a specific range. . Moreover, it discovered that it was preferable not only at the time of reaction start but to make a moisture content into a specific range over the whole manufacturing period including transfer. For this purpose, it is preferable that the gas with the above dew point is always circulated in the space of the entire reaction system during the production period. The flow rate of the gas is not limited, but it is preferable to flow a gas of at least space volume / hour or more. The space volume x 2 / hour or more is more preferable.
The kind of gas to distribute | circulate is not limited. Examples include air, nitrogen, argon, and helium. The dew point of the gas may be managed by purchasing a gas with the specified dew point, or by providing a gas dehumidifying device in the polyamic acid production process and dehumidifying it with the dehumidifying device. You may let them. The latter is preferred. The dehumidifying method is not limited. Examples include an adsorption method and a compression method. The former is preferred.
本発明においては、ポリアミック酸の分子量を前記の特定範囲に制御する方法として、無水マレイン酸、2,3−ジメチルマレイン酸無水物、3−(3−フェニルエチニルフェノキシ)アニリン、無水フタル酸、アニリン、ビニルフタル酸無水物、エチニルアニリンおよび4−アミノベンゾシクロブテン等のモノジカルボン酸無水物やモノアミン等の末端封鎖剤を反応系に添加して行ってもよい。 In the present invention, as a method for controlling the molecular weight of the polyamic acid within the specific range, maleic anhydride, 2,3-dimethylmaleic anhydride, 3- (3-phenylethynylphenoxy) aniline, phthalic anhydride, aniline Further, endblocking agents such as monodicarboxylic acid anhydrides such as vinylphthalic anhydride, ethynylaniline and 4-aminobenzocyclobutene, and monoamines may be added to the reaction system.
本発明においては、最終製品であるポリイミドベンゾオキサゾール成型体である繊維やフィルムの滑り性を改良するために、無機あるいは有機よりなる不活性微粒子を反応系に添加してもよい。
この不活性微粒子の種類、粒子径および添加量は、成型体において求められる特性に合う様に適宜選択される。
In the present invention, inert fine particles made of inorganic or organic may be added to the reaction system in order to improve the slipping property of the fiber or film which is a molded product of polyimide benzoxazole which is the final product.
The type, particle size, and addition amount of the inert fine particles are appropriately selected so as to match the characteristics required for the molded body.
本発明において得られたポリアミック酸は、ポリアミック酸の状態でフィルム等の形態に成型した後に、アミド酸結合の脱水環化反応を行いポリイミド結合に変換しポリイミドベンゾオキサゾール成型体とするのが好ましい。例えば、成型体がフィルムの場合は、ポリアミック酸溶液を回転する支持体にフィルム状に連続的に押し出し又は塗布し、乾燥して得たグリーンフィルムを、前記支持体から剥離し、延伸、乾燥、熱処理することにより製造されるが、ポリアミック酸の有機溶媒からポリイミドベンゾオキサゾールフィルムを製造する代表的な方法としては、閉環触媒および脱水剤を含有しないポリアミック酸の有機溶媒溶液をスリット付き口金から支持体上に流延してフィルムに成形し、支持体上で加熱乾燥することにより自己支持性を有するグリーンフィルムにした後、支持体よりフィルムを剥離し、更に高温下で乾燥熱処理することによりイミド化する熱閉環法、および閉環触媒や脱水剤を含有せしめたポリアミック酸の有機溶媒をスリット付き口金から支持体上に流延してフィルム状に成形し、支持体上でイミド化を一部進行させて自己支持性を有するフィルムとした後、支持体よりフィルムを剥離し、加熱乾燥/イミド化し、熱処理を行う化学閉環法が挙げられる。閉環触媒の具体例としては、トリメチルアミン、トリエチルアミンなどの脂肪族第3級アミンおよびイソキノリン、ピリジン、ベータピコリンなどの複素環式第3級アミンなどが挙げられるが、複素環式第3級アミンから選ばれる少なくとも一種のアミンを使用することが好ましい。 The polyamic acid obtained in the present invention is preferably molded into a film or the like in the state of polyamic acid, and then subjected to a dehydration cyclization reaction of an amic acid bond to be converted into a polyimide bond to form a polyimide benzoxazole molded product. For example, when the molded body is a film, the green film obtained by continuously extruding or applying the polyamic acid solution to a rotating support in the form of a film and drying is peeled from the support, stretched, dried, A typical method for producing a polyimide benzoxazole film from an organic solvent of polyamic acid, which is produced by heat treatment, is that a solution of an organic solvent of polyamic acid which does not contain a ring closure catalyst and a dehydrating agent is supported from a base with a slit. Cast on top to form a film, heat-dry on the support to form a self-supporting green film, peel off the film from the support, and further heat and dry at a high temperature for imidization Or a polyamic acid organic solvent containing a ring-closing catalyst or a dehydrating agent. After casting on a support and forming it into a film, after partially imidizing on the support and making it a film having self-supporting properties, the film is peeled off from the support, heat-dried / imidized, There is a chemical ring closure method in which heat treatment is performed. Specific examples of the ring-closing catalyst include aliphatic tertiary amines such as trimethylamine and triethylamine, and heterocyclic tertiary amines such as isoquinoline, pyridine, and betapicoline, which are selected from heterocyclic tertiary amines. It is preferred to use at least one amine.
脱水剤の具体例としては、無水酢酸、無水プロピオン酸、無水酪酸などの脂肪族カルボン酸無水物、および無水安息香酸などの芳香族カルボン酸無水物などが挙げられるが、無水酢酸および/または無水安息香酸が好ましい。ポリアミック酸に対する閉環触媒の含有量は、閉環触媒の含有量(モル)/ポリアミック酸の含有量(モル)が0.1〜8となる範囲が好ましい。また、ポリアミック酸に対する脱水剤の含有量は、脱水剤の含有量(モル)/ポリアミック酸の含有量(モル)が0.1〜4となる範囲が好ましい。尚、この場合には、アセチルアセトンなどのゲル化遅延剤を併用してもよい。 Specific examples of the dehydrating agent include aliphatic carboxylic acid anhydrides such as acetic anhydride, propionic anhydride and butyric anhydride, and aromatic carboxylic acid anhydrides such as benzoic anhydride, but acetic anhydride and / or anhydrous Benzoic acid is preferred. The content of the ring-closing catalyst with respect to the polyamic acid is preferably within a range in which the content (mol) of the ring-closing catalyst / content (mol) of the polyamic acid is 0.1 to 8. Further, the content of the dehydrating agent relative to the polyamic acid is preferably within a range where the content of dehydrating agent (mol) / the content of polyamic acid (mol) is 0.1 to 4. In this case, a gelation retarder such as acetylacetone may be used in combination.
以上の方法により、ポリアミック酸の重合度を精度良くコントロールできる。このことにより、ポリアミック酸溶液の粘度も狙いどおりにコントロールが可能になり、品位の良い繊維やフィルムを作製することが容易になり、かつ該ポリアミック酸のイミド化反応により得られるポリイミドベンゾオキサゾールの分子量も精度良くコントロールできる。 By the above method, the polymerization degree of polyamic acid can be accurately controlled. This makes it possible to control the viscosity of the polyamic acid solution as intended, facilitates the production of high-quality fibers and films, and the molecular weight of the polyimide benzoxazole obtained by the imidization reaction of the polyamic acid. Can be controlled accurately.
ポリアミック酸溶液をフィルム状に成形する際に用いられるドラムまたはベルト状回転体である。ポリアミック酸溶液は支持体上に塗布され、加熱乾燥により自己支持性を与えられる。支持体の表面は金属、プラスチック、ガラス、磁器などが挙げられ、好ましくは金属であり、更に好ましくは錆びなくて耐腐食に優れるSUS材である。また、Cr、Ni、Snなどの金属メッキをしても良い。本発明における支持体表面は必要に応じて鏡面にしたり、あるいは梨地状に加工することができる。 It is a drum or belt-like rotating body used when forming a polyamic acid solution into a film. The polyamic acid solution is applied on a support and is self-supporting by heat drying. The surface of the support may be metal, plastic, glass, porcelain, etc., preferably metal, and more preferably SUS material that does not rust and has excellent corrosion resistance. Further, metal plating such as Cr, Ni, Sn may be performed. The surface of the support in the present invention can be mirror-finished or processed into a satin finish if necessary.
支持体へのポリアミド酸溶液の塗布は、スリット付き口金からの流延、押出機による押出し、スキージコーティング、リバースコーティング、ダイコーティング、アプリケータコーティング、ワイヤーバーコーティング等を含むが、これらに限られず、従来公知の溶液の塗布手段を適宜用いることができる。 Application of the polyamic acid solution to the support includes, but is not limited to, casting from a slit base, extrusion through an extruder, squeegee coating, reverse coating, die coating, applicator coating, wire bar coating, etc. Conventionally known solution coating means can be appropriately used.
本発明でのポリイミド前駆体であるポリアミド酸の自己支持性フィルムであるグリーンフィルムを得る際の乾燥方法は加熱乾燥である。加熱方法としては、赤外線加熱、温風加熱、マイクロ波加熱など公知の方法を用いることができる。
支持体上で乾燥し、自己支持性となったフィルム(グリーンフィルム)は支持体より剥離され、150〜500℃の温度にて最終乾燥(熱処理)によってアミド酸の脱水閉環を行いポリイミドフィルムが得られる。
A drying method for obtaining a green film which is a self-supporting film of polyamic acid which is a polyimide precursor in the present invention is heat drying. As the heating method, a known method such as infrared heating, hot air heating, microwave heating or the like can be used.
The film (green film) that has been dried on the support and becomes self-supporting is peeled off from the support, and a polyimide film is obtained by dehydration and ring closure of amic acid by final drying (heat treatment) at a temperature of 150 to 500 ° C. It is done.
本発明のポリイミドフィルムの厚さは特に限定されないが、電子基板の基材に用いることを考慮すると、通常1〜150μm、好ましくは3〜50μmである。この厚さはポリアミド酸溶液を支持体に塗布する際の塗布量や、ポリアミド酸溶液の濃度によって容易に制御し得る。 Although the thickness of the polyimide film of the present invention is not particularly limited, it is usually 1 to 150 μm, preferably 3 to 50 μm, considering use as a base material for an electronic substrate. This thickness can be easily controlled by the amount of the polyamic acid solution applied to the support and the concentration of the polyamic acid solution.
本発明のポリイミドフィルムは、通常は無延伸フィルムであるが、1軸または2軸に延伸しても構わない。ここで、無延伸フィルムとは、テンター延伸、ロール延伸、インフレーション延伸などによってフィルムの面拡張方向に機械的な外力を意図的に加えずに得られるフィルムをいう。 The polyimide film of the present invention is usually an unstretched film, but may be stretched uniaxially or biaxially. Here, the unstretched film refers to a film obtained without intentionally applying a mechanical external force in the surface expansion direction of the film by tenter stretching, roll stretching, inflation stretching, or the like.
得られたポリイミドフィルムをそのままフィルム基材として用いても構わないが、上記フィルムをコロナ放電処理、低温または常圧プラズマ処理、紫外線照射処理、火炎処理等といった表面処理を施すことが好ましい。 Although the obtained polyimide film may be used as a film substrate as it is, it is preferable to subject the film to a surface treatment such as corona discharge treatment, low temperature or normal pressure plasma treatment, ultraviolet irradiation treatment, flame treatment or the like.
以下、実施例によってさらに詳しくこの発明を説明するが、これら実施例によってこの発明は限定されるものではない。
(1)ポリアミック酸のηsp/Cの測定
ポリアミック酸を0.2g/dlの濃度になるように脱水したN−メチルピロリドン(窒素雰囲気下、N−メチルピロリドンに対して約10質量%のトルエンを添加し、トルエンが完全に留出するまで共沸蒸留を行った)で溶解・希釈した溶液を、ウベローデ型粘度計を用いて25℃で測定した。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(1) Measurement of ηsp / C of polyamic acid N-methylpyrrolidone dehydrated to a concentration of 0.2 g / dl of polyamic acid (about 10% by mass of toluene with respect to N-methylpyrrolidone in a nitrogen atmosphere) The solution dissolved and diluted by adding azeotropic distillation until toluene was distilled completely was measured at 25 ° C. using an Ubbelohde viscometer.
(2)芳香族ジアミンのHPLC分析法による純度評価
下記条件で測定した。純度はピーク面積比で算出した。
装置: 日立製作所製の以下のパーツを組み合わせたシステム
送液ポンプ:L6200、検出器:L4200、カラム高温槽:L5020
脱気装置:L−5020、インテグレーター:D−2500
カラム: Inertsil ODS−3 φ4.6×250mm
移動相: アセトニトリル/水=6/4(vol/vol)、
リン酸0.0085モル/l
流速: 1ml/min
検出: UV(230nm)
展開温度:30℃
試料濃度:1mg/ml
試料注入量:20μl
(2) Purity evaluation of aromatic diamine by HPLC analysis The measurement was performed under the following conditions. Purity was calculated as a peak area ratio.
Equipment: A system that combines the following parts manufactured by Hitachi
Liquid feed pump: L6200, detector: L4200, column hot bath: L5020
Deaerator: L-5020, Integrator: D-2500
Column: Inertsil ODS-3 φ4.6 × 250mm
Mobile phase: acetonitrile / water = 6/4 (vol / vol),
0.0085 mol / l phosphoric acid
Flow rate: 1 ml / min
Detection: UV (230nm)
Development temperature: 30 ° C
Sample concentration: 1 mg / ml
Sample injection volume: 20 μl
(3)芳香族ジアミンの水分散液のPH測定
芳香族ジアミン1.0gをイオン交換水50ccに添加し、室温で30分間スターラーで攪拌する。得られた懸濁液のPHをコンパクトPHメーター(堀場製作所社製、HORIBA B−211)を用いて、平面測定法にて3回測定し、その平均値を求た。
(3) PH measurement of aqueous dispersion of aromatic diamine 1.0 g of aromatic diamine is added to 50 cc of ion-exchanged water and stirred with a stirrer at room temperature for 30 minutes. The pH of the obtained suspension was measured three times by a plane measurement method using a compact PH meter (HORIBA B-211, manufactured by Horiba, Ltd.), and the average value was obtained.
(実施例1)
<芳香族ジアミンの調製>
2−アミノ−4−ニトロフェノールと4−ニトロベンゾイルクロライドの反応により得られた4,4’−ジニトロー2−ヒドロキシベンズアニリドをPd/C触媒の存在下で還元して4,4’−ジアミノ−2−ヒドロキシベンズアニリドを得た。得られた4,4’−ジアミノ−2−ヒドロキシベンズアニリドをポリリン酸中で反応させてオキサゾール環を形成させて2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾールを得た。得られた反応生成物にイオン交換水を添加し2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾールを析出させて濾別した。6容量倍のメタノールで洗浄した後、6容量倍の60℃の温水で6回洗浄し、乾燥した。HPLC分析法による純度は99.5質量%以上であった。また、水懸濁液のPHは7.7であった。
Example 1
<Preparation of aromatic diamine>
4,4′-Dinitro-2-hydroxybenzanilide obtained by the reaction of 2-amino-4-nitrophenol and 4-nitrobenzoyl chloride is reduced in the presence of a Pd / C catalyst to give 4,4′-diamino- 2-Hydroxybenzanilide was obtained. The obtained 4,4′-diamino-2-hydroxybenzanilide was reacted in polyphosphoric acid to form an oxazole ring to obtain 2- (4-aminophenyl) -5-aminobenzoxazole. Ion exchange water was added to the obtained reaction product to precipitate 2- (4-aminophenyl) -5-aminobenzoxazole, which was filtered off. After washing with 6 volumes of methanol, it was washed 6 times with 6 volumes of warm water of 60 ° C. and dried. The purity by HPLC analysis was 99.5% by mass or more. Further, the pH of the aqueous suspension was 7.7.
<ポリアミック酸の調製>
ダブルヘリカルリボン翼型攪拌機、固形分投入口および液体投入口を備えた100lのステンレス鋼製の反応器に上記方法で調製した2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾール4.505kg(20.0モル)を投入し、ついで、含水率35ppmのN−メチルピロリドン(NMPともいう)96lを加え溶解するまで攪拌した。反応器のジャケット温度を10℃に制御しながら、ピロメリット酸無水物(PMDA)4.32kg(19.8モル)を徐々に加えた。全てのPMDAを加え終わった時点での液温は18℃であった。8時間攪拌を続けた後、ジャケット温度を30℃に上げて、さらに6時間攪拌を続行し、プレポリマーを作製した。このプレポリマー溶液の一部をサンプリングした。粘度はE型粘度計で測定すると30℃で17.8Pa・sであり、ηsp/Cは2.21dl/gであった。サンプリング実施時点での液温度は36℃であった。さらにピロメリット酸無水物(PMDA)22g(0.1モル)を徐々に加え、ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまで、ジャケット温度35℃に保って6時間加熱、攪拌をし重合反応を終了した。プレポリマー調製時間を含め総重合時間は22時間であった。反応終了時点での液温度は42℃であり、反応開始から終了までの平均液温度は37℃であった。
プレポリマーおよびポリマーの液温度は、反応器下部の中央部で反応器内壁より50mmに設置した熱電対温度計(下部温度)で測定した。また、反応器内の反応液温度の均一性を評価する目的で、反応器中の中央部で、液面より50mm下部に設置した熱電対温度計にて反応液上部温度を測定した。本実施例では、上部温度の16℃、反応終了時点で43℃であった。
反応器への原料ジアミン、PMDA、N−メチルピロリドンの供給および重合反応は露点−76℃の窒素気流下で行った。また、反応器内壁と攪拌機外周とのクリアランスは8.5mmで、攪拌機の外周速度は23m/分であった。
<Preparation of polyamic acid>
4.55 kg of 2- (4-aminophenyl) -5-aminobenzoxazole prepared by the above method in a 100 l stainless steel reactor equipped with a double helical ribbon wing stirrer, solid content inlet and liquid inlet 20.0 mol) was added, and 96 l of N-methylpyrrolidone (also referred to as NMP) having a water content of 35 ppm was added and stirred until dissolved. While controlling the jacket temperature of the reactor at 10 ° C., 4.32 kg (19.8 mol) of pyromellitic anhydride (PMDA) was gradually added. The liquid temperature when all PMDA was added was 18 ° C. After stirring for 8 hours, the jacket temperature was raised to 30 ° C., and stirring was further continued for 6 hours to prepare a prepolymer. A portion of this prepolymer solution was sampled. The viscosity was 17.8 Pa · s at 30 ° C. as measured with an E-type viscometer, and ηsp / C was 2.21 dl / g. The liquid temperature at the time of sampling was 36 ° C. Further, 22 g (0.1 mol) of pyromellitic anhydride (PMDA) was gradually added, and the mixture was heated and stirred for 6 hours while maintaining the jacket temperature at 35 ° C. until the ηsp / C of the polyamic acid became 4.5 dl / g. Then, the polymerization reaction was completed. The total polymerization time including the prepolymer preparation time was 22 hours. The liquid temperature at the end of the reaction was 42 ° C., and the average liquid temperature from the start to the end of the reaction was 37 ° C.
The liquid temperature of the prepolymer and the polymer was measured with a thermocouple thermometer (lower temperature) installed 50 mm from the inner wall of the reactor at the center of the lower part of the reactor. For the purpose of evaluating the uniformity of the reaction liquid temperature in the reactor, the upper temperature of the reaction liquid was measured with a thermocouple thermometer installed 50 mm below the liquid level at the center of the reactor. In this example, the upper temperature was 16 ° C. and the reaction temperature was 43 ° C.
Feeding of raw material diamine, PMDA, N-methylpyrrolidone to the reactor and polymerization reaction were carried out in a nitrogen stream having a dew point of -76 ° C. The clearance between the inner wall of the reactor and the outer periphery of the stirrer was 8.5 mm, and the outer peripheral speed of the stirrer was 23 m / min.
** ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでの総重合時間
(比較例1)
実施例1の方法においては、2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾールの温水による洗浄を全く行わなかった以外は、実施例1と同様にして比較例1の芳香族ジアミン、ポリアミック酸を得た。
芳香族ジアミンのHPLC分析法による純度は99.5質量%以上と高く、実施例1で得られた芳香族ジアミンと差異は見られなかったが、水懸濁液のPHは3.4と著しく低かった。そのため、ポリアミック酸の生成反応が遅く、48時間重合を行ったが得られたポリアミック酸のηsp/Cは2.20dl/gと低く目標の分子量のポリアミック酸が得られなかった。結果を表2に示す。
(Comparative Example 1)
In the method of Example 1, the aromatic diamine and polyamic of Comparative Example 1 were the same as Example 1 except that 2- (4-aminophenyl) -5-aminobenzoxazole was not washed with warm water at all. The acid was obtained.
The purity of the aromatic diamine by HPLC analysis was as high as 99.5% by mass or more, and no difference was seen from the aromatic diamine obtained in Example 1, but the pH of the aqueous suspension was remarkably 3.4. It was low. For this reason, the polyamic acid formation reaction was slow and polymerization was carried out for 48 hours. The resulting polyamic acid had a low ηsp / C of 2.20 dl / g, and a polyamic acid having a target molecular weight could not be obtained. The results are shown in Table 2.
** ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでの総重合時間
(比較例2および3)
実施例1の方法において、2−(4−アミノフェニル)−5−アミノベンゾオキサゾールの温水洗浄回数をそれぞれ1および2回とする以外は、実施例同様の方法で比較例2および3のポリアミック酸を得た。芳香族ジアミンのHPLC分析法による純度は99.5質量%以上と高く、実施例1で得られた芳香族ジアミンと差異は見られなかったが、水懸濁液のPHは4.1および5.1と低かった。そのため、ポリアミック酸の生成反応が遅く、48時間重合を行ったが得られたポリアミック酸のηsp/Cは2.40dl/gおよび2.80dl/gと低く目標の分子量のポリアミック酸が得られなかった。結果を表2に示す。
(Comparative Examples 2 and 3)
In the method of Example 1, the polyamic acid of Comparative Examples 2 and 3 was prepared in the same manner as in Example except that the number of warm water washings of 2- (4-aminophenyl) -5-aminobenzoxazole was 1 and 2, respectively. Got. The purity of the aromatic diamine by HPLC analysis was as high as 99.5% by mass or more, and no difference was seen from the aromatic diamine obtained in Example 1, but the pH of the aqueous suspension was 4.1 and 5 It was low at 1. For this reason, the polyamic acid formation reaction is slow, and polymerization was carried out for 48 hours. However, the polyamic acid obtained had a low ηsp / C of 2.40 dl / g and 2.80 dl / g, and a polyamic acid having a target molecular weight could not be obtained. It was. The results are shown in Table 2.
(比較例4)
実施例1の方法において、ジャケット温度を常に10℃に保ち、下部平均反応温度を18℃となるように変更する以外は、実施例1と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。反応終了時の上部液温度も20℃であった。実施例1の方法に比べて重合速度が遅く、ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでのプレポリマー調製時間を含めた総重合時間は68時間であった。結果を表2に示す。
(Comparative Example 4)
In the method of Example 1, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Example 1 except that the jacket temperature was always kept at 10 ° C. and the lower average reaction temperature was changed to 18 ° C. The upper liquid temperature at the end of the reaction was also 20 ° C. Compared with the method of Example 1, the polymerization rate was slow, and the total polymerization time including the prepolymer preparation time until the polyamic acid ηsp / C reached 4.5 dl / g was 68 hours. The results are shown in Table 2.
(比較例5)
実施例1の方法において、ジャケット温度を反応開始時点から55℃で一定に保ち、下部平均反応温度を65℃となるように変更した以外は、実施例1と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。反応終了時の上部液温度は69℃であった。本比較例の場合は、ポリアミック酸のηsp/Cが3.12dl/gで頭打ちになり、プレポリマー調製時間を含めた総重合時間48時間で重合反応を停止したが、目標のηsp/Cが4.5dl/gのポリアミック酸は得られなかった。結果を表2に示す。
(Comparative Example 5)
In the method of Example 1, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Example 1 except that the jacket temperature was kept constant at 55 ° C from the start of the reaction and the lower average reaction temperature was changed to 65 ° C. It was. The upper liquid temperature at the end of the reaction was 69 ° C. In the case of this comparative example, the polyamic acid ηsp / C peaked at 3.12 dl / g, and the polymerization reaction was stopped after 48 hours in total polymerization time including the prepolymer preparation time. However, the target ηsp / C was A 4.5 dl / g polyamic acid was not obtained. The results are shown in Table 2.
(実施例2および3)
実施例1の方法において、下部平均反応温度をそれぞれ34および51℃に変更する以外は、実施例1と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。反応終了時の上部液温度はそれぞれ37および58℃であった。ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでのプレポリマー調製時間を含めた総重合時間は26および16時間であった。結果を表1に示す。
(Examples 2 and 3)
In the method of Example 1, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Example 1 except that the lower average reaction temperature was changed to 34 and 51 ° C., respectively. The upper liquid temperature at the end of the reaction was 37 and 58 ° C., respectively. The total polymerization time including the prepolymer preparation time until ηsp / C of the polyamic acid was 4.5 dl / g was 26 and 16 hours. The results are shown in Table 1.
(実施例4〜6)
実施例1〜3の方法において、PMDAの添加を分割せずに、全量を初回に一括添加するように変更する以外は、実施例1〜3と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでの総重合時間はそれぞれ24時間、24時間および20時間であった。結果を表1に示す。
(Examples 4 to 6)
In the methods of Examples 1 to 3, polymerization of polyamic acid was carried out in the same manner as in Examples 1 to 3 except that the addition of PMDA was not divided and the total amount was changed to be added all at once. The total polymerization time until the ηsp / C of the polyamic acid reached 4.5 dl / g was 24 hours, 24 hours, and 20 hours, respectively. The results are shown in Table 1.
(比較例6)
実施例4において、平均反応温度を25℃に変更する以外は、実施例1と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。実施例1の方法に比べて重合速度が遅く、ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでのプレポリマー調製時間を含めた総重合時間は48時間であった。結果を表2に示す。
(Comparative Example 6)
In Example 4, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Example 1 except that the average reaction temperature was changed to 25 ° C. Compared with the method of Example 1, the polymerization rate was slow, and the total polymerization time including the prepolymer preparation time until the ηsp / C of the polyamic acid reached 4.5 dl / g was 48 hours. The results are shown in Table 2.
(実施例7)
実施例2の方法において、攪拌翼をアンカー型に変更する以外は、実施例2と同様にしてポリアミック酸の重合を行った。実施例2に比して攪拌効率が低下するために下部と上部の平均反応温度差が大きくなり、反応終了時の上部液温度は48℃で、下部とは5℃の差があった。実施例2の方法に比べて重合速度がやや遅くなり、ポリアミック酸のηsp/Cが4.5dl/gになるまでのプレポリマー調製時間を含めた総重合時間は28時間であった。結果を表2に示す。
(Example 7)
In the method of Example 2, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Example 2 except that the stirring blade was changed to the anchor type. Since the stirring efficiency was lower than in Example 2, the difference in average reaction temperature between the lower part and the upper part was large, and the temperature of the upper liquid at the end of the reaction was 48 ° C., which was 5 ° C. different from the lower part. Compared with the method of Example 2, the polymerization rate was slightly slower, and the total polymerization time including the prepolymer preparation time until the ηsp / C of the polyamic acid was 4.5 dl / g was 28 hours. The results are shown in Table 2.
(比較例7および8)
比較例4の方法において、それぞれ反応溶媒であるNMP中の含水量を1500ppmおよび原料供給系や重合反応系の窒素ガス気流の流通を取り止め、露点が21℃の空気雰囲気で実施するように変更する以外は、比較例4と同様の方法でポリアミック酸の重合を行った。プレポリマー調製時間を含めた総重合時間48時間で重合を停止したが目標のηsp/Cが4.5dl/gのポリアミック酸は得られなかった。
(Comparative Examples 7 and 8)
In the method of Comparative Example 4, the water content in NMP, which is the reaction solvent, is changed to 1500 ppm, and the flow of nitrogen gas flow in the raw material supply system and the polymerization reaction system is stopped, and the dew point is changed to 21 ° C. in an air atmosphere. Except for the above, polyamic acid was polymerized in the same manner as in Comparative Example 4. Polymerization was stopped at a total polymerization time of 48 hours including the prepolymer preparation time, but a polyamic acid having a target ηsp / C of 4.5 dl / g was not obtained.
以上述べてきたように、本発明のポリアミック酸製造方法は、力学特性が優れているポリイミドベンゾオキサゾール成型体が得られる高分子量のポリアミック酸を工業的規模で短時間の反応で製造でき、経済性が高い。また、特定された分子量範囲で安定して製造できるので、最終製品であるポリイミドベンゾオキサゾールよりなる繊維やフィルム等の成形体の品質が安定するので産業上極めて有用である。 As described above, the polyamic acid production method of the present invention can produce a high molecular weight polyamic acid with a short reaction time on an industrial scale, which can yield a molded product of polyimide benzoxazole having excellent mechanical properties. Is expensive. Moreover, since it can manufacture stably in the specified molecular weight range, since quality of molded objects, such as a fiber and a film which consists of polyimide benzoxazole which is a final product, is stabilized, it is very useful industrially.
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